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Die
vorliegende Erfindung betrifft die neue Verwendung eines Überzugs
als Antifouling-Überzug für Oberflächen, die
zeitweise oder auf Dauer, ganz und/oder teilweise unter Wasser liegen.
Außerdem betrifft
die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zum Schutz dieser
Oberflächen
vor dem Bewuchs und/oder dem Einnisten von Lebewesen. Des Weiteren
betrifft die vorliegende Erfindung eine neue Verwendung für Überzüge, die
durch elektrostatisches Flocken hergestellt werden.
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Durch
Bewuchs von Schiffsrümpfen,
Bojen oder Unterwasserbauwerken wie Hafenanlagen, Kanalwänden oder
Brückenpfeilen
werden weltweit schwerwiegende Schäden angerichtet. Diese sind nicht
nur technischer Natur, wie etwa eine verstärkte Korrosion, sondern auch ökologischer
Natur. Beispielsweise können
ein starker Bewuchs von Schiffsrümpfen
und das nachfolgende Einnisten weiterer Lebewesen in den Bewuchs
die Reibung zwischen Schiffsrumpf und Wasser so stark erhöhen, dass
sich der Treibstoffverbrauch stark erhöht. Dies ist aber weder aus
wirtschaftlicher noch aus ökologischer Sicht
akzeptabel.
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Bekanntermaßen wird
der Bewuchs mit und/oder das Einnisten von Lebewesen auf den unter Wasser
liegenden Oberflächen
auch als "Fouling" bezeichnet.
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Es
ist bekannt, dass Schwermetallverbindungen, insbesondere Zinnverbindungen,
das Fouling wirksam verhindern. Der Nachteil dieser sogenannten
Antifouling-Mittel
liegt darin, dass sie ausgesprochen starke Umweltgifte sind. Wenn
sie aus den Überzügen ausgewaschen
werden, werden sie außerdem
noch durch die Schiffe über
die Seen, Flüsse und
Meere verteilt.
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Man
hat versucht, diesem Problem dadurch Herr zu werden, dass man die
Schwermetallverbindungen in den Antifouling-Überzügen immobilisiert, indem man
sie chemisch an die Überzüge bindet. Dies
löst jedoch
nicht die Frage, wie die alten Antifouling-Überzüge sicher entsorgt werden können, wenn die Schiffsrümpfe, die
Bojen oder die Hafenanlagen mit neuen Überzügen versehen werden sollen.
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Die
Herstellung von Beschichtungen mit Hilfe des elektrostatischen Flockens
von kurzen Fasern ist seit langem bekannt. Die resultierenden Beschichtungen
werden vor allem für
dekorative Zwecke, beispielsweise zur Imitation von Satin oder Samt,
für den
Schallschutz oder für
die Reduzierung von Reibung eingsetzt. Für die Herstellung von Antifouling-Überzügen sind
sie noch nicht in Betracht gezogen worden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die neue Verwendung eines Antifouling-Überzugs bereitzustellen,
die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweist,
sondern die Oberflächen,
die zeitweise oder auf Dauer, ganz und/oder teilweise unter Wasser
liegen, effizient und auf Dauer vor dem Bewuchs mit und/oder dem
Einnisten von Lebewesen schützt,
ohne dass dabei Biozide, wie Schwermetallsalze, verwendet werden.
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Außerdem war
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren zum
Schutz von Oberflächen,
die zeitweise oder auf Dauer, ganz und/oder teilweise unter Wasser
liegen, vor dem Bewuchs mit und/oder dem Einnisten von Lebewesen zu
finden, wobei das neue Verfahren ohne Biozide, wie Schwermetallsalze,
auskommen soll.
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Nicht
zuletzt war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neue
Verwendung für
das elektrostatischen Flocken und die hiermit hergestellten Überzüge zu finden.
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Demgemäß wurde
die neue Verwendung eines Überzugs
als Antifouling-Überzug
für den
Schutz von zeitweise oder auf Dauer, ganz und/oder teilweise unter
Wasser liegenden Oberflächen
gefunden, wobei der Überzug
mindestens eine wasserfeste Adhäsionsschicht
und hierin elektrostatisch eingeflockte wasserfeste Fasern enthält.
