Additive in der Oberflächen-Beschichtung

In der Oberflächenbeschichtung kommen Additive zum Einsatz, die die sich auf die Eigenschaften bestimmter Prozesschemikalien auswirken. Wie und in welchen Bereichen diese Zusatzstoffe genau angewendet werden, erfahren Sie hier.

Was sind Additive?

Additive sind Zusatzstoffe, mit denen Prozesschemikalien versetzt werden, um deren Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Die in der Oberflächenbeschichtung und der Metallbearbeitung eingesetzten Grundstoffe für die Reinigung, Kühlung, Schmierung oder Farbgebung haben konkrete Aufgaben, die manchmal mit ungewollten Nebenwirkungen verbunden sind. Geringe Mengen von Additiven können Nebenwirkungen aufheben, die Verarbeitung der Chemikalien erleichtern, deren Wirksamkeit verbessern und zusätzliche Funktionen erfüllen.

Additive in Lacksystemen

Additive kommen bei der Lackierung zur Anwendung. Die Lackschicht auf einer Oberfläche soll einen geschlossenen Film bilden, der fest haftet, den Umgebungseinflüssen standhält und ein gleichmäßiges, optisch ansprechendes Gesamtbild ergibt. Der Lack soll sich leicht verarbeiten lassen und schnell trocknen. Um die erfolgreiche Oberflächenbeschichtung zu gewährleisten, werden die chemischen und physikalischen Prozesse der Lackbildung durch Additive gesteuert.

Die Zusatzstoffe beeinflussen während der Verarbeitung des Lacks

• die Durchmischung der Lackkomponenten
• das Fließverhalten des Lacks
• die Schaumbildung
• die Benetzungsfähigkeit der Oberfläche in Abhängigkeit vom Grundmaterial und
• das Trocknungsverhalten

Wirkungen von Additiven auf die fertiggestellte Beschichtung sind zum Beispiel

• die Verbesserung der Lackhaftung
• der Schutz vor Kratzern
• die Beständigkeit gegen extrem hohe oder niedrige Temperaturen
• die Beständigkeit gegen UV-Licht und chemische Stoffe
• die optische Gestaltung der Oberflächenbeschichtung (glänzend, matt, strukturiert)
• funktionelle Eigenschaften (z.B. Leitfähigkeit, Feuerwiderstandsfähigkeit, Verschleißbeständigkeit, Farbwechsel bei Temperaturänderungen)

Die sorgfältige Auswahl und Dosierung der Additive ist die Grundlage dafür, dass sich die einzelnen Substanzen planmäßig verhalten und sich nicht gegenseitig stören. Dieser Balanceakt führt zu der Vielzahl unterschiedlicher Lacke, die auf dem Markt verfügbar sind. Die Suche nach dem optimalen Lack setzt voraus, dass die speziellen Anforderungen an die Oberflächenbeschichtung vollständig und klar bekannt sind. Mit diesen Informationen sind die Hersteller und Lieferanten von Lacksystemen in der Lage, das passende Produkt aus ihrem Sortiment bereitzustellen.

Einsatz bei Reinigungsprozessen

Voraussetzung für eine erfolgreiche Beschichtung von Oberflächen ist die vollständige Reinigung. Reinigungsmittel sind auf die Grundmaterialien und die Verschmutzungsarten abgestimmt. Der Einsatz von Additiven ermöglicht es, die Reiniger an die im speziellen Fall vorherrschenden Bedingungen anzupassen. Eine Hauptaufgabe der Zusatzstoffe besteht darin, die Schmutzfracht in der Reinigungslösung in der Schwebe zu halten. Das wird durch die Wirkung von Additiven erreicht, die das Zusammenklumpen von Partikeln verhindern. Die kleinen Teilchen können sich nicht absetzen.

Um zu verhindern, dass die Reinigungsmittel die Oberflächen angreifen, werden besonders bei wasserbasierenden Verfahren Korrosionsschutzinhibitoren verwendet. Die Reinigungswirkung ist in vielen Fällen vom pH-Wert der Lösung abhängig. Dieser Wert wird durch die Zugabe geringer Mengen von Säuren oder Basen eingestellt. Eine zu starke Schaumbildung stört die Reinigungsprozesse. Schaum bildet sich, wenn die Reinigungslösung mit Luft durchmischt wird. Der Lufteintrag ist häufig technologisch bedingt. In diesen Fällen werden Entschäumer eingesetzt, die die Stabilität der Bläschen herabsetzen.

Additive bei der Oberflächenvorbehandlung

Zur Vorbehandlung von Metallteilen für die Oberflächenbeschichtung zählen Konversionsverfahren, wie Phosphatieren, Zinkphosphatieren und Chromatieren. Bei einer solchen Oberflächenvorbehandlung erfolgen chemische Reaktionen zwischen dem Grundwerkstoff und den eingesetzten Prozesschemikalien. Die Reaktionsprodukte bilden eine festhaftende, dichte Schicht auf der Metalloberfläche. Diese Konversionsschicht stellt einen hervorragenden Korrosionsschutz dar und bildet einen optimalen Haftgrund für nachfolgende Lackierungen.

