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W´Pur Si – silanfunktionelle
Polyurethane für vielfältige
Anwendungen
Dr. Anke Wiegand
Lars Ossenschmidt
2018-09-25/26
Bad Neuenahr – Ahrweiler/Hiddenhausen
I 2 I
Agenda
1. Einleitung
2. chemischer Aufbau
3. Vernetzung und Vororientierung der Bindemittel
4. grundsätzliche Eigenschaften
5. Anwendungsbeispiele
6. Zusammenfassung
7. verfügbare Produkte
I 3 I
Einleitung
Alkydharz 2 K PU
2 K EP 2 K Urea
alternative Vernetzung
Isocyanate chem. Beständigkeit
Sikkative /
Antihautmittel
Trocknung /
Vernetzung
Lichtbeständigkeit Kennzeichnung
Lösemittelanteil
Topf- und
Verarbeitungszeit
I 4 I
Vorgaben
• Trocknung bei Raumtemperatur
• festkörperreich
• verfügbare Rohstoffbasis
• akzeptable Topf- bzw. Verarbeitungszeiten
• gute Trocknungseigenschaften
• gute Beständigkeitseigenschaften
• Nutzung bestehender Verfahren und Rohstoffe zur Formulierung von
Lacken und Farben
I 5 I I 5 I
Chemischer Aufbau
I 6 I I 6 I
Chemischer Aufbau
W‘Pur Si sind silanmodifizierte Poly(urethanurea)verbindungen
Blockcopolymere mit Hart- und Weichsegmenten
anorganisch – organisches Hybridsystem
N C
O
N R N
H H H
C O R O C N
O O
H
R N
H
C
O
N
H
Si(OEt)3RR(OEt)3Si
Hartsegment: starre Urethan / Urea – Gruppen
Zugfestigkeit, Härte, Abriebfestigkeit
Weichsegment: flexible Polyol – Gruppe
Thermoplastische Eigenschaften
Chemikalien-, Hydrolysebeständigkeit, Kälteflexibilität
Urea / Harnstoff Urea / Harnstoff Urethan
Alkoxysilan Alkoxysilan
I 7 I I 7 I
g-Silanterminiert langsamere Reaktion als a-Silanterminierte PU
höhere Flexibilität, Hydrophobizität und thermische
Stabilität
Ethoxysilangruppen Freisetzen von Ethanol anstelle von Methanol bei
der Hydrolyse
langsamere Hydrolyse als Methoxysilan
bessere Lagerstabilität
Chemischer Aufbau von W‘Pur Si
a OCH
3
OCH3
OCH3
Si
a
N CH2
H
R
b
g a OC
2H
5
OC2H5
OC2H5
Si
N
H
R
a
I 8 I I 8 I
mögliche Polyole
W´Pur Si Alkydharz
Polyester
Polycaprolacton Polycarbonat
Polyether
Acrylat
I 9 I I 9 I
Alkyd Polyester Polycaprolacton Polycarbonat Polyether Acrylat
Lösemittelbeständigkeit Gering Gut Gut Hoch Gering Gut
Hydrolysebeständigkeit Gering Gering Gut Hoch Gut Gut
Lichtbeständigkeit Gering Mittel Gut Hoch Gering Mittel
Härte Niedrig Mittel Niedrig Mittel Niedrig Mittel
Flexibilität Hoch Gut Hoch Gut Hoch Gut
Polyole – Vergleich der Eigenschaften
I 10 I I 10 I
Alkyd Polyester Polycaprolacton Polycarbonat Polyether Acrylat
Lösemittelbeständigkeit Gering Gut Gut Hoch Gering Gut
Hydrolysebeständigkeit Gering Gering Gut Hoch Gut Gut
Lichtbeständigkeit Gering Mittel Gut Hoch Gering Mittel
Härte Niedrig Mittel Niedrig Mittel Niedrig Mittel
Flexibilität Hoch Gut Hoch Gut Hoch Gut
Polyole – Vergleich der Eigenschaften
I 11 I I 11 I
Vernetzung und Vororientierung
der Bindemittel
I 12 I I 12 I
Hydrolyse
Polykondensation
Kondensation mit Alkohol (Si-OH > H2O)
