Grundlagen der Anstrichwissenschaft

382 Pages·1954·11.498 MB·German

by  Dr. phil. A. V. Blom (auth.)

LEHRBÜCHER UND MONOGRAPHIEN
AUS DEM GEBIETE DER
EXAKTEN WISSENSCHAFTEN
CHEMISCHE REIHE
BAND VIII
GRUNDLAGEN DER
ANSTRICHWISSENSCHAFT
VON
Dr. phil. A. V. BLOM
ehemaliger Vorstand der Abteilung Farben und Lacke
an der Eidgenössischen Materialprüfungs-
und -Versuchsanstalt in Zürich
Springer Basel AG
1954
Dieses Buch ist in gekürzter Fassung im Jahre 1949 im Verlag von ElsevierPub
lishing Company, Inc., New York-Amsterdam-London-Brüssel, erschienen
unter dem Titel ORGANIC COATINGS IN THEORY AND PRACTICE
Nachdruck verboten. Alle Rechte, insbesondere
das der Übersetzung in fremde Sprachen und der Reproduktion
auf photostatischem Wege oder durch M;krofilm, vorbehalten
Copyright 1954 by SpringerBasel AG
Softcoverreprint ofthe bardeover Istedition 1954
ISBN 978-3-0348-6991-1 ISBN 978-3-0348-6990-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-6990-4
Druck von E. Birkhäuser & Cie. AG., Basel
MEINER LIEBEN FRAU
IN HERZLICHER DANKBARKEIT
FÜR UNERMÜDLICHE MITARBEIT
GEWIDMET
VORWORT
SI RES ANIMUM OCCUPAVERE
VERBA AMBIUNT SENECA
Herstellung und Anwendung von Anstrichfarben haben die Zeit roher Empirie
überwunden. Dies Gebiet der Technologie beschäftigt die Geister und beginnt,
sich zur Wissenschaft auszuweiten.
Zur Erhaltung unserer Werkstoffe ist nur das Beste gerade gut genug. Aus
dieser Erkenntnis heraus wird die wissenschaftliche Bearbeitung anstrichtech
nischer Probleme gefordert.
Beurteilung und Bewertung von Anstrichstoffen müssen sich auf ein um
fangreiches Beobachtungsmaterial stützen. Um eine Übersicht zu gewinnen,
sind ihm bestimmte hypothetische Vorstellungen zugrunde zu legen. Die Resul
tate der Materialprüfung sind nur dann schlüssig, wenn sie innerhalb derjenigen
Annäherungsgrenzen liegen, die von den grundlegenden Hypothesen eben noch
zugelassen werden. Das Beobachtungsmaterial muß daher gesammelt, geordnet
und gesichtet werden. Unwesentliches ist auszuscheiden. Wesentliches ist so
zu verarbeiten, daß wohlbegründete Theorien aufgestellt werden können, die
zwischen der Grundlagenforschung und der Praxis Brücken schlagen. Vor
bestimmte Filmeigenschaften nach festgelegten Regeln herauszuzüchten, ist
ein wichtiges ForschungszieL
Was für Anstriche gilt, hat auch für verwandte Gebiete der augewandten
makromolekularen Chemie Gültigkeit, wie für Kunststoffe, Textilhilfsmittel,
Klebstoffe, Folien und Kunstfasern. Daher ist die Aufgabe hier auf breiter
Basis in Angriff genommen und der Ve rsuch einer Lösung gewagt worden.
AXEL VIGGO BLOM
Zürich und Monti della Trinita, März 1951.
