Tutorial VILF. Verwendung und Eigenschaften von Additiven in Pulverlacken speziell betrachtet Wachs-Additive

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1 Tutorial VILF Verwendung und Eigenschaften von Additiven in Pulverlacken speziell betrachtet Wachs-Additive Thomas Czeczatka End-Use Manager Powder Coatings BYK-Chemie GmbH Abelstrasse Wesel Germany T M mailto:thomas.czeczatka@altana.com 1. Allgemeine Einleitung 1.1. Grundsätzlich Pulverlacke Zusammensetzung, Herstellung und Applikation Pulverlacke sind Beschichtungssysteme, die in fester Form vorliegen Pulver! und demzufolge weder Lösemittel noch Wasser enthalten. Pulverlacke sind also ein Beschichtungssystem, was nur geringe Emissionen freisetzt und zu den ökologischsten Lacken zählt, die man verwenden kann. Der weitaus größte Teil besteht aus vernetzbaren Systemen, beim Einbrennprozess läuft eine chemische Vernetzung in stöchiometrischem Verhältnis ab und es resultiert eine duroplastische Beschichtung. Zu einem geringeren Anteil gibt es auch die thermoplastischen Systeme, wo es nach der Applikation nur zu einem Schmelzprozess kommt. Zusammensetzung von Pulverlacken: Mit Ausnahme von Lösemitteln und Wasser, bestehen Pulverlacke aus denselben Rohstoffkomponenten wie alle übrigen Beschichtungssysteme: Bindemittel verschiedene Harz-Gruppen, wie z.b. Polyester, Epoxy oder Acrylate Vernetzer / Härter das können ebenfalls Harze sein, die als reaktive Komponente eingesetzt werden, oder auch hoch-reaktive Härter, die in kleinen Mengen ein Netzwerk mit dem Bindemittel ausbilden. Als Beispiel TGIC, β-hydroxyalkylamid oder blockierte Polyisocyanate 1 Verfasser: Thomas Czeczatka, BYK-Chemie GmbH, Wesel Kontakt thomas.czeczatka@altana.com

2 Füllstoffe identisch zur Verwendung in flüssigen Lacken, gibt es auch in Pulverlacken eine breite Palette von Füllstoffen Pigmente nahezu alle Pigmente können verwendet werden, es besteht lediglich eine Einschränkung hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit, abhängig von der notwendigen Einbrenntemperatur des Systems Additive Hierbei ist zunächst in fast allen Systemen ein Anti-Krater und Verlaufsadditiv wichtig, dies sind meistens Polyacrylate auf einem festen Trägermaterial (Siliziumdioxid) Benzoin dies ist ebenfalls in geringer Dosierung in nahezu allen Systemen notwendig, um eine bessere Entlüftung beim Schmelzprozess zu erreichen. Wachse diese gibt es in einer breiten Palette an unterschiedlichster chemischer Zusammensetzung und mit vielfältigen Effekten auf die Eigenschaften der resultierenden Pulverlacke. Diese spezielle Additiv-Gruppe wird im weiteren Verlauf dieses Artikels genauer betrachtet und beschrieben. Herstellung von Pulverlacken: Diese erfolgt in einem ersten Schritt mit der Mischung aller Rohstoffkomponenten nach festgelegten Rezepturen. Diese Trockenmischung ( Premix ) wird anschließend über einen kontinuierlichen Extrudier- Prozess, bei Schmelztemperatur der verwendeten Bindemittel, homogen gemischt und dabei unter hohen Scherkräften im Extruder dispergiert. Diese Masse wird nach dem Austritt aus dem Extruder über Kühlwalzen / Kühlband zunächst in grobe Partikel gebrochen und anschließend über eine Vermahlung und Siebung in die gewünschte Partikelgröße gebracht, wodurch das eigentliche Pulver entsteht. Applikation von Pulverlacken: Die häufigste Applikationstechnik wird mittels einer elektrostatischen Aufladung (Korona, oder Tribo) erreicht. Sie ist somit sehr gut geeignet, um leitfähige Materialien wie Metalle zu beschichten. Das Pulver wird durch einen leichten Luftstrom zerstäubt und über das elektrostatische Feld auf dem Werkstück abgeschieden. Darüber hinaus gibt es heutzutage aber für fast alle anderen Materialien eine technische Lösung, um Pulverlacke zu applizieren, so können z.b. nicht-leitfähige Materialien (Glas, Keramik) vorab aufgeheizt werden, wodurch das Pulver durch Anschmelzen an der Oberfläche haftet. Je nach verwendetem Bindemittel-System sind die abschließenden Einbrennbedingungen anzupassen. Die beschichteten Werkstücke werden dabei beispielsweise über einen Zeitraum von 20min bei 180 C eingebrannt. Bei diesen Bedingungen läuft die chemische Vernetzungsreaktion vollständig ab und das zuvor applizierte Pulver bildet eine feste und widerstandsfähige Beschichtung aus. Neben der rein thermischen Vernetzung finden auch immer mehr UV-vernetzte Systeme Anwendung. Die Einbrenntemperaturen und notwendigen Zeiten variieren in einem Bereich von ca. 100 C bis über 200 C und können von ca. 1min bis über 45min liegen. Die Parameter, die dies konkret beeinflussen sind sehr vielfältig und sollen hier nicht im Detail beschrieben werden.

