Standfest ohne Nebenwirkungen

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1 Standfest ohne Nebenwirkungen Stark pseudoplastisches Verhalten kann mit Verdickern auf Basis von Kieselsäuren, mit Schichtsilikaten oder mit Polyacrylatverdickern erzielt werden. Diese können jedoch das Erscheinungsbild und die Filmqulität mitunter stark beeinträchtigen. Polyurethanverdicker bieten Standfestigkeit ohne dabei Eigenschaften wie Glanz und Farbstärke zu mindern. Pseudoplastische Polyurethanverdicker für Lacke und Farben Franjo Gol, Langenfeld Um Verdicker zu testen, wurden im Bereich sehr niedriger Schergefälle Eigenschaften von Farben und Lacken wie Ablauf, Verlauf und Sedimentation charakterisiert. Einflüsse von Lagerung und Transport wirken im Scherbereich von 0,001 bis 10 s-1. Die Konsistenz im jeweiligen Gebinde wird durch das Fließverhalten bei einem Schergefälle von etwa 5 bis 200 s-1 bestimmt. Bei der Applikation durch Fluten und Tauchen treten ähnlich geringe Scherbelastungen auf. Typische Verarbeitungstechniken wie Spritzen, Pinsel-, Rollen- oder Walzauftrag haben in der Regel sehr hohe Scherraten von etwa 5000 bis zu s-1. In Farben und Lacken für Streich- und Rollapplikation haben sich assoziative Verdicker mit schwach pseudoplastischem und newtonischem Fließverhalten bewährt. Mit ihnen lässt sich der von lösemittelbasierten Farben und Lacken bekannte Streichwiderstand für eine hohe Schichtdicke einstellen. Diese Mid-shear- und High-shear-Verdicker verringern auch die insbesondere bei der Rollapplikation störende Spritzneigung. Standfest aber glanzlos Gut verlaufende Lackfilme ausreichender Schichtdicke an senkrechten Flächen erfordern insbesondere bei der Spritzapplikation eine genügend hohe Viskosität im niedrigen Scherbereich sowie eine ausgeprägte Strukturviskosität. Durch die starke Viskositätssenkung unter Scherung in der Spritzpistole entsteht ein feiner Sprühnebel, während die hohe Ruheviskosität die nötige Standfestigkeit und somit eine stark verringerte Ablaufneigung bewirkt. Stark pseudoplastisches Verhalten ist mit Verdickern auf Basis von gefällten oder pyrogenen Kieselsäuren, mit Schichtsilikaten und mit Polyacrylatverdickern zu realisieren. Diese Verdickertypen beeinträchtigen jedoch das Erscheinungsbild des Lacks und die Filmqualität. Als unerwünschte Nebeneffekte seien hier Verfärbungen, Glanzverlust, Verringerung der Farbstärke, Verlaufsstörungen und Verschlechterung der Wasserfestigkeit genannt. Polyurethanverdicker als Alternative überzeugend In Bezug auf Glanz, Farbtiefe und Wasserfestigkeit sind assoziative Polyurethanverdicker besser als stark pseudoplastische, silikat- oder acrylathaltige Typen. Bislang ließen assoziative Polyurethanverdicker jedoch im Hinblick auf die Standfestigkeit an senkrechten Flächen zu wünschen übrig. Polyurethanverdicker sind aus einem hydrophilen Segment auf Basis eines Polyethers und hydrophoben Endgruppen modular aufgebaut. Die hydrophoben Gruppen sind meist Reste mehr oder weniger langkettiger Alkohole. Verknüpft werden die hydrophilen und hydrophoben Segmente in einer Polyadditonsreaktion mit Diisocyanaten. Ändert man das Molekulargewicht, den Verzweigungsgrad und die Hydrophilie des Polyethers sowie den Charakter der Endgruppen und der verknüpfenden Diisocyanate, ändert sich das rheologische Verhalten des Verdickers. So gelingt die Formulierung von newtonischen High-shear-Verdickern ebenso wie die von universell einsetzbaren Mid-shear-Verdickern und pseudoplastischen Low-shear-Verdickern.Nun wurden stark pseudoplastische Polyurethanverdicker mit wesentlich verbessertem Verdickungseffekt im niedrigen Scherbereich formuliert. Das rheologische Profil dieser neuen Verdicker kommt der Wirkung von Produkten auf Basis von Schichtsilikaten, Kieselsäuren und Polyacrylaten sehr nahe, ohne jedoch deren unerwünschte Eigenschaften zu zeigen. Stärker ausgeprägte Strukturen Zur Überprüfung der starken Verdickungswirkung im niedrigen Scherbereich wurden die neuentwickelten Verdicker in einer Strukturlackrezeptur im Vergleich zu einem Verdicker auf Basis einer pyrogenen Kieselsäure eingesetzt (Tab. 1). Der mit Polyurethanverdicker ausgestattete Lack zeigte eine bessere Standfestigkeit als die ursprüngliche Formulierung (Abb.1). Bei dieser bewirkt das durch die Kieselsäure erzeugte thixotrope Fließverhalten einen verzögerten Wiederaufbau der Ruheviskosität nach der Applikation. Dadurch ergibt sich eine verlängerte Verlaufsphase im Vergleich zum pseudoplastischen, mit Polyurethanverdicker ausgestatteten Lack. So kann es zu einer Ablaufbewegung kommen, bevor sich die ursprüngliche Ruheviskosität wieder aufbaut. Diese kurzzeitige Verlaufsaktivität bewirkt beim Strukturlack mit der ursprünglichen Formulierung auf Basis von Kieselsäure zudem eine flachere, weniger ausgeprägte Struktur als mit dem Polyurethanverdicker. Mit diesem stellt sich unmittelbar nach der Applikation die ursprüngliche, hohe Ruheviskosität wieder ein. Folglich lässt sich mit dem Polyurethanverdicker eine stärker ausgeprägte Struktur als mit der Kieselsäure erzielen (Abb. 2). Glanz und Farbtiefe verbessert Die Auswertung der lacktechnischen Daten zeigt keine Nachteile des mit Polyurethanverdicker ausgestatteten Lacks gegenüber der ursprünglichen Formulierung mit Kieselsäure (Tab. 2). Der mit Polyurethanverdicker ausgerüstete Lack hat neben einer ausgeprägteren Struktur auch einen höheren Glanz und eine größere Farbtiefe als die ursprüngliche Formulierung mit Kieselsäure (Tab. 2 und

