Glitzern in optischer Tiefe - Eckart

Glitzern in optischer Tiefe
Aluminiumpigmente ·
Bindemittelumhüllte Metalleffektpigmente bieten neue Optik und verbesserte Leistungsmerkmale
Alexander Albrecht, Ulrich-Andreas Hirth* und Burkhard Schreiber, Velden
Neuartige, bindemittelbeschichtete
Aluminiumpigmente für Metallic-
Pulverlacke zeigen innovative opti-
sche Effekte. Eigenschaften wie etwa
Rückgewinnungsfähigkeit, Abriebs-
beständigkeit und Korrosionsbe-
ständigkeiten wurden im Vergleich
zu herkömmlichen Hochleistungs-
Aluminiumpigmenten verbessert.
Seit einigen Jahrzehnten zählt die Pulverlacktechnologie
aufgrund ihrer ökologischen
und ökonomischen Vorteile zu den
interessantesten und wachstumsstärksten
Beschichtungstechnologien. Pulverlacke
sind umweltfreundlich, da sie ohne Lösemittel
– und entsprechend ohne Emissionen
– auskommen. Die Rückgewinnbarkeit des
Oversprays und der hohe Auftragswirkungsgrad
garantieren eine optimale Ausnutzung
der eingesetzten Materialien. Schon in einem
Arbeitsgang lassen sich genügend dicke und
optisch ansprechende Lackschichten auf das
Substrat aufbringen. Die Lacke zeigen gute
Oberflächenqualitäten und sind mechanisch
sowie chemisch hoch beständig. Dank dieser
günstigen Eigenschaften konnten sich
Pulverlacke vielfältige Anwendungsgebiete
erschließen und finden breiten Einsatz beispielweise
bei der Beschichtung von Haushaltsgeräten,
Möbeln und Werkzeugen.
Auch in Außenanwendungen, wie der Fassadenbeschichtung
oder im Automobilbereich,
leisten sie gute Dienste.
Metallic-Pigmente im Pulverlack
benetzen bisher nicht optimal
Dank nahezu universeller Gestaltungsmöglichkeiten
und dem werthaltigen Erscheinungsbild
metallpigmentierter Ober flächen
* Korrespondierender Autor.
Kontakt:
Dr. Ulrich-Andreas Hirth
Eckart GmbH
Tel.: +49 9152 77 45 50
E-Mail: ulrichandreas.hirth@altana.com
Abb. 1: Herkömmliche
Aluminium pigmente werden
häufig nicht optimal im ausgehärteten
Pulverlack benetzt
Abb. 2: Die neuen Aluminiumpigmente
sind fest im ausgehärteten
Pulverlack eingebunden
finden Silbermetallic-Effekte seit Jahren besonderes
Interesse bei Anwendern und Designern.
Für Pulverlackanwendungen werden
hierzu Aluminiumpigment-Pulver bereitgestellt,
die für elektrostatische Auftragsverfahren
besonders geeignet sind. Dies gilt sowohl
für leafing-Pigmente, die in der Aufschmelzphase
an der Lackoberfläche aufschwimmen,
als auch für non-leafing-Pigmente, die sich
eher in der Lackschicht verteilen [1 - 3].
Aufgrund der besseren Bewitterungsbeständigkeit
und Abriebsbeständigkeit
werden vorwiegend non-leafing Pigmente
in Pulverlackanwendungen eingesetzt.
Hier stehen heute spezielle Aluminiumpigmente
zur Verfügung, deren Oberfläche je
nach gewünschter Qualität durch verschiedene
Technologien beschichtet sein kann.
Die besten Beständigkeiten zeigen Aluminiumpigmente,
die mit einer nanoskaligen
SiO 2 -Schicht gekapselt sind [4].
Trotz der gerade in jüngster Zeit erzielten
Fortschritte in der Pigmentbeschichtungs-
und Einkapselungstechnlogie besteht weiterer
Verbesserungsbedarf (Abb. 1):
• Bei der Applikation und Rückgewinnung
von (Dry-Blend-)Metallic-Pulverlacken
können sich plättchenförmige
Metalleffekt-Pigmente und sphärische
Pulverlackpartikel entmischen. Uner-
Abb. 3: Schematischer Querschnitt
durch ein Partikel des neuen Aluminiumpigments
Sonderdruck aus FARBE UND LACK 9/2008, Seite 52 bis 56 1

· Aluminiumpigmente
Abb. 4: Effektausprägung des neuen Aluminiumpigments
auf einem pulverbeschichteten
Flaschenkörper
wünschte Farbtonverschiebungen können
die Folge sein (durch Bonding kann
teilweise Abhilfe geschaffen werden).
