Pulverlack

Pulverlacke sind organische, meist duroplastische Beschichtungspulver mit einem Festkörperanteil von 100 %. Das Beschichten mit Pulverlacken erfordert - im Gegensatz zu allen Beschichtungstechnologien - keine Lösemittel.

Die Pulverlacktechnologie existiert seit den 1960er Jahren, wo zuerst reine Epoxisysteme Verwendung fanden, die aufgrund der damaligen Rohstoffsituation noch sehr träge in der Reaktionszeit waren, was die Einsatzgebiete ganz erheblich einschränkte. Inzwischen existiert eine Reihe geeigneter Rohstoffe, welche die unterschiedlichsten optischen und mechanischen Eigenschaften ermöglicht.

Zur Produktion der Pulverlacke werden so unterschiedliche Verarbeitungsverfahren wie die Extrusion und das Vermahlen eingesetzt.

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Aufbau

Die chemischen Unterschiede zwischen Pulverlack- und Nasslackrohstoffen sind nicht groß. Die Vernetzungsmechanismen des Pulverlackfilmes ähneln denen eines Einbrennlackes, bei dem unter Temperatureinfluss zwei Reaktionspartner durch Bildung eines organischen Netzwerkes eine chemische Verbindung eingehen. Charakteristisch für Pulverlacke ist jedoch das Fehlen von Lösemitteln.

Alle Pulverlacke enthalten folgende Komponenten in wechselnden Anteilen:

• Bindemittel

Die wichtigste Komponente jedes Lacksystems ist das Bindemittel, das die Basis bildet, die alle Feststoffteilchen im Lack umhüllt und die Oberflächenbeschaffenheit und Härte des Lackfilmes bestimmt. Bindemittel bestehen in der Regel aus langkettigen, meist organischen Verbindungen, die aktive Gruppen mit der Fähigkeit zu vernetzen enthalten. Für Pulverlacke kommen Kunstharze zum Einsatz, die entweder miteinander oder über einen Härter zu verzweigten Makromolekülen vernetzen können.

Zum Einsatz kommen Epoxidharze, carboxyl- und hydroxylgruppenhaltige Polyester, OH- und GMA-Acrylatharze, sowie modifizierte Harze für spezielle Einsatzgebiete. Die Auswahl des Harzes bestimmt im Wesentlichen die physikalischen Eigenschaften des Pulverlackes und somit dessen Einsatzbereich (Siehe Sorten). Die andere, ursprüngliche Variante der Pulverlacke ist die Gruppe der Thermoplaste, erkennbar am weichen Film und hohen Schichtstärken, welche vom Beschichtungsverfahren, dem Wirbelsintern rührt. Filmbildner sind in diesen Systemen überwiegend Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid.

Additive

Additive sind Hilfsmittel. Sie beeinflussen wichtige Parameter wie z. B. die Oberflächenbeschaffenheit sprich Verlauf oder Struktur, Glanz, Oberflächenhärte und Verarbeitungsbedingungen. So sorgen z. B. Polyacrylate in kleinen Zugabemengen im Pulverlackfilm für eine reduzierte Oberflächenspannung, und somit für einen glatten und kraterfreien Verlauf. Entgasungsadditive entlüften den Lackfilm, so können Reaktionsgase und Untergrundausgasungen abgeführt werden, die Lackoberfläche bleibt dadurch frei von Nadelstichen. Zugegebene Wachse schwimmen in der Aufschmelzphase des Härteprozesses an die Oberfläche des Lackfilmes, welche dadurch glatter und kratzunempfindlicher wird (Slip Effekt). Auch zur Entgasung und Mattierung können solche Wachse eingesetzt werden. Bei der Produktion von Pulverlacken helfen Wachse, indem sie den Extrusionsprozess positiv beeinflussen. Auch bei der Applikation können Wachse helfen, ein Ansintern in Pulverschläuchen des Verarbeiters zu verhindern. Der Pferdefuß beim Einsatz von oberflächenaktiven Wachsen ist jedoch die eingeschränkte Überlackierfähigkeit, da auf einer wachsbeladenen Oberfläche nachfolgende Beschichtungen keinen Halt finden, es kann schlimmstenfalls zu Haftungsverlust kommen, der Decklack blättert ab. Die Zugabe von Strukturmitteln ermöglicht Oberflächentexturen, die von einer grobporigen, welligen, bis zur samtartigen Feinstruktur reichen. Eine andere Gruppe von Additiven schützt den Pulverlack gegen äußere Einflüsse wie das Überbrennen oder das Einbrennen in einem direkt beheizten Gasofen (Siehe Applikation). Die Zugabe von Additiven ist in jedem Lacksystem unumgänglich, sie sind sozusagen das Salz in der Suppe.

