Organische Beschichtungen, wie z.B. Fassadenanstriche, Korrosionsschutzbeschichtungen oder Autolackierungen werden im praktischen Einsatz regelmäßig durch Feuchtigkeit belastet. Dabei nehmen diese Beschichtungen unterschiedliche Mengen an Wasser auf. Den Zusammenhang zwischen der Wasseraufnahme und der relativen Luftfeuchte zeigen die Sorptionsisothermen. Während die Sorptionsisothermen von Baustoffen systematisch untersucht worden sind [1], liegen bei organischen Beschichtungen [2] keine solchen umfassenden Untersuchungen vor. Diese Untersuchungen betreffen die Wasseraufnahme im Sättigungszustand. Der Feuchtetransport durch die Beschichtungen war nicht Gegenstand der Untersuchung.

Bisher wurde fast immer über die Wasseraufnahme bei Einwirkung von flüssigem Wasser berichtet [3]. Beschichtungen sind aber beim praktischen Einsatz meistens nicht flüssigem Wasser, sondern verschiedenen Luftfeuchten ausgesetzt.

Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde daher die Wasseraufnahme von Beschichtungen bei verschiedenen Luftfeuchtigkeiten bis hin zur Einwirkung von flüssigem Wasser untersucht.

Dabei wurden gezielt solche Beschichtungen untersucht, die erst neuerdings eingesetzt werden und zu denen daher auch keine Angaben über die Sorptionsisothermen vorliegen.

Besonders dringlich sind solche Angaben, weil mit der neuen VOC-Richtlinie (volatile organic compounds) europaweit lösemittelhaltige Beschichtungsstoffe durch lösemittelarme und besonders durch wässrige Systeme ersetzt werden sollen. Gerade bei letzteren ist zu erwarten, dass sich hydrophile Gruppen ihrer Bindemittel und zugesetzte Emulgatoren bei länger dauernder Feuchteeinwirkung auf die Beständigkeit der Beschichtungen negativ auswirken.

Ferner erhebt sich die Frage, warum bei den vorliegenden Untersuchungen weitgehend klassische Prüfmethoden und –verfahren verwendet wurden. Der Grund ist folgender:

Ergebnisse, die mit diesen genormten Prüfmethoden erhalten werden, sind auch heute noch die Grundlage und ausschlaggebend für die Beurteilung und Bewertung von Beschichtungen in der industriellen Praxis.

In diesem AiF-Forschungsvorhaben sollte geklärt werden, in welchem Ausmaß wichtige Beschichtungseigenschaften, wie die Haftfestigkeit, mechanische Eigenschaften und die Korrosionsschutzwirkung bei verschiedenen, abgestuften Luftfeuchtigkeiten bzw. bei Einwirkung von flüssigem Wasser verändert bzw. beeinflusst werden.

In dem Projekt wurden Beschichtungsstoffe für den Korrosionsschutz auf gestrahltem und entfettetem Stahl untersucht:

Bei den wässrigen Beschichtungsstoffen wurden hydrophilere und hydrophobere Varianten verwendet.

Des weiteren wurde an einigen ausgewählten 2K-Polyurethan-Beschichtungsstoffen auf wässriger Basis die Wirkung eines Haftvermittlers untersucht.

Die Beschichtungsstoffe wurden hauptsächlich pigmentiert und teilweise unpigmentiert geprüft.

Die Pigmentierung wurde so ausgewählt, dass innerhalb einer Bindemittelart die Pigmentierungskonzentration und die Art der Pigmentierung konstant blieben.

Die pigmentierten Beschichtungsstoffe auf Basis von Epoxidharzen und von Dispersionen enthielten Korrosionsschutzpigmente (Zinkphosphat), die auf Basis von Polyurethanen aus Gründen der Verträglichkeit dagegen nicht.

Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

* Die höchste Sorption zeigten die Dispersionsanstriche.
Die wässrigen 2K-Beschichtungen folgten in weitem Abstand und die 2K-Beschichtungen auf Lösemittelbasis absorbieren am wenigsten Wasser.

Diese Unterschiede zeigten sich vor allen Dingen bei der Einwirkung von flüssigem Wasser. Erwartungsgemäß sind also Beschichtungen aus wässrigen Beschichtungsstoffen gegenüber der Einwirkung von flüssigem Wasser besonders empfindlich.

Dagegen zeigt der Verlauf der Sorptionsisothermen der verschiedenen Beschichtungen, dass bis zu 95 % rel. Luftfeuchtigkeit alle Sorptionsisothermen einen flachen und gleichmäßigen Anstieg haben. Erst oberhalb von 95 % rel. Luftfeuchtigkeit zeigen sich dann gravierende Unterschiede. Dies gilt besonders für die Dispersionsanstriche, deren Sorptionsisotherme über 95 % rel. Luftfeuchtigkeit bis in den Bereich von 28 Gew. % Wasseraufnahme ansteigen (siehe Abb. 1).

* Die Untersuchungen haben gezeigt, daß für die Haftfestigkeit nicht die Höhe der Wasseraufnahme der Beschichtung entscheidend ist. Ob in der Grenzfläche angereichertes Wasser dann zur Enthaftung führt, hängt von der Stärke der Wechselwirkungen zwischen Beschichtung und Substrat ab. Darauf deutet speziell die Wirkung des Haftvermittlers, der an der Grenzfläche wirksam ist, aber die Sorption nicht verändert, hin. Auch durch die Art der Substratvorbehandlung (Entfetten oder Strahlen) konnte die Haftfestigkeit beeinflusst werden, ohne dass die Sorption der Beschichtungen verändert wird.

* Durch die Wasseraufnahme wurden alle Beschichtungen mehr oder weniger plastifiziert. Dies zeigte sich in der Erniedrigung der Glasübergangstemperaturen genauso wie in der Herabsetzung der Pendelhärte der Beschichtungen bei Einwirkung von Feuchte. Allerdings konnte die Höhe der Wasseraufnahme nicht mit den Veränderungen der mechanischen Eigenschaften korreliert werden (siehe Abb. 2). Offensichtlich trägt die aufgenommene Wassermenge nicht immer vollständig zur Plastifzierung bei. Dies deutet darauf hin, dass das Wasser in unterschiedlicher Weise wirksam ist und unterschiedlich (molekular und in „Clustern“) in die Beschichtungen eingelagert wird. Nach W. Bosch [3] führt die heterogene Einlagerung von Wasser in „Clustern“(Wasseransammlungen) nicht zur Plastifzierung der Beschichtung.

*Ein Zusammenhang zwischen der Höhe der Wasseraufnahme und der Beständigkeit im Salzsprühtest (Rostgrad, Blasengrad) konnte nur im Fall der Dispersionsanstriche im Vergleich zu den anderen Beschichtungen gefunden werden.
Dies führen wir auf eine höhere Ionen-Durchlässigkeit der Dispersionsanstriche zurück. Wir nehmen weiter an, dass sie durch die hohe Wasseraufnahme in Form von Wasseransammlungen begünstigt wird.

1) H. Klopfer in Lehrbuch der Bauphysik, B. G. Teubner, Stuttgart 1997, S. 333 f.

3) W. Bosch, „Die Plastifzierung von organischen Filmen durch Wasser und die zugrundeliegenden Mechanismen“, Dissertation Universität Stuttgart 1992

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