Einfluss von Bindemitteln, Füllstoffen und Additiven

Bindemittel

Bindemittel oder Harz vereinen alle Feststoffkomponenten des Lacks und fungieren als Filmbildner. Bindemittel verleihen mechanische Eigenschaften wie Härte, Flexibilität und Haftfestigkeit. Das Bindemittel an sich ist klar und glänzend.

Bindemittelgerüste werden durch thermische Oxidation und Photo-Oxidation abgebaut. Deshalb ist es notwendig, Witterungs- und UV-Beständigkeit zu gewährleisten. Dies ist vor allem für Korrosionsschutzbeschichtungen wichtig, die z.B. Brücken, Lagertanks oder Stahlkonstruktionen gegen Umwelteinflüsse schützen. Tests werden entweder beschleunigt im Labor mit Bewitterungsprüfgeräten oder in der Freibewitterung praxisnah durchgeführt. Die bekanntesten Gebiete für Freibewitterungsstudien sind Arizona und Süd-Florida.

Das Beispiel zeigt die Untersuchung an zwei unterschiedlichen Silikon-Epoxid-Harzen. Wie in der Grafik ersichtlich, hat Typ 2 von Beginn an einen höheren 60° Glanzwert als Typ 1 und behält sogar nach 42 Monaten Freibewitterung in Florida ein höheres Glanzniveau als Typ 1.
Die Farbe wird bei beiden Systemen exzellent aufrechterhalten. Nach 42 Monaten unter Freibewitterungsbedingungen zeigen beide ein ΔE* weniger als 1 im Vergleich zur Referenz.

Füllstoffe

Füllstoffe sind im Bindemittel nahezu unlösliche Feststoffpartikel. Sie sorgen für eine Vergrößerung des Lackvolumens und für eine Verbesserung mechanischer und optischer Eigenschaften. In der Regel sind Füllstoffe günstiger als andere Pigmente und verringern so die Gesamtkosten der Lackrezeptur. Unter allen Füllstoffen ist Kalziumkarbonat quantitativ der wichtigste Stoff. Aufgrund des neutralen Farbtons und der hohen Helligkeit (L* ≥ 95) können diese als Ersatz von TiO2 dienen. Wegen einer größeren, mittleren Teilchengröße und eines geringeren Brechungsindex muss darauf geachtet werden, dass die notwendige Deckkraft erreicht wird. Neue synthetisch hergestellte Kalziumkarbonate berücksichtigen genau diese Problematik. In einer Farbrezeptur mittlerer Qualität mit 12,5% TiO2 und einer PVK (Pigmentvolumenkonzentration) von 76% wurde die Menge an TiO2 im Verhältnis 1:1 durch ein neues, synthetisches Kalziumkarbonat ersetzt. Die untenstehende Grafik zeigt die Ergebnisse: Opazität und Helligkeit verglichen mit der Standardrezeptur veränderten sich bis zu einer 60%igen TiO2- Substitution nicht. ¹⁾

In dieser Untersuchung wurde nur eine Zunahme des 85° Glanz von 4 bis 7 Glanzeinheiten beobachtet.

¹⁾ Dr. Petra Fritzen; Solvay Chemicals GmbH: Ein gut gefülltes Paket; Farbe und Lack (June 2015); Seite 58 – 62

Additive

Additive sind Substanzen, die in sehr kleinen Mengen einer Beschichtung beigefügt werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern, wie z.B. das Benetzen und Dispergieren, den Verlauf, das Entschäumen oder können auch als Mattierungsmittel wirken.

Netz- und Dispergieradditive

Einer der wichtigsten Produktionsschritte bei pigmentierten Lacksystemen ist die homogene Verteilung und Stabilisierung von Pigmenten und Füllstoffen innerhalb der flüssigen Bindemittellösung. Wenn dieser Schritt nicht optimiert ist, kann eine Vielzahl an Defekten auftreten, wie z.B. Flockulation, Glanzverlust, Farbveränderung und Sedimentation. Netz- und Dispergieradditive sind oberflächenaktive Substanzen, die die Benetzung der Feststoffe verbessern und eine Flockulation der Pigmentpartikel verhindern. Das Diagramm zeigt den Einfluss von Netz- und Dispergieradditiven auf die Dispersionsqualität. In einem lösemittelfreien Lacksystem werden zwei unterschiedliche Additive mit dem Standardsystem (ohne Additiv) verglichen. Das neue Additiv stabilisiert die Pigmentpartikelchen optimal, was einen erhöhten 20° Glanzwert und eine signifikante Verminderung des Schleiers zur Folge hat.

Verlaufsadditive

Das Kapitel „Lacke für industrielle Anwendungen“ behandelt wie Orange Peel von Pulverlacken durch Verwendung des Verlaufsadditivs BYK-3902 optimiert werden kann. Das wave-scan wurde für diese Messungen verwendet

Mattierungsmittel

Abhängig von der Partikelgröße, können Wachsadditive den Oberflächenglanz beeinflussen. Normalerweise erzeugen Partikel größer als 1 μm einen Mattierungseffekt. CERAFLOUR-1000 ist ein mikronisiertes Polymer mit wachsähnlichen Eigenschaften zur Verbesserung des Oberflächenschutzes und der Haptik (Soft-Feel-Effekt). Der Mattierungseffekt tritt vor allem bei strahlungshärtenden Systemen auf. Die untenstehende Grafik zeigt den Einfluss der Additivkonzentration auf den Glanzwert bei 1-K AC-PU Copolymer Dispergierungen. Der Mattierungseffekt hat sich sogar nach vierwöchiger Lagerung bei 40 °C nicht verändert.

Rheologie-Additive

Rheologie-Additive werden eingesetzt, um das Fließverhalten von Lacken zu beeinflussen. Die Orientierung von Effektpigmenten kann z.B. durch die Verwendung von Wachsadditiven verbessert werden. Im folgenden Beispiel wurde ein wasserbasierendes System bewertet, bei dem drei unterschiedliche Rheologie-Additive verwendet wurden: ein Standardsystem, ein Acrylatverdicker und das BYK Wachsadditiv AQUATIX®. Unter einem steilen Betrachtungswinkel erscheinen die drei Proben visuell gleich. Vergleicht man sie jedoch unter einem flachen Winkel, glitzert das System mit dem BYK-Additiv weniger.

Die BYK-mac i Messdaten korrelieren mit dem visuellen Eindruck. Die Glitzerfläche des Bleches mit Wachsadditiv ist bei 75° kleiner als bei den beiden anderen Proben. Der 75° Glitzer bewertet die nicht parallel ausgerichteten Flakes. Die Messwerte zeigen eindeutig, dass mit dem BYK Wachsadditiv AQUATIX® die Ausrichtung der Aluminium-Flakes verbessert werden kann.