Pigmente und Farbstoffe

Nur bei Klarlacken fehlen sie. Pigmente sorgen für einen deckenden, farbigen Eindruck der Beschichtung. Obwohl die Pigmentpalette für Pulverlacke aufgrund der hohen Einbrenntemperaturen beschränkt ist, sind nahezu alle Farbtöne erstellbar. Jedoch ist man im Bereich der intensiven Buntfarbtöne (z. B. kräftiges Rot und Gelb) gezwungen farbstarke und reine, organische Pigmente zu verwenden, welche in den meisten Fällen erheblich teurer sind, was sich auch auf den Preis des fertigen Pulverlackes auswirkt. Waren hier früher schwermetallhaltige (anorganische) Pigmente auf der Basis von Blei- und Kadmiumverbindungen die erste Wahl, finden diese heute, bis auf Bismutvanadatpigmente wegen ihrer toxikologischen Eigenschaften kaum noch Verwendung. Einfacher ist der Umgang mit anorganischen Pigmenten, überwiegend aus der Gruppe der Metalloxide bzw. oxidische Mischphasenpigmente vom Rutil- und Spinelltyp. Diese Pigmentgruppe zeichnet sich durch eine gröbere Teilchengröße und somit leichtere Dispergierbarkeit aus. Die Farbstärke dieser Gruppe ist meist kleiner als bei den organischen Pigmente, dafür besitzen sie ein größeres Streuvermögen und eine überwiegend größere Temperaturbeständigkeit. Eine besondere Gruppe ist die der funktionellen Pigmente, überwiegend besteht sie aus Korrosionsschutzpigmenten. Hier ist weniger der erreichbare Farbeindruck das Ziel, vielmehr zählt die schützende Wirkung für das Substrat. Zinkphosphate (Wirkung umstritten) und andere, aktiv wirkende Typen finden hier Verwendung.

Farbstoffe sind im Gegensatz zu Pigmenten im Beschichtungsstoff löslich. Sie liegen also im Lack nicht als Festkörper vor, vielmehr färben sie ihn gesamt ein, was im Resultat einen lasierenden d. h. nicht deckenden Farbeindruck entstehen lässt. Mit Farbstoffen gefärbte Lacke können einen interessanten Effekt darstellen bei dem aber ein einwandfreier, weil sichtbarer Untergrund unabdingbar ist. Nachteilig beim Einsatz von Farbstoffen sind die geringeren Beständigkeiten wie z. B. Licht- und Witterungsstabilität.

Füllstoffe

Die Füllstoffe (auch Extender genannt) liegen, genau wie die Pigmente, als vom Bindemittel umhüllter Feststoff im Lacksystem vor. Betrachtet man die preiswerten Füllstoffe lediglich als Mittel die Rezeptur wirtschaftlich zu gestalten, übersieht man schnell die Vorteile dieser Rohstoffgruppe. Mit ihrer im Vergleich zu den Pigmenten größeren Teilchengröße verleihen sie dem Lackfilm Volumen, wobei die kleineren Pigmentteilchen die Freiräume zwischen den Füllstoffteilchen einnehmen und sich so eine optimalen „Packungsdichte“ einstellt. Funktionell wirken die Füllstoffe im Pulverlack als Mattierungsmittel und zur Unterstützung des Korrosionschutzes. Am häufigsten verwendet man Calciumcarbonate z. B. gefällt oder von natürlich vorkommender Kreide aus den Resten urzeitlicher Schalentiere. Dieser Füllstofftyp ist wegen seines plättchenförmigen Aufbaus als Mattierungsmittel geeignet. Zur Beeinflussung von Verlaufseigenschaften eignet sich Talkum, ein natürlich vorkommendes Magnesiumsilikathydrat, welches ebenfalls in Plättchenform vorliegt. Kugelförmig dagegen ist Bariumsulfat, weshalb sich die Packungdichte eines Lackes hiermit optimal steuern lässt. Auch hier gibt es einen natürlichen gewonnen Typ, das Mineral Schwerspat, und einen gefällten, genannt Blanc Fixe. Der industriell hergestellte Typ bietet den Vorzug eines helleren, nicht verunreinigten Aussehens und einer definierten Korngrößenverteilung.

Herstellung

Die Produktion von Pulverlacken lässt sich in folgende Schritte einteilen:

