Feinheit, Agglomerate und Rheologie

Grindometer, ISO 1524:2020, Viskositätsbereiche und die wichtigsten Fließkenngrößen

WahlqualifikationB 11

KernaussageDie Feinheit der Dispersion beschreibt, ob noch größere Partikel/Agglomerate vorhanden sind — nicht die Primärpartikelgröße. Rheologie beschreibt das Fließ- und Verformungsverhalten; für den Lacklaboranten sind Viskosität, strukturviskoses Verhalten, Fließgrenze und Thixotropie wichtiger als eine rein mathematische Beschreibung.

Feinheit ≠ Teilchengröße der Primärpartikel

Ein Pigment kann aus sehr kleinen Primärpartikeln bestehen und trotzdem als größere Agglomerate vorliegen. Genau diese Agglomerate können Farbton, Glanz, Filtrierbarkeit oder — bei Inkjet — die Düsenstabilität beeinflussen.

Grindometer (Hegman-Lehre): Praktische Vergleichsprüfung nach ISO 1524:2020. In einer keilförmigen Rille mit definierter Tiefe wird die Probe abgezogen; die Stelle, an der erste Körner oder Streifen erscheinen, gibt den Feinheitswert an. Schnell, robust, im Labor und Betrieb etabliert.

Grenzen des Grindometers: Es liefert nur die grobe Obergrenze der Partikelgröße, keine vollständige Verteilung. Für schuppenförmige Pigmente ist die Methode eingeschränkt anwendbar.

Moderne Ergänzungen: Laserbeugung für die Volumenverteilung; dynamische Lichtstreuung (DLS/PCS) für sehr feine Partikel; Mikroskopie für Form und Struktur.

Rheologie — die wichtigsten Begriffe

Viskosität | Widerstand gegen Fließen; Einheit Pa·s oder mPa·s — die kinematische Viskosität ist ν = η/ρ (dynamische Viskosität geteilt durch Dichte), Einheit mm²/s; genau diese liefern die Auslaufbecher-Umrechnungen | Je höher, desto zähflüssiger
Strukturviskosität | Scheinbare Viskosität sinkt bei steigender Scherrate (Scherverdünnung) | Typisch für pigmentierte Druckfarben und Lacke
Fließgrenze | Unterhalb einer bestimmten Beanspruchung fließt das Material nicht bzw. nur sehr wenig | Wichtig für Standfestigkeit und Siebdruck
Thixotropie | Zeitabhängige Abnahme der Struktur unter Scherung; Strukturaufbau in Ruhe | Wichtig für Verlauf und Standfestigkeit

Messmethoden:
Fallstab-Viskosimeter (ISO 12644): Für hochviskose Druckfarben-Pasten (Offset). Messbereich ca. 2–200 Pa·s.
Auslaufbecher (ISO 2431; die frühere DIN 53211 ist zurückgezogen, ihre Becher sind mit den ISO-Bechern nicht deckungsgleich): Für niedrig- bis mittelviskose Systeme. Liefert Auslaufzeit in Sekunden — NICHT direkt in mPa·s umrechenbar (nur Richtwert).
Rotationsviskosimeter: Absolutmessung; für strukturviskose und thixotrope Systeme geeignet; kann Fließkurve aufnehmen.

Typische Viskositätsbereiche je Druckverfahren

Die Viskosität ist das wichtigste rheologische Kennzeichen einer Druckfarbe. Sie variiert je nach Verfahren um mehrere Größenordnungen.

Offsetfarbe (pastös) | Orientierungswerte, methoden- und temperaturgebunden: oxidativ trocknende und UV-Offsetfarben etwa 40–100 Pa·s, Heatset etwa 20–75 Pa·s, Coldset etwa 3–6 Pa·s (siehe L-145) | Messmethode: Fallstab-Viskosimeter (ISO 12644) | Anmerkung: temperaturabhängig; Tackmessung (Inkometer) ergänzend
Flexodruckfarbe | Typisch: 50–300 mPa·s | Messmethode: Auslaufbecher (DIN 4 oder Ford-Becher Nr. 4) oder Rotationsviskosimeter | Auslaufzeit DIN 4 (zurückgezogene DIN 53211, 20 °C): ca. 17–65 s
Tiefdruckfarbe | Typisch: 50–150 mPa·s | Messmethode: Auslaufbecher | Auslaufzeit DIN 4: ca. 17–35 s
Siebdruckfarbe | Typisch: 1–100 Pa·s (systemabhängig) | Messmethode: Rotationsviskosimeter (Scherkurve) | Fließgrenze und Thixotropie entscheidend
Inkjet-Tinte | Typisch: 2–15 mPa·s | Messmethode: Kapillar- oder Rotationsviskosimeter; stark temperaturabhängig | Im Druckkopf oft 40–60 °C
UV-Druckfarbe | Je nach Verfahren wie das entsprechende Basisverfahren | UV-Offset: pastös; UV-Flexo: niedrigviskos

Hinweis: Bei niedrigviskosen Systemen immer Temperatur angeben — 10 K Temperaturunterschied können die Viskosität erheblich verändern.