3 1.2. Definition und Ursprung von Wachs Additiven Es gibt zahlreiche Stoffgruppen, die wachsartiges Verhalten zeigen, daher gibt es keine exakte Definition für Wachse. Aber eine allgemein anerkannte und weit verbreitete Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft: Ein Stoff wird als Wachs bezeichnet, wenn er bei 20 C knetbar, fest bis brüchig hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweist, farblich durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig ist, über 40 C ohne Zersetzung schmilzt, wenig oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig (niedrig-viskos) ist, eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit aufweist sowie unter leichtem Druck polierbar ist. (Quelle Wikipedia [3]) In der Pulverlack-Praxis werden darüber hinaus weitere Stoffgruppen synonym allgemeinhin als Wachs bezeichnet. Als Beispiel kann hier das PTFE genannt werden, welches nicht vollständig der Definition Wachs entspricht, aber häufig ebenfalls als Wachs-Additiv bezeichnet wird (Siehe weitere Erläuterungen unter Anwendungen). Der Ursprung der verwendeten Wachse in der Lackindustrie, also auch in Pulverlacken, wird in der folgenden Grafik 1) dargestellt: Grafik 1) Ursprung verwendeter Wachs-Additive in Pulverlacken

4 1.3. Herstellung von Wachs Additiven Die verwendeten Rohstoffe von Wachs Additiven weisen in der Regel sehr unterschiedliche Partikelgrößen auf (Siehe Grafik 2) und müssen daher in speziellen Verfahrensschritten auf eine einheitliche Partikelgröße gebracht werden. Obwohl in Pulverlacken bei der Herstellung und besonders bei der Vernetzung Temperaturen auftreten, die häufig oberhalb der Wachs-Schmelzpunkte liegt, spielt die endgültige Partikelgröße der eingesetzten Additive eine wichtige Rolle und wird im TDS spezifiziert. Als Lieferform der eingesetzten Additive für Pulverlacke erhält man in der Regel feinteilig mikronisierte Pulver. Es gibt zunächst unterschiedliche Methoden der Herstellung, um Komponenten zu Mischen (z.b. Schmelzverfahren / Compoundierung), aber am Ende steht meistens noch ein Prozess, um das Additiv in ein feinteiliges Pulver mit definierter Partikelgröße zu überführen. Als Beispiel hierzu soll in Grafik 3) schematisch das Verfahren einer Jett Mill, oder Strahlmühle gezeigt werden. Dabei prallen die groben Partikel mittels Druckluft aufeinander und werden somit zerkleinert. Eine integrierte Sichtung gewährleistet eine definierte Partikelverteilung. Grafik 3) Mikronisierung von Wachs-Rohstoffen mittels Jett Mill

