Nachhaltige Pulverlacke für industrielle Anwendungen
Projektdurchführung
iLF Magdeburg GmbH
Team Kunststoffe
Fichtestr. 29
39112 Magdeburg
Zielsetzung
Pulverlacke werden in zahlreichen Industriezweigen zum Schutz und zur Veredelung metallischer Oberflächen eingesetzt. Die Zusammensetzung konventioneller Pulverlacke basiert derzeit über-wiegend auf petrochemischen Rohstoffen, deren Gewinnung und Verarbeitung mit einem hohen Energieverbrauch sowie erheblichen CO₂-Emissionen verbunden sind. Der Anteil von diesen Po-lyester- und Epoxidharzen in einem konventionellen Pulverlack beträgt ca. 70-75%.
Steigende Rohstoffpreise, geopolitische Unsicherheiten und die Forderung nach nachhaltigen Pro-duktionsverfahren führen dazu, dass alternative Rohstoffquellen, Kreislaufsysteme und ressour-censchonende Herstellungsverfahren zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Im Projekt „EcoCoat – Nachhaltige Pulverlacke für industrielle Anwendungen“ sollte daher unter-sucht werden, inwieweit die wesentlichen Bestandteile eines Pulverlacks – Bindemittel, Füllstoffe, Pigmente und Additive – durch biologisch nachwachsende oder recycelte Rohstoffe ersetzt wer-den können. Ziel war die Entwicklung industriell einsetzbarer Pulverlacksysteme mit einem Anteil von mindestens 90% nachhaltiger Komponenten, ohne dabei die für industrielle Anwendungen er-forderlichen technischen und qualitativen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Im Projekt wurden nachhaltige Komponenten als biologisch erzeugbar oder als recycelter Werkstoff definiert. Neben der Substitution fossiler Rohstoffe wurde die mögliche Reduzierung des Energiebedarfs während des Beschichtungsprozesses untersucht. Durch die Entwicklung von Niedrigtemperatur-Pulverlacken sollte die Einbrenntemperatur deutlich abgesenkt und somit der Energieverbrauch bei der Verarbeitung reduziert werden. Gleichzeitig wurde angestrebt, regionale Stoffkreisläufe zu stärken, Transportwege zu verkürzen und neue Anwendungsmöglichkeiten für biobasierte Rest-stoffe sowie Recyclingmaterialien zu erschließen. Darüber hinaus sollten die ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen der entwickelten Beschichtungssysteme bewertet werden. Hierzu wurden CO₂-Bilanzen erstellt und die Akzeptanz nachhaltiger Pulverlacke innerhalb der Branche wurde untersucht, um das Marktpotenzial und die Umsetzbarkeit der entwickelten Lösun-gen bewerten zu können.
Arbeitsschritte
Zu Beginn des Projekts erfolgte eine umfangreiche Recherche geeigneter Rohstoffe für die Ent-wicklung nachhaltiger Pulverlacke. Dabei wurden zahlreiche biobasierte und recycelte Materialien vorcharakterisiert. Besonderes Augenmerk lag auf Rohstoffen aus der Zellstoff-, Agrar- und Le-bensmittelindustrie sowie auf Recyclingmaterialien wie recyceltem Polyethylenterephthalat in Kom-bination mit biologischen Harzen. Anschließend wurden die ausgewählten Materialien umfassend charakterisiert. Mittels Rasterelektronenmikroskopie, Partikelgrößenanalysen und thermischen Untersuchungen wurden Morphologie, Partikel-größenverteilung, Mischbarkeit und Temperaturbe-ständigkeit untersucht. Ziel war es, die Eignung der einzelnen Komponenten für den Einsatz in Pul-verlacken zu bewerten und geeignete Materialkombinationen für die weitere Entwicklung auszu-wählen.