Kondensation mit Wasser (H2O > Si-OH)
Silanvernetzung – Sol / Gel-Prozeß
Si OR + H2O
Hydrolyse
Veresterung
Si OH + ROH
Si+Si OH + ROHRO Si O Si
Alkoholkondensation
Alkoholyse
Si+Si OH +Si O SiHO H2O
Wasserkondensation
Hydrolyse
I 13 I I 13 I
Katalysator – W´Add VP 2100 / 2110
Brönstedt Säure
Diester der Phosphorsäure
Katalyse der Hydrolyse und Kondensation
Vernetzung abhängig von
Art und Menge Katalysator
untergeordnet abhängig von
Wassermenge, Hydrophobizität Bindemittel,
Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers im Film
Silanvernetzung - Katalysator
P
O
HO O
O
CH3
H3C
H3C
H3C
I 14 I I 14 I
Phasenseparation bei der Filmbildung – thermoplastisches Polymer TPU
Bildung von kristallinen / glasartigen harten Bereichen in elastomerer /
weicher Matrix (flexibles Polyol) durch die Ausrichtung der polaren Hart-
segmente (starre Urethan / Ureagruppen)
→ Ungewöhnliche Eigenschaften von W‘Pur Si z. B. Chemikalienbeständigkeit
http://www.whatischemistry.unina.it/en/pu6.jpg
https://www.tpu.covestro.com/~/media/Product%20Center/TPU/Images/Technologies/English/chemico_physical_structure_2.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Polymerstruktur-TPE-teilkristallin.svg/140px-Polymerstruktur-TPE-teilkristallin.svg.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/98/Polymerstruktur-TPE-teilkristallin_gestreckt.svg/250px-Polymerstruktur-TPE-teilkristallin_gestreckt.svg.png
Bildung von Überstrukturen
I 15 I I 15 I
Harnstoff / Urea – Gruppen im Vergleich zu Urethangruppen zwei Möglich-
keiten zur Bildung von Wasserstoffbrücken
Urethan einzähnig Urea einzähnig zweizähnig
Phasenseparation ausgeprägter, Schmelzbereich der Hartsegmente größer,
intermolekulare Polymerwechselwirkung stärker und damit verbunden
Zugfestigkeit höher als bei Polyurethanen
Bildung von Überstrukturen
O
N
H
O
N
H
O
N
H
O
N
H
H
H
N
N
O
N
H
O
N
H
H
H
N
N
I 16 I I 16 I
Verbrückung der einzelnen Polymerketten über die Wasserstoffbrücken
Leitersprossen
Bildung von Überstrukturen
O
N
H
O
N
H
H
H
N
NN
H
O
O
N
H
O
O
N
N
H
H
NN
NN
HH
HH
O
O
O
N
H H
NN
H
OO
N
H
NN
HH
O
Vorteil: Höhere Vororientierung des Films vor der Vernetzung
Sehr beständiger Film
Nachteil: Höhere Viskosität als bei reinen Urethanen
I 17 I I 17 I
Eigenschaften der Bindemittel
I 18 I
Grundsätzliche Eigenschaften
• isocyanatfreie Härtung (NISO)
• sehr schnelle Trocknung / Vernetzung
• frühe chemische und mechanische Belastbarkeit
• lange Verarbeitungszeiten
• Verdopplung der Viskosität bedeutet nicht Ende der
Verarbeitungszeit
I 19 I
Trocknung in verschiedenen Schichtdicken
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
100 µm
150 µm
250 µm
400 µm
Minuten
Trockengrad 4 und 6 eines 2 K Industriedecklackes
TG 6 TG 4
I 20 I
2 K Industrielack – Härteentwicklung
40
60
80
100
120
140
160
180
2 h 24 h 48 h 72 h 1 Woche 2 Wochen
Pe
nd
elh
ärt
