Die Nachricht beginnt meist gleich. Ein wasserbasierter Klarlack läuft auf einem senkrechten Blech bei 180 µm Nassfilm etwa 40 mm unter der Spritzkante ab, also erhöht der Formulierer den Verdicker um 0,3 %, der Ablauf stoppt, und die Pinselspuren von der vorigen Station stehen acht Minuten später immer noch da. Der Instinkt war richtig. Er zielte auf die falsche Zahl.
Ablauf und Verlauf sind nicht über die ganze Rheologiekurve hinweg Gegensätze. Sie ringen in einem schmalen Abschnitt davon, und genau deshalb macht die naheliegende Lösung eine der beiden immer schlechter.
Warum Anti-Sag und der Verlauf von Pinselspuren um dieselbe Viskosität ringen
Beides sind Langsamfließdefekte. Ein Film auf einer senkrechten Oberfläche kriecht bei Scherraten deutlich unter 1 s−1, und nur die zwei bis fünf Minuten zwischen Auftrag und Beginn der Trocknung entscheiden, ob er wandert. Der Verlauf einer 15 µm Pinselrille ist oberflächenspannungsgetrieben, im selben Niedrigscherbereich, über dieselben Minuten, im selben Film. Alles, was man bei 0.1 s−1 bewegt beides. Die Schwerkraft verhandelt nicht.
Die Variable, über die es sich zu streiten lohnt, ist also nicht die Höhe der Kurve, sondern die Geschwindigkeit, mit der die Struktur zurückkehrt. Ein pseudoplastisches Netzwerk, das unter den Borsten kollabiert und sich innerhalb einer Minute wieder aufbaut, hält einen senkrechten Film und lässt eine Rille noch zufließen. Eines, das vier Minuten braucht, verläuft wie Glas und rutscht dann die Platte hinunter. Diese Zeitkonstante wird durch den Hydrophob-Anteil und das Molekulargewicht bestimmt, weshalb sich zwei assoziative Typen bei gleichem Feststoffgehalt wie unterschiedliche Produkte auf derselben Platte verhalten können.
Wir begegnen auch dem umgekehrten Fall, und der ist schwieriger zu beheben: eine Beschichtung, deren Niedrigscher-Struktur unter dem Applikator nie vollständig zusammenbricht. Die Viskosität sieht im Gebinde gesund aus, die Platte läuft nicht ab, und die Pinselspuren bleiben sichtbar, bis der Film geschliffen wird. Überbaute Struktur ist ein echter Fehlermodus, kein sicherer Standard.
Welche Scherrate für welchen Defekt zuständig ist
Bevor Sie etwas ändern, belegen Sie die Beschwerde mit einer Zahl. Vier Bänder decken fast alles ab, wonach wir gefragt werden, und jedes wird auf einem anderen Instrument abgelesen. Deshalb kann ein KU-Wert genau im Ziel liegen, während die Platte läuft.
| Scherband | Was es bestimmt | Wie wir es ablesen | Fehler bei Abweichung |
|---|---|---|---|
| Unter 0.1 s−1 | Ablaufen an Vertikalen, Absetzen von Pigment | Anti-Ablauf-Klinge, Kriechen | Ablaufen unter der Spritzkante, harter Bodensatz |
| 1–10 s−1 | Verlaufen von Pinsel- und Walzenstrichen | Verlauf beim Rakeln | Nicht verlaufende Striche, Orangenhaut |
| 100–1,000 s−1 | Konsistenz im Gebinde, Pumpverhalten, Schichtaufbau | Stormer-KU, Spindel bei 6 / 12 / 60 rpm | Dünnflüssige Verarbeitung, zu dünner Filmauftrag |
| Etwa 10.000 s−1 | Pinselzug, Rollerspritzer, Zerstäubung | ICI-Kegel-Platte | Spritzer, schlechte Zerstäubung, Pinselzug |
QC-Labore verbringen ihre Zeit in den beiden mittleren Bändern, weil dort die Geräte stehen. Die Fehler sitzen in den beiden äußeren, und das untere Band entscheidet über das Ablaufen.
