Epoxidharzester

Was ein Epoxidharzester ist

Ein Epoxidharzester entsteht, wenn ein Epoxidharz vom Bisphenol-A-Typ mit ungesättigten Fettsäuren verestert wird. Die Fettsäuren setzen sich an die reaktiven Gruppen des Epoxidharzes; das Ergebnis ist ein Epoxid-Gerüst mit trocknenden Fettsäure-Seitenketten. Als Fettsäuren dienen trocknende Öle wie Leinöl- oder Sojaölfettsäure; ihr Anteil steuert — ähnlich der Öllänge beim Alkyd — Trocknung und Härte. Zur stoffrechtlichen Einordnung von Bisphenol A siehe L-28. Verarbeitet wird meist in Testbenzin, oft im Gemisch mit etwas Xylol — das polarere Epoxidgerüst braucht dafür in der Regel einen höheren aromatischen Anteil als ein vergleichbares Alkyd (siehe L-16).

Wie er härtet

Wie beim Alkyd härtet der Epoxidharzester oxidativ über die Doppelbindungen seiner Fettsäuren (siehe L-14, L-16). Die Trocknung wird mit Sikkativen beschleunigt, überwiegend mit Cobaltsikkativen. Cobalt wirkt vor allem an der Oberfläche und sorgt für rasches Antrocknen. Cobaltsikkative stehen allerdings unter erheblichem Regulierungsdruck: Cobalt(II)-2-ethylhexanoat ist harmonisiert als reproduktionstoxisch Kategorie 1B eingestuft (H360D, über den Gruppeneintrag der 2-Ethylhexansäure-Salze); ein Vorschlag auf zusätzliche Einstufung als krebserzeugend ist noch nicht entschieden (siehe L-14). Deshalb werden zunehmend cobaltfreie Trockenstoffe (z. B. auf Eisen- oder Manganbasis) eingesetzt.

Was das Epoxid-Gerüst bringt

Gegenüber dem Alkyd bringt das Epoxidgerüst deutlich bessere Haftung — vor allem auf Metall — und höhere Chemikalienbeständigkeit. Der Grund: Das Epoxidgerüst trägt viele sekundäre OH-Gruppen und polare Bisphenol-A-Segmente, die feste Bindungen (Wasserstoffbrücken) zur Metalloberfläche bilden. Die höhere Beständigkeit gegenüber vielen Alkyden beruht auf diesem Epoxid-Grundgerüst; der Epoxidharzester ist aber nicht pauschal „unverseifbar“ — er enthält weiterhin Esterbindungen, die unter alkalisch-feuchter Belastung angegriffen werden können. Nachteilig sind die stärkere Vergilbung und Kreidung; für hochwertige, glänzende Außendecklacke ist der Epoxidharzester daher nicht geeignet.

Anwendung

Epoxidharzester dienen vor allem in Korrosionsschutzgrundierungen und Industrielacken. Besonders wichtig sind sie als Bindemittel für einkomponentige Zinkstaub-Grundierungen (siehe L-101), wo gute Haftung und Chemikalienbeständigkeit gefragt sind; dort werden Epoxidharzester und epoxidmodifizierte Alkydharze nebeneinander eingesetzt. Auch als schnell trocknende Industrie- und Bautengrundierung sind sie verbreitet.

Anwendungsbeispiel: Stahlgeländer im Außenbereich

Ein Metallbaubetrieb lackiert ein neues Stahlgeländer, das draußen steht und regelmäßig mit Regenwasser und gelegentlich mit Streusalzspritzwasser in Kontakt kommt. Gefragt sind rasche Durchtrocknung (das Geländer soll am selben Tag transportfähig sein) und guter Korrosionsschutz auf blankem, gestrahltem Stahl.

