Verbesserte Polyurea-Coatings mit Baxxodur PC 136
von Dr. Werner Bertleff, Director, New Business Development, Intermediates Division, BASF SE, Ludwigshafen. Februar 08
Vorteile von BaxxodurTM PC 136 im Vergleich zu herkömmlichen Kettenverlängerern (Chain Extender)
Bei aromatischen Systemen wird eine Verlängerung der Verarbeitungszeit auf ca. 15 s erzielt.
Bei aliphatischen Systemen werden neben der längeren Verarbeitungszeit und der UV-Stabilität gleichzeitig die Endeigenschaften der Beschichtung deutlich schneller erreicht (innerhalb von ca. 4 h).
Bei Temperaturbeanspruchung können Polyurea-Beschichtungen aus Baxxodur PC 136 aufgrund der höheren Heißbiegefestigkeit (Heat Distortion Temperature (HDT)) bis zu 90° C belastet werden.
1. Bedeutung der Polyurea-Spritzbeschichtungstechnologie
Beschichtungen auf Polyurea (PUA)-Basis sind in verschiedenen industriellen Bereichen etabliert. Dies ist zum einen der guten Verarbeitbarkeit der PUA-Systemkomponenten sowie den herausragenden physikalischen Eigenschaften, wie z. B. der Chemikalien- und Witterungsbeständigkeit der aus den Komponenten gebildeten Elastomeren zu verdanken. Aufgrund ihrer Elastizität können PUA-Elastomere Risse in Beton problemlos überbrücken und haften ausgezeichnet auf den unterschiedlichsten Oberflächen.
Bekannte Anwendungen sind beispielsweise die Herstellung abriebfester Beschichtungen von LKW- und Pick-up-Ladeflächen, Stahl- und Betonbeschichtung im Brücken-, Tank- und Rohrbau sowie Dachbeschichtung und Tankauskleidung für Schüttgüter und aggressive Chemikalien. Sprühbeschichtungen auf PUA-Basis kommen darüber hinaus im Hoch- und Tiefbau zum Einsatz, beispielsweise bei der Fassaden- und Fundamentabdichtung, bei der Auskleidung von Bodenwannen, Parkdecks sowie im Landschaftsbau (Auskleidung von Bassins und Teichen, Anwendungen in Freizeit- und Tierparks).
Physikalische Eigenschaften von Baxxodur PC 136 | Aussehen
| Klare farblose bis leicht gelbliche Flüssigkeit
| | Aminzahl
| 390 - 420 mg KOH/g
| | Gehalt an primärem Amin
| Max. 20 mg KOH/g
| | Dichte (25°C)
| 0,989 g/cm³
| | Viskosität (25°C)
| 913 mPa s
| | Wassergehalt
| Max. 0,5 %
| | Flammpunkt
| 210° C
| | Aminäquivalenzgewicht (AHEW)
| 136 g/eq.
| Der Erfolg von PUA-Beschichtungen beruht auf folgenden wesentlichen Vorteilen:- Die Reaktivität der beiden Komponenten Isocyanat-Präpolymer und Amin-basierter Härter zu PUA-Elastomeren ist hoch und gegenüber Temperaturschwankungen von -30° C bis 60° C weitgehend unabhängig. PUA-Systeme lassen sich deshalb auch bei tiefen Außentemperaturen verarbeiten.
- Die Umsetzung ist unempfindlich gegenüber Restfeuchte des Untergrundes, weil die Hydrolyse mit Wasser als mögliche Konkurrenzreaktion wesentlich langsamer ist.
- Die fugenlose „wannenartige" Verbindung von senkrechten und waagrechten Stössen ist in einem Arbeitsgang möglich - im Gegensatz zu anderen Beschichtungstechnologien.
- Schichtdicken von mehreren Millimetern können in einem fortlaufenden Arbeitsgang aufgebracht werden.
- Vor allem sind Vorteile im Service-Betrieb bei notwendigen Reparaturen zu nennen: Da sich die physikalischen Eigenschaften eines PUA-Elastomers innerhalb von weniger als 24 Stunden vollständig entwickeln (im Vergleich zu ca. 1 - 2 Wochen bei Polyurethan-Anwendungen), können behandelte Flächen innerhalb kürzester Zeit nach der Sanierung wieder benutzt werden.
