Hansjoachim Weintz

"Farbe ist Farbe und weiß ist weiß" - ist ein weit verbreitetes Vorurteil beim unerfahrenen Heimwerker, das häufig zu einer Überbetonung des Preises und Missachtung der Leistungskriterien und damit oft zu nicht zufrieden stellenden Ergebnissen führt.
Die Entwicklung moderner Heimwerkerfarben im Spannungsfeld von Qualität, Ökonomie und Ökologie soll in diesem Beitrag daher näher beleuchtet werden.

"Qualität ist, wenn der Kunde wiederkommt und nicht das Produkt" ist eine allgemeine, aber durchaus treffende Definition, die den Anwender, also den Heimwerker zum Maßstab der Farbenentwicklung macht. Für den Farbenentwickler ist diese sicher richtige Zielvorgabe viel zu diffus und daher unbrauchbar und muss in klare und messbare Entwicklungsziele umgewandelt werden.

Aus der Kenntnis des Zielmarktes heraus lassen sich die notwendigen Qualitätskriterien ableiten. Das Deckvermögen eines Anstrichstoffes steht dabei immer auf Platz eins der Wunschliste, gleichgültig, ob es sich um Wandfarben oder Lacke handelt.

Das Deckvermögen eines Anstrichstoffes ist eine leicht zu überprüfende und in internationalen Normen klar beschriebene und standardisierte Prüfgröße. Nach der ISO 6504-3 wird die zu prüfende Farbe mit einem Rakel gleichmäßig in einer anwendungsspezifischen Schichtdicke, d.h. entweder einer definierten Nassschichtdicke (z.B. 100 µm), oder Auftragsmenge pro Flächeneinheit, auf einen schwarz-weißen Prüfuntergrund aufgetragen und trocknen gelassen. Mit einem Spektrophotometer oder Reflektometer wird der Hellbezugswert Y über schwarz (Y_b) und über weiß (Y_w) mehrfach gemessen, die Mittelwerte dann als Prozentzahl aus Y_b/Y_w ermittelt. Die Maßzahl 1, also 100 %, bedeutet damit die vollständige Abdeckung des schwarz-weiß Untergrundes, weshalb im Normenjargon auch von "Kontrastlöschung" gesprochen wird.
Innenwandfarben werden unter Nutzung dieser Messmethode gemäß EN 13.300 in 4 Deckkraftklassen eingeteilt.

Abbildung 1: Deckvermögensklassen nach EN 13.300

In Klasse 1 (99,5 -100 %) sind solche Wandfarben eingestuft, die bei der angegebenen Reichweite und damit festgelegten Schichtdicke einen für das Auge kaum mehr wahrnehmbaren Kontrastunterschied erzeugen, also das höchste Deckvermögen besitzen und damit ideal geeignet sind für das Streichen von intensiv farbigen und sehr kontrastreichen Untergründen in einem Arbeitsgang. In dieser Klasse finden sich vorwiegend matte Farben wieder. Während für Renovierungsanstriche von kontrastschwachen Untergründen Farben der Klasse 2 (98 - 99,5 %) völlig ausreichend sind und häufig als zusätzlichen Verbrauchervorteil eine sehr hohe Reichweite, d.h. einen geringen Verbrauch haben, müssen Farben in den Klassen 3 (95 - 98 %) oder Klasse 4 (< 95 %) für einen deckenden Anstrich je nach Untergrund mehrfach gestrichen werden.

Während in trockenem Zustand alle Füllstoffe und Pigmente ein gutes Trockendeckvermögen besitzen, verfügt bei den Weißpigmenten alleine Titandioxid über die Fähigkeit, auch in nassem Zustand gut zu decken. In ausreichender Menge mit TiO₂ formulierte Farben vermitteln dem Anwender das unmittelbare Qualitätserlebnis von hohem Deckvermögen und hohem Weißgrad unmittelbar während der Applikation.

Der mengenmäßig am meisten verwendete Füllstoff Kreide (CaCO₃) ist dagegen im nassen Zustand durchscheinend und enttäuscht den Anwender von Billigfarben mit einer ungenügenden Abdeckung des Untergrundes bei der Applikation. Wie aus der Schulzeit von der beschriebenen aber noch nassen Schultafel bekannt, erhöht sich die Deckvermögen des durchscheinenden nassen Kreidefilmes erst beim Trocknen.

