Alle Tafeln › Kapitel 8 · Pulverlacke
L-93
Epoxidharz-Pulverlacke
Additive Härtung mit Dicyandiamid, Polyphenolen oder Anhydriden
WahlqualifikationB 9
Das Bindemittel
Epoxidharze zählten von Anfang an zu den wichtigsten Bindemitteln für Pulverlacke. Verwendet werden mittel- bis höhermolekulare Bisphenol-A-Harze (BADGE-Typ): Das Grundgerüst besteht aus zwei Phenolringen, über eine Isopropylidengruppe verknüpft (Bisphenol A), mit je einer Glycidylethergruppe an beiden Enden — jeder Arm endet im dreigliedrigen Epoxidring (Oxiranring). Schematisch: Glycidyl–O–C₆H₄–C(CH₃)₂–C₆H₄–O–Glycidyl, mit n ≈ 4–9 Wiederholeinheiten für Pulverlackqualitäten (die Wiederholeinheit wiegt rund 284 g/mol, das Grundmolekül rund 340 g/mol — daraus lässt sich n aus der Molmasse abschätzen). Die Glasübergangstemperatur liegt mit etwa 45–55 °C deutlich über Raumtemperatur, der davon zu unterscheidende Erweichungspunkt bei ~80–100 °C; mittlere Molmasse ~1500–3000 g/mol — beides Voraussetzung für die Lagerstabilität (siehe L-90). Zur Gesundheit der Ausgangsstoffe Bisphenol A und Epichlorhydrin siehe L-28. Härten lassen sie sich mit verschiedenen Härtern über Additionsreaktionen, bei denen keine Abspaltprodukte entstehen — das erlaubt dicke, störungsfreie Filme.
Härter: Dicyandiamid
Dicyandiamid (DICY) ist ein kristalliner Feststoff (Fp. ~209 °C) mit der Formel H₂N–C(=NH)–NH–CN; es trägt mehrere reaktionsfähige NH-Gruppen und bleibt bei Raumtemperatur inaktiv (Lagerstabilität). Als feines Pulver eingemischt, reagiert es erst beim Einbrennen. Additionsreaktion: Ein NH der DICY-Gruppe öffnet den Epoxidring nucleophil: R–NH + Epoxid → R–N(CH₂–CH(OH)–R') — kein Abspaltprodukt. Daneben katalysiert DICY bei höherer Temperatur die anionische Homopolymerisation der Epoxidgruppen. Reines Dicyandiamid benötigt ~185–220 °C; Beschleuniger (z. B. substituierte Imidazole, Arylbiguanide wie o-Tolylbiguanid) senken die Reaktionstemperatur auf 150–180 °C.
Härter: Polyphenole und Anhydride
Polyphenolische Härter (Novolake, BPA-Addukte) tragen freie Phenolgruppen (Ph–OH). Additionsreaktion: Ph–OH + Epoxid → Ph–O–CH₂–CH(OH)–R (Phenylether + sekundäre OH-Gruppe) — kein Abspaltprodukt. Phenol-OH ist wenig reaktiv; Katalysatoren wie substituierte Imidazole senken die nötige Aktivierungsenergie: katalysierte Systeme härten in 10–20 min bei 130–160 °C.
Anhydridhärter (z. B. Pyromellithsäuredianhydrid, PMDA): Benzolring mit vier CO-Gruppen zu zwei Anhydridringen; sehr reaktiv gegen OH-Gruppen. Vernetzung zweistufig. Stufe 1 — Anhydrid öffnet mit einer OH-Gruppe (auch Feuchte) zum Halbester: –CO–O–CO– + HO–R → –COOH + –COO–R. Stufe 2 — die entstandene Carboxylgruppe reagiert mit dem Epoxidring: –COOH + Epoxid → –COO–CH₂–CH(OH)–R (Ester + OH). Das Stöchiometrieverhältnis wird über Äquivalentmassen berechnet: 1 Äquivalent Anhydridgruppe auf 1 Mol Epoxidgruppe — bei einem Dianhydrid wie PMDA also 1 Mol Substanz auf 2 Mol Epoxidgruppen; Unter- oder Überverhältnis ist eine Formulierungsentscheidung, die Vernetzungsdichte und Flexibilität beeinflusst.
Eigenschaften und Einsatz
Epoxid-Pulverlacke bieten häufig sehr gute Metallhaftung und Korrosionsschutz und sind hart, ausreichend flexibel und chemikalienbeständig — für dauerhafte Außenbewitterung sind sie meist weniger geeignet: Im Freien können sie vermatten, kreiden und zur Vergilbung neigen. Ihr Einsatz richtet sich deshalb nach dem Anforderungsprofil, häufig als Innenbeschichtung, etwa für Maschinenteile, Metallmöbel, Hausgeräte, Behälter, Rohre und zur Elektroisolierung. Wo bessere Überarbeitbarkeit, besserer Verlauf und geringere Vergilbung gefragt sind, greift man zu Epoxid/Polyester-Hybriden (siehe L-94); für echte Außenbewitterung sind dagegen wetterbeständige reine Polyester-Pulverlacke die richtige Wahl (siehe L-95).
Härtermenge
Stöchiometrisch folgt der Härteranteil aus dem Verhältnis der Äquivalentmassen: je Gewichtsteil Harz die NH-Äquivalentmasse des Härters geteilt durch die Epoxid-Äquivalentmasse. Der praktisch eingesetzte Anteil bei Dicyandiamid kann davon abweichen; er richtet sich nach System, Beschleuniger und Formulierung. Diese Abweichung ist kein allgemeines chemisches Prinzip, sondern hängt mit der komplexeren Rolle von Dicyandiamid im Härtungsmechanismus zusammen, nicht allein mit einer katalytischen Wirkung.
Merksatz
Epoxid-Pulverlacke bieten häufig eine sehr gute Metallhaftung und einen guten Korrosionsschutz und härten additiv ohne Abspaltprodukte. Reine Epoxid-Pulverlacke besitzen im Allgemeinen keine ausreichende langfristige Wetter- und UV-Beständigkeit für anspruchsvolle Außenanwendungen; sie können unter Bewitterung vermatten, kreiden und vergilben — ihr Einsatzschwerpunkt liegt deshalb bei Innen- und geschützten Anwendungen.
- Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
- Müller/Poth, Lackformulierung und Lackrezeptur
Übungsblatt Ü-93
Prüfen, ob es sitzt.
1. Erklären Sie, warum Epoxidharz-Pulverlacke ausgezeichnet für Innenanwendungen, aber nicht für den Außeneinsatz geeignet sind, und nennen Sie zwei typische Härterklassen.
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2. Ein Epoxidharz (Epoxid-Äquivalentmasse 800 g/Äq.) soll mit einem Dicyandiamid-Derivat (NH-Äquivalentmasse 38 g/Äq.) rechnerisch stöchiometrisch vernetzt werden. Berechnen Sie den rechnerischen Härterbedarf je 100 Gewichtsteile Harz und erläutern Sie, warum der tatsächlich eingesetzte Härteranteil in der Praxis systemabhängig festgelegt wird.
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3. Ein Kunde möchte Gartenmöbel dauerhaft im Freien mit einem Epoxidharz-Pulverlack beschichten. Beraten Sie ihn.