5 2. Anwendung von Wachs-Additiven in Pulverlacken 2.1. Allgemein Es gibt die unterschiedlichsten Anwendungen für Wachse, um Eigenschaften von Pulverlacken zu beeinflussen. Dabei gibt es teilweise Überlappungen bei den erzielten Effekten, wodurch nicht immer eindeutig eine bestimmte Rohstoffchemie einem bestimmten Effekt zugeordnet werden kann. Außerdem spielt natürlich auch die verwendete Formulierung (Harz-System / Vernetzungs-Reaktion) eine große Rolle und sollte nicht vernachlässigt werden. Dadurch entsteht für den Anwender häufig das Problem, die richtige Auswahl zu treffen bei einem Blick in das Technische Datenblatt werden Wachs-Additive oft mit einer Vielzahl von Eigenschaften beschrieben. Dieser Artikel soll daher exemplarisch nur auf die wichtigsten Anwendungsgebiete eingehen und bezieht sich auf die jeweils anerkanntesten Additiv Empfehlungen. Es wird also kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben und hinter jedem Anwendungsbeispiel existieren durchaus mehrere Lösungswege Glanzreduktion Der Mechanismus einer Glanzreduktion durch ein Wachs beruht auf der Eigenschaft, das in den meisten Fällen eine gewisse Unverträglichkeit zum Harz-System besteht, wodurch das sehr niedrigviskose Wachs in der Schmelze an die Oberfläche wandert und sich dort in höherer Konzentration anreichert. In Abhängigkeit von der Beständigkeit bildet sich eine Wachsschicht aus, die ggf. sehr leicht zu entfernen ist, z.b. durch Reinigung, Abwaschen der Oberfläche. Eine solche Glanzreduzierung ist nicht sehr dauerhaft und konstant und tritt häufig bei LD-Polyethylen und Amiden auf. Ein solcher Effekt wird häufig als sog. Blooming bezeichnet. Diesen Effekt kann man durch Verwendung von z.b. HD-Polyethylenen oder auch Polypropylen Typen reduzieren, allerdings kommt es dann auch häufig zu einer Reduzierung der Oberflächenglätte (Anti-Slip). In Grafik 4) ist die mögliche Glanzreduzierung in Abhängigkeit der verwendeten Chemie des Wachs-Additivs dargestellt. Bei den Wachs-Typen mit einer Markierung tritt das sog. Blooming sehr leicht auf, wodurch die hier dargestellte Glanzreduktion nicht dauerhaft beständig sein kann. Bei der Verwendung von reinem PTFE (zweite Säule im Diagramm) ist zu beachten, dass nur eine geringere Dosierung verwendet werden kann, da sonst der Einfluss auf die Viskosität und damit auf den Verlauf zu stark wird, es bildet sich ein deutlicher Orange Peel aus.

6 Die üblicherweise verwendete Dosierung liegt in einem Bereich von 1% - 2% (Anteil ges. Formulierung), kann aber je nach Rohstoff-Chemie niedriger, oder höher liegen. Grafik 4) Glanzreduzierung in Abhängigkeit der Rohstoffbasis / Chemie 2.3. Entgasungs- und Ausgasungseffekte Das Thema Entgasung und Ausgasung ist in der Anwendung von Pulverlacken sehr wichtig und führt in der Praxis oft zu Problemen, oder Schadensfällen. Daher sollten die Formulierungen an die zu erwartenden Anforderungen so gut wie möglich angepasst werden. Zudem muss die Ursache geklärt sein, da es unterschiedliche Lösungswege gibt. Ein sehr wichtiger Entgasungs-Effekt wird durch das im ersten Teil erwähnte Benzoin abgedeckt. Dies ist in der Literatur häufig beschrieben und soll daher hier nicht weiter ausgeführt werden nur so viel, Benzoin wird in geringer Dosierung (0,1% - 0,5%) in nahezu jeder Formulierung eingesetzt, um eine ausreichende Entgasung der beim Applizieren und späteren Aufschmelzen eingeschlossenen Luft zu ermöglichen. Benzoin alleine reicht aber häufig nicht aus, daher kommen in vielen Anwendungsfällen zusätzlich Wachs-Additive zum Einsatz. Dabei ist zu differenzieren, ob das beschichtete Substrat zum Ausgasen neigt, oder ob der verwendete Pulverlack in höheren Schichtdicken zu Pinholes neigt. Substrat-Ausgasen kann bei allen Formulierungen zu Problemen führen. Pinholes treten häufig nur in bestimmten Formulierungen auf, besonders anfällig sind Polyester-Systeme, die mit β-hydroxyalkylamid vernetzt werden. Dabei entsteht während der Vernetzung über eine Polykondensation Wasser und dies kann in höheren Schichtdicken (ca. > 100µ) nicht mehr störungsfrei aus dem System entweichen. In Grafik 5) sind diese beiden unterschiedlichen Ursachen schematisch dargestellt und man kann auf diesen vergrößerten Bildern erkennen, welches Schadensbild auf der Beschichtung sichtbar wird. In Grafik 6) ist dann zu erkennen, wie die Oberfläche in beiden Fällen aussehen kann, sofern man das System entsprechend mit dem richtigen Wachs-Additiv optimiert hat. Im Falle von Ausgasungsproblemen (Substrat) setzt man modifizierte Polyethylen-Wachse ein.

