Automobil-Klarlacke

Aufgabe des Klarlacks

Der Klarlack ist die letzte, sichtbare Schicht des Aufbaus (siehe L-111). Er schützt den Basislack vor Bewitterung, Chemikalien und Kratzern und liefert den Tiefenglanz. Seine Beständigkeit bestimmt maßgeblich, wie lange die Lackierung schön und intakt bleibt.

Die Systeme — OEM-Standard und Alternativen

OEM-Standard heute ist lösemittelhaltiger High-Solid-Klarlack — entweder als 1K-Acrylat/Melamin (HMMM, säurekatalysiert, HS ≥ 55 % nfA) oder als 2K-PUR (OH-Acrylat + aliphatisches oder cycloaliphatisches Polyisocyanat, z. B. HDI-Trimer oder IPDI-Trimer). Wässrige Klarlacke existieren und werden in einzelnen Anlagen eingesetzt, sind aber kein flächendeckender OEM-Standard. Reparaturklarlack (Refinish) ist nahezu durchgängig lösemittelhaltiger 2K-PUR; wässrige Refinish-Klarlacke gibt es, sie sind aber Nische.
• 1K-Acrylat/Melamin: einfachere Verarbeitung (keine Topfzeit), gut für Hochvolumenlinie; Säurekatalysator (p-Toluolsulfonsäure) senkt die Vernetzungstemperatur.
• 2K-PUR: sehr hohes Beständigkeitsniveau (Wetter, Chemikalien, Kratzer) bei geeigneter Formulierung; Nachteil: Topfzeit, Isocyanat-Gesundheitsrisiko.
• Pulverklarlack auf Basis glycidylfunktioneller Acrylatharze (GMA-Acrylat, siehe L-96): völlig lösemittelfrei, Overspray rückführbar — bei BMW ab 1997 im Serieneinsatz auf kompletten Karosserien. Grenzen: Verlauf und Oberflächenstruktur, höhere Mindestschichtdicke, aufwendiger Farbwechsel; heute nur noch vereinzelt eingesetzt.
• Wasserklarlack: reduzierte Emissionen, aber film-physikalisch anspruchsvoll, wenig verbreitet.

Reale Rohstoffdaten: aliphatisches Polyisocyanat

Covestro gibt für Desmodur N 3300, ein typisches aliphatisches Polyisocyanat der 2K-PUR-Klarlackchemie, laut Produktdatenblatt einen NCO-Gehalt von rund 21,8 %, eine Viskosität von rund 3.000 mPa·s bei 23 °C und ein NCO-Äquivalentgewicht von rund 193 g/Äq. an. Auf der Harzseite liefert etwa BASF mit Joncryl 500 ein OH-funktionelles Acrylatharz, dessen OH-Zahl zusammen mit dem NCO-Gehalt des Härters (z. B. Basonat HI 100 NG) das Mischungsverhältnis festlegt. Solche Kennzahlen bestimmen die exakte Mischungsstöchiometrie (siehe Rechner „Härterberechnung“); ein Produktdatenblatt allein macht daraus aber noch keinen fertigen Klarlack.

Reaktionsgleichung Standard-Klarlack

2K-PUR-Klarlack (Polyaddition, keine Spaltprodukte):
OH-funktionelles Acrylatharz (OH-Zahl 120–160 mg KOH/g):
R–OH (Acrylat) + O=C=N–R' (aliphatisches Isocyanat) → R–O–CO–NH–R' (Urethanbindung)
Das Isocyanat ist ein aliphatisches HDI-Trimer (Desmodur N 3300) oder ein cycloaliphatisches IPDI-Trimer (Isophorondiisocyanat-Isocyanurat, z. B. Desmodur Z 4470). Stöchiometrie: NCO:OH = 1,0–1,2 (leichter Isocyanatüberschuss für vollständige OH-Umsetzung).

1K-Acrylat/Melamin-Klarlack (Kondensation, Methanol als Spaltprodukt):
R–OH (Acrylat) + CH₃O–CH₂–N< (HMMM-Melamin) → R–O–CH₂–N< + CH₃OH
Säurekatalysator (z. B. p-Toluolsulfonsäure, 0,5–1 % auf Harz) senkt die Vernetzungstemperatur von ~180 °C auf ~140 °C.
Das Methanol muss aus dem Film entweichen — deshalb Ofenemissionen erfassen (31. BImSchV, RTO).