• Die plättchenförmigen Metalleffektpigmente
werden häufig nicht optimal
durch den Pulverlack benetzt. Insbesondere
können die Pigmente an der Oberfläche
der Pulverlackschicht aus der Pulverlackmatrix
herausstehen.
• Pigmente nahe der Lackoberfäche können
abgerieben werden, da sie oft nicht
ausreichend von einer Lackschicht umgeben
sind.
• Oft sind die plättchenförmigen Metalleffektpigmente
ungenügend in den Lackfilm
eingebettet. An der Lackoberfläche sind
sie Bewitterungseinflüssen schutzlos
ausgesetzt und werden von oxidierenden
Chemikalien zersetzt. Der Metalleffekt
kann verloren gehen. Auch hochstabile
Aluminiumpigmente können unter
besonders harten Bedingungen über die
Zeit Schaden erleiden.
Bindemittelumhüllte Pigmente
erzielen feste Vernetzung
Die jetzt entwickelten Aluminiumpigmente
zeigen diese Nachteile nicht mehr
(Abb. 2). Es handelt sich dabei um eine
Aluminiumpigmente, bei denen jeder einzelne
metallische Pigmentkern mit pulverlacktypischen,
reaktiven Bindemittelkomponenten
vollständig umhüllt ist (Abb. 3).
Die Bindemittelkomponenten sind in Form
von Harz und Härter in einem für die
Vernetzungsreaktion optimalen (stöchiometrischen)
Verhältnis auf die Pigmente
aufgebracht. Dank eines schonenden Herstellungsprozesses
wird die Vernetzungsreaktion
nicht ausgelöst. Die Bindemittelkomponenten
reagieren erst später mit der
Abb. 5: Farbtonabweichungen nach dreimaliger Rückgewinnung
Pulverlackmatrix und vernetzten die Metalleffektpigmente
fest in den Pulverlack.
Theoretisch sind alle gängigen Pulverlacksysteme
zur Veredlung der Aluminiumpigmente
vorstellbar. In der Praxis zeigte
sich aber nicht jedes System als geeignet.
Tests mit verschiedenen Polyestersystemen
ergaben, dass Harz-Härter-Komponenten
aus hydroxyfunktionellen Polyestern und
Polyisocyanataddukten optimale Ergebnisse
bringen. Als besonders günstig erwiesen sich
Pigment/Bindemittel-Verhältnisse von 1:1.
Applikationstests in Polyester-Epoxid-,
Polyester-PT910-, Polyester-Primid-, Polyurethan-
sowie hydroxyfunktionellen
Acrylat-Systemen bewiesen eine breite
Verträglichkeit.
Neues Aluminiumpigment
liefert 3D-Effekte
In allen Applikationen mit dem neuen
Aluminiumpigment zeigten sich außergewöhnliche
Effekte, die sich in wesentlichen
Punkten von den konventionellen
Silbermetallic-Effekten in Pulverlacken unterscheiden.
Beim Einsatz in Pulverklarlacken
erhält man bereits im einschichtigen
Pulverlackauftrag Effekte von einzigartiger
optischer Tiefe verbunden mit einem dreidimensional
erscheinenden Metallic-Effect.
Bei besonders hellen Lichtverhältnissen,
etwa im direkten Sonnenlicht, zeigt sich
ein außergewöhnlicher Glitzer-Effekt, wie
er bislang nur durch Nasslackapplikationen
erzielt werden kann. Ferner vermutet das
geschulte Auge auf diesen Applikationen
eine Klarlackschicht, obwohl es sich um
eine Einschichtlackierung handelt. Abb. 4
zeigt die erstaunliche Effektausprägung.
Verbesserte Rückgewinnung
und Lagerstabilität
Zum Vergleich der neuen Aluminiumpigments
mit einem bekannten Hochleistungs-Aluminiumpigment
wurde in beiden
Fällen eine Pigmentqualität mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von 35
µm eingesetzt. Als Basispulverlack diente
ein PU-Pulverklarlack. Um eine optimale
Deckung im Silbervollton zu erreichen,
wurde für das bekannte Pigment eine
Pigmentierungshöhe von 5 % und für das
neue Aluminiumpigmente eine Pigmentierung
von 10 % gewählt.
