Nach mehr als fünfundzwanzig Jahren Erfahrung in der Entwicklung von Beschichtungen für Metall-, Kunststoff- und Holzuntergründe habe ich gelernt, dass eine schlechte Benetzung einer der häufigsten Gründe dafür ist, dass eine ansonsten einwandfreie Rezeptur in der Praxis versagt. Man kann eine hervorragende Pigmentdispersion, einen guten Glanz und solide mechanische Eigenschaften haben, und dennoch bildet der Lack Perlen, kriecht oder hinterlässt trockene Stellen auf dem Untergrund. In solchen Fällen sind Netzmittel unverzichtbar. Sie sorgen nicht nur dafür, dass sich die Flüssigkeit verteilt, sondern verändern grundlegend die Art und Weise, wie der Lack mit der Oberfläche interagiert, noch bevor er überhaupt trocknet.
Netzmittel senken die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, sodass diese die Oberflächenenergie des Untergrunds überwinden kann. Viele industrielle Oberflächen – öliger Stahl, Kunststoffe mit niedriger Oberflächenenergie oder sogar leicht verschmutztes Aluminium – weisen Oberflächenenergien von deutlich unter 40 mN/m auf. Eine typische Beschichtung auf Wasserbasis liegt ohne Zusatzmittel bei etwa 45–55 mN/m. Die Folge sind ein hoher Kontaktwinkel und eine schlechte Verteilung. Ein gutes Netzmittel senkt die Oberflächenspannung der Flüssigkeit auf 25–32 mN/m, sodass die Beschichtung gleichmäßig verfließen und einen durchgehenden Film bilden kann.
Es gibt verschiedene chemische Gruppen. Netzmittel auf Silikonbasis (in der Regel polyethermodifizierte Polydimethylsiloxane) sind bereits in geringen Dosierungen sehr wirksam und sorgen zudem für eine gewisse Verlaufseigenschaft. Fluorierte Typen bewirken die stärkste Verringerung der Oberflächenspannung und eignen sich gut für schwierige Kunststoffe, sind jedoch teurer und können die Schaumstabilität beeinträchtigen. Nichtionische Tenside und Netzmittel auf Acrylbasis bieten ein ausgewogeneres Profil mit geringeren Nebenwirkungen auf die Überlackierbarkeit oder die Zwischenhaftung. Die Wahl hängt in der Regel vom Substrat, dem Harzsystem und davon ab, ob die Beschichtung später überlackiert werden soll.
Ich erinnere mich noch gut an ein Projekt vor einigen Jahren, bei dem der praktische Unterschied deutlich zum Vorschein kam. Wir entwickelten eine wasserbasierte Epoxidgrundierung für Aluminiumprofile, die in Architekturrahmen zum Einsatz kommen. Das Aluminium war gereinigt, wies jedoch noch eine dünne Oxidschicht sowie vereinzelte leichte Ölrückstände aus der Handhabung auf. Ohne Benetzungsmittel zeigte die Grundierung bei der Auftragung starkes Kriechen – große Bereiche, in denen sich der Film zu Inseln zurückzog. Der Kontaktwinkel auf der eigentlichen Strangpressoberfläche betrug 68°. Nach der Aushärtung stellten wir sichtbare Lücken und eine schlechte Korrosionsbeständigkeit im Salzsprühtest fest.
Wir führten einen kontrollierten Vergleich durch, bei dem wir dieselbe Grundformulierung verwendeten und drei verschiedene Netzmittel in einer Menge von 0,4 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formulierung, hinzufügten:
- Ein handelsübliches nichtionisches Tensid senkte die Oberflächenspannung auf 38 mN/m und verringerte den Kontaktwinkel auf 42°. Das Kriechen verbesserte sich zwar, wurde jedoch nicht vollständig beseitigt; wir zählten auf den besprühten Platten weiterhin durchschnittlich 7 trockene Stellen pro 100 cm².
- Ein polyethermodifiziertes Silikon senkte die Oberflächenspannung auf 29 mN/m und den Kontaktwinkel auf 26°. Das Kriechen verschwand sowohl bei den Abziehversuchen als auch bei den Produktionssprühversuchen vollständig. Das Salzsprühverhalten verbesserte sich spürbar, da der Film durchgehend war.
