NASSLACKIEREN

Von Grund auf solide

Wasserverdunnbare 2K-Polyurethanlacke haben sich als Decklacke

bereits etabliert - hier laufen sie konventionellen 1K-Systemen auf

Alkyd- oder Acrylbasis und ihren losemittelhaltigen PUR-Vettern all­

mahlich den Rang abo Die Deutsche Bahn setzt inzwischen auch auf

wasserverdunnbare Grundierungen, und zwar mit groBem Erfolg.

Wasserverdunnbare Zweikom­

ponenten-Polyurethansyste­

me haben sich in der GroBfahr­

zeuglackierung im Decklackbereich in

den letzten Jahren als wichtigste Tech­

nologie fur anspruchsvolle Beschich­

tungen etablieren konnen: ihr Eigen­

schaftsprofil ist inzwischen auf einem

so hohen Niveau, dass diese umwelt­

freundlichen Systeme mit ihren

herkbmmlichen luft- und ofentrock­

nenden lbsemittelhaltigen Pendants

konkurrieren konnen. Wassrige 2K­

PUR-Lacksysteme sind verarbeitungs­

freundlich, trocknen schnell - auch bei

niedrigen Temperaturen -, bieten eine

hohe Chemikalien-, Wetter- und UV­

Bestandigkeit und uberzeugen durch

hohen Glanz. Lediglich im Bereich der

Grundierungen mit mittlerem bis

hohem Korrosionsschutz haben lose­

mittelhaltige Epoxidharze derzeit noch

die Nase vorn. Aber auch hier verrno­

gen wassrige 2K-PUR-Systeme immer

mehr Anwender zu uberzeugen.

Das Umteta, in

dem die Ba/111

jeden Tag vetkenrt,

stellt besonders

bone Anfordenm­

gen an Grunaie­

I1Jflg und Decklack.

SteinsclJlag, Fun­

kenregen und sau­

re Reinigungsmiltel

zur Graffiti-Entfer­

nung bringen Lack­

systeme an ilJre

Grenzen.

Bewahrungsfeld Bahn

Ein Beispiel: Die Schienenfahr­

zeuglackierung - wahrscheinlich eins

der anspruchsvollsten Anwendungsge­

biete fur wasserverdunnbare Lacke.

Denn Lokomotiven sind aulierst lang­

lebige Investttionsguter, die in einem

rauen Umfeld dauerhaft geschutzt wer­

den mussen - und dabei stets gut aus­

zusehen haben, denn die Bahn legt aus

vcrstandhchcn Grunden groBen Wert

auf einen guten verkehrswerbenden

Zustand ihrer Zuge.

Lokomotiven uber lange Zeit

ansehnlich zu erhalten, ist keine einfa­

che Aufgabe. Eine einzige Lok kann ­

je nach Einsatzbereich - bis zu 1000

Kilometer pro Tag zurucklegen: Die

verwendeten Lacke mussen neben

einer auBerordentlich hohen Wetterbe­

standigkelt (lange Wartungsintervalle)

das metallische Substrat vor Korrosion

schutzcn und einen ausgezeichneten

Schutz gegen Steinschlag bieten ­

Schienenwege sind keine Autobahnen

-, den Kontakt mit Kohlebursr.cn

Abrieb und Metallstaubon uberstehen

und bestandig auch gegen aggressive

Reinigungsmittel sein, urn Schadon,

beispielsweise durch Graffiti, mit ange­

messenen Mitteln zu Leibe rucken zu

konnen. Daher setzt man zum Beispiel

im Opladener Ausbesserungswerk der

Deutschen Bahn AG schon seit Ende

der 80er Jahre auf wasserverdunnbare

PUR-Decklacke - und seit 1994 auch

auf Grundierungen auf Basis wasser­

verdunnbarer Polyurethane.

