Aufbau eines Beschichtungsstoffs

Die Begriffe zuerst: Beschichtungsstoff, Beschichtung, Lack, Farbe

Die Begriffe der Branche sind genormt (DIN EN ISO 4618) und werden im Alltag trotzdem häufig durcheinandergebracht. Diese Begriffe sind für die Grundlagen besonders wichtig:

• Beschichtungsstoff — das Produkt im Liefer- und Verarbeitungszustand: flüssig, pastenförmig oder pulverförmig. Auf einen Untergrund aufgebracht, bildet er eine Beschichtung mit schützender, dekorativer oder besonderer technischer Wirkung.
• Beschichtung — die auf einem Untergrund gebildete zusammenhängende Schicht aus einer oder mehreren Lagen.
• Lack — ein Beschichtungsstoff, meist mit organischem Bindemittel, der einen geschlossenen Film bildet, z. B. Industrie-, Auto-, Holz- oder Pulverlack; pigmentiert als Buntlack, unpigmentiert als Klarlack. Lacke sind häufig glatt und glänzend; eine scharfe Begriffsgrenze gibt es aber nicht.
• Lackierung — die aus einem Lack hergestellte Beschichtung; im Alltag auch der Vorgang des Lackierens.
• Farbe — ein pigmentierter Beschichtungsstoff, vor allem im Bautenbereich (z. B. Dispersions- oder Silicatfarbe). Dasselbe Wort bezeichnet auch den Farbeindruck (siehe L-162).
• Anstrichmittel oder Anstrichstoff — ältere Bezeichnungen für Beschichtungsstoff; „Anstrich“ entsprechend für die Beschichtung. In älterer Literatur und in Bauausschreibungen findet man diese Begriffe weiterhin.

Die beiden Anteile

Nichtflüchtiger Anteil: Filmbildner, Pigmente, Füllstoffe und der nichtflüchtige Anteil der Additive. Flüchtiger Anteil: Lösemittel, Wasser (bei Wasserlacken als Lösemittel oder Dispersionsmedium) und der flüchtige Anteil der Additive. Beim Einbrennen können zusätzlich flüchtige Reaktions- oder Abspaltprodukte entstehen.

Systemabhängigkeit: Auch lösemittelfreie Systeme (100-%-Systeme), Pulver- und UV-Lacke können beim Härten geringe Mengen flüchtiger Stoffe abgeben – z. B. das Abspaltprodukt blockierter Isocyanate bei PUR-Pulverlacken oder nicht umgesetzte Reaktivverdünner bei UV-Lacken (siehe L-24). Ein Klarlack enthält in der Regel keine Pigmente und Füllstoffe (Ausnahme: Mattierungsmittel).

Die Bestandteile im Einzelnen

• Filmbildner — makromolekularer Stoff oder reaktive Stoffbasis, aus der der zusammenhängende und am Untergrund haftende Film entsteht. Bei physikalisch trocknenden Lacken liegt der Filmbildner bereits als fertiges Polymer vor; er muss nur noch zum Film zusammenrücken. Bei chemisch härtenden Systemen liegen zunächst Harze oder Oligomere mit reaktiven Gruppen vor, die erst bei der Härtung chemisch zu einem vernetzten Film verknüpft werden (siehe L-03). Beispiele: physikalisch trocknend etwa thermoplastische Acrylate und Cellulosenitrat (siehe L-21, L-22); chemisch härtend etwa oxidativ härtende Alkydharze und OH-Bindemittel/Polyisocyanate im 2K-PUR (siehe L-25, L-27).
• Bindemittel — nach DIN EN ISO 4618 der nichtflüchtige Anteil eines Beschichtungsstoffs ohne Pigmente und Füllstoffe, also der Filmbildner einschließlich nichtflüchtiger Zusätze wie Weichmacher oder Sikkative. Der Filmbildner ist sein Hauptbestandteil; das Bindemittel ist wesentlich für Filmbildung, Haftung und viele Filmeigenschaften verantwortlich. Im Alltag werden beide Begriffe oft vereinfachend gleichgesetzt.
• Pigmente — feinteilige, im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Feststoffe für Farbgebung, Deckvermögen oder funktionelle Aufgaben. Beispiele: Titandioxid, Ruß, Zinkphosphat.
• Füllstoffe — praktisch unlösliche Feststoffe zur Einstellung von Volumen und technischen Eigenschaften. Ihre Brechzahl liegt nahe der des Bindemittels, deshalb tragen sie kaum zu Farbe und Deckvermögen bei (siehe L-40). Beispiele: Kreide (Calciumcarbonat, CaCO₃), Talkum (Magnesiumsilicat, plättchenförmig), Schwerspat (Bariumsulfat, BaSO₄).
• Additive — meist in kleinen Mengen eingesetzte Stoffe zur gezielten Beeinflussung einzelner Eigenschaften, z. B. Verlaufmittel, Rheologieadditive (Verdicker/Thixotropiermittel), Mattierungsmittel, Sikkative oder Entschäumer. Additive können flüchtige und nichtflüchtige Anteile enthalten; je nach Stoff und Formulierung sind sie nichtflüchtig, teilweise oder vollständig flüchtig.
• Lösemittel — Flüssigkeiten, die den Filmbildner lösen und so Viskosität und Verarbeitbarkeit einstellen; bei der Trocknung verdunsten sie. Beispiele: Xylol, Butylacetat, Butylglykol. In Wasserlacken übernimmt Wasser die Hauptrolle (oft ergänzt durch wenig Co-Lösemittel): Es löst wasserlösliche Bindemittel – oder es ist bei Dispersionen das Dispersionsmedium, in dem der Filmbildner nur fein verteilt, aber nicht gelöst ist.
• Verschnittmittel — lösen den Filmbildner allein nicht oder nur unzureichend, werden aber zusammen mit geeigneten Lösemitteln eingesetzt, um Verdunstungsverhalten und Verarbeitungseigenschaften des Lösemittelgemischs einzustellen. Bei zu hohem Anteil kann es zu Trübung, Schlieren oder Ausfällen des Bindemittels kommen (siehe L-07).
• Verdünner — Lösemittel oder Lösemittelgemisch (bei Wasserlacken: Wasser, gegebenenfalls mit etwas Co-Lösemittel nach Herstellerangabe), das der Verarbeiter dem fertigen Beschichtungsstoff zusetzt, um die Spritz- oder Streichviskosität einzustellen. Ein Verdünner besteht meist aus echten Lösern und Verschnittmitteln und muss auf den Lack abgestimmt sein: Passt die Zusammensetzung nicht, kann der Filmbildner ausfallen oder der Lack trüb werden (siehe L-07).
• Dispersionsmedium — flüssige Phase, in der nicht gelöste Teilchen, z. B. Polymerpartikel einer Dispersion, fein verteilt vorliegen; das flüssige Medium ist dort Dispersionsmedium und nicht Lösemittel (siehe L-02 und L-70). Meist ist es Wasser, es gibt aber auch nichtwässrige Dispersionen. Dispergieradditive sind davon zu unterscheiden; sie stabilisieren z. B. Pigment- oder Polymerteilchen. Im Labor zeigt sich der Unterschied zur echten Lösung beim Reinigen: Solange der Wasserlack frisch ist, liegen die Polymerteilchen noch im Wasser verteilt vor und lassen sich mit Wasser vom Pinsel abspülen. Angetrocknete Reste sind dagegen schon zu einem Film zusammengeflossen und lösen sich in Wasser meist nicht mehr.