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Außerdem wurde
das neue Verfahren zum Schutz von zeitweise oder auf Dauer, ganz
und/oder teilweise unter Wasser liegenden Oberflächen vor dem Bewuchs mit und/oder
das Einnisten von Lebewesen durch Aufbringen eines Antifouling-Überzugs auf den Oberflächen gefunden,
bei dem man den neuen Antifouling-Überzug
verwendet.
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Für den mit
der Herstellung von Antifouling-Überzügen befaßten Fachmann
war es überraschend
und nicht vorhersehbar, dass sich Beschichtungen, die mit Hilfe
des elektrostatischen Flockens von Fasern hergestellt werden, als
Antifouling-Überzüge eigenen.
Noch mehr überraschte,
dass die Beschichtungen für
diese neuartige Verwendung nicht mit Bioziden wie Schwermetallverbindungen
ausgerüstet
werden müssen,
sondern dass ihre überraschende
Antifouling-Wirkung
nicht auf einer toxischen bzw. bioziden Wirkung, sondern eher auf
physikalischen oder physikalisch chemischen Eigenschaften beruhte.
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Der
Antifouling-Überzug
dient dem Schutz von zeitweise oder auf Dauer, ganz und/oder teilweise
unter Wasser liegenden Oberflächen.
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Bei
diesen Oberflächen
handelt es sich um äußere, mit
dem Wasser in Berürung
kommenden Oberflächen
von mobilen oder stationären
Schwimmkörpern
oder Unterwasserbauwerken aller Art. Diese Oberflächen können aus
allen Materialien bestehen wie sie üblicherweise im Schiffsbau
oder im Unterwasserbau angewandt werden. Sie befinden sich auf Dauer
oder nur zu bestimmten Zeiten im Wasser. Dabei liegen sie entweder
ganz oder nur teilweise unter Wasser. Die Eigenschaft „teilweise" bedeutet, dass die
betreffenden Oberfläche
aufgrund ihrer Funktion aus dem Wasser herausragen (beispielsweise
ein Brückenpfeiler)
oder beispielsweise aufgrund von Wellengang und/oder Gezeiten zeitweise über die Wasseroberfläche ragen.
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Beispiele
stationärer
Schwimmkörper
sind Bojen oder schwimmende Inseln jeglicher Art und Größe.
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Beispiele
mobiler Schwimmkörper
sind Schiffe, Boote, Kähne
oder Wasserscooter oder Teile hiervon.
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Beispiele
für Unterwasserbauwerke
sind Hafenmolen, Dämme,
Bohrinseln, Kanalwände,
Wehre, Schleusen, Brückenpfeiler
oder auf dem Wasserboden verlegte Rohre oder Kabel.
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Der
Verwendung des Antifouling-Überzugs sind
in dieser Hinsicht praktisch keine Grenzen gesetzt. Außerdem entfaltet
er seine erfindungsgemäße Wirkung
sowohl im Salzwasser als auch im Süßwasser.
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Auch
hinsichtlich der Lebewesen, deren Bewuchs und/oder Einnisten verhindert
werden soll, ist die Wirkung des Antifouling-Überzugs nicht beschränkt. So
wird der Bewuchs mit und/oder das Einnisten von Invertebraten wie
Mollusken, Anthropoden oder kleineren Fischen, Plankton, Algen,
Pflanzen, Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen und/oder Protozoae
sowie mit diesen Lebewesen in Symbiose lebenden Organismen und/oder
Parasiten wirksam verhindert. Da diese Antifouling-Wirkung nicht
auf der bioziden Wirkung einer toxischen Verbindung beruht, die
im Laufe der Zeit verbraucht und/oder vom Wasser eluiert wird, bleibt
sie auf Dauer erhalten.
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Der
Antifouling-Überzug
enthält
mindestens eine Adhäsionsschicht.
Die Adhäsionsschicht
ist wasserfest, d.h., dass sie auch nach langem Kontakt mit Wasser
von diesem nicht aufgelöst
und/oder zersetzt wird. Sie dient der Verankerung der durch elektrostatisches
Flocken applizierten Fasern.
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Bei
dem Flocken ist die Adhäsiosschicht
bekanntermaßen
von einer solchen Konsistenz, dass die Fasern unter der Wirkung
des elekrischen Feldes gewissermaßen wie Pfleile in die Adhäsionschicht geschossen
werden können.