• Einwiegen
• Mischen
• Extrudieren
• Mahlen und Abfüllen

Die Einwaage der Rohstoffe erfolgt nach den Vorgaben eines Rezepts, auf dem die Rohstoffnamen, Anteile und Arbeitsanweisungen vermerkt sind. Es wird fast ausnahmslos chargenweise produziert, abhängig vom Fassungsvolumen der Ansatzbehälter die hierbei Verwendung finden. Das Rezept ist auf eine optimierte Reihenfolge beim Einwiegen ausgelegt, da dies Einfluss auf das spätere Mischverhalten hat. Nach der Einwaage wird der Ansatzbehälter unter einen Mischer geschoben und eingespannt. Dann wird, je nach Bauart des Mischers, z. B. über Kopf gemischt. Nun steht das Gemenge aus Harzen, Additiven, Pigmenten und Füllstoffen bereit zur Extrusion, einem Verfahren das für eine intensive Homogenisierung (Dispergierung) der Rohstoffe sorgt. Erreicht wird dies durch das Aufschmelzen der Harzteilchen verbunden mit intensiven Scherkräften, um alle Stoffe im Lack, allen voran die Pigmente, optimal zu verteilen. Gerade die Pigmente liegen in Form von sogenannten "Agglomeraten" vor, eine Art Verklumpung. Diese müssen aufgelöst und in ihre Primärteilchengröße zerkleinert werden, nur so wird das exakte, und reproduzierbare Einstellen eines Farbtones erreicht. In der Praxis besteht ein Pulverlackextruder aus einem beheizten Gehäuse und einer, oder mehreren, rotierenden Wellen. Das Rohstoffgemenge wird nun über den Einzugsbereich der Welle durch den Extruder in Richtung Austrittsöffnung gefördert. Hierbei schmelzen die Harze, wodurch die Masse ihre Konsistenz in eine hochviskose Flüssigkeit ändert. Im weiteren Verlauf wird diese Schmelze kräftig durchgeknetet, je nach Extruder-Bauform durch besondere Konfiguration der Welle, oder durch Widerstandselemente im Gehäuse. Am Ende tritt die Schmelze (Extrudat) aus, wird abgekühlt, ausgewalzt und durch einen Schredder in kleine Stücke zerschlagen. Die entstandenen Chips müssen abschließend vermahlen werden in die endgültige Verarbeitungsform. Hierzu verwendet man Rotor-Sichtermühlen, welche das Einstellen einer exakten Korngrößenverteilung erlauben. Die Chips gelangen, getragen von einem Luftstrom, durch einen Kanal in die Mahlkammer. Sie werden von einem schnell drehenden Rotor erfasst und gegen die Wand der Mahlkammer (Prallfutter) geschleudert. Der Luftstrom zieht die Teilchen in Richtung Austrittsöffnung, wobei sie den rotierenden Sichter passieren müssen. Nur ausreichend vermahlene Teilchen passen ungehindert durch das sogenannte "Sichterfenster", die Gröberen werden vom Sichter erfasst, und wieder in die Mahlkammer geschleudert, wo sie erneut zerkleinert werden. An dieser Stelle besteht noch die Möglichkeit, durch die Zugabe besonderer Additive Einfluss auf das Fluidisierungs- und Aufladeverhalten des Pulvers zu nehmen. Haben die feinen Teilchen den Sichterbereich passiert, gelangen sie aus der Mahlkammer durch eine Rohrleitung in einen Zyklonabscheider, in dem zu feines Korn abgetrennt wird. Durch den tangentialen Eintritt in den Zyklon wird das Pulver-Luft Gemisch in Rotation versetzt. Das Pulver wird aufgrund seiner Massenträgheit abgebremst, während der Luftstrom zusammen mit feinsten Partikeln durch den Luftaustrag abgeführt wird. Das Pulver mit der gewünschten Kornverteilung sammelt sich am Boden des Zyklonabscheiders und kann durch eine Druckschleuse (Zellradschleuse) der Abfüllstation zugeführt werden. Durch die Abstimmung der Rotor- und Sichterdrehzahlen, des Volumenstroms und der Zykloneinstellungen kann die Kornverteilung des Pulverlacks definiert eingehalten werden. Nach einer abschließenden Schutzsiebung und der Abfüllung in die entsprechenden Gebinde (PE-Beutel, Container, Bigbags) ist das Pulver versandfertig und einsatzbereit.

