Was sind die Hauptgründe für die Trocknungsgeschwindigkeit von Lacken auf Wasserbasis?
Schnelle Trocknung ist die am häufigsten gehörte Kundenanforderung an wässrige Lacke. Aufgrund der einzigartigen Molekularstruktur, d. h. der extrem starken Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Molekülen, unterscheiden sich die Eigenschaften deutlich von denen der meisten organischen Lösungsmittel. Im Bereich der wässrigen Beschichtungen konzentriert sich diese Eigenschaft auf die Tatsache, dass aufgrund der hohen Verdampfungswärme von Wasser die Verdampfungsrate von Wasser mehr als zehn oder sogar zehnmal langsamer ist als die von herkömmlichen Beschichtungslösungsmitteln. Außerdem ändert sich die Verdunstungsrate von Wasser aufgrund der großen Menge an Wasserdampf in der Luft und der starken jahreszeitlichen Schwankungen entsprechend. Im schlimmsten Fall, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100% erreicht, wird die Verdunstung von Wasser gestoppt, während Nicht-Wasser-Lösungsmittel von diesem Faktor nicht betroffen sind.
Obwohl Wasserlacke mit den oben beschriebenen technischen Herausforderungen konfrontiert sind, werden sie aufgrund ihrer umweltfreundlichen Eigenschaften zu einem wichtigen Akteur im Bereich der Beschichtungen werden. Dank der unermüdlichen Anstrengungen der Hersteller von Wasserlacken in den letzten zehn Jahren wird die Technologie der Wasserlacke immer ausgereifter. Im Folgenden werden die wichtigsten Faktoren erörtert, die die Trocknungsgeschwindigkeit von Wasserlacken beeinflussen, sowie die entsprechenden Maßnahmen, die bei der Formulierung getroffen werden können.
1. Auswahl des Harzes.
Wie bei allen Beschichtungen wird die Leistung von Beschichtungen auf Wasserbasis weitgehend durch das für die Formulierung gewählte Harz bestimmt. Bei den meisten filmbildenden Harzen auf Wasserbasis handelt es sich um Emulsionssysteme, deren Filmbildungsmechanismus sich von dem der lösungsmittelbasierten Lacke unterscheidet. Harze auf Lösemittelbasis bilden mit dem Lösemittel ein einphasiges System, und wenn das Lösemittel verdampft, nimmt die Viskosität des Systems zu, bis es fest wird, was im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Systems ein kontinuierlicher Prozess ist. Erreicht das Volumen der Emulsionspartikel jedoch einen kritischen Wert, geht das System plötzlich von einem Zustand in einen festen Zustand über, was ein diskontinuierlicher Prozess ist. Der vollständige Übergang von der Oberflächentrocknung zur Leistung des Farbfilms hängt von der Verdunstungsrate des Restwassers im System, der Durchdringung der Makromoleküle in den Emulsionspartikeln und der Verflüchtigungsrate anderer kleiner organischer Moleküle im System ab. Um das System zu optimieren, sollte das Harz bei der Herstellung von wässrigen Lackformulierungen nach den folgenden Gesichtspunkten ausgewählt werden.
a. Feststoffgehalt: In der Regel gilt: Je höher der Feststoffgehalt der Emulsion ist, desto näher liegt sie am kritischen Wert für die Oberflächentrocknung und desto schneller trocknet sie. Ein zu hoher Feststoffgehalt kann jedoch auch eine Reihe von Nachteilen mit sich bringen. Eine schnelle Oberflächentrocknung verkürzt das Anstrichintervall und verursacht Unannehmlichkeiten beim Bau. Emulsionen mit hohem Feststoffgehalt haben in der Regel ein schlechtes rheologisches Verhalten aufgrund der geringen Abstände zwischen den Harzteilchen und sind unempfindlich gegenüber Verdickungsmitteln, was die Einstellung der Spritz- oder Lackierleistung der Farbe erschwert.
b. Größe der Emulsionsteilchen: Je kleiner die Emulsionsteilchen sind und je geringer der Abstand zwischen den Teilchen bei gleichem Feststoffgehalt ist, desto niedriger ist der kritische Wert für die Tischtrocknung und desto schneller ist die Trocknungsgeschwindigkeit. Kleine Emulsionspartikel bringen auch andere Vorteile mit sich, wie z. B. gute filmbildende Eigenschaften und hohen Glanz.
c. Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes: Im Allgemeinen gilt: Je höher die Tg des Harzes ist, desto besser ist die Leistung des fertigen Films. Bei der Trocknungszeit ist der Trend jedoch genau umgekehrt. Bei Harzen mit hoher Tg müssen der Formulierung in der Regel mehr filmbildende Additive zugesetzt werden, um die Durchdringung der Makromoleküle zwischen den Emulsionspartikeln zu erleichtern und die Filmqualität zu verbessern. Diese filmbildenden Additive benötigen jedoch ausreichend Zeit, um sich aus dem System zu verflüchtigen und verlängern die Zeit von der Oberflächentrocknung bis zur vollständigen Trocknung. In Bezug auf diesen Tg-Faktor stehen also Trocknungszeit und Filmbildungsleistung oft im Widerspruch zueinander.
d. Phasenstruktur der Emulsionspartikel: Je nach dem Verfahren zur Herstellung der Emulsion kann die gleiche Monomerzusammensetzung zu unterschiedlichen Phasenstrukturen der Partikel führen. Die weithin bekannte Kern-Schale-Struktur ist eines der Beispiele. Obwohl nicht alle Partikel einer Emulsion eine Kern-Schale-Struktur aufweisen können, ist diese bildliche Analogie ein Weg, um ein allgemeines Verständnis der filmbildenden Eigenschaften einer Emulsion zu erhalten. Wenn die Teilchen eine niedrige Tg der Schale und eine hohe Tg des Kerns haben, benötigt das System weniger filmbildende Additive und trocknet schneller, aber die Härte des Films wird beeinträchtigt, da die kontinuierliche Phase nach der Filmbildung ein Harz mit niedriger Tg ist. Im Gegensatz dazu ist bei einer hohen Schalen-Tg der Teilchen eine bestimmte Menge an Hilfsstoffen für die Filmbildung erforderlich, und die Trocknungsgeschwindigkeit des Films ist langsamer als bei der ersten Variante, aber die Härte nach dem Trocknen ist höher als bei der ersten Variante.
e. Art und Menge der Tenside: Bei der Herstellung gängiger Emulsionen werden bestimmte Tenside verwendet. Tenside haben eine isolierende und schützende Wirkung auf die Emulsionspartikel und haben einen großen Einfluss auf den Prozess der Filmbildung, bei dem die Partikel miteinander verschmolzen werden, insbesondere in der Anfangsphase, d. h. bei der Oberflächentrocknung. Darüber hinaus wirken diese einzigartigen Chemikalien, die eine gewisse Löslichkeit sowohl in der Wasser- als auch in der Ölphase aufweisen, in dem Harz gelöst als filmbildende Additive. Verschiedene Tenside haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Löslichkeit im Harz unterschiedliche filmbildende Funktionen.
2. Aushärtungsmechanismus des Harzes.
Die filmbildende Aushärtung von Harzen auf Wasserbasis erfolgt im Allgemeinen auf mehreren Ebenen. Zunächst ist die Aggregation und Verschmelzung der Emulsionspartikel der Mechanismus, der bei jeder Emulsionsoberflächentrocknung abläuft. Die zweite Stufe der Aushärtung ist die Verflüchtigung von Wasser und anderen filmbildenden Additiven, wodurch die grundlegenden Eigenschaften des thermoplastischen Harzes selbst voll zum Tragen kommen. Schließlich führen bestimmte Emulsionen bei der Herstellung einen Vernetzungsmechanismus oder Vernetzungsmittel beim Auftragen der Beschichtung ein, um die Härte des Films auf dem thermoplastischen Harz weiter zu erhöhen. Der Vernetzungsmechanismus in diesem letzten Schritt kann einen erheblichen Einfluss auf die endgültige Geschwindigkeit und den Grad der Aushärtung des Films haben. Zu den üblichen Vernetzungsmechanismen gehören die oxidative Vernetzung (z. B. die Vernetzung von Alkydharzen), die Vernetzung durch Mizell-Additive (z. B. einige selbstvernetzende Emulsionssysteme) und die nukleophile Substitutionsvernetzung (z. B. Epoxid, Polyurethan usw.). Diese Vernetzungsreaktionen, die von Temperatur, pH-Wert und anderen Faktoren beeinflusst werden, sollten in der Formulierung auf die Aushärtungsanforderungen des Systems und andere Eigenschaften der Beziehung abgestimmt werden.
