Harz als Bindemittel
Harz als Bindemittel in Beschichtungen: hält zusammen, was zusammen gehört
Lacke und Beschichtungen bestehen in der Regel aus Pigment, Bindemittel, Lösemittel, Füllstoffen und Additiven. Das Bindemittel (das Kunstharz) ist in vielen Fällen Namensgeber für die Endprodukte Beschichtung und Lack: Acryllack, Polyurethan-Beschichtung, Epoxidharz-Coating usw. Pigmente liefern indes Farbigkeit, Additive optimierte Funktion und Lösemittel die geforderte Lack-Konsistenz zur Verarbeitung. Das Bindemittel ist hingegen dafür zuständig, dass Pigmente benetzen und sich alle Lackkomponenten miteinander verbinden. Zudem ist das Bindemittel filmbildender Baustein von Beschichtungssystemen; sozusagen der Träger des Pigments, der aushärtet. Ferner ist das Bindemittel für Adhäsion, Beständigkeit, Flexibilität, Glanzwert sowie weitere physikalische Größen der Beschichtung zuständig. Harze sind widerstandsfähige Bindemittel, deshalb kommt Harz als Bindemittel sehr häufig in industriellen Beschichtungen vor.
Folglich beschäftigt sich dieser Artikel mit Kunstharzen als wichtigste Bindemittel in flüssigen sowie pulverförmigen Beschichtungen. Sie erhalten Einblick in industrielle Anwendungen und Typisierung von Epoxid-, Polyurethan-, Acryl-, Polyester- und Alkydharzen. Zudem werden einige der wichtigsten Harz-Produzenten und Bindemittel-Hersteller für Deutschland und deren Harz-Produkte vorgestellt.
Duroplast und Thermoplast: Härte vs. Flexibilität von Harz als Bindemittel
Die Moleküle der Kunstharze, oder besser: synthetischen Bindemittel, gehören zu den Polymeren. Polymere entstehen durch chemische Verknüpfung kleiner Moleküle (Monomere) zu größeren Molekülen. Die Größe und Struktur der Moleküle charakterisieren diese Polymere.
- Thermoplastische Harze: Bei Thermoplasten handelt es sich um sogenannte unvernetzte Polymere. Bei Temperaturerhöhung ab ca. 80 °C beginnen zuvor ausgehärtete Thermoplaste zu schmelzen und erreichen den elastischen Bereich. Sie erreichen bei weiter erhöhter Temperatur den plastischen Zustand. Thermoplastische Harze härten durch Verflüchtigung von Lösungsmittel oder Wasser aus. Außerdem bieten thermoplastische Harze hervorragenden Schutz gegen korrosive Umgebungen und gegen korrosive Materialien.
- Duroplastische Harze: Duroplaste sind vernetzte Polymere. Vernetzte Duroplaste sind, einmal ausgehärtet, nicht mehr schmelzbar. Im Gegensatz zu Thermoplasten wird bei Temperatureinwirkung also kein plastischer Bereich erreicht. Allerdings können auch sie Elastizität bieten. Unausgehärtete duroplastische Harze sind viskos, flüssig. Während der Aushärtung formen die Harzmoleküle mit der Härterkomponente kovalente Verbindungen, was zu einem engmaschig vernetzten Polymer führt, das permanent ausgehärtet ist. Duroplaste bieten daher exzellente Adhäsion, Chemikalien-, Wasser- sowie Hitzebeständigkeit. UV-härtende Duroplaste sind zudem beständig gegen Strahlung.
Die wichtigsten Harze als Bindemittel in Beschichtungen
Harze als synthetische Bindemittel sind entweder (sehr) viskos oder fest. In der Lack- und Beschichtungsindustrie sind heutzutage die natürlichen Harze von Pflanzen (Bäumen) größtenteils durch synthetische ersetzt worden. Das folgende Kapitel veranschaulicht Charakterisierung, Anwendung und Herstellerfirmen der wichtigsten synthetischen Harze als Bindemittel für industrielle Beschichtungssysteme.
Der Aggregatzustand von Harz als Bindemittel ist flüssig für Flüssiglack und fest für Pulverlack.
1. Acrylharz
Typisierung: Thermoplast/ Duroplast
Acrylharze sind durch ihr breites Anwendungsspektrum in der Beschichtungsindustrie weit verbreitet. Nahezu 30 % der industriell verarbeiteten Beschichtungsharze beschlagen die Acrylharze. Acrylharze bestehen aus Polymerisaten der Acrylsäure und Methacrylsäuren sowie deren Estern (z. B. MMA). Sie werden in wasserbasierten sowie lösemittelbasierten Lacken mit hohem Festkörperanteil respektive geringerem Festkörperanteil verarbeitet. Pulverlacke aus Acrylharzen bestehen zu 100 % aus Festkörpern. Acrylharz dient überdies zur Verbesserung der Optik von Beschichtungen aus etwa Polyurethan oder Epoxidharz.
