Ein Verarbeiter in Foshan hat sich achtzehn Monate nach der Umstellung einer Schuhschaft-Decklackierung auf wasserbasiert bei uns gemeldet. Die Schäfte hatten jede Eingangsprüfung bestanden. Nach einer Monsun-Saison in einem feuchten Lager war der Film spröde, riss an der Zehenfalte und ließ sich in einem Stück abziehen. Von einer abgekratzten Probe haben wir GPC gefahren. Die zahlenmittlere Molmasse lag rund 40 Prozent unter dem Rückstellfass. Das ist kein Prozessfehler. Das ist die Hydrolyse der PUD, die zu Ende bringt, was die Harzauswahl begonnen hat.
Die meisten Formulierer wählen eine Polyurethan-Dispersion nach Härte, Glanz und Preis. Wie lange die Beschichtung im zweiten Jahr noch funktioniert, entscheidet das Weichsegment-Rückgrat – und genau diese Zeile im Datenblatt ist die, über die niemand diskutiert.
Was tatsächlich versagt, wenn ein Polyurethan hydrolysiert
Wasser greift das Estercarbonyl im Weichsegment an. Ein polyesterbasiertes PUD wird aus einem Diol wie einem Adipat-Polyol aufgebaut, und die Esterbindung ist genau die Bindung, die Wasser spaltet. Eine Spaltung liefert ein Hydroxyl-Ende und ein Carbonsäure-Ende. Diese Säure sitzt jetzt im eigenen Film und katalysiert die nächste Spaltung. Wegen dieser Autokatalyse sieht die Hydrolyse vierzehn Monate lang unauffällig aus und fällt dann schnell durch.
Kettenspaltung zeigt sich mechanisch, bevor sie als optischer Defekt sichtbar wird. Der Film verliert zuerst die Dehnung, dann die Haftung, dann die Kohäsion an den Schnittkanten eines Gitterschnitts. Die Härte kann dabei höher messen, obwohl die Beschichtung tatsächlich schlechter wird, weil kurze Ketten dichter packen und steifer werden.
Polyether-Rückgrate haben kein hydrolysierbares Carbonyl im Weichsegment. Die C–O–C-Kette reißt in heißer Feuchte nicht auf – deshalb halten Polyether-PUD ihre Eigenschaften im Nassbereich. Ihr Versagensmechanismus ist anders und langsamer. Die Oxidation beginnt am tertiären Kohlenstoff neben dem Ethersauerstoff, angetrieben von Wärme und UV. Der Film vergilbt zuerst und versprödet später. Polyether ist bei gleicher Molmasse außerdem von Natur aus hydrophiler als Polyester, sodass die Wasseraufnahme trotz fehlender Spaltung höher liegen kann.
Polycarbonat-Diole liegen zwischen beiden. Die Carbonatbindung trägt zwar ein Carbonyl, ist aber sterisch abgeschirmt und deutlich weniger reaktiv als ein aliphatischer Ester. Die Hydrolyseraten kommen in die Nähe des Polyether-Bereichs, während das mechanische Profil polyestertypisch bleibt. Genau das ist das Argument für den höheren Preis.
Die drei Rückgrate im Vergleich, mit den Typen, die wir liefern
| Weichsegment-Rückgrat | Was Sie kaufen | Was zuerst versagt | Typen in unserem Sortiment |
|---|---|---|---|
| Polyether | Stabilität gegenüber Feuchtigkeit und Hydrolyse, Flexibilität bei tiefen Temperaturen | Oxidative Vergilbung und Versprödung; höhere Wasseraufnahme | YT-X65 aliphatisches Polyether-Selbstmattierungssystem, 30 ± 2 % Festkörper, 500 bis 1.000 mPa·s |
| Polyester | Zugfestigkeit, Grünhaftung, Wärmebeständigkeit, Preis | Esterhydrolyse bei heißer Feuchte, autokatalysiert durch die eigene Säure | YT-X51 Polyester-Selbstmattierung, übersteht eine Einbrennung bei 240 °C; YT-6136 aliphatisches Polyester für PVC-Druckfarbe, 35 ± 1 % Festkörper |
| Polycarbonat | Hydrolyse- und Lösemittelbeständigkeit bei mechanischen Eigenschaften wie Polyester | Budget und Lieferzeit, nicht der Film | YT-617 2H-Bleistifthärte bei einer Wasseraufnahme unter 3 %; YT-5137 weicher, YT-5140 mittelhart |
Unser komplettes Sortiment an Polyurethan-Dispersionen deckt alle drei Rückgratchemien ab. Die mechanische Bandbreite innerhalb einer Rückgratklasse ist dabei genauso aussagekräftig wie der Unterschied zwischen den Klassen. YT-5137 liegt bei einem Modul von 2,5 bis 3,5 MPa und einer Dehnung über 700 Prozent. YT-5140 ist dieselbe Polycarbonat-Chemie bei 4 bis 6 MPa und einer Zugfestigkeit über 40 MPa. Sie wählen zuerst das Rückgrat und dann die Steifigkeit – nicht umgekehrt.
