Flüssigkeitsgefüllte Mikrokapseln für Pulverlack
In einem gemeinsamen AiF-IGF Forschungsvorhaben vom Fraunhofer IPA Stuttgart und dem Fraunhofer IFAM Bremen wird derzeit untersucht, wie sich die Vorteile der Flüssig- und Pulverlackierung miteinander kombinieren lassen.
Dadurch sollen völlig neue Märkte für die Pulverbeschichtungen erschlossen werden, um Flüssiglacke teilweise durch neue „Liquid in Powder (LiP)“ – Pulverlacksysteme zu ersetzen. Hierzu werden flüssige Komponenten in Mikro-Kapseln eingebunden und mit rein pulverförmigen Lack-Komponenten vermischt.
Sonderlösungen für Pulverlacksysteme
Grafik 2: Die speziell hergestellten Materialmischungen aus Lack und Mikrokapseln werden entweder mittels des elektrostatischen Fluidisierbetts (oben) oder mit einer Korona-Sprühpistole (unten) auf das Werkstück aufgetragen.
Einige Funktionen von Lackschichten lassen sich leichter mit lösemittelhaltigen oder wässrigen Flüssiglacken realisieren als mit der umweltfreundlicheren Variante der lösemittelfreien Pulverlacke. Beispiele dafür sind hochelastische Lacksysteme für den Precoating-Bereich (z.B. Coil Coating), hochreaktive Niedertemperatursysteme für wärmeempfindliche Substrate wie beispielsweise Kunststoffe oder Holzwerkstoffe sowie Dünnschicht-Applikationen. Ebenfalls nach wie vor eine Herausforderung für den Pulverlacksektor sind Easy-to-Clean-Oberflächen und andere Funktionsschichten. Für deren Umsetzung bietet sich die Applikation von Mikrokapseln an. Für deren Einarbeitung in den Pulverlack werden verschiedene Wege untersucht:
- die Zugabe der Funktionspartikel vor der Extrusion
- die Zugabe der Kapseln nach der Extrusion (analog zum Bonden von Metallic- oder Perlglanzpigmenten an Pulverlacke)
- die Zugabe während der Beschichtung
Grafik 3: Die vernetzte Pulverlack-Mikrokapsel-Mischung wird angeritzt und eine Entwicklerlösung aufgesprüht.
Ziel ist es, eine homogene Verteilung der Mikrokapseln im Pulverlack zu erreichen (Grafik 1). Was die Mikrokapseln selbst betrifft, liegt der Fokus der Entwicklung auf Kapseln, die ihren Flüssigkeitsinhalt während des Schmelzens bei höherer Temperatur freigeben. Diese können ein Additiv beziehungsweise auch einen Reaktionspartner enthalten und damit die Eigenschaften der Pulverlackschicht beeinflussen (Aufgabe des Fraunhofer IFAM, Bremen).
Applikation
Mit den am Fraunhofer IPA entwickelten, auf dem elektrostatischen Fluidisierbett basierenden Applikationsverfahren sind Dry-Blend-Mischungen durch geeignete feldsteuernde Maßnahmen homogen ohne wesentliche Separierungserscheinungen applizierbar. Beim Einsatz herkömmlicher elektrostatischer Pulversprühaggregate (Sprühpistole) werden ausgewählte Misch- und Dosier-Techniken in Kombination mit geeigneten Auflademethoden getestet.
Es ergibt sich der im Foto als schwarze Linie sichtbare „Kratzer“ in der Lackschicht.
Die durch o.g. Verfahren hergestellten Mischungen aus Mikrokapseln und Pulverlack können unter Additiv-Zugabe homogen zur Sprühpistole (Korona-Aufladung) gefördert oder direkt mittels des elektrostatischen Fluidisierbetts appliziert werden (Grafik 2). Zunächst noch in der Lackschicht auftretende Agglomerate von Mikrokapseln sind durch entsprechende Parameteroptimierung minimierbar. Als Referenzmaterial zu den am Fraunhofer IFAM hergestellten Kapseln dienen Mikrokapseln, wie sie für Durchschlagpapiere eingesetzt werden. Diese werden ebenfalls in den Pulverlack beigemischt und auf ein metallisches Substrat appliziert. Dabei zeigt sich, dass eine mechanische Beanspruchung der Lackschicht (mit Messer angeritzt) farblich sichtbar gemacht werden kann, wenn eine Entwicklerlösung aufgesprüht wird (Grafik 3). Mit einer Lösch-Lösung kann der sichtbare Streifen (vergleichbar mit der Funktion eines „Tintenkillers“) wieder unsichtbar gemacht werden.
Weitere Schritte
Zukünftig sollen die Mikrokapseln reaktive Komponenten enthalten, beispielsweise für die Herstellung hochreaktiver Niedertemperatursysteme zur Beschichtung wärmeempfindlicher Substrate – wie beispielsweise Kunststoffe oder Holzwerkstoffe – sowie für Dünnschicht-Applikationen oder hochelastische Precoating-Pulverlacke.
Zum Netzwerken:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart,
Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de
Markus Cudazzo, Tel. +49 711 970-1761, markus.cudazzo@ipa.fraunhofer.de
Dr. Christopher Hubrich, Tel. +49 711 970-1762, christopher.hubrich@ipa.fraunhofer.de,
www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung
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