Welchen Pulverlack verwenden? Eine Sortenübersicht

Jeder Pulverlackverarbeiter steht vor der Wahl, für seinen Anwendungszweck den richtigen Pulverlacktyp zu wählen. Das Anwendungs- bzw. Anforderungsprofil der zu beschichtenden Objekte gibt in der Regel die Sorte vor, und lässt nur wenig Spielraum. Doch ein steigender Preisdruck zwingt zunehmend zum Überdenken. Kommen wir zu den technischen Grenzen: So sind beispielsweise reine Epoxi-Qualitäten wegen der fehlenden Lichtbeständigkeit ausnahmslos für den Inneneinsatz geeignet. Der UV-Anteil des Sonnenlichtes zersetzt die Harzstruktur. Es folgt ein Bindemittelabbau, der die Beschichtung im Laufe der Zeit mattiert, und die Farben verblassen lässt, es entsteht ein typischer Kreidungseffekt. Auch eine reduzierte Schutzwirkung kann die Folge sein. Hervorragend geeignet sind Epoxi-Pulverlacke für den Schutz vor Korrosion mittels eines Mehrschicht-Aufbaus. Generell ist ihr Einsatzgebiet vorwiegend die Grundierung. Reine Epoxi-Pulverlacke zeichnen sich durch eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit aus. Weiterhin besitzen sie eine hohe Isolationswirkung gegen elektrischen Strom. Den Anforderungen bezüglich Witterungsstabilität genügen reine Polyester-Pulverlacke. Sie sind resistenter gegen UV-Strahlung und bieten deshalb langjährigen Schutz im Außenbereich. Spezielle Polyester-Qualitäten erfüllen auch die Vorgaben von GSB und Qualicoat; Gütegemeinschaften, die für ausgezeichnete Beschichtungsqualität stehen. Das klassische Polyester-System ist TGIC-haltig und wegen seines universellen Eigenschaftsbildes sehr beliebt im Markt. Da aber die Pulverlacke, welche auf diesem Härter basieren seit 1998 mit dem Totenkopf gekennzeichnet werden müssen, werden sie in Europa immer seltener eingesetzt. Bei den Ersatzsystemen dominieren zwei unterschiedliche Vernetzungsmechanismen. Zum Einen die auf der Basis einer Polykondensation mit Hydroxylalkylamid vernetzenden Systeme, bei denen es eine langjährige Markterfahrung gibt. Diese zeichnen sich durch geringe Einbrenntemperaturen und einen glatten Verlauf aus. Nachteilig ist jedoch die, aufgrund der Vernetzungsart ausgeprägten Neigung zu Nadelstichen gerade bei höheren Schichtdicken. Zum Anderen sind seit einiger Zeit direkte Nachfolgetypen von TGIC im Einsatz. Wie TGIC-haltige Produkte vernetzen diese auch mittels einer Polyaddition mit dem Polyesterharz, so dass keine Abspaltprodukte freigesetzt werden, welche Nadelstiche verursachen können. Nachteilig sind hier jedoch die etwas höheren Preise, ein schlechterer Verlauf (welcher aber optimiert werden kann) und eine Kennzeichnung des Pulvers als „reizend“ ab einer bestimmten Härterkonzentration im Lack. Einen Mittelweg geht man mit der Verwendung von Hybridpulverlacken. Diese bestehen aus einer Mischung von Epoxid- und Polyesterharzen, und sind die Basis für einen breitgefächerten Anwendungsbereich. Die Witterungsbeständigkeit ist besser als bei Epoxisystemen. Auch die Beständigkeiten gegen Reagenzien ist in vielen Fällen ausreichend. Weiterhin sind alle Glanz- und fast alle Textureinstellungen problemlos realisierbar. Die Farbtonvielfalt ist nahezu unbegrenzt einstellbar. Bisher war auch oft der günstige Preis ein ausschlaggebender Faktor bei der Entscheidung für Hybridpulverlacke. Sollte sich aber die stetige Verteuerung bei den Epoxidharzen fortsetzen, könnte dieser Vorteil zunichte gemacht werden. Die Wahl könnte dann auf ein höherwertiges, und trotzdem preiswertes Polyesterpulver fallen. Neben diesen drei, in Europa üblichen Pulverlacksorten gibt es noch andere Systeme, wie beispielsweise die Polyurethan- und Acrylatpulver. Speziell Pulverlacke auf der Basis von Polyurethan sind in den USA und in Japan sehr beliebt. Sie bieten einen sehr guten Verlauf und eine ausgezeichnete Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit. Nachteilig ist der hohe Preis und hohe Energiekosten bedingt durch höhere Vernetzungstemperaturen. Ein Großteil der hochwitterungsbeständigen (superdurable) Pulverlacke basieren auf Polyurethanen. Die Acrylattechnologie auf der Basis von glycidylfunktionellen Acrylatharzen befindet sich noch weitgehend in einer Phase der Optimierung, und wird wegen des hohen Preises und der hohen Unverträglichkeit mit konventionellen Pulverlacken nur zögerlich angenommen. Hier ist die Investition in eine räumlich abgetrennte, separate Pulverlinie unumgänglich. Vorteile sind hier der extrem gute Verlauf und eine sehr gute Witterungsbeständigkeit, welche sogar den Anforderungen der Automobilindustrie genügen. Auch die Energiekosten können dank niedriger Vernetzungstemperaturen gesenkt werden. In der Entwicklung befinden sich ebenfalls neue Vernetzungstechnologien, wie z. B. UV-vernetzende Pulverlacke. Diese erlauben teilweise auch den Einsatz auf temperaturempfindlichen Substraten wie beispielsweise MDF. Hier bleibt noch abzuwarten, bis diese Neuentwicklungen endgültige Marktreife erlangen.

Fazit: Das wichtigste Kriterium für den Beschichter, den richtigen Pulverlacktyp für sein Lackierobjekt zu finden, wird weitgehend von der technologischen Seite bestimmt. Die Entwicklung der Rohstoffkosten könnte jedoch den Markt hin zu außenbeständigen Polyesterqualitäten verschieben, da die bisher preiswerten Hybridpulver ihren Vorteil teilweise einbüßen.

Verarbeitung von Pulverlacken

Die Applikation von Pulverlacken basiert auf einem physikalischen Prinzip: Elektrische Ladungen sammeln sich an der Oberfläche eines nichtleitenden Körpers. An einem geerdeten Werkstück haften solche Körper aufgrund des Ladungsunterschiedes bis zu einigen Stunden, bis ein Ladungsausgleich erfolgt ist. Dies kann in der (klassischen) Pulverlacktechnologie auf zwei Wegen praktiziert werden:

Korona-Applikation Die vermahlenen Pulverlackteilchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von 30-50µm werden, von einem Luftstrom getragen, an einer Elektrode vorbeigeführt. An dieser Elektrode liegt eine Spannung von ca. 30 - 100 kV an, welche die umgebende Luft ionisiert. Es entsteht an der Elektrodenspitze die typische blauweiße Lichterscheinung, die Korona.