- PUA-Systeme sind 100%-Systeme ohne Lösungsmittel. Damit erfüllen sie die strengen Anforderungen der VOC-Vorgaben (VOC für Volatile Organic Compounds).
- Hohe Beständigkeit gegenüber verschiedenen Lösemitteln, starkem Alkali und Säuren.
- Die Verarbeitung dieser 2-Komponentensysteme erfolgt mit speziellen, temperierbaren Hochdrucksprühanlagen in der Regel im Verhältnis 1:1.
- PUA-Systeme sind zwar von den Ausgangskomponenten kostspieliger, können aber in ihren Leistungskenngrößen gängigen Coatings je nach Anforderungsprofil deutlich überlegen sein.
2. Herstellung
PUA-Elastomere lassen sich durch das Vermischen zweier reaktiver Komponenten herstellen - einer (Poly-)Isocyanat-Komponente und einem Amin oder einem Amingemisch als Härterkomponente. Die Isocyanat-Komponenten basieren entweder auf aromatischen (MDI-Präpolymere) oder aliphatischen (HDI- oder IPDI-Präpolymere) Systemen. Als Härter kommen mengenmäßig größtenteils Polyetheramine zum Einsatz und zu einem geringeren Anteil Kettenverlängerer (Chain Extender). Zudem können noch sterisch gehinderte Diamine, Additive (Entschäumungsagenzien, Flammschutzmittel) und Pigmente zugesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen. Der Auswahl des Kettenverlängerers fällt eine zentrale Bedeutung zu: Dabei handelt es sich um sekundäre Diamine, die im Vergleich zu primären Aminen eine geringere Reaktivität aufweisen und damit die Gelzeit verlängern. Sie erhöhen gleichzeitig den Polymerisationsgrad und die Vernetzungsdichte. Dadurch wird die Hydrolysestabilität erhöht, so dass wasserundurchlässige sowie mechanisch und chemisch hoch stabile Filme resultieren.
Eigenschaften von Polyurea-Beschichtungen mit Baxxodur PC 136 als Kettenverlängerer im Vergleich zu bisherigen aliphatischen Produkten | Eigenschaften | BaxxodurTM PC 136 | Amin X | Amin Y | | Flammpunkt °C
| 210
| 141
| 104
| | Gelzeit (s)
| 5-15
| 5-10
| 5-10
| | Abbindezeit (min)
| 2-3
| 4-5
| 4-5
| | 90 % der Endeigenschaften nach | 4 h | 7 d
| 3 d
| | Heißbiegefestigkeit (°C)
| Ca. 80 - 90
| Ca. 60 - 70
| Ca. 50 - 6 |
PUA-Elastomer: Mischungsverhältnis 100:100 Volumenteile (Isocyanat:Härter); aliphatisches System basierend auf 15 % NCO IPDI Quasi-Präpolymer. 3. Probleme bei der Verarbeitung und deren Lösung
Da PUA-Systeme hochreaktiv sind, erfordern sie eine spezielle Verarbeitungstechnik. Wünschenswert ist, zum einen die Verarbeitungszeit zu verlängern und zum anderen eine schnellere Endfestigkeit des Filmes zu erreichen.
Die BASF als weltweit führender Hersteller von Aminen bietet ein breites Portfolio an Polyetheraminen und cycloaliphatischen Aminen an, die als Härterkomponente eingesetzt werden. Mit Baxxodur PC 136, einem innovativen Kettenverlängerer, ist nun ein Produkt verfügbar, welches bei der Verarbeitung von PUA-Systemen wesentliche Vorteile bietet. Baxxodur PC 136, ein cyloaliphatisches sekundäres Diamin, wurde in erfolgreicher Zusammenarbeit mit dem Unternehmen The Hanson Group LLC, USA entwickelt und ist speziell auf die Verwendung als Sprühbeschichtung zugeschnitten. Die physikalischen Daten von Baxxodur PC 136 sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Mit diesem Produkt lässt sich die Reaktivität des jeweiligen PUA-Systems anwendungsspezifisch einstellen. Bei den kostengünstigeren, aromatischen Systemen mit vergleichsweise kürzeren Aushärtungszeiten erlaubt Baxxodur PC 136 eine Verlängerung der Verarbeitungszeit auf ca. 15 s. Dadurch wird die Handhabung sicherer, so dass sich Beschichtungen mit konstanten Eigenschaften erzielen lassen. Bei aliphatischen Systemen werden neben der vorteilhaft längeren Verarbeitungszeit gleichzeitig noch die Endeigenschaften der Beschichtung deutlich schneller erzielt als mit herkömmlichen Chain Extendern. Mit Baxxodur PC 136 werden - im Vergleich zu bisherigen Handelsprodukten - 90 % der Endeigenschaften schon nach etwa 4 Stunden erreicht (Tabelle 2, Eigenschaften), also eine Aushärtungsdauer, ähnlich der aromatischer PUA-Systeme.
