4 Lacke - Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe
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Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/54<br />
4 <strong>Lacke</strong><br />
4.1 Definitionen und Einteilungen<br />
DIN 55 945: <strong>Lacke</strong> (oder Anstrichstoffe) sind Beschichtungsstoffe<br />
1988 auf der Basis organischer Bindemittel. Sie sind flüssige<br />
bis pulverförmige, physikalisch und/oder chemisch<br />
trocknende Stoffe oder Stoffgemische, die durch<br />
Streichen, Spritzen, Tauchen, Fluten und andere<br />
Verfahren auf Oberflächen aufgebracht werden und<br />
einen schützenden und dekorativen Anstrich mit<br />
speziellen Eigenschaften ergeben. Sie sollen einen<br />
einwandfrei durchhärtenden Lackfilm bilden mit einem<br />
je nach Verwendungszweck zu fordernden Widerstand<br />
gegen Witterungs- und mechanische Einflüsse<br />
<strong>Lacke</strong> bestehen im allgemeinen aus:<br />
- Bindemittel (Filmbildner)<br />
- Farbstoffen<br />
- Lösungsmittel<br />
- Zusatzstoffen<br />
<strong>Lehrstuhl</strong> <strong>für</strong> <strong>Polymerwerkstoffe</strong><br />
Universität Erlangen-Nürnberg<br />
Neben Lacksystemen, die alle Bestandteile<br />
enthalten, sind auch solche in der Anwendung,<br />
die keine Farbstoffe (=Klarlacke) und solche, die<br />
keine Lösungsmittel (=Pulverlacke) enthalten.<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/55<br />
Wesentliche Bestandteile eines <strong>Lacke</strong>s sind ein oder mehrere Bindemittel.<br />
Anforderungen an Bindemittel sind:<br />
- einen dünnen, gleichmäßigen Film zu bilden<br />
- die Bestandteile eines <strong>Lacke</strong>s zusammenzuhalten und<br />
- die Haftung auf dem Substrat zu gewährleisten.<br />
Anforderungen an den ausgehärteten Lack:<br />
- Wärmestabilität - chemische Beständigkeit<br />
- Wetter- und Lichtbeständigkeit - glatte geschlossene Oberfläche<br />
- Aussehen, Farbe, Glanz - angepasste mechanische Eigenschaften<br />
Einteilung der <strong>Lacke</strong> nach unterschiedlichen Gesichtspunkten:<br />
-Bindemittelbasis: Öllacke, Alkydharzlacke, Kautschuklacke, Nitrolacke, Acrylatlacke,<br />
Polyesterlacke, Polyurethanlacke, Epoxidharzlacke ...<br />
-Entspr. Applikationsmethode: Streichlacke, Gießlacke, Spritzlacke, Tauchlacke<br />
-Entspr. Trocknungsmethode: Chemisch oder physikalisch härtende <strong>Lacke</strong>, kalt- bzw.<br />
heißhärtende <strong>Lacke</strong>, Einbrennlacke, lufttrocknende <strong>Lacke</strong>, feuchtigkeitshärtende <strong>Lacke</strong><br />
-Entspr. Vernetzungsreaktion: Polymerisations-, Polykondensations- und Polyadditionslacke<br />
-Entspr. Anwendung und Eigenschaften: Autolack, Metallic-Effektlack, Bootslack, Fußbodenlack,<br />
Elektroisolierlack, Rostschutzlack, Holzlack, Klarlack ...<br />
-Entspr. Aufbau: Lösungsmittellacke, Dispersionslacke, Pulverlacke ...<br />
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F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/56<br />
4.2 Lackkomponenten<br />
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Universität Erlangen-Nürnberg<br />
Flüchtige<br />
Bestandteile<br />
Nichtflüchtige<br />
Bestandteile<br />
Lösungsmittel<br />
Bindemittel<br />
Farbmittel Farbstoffe<br />
Pigmente<br />
Zusatzstoffe Füllstoffe etc.<br />
Polymere Komponenten<br />
Filmbildner<br />
Harze<br />
Weichmacher<br />
Hilfsstoffe<br />