7 Dabei wird das Additiv in den meisten Fällen bereits vorsorglich in der Formulierung integriert und durchläuft den kompletten Herstellprozess (Dosierung ca. 1% - 2%). Es gibt aber auch die Möglichkeit bei speziell dafür optimierten Additiven, diese nachträglich (post add) dem fertig hergestellten Pulverlack beizumischen. Dies ist dann eine Möglichkeit, an der Beschichtungslinie auftretende Probleme zu lösen. Im Falle von Entgasungsproblemen (z.b. β-hydroxyalkylamid vernetzt), setzt man Amidwachse ein. Auch hierbei kommt es auf die Applikation an, sofern höhere Schichtdicken (> 100µ) gewünscht sind, oder nicht ausgeschlossen werden können, gibt man die Additive bereits vorsorglich zur Formulierung (Dosierung ca. 0,5% - 1,5%). In beiden Fällen wirken die verwendeten Additive auf die Viskosität der Schmelze ein und bewirken zudem, dass die eingeschlossene Luft, oder die entstehenden Emissionen schneller an die Oberfläche transportiert werden. Eine Reduzierung der Viskosität durch z.b. ein anderes Bindemittel reicht allerdings nicht aus, die Wachs-Additive haben in allen Fällen einen unterstützenden Effekt. Grafik 5) Unterschiedliche Ursachen für Ausgasung und Entgasung

8 Es gibt eine Vielzahl von etablierten Additiven im Markt, die sicher funktionieren und zu einem optimierten System führen, wie auf Grafik 6) dargestellt. Allerdings kommt es in manchen Fällen aufgrund der Wachs-Eigenschaften zu negativen Effekten. Wie bereits erwähnt, haben die meisten Wachse eine Tendenz, sich an der Oberfläche zu konzentrieren, da sie aufgrund leichter Unverträglichkeiten dorthin wandern, was meistens so gewünscht ist. Legt sich aber ein Wachs zu stark auf die Oberfläche, kann es zu unerwünschten Glanzreduzierungen kommen, oder es resultieren Haftungsprobleme. Neuere Entwicklungen haben aber gezeigt, dass man diese negativen Effekte reduzieren kann. Ein wichtiger Punkt ist dabei der Schmelzpunkt des Wachses. Dies ist auch im Hinblick auf den grundsätzlichen Trend zu immer mehr eingesetzten Niedertemperatur Systemen (NT, oder low bake ) wichtig. In Grafik 7) ist der Unterschied zwischen einem Wachs mit Blooming Tendenz (mittleres Bild) und ohne Blooming Tendenz (rechtes Bild) zu erkennen. Der jeweils untere Bereich der beschichteten Bleche wurde abgewaschen und man erkennt dadurch auf dem mittleren Bild den verbleibenden Wachs-Film auf der oberen Hälfte. Dies reduziert den Glanz, oder führt zu Haftungsproblemen, sofern z.b. noch etwas aufgeklebt wird (Dichtungsmassen, EtikettenV). Grafik 7) Neues, Blooming-freies Entgasungs-Additiv

