Starke Anfeuerung - hohe Leistung

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1 Starke Anfeuerung - hohe Leistung Lösemittelfreie Polyurethandispersionen auf Basis von Pflanzenölen für Parkett- und Möbellacke. Eine neue Generation von Polyurethan-Dispersionen auf Basis nachwachsender Rohstoffe aus Pflanzenölen enthält weder N-Methyl-2-pyrrolidon noch andere Lösemittel, erreicht in Holzlacken eine sehr hohe Substrat-Anfeuerung und zeichnet sich durch Beständigkeiten aus, die den Vergleich mit konventionellen Produkten nicht zu scheuen brauchen. Markus Dimmers*, Krefeld. * Kontakt: Markus Dimmers, Alberdingk Boley GmbH, Düsseldorfer Str. 39, D Krefeld, Tel. +49 (0) , Fax: , m.dimmers@alberdingk-boley.de Ein schonender Umgang mit den natürlichen Ressourcen rückt immer stärker ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Die konsequente Nutzung von pflanzenölbasierten Rohstoffen kann diesem zukunftsorientierten Bewusstsein Rechnung tragen. Nachwachsende Rohstoffe auf Pflanzenölbasis sind aber nicht nur aus ökologischen Aspekten heraus interessant, sondern auch aus ökonomischen Gesichtspunkten: Sie schaffen eine größere Unabhängigkeit vom vom Rohölpreis und lassen einen positiven Effekt auf den Endpreis des Produktes erwarten. Das Co-Lösemittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) war und ist bis heute einer der wichtigsten Prozessrohstoffe für die Herstellung von Polyurethandispersionen. Seit den ersten Diskussionen um die mögliche Toxizität von NMP beschäftigen sich die meisten Hersteller von PUDs mit Möglichkeiten, PUDs ohne NMP herzustellen. Auch die hier vorgestellte neue Generation wässriger Polyurethandispersionen mit Polyolkomponenten auf Basis von Pflanzenölen beinhaltet weder NMP noch andere Lösemittel. Ausgangsprodukte für pflanzenölbasierte PUDs Zur Herstellung von Polyurethandispersionen kommen die folgenden Öle in Betracht: - Rizinusöl > nicht trocknend > hoher Gehalt an Hydroxyfettsäuren > sehr lichtbeständig > hydrophob - Leinöl > oxidativ trocknend (hohe Iodzahl) > sehr preiswert > hoher Glanz > vergilbend - Sojaöl > oxidativ trocknend (geringere Iodzahl als Leinöl ) > sehr preiswert > relativ lichtbeständig > hoher Glanz - Rapsöl > durch Verwendung im Biodiesel rel. hoher Preis > gute Lichtbeständigkeit Diese Öle wurden mit unterschiedlichen Verfahren derivatisiert, um sie für die Umsetzung mit Diisocyanaten nutzbar zu machen. Die in Tab. 1 aufgeführten Polyurethandispersionen wurden mit anderen Bindemitteln auf Basis synthetischer Polyole verglichen. Da sich die Eigenschaften der pflanzenölbasierenden Bindemittel zum Teil erheblich voneinander unterscheiden, wurden sie in typischen Anwendungen neben den synthetischen Produkten getestet. Auffallend hohe Alkaliresistenz Die Möbel-/Parkettlacke PUD-Riz-1, PUD-Soja-1 und PUD-Raps-1 wurden verglichen mit der NMP-haltigen Variante PUD-Riz-2 und den auf synthetischen Polyolen basierenden Produkten PUD-Syn-1 und PUD-Syn-2. Vergleichskriterien waren die Anfeuerung auf Holz, die Pendelhärte, die Chemikalienbeständigkeit sowie die Abriebbeständigkeit. Wie aus Abb.1 ersichtlich wird, bewegen sich alle Dispersionen bezüglich ihrer Chemikalienresistenz auf einem vergleichbar hohen Niveau. Das überrascht bei dem allgemein hohen Qualitätsstandard bei wässrigen Polyurethandispersionen wenig. Herausragend ist jedoch die Alkaliresistenz der Polyurethane auf Basis von Sojabzw. Rapsölpolyol, die noch deutlich über der des Polyurethans auf Basis von Polycarbonat liegt. Gute Pendelhärte bei schneller Härteentwicklung Ebenso wie die Chemikalienbeständigkeit bewegen sich auch die Pendelhärten aller Dispersionen auf einem ähnlichen Niveau (Abb. 2). Ein Wert von ca s (nach König) wird zumeist als Minimum für Parkett- und Möbellacke betrachtet. Überraschend ist hier jedoch der Verlauf der Dispersion PUD-Soja-1. Mit einer niedrigen Pendelhärte beginnend, steigt diese relativ schnell auf den höchsten Wert an, was jedoch nicht auf eine oxidative Trocknung zurückzuführen ist, da PUD-Soja-1 keine freien Doppelbindungen mehr enthält. Bei den Polyurethanen auf Basis der synthetischen Polyole kann man deutlich den "Weichmachereffekt" von N-Methyl-2-pyrrolidon beobachten, der trotz einer vergleichsweise niedrigen Verdunstungszahl des Lösungsmittels auftritt. Auch die PUD-Raps-1 zeichnet sich durch eine hohe Pendelhärte aus bei deutlich schnellerer Härteentwicklung als bei den anderen Dispersionen. Hohe Abriebbeständigkeit bei synthetischen Polyolen Die in Abb. 3 aufgetragene Abriebbeständigkeit zeigt die Stärke von synthetischen Polycarbonatpolyolen. Wie nicht anders erwartet können sie hier ihr Potential voll ausspielen. Aber auch die hohe Härte von PUD-Soja-1 wird erkennbar, die hier zu einem deutlich spröderen Film führt. Es sei an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, dass lösungsmittelhaltige Parkettlacke auf Basis von PU-Alkyden oder PU-Ölen im Schnitt signifikant geringere Abriebbeständigkeiten aufweisen als Produkte auf Basis von Polyurethandispersionen. Positive Effekte bei der Anfeuerung Nachwachsende Rohstoffe haben in jedem Fall auch einen positiven Effekt auf die Anfeuerung des Lacksystems - ganz so wie man es von den klassischen Lösungsmittellacken kennt (Abb. 4). Ebenso verhält es sich mit dem subjektiven Eindruck bei der Applikation des Flüssiglackes. Ölbasierende Polyurethandispersionen erwecken durch ihre mehr oder weniger ausgeprägte Eigenfarbe den Eindruck eines Lösungsmittellackes (Abb. 5). Leinölmodifizierte Polyurethandispersionen - eine Alternative Abschließend wäre noch ein ungewöhnlicher Vergleich zwischen einer leinölmodifizierten Polyurethandispersion und einer selbstvernetzenden Multiphasen-Acrylatdispersion zu ziehen: Beide Produkte wurden mit durchaus überraschenden