3. Die Menge und Art der filmbildenden Zusatzstoffe.
Theoretisch ist das Lösungsmittel eines jeden Harzes ein filmbildender Zusatzstoff. In der Praxis gibt es unter Berücksichtigung von Sicherheit, Kosten, Geschwindigkeit und anderen Faktoren nur ein Dutzend üblicher filmbildender Zusätze, hauptsächlich einige Alkohole, Ether und Ester mit hohem Siedepunkt. Diese filmbildenden Zusätze werden von verschiedenen Ingenieuren für wässrige Beschichtungen bevorzugt. Im Allgemeinen gibt es nur zwei oder drei Arten von filmbildenden Additiven, die von einem erfahrenen Ingenieur verwendet werden. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Verteilung des Reagens zwischen dem Wasser und dem Harz und innerhalb der Harzpartikel. Besonders wenn es sich bei dem wasserbasierten Harz um ein Mehrphasenharz handelt, ist die Auswahl und Abstimmung der filmbildenden Additive besonders wichtig.
4. Bauliche Umgebung.
Zu Beginn dieses Artikels haben wir das Thema Wasser angesprochen. Aufgrund der Eigenschaften von Wasser ist die Bauumgebung von Wasserfarben anspruchsvoller als die von Ölfarben, vor allem weil die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit während des Baus so weit wie möglich kontrolliert werden sollten. Bei Allzweckformulierungen sollte eine hohe Luftfeuchtigkeit so weit wie möglich vermieden werden. Wenn es notwendig ist, unter hoher Luftfeuchtigkeit zu arbeiten, sollte die Formulierung angepasst, ein Harz mit schneller Filmbildung gewählt oder die Baustelle isoliert werden.
UV-Lack-Rohstoffe : UV-Monomer Produkte der gleichen Serie
| Polythiol/Polymercaptan | ||
| DMES Monomer | Bis(2-mercaptoethyl)sulfid | 3570-55-6 |
| DMPT Monomer | THIOCURE DMPT | 131538-00-6 |
| PETMP-Monomer | PENTAERYTHRITOL-TETRA(3-MERCAPTOPROPIONAT) | 7575-23-7 |
| PM839 Monomer | Polyoxy(methyl-1,2-ethandiyl) | 72244-98-5 |
| Monofunktionelles Monomer | ||
| HEMA-Monomer | 2-Hydroxyethylmethacrylat | 868-77-9 |
| HPMA-Monomer | 2-Hydroxypropylmethacrylat | 27813-02-1 |
| THFA-Monomer | Tetrahydrofurfurylacrylat | 2399-48-6 |
| HDCPA Monomer | Hydriertes Dicyclopentenylacrylat | 79637-74-4 |
| DCPMA-Monomer | Dihydrodicyclopentadienylmethacrylat | 30798-39-1 |
| DCPA Monomer | Dihydrodicyclopentadienyl-Acrylat | 12542-30-2 |
| DCPEMA-Monomer | Dicyclopentenyloxyethylmethacrylat | 68586-19-6 |
| DCPEOA-Monomer | Dicyclopentenyloxyethylacrylat | 65983-31-5 |
| NP-4EA Monomer | (4) ethoxyliertes Nonylphenol | 50974-47-5 |
| LA Monomer | Laurylacrylat / Dodecylacrylat | 2156-97-0 |
| THFMA Monomer | Tetrahydrofurfurylmethacrylat | 2455-24-5 |
| PHEA-Monomer | 2-PHENOXYETHYLACRYLAT | 48145-04-6 |
| LMA Monomer | Laurylmethacrylat | 142-90-5 |
| IDA Monomer | Isodecylacrylat | 1330-61-6 |
| IBOMA Monomer | Isobornylmethacrylat | 7534-94-3 |
| IBOA Monomer | Isobornylacrylat | 5888-33-5 |
| EOEOEA Monomer | 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat | 7328-17-8 |
| Multifunktionelles Monomer | ||
