Wasserverdünnbare, oxidativ härtende Alkydharze

Das Grundproblem

Ein normales Alkydharz (siehe L-16) ist unpolar und nicht wasserlöslich. Um es wasserverdünnbar zu machen, braucht man freie Carboxylgruppen (–COOH) im Molekül, die mit einem Amin neutralisiert werden können. Der häufigste Weg: nachträgliche Reaktion mit Maleinsäureanhydrid (MAH).

Maleinsäureanhydrid (C₄H₂O₃) hat die Struktur –CO–CH=CH–CO–, wobei beide C=O-Gruppen über ein gemeinsames Sauerstoffatom zu einem 5-gliedrigen Anhydridring geschlossen sind. Dieses Molekül hat eine eigene C=C-Doppelbindung — damit reagiert es mit einer Doppelbindung in der Fettsäurekette des Alkydharzes und hängt sich dort an. Beim anschließenden Kontakt mit Wasser öffnet sich der Anhydridring: aus einem Ring entstehen zwei freie –COOH-Gruppen. Schritt für Schritt: Fettsäure–CH=CH– + MAH → Addukt (Anhydridring noch geschlossen) → + H₂O → –COOH + –COOH → + Amin → –COO⁻ · H⁺Amin (wasserlösliches Salz).

MAH ist nicht die einzige Möglichkeit: Trimellithsäureanhydrid (TMA, C₉H₄O₅) wird direkt in der Synthese eingebaut und liefert von Haus aus eine freie COOH-Gruppe pro TMA-Einheit — typisch für Einbrenn-Alkydharze. Acrylsäure-Pfropfung setzt COOH radikalisch auf die Kette. Und PEG-Segmente (Polyethylenglykol-Einheiten) im Rückgrat machen das Harz ohne Neutralisation selbstemulgierend — kein Amin nötig, aber PEG bleibt im Film und mindert die Wasserfestigkeit.

Neutralisation wie gewohnt

Die entstandenen Carboxylgruppen werden wie bei anderen wässrigen Bindemitteln mit einem Amin neutralisiert (siehe L-75); die nötige Aminmenge folgt aus der Säurezahl: m(Amin) = M(Amin) · SZ · m(Harz) / 56 100 (SZ in mg KOH/g). Wichtiger Unterschied: Die Löslichkeit hängt zusätzlich von der Verteilung der Carboxylgruppen im Molekül ab — gleichmäßig verteilte Gruppen lösen sich besser als geballte. Der Hersteller stimmt Reaktionsführung und Molmasse darauf ab.

Die oxidative Trocknung bleibt

Trotz der Modifizierung härtet das Harz weiterhin oxidativ über die verbleibenden Doppelbindungen seiner Fettsäuren (siehe L-14). Sikkative bleiben also notwendig; sie werden meist als wasserlösliche oder emulgierte Salze zugegeben, da die üblichen Sikkativlösungen selbst unpolar sind.

Colösemittel und Verarbeitung

Butylglykol (2-Butoxyethanol, C₆H₁₄O₂) hat die Struktur CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–O–CH₂–CH₂–OH: ein unpolares Butylende (löst das Harzmolekül) und eine polare OH-Gruppe (vollständig mit Wasser mischbar). Es wirkt als Brücke — ohne Butylglykol würde das Harz beim Verdünnen mit Wasser ausfallen; mit Butylglykol bleibt die Lösung klar und stabil. Siedepunkt 171 °C: Butylglykol verdunstet langsam und verbessert den Verlauf des Films. Wasserverdünnbare Alkydharze sind meist ein Kompromiss: etwas geringere Beständigkeit als lösemittelhaltige Alkydharze, dafür deutlich weniger Lösemittelemission (siehe L-168).

Anwendung

Eingesetzt werden sie für Bautenlacke, Heimwerkerlacke und emissionsarme Industrielacke — überall dort, wo die einfache Verarbeitung und oxidative Trocknung eines Alkydharzes gefragt sind, aber Lösemittel vermieden werden sollen. Sie ersetzen dort zunehmend rein lösemittelhaltige Alkydharzsysteme.

Merksatz