Überlackierbarkeit und Ausbluten

Das Problem Ausbluten

Manche Farbmittel sind im Lösemittel des Decklacks leicht löslich. Beim Überlackieren wandern sie aus dem Untergrund in den frisch aufgebrachten Decklack und verfärben ihn. Diesen Vorgang nennt man Ausbluten (englisch bleeding). Sichtbar wird er als Verfärbung oder Fleckenbildung im Decklack. Betroffen sind nicht nur lösliche Pigmentanteile: Ebenso können Farbstoffe, Hilfsstoffe oder lösliche Bestandteile aus Altbeschichtungen migrieren — deshalb spricht man fachlich allgemeiner von der Migration eines löslichen Farbmittels bzw. Bestandteils aus der unteren Schicht.

Der klassische Fall Toluidinrot

Ein bekanntes Beispiel ist Toluidinrot (C.I. Pigment Red 3, C.I. 12120), ein Monoazo-Rotpigment: Es blutet aus einem roten Grundlack in einen weißen Decklack und färbt ihn rosa. Ob ein Decklack einen Grundlack ohne Verfärbung überdeckt, prüft man mit einem Überlackiertest: Grundlack auf eine Prüfkarte oder ein Blech auftragen und vollständig durchtrocknen lassen; eine Hälfte der Fläche mit dem weißen Decklack überlackieren, die andere als Referenz frei lassen; nach Durchtrocknung, nach 24 Stunden und nach Wärmelagerung (etwa 24 h bei 50 °C) den Farbunterschied zur Referenz beurteilen — visuell oder farbmetrisch als Farbabstand ΔE (siehe L-163). Toluidinrot ist günstig und farbstark, blutet aber leicht — ein Beispiel dafür, dass ein preiswertes Pigment lacktechnisch teuer werden kann.

Wovon es abhängt

• Vom Lösemittel des Decklacks — stärker lösende Lösemittel begünstigen das Ausbluten in der Tendenz; entscheidend sind aber die Löslichkeit des Farbmittels im Decklacksystem, die Diffusionsgeschwindigkeit, die Quellung des Untergrunds und das Zusammenspiel dieser Größen.
• Von der Temperatur — höhere Temperatur beschleunigt Diffusion sowie Löse- und Quellvorgänge meist deutlich; die konkrete Wirkung ist systemabhängig.
• Vom Farbmittel selbst — manche bluten stark, andere gar nicht.
• Vom Bindemittel — seine Löslichkeit und Quellung beeinflussen, wie mobil das Farbmittel wird.
• Vom Schichtaufbau — Grundierung, Sperrschichten und Schichtdicke bestimmen den Transportweg.
• Von der Kontaktzeit — je länger der Film nass bzw. quellfähig bleibt, desto mehr Stoff kann migrieren.

Gegenmaßnahmen

Man wählt nicht blutende, unlösliche Farbmittel; setzt eine geeignete Sperr- bzw. isolierende Zwischenschicht ein; oder nimmt einen Decklack mit schwächer lösendem Lösemittelgemisch — es kommt auf die Lösekraft an, nicht auf die Lösemittelmenge; ein wasserverdünnbarer Decklack über einem lösemittelhaltigen Grundlack löst das Problem oft ganz. Auch eine niedrigere Applikations- und Trocknungstemperatur verringert die migrierte Menge. Und man verkürzt die Kontaktzeit: Ein schneller ablüftendes Lösemittelgemisch lässt dem Farbmittel weniger Zeit zum Wandern. Gegenläufig wirkt dabei die Temperatur — sie beschleunigt zwar die Migration, verkürzt aber die Nassphase; forciert getrocknet wird deshalb nur so warm, wie es zum Verkürzen der Nassphase nötig ist, und zwei dünne Aufträge sind hier besser als ein dicker nasser. Ein dickerer, gut deckender Decklack kann die sichtbare Verfärbung zwar verringern (optische Maskierung), stoppt die Diffusion aber nicht automatisch — eine echte Sperrwirkung erfordert eine geeignete Barriere- bzw. Zwischenschicht oder ein kompatibles Gesamtsystem. Soll Migration sicher verhindert werden, ist die Sperrschicht deshalb die kausal stärkste Maßnahme. Welche Maßnahme passt, hängt von Untergrund, Decklack und Anforderung ab.

