Nach­hal­tig — pflanz­li­cher Oxi­da­ti­ons­schutz für tech­ni­sche Schmierstoffe

Nach dem aktu­el­len Stand der Tech­nik wer­den Schmier­stof­fe haupt­säch­lich auf Basis von Mine­ral­ölen her­ge­stellt. Zwar wer­den bereits pflanz­li­che Öle für Bio­schmier­stof­fe ver­wen­det, der Anteil ist aber noch sehr gering. Eines haben bei­de gemein­sam: Ölba­sier­te Schmier­stof­fe sind beson­ders anfäl­lig gegen­über Oxi­da­ti­on. Zur Erhö­hung der Sta­bi­li­tät wer­den sie des­halb mit Addi­ti­ven ver­setzt, die als Anti­oxi­dan­ti­en die­nen. Damit neue Pro­duk­te im Sin­ne der Bio­öko­no­mie zur Ver­fü­gung ste­hen, hat das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ver­fah­rens­tech­nik und Ver­pa­ckung IVV eine nach­hal­ti­ge und umwelt­freund­li­che Alter­na­ti­ve zu den kon­ven­tio­nel­len, mine­ral­öl­ba­sier­ten Anti­oxi­dan­ti­en ent­wi­ckelt. Sie bestehen aus bio­ba­sier­ten Extrak­ten, die aus Rest­stof­fen der Agrar- und Lebens­mit­tel­in­dus­trie gewon­nen wer­den. Mit dem hohen anti­oxi­da­ti­ven Poten­ti­al die­ser sekun­dä­ren Pflan­zen­stof­fe ist es gelun­gen, rein pflanz­li­che Oxi­da­ti­ons­schutz-Addi­ti­ve für tech­ni­sche Anwen­dun­gen zu realisieren.
Bei den bereits erhält­li­chen bio­ba­sier­ten Schmier­stoff­sys­te­men kon­zen­trier­te sich die Ent­wick­lung für nach­hal­ti­ge­re Pro­duk­te bis­her vor allem auf die Basis­me­di­en und nicht auf die zuge­setz­ten Addi­ti­ve. Addi­ti­ve für Schmier­stof­fe sind Wirk­stof­fe, die den Basis­me­di­en zuge­mischt wer­den. Sie ver­lei­hen den Pro­duk­ten phy­si­ka­li­sche und/oder che­mi­sche Eigen­schaf­ten, die schmie­rungs­tech­nisch zwar erfor­der­lich, aber im Basis­me­di­um nicht vor­han­den sind. Häu­fig ein­ge­setz­te Addi­ti­ve sind vor allem Oxidations‑, Kor­ro­si­ons- und Ver­schleiß­schutz­ad­di­ti­ve sowie Deter­gen­tien, Emul­ga­to­ren, Ent­schäu­mer und Vis­ko­si­täts­in­dex-Ver­bes­se­rer. Schmieröle nei­gen unter Ein­fluss von Wär­me und Sauer­stoff zur Oxi­da­ti­on. Beschleu­nigt wird die­ser Zer­set­zungs­pro­zess durch sau­re Reak­ti­ons­pro­duk­te und Spu­ren von Metal­len. Dies führt zu einem Alte­rungs­pro­zess, bei dem sich Säu­ren sowie lack‑, harz- und schlamm­ar­ti­ge Abla­ge­run­gen bil­den, die größ­ten­teils ölun­lös­lich sind. Ein Anstieg der Vis­ko­si­tät und Ver­har­zen des Schmier­stof­fes sind die Fol­ge, wodurch die Lebens­zeit des Schmier­stof­fes ver­kürzt wird. Anti­oxi­dan­ti­en stel­len des­halb eine essen­ti­el­le Addi­tiv­grup­pe dar, die in fast allen Schmier­stoff­sys­te­men zum Ein­satz kommt.

