Thomas Brock

Die Lackchemie will sich ja 2007 bewerben - um Ihr Interesse, um die Möglichkeit, einen Blick hinter die bunte Oberfläche zu bieten. Aber zu einer Bewerbung gehört ein kurzer Werdegang. Und dieser steckt im Titel dieser Woche: Von der Definition, Auswahl und dem Einsatz der chemischen Rohstoffe über Vernetzungsreaktionen, Dispergier- und Applikationstechniken sowie spezielle Mess- und Prüfmethoden bis hin zur fertigen Lackierung und deren Eigenschaften.
Am Beispiel der Automobillackierung soll dieser Lebenslauf beschrieben werden, exemplarisch für viele andere Anwendungen, aber auch, weil die Autolackierung Trendsetter und Entwicklungsmotor Nr. 1 ist: Mit extremen Anforderungen und immer neue Zielen und chemisch-technischen Innovationen.
Dieser Beitrag soll auch den faszinierend interdisziplinären Charakter unseres Themas deutlich machen: Neben Chemie und technischer Chemie stecken in der Lacktechnologie auch viel Verfahrens- und Anwendungstechnik, Physik und Prozesssteuerung. Die hier jeweils nur kurz vorgestellten oder definierten Begriffe werden im Laufe des Jahres die Themen vieler detaillierter Beiträge sein.

In der etwas trockenen Sprache der Normen gibt es

flüssige,	pastöse oder	pulverförmige Beschichtungsstoffe
z.B. flüssige Spritz-, Tauch-, Malerlacke, Wandfarben	z.B. Druckfarben, Spachtel, Künstlerfarben	Pulverlacke

und diese ergeben nach der Applikation eine dekorative, schützende (etc.) Beschichtung.

Dabei ist Lack ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von auf organischen Bindemitteln basierenden Beschichtungsstoffen. Zu den Bestandteilen siehe auch weiter unten. Aufgrund der vielfältigen Rezeptierungen ergeben sich transparente oder farbige Beschichtungsstoffe mit Eigenschaften, die auf verschiedenste Anforderungen und Anwendungsgebiete zugeschnitten sind.
Lacke werden unterschiedlich eingeteilt und bezeichnet: Nach dem Bindemittel (zum Beispiel Alkydharzlack), nach dem Löse- oder Verdünnungsmittel (zum Beispiel Wasserlack), nach der Beschaffenheit (zum Beispiel Zweikomponenten-Reaktionslack), nach dem Glanzgrad (zum Beispiel Hochglanzlack), nach der Optik (zum Beispiel Effektlack), nach der Anwendung (zum Beispiel Vorlack), nach dem Verwendungsbereich (zum Beispiel Holzlack), nach der Art des zu beschichtenden Objekts (zum Beispiel Bootslack). Dabei haben Lacke stets eine geschlossene, mehr oder weniger glänzende Oberfläche.
Farbe dagegen ist im wissenschaftlichen Sprachgebrauch der durch das Auge vermittelte Sinneseindruck, hervorgerufen durch selektive Lichtabsorption und zusätzlich durch Lichtstreuung. Umgangssprachlich werden auch pigmentierte, nichtglänzende Beschichtungsstoffe als Farben bezeichnet, z.b. Bautenfarben wie Wandfarben und Dispersionsfarben, Druckfarben, Künstlerfarben etc.

Diese und weitere Kurzbeschreibungen finden Sie auch z.b. in Glossaren wie:

• www.lacke-und-farben.de/index.php?id=12

weitere spezielle Begriffe auch unter
• www.farbqualitaet.de/encyclo/

Vor allem viel unterschiedlichste Chemie bzw. chemische Produkte als Lackrohstoffe. Unter den Gesichtspunkten Herstellungsverfahren, spezielle Analytik und Prüftechnik auch viel Physik, physikalische Chemie und Prozesstechnik, hierzu aber später.

Die stofflich-chemische Basis lässt sich in vier Gruppen einteilen:

• Bindemittel (auch Filmbildner genannt)
• Pigmente und Füllstoffe
• Lösemittel (auch Wasser)
• Additive (Hilfsstoffe)

Abbildung 1

Abbildung 2: Pigmentstoffe

Nach der Chemie nun zur Geräte- und Verfahrenstechnik: Hightech kommt zum Einsatz beim Herstellen (Mischen, Dispergieren), Messen und Prüfen und bei der automatisierten Prozesstechnik für die Applikation und Vernetzung.