9 2.4. Oberflächenspannung Die Oberflächenspannung von Pulverlacken spielt besonders dort eine Rolle, wo die resultierende Beschichtung noch weiter beschichtet, oder in anderer Weise benetzt werden soll. Als einfaches Beispiel dient Wasser wenn ein Tropfen Wasser auf einen Untergrund mit hoher Oberflächenspannung trifft, spreitet es sich sehr stark aus. Umgekehrt, wenn die OF-Spannung des Untergrunds niedrig ist, bildet das Wasser eine starke Tropfenform aus. Dieses Verhalten wird über den Kontaktwinkel beschrieben und ist auch für verschiedene Anwendungen bei Beschichtungen / Pulverlacken wichtig. Speziell Wachs-Additive haben aufgrund ihrer Tendenz hin zur Oberfläche einen deutlichen Einfluss auf die OF-Spannung, zudem sind die meisten Wachse eher unpolar. Dies kann zu Problemen der Überlackierbarkeit, oder sonstigen Haftungseffekten führen. In Grafik 8) sind die Werte der OF-Spannung von typischen Wachs-Additiven in einem Standard System dargestellt im Vergleich mit neueren Produkten, die bereits zum Thema Entgasung / Ausgasung als Blooming-freie Wachse beschrieben wurden. Man erkennt auf der Grafik die reduzierte Polarität bei einem Standard Amid und Polyethylen Wachs aufgrund der fehlenden polar parts (in Rot dargestellt). Diese polaren Anteile werden durch das aufschwimmende Wachs an der Oberfläche völlig reduziert Vergleich zu Control ohne Wachs! Nur durch Verwendung neuerer Wachs-Typen (Amid und auch PE) können diese polaren Anteile beibehalten werden. Grafik 8) Einfluss von Wachs-Additiven auf die Oberflächenspannung

10 Ein Beispiel für einen Anwendungsfall hierbei wäre eine Pulverbeschichtung auf Radfelgen, die entweder ein Entgasungs- oder Ausgasungs-Additiv benötigt. Wenn nun Ausgleichsgewichte auf die völlig unpolare Wachs-Schicht an der Oberfläche geklebt werden sollen, haften diese nur schlecht, es sei denn, man reinigt die Oberfläche aufwendig. Ein anderes Beispiel ist in Grafik 9) gezeigt. Auch bei Dichtungs-Massen kann die Haftung auf dem Pulverlack versagen, Grafik 9) Haftungsverlust einer Silikon-Dichtmasse sobald Wachs-Additive zu stark an der Oberfläche angereichert sind. Durch Auswahl spezieller, optimierter Wachs-Additive kann dies aber verhindert werden Kratzbeständigkeit / Abriebbeständigkeit Kratzbeständigkeit ist ein sehr wichtiges Thema für Pulverlacke, gleichzeitig aber ein sehr schwieriges Thema für Additive. Man kann sich leicht vorstellen, das in erster Linie das Bindemittel-System und die Vernetzungsdichte einen Einfluss auf die Kratzbeständigkeit hat. Trotzdem können auch geringe Dosierungen von Additiven noch einen zusätzlichen Nutzen bringen, indem sie z.b. über eine erhöhte Oberflächenglätte (Slip) dafür sorgen, dass eine Verletzung / Kratzer nicht so einfach zu erreichen ist. Dies ist in den meisten Fällen auch der Grund, warum z.b. Polyethylene, oder Mischungen von PE und PTFE eingesetzt werden. Dabei sollte allerdings realisiert werden, dass die eigentliche Härte der Bindemittelmatrix nicht beeinflusst werden kann, die Effekte also nur kurzfristigen Nutzen bringen. Bei der Abriebbeständigkeit sieht dies schon etwas besser aus. Speziell die Verwendung von PTFE in Kombination mit PE oder PP erzeugt hier messbar deutliche Unterschiede. Da PTFE in der Anwendung unschmelzbar ist, zudem eine hohe Oberflächenglätte aufweist und die Partikel sehr zäh sind, somit eine hohe Widerstandsfähigkeit haben, kann z.b. bei einem Taber-Test eine gute Verbesserung erzielt werden.

11 Grafik 10) zeigt die Reduzierung des Abriebs in % bezogen auf eine Formulierung ohne zusätzliches Wachs-Additiv. Es ist gut erkennbar, das eine Kombination von PE und PTFE in diesem Fall eine um ca. 40% bessere Abriebbeständigkeit bringt. Das Ergebnis der kombinierten Wachse in einer Formulierung ist zudem deutlich besser, als die Einzelkomponenten. Dies kann daran liegen, dass durch das geschmolzene und niedrigviskose PE während der Vernetzung ein höherer Anteil von PTFE Partikeln an die Oberfläche transportiert wird und sich dort die Effekte vom PE (Oberflächenglätte) und PTFE (verbesserte Abrasivität) gegenseitig verstärken. Grafik 10) Verbesserung der Abriebbeständigkeit 2.6. Oberflächenglätte (Slip- und Anti-Slip) Wie schon beim vorherigen Thema Kratzbeständigkeit beschrieben, spielt dafür die Oberflächenglätte (Slip) eine große Rolle. In der folgenden Grafik 11) sind die Messergebnisse prozentual, bezogen auf einen Control-Ansatz ohne Wachs dargestellt. Bei den meisten Anwendungen, wo es auf eine höhere Oberflächenglätte ankommt, werden Polyethylen-Wachse eingesetzt. Davon gibt es unterschiedliche Typen (z.b. LDPE / HDPE), welche sich im Schmelzpunkt differenzieren lassen. Oder es gibt modifizierte Produkte und Mischungen mit z.b. PTFE. Auch Amid Wachse haben einen deutlichen Einfluss, dies ist häufig aber nur ein Nebeneffekt, da sie in erster Linie für ihre guten Entgasungseigenschaften eingesetzt werden.