Die Rückgewinnungsfähigkeit (Kreislaufstabilität)
wurde an einem schwarzen
Polyesterpulverlack mit Pigmentierungshöhen
von 1 % (konventionelles
Hochleistungs-Aluminiumpigment) bzw.
3 % (neues Aluminiumpigmente) getestet.
Nach der Applikation des jeweiligen
Pulverlackes auf eine Mustertafel als
Vergleichsprobe wurde der Pulverlack je
drei mal hintereinander auf einen Zyklon
aufgegeben und rückgewonnen. Anschließend
wurde das jeweilige Pulver
erneut auf eine Mustertafel appliziert.
Die Bestimmung des dE-Wertes (Differenzwert
zwischen der Probe nach der
Zyklonierung und der Vergleichstafel)
ergab für alle Messwinkel (15°, 25°, 45°,
75° und 110°) beim neuen Aluminiumpigment
Farbtonabweichungen von höchstens
einer Einheit. Beim konventionellen
Hochleistungs-Aluminiumpigment fielen
die Abweichungen deutlich stärker aus,
bei einem 15°-Winkel ergab sich ein Wert
von mehr als sieben Einheiten (Abb. 5).
Die Messergebnisse dokumentieren die
verbesserte Rückgewinnungsfähigkeit
eines metallpigmentierten Pulverlackes
2 Sonderdruck aus FARBE UND LACK 9/2008, Seite 52 bis 56

(Dry-Blend) bei Einsatz des neuen Aluminiumpigments.
Die Lagerstabilität des neuen Aluminiumpigments
ist sehr gut. Untersuchungen
der Blockfestigkeit nach DIN 55990 haben
ergeben, dass auch nach 28 Tagen Lagerung
bei 40 °C keine Verblockung auftritt.
Hohe Abriebsbeständigkeit
Zur Bestimmung der Abriebsbeständigkeit
wurden Mustertafeln des neuen
Aluminiumpigments und des konventionellen
Hochleistungspigmentes einem Reinigungstest
unterzogen. Hierzu wurde ein
standardisiertes Reinigungstuch (Reibfläche
36 cm 2 ) mit einer Reinigungsflüssigkeit
(Ambruch 2 Kunststoff-Intensivreiniger)
getränkt und unter Belastung (450 g) 40
mal auf der Beschichtungsoberfläche hin
und her bewegt (40 Doppelhübe). Das bekannte
Hochleistungs-Aluminiumpigment
(Abb. 6a) hinterlässt deutlich silbergraue
Spuren auf dem Tuch. Abb. 6b zeigt, dass
durch die optimale Einbettung der neuen
Aluminiumpigmente in den Pulverlack
nahezu kein silberner Abrieb auf dem Reinigungstuch
feststellbar ist. Das Ergebnis
dokumentiert einen großen Fortschritt in
der Reinigungsfähigkeit einschichtlackierter
Metalleffektoberflächen.
Effekt und Farbe bleiben
unverändert im Mörteltest
Zur Bestimmung der Wetter- bzw. chemischen
Beständigkeit metallpigmentierter
Pulverlacke werden in der Praxis verschiedene
Methoden angewandt. Für Aluminiumpigmente,
die mittels Sol-Gel-Verfahren
mit einer SiO 2 -Einkapselung versehen
sind, konnten bereits in Prüfklimaten wie
Schwitzwassertest und Kesternich-Test
hervorragende Stabilitäten nachgewiesen
werden, die Veränderungen visuell nicht
mehr erkennen lassen [4]. Noch höhere
Anforderungen in der Chemikalienbeständigkeit
werden nun durch die neuen Aluminiumpigmente
erfüllt.
Im Fassadenbereich steht besonders
der Mörteltest der GSB International im
Fokus. Untersuchungen an Mustertafeln
der neuen Aluminiumpigmente und des
konventionellen Hochleistungspigmentes
wurden entsprechend den Prüfrichtlinien
der GSB International durchgeführt
[5]. Hierzu wird ein Mörtel aus Baukalk,
Sand und Wasser hergestellt. Die erkaltete
Mörtelmasse wird im noch nassen Zustand
als Fleck mit ca. 5 cm Durchmesser
auf die jeweilige Mustertafel aufgetragen.
