Oberflächenenergetische und kinetische Einflüsse auf die Haftung von Pulverlackbeschichtungen auf voranodisiertem Aluminium

Hochwetterfeste Polyester-Pulverlacke haben eine große Bedeutung in Außenanwendungen, wie Beschichtungen im Architektur- und Fahrzeugbau. Seit geraumer Zeit treten bei solchen Beschichtungen auf anodisiertem Aluminium Haftungsprobleme beim Kochtest nach den GSB-Prüfbedingungen auf. Beschichtungen enthafteten nach der Belastung mit Wasser, während sie im Praxiseinsatz eine einwandfreie Performance aufwiesen. Zur Ursachenforschung für dieses Verhalten wurden zum einen die Chemie, Morphologie und Oberflächenenergie des voranodisierten Aluminiums untersucht. Zum anderen wurden in diesem Forschungsprojekt sowohl kommerziell erhältliche als auch Modell-Polyester-Pulverlacke bekannter Zusammensetzung in ihren Eigenschaften in der Schmelz- und Härtungsphase sowie in den Filmeigenschaften untersucht. Oie Untersuchungen ergaben, dass sowohl die Eigenschaften des Pulverlacks beim Einbrennen und im Beschichtungsfilm, als auch die Oberflächeneigenschaften des Substrats einen Einfluss auf die Haftung der Pulverbeschichtung haben. Vor allem die Oberflächenenergie beider Verbundpartner, die reversible Adhäsionsarbeit und die Schmelzrheologie des Pulverlackes spielen eine wichtige Rolle für die Haftung. Ein hoher disperser Anteil der Oberflächenenergie, ein niedriger Kontaktwinkel und eine niedrige Viskosität der Pulverlackschmelze begünstigen eine gute Nasshaftung. Der reaktionskinetische Einfluss der Pulverlacke auf die Nasshaftung offenbart sich im schmelzrheologischen Verhalten der Pulverlacke. Als wichtige Pulverlackcharakteristik wurde ein "Verlaufsfenster" definiert, das den Bereich der Schmelzviskositätskurve als Funktion der Härtungsdauer beschreibt, und bei dem die Viskosität unterhalb eines Werts von 150 Pas ist. Je länger (Zeit) und je tiefer (Schmelzviskositätsminimum) das "Verlaufsfenster'' ist, desto besser kann der Pulverlack das anodisierte Aluminium benetzen und zu einer gut darauf haftenden Beschichtung aushärten. Aus der Bestimmung der Glasübergangstemperaturen (Tg) mittels DMA an trockenen und mit Wasser gesättigten Pulverbeschichtungsfilmen resultierte, dass durch Wassereinwirkung die Tg der Pulverbeschichtungen um bis zu 17°C abgesenkt wird. Beschichtungen mit relativ hoher Tg im nassen Zustand zeigten eine gute Nasshaftung nach dem Kochtest. Aus der Korrelation der Wasserabsorption und Wasserdurchlässigkeit der unterschiedlichen Pulverlackbeschichtungen, basierend auf Messungen der Sorptionskinetik und elektrochemischer lmpedanzspektrometrie, konnte folgender Zusammenhang zur Nasshaftung gefunden werden: Pulverbeschichtungen mit einer niedrigeren Wasserdampfdurchlässigkeit und einer großen Halbwertszeit der Wasserabsorption bei 65°C zeigen eine gute Haftung beim Kochtest.