Lack auf Basis niedermolekularer PLA-Prepolymere

Ausgangssituation

Leder, Kunstleder und beschichtete Textilien werden häufig lackiert, um die Materialien vor verschiedensten Faktoren zu schützen und deren Lang­lebigkeit zu erhöhen. Schutz­schichten auf Basis hoch­mole­kularer PLA-Typen weisen eine hohe Barriere­wirkung gegen­über orga­nischen Verbindungen wie Weich­machern und Farb­stoffen auf. Um PLA als Lack zu verarbeiten und eine geschlossene Lack­schicht zu erhalten, ist die Dispergier­barkeit von PLA in einem Dispersions­mittel Voraus­setzung. Kommerziell erhält­liche PLA-Typen sind für die thermo­plastische Verarbeitung optimiert, besitzen hohe Molmassen und sind schwer dispergierbar. Prinzipiell sind nieder­mole­kulare Polymere in einer größeren Auswahl an Dispersions­mitteln dispergierbar und/oder können in höheren Konzentrationen dispergiert werden als die hoch­mole­kularen Analoga. Um aus den PLA-Dispersionen eine geschlossene, hoch­mole­kulare Lack­schicht zu erzeugen, sollten die nieder­mole­kularen Prepolymere entsprechend vernetzt werden können.

Projektziel

Das Ziel des Projektes war die Entwicklung von vernetz­baren, nieder­mole­kularen PLA-Prepolymeren, die als niedrig­viskose Dispersion bei gleich­zeitig hohem Fest­stoff­gehalt stabili­siert werden können und somit für die Erzeugung einer geschlossenen Lack­schicht auf flexiblen Materialien wie Kunst­ledern auf PUR-Basis geeignet sind.

Lösungsweg

Die Synthese der niedermolekularen PLA-Prepolymere erfolgte durch auto­kata­lytische Poly­konden­sation von D-, L- oder DL-Milchsäure ohne Verwendung eines zusätz­lichen Lösungs­mittels. Es wurde der Einfluss von Temperatur, Druck und Zeit auf das Molekular­gewicht der PLA-Prepolymere unter­sucht. Für die Entwicklung einer Lack­formu­lierung wurde zunächst die Dispergier­fähigkeit der syntheti­sierten PLA-Prepolymere in einer Auswahl an halogen­freien Lösungs­mitteln (u. a. Ethyl­acetat, Aceton, MEK, Toluol) unter­sucht. Darüber hinaus wurden die PLA-Prepolymere unter Zugabe verschie­dener Initiatoren und Co-Vernetzer auf ihre Eignung zur thermischen Vernetzung unter­sucht. Der Auftrag des Lackes erfolgte auf PUR-Kunst­ledern mit Hilfe von Rakeln unter Variation der Schicht­dicke sowie von Temperatur und Zeit beim Aushärten.

Ergebnisse

Innerhalb des Forschungsvorhabens konnten PLA-Prepolymere mit einem Molekular­gewicht von bis zu 3000 g/mol entwickelt werden. Die chemische Modifi­kation lieferte darüber hinaus PLA-Prepolymere mit integrierten reaktiven Gruppen, welche die Vernetzung in der Lack­schicht verein­fachen. Die PLA-Prepolymere waren mit einem hohen Anteil von bis zu 70 Gew. % in organischen, halogen­freien Lösungs­mitteln dispergierbar, wobei niedrig­viskose Dispersionen erhalten wurden. Rheologische Unter­suchungen zeigten, dass die PLA-Dispersionen innerhalb von 2-3 min vernetzen und übliche Verarbeitungs­temperaturen von 160 °C ausreichend sind für eine voll­ständige Vernetzung (Abbildung 1). Stabilitäts­unter­suchungen zeigten zudem, dass bei Lagerung der PLA-Dispersionen bis zu einer Woche keine Sedimentation auftritt (Abbildung 2). Die Dispersionen wurden für die Formulierung eines Lackes heran­gezogen, welcher auf PUR-Kunst­ledern haft­fest ist. Die im Lack enthaltenen PLA-Prepolymere wurden thermisch nach­vernetzt, wobei eine geschlossene Lack­schicht entstand. Diese ist licht­beständig (Blau­maßstab: Note >7; nach DIN EN ISO 105-B02), knick­beständig bis 100.000 Knickungen (nach DIN 53359), zeigt im Dauer­falt­verhalten (nach DIN EN ISO 32100) bis 100.000 Faltungen keine Veränderungen und ist abriebfest bis 51.200 Touren (Note 2; nach DIN EN ISO 5470-2).

Bericht anfragen

Dank

Das Forschungsvorhaben „Lack auf Basis nieder­molekularer PLA-Prepolymere“, Reg.-Nr.: 49MF200086 wurde anteilig vom Bundes­ministerium für Wirt­schaft und Klima­schutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages innerhalb des Förder­programms „FuE-Förderung gemein­nütziger externer Industrie­forschungs­einrichtungen – Innovations­kompetenz (INNO-KOM) – Modul Marktorientierte Forschung und Entwicklung (MF)“ über den Projekt­träger EuroNorm GmbH gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unter­stützung.