Pulverlacke sind organische Beschichtungsmateralien, die nach dem Applizieren durch Wärmeinwirkung auf den beschichteten Oberflächen geschmolzen oder chemisch vernetzt werden. Dadurch erzeugen die Pulver einen geschlossenen, gut haftenden Überzug. Die Pulverbeschichtung hat, wie die Lackierung generell, zwei wesentliche Funktionen: eine dekorative und/oder funktionell schützende. Die Pulverlackschicht hat folgende Funktionen:
- eine dekorative in dem der Pulverlack der Oberfläche Farbe, Glanz, Verlauf/Struktur verleiht und
- eine funktionelle Funktion bezüglich mechanischer Belastung, Korrosionsbeständigkeit, Bewitterung, Chemikalienbeständigkeit und Elektroisolation.
Die Zusammensetzung von Pulverlacken
Im Vergleich zu Pulverlacken bestehen konventionelle Nasslacke aus einem Drei-Stoffsystem: Bindemittel/Filmbildner, Pigmenten, Lösemittel. Die Lösemittel sind für die Eigenschaften und die Herstellung des Lackes entscheidend. Pulverlacke setzen sich im Prinzip zu einem Zwei-Stoffsystem zusammen:
- Bindemittel (Harze, Härter, Beschleuniger)
- Pigmenten und Farbstoffen
Um die Eigenschaften der Pulverlacke weiter zu verändern, werden bei der Herstellung weitere Stoffe wie Füllstoffe und Additive verwendet.
Bindemittel/Filmbildner
Den größten Anteil bei der Zusammensetzung stellen die Bindemittel dar, diese bilden auch den Lackfilm, der alle weiteren Komponenten im Pulverlack umhüllt.
Bei den Bindemitteln unterscheidet man zwischen Duroplasten und Thermoplasten. Heutzutage werden beim elektrostatischen Pulversprühen (EPS) vor allem duroplastische Bindemittel benutzt, die thermoplastischen Pulverlacksysteme werden hingegen im Wirbelsinterverfahren aufgetragen.
Harze
- Polyester
- Epoxid
- Acryl
- Glycidylacrylat
Vergleich zwischen den Bindemittelsystemen für Pulverlacke | ||
Harzbasis | Vorteile | Nachteile |
Epoxid |
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Epoxid-Polyester Mischung (Hybrids, EP-PE) |
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Polyester |
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Polyurethan |
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Acrylat |
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Pigmente und Farbstoffe
Pigmente ermöglichen den deckend, farbigen Eindruck bei der Pulverbeschichtung. Sie müssen verschiedene Anforderungen erfüllen, um eingesetzte werden zu können. Wie zum Beispiel thermische Beständigkeit beim Einbrennen oder Verträglichkeit mit anderen Pulverlackbestandteilen. Generell unterscheidet man zwischen anorganischen und organischen Pigmenten, letztere spielen bei der Herstellung von intensiven, kräftigen Farben (Rot und Gelb) eine erhebliche Rolle und erzeugen aufgrund der beschränkten Rohstoffauswahl hohe Kosten bei der Produktion. Es werden auch funktionelle Pigmente genutzt, die überwiegend aus Korrosionsschutzpigmenten bestehen, wie zum Beispiel Zinkphosphate. Das Ziel ist hier eine zusätzliche Schutzwirkung für das Substrat zu erreichen.
Farbstoffe sind im Vergleich zu den Pigmenten im Pulverlack löslich, was lasierende Farbeindrücke nach dem Einbrennen entstehen lässt, wie zum Beispiel bei Lasuren. Hier ist anzumerken, dass der Untergrund und die Schichtstärke der Lasur entscheidend für das abschließende Farbergebnis sind. Nachteilig beim Einsatz von Farbstoffen ist die geringere Witterungsbeständigkeit.
Additive
Es gibt eine Vielzahl von Additiven, die verschiedene Pulvereigenschaften verändern und/oder ergänzen. Beispiele sind, Verlaufsmittel, Entgasungsmittel, Mattierungsadditive, Struktur- und Texturadditive und viele weitere. In Klarlack-Pulverlacken werden zusätzlich UV-Absorber beigemengt. Die Konzentration der Additive begrenzt sich, insgesamt betrachtet, auf 0,1 bis 1 %, da eine Überdosierung einen gegenteiligen Effekt bewirken würde.
Füllstoffe
Die Füllstoffe bestehen meist aus natürlichen Mineralien, wie zum Beispiel Schwerspat, Feldspat, Kreide oder Quarzsand. Diese verleihen dem Pulverlackfilm seine besonderen Eigenschaften und beeinflussen makroskopische Effekte auf dem Lackfilm.
Herstellung von Pulverlacken
Zur Dispergierung (Vermischung) der Pigmente muss bei der Herstellung der Pulverlacke in „flüssiger Phase“ gearbeitet werden. Ein einfaches Mischen würde nicht ausreichen, die Folgen wären Störungen im Filmaufbau und Entmischung bei der Verarbeitung. Dadurch wäre kein homogenes Farbbild auf der Oberfläche möglich, bekannt ist dies bei Metallic-Pulverlacken, die im Dry-Blend- oder Bonding-Verfahren hergestellt wurden.
Arbeitsschritte bei der Herstellung
- Vermischen und Homogenisieren der Rohstoffe
- Dispergieren der Pigmente im Extruder
- Abkühlen der Pulvermasse (Extrudats)
- Mahlen, absieben und abfüllen
Das Bindemittel wird durch kontinuierlich Zufuhr von mechanischer und thermischer Energie eingeschmolzen, die Viskosität verändert sich von fest zu dickflüssig. Nun werden die Pigmente (und/oder Zusatzstoffe) im Extruder mithilfe hohen Drucks in die Bindemittel „eingearbeitet“. Die dickflüssige und heiße Pulvermasse verlässt den Extruder und wird über ein Förderbandsystem gleichmäßig ausgerollt (siehe Fotos), sodass die Temperatur schnell absinken kann. Anschließend werden die entstandenen „Pulverplatten“ gebrochen, gemahlen, gesiebt und abgefüllt.
Die Bilder zeigen einen Teil des Herstellungsprozesses. Auf dem ersten Foto sieht man wie die Pulvermasse aus dem Extruder gepresst und auf dem Förderband zum Abkühlen breit gewalzt wird. Das zweite Foto zeigt die gebrochnen Pulverplatten, die anschließend zu Pulver zermahlen werden.
Weiterentwicklungen von Pulverlacken
Niedrigtemperaturhärtende Pulverlacke (NT-Pulver)
Durch die Weiterentwicklung der Pulverlacksysteme können Härtungstemperaturen auf 140 °C oder niedriger abgesenkt werden. Damit ergeben sich weitere Möglichkeiten bei der Verarbeitung verschiedener Substrate, wie zum Beispiel Holz, Glas oder Kunststoffe. Die Pulverlacke werden wirtschaftlich im Bereich der MDF- und Kunststoffindustrie benutzt, wo sie dekorative Anforderungen erfüllen. Einschränkungen gibt es hinsichtlich der Farbauswahl und dem Mattierungsgrad, so können keine Mattprodukte angeboten werden.