Filmbildner (= Kunstharz) ist entweder ein makromolekularer Stoff ( z.B. Nitrocellulose, Polyvinylharz)<br />
oder ein niedermolekularer Stoff, der erst im Verlauf der Lackhärtung in einen makromolekularen<br />
Stoff übergeht (ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze).<br />
Problem bei makromolekularen Filmbildnern:<br />
-gute mechanische Eigenschaften des Lackfilms nur bei hinreichend hohen Molmassen<br />
-Günstige Lackverarbeitung nur bei niedrigen Viskositäten, d.h. bei niedrigen Molmassen<br />
Kompromiss: Mittlere Molmasseneinstellungen! =>niedermolekulare Bindemittel = kein Problem<br />
getrockneter<br />
Lackfilm<br />
F. Zahradnik<br />
Lack oder Lackfarbe
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/57<br />
Harze sind natürliche und/oder synthetische Stoffe von glasig-amorpher, harter Konsistenz<br />
Leicht löslich in organische Lösemitteln; dienen der Erhöhung des Feststoffanteiles<br />
im Bindemittel, steigern die Filmhärte, verbessern die Haftfestigkeit und erhöhen<br />
den Glanz.<br />
Weichmacher sind schwerflüchtige, organische Stoffe von öliger Konsistenz (Dioctylphthalat).<br />
Setzen den Erweichungsbereich synthetischer, polymerer Bindemittel herab, daraus<br />
resultieren erniedrigte Filmbildungstemperaturen, besserer Verlauf und höhere<br />
Elastizität des Lackfilms.<br />
Hilfsstoffe sind verschiedenartige Zusatzstoffe, die in geringen Mengen zugegeben die Eigenschaften<br />
des Lackauftrags und des Lackfilms verbessern:<br />
-Trockenstoffe (Sikkative) fördern die Radikalbildung in oxidativ trocknenden Filmbildnern<br />
und beschleunigen dadurch die Polymerisation bzw. die Vernetzungsreaktion<br />
der Filmbildner (Beispiele: Cobaltoctoat, Bleinaphthenat).<br />
-Härtungsbeschleuniger dienen in chemisch trocknenden Lacksystemen als<br />
Katalysatoren <strong>für</strong> die Vernetzungsreaktion.<br />
-Hautverhinderungsmittel sind meist Antioxidantien, die eine gleichmäßige<br />
Trocknung durch die gesamte Anstrichtiefe begünstigen und somit Runzelbildung<br />
verhindern.<br />
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F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/58<br />
-Verlaufsmittel fördern die Ausbildung von glatten, ebenmäßigen Lackierungen.<br />
=> schwerflüchtige Lösungsmittel (z.B. Cyclohexanon), die über einen längeren<br />
Zeitraum der Filmbildung hinweg eine lösende Wirkung auf die Bindemittel<br />
aufrecht erhalten und deren Viskosität herabsetzen.<br />
-Benetzungsmittel fördern die Dispergierung der Pigmente in den Bindemitteln.<br />
-Ausschwimmverhütungsmittel verhindern im aufgetragenen Lack die<br />
horizontale und vertikale Entmischung von Pigmenten ( = kationische und<br />
nichtionische Tenside, Siliconöle).<br />
-Mattierungsmittel dienen der gezielten Einstellung von seidenglänzenden oder<br />
matten Lacksystemen ( = Talkum, Kieselgur und Polyolefinwachse).<br />
Lösungsmittel sind flüchtige, bei der Filmbildung (Trocknung) verdampfende Stoffe.<br />
Sie haben die Aufgabe, feste oder hochviskose Bindemittelkomponenten aufzulösen<br />
und in eine verarbeitbare Konsistenz zu überführen.<br />
Nachteil: Nach der Trocknung sind sie wertmäßig verloren und belasten die Umwelt!<br />
Hauptsächlich angewandt werden: Spezial- und Testbenzin, Tetralin, Terpentinöl, Xylol,<br />
Methylenchlorid, Cyclohexanol, Aceton, Methylethylketon, Ethylacetat, Tetrahydrofuran.<br />