Eine abgestufte Versuchsreihe, die die Frage an einem Tag klärt
Zuerst das Panel, dann das Viskosimeter. Die Reihenfolge klingt selbstverständlich und wird trotzdem regelmäßig umgedreht – so wird eine Charge über eine KU-Zahl freigegeben und fällt beim Kunden durch. Die komplette Stufenreihe kostet einen Nachmittag und etwa zwei Liter Muster.
- Den Film in den Griff bekommen, bevor Sie die Rheologie anfassen. Rakeln Sie 150, 200 und 250 µm nass auf ein senkrechtes Panel. Wenn 250 µm abläuft, egal was Sie tun, liegt die Antwort im Filmaufbau, nicht am Verdicker.
- Fahren Sie das Ablaufpanel mit einem senkrecht gehaltenen Mehrfachrakel bei 23 °C, so wie ASTM D4400 beschreibt, und notieren Sie die erste Kerbe, die durchfällt, statt bestanden / nicht bestanden.
- Den Verlaufsrakelzug ziehen Sie auf derselben Probe bei gleicher Nassfilmdicke, nach ASTM D4062, und bewerten Sie ihn anhand Ihrer eigenen Referenztafel, nicht anhand eines Katalogfotos.
- Erst dann das Viskosimeter ablesen, alles bei 23 °C nach 24 Stunden Ruhe: KU, 6 / 12 / 60 rpm mit Scheibenspindel, und ICI-Kegel-Platte. Der 6-rpm-Wert ist der, der die Laufernase abbildet.
- Den Verdicker in 0,2%-Schritten, bezogen auf die Gesamtformulierung, zudosieren und die beiden Tafeln wiederholen. Zwei oder drei Schritte reichen normalerweise, um den Knick der Kurve zu finden.
Eine Variable pro Versuchsreihe. Formulierer, die Verdickertyp und Dosierung gleichzeitig ändern, haben am Ende meist zwei Tafeln, die nicht übereinstimmen, und keine Möglichkeit, sie zu interpretieren. Unsere Hausregel lautet: ein einzelner 0,2%-Schritt, Tafeln vor Zahlen, und ein schriftlich festgelegtes Ziel für beide Defekte, bevor der erste Rakelzug gemacht wird.
Zwei Typen mischen statt einen überzudosieren
Sobald die Tafel zeigt, welches Ende falsch ist, ist die Lösung meist eine Mischung statt einer höheren Dosis. Einen einzelnen niedrigscherenden Verdicker zu erhöhen, erkauft Sag-Widerstand mit Verlauf, weil beide im selben Messfenster konkurrieren. Die Aufgabe auf einen niedrigscherenden Verdicker und einen hochscherenden Verlaufstyp aufzuteilen, erkauft beides, weil beide in unterschiedlichen Fenstern wirken.
Das ist die Shortlist, die wir auf Testkarten setzen; die Zahlen stammen aus den Datenblättern und wurden nicht für einen Artikel geschrieben.