Wetterbeständigkeit

Für die Bewitterung wählt man vergilbungsarme, cycloaliphatische Bausteine. UV-Absorber wie Hydroxyphenyltriazine fangen UV-Licht ab, sterisch gehinderte Amine (HALS) unterbrechen den radikalischen Abbau. Fehlt dieser Schutz, drohen Rissbildung im Klarlack und Schäden bis in den Basislack.

Kratzfestigkeit und Nanopartikel

Kratzer entstehen mechanisch (Waschanlage, Äste). Zwei Strategien:
1. Hohe Vernetzungsdichte: höhere Funktionalität bzw. niedrigeres Äquivalentgewicht der Harze — mehr Vernetzungsstellen je Molekül → härterer Film. Der NCO-Überschuss von 1,0–1,2 dient dagegen der vollständigen OH-Umsetzung, nicht der Härtesteigerung.
2. Nanopartikel-Einbau: kolloidale SiO₂-Partikel, Größe 5–50 nm — oberflächenmodifizierte Kieselsole (z. B. Nanocryl-/Nanopox-Typen) oder ORMOSIL (organisch modifiziertes Siliziumdioxid). Pyrogene Kieselsäuren wie Aerosil® R 972 gehören nicht hierher: Sie liegen als Aggregate vor, wirken als Rheologie- und Mattierungsadditiv und würden den Klarlack eintrüben.
Zwei Typen:
• Unfunktionalisiertes kolloidales SiO₂: physikalisch in der Matrix eingebettet, keine kovalente Bindung, trotzdem Härtesteigerung durch nanomechanische Verstärkung.
• Funktionalisiertes SiO₂ (ORMOSIL): Oberfläche mit Methacrylat- oder Epoxidgruppen modifiziert → kovalente Einbindung in das Polymernetzwerk beim Vernetzen; festere Anbindung, weniger Partikelaggregation.
Härte vs. Sprödigkeit und Schleifbarkeit: SiO₂ erhöht die Pencil-Härte und Kratzeindringhärte messbar. Bei zu hohem SiO₂-Anteil wird der Film jedoch spröder und schwerer zu schleifen — bekannter Zielkonflikt im Refinish: hoch nanopartikelgefüllte OEM-Klarlacke lassen sich schlechter schleifen und polieren, weshalb Reparaturklarlacke eigene Formulierungen ohne oder mit weniger SiO₂ benötigen. Elastische Flexibilisierungssegmente (weiche Polyolbausteine im Acrylat) mildern diesen Kompromiss.
Rückfedernde Netzwerke (Self-Healing): Sehr flexible, vernetzte Acrylate können leichte Mikrokratzer bei Wärme (Sonneneinstrahlung) teilweise zurückfedern — spezielle Eigenschaft bestimmter OEM-Klarlacke.

Applikation und Schichtdicken

Applikation OEM: elektrostatisch, ESTA-Hochrotationszerstäuber; nass in nass auf den vorgelüfteten Wasserbasislack.
Schichtdicke: etwa 30–50 µm TF, Schwerpunkt um 40 µm — Volumenlinien fahren eher am unteren Rand, kratzfeste Premium-Klarlacke am oberen.
Verarbeitungsviskosität: 25–35 s DIN 4/20 °C (lösemittelhaltig); Festkörpergehalt High-Solid ≥ 55 %.
Einbrennen: gemeinsam mit Basislack, 140–160 °C Objekttemperatur, 20–30 min.
Reparaturklarlack (Refinish): HVLP-Pistole; Schichtdicke 50–70 µm TF; Einbrennen forciert 60 °C/30 min oder Raumtemperatur; beschleunigt wird über einen Zinn- oder Bismutkatalysator in der Stammlackkomponente — nicht im Isocyanathärter, das senkt dessen Lagerstabilität.

Säurebeständigkeit und Einordnung

Saurer Regen greift klassische melaminvernetzte Klarlacke an; 2K-PUR- und angepasste Systeme sind hier beständiger. 2K-PUR gehört damit zu den leistungsfähigen Referenzsystemen (Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme siehe Abschnitt Die Systeme).

Merksatz