Ein starkes Netzwerk gegen

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1 SILIKOPON EF Ein starkes Netzwerk gegen MARKUS HALLACK Rost ist allgegenwärtig und Korrosionsschutz eine permanente Herausforderung. Fachleute schätzen, dass ein Drittel aller Eisen- und Stahlprodukte, die weltweit in einem Jahr hergestellt werden, zum Austausch korrodierter Bauteile dient. Der volkswirtschaftliche Schaden ist also enorm. Allein für die Vereinigten Staaten von Amerika liegt er nach Angaben des Batelle-Instituts (Columbus, Ohio) bei 300 Milliarden Dollar pro Jahr, für Deutschland beziffert ihn das renommierte Karl-Winnacker- Institut der DECHEMA auf deutlich über 50 Milliarden Euro pro Jahr. Entsprechend wichtig ist der nachhaltige Korrosionsschutz mit geeigneten Mitteln und Methoden. Im Blickpunkt stehen dabei Systeme mit hoher Haltbarkeit und langer Lebensdauer, mit Farbechtheit und -beständigkeit, mit gleichermaßen guter Ökonomie und Ökologie wie die neuen Silicon-Epoxy-Hybridharze von Evonik. Gerade im Umweltschutz hat die VOC-Richtlinie (VOC steht für Volatile Organic Compounds) große Bedeutung erlangt. Sie soll die Emission flüchtiger organischer Lösemittel eingrenzen, weil sie an der Bildung des umwelt- und gesundheitsschädigenden troposphärischen Ozons des so genannten Sommersmogs be teiligt sind. Deutschland hat mit der Verordnung zur Be grenzung der VOC- Emissionen aus Farben und Lacken vom Dezember 2004 entsprechende Vorgaben der EU umgesetzt, die in ihrem Be reich Tonnen VOC pro Jahr einsparen will. Derzeit arbeiten unterschiedliche Industriezweige darunter Auto mobil-, Schie - nenfahrzeug- und Flugzeugbau da ran, den VOC-Anteil in Lackformulierungen bis 2010 auf 100 Gramm pro Liter zu drücken. Ähnliche Bestrebungen zur VOC-Beschränkung gibt es auch in anderen Ländern wie den USA. Hier sind Angaben über erreichte Einschränkungen oder Zielsetzungen schwierig, weil einige Staaten eigene Richtlinien hinsichtlich VOC erlassen ha - ben. Fachleute gehen aber davon aus, dass sich auf lange Sicht die strengste Richtlinie durchsetzen wird. Diese sieht derzeit für Europa und Nordamerika einen VOC-Anteil von 250 Gramm pro Liter vor. Vor diesem Hintergrund hat Evonik neue Bindemittelsys - teme mit hohem Feststoffgehalt entwickelt, die auf Silicon- Epoxy-Hybridtechnologie beruhen und sich gleichermaßen durch ihre Leistungsfähigkeit und Umweltverträglichkeit auszeichnen. Ursprünglich kamen Silicon- und Siliconkom bina - tions harze überall dort zum Einsatz, wo Hitzebeständigkeit er - forderlich ist. Weitere Eigenschaften sind die gute Witterungs - beständigkeit und die geringe Vergilbungsneigung. Einsatzfel - der sind der Aggregatebau, Auspuffanlagen für Automobile und Zweiräder sowie Kaminöfen und feuerfeste Beschichtungen. Bisher lag der Fokus auf reinen Siliconharzen bzw. Silicon- Polyester-Kombinationsharzen. Die Anwendungen lagen im mer im Bereich des hitzestabilen Korrosionsschutzes. Um die Pro - duktpalette zu erweitern, wurde mit dem neuen Silicon-Epoxy- Hybridbindemittel mehr Wert auf die Witterungsbe stän digkeit gelegt. Evonik kann hier seine Kernkompetenz ausspielen, um durch die gezielte Kombination verschiedener organischer Har - ze mit einem Siliconharz ein optimales und einzigartiges Eigen - schaftsprofil zu erzeugen. Grundharz mit Epoxid- und Alkoxygruppen Alle Siliconharze der Evonik-Marke Tego werden nach einem einheitlichen Reaktionsschema hergestellt. Dazu werden zu - nächst Harzvorprodukte mit definierter Molekulargewichts - ver teilung produziert, die als reaktive Gruppen praktisch keine SiOH-Gruppen, sondern nur noch SiOR-Gruppen tragen. Diese reagieren im Anschluss mit OH-funktionellen Verbindungen weiter zu einem Hybridharz, das sowohl Epoxid- als auch Al - koxygruppen enthält. Als Härter kommt ein Aminoalkoxysilan zum Einsatz. Des - sen Aminogruppe reagiert mit den Epoxidgruppen, die drei Alk oxygruppen reagieren unter Zuführung von Wasser bzw. unter dem Einfluss der Luftfeuchtigkeit mit den Alkoxygruppen im Harz, wobei das Amin katalytisch wirkt. Wegen dieser Dop - pelvernetzung entsteht dabei ein Silicon-Epoxy-Hybrid grund - gerüst mit extrem hohem Vernetzungsgrad. Über die Variation der eingesetzten Siloxanvorprodukte und Polyole lassen sich auch Silicon-Epoxy-Hybridbindemittel (Markenname SILIKOPON ) mit einem Silicongehalt von 50 Pro zent herstellen. Die verwendeten aliphatischen Epoxide brin gen als Eigenschaften eine gute Korrosions- und Chemika - lienbeständigkeit mit. Die Alkoxysiloxane weisen dagegen eine gute UV-Beständigkeit auf und neigen wenig zum Vergilben. Beide Komponenten werden miteinander zu den neuartigen Hybridbindemitteln umgesetzt. Der Härter aus der Gruppe der Aminoalkoxysilane, der erst nachträglich bei der Applikation hinzugefügt wird, verstärkt wiederum die Schutzwirkung gegen Korrosion und Chemikalien. Auf analoge Weise hat Evonik bereits Systeme auf Basis aromatischer Epoxide geschaffen, die sich durch extreme Hitze be - ständigkeit auszeichnen und deshalb bevorzugt zur Beschich - tung von Auspuffanlagen für Zweiräder eingesetzt werden. Zudem haften sie sehr gut auf Stahluntergründen, so dass der daraus formulierte Lack selbst bei extremen Temperatur - >>> 4 elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER

2 COATINGS Rost Aliphatisches Epoxid Korrosionsschutz Chemische Widerstandsfähigkeit Die neuen Silicon-Epoxy-Hybridharze sind als Korrosionsschutz für Stahl, aber auch zum Beschichten von Holz, Beton oder Kompositwerkstoffen geeignet. Wesentliche Pluspunkte sind die schwere Entflammbarkeit und vor allem der niedrige Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen: Er liegt bei unter 100 Gramm pro Liter und schafft damit gegenüber bestehenden Systemen eine klare Verbesserung O SILIKOPON EF O R O CH CH 2 R 1 Si OR 4 R Alkoxy-Siliconharz 3 UV-Beständigkeit Geringe Neigung zur Vergilbung H 2O -ROH H 2N Si RO OR OR Härter Aminoalkoxysilan Korrosionsschutz Chemische Widerstandsfähigkeit R=Me oder Et Dynasylan Reaktionsschema zur Herstellung der Silicon-Epoxy-Hybridharze. Ein aliphatisches Epoxid und ein Alkoxy-Siliconharz reagieren mit OH-funktionellen Verbindungen zu einem Hybridharz, das sowohl Epoxid- als auch Alkoxygruppen trägt. Bei der Vernetzung mit einem Aminalkoxysilan reagiert dessen Aminogruppe mit den Epoxidgruppen und die Alkoxygruppen unter dem Einfluss der Luftfeuchtigkeit mit den Alkoxygruppen im Harz elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER 5