Grund fur die Umstellung war sei­

nerzeit in erster Linie der Umwelt­

aspekt: Die Bahn ist eines der umwelt­

freundlichsten Verkehrsmittel uber­

haupt. Diesem Gedanken sollte durch

die Wahl wasserverdunnbarer und lose­

mittelarmer Lacke (PUR-Wasserlacke

zum Beispiel auf Basis der Bayer­

Polyurethanbausteine Bayhydur und

Bayhydrol enthalten typischerweise

weniger als 5 Prozent organische Losemittel) weiteres Gewicht verliehen

werden. Aber auch wirtschaftliche

Uberlegungen standen hinter der Ein­

fuhrung - zum Beispiel sollte durch

eine einheitliche Technologie fur

Decklack und Grundierung Handling,

Lagerhaltung und die Reinigung von

Spritzgeraten vereinfacht werden. In­

zwischen liegen in Opladen wertvolle

Erfahrungen zur Praxistauglichkeit die­

ser 2K-PUR-Komplettaufbauten vor.

Eine Lokomotive pro Tag

Das Ausbesserungswerk der Deut­

schen Bahn in Opladen besitzt eine

fortschrittliche technische Ausstattung.

Erst im Jahre 1997 wurde hier eine der

modernsten und grbBten Druckluft­

Strahlanlagen Europas installiert, urn

die bis zu 22 Meter langen elektrischen

Lokomotiven, die etwa alle acht Jahre

zur Ceneraluberholung in die Werks­

halle gebracht werden, auf die AuBen­

lackierung vorzubereiten. Auch die

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Die Laekierung der Lokomotiven erfo lgt in einem Spritzportal in Opladen. Die

verwendeten 2K.PUR.Laeksysreme garanrieren gute Verarbeitbarkeit aucn bei

niedrigen Temperaturen, gleiehmtiBigen Laekaufrra g bis zu Irockenscnictu­

dick en von 120 um und gute Haftung auf unbehandelrem Metall.

21 DC nimmt ebenfalls etwa 45 Minu­

ten in Anspruch. AnschlieBend hartct

die Grundierung bei 45 DC aus (45

Minuten). Ahnlich schnelle Trock­

nungszeiten gelten auch fur die Deck­

lackierung (typisch 40 bis 60 urn). Bei

Ibsemittelhaltigen Lacken war hierzu

noch eine hohere Temperatur (60 DC)nbtig.

Die Decklackschicht kann in Opla­

den nach der Umstellung also bereits

dreieinhalb Stunden nach Aufbringen

der Grundierung (inkluslve einer

neunzigminiitigen Abkuhlphase nach

der Trocknung bei 45 Grad) auf die fri­

sche Grundierung appliziert werden.

Nach dieser Zeit konnen die lackierten

Flachon auch bereits problemlos abge­

klebt werden und waren - im Unter­

schied zu wasserverdiinnbaren Epo­

xidharzlacken - auch schleifbar. Auf

diesen Verfahrensschritt verzichtet die

Bahn jedoch aufgrund der guten Ver­

laufseigenschaften der wasserverunn­

bar en 2K-PUR-Grundierung.

Die Laek·Komponenten mussen vor dem Auflrag oaten lugabe von einfaehem

Leitungswasser au f die gewonsehte Viskosittil gebracllr und drei bis vier Minuren

krtiflig durchm;sellt werden .

LackierstraBe wurde in dieser Zeit

modernisiert,jedoch steht dies nicht in

Zusammenhang mit der Umstellung

auf wassrige Grundierungssysteme ­

die alte Anlage war mit geringen

Anpassungen (rostfreie Airmix-Spritz­

pistole; Schlauche und Duson sind

geblieben) ebenso hierfur geeignet.

Die neue Lackieranlage ist so aus­

gelegt, dass sie sowohl fur wassrige als

auch Ibsemittelhaltige Lacksysteme

eingesetzt werden kann. Insgesamt

wurden in Opladen im jahr 2000 rund

200 Lokomotiven mit einem neuen

AuBenanstrich versehen - im Schnitt

eine anjedem Arbeitstag.