e [
sec
]
Pendelhärte Industriedecklack 2 K W´Pur Si vs. 2 K PU
W´Pur Si 2 K PU HS 4,5%
I 21 I
2 K Industrielack – Härteentwicklung
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
1 h RT 24 h RT 1 W RT 1 h RT 24 h RT 1 W RT
Pe
nd
elh
ärt
e [
sec
]
Pendelhärte Industriedecklack 2 K W´Pur Si vs. 2 K PU
W´Pur Si 2 K PU HS 4,5%
30 min 60°C 30 min 80°C
I 22 I
frühe chemische Beständigkeit
2 K Decklack silanmodifiziertes Polyurethan Basis Carbonatdiol
Trocknung bei Raumtemperatur
MEK Beständigkeit, Doppelhübe
6 h RT > 200 DH
24 h RT > 200 DH
1 Woche RT > 200 DH
Prüfungen wurden nach 6 h, 24 h und 1 Woche Trocknung
durchgeführt
Belastungszeit
Superbenzin 2 h keine Veränderung der Oberfläche, keine Erweichung
Diesel 24 h keine Veränderung der Oberfläche, keine Erweichung
Ethanol 2 min keine Veränderung der Oberfläche, keine Erweichung
Getriebeöl 7 Tage 80°C keine Veränderung der Oberfläche, keine Erweichung
I 23 I
2 K Klarlack – Viskositätsanstieg nach Zugabe Katalysator
80
90
100
110
120
130
140
Start 2 h 6 h 24 h 48 h 1 Woche 2 Wochen 3 Wochen 4 Wochen 5 Wochen 7 Wochen
Au
sla
ufz
eit [
sec
]
Viskositätsanstieg 4 mm Auslaufbecher
I 24 I
2 K Klarlack – Viskositätsanstieg Industriedecklack
10
20
30
40
50
60
Start 2 h 4 h 6 h 24 h 48 h 1 Woche
Au
sla
ufz
eit [
sec
]
Viskositätsanstieg Industriedecklack 2 W´Pur Si vs. 2 K PU
W´Pur Si 2 K PU 4,5%
I 25 I
Anfangs- und Endhärte nach Lagerung
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Start Start 1 Woche 1 Woche 2 Wochen 2 Wochen 4 Wochen 4 Wochen 7 Wochen 7 Wochen
Pe
nd
elh
ärt
e [
sec
]
Lagerdauer
Härteentwicklung Klarlack
I 26 I I 26 I
Anwendungsbeispiele
I 27 I
Anwendungsbeispiele
• grundsätzlich eignen sich die W´Pur Si Bindemittel zum Einsatz in
nahezu allen Lackanwendungen, wo lösemittelhaltige Bindemittel
zum Einsatz kommen
Soft-Feeling Lack
Industrielack
Anti-Graffiti Lack
Anti-Rutsch Lack
Möbellack
Autoreparaturlack
Einbrennlack Lasur
Klarlack Maler- und Bautenlack
Schnellrenovierfarbe
Schwimmbadfarbe
Fahrzeuglack
Parkettlack
Fußbodenlack
Containerlack
I 28 I I 28 I
2 K Ultra High Solid Decklack
- Industrie -
I 29 I
2 K UHS Decklack – Vorgaben
• nfA´s > 85% angestrebt
• Einsparung von Lösungsmitteln
• Applikation höherer Schichtdicken zur Einsparung von Arbeitsgängen
• schnelle Trocknung notwendig
I 30 I
2 K UHS Decklack, seidenglänzend – Rezeptur
Rohstoff Anteil
W´Pur VP Si 4011 80% 21,25 silanfunktionelles Polyurethan, flexibel
W´Pur VP Si 2021 75% 11,00 silanfunktionelles Polyurethan, hart
Tetraethylorthosilikat 15,10 Reaktivverdünner
Hi-Sil T 800 0,05 Antiabsetzmittel
Blanc fixe micro 22,00 Füllstoff
Kronos 2360 20,00 Titandioxid
Finntalc M 15 8,00 Füllstoff
Monarch 430 0,02 Ruß
Hansa Add 4090 0,05 Oberflächenadditiv
W´Add 6236 0,50 Entschäumer
Ethoxypropanol 2,03 Lösungsmittel
W´Add VP 2100 1,60 Katalysator
I 31 I