Das Blech wird sofort für 24 Stunden einer
95 bis 100%igen relativen Luftfeuchte
bei 40 °C ausgesetzt. Nach der Prüfzeit
wird der Mörtelfleck entfernt, die Tafel
gesäubert und bewertet. Für die Effek-
• Dipl. Ing. (FH) Alexander Albrecht,
Eckart GmbH, Jahrgang 1969, studierte Technische Chemie an der
Georg-Simon-Ohm Fachhochschule in Nürnberg. Während seiner Diplomarbeit
sammelte er Erfahrungen mit Beschichtungssystemen in
der Nutzfahrzeugindustrie. Seit 1998 ist er bei Eckart im Bereich Forschung
und Entwicklung Metallpigmente tätig mit dem Schwerpunkt
Produkt- und Verfahrensentwicklung.
• Dr. Ulrich-Andreas Hirth,
Eckart GmbH, Jahrgang 1962, studierte Chemie an der Universität
Würzburg, wo er 1991 promovierte. Im Anschluss war er zunächst
bei Eckart für die Anwendungstechnik von Metalleffektpigmenten
in Druckfarben verantwortlich. Von 1996 bis 2001 bekleidete er eine
leitende Position als Marketing Manager für Perlglanzpigmente bei
Merck in Darmstadt. Seit 2002 ist er bei Eckart für das Marketing von
Effektpigmenten in Pulverlacken verantwortlich.
• Dipl. Chem. Ing. Burkhard Schreiber,
Eckart GmbH, Jahrgang 1961, studierte Chemie und Technologie der
Beschichtungsstoffe an der GH Paderborn. Seit 1988 war er bei einem
Pulverlackhersteller tätig. Er startete 1999 seine Laufbahn bei Eckart
und war im Bereich Anwendungstechnik für Pulverlacke beschäftigt.
2006 übernahm er die anwendungstechnische Betreuung der Abteilung
Forschung und Entwicklung.
Aluminiumpigmente ·
tänderung im belasteten Bereich ergeben
sich gemäß der Prüfrichtlinien der GSB
International folgende Bewertungsstufen:
1 (Kein Unterschied zwischen der getesteten
Oberfläche und der nicht getesteten
Oberfläche), 2 (Kaum sichtbare Farb- und
Effektveränderungen), 3 (Sichtbare Farb-
und Effektveränderungen), 4 (Deutlich
sichtbare Farb- und Effektveränderungen)
und 5 (Markante Farbveränderungen –
vollständiger Effektverlust). Die Tafel mit
dem bekannten Hochleistungs-Aluminiumpigment
zeigt im belasteten Bereich
eine deutlich angegriffene Oberfläche und
erhält eine Bewertung mit Stufe 4 (Abb.
7a). Die Tafel mit dem neuen Aluminiumpigment
lässt dagegen keinen Unterschied
zwischen belastetem und unbelastetem
Bereich erkennen und wird mit der Stufe 1
bewertet (Abb. 7b).
Beständig gegen Chemikalien
Zur Prüfung der Chemikalienbeständigkeit
wurden Mustertafeln des neuen
Aluminiumpigments und des bekannten
Hochleistungspigmentes nach 24-stündiger
Lagerung einem Test mit 10%iger
Natronlauge bzw. 10%iger Salzsäure unterzogen.
Beim Laugentest wird je eine
Prüftafel zur Hälfte in ein Natronlaugenbad
für drei Stunden eingetaucht. Für den
Säuretest werden auf der Oberfläche der
Tafeln 4 Milliliter Salzsäure aufgebracht
Abb. 6: Reinigungstücher nach 40 Doppelhüben
Reibbelastung mit Reinigungsflüssigkeit;
a) konventionelles Pigment, b) neues
Aluminiumpigment
Sonderdruck aus FARBE UND LACK 9/2008, Seite 52 bis 56 3

· Aluminiumpigmente
Abb. 7: Pulverlackbeschichtete Mustertafeln
nach der Prüfung auf Mörtelbeständigkeit;
a) konventionelles Pigment, b) neues Aluminiumpigment
und für drei Stunden auf der Oberfläche
belassen. Nach der Verweilzeit wurden die
Tafeln sorgfältig unter fließendem Wasser
abgespült. Der belastete wird mit dem
unbelasteten Bereich verglichen und nach
folgenden Noten bewertet: 1 (Kein Unterschied
zwischen der getesteten Oberfläche
und der nicht getesteten Oberfläche), 2
(Kaum sichtbare Vergrauung), 3 (Sichtbare
Vergrauung), 4 (Deutliche Vergrauung)
und 5 (Vollständiger Effektverlust).