Die Pulverpartikel passieren dieses Feld, wobei Luftionen an die Partikeloberfläche angelagert werden. Durch die Aufnahme dieser Ladungen folgt das Pulverpartikel nicht mehr nur dem Luftstrom, sondern auch einem elektrischen Feld, das sich zwischen Elektrode und geerdetem Werkstück ausbildet. Da dieses Feld um das Werkstück herumreicht, bleiben dabei nicht wenige Partikel an dessen Rückseite haften. Das hat zur Folge, dass zweiseitig beschichtete Teile im Kantenbereich nahezu die doppelte Schichtstärke erreichen, eine zusätzliche Schutzwirkung in diesem korrosionsgefärdeten Bereich, bei passgenauen Bauteilen aber eher ein Hindernis. Die Feldausbildung hat aber auch einen gravierenden Nachteil! Hohlräume und winklige Werkstücke werden vom Feld umgangen. Dieser sog. Faradaysche Käfig sorgt für Probleme beim Beschichten, da in Hohlräume und starke Winkel sich kaum Pulvermaterial aufbringen lässt. Das Reduzieren der angelegten Spannung kann hier Abhilfe schaffen, abstellen kann man diesen Effekt jedoch nicht. Eine weitere Einschränkung besteht bei der Corona-Applikation durch die vorhandenen freien Luftionen, die zum Werkstück gelangen. Diese blockieren den ungestörten Aufbau einer Pulverschicht am Objekt durch Abstoßungseffekte aufgrund gleicher Polaritäten. Das ergibt eine ungleichmäßige Schicht mit starker "Orangenhaut", bis hin zu Rücksprühkratern bei hohen Schichtstärken. Diesem Nachteil kann man jedoch durch das Anbringen einer zusätzlichen, ringförmigen Elektrode begegnen. Diese Elektrode ist am Pistolenkörper kurz hinter dem Sprühkopf angeordnet und leitet die eingefangenen, freien Elektronen gegen Erde.

Tribo-Applikation Dieses Verfahren kommt mit einer einfacheren Technik aus. Man benötigt keine Hochspannungseinheit, im einfachsten Fall nicht einmal ein Steuergerät. Die Aufladung der Teilchen erfolgt nicht über eine Fremdspannung sondern durch Reibungsaufladung in einem Teflon-beschichteten Kunststoffrohr. Erkennbar sind solche Pistolen oft durch ihre längere Bauform bzw. an aufgefächerten Sprühorganen. Beide Methoden garantieren einen ausgiebigen Kontakt der Pulverteilchen mit der Rohrwandung, was für eine gute Aufladung sorgt. Da nur die Pulverpartikel selbst aufgeladen werden, können keine ungebundenen Ionen die Applikationen stören, dadurch sieht der Verlauf dieser Lackoberflächen in der Regel entspannter aus. Ohne angelegte Fremdspannung baut sich auch nur ein schwaches, elektrisches Feld auf, der Faradaysche Käfig ist hier praktisch nicht von Bedeutung. Deshalb ist die Tribo-Applikation beim Beschichten von kompliziert geformten Werkstücken mit ausgeprägten Hohlräumen die erste Wahl. Bei diesem Verfahren ist jedoch der Pulverdurchsatz geringer, so dass im Vergleich zur Korona-Applikation die Flächenleistung sinkt, evtl. muss mit reduzierter Bandgeschwindigkeit gefahren werden. Auch ein erhöhter Verschleiß muss in Kauf genommen werden, der vom höheren Luftdurchsatz rührt. Durch das geringere Feld fehlt der Umgriff, und Kanten werden nicht dicker beschichtet, was Vor- und auch Nachteile hat (Wie bei der Korona-Applikation geschildert).

Achtung, für die Tribo-Applikation benötigt man ein speziell eingestelltes Pulvermaterial, nicht alle Sorten erfüllen dieses Kriterium.

