Selbstvernetzende Einbrennlacke

Was Selbstvernetzung bedeutet

Bei der Fremdvernetzung liefert ein eigener Vernetzer die reaktiven Gruppen — etwa ein Aminoharz (siehe L-31). Ein selbstvernetzendes Bindemittel trägt dagegen die reaktiven Gruppen selbst und vernetzt beim Einbrennen mit sich, ohne zweite Komponente. Selbstvernetzung beschreibt also die Herkunft der Reaktivgruppen (keine getrennte Vernetzerkomponente), nicht eine einzige bestimmte Reaktion. Verarbeitet werden solche selbstvernetzenden Bindemittel je nach Harztyp meist in Xylol, Butanol oder Butylglykol — vollständig lösemittelfrei sind sie in der Regel nicht.

Selbstvernetzende Acrylatharze

Sie entstehen als Copolymere aus Acryl- und Methacrylestern mit reaktiven Comonomeren, zum Beispiel methyloliertem Acrylamid. Solche Filme sind hart und chemikalienbeständig; die Reaktivität steckt fest im Copolymer. Wichtig ist, zwei Schritte zu unterscheiden: Der Harzhersteller baut das Grundpolymer per radikalischer Copolymerisation auf — das ist Herstellungschemie des Harzes, nicht die Vernetzung im Lack. Beim Einbrennen des fertigen Lacks reagieren dann die Methylolgruppen der Ketten miteinander (Kondensation) — anders als bei den strahlungshärtenden Acrylaten (radikalische Vernetzung über C=C-Doppelbindungen, siehe L-24) ist die Vernetzung hier also eine thermische Kondensation, keine radikalische.

Reaktionsgleichung: Methylolacrylamid-Vernetzung

Grundbausteine der Copolymerisation:
Acrylat: CH2=CH–COOR   Methacrylat: CH2=C(CH3)–COOR

Reaktives Comonomer (N-Methylolacrylamid):
CH2=CH–CO–NH–CH2OH

Die C=C-Doppelbindung wird bei der radikalischen Copolymerisation verbraucht; die Methylolgruppe –CH2OH bleibt als reaktive Seitengruppe im fertigen Polymer erhalten.

Vernetzung beim Einbrennen (Kondensation, vgl. Aminoharz L-31):
Polymer–CH2OH + HOCH2–Polymer → Polymer–CH2–O–CH2–Polymer + H2O

Selbstvernetzende Polyester

Auch gesättigte Polyester lassen sich mit eingebauten reaktiven Gruppen selbstvernetzend gestalten — meist über einen gezielten Überschuss an freien OH- und COOH-Gruppen im selben Harz, die beim Einbrennen bei hohen Temperaturen (grobe Richtgröße etwa 200–230 °C ohne Katalysator, mit geeignetem Veresterungskatalysator niedriger) direkt miteinander verestern und dabei Wasser abspalten — chemisch dieselbe Veresterungsreaktion wie beim Harzaufbau selbst, nur jetzt zwischen bereits fertigen Kettenenden. Sie quervernetzen beim Einbrennen zu zähen, temperaturbeständigen Filmen und werden in verschiedenen spezialisierten Einbrennsystemen eingesetzt — typisch, aber nicht ausschließlich in Draht- und Elektroisolierlacken.

Vorteil und Grenze

Der Vorteil: keine zweite Komponente, kein Mischen, einfache und lagerstabile Handhabung. Die Grenze: Härte und Flexibilität lassen sich nicht mehr über das Mischungsverhältnis einstellen — sie stecken bereits im Harz und werden bei dessen Aufbau festgelegt. Ein weiterer Grund, warum man 1K-Selbstvernetzung nicht grundsätzlich bevorzugt: Anders als 2K-PUR (siehe L-25), das auch bei Raumtemperatur härtet, braucht ein selbstvernetzendes Einbrennsystem wie die übrigen Einbrennlacke immer den Ofen (siehe L-30) — für hitzeempfindliche Werkstücke, Vor-Ort-Arbeiten oder Reparaturlackierung fällt es damit aus, ganz unabhängig vom Eigenschaftsprofil.

Anwendung

Typisch sind Drahtlacke, Coil-Coating und Elektroisolierlacke — überall dort, wo ein robustes, einfach handhabbares Einbrennsystem gefragt ist und die Filmeigenschaften nicht laufend variiert werden müssen. Auch in der Serienlackierung sind sie wegen der einfachen Handhabung beliebt.

Merksatz