12 Grafik 11) Oberflächenglätte in Abhängigkeit vom verwendeten Wachs-Additiv Mit Ausnahme des PTFE (0,3%) wurden alle Versuche mit einer Dosierung von 2% durchgeführt. Der geringe Anteil an PTFE zeigt bereits einen messbaren Effekt, es wird in der Praxis aber nur selten noch höher eingesetzt, da es sonst ggf. zu negativen Einflüssen auf den Verlauf (stärkerer Orange Peel ) kommen kann. Außerdem sind reine PTFE Typen häufig sehr hochpreisig. Eine Kombination aus PE/PTFE hat sich daher in der Anwendung etabliert. Ein besonderer Hinweis soll in diesem Beispiel dem Polypropylen (PP) gelten. Durch eine entsprechende Auswahl lässt sich damit auch ein gegenteiliger Effekt (Anti-Slip) erzielen. Dies kann für Anti-Rutsch Anwendungen genutzt werden, aber auch haptische Gründe haben. Die Beschichtungen fühlen sich anders an und können durchaus einen leichten Soft-Touch erreichen Struktur / Textur Effekte Aus funktionellen, aber auch dekorativen Gründen werden sehr viele Pulverlacke mit einer Struktur, oder einer Feintextur angeboten. Dies können Uni-Farbtöne sein, oder Kombinationen mit den unterschiedlichsten Effekt-Pigmenten, z.b. Aluminium Pigmenten. Bei der Erreichung von Feintexturen spielen Wachs-Additive eine große Rolle, speziell PTFE. Wie bereits eingangs erwähnt, kann man reines PTFE formal nicht als Wachs bezeichnen, dies wird aber in der Praxis nicht beachtet und die meisten Anwender bezeichnen es als Wachs. Man muss nun differenzieren, dass es PTFE Additive gibt, die nur geringen Einfluss auf die Oberflächenstruktur haben solche Typen werden zur Erhöhung der Oberflächenglätte eingesetzt und es gibt PTFE s die einen starken Einfluss haben. Diese Differenzierung sollte in einem TDS vom Anbieter beschrieben sein.

13 Der Effekt eines Textur Additivs beruht auf der Anhebung der Viskosität, wodurch der Verlauf so stark gestört wird, das eine gleichmäßige Textur entsteht. Außerdem kann man auch eine Abhängigkeit der Partikelgröße des unschmelzbaren PTFE s in der Anwendung erkennen. Da die Oberfläche durch die Textur eine stärkere Rauigkeit erhält, wird der messbare Glanz deutlich reduziert, starke Zerstreuung des auftreffenden Lichts. Je nach Formulierung kann man auf diese Weise auch tief matte Oberflächen erzeugen. In der Praxis ist die Verwendung von reinem PTFE häufig schwierig, da mit sehr geringen Dosierungen (< 0,5%) bereits starke Effekte erzielt werden. Eine homogene Mischung solch kleiner Mengen im System kann daher problematisch werden, zudem schon leichte Schwankungen zu einer optischen Abweichung führen. Dies hat zur Folge, dass die Chargen-Konsistenz ggf. nicht eingehalten wird. Die größeren Mengen solcher Additive werden daher als Mischungen mit z.b. Polyethylen verwendet. Die Handhabung ist vereinfacht, da größere Dosierungen verwendet werden (0,5% - 2,0%) und das feinteilige PTFE ist bereits im PE vorgemischt. Außerdem fördert das PE die Oberflächengüte und verbessert die Kratzbeständigkeit, was parallel mit höheren Glanzwerten einhergeht. Grafik 12) Glanzunterschiede Textur in Abhängigkeit vom PTFE-Gehalt In Grafik 12) sind die Glanzwerte bei 60 dargestellt, die verdeutlichen, dass die möglichen Texturen mit zunehmendem Gehalt an PTFE immer feiner und damit auch matter werden. Die Versuche mit PE/PTFE Low enthalten weniger PTFE als PE/PTFE High und stehen beide im Vergleich zu reinem PTFE, was hier mit sehr geringer Dosierung (0,2% und 0,4%) verwendet wurde Viskosität Reduzierung / Erhöhung Aus den vorher gezeigten Anwendungsfällen für Wachs-Additive kann man leicht entnehmen, dass häufig der Einfluss auf die Viskosität während der Schmelzphase des Pulverlacks eine Rolle spielt. Auch wenn die meisten Wachse selbst eine sehr niedrige Viskosität haben, sobald sie geschmolzen sind, ist trotzdem noch das Zusammenspiel von Schmelzpunkt, Reaktivität, Einbrenntemperatur und Bindemittel-System zu beachten.

