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Wirtschaftliche Applikation von Wasserlacken

Entwicklung technologischer Maßnahmen zur wirtschaftlichen Applikation von Wasserlacken auf Holzoberflächen mit dem Ziel der Quellungsverminderung und Energieeinsparung

 

 

Verbundprojekt zwischen dem Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH und dem Leib­niz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., gefördert durch 

 

 

Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller For­schungsvereinigungen Otto von Guericke e.V.

 

Kontakt:                   

 

Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH                           

Dr. rer. nat. Christiane Swaboda

Dr.-Ing. Rico Emmler

Zellescher Weg 24

01217 Dresden

 

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)

Dr. rer. nat. Frank Simon

Dr. rer. nat. Ralf Frenzel

Dipl.-Chem. Gudrun Petzold

Hohe Str. 6

01069 Dresden

Motivation

 

Die 1999 in Kraft getretene und inzwischen auch in nationales Recht umgesetzte EU-VOC-Richtlinie sowie die ab 2007 geltende Decopaint Verordnung erfordern in steigendem Maße den Übergang von lösemittelhaltigen zu emissionsarmen Lacksystemen.

Die umweltverträglichen Wasserlacke führen jedoch bei der Applikation auf Holz zu einem verstärkten Aufquellen der Fasern und erfordern zahlreiche Zwischenschliffe sowie zeit-, bzw. energieaufwendige Trocknungsverfahren.

Projektziele

 

Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt im Auffinden von Verfahren zur gezielten Modifizierung von Oberflächen mit dem Ziel der Quellungsminimierung und Verbesserung der Haftfest­igkeit.

Da Holzoberflächen, wie alle Festkörperoberflächen in wäßriger Umgebung Oberflächenladun­gen aufweisen, können sie formal als Komplexbildungspartner für Polyelektrolyte oder Poly­elektrolytkomplexe (PEC) betrachtet werden. Starke Coulomb-Wechselwirkungen (elektro­statische Wechselwirkungen) werden zwischen der im pH-Bereich pH > 4 negativ geladenen Holzoberfläche und kationischen Polyelektrolyten/PEC erwartet. Für die Adsorption und die Stabilität des Adsorbats, d.h. das Verhindern von Desorptionsprozessen, sind neben den elek­trostatischen Wechselwirkungen auch erhebliche entropische Beiträge verantwortlich.

In einem ersten Schritt soll die Adsorption und das Verhalten kommerziell erhältlicher Poly­elektrolyte auf definiert vorbereiteten Holzoberflächen untersucht werden. Über die Variation der Molmasse kann der entropische Beitrag der freien Adsorptionsenthalpie gesteuert werden. Zum Abschätzen von echten Molekulargewichtseffekten werden zwei, sich in den Molmassen deutlich unterscheidende Polyelektrolyte verwendet, um einerseits die Auswirkungen des Mo­lekulargewichts auf die Polyelektrolytadsorption selbst und andererseits auf die tensidstabili­sierte Assoziatbildung (u.a. Partikelgröße) sowie das Adsorptionsverhalten dieser Assoziate zu ermitteln. Die Bildung von Polyelektrolytkomplexen aus kationischen und anionischen Poly­elektrolyten, z.B. Na-Salz der Poly(4-styrensulphonsäure) oder Maleinsäure-Alkylen-Copoly­meren erlaubt das Einstellen der Nettoladungsdichte und der Hydrophilie bei starken kationi­schen Polyelektrolyten, wie dem Poly(diallyldimethylammoniumchlorid).

Führt die einfache Adsorption der o.g. Polyelektrolyte bzw. PEC nicht zur Versiegelung der Holzoberfläche gegenüber einem Eindringen von Wasser, so können nachfolgende Vernet­zungsreaktionen die Stabilität des Adsorbats, die Solvatisierbarkeit des Adsorpts und dessen Hydrophilie/Hydrophobie signifikant beeinflussen. Die Vernetzungsagenzien werden dabei mit dem Polyelektrolyten aufgetragen; die notwendigen Reaktionen während des HF-Trocknungs­prozesses thermisch initiiert. Eine breite Variation hinsichtlich der resultierenden Hydrophilie/ Hydrophobie wird von den Einsatz bifunktioneller epoxy-terminierter Oligoalkylenoxide erwartet, die aus den entsprechenden OH-terminierten Oligoalkylenoxiden zugänglich sein sollten. Dabei sorgen die Alkylenoxid-Einheiten für die notwendige Wasserlöslichkeit der Oligomere, die endständigen Epoxidgruppen für eine hohe Reaktivität gegenüber den Aminogruppen und die mögliche Variation der Alkylreste für eine einstellbare Hydrophilie des Adsorpts. Da nicht alle Aminogruppen des Poly(vinylamins) in die Vernetzungsreaktionen einbezogen werden, besteht die Möglichkeit, die überschüssigen Gruppen als Bindungspartner für Haftvermittler/Decklacke zu nutzen.

 

 
Wirtschaftliche Applikation von Wasserlacken
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