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Was ist Pulverbeschichtung?

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Pulverlack ist ein feinkörniges Gemisch aus Pigmenten, Bindemitteln, Füllstoffen und Additiven. Im Rahmen der Oberflächenveredelung dient es der Metallbeschichtung. Bei der Verarbeitung wird das Pulver elektrostatisch aufgeladen und von Metallen angezogen. Dort bleibt es haften, bis es sich im folgenden Arbeitsschritt durch Wärmezufuhr zu einem fest haftenden, widerstandsfähigen Überzug auf der Oberfläche vernetzt. Ein Vorteil der Pulverlackierung besteht in der Abwesenheit von Lösungsmitteln, die zur Belastung der Luft mit Schadstoffen beitragen würden.

Aufgaben der Bestandteile einer Pulverbeschichtung

Pigmente bringen Farbe ins Spiel

Für die Farbe der Pulverlackierung sind Pigmente zuständig. Die hohen Temperaturen bei der Vernetzung ertragen am besten anorganische Pigmente. Dabei handelt es sich um Metalloxide, die in der Natur vorkommen oder synthetisch hergestellt werden. Die bunten Minerale finden schon lange in der Malerei und der Glasherstellung Anwendung. Die Pulverlackierung verdankt zum Beispiel Titanoxid ein strahlendes Weiß. Eisenoxide färben die Beschichtung gelb, rot oder schwarz. Kobaltoxyde sind für die kräftige Blaufärbung bekannt. Chromdioxid bewirkt eine grüne Färbung.

Neben anorganischen Pigmenten werden auch organische Farbstoffe in der Pulverbeschichtung eingesetzt. Auch sie haben ein Vorbild in der Natur. Beispiele sind Indigo aus der Färberwaid-Pflanze oder Purpur, das aus bestimmten Schnecken gewonnen wurde. In der Oberflächentechnik werden synthetische, organische Farbstoffe mit einer hohen Temperaturbeständigkeit verwendet, die leuchtende, glänzende Farben hervorrufen.

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Füllstoffe schaffen Volumen und steigern den Schutz vor Korrosion

Kreide, Talkum oder Bariumsulfat sind Füllstoffe, die beim Aufbau der Farbschicht für Volumen sorgen und die Korngrößenverteilung des Pulvers günstig beeinflussen. Ihr Einsatz garantiert eine optimale Packungsdichte. Die kleineren Pigmentkörnchen verteilen sich gleichmäßig in den Zwischenräumen zwischen den größeren Füllstoffpartikeln. Dieser Schichtaufbau unterstützt den Korrosionsschutz der Pulverbeschichtung.

Additive sorgen für Qualität und Oberflächenstruktur

Die als Additive bezeichneten Hilfsstoffe optimieren die Verarbeitung in der Oberflächentechnik, schaffen Glanz oder beabsichtigte Struktureffekte und sorgen für die erforderliche Härte der Lackschicht. Verlaufsmittel und Entgasungsadditive gewährleisten die Qualität der Metallbeschichtung. Erstere verringern die Oberflächenspannung und bewirken eine gleichmäßige kraterfreie Schicht. Letztere leiten gasförmige Reaktionsprodukte an die Oberfläche und verhindern damit kleine, nadelstichartige Löcher in der Beschichtung. Mit speziellen Strukturmitteln lassen sich beim Pulverbeschichten unterschiedliche Oberflächeneffekte erzielen. Das Ergebnis können samtartige, grobporige oder gewellte Strukturen sein.

oberflaechenvorbehandlung

Bindemittel halten alles zusammen

Die Bindemittel geben dem Pulverlack die erforderliche Festigkeit. Auf ihnen beruht die Widerstandsfähigkeit der fertigen Schicht gegenüber unterschiedlichen Beanspruchungen. Ihre Wirkung entfalten sie im letzten Arbeitsgang im Trockenofen. Dort bilden sie räumlich vernetzte Strukturen, die alle anderen Bestandteile in den Maschen fest einschließen. Als Bindemittel kommen Rohstoffe zum Einsatz, die auch in der Kunststoffverarbeitung verwendet werden. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um Epoxidharze oder Polyesterharze, die oft auch gemeinsam in Hybridsystemen verarbeitet werden. Außerdem sind Polyurethan-, PVC-, Polyamid- oder Acrylbindemittel möglich. Epoxid- und gehärtete Polyesterharze bilden bei der Vernetzung duroplastische Kunststoffe, die sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften, eine hohe Chemikalienbeständigkeit und Widerstandskraft gegen Witterungseinflüsse auszeichnen.

Polyurethane eignen sich aufgrund ihrer guten Haftungseigenschaften als Grundierung. Die weit verbreitete Anwendung als Klar- und Decklack ist auf die Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien, Lösungsmittel und Witterungseinflüsse zurückzuführen.

Ablauf der Pulverbeschichtung in der Oberflächentechnik

Das Pulverbeschichten erfolgt in drei Verfahrensschritten: Vorbehandlung der Oberflächen, Aufbringen des Pulvers und Vernetzen der Beschichtung.

