Die Rolle von Epoxidverdünnern bei der Verbesserung des Fließ- und Nivelliervermögens von Beschichtungen

Grundlagen von Epoxid-Verdünnungsmitteln und deren Einfluss auf die Viskosität von Beschichtungen

Definition und chemische Zusammensetzung von Epoxid-Verdünnungsmitteln

Epoxidverdünnungsmittel wirken als Additive mit relativ kleinen Molekülen, die Harze weniger viskos machen, ohne den Aushärtungsprozess zu stören. Diese Substanzen enthalten in der Regel reaktive Gruppen, hauptsächlich Epoxid- oder sogenannte Glycidylether, wodurch sie während des Aushärtens tatsächlich in die Polymerstruktur eingehen können. Einfach funktionelle Varianten, wie beispielsweise Phenylglycidylether, führen in der Regel zu weniger Quervernetzungen zwischen den Molekülen, wodurch das Material insgesamt flexibler wird. Dagegen erhalten mehrfach funktionelle Versionen wie Butandiol-diglycidylether die strukturelle Integrität besser bei, selbst nachdem die Viskosität angepasst wurde. Hersteller entscheiden je nach Anforderung zwischen diesen Optionen, ob sie lieber ein Material mit höherer Flexibilität oder eine Substanz mit beibehaltener Festigkeit benötigen, die lediglich am Anfang einfacher zu verarbeiten ist.

Wie Epoxidverdünnungsmittel die Viskosität reduzieren und dadurch die Verarbeitung verbessern

Wenn Verdünner in die Mischung gelangen, brechen sie tatsächlich die schwierigen intermolekularen Kräfte auf, die die Epoxypolymerketten zusammenhalten, wodurch die Viskosität erheblich gesenkt wird – manchmal bis zu 60 %, wie einige Studien der Ciech Group aus dem Jahr 2019 zeigen. Was bedeutet dies praktisch? Nun, dadurch wird alles leichter zu verarbeiten. Das Material lässt sich besser sprühen, verteilt sich gleichmäßiger auf Oberflächen und kann auch mehr Füllstoffe aufnehmen. Ein Blick auf die Daten der thermischen Analyse enthüllt einen weiteren Vorteil: Diese Zusatzstoffe scheinen die Aktivierungsenergie für den Fluss um etwa 15 bis 20 Prozent zu reduzieren. Das bedeutet, dass Beschichtungen sich auch bei Raumtemperatur gut ausgleichen, ohne ihren Feststoffgehalt zu verlieren – etwas, das Hersteller sehr schätzen, wenn es darum geht, während der Produktionsläufe die Qualitätsstandards aufrechtzuerhalten.

Reaktive vs. nicht-reaktive Epoxidverdünner: Hauptsächliche Unterschiede und Anwendungen

Reaktive Verdünnungsmittel wie Allylglycidylether beteiligen sich tatsächlich am Vernetzungsprozess während der Aushärtung, was dazu beiträgt, eine hohe Härte von etwa 85 Shore D aufrechtzuerhalten und den fertigen Film chemikalienbeständig zu halten. Nicht-reaktive Alternativen wie Benzylalkohol senken die Viskosität lediglich vorübergehend, ohne Bestandteil der chemischen Struktur zu werden. Laut einer Studie von Pascault aus dem Jahr 2010 können diese nicht reagierenden Zusatzstoffe die Filmdicke um etwa 12 bis 18 Prozent reduzieren, nachdem die Aushärtung abgeschlossen ist. Aufgrund dieses Unterschieds in den Leistungsmerkmalen entscheiden sich die meisten Fachleute für reaktive Formulierungen, wenn sie langlebige Schutzbeschichtungen für Bauwerke benötigen. Die nicht-reaktiven Varianten finden ihre Anwendung in Bereichen, in denen schnelle Entfernung oder kurzfristiger Schutz ausreichend für den jeweiligen Einsatz sind.