Appliziert werden Pulverlacke in speziellen Kabinen, in denen eine Luftströmung dafür sorgt, dass kein versprühtes Material diesen Raum verlässt und die Umgebung kontaminiert. Dabei ist die Strömungsgeschwindigkeit so zu wählen, dass das Pulver nicht vom Objekt weggezogen, oder gar Fremdpartikel in die Kabine gerissen werden, was auch im Wesentlichen von den Größen der diversen Öffnungen einer Kabine abhängt (bei Umbauten zu beachten!). Die Kabinen bestehen entweder aus verzinktem Stahl oder Edelstahl, oder aber aus Glas bzw. Kunststoff, den es durchsichtig oder gefärbt gibt. Kunststoffkabinen haben die Eigenschaft kaum Pulverlack anzunehmen so dass die Kabine weniger stark verschmutzt und mehr Pulvermaterial zum Objekt gelangt, was den Erstauftragswirkungsgrad erhöht. Da trotzdem nicht alles versprühte Pulver am Objekt bleibt (Overspray), gibt es mehrere Methoden um dieses Material aufzufangen und als Abfall abzuscheiden (Auf Verlust fahren), oder aufzubereiten und dem Einsatz erneut zuzuführen (Auf Rückgewinnung fahren). Hat man eine große Farbtonvielfalt und häufige Farbwechsel am Tag, mit nur geringen Stückzahlen an lackierten Teilen, wird man sicher auf Verlust fahren, da der maschinelle- und der Reinigungsaufwand für eine Rückgewinnung ungleich größer ist. Bei hohen Stückzahlen, mit Sicherheit aber bei Verwendung eines sog. "Hausfarbtones" wird man sich für eine Rückgewinnung entscheiden. Wird auf Verlust gefahren, reicht eine Kabine mit einfachen Platten- bzw. Rundfiltern, die über eine Druckstoßreinigung von anhaftendem Pulver befreit werden. Bei Rückgewinnungsanlagen gibt es solche Filtersysteme in angeflanschten Einheiten die schnell gewechselt sind, und durch das Auswechseln kurze Reinigungszeiten ermöglichen. Nach einer Schutzsiebung gelangt in diesen Anlagen das Overspray wieder in den Pulvervorratsbehälter, wo es erneut dem Kreislauf zugeführt wird. Dies muss aber immer durch eine kontinuierliche Frischpulverzugabe unterstützt werden, da sonst die Kornverteilung des Pulvers dazu neigt immer feiner zu werden! Die Dosierung des Pulverlackes erfolgt bei allen Kabinensorten nach dem gleichen Schema: Das Pulver muss für eine Förderung durch Schlauchleitungen vorbereitet werden, was in der Regel über das "Fluidisieren" mittels Druckluft erfolgt. Diese Druckluft wird entweder direkt in das Pulvergebinde geleitet (Container mit "Fluidboden"), oder man fördert das Pulver aus den angelieferten Säcken in einen Vorratsbehälter. Der Boden dieses Behälters besteht aus einen luftdurchlässigen Material, durch den Druckluft gleichmäßig das eingefüllte Pulver durchströmt. Hierbei wird der Pulverlack aufgelockert und „fluidisiert“ d. h. er kann wie eine Flüssigkeit gefördert werden. Mittels sog. „Injektoren“ wird das Pulver- Luftgemisch aus dem Behälter gefördert und durch Schläuche den Pistolen zugeführt. Um die Kabinenabluft vom Pulver zu trennen kann man ebenfalls den, aus der Pulverproduktion bekannten Zyklon einsetzen, immer unter Nachschaltung eines Feinstaubfilters, da die Trenngröße des Zyklons nicht ausreicht, die feinsten Pulverpartikel aus dem Luftstrom zu trennen. Der Zyklon kann sowohl bei Verlust- als auch bei Rückgewinnungsanlagen einzeln, oder im Verbund (Multizyklon) eingesetzt werden. Pulverkabinen können manuell mit den zu lackierenden Teilen beschickt werden, oder durch Verwendung eines Förderungssystems, welches die Objekte kontinuierlich durch die Kabine transportiert. Das kann entweder ein einfacher Kettenförderer sein, der alle Stationen (Aufgabe, Vorbehandlung, Trocknung, Lackierung, Aushärtung, Abnahme) ohne Umweg durchfährt, oder ein sog. "Power & Free"-System. Ohne diese Einrichtung wirken sich Stillstände des Bandes auf die ganze Produktionslinie aus, mit "Power & Free" können Pufferzonen eingerichtet werden, die solche Situationen kompensieren.

Prüfungen am hergestellten Pulver

Erste Prüfungen eines Beschichtungspulvers können bereits vor der Applikation durchgeführt werden. Es gibt einige Faktoren, die die Verarbeitung, und somit auch direkt das Ergebnis einer Pulverbeschichtung beeinflussen.

Im Wesentlichen sind dies die Kornverteilung und das Fluidisierverhalten. Gerade die Kornverteilung beeinflusst die Versprühbarkeit des Pulvers. Bei der Vermahlung des Pulvers mittels Rotor-Sichter-Mühlen versucht der Lackhersteller die Kornverteilung in einem engen, definierten Spektrum zu halten. Ideal wäre es, wenn 100 % des Pulvers die gewünschte Korngröße erreichen würde, was aufgrund des Vermahlungsprozesses nicht möglich ist. So werden während einer Pulverproduktion Mahlgutproben entnommen und mittels Siebanalyse, oder Laserbeugung das Kornspektrum vermessen. Bei der Laserbeugung macht man sich das physikalische Prinzip der Lichtbrechung zunutze, demzufolge verschieden große Partikel einen Lichtstrahl unterschiedlich stark ablenken. Man erhält dabei Messwerte, die den prozentualen Anteil der unterschiedlichen Fraktionen des Pulverlackes darstellen. Es hat sich in der Praxis bewährt, auf spezielle Korngrößen zu achten, etwa die Werte bei 10 µm, 32 µm, 64 µm, 90 µm und 150 µm. Weiteren Aufschluss erhält man durch den D50- oder auch Medianwert, welcher eine Korngröße angibt, bei der 50 % der Partikel feiner, und 50 % gröber sind als der angegebene Wert. Von besonderer Bedeutung sind die Anteile der Teilchen unter 10 µm und über 90 µm. Sind die Anteile in diesen Bereichen zu hoch, ist mit Verarbeitungsschwierigkeiten zu rechnen. Auch für die Fluidisierbarkeit des Beschichtungspulvers ist die Kornverteilung von Belang. Hier hat der Pulverlackhersteller zusätzlich die Möglichkeit mittels Zugabe eines Fluidisierhilfsmittels während der Produktion Verbesserungen vorzunehmen.

