Lackrohstoffkunde E-Book

Paolo Nanetti

• Herausgeber: Vincentz Network
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: FARBE UND LACK // BIBLIOTHEK
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 284

Beschreibung

Ab sofort in der fünften, überarbeiten Auflage verfügbar: Paolo Nanettis Basiswerk "Lackrohstoffkunde" bietet eine optimale Übersicht und Einführung in die Chemie, Systematik und Wirkungsweise von Lackrohstoffen. Der Leser findet einen ausführlichen Leitfaden zum Einstieg in das breite Spektrum der Rohstoffe, sodass sich auch Neu- und Quereinsteiger der Branche ganz einfach grundlegendes Wissen aneignen können. Darüber hinaus berücksichtigt die aktuelle Auflage zahlreiche neue Entwicklungen, wie die zukunftsorientierte Lackherstellung mit Hilfe nachwachsender Rohstoffe.

Leseprobe

Paolo Nanetti

Lackrohstoffkunde

5., überarbeitete Auflage

Cover: Fiedels/Fotolia.com

Bibliographische Information der Deutschen Bibliothek

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

Paolo Nanetti

Lackrohstoffkunde

5., überarbeitete Auflage

Hannover: Vincentz Network 2017

Farbe und Lack // Bibliothek

ISBN 978-3-86630-250-1

© 2017 Vincentz Network GmbH & Co. KG, Hannover

Vincentz Network, Plathnerstr. 4c, 30175 Hannover, Germany

T [phone], F [phone], [email protected]

Das Werk einschließlich seiner Einzelbeiträge und Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urhebergesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Die Wiedergabe von Gebrauchtnamen, Warenzeichen und Handelsnamen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass solche Namen ohne weiteres von jedermann benutzt werden dürfen. Vielmehr handelt es sich häufig um geschützte, eingetragene Warenzeichen.

Weitere Bücher aus der Reihe FARBEUNDLACK // BIBLIOTHEK finden Sie unter: www.farbeundlack.de/shop

Satz: Siegfried Urbich, Mediendesign, Celle, Germany

eBook-Herstellung und Auslieferung: readbox publishing, Dortmundwww.readbox.net

FARBEUNDLACK // BIBLIOTHEK

Paolo Nanetti

Lackrohstoffkunde

5., überarbeitete Auflage

Auf ein Wort

Nun ist es wieder so weit. Eine neue Ausgabe der „Lackrohstoffkunde“ steht allen Interessenten, vor allem im Bereich der Lacklaboranten- und Lacktechnikerausbildung, zur Verfügung. Viele Aspekte betreffend Umwelt, Schonung von Energie- und Rohstoffressourcen, nachwachsende Rohstoffe, sowie die Förderung neuer Technologien, wie z.B. das Dual-Cure-Verfahren und die Nutzung nanoskaliger Systeme, wurden bereits in die 3. und 4. Auflage aufgenommen. Sie bilden inzwischen die bleibende Grundlage vieler Forschungs- und Entwicklungsprojekte, bei denen zu erwarten ist, dass in einer nahen Zukunft auch entscheidende technologische Durchbrüche gelingen werden.

Als Grundlage für dieses Buch diente eine, Ende der 1980er Jahre von mir verfasste, zweibändige Broschüre, die schwerpunktmäßig für die Ausbildung der Lacklaboranten der Herberts GmbH konzipiert war. Diese firmeninternen Ausbildungsunterlagen wurden mit viel Erfolg über mehrere Jahre bei Herberts in der Lacklaborantenausbildung eingesetzt. Darüber hinaus etablierten sie sich als Standardwerk für Basiswissen in vielen Laboratorien, vor allem im Hinblick auf die Einarbeitung von Berufsanfängern. Dieses Buch schloss somit eine didaktische Lücke in der lackbezogenen Fachliteratur. Im Laufe der Zeit wurden seine Inhalte mehrmals aktualisiert und den neuen Entwicklungen der Lacktechnologie angepasst.

Der Leser findet in diesem Buch einen ausführlichen Leitfaden zum Einstieg in das unübersichtlich breite Spektrum der Lackrohstoffe, er kann dann je nach Bedarf die Einzelthemen mit Hilfe zusätzlicher Spezialliteratur ergänzen.