Reparaturen sind schnell und problemlos durchführbar - hervorzuheben ist die Effektivität der Reparatur durch optimale Vernetzung in der vertikalen Ebene. Eine kurze Abbindezeit (2 - 3 Minuten) sorgt dafür, dass die Beschichtung nach wenigen Minuten begehbar ist. Dies ist für Anschlußarbeiten sehr wichtig, die unmittelbar nach der Sprühbeschichtung erfolgen können. Der große Vorteil aliphatischer Systeme gegenüber aromatischen ist ihre UV-Stabilität, ein entscheidender Nachteil war dagegen bisher die langsamere Aushärtung. Baxxodur PC 136 führt hier zu einer deutlichen Beschleunigung und hebt den genannten Nachteil partiell auf.
Bei Temperaturbeanspruchung ist es bisher von Nachteil, dass die Stabilität der PUA-Beschichtung bei ca. 60 - 70° C verloren geht. Aufgrund der höheren Heißbiegefestigkeit (Heat Distortion Temperature, HDT) von Beschichtungen auf Basis von Baxxodur PC 136 können diese bis zu Temperaturen von 90° C belastet werden.
Wird der Kosten/Nutzen-Aspekt betrachtet, so schneidet dieser neuartige Kettenverlängerer vorteilhaft ab, weil aufgrund des geringeren Aminäquivalenzgewichtes und der ausgesprochen guten Effizienz der Vernetzung bis zu 20 % weniger Menge im Vergleich zu konventionellen Produkten aufgewändet werden muss. Baxxodur PC 136 ist sowohl in Europa und den USA als auch in China für den Einsatz in PUA-Systemen zugelassen (Registrierung nach EINECS, TSCA, IECSC).
4. Ausblick und Trends
Die im Gegensatz zu den USA in Europa noch sehr junge PUA-Technologie beginnt sich stetig zu entwickeln. Um die Wahrnehmung und Akzeptanz am Markt zu steigern, wurde die Polyurea Development Association Europe (PDA Europe) gegründet, die als Plattform für alle Unternehmen im europäischen PUA-Markt fungiert. Die PDA unterstützt unter anderem die Entwicklung von speziellen Ausbildungsprogrammen, die Etablierung von Produkt-, Sicherheits- und Umweltstandards sowie von Anwendungshinweisen.
Die BASF bietet mit Baxxodur PC 136 ein neu entwickeltes Produkt an, das dem Anwender hilft, die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche für Polyurea-Coatings erfolgreich zu erschließen und auszudehnen. Die Kunden können dabei auf die globale Präsenz, die umfassende chemische Expertise und den Service der BASF bauen [1]. Neben den genannten Vorteilen der verlängerten Verarbeitungszeit und des schnelleren Erreichens der Endeigenschaften werden sich künftige Entwicklungen darauf konzentrieren, die Oberflächengüte unter optischen Aspekten zu verbessern, die Schichtdicken des Coatings bei Erhalt der mechanischen Eigenschaften zu reduzieren oder Polyurea-Coatings zu entwickeln, die überlegene Flammschutzeigenschaften aufweisen.
[1] Informationen rund um die vielseitige Technologie und die dafür nötigen Einsatzstoffe bietet der Unternehmensbereich Zwischenprodukte der BASF mit der neuen Broschüre „Your Competent Partner for Polyurea Coatings". Die Broschüre steht im Internet unter http://www.basf.de/Zwischenprodukte zum Download zur Verfügung.
BaxxodurTM PC 136 ist ein Markenzeichen der BASF SE
Weitere Informationen zu Polyurea Coatings finden Sie unter folgendem Link: http://www2.basf.de
|