Auf Grundlage dieser Voruntersuchungen wurden schrittweise unterschiedliche Pulverlackformu-lierungen entwickelt. Hierfür wurden zunächst einzelne nachhaltige Komponenten mit etablierten Bindemitteln kombiniert, um deren Verarbeitbarkeit, Deckvermögen, Homogenität und färbende Wirkung zu untersuchen. Anschließend wurden Formulierungen mit zunehmend höheren Anteilen nachhaltiger Rohstoffe umgesetzt. Insgesamt wurden im Projektverlauf mehr als 35 verschiedene Pulverlackrezepturen entwickelt, hergestellt und getestet. Die hergestellten Beschichtungen wur-den auf Versuchsblechen appliziert und umfangreichen Materialprüfungen unterzogen. Neben Un-tersuchungen der Haftfestigkeit und Oberflächenqualität wurden Prüfungen zur Beständigkeit ge-genüber Feuchtigkeit, Korrosion und chemischen Einflüssen durchgeführt. Hierzu gehörten unter anderem Kondenswasserkonstantklimatests, Salzsprühnebelprüfungen, Abriebuntersuchungen sowie Chemikalienbeständigkeitsprüfungen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Bewertung der Langzeitbeständigkeit gegenüber künstlichem Sonnenlicht. Dazu wurden beschleunigte UV-Bewitterungsversuche durchgeführt, um die Auswirkungen direkter Sonneneinstrahlung auf Farb-ton, Glanz und Oberflächenqualität zu untersuchen. Nach den jeweiligen Belastungsversuchen erfolgte eine erneute optische Auswertung sowie mikroskopische Analyse der Beschichtungen mittels Licht- und Elektronenmikroskopie.
Parallel zur technischen Entwicklung wurde eine ökologische Bewertung durchgeführt. Hierfür wurden Stoff- und Energieströme bilanziert und CO₂-Äquivalente für unterschiedliche Rohstoffvari-anten berechnet. Ergänzend erfolgte eine sozioökonomische Untersuchung in Form einer Bran-chenumfrage, um Akzeptanz, Einsatzpotenzial und Marktrelevanz nachhaltiger Pulverlacksysteme zu bewerten.
Ergebnisse
Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass sämtliche Hauptbestandteile eines Pulverlacks grundsätzlich durch biologische oder recycelte Materialien ersetzt werden kön-nen. Von den mehr als 35 entwickelten und getesteten Rezepturen erfüllten vier Basisfor-mulierungen sämtliche Anforderungen der durchgeführten Prüfungen und können als in-dustriell einsetzbare Pulverlacksysteme eingestuft werden. Die entwickelten EcoCoat-Beschichtungen zeigten in verschiedenen Prüfungen eine gute Leistungsfähigkeit. Insbe-sondere hinsichtlich Haftfestigkeit, Korrosionsschutz, Chemikalienbeständigkeit und me-chanischer Belastbarkeit konnten Ergebnisse erzielt werden, die mit etablierten industriel-len Pulverlacken vergleichbar sind. Zudem konnte eine große Anzahl unterschiedlicher Farbvarianten erfolgreich umgesetzt werden. Als größte technische Herausforderung er-wies sich die UV-Stabilität der biobasierten Beschichtungen. Während die meisten Formu-lierungen unter intensiver UV-Belastung Farb- und Glanzverluste zeigten, konnten einzelne Systeme auch unter diesen Bedingungen akzeptable und gute Beständigkeiten nachweisen. Für zukünftige Entwicklungen besteht insbesondere in diesem Bereich weiteres Optimie-rungspotential.
Ein wesentliches Ergebnis des Projekts ist die vergleichsweise geringere Einbrenntempera-tur des EcoCoat-Pulverlacks. Während konventionelle Pulverlacke üblicherweise bei Tem-peraturen von bis zu 200 °C eingebrannt werden, konnten die entwickelten EcoCoat-Systeme teilweise bei 160 °C und verkürzten Haltezeiten verarbeitet werden. Hierdurch ergibt sich eine Energieeinsparung von etwa 30%. Unter Berücksichtigung zusätzlicher Wärmeverluste werden Einsparpotentiale von bis zu 40% als realistisch eingeschätzt.
Auch die ökologische Bewertung zeigt deutliche Vorteile der entwickelten Systeme. Die Be-rechnungen ergaben, dass durch den Einsatz biobasierter Bindemittel der CO₂-Fußabdruck einer Pulverbeschichtung um mehr als 70% reduziert werden kann. Bei Verwendung von recyceltem PET in Kombination mit biologischen Harzen als Bindemittel sind Einsparungen von ca. 60% möglich. Besonders vorteilhaft wirkt sich dabei die Vermeidung energieintensi-ver petrochemischer Syntheseprozesse sowie die Nutzung von Rohstoffen aus Kreislauf-wirtschaftsprozessen aus.