Bio­ba­sier­te Extrak­te mit hoher Tech­no­funk­tio­na­li­tät und gestei­ger­tem Wirkpotenzial

Für die­se gro­ße Addi­tiv­grup­pe, die eine ent­schei­den­de Rol­le bei der Erhö­hung der Sta­bi­li­tät von ölba­sier­ten Schmier­stof­fen spielt, hat das Fraun­ho­fer IVV eine nach­hal­ti­ge und umwelt­freund­li­che Alter­na­ti­ve zu den kon­ven­tio­nel­len, mine­ral­öl­ba­sier­ten Anti­oxi­dan­ti­en ent­wi­ckelt. Im Rah­men eines For­schungs­pro­jek­tes wur­den bio­ba­sier­te Extrak­te gewon­nen. Sie ver­fü­gen über ein gestei­ger­tes Wirk­po­ten­ti­al für eine ganz neue Genera­ti­on von Addi­ti­ven. Für die Her­stel­lung der Addi­tiv-Alter­na­ti­ven wer­den Rest­stof­fe der Lebens­mit­tel- und Agrar­in­dus­trie ver­wen­det, die bis­her kei­ner Nut­zung zuge­führt wer­den konn­ten. Eini­ge die­ser Rest­stof­fe ent­hal­ten wert­vol­le Sub­stan­zen, die sich auf Grund ihrer Eigen­schaf­ten für den tech­ni­schen Bereich eignen.
Die dar­in ent­hal­te­nen sekun­dä­ren Pflan­zen­stof­fe kön­nen durch ihre extrem hohe Funk­tio­na­li­tät syn­the­ti­sche Addi­ti­ve in tech­ni­schen Pro­duk­ten erset­zen und so Recy­ling­fä­hig­keit und Bio­ab­bau­bar­keit erhö­hen. Pflanz­li­che Anti­oxi­dan­ti­en wei­sen bei­spiels­wei­se einen hohen Oxi­da­ti­ons­schutz auf, er ist jedoch nicht in allen Fäl­len aus­rei­chend. Die Her­aus­for­de­rung bestand dar­in, durch geziel­te Kom­bi­na­ti­on unter­schied­li­cher pflanz­li­cher Mole­kül­kom­po­nen­ten ein Anti­oxi­dan­ti­en-Sys­tem zu erzie­len, dass sich durch das gegen­sei­ti­ge, unter­stüt­zen­de Zusam­men­wir­ken ein­zel­ner Mole­kü­le auszeichnet.

Der Weg zur indus­tri­el­len Her­stel­lung ist geebnet

»Mit unse­ren Arbei­ten konn­ten wir zei­gen, dass durch eine Varia­ti­on der Extrak­ti­ons­pa­ra­me­ter und deren Anpas­sung das anti­oxi­da­ti­ve Poten­zi­al der gewon­ne­nen Pflan­zen-Extrak­te ganz gezielt beein­flusst wer­den kann. Die­se Kennt­nis­se sind von ent­schei­den­der Bedeu­tung für die Funk­tio­na­li­tät pflanz­li­cher Extrak­te. Dar­über hin­aus haben wir ein Ver­fah­ren zur Extrak­ti­on pflanz­li­cher Roh­stof­fe ent­wi­ckelt, das auf die Gewin­nung von anti­oxi­da­tiv wir­ken­den Extrak­ten für die tech­ni­sche Indus­trie zuge­schnit­ten ist. Damit ist der Grund­stein für die indus­tri­el­le Her­stel­lung der Extrak­te gelegt.«
— Dr. San­dra Kie­se, Projektleiterin

In dem For­schungs­pro­jekt hat das Insti­tut außer­dem sehr wirk­sa­me Extrakt-Kom­bi­na­ti­on iden­ti­fi­ziert, die auch in lipo­phi­len Schmier­stoff­sys­te­men sta­bil ein­ge­setzt und mit tech­no­funk­tio­nel­len Eigen­schaf­ten aus­ge­stat­tet wer­den kön­nen. In lipo­phi­len Pro­dukt­for­mu­lie­run­gen konn­ten auf die­se Wei­se sehr hohe anti­oxi­da­ti­ve Wir­kun­gen erzielt wer­den, die in die­ser Form selbst mit kon­ven­tio­nel­len Anti­oxi­dan­ti­en oft nicht erreicht wer­den. Die wis­sen­schaft­li­chen und tech­ni­schen Erkennt­nis­se bil­den die Vor­aus­set­zung für die Ent­wick­lung wei­te­rer bio­ba­sier­ter Schmier­stof­fe und Additive.