Netz- und Dispergiermittel

Die Abgrenzung

Netz- und Dispergiermittel gehören zur Rohstoffgruppe der Additive — Stoffe, die Lacken in kleinen Mengen zugesetzt werden, um einzelne Eigenschaften gezielt zu verändern. Unterschieden werden die beiden nach ihrer Aufgabe: Netzmittel erleichtern die Benetzung, indem sie die Grenzflächenspannung senken und damit den Randwinkel verkleinern (siehe L-12). Dispergiermittel stabilisieren die beim Zerteilen entstandenen Pigmentoberflächen gegen Flockulation. Die Molmasse ist dazu nur eine Orientierung: Typische Netzmittel sind niedermolekulare, amphiphile Tenside, moderne Dispergiermittel meist oligomer oder polymer. Verlassen kann man sich darauf nicht — viele Handelsprodukte können beides, und die Hersteller verkaufen sie folgerichtig als „Netz- und Dispergiermittel“.

Aufbau eines Netzmittels

Ein typisches Netzmittel besitzt eine hydrophile Kopfgruppe und einen hydrophoben Schwanz. Dieses gleichzeitige Vorhandensein beider Eigenschaften heißt amphiphil; das einfachste Beispiel dafür ist Natriumstearat, das Salz der Stearinsäure — chemisch anschaulich, in der Lackpraxis aber kaum gebräuchlich. Verbreiteter sind dort Fettalkoholethoxylate: nichtionische Tenside mit einem langen Kohlenwasserstoff-Schwanz und einer Polyethylenoxid-Kopfgruppe, breit eingesetzt als Netz- und Emulgiermittel in wässrigen Systemen.

An der Grenze Wasser zu Luft weisen die hydrophilen Köpfe ins Wasser, die hydrophoben Schwänze zur Luft. Die Oberfläche besteht dann nicht mehr aus Wassermolekülen mit hoher Oberflächenspannung, sondern aus Kohlenwasserstoffketten mit niedrigerer — die Benetzung wird leichter.

Vier Klassen nach der Kopfgruppe

• anionisch — negativ geladener Kopf, etwa Sulfonate; günstig und wirksam, aber empfindlich gegen mehrwertige Kationen (Härtebildner) und praktisch nur in wässrigen Systemen einsetzbar
• kationisch — positiv geladener Kopf, etwa quartäre Ammoniumverbindungen; seltener, unverträglich mit anionischen Partnern im selben System, dafür nützlich auf negativ geladenen Untergründen und mit bakterizider Nebenwirkung
• amphoter oder zwitterionisch — beide Ladungen im Molekül, etwa Lecithin; verträgt sich sowohl mit anionischen als auch mit kationischen Systempartnern und wird gezielt dafür eingesetzt
• nichtionisch — ungeladen, meist Polyetherketten; unempfindlich gegen Elektrolyte und pH-Wert, deshalb die häufigste Wahl in modernen wässrigen Lacksystemen

Nach dem Schwanz unterscheidet man Kohlenwasserstoff-, Silicon- und Perfluortenside.

Wie stark sie wirken

Erreichbare Größenordnungen, keine Stoffkonstanten — der Messwert hängt von Konzentration, Temperatur und Medium ab:

• Wasser rein — 73 mN/m
• mit Kohlenwasserstofftensid — 40 bis 25 mN/m
• mit Silicontensid — 30 bis 20 mN/m
• mit Perfluortensid — 25 bis 15 mN/m

Je hydrophober der Schwanz, desto tiefer lässt sich die Oberflächenspannung drücken. Die Grenze setzt die Löslichkeit: Ein Tensid, das sich im Medium nicht mehr verteilt, wirkt auch nicht.