Eine Farbe ist dann vollständig deckend, wenn die auf die Oberfläche auftreffenden Lichtstrahlen reflektiert oder bei der Durchdringung der Farbschicht zum Untergrund und zurück vollständig gebrochen, bzw. gestreut werden.
Dafür sind die in der Farbformulierung verwendeten Pigmente und Füllstoffe verantwortlich. Der Formulierungsansatz "viel hilft viel" ist zur Erzeugung eines optimalen Deckvermögens nur sehr eingeschränkt erfolgreich, da dessen Abhängigkeit von der eingesetzten Pigmentmenge nur im niedrigen Konzentrationsbereich einer linearen Funktion folgt. So ist z.B. Titandioxid mit seinem hohen Weißgrad und seiner intensiven Lichtbrechung auch in nassem Zustand (Nassdeckvermögen) zwar das wichtigste Weißpigment ist. Bei Überschreiten einer bestimmten TiO₂-Konzentration jedoch zeigt sich ein Abflachen der Deckvermögen-/Konzentrationsfunktion bis hin zu einer Abnahme des Deckvermögens bei weiterer Konzentrationserhöhung. Ursache dafür ist der so genannte "Crowding Effekt", d.h. die Bildung von Agglomeraten (TiO₂-Flockulaten), die aufgrund ihrer verringerten Gesamtoberfläche eine geringere Streuwirkung des Lichtes verursachen.

Abbildung 2: Crowding Effekt

Hochdeckende Farbformulierungen erfordern daher die detaillierte Kenntnis der intrinsischen Eigenschaften aller verwendeten Füllstoffe und Pigmente und ihrer Auswirkung auf die Streuung des Lichtes[1] und deren synergistische Kombination.
Das bedeutet nicht weniger als die Formulierung einer in flüssigem Zustand langzeitstabilen Farbe, die in getrocknetem Zustand eine streuradienoptimierte Pigment-/Füllstoffkombination besitzt und dadurch in der vorgesehenen Verwendung ein möglichst vollständiges Deckvermögen erzeugt.

Der Entwickler bedient sich dabei Füllstoffen und Pigmenten unterschiedlicher Korngröße, Dichte und Brechzahl, mit denen er neben dem Deckvermögen außerdem Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Haptik (Berührungssensorik) und Härte beeinflussen kann. Weitere Rezeptbestandteile sind geeignete Dispergierhilfsmittel und Rheologiemodifizierer (Emulgatoren, Tenside, Verdicker, etc.) zur Stabilisierung der Mischung in Form eines dynamischen Gleichgewichtes.

Zweiter wichtiger Qualitätsfaktor stellt die Widerstandsfähigkeit einer Beschichtung gegen äußere Einflüsse (z.B. Wettereinflüsse und Verschmutzung), bzw. die Reinigungsfähigkeit einer Farbschicht dar.

Wesentlicher Einflussfaktor in der Farbformulierung ist das Bindemittel. Es bildet das "polymere Rückgrat" des Farbfilmes[2] und ist bestimmender Faktor für die physikalischen Eigenschaften eines Farbfilmes, wie Härte, Elastizität und Strapazierfähigkeit. In der Farbformulierung stellt es die Primärkomponente und damit den Startpunkt dar, auf dem alle weiteren Komponenten aufbauen, bzw. eingebaut werden.

Innenwandfarben wurden früher einem sehr praxisnahen Scheuertest mit einer Bürste unterzogen[3]. Dabei wurde eine Farbschicht mit einer definierten Trockenschichtdicke mit genormter Bürste und Reinigungsflüssigkeit so lange gescheuert, bis der schwarze Folienuntergrund deutlich sichtbar wurde. Aus der benötigte Zyklenzahl wurde die Klassifizierung "scheuerbeständig nach DIN" (> 5.000 Zyklen) und "waschbeständig nach DIN" (1.000 - 5.000 Zyklen) vorgenommen. Weniger beständige Farben wurden üblicherweise mit "waschfest" oder "wischfest" ohne Normbezug bezeichnet.
Im Jahr 2001 wurde dieses Prüf- und Klassifizierungsverfahren innerhalb der EN 13.300, der "Dachnorm" für Innenwandfarben, durch die EN ISO 11998 abgelöst. Mess- und Klassifizierungsverfahren bildet hier der Schichtdickenabtrag in µm bei einer definierten Scheuerzyklenzahl von 200 bei Standard- und Premiumfarben, bzw. 40 Zyklen bei abriebschwächeren Farben und die Einteilung in 5 Abriebklassen.