9
INHALTSVERZEICHNIS
I. Grundlegende Betrachtungen . . . . . . . . . . 13
1. Problemstellung . . . . . . . "'. . . . . . . 13
2. Kolloidale und makromolekulare Vorstellungen 16
3. Morphologische Gesichtspunkte 26
4. Der Filmbildungsprozeß 31
5. Die Plastizierung . . . . . 36
6. Die Rohstoffbasis . . . . . 42
Literaturverzeichnis zu Kapitel I 47
II. Natürliche Rohstoffe . . . . . . 48
1. Harze und ihre Abkömmlinge . 48
a) Allgemeines . 48
b) Kolophonium . 49
c) Kopale ... 53
d) Schellack . 55
2. Trocknende Öle 58
a) Leinöl .. 59
b) Holzöl .. 67
c) Rizinenöl 68
d) Fischöle . 70
e) Verschiedene trocknende und halbtrocknende Öle 71
3. Bitumen, Teer und Pech 73
4. Zelluloseabkömmlinge . . 78
5. Kautschukabkömmlinge . 88
6. Wasserlösliche Naturstoffe 92
a) Gelatine . 93
b) Kasein ....... . 94
e) Stärke ....... . 95
Literaturverzeichnis zu Kapitel II 96
III. Synthetische Lackrohstoffe . 99
1. Kumaronharze 99
2. Phenolharze 100
3. Polyester . . . 107
a) Übersicht . 107
b) Ölmodifizierte Alkyde 108
c) Ölfreie Alkyde 113
d) Maleinharze 114
e) Polyakrylate 117
f) Allylharze . 121
10 Inhaltsverzeichnis
4. Vinylharze . . . . . 123
a) Allgemeines . . . 123
b) Azetat und Azetale 126
c) Chloride und Kopolymere 128
d) Polyvinyläther . . . . . 137
e) Polystyrol und Kopolymere 138
5. Stickstoffhaltige Harze 141
a) Karbamidsäure-, Harnstoff- und Melaminharze 141
b) Polyamide . . 143
c) Polyurethane . 144
6. Epoxyharze 149
7. Polysiloxane . . 152
8. Wasserlösliche Kunstharze 155
Literaturverzeichnis zu Kapitel III. 157
IV. Pigmente . . . . 159
1. Historisches . . 159
2. Farbentheorie . 161
3. Pigmentarten . 167
4. Größe und Gestalt der Teilchen 171
5. Pigment und Bindemittel . . . 184
6. Pigmentierung der Anstrichstoffe 191
7. Der pigmentierte Film . . . . . 196
Literaturverzeichnis zu Kapitel IV 203
V. Physikalische Filmbildung . . . . . 205
1. Einleitung . . . . . . . . . . . 205
2. Flüchtige Anteile und Lösevorgang 208
3. Verdunstungsvorgang ..... . 215
4. Thermische Beschleunigung der Verdunstung 223
a) Die Trocknung im Ofen . 223
b) Das Warmspritzverfahren . 228
5. Filmbildung aus Schmelzen . . 230
a) Auftrag von Schmelzmassen 230
b) Plastisole . . . . . . . . 231
c) Das Flammenspritzverfahren 232
6. Emulsionen und Latizes . . . 234
Literaturverzeichnis zu Kapitel V 240
VI. Chemische Filmbildung . . . . . 241
1. Die Vernetzung von Makromolekülen 241
2. Die Ölfilmbildung . . . . . . . 242
3. Ölhaltige Lacke . . . . . . . . 253
a) Dispersionen von Harzen in Öl 254
b) Lösung ölreaktiver Harze 255
c) Ölmodifizierte Kunstharze 256
d) Modifikation von Ölen . . 257
4. Ölfreie Lacke . . . . . . . 259
Literaturverzeichnis zu Kapitel VI 263
Inhaltsverzeichnis 11
VII. Deformationsmechanik der Filme . . . . 265
1. Begriffsanalytische Klärung 265
2. Modellmäßige und graphische Darstellung 268
a) Modelle . . . . . . . . . . . . . . 268
b) Graphische Darstellung . . . . . . . 271
3. Amorphe Zustände und kristallirre Ordnung. 274
4. Plasto-elastisches Verhalten linearer Filmbildner 279
a) Rheologische Eigenschaften 279
b) Bauplan der Makromoleküle . 283
c) Erstarrung von Schmelzen . . 287
5. Formänderungen bei Raumnetzen 288
6. Die Zweiphasentheorie . . . . . 292
7. Quellungsvorgänge. . . . . . . 296
a) Allgemeine Beziehungen zwischen Festkörpern und quellenden
Flüssigkeiten . . . . . . . 296
b) Wasserbindung in Farbfilmen. 299
8. Temperatureinflüsse . . . . . . 304