Überprüfen lässt sich die Fluidisierung mittels eines Messgerätes, in dem eine definierte Menge Pulver fluidisiert wird. Man misst Fluidisierhöhe und Ausbringmenge am Messgerät, und erhält nach einer Umrechnung eine Zahl, die eine absolute Aussage über die Fluidisierbarkeit zulässt.

Am Pulverlack lässt sich auch im Vorfeld schon eine Aussage über das Vernetzungsverhalten treffen, indem man die Gelzeit bestimmt. Bei dieser Prüfung schmilzt man auf einer Heizplatte eine definierte Menge Pulverlack auf und bestimmt durch ständiges Rühren den Zeitpunkt, an dem die Vernetzung beginnt. Dies ist zwar eine grobe Methode die stark von der Arbeitsweise des Prüfers abhängt, aber sie genügt um relative Abweichungen im Vernetzungsverhalten aufzuzeigen. Für genauere Aussagen wird ein sog. DSC (Differential Scanning Calorimeter) Gerät benötigt. Hier werden in einem vergleichenden Messverfahren Energieaufnahmen- und Abgaben bestimmt (Endotherm, Exotherm). Ermittelt werden dadurch der TG oder auch Glasübergangstemperatur genannt, und der benötigte Energiebedarf. Hiermit lässt sich das Vernetzungsverhalten eines Pulverlackes sehr exakt bestimmen.

Weiteren Aufschluss über das Beschichtungspulver bringt die Dichtebestimmung. Sie kann mittels eines Luftvergleichspyknometers bestimmt werden, die Messwerte gibt man üblicherweise in g/cm³ an. Mit der Angabe der Dichte und der gewünschten Schichtstärke lässt sich mittels der Formel:

1:(Dichte*(Schichtstärke:1000))

die theoretische Ergiebigkeit des Pulverlackes in m²/kg errechnen, ein wichtiger Parameter für jeden Beschichter.

Prüfungen an Pulverlackschichten

Wie bei allen Beschichtungssystemen wird auch bei einer Pulverlackschicht das optische Erscheinungsbild weitgehend durch die Beschaffenheit ihrer Oberfläche bestimmt. Neben dem Farbeindruck sind dies der Glanzgrad und der Verlauf, bzw. Struktur, die einer Lackschicht ihr typisches Aussehen verleihen. Neben den rein optischen Eigenschaften wird hier auch die "Fühlbarkeit" einer Oberfläche beeinflusst. Eine weitere Oberflächenprüfung misst eine nicht sichtbare Eigenschaft, die Schichtstärke.

Glanz

Laut Definition der DIN 67530 (ISO 2813) ist der Glanz der Anteil der gerichteten Oberflächenreflexion. Fällt ein Lichtstrahl unter einem bestimmten Winkel auf eine hochglänzende Oberfläche, wird er unter dem gleichen Abstrahlwinkel reflektiert. Weist aber die Oberfläche eine mikroskopische Rauhigkeit auf, wird das Licht nur noch diffus reflektiert, dem Beobachter präsentiert sich die Oberfläche daher matt. Mit modernen Reflektometer-Messgeräten bestimmt man Glanzgrade unter drei wählbaren Winkeln:

• 20° für Hochglanz
• 60° für mittlere Glanzgrade
• 85° für matte Glanzgrade

In der Praxis hat sich allgemein die Angabe des 60°-Winkels für alle Glanzbereiche eingebürgert. Höherwertige Messgeräte bieten darüber hinaus die Möglichkeit, bei hochglänzenden Flächen im 20°-Winkel den Glanzschleier (Haze) zu messen. Dieser Effekt bedeutet eine leichte optische Trübung, die bei hochglänzenden Oberflächen auftreten kann. Objekte die sich in einer solchen Oberfläche spiegeln, erscheinen an ihren Rändern leicht unscharf.

Verlauf

Der Verlauf einer Oberfläche wird vom Menschen direkt, optisch wahrgenommen und kann auch unbewusst das Kaufverhalten beeinflussen. So ist eine makellos glatt verlaufende Lackierung auf einer Autokarosserie viel ansprechender als eine wellig gestörte Oberfläche. Dabei spielt es keine Rolle, ob die technischen Eigenschaften ebenso gut erfüllt werden oder nicht. Im Gegensatz dazu steht natürlich die bewusst herbeigeführte Struktur, die häufig dem Kaschieren von Unebenheiten des Untergrundes dient. Im Maschinenbau z. B. wird gerne mit Strukturen gearbeitet, um Schweißnähte und Schleifspuren zu überdecken. Um den Verlauf als Zahlenwert auszudrücken, hat sich ein Messverfahren bewährt, bei dem mit einem Laserstrahl eine bestimmte Messstrecke erfasst, reflektiert und dessen Abweichung vom theoretischen Reflexionswinkel ausgewertet wird. Die Messwerte geben Auskunft über den Grad des sichtbaren Verlaufs und über die optisch wahrnehmbare Rauhtiefe. Praktische Handgeräte erlauben nach dieser Messmethode auch den portablen Einsatz.

