Welche Vorteile haben elektrostatische, wärmehärtende Pulver?

Welche Vorteile haben elektrostatische, wärmehärtende Pulver?

Welche Ergebnisse mit einer Pulverbeschichtung erzielt werden, hängt sowohl von den Anlagenparametern als auch von Art, Zusammensetzung und Zustand des Pulvers ab.

Es gibt eine enorme Auswahl an Pulverlacken. Welches Produkt am besten für eine konkrete Anwendung geeignet ist, hängt von den Anforderungen des Endanwenders des zu beschichtenden Untergrunds ab.

Bei wärmehärtenden Systemen hat das Polymer in der Regel ein niedriges Molekulargewicht; das Polymer fließt, wenn es schmilzt, und erfährt gleichzeitig eine chemische Umwandlung in den duroplastischen Zustand (Molekülvernetzung oder Aushärtung). Sobald dieser Zustand erreicht ist, kann der Pulverlack nicht mehr aufgeschmolzen und in den plastischen Zustand zurückgeführt werden, wie es bei thermoplastischen Beschichtungen der Fall ist.

Die Vernetzungsreaktion tritt bei wärmehärtenden Pulvern zwischen den Funktionsgruppen (reaktiven Gruppen) des Harzes und denen des Härters ein. Um eine glatte Beschichtung zu erreichen, muss das Polymer fließen können und einen durchgehenden, fließenden Film bilden, bevor es aushärtet.

Für jeden Pulverlack muss ein Kompromiss zwischen der Erweichungstemperatur und der Viskosität der Schmelze sowie den Aufschmelzeigenschaften und der Geschwindigkeit der Vernetzung gefunden werden. Wie bei lösemittelhaltigen Farben können auch wärmehärtende Pulverlacke so konzipiert werden, dass hochglänzende und matte dekorative Beschichtungen, Aluminium-, Bronze- und Metallic-Effekte sowie Strukturen und Hammerschlageffekte entstehen.

Pulverzusammensetzung

Die Basiskomponenten zur Herstellung von wärmehärtenden Pulverlacken sind:

  • Polymere
  • Härter, Katalysator, Vernetzer oder Härter
  • Fließmittel

Die Auswahl der Komponenten wird durch verschiedene Parameter beeinflusst:

  • Die Eigenschaften der Beschichtung, beispielsweise Glanz, Farbe, Härte, Flexibilität, Haftung und chemische Beständigkeit
  • Das Applikationsverfahren
  • Die Härtezeit und die Temperatur

Polymere

Für Pulverbeschichtungen werden Harze verschiedener Güte eingesetzt. Die Auswahl eines geeigneten Harzes ist besonders wichtig, da davon Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Fließverhalten, Ausgleich und Eigenschaften der Beschichtung abhängen. AkzoNobel Powder Coatings besitzt ein eigenes Polymer-Innovationszentrum in Großbritannien, das sich ausschließlich mit Forschung und Innovation im Bereich Polymere befasst.

Die üblicherweise eingesetzten Harze haben einen Erweichungspunkt von 70 bis 110 °C. Bei Harzen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt besteht eine stärkere Tendenz zur „Kuchenbildung“ im Pulver während der Lagerung; außerdem haben diese beim Aushärten eine so niedrige Viskosität, dass eine Abdeckung scharfer Kanten nur in geringem Umfang erreicht wird. Pulverlacke mit einem höheren Erweichungspunkt fließen dagegen beim Aushärten nur unzureichend und neigen zu Orangenhautbildung, dafür ist jedoch die Abdeckung scharfer Kanten gut. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass bei den während der Herstellung erforderlichen höheren Verarbeitungstemperaturen der Härter beginnt, mit dem Polymer zu reagieren.

Härter, Katalysator, Vernetzer oder Härter

Die Auswahl des richtigen Härters für die in der Pulverlackformel verwendeten Polymere hängt von dem Produktionsverfahren, der Auftragsart, der Aushärtung und den Eigenschaften ab, die von der Beschichtung erwartet werden. Der Härter sollte bei Raumtemperatur nicht reagieren, bis zu einer Temperatur von 100 °C latent bleiben und zwischen 100 °C und 180 °C voll reagieren. Die Reaktion sollte nicht so schnell sein, dass ein kompletter Verlauf des aufgeschmolzenen Harzes verhindert wird; aus kommerziellen Gründen muss eine zu lange Aushärtezeit jedoch vermieden werden.

Pigment und Streckmittel

Die zurzeit bei konventionellen Oberflächenbeschichtungen mit Lösemitteln eingesetzten Pigmente können auch für Pulverbeschichtungen verwendet werden, sofern sie chemisch inert, wärmebeständig und lichtecht sind.