2 K UHS Decklack – technische Daten
Methode Wert
Nichtflüchtiger Anteil ca. 90% (inklusive RV)
Dichte, 20°C 1,57 g/cm³
VOC - Gehalt < 160 g/l
Auslaufzeit DIN 53211-4, 20°C 130 sec
Auslaufzeit DIN 53211-6, 20°C 30 sec
Rheometer RS 1, 20°C < 1000 mPas
Verarbeitungszeit > 24 Stunden
Haftung auf gestrahltem Stahl,
phosphatiertem Stahl
sehr gut
I 32 I
2 K UHS Decklack – Trocknungseigenschaften
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Trocknung RT
Min
ute
n
Trocknung 200 µm Naßfilm ~ ca. 80 µm DFT
staubtrocken klebfrei TG 4 TG 6 TG 7
I 33 I
2 K UHS Decklack – chemische Beständigkeit
Substanz Belastungszeit Ergebnis
Superbenzin 1 h keine Veränderung
Diesel 24 h keine Veränderung
Bremsflüssigkeit 24 h keine Veränderung
Kühlerfrostschutz 24 h keine Veränderung
Hydrauliköl 24 h keine Veränderung
Isopar L 24 h keine Veränderung
Ethylacetat 5 min keine Veränderung
Xylol 5 min keine Veränderung
Aceton 5 min keine Veränderung
Schmiermittel 24 h keine Veränderung
I 34 I I 34 I
2 K Seidenglanzlack
- Malerlack -
I 35 I
Malerlack – Vorgaben
• schnelle Trocknung
• frühe Belastbarkeit
• geringe Vergilbung
• möglichst keine Aldehydabspaltung
• gute Ausbildung des Glanzgrades
I 36 I
Malerlack – Rezeptur
Rohstoff Anteil
W´Pur VP Si 1021 70% 45,00 silanfunktionelles Polyurethan, Alkyd basiert
W´Pur VP Si 4021 75% 4,80 silanfunktionelles Polyurethan, Carbonatdiol
W´Add 810 P 10% 2,50 Antiabsetzmittel
Kronos 2360 30,00 Titandioxid
Acematt TS 100 2,00 Mattierungsmittel
DowSil 205 SL 0,05 Oberflächenadditiv
entaromatisierte KW 160-200 10,65 Lösungsmittel
Ethoxypropanol 5,00 Lösungsmittel
W´Add VP 2110 0,55 Katalysator
I 37 I
Malerlack – technische Daten
Methode Wert
Nichtflüchtiger Anteil ca. 67%
Dichte, 20°C 1,21 g/cm³
VOC - Gehalt < 400 g/l
Grenzwert ChemVOCFarb Kat A/i 500 g/l
Viskosität CAP 1000 L, Spd.4, 20°C ca. 5 Poise
Verarbeitungszeit 24 – 48 Stunden
I 38 I
Malerlack – Trocknung
0 50 100 150 200 250
hochwertiges HS Alkyd
W´Pur VP Si 1021
time [min]
Drying Recorder seidenglänzender Malerlack Basis hochwertiges HS Alkyd vs. W´Pur VP Si 1021
Verlaufspur Grundspur Aufrissphase Oberflächenspur
I 39 I
Malerlack – Härteentwicklung
22
26
30
34
38
42
46
4 h 6 h 24 h 48 h 72 h 1 Woche
Pen
del
här
te [
sec]
Pendelhärte seidenglänzender Malerlack hochwertiges HS Alkyd vs. W´Pur VP Si 1021
hochwertiges HS Alkyd W´Pur VP Si 1021
I 40 I
Malerlack – Glanzausbildung
30
35
40
45
50
55
60
65
70
6 h 24 h 48 h 1 Woche
Gla
nzg
rad
60
° M
essw
inke
l
Glanzgrad seidenglänzender Malerlack hochwertiges HS Alkyd vs. W´Pur VP Si 1021
hochwertiges HS Alkyd W´Pur VP Si 1021
I 41 I
Malerlack – Vergilbung
66
70
74
78
82
86
Start 2 h 4 h 6 h 8 h
Wh
ite
Ind
ex
Schnellvergilbung 80°C seidenglänzender Malerlack hochwertiges Alkydharz vs. W´Pur VP Si 1021
normales HS Alkyd W´Pur VP Si 1021
I 42 I I 42 I
2 K Möbellack
- Industrie / Handwerk -