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Universität Erlangen-Nürnberg<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/59<br />
Farbmittel, Farbstoffe und Pigmente<br />
Beispiele:<br />
Der Ausdruck „Farbmittel“ steht allgemein <strong>für</strong> alle farbgebenden (einschl. der<br />
Farbe Weiß) Materialien.<br />
Unter „Farbstoffen“ versteht man solche Farbmittel, die in organischen<br />
Lösungsmitteln löslich sind. Sie spielen in der Lackindustrie nur eine geringe<br />
Rolle.<br />
Pigmente sind in Lösungsmittel und Bindemittel praktisch unlösliche,<br />
organische oder anorganische, bunte oder unbunte (= weiße und schwarze)<br />
Farbmittel.<br />
Natürliche Farbstoffe: Alizarin, Curcuma, Cochenille, Chlorophyll, Hämoglobin, Indigo,<br />
Lackmus, Purpur ...<br />
Synthetische Farbstoffe: Anilin, Fuchsin, Kongorot, Malachitgrün<br />
Anorganische Pigmente: Titanoxid (weiß), Eisenoxidpigmente (schwarz, rot, gelb)<br />
Chromoxidpigmente (grün), Chromatpigmente (gelb, rot), Ultramarinblau (blau) ....<br />
Organische Pigmente: Ruß, Anthrachinon-, Azo-, Flavanthron-, Phthalocyanin-Pigmente ...<br />
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F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/60<br />
Von Bedeutung bei Pigmenten ist neben ihrer chemischen Konstitution<br />
-ihre physikalische Beschaffenheit: Kristallform, Agglomeration, Teilchengröße,<br />
Teilchengrößenverteilung<br />
-ihre Dispergierbarkeit: rheolog. Eigenschaften, Farbton, Farbstärke<br />
-ihre Licht- und Lösemittelechtheit<br />
-ihre Temperaturbeständigkeit<br />
Einfluss der Teilchengröße auf die Farbstärke:<br />
Zunahme der Farbstärke bei Reduktion der Teilchengröße von ~0,5 µm auf ~0,2 µm<br />
Pigment Grün B 50 % Mangan 2 B – Toner 150 %<br />
Phthalocyanin-Grün 85 % Phthalocyanin-Blau 180 %<br />
Pigment Gelb 74 100 % Anisidin-Gelb 275 %<br />
Einfluss des Dispersionsgrades:<br />
-Starker Einfluss auf die Effizienz eines Pigmentes<br />
-Erhöhung des Dispersionsgrades beeinflusst folgende Eigenschaften:<br />
Positiv: Negativ:<br />
Farbstärke Fließeigenschaften<br />
Reinheit (Brillanz) sehr oft Licht- und Wetterbeständigkeit<br />
Glanz Opazität<br />
(Transparenz - Farbtiefe)<br />
> Möglicher Einfluss auf Farbton<br />
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F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/61<br />
4.3 Filmbildung von <strong>Lacke</strong>n (Härtung, Trocknung)<br />
Prinzipielle Möglichkeiten der Filmbildung:<br />
Abdampfen des<br />
Lösungsmittels, einschl.<br />
Wasser aus Lösungen<br />
oder Dispersionen<br />
makromolekularer Stoffe<br />
Abkühlen geschmolzener<br />
makromolekularer Stoffe<br />
Filmbildung durch chem.<br />
Reaktionen, wiePolymersynthese<br />
aus niedermolekularen<br />
oder Vernetzung<br />
von makromolekularen<br />
Ausgangsstoffen<br />
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Universität Erlangen-Nürnberg<br />
Lufttrocknung bei<br />
Raumtemperatur<br />
Ofentrocknung bei<br />
erhöhter Temperatur<br />
Aufschmelzen auf<br />
kaltem Substrat<br />
Aufschmelzen auf<br />
heißem Substrat<br />
Physikalische<br />
Härtung<br />
Chemische Härtung<br />
Abhängig vom Bindemittelsystem<br />
Org. Lösemittel oder Wasser<br />
(Cellulosederivate, Chlorkautschuk,<br />
Vinylpolymere, Acrylharze,<br />
Styrol-Butadien-Cop.,<br />
Polyester).<br />
Lösemittelfreie Pulverlacke<br />
(Polyamide, Polyolefine).<br />