Abbildung 3: Prüfmethoden zur Bestimmung der Nassabriebbeständigkeit

DIN 53.778 (bis 2001)	DIN EN 13.300 (seit 2001)
Prädikat	Einteilung	Nassabrieb (µ)
Scheuerbeständig (entspricht überwiegend	Klasse 1	< 5 µm     200 Hübe
Klasse 2) > 5.000 Zyklen	Klasse 2	≥ 5 – < 20 µm     200 Hübe
Waschbeständig (entspricht in etwa Klasse 3) > 1.000 Scheuerzyklen	Klasse 3	≥ 20 - < 70 µm     200 Hübe
	Klasse 4	< 70 µm     40 Hübe
	Klasse 5	≥ 70 µm     40 Hübe
Tabelle 1: Nassabriebklassen nach EN 13.300

Während Farben der Abriebklassen 4 und insbesondere 5 lediglich für wenig oder gar nicht beanspruchte Anstriche verwendet werden sollen, bieten die Wandfarben der Klassen 3, 2 und 1 eine hohe bis sehr hohe Gebrauchstauglichkeit. Abriebklasse 3 entspricht in etwa der alten Kategorie "waschbeständig", Klasse 2 in etwa "scheuerbeständig nach DIN"; Klasse 1-Farben verfügen über eine extrem widerstandsfähige Oberfläche und sind mit weniger als 5 µm Abrieb nahezu unverwüstlich, was in vielen Fällen jedoch über die Notwendigkeiten des Anwendungsalltages hinausgeht.

Die jeweilige Abriebklasse, bzw. Strapazierfähigkeit einer Wandfarbe hängt von Art und Einsatzmenge des Bindemittels ab und definiert bereits zu Beginn der Formulierung die Einordnung der Farbe innerhalb einer Qualitäts- und Preisarchitektur: Preiseinstiegsfarben der Abriebklassen 4 oder 5 sind üblicherweise weniger hochwertig pigmentiert als Farben der Klassen 3 bis 1.
Bindemittel für qualitativ hochwertige Wandfarben entstammen überwiegend den Verbindungsklassen der Vinylacetat - Ethylen - Druckcopolymeren (VAE) oder der Klasse der Acrylat-Copolymere. Insbesondere aus Reinacrylaten aufgebaute Bindemittel zeichnen sich aufgrund ihrer Licht- und Verseifungsstabilität gegenüber Außeneinflüssen wie saurer Regen, Abgase und UV Licht als ideale Binder für langzeitstabile Fassadenfarben und wetterresistente Lacke aus[4].

Ziel der gegenwärtigen Bindemittelforschung ist nicht nur die Verbesserung der genannten Farbeigenschaften, sondern auch die Eignung des Bindemittels für die Formulierung, d.h. Verträglichkeit mit den übrigen Lack- und Farbenkomponenten. So ist es beispielsweise mit einer neuartigen Bindemitteltechnologie[5] gelungen, dem zuvor beschriebenen "Crowding Effekt" entgegenzuwirken und durch das Bindemittel die Agglomeration der Titandioxidteilchen wirksam zu verhindern (Bild 2).

Abbildung 4: REM Aufnahmen mit und ohne AVANSE© Technologie

Dem Formulierer ist damit die Möglichkeit gegeben, mit gleichem Titandioxidanteil das Deckvermögen der Farbe, d.h. die Qualität zu erhöhen oder bei gleichem Deckvermögen den Titandioxidgehalt zu reduzieren, d.h. die Kosten zu senken.

Durch die Verwendung lösemittelhaltiger Anstrichstoffe gelangen jährlich mehrere 100.000 Tonnen organische Lösemittel in die Atmosphäre. Da das Bindemittel als Primärkomponente auch das Medium, d.h. das Löse-, bzw. Verdünnungsmittel des Anstrichstoffes vorgibt, ist eine der Hauptforschungsrichtungen auf dem Bindemittelsektor durch die sich verschärfende Umweltgesetzgebung einerseits aber auch das sich verstärkende Umweltbewusstsein gerade auf der Privatanwenderseite geprägt. Wasser, das Lösemittel der Natur, wird nach dem Gebrauch für die Herstellung und Applikation der Anstrichstoffe und nach der Verdunstung durch die Natur perfekt zurückgeführt und bleibt dem ökologischen Kreislauf erhalten.

Qualitativ hochwertige, wasserverdünnbare und gänzlich lösemittelfreie Farben und Lacke, sind im Do-it-Yourself Bereich bereits seit mehr als 2 Jahrzehnten verfügbar und werden vom Endverbraucher wegen ihrer Geruchsneutralität gerne verwendet. Zahlreiche Tests ihrer Anwendungs-, Umwelt- und Gesundheitseigenschaften[7] beweisen deren Gebrauchstauglichkeit und Umweltfreundlichkeit. Gekennzeichnet sind solche Anstrichstoffe durch Qualitäts- und Umweltsignets wie "Stiftung Warentest", "ÖKO Test", den "Blauen Engel" oder die "Europäische Umweltblume".

