Wässrige Harze
Wässrige EpoxidharzeEdit
Siehe auch Epoxid
Ein Epoxidharzsystem besteht im Allgemeinen aus einem Härter und einem Epoxidharz. Sowohl der Härter als auch das Epoxidharz können auf Wasserbasis hergestellt werden. Feste Epoxidharzdispersionen (Molekulargewicht >1000) sind erhältlich und bestehen aus einem in Wasser dispergierten Epoxidharz, manchmal mit Hilfe von Co-Lösungsmitteln und Tensiden. Das Harzgerüst ist häufig modifiziert, um die Wasserdispergierbarkeit zu gewährleisten. Diese Harze trocknen von selbst durch Verdunstung des Wassers/Co-Lösungsmittels und Koaleszenz der Partikel. Um das Harz zu härten und zu vernetzen, wird in der Regel ein Härter auf Aminbasis zugesetzt. Dadurch entsteht ein Zweikomponentensystem. Eine Alternative ist die Verwendung von flüssigen Standard-Epoxidharzen mittlerer Viskosität, die in einem wasserlöslichen Polyamin- oder Polyaminoamid-Härterharz emulgiert werden, wodurch ebenfalls ein Zweikomponentensystem entsteht. Polyaminoamide werden durch Reaktion von Ethylenaminen mit dimerisierten Fettsäuren hergestellt, um eine Spezies mit Amidbindungen zu erhalten, die aber immer noch Aminfunktionalität aufweist. Bei der Kondensationsreaktion wird Wasser freigesetzt. Diese Harze können dann durch eine weitere Reaktion mit organischen Säuren oder Formaldehyd wasserlöslich gemacht werden. Solche Harze haben in der Regel noch eine weitere Aminfunktionalität am Polymergerüst, damit sie härten und ein Epoxidharz vernetzen können. Aus ihnen können dann Farben hergestellt werden, indem entweder der Epoxid- oder der Aminhärteranteil oder sogar beide pigmentiert werden. Polyaminhärtende Harze werden im Gegensatz zu Polyaminoamidharzen im Allgemeinen durch teilweise Adduktion polyfunktioneller Amine mit einem Epoxidharz und/oder Epoxidverdünner hergestellt, wobei die Spezies mit restlicher Aminfunktionalität zurückbleibt. Dieses Addukt kann dann in Wasser aufgelöst und zum Emulgieren von mehr Epoxidharz verwendet werden, wobei wiederum ein Teil oder beide pigmentiert werden können. Der Vorteil dieser Systeme besteht darin, dass sie keine organischen Säuren benötigen, um sie aufzulösen. Dies ist ein Vorteil, wenn die Beschichtung auf einem stark alkalischen Untergrund wie frischem Beton verwendet werden soll, da das Alkali des Zements die Säure neutralisiert und bei wiederholtem Eintauchen eines Pinsels in die Dose zu Instabilität führt. Obwohl Wasser vorhanden ist und die Korrosion fördert, können auch wässrige Metallbeschichtungen auf der Basis von wässrigem Epoxidharz formuliert werden.
Wässrige AlkydharzeEdit
Siehe auch Artikel Alkyd
Wasserverdünnbare Alkydharze sind im Wesentlichen herkömmliche Alkydharze, d.h. Polyester auf der Basis von gesättigten oder ungesättigten Ölen oder Fettsäuren, mehrbasigen Säuren und Alkoholen, die so modifiziert sind, dass sie mit Wasser mischbar sind. Typische Bestandteile sind pflanzliche Öle oder Fettsäuren wie Leinöl, Sojaöl, Rizinusöl, dehydriertes Rizinusöl, Safloröl, Tungöl, Kokosöl und Tallöl. Zu den Säuren gehören Isophthalsäure, Terephthalsäure, Adipinsäure, Benzoesäure, Bernsteinsäure sowie Phthalsäure-, Maleinsäure- und Trimellitsäureanhydrid. Zu den Polyolen gehören Glycerin, Pentaerythritol, Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol und 1,4-Butandiol. Typische Methoden zur Einführung unterschiedlicher Grade der Wassermischbarkeit sind ähnlich wie bei anderen Harzsystemen. Die Methoden beinhalten im Wesentlichen die Einführung hydrophiler Zentren wie Säuregruppen, die dann zu einem Salz neutrasiert werden können. Eine weitere Methode ist die Einführung polarer Gruppen in das Grundgerüst. Zu den typischen Methoden für Alkydharze gehört die Maleinisierung von ungesättigten Fettsäuren mit Maleinsäureanhydrid. Dabei wird ein Diels-Alder-Addukt in der Nähe der Doppelbindungsstellen gebildet. Die eingeführten Säuregruppen können dann mit Polyolen weiterreagiert werden. Eine Diels-Alder-Reaktion findet nur statt, wenn ein konjugiertes Doppelbindungssystem vorhanden ist. Liegt keine konjugierte Doppelbindung vor, erfolgt eine einfache Addition. Andere Techniken umfassen die Synthese des Harzes mit hydroxylfunktionellen Oligomeren, die z. B. Ethylenglykol enthalten, und die Zugabe spezifischer säure- oder hydroxylhaltiger Substanzen gegen Ende der Reaktion. Eine andere Technik ist die Herstellung eines acrylfunktionellen Alkyds mit einer Acrylmonomermischung, die reich an Carbonsäuregruppen ist.