An dieser Stelle möchte ich Prof. Dr. Groteklaes von der Hochschule Niederrhein in Krefeld für viele wertvolle Hinweise danken, die zur qualitativen Aufwertung dieses Buches beigetragen haben. Ein besonderer Dank gebührt Prof. Dr. Mischke, ebenfalls Hochschule Niederrhein, der die Umgestaltung der Kapitel über Bindemittel und Additive mit viel persönlichem Engagement und Kompetenz fachlich begleitet hat.

Dem interessierten Leser wünsche ich beim Lesen bzw. Durcharbeiten dieses Lehrbuches viel Erfolg, aber auch Freude. Möge es ihm, beim Einstieg in die äußerst abwechslungsreiche und faszinierende Welt der Lacke und Beschichtungen, nicht nur Hilfe, sondern auch Anreiz sein.

Zülpich, im Dezember 2016

Paolo Nanetti

Inhalt

1 Bindemittel

1.1 Allgemeines

1.1.1 Gewinnung und Synthese

1.1.2 Polykondensation

1.1.3 Polymerisation

1.1.4 Polyaddition

1.2 Natürliche Bindemittel

1.2.1 Fette Öle

1.2.2 Pflanzliche Harze

1.2.3 Tierische Harze

1.2.4 Bituminöse Filmbildner

1.2.5 Cellulosederivate

1.2.6 Kautschukderivate

1.2.7 Nachwachsende Rohstoffe

1.3 Polykondensationsharze

1.3.1 Polyesterharze

1.3.2 Polykondensate aus Carbonyladdukten

1.3.3 Polykondensationsharze aus Dienaddukten

1.3.4 Polyamide

1.4 Polyadditionsharze

1.4.1 Isocyanatharze (Polyurethane, PUR-Materialien)

1.4.2 Epoxidharze

1.4.3 Phenoxyharze

1.5 Polymerisationsharze

1.5.1 Polyvinylchlorid (PVC) und dessen Derivate

1.5.2 Polyvinylester

1.5.3 Polyvinylalkohol

1.5.4 Polyvinylacetale

1.5.5 Polyvinylether

1.5.6 Polyacrylate und -methacrylate

1.5.7 Polystyrol und dessen Copolymere

1.5.8 Strahlenhärtbare Systeme

1.6 Sonstige Bindemittel

1.6.1 Siliconharze

1.6.2 Alkalisilikate (Wasserglas) und Kieselsäureester

1.6.3 Einsatz von Silanen in der Nanotechnologie

1.7 Weichmacher

1.7.1 Allgemeines

1.7.2 Weichmachergruppen

2 Lösemittel

2.1 Allgemeines

2.2 Lösemittelgruppen

2.2.1 Aliphatische (Benzin-)Kohlenwasserstoffe

2.2.2 Cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe

2.2.3 Terpenkohlenwasserstoffe

2.2.4 Aromatische (Benzol-)Kohlenwasserstoffe

2.2.5 Chlorkohlenwasserstoffe

2.2.6 Ester

2.2.7 Ketone

2.2.8 Alkohole

2.2.9 Glykole, Glykolether und Glykoletheracetate

2.2.10 Sonstige Lösemittel

3 Additive

3.1 Allgemeines

3.2 Trockenstoffe

3.3 Katalysatoren (Beschleuniger)

3.4 Initiatoren

3.5 Fotoinitiatoren

3.6 Stabilisatoren

3.7 Inhibitoren

3.8 Lichtschutzmittel

3.9 Konservierungsmittel (Bakterizide, Fungizide, Algizide)

3.10 Oberflächenaktive Stoffe

3.10.1 Netzmittel und Dispergieradditive

3.10.2 Entschäumer und Entlüfter

3.10.3 Anti-Ausschwimmmittel

3.10.4 Verlaufsmittel

3.10.5 Gleitmittel und Trennmittel

3.11 Rheologieadditive

3.11.1 Organische rheologische Additive

3.11.2 Anorganische rheologische Additive

3.12 Mattierungsmittel

3.13 Leitfähigkeitsbeeinflussende Stoffe

3.14 Entwässerungsmittel

4 Füllstoffe

4.1 Allgemeines

4.2 Füllstoffgruppen

4.2.1 Erdalkalisulfate

4.2.2 Erdalkalicarbonate

4.2.3 Magnesiumsilikate

4.2.4 Aluminiumsilikate

4.2.5 Kieselsäure

4.2.6 Sonderfüllstoffe

5 Pigmente

5.1 Allgemeines

5.2 Weißpigmente

5.2.1 Titandioxid

5.2.2 Zinkoxid