Die Lackierung der Lokomotiven

erfolgt in einer uber 50 Meter langen

Lackierhalle, die mit einem Spritzpor­

tal ausgestattet ist; diese Vorrichtung

garantiert einen vergleichsweise gerin­

gen Luftungs- und EnergieaufWand

fur die Beschichtung. Die in der Frei­

strahlanlage vorbehandelten Lokomo­

tiven werden mit verschalten Fenstern

durch einen entsprechenden Bahnfor

derer auf Schienen durch das Portal

gezogen und von zwei Lackierern auf

zwei seitlich angebrachten Hebebiih­

nen beschichtet.

Die Warmlufttrocknung der lackier­

ten Lokomotiven erfolgt in einem

nachgeordneten Umlufttrockner. Die

Abluft des Trockenbereichs wird in

eine Nass-Reinigungsanlage mit einer

Ielstungsfahlgen Venturi-Auswaschung

geleitet; hierhin gelangt auch die

Abluft einer kleineren Spritzkabine, in

der Kleinteile wie zum Beispiel Kupp­

lungsflansche mit Ibsemittelhaltigen

Lacken beschichtet werden. Die Ab­

luft uber dem Durchzugsportal selbst

wird durch Trockenfiltration gereinigt.

Die Beschichtung einer ganzen

Lokomotive zum Beispiel des Typs

141 mit einer wasserverdiinnbaren 2K­

PUR-Grundierung (Trockenschicht­

dicke typisch 40 bis 100 ].lm, in einem

Durchgang aufgetragen) dauert zirka

45 Minuten; das folgende Abluften bei

Mehr Wirtschaftlichkeit

Insgesamt werden im Werk Opla­

den zur Zeit rund 90 Prozent wasser­

verdiinnbare Lacksysteme verwendet;

die restlichen 10 Prozent lbsemittelhal­

tiger Lacke werden fur die Beschich­

tung von Kleinteilen benbtigt; hier

lohnt sich das Anriihren kleiner Men­

gen wasserverdiinnbarer Lacke noch

nicht immer.

Irn Jahre 2000 wurden im Werk uber

20 Tonnen wasserverdiinnbare Deck­

lacke, Grundierungen und Harter ver­

arbeitet. In der Grundierung - die be­

kanntlich die hartostc Arbeit in Sachen

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DIE TROCKNUNG SPIELT EINEENTSCHEIDENDE ROLLE

Von Haus aus sind d ie beiden chemischen Bausteine . aus denen die Po lyure­

thao-Beschtcntunq en zusammengerOhrt we rden, so reaktiv, dass sie mit W asser

eigentlich unter Bildung von Kohlendioxid reag ieren mussten. Damit sie den­

noch in W asser verd Onnt w erden konn en, ohne spa ter Blasen zu bi lden, mus­

sen die Cherniker zu einigen Tr icks grei fen. So w erden die eigentlich O l-ahnl i­

chen Harter zum Beispiel mit HOlien aus wassera nziehenden M olekulen urnq e­

ben, d ie d ie Polyurethan-Bausteine erst in W asser tosllch machen - almlich w ie

Seife ein Fettauge ins W asser zie hen kann - und sie zug leich vom W asser

abschirmen. Die ganz hohe Kunst. d ie nur w enige Hersteller beherrschen,

besteht dar ln, d ie nbtigen ..Seifenanteile " in di e Poly urethar-Baustelne di rekt

einzuba uen - damit ist gara ntier t. dass d iese sparer nlcht aus der lackober­flache migr ieren und diese stumpf oder w asserantanlq machen konnen,

