Der Lacklaborant Lernwerk

Alle Tafeln › Kapitel 9 · Anwendungen: Objektlackierung

L-120

Unterbodenschutz und PVC-Plastisole

Steinschlagschutz aus PVC-Pulver und Weichmacher

Prüfungsteil 1A 9

KernaussageUnterbodenschutz schützt Fahrzeugböden vor Steinschlag und Korrosion. Er basiert meist auf PVC-Plastisolen — PVC-Pulver in Weichmacher, das beim Erhitzen zu einem zähelastischen Film geliert.

Aufgabe

Der Unterbodenschutz bildet eine dicke, zähelastische Schicht (oft um 250 µm) am Fahrzeugunterboden. Er verteilt die Stoßenergie von Steinschlag über einen großen Bereich und schützt zusätzlich vor Korrosion. Neben den PVC-Plastisolen gibt es lösemittelhaltige Unterbodenschutzmittel auf Wachs-Bitumen-Basis, vor allem für die Nachbehandlung im Reparaturbereich und für die Hohlraumkonservierung. Sie trocknen physikalisch durch Lösemittelverdunstung und haben deshalb — anders als das Plastisol — einen Festkörper deutlich unter 100 %.

PVC-Plastisole

Polyvinylchlorid (PVC), ein pulverförmiges Homopolymerisat aus Vinylchlorid, ist in vielen üblichen Lacklösemitteln schwer bzw. nur begrenzt löslich; die Löslichkeit hängt von PVC-Typ und Lösemittel ab. Man mischt es mit Weichmacher zu einem Plastisol.

Die Gelierung beim Erhitzen (ca. 160–200 °C Objekttemperatur; im Coil Coating mit sehr kurzer Verweilzeit entsprechend höher, 180–220 °C, siehe L-106) ist eine physikalische Fusion, keine chemische Vernetzung: Die PVC-Teilchen quellen im Weichmacher auf, erweichen oberhalb der Geliertemperatur und verschmelzen zu einem kontinuierlichen, homogenen Film. Beim Abkühlen erstarrt dieser zu einem zähelastischen Feststoff; das PVC bleibt thermoplastisch. Das Verarbeitungsfenster ist eng: Zu niedrige Temperatur → unvollständige Gelierung, klebrig und spröde. Zu hohe Temperatur oder zu lange Verweilzeit → Dehydrochlorierung (HCl-Abspaltung, Gelbverfärbung). Temperatur und Zeit müssen ans konkrete System angepasst werden. Das Fließverhalten von Plastisolen ist komplex und stark formulierungs- und scherratenabhängig: Bei niedrigen Scherraten zeigen viele Systeme eher strukturviskoses Verhalten, bei hohen Scherraten kann dagegen — etwa durch enge Teilchenpackung — Dilatanz (Scherverdickung) auftreten. Eine pauschale Einordnung als „dilatant“ greift deshalb zu kurz; für die Applikation (Airless, Rakel) muss das konkrete Rheologieprofil auf das Verfahren abgestimmt werden.

Weichmacher

Der Weichmacher füllt die Hohlräume zwischen den PVC-Teilchen; seine Polarität muss zum PVC passen. Klassisch waren Phthalsäureester, doch bestimmte Phthalate (z. B. DEHP) sind heute unter REACH beschränkt (SVHC, siehe L-48); man weicht auf Adipate, Citrate, Terephthalate (DOTP) oder Cyclohexandicarboxylate (DINCH) aus — deren regulatorischer Status und Migrationsverhalten sind jedoch jeweils eigens zu bewerten (siehe L-48).

Verarbeitung und Grenzen

Achtung bei der Herstellung: Bei sehr hohem Schereintrag (z. B. Hochleistungsdissolver mit hoher Umfangsgeschwindigkeit) können Plastisole durch Dilatanz stark eindicken — das Material ist kaum noch pumpbar, der Dissolver kann festfahren. Plastisole daher immer mit langsam laufendem Dissolver oder Planetenmischer ansetzen (niedrige Umfangsgeschwindigkeit, kurze Mischzeiten).

