Coating

 

1.         Begriffsdefinition Beschichtung / Glas / Keramik / Nano

Beschichtung/Coating: (engl. Schutz, Schicht):

Coating ist eine Bezeichnung für eine Lackversiegelung, die eine feste chemische Verbindung mit dem Lack eingeht. Diese Bezeichnung ist vermutlich die Treffendste. Umgangssprachlich werden Coatings auch als Versiegelungen bezeichnet, was nicht falsch, aber ungenau ist (siehe Versiegelung).

Weitere relevante Begriffe sind Glas, Keramik und Nano.

Glas:

Ist ein Werkstoff der üblicherweise aus Siliciumdioxid besteht- bekannt als Quarz. Zur Herstellung werden Temperaturen um 1400 Grad Celsius benötigt

Keramik:

Hierunter ist nicht nur das Material der Toilettenschüssel zu verstehen, sondern allgemein ein vielverwendeter Werkstoff in Produktion und Industrie. Eine der wichtigsten Keramiken, die auch in unserem Fall eine Rolle spielt ist das Siliciumcarbid, da es extrem hart sowie thermisch und chemisch resistent ist. Zur Herstellung wird meist Siliciumdioxid (SiO2) zusammen mit Kohlenstoffatomen auf 2200 Grad Celsius erhitzt. Zur Herstellung einer "echten" Keramikschicht werden Temperaturen zwischen 1000 und 1400 Grad Celsius benötigt (sog. Sintern).

 

Nano:

Unter Nano (griech. Zwerg) verstehen wir in diesem Zusammenhang aus Atomen und Molekülen bestehende Teilchen mit einer Größe von 1-100 Nanometern. In der Fahrzeugpflegeindustrie wird Nano gerne verwendet, um Beschichtungen damit zu bezeichnen.

Nanoteilchen besitzen spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die deutlich von denen von Festkörpern oder größerer Partikel abweichen. Dies sind unter anderem:

⦁          höhere chemische Reaktivität durch große spezifische Oberfläche (große Teilchenoberfläche im Verhältnis zum Volumen) möglich

⦁          zunehmende Bedeutung von Oberflächenladung 

Insgesamt verspricht man sich also durch die Verwendung von Nanoteilchen ein extrem Widerstandsfähige Beschichtung von Oberflächen aufzubauen.

Vorweggenommen sei: Die wenigsten Coatings sind nach dieser Definition tatsächlich Nano-Beschichtungen. An sich spielt diese Eigenschaft für den Anwender aber alleine genommen keine Rolle.

Eine weitere, häufiger erfüllte Bedingung definiert sich über die Schichtdicke. Demnach erzeugen Nano-Beschichtungen eine Schichtdicke von 1 -100 Nanometer

Zusammendfassend kann also gesagt werden, dass all diese Begriffe für moderne Coatings zwar eine wichtige Rolle spielen, aber nicht wörtlich zu nehmen sind.

 

Inhaltsstoffe/ Formulierung von Coatings

Wie bereits erwähnt, spielen für Coatings heutzutage vorallem die Begriffe Keramikversiegelung, Glasversiegelung und Nanoversiegelung eine Rolle. Den Begriff der Nanoversiegelung wollen wir nicht weiter behandeln. Wer über die obenstehende Erklärung hinaus informiert sein will, kann uns gerne eine Nachricht schreiben.

Die Begriffe Keramik und Glas können wir zusammen besprechen, da, wie oben erwähnt, für beide Stoffe das SiO2, also das Siliciumdioxid eine Rolle spielt. Daher ist für viele auch die Bezeichnung Siliciumversiegelung geläufig.

Wenn wir nun über Glas-, Keramik-, Nano-, Quarz- oder Siliciumversiegelungen sprechen, meinen wir in aller Regel eine Art von Coating, also eine Beschichtung auf Basis von Silicium(dioxid)

Herstellungsverfahren:

Wie bereits erwähnt, ist SiO2 = Quarz. Quarz selbst ist chemisch nicht reaktiv, also nicht in der Lage eine Bindung mit einer Oberfläche einzugehen. Quarz ist wie Sand. Um das Material dazu zu bringen, mit dem Lack ein Bindung einzugehen, muss es auf Nanopartieklgröße gemahlen und ihm ein Binder beigemischt werden. Meistens wird hierfür Harz verwendet. Damit sich die Mischung verarbeiten lässt, muss eine Lösungsmittel beigeben werden. Binder, Lösungsmittel, Quarz und häufig noch Additive (z.B. Glanzverstärker) verbinden sich von alleine sehr schlecht und werden dispergiert, um eine gleichmässiges Produkt zu erhalten, dass sich nicht von selbst wieder trennt.