Enthalten Monomere und sind<br />
lösemittelarm bis –frei. Alle<br />
Polymersynthesen möglich<br />
(ungesättigte Polyesterharze,<br />
UF-, MF- und PF-Harze, EP-<br />
Harze, Isocyanatlacke).<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/62<br />
4.4 Anstrichaufbau<br />
Beste Schutzwirkung, gefälligen optischen Eindruck und höchste Beständigkeit<br />
gegenüber äußeren Einflüssen erreicht man durch mehrere Anstriche, die über<br />
einander aufgetragen werden.<br />
Für jeden einzelnen Anstrich wird ein auf spezielle Anforderungen optimiertes<br />
Lacksystem herangezogen.<br />
Beispiel: Kfz-Karosserieblech – beitseitiger, 3-5-facher Anstrichaufbau<br />
Deckschicht<br />
Füller<br />
Grundierung<br />
Substrat (Stahlblech)<br />
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hoher Glanz<br />
hohe Kratzfestigkeit<br />
Bewitterungsbeständigkeit<br />
Ausgleich von Unebenheiten<br />
gute Schleifbarkeit<br />
optimale Haftung<br />
hoher Korrosionsschutz<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/63<br />
4. 5 Zusammensetzung<br />
der<br />
wichtigsten <strong>Lacke</strong><br />
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Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
Öllacke vegetabilische Öle<br />
Leinöl, Holzöl,<br />
Sojaöl<br />
Nitrolacke<br />
Chlorkautschuklacke<br />
PVC-<strong>Lacke</strong><br />
oxidativ härtend<br />
Nitrocellulose<br />
(Collodiumwolle)<br />
physik. härtend<br />
Chlorierter Naturkautschuk<br />
Chloriertes PE, PP<br />
physik. härtend<br />
älteste <strong>Lacke</strong> (China)<br />
umweltfreundlich, leicht<br />
zu verarbeiten, Filme sind<br />
zähhart, aber vergilben,<br />
stark an Bedeutung verloren<br />
Metall-, Möbel- und Papierlacke;<br />
heißsiegelfähige<br />
Folienlacke, Nagellacke,<br />
Effektlacke, Lederlacke<br />
Unterwasseranstriche auf<br />
Stahl und Beton, Kanalisation<br />
Schwinnbäder, Behälter<br />
in chem. Betrieben<br />
Polyvinylcopoly- Korrosionsschutzlacke<br />
mere<br />
Beton-Fußbodenfarben<br />
(Vinylacetat, Malein- Straßenmarkierungen<br />
säureanhydrid,<br />
Acrylsäure)<br />
physik. härtend<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/64<br />
<strong>Lehrstuhl</strong> <strong>für</strong> <strong>Polymerwerkstoffe</strong><br />
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Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
PVAc-<strong>Lacke</strong><br />
Acrylharzlacke<br />
Polyvinylacetat<br />
in Lösung oder<br />
wässr. Dispersion<br />
physik. härtend<br />
Polyacryl-/Polymethacrylsäureester<br />
in Lösung<br />
od. wässr. Dispers.<br />
physik. härtend<br />
vernetzungsfähige<br />
Acrylharz-Lösungen<br />
chemisch härtend<br />
ausgehärtete <strong>Lacke</strong> sind<br />
benzin- und ölfest,<br />
wasserdampfdurchläßig<br />
Papier-, Pappe- und Textilbeschichtungen<br />
Acrylharz-Dispersionen als<br />
Fassaden- und Wandfarben<br />
licht- und wetterecht,<br />
wasserdampfdurchläßig<br />
(atmungsaktiv)<br />
Einbrennlacke <strong>für</strong> Kraftfahrzeuge<br />
und Haushaltsgeräte<br />
(T ~ 120-230 °C)<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/65<br />
<strong>Lehrstuhl</strong> <strong>für</strong> <strong>Polymerwerkstoffe</strong><br />
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Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
Alkydharzlacke vielfältige Möglichkeiten<br />