2 Ergebnissen in transparenten Lasuren im Außenbereich getestet. Es zeigt sich, dass die Leinöl-PUD eine herausragende Glanzhaltung und ein hervorragendes Abwitterverhalten im Vergleich zu Hochleistungs-Acrylatdispersionen hat. Dies überrascht insofern, als die neue Leinöl-PUD keine Trockenstoffe zur schnellen Pendelhärteentwicklung benötigt und somit deutlich umweltverträglicher ist als vergleichbare Alkydharzsysteme. Abb. 6 zeigt den Einfluss verschiedener Sikkative auf die Pendelhärte von PUD-Leinöl-1. Aufgrund ihrer Leinölmodifikation verhält sich die Polyurethandispersion im Wetter deutlich anders als z. B. Acrylatdispersionen. Acrylatdispersionen werden am Wetter immer spröder (Anstieg der T g ) und bilden im weiteren Verlauf deutliche Risse, welche eine Renovierung schwieriger gestalten. Alkydharze und eben auch die leinölmodifizierte Polyurethandispersion haben ein deutlich günstigeres Bewitterungsverhalten in Bezug auf die Renovierbarkeit. Bei ihnen kommt es zu "Erosion". Im Vergleich zu Alkydharzen hat die Polyurethandispersion aufgrund ihrer deutlichen niedrigeren Tg einen längeren Lebenszyklus als Alkydharze. Die Wetterbeständigkeit der PUD-Leinöl-1 liegt somit auf dem Niveau einer modernen Multiphasen-Acrylatdispersion, jedoch bei deutlich höherem Glanz und besserer Renovierbarkeit. Diese Betrachtungen machen deutlich, dass solche Bindemittelsysteme auf Basis nachwachsender Rohstoffe durchaus Chancen haben, den noch immer sehr großen Markt der lösungsmittelhaltigen Holzpflegeprodukte ("Teaköl", etc.) Schritt für Schritt zukunftsverträglich zu ersetzen. Ergebnisse auf einen Blick - Polyurethandispersionen auf Basis nachwachsender Rohstoffe, die kein NMP enthalten, bieten eine umwelt- und gesundheitsschonende Alternative zu lösemittelhaltigen Holzlacken für Parkett- und Möbelbeschichtungen. - Neben guten Chemikalienbeständigkeiten und mechanischen Beständigkeiten, die es mit bestehenden Systemen aufnehmen können, zeigen sie eine deutlich stärkere Anfeuerung. - Weil die Dispersions-Materialien zum großen Teil aus nachwachsenden Rohstoffen stammen, ist ihr Preis weniger abhängig vom Rohölpreis. Markus Dimmers, Alberdingk Boley GmbH, ist Chemie-Ingenieur und seit 1990 bei der Alberdingk-Boley Gmbh in Krefeld beschäftigt. Seit 2001 ist er dort Leiter des technischem Marketing von Polyurethan- und Acrylatdispersionen.

3 Abb. 1: Chemikalienbeständigkeit von Parkett und Möbellacken auf Basis von PUD-Riz-1. (Stufe 5 = Probe unzerstört).

4 Abb. 2: Pendelhärteentwicklung von Parkett- und Möbellacken.

5 Abb. 3: Abrieb CS-17 (mg) von Parkett- und Möbellacken.

6 Abb. 4: Anfeuerung auf Eiche. (Stufe 5: beste Anfeuerung).

7 Abb. 5: Transparenz verschiedener Bindemittel.

8 Abb. 6: Einfluss verschiedener Sikkative auf die Pendelhärte von PUD-Leinöl-1.

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