W as N icht-Chemiker oft verwundert. lst, warum speziell eingestellte wasserver­

dOnnba re Lacke schneller trocknen konn en als Ibsemittelhaltige - obwohl W as­

ser doeh viellang samer verda mpft a ls zum Beispiel Aceton. Der Grund hierfOr

ist einfach : Schon in den ersten M inuten nach dem Auf pra ll auf d ie O berflache

bil den die Polyurethan-Bausteine ein N etzw erk aus. das ahnlich wasserab·

stoBend ist wie der PlastiktOlenkunststoff Poly ethylen . Hier kann sich das W as·

ser nicht festhalten und wi rd daher schnell ausgelrieben. Die Kunst ist, d ie

Troeknungsbed ingungen so zu wa hten, dass sich di e Oberfl ache nicht zu

schnell schlieBt - w as zur Foige hatte, dass sich dort ein Film bilden wurde ,

der das noch im Lack entha ltene W asser sowie di e aus der Applikation resul­

tierenden Luftblasen nicht entweichen lieBe .

Aus d iesem G rund muss bei wasserverdOnnbare n 2K·Polyurethanlacken auf

d ie Troeknungsbedi ngu ngen besonderer W ert ge legt we rden . Hat man die

aber im Gr iff - hierfOr liegen inzwischen gute Erfa hrungswe rte vor -, unter­

scheiden sich W asser· und l oserntnel-baslerend e Poly urelhan lacke im Ergebnis

kaum noch vonei nander: W asser lacke erreic hen inzwischen di e O ua litat hoch­

we rtige r Ibsemillelhalt iger Beschichtungen. Aus diesem G rund greifen immermehr Lack ierb etriebe zu d ieser emissionsar men Alternative. Die Umw elt Ireut'sund auch der Erfind er der wasserverdOnnbar en Polyurethan-l.acksysterne, die

Leverkusener Bayer AG . profit iert von der Entw icklung - nicht nur wi rtscha ft·

lich: KOrz lich wurde dem Unternehmen fOrd iese Innovation von der US·ameri·

kanischen Umweltbehbrde EPA der begehrte Presidential Green Chemistry

Aw ard verliehen.

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Die 2K.PUR.Grundi erlln g erfom

selbst die liar/en Anford erungen

des Bewitterungstesrs der Deut­

sellen Balm

Korrosionsschutz leisten muss

kommt vor allem der wasserverdiinn­

bare" Wefapur 2K W Metallgrund" der

Firma Wefa Westdeutsche Farbenge­

sellschaft Briiche & Co GmbH & Co.

KG, Essen, zum Einsatz. Dieses Sys­

tem, das speziell auf das Einsatzprofil

im Schienenverkehr zugeschnitten

wurde, basiert auf der wasserverdiinn­

baren Polyurethan-Lackkomponente

Desmodur (Isocyanat) der Bayer AG,

Leverkusen, und einer Polyolmi­

schung und cnthalt eine ganze Palette

aufeinander abgestimmter organischer

und anorganischer Korrosionsinhibito­

ren; mit der gut fUllenden Beschich­

tung lassen sich Trockenfilmstarken

von bis zu 120].lm realisieren.

Beim Decklack handelt es sich mit

.Wefapur 2K-WDL" ebenfalls urn

einen Polyurethanlack mit einem Bay­

er-Harter, der - kocherfrei! - bis zu

Trockenschichtdicken von 60 bis 80

].lm verarbeitet werden kann und mit

einem hohen Glanzgrad > 85%/20°

brilliert. Damit steht der Glanz der neu

lackierten Lokomotiven dem eines

hochglanzpolierten Pkw kaum noch

nacho Beide Lacksysteme lassen sich

auch mit einfachen Ausriistungen

ablaufsicher applizieren - sie benbti­

gen zum Beispiel keine spezielle Kli-

matisierung oder Luftbefeuchtung der

Spritzkammer und halten damit die

Investitionskosten beim Umstellen auf

die umweltfreundlichen Wasserlacke

niedrig.