der Zusammensetzung<br />
Prinzip: Fettsäure<br />
und Polyole<br />
sowie Nitrocellul.,<br />
Phenolharze,<br />
Chlorkautschuk<br />
Epoxidharze<br />
physik. härtend<br />
Alkydharz-Dispersionen <strong>für</strong><br />
Malerlacke,<br />
wasserlösliche Alkydharze<br />
durch Salzbildung freier<br />
Carbonylgruppen mit Aminen<br />
Industrielackierungen, luftund<br />
ofentrocknend als<br />
Grundierungen, Füller<br />
und Decklacke<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/66<br />
Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
Gesättigte<br />
Polyesterharzlacke<br />
Ungesättigte<br />
Polyesterharzlacke<br />
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Polyester aus<br />
Terephthal- und<br />
Isophthalsäure und<br />
Gemisch aus<br />
Diolen<br />
physik. härtend<br />
Polyester in Kombination<br />
mit Aminoplasten<br />
oder<br />
Polyurethanen<br />
chemisch härtend<br />
Polykondensate<br />
aus Malein-, Fumarund<br />
gesättigten<br />
Carbonsäuren<br />
mit Diolen;<br />
Styrol zur Vernetzung<br />
chemisch härtend<br />
untergeordnete Bedeutung<br />
reine Polyester werden als<br />
Pulverlacke verwendet<br />
Beschichtung von Metallbändern,<br />
Dosen, Kannen,<br />
Tubenlacke<br />
<strong>Lacke</strong> <strong>für</strong> Haushaltsgeräte<br />
Industrielacke<br />
2-Komponenten Systeme<br />
Möbellackierungen,<br />
Spachtelmassen und Füller<br />
mit Talkum, Schwerspat,<br />
Kaolin und Quarzmehl<br />
Spritzdecklacke<br />
F. Zahradnik
Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/67<br />
Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
Polyurethanlacke<br />
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Universität Erlangen-Nürnberg<br />
Polyurethane;<br />
Polyaddukte aus<br />
Diisocyanaten und<br />
verschiedenen<br />
Diolen<br />
vielfältige<br />
Kombinations- und<br />
Formulierungsmöglichkeiten<br />
chemisch härtend<br />
Polyurethan-Lösg.<br />
physik. härtend<br />
1-Komponenten-Systeme<br />
feuchtigkeitshärtend<br />
==> Polyurethanharnstoffe;<br />
oder heißhärtend<br />
==> Entblocken der NCO-<br />
Gruppen<br />
oder oxidativ härtend<br />
==> mit ungesättigten Ölen<br />
modifizierte Urethane<br />
2-Komponenten-Systeme<br />
<strong>Lacke</strong> mit hoher mechanischer<br />
und chemischer Widerstandsfähigkeit<br />
- Möbellacke<br />
- Parkettlack<br />
- Sportartikel, Türen,<br />
Theken, Ladeneinrichtungen<br />
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Herstellung von <strong>Polymerwerkstoffe</strong>n - <strong>Lacke</strong> Kap.4/68<br />
<strong>Lehrstuhl</strong> <strong>für</strong> <strong>Polymerwerkstoffe</strong><br />
Universität Erlangen-Nürnberg<br />
Lacktyp Bindemittel Eigenschaften, Anwendungen<br />
Epoxidharzlacke<br />
Polyaddukte aus<br />
Bisphenol-A und<br />
Epichlorhydrin<br />
Härter: Amine,<br />
Isocyanate oder<br />
mit hydroxylgruppenhaltigen<br />
Kunstharzen:<br />
Harnstoff-, Melamin<br />
und Phenolharzen<br />
chemisch härtend<br />
kalthärtende 2-Komponenten-<br />
Systeme:<br />
lösungsmittelhaltig oder -frei<br />
<strong>Lacke</strong> mit hohem Glanz und<br />
hoher mechanischer und<br />
chemischer Widerstandsfähigkeit<br />
Einbrennlacke:<br />
1-Komponenten-Systeme mit<br />
Kunstharzen (T~160-200°C)<br />
Pulverlacke zum Wirbelsintern<br />
oder Pulverspritzen<br />
F. Zahradnik
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