Nach der Applikation ragen sie dann aus der Adhäsionsschicht heraus. Vorzugsweise
wird die Adhäsionsschicht
nach dem Flocken durch physikalische Trocknung und/oder thermische
Vernetzung gehärtet,
so dass die Fasern haftfest hierin verankert sind. Für die Herstellung
der Adhäsionsschicht
sind alle üblichen
und bekannten Klebstoffe geeignet wie
- – Klebstoffe
auf der Basis von Emulsionen, insbesondere von Polyvinylacetaten
oder Polyacryalaten und/oder deren Copolymerisaten,
- – lösemittelhaltige
oder lösemittelfreie
Klebstoffe auf der Basis von Polymerisaten, insbesondere Polyacrylaten,
oder
- – lösemittelhaltige
Reaktivklebstoffe wie Epoxy- oder Polyurethansysteme.
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Die
Klebstoffe werden so ausgewählt,
dass sie sich leicht applizieren lassen und die Oberflächen oder
die Substrate in der erforderlichen Schichtdicke gleichmäßig bedecken.
Außerdem
werden sie so ausgewählt,
dass die applizierten Fasern fest in den gehärteten Adhäsionsschichten haften und diese
die für
die Unterwasseranwendung notwendigen physikalischen, chemischen
und mechanischen Eigenschaften wie Wasserfestigkeit, Haftung zur
Oberfläche
und zur Faser, Elastizität,
Flexibilität
und Härte aufweisen.
Der Fachmann kann daher die geeigneten Klebstoffe und Adhäsionsschichten
anhand ihres bekannten Eigenschaftsprofils einerseits und anhand der
bekannten Eigenschaftsprofile der Fasern andererseits ggf. unter
Zuhilfenahme einfacher orientierender Versuche leicht auswählen. Vorzugsweise werden
Klebstoffe verwendet, die Adhäsionsschichten
mit einer elektrischen Leitfähigkeit
liefern, die für die
rasche Dissipation der elektrischen Ladung ausreichend ist. Der
maximale elektrische Widerstand liegt üblicherweise bei 107 Ohm.
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Die
Dicke der Adhäsionsschicht
kann sehr breit variieren und richtet sich in erster Linie nach dem
Verwendungszweck der Antifouling-Überzüge und nach der Länge der
verwendeten Fasern. Vorzugsweise liegt die Dicke bei mindestens
0,05 mm und ist nach oben nicht begrenzt. Bevorzugt liegt sie bei
0,05 bis 5, besonders bevorzugt bei 0,06 bis 4 und insbesondere
0,07 bis 3 mm. Für
spezielle Anwendungen können
auch dickere Adhäsionsschichten
verwendet werden.
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Der
Antifouling-Überzug
enthält
als erfindungswesentlichen Bestandteil Fasern. Diese können aus
den unterschiedlichsten als solche farbigen und/oder gefärbten oder
als solche farblosen und/oder ungefärbten, elektrisch leitfähigen oder nicht
leitfähigen
Materialien wie Kunststoffe, insbesondere Polyamide, Polyester,
Polyimide, Polyolefine, Polysulfone, Polyethersulfone oder Polynitrile, Keramik,
Glas, Metall, Kohlenstoff oder Textil oder aus Verbunden dieser
Materialien wie metallisierte Kunststoffasern, Glasfasern oder Textilfasern
bestehen. Vorzugsweise werden Kunststoffasern, insbesondere Polyamidfasern,
angewandt.
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Die
Länge der
Fasern kann breit variieren. Vorzugsweise werden Fasern einer Länge von
0,2 bis 5, bevorzugt 0,3 bis 4,5 und insbesondere 0,4 bis 4,3 mm
verwendet.
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Desgleichen
kann die Feinheit der Fasern breit variieren. Vorzugsweise werden
Fasern einer Feinheit von 0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 25 und insbesondere
0,2 bis 10 tex (DIN 1301) verwendet.
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Der
Querschnitt der Fasern kann von unterschiedlichster Form sein. Vorzugsweise
werden Fasern verwendet die einen im Wesentlichen runden Querschnitt
aufweisen. Unter einem im Wesentlichen runden Querschnitt werden
insbesondere kreisförmige,
ovale oder elliptische Querschnitte verstanden. Vorzugsweise werden
Fasern mit einem kreisförmigen
Querschnitt verwendet.
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Für den neuen
Antifouling-Überzug
ist es wesentlich, dass man mindestens zwei, Fasersorten von unterschiedlichem
Eigenschaftsprofil verwendet. In den allermeisten Fällen reichen
zwei Fasersorten völlig
aus, um die erfindungsgemäße Wirkung
zu erzielen.
