Für einen Außen-Seidenglanzlack im 200-l-Maßstab haben wir letztes Frühjahr zwei Rheologie-Pakete kalkuliert. Das günstigere lag 30 Prozent unter dem Kilopreis. Das Werk hat es eingekauft, drei Ansätze gefahren und beim vierten dann 4 Prozent Ausschuss bei der Stormer-Konsistenz gemessen. Die eine Nacharbeit hat mehr gekostet als die Verdickereinsparung im ganzen Jahr. Diese Falle sehen wir immer wieder. Formulierer vergleichen HEUR, HASE und Cellulose-Verdicker über den Kilopreis und merken dann, dass die Rechnung an anderer Stelle in der Formel aufgeht.
Rheologie ist die billigste Zeile im Ansatzblatt – und die teuerste, wenn man sie falsch macht.
Was die einzelnen Verdickerchemien tatsächlich aufbauen
Cellulose-Verdicker verdicken das Wasser. Hydroxyethylcellulose und Carboxymethylcellulose lösen sich in der wässrigen Phase, verhaken sich und blockieren freies Volumen. Das ergibt eine starke Struktur in Ruhe: Der Lack steht in der Dose und läuft an der senkrechten Wand nicht ab. Sie bekommen aber auch einen Nassfilm, der Wasser wie ein Schwamm hält. Das Ablüften wird langsamer, die frühe Blockfestigkeit sinkt, und der darunterliegende Auftrag bleibt länger weich als gewünscht. Das ist der klassische HPHV-Verlauf: dick in Ruhe, dünn unter dem Pinsel – mit eingebautem Verlust beim Verlaufen.
HASE und HEUR verdicken die Partikel statt des Wassers. Beide sind assoziativ. Die hydrophoben Kettenenden verankern sich auf Latex- und Pigmentoberflächen und bilden Brücken dazwischen, sodass das Netzwerk dort sitzt, wo der Film tatsächlich entsteht.
HASE, der anionische Typ, den viele Lieferanten noch HEAA nennen, trägt Carboxylgruppen entlang der Hauptkette. Mit AMP-95 oder Ammoniak neutralisiert man sie, damit sich die Kette entknäuelt und dispergiert. Diese Ladung ist der Grund, warum HASE Pigmentpaste mag und im mittleren Scherbereich bei der Applikation gut funktioniert. Sie ist auch der Grund, warum HASE aus dem Tritt kommt, wenn ein System abdriftet. Geht der pH in Richtung 6,5, protonieren die Carboxyle, die Knäuel ziehen sich zusammen, und die Viskosität fällt steil ab. Hartes Wasser mit Calcium macht aus der anderen Richtung denselben Schaden. Überdosieren ist schlimmer als Unterdosieren; anionische Verdicker erreichen ein Maximum und brechen danach ein.
HEUR trägt keine Ladung, braucht also keinen Neutralisator und kein pH-Fenster. Unser YT-255A, YT-255B, YT-255C, YT-255D und YT-255E liegen alle bei pH 6 bis 8 und können ohne Vordünnung in die Mahlung oder ins Let-down. YT-330B folgt derselben nichtionischen Logik bei 30 ± 1 % Feststoff, mit einer Gebindeviskosität von 20.000 bis 30.000 mPa·s.
Nichtionisch heißt nicht, dass es kein Verhalten gibt. Die Assoziation ist temperaturabhängig. Dieselbe Dosis liest sich im Juli bei 35 °C im Werk dünner als im Januar bei 15 °C im Lager. Das schreiben wir in die QC-Spezifikation, statt mit einer zweiten Verdickerdosis dagegen anzukämpfen.
Cellulose-Verdicker gegen assoziative Verdicker: das Paket nach Scherung aufteilen
Kunden fragen, welcher Verdicker der beste ist. Die bessere Frage lautet: Welcher Scherbereich kostet Sie gerade Geld? Ein Gebinde, das sich trennt, eine Rolle, die spritzt, und eine Pumpe, die kavitiert – das sind drei verschiedene Probleme, und drei verschiedene Ketten lösen sie.