Die Wissenschaft von Fließ- und Nivellierverhalten in Epoxidharz-Beschichtungen

Oberflächenspannung und ihre Rolle beim Fließ- und Nivellierverhalten von Beschichtungen

Die Art und Weise, wie Epoxidharz-Beschichtungen sich auf Oberflächen ausbreiten und absetzen, wird stark von der Oberflächenspannung beeinflusst. Bei Systemen mit hohem Feststoffgehalt beobachten wir typischerweise Oberflächenspannungen im Bereich von 30 bis 40 Millinewton pro Meter. Dies führt oft zu Problemen wie den lästigen Kratern und der gefürchteten Orangenhautstruktur in den fertigen Produkten. Das Hinzufügen von Epoxidharz-Verdünnungsmitteln reduziert diese Spannung um etwa 10 % bis 20 %, wodurch die Beschichtung besser auf dem jeweiligen Untergrund haftet und insgesamt eine glattere Oberfläche entsteht. Es gibt zwei Haupttypen solcher Verdünnungsmittel, die erwähnenswert sind. Reaktive Verdünnungsmittel binden sich während des Aushärtungsprozesses tatsächlich in die Materialstruktur ein und helfen dadurch, all diese komplizierten Grenzflächenkräfte auszugleichen. Nicht-reaktive Varianten halten nicht so lange, leisten aber dennoch ihre Arbeit, indem sie vorübergehend die Moleküle aufbrechen, damit diese sich richtig ausbreiten können.

Viskosität und Oberflächenbeweglichkeit ausgleichen für optimales Glätten

Gutes Nivellieren erfordert eine präzise Kontrolle der Viskosität. Wenn die Viskosität über 2000 Centipoise steigt, fließt das Material einfach nicht mehr richtig. Unterschreitet sie jedoch 500 cP, erhöht sich das Risiko von Rinnbildungen deutlich. Epoxidharz-Verdünnungsmittel wirken hier wahre Wunder, indem sie die Viskosität um etwa 30 bis 50 Prozent reduzieren. Besonders vorteilhaft ist, dass sie den Feststoffgehalt überhaupt nicht beeinflussen. Das bedeutet eine verbesserte Oberflächenbewegung während der entscheidenden ersten 5 bis 15 Minuten, bevor alles zu gelieren beginnt. Forschungsergebnisse aus dem Polymer Journal des letzten Jahres bestätigen dies und zeigen, wie solche Anpassungen tatsächlich dabei helfen, die Beschichtungen sich selbstständig auszugleichen. Das ergibt Sinn für alle, die mit industriellen Hochfestharz-Beschichtungen arbeiten, bei denen eine korrekte Applikation von großer Bedeutung ist.

Messung der Nivellierleistung in Hochfestharz-Epoxid-Systemen

Um zu messen, wie gut Materialien während der Anwendung ihr Niveau ausgleichen, verlassen sich Branchenprofis typischerweise auf Standardtests wie das Durchhängen-Test nach ASTM D4402 oder Lasertopographie-Techniken. Bei Betrachtung von Formulierungen mit hohem Feststoffgehalt (über 70 % Feststoffe) können solche mit der richtigen Menge Verdünnungsmittel Oberflächen mit einer Rauheit unter 5 Mikrometern erzeugen. Das ist tatsächlich um etwa 60 % besser als das, was wir von regulären unverdünnten Systemen gewohnt sind. Praxistests haben auch etwas Interessantes gezeigt: Der Zusatz von 8 bis 12 Prozent Epoxidverdünnung reduziert die zum Ausgleich benötigte Zeit um etwa 40 %, wenn die Beschichtung vertikal aufgebracht wird. Dies macht solche Formulierungen besonders nützlich für die Beschichtung von Bauteilen mit komplexen Formen, bei denen eine gleichmäßige Abdeckung entscheidend ist.

