Eine Rezeptur entwickeln — Beispiel Korrosionsschutz-Grundierung

Der Anwendungsfall

Wir formulieren die Erstbeschichtung von Stahl-Brückensegmenten, im Werk auf gestrahlten Stahl (Reinheitsgrad Sa 2½) aufgebracht. Die Beanspruchung ist hoch: dauerhaft im Freien, hohe Korrosivität (Kategorie C4 bis C5 nach DIN EN ISO 12944, siehe L-99), gefordert ist eine lange Schutzdauer. Die Grundierung ist die erste Lage: Sie muss auf dem Stahl haften, aktiv vor Korrosion schützen und die Basis für Zwischen- und Deckbeschichtung bilden. Appliziert wird meist im Airless-Spritzverfahren.

Praxishinweis — Kundenvorgaben und Lieferspezifikationen: In vielen industriellen Anwendungen ist der Ausgangspunkt keine leere Anforderungsliste, sondern ein Pflichtenheft oder eine verbindliche Technische Lieferbedingung des Auftraggebers. Für Ingenieurbauwerke im Bundesfernstraßenbau schreibt die ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 3 „Korrosionsschutz von Stahlbauten“ zusammen mit den TL/TP-KOR-Stahlbauten zugelassene Beschichtungssysteme und Prüfverfahren vor; das frühere ZTV-KOR-Stahlbauten ist darin aufgegangen. Die Deutsche Bahn regelt Beschichtungsstoffe über DB-Standards mit Bahnfreigabe durch die DB Systemtechnik — für den Korrosionsschutz ihrer Stahlbrücken über die Richtlinie 804 und, für die Schottertrog- und Deckbrückenbeschichtung, über den DBS 918 084 (früher „Blatt 84“ der TL/TP-KOR-Stahlbauten); die Beschichtungsstoffe für Schienenfahrzeuge regelt der DBS 918 300. Beide sind Beschichtungsstoff-Standards, kein allgemeines Regelwerk für den gesamten Stahlbau der DB. Solche Spezifikationen bestimmen von vornherein, welche Rohstoffklassen, Prüfnormen und Qualifikationsnachweise gefordert sind — der Formulierungsspielraum ist damit bereits zu Beginn erheblich eingeschränkt, und die Systemzulassung durch Baumusterprüfung ist in der Regel Voraussetzung für den Einsatz.

Schritt 1: Anforderungen ableiten

Aus dem Fall ergibt sich eine konkrete Anforderungsliste: sehr gute Haftung auf gestrahltem Stahl; aktiver und Barriere-Korrosionsschutz; Wasser- und Chemikalienbeständigkeit; ausreichende, standfeste Schichtdicke; Verträglichkeit mit den Folgeschichten; Verarbeitbarkeit per Airless. Diese Liste steuert jede weitere Entscheidung — man formuliert gegen Anforderungen, nicht gegen den Katalog.

Schritt 2: Das Bindemittel

Für schweren Korrosionsschutz auf Stahl ist 2K-Epoxid die erste Wahl (siehe L-28, L-29): exzellente Haftung, dichte Barriere, wasser- und chemikalienbeständig. Ein Alkyd ist für diese hoch beanspruchte Anwendung meist weniger geeignet — Alkydharze können unter dauerhafter Feuchtebelastung hydrolytisch verseifen, wie beständig sie tatsächlich sind, hängt aber von Alkydtyp, Vernetzung und Einsatzbedingungen ab (siehe L-16); auch ein 1K-System ist hier meist ungeeignet, da es die für diese Schutzdauer geforderte Vernetzungsdichte und Beständigkeit in der Regel nicht erreicht. Als Härter passt ein Polyaminoamid: gute Haftung und feuchtigkeitstolerant.