Vorteile: Acrylharze bieten eine ausgezeichnete Haltbarkeit, Festigkeit, sehr gute optische Eigenschaften sowie beste Glanzwerte und Witterungsbeständigkeit.
Verwendung: Lösemittelbasierter Acryllack wird in den Bereichen Coil Coating, Automotive sowie als Schutzlack für Industrieböden und Metallmöbel verwendet. Allerdings ist eine Tendenz weg von hoher VOC-Emission zu erkennen, weswegen Lösemittellacke in der Industrie nach und nach durch Wasserlacke ersetzt werden. Acrylharze sind weiter in Baufarben und für Anwendungen im Außenbereich anwesend.
2. Polyurethanharz
Typisierung: Duroplast
Polyurethane sind Reaktionspolymere, welche aus der Reaktion von Diolen oder Polyolen mit Polyisocyanaten entstehen. Die Typen der polymerformenden Polyole und Polyisocyanaten bestimmen das letztendliche Polymer. Die Stärke von Polyurethanharzen ist deren hieraus entstehende Vielseitigkeit in Formulierung und Endanwendung: Die stabile Vernetzung von Polyurethan-Beschichtungen führt zu einer äußerst widerstandsfähigen, eine weniger stark vernetzte und längerkettige zu einer flexibleren (sprich plastischeren) Ausführung. Polyurethan Beschichtung sind als Einkomponentensystem und 2-Komponenten-Beschichtung erhältlich.
Vorteile: Polyurethanharz verfügt über hervorragende Korrosionsbeständigkeit sowie Beständigkeit gegen Chemikalien und Lösemittel, Abrasion, UV-Strahlung, Witterungseinflüsse, Glanzbeständigkeit und ausgewogene Flexibilität und Härte, je nach Formulierung.
Verwendung: In der Regel sind Polyurethane Hochleistungsbeschichtungen für Metall, Beton, Holz, Kunststoff und ähnliches. Daher ist der Anwendungsbereich von Polyurethanharz-Beschichtungen sehr breit; angefangen beim Bausektor, über Automobilbranche bis hin zum maritimen Sektor.
3. Epoxidharz
Typisierung: Duroplast
Epoxidharze sind wie Polyurethanharze Duroplast-Polymere, die durch Vernetzung eine zähe Oberfläche bilden. Es gibt mehrere Epoxidharz-Formulierungen, wie Bisphenol A Epoxidharz, Bisphenol F Epoxidharz, Novolak Epoxidharz und aliphatisches Epoxidharz. Alle Harzformulierungen zeichnen sich durch individuelle Eigenschaften aus. Epoxidharz härten exotherm aus. Dies wird entweder durch eine Härterkomponente oder Wärmeeinwirkung bewirkt. Epoxidharz-Beschichtung besteht zum Großteil aus zwei Komponenten Harz und Härter, ist aber auch als 1-K-Beschichtung, lösemittel- oder wasserbasiert, erhältlich.
Vorteile: Epoxidharze bieten eine Reihe von Qualitäten: Sie sind wasserdicht, beständig gegen Chemikalien, hohe Temperaturen. Zudem bietet Epoxidharzbeschichtung gute Haftungswerte und Langlebigkeit.
Verwendung: Epoxidharzbeschichtungen begegnet man typischerweise als industrielle Bodenbeschichtung, Konservendosenlack (Can Coating) und zur sicheren Abdichtung von Beton, Stahl, Tanks, Pipelines, Cargo in Offshore-/Öl-/Gas-Sektoren sowie der Fahrzeugindustrie.
4. Polyester
Harze in Band- und Drahtbeschichtung müssen hohe Elastizität und Widerstandsfähigkeit bieten.
Typisierung: Duroplast
Polyesterharz bildet sich durch die Polymerisation von Alkoholen und Dicarbonsäuren. Ungesättigte Polyesterharze sind duroplastische Kunstharze, welche zur leichteren Verarbeitung in einem Monomer, wie Styren, zur Herabsetzung der Viskosität gelöst wird. Zur Aushärtung gehört die Reaktion mit einem Katalysator (oftmals ist das Methylethylketonperoxid). Polyesterharz ist hochreaktiv, daher ist die Haltbarkeit begrenzt.
Vorteile: Polyester bietet eine nahezu unvergleichliche chemische Beständigkeit sowie Temperaturresistenz. Ferner bietet Polyesterharz eine gute Abrasionsfestigkeit, härtet schnell aus und bietet ausgezeichnete Korrosionsschutzeigenschaften. Preislich sind Polyesterharze ebenfalls Spitzenreiter; sie sind die günstigsten im Feld.