Einteilung von Beschichtungsstoffen

Beschichtungsstoffe lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten einteilen:

• nach Verdünnbarkeit — lösemittelverdünnbare, wasserverdünnbare und lösemittelfreie Systeme
• nach Art der Filmbildung — physikalisch trocknend oder chemisch härtend (oxidativ, 2K, Einbrennen, Strahlung; siehe L-02, L-03)
• nach Funktion im Schichtaufbau — z. B. Grundierung, Füller, Decklack und Klarlack
• nach Anwendung — z. B. Industrielack, Bautenanstrich, Autoserien- oder Autoreparaturlack
• nach Hauptaufgabe — z. B. Korrosionsschutz, Brandschutz (dämmschichtbildende Beschichtung), elektrische Isolierung (Drahtlack) oder Dekoration (Effektlack wie Metallic- oder Perlglanzlack)

Festkörper, VOC und Emission

Der Festkörpergehalt ist der Anteil der unter definierten Prüfbedingungen verbleibenden nichtflüchtigen Bestandteile. Zu unterscheiden sind der Massenfestkörper und der Volumenfestkörper.

Beim Massenfestkörper wird der Massenanteil des nach der Prüfung verbleibenden Rückstands bestimmt; die Bestimmung des Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen erfolgt beispielsweise nach DIN EN ISO 3251. Der Volumenfestkörper beschreibt den Volumenanteil der nichtflüchtigen Bestandteile bezogen auf das Volumen des Beschichtungsstoffs im Ausgangszustand.

Zwei Lacke können den gleichen Massenfestkörper besitzen und trotzdem nach dem Trocknen unterschiedlich viel Volumen beziehungsweise Schichtdicke aus dem gleichen Nasslackvolumen ergeben. Die Ursache liegt in der unterschiedlichen Dichte der Feststoffbestandteile: Ein Lack mit hohem Anteil eines Pigments hoher Dichte wie Titandioxid enthält viel Masse auf vergleichsweise kleinem Volumen. Für die praktische Frage „Wie viel Trockenschichtdicke erhalte ich aus einem bestimmten Volumen Lack?“ und für die theoretische Ergiebigkeit ist deshalb der Volumenfestkörper maßgeblich.

High-Solids-Lacke kommen bei gleicher Trockenschichtdicke mit weniger Lösemittel aus. Das gelingt nicht durch bloßes Weglassen von Lösemittel – die Verarbeitungsviskosität wäre zu hoch. High-Solids-Systeme sind eigens formuliert: mit niedermolekularen Bindemitteln oder Oligomeren, die auch bei hohem Festkörper noch spritzfähig sind und erst beim Härten zum Film vernetzen (siehe L-168, L-169). Abluftreinigung und Lösemittelrückgewinnung mindern die Emissionen dagegen anlagentechnisch, ohne die Rezeptur zu ändern (siehe L-63).

Der VOC-Gehalt beschreibt den Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen und ist daher nicht identisch mit dem gesamten flüchtigen Anteil. Wasser ist kein VOC. Wässrige Beschichtungsstoffe können dennoch VOC enthalten, z. B. Co-Lösemittel, bestimmte Amine oder flüchtige Filmbildehilfsmittel. VOC-Angaben hängen von Definition, Prüf-/Berechnungsmethode und Bezugsgröße ab. Die Begriffe Lösemittel, flüchtiger Anteil, Dispersionsmedium und VOC dürfen deshalb nicht gleichgesetzt werden — besonders bei Wasserlacken ist diese Unterscheidung wichtig.

Merksatz