Zur Herstellung von weißen Farben, Pastellfarben und hellen Farben wird fast ausschließlich Titandioxid eingesetzt. Ruß wird für schwarze und graue Farben verwendet. Bei bunteren Beschichtungen wird eine Vielzahl von organischen und anorganischen Pigmenten eingesetzt. Der Trend geht aktuell zur bevorzugten Verwendung von organischen Pigmenten, um den Einsatz von Schwermetallen wie Blei zu vermeiden. Einige organische rote Pigmente haben jedoch die Neigung, während der Verarbeitung zu reagieren. Dabei verlieren sie ihre Farbkraft und Reinheit. Eine sorgfältige Auswahl ist also sehr wichtig, um die Stabilität zu gewährleisten. Für Metallic-Effekte werden Aluminium- und Bronzepulver eingesetzt.

In Pulverlackformeln können bestimmte anorganische Streckmittel enthalten sein, ohne dass sich die Glanz-Fließeigenschaften oder die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung verschlechtern. Füllstoffe haben in der Regel eine hohe spezifische Dichte und reduzieren die Rohmaterialkosten, können allerdings auch die durch den Pulverlack geschützte Fläche angreifen. Ob ihr Einsatz wirtschaftlich ist, kann nur aus der Ergiebigkeit des Pulvers für eine bestimmte Fläche berechnet werden. Andere Streckmittel können zugesetzt werden, um den Glanz und das Aussehen der Beschichtung zu verbessern.

Fließmittel

Nach Auswahl des geeigneten Systems aus Harz, Härter und Pigment sind in der Regel Anpassungen der Formel erforderlich, um die Verlaufs- und Beschichtungseigenschaften entsprechend der Anwendung und der Aushärtebedingungen einzustellen.

In der Regel müssen Fließmittel zugesetzt werden, da Pulverbeschichtungen ohne diese Mittel dazu neigen, beim Aushärten Risse, Nadellöcher, Krater und Orangenhaut zu bilden. Die Fließmittel reduzieren die Neigung des Harzes zu reißen, indem sie die Oberflächenspannung des Systems verringern. Sie begünstigen das Verlaufen des Pulvers, sodass glattere Lackschichten entstehen. Zu diesem Zweck werden Acrylpolymere und andere Kunstharzmaterialien erfolgreich eingesetzt.

Mitunter verlaufen die Beschichtungen zu schnell und ergeben dann eine schlechte Kantenabdeckung. Um eine angemessene Abdeckung dieser Teile und eine Nasenbildung zu vermeiden, können thixotropische Mittel, wie organische Derivate des Montmorillonits, beispielsweise „Bentone“, fein verteilte Silikate und andere Streckmittel verwendet werden. Diese müssen jedoch sorgfältig ausgewählt werden, da sonst Eigenschaften wie Glanz und Farbe beeinträchtigt werden können.

Epoxidharzpulver

Diese können so konzipiert werden, dass sie einen sehr hohen Glanz und glatte Oberflächen mit ausgezeichneter Haftung, Flexibilität und chemischer Beständigkeit bilden. Ihr Hauptnachteil ist die Neigung, bei höheren Temperaturen oder Kontakt mit Tageslicht zu vergilben. Außerdem kreiden sie im Außenbereich schnell aus. Die Integrität der Beschichtung im Außenbereich ist jedoch ausgezeichnet. Die Aushärtung von Epoxidharzpulvern erfolgt durch Addition. Beim Einbrennen werden keine flüchtigen Verbindungen freigesetzt.

Polyesterpulver

Polyesterpulver haben eine ausgezeichnete Beständigkeit im Außenbereich sowie eine hohe Beständigkeit gegen Vergilben durch ultraviolettes Licht und müssen längere Zeit bei höheren Temperaturen als Epoxidharze eingebrannt werden. Ihre allgemeine chemische Beständigkeit ist etwas schlechter als die der Epoxidharze.

Hybridpulver aus Epoxidharzen und Polyester

Diese Pulver werden häufig als wärmehärtende Pulverlacke eingesetzt, wobei das Epoxidharz als Härter für das Polyesterharz agiert. In Abhängigkeit von den ausgewählten Harzen und deren relativen Anteilen liegen die Eigenschaften der Hybridpulver zwischen denen reiner Epoxidharzpulverlacke und reiner Polyesterpulverlacke. Aufgrund des Anteils an Epoxidharz neigen solche Harzmischungen bei Einsatz im Außenbereich zum Auskreiden.

Polyurethanpulver

Polyurethanpulver basieren auf Polyester mit Hydroxidgruppen, die mit maskierten (geblockten) Isocyanaten reagierten. Sie besitzen gute allgemeine physikalische und chemische Eigenschaften sowie eine gute Beständigkeit im Außenbereich.

Tabelle 1 enthält eine Übersicht mit den Unterschieden der wichtigsten wärmehärtenden Polymere für Pulverlacke.