| DPHA Monomer | Dipentaerythritolhexaacrylat | 29570-58-9 |
| DI-TMPTA Monomer | DI(TRIMETHYLOLPROPAN)TETRAACRYLAT | 94108-97-1 |
| Acrylamid-Monomer | ||
| ACMO Monomer | 4-Acryloylmorpholin | 5117-12-4 |
| Difunktionelles Monomer | ||
| PEGDMA-Monomer | Poly(ethylenglykol)dimethacrylat | 25852-47-5 |
| TPGDA Monomer | Tripropylenglykol-Diacrylat | 42978-66-5 |
| TEGDMA-Monomer | Triethylenglykol-Dimethacrylat | 109-16-0 |
| PO2-NPGDA Monomer | Propoxylat-Neopentylenglykol-Diacrylat | 84170-74-1 |
| PEGDA-Monomer | Polyethylenglykol-Diacrylat | 26570-48-9 |
| PDDA-Monomer | Phthalat Diethylenglykol-Diacrylat | |
| NPGDA Monomer | Neopentylglykol-Diacrylat | 2223-82-7 |
| HDDA-Monomer | Hexamethylen-Diacrylat | 13048-33-4 |
| EO4-BPADA Monomer | ETHOXYLIERTES (4) BISPHENOL-A-DIACRYLAT | 64401-02-1 |
| EO10-BPADA Monomer | ETHOXYLIERTES (10) BISPHENOL-A-DIACRYLAT | 64401-02-1 |
| EGDMA Monomer | Ethylenglykol-Dimethacrylat | 97-90-5 |
| DPGDA-Monomer | Dipropylenglykol-Dienoat | 57472-68-1 |
| Bis-GMA-Monomer | Bisphenol A Glycidylmethacrylat | 1565-94-2 |
| Trifunktionelles Monomer | ||
| TMPTMA Monomer | Trimethylolpropantrimethacrylat | 3290-92-4 |
| TMPTA-Monomer | Trimethylolpropantriacrylat | 15625-89-5 |
| PETA Monomer | Pentaerythritoltriacrylat | 3524-68-3 |
| GPTA ( G3POTA ) Monomer | GLYCERIN-PROPOXYTRIACRYLAT | 52408-84-1 |
| EO3-TMPTA Monomer | Ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat | 28961-43-5 |
| Photoresist Monomer | ||
| IPAMA-Monomer | 2-Isopropyl-2-adamantylmethacrylat | 297156-50-4 |
| ECPMA Monomer | 1-Ethylcyclopentylmethacrylat | 266308-58-1 |
| ADAMA Monomer | 1-Adamantylmethacrylat | 16887-36-8 |
| Methacrylat-Monomer | ||
| TBAEMA Monomer | 2-(Tert-Butylamino)ethylmethacrylat | 3775-90-4 |
| NBMA Monomer | n-Butylmethacrylat | 97-88-1 |
| MEMA Monomer | 2-Methoxyethylmethacrylat | 6976-93-8 |
| i-BMA Monomer | Isobutylmethacrylat | 97-86-9 |
| EHMA Monomer | 2-Ethylhexylmethacrylat | 688-84-6 |
| EGDMP-Monomer | Ethylenglykol-Bis(3-mercaptopropionat) | 22504-50-3 |
| EEMA Monomer | 2-Ethoxyethyl-2-methylprop-2-enoat | 2370-63-0 |
| DMAEMA Monomer | N,M-Dimethylaminoethylmethacrylat | 2867-47-2 |
| DEAM Monomer | Diethylaminoethylmethacrylat | 105-16-8 |
| CHMA Monomer | Cyclohexylmethacrylat | 101-43-9 |
| BZMA-Monomer | Benzylmethacrylat | 2495-37-6 |
| BDDMP-Monomer | 1,4-Butandiol Di(3-mercaptopropionat) | 92140-97-1 |
| BDDMA-Monomer | 1,4-Butandioldimethacrylat | 2082-81-7 |
| AMA Monomer | Allylmethacrylat | 96-05-9 |
| AAEM Monomer | Acetylacetoxyethylmethacrylat | 21282-97-3 |
| Acrylate Monomer | ||
| IBA Monomer | Isobutyl-Acrylat | 106-63-8 |
| EMA-Monomer | Ethylmethacrylat | 97-63-2 |
| DMAEA Monomer | Dimethylaminoethylacrylat | 2439-35-2 |
| DEAEA Monomer | 2-(Diethylamino)ethylprop-2-enoat | 2426-54-2 |
| CHA Monomer | Cyclohexylprop-2-enoat | 3066-71-5 |
| BZA Monomer | Benzylprop-2-enoat | 2495-35-4 |