Die Erfahrungen mit der wasserver­

dunnbarcn Grundierung sind in Opla­

den insgesamt sehr gut. So profitieren

nicht nur U mwelt und Mitarbeiter

von der geringeren Losernittelbela­

stung: Durch die deutlich reduzierten

Trockenzeiten wurde zum Beispiel ein

hoherer Durchsatz mbglich. AuBerdem

reduzieren sich die Energie- und Ent­

sorgungskosten beim Einsatz wasser­

verdiinnbarer 2K-PUR-Lacksysteme

auch in der Grundierung deutlich;

dadurch konnte das Ausbesserungs­

werk seine Wirtschaftlichkeit insge­

samt erhohen.

Bahn-Test mit Bravour bestanden

Insbesondere hat sich gezeigt, dass

die wasserverdiinnbaren 2K-PUR­

Decklacke und auch die wasserver­

diinnbaren 2K-PUR-Grundierungen

den anspruchsvollen Anforderungen

der Bahn auch im taglichen Einsatz

voll geniigen. Von besonderer Bedeu­

tung fur den Einsatz in Grundierungs­

systemen sind hier sicherlich - neben

den geforderten Topfzeiten von uber

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Tabelle 1: Gegen(Jberstellung der Eigenscllaften wasserverd(Jnnbarer Metall­

grundienmgen (Quelle : WEFA)

2K-Epoxidharz 2K-Polyurethan

pH-Wert 10- 10 ,5 8 - 8,2

Verlauf schlech t sehr gut

Korrosionsschutz sehr gut sehr gut

Topfzeit 6h 4 h

Topfzeitende nicht erkennbar erkennbar

Haftung auf Stahl/NE sehr gut sehr gut

Schleifbarkeit schlech t sehr gut

Benetzung (fetthaltigeUntergrOnde) schlech t gut

Reaktivitat einsetzbar ab 10De ei nsetzbar ab oDeVertraglichkeit mitPUR-Decklacken schlech t sehr gut

Lagerstabilitat 6 Monate 4 Mo nale

Entsorgung besonders llberwachungs- llberwachungs-

bedllrft iger Abfa ll bedllrftiger Abfall

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vier Stunden, geringer Ablaufneigung

und schnellen Trockenzeiten (Wefapur

2K Metallgrund: Staubtrocken nach 20

Minuten / 20°C bei 50 ]Jm; Wefapur 2K

WDL: Grifffest nach zirka 5 Stunden /

20°C bei 40 urn) - die gute Haftung

auf Metall. In punkto Haftung errei­

chen die Wefa-Lacksysteme vor und

nach kunstlicher Alterung in der Git­

terschnittpriifung (nach DIN 53151)

einen Gitterschnittkennwert von GTl

und besser.

Nach zweistiindiger Lagerung in

50-prozentiger Schwefclsaurc, Bestrah­

lung eines angeschliffenen beschichte­

ten Stahlblechs in 1O-prozentiger Phos­

phorsaure oder zweistiindiger Lage­

rung in 25-prozentiger Kalilauge zei­

gen die Wefa-Decklacksysteme kein

Ablbsen oder Quellen und keine nen­

nenswerte Farbtonveranderung. Die

Sauro und Alkalibestandigkeit des

Decklackes im Trockenfilmzustand ist

deshalb wichtig, weil Ziige zur Beseiti­

gung von Graffiti mit sehr sauren Rei­

nigungsmitteln behandelt werden; die­

se Schmierereien lassen sich nun von

der Lackierung entfernen, ohne Spu­

ren zu hinterlassen.

Selbst im auBergewbhnlich stren­

gen Klima-Wechseltest der Bahn - hier

werden in einer Kombination aus Salz­

spruhtest, Schwitzwassertest und einer

kurzen Regenerationszeit beschichtete

Stahlbleche eingeschnitten und uber

nicht weniger als zwolf Zyklen jeweils

zwei Stunden einer gesattigten Koch­

salzlbsung und 21,5 Stunden einem

Kondenswasser-Konstantklima ausge­

setzt - konnten die wasserverdiinn­

baren 2K-PUR-Komplettaufbauten

(Grundierung+Decklack) iiberzeugen

(Rostgrad RIO = rostfrei, Blasengrad

besser als m2/g2, Unterwanderung

weniger als funf Millimeter, Haftver­

lust kleiner sechs Millimeter).