Wässrige PolyesterharzeEdit
siehe auch Polyesterharz
Gesättigte Polyesterharze enthalten viele der in herkömmlichen Alkydharzen verwendeten Materialien, jedoch ohne die Öl- oder Fettsäurekomponenten. Typische Bestandteile für diese Harze sind Polycarbonsäure- und Polyhydroxylkomponenten. Die am häufigsten verwendeten Polycarbonsäuren sind Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und Adipinsäure. Phthalsäure- und Trimellitsäureanhydride können ebenfalls verwendet werden. Bei den Polyolen handelt es sich meist um Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol und Trimethylolpropan. Um sie wässrig zu machen, werden organische Säuren oder Anhydride in einem zweistufigen Verfahren zugesetzt, aber es gibt auch andere Methoden.
Polyurethanharze auf WasserbasisBearbeiten
Siehe auch Polyurethandispersion
Polyurethanharze sind auf Wasserbasis erhältlich. Die einkomponentigen Ausführungen werden meist als Polyurethan-Dispersionen bezeichnet. Sie sind in anionischen, kationischen und nichtionischen Versionen erhältlich, wobei die anionischen Anteile am häufigsten im Handel erhältlich sind. Wässrige Polyurethane sind auch in 2-Komponenten-Versionen erhältlich. Da ein 2-Komponenten-Polyurethan aus Polyol(en) und einem Isocyanat besteht und Isocyanate mit Wasser reagieren, sind spezielle Formulierungs- und Produktionstechniken erforderlich. Das wasserdispergierbare Polyisocyanat kann z.B. mit einem Sulfonat modifiziert werden.
Wässrige GitterEdit
siehe Hauptartikel Latex
Ein Latex ist eine stabile Dispersion (Emulsion) eines Polymers in Wasser. Synthetische Gitter werden in der Regel durch Polymerisation eines Monomers wie Vinylacetat hergestellt, das mit in Wasser dispergierten Tensiden emulgiert wurde.
Wässrige Harze für die elektrophoretische AbscheidungEdit
siehe Hauptartikel Elektrophoretische Abscheidung
Die für die elektrophoretische Abscheidung verwendeten Harze sind in der Regel Epoxid-, Acryl- oder Phenolharztypen. Sie werden mit funktionellen Gruppen formuliert, die, wenn sie neutralisiert werden, ionische Gruppen auf dem Polymergerüst bilden. Diese verleihen dem Polymer eine Wasserlöslichkeit. Es gibt sie als anodische Versionen, die sich auf der Kathode einer elektrochemischen Zelle ablagern, oder als kathodische, die sich auf der Kathode ablagern. Kathodische Elektroabscheidungsharze dominieren und haben den Korrosionsschutz in der Automobilindustrie revolutioniert. Sie werden als OEM (Original Equipment Manufacture) und nicht als Nachlackierungssystem eingesetzt. Kathodische Harze enthalten Amine auf dem Polymergerüst, die durch Säuregruppen wie Essigsäure neutralisiert werden und eine stabile wässrige Dispersion ergeben. Wenn elektrischer Strom durch eine Karosserie fließt, die in ein Bad getaucht ist, das einen Lack auf der Basis eines kathodischen Elektrotauchlacks enthält, scheiden die in der Nähe der Kathode gebildeten Hydroxylionen den Lack auf der Karosserie ab. Der dafür erforderliche elektrische Strom wird durch die Anzahl der Ionenzentren bestimmt. Dispersionen von wässrigen Harzen für die Elektrotauchlackierung enthalten in der Regel einige Co-Lösungsmittel wie Butylglykol und Isopropanol und haben in der Regel einen sehr niedrigen Feststoffgehalt, z. B. 15 %. Sie haben in der Regel Molekulargewichte im Bereich von 3-4000. Farben, die auf ihnen basieren, haben in der Regel PVCs von weniger als 10, d.h. ein sehr hohes Bindemittel-Pigment-Verhältnis.
Wässrige HybridharzeEdit
Viele Harze sind auf Wasserbasis erhältlich, können aber Hybride oder Mischungen sein. Ein Beispiel wären Polyurethan-Dispersionen, die mit Acrylharzen gemischt oder hybridisiert sind. Wässrige Epoxidharze können mit Acrylat modifiziert werden und dann mit Seitenketten mit vielen Fluoratomen weiter modifiziert werden. Es gibt auch wässrige Harze, die sowohl Wasser als auch erneuerbare Rohstoffe verwenden. Ein weiteres Beispiel ist die Kombination von Alkydharzen mit Acrylaten, um sie wasserlöslich zu machen. Unter Verwendung von hyperverzweigten Alkydharzen, die mit Acrylmonomeren modifiziert werden, und durch Mini-Emulsionspolymerisation können geeignete Hybride gebildet werden. Neben der Hybridisierung der Harze können auch Kombinationen von Techniken eingesetzt werden. So können beispielsweise ultraviolett härtende Beschichtungen hergestellt werden, die galvanisch abgeschieden werden können und wässrige Hybride aus Epoxid- und Acrylharzen sind.