Optimierung der Epoxidverdünnungskonzentration für ideales rheologisches Verhalten

Formulierer verwenden typischerweise 5–15 % Epoxidverdünnung bezüglich des Gewichts, um Fließfähigkeit und Stabilität zu balancieren. Konzentrationen über 18 % reduzieren die Vernetzungsdichte und verringern die Härte um 2–3 Shore D Punkte. Viskometerische Daten zeigen, dass 10 % reaktive Verdünnung eine optimale Fließgrenze (50–80 Pa) für streichapplizierte Beschichtungen liefert, wobei mehr als 90 % Glanzgrad beibehalten wird, was sowohl Verarbeitbarkeit als auch ästhetische Leistung sicherstellt.

Verbesserung der Beschichtungsgleichmäßigkeit und Reduzierung von Oberflächenfehlern

Wie Epoxidverdünnung die Oberflächenspannung modifiziert, um die Filmbildung zu verbessern

Das Hinzufügen von Epoxidharzverdünnungsmitteln reduziert die Oberflächenspannung um etwa 22 bis möglicherweise 38 Prozent im Vergleich zu reinen Harzen, wie aus Forschungen von Pan und Kollegen aus dem Jahr 2025 hervorgeht. Dies hilft dem Material, sich gleichmäßiger auf Oberflächen auszubreiten und verbessert die Haftung an Grenzflächen. Wenn es um Veränderungen der Oberflächenenergie geht, verhindert dies jene lästigen Fälle, bei denen die Beschichtung sich vom Substrat zurückzieht, was insgesamt zu einer deutlich saubereren Filmbildung führt. Bei reaktiven Typen wie Glycidylethern werden diese tatsächlich Teil des Polymer-Netzwerks selbst. Sie verleihen der Oberfläche mehr Bewegungsfreiheit während des Aushärtungsprozesses, was glattere Oberflächen ergibt als dies bei nichtreaktiven Varianten der Fall ist. Die meisten Hersteller bevorzugen diesen Ansatz, da er stets gute Ergebnisse liefert, ohne den mit herkömmlichen Methoden verbundenen Aufwand.

Minimierung von Orangenhautbildung, Kraterbildung und anderen Oberflächenfehlern

Die richtige Verdünneranwendung verringert häufige Applikationsfehler:

• Orangenschale : Das Auftreten sinkt von 35% auf <5% bei Sprühapplikationen
• Kraterbildung : Verhindert, wenn Verdünneranteile 12% Gewicht übersteigen
• Fischauge : Unterdrückt durch stabile Oberflächenspannung

Die Aufrechterhaltung von newtonschen Fließeigenschaften während der Lösungsmittelverdunstung ist entscheidend für eine gleichmäßige Reduktion von Fehlern über verschiedene Applikationsmethoden hinweg.

Abwägungen zwischen Verdünnungseffizienz und Integrität des gehärteten Films

Obwohl hohe Verdünneranteile (18–25 %) die Fließeigenschaft verbessern, kann die Vernetzungsdichte in amingehärteten Systemen um bis zu 40 % sinken. Um dies auszugleichen, verwenden Formulierer Strategien wie:

1. Kombination reaktiver und nichtreaktiver Verdünner im Verhältnis 3:1
2. Einsatz von beschleunigenden Aushärtungsmitteln zur Steuerung einer verlängerten Topfzeit
3. Zugabe von Nano-Silica zur Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften

Das ideale Gleichgewicht entsteht typischerweise bei 15–18 % Verdünneranteil, wobei über 90 % der Härte des Basisharzes erhalten bleibt, bei gleichzeitig Unterschreitung der Oberflächenrauheit von 5 μm.

Verbesserung der Benetzbarkeit und Haftung auf anspruchsvollen Untergründen

Rolle des Epoxidverdünners bei der Verbesserung der Untergrundbenetzbarkeit und Haftung

Durch Senkung der Oberflächenspannung an der Grenzfläche verbessern Epoxidverdünner die Benetzung von Niedrigenergie-Untergründen wie Polyethylen und pulverbeschichteten Metallen. Optimierte Formulierungen erreichen Kontaktwinkel unter 35°, was eine gleichmäßige Abdeckung gewährleistet. Aktuelle Studien zur Integration von Phosphormethacrylat-Monomeren zeigen eine verbesserte mechanische Verzahnung auf porösem Beton und verwittertem Stahl, wodurch die Haftung um 18–22 % gesteigert wird.