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Besonders
vorteilhafte Antifouling-Überzüge resultieren,
wenn sich die Fasersorten in ihrer Länge voneinander unterscheiden.
Dabei kann das Längenverhältnis breit
variieren. Vorzugsweise liegt es bei 1 : 1,2 bis 1 : 5, bevorzugt
1 : 1,5 bis 1 : 2,5 und insbesondere 1 : 1,9 bis 1 : 2,1.
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Darüber hinaus
können
sich die Fasersorten in ihrer stofflichen Zusammensetzung voneinander unterscheiden,
d. h., dass beispielsweise Polyamidfasern zusammen mit Polyimidfasern
oder Polyolefinfasern mit Polyamidfasern und/oder Glasfasern in
den neuen Antifouling-Überzügen vorliegen.
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Des
Weiteren können
sich die Fasersorten in ihren Durchmesser voneinander unterscheiden,
d. h., dass dicke und dünne
Fasern an den Antifouling-Überzügen vorliegen.
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Die
Fasersorten können
sich darüber
hinaus in ihren mechanischen Eigenschaften voneinander unterscheiden.
So können
sie sich insbesondere in ihrer Härte,
Flexibilität
oder Elastizität
voneinander unterscheiden. Dies bedeutet, dass in den neuen Antifouling-Überzügen beispielsweise
vergleichsweise harte und starre Fasern neben vergleichsweise flexiblen
oder elastischen Fasern oder weichen Fasern vorliegen. Wesentlich
ist, dass die mechanischen Eigenschaften so ausgewählt werden,
dass die Fasern unter der Anwendungsbedingungen dimensionsstabil
sind, d. h., nicht brechen, reißen
oder irreversibel deformieren, wenn sie beispielsweise starkem Wellengang,
starker Strömung
und/oder direkter mechanischer Einwirkung durch Stoß oder Schlag,
beispielsweise beim Anlegen eines Schiffes an ein Pier, ausgesetzt
werden. Der Fachmann kann die geeigneten Fasern anhand ihrer bekannten
Eigenschaftsprofile leicht auswählen.
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Die
Länge,
in der die Fasern aus der Adhäsionsschicht
herausragen, kann breit variieren. Sie richtet sich in erster Linie
nach der Länge
der Fasern und nach der Stärke
des beim Flocken angewandten elektrischen Feldes. Vorzugsweise ragen
die Fasern 0,1 bis 4,9, bevorzugt 0,2 bis 4,8 und insbesondere 0,3
bis 4,7 mm aus der Adhäsionsschicht
heraus.
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Vorzugsweise
ragen unterschiedliche Fasersorten unterschiedlich lang aus der
Adhäsionsschicht heraus.
Besondere Vorteile resultieren, wenn eine gegebene Fasersorte jeweils
in derselben oder im wesentlichen derselben Länge herausragt.
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Das
Verhältnis
der Länge
der am kürzesten herausragenden
Fasern zu der Länge
der am weitesten herausragenden Fasern kann breit variieren Für den neuen
Antifouling-Überzug
ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der Länge der am kürzesten
herausragenden Fasern zu der Länge
der am weitesten herausragenden Fasern bei 1 : 1,2 bis 1 : 5, bevorzugt
1 : 1,5 bis 1 : 2,5 und insbesondere 1 : 1,9 bis 1 : 2,1 liegt.
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Dadurch
gewinnt der Antifouling-Überzug gewissermaßen die
vorteilhafte Struktur aus "Unterwolle" und "Oberwolle", wie sie in den
Fellen zahlreicher Wassersäugetiere
wie beispielsweise Seehunden oder Robben vorliegt.
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Die
Menge der Fasern, die auf eine Flächeneinheit appliziert wird,
kann breit variieren und richtet sich zum einen nach der spezifischen
Dichte der Fasern einerseits und nach dem Bedeckungsgrad, den man
erzielen will, andererseits. Für
den Antifouling-Überzug
ist es von Vorteil, wenn der Bedeckungsgrad möglichst hoch ist, so dass die
Adhäsionsschicht
weitgehend oder völlig
abgeschirmt ist. Vorzugsweise werden 10 bis 500, bevorzugt 20 bis 400
und insbesondere 30 bis 300 g Fasern/m2 angewandt.