I 43 I
2 K Möbellack – Vorgaben
• schnelle Trocknung
• frühe Überarbeitbarkeit
• gute Schleifbarkeit
• lange Verarbeitungszeiten
• gute chemische Beständigkeit
I 44 I
2 K Möbellack – Rezeptur
Rohstoff Anteil
W´Pur VP Si 2031 75% 46,15 silanfunktionelles Polyurethan, Polyester
CAB 551-0,2 25% 6,00 Co-Bindemittel, Cellulose-Aceto-Butyrat
Acematt TS 100 2,25 Mattierungsmittel
DowSil 56 0,15 Oberflächenadditiv
Ethoxypropanol 16,70 Lösungsmittel
Butylacetat 26,50 Lösungsmittel
n - Propanol 2,25 Lösungsmittel
W´Add VP 2100 1,25 Katalysator
I 45 I
2 K Möbellack – technische Daten
Methode Wert
Nichtflüchtiger Anteil 37%
Dichte, 20°C 0,96 g/cm³
VOC - Gehalt 605 g/l
Auslaufzeit DIN 53211-4, 20°C 20 sec
Verarbeitungs- / Topfzeit ca. 1 Woche
I 46 I
2 K Möbellack – Trocknungseigenschaften
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Trocknung RT
Min
ute
n
Trocknung 100 µm Naßfilm
staubtrocken klebfrei TG 4 TG 6
I 47 I
2 K Möbellack – Härteentwicklung
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
2 h 6 h 24 h 48 h 1 Woche
Pe
nd
elh
ärt
e [
sec
]
Pendelhärte 2 K Möbellack
I 48 I
2 K Möbellack – Topf- / Verarbeitungszeit
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Start 2 h 6 h 24 h 48 h 1 Woche 2 Wochen
Au
sla
ufz
eit [
sec
]
Viskositätsanstieg 4 mm Auslaufbecher
I 49 I
2 K Möbellack – chemische Beständigkeit
Substanz Belastungszeit Ergebnis
Essigsäure 1 h keine Veränderung
Zitronensäure 1 h keine Veränderung
Ammoniakwasser 2 min keine Veränderung
Ethanol 1 h sehr leichte Veränderung
Rotwein 6 h keine Veränderung
Kaffee 16 h keine Veränderung
Kondensmilch 16 h keine Veränderung
Wasser 16 h keine Veränderung
Benzin 2 min sehr leichte Veränderung
Aceton 10 sec keine Veränderung
Butylacetat 10 sec keine Veränderung
Senf 6 h sehr leichter Gelbstich
I 50 I I 50 I
Zusammenfassung
I 51 I
Zusammenfassung
• die Produkte der W´Pur Si – Reihe eignen sich grundsätzlich zur
Formulierung von hochwertigen Lacken und Farben
• man erreicht sehr kurze Trocknungs- und Vernetzungszeiten
• aufgrund der Vororientierung (Überstrukturen) und schnellen
Vernetzung erhält man chemisch und mechanisch früh belastbare
Lackfilme
• die Topf- und Verarbeitungszeiten sind in der Regel deutlich länger
als bei anderen 2 K Systemen
• grundsätzlich bedeutet eine Verdoppelung der Viskosität nicht das
Ende der möglichen Verarbeitung
I 52 I
Zusammenfassung
• aufgrund der breiten Auswahl an verschiedenen Polyolen lassen sich
Bindemittel für verschiedenste Anwendungen entwickeln
• es lassen sich konventionelle und auch sehr festkörperreiche Lacke
formulieren, ggf. ist der Einsatz von Reaktivverdünnern notwendig
• es können übliche Lackrohstoffe und Herstellungsverfahren
verwendet werden
• die Härtung erfolgt isocyanatfrei (NISO)
I 53 I I 53 I
verfügbare Produkte
I 54 I I 54 I
Welche Produkte haben wir aktuell?