- Ein kurzkettiges fluoriertes Netzmittel erzielte die niedrigste Oberflächenspannung (24 mN/m) und den kleinsten Kontaktwinkel (18°). Es zeigte auf Aluminium ein hervorragendes Fließverhalten, allerdings beobachteten wir während des Mischvorgangs eine leichte Schaumbildung sowie eine geringfügige Verringerung der Zwischenbeschichtungshaftung, wenn anschließend eine Deckschicht aufgetragen wurde.
Die silikonmodifizierte Variante war für diese Aufgabe der klare Sieger. Wir entschieden uns für 0,35 % aktiv, das in der Letdown-Phase zugegeben wurde, und die Grundierung bestand den 500-Stunden-Salzsprühtest ohne Korrosion unter der Beschichtung. In der Serienproduktion zeigte sich ein gleichmäßiger Schichtaufbau und deutlich weniger Ausschuss aufgrund von Optikmängeln.
Dieser Versuch hat einige Erkenntnisse bestätigt, die ich bereits in vielen Werken beobachtet habe. Erstens sind Dosierungsleitern unerlässlich. Netzmittel weisen oft einen optimalen Bereich auf – bei zu geringer Dosierung treten immer noch Fehler auf; bei zu hoher Dosierung können neue Probleme wie verstärkte Schaumbildung, verminderter Glanz oder Haftungsprobleme entstehen. Zweitens ist der Zugabepunkt entscheidend. Werden Netzmittel zu früh in die Hochscher-Dispersion gegeben, kann dies manchmal ihre Wirksamkeit im späteren Verlauf beeinträchtigen. Drittens sollte man immer auf dem tatsächlichen Substrat testen und nicht nur auf Laborplatten. Eine Beschichtung, die auf sauberem Stahl perfekt benetzt, kann auf Produktionsteilen, die Walzöl oder Fingerabdrücke aufweisen, versagen.
Erfahrungsgemäß lassen sich die größten Verbesserungen erzielen, wenn auf neue Substrate umgestellt wird oder wenn von lösungsmittelhaltigen auf wasserbasierte Systeme gewechselt wird. Wasserbasierte Beschichtungen weisen in der Regel eine höhere Oberflächenspannung auf, sodass sie auf Kunststoffen mit niedriger Oberflächenenergie oder nur geringfügig vorbehandelten Metallen zusätzliche Unterstützung benötigen. Bei einem Holzbeschichtungsprojekt konnten wir durch den Wechsel zu einem maßgeschneiderten Silikon-Netzmittel die Menge an Co-Lösungsmittel um 15 % reduzieren und dennoch einen guten Verlauf auf geölter Eiche erzielen – was der Kunde sowohl aus Kosten- als auch aus VOC-Gründen zu schätzen wusste.
Natürlich sind Netzmittel kein Wundermittel. Sie können starke Verschmutzungen oder völlig inkompatible Kombinationen aus Harz und Substrat nicht beseitigen. Außerdem können sie andere Eigenschaften beeinflussen – manche erhöhen die Gleitfähigkeit, andere können bei Überdosierung die Wasserbeständigkeit verringern. Bei überlackierbaren Systemen ziehe ich in der Regel mildere Acryl- oder nichtionische Typen gegenüber starken Silikonen oder fluorierten Produkten vor.
Letztendlich gehören Netzmittel nach wie vor zu den Additiven mit der größten Wirkung in einer Formulierung, wenn das Substrat nicht ideal ist. Die Werke und Formulierer, die dieses Thema ernst nehmen – indem sie ordnungsgemäße Vergleichstests an echten Bauteilen durchführen, wo möglich die Oberflächenspannung und den Kontaktwinkel messen und die langfristige Filmleistung überprüfen –, sind diejenigen, die nicht mehr gegen optische Mängel ankämpfen müssen und stattdessen gleichbleibende, zuverlässige Beschichtungen liefern. Wenn das richtige Netzmittel an der richtigen Stelle in der richtigen Menge vorhanden ist, erfüllt die Beschichtung einfach ihre Aufgabe: Sie verteilt sich, haftet und schützt, ohne die Aufmerksamkeit auf sich zu lenken.