Eine Herausforderung, insbesondere für die Bindemittelentwicklung, stellt der gleichwertige Ersatz der heute noch lösemittelhaltigen Lacksysteme auf Alkydharzbasis dar. Die Besonderheit dieser Lacke liegt in der langen "Offenzeit", d.h. der langsamen Trocknung, verbunden mit dem sehr guten Verlauf eines physikalisch gelösten, flüssigen Bindemittelsystems. Lösemittelhaltige Alkydlacke sind für den ungeübten Heimwerker nicht einfach zu streichen, erlauben jedoch bei fehlerfreier Anwendung die Erzeugung perfekter Oberfläche bis in den Hochglanzbereich.

Die Domäne der wasserverdünnbaren Anstrichstoffe sind bisher Anwendungen im matten bis seidenglänzenden, eingeschränkt auch bis in den glänzenden Bereich hinein, bei denen schnelle Trocknung vorteilhaft und gewünscht ist. Hochglanzanwendungen auf großen, glatten Flächen scheiterten bisher an der zu schnellen Trocknung und der teilchenartigen Morphologie der in Wasser dispergierten Bindemittelsysteme, die nach dem Verdunsten des Wassers zu einem zwar gleichmäßigen, jedoch noch mikrostrukturierten Film koaleszieren (verfilmen). Die schnelle Trocknung verhindert außerdem in vielen Fällen das spurlose Verlaufen von Pinselstrichmarkierungen oder Rollertexturen, je nach Art und Eignung des Werkzeuges[8].

Eine Möglichkeit, den Lösemittelanteil zu verringern, besteht in der Erhöhung des Festkörpergehaltes. Um die Verarbeitungseigenschaften und die Durchtrocknung solcher sog. "High Solid" Lacke nicht allzu stark zu verschlechtern, ist der Einsatz spezieller high solid Harze und ein erhöhter Trocknergehalt[9] notwendig.

Der ökoeffizientere Weg zur Absenkung des Lösemittelanteiles wurde durch Technologiewechsel und Emulgierung von flüssigen Alkydharzen in Wasser beschritten. Hierdurch ist es gelungen, die gewünschten Anwendungs- und Filmeigenschaften lösemittelhaltiger Alkydlacke auf wasserverdünnbare Lackformulierungen zu übertragen und Do-it-Yourself geeignete Hochglanzlacke zu entwickeln, die die gesetzlichen Anforderungen bzgl. Lösemittelgehalt weit unterschreiten[10].

Hierbei handelt es sich um eine Vielzahl "weicher Faktoren" die neben den "harten" Qualitätsfaktoren wie Deckvermögen, Reinigungsfähigkeit (und Preis) einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Kaufentscheidung im Wiederholungsfalle darstellen. Einfache Verarbeitung, Gelingsicherheit und der Stolz auf das eigene Werk ist gerade für den ungeübten Heimwerker wichtig. Er kann sich mangels Erfahrung nicht auf die Eigenheiten einer Farbe einstellen, soll aber dennoch ein gutes Ergebnis erzielen, auf das er stolz ist.

Zu den weichen Faktoren gehören viele "Erlebnisfacetten" des Anwenders, wie Entnahme der Farbe aus dem Gebinde, Geruch bei der Verarbeitung, Spritzneigung, Streichwiderstand ("Flutsch") bis hin zur einfachen Reinigung der Werkzeuge.
Während die harten Qualitätsfaktoren quantifizierbar sind und sich in den meisten Fällen auf internationale Normen stützen, hängen die weichen Faktoren eher von der Qualitätserwartung und -Wahrnehmung des Anwenders ab. Dies ist in hohem Maße national unterschiedlich und durch Historie und Kultur geprägt.

Die zielgerichtete Entwicklung eines hinsichtlich Qualität, Preis und Umwelt auf den jeweiligen Endverbraucher ausgerichteten Produktes oder gar Sortimentes verlangt daher die Offenheit und das interkulturelle Verständnis, Qualität als Summe aller individuellen Wahrnehmungen zu verstehen und zur Grundlage der Entwicklung zu machen.

Qualität ist daher nicht gleich Qualität - und Farbe ist nicht gleich Farbe!

Dr. Hans-Joachim Weintz J. W. Ostendorf GmbH & Co KG 48653 Coesfeld Tel.: +49 (0)2541 744-270 Fax: +49 (0)2541 744-8270 E-Mail: hansjoachim.weintz@jwo.com