Wer den Schaden hat.

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1 1 Wer den Schaden hat Durch Bewitterung verursachte Schäden an Beschichtungen sind mannigfaltig Sie reichen von Kreidung und Ausbleichen über Risse und Versprödung bis hin zur Delamination Der folgende Beitrag zeigt exemplarische Schadensbilder und macht deutlich, dass jeder Schadensfall individuell und unter Berücksichtigung der Randbedingungen beurteilt werden muss Schadensbilder von organischen Beschichtungen nach Bewitterung Bodo Müller Unter Bewitterung versteht man die Beanspruchung von Beschichtungen im Freien durch das Wetter Die schädigenden Aspekte des Wetters sind Licht, insbesondere energiereiche UV-Strahlung, Luftsauerstoff, erhöhte Temperaturen und Temperaturwechsel sowie Wasser in Form von Regen und Betauung oder als Wasserdampf, sprich Luftfeuchte Wasser kann durch Quell- und Trocknungsvorgänge das Eintreten von Bewitterungsschäden beschleunigen Zusätzlich können hierzulande noch Schadgase wie SO2, NOx, HCl aus industriellen Emissionen hinzukommen ("saurer Regen") Photooxidation führt zum Lackabbau Lackbindemittel sind wie alle organischen Verbindungen in Bezug auf ihre Oxidationsprodukte, zb CO2, H2O, thermodynamisch instabil Organische Beschichtungen werden daher durch Luftsauerstoff langsam oxidiert (Autoxidation), was zu einem Abbau der Bindemittel führt Die gleichzeitige Einwirkung von Licht beschleunigt diese Oxidation und man spricht dann von Photooxidation [1] Die Photooxidation, auch UV-Degradation genannt, läuft chemisch nach dem Mechanismus einer Radikalkettenreaktion ab Im Folgenden werden verschiedene durch Bewitterung entstandene Schadensbilder anhand von Fotos und elektronenmikroskopischen Aufnahmen exemplarisch vorgestellt und erläutert, worauf bei der Beurteilung solcher Schadensbilder in der Praxis zu achten ist Kreidung ist Freisetzung von Titanoxidpigmenten Unter Kreidung bzw Abkreidung versteht man das Ablösen von Pigmenten und Füllstoffen, die infolge des photooxidativen Abbaus des Bindemittels an der Oberfläche einer Beschichtung freigelegt werden Im Besonderen wird unter Kreidung der photochemische Abbau von Beschichtungen verstanden, welche Titandioxid enthalten, da Titandioxid die Photooxidation von organischen Bindemitteln katalysieren und damit beschleunigen kann (photokatalytischer Oxidationszyklus) [1]Abb 1 zeigt die Kreidung auf dem hinteren Kotflügel eines Autos Der Vergleich mit der sonst intakten Beschichtung lässt das Schadensbild, ein weißlicher Belag auf der Beschichtungsoberfläche, besonders deutlich hervortreten Es stellt sich nun die Frage, warum nur der hintere Kotflügel kreidet Wenn man sich das Auto aus der Nähe genau betrachtet, entdeckt man hinten eine Schweißnaht; dh der hintere Kotflügel wurde nachträglich, etwa nach einem Unfall, angefügt Er ist daher mit einem Reparaturlack beschichtet, während das Auto ansonsten mit dem OEM-Decklack, wahrscheinlich einen einschichtigen AK/MF-Einbrennlack, lackiert ist Dass eine Reparaturbeschichtung stärker kreidet als die OEM-Beschichtung, kann jedoch nicht verallgemeinert werden; zuweilen lässt sich auch der umgekehrte Fall beobachtenabb 2 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer anderen gekreideten Beschichtung Die Oberfläche besteht nur noch aus Partikeln, die kaum noch durch Bindemittel untereinander verbunden sind und leicht abgewischt werden können Dies macht sich, wie in Abb 1, makroskopisch als weißlicher Belag auf der Beschichtungsoberfläche bemerkbar