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Das
Mengenverhältnis
der unterschiedlichen Fasersorten kann breit variieren. Werden beispielsweise
zwei unterschiedliche Fasersorten angewandt, liegt das Mengenverhältnis vorzugsweise
bei 10 : 1 bis 1 : 10, bevorzugt 5 : 1 bis 1 : 5 und insbesondere 2
: 1 bis 1 : 2.
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Der
Antifouling-Überzug
kann direkt auf der zu schützenden
Oberfläche
hergestellt werden, wenn dies die äußeren Umstände gestatten. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn Schiffe in der Werft auf Kiel liegen. Andernfalls
werden die Antifouling-Überzüge separat
auf einem geeigneten Substrat, das der jeweiligen Verwendung angepaßt ist oder durch
formgebende Verarbeitung wie Schneiden oder Aufkaschieren angepaßt werden
kann, hergestellt. Beispiele geeigneter Substrate sind Platten, Folien,
dreidimensionale Formteile aus Metall, insbesondere Stahl, Holz,
Kunststoff, Keramik oder Beton. Es können aber auch Verbunde mindestens
zweier dieser Materialen verwendet werden.
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Methodisch
gesehen weist die Herstellung der Antifouling-Überzüge durch elektrostatisches Flocken
keine Besonderheiten auf, sondern erfolgt mit Hilfe der auf diesem
technischen Gebiet üblichen und
bekannten Verfahren und Vorrichtungen. Dabei können die unterschiedlichen
Fasersorten gleichzeitig oder nacheinander appliziert werden. Die
unterschiedlichen Fasersorten können
aber auch alternierend appliziert werden, d. h., dass man abwechselnd Teilmengen
der einen und dann der anderen Fasersorte appliziert. Während oder
nach dem Flocken können
die Fasern noch elektrostatisch in bestimmte Vorzugsrichtungen orientiert
werden.
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Die
Antifouling-Überzüge entfalten
ihre Wirkung auch ohne die Verwendung von Bioziden wie Schwermetallsalzen.
Sie sind einfach herzustellen und können problemlos entsorgt werden.
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Darüber hinaus
können
ihre Fasern in Richtung der Strömunglinien
des Wassers längs
der zu schützenden
Oberflächen
ausgerichtet werden. Im Falle eines Schiffskörpers kann dies die Richtung vom
Bug zum Heck sein. Bei Umkehrung der Strömungsrichtung, beispielsweise
bei Rückwärtsfahrt, sträuben sich
die Fasern, wodurch ein Selbstreinigungseffekt resultiert.
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Bei
der Verwendung elektrisch leitfähiger
Fasern wie Metallfasern, Kohlenstofffasern oder metallisierte Fasern
können
die zu schützenden
Oberflächen
noch einer Niedervoltbehandlung unterzogen werden. Die Kohlenstofffasern
können
außerdem
der Ultraschallabsorption dienen.
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Antifouling-Überzüge mit farbigen
und/oder gefärbten
Fasern können
zudem zu dekorativen Zwecken und/oder zu Zwecken der Signalgebung eingesetzt
werden.
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Diese
vorteilhaften technischen Effekte können selbstverständlich mit
einander kombiniert werden.
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Beispiel
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Auf
Stahlbleche der Abmessungen 10 × 10 cm
wurde ein handelsüblicher
Zweikomponentenkleber in einer Schichtdicke von 1,2 mm appliziert.
Vor seiner Aushärtung
wurden auf jedes Stahlblech 1,5 g Polyamidfasern einer Länge von
2,5 mm und einer Feinheit von 2,0 tex und 1,5 g Polyamidfasern einer Länge von
1,25 mm und einer Feinheit von 2,0 tex elektrostatisch geflockt.
Die Stahltafeln mit den Antifouling-Überzügen wurden auf weiten offenen
Gestellen waagerecht und senkrecht befestigt, sodass das Wasser
frei zu ihrer Oberfläche
zutreten konnte. Die Gestelle wurden in ein fließendes Gewässer und in einen Fischteich
versenkt, sodass die Stahlbleche mit den Antifouling-Überzügen unter
der Wasseroberfläche
lagen. Die Stahlbleche wurden von Zeit zu Zeit inspiziert. Dabei
zeigt es sich, dass selbst nach einem Jahr der Wasserlagerung auf
den Antifouling-Überzügen kein
Bewuchs vorhanden war.