Gewählt wird ein zweischichtiger Aufbau: Als Grundierung ein Epoxidharzester-Korrosionsschutzlack, oft zusätzlich mit Zinkstaub oder Zinkphosphat pigmentiert. Er haftet über die polaren Bisphenol-A-Segmente sehr gut auf dem blanken Stahl, trocknet — wie ein Alkyd — oxidativ an der Luft ohne Einbrennofen, und ist in wenigen Stunden ausreichend durchgetrocknet für die nächste Schicht. Als Decklack folgt darauf ein UV- und witterungsstabileres Bindemittel — bei diesem lufttrocknenden Aufbau sinnvollerweise ein 1K-Alkyd- oder 1K-Acryllack. Der Epoxidharzester selbst würde als alleinige Außendecklackschicht zu stark vergilben und kreiden.

Die Rollenverteilung ist typisch für Epoxidharzester: Sie übernehmen die Haftung und den Korrosionsschutz im Untergrund, ein anderes Bindemittel die dauerhafte, UV-stabile Optik an der Oberfläche.

Warum nicht einfach 2K-PUR darüber?

Naheliegend wäre, gleich einen 2K-PUR-Decklack aufzubringen — er ist beständiger als jeder 1K-Lack. Auf einer oxidativ trocknenden 1K-Grundierung ist das aber der falsche Aufbau, aus zwei Gründen.

Erstens ist die Grundierung nach ein paar Stunden griffest, aber lange nicht durchgehärtet: Die oxidative Vernetzung läuft über Tage und Wochen weiter und der Film schwindet dabei. Ein harter, spröder 2K-Film darüber macht diese Bewegung nicht mit — es drohen Spannungen, Haftungsverlust und Risse. Zweitens greifen die kräftigen Lösemittel des 2K-Lacks den noch nicht durchgetrockneten Untergrund an: Er quillt an, und die frische Schicht runzelt.

Die Regel dazu ist einfach: Die härtere, beständigere Schicht gehört nicht auf die weichere, noch reagierende. Wer 2K-Beständigkeit will, grundiert auch 2K — mit einer 2K-EP- oder 2K-PUR-Grundierung. Bleibt es bei der 1K-Grundierung, bleibt auch der Decklack 1K. Kommt ein 2K-Decklack doch auf eine 1K-Grundierung, dann nur nach vollständiger Durchtrocknung, innerhalb des vom Hersteller angegebenen Überlackierfensters — und mit vorherigem Musteraufbau samt Gitterschnitt.

Auf dem gleichen Grund steht übrigens die Faustregel, dass der Verarbeiter Systeme verschiedener Hersteller nicht mischen, sondern im System eines Herstellers bleiben soll: Das Überlackierfenster ist eine Produkteigenschaft, keine allgemeine Stoffkonstante.

Einordnung gegen das Alkyd

Beide trocknen oxidativ über Fettsäuren, unterscheiden sich aber im Gerüst: Der Alkyd hat ein Polyester-Gerüst (siehe L-16), der Epoxidharzester ein Epoxid-Gerüst. Die Fettsäure liefert bei beiden die Lufttrocknung, das Gerüst den Charakter.

Chemie kompakt

Epoxidgruppe am Kettenende (Oxiranring — Dreiring aus zwei C-Atomen und einem O):
  ~~~CH₂–CH(–O–)CH₂   (Ring zwischen den beiden C und dem O)

Ringöffnung durch die Fettsäure:
  ~~~CH₂–CH(–O–)CH₂ + HOOC–R  →  ~~~CH₂–CH(OH)–CH₂–O–CO–R

Die Carbonsäure greift am weniger gehinderten, endständigen C-Atom des
gespannten Dreirings an. Dort entsteht die neue Esterbindung (–O–CO–R);
am Nachbar-C-Atom bleibt der frei werdende Ringsauerstoff als sekundäre
OH-Gruppe zurück — daher „β-Hydroxyester“: die OH-Gruppe sitzt eine
Position (β) neben der neuen Esterbindung.

Oxidative Trocknung (über die Fettsäurereste, wie beim Alkyd):
  C=C + O₂ → Hydroperoxide → Radikale → Vernetzung

Merksatz