Ausbleichen bedeutet Abbau organischer Buntpigmente Unter Ausbleichen versteht man den photochemischen Abbau von organischen Farbmitteln durch absorbierte UVStrahlung; anorganische Buntpigmente bleichen dagegen nicht aus Abb 3 illustriert das Ausbleichen von organischen Rotpigmenten auf einem Verkehrsschild Der direkte Vergleich mit dem oberen noch nicht beeinträchtigten Verkehrsschild verdeutlicht das Schadensbild Die photochemische Stabilität organischer Buntpigmente hängt von deren chemischer Zusammensetzung und Konzentration im Lackfilm ab Volltöne sind häufig stabiler als Pastelltöne Darüber hinaus nimmt die photochemische Stabilität organischer Farbmittel mit fallender Teilchengröße ab, molekulardisperse organische Farbstoffe sind in der Regel nicht lichtecht Abb 4 zeigt ein seltenes Beispiel für das Ausbleichen eines organischen Farbstoffs in einer Metallicbeschichtung Üblicherweise werden organische Farbstoffe nicht in Autolacken eingesetzt Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich wahrscheinlich um einen leuchtend orangeroten Lack für Motorradtanks, mit dem zweckentfremdet der abgebildete Kleinbus nachlackiert wurde Für eine unprofessionelle Nachlackierung sprechen auch die vielen Läufer im Klarlack Eine solche Zweckentfremdung von Lacken, die für andere Anwendungen konzipiert wurden, ist bei der Nachlackierung von Autos kein Einzelfall Versprödung führt zu Rissbildung und Delamination Durch die photooxidative Spaltung von langen und damit zähelastischen Polymerketten der Bindemittel in kleinere Bestandteile und die sich anschließende Vernetzung dieser Bruchstücke werden bewitterte Lackfilme im Laufe der Zeit hart und spröde Ihre Glastemperatur und Oberflächenhärte steigen an Darüber hinaus können niedrigmolekulare, weichmachende Filmbestandteile oder Spaltprodukte durch Regenwasser ausgewaschen werden Dies führt zu einer Massenabnahme

2 2 des Bindemittels, die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) sowie die Glastemperatur steigen an Diese Versprödung führt dann durch thermische und hygrische Bewegungen der Beschichtung im Laufe der Zeit zur Rissbildung und letzten Endes zur Delamination (Enthaftung)Abb 5 zeigt Rissbildung und Delamination einer bewitterten Beschichtung eines Eisenbahnwaggons, der sehr lange auf einem Abstellgleis gestanden hat Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Beschichtungsoberfläche dieses Eisenbahnwaggons (Abb 6) lässt erkennen, dass die Pigment- und Füllstoffpartikel durch den photooxidativen Abbau des Bindemittels vollständig freigelegt sind Ein wirklich extremes Beispiel für Rissbildung zeigt ein anderer Eisenbahnwaggon (Abb 7): Die Rissbreite liegt hier im cm-bereich Das Substrat beeinflusst die Berwitterung Während Beschichtungen auf metallischen oder mineralischen Substraten eine Lebensdauer bis zu 25 Jahren erreichen können, neigen Holzschutzbeschichtungen auf der Wetterseite von Gebäuden dagegen schon nach wenigen Jahren zur Rissbildung Ein typisches Beispiel von der Verwitterung der Westseite (Wetterseite) einer beschichteten Holzkonstruktion ist in Abb 8 dargestellt Auf der im Schatten liegenden Nordseite ist die Beschichtung dagegen intakt Gründe für die Rissbildung von bewitterten Holzschutzbeschichtungen sind einerseits die photochemisch bedingte Versprödung der Beschichtung und andererseits die hygrischen Bewegungen des Substrates Holz: Holz quillt bei hoher Feuchtigkeit und schrumpft bei geringer Feuchtigkeit durch Austrocknen Im Gegensatz zu Holz zeigen metallische