Vorbehandlung

Die Oberflächen werden gereinigt und in der Regel mit einer Konversionsschicht versehen. Die Konversionsschicht entsteht durch eine chemische Reaktion des Metalls mit einer Säure. Stahl- und Eisenmetalle erhalten häufig Phosphatschichten. Die Oberfläche von verzinktem Stahl und Aluminium durch wird in den meisten Fällen durch Chromatieren oder Eloxieren auf die Pulverbeschichtung vorbereitet. Die Konversionsschicht verbessert den Korrosionsschutz und bildet einen festen Haftgrund für den Pulverlack. Die Vorbehandlung endet mit der gründlichen Trocknung der Teile.

pulverbeschichtung-konversionsverfahren

Aufbringen des Pulvers

Für das Aufbringen des Pulvers auf die Oberflächen, häufig auch als Applikation bezeichnet, werden die Teilchen elektrostatisch aufgeladen. Das erfolgt durch Reibung (triboelektrische Aufladung) oder durch Ionisation (Corona-Applikation). Die Reibung in teflonbeschichteten Pistolen, durch die das Pulver mit einem starken Luftstrom hindurchgeblasen wird, bewirkt die Aufladung der Partikel. Die Sprühpistole zerstäubt die Lackteilchen in eine Pulverwolke, die vom geerdeten Werkstück angezogen wird. Auf diese Weise lassen sich mehrere Schichten nacheinander aufbringen, die sich gleichmäßig auf der Oberfläche verteilen. Dieses Verfahren der Oberflächentechnik lässt sich sehr gut automatisieren.

Bei der Korona-Applikation laufen die Lackpartikel an einer Elektrode vorbei, die die umgebende Luft mit einer elektrischen Spannung von 30 bis 100 kV ionisiert. Das dabei zu beobachtende Leuchten wird als Korona bezeichnet und gibt dem Prozess seinen Namen. Die Luft bildet zusammen mit dem Pulverlack eine geladene Wolke. Bei diesem Verfahren sind der Luftverbrauch und der Verschleiß an den Pistolen geringer. Es wird vor allem für die Applikation von Effektpulverlacken eingesetzt, die für triboelektrische Aufladung ungeeignet sind.

Industrielle Metallveredelungspulverbeschichtung
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Vernetzung

Die Vernetzung wird in der Oberflächentechnik auch als Einbrennen oder Trocknen bezeichnet. Bei Temperaturen zwischen 110 und 250 °C schmilzt der Pulverlack auf und wandelt sich in eine feste Schicht um. Die Temperaturführung hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Pulverbeschichtung. Er beginnt mit einer möglichst kurzen, schichtdickenabhängigen Aufheizzeit, in der die für den vorliegenden Lack erforderliche Vernetzungstemperatur erreicht wird. Daran schließt sich die Haltezeit von 5 bis 30 Minuten an. Diese Zeit ist hauptsächlich vom verwendeten Bindemittel abhängig.

Anwendungsgebiete der Pulverbeschichtung

Die Oberflächenveredelung durch Pulverbeschichten kommt überall dort zum Einsatz, wo Verschleiß, Witterung oder Chemikalien metallische Werkstoffe angreifen. Die breite Verfügbarkeit der verschiedenen Bindemittel lässt die zielgerichtete Auswahl des geeigneten Pulverlacks auch für Anti-Graffiti-Beschichtungen zu.

Einige Pulverlacke weisen eine erhöhte Beständigkeit gegen Hitze auf. Zusätzlich zu den Schutzfunktionen ist die dekorative Gestaltung dank leuchtender Farben und effektvoller Oberflächenstrukturen von Vorteil. Hauptanwendungsgebiet der Pulverlackierung ist die allgemeine Metallbeschichtung.

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Einsatz im Bauwesen

Im Bauwesen wird vor allem die Witterungsbeständigkeit von Pulverlack-Beschichtungen geschätzt. Fassaden, Fenster, Türen und Tore, Zäune und Geländer erhalten durch dieses Verfahren der Oberflächentechnik einen dauerhaften Schutz.

Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen

Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen sind neben dem Wetter häufig harten Betriebsbedingungen ausgesetzt. Pulverbeschichtete Bauelemente trotzen dem Verschleiß durch Wasser, Sand und Staub über lange Zeiträume und tragen zur Verlängerung der Lebensdauer der hochwertigen Maschinen bei.

Haushaltsgeräte und Möbel

Viele Haushaltsgeräte, wie Waschmaschinen, Kühlschränke oder Heizkörper lassen häufige Reinigung und manchmal auch einen derben Stoß über sich ergehen. Die Pulverbeschichtung hilft ihnen, alles zu ertragen und ihren guten Ruf als weiße Ware lang zu erhalten. Möbel, vor allem Gartenmöbel, benötigen einen dauerhaften Korrosionsschutz, der ihnen durch die Beschichtung mit Pulverlack zuteilwird.

Automobilbau

Die Oberflächentechnik im Automobilbau nutzt die Pulverlackierung vor allem für den Korrosionsschutz und die Oberflächenveredelung kleinerer Bauteile, wie zum Beispiel Felgen, um dem Rost den Kampf anzusagen.