AR296

Beschichtbarkeit vorhersagen

Kontaktwinkel- und Oberflächenspannungsergebnisse als Grundlage für die gezielte Entwicklung von Beschichtungsformulierungen

Eine wirksame und zuverlässige Methode, um die Beschichtungsleistung zu bewerten und vorherzusagen, ist entscheidend für die Entwicklung neuer Materialien und die Qualitätskontrolle. Insbesondere bei Mehrschichtsystemen führt nur eine sorgfältige Feinabstimmung der einzelnen Komponenten für gute Benetzung und Beschichtungshaftung. Mit geeigneten Messmethoden ist es möglich, das Verhalten von Mehrschichtsystemen in Bezug auf die Beschichtbarkeit im Voraus einzuschätzen. Eine solche Methodik verhilft dazu, Additive auszuwählen und den Zeit- und Kostenaufwand für neue Formulierungen erheblich zu reduzieren.

 

In dieser Studie wurden Kontaktwinkel- und Oberflächenspannungsmessungen einer (ausgehärteten) Fahrzeuggrundierung bzw. eines (flüssigen) Basislacks verwendet, um das System Beschichtung/Substrat vollständig zu beschreiben. Die vorgestellte Analyse umfasst Größen, die aus den vorgenannten Messungen berechnet wurden, d. h. die freie Oberflächenenergie (mit polaren und dispersiven Anteilen), die Adhäsionsarbeit, den Spreitkoeffizienten, die Grenzflächenspannung und der "Wetting Envelope". Mithilfe der Ergebnisse konnte ein mit Polyether-Makromer modifiziertes Polyacrylat-Additiv zur Optimierung der Substratbeschichtbarkeit erfolgreich eingesetzt werden.

Hintergrund

Das Interesse an der Entwicklung höherwertiger, "intelligenter" Materialien ist in den letzten zehn Jahren stark gewachsen [1-3]. Bei der Herstellung solcher Materialien werden häufig funktionelle Beschichtungen verwendet, um bestimmte Eigenschaften selektiv zu verbessern oder sogar situationsbedingte Reaktionen zu ermöglichen. Aus diesem Grund wurde eine breite Palette von Beschichtungen für zahlreiche Anwendungen entwickelt, darunter selbstreinigende, korrosions­hemmende, antimikrobielle, reibungs­mindernde, umweltfreundliche, superhydrophobe/hydrophile und oleophobe/oleophile Beschichtungen, um nur einige zu nennen. In jüngerer Zeit sind Alltagsgegenstände, die mehrere funktionelle Beschichtungen aufweisen, immer häufiger geworden [4]. Mit der zunehmenden Komplexität dieser mehrschichtigen Verbundwerkstoffe steigt auch die Herausforderung, die Kompatibilität zwischen den einzelnen Beschichtungen sicherzustellen. Da alle Schichten (entweder direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind, ist es oft hilfreich, die so genannte Kompatibilitätskette im Endprodukt zu berücksichtigen.

 

In der Industrie werden verschiedene Beschichtungs­stoffe in der Regel von unterschiedlichen Lieferanten bezogen und oft auf unterschiedlichen Grundlagen entwickelt, d. h. auf Wasserbasis oder auf Lösungs­mittelbasis. Daher werden häufig Zusatzstoffe verwendet, um die Eigenschaften zu optimieren und die Kompatibilitätskette aufrechtzuerhalten.

 

Der Aufbau von mehrlagigen Beschichtungen

Die Bestimmung der am besten geeigneten Additive in der richtigen Menge ist herausfordernd und in der Regel mit zeitaufwändigen Trial-and-Error-Verfahren verbun­den. Messungen mit geeigneten Methoden erleichtern die Vorhersage des Benetzungsverhaltens und der Beschichtungsfähigkeit und reduzieren die Kosten und den Zeitaufwand für Neuformulierungen erheblich.

 

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