Ausschwimmen und kontrollierte Flockulation

Wie es entsteht

Lacke enthalten in der Regel mehr als eine Pigmentsorte. Entmischen können sie sich, weil die einzelnen Pigmente im frisch applizierten, noch fließfähigen Film unterschiedlich beweglich sind. Wie beweglich ein Pigment ist, entscheidet nicht die Dichte allein: Teilchengröße, Oberflächenchemie und vor allem der Stabilisierungsgrad wirken mit. Ein schlechter stabilisiertes Pigment flockt leichter und wandert dann anders als ein gut stabilisiertes. Während Verdunstung und Fließvorgänge den Film durchziehen, entstehen so örtliche Konzentrationsunterschiede — und die bleiben nach dem Trocknen erhalten.

Zwei Erscheinungsformen

• Floating — fleckiges oder streifiges Ausschwimmen: In der Lackoberfläche selbst treten örtliche Konzentrationsunterschiede auf. Das äußert sich häufig als Bénard'sche Zellen oder als Streifen. Die Oberfläche hat keinen einheitlichen Farbton.
• Flooding — Aufschwimmen über die Filmdicke: In der Oberfläche selbst bestehen keine Unterschiede, wohl aber senkrecht dazu. Der Film zeigt einen einheitlichen Farbton — der Schaden wird erst sichtbar, wenn man den Rub-out-Test durchführt oder eine beschichtete Glasplatte von beiden Seiten betrachtet.

Die Zusätze „vertikal“ und „horizontal“ werden in der Literatur für beide Fehler unterschiedlich verwendet und deshalb hier nicht benutzt. Maßgeblich ist, was man sieht und was der Rub-out-Test zeigt.

Bénard'sche Zellen

Bénard'sche Zellen entstehen im noch flüssigen Film durch Konvektionsströmungen: Verdunstendes Lösemittel kühlt die Oberfläche örtlich ab und reichert dort die nichtflüchtigen Bestandteile an — beides erhöht die Oberflächenspannung an dieser Stelle. Die entstehenden Spannungsunterschiede setzen Flüssigkeit in Bewegung (Marangoni-Strömung): Stoff fließt von der Stelle geringerer Oberflächenspannung zu der mit höherer. Diese Strömung ordnet sich zu regelmäßigen, wabenförmigen Konvektionszellen. Pigmente werden mitgerissen und häufen sich an den Zellgrenzen oder in den Zellzentren an — das sichtbare, fleckige Muster im Trockenfilm ist der Abdruck dieser Strömungsstruktur.

Der Rub-out-Test

Beim Rub-out-Test reibt man eine Stelle des noch feuchten Films mit dem Finger auf. Zeigt sich dort ein anderer Farbton als daneben, ist die Pigmentverteilung gestört. Im Mehrpigmentsystem kann das zwei Ursachen haben: Flooding — das Reiben mischt die in der Tiefe angereicherten Pigmente wieder ein — oder Flockulation eines Pigments — das Reiben zerteilt die Flockulate (siehe L-53). Im Einpigmentsystem kommt nur Flockulation infrage. Welche Ursache vorliegt, zeigt erst die weitere Prüfung (Mikroskopie, Einzelpasten getrennt aufziehen). Trotz moderner Analysetechnik ist dieser einfache manuelle Test bis heute das übliche Verfahren in der Praxis — schnell, empfindlich und ohne Gerät.

Die Gegenmaßnahme

Kontrollierte Flockulation — genauer kontrollierte Coflockulation — kann beide Typen in geeigneten Pigmentsystemen verhindern oder verringern; Wirkung und Ausmaß hängen von Pigmenten, Dispergiermitteln und Formulierung ab. Dabei werden die unterschiedlich beweglichen Pigmente durch schwache Nebenvalenzbindungen locker miteinander verbunden, sodass sie sich nicht mehr getrennt bewegen können. Erreicht wird das durch spezielle Dispergiermittel, die eine gewollte, aber reversible Überbrückungsflockulation bewirken.

Das Besondere an diesen Additiven liegt in ihrer Polymerarchitektur: Während ein Standarddispergiermittel darauf ausgelegt ist, starke Abstoßung zwischen den Teilchen aufzubauen (vollständige sterische Abschirmung), sind diese speziellen Typen bewusst so konstruiert, dass eine Polymerkette schwache, reversible Brücken zwischen zwei Pigmentteilchen bilden kann — gezielt, aber nicht zu fest. Oft handelt es sich um Salze ungesättigter Polyaminamide mit sauren Polyestern oder um niedermolekulare Polycarbonsäure-Polymere mit mehreren Ankergruppen. Das entstehende dreidimensionale Netzwerk bricht unter Scherkraft beim Applizieren auf und baut sich in Ruhe wieder auf.

Vorteile der kontrollierten Flockulation

• Keine Entmischung unterschiedlich beweglicher Pigmente — damit kein oder wenig Aus- und Aufschwimmen und keine oder wenige Bénard'sche Zellen und Streifen.
• Rheologische Wirkung: Das nicht-newtonsche Fließverhalten wird verstärkt, es entsteht ein reversibles dreidimensionales Netzwerk. Ergebnis sind bessere Applikationseigenschaften, etwa eine verringerte Ablaufneigung.
• Geringeres Absetzen im Gebinde.
• Kein direkter Pigment-Pigment-Kontakt in den Flockulaten. Der Bodensatz bleibt weich und lässt sich in der Regel schon durch Rühren wieder aufrühren.

Nicht zuerst am Additiv drehen

Flooding und Floating entstehen oft erst beim Zusammenmischen: Eine Pigmentpaste, die für sich stabil ist, kann im Basislack unverträglich sein, weil dort ein anderes Dispergiermittel oder ein anderes Bindemittel vorliegt. Die Fehlersuche beginnt deshalb nicht mit „mehr Dispergiermittel“, sondern der Reihe nach: Pigment und Mahlpaste prüfen, dann die Verträglichkeit von Paste und Basislack, dann das Mischungsverhältnis, dann Applikation und Schichtdicke standardisieren — und erst danach Dosierreihen fahren und jeweils den Rub-out beurteilen. Eine höhere Viskosität bremst die Pigmentwanderung zwar ebenfalls, löst aber kein Verträglichkeitsproblem und verschlechtert leicht den Verlauf.

Abgrenzung