14 Je nach Anwendung sollten also die Schmelzpunkte der eingesetzten Wachse auf die Einbrennbedingungen bezogen werden, z.b. in NT-Systemen, wo durchaus der Schmelzpunkt des Wachses oberhalb der Einbrenntemperatur liegen kann. In der folgenden Grafik 13) soll exemplarisch dargestellt werden, welchen Einfluss Wachse auf das Schmelzverhalten / Fließverhalten von Pulverlacken haben können. Die Viskosität wurde dabei mittels einer einfachen Pellet-Flow Prüfung ermittelt, welche in der Praxis ein schnelles Verfahren darstellt, um Unterschiede zu ermitteln. Die Prüfung erfolgte in einem Polyester/Epoxy System (Hybrid). Grafik 13) Beispiele unterschiedlicher Viskositäten durch Wachse Es ist erkennbar, das ein Polyethylen mit niedrigem Schmelzpunkt natürlich einen stärkeren Einfluss zur Erniedrigung der Viskosität hat und das ein (unter den gegebenen Bedingungen) unschmelzbares PTFE die Viskosität selbst bei sehr geringer Dosierung (0,3%) stark ansteigen lässt. Man sieht aber auch, dass man durch weitere Modifizierungen des PE durchaus noch eine zusätzliche Reduzierung erreichen kann, obwohl der Schmelzpunkt mit z.b. 145 C höher liegt, als ein Standard PE. Dieses Beispiel gibt einen Hinweis darauf, dass die Möglichkeiten vielfältig sind und man bei konkreten Anwendungsfällen durchaus breitere Versuchsreihen anlegen sollte, um die optimale Kombination zu finden.

15 3. Zusammenfassung Wachs-Additive werden über ein sehr weites Anwendungsfeld hinweg in Pulverlacken eingesetzt. Aufgrund der grundlegenden Eigenschaften von Wachsen meistens fest, definierter Schmelzpunkt, niedrige Viskosität, verschiedenste Zusammensetzung, häufig Orientierung hin zur Oberfläche gibt es kaum Formulierungen, oder Anwendungen, wo sie keinen Nutzen bringen können. Durch kleine Zugaben können oft deutliche Effekte erzielt werden und man erreicht damit eine bessere Performance. Aufgrund der Vielfältigkeit ist es aber wichtig, dass man die richtige Wachs-Basis (Chemie) für den jeweiligen Anwendungsfall auswählt. Viele Additive decken zwar mehrere Bereiche ab, aber die Erfahrung hat gezeigt, dass sich durchaus Optimierungen erreichen lassen, sofern das richtige Additiv, oder die richtige Kombination ausgewählt wird. Und die Möglichkeiten sind sicherlich bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. Verwendete Literaturquellen: [1] Interne Unterlagen / Datenblätter / Präsentationen BYK-Chemie GmbH, Business Line Lack, Enduse Pulverlacke [2] Diverse Hinweise aus Powder Coatings Chemistry and Technology, Emmanouil Spyrou [3] Wikipedia Wachs Verwendete Grafiken: Grafik 1) Grafik 3) BYK-Chemie GmbH, allgemeine Präsentation Wachs Additive Grafik 4) Grafik 13) BYK-Chemie GmbH, Produkt-Präsentationen Additive für Pulverlacke