| Scherbereich | Was die Linie gerade macht | Welche Chemie gewinnt | Typen, zu denen wir greifen |
|---|---|---|---|
| Niedrig (Brookfield 1 bis 20 rpm) | Lagerung, Absetzen, Ablaufen an der senkrechten Fläche | Cellulosisches HPHV oder ein niedrigscherendes Assoziativ | YT-255E (12W / 299-Ersatz), YT-255A (105A-Ersatz), YT-155A |
| Mittel (Pinsel und Rolle) | Aufnahme, Spritzfestigkeit, Schichtaufbau | HASE oder ein HEUR mit mittlerer Scherwirkung | YT-255B (Ersatz für 8W), YT-330B |
| Hoch (Pumpe, Sieb, Sprühauftrag) | Durchsatz der Linie, Verlauf, Glanz | HEUR mit hoher Scherwirkung | YT-255C (Ersatz für PS166), YT-255D (Ersatz für 2020) |
Die Dosierfenster sind bei einem Großteil unseres Sortiments an wasserbasierten Verdickern. Die fünf oben genannten HEUR-Typen sind mit 0,5 bis 2,0 Prozent der Rezeptur angegeben. YT-155A hat ein deutlich weiteres angegebenes Fenster: 0,5 bis 20 Prozent. Die Obergrenze dieses Bereichs nutzen wir ausschließlich für wasserbasierte Klebstoffe und Druckfarbenstreckmittel, nie für Lack.
Die versteckten Posten, die ein Kilopreis-Angebot unter den Tisch fallen lässt
Diese Prüfung ziehen wir heran, wenn ein Kunde von uns verlangt, ein etabliertes Rheologiepaket beim Preis zu unterbieten. Sechs Fragen, und zwar in der Reihenfolge, in der sie üblicherweise wehtun.
- Preis pro Kilogramm aktiver Feststoffe. Ein 40-Prozent-Produkt zum 1,8-fachen Preis eines 30-Prozent-Produkts ist nicht teurer. Vergleichen Sie YT-255B bei 40 Prozent, YT-330B bei 30 ± 1 Prozent und YT-155A bei 30, 40 oder 50 Prozent auf derselben Feststoffbasis – sonst ist das Angebot wertlos.
- Neutralisationsmittelkosten und pH-Führung. HASE schleppt AMP-95 oder Ammoniak mit etwa 0,1 bis 0,3 Prozent der Rezeptur, dazu eine pH-Kontrolle in jeder Charge. Bei HEUR entfällt diese Zeile komplett.
- Biozid, das für die Cellulose mitgeladen wird. Cellulosics sind Futter. Wenn die Lagerstabilität auf HEC beruht, ist ein Teil Ihres Konservierungspakets in Wahrheit eine Verdickersteuer. Mikrobieller Viskositätsverlust kommt oft genug vor, dass Viskositätsverlust über die Lagerzeit bei uns im Labor ein Dauerthema ist.
- Glanz, den Sie zurückkaufen müssen. Der wasserbindende Film, den Cellulosics bilden, kostet messbaren 60-Grad-Glanz in einem Halbglanzsystem. Zurückgewinnen lässt er sich über das Bindemittel, nicht über den Verdicker.
- Beschichtungsintervall und Linien-Geschwindigkeit. Eine langsame Abdunstung verschiebt das Fenster für den zweiten Auftrag auf jeder automatisierten wasserbasierten Holzbeschichtungslinie. Zwei zusätzliche Minuten pro Platte sind bei 120 Platten pro Stunde echtes Geld.
- Nacharbeit. Die Charge außerhalb der Spezifikation, das Fass, das zum Mischer zurückgeholt wird, der Bediener, der während des Laufs nachjustiert. Genau hier verlieren günstige Pakete ihren Vorteil.
Kosten des Pakets pro fertigem Liter
Hier ein durchgerechnetes Beispiel aus einer aktuellen Rezeptur. Wir arbeiten mit Preisindizes statt mit Währungen, damit Sie Ihre eigenen Lieferantenzahlen einsetzen können. Ziel: 2.500 mPa·s auf einem Brookfield RV bei 20 rpm, KU um 98, kein Rollerspritzer, 60-Grad-Glanz bei 70 oder besser.
Angenommen werden Preisindizes auf Aktivstoffbasis von 1,0 für ein Cellulosic, 1,5 für HASE und 2,2 für HEUR. Paket A ist HEC bei 0,30 Prozent plus ein hochscherendes Assoziativ bei 0,35 Prozent, was einem Indexkostenwert von 1,07 entspricht. Paket B ist HASE bei 0,90 Prozent plus HEUR bei 0,55 Prozent, was 2,49 ergibt. Paket C, rein assoziativ, liegt YT-255A bei 0,45 Prozent mit YT-255C bei 0,55 Prozent, für 2,20. Allein auf der Verdickerlinie liegt die Cellulose-Hybridvariante um Faktor zwei vorn.