Abgrenzung: Weichmacher-Migration und Wachsausblühen

Nicht jede Wanderung eines Stoffs in eine andere Schicht ist Ausbluten im engeren Sinn. Weichmacher-Migration folgt demselben Grundprinzip wie das Ausbluten — Diffusion entlang eines Konzentrationsgefälles, meist aus weichmacherhaltigen Systemen (z. B. PVC-Plastisolen) in eine angrenzende Schicht; hier wandert aber kein Farbmittel, sondern der Weichmacher selbst, was die Nachbarschicht erweichen, kleben oder trüben lassen kann. Wachsausblühen (englisch blooming) ist dagegen ein anderer Mechanismus — nicht zu verwechseln mit dem Ausschwimmen von Pigmenten (siehe L-54): Ein im Bindemittel nur begrenzt verträgliches Wachsadditiv (z. B. für Kratzfestigkeit oder Slip zugesetzt) reichert sich wegen seiner geringen Oberflächenenergie an der eigenen Filmoberfläche an und bildet dort einen dünnen, meist wachsartig-matten Belag — kein Konzentrationsgefälle in eine zweite Schicht hinein, sondern eine Entmischung an der eigenen Oberfläche. Höhere Applikations- oder Trocknungstemperatur verstärkt dieses Ausblühen: In der Wärme löst sich mehr Wachs im Bindemittel und wird beweglicher; beim Abkühlen sinkt die Löslichkeit wieder, und das überschüssige Wachs scheidet sich an der Oberfläche ab. Genau das kann die Zwischenhaftung einer nachfolgenden Schicht empfindlich stören, da der ausgeblühte Wachsfilm wie eine Trennschicht wirkt — ein in der Praxis bekanntes Problem bei zu warm applizierten oder getrockneten wachshaltigen Systemen.

Was eine Sperrschicht leistet

Eine Sperr- bzw. Isolierschicht muss vor allem eines: Sie darf sich beim nachfolgenden Überlackieren nicht selbst wieder anlösen oder quellen lassen — sonst transportiert sie den migrierenden Stoff einfach weiter. Formuliert wird sie deshalb meist mit einem Bindemittel, das gegenüber dem Lösemittel des Decklacks möglichst unempfindlich ist, etwa ein Schellackgrund (siehe L-15) oder ein dicht vernetztes 2K-System. Häufig verstärkt man die Sperrwirkung zusätzlich physikalisch durch plättchenförmige Barrierepigmente wie Aluminium oder Glimmer, die den Diffusionsweg durch den Film verlängern (Tortuositätseffekt, siehe L-40) — chemische Beständigkeit des Bindemittels und physikalische Barriere durch die Pigmentform wirken so zusammen.

Warum das die Lacklaborantin angeht

Überlackierbarkeit ist eine typische Prüf- und Formulierfrage: Der Überlackiertest (siehe oben) gehört zur Beurteilung jedes Beschichtungsaufbaus (siehe L-65). Wer Pigmentauswahl und Lösemittel schon in der Entwicklung darauf abstimmt, vermeidet Reklamationen im Feld — auffälliges Ausbluten ist ein klassischer Reklamationsgrund.

Prinzip: Löslichkeit und Diffusion

Ausbluten ist keine chemische Reaktion, sondern Stofftransport durch gerichtete Diffusion:

  Farbmittel (Grundlack) ⇌ gelöst
        │  löst sich zusätzlich im Lösemittel des Decklacks
        ▼
  Diffusion in den nassen Decklackfilm → Verfärbung

Vereinfacht gilt das 1. Ficksche Gesetz in einer Raumrichtung: J = −D · Δc/Δx — der Stoffstrom J ist umso größer, je stärker sich die Konzentration c über die Strecke x ändert (Δc/Δx ist das Konzentrationsgefälle) und je größer der Diffusionskoeffizient D ist. Das Minuszeichen sagt: Der Stoff wandert von hoher zu niedriger Konzentration. Im realen Lackfilm kommen Löslichkeit, Quellung und Polymerstruktur hinzu. Die Wanderung läuft, solange ein Konzentrationsgefälle UND ausreichende Löslichkeit bestehen; sie verstärkt sich in der Tendenz mit stärker lösendem Lösemittel, höherer Temperatur und längerer Kontaktzeit vor der Durchtrocknung.

Merksatz