Selbstheilende Lacke auf Basis von Polyurethan-Rohstoffen
Polyurethanlacke haben aufgrund ihrer einzigartigen Chemie schon inherent selbstheilende Eigenschaften. Bayer MaterialScience hat diese speziellen Eigenschaften nun weiterentwickelt. Damit kann der Traum von selbstheilenden Lacken, bei denen Kratzer wie von selbst verschwinden wahr werden.
Polyurethane sind erstklassige Rohstoffe für Lacke wegen ihrer mechanischen Widerstandskraft bei gleichzeitiger Flexibilität: Feste Doppelbindungen sind für Härte und Beständigkeit verantwortlich, reversible Wasserstoffbrücken für die Elastizität. Genau wegen dieser reversiblen, elastischen Wasserstoffbrücken hat ein vernetzter Polyurethan-Lack gewissermaßen sein "polymeres Gedächtnis". Sobald sich ein kleiner Kratzer auf der Oberfläche zeigt, sind die Polymerketten verschoben. Die Wasserstoffbrücken sind unterbrochen und "suchen" nach neuen "Andockmöglichkeiten". Die festen chemischen Bindungen sind nicht betroffen. Das Polymer-Netzwerk ist in einem Stadium fester Spannung. Der Memory-Effekt führt dann unter Hitzeeinwirkung dazu, dass sich das Netzwerk wieder in das ursprüngliche Stadium zurückbildet. Sobald sich das Polymer wieder entspannt, bilden sich die Wasserstoffbrücken wieder zurück und der Kratzer verschwindet. Dies ist ein wenig wie bei uns Menschen, wenn sich unter Einwirkung von Infrarot-Licht unsere Muskeln entspannen.
"Reflow" Effekt
Neben ihren selbstheilenden Eigenschaften zeigen diese Lacke auch die weiteren Eigenschaften, für die Polyurethane bekannt sind:
Gute Chemikalienbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit
Härte, Zähigkeit und Elastizität aufgrund ihrer Urethan- und Harnstoffstruktur
Wasserstoffbindungen, die eine thermoplastische Verformung bei Belastungen ermöglichen und damit selbstheilende Eigenschaften haben
High solids/geringer VOC-Gehalt
Gute optische Qualitäten – hoher Glanz und “Nass-Look”
Diese Videos veranschaulichen das Konzept sehr plastisch:
Selbstheilungseffekt mit verschiedenen Lack-Technologien
Wie oben erläutert, sind Urethan- und Harnstoff-Strukturen in einem elastischen Polyurethan-Lack notwendige Voraussetzungen für den Selbstheilungseffekt. Nicht dagegen, mit welchem System dieser Lack aufgebaut ist, sei es z.B.
· über die 2K oder 1K Technologie
· über lösemittel-, lösemittelfreie oder wässrige Systeme
· über die Vernetzung von NCO-OH oder über UV-härtende Systeme
Das Lacksystem kann der jeweiligen Anwendung angepasst werden, indem man durch die Auswahl geeigneter Poly-Isocyanat und Polyol-Komponenten die Molekularstruktur der Weich-Segmente anpasst, die Verteilung und Länge der Hart-Segmente oder die Anzahl der Kettenverzweigungen variiert.
Eine der ersten Erfolgsgeschichten von selbstheilenden Lacken wurde in der Autoindustrie geschrieben. Autofahrer haben lange nach kratzfesten Lacken gesucht. Lesen Sie dazu diesen sehr ausführlichen Artikel "Kratzer ade" aus der "Farbe und Lack, Ausgabe 3/2011", der die unterschiedlichen Technologien zu selbstheilenden 2K Polyurethanlacken beschreibt.
Urethan-Acrylate sind die Basis für sehr effiziente selbstheilende, strahlenhärtende Lacke. Besonders geeignet sind monomeren-freie Produkte, die größtmögliche Formulierungsfreiheit zulassen.
Polyurethanlacke haben aufgrund ihrer einzigartigen Chemie schon inherent selbstheilende Eigenschaften. Bayer MaterialScience hat diese speziellen Eigenschaften nun weiterentwickelt. Damit kann der Traum von selbstheilenden Lacken, bei denen Kratzer wie von selbst verschwinden wahr werden.