Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Stratifizierende Pulverlacke

Die kosteneffiziente, umweltfreundliche und nachhaltige Pulverlackierung wird weiter an Bedeutung gewinnen, wenn es gelingt, die derzeitigen technischen Limitierungen zu überwinden. Multischichtaufträge mit funktionalen Einzelschichtdicken von bis zu 40 µm, wie sie für hochwertige Anwendungen und hoch witterungsbeständige Beschichtungen gefordert werden, sind noch nicht realisierbar. Durch Stratifizierung könnte bei einmaliger Sprühapplikation ein quasi-zweischichtiger Beschichtungsaufbau aus einer gut haftenden pigment-/füllstoffreicheren substratnahen und einer oberflächennahen, möglichst pigmentfreien wetterstabilen Deckschicht hergestellt werden. Im geplanten Forschungsvorhaben soll für Systeme auf Basis von Epoxy-, Polyester- und Acrylat-Mischpulverlacken untersucht werden, wie der Stratifizierungseffekt gezielt über das Eigenschaftsprofil der Lackrohstoffe und die Prozessparameter gesteuert werden kann. Um eine Phasentrennung zu erzielen, werden geeignete Bindemittel, Pigmente/Füllstoffe (modifiziert/unmodifiziert) sowie phasenvermittelnde Copolymere auf ihre Mischbarkeiten/Unverträglichkeiten untersucht. Allgemeingültige Kriterien für die Stratifizierung schmelzender Polymersysteme werden durch die Korrelation mit Oberflächen-/Partikelanalysen, rheologischen Eigenschaften/Schmelzviskositäten und Reaktivitäten abgeleitet. Außerdem wird geprüft, ob die Korrosions- und Witterungsbeständigkeiten stratifizierter Systeme denen konventioneller entsprechen. Die Forschungsergebnisse werden Pulver-/Lohnbeschichtern zugutekommen, die so kostengünstig hochwertige Pulverbeschichtungen erzeugen können. Bei diesen Firmen handelt es sich i.d.R. um KMU. Für Pulverbeschichter/Pulverlackhersteller und Rohstofflieferanten ergeben sich insgesamt bedeutende wirtschaftliche Vorteile aus einem neuen Pulverlack-Marktsegment für High-End-Anwendungen. Pulverlacke finden hauptsächlich Anwendung in der Metall-/Fassadenbeschichtung, Möbel-/Automobillackierung sowie bei Haushaltsgeräten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wurden umfangreiche Arbeiten zur Kombination von Pulverlackkomponenten mit dem Ziel einer Stratifizierung durchgeführt. Die deutlichsten Stratifizierungseffekte wurden für unpigmentierte 3:1- Dry-Blend-Mischungen von Epoxid-/Polyester-Pulverlacken festgestellt, bei dem die witterungsstabilere Polyester-Komponente sich an der Oberfläche und die eine gute Haftung erzeugende Epoxid-Komponente sich substratnah anreichert. Dabei zeigte sich, dass für eine substratnahe Anreicherung einer Komponente eine geringe Viskosität, verbunden mit einer erhöhten Oberflächenenergie, günstig ist.

Es konnte ferner ein Stratifizierungs-Index für unpigmentierte Systeme ermittelt werden, welcher die Stratifizierungseffekte für Pulverlacke, bestehend aus unterschiedlichen Bindemittelkomponenten charakterisiert. Über die Untersuchung an nichtreaktiven und reaktiven Pulverklarlack-Basissystemen konnten auf Basis kommerzieller Rohstoffe geeignete Kombinationen evaluiert werden, die über Dry-Blending der Einzelsysteme zu einer Stratifizierung mit Ausbildung von zwei getrennten Schichten führen. Die Vorzugsvarianten weisen dabei eine Anreicherung der wetterstabilen Pulverlackkomponenten an der Oberfläche des Filmes auf.

Es wurden ferner gezielte Oberflächenmodifizierungen von Aluminium- und Perlglanz-Effektpigmenten durchgeführt, welche eine gewünschte Anreicherung in Substratnähe erlauben. Eine Kombination dieser Vorzugsvariante mit modifizierten Al-Pigmenten über Dry-Blending im Anschluss an die Pulverlackherstellung resultierte in einer Anreicherung der Pigmente an der Grenzfläche zwischen Basislack und Top-Coat-Komponenten. Auf diese Weise ermöglichen geringe Zugabemengen einen hohen Effekt.

Die mit den oberflächenmodifizierten Pigmenten formulierten stratifizierenden Dry-Blend-Mischungen wiesen sowohl bei der farbmetrischen Beurteilung als auch bei der Photo-Oxidations-Index Charakterisierung signifikant verbesserte Bewitterungsstabilitäten auf.