Literaturverzeichnis zu Kapitel VII 309
VIII. Anwendung und Prüfung von Anstrichen . . . . . 312
1. Beziehungen zwischen Unterlage und Anstrichfilm . 312
a) Dichte Oberflächen 313
b) Poröse Oberflächen . . . 315
2. Korrosionsschutz . . . . . 318
3. Konsistenz der Anstrichstoffe 321
4. Festigkeitsmessungen 323
a) Klebrigkeit. . . . . . . 323
b) Formänderungsvermögen 324
c) Härte . . . . . . . . . 328
5. Der Wasserhaushalt im Film 330
6. Optische Untersuchungsmethoden 334
a) Doppelbrechung 334
b) Röntgenographie . . 340
c) Elektronenbeugung . 342
d) Elektronenmikroskop 343
e) Absorptionsspektroskopie 345
7. Die Haltbarkeit von Anstrichen 348
a) Alterung. . . . . . . . . 348
b) Anzeichen der Filmzerstörung 351
c) Schnellprüfung . . . . . . . 355
d) Wetterprüfung . . . . . . . 360
e) Auswertung von Versuchsreihen 362
f) Die logische Behandlung wissenschaftlicher Probleme 367
Literaturverzeichnis zu Kapitel VIII 372
Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . 374
13
KAPITEL I
GRUNDLEGENDEBETRACHTUNGEN
1. Problemstellung
Flüssige Werkstoffe, wie Farben, Lacke, Emaillen, Emulsionen, die nach
dem Auftragen auf irgendwelche Unterlagen in einen festen Film übergehen,
faßt man unter der Bezeichnung «Anstrichstoffe» zusammen. Organische An
strichstoffe, mit denen wir uns hier vorwiegend befassen, werden zur Verschö
nerung von Oberflächen, zum Schutze korrosionsanfälliger Werkstoffe und zu
sanitären Zwecken benutzt. Nahe verwandt sind Druckfarben und Isolierlacke,
die daher ähnlichen Gesetzmäßigkeiten unterliegen.
Die praktische Erfahrung zeigt, daß man geeignete mechanische Eigen
schaften der getrockneten Filme in der Regel nur dann erzielt, wenn verhältnis
mäßig große Moleküle im Anstrichstoff bereits vorhanden sind oder während
des Filmbildungsprozesses entstehen. Moleküle von solcher Größe, daß ihre
Lösungen kolloidale Eigenschaften aufweisen, findet man in der Natur vorge
bildet, sie können im Verlaufe des Filmbildungsprozesses entstehen, sie treten
bei chemischen Veränderungen natürlich vorkommender Makromoleküle auf,
sie können schließlich synthetisch gewonnen werden durch Polykondensation,
durch Polymerisation reaktiver Monomerer oder durch reine Polyadditions
reaktionen. Eine Molekülvergrößerung erzielt man ferner bei der Nachbehand
lung von Anstrichen, die noch funktionale Stellen im filmbildenden Material
besitzen.Das kann geschehen durch Einwirkung von ultravioletten Strahlen,
Hitze, Sauerstoff, Diisozyanaten und ähnlichen reaktionsfähigen Stoffen.
Naturharze, gelöst in flüchtigen Flüssigkeiten, sind seit den frühesten Zeiten
als Anstrichmittel benützt worden. Derartige Werkstoffe erzeugen einen Film
lediglich durch einen physikalischen Prozeß. Die Umwandlung flüssiger Schich
ten in feste Filme durch chemische Reaktionen, wie man sie bei den trock
nenden Ölen beobachtet, war ebenfalls schon im Altertum bekannt. Schließlich
benützt man die Verbindung von physikalischer und chemischer Filmbildung
bei der Verwendung von Öllacken seit langem. Während Jahrtausenden blieb
aber die Anstrichtechnik auf demselben Stande der Entwicklung stehen. Erst
seit etwa einer Generation wird der altmodische Lackkoch durch gut ausgebil
dete und spezialisierte Chemiker mehr und mehr verdrängt.
Schmuck und Schutz von Oberflächen durch Anstriche gehören zweifellos
zu den ältesten Handwerkstechniken. Malereien der Ägypter und Griechen sind .