Visuelle Transparenzprüfung des neuen und umweltfreundlichen Lacks
Fraunhofer LBF
Durch den Einsatz von Nanopartikeln als Füllstoffe für wässrige Lacksysteme ist es nun gelungen, die Kratzfestigkeit der fertigen Beschichtung deutlich zu erhöhen. Gleichzeitig konnte deren Transparenz und Glanz erhalten bleiben.
Lacke sind die nützlich-schöne Hülle vieler Produkte des täglichen Bedarfs. Schon ein dünner Film wirkt sich positiv auf Erscheinungsbild, Funktion und Lebensdauer aus – besonders gefragt bei Hölzern und Kunststoffen. Das Problem in kommerziell erhältlichen Lacksystemen sind die oftmals enthaltenen, gesundheitlich bedenklichen flüchtigen Komponenten. Endverbraucher und Unternehmen verlangen daher zunehmend nach umweltfreundlichen, wasserbasierten Lacken. Dabei gilt es, flüchtige organische Anteile (VOC) zu vermeiden. Ein wesentlicher Nachteil der bislang erhältlichen wässrigen Lacksysteme ist deren geringe Kratzfestigkeit.
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF erarbeitete daher im Rahmen eines über die AiF vom BMWi geförderten IGF-Projektes Lösungen, welche die gesundheitlichen Risiken minimieren und gleichzeitig das Eigenschaftsprofil der Lacke erhalten. Dem Institut ist es gelungen, verschiedene anorganische Nanopartikel als Füllstoffe für wässrige Polyurethan-Beschichtungen zu erstellen und zu modifizieren. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler die Kratzfestigkeit der fertigen Beschichtung erhöhen und gleichzeitig deren Transparenz und Glanz erhalten.
Maßgeschneiderte Silika-Partikel als Füllstoffe
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Marktübliche Bindemittel für emissionsarme Lacke, die Kunden selbst mit einfacher Technik applizieren können, sind beispielsweise wässrige Dispersionen von Polyurethan-Partikeln. Daraus entstand die Herausforderung, umweltfreundlichere Bindemittel auf Wasserbasis mit einer verbesserten Kratzfestigkeit unter einen Hut zu bekommen. Bislang gilt als Stand der Forschung, Silika-Partikel einzubringen. Hierbei werden oftmals in ihrer Form undefinierte pyrogene Kieselsäuren in den Lack eingearbeitet. Das kann zwar die Kratzfestigkeit verbessern, bringt jedoch massive Einbußen des Glanzes und der Transparenz mit sich.
Die im Fraunhofer LBF entwickelten Lackdispersionen können optische Nachteile nun auf ein Minimum reduzieren. Hierzu stellt das Institut sphärische, oberflächenmodifizierte Silika-Partikel her. Um die Transparenz zu erhalten, wird die Partikelgröße dabei unter 50 nm gehalten. So wird das Licht beim Durchstrahlen des Films nicht an dem anorganischen Material gestreut. Die Oberfläche wird zusätzlich mit funktionellen Gruppen versehen, die eine chemische Anbindung an die Lackmatrix ermöglichen. Die Wissenschaftler erhalten dabei die Transparenz und den Glanz.
Verbesserte Kratzfestigkeit
Orientierende Untersuchungen bei den Projektpartnern, wie dem Institut für Lacke und Farben ILF in Magdeburg und dem Institut für Holztechnologie IHD in Dresden, zeigten eine verbesserte Kratzfestigkeit gegenüber unmodifizierten Lackdispersionen.