Abbildung 4: Rote Pfeile: Lackfluss

Nach der Entwicklung bzw. Auswahl der Komponenten stellt vor allem die nahezu homogene und kolloidal stabile Verteilung der sehr feinen Pigmentpartikel eine extreme Anforderung dar. Hightech-Dispergiergeräte (vor allem "Perlmühlen") zerteilen Feststoffagglomerate, chemisch unterstützt durch benetzende Polymere und andere Additive und mechanisch unterstützt durch Millionen winziger keramischer Kügelchen, die kaum ein größeres Teilchen entkommen lassen.

Abbildung 3

Besonders schwierig wird es bei der Dispergierung von Nanopartikeln (also im Nanometerbereich): Vergleichbar etwa mit dem Bemühen, umherfliegende Nüsse mit einem Hammer zu treffen...
Lacke sind im Prinzip Halbfabrikate, oft reaktiv und erst nach Applikation und chemischer Vernetzung zum Endprodukt Lackierung aushärtend. Daher gelten bei der Herstellung und bei der Verarbeitung viele Handhabungsvorschriften vom Feuchtigkeits- oder Sauerstoffausschluss bis hin zum persönlichen Arbeitsschutz und zur Reduzierung von Lösemittelemissionen.

Abbildung 5: Koordinatensystem zur Farbcharakterisierung

Die bekannten chemischen und physikalischen Untersuchungstechniken werden hier ergänzt durch zahlreiche, teilweise sehr anwendungsbezogene Geräte und Methoden, meist in Normen genau beschrieben. Einige wenige Beispiele für unzählige Lackeigenschaften seien hier genannt. Vergleichsweise bekannt kommen uns noch solche vor wie

• Viskosität (Fließverhalten) oder
• Oberflächenspannung.

• Glanz und Farbe oder
• Welligkeit, aber auch
• Haftfestigkeit gegen Abblättern oder
• Korrosionsschutz

Jeder kennt Pinsel und Rolle, für Handwerk und Heimwerker unersetzlich. Wenn besondere Qualität und großer Durchsatz gefragt sind sowie alle lackierten Teile gleich aussehen sollen (Reproduzierbarkeit!), brauchen wir andere, moderne Applikationsverfahren und ausgetüftelte Lackierprozesse und -anlagen. Die hochautomatisierte Automobilserienlackierung gehört zu den komplexesten und aufwändigsten Produktionsprozessen überhaupt. Eine der nächsten Folgen wird einen Überblick über die Lackierverfahren bringen. Zu nennen sind hier vor allem

• Spritzverfahren mit Hochdruckspritzpistolen,
• Versprühen mit schnell rotierenden Glocken im elektrischen Feld,
• Elektrostatisches Pulversprühen,
• Tauchen, Elektrotauchen, Gießen, Walzen, Drucken und weitere.

Abbildung 6: "Interferenz-Pigmente nach dem Vorbild des Schmetterlingsflügels"

Etwa 80 % aller Chemiker, Ingenieure, Laboranten etc., die in der Lack- und Rohstoffchemie forschen und entwickeln, haben nicht etwa neue, immer buntere oder "bessere" Lacke als Ziel. Diese Richtungen gibt es natürlich auch. Die Mehrheit arbeitet vielmehr daran, die traditionell lösemittelreichen oder energieträchtigen, ressourcenschluckenden Lacke durch moderne, ressourcenschonende Lacke zu ersetzen. Und oft ist es schwierig genug, das Eigenschaftsniveau der konventionellen Lacke zu erhalten. Zum Glück konnten in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht werden, wie die Beiträge dieses Jahres auch zeigen werden. Die nachfolgende Auflistung der wesentlichen Trends soll schon einmal Appetit machen:

• Weitere Lösemittelreduzierung bzw. Verzicht auf Lösemittel
• Erhöhung des Auftragswirkungsgrades (weniger Verluste bei der Verarbeitung, z.b. durch "Overspray", d.h. durch Lacknebel, die verloren gehen)
• Weiter Reduzierung des Verbrauchs von Energie, Wasser, Rohstoffen und anderen Ressourcen
• Eliminierung von als schädlich erkannten Inhaltstoffen (Beispiele aus der Vergangenheit: Kadmium- oder bleihaltige Pigmente, aromatische Kohlenwasserstoffe etc.)
• Aber natürlich auch optische und technologische Verbesserungen hins. Kratzfestigkeit, UV-Stabilität, neuer optischer Effekte, neuer Funktionen dank Nanotechnologie etc.

Prof. Dr. Thomas Brock Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences Fachbereich Chemie - Lacktechnologie Adlerstrasse 32 47798 Krefeld Tel.: +49 (0)2151 822-4095 Fax: +49 (0)2151 822-4098 E-Mail: thomas.brock@hs-niederrhein.de