Pulverlackpartikel

Partikelgröße

Die wichtigsten physikalischen Forderungen an einen Pulverlack sind die Partikelgröße und die Partikelverteilung; beide Parameter müssen für die beabsichtigte Anwendung geeignet sein.

Die meisten wärmehärtenden Pulverlacke werden durch elektrostatisches Sprühen aufgetragen; der Pulverlack muss in der Lage sein, eine elektrische Ladung aufzunehmen. Diese Ladung muss so groß sein, dass die Pulverlackpartikel elektrostatisch von der zu beschichtenden Oberfläche angezogen werden. Die elektrostatische Ladung muss ausreichen, um Kanten zu überdecken und sich an die Oberfläche „anzuschmiegen“. Die Ablagerung des elektrostatisch aufgeladenen Pulverlacks darf jedoch nicht dazu führen, dass eine elektrische Isolierung entsteht, da diese die Ausbildung der Beschichtung behindert.

Die Fließfähigkeit des Pulverlacks ist ebenso von besonderer Bedeutung, da er beim Transport verschiedene Anforderungen erfüllen muss, beispielsweise vom Hersteller zum Kunden, von Lagerbehälter zum Lagergefäß. Eine Blockade entsteht, wenn der Pulverlack „kalt fließt“ und eine feste oder teilweise verfestigte Masse bildet; derartige Verstopfungen müssen unter allen Umständen vermieden werden.

Die Form und Größe der Partikel, ihre Materialzusammensetzung sowie die Lagerbedingungen der Umgebung des Pulverlacks beeinflussen die Fließfähigkeit des Pulverlacks.

Bei bestimmten nachteiligen Umwelteinflüssen, beispielsweise hoher Umgebungstemperatur, haben einige polymerisierte Materialien die Tendenz, sich zu verformen, sodass es zu einer Blockade kommen kann.

Die Fließfähigkeit eines Pulverlacks hängt erheblich von der Partikelgrößenverteilung ab. Gegenwärtig werden die meisten wärmehärtenden Pulverlacke durch elektrostatisches Sprühen aufgetragen. Die meisten handelsüblichen Pulverlacke haben Partikelgrößen zwischen 2 und 100 µm, wobei die meisten Partikel eine Größe zwischen 30 und 40 µm haben. Diese Pulverlacke haben die benötigte Fließfähigkeit. Pulverlacke mit einem großen Partikelgrößenspektrum haben schlechtere Eigenschaften im Hinblick auf die Pulverrückgewinnung als Pulverlacke mit einem kleineren Partikelgrößenspektrum. Mit größerer Partikelgrößenverteilung steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Partikelgrößenverteilung des zurückgewonnenen Pulverlacks sich von der des ursprünglichen Pulvers unterscheidet.

Schichtdicke

Die Beziehung zwischen der Pulverlackpartikelgröße und der Dicke der ausgehärteten Beschichtung spielt eine wichtige Rolle. Zurzeit bestehen alle wärmehärtenden Pulverlacke aus unregelmäßig geformten Partikeln unterschiedlicher Größe mit unterschiedlicher Partikelgrößenverteilung. Grafik 1 zeigt die typische Partikelgrößenverteilung eines handelsüblichen pigmentierten Epoxidharzpulverlacks.

Abbildung 1 zeigt die Beziehung zwischen der Pulverlackpartikelgröße und der Beschichtungsdicke. Es ist zu erkennen, dass es extrem schwierig wäre, eine Pulverlackbeschichtung von 50 µm bei Partikelgrößen über 50 bis 75 µm zu erreichen, es sei denn, das Polymer hat besonders gute Fließeigenschaften.

Zur Ausbildung einer glatten, nicht porösen Beschichtung sollte der Pulverlack idealerweise so dicht wie möglich auf der Oberfläche abgelagert werden, bevor er aufgeschmolzen und vernetzt wird, sodass ein Schwund und die Ausbildung von Leerstellen, „Nadelstichen“ und Orangenhaut minimiert wird.

Allgemein ist es einfacher, mit einem Pulverlack mit enger Partikelgrößenverteilung glatte Beschichtungen zu erzeugen, insbesondere bei kleinen Partikelgrößen, beispielsweise 10 bis 20 µm. Pulverlacke mit kleineren Partikelgrößen müssen jedoch eine spezielle Zusammensetzung haben, damit sie mit den vorhandenen Sprühanlagen aufgetragen werden können.
Aus diesen Gründen sind der Schmelzflussindex und die Geschwindigkeit der Aushärtung des Pulverlacks entscheidende Faktoren für die glatte Oberflächen und eine angemessene Kantenabdeckung.

Die Pulverlackpartikelgröße sowie die Form und Größenverteilung spielen für Aussehen und Qualität der entstehenden Pulverlackbeschichtung eine wichtige Rolle. Kleine Partikel nehmen im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine größere Ladung auf als größere Partikel. Die Anziehungskraft zwischen dem aufgeladenen Partikel und dem zu beschichtenden Teil ist daher größer, sodass es zu einer bevorzugten Ablagerung und „Umhüllung“ mit kleineren Partikeln kommt.
Aufgrund des Faradayscher-Käfig-Effekts dringen die kleinsten Partikel jedoch weniger stark in Öffnungen und Vertiefungen ein.

Die Beschichtungsdicke kann erhöht werden, wenn das Werkstück entsprechend Tabelle 1 vorgewärmt wird. Tabelle 2 zeigt eine Übersicht mit den wichtigsten Unterschieden zwischen einem feinkörnigen Pulverlack (10-40 µm) und einem grobkörnigen Pulverlack (50-100 µm).