Ein auf diese Weise hergestelltes Produkt wäre eine echte Quarzversiegelung oder zumindest quarzbasierte Versiegelung.

In den meisten Fällen wird aber ein anderes Verfahren angewendet.

Hierbei werden Coatings aus sog. Keramischen Vorstufen formuliert (Siloxane). Vereinfacht ausgedrückt kann sich das so vorstellen, dass Silicium (Si)  durch Methylgruppen umgeben ist. (Bsp.  R3Si−[NH−SiR2]n−NH−SiR3) R steht in diesem Fall für die Methylgruppen. Ein derartige auf dem Lack aufgebrachtes Coating könnte durch Erhitzen zu Quarz (SiO2) reagieren. Somit hätten wir durch diese Variante auch eine echte Quarzversiegelung. Jedoch benötigt man hierfür Temperaturen über 1000 Grad Celsius.

Daher ist es begrifflich nicht ganz richtig von Glas-, Keramik-, oder Quarzversiegelungen zu sprechen.

Wie oben erwähnt benötigt man, um den Feststoff zu verarbeiten ein Lösungsmittel. Bei Coatings werden sogenannte aprotische Lösungsmittel eingesetzt. Das sind Lösungsmittel, die frei von Wasser sind. Ohne euch jetzt weiter mit tiefergehenden Erklärungen nerven zu wollen, ist uns hier eine Sache wichtig:

- Verwendet bitte keine Coatings, in denen die aromatischen Lösungsmittels Xulol oder Tuluol verwendet werden. Diese sind krebserregend und erbgutschädigend, werden aber gerne verwedendet, da sie das Produkt besonders leicht verarbeitbar machen und nicht die Gefahr besteht, dass sie mit dem Lack selbst reagieren.

 

Wodurch entsteht der Schutz/ Wie funktioniert das Coating

Nach dem Auftragen härtet das Produkt durch sog. Hydrolyse aus. Das bedeutet, dass die Feuchtigkeit in der Luft Moleküle aus dem Coating herauslösen und so nach Beendigung der Hydrolyse nur noch Feststoff auf dem Lack zurücklassen, der dann den Schutz bildet.

Im zweiten Schritt wird bei vielen hochwertigen Coatings die Schicht auf durch Kondensation in die Höhe gebildet. Es befindet sich dann also eine neue dreidimensionale Schicht auf dem Lack.

Es befindet sich danach eine je nach Produkt etwa 2 - 10 NM dicke, 3D-ausgeprägte Schutzschicht auf dem Lack

Daher benötigen derartige Coatings etwas Zeit, um die Kristalle auszubilden. Sofortiger Wasserkontakt nach dem Auftragen würde zu einer schlagartigen Kristalisation führen, die das Material spröde werden ließe.

Durch Infrarothitze kann die Aushärtung massiv beschleunigt werden.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Thema Kratzfestigkeit: Hierbei kann gesagt werden, dass die Härtegrade mit denen einige Hersteller werben (nach MoHS-Häreskala, z.B. 9H) irreführend sein können. Die Tests zur Bestimmung der Härte werden nämlich auf blankem Metall durchgeführt.

Die Härte der Beschichtung hängt maßgeblich an der Härte des Lackes. Weiche Lacke sind werden nie eine Härte von 9H erreichen können. Daher: Coatings können den Lack beständiger gegen Kratzer machen, aber nicht im dem Maße, als das diese Eigenschaften ausschlaggebend sein könnte.

Weiterhin ist fraglich, ob eine extreme Härte wünschenswert ist oder lieber doch eine flexible Schicht geschaffen werden sollte, die Schäden "abfangen" kann.

In jedem Fall dürft ihr nicht davon ausgehen, dass euer Lack durch ein Coating extrem kratzfest wird. Die Kratzer landen allerdings erstmal in der Coatingschicht, bevor sie den Lack schädigen.

 

 

 

 

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