Wie wir die Hydrolysebeständigkeit prüfen – und was jeder Test verschweigt
Ein Standard-Wassertauchtest erfasst diesen Schaden nicht. ISO 2812-1 bei 23 °C über 24 Stunden misst die Wasseraufnahme, nicht die Kettenspaltung. Unser Polycarbonatfilm nimmt in diesem Zeitfenster unter 3 Prozent auf und sagt Ihnen trotzdem nichts über Monat achtzehn.
Was wir bei jeder hydrolysekritischen Aufgabe abfragen:
- Warmwasserlagerung bei 70 °C und 100 Prozent relativer Feuchte über 500 Stunden, nicht 168. Danach Dehnung und Gitterschnitt-Haftung erneut messen, nicht nur das Aussehen.
- Molmasse per GPC vor und nach der Belastung. Fällt sie um mehr als 15 Prozent, liegt das Problem im Rückgrat – egal, wie die Prüfplatte aussieht.
- Säurezahl bzw. pH-Wert im Gebinde nach drei und sechs Monaten. Steigende Acidität heißt: Die autokatalytische Schleife hat im Fass begonnen.
- Frost-Tau-Wechsel nach ASTM D2243, fünf Zyklen – ein Container, der Sibirien durchquert, ist sein eigener Hydrolysebeschleuniger, sobald die Emulsion bricht.
- Nasshaftung nach der Alterung, und zwar auf dem tatsächlichen Substrat. Die Kohäsion kann intakt bleiben, während die Grenzfläche längst versagt.
Was der erste Test nicht leistet, sagen wir offen: Wasseraufnahme und Hydrolysegeschwindigkeit korrelieren nur schwach. Ein dicht vernetzter Polyetherfilm kann mehr Wasser aufnehmen und trotzdem länger halten als ein dichter Polyesterfilm.
Wo Polycarbonat seinen Preis wert ist – und wo nicht
Polycarbonatdiol kostet pro Kilogramm mehr als ein Adipatpolyol. Die Dispersion landet außerdem meist bei 30 Prozent Feststoff, während ein Polyester auf 40 oder 45 gebracht werden kann. Auf Feststoffbasis steigen die Harzkosten – das sagen wir, wie es ist.
Der Aufpreis zahlt sich an drei Stellen aus. Erstens bei Alkohol- und Lösemittelwischbeständigkeit, wo YT-5137 mit Aziridin-Vernetzer über 80 Wischvorgänge erreicht und ohne Vernetzer noch 50-plus hält. Zweitens bei Nasskontakt-Decklacken und Klebstoffen mit Feuchtezyklen, wo die Werte aus dem Datenblatt YT-617 auch nach Feuchtwärme standhalten. Und drittens in jedem Klarsystem, in dem Sie die säurebedingte Trübung nicht akzeptieren wollen, die bei einem Polyesterfilm erst spät auftritt.
Nicht lohnend ist es bei Bauteilen mit einer Lebensdauer von einem Jahr. Ebenso wenig, wenn die eigentliche Anforderung die Haftung auf PVC und ähnlicher weichmacherhaltiger Folie ist. YT-6136 ist ein aliphatischer Polyester, der genau dafür gebaut ist: herausragende PVC-Haftung und hoher Glanz. Kein Polycarbonat schlägt ihn hier beim Preis. Auch bei der Wärmebeständigkeit liegt Polyester vorn: YT-X51 hält eine Einbrennung bei 240 °C aus – kein Polyether-Selbstmattierungstyp in unserer Liste übersteht das.
Stellschrauben, wenn Sie beim Polyester festhängen
Der Kostendruck hält die meisten Kunden beim Polyester, und das ist eine legitime Entscheidung, solange Sie den Ester im Griff haben. Vier Stellschrauben, in der Reihenfolge, in der wir sie ziehen.