Praxisbezug

Ein Siebdrucksystem soll unter Rakelschub fließen, nach dem Druck aber nicht unkontrolliert verlaufen. Das ist ein typisches Beispiel dafür, warum das Fließverhalten genauso wichtig ist wie der reine Feststoffgehalt — und warum ein einzelner Auslaufbecher-Wert für strukturviskose Systeme nicht ausreicht.

FeinheitGrindometerHegman-LehreISO 1524AgglomeratPrimärpartikelRheologieViskositätStrukturviskositätFließgrenzeThixotropieAuslaufbecherFallstabISO 12644RotationsviskosimeterPa·smPa·s

Quellen

DIN EN ISO 1524
ISO 12644
DIN EN ISO 2431
Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie

Übungsblatt Ü-142

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis8 Punkte

1. Erklären Sie den Unterschied zwischen Primärpartikelgröße und Dispergiergrad. Wozu dient das Grindometer, und was kann es nicht leisten?

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PrimärpartikelgrößeDie kleinste Einheit des Pigments — durch die Synthese bestimmt, Angabe in nm oder µm (z. B. aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen). Ein D50-Wert aus Laserbeugung oder DLS ist dagegen der Median der gemessenen Verteilung in der Probe: Er erfasst Agglomerate mit und ist nicht automatisch die Primärpartikelgröße.

DispergiergradBeschreibt, wie weit die Agglomerate aufgeschlossen sind. Ein kleines Primärpartikel bedeutet nicht automatisch eine gute Dispersion.

GrindometerKeilförmige Rille; zeigt die Stelle, an der erste Körner/Streifen erscheinen → Grobkontrolle der Agglomeratgröße.

GrenzenLiefert nur eine Obergrenze, keine vollständige Verteilung. Für schuppenförmige Pigmente eingeschränkt; moderne Methoden (Laserbeugung, DLS) sind präziser.

Warum das eine Eins verdientPrimärpartikelgröße und Dispergiergrad werden klar getrennt; Grindometer mit Funktion und Grenzen korrekt beschrieben.

Berechnung9 Punkte

2. Eine Flexodruckfarbe hat die dynamische Viskosität η = 120 mPa·s und die Dichte ρ = 1,05 g/cm³. a) Berechnen Sie die kinematische Viskosität in mm²/s. b) Ist die Farbe für Flexodruck in einem typischen Bereich?

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a) Einheitenη = 120 mPa·s = 0,120 Pa·s; ρ = 1,05 g/cm³ = 1050 kg/m³

a) Ansatzν = η / ρ

a) Rechnungν = 0,120 Pa·s / 1050 kg/m³ = 1,143 · 10⁻⁴ m²/s

a) Umrechnung1,143 · 10⁻⁴ m²/s · 10⁶ mm²/m² = 114,3 mm²/s

b) EinordnungTypischer Flexo-Bereich: 50–300 mPa·s. 120 mPa·s liegt gut im Bereich. In Praxis immer Temperatur angeben.

Warum das eine Eins verdientEinheiten korrekt umgerechnet, Rechnung sauber geführt; Einordnung in Flexo-Viskositätsbereich.

Anwendung7 Punkte

3. Warum genügt für eine Siebdruckfarbe ein Auslaufbecher zur Viskositätskontrolle nicht, und was setzen Sie stattdessen ein?

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Problem AuslaufbecherLiefert nur einen einzelnen Wert bei einer bestimmten Scherung; für annähernd newtonsche Flüssigkeiten konzipiert.

Problem SiebdruckSiebdruckfarben sind strukturviskos und thixotrop — ihre Viskosität hängt von Scherrate und Zeit ab. Ein einzelner Auslaufwert bildet das nicht ab.

LösungRotationsviskosimeter; Fließkurve über einen Schergeschwindigkeitsbereich aufnehmen; Thixotropie prüfen (Auf- und Abwärtssweep).

Warum das eine Eins verdientUngeeignetheit des Auslaufbechers für strukturviskose Systeme begründet; Rotationsviskosimeter als korrekte Methode benannt.

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