Stiftung Institut für Werkstofftechnik

Amtliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Bremen

MPA Bremen

Kontrolle der mikrobiellen Kontamination von technischen Anlagen durch nachhaltig-biozide Beschichtungen kritischer Oberflächenbereiche (KomiK)

gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft Industrielle Forschung (AiF) 2004-2006 Forschungspartner: IFAM Bremen - Pulvermetallurgie
Ansprechpartner: Jörg Peterschewski

Der Schwerpunkt der Arbeiten im Forschungsprojekt „KomiK“ lag darauf, Oberflächen in den Bereichen, die für eine mechanische Reinigung schwer zugänglich sind (z.B. Tankwandungen), vor mikrobiellem Befall, insbesondere vor der Bildung von Biofilmen, zu schützen. Von solchen „versteckten“ Quellen kann es zu einer fortlaufenden (Re-)Kontamination des gesamten Systems kommen, was z.B. eine Verkürzung der Standzeiten des wassergemischten Kühlschmierstoffs (KSS) nach sich ziehen kann.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „KomiK“ ist es gelungen, durch interdisziplinäre Zusammenarbeit des Fraunhofer IFAM Bremen und des IWT Bremen, antimikrobiell wirksame Beschichtungen für Maschinen-, Filteranlagen- und Tankwände zu entwickeln, die Kühlschmierstoff nutzende Systeme, wie z.B. Werkzeugmaschinen, vor einem versteckten Befall durch Mikroorganismen schützen können. Diese biozide Wirkung konnte durch Tests in einem realen Produktionsprozess nachgewiesen werden.

Es wurden zum einen solche Beschichtungen hergestellt, die durch direktes Ansintern mit Silber oder Silber-Kupfer-Mischungen auf Metalloberflächen (Baustahl, nichtrostender Stahl) antimikrobiell wirkten, als auch antimikrobielle Lacksysteme, die den Vorteil haben, auch nachträglich in einer Maschine aufgebracht werden zu können.

Als Lacksysteme wurden ein Acryllack und ein 2-Komponenten-Lack als Basis eingesetzt. In diese Lacke wurde Nano-Silber in einer Konzentration von 0,25 – 2 Gew% eindispergiert. 20 im Rahmen der Laborsimulationen ausgewählte Proben wurden in einem realen Produktionsprozess mit äußerst wirksamen Beschichtungen über vier Wochen getestet. 18 von 20 Beschichtungen waren auch über acht Wochen nachweisbar wirksam. Die antimikrobiell wirkenden Metalle Silber und Kupfer waren nach acht Wochen Praxiseinsatz noch auf den Proben nachweisbar. Eine grundsätzliche Wirkung dieser Abwehrstrategien gegen die Bildung von Biofilmen in Maschinen, die mit wassergemischten Kühlschmierstoffen betrieben werden, konnte erfolgreich nachgewiesen werden.

Als wirkungsvollstes und beständigstes System hat sich der 2-Komponenten-Lack auf Baustahl (St 37) mit einer Silberkonzentration von 0,25 – 1% erwiesen. Auf nichtrostendem Stahl (4301) zeigte ein Acryllack mit einer Silberkonzentration von 0,5 – 2% die beste antimikrobielle Wirkung. Dieser Lack zeigte allerdings in einigen Phasen Beständigkeitsprobleme im KSS. Durch Bedampfen mit Silber (und gleichzeitigem Ansintern der aufgedampften Partikel) ließen sich sehr gut beständige antimikrobielle Oberflächenmodifikationen sowohl auf Edelstahl als auch auf Baustahl herstellen. Durch die Vakuumbeschichtung waren gleichmäßigere Schichten herstellbar als durch Aufsintern. Die wirkungsfähigste direkte Beschichtung der Proben wurde aufgrund der sehr feinen Verteilung der bioziden Metalle auf der Oberfläche durch die Vakuumsinterung erreicht.

Dennoch ergaben sich im Laufe der Forschungsarbeiten einige noch ungeklärte Phänomene, die nicht Bestandteil der vorliegenden Forschungsaufgabe waren. So sind z.B. Jodverbindungen im KSS zu vermeiden da dies zur Bildung von schwer löslichem Silberjodid und der Inaktivierung der silberhaltigen Beschichtungen führt. Jodcarbamat wird beispielsweise als Fungizid eingesetzt., Das komplexe System KSS/Oberflächen muss über längere Zeiträume untersucht werden. Es besteht erheblicher Forschungsbedarf. Daher wurde über die Forschungsvereinigung AWT e.V. bei der AiF ein Nachfolgeprojekt beantragt.

Das hier beschriebene Forschungsvorhaben (14082 N/1) wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert. Dafür bedanken wir uns ganz herzlich!

Abschlussbericht 2006: [PDF] (10,2MB)