Rechenbeispiel: Härtermenge im 2K-PUR-Lack

Schritt für Schritt von der OH-Zahl zur Härtereinwaage

Prüfungsteil 1A 7.2 · A 10

KernaussageDie Härtermenge eines 2K-PUR-Lacks folgt in drei Schritten aus OH-Zahl, NCO-Gehalt und Kennzahl — hier vollständig vorgerechnet.

Die Aufgabe

Ein hydroxylhaltiges Bindemittel mit der OH-Zahl 112 mg KOH/g liegt mit 500 g Festkörper vor und soll mit einem Polyisocyanat (NCO-Gehalt 22 %) bei der Kennzahl 1,0 vernetzt werden. Gesucht ist die nötige Härtereinwaage. Genau dieses Schema trägt jede 2K-PUR-Berechnung (siehe L-27) — wir gehen es Schritt für Schritt durch.

Schritt 1 — OH-Äquivalente

n(OH) = m · OH-Zahl / 56100 = 500 · 112 / 56100 = 0,9982 mol   (m = Einwaage in g; 56100 = Masse KOH in mg je mol)

Schritt 2 — NCO-Äquivalentmasse

NCO-Äquivalentmasse = M(NCO) / (NCO-Gehalt/100) = 42,02 / 0,22 = 191,0 g/Äq.   (M(NCO) = 42,02 g/mol)

Schritt 3 — Härtermenge und Ansatz

m(Härter) = n(OH) · NCO-Äquivalentmasse · Kennzahl = 0,9982 · 191,0 · 1,0 = 190,7 g
   →   Gesamtansatz = 500 + 190,7 = 690,7 g   (Kennzahl = NCO:OH-Verhältnis)

Kennzahl und häufige Fehler

Die Kennzahl ist das Verhältnis von NCO- zu OH-Gruppen. Bei 1,0 stehen genau gleich viele Isocyanat- wie Hydroxylgruppen zur Verfügung. Wird zu wenig Härter zugegeben (Kennzahl deutlich unter 1,0), bleiben OH-Gruppen unvernetzt: Die Netzwerkdichte sinkt, der Film bleibt weicher und klebriger, Chemikalien-, Lösemittel- und Kratzbeständigkeit fallen ab. In der Praxis wählt man oft 1,03 bis 1,05, um Nebenreaktionen des Isocyanats — vor allem mit Luftfeuchte — auszugleichen. Die Härtermenge ist der Kennzahl direkt proportional: Kennzahl 1,05 statt 1,00 bedeutet genau 5 % mehr Härter, im Beispiel also 200,2 g statt 190,7 g. Der häufigste Fehler ist, die OH-Zahl mit der falschen Bezugsmasse zu rechnen oder die NCO-Äquivalentmasse mit dem NCO-Gehalt selbst zu verwechseln.

Merksatz

Immer drei Schritte: OH-Äquivalente = Masse · OH-Zahl / 56100, NCO-Äquivalentmasse = 42,02 / (NCO%/100), dann Härter = OH-Äquivalente · NCO-Äquivalentmasse · Kennzahl.

Rechenbeispiel2K-PURHärtermengeOH-ZahlNCO-GehaltÄquivalentmasseKennzahlStöchiometrie56100Ansatz

Quellen

Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
Müller/Poth, Lackformulierung und Lackrezeptur

Übungsblatt Ü-58

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis8 Punkte

1. Erklären Sie, warum man die Kennzahl in der Praxis oft leicht über 1,0 wählt.

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BedeutungDie Kennzahl ist das Verhältnis von NCO- zu OH-Gruppen; 1,0 heißt genau stöchiometrisch.

Warum ÜberschussEin Teil des Isocyanats reagiert in Nebenreaktionen, vor allem mit Luftfeuchte, statt mit den OH-Gruppen.

FolgeEin kleiner NCO-Überschuss (Kennzahl 1,03 bis 1,05) sichert die vollständige Vernetzung der OH-Gruppen.

Warum das eine Eins verdientDie Antwort begründet den Überschuss über die Konkurrenzreaktion des Isocyanats mit Wasser.

Berechnung12 Punkte

2. Ein OH-Bindemittel (OH-Zahl 90 mg KOH/g) wird mit 300 g Festkörper vorgelegt und mit einem Polyisocyanat (NCO-Gehalt 24 %) bei der Kennzahl 1,0 vernetzt. Berechnen Sie die Härtermenge und den Gesamtansatz.

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OH-Äquivalenten(OH) = 300 · 90 / 56100 = 0,4813 mol

NCO-Äquivalentmasse42,02 / 0,24 = 175,1 g/Äq.

Härtermengem(Härter) = 0,4813 · 175,1 · 1,0 = 84,3 g

Gesamtansatz300 + 84,3 = 384,3 g

Warum das eine Eins verdientDer Dreischritt wird sauber durchgezogen; das Ergebnis von rund 84 g Härter passt zur niedrigeren OH-Zahl und dem höheren NCO-Gehalt gegenüber dem Musterbeispiel.

Anwendung6 Punkte

3. Ein 2K-PUR-Ansatz wird versehentlich mit deutlich zu wenig Härter gemischt (Kennzahl etwa 0,8). Welche Folge hat das für den Film?

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Unvollständige VernetzungEs fehlen NCO-Gruppen, viele OH-Gruppen bleiben unvernetzt.

FilmfolgeDer Film bleibt weicher und klebriger, die Netzwerkdichte ist zu gering.

BeständigkeitChemikalien-, Kratz- und Lösemittelbeständigkeit fallen deutlich schlechter aus.

Warum das eine Eins verdientDie Antwort führt die Unterhärtung auf die fehlenden NCO-Gruppen zurück und leitet die schlechteren Filmeigenschaften korrekt ab.

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