Pulverbeschichtungen: Den Aushärtegrad exakt bestimmen

Dynamische Differenzkalorimeter sind Zwillingssysteme mit zwei identischen Messsystemen für eine Probe und eine Referenz. Dafür werden üblicherweise kleine Aluminiumtiegel (40 µl) verwendet, wobei die Referenzprobe häufig ein leerer Tiegel ist. Beide Tiegel befinden sich im gleichen Ofen und können einem sehr genauen Heiz- und Kühlprogramm unterworfen werden. Über die beiden Messsysteme werden die Wärmeströme zwischen Ofen und den Tiegeln gemessen und verglichen. Dieses Signal ist die Basis der DSC-Messkurven. Das Schmelzen von Kristallen sowie das Rekristallisieren, aber auch der Glasübergang bei Polymeren liefern einen Beitrag zum Wärmestrom und können deshalb mit der DSC gut vermessen werden. 

Gesamte Vernetzungs­reaktion untersuchen

Hier kommt auch wieder die Frage nach dem Aushärtungsgrad von Pulverlacken ins Spiel. Zwischen den Glasübergangstemperaturen (Tg) der unvernetzten oder nicht vollständig vernetzten und der vernetzten Pulverbeschichtung gibt es in Abhängigkeit vom Bindemittel signifikante Unterschiede. Durch das mehrmalige Bestimmen von Tg bei einer beanstandeten Beschichtung kann gesehen werden, ob sich die Tg zwischen den einzelnen Messungen ändert. Verschiebt sich die Glasübergangstemperatur zu höheren Temperaturen, so war die Pulverbeschichtung nicht vollständig ausgehärtet. Eine vollkommen neue Möglichkeit der thermischen Analyse mittels DSC ist seit kurzem am iLF möglich. Diese besteht aus der Kombination von DSC- Messungen mit einer gleichzeitigen Aufnahme von mikroskopischen Bildern. Ein charakteristisches Beispiel für eine Rohrinnenbeschichtung ist in der Abbildung 1 dargestellt. Es zeigen sich strukturelle Änderungen am Lack, die mit Peaks in der DSC-Messkurve verknüpft sind. Im erhöhten Temperaturbereich zwischen 270 °C und 330 °C findet scheinbar ein Aufschmelzen der Probe statt. Wie die DSC-Kurve zeigt, findet jedoch eine exotherme Reaktion statt, sodass eher eine chemische Reaktion vorliegt. Ein Schmelzen im klassischen Sinn hätte eine endotherme Reaktion zur Folge.

Abbildung 2 stellt Mikroskopiebilder der Rohrinnenbeschichtung bei vier unterschiedlichen Temperaturen dar.

Der zweite exotherme Peak bei höheren Temperaturen ist ein Verbrennungspeak. Das wird auch in der dazugehörigen Grafik von Abbildung 1 deutlich. In Abbildung 2 sind in Abhängigkeit der Temperatur die Mikroskopiebilder als Zusammenfassung dargestellt. Mit der Kombination aus Mikroskop und DSC kann die gesamte Vernetzungsreaktion von Pulverlacken untersucht und beobachtet werden. Dies beginnt beim Aufschmelzen des Pulvers, dass jedoch nur im Mikroskop beobachtet werden kann und endet mit der Vernetzungsreaktion des Pulverlacks. Außerdem kann der Glasübergang des Pulverlacks gemessen werden. Eine weitere Messmöglichkeit der DSC ist die Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von polymeren Werkstoffen unter und oberhalb des Glasüberganges. Dies ist eine fundamentale Werkstoffkenngröße die vor allem in Simulationen häufig benötigt wird. Ebenso möglich ist die Bestimmung von Reaktionsgrößen wie Reaktionstemperatur, -enthalpie und Umsatz.

iLF, Magdeburg, Torsten Doege, Tel. +49 391 6090-227, torsten.doege@lackinstitut.de, www.lackinstitut.de