Thermoplastische Pulverlacke

Filmbildung ohne Vernetzung

Anders als vernetzende Pulverlacke härten Thermoplaste nicht chemisch aus: Sie schmelzen beim Einbrennen und erstarren beim Abkühlen. Das macht sie preisgünstig und erlaubt hohe Schichtdicken, begrenzt aber Chemikalien- und Wärmebeständigkeit. Das Wort Einbrennen ist dabei betrieblich gemeint: Es wird erwärmt, aber nichts chemisch vernetzt. Beim Einbrennlack entstehen die Filmeigenschaften dagegen gerade durch die chemische Vernetzung (siehe L-30). Wie weit ein thermoplastischer Pulverlack draußen einsetzbar ist, entscheidet nicht die Polymerklasse allein, sondern die Stabilisierung. Unstabilisiert sind alle hier genannten Thermoplaste UV-empfindlich; technische Beschichtungspulver werden deshalb stabilisiert und deckend pigmentiert — je nach Polymer mit UV-Absorbern, Radikalfängern oder, bei PVC, mit Wärme- und Lichtstabilisatoren. So stabilisiert sind gerade PVC- und Polyolefintypen die klassischen Außensysteme des Wirbelsinterns — Zaunpfosten, Drahtgitter, Stadtmobiliar, Spielgeräte —, und Polyamid 12 sowie lineare thermoplastische Polyester sind ebenfalls außentauglich. Die Grenze liegt in der Güte: Glanzhaltung und Farbtonbeständigkeit erreichen nicht das Niveau eines witterungsstabilen duroplastischen Polyester-Pulverlacks. Für hohe optische Ansprüche im Freien wählt man deshalb den Duroplasten, für dicke, stoßzähe und korrosionsschützende Schichten den Thermoplasten. Übliche Bindemittel sind Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyamide, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere und gesättigte Polyester.

Hinweis zu den Temperaturen beim Wirbelsintern: Die hohen Vorheiztemperaturen (bis 400 °C) beziehen sich auf das Metallwerkstück, nicht auf das Polymer. Das Metall gibt beim Eintauchen ins Wirbelbett Energie ab und schmilzt das Pulver in Sekunden auf. Das Polymer selbst erreicht diese Extremtemperaturen nur kurzzeitig; sobald der Film gebildet ist, kühlt das Werkstück ab. Bei PVC liegt die Verarbeitungstemperatur ohnehin nur bei 160–200 °C — hier greift ein anderer Mechanismus (siehe unten).

Polyethylen und PVC

Polyethylen (PE): Wiederholeinheit –CH₂–CH₂–; einfachste Struktur, daher sehr preisgünstig. Wird meist im Wirbelsinterverfahren aufgebracht; das Metallwerkstück wird auf 280–400 °C vorgeheizt (Vorheizung des Metalls, nicht Polymertemperatur — siehe oben). Unstabilisiertes PE ist nicht wetterbeständig; für Außenteile werden UV-stabilisierte Polyolefintypen verwendet. PE haftet schlecht und benötigt einen Haftprimer; säuremodifizierte Typen bringen die Haftgruppen im Polymer selbst mit. Anwendungen: Drahtgeflecht, Bewehrungsstahl, Spülkörbe, Werkzeuggriffe, Regale.

Polyvinylchlorid (PVC): Wiederholeinheit –CH₂–CHCl–; enthält Chlor im Rückgrat. PVC würde oberhalb von etwa 160 °C in technisch relevantem Umfang Salzsäure (HCl) abspalten und degradieren (messbar setzt die Abspaltung schon deutlich oberhalb 100 °C ein) — die Verarbeitungstemperatur von 160–200 °C scheint dem zu widersprechen. Das wird durch zwei Maßnahmen gelöst: Weichmacher (z. B. DINP, Di-isononylphthalat) senken die nötige Verarbeitungstemperatur erheblich; Wärmestabilisatoren fangen freigesetztes HCl sofort ab und unterbrechen so die Kettenreaktion der Degradation; heute überwiegend Ca/Zn-Systeme; sie haben die früher üblichen Blei- sowie Barium/Cadmium-Stabilisatoren abgelöst, die wegen ihrer Toxizität nicht mehr eingesetzt werden. PVC-Filme sind flexibel; unstabilisiertes PVC vergilbt und kreidet unter UV-Strahlung. Technische Wirbelsinterpulver sind deshalb UV-stabilisiert und pigmentiert und werden gerade für bewitterte Teile wie Gartengitter, Spielgeräte und Absperrgitter eingesetzt.

Polyamide

Polyamid-12 (PA-12): Wiederholeinheit –NH–(CH₂)₁₁–CO–; hergestellt durch Ringöffnungspolymerisation von Laurinlactam (13-gliedriger Lactamring mit NH-Gruppe). Die Amid-Bindung –CO–NH– gibt dem Film Härte und Chemikalienbeständigkeit. Schmelzpunkt ~175 °C; Metallwerkstück wird auf 280–400 °C vorgeheizt (Wirbelsintern). Anwendungen: Kraftstoffleitungen, Lebensmittelkontaktteile (geruchs- und geschmacksneutral), Absperrventile, Spülmaschinengitterkorb, Gartenarbeitsgeräte. PA-12 ist chemikalienbeständiger und etwas wetterbeständiger als PE, neigt aber zur Wasseraufnahme und leichten Vergilbung.

Weitere Bindemittel

Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH): aufgebaut aus –CH₂–CH₂–-Einheiten (Ethylen) und –CH₂–CH(OH)–-Einheiten (Vinylalkohol); das Verhältnis beider bestimmt Schmelzpunkt und Barriereeigenschaften. Die OH-Gruppen bilden Wasserstoffbrücken und machen den Film zur dichten Gasbarriere. Wirbelsintern, Werkstück-Vorheiztemperatur 200–400 °C. Anwendungen: Barriereauskleidungen für Behälter und Verpackungen in Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

Linearer thermoplastischer Polyester: Wiederholeinheit –O–CH₂CH₂–O–CO–C₆H₄–CO– (aromatische Dicarbonsäure + Diol, ähnlich PET). Elektrostatisches Spritzen auf das kalte Werkstück; Ofentemperatur 240 bis 400 °C. Wie oben gilt auch hier: Der Wert beschreibt den Ofen, nicht das Polymer — oberhalb von etwa 300 °C Objekttemperatur beginnt der Polyester thermisch zu schädigen. Anwendungen: Gartenmöbel, Architekturprofile, Metallbeschläge für den Außenbereich.

Einordnung

Der Verzicht auf Vernetzung ist zugleich Stärke und Schwäche: dicke, zähe, oft flexible Schichten bei niedrigem Preis, aber geringere Chemikalien-, Wärme- und Wetterbeständigkeit als bei vernetzenden Pulverlacken. Die hohen Filmbildungstemperaturen schränken die beschichtbaren Werkstoffe auf temperaturfeste Metalle ein.

Merksatz