Einheitliche Technologie

Bereits dreieinlJalb Stunden nacn der Grundierung kann der Decklack appli­

zien oder mit der MOlllage tonqetenren werden. Die scllnellen Trocknungszei­

ten der wosserveraonnoeren 2K·PUR-Tecllnologie er/auben damit einen lJolJe­

ren Dutcnsetz ,

Damit ist nun auch unter den stren­

gen Praxisanforderungen der Bahn

belegt, dass die Chemie die Haftungs­

probleme, die Polyurethangrundierun­

gen lange nachgesagt wurden, inzwi­

schen in den Griff bekommen hat.

Somit steht einer Nutzung der 2K­

PUR-Technik auch in anderen Anwen­

dungsfeldern nichts mehr im Wege ­

zumal die Verwendung ein und dessel­

ben Lackrohstoffsystems fur Grundie­

rung und Decklack neben einer hohe­

ren Wirtschaftlichkeit auch eine Reihe

weiterer Pluspunkte mit sich bringt:

So vereinfacht sich zum Beispiel die

Logistik.

Ein artreines Lacksystem wie das

in Opladen verwendete (eine Techno­

logie fur Grundierung und Decklack)

verbessert durch die Vertraglichkeit

der Lackkomponenten untereinander

auBerdem die Auftragsqualitat und die

Haftung zwischen Grundierung und

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Decklack und vereinfacht die Reini­

gung del' Lackieranlage erheblich.

Hierzu reicht in den meisten Fallen

Spulen mit einfachem Leitungswasser,

das auch zum Verdunnen herangezo­

gen werden kann.

Hinzu kommen technische Vorteile,

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1m Ausbessenmgswerk Opladen wer­

den pro Jahr bis zu 200 Lokomoliven

mit einer neuen Lackierung versehen.

di e wasserve rdu nn bare 2K­

PLlI<-SYSIerne gegenuber was­

srige n E poxid harz-Systemen

ausze ichne n (Tabo lle 1) . So las ­

se n s ich 2K-PLl I<-Sys te me

auch be i tie feren Temperat u ­

ron lind be i eine m unp rob le ­

mal ischere n pll -INer t verarbei ­

Ie n; zud em sind

sie kreidungsstabi l lind gllt

schle ifbar. Da he r verwundertes nicht, dass emissionsarme 2K-PUR­

Wasserlacksysteme inzwischen nicht

nul' bei del' Bahn, sondern auch bei

anderen GroBkunden Verwendung

gefunden haben. So setzen zum Bei­

spiel die Betreiber des Offentlichen

Nahverkehrs in Koln, Saarbrucken und

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Stockholm auf StraBenbahnen, die mit

diesen Lacksystemen wetterfest ge­

macht wurden; in Singapur bewahren

sich 2K-PUR-Wasserlacke auf Bayhy­

dur/Bayhydrol-Basis sogar unter extre­

men klimatischen Bedingungen. Erst

kurzllch hat del' fernbstliche Betreiber

- nach einer Testphase mit sechs

Zugen - 150 Zuge mit entsprechender

Beschichtung geordert. •

Die Autoren: Dr. Raul Pires, Bayer AG,

leverkusen, Competence Center Trans­

portation Coatings, Tel. 02 14/30-5 24

35, e-mail : raul.pires.rp @bayer-ag.de;

Dipl. Ing. Michael Jager, Technischer lei-

ter, Westdeutsche Farbengesellschaft

Bruche & Co. GmbH, Tel. 02 01 /833

16 00, e-mail: jaeger@wefa-wasser­

lacke.de; Dr. Stefan Albus, Wissen­

schafts- und Fachjournalist, Herne.