Häufig sind chemische Reaktionen von Nebenreaktionen begleitet, die unerwünschte Verbindungen hervorrufen und den Schichtaufbau stören. Die Nebenreaktionen werden durch den Einsatz von Additiven unterdrückt. Dazu zählen Oxidationsmittel und Reagenzien zur Blockierung schädlicher Metallionen. Das Blockieren wird in der Fachsprache als Maskieren bezeichnet.

Additive in Kühlschmierstoffen

Kühlschmierstoffe werden in der Metallbearbeitung zur Reduzierung der Reibung und zur Ableitung der Reibungswärme eingesetzt. Neben Mineralölgemischen, die hauptsächlich die Reibung verringern, findet man wassergemischte Kühlschmierstoffe, deren Schwerpunkt in der Kühlung liegt. Zu den Kühlschmierstoffen beigegebenen Zusatzstoffen gehören unter anderem

• Emulgatoren
• Korrosionsschutzinhibitoren
• Konservierungsmittel
• Entschäumer
• Hochdruckzusätze
• Alterungsschutzstoffe
• Dispersant-Zusätze
• Antinebelzusätze
• Viskositätsindex-Verbesserer

Emulgatoren

Emulgatoren und Korrosionsschutzinhibitoren werden in wassergemischten Kühlschmierstoffen benötigt. Die Emulgatoren ermöglichen die gleichmäßige Vermischung des Wassers mit den Ölen und Additiven. Die Korrosionsschutzinhibitoren verhindern den Angriff von Luftsauerstoff, der auf den feuchten Teilen schnell zur Rostbildung führen würde.

Konservierungsmittel

Konservierungsmittel schützen die Kühlschmiermittel vor der Besiedlung durch Mikroorganismen. Einige Arten von Bakterien und Pilzen ernähren sich von öligen Substanzen. In der Folge bringen sie die Zusammensetzung des Kühlschmierstoffs durch die Entnahme von Nährstoffen, die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten und das Anwachsen der Biomasse außer Kontrolle.

Entschäumer

Entschäumer werden unter anderem bei der Oberflächenbeschichtung bei der Reinigung und bei der Metallbearbeitung eingesetzt. Sie verhindern die Bildung von Luftbläschen in den Kühlschmierstoffen, die zur Reduzierung der Kühlwirkung und zur Veränderung der Schmierfähigkeit führen würden.

Hochdruckzusätze

Hochdruckzusätze, auch als EP-Additive bezeichnet, werden den Kühlschmierstoffen zugesetzt, wenn mit extremen Belastungen der Werkzeuge gerechnet werden muss. Die hohen Drücke führen zu entsprechend hohen Temperaturen, bei denen es zum Verschweißen der Werkstoffe kommen kann.

Bei diesen Temperaturen setzen die EP-Additive Salze frei, die sich auf den Metallen absetzen und den direkten Kontakt zwischen ihnen verhindern. Dadurch verringern sich die Reibung und die Wärmeentwicklung.

Alterungsschutzstoffe

Alterungsschutzstoffe verhindern oder verringern chemische Reaktionen zwischen den Bestandteilen des Kühlschmierstoffes mit dem Luftsauerstoff (Oxidation). Die Oxidationsprozesse würden langfristig zum Verlust der Kühl- und Schmierwirkung führen. Der langsame Verfall wird durch den Begriff Alterung beschrieben. In der Fachsprache werden die Alterungsschutzstoffe Antioxidantien oder Oxidationshemmer genannt.

Dispersant-Zusätze

Dispersant-Zusätze werden dann benötigt, wenn sich bei der Metallbearbeitung sehr feiner Abrieb bildet oder Schmutzteilchen in den Kühlschmierstoffen anreichern. Um die Schlammbildung durch das Absetzen der Partikel zu verhindern, werden die Teilchen von den Additiven umhüllt. Dadurch können sie sich nicht mehr aneinander anlagern und bleiben in der Schwebe.

Antinebelzusätze

Antinebelzusätze reduzieren die Bildung von Aerosolen in der Umgebungsluft. Aerosole sind fein verteilte Tröpfchen, die beim Einatmen tief in die Lunge gelangen. Sie entstehen, wenn Kühlschmierstoffe von schnell rotierenden Werkzeugen zerstäubt und weggeschleudert werden. Durch Antinebelzusätze verdunstet die Flüssigkeit langsamer. Der Gehalt an Schadstoffen in der Atemluft wird reduziert.

Viskositätsindex-Verbesserer

Viskositätsindex-Verbesserer regulieren das Fließverhalten von Kühlschmierstoffen bei schwankenden Temperaturen. Die Fließfähigkeit (Viskosität) von Flüssigkeiten nimmt bei niedrigen Temperaturen ab und steigt bei hohen Temperaturen an. Für die ordnungsgemäße Funktion der Kühlschmiermittel ist ein vorgegebener Viskositätsbereich erforderlich, der durch diese Additive eingehalten wird.