Förderung des interfacialen Kontakts auf Niedrigenergie- und schwer verklebbaren Oberflächen

Wenn Epoxidharz eine geringere Viskosität aufweist, kann es tatsächlich in diese winzigen Risse unterhalb von 5 Mikrometern Tiefe eindringen und sich um raue Stellen auf Oberflächen herumarbeiten. Dies spielt eine große Rolle, wenn es darum geht, an Materialien zu haften, die mit Fluoropolymeren behandelt wurden, oder an Verbundoberflächen, die durch UV-Strahlung geschädigt wurden. Normale Epoxidharze halten in solchen Fällen einfach nicht so gut stand und zeigen etwa 30 bis 40 Prozent geringere Haftkraft. Durch das Mischen von reaktiven Verdünnungsmitteln zusammen mit Silan-Kupplungsagentien lässt sich diese Wirkung noch verstärken. Diese Kombinationen erzeugen starke chemische Bindungen speziell mit Materialien, die viele Hydroxylgruppen enthalten, wie beispielsweise Glasoberflächen und eloxiertes Aluminium. Das Ergebnis? Deutlich bessere Adhäsionseigenschaften insgesamt.

Gleichgewicht zwischen Haftgewinn und chemischer Beständigkeit in der endgültigen Beschichtung

Lösemittel verbessern definitiv die Haftungseigenschaften, aber wenn wir etwa 12 % überschreiten, wird es problematisch. Die Vernetzungsdichte sinkt, was bedeutet, dass das Material weniger widerstandsfähig gegenüber Lösungsmitteln wird. Die Experten für Oberflächentechnik haben herausgefunden, wie man den idealen Kompromiss findet, bei dem etwa 95 % der ursprünglichen Haftfestigkeit erhalten bleiben, ohne die Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und verschiedene Kraftstoffe stark zu beeinträchtigen. Die meisten Hersteller orientieren sich an Branchenstandards, bei denen die sogenannten MEK-Doppelreibungen als entscheidende Kenngröße betrachtet werden. Dabei wird in der Regel angestrebt, dass der Rückgang maximal 5 % unter dem liegt, was mit unverdünnten Systemen erreichbar ist. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Produkte für ihre jeweiligen Anwendungen ausreichend langlebig bleiben, ohne die Verbindung zwischen den Oberflächen zu schwächen.

Leistungsgrenzen und praktische Aspekte von Epoxidharz-Verdünnungsmitteln

Auswirkungen auf die Vernetzungsdichte, Härte und mechanischen Eigenschaften

Die Menge des verwendeten Verdünnungsmittels hat einen tatsächlichen Einfluss auf die Leistung des endgültigen Films nach der Aushärtung. Wenn wir uns auf reaktive Verdünnungsmittel konzentrieren, helfen diese, die Viskosität um etwa 15 bis 35 Prozent zu reduzieren, wie Parker und Kollegen im Jahr 2022 berichteten. Allerdings gibt es hier einen Kompromiss, da dieselben Verdünnungsmittel die Vernetzungsdichte um bis zu 30 % verringern können. Was bedeutet das in der Praxis? Dies führt dazu, dass die Filme bei Prüfungen auf der Bleistiftskala von 2H bis hinunter zu HB nicht mehr ganz so hart sind, und das Material insgesamt weniger steif wird. Andererseits stören nichtreaktive Alternativen diese wichtigen Vernetzungen nicht, bringen jedoch eigene Probleme mit sich. Diese erfordern in der Regel deutlich größere Mengen, etwa 20 bis 40 %, was zu erhöhter Schrumpfung führt und das Material nach vollständiger Aushärtung spröder macht. Aufgrund dieser Probleme sehen sich Hersteller bei der Verwendung solcher Verdünnungsmittel in Anwendungen, bei denen es vor allem auf Leistung ankommt, oft eingeschränkt.