Dann kommen die versteckten Posten dazu. Paket A zahlt einen Konservierungszuschlag, verliert Glanz und schneidet beim Spritzbild am schlechtesten ab. Trotz des günstigsten Einzelpostens verliert es den Semi-Gloss-Job. Paket B meiden wir in Außen-Topcoats. Sie kaufen damit einen pH-empfindlichen Inhaltsstoff in ein Produkt ein, das ein Jahr im Metallfass steht. Paket C kostet im Gebinde etwa doppelt so viel wie A. Auf fertige Liter gerechnet liegt es meist vor B, sobald man aufhört zu neutralisieren und dem Glanz nicht mehr nachjagt.
Bei hochpigmentierten Rezepturen kippt die Rangfolge. In Druckfarbenkonzentraten und Farbpasten ändert sich das Bild. HASE trägt eine Ladung und bindet an die Pigmentoberfläche, damit ist es der effizienteste Verdicker pro Feststoffeinheit, den wir gemessen haben. HEUR kann in denselben Systemen aufschwimmen. Dort überlassen wir YT-255D die Verlauf- und Nivellierung und lassen den Mittel-Scher-Aufbau beim anionischen Produkt. Ziehen Sie das Technische Datenblatt zu YT-255C und das Datenblatt zu YT-330B heran, bevor Sie ein Paket festlegen. Beide nennen Feststoffgehalt, pH-Fenster und empfohlene Dosierung, sodass Sie diese Indexrechnung gegen Ihre eigene Preisliste fahren können.
Fragen, die uns Formulierer stellen
Kann ich HEC vollständig durch einen HEUR-Verdicker ersetzen?
Oft ja, aber nicht umsonst. YT-255E liefert bei niedriger Scherung starke Pseudoplastizität, benetzt Pigmente besser und spart die Biozid-Abgabe, die Lagerstabilität übersteht den Wechsel. Was sich ändert, ist das Wasserhaltevermögen. Cellulosefilme halten Wasser länger. Manche Außenputze und hochgefüllten Systeme brauchen das, um auf der Kelle offen zu bleiben und bei dicken Aufträgen nicht abzusacken. Dort behalten wir einen kleinen HEC-Anteil, statt so zu tun, als erledige ein Assoziativverdicker beide Aufgaben.
Warum verliert mein HASE-Verdicker Viskosität, sobald ich Pigmentpaste zugebe?
Zwei Ursachen, und am Viskosimeter sehen beide gleich aus. Die Paste schleppt Resttensid oder einen Puffer ein, der den pH-Wert des Systems verschiebt – die carboxylierte Kette kollabiert, sobald der pH in ihren Protonierungsbereich rutscht. Die andere ist die Ionenstärke aus hartem Wasser oder Dispergiatorsalzen, die die Ladungen abschirmen. Prüfen Sie den pH-Wert, bevor Sie mehr Verdicker nachdosieren. Wer einem kollabierten System zusätzliches HASE aufzwingt, schiebt es über das Maximum und auf der anderen Seite wieder hinunter. Genau so verdoppelt ein Werk die Dosierung und verfehlt trotzdem die KU.
Wie vergleiche ich zwei Rheologie-Pakete fair?
Nie anhand eines einzelnen Brookfield-Werts. Nehmen Sie die Kurve über alle drei Scherbereiche auf. Dann messen Sie, was den Käufer interessiert: Ablaufen auf der Ziehkkarte, Spritzer im ICI-Rahmen, Glanz nach der Härtung und das Intervall bis zum zweiten Anstrich. Kalkulieren Sie das bestandene Paket pro Fertigliter, inklusive Neutralisationsmittel, Biozid und Nacharbeit. Das ist der einzige Vergleich, von dem wir wissen, dass er den Montagmorgen am Band vorhersagt.
Schicken Sie uns Ihr Bindemittel, den Pigmentgehalt und die Zielkonsistenz, dann fahren wir die Drei-Bereichs-Kurve auf Ihrer Rezeptur. Anschließend kalkulieren wir das Paket auf Fertigliter. Fragen Sie unser Anwendungslabor nach dem Rheologie-Audit.