2 3, Abb. 3). Polyurethanverdicker verringern so den durch die Kieselsäure verursachten Glanz- und Farbstärkeverlust. Weiterhin lässt sich die gleiche Farbtiefe wie vorher mit einer geringeren Pigmentmenge erzielen, was sich positiv auf die Kosten der Formulierung auswirkt. Die Haftung auf dem Substrat geprüft auf Stahl und Aluminium verändert sich bei der Rezepturumstellung nicht (Abb. 3). Auch die Lösemittelbeständigkeit verschlechtert sich nicht. Die Lagerstabilität des Lacks im Hinblick auf seine Sedimentationsneigung bleibt ebenfalls erhalten. Klassische Verdicker sind ersetzbar Diese Ergebnisse ermutigen dazu, die neuen, stark pseudoplastischen Polyurethanverdicker auch in anderen Anwendungen einzusetzen, die bislang mineralischen Verdickern und Acrylatverdickern vorbehalten waren. Hier seien exemplarisch Dickschichtsysteme für den Korrosionsschutz und Metallicbasislacke genannt. In dieser Richtung werden wir weiterarbeiten. Sollte kein vollständiger Austausch gelingen, so können sich doch durch weitestgehende Reduzierung des Anteils der "klassischen" Vertreter die lacktechnischen Eigenschaften wie Glanz, Farbstärke und Wasserbeständigkeit deutlich verbessern. s - Dr. Franjo Gol, studierte Chemie an der Bergischen Universität Gesamthochschule Wuppertal. Anschließend war er für verschiedene Lack- und Lackrohstoffhersteller tätig. Seit 1998 ist er bei der Borchers GmbH in Langenfeld beschäftigt. Dort ist er zuständig für die Entwicklung und Anwendungstechnik rheologischer Additive sowie für Trockenstoffe und Antihautmittel. t Ergebnisse auf einen Blick - Polyurethanverdicker wurden im Hinblick auf Standfestigkeit und Absetzverhalten verbessert. - In einer Strukturlackformulierung ersetzt ein Polyurethanden Kieselsäureverdicker. Damit ergeben sich eine ausgeprägtere Struktur sowie höhere Glanz- und Farbwerte. - Klassische Verdicker sind weitgehend oder vollständig durch Polyurethanverdicker zu ersetzen. * Korrespondierender Autor. Kontakt: Dr. Franjo Gol Borchers GmbH Berghausener Straße Langenfeld Tel , Fax franjo.gol@eu.omgi.com

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