VOC-Emissionen und regulatorische Herausforderungen durch nichtreaktive Verdünner

Etwa die Hälfte bis drei Viertel der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Beschichtungen stammen von nichtreaktiven Verdünner, was dazu geführt hat, dass Unternehmen strengen Vorschriften wie der Architectural Coatings Regulation der EPA (40 CFR Part 59) folgen müssen. Kürzliche Änderungen der EU-REACH-Richtlinien aus dem Jahr 2023 begrenzen den Anteil aromatischer Verdünner in industriellen Grundierungen nun auf maximal 8 %. Angesichts dieser Einschränkungen greifen viele Hersteller zunehmend auf pflanzliche Alternativen zurück. Modifizierte Leinölderivate heben sich dabei besonders hervor, da sie die VOC-Werte im Vergleich zu herkömmlichen Produkten um etwa vierzig Prozent reduzieren. Allerdings gibt es auch einen Nachteil, denn diese umweltfreundlichen Lösungen benötigen in der Regel etwa zwölf bis fünfzehn Prozent mehr Zeit, um vollständig zu aushärten, was sich negativ auf die Produktionspläne auswirkt.

Strategien zur Minderung von Leistungseinbußen im Formulierungsdesign

Um die Leistung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig Einschränkungen zu begegnen, wenden Formulierer drei wesentliche Strategien an:

1. Reaktive Verdünnermischung : Kombination von mono-funktionalen (10–12 %) mit trifunktionalen Verdünnern (5–7 %) reduziert die Viskosität, während der Vernetzungsverlust minimiert wird
2. Hybrid-Katalysatorsysteme : Zinkoctoat-Beschleuniger gleichen die Aushärtehemmung durch hydroxylreiche Verdünner aus
3. Integration von Nanoadditiven : Der Zusatz von 0,5–1,0 % Nanosiliziumdioxid stellt 85–90 % der verlorenen Härte in Systemen mit hohem Verdünnergehalt wieder her

Diese Ansätze ermöglichen Viskositätsreduktionen von bis zu 18 %, während die Zugfestigkeitsverluste im Vergleich zu unverdünnten Referenzen unter 25 % bleiben und somit leistungsfähige, konforme Formulierungen unterstützt werden.

FAQ-Bereich

Was sind Epoxidverdünner?

Epoxidverdünner sind Additive, die die Viskosität von Epoxidharzen reduzieren und dadurch die Verarbeitung erleichtern, ohne den Aushärtungsprozess zu stören.

Wie wirken sich Epoxidverdünnungsmittel auf die Beschichtungsviskosität aus?

Epoxidverdünnungsmittel senken die Viskosität der Beschichtung, indem sie die intermolekularen Kräfte in den Polymerketten abbauen und dadurch eine bessere Verarbeitung und Ausbreitung des Materials ermöglichen.

Welcher Unterschied besteht zwischen reaktiven und nicht-reaktiven Verdünnungsmitteln?

Reaktive Verdünnungsmittel nehmen am Aushärtungsprozess teil und werden in die Polymerstruktur eingebunden, wodurch sie eine höhere Härte und chemische Beständigkeit beibehalten. Nicht-reaktive Verdünnungsmittel senken die Viskosität vorübergehend, ohne Teil der chemischen Struktur zu werden.

Wie werden Epoxidverdünnungsmittel eingesetzt, um die Substrathaftung zu verbessern?

Epoxidverdünnungsmittel verbessern die Substrathaftung, indem sie die Oberflächenspannung verringern und dadurch eine bessere Benetzbarkeit auf anspruchsvollen Oberflächen ermöglichen sowie den interfacialen Kontakt fördern.