Verwendung: Polyesterharzbeschichtungen kommen in chemisch schwer belasteten Umgebungen zur Anwendung. Beschichtungen auf Basis von Polyesterharzen sind außerdem die wichtigste Art der Coil Coating.
5. Alkydharz
Typisierung: Thermoplast/ auch in Duroplasten verwendbar
Alkydharze gehören chemisch zu den Polyestern und sind mit Polyesterharzen verwandt. Als Alkyd bezeichnet man das aus Polymerisation entstandene Resultat aus mehrwertigem Alkohol (z. B. Glycerin) und mehrprotonige Säure, welche ölmodifiziert wurde. Alkydharz wird auch als ölmodifizierter Polyester bezeichnet. Je nach Formulierung variiert der Ölanteil an einer Beschichtung. Entsprechend werden die Alkydharze als kurzölig, mittelölig und langölig bezeichnet. Langölige Alkydharze härten am langsamsten aus und sind am elastischsten, kurzölige Alkydharze sind in Beschichtungen zäh und härten vergleichsweise schnell aus. Aufgrund des Trends hin zu wasserbasierten Lacken und Beschichtungen hat Alkydharz als Basis an Popularität eingebüßt, zugunsten der Epoxid-, Acryl- und Polyurethanhharze.
Vorteile: Die Vorzüge von Alkydharzbeschichtungen und -lacken liegen in der guten Haftung, Härte sowie Flexibilität, Korrosionsbeständigkeit sowie Glanzerhalt.
Verwendung: Geeignete Substrate für Alkydharze gibt es eine Menge: Von Metallen über Holz und Kunststoff, erfreuen sich Sparten, wie Baufarben (vor allem dekorative Glanzlacke), Möbelbeschichtung, Automobillacke (inkl. Unterboden- und Motorraumlack), Coil Coatings und viele mehr an Beschichtungen aus Alkydharzen.
Auswahl einiger Harze als Bindemittel der wichtigsten Firmen
Die Tabelle umreißt einen kleinen Teil von Harzen als Bindemittel für Beschichtungen und Lacke einiger Herstellerfirmen, die am Markt erhältlich sind und zur Produktion von Anstrichen benutzt werden.
| Firma/ Hersteller Harz und Bindemittel | Harz als Bindemittel für Beschichtungen | Beschreibung |
|---|---|---|
| Allnex | Crylcoat 2415-2 | festes Polyesterharz für Pulverlacke für matte Fassaden; gute Witterungsbeständigkeit |
| Dow Chemical Company | D.E.R. 336 | flüssiges Epoxidharz auf Bisphenol-A-Basis |
| DSM | Uralac Ultra | festes Polyesterharz für Pulverlacke für MDF |
| Helios | DOMALKYD 4161 | 2K Alkydharz für die Verwendung in PUR-Lacken für Holz (Parkett) und Metall |
| Hexion Specialty Chemicals | Epikote Resin 1001 | festes Epoxidharz basierend auf Bisphenol A und Epichlorhydrin |
Die Zukunft von Harz als Bindemittel
Der Markt der Bindemittel und Harze ist in den letzten Jahren ordentlich gewachsen. Der Aufwärtstrend wird offensichtlich auch weiterhin anhalten. Zu den größten Namen im Harzgeschäft für Beschichtungen in Deutschland und international gehören Allnex, Arkema, BASF, Dow Chemical Company, Evonik Industries, Helios und Valspar. Auch hier ist ein wahrnehmbarer Trend in Richtung umweltverträgliche Lacke und Beschichtungen spürbar, denn die Nachfrage nach wasserbasierten Harzen sowie Coatings, die lösemittelfrei und somit keine oder sehr geringe VOC-Werte aufweisen, ist groß. Die Beschränkung seitens neuer EU-Gesetzeslage führt darüber hinaus zu umweltfreundlicheren Varianten von Lacken und Beschichtungen, da Hersteller gezwungen sind, grüner zu denken und zu produzieren.
Aktuelle Forschungsprojekte und Entwicklungen in Sachen „Über-den-Tellerrand“-Beschichtungen zeigen ebenfalls Effekt: Fluorpolymere, UV-härtende Beschichtungen, silikonmodifizierte Lacke, sogenannte Superpolyester für Coil Coatings oder Polyurea-Beschichtungen sind auf dem Vormarsch. Egal ob Sie sich für traditionelle oder moderne Harze als Bindemittel interessieren, wir finden den richtigen Ansprechpartner für Ihr Projekt. Melden Sie Ihre Anfrage kostenlos mittels unten stehendem Button an, wir freuen uns auf Sie!
