Wässrige 2K-Polyurethan-Systeme

Zwei Reaktionspartner für das Isocyanat

Mischt man ein hydroxyfunktionelles wässriges Bindemittel mit einem Polyisocyanat-Härter (siehe L-25, L-26), reagiert das Isocyanat nicht nur mit den OH-Gruppen, sondern auch mit dem Wasser der Rezeptur — unter Bildung von CO₂ und Harnstoff (siehe L-25). Ein Teil des Härters geht so für die Vernetzung verloren; außerdem entsteht CO₂, das im Film Blasen verursachen kann. Drei Ansätze haben sich in der Praxis durchgesetzt: hydrophil modifizierte, selbstemulgierende Polyisocyanate, das Auftragen dünner Schichten mit ausreichend Ablüftzeit, damit entstehendes CO₂ den Film verlassen kann, bevor er zu viskos wird, sowie der NCO-Überschuss, der den Verlust durch die Wasserreaktion kompensiert.

Deshalb: NCO-Überschuss

Um trotzdem eine vollständige Vernetzung zu erreichen, setzt man mehr Isocyanat ein, als rein rechnerisch für die OH-Gruppen nötig wäre. Ein NCO:OH-Verhältnis von etwa 1,2 bis 1,5 zu 1 ist ein gängiger Richtwert (statt der sonst üblichen 1:1) — der tatsächlich nötige Überschuss wird empirisch festgelegt und hängt vom jeweiligen Härter und den Applikationsbedingungen ab.

Hydrophile und hydrophobe Härter

Unmodifizierte, hydrophobe Polyisocyanate mischen sich schlecht ins wässrige Bindemittel und reagieren langsamer mit den OH-Gruppen — reagieren aber auch deutlich weniger mit Wasser, weshalb weniger CO₂ entsteht und der Film blasenärmer bleibt. Hydrophil modifizierte Polyisocyanate mischen sich schneller und gleichmäßiger, sind aber reaktiver gegenüber Wasser — mehr CO₂-Risiko. Die Praxislösung ist das hydrophil modifizierte, selbstemulgierende Polyisocyanat: Eingebaute hydrophile Segmente sorgen für eine feine, schnelle Emulgierung, sodass die NCO-Gruppen bevorzugt die OH-Gruppen erreichen.

Kurze Verarbeitungszeit

Warum trotzdem eingesetzt

Trotz dieser Herausforderungen sind wässrige 2K-PUR-Lacke wichtig, weil sie die hohe Beständigkeit von Polyurethan (siehe L-25) mit stark reduzierter Lösemittelemission verbinden — vor allem für hochwertige Industrie-, Holz- und Schienenfahrzeuglacke, wo Beständigkeit und Umweltverträglichkeit gleichermaßen zählen. In der Fahrzeugreparatur werden wässrige Systeme dagegen vor allem als Basislack eingesetzt; der Klarlack ist dort überwiegend lösemittelhaltiger 2K-PUR. Wässrige Refinish-Klarlacke gibt es, sie bleiben aber eine Nische (siehe L-115, L-116).

Gesundheitliche Bewertung

Gängige Härter sind z. B. HDI-Trimer oder IPDI-Trimer. Für Diisocyanate gilt heute kein stoffbezogener MAK-Wert mehr, sondern ein Arbeitsplatzgrenzwert auf Basis der gesamten reaktiven Isocyanatgruppen (TRIG), angegeben als NCO. Festgelegt wird dieser Arbeitsplatzgrenzwert in der TRGS 900: Bis zum 31.12.2028 gilt ein Übergangswert von 0,010 mg NCO/m³ (10 µg/m³), danach 0,006 mg NCO/m³ (6 µg/m³), jeweils als Schichtmittelwert; für den 15-Minuten-Kurzzeitwert gilt über den Überschreitungsfaktor 2 der doppelte Wert. Wie zu ermitteln, zu überwachen und zu schützen ist, regelt für Isocyanate die TRGS 430 (Fassung vom 19.12.2025). Maßgeblich ist stets die aktuelle Fassung beider Regelwerke. Das sind mit die niedrigsten Grenzwerte der Lacktechnik — der frühere stoffbezogene Wert lag deutlich höher, die Anforderungen sind also verschärft worden (TRGS 900, TRGS 430). Isocyanate können die Atemwege sensibilisieren: Wer einmal sensibilisiert ist, kann dauerhaft schon auf kleinste Mengen mit asthmatischen Beschwerden reagieren. Zusätzlich reizen sie Haut und Augen. Schutzausrüstung ist auch bei wässrigen Systemen zwingend: Beim Spritzen entstehen Lackaerosole — der erforderliche Atemschutz wird nach Gefährdungsbeurteilung und Expositionssituation ausgewählt, bei Isocyanaten nach den Vorgaben der TRGS 430; bei längeren oder großflächigen Isocyanat-Spritzarbeiten heißt das fremdbelüfteter Atemschutz, also gebläseunterstützte Hauben- bzw. Helmgeräte oder umluftunabhängige Druckluftgeräte (zum Spritzlackieren allgemein: DGUV Regel 109-013, DGUV Information 209-014) —, Nitrilhandschuhe, Schutzbrille. Rechtsgrundlage: GefStoffV und TRGS 430.

Merksatz