3 wech seln nicht delaminiert. Ein derartiges Bindemittelsystem ist hervorragend geeignet, um Lackformulierungen für Aus puff - an la gen von Kraftfahrzeugen und Triebwerken zu erstellen. Bei - de Applikationen müssen diese Materialeigenschaft aufweisen. Mit dem neuen Ansatz, aliphatische Epoxide zu verwenden, ermöglicht Evonik Formulierungen, die nur fünf Prozent Löse - mittel enthalten oder anders ausgedrückt 75 Gramm VOC pro Liter. Dieser Wert liegt deutlich unter den üblichen am Markt erhältlichen Systemen. Typischerweise besteht eine Lack formulierung zu über 60 Prozent aus SILIKOPON EF, der Härter zum Beispiel Dynasylan AMEO oder AMMO wird im Verhältnis 100:16 zugegeben. Das EF markiert im Übrigen eine deutlich flexiblere Version als der Vorgänger ED (extremely durable), der sehr hart eingestellt war. Einen ebenfalls hohen Anteil von mehr als 20 Prozent haben Pigmente. Die Mischun - gen bieten den Vorteil, dass sowohl die Herstellungsmaschinen als auch die Verarbeitungsmaschinen nur in sehr begrenztem Maß angepasst werden müssen. Das bedeutet nicht zuletzt auch große Kosteneinsparungen auf Seiten des Lackherstellers und des Lackverarbeiters. Ausgezeichnete Ergebnisse im Florida-Test In intensiven Versuchsreihen unter den in der Lackindustrie weltweit akzeptierten Florida-Bedingungen haben die neuen Beschichtungssysteme sehr gut abgeschnitten. Inzwischen liegen Daten aus über zwei Jahren Florida-Test vor. Sie zeigen insgesamt eine außergewöhnliche Glanzhaltung und Witterungs - beständigkeit. Die Vergilbung ist so gering, dass das menschliche Auge sie kaum wahrnimmt. Auch die Resultate beim Kor ro - sionsschutz sind hervorragend. Derartige Systeme sind aufgrund des niedrigen Lösemit tel - anteils auch für Ultra-High-Solid-Beschichtungen geeignet. Zudem haben die Entwickler erfolgreich demonstriert, dass sie Glanzhaltung gemessen unter einem Winkel von 60 Grad unter den harten Be dingungen des Florida-Tests: SILIKOPON EF zeigt im Vergleich zum Vorgänger SILIKOFTAL ED und zu einem handelsüblichen Vergleichsharz auch nach zwei einhalb Jahren eine außergewöhnliche Glanzhaltung SILIKOPON EF SILIKOFTAL ED Vergleichsharz Glanzhaltung in Prozent Monate Farbabstand Δ E, der die Veränderung der Farbe im Vergleich zur Ursprungsfarbe bzw. die Vergilbung beschreibt, im Florida-Test. Nach 30 Monaten ist die Ver gil - bung von SILIKOPON EF ebenso wie beim Vorgänger SILIKOFTAL ED so gering, dass sie mit dem bloßen Auge kaum wahrgenommen wird. Im Gegensatz dazu zeigt das handelsübliche Vergleichsharz eine sehr starke Vergilbung SILIKOPON EF SILIKOFTAL ED Vergleichsharz Farbabstand Δ E Monate 6 elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER

4 COATINGS auch als Easy-to-clean- und als Antigraffiti-Beschichtung ein - gesetzt werden können. Entsprechende Klarlacke wurden bereits formuliert. Die Trocknungsbedingungen sind vergleichbar mit denen von konventionellen Zweikomponenten- Polyurethan systemen, wobei die Trocknung in diesem Fall nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Luftfeuch - tig keit abhängig ist, weil die Alkoxyvernetzung als Hydroly se - reaktion abläuft. Über diese beiden Parameter lässt sich daher die Trocknung steuern. Insgesamt kann Evonik dem Markt eine große Varia tions - breite bei den Härtern zur Verfügung stellen. Für Epoxidharze kommen