| Typ | Scherband | Warum Sie ihn wählen würden | Festkörper | Lieferviskosität | Dosierfenster |
|---|---|---|---|---|---|
| YT-255E | Niedrige Scherung, stark thixotrop | Ablauf- und Absetzkontrolle bei guter Pigmentbenetzung; Drop-in für 12W und 299 | 40 ± 2% | 5,000–8,000 mPa·s | — |
| YT-255A | Niedrige Scherung | Struktur bei niedriger Scherung mit leichtem Verlauf, pH-unabhängig, Drop-in für 105A | 40% / 50% | ≤ 30,000 mPa·s | 0.5–2.0% der Rezeptur |
| YT-155A | Niedrige Scherung, pH 7–9 | Pseudoplastische Struktur mit spritzfreiem Rollen und Beständigkeit gegen biologischen Abbau | 30% / 40% / 50% | ≤ 30,000 mPa·s | 0.5–20% der Formulierung |
| YT-255B | Mittlere Scherung | Verlauf mit mittlerem Scherungsaufbau, lösemittelfrei, Drop-in für 8W | 40% | ≤ 25,000 mPa·s | 0.5–2.0% der Rezeptur |
| YT-255C | Hohe Scherung | Verlauf und Viskositätsaufbau bei hoher Scherung in einem – Drop-in-Ersatz für PS166. | 20% / 40% | ≤ 30,000 mPa·s | 0.5–2.0% der Rezeptur |
| YT-330B | Mittel- bis hochassoziativ | Verlauf plus Anti-Absetz- und Anti-Aufschwimm-Wirkung aus einem Gebinde; frei von Organozinn und APEO. | 30 ± 1% | 20.000–30.000 mPa·s bei 25 °C | — |
Zwei Kombinationen decken das meiste ab, was uns begegnet. Auf einer Vertikalanlage für Paneele mit pigmentiertem Decklack übernimmt der Niedrigscher-Verdicker die Ablaufbeständigkeit und der Hochscher-Typ den Verlauf: YT-255E oder YT-255A für die erste Aufgabe, YT-255C für die zweite. In einem Betrieb, der mit einem Gebinde und der kürzesten Stückliste auskommen will, ist ein mittel- bis hochassoziativer Typ wie YT-330B laut Datenblatt in der Lage, bei hoher Scherung hohe Viskosität aufzubauen, mit hervorragendem Verlauf und Nivellierung, dazu Anti-Absetz- und Anti-Aufschwimm-Wirkung; er enthält kein Organozinn und kein APEO. Wir greifen zuerst darauf zurück, wenn der Kunde nur einen Let-down-Tank hat und keine zweite Komponente will.
Wo das Datenblatt kein Dosierfenster nennt, gilt die Dosierungsleiter als einzige Quelle der Wahrheit. Das gilt besonders für die thixotropen Typen. YT-255E liegt bei 5.000–8.000 mPa·s, bewusst niedrig, damit er ohne Lösungsmittelspülung aus einem Dosierbecher ausläuft; das bedeutet aber auch, dass ein Becher, direkt nach der Dispergierung gezogen, gegen eine Dose, die geruht hat, schlecht abschneidet. Lassen Sie den Becher eine halbe Stunde ruhen, bevor Sie ihn beurteilen.
Die Reihenfolge entscheidet genauso viel wie das Verhältnis. Den Niedrigscher-Verdicker beim Let-down mit der Pigmentpaste zugeben, damit die Struktur Zeit hat, sich auszubilden, und den Hochscher-Verlaufstyp zuletzt, nach der pH-Einstellung, bei niedriger Rührerdrehzahl. Beide sind nichtionisch und pH-unabhängig, brauchen also keine Neutralisation und driften nicht, wenn sich die Härte des Let-down-Wassers ändert. Am unteren Ende des dokumentierten Fensters anfangen, das Panel beurteilen, dann hochstufen. Das Technisches Datenblatt YT-255E gibt den Lagerbereich mit 5–30 °C und eine Lagerfähigkeit von 12 Monaten an; dasselbe gilt für die gesamte 255-Reihe.
Wenn die Teile Möbel- oder Schrankbauteile sind, die auf einer Vertikalanlage beschichtet werden, dann listet unser Anwendungsleitfaden für Holzbeschichtungen listet die Harze auf, die wir mit diesen Rheologie-Typen kombinieren, Stufe für Stufe. Für das Verhalten im Gebinde oder bei der Lagerung statt des Anwendungsverhaltens ist der verwandte Fehler, den wir am häufigsten sehen, Viskositätsverlust während der Lagerung, und dafür braucht es eine völlig andere Diagnose. Der Rest der Reihe, einschließlich einer lösemittelfreien Mittelscher-Type, steht auf der PU-Rheologieadditive Seite.
Was keine Abmischung beheben kann
Drei Grenzen, denn sie kommen bei jeder zweiten Anfrage, und die ehrliche Antwort ist billiger als ein Versuchsansatz.