Schichtdicke

Eine Eigenschaft von Lackfilmen die nicht optisch wahrgenommen wird, ist die Schichtdicke. Dieser, für jeden Beschichter wichtige Parameter beeinflusst nicht nur die Wirtschaftlichkeit einer Lackierung, sondern z.T. auch physikalische Eigenschaften wie z. B. die Schutzwirkung, eine reduzierte mechanische Belastbarkeit, oder Probleme bei der anschließenden Montage von passgenauen Elementen. Die Messung der Schichtstärke bei Metalluntergründen geschieht üblicherweise mit tragbaren Messgeräten, die eine Kombination aus zwei Messverfahren darstellen, magnetisch-induktiv (für Eisen), und per Wirbelstrom (Für NE-Metalle). Diese Geräte erlauben eine zerstörungsfreie Messung, die sich sehr schnell durchführen lässt und somit auch zur Qualitätssicherung benutzt werden. Eine Messmethode für alle Untergründe ist die Verwendung einer sog. IG-Uhr. Hierbei wird ein Stück der Beschichtung bis zum Untergrund abgetragen, und mechanisch die Differenz zwischen Lackoberfläche und Untergrund bestimmt. Nachteil ist die partielle Zerstörung der Lackschicht.

Farbton

Wie bei allen anderen Lacksystemen, ist auch bei Pulverlacken der Farbton die optisch wichtigste Eigenschaft. Daher kommen selbstverständlich auch hier farbmetrische Messungen zum Einsatz, um eine genaue Definition des Sinneseindrucks "Farbe" zu gestatten. Wegen der Komplexität des Themas sei hier auf die Kapitel Farbe verwiesen.

Erichsentiefung nach ISO 1520

Diese Prüfung stellt eine langsame Verformung einer Oberfläche dar, herbeigeführt durch eine Halbkugel mit bekanntem Radius. Diese wird mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit in ein Prüfblech gedrückt, dessen Vorderseite beschichtet ist. Hierbei wird das Blech enorm gedehnt, und somit auch der Pulverlackfilm. Als Ergebnis ermittelt man die Tiefung in mm, bis zu der ein Lackfilm keine Risse aufweist.

Impact Test nach ASTM D2794

Ist der Tiefungsprüfung nach Erichsen ähnlich, jedoch wird die Verformung schlagartig herbeigeführt. Ein definiertes Gewicht fällt aus einer bekannten Höhe auf die Prüffläche und hinterlässt eine Verformung im Prüfblech. Dieser sehr belastungsintensive Vorgang lässt Rückschlüsse auf die Flexibilität der Beschichtung zu. Man wiederholt die Versuche mit reduzierter Fallhöhe so lange bis keine Risse mehr sichtbar sind, und erhält ein I.O.-Ergebnis aus dem Produkt der Fallhöhe und des Gewichtes. Hierbei hat sich die Angabe in Inchpound aus dem anglo-amerikanischen Raum eingebürgert.

Dornbiegeprüfung nach ISO 1519

Hier wird ein Prüfblech um einen runden Metalldorn mit definiertem Radius gebogen, wobei ein kleinerer Radius eine größere Belastung darstellt. Dieser Test ist am ehesten mit der eingangs erwähnten, "primitiven" Schnellprüfung zu vergleichen. Auch hier zeigt sich ein N.i.O.-Ergebnis in Form von Rissen.

Gitterschnittprüfung nach ISO 2409

Bei dieser Prüfung fügt man dem Lackfilm eine Verletzung zu, indem man im Abstand von 2 mm (1 mm bei einer Schicht unter 60 µm) die Lackoberfläche bis auf den Untergrund in parallelen Linien einschneidet, und das Ganze um 90° versetzt wiederholt, so daß die Schnitte sich kreuzen. Hierbei äußert sich ein nicht intaktes Material durch Abplatzungen an den Kreuzungspunkten der Schnitte, oder ganzflächigem Haftungsverlust im Extremfall. Die Bewertung erfolgt anhand einer Vergleichsgrafik, aus welcher man mittels eines sog. GT-Wertes von 0-5 den prozentualen Haftungsverlust auf der Prüffläche ausdrückt.

Buchholzhärte nach ISO 2815

Bei der Prüfung des Eindruckwiederstandes nach Buchholz wird ein runder, scharfkantiger Prüfkörper von 5 Newton Auflagekraft auf die Prüffläche gesetzt. Nach einer Belastungszeit von 30-40 Sekunden wird das Prüfgerät entfernt. Bei der Auswertung wird über das Ausmessen der Eindrucklänge unter Zuhilfenahme einer Wertetabelle der Eindruckwiederstand als Kennwert ausgedrückt. Je kürzer der hinterlassene Eindruck ist, um so höher ist dieser Kennwert; die Beschichtung weist eine höhere Härte auf.

Eine wichtige Voraussetzung für alle diese Prüfungen ist jedoch ein optimal präparierter Untergrund, damit die Prüfergebnisse nicht durch eine fehlerhafte Vorbehandlung verfälscht werden. Ideal hierfür ist die Verwendung genormter Prüfbleche. In den seltensten Fällen darf man aus den gewonnenen Messergebnissen ein absolutes Bild der Beschichtung erwarten, aber mit diesen Methoden, möglichst in Kombination, erhält man die Möglichkeit einer vergleichenden Kontrolle, um eine reproduzierbare Qualität zu erreichen.