als Härter aminofunktionelle Silane zum Einsatz. Auf diesem Gebiet ist Evonik seit rund 50 Jahren unter dem Mar - kennamen Dynasylan aktiv. Für die Härtung der neuen Sys - teme kommen insbesondere AMEO (3-Aminopropyltriethoxy - silan) und AMMO (3-Aminopropyltrimethoxysilan) in Frage, die auch in einer 1:1-Mischung oder katalysiert mit Dibutyl - zinn dilaurat (DBTL) sowie mit Bismutverbindungen eingesetzt werden können. Die Härte des Lackfilms bleibt davon unbeeinflusst am Ende des Prozesses stellt sich unabhängig sowohl vom Härter als auch vom Katalysator immer der gleiche Wert ein. Das hat den Vorteil, dass der Härtungsvorgang entsprechend den jeweiligen Umgebungsbedingungen durch die Wahl des Härters und gegebenenfalls des Katalysators schneller oder langsamer eingestellt werden kann und dennoch immer zum gleichen Ergebnis führt ein deutlicher Pluspunkt gegenüber Zweikomponenten-PUR- Systemen. In Langzeitversuchen wiesen die Entwickler außerdem nach, dass SILIKOPON EF im Gegensatz zum Vorgänger ED nicht zur Versprödung neigt. Ein zusätzliches Kriterium ist die Trocknungsgeschwindig - keit. Das gilt insbesondere bei größeren Objekten, wie zum Beispiel Eisenbahnwaggons, die immer noch von Hand lackiert werden. Für einen guten Verlauf der Beschichtung darf der >>> Über den Härter (AMEO steht für 3-Aminopropyltriethoxysilan, AMMO für 3-Amino propyl - trimethoxysilan) und gegebenenfalls den Katalysator (DBTL steht für Dibutylzinndilaurat) lässt sich die Geschwindigkeit der Härtungsreaktion steuern. Auf die Endhärte des Lackfilms hat dies jedoch keinen Einfluss, wie die in der Abbildung dargestellte Pendelhärte zeigt ED AMEO 100:16 EF AMEO 100:16 EF AMEO/AMMO 100:14 EF AMEO/DBTL 100:18 EF AMEO/DBTL 100:14 Pendelhärte [n] Tage Abhängigkeit der Trocknungszeit von Härter (AMEO steht für 3-Aminopropyltriethoxysilan, AMMO für 3-Aminopropyltrimethoxysilan) und Katalysator (DBTL steht für Dibutyl zinndilaurat): Ob hohe Luftfeuchtigkeit oder extreme Temperaturen mit SILIKOPON EF lässt sich die Härtungsgeschwindigkeit den jeweiligen Erfordernissen anpassen ED AMEO EF AMEO EF AMEO/AMMO 100:14 EF AMEO/DBTL 100:18 EF AMEO/DBTL 100:14 Trocknungsgrad (Touch dry) 7 Gering Gut Stunden elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER 7

5 Lack nicht zu schnell anziehen, sondern muss noch gut fließen, wenn der Lackierer wieder am Ausgangspunkt seiner Lackie rung angelangt ist. Auch diese Zeitspannen können durch die Variation von Härter-Katalysator-System den Notwendigkeiten angepasst werden. Andererseits gibt es auch Fälle, in denen große Werkstücke schnell staubtrocken oder sogar regensicher sein müssen, weil der Platz in der Lackiererei anderweitig benötigt wird. Ähnliches gilt für Trockendocks von Schiffen, wo schon aus Kos - tengründen jede Stunde zählt. Zudem geht es hier nicht um die Schönheit des Lacks, sondern um den effizienten Auftrag und einen sicheren Korrosionsschutz. Selbst so gravierende klimatische Unterschiede, wie sie beim Streichen einer Metallkon - struk tion im extrem kalten und trockenen Murmansk oder beim Beschichten eines Krans im heißen, feuchten Singapur herrschen, lassen sich mit der Neuentwicklung von Evonik überbrücken. Umweltverträgliche Lackformulierungen mit geringem VOC-Gehalt Mit den