Pulverlackherstellung (Extrusion)

Grundidee

Pulverlacke sind überwiegend lösemittelfreie Beschichtungsmaterialien; je nach Formulierung können jedoch flüchtige Bestandteile oder Reaktions-/Spaltprodukte auftreten. Der Pulverlack wird als festes Pulver appliziert und eingebrannt. Deshalb müssen alle festen Komponenten in einer Schmelze dispergiert werden — das geschieht bei der Extrusion, nicht wie beim Flüssiglack durch Mahlen in flüssiger Phase.

Prozesskette

• Einwiegen — Bindemittel, Härter, Pigmente, Füllstoffe und Additive.
• Vormischen (Dry-Blend) — trockenes Homogenisieren.
• Extrudieren — im beheizten Extruder schmelzen die Harze; die Schmelze wird geknetet und alle Feststoffe gleichmäßig dispergiert, ohne dass die Vernetzung (Vorreaktion) startet. Dazu wird die Temperatur systemabhängig gewählt (häufig etwa 90 bis 120 °C), die Verweilzeit ist kurz.
• Abkühlen/Auswalzen/Schreddern — das Extrudat erstarrt auf dem Kühlband und wird zu Chips zerschlagen.
• Mahlen — eine Rotor-Sichtermühle stellt die Korngrößenverteilung ein.
• Post-Blend — Rieselhilfsmittel (z. B. pyrogene Kieselsäure) und Ladungssteuerungsmittel werden im Taumelmischer trocken aufgemischt; sie dürfen nicht durch den Extruder.
• Schutzsiebung und Abfüllen.

Extruder-Einstellwerte (Richtwerte)

Typische Extruder-Temperaturzonen (systemabhängig, Richtwerte):

Zone 1  Einzug / Feststoffförderung:          40–60 °C
Zone 2  Aufschmelzzone / Plastifizierung:    80–100 °C
Zone 3  Homogenisierzone / Düse:            100–120 °C
Schmelzetemperatur am Austritt (Max.):        ≤ 140 °C

Schneckendrehzahl:   maschinenabhängig — klassische Anlagen 200–400 rpm, moderne deutlich darüber (bis etwa 1200 rpm). Die Drehzahl allein ist kein Prozessvergleich: Sie ist nur zusammen mit Schneckengeometrie und Durchsatz aussagekräftig.
Verweilzeit:          10–60 s, üblich 20–30 s  (Sekunden, nicht Minuten — kurz halten, sonst setzt eine Vorreaktion ein)

Zone 1 bleibt kalt, damit das Pulver als Feststoff gefördert wird — kein Schmelzpfropf am Einzug. Zone 2 schmilzt das Harz; Zone 3 homogenisiert. Der Grenzwert ≤ 140 °C am Austritt ist entscheidend: Darüber können reaktive Härter vorvernetzen — das Extrudat wird unbrauchbar.

Besonderheiten

Die Pigmente werden bei der Herstellung typischerweise während der Extrusion dispergiert; eine nachträgliche Nuancierung über mehrere Mahlpassagen wie beim Flüssiglack ist kaum möglich, weil erneutes Extrudieren eine Teilvernetzung (Vorreaktion) auslösen würde. Die Korngrößenverteilung (Siebanalyse oder Laserbeugung) steuert die Versprühbarkeit; die Sichterdrehzahl beeinflusst die Trennschnittgröße und damit die Korngrößenverteilung; der Zusammenhang mit der Feinheit hängt von Mühle und Prozessbedingungen ab.

Rotor-Sichtermühle (ACM) — Funktionsprinzip

Die Rotor-Sichtermühle (ACM — Air Classifying Mill) ist die Standardmühle für Pulverlacke. Zwei Funktionen in einem Gehäuse:

1. Prallrotor (Mahlung): Chips treffen mit hoher Geschwindigkeit auf den rotierenden Schlägerrotor und prallen an der Statorwand ab. Aufprall und Reibung zerkleinern die Chips zu Pulver.

2. Sichterrotor (Klassierung): Ein zweiter Rotor dreht im Luftstrom und trennt nach Größe: Zu-grobe Partikel werden nach außen geworfen (zurück zur Mahlung); Feinpartikel passieren den Sichter und gelangen als Fertigpulver in den Zyklon/Filter.

Sichterdrehzahl → steuert den Trennschnitt (d₅₀): hohe Drehzahl = feineres Pulver, niedrige = gröberes. Zielwerte: d₅₀ = 30–45 µm, d₉₈ < 100 µm.

Vorteil: Der Sichter verhindert Übermahlen und liefert eine enge Kornverteilung — besser als eine reine Stiftmühle.

Rieselhilfsmittel und Ladungssteuerungsmittel

Rieselhilfsmittel (z. B. pyrogene Kieselsäure, 0,2–0,5 Gew.-%) und Ladungssteuerungsmittel werden NICHT extrudiert, sondern erst nach der Mahlung als Post-Blend zugegeben.

Warum nach der Mahlung? Im Extruder würden die feinen Additivpartikel in die Schmelze eingearbeitet und lägen nach dem Mahlen im Korninneren statt auf der Kornoberfläche — wo allein sie als Abstandhalter und Ladungssteuerer wirken.

Zugabe im Taumelmischer (Post-Blend):
• Doppelkonus- oder Taumelmischer, niedrige Drehzahl
• Mischzeit: 5–15 min (schonendes Homogenisieren)
• Kieselsäure legt sich als dünne Schicht auf die Pulverlack-Partikel → verhindert Agglomeration, verbessert Rieselfähigkeit und Förderbarkeit
• Ladungssteuerungsmittel optimieren die elektrostatische Aufladung beim Sprühen

Vorteile und Grenzen

Vorteile: lösemittelfrei und dadurch sehr emissionsarm — emissionsfrei ist der Prozess nicht, beim Einbrennen können Spalt- und Reaktionsprodukte entstehen (siehe L-90); Overspray-Pulver ist rückgewinnbar (hoher Materialnutzungsgrad), robuste Schichten. Grenzen: Farbtonwechsel und exakte Nuancierung sind aufwändiger als beim Flüssiglack, und sehr dünne Schichten sind schwer zu erzielen.

Umwelt und Sicherheit

Pulverstäube sind einatembar und können explosionsfähige Staub-Luft-Gemische bilden — Explosionsschutz, Absaugung und Erdung beachten. Overspray-Pulver zurückgewinnen und im Kreislauf führen; das spart Material und Abfall.

Merksatz