5.2.3 Zinksulfid und Lithopone

5.3 Schwarzpigmente

5.3.1 Ruße

5.3.2 Eisenoxidschwarz

5.3.3 Spinellschwarz

5.4 Blaupigmente

5.4.1 Kupferphthalocyanine

5.4.2 Eisenblau (Miloriblau, Berliner Blau, Vossen Blau)

5.4.3 Ultramarinblau

5.4.4 Spinellblau (Kobaltblau)

5.4.5 Indanthronblau

5.5 Violettpigmente

5.5.1 Dioxazinviolett

5.6 Grünpigmente

5.6.1 Chromgrün und Chromechtgrün

5.6.2 Chromoxidgrün

5.6.3 Spinellgrün (Kobaltgrün)

5.6.4 Phthalocyaningrün

5.7 Gelbpigmente

5.7.1 Eisenoxidgelb

5.7.2 Bleichromat (Chromgelb)

5.7.3 Bismutvanadat/-molybdat

5.7.4 Nickel- und Chromtitangelb

5.7.5 Gelbe Azo-Pigmente

5.7.6 Gelbe Carbonylpigmente

5.7.7 Gelbe Metallkomplex-Pigmente

5.8 Rot- und Orangepigmente

5.8.1 Eisenoxidrot

5.8.2 Molybdatrot

5.8.3 Rote Azo-Pigmente

5.8.4 Rote Carbonylpigmente

5.8.5 Chinacridone

5.8.6 Perylene

5.8.7 Diketo-pyrrolo-pyrrol (DPP-Pigmente)

5.9 Effektpigmente

5.9.1 Allgemeines

5.9.2 Goldbronzen

5.9.3 Aluminiumpigmente

5.9.4 Perlglanzpigmente (Interferenzpigmente)

5.9.5 Sonstige Effektpigmente

5.9.6 Tagesleuchtpigmente

5.10 Korrosionsschutzpigmente

5.10.1 Allgemeines

5.10.2 Zinkstaub

5.10.3 Bleimennige

5.10.4 Chromatpigmente

5.10.5 Phosphatpigmente

Lebenslauf

Index

1.2.6 Kautschukderivate

Kautschuk ist ein natürliches Polymerisationsprodukt des Isoprens (2-Methylbutadien), welches aus dem Latex der Kautschukbäume im subtropischen Raum gewonnen wird. Die Verknüpfung der Isopren-Monomeren lässt sich folgendermaßen verdeutlichen:

Die hervorragenden Elastizitätseigenschaften des Kautschuks ließen schon früh den Gedanken aufkommen, ihn als Lackfilmbildner einzusetzen. Als unüberwindbare Hürden erwiesen sich aber hierbei eine Zeit lang die sehr schlechte Löslichkeit, bedingt durch die extrem hohe molare Masse zwischen 20.000 und 2.000.000, und die Anfälligkeit gegen oxidativen Abbau durch Luftsauerstoff, verursacht von den unzähligen Doppelbindungen im aliphatischen Molekül.

Erst nach Entwicklung von Verfahren, die eine Depolymerisation der riesigen Kettenmoleküle und gleichzeitig eine weitgehende Beseitigung der Doppelbindungen ermöglichten, wurden Kautschukderivate mit wertvollen Bindemitteleigenschaften zugänglich, wie folgende Charakterisierung belegt.

So erhält man Cyclokautschuk durch eine thermische Behandlung des Naturkautschuks in Gegenwart von Katalysatoren. Dabei kommt es zum Abbau der molaren Masse und zur Verringerung der Doppelbindungszahl als Folge einer intramolekularen Polymerisationsreaktion, die gemäß dem auf Seite 32 folgenden Schema zur Bildung von sechsgliedrigen Ringen führt.

Bei der Cyclisierung werden mehr als 80 % der ursprünglich vorhandenen Doppelbindungen beseitigt und molare Massen zwischen 3.000 und 10.000 erzielt. Aufgrund seines cycloaliphatischen Charakters ist Cyclokautschuk nicht nur in Aromaten, sondern auch in Aliphaten, Cycloaliphaten und Terpenkohlenwasserstoffen löslich.

Cyclokautschuk ist ein hartes Harz von hornartigem Aussehen. Sein relativ hoher Schmelzbereich von 130 bis 140 °C ermöglicht Anwendungen bei einer Dauerwärmebelastung wie sie bei der Pasteurisierung üblich ist (wichtig für die Lebensmittelindustrie!).