Die begleitende Branchenumfrage bestätigte darüber hinaus ein grundsätzlich hohes Inte-resse an nachhaltigen Beschichtungslösungen. Die Mehrheit der Befragten sieht Potentiale für den Einsatz biobasierter Pulverlacke und bewertet insbesondere die Reduzierung des Energieverbrauchs sowie die Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen positiv.
Öffentlichkeitsarbeit
#Die Ergebnisse des Projekts wurden während der gesamten Projektlaufzeit durch verschiedene Maßnahmen öffentlich kommuniziert. Regelmäßig wurde zu bestimmten Projektabschnitten über die LinkedIn-Kanäle der beteiligten Projektpartner über den Projektfortschritt informiert, sowie im Fall der Umfrage zur Meinungs- und Kommentarabgabe aufgefordert. Darüber hinaus wurden Fachvorträge auf wissenschaftlichen und branchenspezifischen Veranstaltungen gehalten, um die Projektergebnisse einem breiten Fachpublikum vorzustellen. Das Projekt wurde unter anderem auf dem Pulversymposium Dresden 2026, beim Forschungsseminar des Methodisch-Diagnostischen Zentrums für Werkstoffprüfung sowie beim Bezirksgruppentreffen des Verbands der Ingenieure des Lack- und Farbenfachs präsentiert. Zusätzlich erfolgte ein Messeauftritt auf der PaintExpo 2026 in Karlsruhe, einer der wichtigsten internationalen Fachmessen für industrielle Lackiertechnik. Ergänzend wurden Fachartikel in einschlägigen Branchenmedien veröffentlicht. Bereits während der Projektlaufzeit erschien ein Beitrag zum Projektstand in der Fachzeitschrift „Besser Lackieren“. Nach Projektabschluss wurden die wesentlichen Ergebnisse in einem Fachartikel im „Journal für Oberflächentechnik“ veröffentlicht. Durch die Kombination aus Fachpublikationen, Vorträgen und Messeauftritten konnte eine hohe Sichtbarkeit innerhalb der Lack- und Beschichtungsbranche er-zielt werden.
Fazit
Das Projekt EcoCoat zeigt, dass nachhaltige Pulverlacke mit einem Anteil von mindestens
90% biobasierten oder recycelten Rohstoffen technisch realisierbar sind und die Anforderungen zahlreicher industrieller Anwendungen erfüllen können. Die entwickelten Systeme weisen eine ho-he Haftfestigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine überzeugende chemische und mechani-sche Belastbarkeit auf und können mit konventionellen Pulverlacken konkurrieren. Es konnten ins-gesamt acht Basisrezepturen entwickelt und erfolgreich geprüft werden. Damit lässt sich durch verschiedene Kombinationen der Einzelkomponenten, sowie den Einsatz anderer Pigmente eine breite Farbpalette erzeugen.
Besonders hervorzuheben sind neben dem ökologischen Nutzen der entwickelten Beschichtungen auch die ökonomischen Vorteile. Durch die Verwendung nachwachsender und recycelter Rohstof-fe sowie durch die Reduzierung der Einbrenntemperaturen können der Energiebedarf und die damit verbundenen CO₂-Emissionen reduziert werden. Gleichzeitig eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Nutzung regionaler Wertschöpfungsketten und zur Integration von Stoffkreisläufen in der Beschich-tungsindustrie. Die ökonomischen Vorteile lassen sich mit Blick auf Lieferschwierigkeiten und star-ke Preisanstiege bei Erdölerzeugnissen deutlich machen. So erschließen sich neue Lieferquellen oder regionale Erzeugnisse, bei gleichzeitiger Unabhängigkeit von Erdölprodukten. Für eine Über-tragung auf die gesamte industrielle Produktpalette besteht weiterer Forschungsbedarf insbesonde-re hinsichtlich der UV-Beständigkeit der entwickelten Systeme, die über insgesamt aussichtsreiche Eigenschaften verfügen, aber sich als nicht UV-stabil erwiesen. Die Modifikation der Pigmente soll-te dabei den Fokus für eine verbesserte UV-Stabilität bilden.
Insgesamt konnte im Rahmen des Projekts nachgewiesen werden, dass nachhaltige Pulverlacke einen wichtigen Beitrag zur Transformation der Beschichtungsindustrie leisten können. Die entwi-ckelten EcoCoat-Systeme verbinden technische Leistungsfähigkeit mit einem deutlich reduzierten Ressourcen- und Energieverbrauch und schaffen damit die Grundlage für eine nachhaltigere in-dustrielle Oberflächenbeschichtung.