neuen SILIKOPON EF-Systemen stehen besonders umweltverträgliche Lackformulierungen zur Verfügung, die je nach verwendetem Pigment zu 70 bis 90 Prozent aus Produkten von Evonik bestehen. Der besondere Vorteil besteht in dem unerreicht niedrigen VOC-Gehalt, der unter 100 Gramm pro Liter liegt und damit gegenüber bestehenden Systemen eine klare Verbesserung schafft. Aber nicht nur auf Stahl, sondern auch auf verschiedenen Holzsorten macht SILIKOPON EF eine sehr gute Figur. Auch hier kann der VOC-Anteil auf unter 100 Gramm pro Liter gedrückt werden. Zudem verleihen entsprechende Anstriche Holz eine besondere Anmutung das Holz wirkt sehr lebendig und die Fachleute sprechen von einer brillanten Anfeuerung. Weitere Vorteile gerade beim Holz sind die schwere Entflamm - 8 elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER

6 COATINGS barkeit und die Abriebfestigkeit. Diese Eigenschaften erschließen hochwertige Anwendungen wie den Yacht- und Flugzeug - innenausbau, aber auch stark strapazierte Fußböden. Dabei sind diese Lösungen auch wirtschaftlich. Beim Flugzeug- und Yachtinnenausbau müssen heute noch bis zu sieben Schichten lackiert werden, bei den neuen Systemen würden maximal drei Aufträge reichen. Neue Möglichkeiten ergeben sich auch im schweren Kor ro sions schutz. So lässt sich hoch mit Zinkstaub gefülltes SILIKOPON EF als Zweikomponenten-Silicon-Epoxy-Primer einsetzen. Einige große Kunden arbeiten in Forschung und Entwicklung bereits an Kombinationen beider Systeme, um ein Optimum bei den Eigenschaften zu erreichen. Die anorganische Lösung auf Basis von Kieselsäureestern hat Vorteile bei der schnellen Trocknung und dem Korrosionsschutz der Beschich - tung. Die organische Alternative dagegen sammelt Pluspunkte bei einer besseren Haftung und einer höheren Flexibilität. For - mu lierungen auf der Basis von SILIKOPON EF vereinen beide Eigenschaften in einem Produkt. Grundsätzlich gilt: Die Einsatzchancen der neuen Lacke sind noch gar nicht endgültig ausgelotet. Fest steht bisher aber, dass SILIKOPON EF auf Metallen ebenso gut einsetzbar ist wie auf Beton oder Kompositwerkstoffen, also glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Diese sind von immer größerer Bedeutung bei Rotorblättern für Windkraftanlagen oder im Flugzeugbau. Hier kann ein einschichtiger Aufbau auch zur Ge - wichtseinsparung beitragen. Ein geringeres Gewicht ist auch immer ein Thema für die Automobilhersteller und dieser Be - reich gilt unangefochten als Champions League der Lackierer. Könnte gut sein, dass sie eines Tages auch SILIKOPON EF offen - steht. MARKUS HALLACK Jahrgang 1966 Markus Hallack ist Mit ar - beiter des Evonik-Ge - schäfts bereichs Coatings & Additives am Standort Hopewell, Virginia, USA, wo das Unternehmen ein technisches Kompetenz - zentrum für Coatings und Inks unterhält. Er arbeitet dort als Senior Technology Manager für Beschichtungsadditive und Spezialharze der Evonik-Marke Tego , markus.hallack@evonik.com Vielseitig: SILIKOPON EF sorgt bei Holz für eine brillante Anfeuerung, kann bei glas- und kohle - faserverstärkten Kunststoffen zur Gewichts ein - sparung beitragen, haftet auch auf Beton sehr gut und schützt Metall - konstruktionen zuver - lässig vor Korrosion elements23 EVONIK SCIENCE NEWSLETTER 9