Die Applikationsart richtet sich nach dem Produkt: Unterbodenschutzmassen (dünnflüssigere Plastisole) werden per Airless gespritzt (hoher Druck, 200–400 µm Nassfilm); Nahtabdichtmassen und Nahtfüller sind dickflüssigere Pasten, die mit Rakel oder Spachtel manuell in Schweißnähte und Flansche gedrückt werden — auch Borstenauftrag oder Druckluftverpressung ist möglich. Beide Produktfamilien gehören zur Gruppe der Unterbodenschutzsysteme, werden aber separat formuliert und eingesetzt. Damit die dicke Schicht nicht abläuft, stellt man das Plastisol thixotrop ein — dafür dienen Rheologieadditive wie pyrogene Kieselsäure oder organophile Schichtsilicate (siehe L-49, L-46); sie verhindern zugleich das Absetzen der Füllstoffe. Unstabilisiertes PVC beginnt in technisch relevantem Umfang ab etwa 160 °C Chlorwasserstoff abzuspalten (siehe L-92); Beginn und Ausmaß hängen von PVC-Typ, Stabilisierung, Temperatur und Verweilzeit ab. Wärme- und Lichtstabilisatoren erlauben es, das Plastisol trotzdem bei rund 200 °C zu gelieren, ohne dass es sich übermäßig zersetzt. Chlorhaltige Systeme stehen zudem unter Umweltvorbehalt.

Prüfung

Die Steinschlagfestigkeit prüft man mit der Einzelschlagprüfung (ein definierter Schlagkörper) und der Multischlag- bzw. Kugelstrahlprüfung (viele Stahlkugeln). Bewertet wird die Fläche, auf der Haftungsverlust eingetreten ist.

Merksatz

Unterbodenschutz = dicker, zähelastischer Steinschlagschutz aus PVC-Plastisol (PVC-Pulver + Weichmacher, geliert bei etwa 160 bis 200 °C). Phthalat-Weichmacher meiden (REACH); Dehydrochlorierung durch geeignete Wärmestabilisatoren begrenzen — Verarbeitungsfenster und Stabilisierung sind systemabhängig.

UnterbodenschutzPVC-PlastisolPolyvinylchloridWeichmacherSteinschlagschutzAirlessPhthalatREACHSalzsäureGelieren
Quellen
  • Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie

Übungsblatt Ü-120

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis8 Punkte

1. Was ist ein PVC-Plastisol, und wie entsteht daraus der Film?

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PlastisolPVC-Pulver (in üblichen Lacklösemitteln schwer bzw. nur begrenzt löslich), gemischt mit Weichmacher, der die Hohlräume zwischen den Teilchen füllt.
FilmbildungBeim Erhitzen in einem geeigneten Temperaturbereich (Richtwert etwa 200 °C) gelieren die PVC-Teilchen im Plastisol zu einem zähelastischen Film.
FließverhaltenPlastisole zeigen je nach Formulierung und Schergefälle unterschiedliches Fließverhalten: Bei niedrigen Schergefällen überwiegt strukturviskoses (pseudoplastisches) Verhalten; bei sehr hohen Schergefällen und hohem Füllstoffgehalt kann auch dilatantes Verhalten auftreten.
Warum das eine Eins verdientAufbau des Plastisols und das Gelieren zum Film werden korrekt beschrieben.
Berechnung8 Punkte

2. Ein lösemittelhaltiger Unterbodenschutz auf Wachs-Bitumen-Basis hat einen Festkörper von 58 %. Wie viel Trockenmasse bleibt aus einem Ansatz von 500 g — und warum lässt sich diese Rechnung nicht auf ein PVC-Plastisol übertragen?

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Rechnungm(trocken) = 500 g · 58/100 = 290 g
AntwortsatzEs bleiben 290 g Trockenmasse.
Abgrenzung PlastisolEin PVC-Plastisol ist lösemittelfrei (nfA nahe 100 %): Der Weichmacher bleibt beim Gelieren im Film, es verdunstet praktisch nichts. Dort sind Nass- und Trockenschichtdicke nahezu gleich.
Warum das eine Eins verdientDie Festkörperrechnung ist korrekt auf die Einwaage bezogen. Für die volle Punktzahl muss zusätzlich erkannt werden, dass ein PVC-Plastisol lösemittelfrei ist (nfA nahe 100 %): Der Weichmacher bleibt beim Gelieren im Film, deshalb sind dort Nass- und Trockenschichtdicke nahezu gleich und eine Festkörperrechnung dieser Art ist nicht übertragbar.
Anwendung6 Punkte

3. Welche zwei Sicherheits-/Umweltaspekte sind bei PVC-Plastisolen zu beachten?

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WeichmacherBestimmte Phthalat-Weichmacher (z. B. DEHP) sind unter REACH beschränkt; auf Alternativen wie Adipate, Citrate, DOTP oder DINCH ausweichen — deren Status ist jeweils eigens zu bewerten.
Thermische ZersetzungUnstabilisiertes PVC spaltet ab etwa 160 °C in technisch relevantem Umfang Salzsäure (HCl) ab; nicht überhitzen, stabilisieren.
Warum das eine Eins verdientPhthalat-/REACH-Aspekt und die HCl-Zersetzung werden korrekt genannt.

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