Die Sprödigkeit des Cyclokautschuks erfordert die Mitverwendung von Weichmachern bzw. elastifizierenden Bindemitteln. Hierfür kommen hauptsächlich Kombinationspartner aliphatischen Charakters wie trocknende Öle, Alkydharze, Cumaron/Inden-Harze und bituminöse Filmbildner infrage. Da Cyclokautschuk keine verseifbaren Gruppen enthält, haben die mit ihm hergestellten Anstrichstoffe eine überragende Chemikalienbeständigkeit. Cyclokautschuk wird bevorzugt im schweren Korrosionsschutz und bei der Beschichtung von Behältern in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.

An den nach der Cyclisierung übriggebliebenen Doppelbindungen kann es mit Hilfe von Trockenstoffen zu einer oxidativen Nachvernetzung der ansonsten physikalisch trocknenden Cyclokautschuküberzügen kommen. Nach der Vernetzung sind die Filme in Kohlenwasserstoffen nicht mehr löslich.

Ein weiteres Kautschukderivat, Chlorkautschuk, wird heute überwiegend aus synthetischem Kautschuk hergestellt, da die Naturprodukte, je nach Provenienz, großen Schwankungen unterliegen und somit zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der Eigenschaften, vor allem im niedermolekularen Bereich, führen können.

Die Chlorierung geht mit einer Depolymerisation einher. Gleichzeitig kommt es zu praktisch vollständiger Beseitigung der Doppelbindungen durch Addition von Chlor. Wie im Folgenden gezeigt, findet die Chloranlagerung schrittweise statt, wobei der Addition von Chlormolekülen jeweils eine Abspaltung von HCl folgt:

Vollständige Chlorierung führt erwartungsgemäß zu einer hervorragenden Chemikalienbeständigkeit, da alle Schwachstellen im Molekül beseitigt sind.

Der Chlorgehalt von Chlorkautschuk schwankt zwischen 64 und 67 %. Während der Chlorierung findet auch eine partielle Cyclisierung der Kautschukketten statt, so dass damit praktisch alle Doppelbindungen verschwinden.

Chlorkautschuk wird ausschließlich für physikalisch trocknende Beschichtungsstoffe eingesetzt. Hierbei ist eine Weichmachung unerlässlich, da sonst zu spröde Filme entstehen würden. Aufgrund seiner höheren Polarität ist Chlorkautschuk, anders als Cyclokautschuk, in Aliphaten zwar nicht löslich, kann mit diesen jedoch verschnitten werden. Hauptlösemittel sind Aromaten und Ester. Die Verträglichkeit mit anderen Filmbildnern ist ähnlich wie beim Cyclokautschuk.

Chlorkautschukfilme sind sehr beständig gegen Wasser, anorganische Salze, Säuren und Laugen. Der hohe Chlorgehalt macht die Beschichtungen schwerentflammbar und abweisend gegen Pilz- und Bakterienbefall. Ihre Licht- und Temperaturbeständigkeit ist dagegen begrenzt, da schon oberhalb von 80 °C Abspaltung von Chlorwasserstoff einsetzt.

Die Hauptanwendungsgebiete von Chlorkautschuk sind der schwere Korrosionsschutz und die Beschichtung von Beton und anderen silikatischen Baustoffen, vor allem im Unterwasserbereich, außerdem die Lackierung von Behältern und Bauteilen in chemischen Betrieben, und schließlich setzt man das Material zur Herstellung von Schiffsfarben ein.

Bei sehr hohen Ansprüchen wird Chlorkautschuk als Alleinbindemittel verwendet. Zur Elastifizierung kommen in solchen Fällen nur unverseifbare Spezialweichmacher bzw. Weichharze wie Chlorparaffin, Diphenoxyethylformal und Polyvinylmethylether infrage. Bei geringeren Anforderungen sind auch Kombinationen mit weniger beständigen Partnern (z.B. Alkydharzen) üblich, wobei schon relativ geringe Zusätze von Chlorkautschuk zu anderen Filmbildnern eine deutliche Steigerung der Wasser- und Chemikalienbeständigkeit bewirken.

1.2.7 Nachwachsende Rohstoffe

1.2.7.1 Allgemeines

Nachwachsende Rohstoffe („Nawaro“) sind inzwischen zu einem Kernbegriff zukunftsorientierter Lackentwicklung geworden.