und mineralische Substrate nur thermische aber keine hygrischen Bewegungen Auch das Substrat kann also einen deutlichen Einfluss auf die Wetterbeständigkeit von Beschichtungen haben Schadensbilder bei Zweischicht-Effektlackierungen Zweischicht-Effektlackierungen werden oft als Autodecklacke verwendet und bestehen aus einem pigmentierten Basislack und einem unpigmentierten Klarlack Abb 9 zeigt einen Querschnitt durch den kompletten Beschichtungsaufbau einer Automobilbeschichtung mit einer kathodischen Elektrotauchlackierung (KTL) als Grundbeschichtung, einem Füller als Zwischenbeschichtung sowie einem Basis- und Klarlack als Deckbeschichtung Die parallel zum Untergrund ausgerichteten lamellaren Metalleffektpigmente sind im Basislack deutlich zu erkennen Die Metallicpigmente verteilen sich - wie erwartet - gleichmäßig über die gesamte Basislackschichtdicke, was als nonleafing-effekt bezeichnet wird Da sich die Brechzahlen des Klarlackbindemittels (n 1,5) und der Luft (n = 1,0) signifikant unterscheiden und gleichzeitig die lamellaren Metalleffektpigmente im Basislack Licht reflektieren, kann insbesondere bei hellen Metallicfarbtönen Licht im Klarlack mehrfach intern reflektiert werden Mögliche Schadensbilder bei Zweischicht-Effektlackierungen sind Glanzabfall, Vergilbung, Rissbildung und Delamination im Klarlack Abb 10 zeigt ein Beispiel für großflächige Klarlackenthaftung bei einem noch relativ neuen Fahrzeug Da die Kühlerhaube eines Autos durch den Motor von unten "beheizt" wird und gleichzeitig der Einfallswinkel für das Licht steil ist, sind Bewitterungsschäden auf Kühlerhauben häufig besonders stark ausgeprägt In der Grenzschicht Klarlack/Basislack können sich durch photochemische Vorgänge auch ionische Reaktionsprodukte (Elektrolyte) bilden, die dann osmotische Blasen hervorrufen Die Folge kann ein Haftungsverlust (Delamination) sein (Abb 11) Literatur [1] B Müller: Additive kompakt, Vincentz Network, 2009, Kapitel 8 Danksagung Der Autor dankt Herrn Dr Jürgen Kraut (Fakultät Grundlagen, Hochschule Esslingen) für die elektronenmikroskopischen Aufnahmen Die Studierenden Christin Friedrich, Philipp Hofmann und Rudolf Hofmann haben im Rahmen von Projektarbeiten mitgeholfen, die bewitterten Objekte zu finden und Proben zu nehmen, wofür ihnen an dieser Stelle gedankt sei Ergebnisse auf einen Blick - Die hier gezeigten Beispiele sind nur ein kleiner Ausschnitt aus der Vielfalt von Bewitterungsschäden Es wird aber deutlich, dass jeder Schadensfall individuell beurteilt werden muss und auch Randbedingungen, wie Substrat, Bauteil, Nachlackierung, falsch angewendete Lacke, mit berücksichtigt werden müssen Eine wichtige Maßnahme zur Verhinderung von Bewitterungsschäden ist der Einsatz von Lichtschutzadditiven in Beschichtungen, der an anderer Stelle [1] ausführlich beschrieben worden ist Insbesondere Automobilklarlacke sind heutzutage ohne Lichtschutzadditive nicht mehr denkbar Korrespondierender Autor Kontakt: Prof Bodo Müller Hochschule Esslingen T BodoMueller@hs-esslingende - Prof Bodo Müller, geb 1954, studierte Chemie in Würzburg Nach seiner Promotion 1983 arbeitete er knapp sechs Jahre bei einem Lackhersteller Nach einer fast zweijährigen Tätigkeit als Abteilungsleiter in der Kleb- und Dichtstoffindustrie hat er seit 1990 eine Professur an der Fachhochschule Stuttgart und seit 1996 an der Hochschule Esslingen inne Er vertritt das Lehrgebiet Lacktechnologie, ist Leiter des Labors Lackherstellung und leitet den Studiengang Chemieingenieurwesen/Farbe und Lack