Alkydharze I — Chemie und Öllänge

Was ein Alkydharz ist

Der Name „Alkyd“ setzt sich aus alcohol und acid zusammen: Ein Alkydharz ist ein Polyester aus einem mehrwertigen Alkohol (Glycerin, Pentaerythrit oder Trimethylolpropan), einer mehrbasigen Säure bzw. deren Anhydrid (meist Phthalsäureanhydrid, für härtere Typen Isophthalsäure) und Fettsäuren aus pflanzlichen Ölen. Die Fettsäure-Seitenketten tragen die Doppelbindungen, über die das Harz an der Luft oxidativ trocknet (siehe L-14).

Herstellung im Prinzip

Alkohol, Säure und Fettsäure werden unter Wasserabspaltung verestert (Polykondensation, siehe L-04). Über das Verhältnis der Bausteine lassen sich Molmasse, Säurezahl und OH-Zahl einstellen. Als Fettsäurequelle dienen trocknende und halbtrocknende Öle wie Leinöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl oder Tallöl (siehe L-14).

Die Öllänge als Ordnungsgröße

Die Öllänge ist der Massenanteil des eingesetzten Öls am Harzfestkörper. Bei über Fettsäuren formulierten Alkyden ist die Fettsäuremenge davon zu unterscheiden — beide Bezugsgrößen dürfen nicht vermischt werden. Sie ordnet die Alkyde in Klassen (Richtwerte):

• Kurzölalkyd — unter 40 % Öl
• Mittelölalkyd — 40 bis 60 % Öl
• Langölalkyd — über 60 % Öl
• sehr langöliger Alkyd — etwa 70 bis 85 % Öl

Was die Öllänge bestimmt

Je höher die Öllänge, desto mehr Öl (Fettsäure) steckt im Harz — bei einem trocknenden Öl also auch mehr trocknende Fettsäure. Ein solcher langöliger Alkyd trocknet oxidativ bei Raumtemperatur, ist weicher und flexibler, verläuft und benetzt gut und löst sich schon in schwach aromatischen Lösemitteln (Testbenzin). Wichtig: Die Öllänge allein sagt noch nichts über die Trocknung — dafür zählt der Fettsäuretyp (siehe unten). Kurzölige Alkyde sind härter und schneller im physikalischen Antrocknen, brauchen aber stärker aromatische Lösemittel oder eine Einbrennhärtung und trocknen kaum von selbst.

Fettsäuretyp und Trocknung

Neben der Menge zählt die Art der Fettsäure. Nur mehrfach ungesättigte, trocknende Fettsäuren (Leinöl-Typ) lassen das Harz oxidativ härten; die Iodzahl ist ihr Maß (siehe L-14). Alkyde aus nichttrocknenden Fettsäuren (Cocosöl, unbehandeltes Ricinusöl) härten nicht von selbst — sie dienen als weichmachende, nicht vergilbende Komponente, etwa in Einbrennlacken mit Aminoharzen.

Grenzen der Alkyde

Die Esterbindungen des Alkyds sind gegen Laugen empfindlich: Im Alkalischen verseifen sie (Hydrolyse zu Seifen). Konventionelle Alkyde sind deshalb für die direkte Beschichtung von frischem, alkalischem Beton und von Zink — vor allem im Duplexsystem direkt auf verzinktem Stahl — problematisch: Neben der Verseifung spielen ungünstige Oberflächenchemie, Zinksalze bzw. Korrosionsprodukte auf der Zinkoberfläche sowie mangelhafte Haftung eine Rolle (Ablösen, Blasen). Deshalb sind geeignete Grundierungen bzw. spezielle Systeme erforderlich, nicht der direkte Alkyd-Auftrag. Weitere Grenzen: Sie vergilben (besonders langölig und im Dunkeln), härten oxidativ nur langsam durch und verspröden mit der Zeit durch fortschreitende Oxidation; Wetter-, Chemikalien- und Kratzbeständigkeit erreichen nicht das Niveau moderner Bindemittel. Im Automobilbau werden sie deshalb nicht eingesetzt — dort verlangen die Einbrennsysteme die Beständigkeit gesättigter Polyester und Acrylate mit Aminoharz- oder Isocyanat-Vernetzung (siehe L-20).

Reaktionsgleichung: Veresterung (Polykondensation)

Grundreaktion — Ester unter Wasserabspaltung:
–COOH + HO–R– → –COO–R– + H₂O

Alkyd = mehrwertiger Alkohol (z. B. Glycerin) + mehrbasige Säure bzw. Säureanhydrid
(z. B. Phthalsäureanhydrid) + Fettsäure, unter Wasserabspaltung verestert.

Beim Säureanhydrid — hier der fünfgliedrige zyklische Anhydridring des
Phthalsäureanhydrids — öffnet ein Alkohol diesen Ring direkt:
Anhydridring + HO–R → –COO–R (neue Esterbindung) + –COOH (freie Säuregruppe)
Dabei wird kein Wasser abgespalten: Der Estersauerstoff stammt aus dem
Alkohol; der Ringsauerstoff wird zusammen mit dem Wasserstoff des Alkohols
zur OH-Gruppe der neu entstehenden freien Carboxylgruppe. Die entstandene freie Carboxylgruppe reagiert danach wie
jede gewöhnliche Säure weiter — bei diesem und allen folgenden Schritten
unter Wasserabspaltung (Grundreaktion oben).

Merksatz