Bezeichnung Lieferform Basispolyol Anwendungen
W´Pur VP Si 1021 70% in entaromat. KW 180-220 / Dowanol DPM
Alkyd, nichttrocknend Malerlacke, Lasuren, Klarlacke, Öle, Parkett Lacke
W´Pur VP Si 4021 75% in entaromat. KW 180-220 / Dowanol DPM
Carbonatdiol Malerlacke, Lasuren, Klarlacke, Öle, Parkett Lacke, Fliesenlacke
W´Pur VP Si 2021 75% in Butylacetat / n-Propanol Polyester, Hartsegment modifiziert
Industrielacke, Holzlacke, Glaslacke
W´Pur VP Si 2031 75% in Butylacetat / n-Propanol Polyester Industrielacke, Holzlacke, Glaslacke
W´Pur VP Si 4011 80% in Butylacetat / n-Propanol Carbonatdiol Industrielacke, Holzlacke, Glaslacke, Bodenbeschichtungen
W´Pur VP Si 5011 75% in Butylacetat / n-Propanol Polyether Soft-Feeling, Anti-Rutsch, Holz- und Industrielacke
I 55 I I 55 I
Welche Produkte haben wir aktuell?
Bezeichnung Lieferform spezielle Eigenschaften
W´Pur VP Si 1021 70% in entaromat. KW 180-220 / Dowanol DPM
- für streichfähige Lacke gegen Alkydharze - nicht vergilbend - sehr geringe Aldehydabspaltung
W´Pur VP Si 4021 75% in entaromat. KW 180-220 / Dowanol DPM
- schnell trocknend - nicht vergilbend - keine Aldehydabspaltung - gute Haftungseigenschaften - Kombinationspartner für Alkyd basierte, silanfunktionelle Polyurethane
W´Pur VP Si 2021 75% in Butylacetat / n-Propanol - Hartsegment modifiziert - sehr hohe Anfangs- und Endhärte
W´Pur VP Si 2031 75% in Butylacetat / n-Propanol - gute Balance zwischen Härte und Flexibilität - gut für Einbrennlacke geeignet
W´Pur VP Si 4011 80% in Butylacetat / n-Propanol - hohe Flexibilität - gute Haftungseigenschaften
W´Pur VP Si 5011 75% in Butylacetat / n-Propanol - gummiartige Oberfläche - sehr kratzfest
I 56 I I 56 I
Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit!
Fragen?
Sämtliche Lieferungen und/oder Leistungen erfolgen ausschließlich auf Grundlage unserer Allgemeinen Geschäftsbedingungen in der jeweils gültigen Fassung, die wir Ihnen auf Nachfrage gern zur Verfügung stellen und im Internet unter www.worlee.de/AGB abgerufen werden können.