Schritt 3: Pigmente und Füllstoffe

Hier greifen die Rollen ineinander. Aktiven Korrosionsschutz liefert Zinkphosphat (passiviert, vergleichsweise umweltverträglich, siehe L-41) — für stärkeren Schutz kombiniert mit Zinkoxid (puffert Säuren und kann in fettsäurehaltigen Systemen Zinkseifen bilden) und einem organischen Inhibitor (Synergie), denn Zinkphosphat allein wirkt nur mäßig. Farbe und Deckung bringt Eisenoxidrot, die klassische, günstige und lichtechte Grundierungsfarbe. Die Barriere kommt aus dem dichten Bindemittelfilm und aus lamellaren Füllstoffen: Talkum (plättchenförmig, verlängert den Diffusionsweg) und Baryt (Dichte, Chemikalienbeständigkeit); sie stellen zugleich Volumen, Standfestigkeit und Schleifbarkeit ein. Das klassische Barriere-Pigment Eisenglimmer (MIO) bleibt hier außen vor — seine eigentliche Heimat ist die Zwischenbeschichtung (siehe L-41).

Schritt 4: Additive

Additive lösen gezielt einzelne Probleme: Netz- und Dispergiermittel bringen Pigmente und Füllstoffe sauber in die Dispersion (siehe L-52); ein Rheologieadditiv (organophiles Bentonit oder pyrogene Kieselsäure) gibt Ablauf- und Absetzschutz bei dicker Schicht (siehe L-49, L-46); ein Entschäumer verhindert Blasen beim Dispergieren und Spritzen (siehe L-47). Lichtschutzmittel braucht die Grundierung kaum — sie liegt geschützt unter der Deckschicht.

Schritt 5: Die Proportionen

Die Mengenverhältnisse folgen systematisch aus den technischen Anforderungen. Die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) wird gezielt unterhalb der kritischen PVK eingestellt (siehe L-55): Ein dichter, bindemittelreicher Film ohne Luftporen ist die Voraussetzung für wirksamen Barriere-Korrosionsschutz — das Gegenteil der überkritisch pigmentierten, matten Wandfarbe. Das aktive Korrosionsschutzpigment wird in wirksamer Menge dosiert, ohne die Filmintegrität zu beeinträchtigen. Der Härter wird stöchiometrisch berechnet: Grundlage sind die Epoxid- und Amin-Äquivalente, nicht die Grammzahlen — es werden die Molmengen der reaktiven Gruppen aufeinander abgestimmt (Epoxidgruppen gegen aktive N-H-Gruppen, siehe L-28, L-29). Das Lösemittel stellt die für das Airless-Spritzverfahren erforderliche Applikationsviskosität ein (Auslaufbecher, siehe L-178). Die finalen Zahlenwerte werden im Laborversuch unter kontrollierten Bedingungen ermittelt und geprüft.

Beispielhafte Zusammensetzung (Orientierung)

Keine geprüfte oder herstellergebundene Rezeptur, sondern typische Größenordnungen zum Verständnis der Proportionen (Massenanteile am Gesamtsystem aus Stammlack und Härter): Epoxidharz rund 30 bis 38 %, Polyaminoamid-Härter 8 bis 12 % (stöchiometrisch nach Äquivalent), Zinkphosphat 8 bis 12 %, Zinkoxid 2 bis 4 % (Synergie), Eisenoxidrot 3 bis 5 %, Talkum und Baryt zusammen 14 bis 24 %, Lösemittel 12 bis 20 %, Additive 1 bis 3 % (ein organischer Korrosionsinhibitor steigert die Schutzwirkung zusätzlich). So liegt die PVK unter der KPVK (siehe L-55). Die genauen Werte werden im Labor über Prüfung eingestellt; belastbare Richtrezepturen veröffentlichen die Rohstoff-Hersteller (Bindemittel-, Pigment- und Additivlieferanten).

Schritt 6: Prüfen und absichern

Vom Kalkulationsrezept über das Labormuster zur Prüfung (siehe L-56): Haftung (Gitterschnitt, Abreißversuch), Salzsprühnebel (DIN EN ISO 9227), Schichtdicke — und das Ganze im kompletten System nach DIN EN ISO 12944-6 qualifiziert. Erst dann wird aus dem Labormuster ein Fertigungsrezept. Sicherheit: Der Aminhärter ist sensibilisierend (siehe L-29), dazu Lösemittel und Strahlstaub — Schutzausrüstung und Absaugung sind Pflicht.

Merksatz