Im Test mit Natronlauge zeigt die Tafel
mit dem bekannten Hochleistungs-Aluminiumpigment
eine deutliche Vergrauung
und erhält eine Bewertung mit der Note 4
(Abb. 8a). Die Tafel mit dem neuen Aluminiumpigment
zeigt dagegen nur eine
kaum sichtbare Vergrauung und bekommt
die Note 2 (Abb. 8b). Ähnlich der Test mit
Salzsäure: Die Tafel mit dem konventionellen
Hochleistungs-Aluminiumpigment
(Abb. 8c) ist kaum vergraut (Note 2), die
Tafel mit dem neuen Aluminiumpigment
(Abb. 8d) weist keinerlei Unterschied zwischen
belastetem und unbelastetem Bereich
auf (Note 1).
Die Messergebnisse der Prüfungen auf
Mörtel- und Chemikalienbeständigkeit
sind in Abb. 9 zusammengefasst.
Nasslackähnliche Effekte bei
Pulverlacksystemen
Die Weiterveredelung von Aluminiumpigmenten
durch Umhüllung mit thermisch
aushärtbaren Bindemitteln bringt
im Vergleich zu bekannten Aluminiumpigmenten
eine Reihe von Vorteilen für
Pulverlackanwendungen. So erhöht die
bessere Rückgewinnungsfähigkeit die
Wirtschaftlichkeit. Durch Fortschritte in
der Mörtel- und Chemikalienbeständigkeit
Abb. 9: Messergebnisse der Prüfungen auf Mörtel- und Chemikalienbeständigkeit
Abb. 8: Pulverlackbeschichtete Mustertafeln nach der Prüfung auf chemische Beständigkeit:
a) konventionelles Pigment, Laugenbehandlung, b) neues Aluminiumpigment, Laugenbehandlung,
c) konventionelles Pigment, Säurebehandlung, d) neues Aluminiumpigment,
Säurebehandlung
können weitere Anwendungsfelder für Metallicpulverlacke
gerade in Außenanwendungen
erschlossen werden. Durch die
optimale Einbettung der Pigmente in die
Lackmatrix ergeben sich Verhältnisse, wie
sie sonst nur im Nasslackbereich erzielt
werden können. Zum einen lassen sich
Sparkle-Effekte erzielen, die eine bisher
im Pulverlack nicht zugängliche optische
Tiefe aufweisen. Zum anderen ergeben
sich außergewöhnliche Abriebs- und Reinigungsbeständigkeiten
durch optimale
Einbindung der Metalleffektpigmente in
den Pulverlackfilm. s
t Literatur
[1] T. Rehner, Metallpigmente, Defazet-aktuell,
27. Jahrg., Vol. 3 113-127, Wissenschaftliche
Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart
[2] T. Brock, Lehrbuch der Lacktechnologie, 2.
Auflage, Vincentz Verlag, 1998
[3] P. Wißling et al., Metalleffekt-Pigmente, Vincentz
Verlag, 2005
[4] U.-A. Hirth, Beschichtung bestimmt Barriereeffect,
Farbe & Lack, 8/2005, 22 - 26
[5] GSB International, Internationale Qualitätsrichtlinien
für die Beschichtung von Bauteilen
aus Aluminium, Ausgabe: Mai 2007,
www.gsb-international.de
t Ergebnisse auf einen Blick
• Ein bindemittelumhülltes Aluminiumpigment
eröffnet bei Pulverlackanwendungen neue Effektmöglichkeiten,
die bisher nur im Nasslack
erzielt werden können.
• Das neue Aluminiumpigment verbessert die
Rückgewinnung von Metallic-Pulverlacken.
• Bei einschichtigen Metalleffektlackierungen
wird die Abriebsbeständigkeit und damit die
Reinigungsfähigkeit deutlich gesteigert.
• Die Umhüllung der Metallpigmente mit Bindemittel
erhöht die Bewitterungs- und Chemikalienstabilität
deutlich.
4 Sonderdruck aus FARBE UND LACK 9/2008, Seite 52 bis 56