Dickschichten auf vertikalen Flächen. Kein assoziativer Verdicker hält 350 µm nass auf einer vertikalen Platte. Wenn das die Spezifikation ist, wird die Schichtdicke reduziert oder es kommt ein echtes Anti-Ablauf-Additiv hinzu. Betraut man einen HEUR mit dieser Aufgabe, landet der Formulierer bei 3% Verdicker und einer Beschichtung, die weder gleichmäßig fließt noch trocknet.
Zerstäubung und Orangenschale durch die Spritzpistole. Das ist eine Frage von Scherung und Lösemittelabgabe an der Düse, und Pistoleneinstellung, Düsengröße, Viskosität an der Pistole und Abdunstzeit rangieren alle vor dem Verdicker. Wir haben erlebt, wie eine Beschichtung zweimal wegen eines Defekts neu formuliert wurde, der durch eine 1.4 mm Düse an einem Primer verursacht wurde.
Kosten und Nebenwirkungen. Pro Kilo gelieferter Viskosität ist ein Celluloseether immer noch billiger als jedes assoziative Polyurethan, unseres eingeschlossen. Ab etwa 2% in der Rezeptur kaufen Sie Ablaufbeständigkeit mit Verlauf, Wasserbeständigkeit und Geld. Für unsere nichtionischen Typen ist dokumentiert, dass sie keinen nachteiligen Einfluss auf den Glanz des formulierten Produkts haben, und damit bleiben immer noch die Trocknungsgeschwindigkeit und die offene Zeit im Auge zu behalten.
Eines noch, und das sagen wir offen: Bei einer Abtönbasis mit stark pigmentierter Paste behalten wir oft ein Cellulosegerüst gegen Pigmentaufschwimmen und setzen den HEUR für Ablaufwiderstand, Verlauf und Applikationsgefühl ein. Ein Teilersatz ist ein normales Ergebnis und kein Kompromiss.
Fragen, die wir zu diesem Zielkonflikt bekommen
Kann ein einzelner assoziativer Verdicker gleichzeitig Verlauf und Ablaufwiderstand liefern?
Teilweise – am nächsten kommen assoziative Verdickertypen im mittleren bis hohen Bereich. Wenn aber eine Prüftafel unter 0.1 s versagt−1 während der Verlaufsrakelabzug bereits grenzwertig ist, sind zwei Sorten mit niedrigerer Gesamtdosierung besser als eine Sorte, die man höher fährt. In der Praxis landen die meisten Rezepturen, die wir betreuen, bei zwei.
Woran erkenne ich, welches Problem ich eigentlich habe?
Das sagt Ihnen die Prüftafel, nicht das Viskosimeter. Rakeln Sie beide Prüftafeln mit derselben Probe und derselben Nassfilmdicke ab. Läuft der Film auf der senkrechten Tafel, ist das der Niedrigscherbereich, und der hat Vorrang vor der Verlaufsfrage. Bleibt er stehen und laufen die Rakelspuren nicht zu, geht es um die Rückgewinnungsrate und nicht um die Viskosität; dann hilft eine andere Sorte, nicht mehr von derselben.
Garantiert ein höherer KU einen besseren Ablaufwiderstand?
Nein. KU liegt im Mittelscherbereich, und das Ablaufen entscheidet sich unter 1 s−1Eine Spezifikation mit nur einer Viskositätszahl kann nicht beide Enden der Kurve beschreiben. Deshalb schreiben wir KU, einen Scheibenmesswert bei 6 rpm und ein Pass/Fail auf der Ablaufprüftafel in die Spezifikationen, die wir Kunden geben.
Wenn eine Prüftafel abläuft und der Verlauf dabei verloren geht, schicken Sie uns die Rezeptur, die beiden Rakelabzüge und den Nassfilm, mit dem Sie arbeiten. Wir sagen Ihnen, welches Ende der Kurve Sie verschieben müssen, und das Labor kann an Ihrer Probe zuerst die Dosierungsreihe fahren. Fragen Sie unser Applikationslabor.