Der günstige Dosierbereich — und warum mehr nichts bringt

Wie viele Lackadditive haben Netz- und Dispergiermittel einen günstigen Dosierbereich: Zu wenig bleibt unwirksam, zu viel kann Nebenwirkungen verursachen. Die geeignete Einsatzmenge wird nicht abgelesen, sondern am konkreten Lack über eine Dosierreihe bestimmt (siehe L-47). Dass mehr irgendwann nichts mehr bewirkt, hat einen anschaulichen Grund: Sind Pigmentoberfläche und Phasengrenze einmal belegt, geht zusätzliches Netzmittel in die Flüssigphase. In Wasser lagert es sich dort oberhalb der kritischen Mizellbildungskonzentration zu Mizellen zusammen, und die Oberflächenspannung sinkt kaum noch. Übrig bleiben nur die Nebenwirkungen (siehe unten).

Doppelfunktionen

Manche Additive erfüllen zwei Aufgaben zugleich. Calciumnaphthenat ist ein Netzsikkativ: Es verbessert die Pigmentbenetzung und wirkt über das Metallion zugleich auf die oxidative Trocknung. Acetylenglykole (chemisch Alkindiole, verwandt mit Butindiol) netzen ausgesprochen schaumarm und fördern zusätzlich den Verlauf — praktisch überall dort, wo ein Netzmittel nötig ist, aber kein Schaum entstehen darf.

Dispergiermittel

• Polyanionische Typen unterstützen die elektrostatische Stabilisierung: Sie adsorbieren auf anorganischen Pigmentoberflächen und verändern deren Ladung. Zusätzlich komplexieren sie mehrwertige Kationen und halten damit Härtebildner aus dem Wasser fern, die sonst Flockulation auslösen können. Einsatzgebiet: wässrige Systeme mit anorganischen Pigmenten.
• Polycarboxylate — Salze von Polyacrylsäuren: polymer aufgebaut und deutlich hydrolysebeständiger als Polyphosphate, dafür teurer. Wie sie wirken, hängt von Molmasse, Neutralisationsgrad und Seitenketten ab. Einsatzgebiet: hochwertige wässrige Systeme, insbesondere wenn Hydrolysebeständigkeit über längere Standzeit gefragt ist.
• Polyphosphate wie Pyrophosphat oder Calgon: anorganische Salze aus mehreren, über Sauerstoff verknüpften Phosphat-Einheiten (Calgon = Natriumhexametaphosphat); günstiger, gute Komplexbildung, für diese Anwendung typisch 0,2 bis 0,5 %, bezogen auf den gesamten Lack (nicht auf das Pigment — siehe L-53). Nachteil ist die langsame Hydrolyse zu Monophosphat, das auf der Beschichtung auskristallisieren kann. Einsatzgebiet: preissensitive wässrige Systeme mit kurzer Standzeit.
• Polymere Dispergiermittel wirken sterisch: Ihre Ankergruppen adsorbieren auf der Pigmentoberfläche, während die solvatisierten Kettensegmente frei in die Flüssigphase ragen und die Teilchen rein räumlich auf Abstand halten (siehe L-51). Block- und Pfropfcopolymere eignen sich dafür am besten. Einsatzgebiet: lösemittelhaltige und lösemittelfreie Systeme, in denen elektrostatische Stabilisierung nicht funktioniert (siehe L-50 und L-51).

In allen Systemen — und ihre Nachteile

Netz- und/oder Dispergiermittel werden in pigmentierten Systemen häufig eingesetzt — wässrig, lösemittelhaltig und lösemittelfrei (100%). Nur der Typ unterscheidet sich: In Wasser stabilisiert man elektrostatisch bzw. elektrosterisch (ionische Netzmittel, Polyelektrolyt-Dispergiermittel), in unpolaren lösemittelhaltigen und in 100%-Systemen sterisch — mit nichtionischen Netzmitteln und polymeren Dispergiermitteln (siehe L-50 und L-51). Die Benetzung des Pigments ist überall nötig.

Nachteile: Netzmittel erhöhen die Hydrophilie des Films — zu viel senkt Wasser- und Korrosionsbeständigkeit und begünstigt Schaum (dagegen Entschäumer). Dispergiermittel können teuer sein (Polycarboxylate), langsam hydrolysieren und auf der Beschichtung auskristallisieren (Polyphosphate) oder Verträglichkeit und Zwischenhaftung beeinträchtigen.

Merksatz