Carbodiimid zugeben. YT-G30 ist ein polymeres Carbodiimid mit 50 ± 2 % Festkörper in PMA. Es reagiert mit den Carboxylgruppen im Harz und erfüllt damit zwei Aufgaben: Es vernetzt, und es entfernt die Säureendgruppen, die die weitere Hydrolyse katalysieren. Bei Raumtemperatur reagiert es langsam, was eine brauchbare Topfzeit im Tank sichert; beim Trocknen und Erwärmen des Films vernetzt es dann schnell. Seine ausgewiesene Rolle sind dauerhafte Hydrolyse- und Wärmebeständigkeit – und er ist der nicht sensibilisierende Weg, wenn Sie sonst zum Aziridin greifen würden.
Vernetzungsdichte richtig hochziehen. Ein zweikomponentiges aliphatisches Isocyanat gibt dem Film ein dreidimensionales Netzwerk, das Wasser erst quellen muss, statt es aufzuzippen. YT-6300 liegt bei 20,5 bis 21,5 Prozent NCO und lässt sich durch manuelles Rühren in das Harz dispergieren. Die Topfzeit beträgt 3 bis 4 Stunden. YT-1102 ist die nichtionische Variante mit einem Zeitfenster von 5 bis 6 Stunden und besserer Vergilbungsbeständigkeit – das zählt bei weißem Leder. Der Vergleich der Vernetzer steht in Aziridin versus Isocyanat-Härter.
Achten Sie auf den pH-Wert. Die Esterspaltung beschleunigt oberhalb von pH 9 stark, und eine Überdosierung des Neutralisationsmittels ist ein häufiger Weg, sich einen drei Monate alten Ausfall aus dem Fass zu kaufen. Wir halten anionische Dispersionen bei 7,5 bis 8,5 und prüfen nach einem Monat nach.
Legen Sie die Lebensdauer dann auf die schwächste Grenzfläche aus. Bei der Heiß-Feucht-Kaschierung versagt die Klebstofflinie vor der Beschichtung, und das Schadensbild sieht identisch aus wie ein Topcoat-Problem. Wasserbasierte PU-Klebstoffe für Verbund- und Schuhkaschierung verdienen dasselbe Nass-Hitze-Protokoll. Die Versagensarten bei Wasserbeständigkeit für diese Produktfamilie haben wir in warum wasserbasierte PU-Klebstoffe ihre Wasserbeständigkeit verlieren.
Fragen, die uns Formulierer stellen
Heißt Polyether-Rückgrat, dass ich kein Hydrolyseproblem habe?
Es heißt, dass Sie eine Versagensart gegen eine andere getauscht haben. Polyether-Weichsegmente werden unter Nasshitze nicht gespalten, das Molekulargewicht bleibt also stehen. Was stattdessen passiert, ist Oxidation. Das Alpha-Kohlenstoffatom des Ethers baut sich unter Hitze und UV langsam ab, der Film vergilbt und versprödet über Jahre statt über Monate. Polyether nimmt bei gleichem Molekulargewicht außerdem mehr Wasser auf. Eine Type YT-X65 kann bei 24-stündiger Immersion schlechter aussehen und trotzdem die richtige Wahl für feuchte Beanspruchung sein. Beurteilen Sie die beiden Kennzahlen getrennt.
Kann ich eine Polyester-Beschichtung retten, die im Feld bereits hydrolysiert?
Nein. Die Kettenspaltung ist nicht umkehrbar, und die Säure im Film wirkt weiter. Überstreichen eines geschädigten Films verlagert das Problem in Ihre Grenzfläche, denn die schwache Schicht liegt weiterhin darunter. Ehrliche Optionen sind Abbeizen und Neuaufbau oder das Teil als Ausschuss zu akzeptieren und beim nächsten Auftrag Rückgrat oder Vernetzer zu wechseln. Ein Carbodiimid in einer frischen Charge schützt diese Charge. Für einen ausgehärteten Polyesterfilm bringt es nichts.
Welches Rückgrat sollte ein Klebstoff für Nasskontakt-Kaschierung haben?
Polyether oder Polycarbonat, und wir kalkulieren beides. Polyester-Heißaktivierungs-Schuhkleber sind auf der Linie exzellent und nach dem Monsun mittelmäßig. Wenn das Teil 70 °C und volle Feuchte über Hunderte Stunden überstehen muss, entscheidet das Weichsegment über den Preis. Schicken Sie uns das Alterungsprotokoll, dann sagen wir Ihnen, ob sich das Rückgrat den Aufpreis für Ihr Bauteil wert ist.
Fragen Sie unser Anwendungslabor für die Nasshitze-Kurve einer konkreten Type, bevor Sie eine Linie festlegen.
