Eine Emulsion ist ein zweiphasiges System aus nicht mischbaren Flüssigkeiten. Je nach Zusammensetzung der kontinuierlichen und der dispergierten Phase können Öl-in-Wasser- oder Wasser-in-Öl-Emulsionen gebildet werden. Ein Tensid ist entscheidend, um die Stabilität aller Emulsionen zu gewährleisten, da es die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Flüssigkeiten reduziert. Zusätzliche Additive können ebenfalls zur Erhöhung dieser Stabilität beitragen.
Wachs-Emulsionen bieten eine effiziente Methode, Wachs in ein Produkt einzubringen, da sie sich aufgrund ihrer flüssigen Form leicht in wasserbasierte Beschichtungen und Farbsysteme einmischen lassen. Wachse sind typische Additive, die die Oberflächeneigenschaften einer Beschichtung signifikant beeinflussen und deren Optik sowie Schutzfunktion verbessern.
Aufgrund ihrer chemischen Struktur bieten Wachse eine besonders starke Verbesserung der Wasserabweisung. Diese Eigenschaft schützt Oberflächen zuverlässig vor Wasseraufnahme, was Probleme wie Schimmelbildung (ungesund und unansehnlich) und sogar irreversible strukturelle Schäden verhindern kann.
Paraffinwachse zeichnen sich üblicherweise durch hervorragende Wasserbarriereeigenschaften aus, insbesondere auf porösen Oberflächen, da sie hauptsächlich aus linearen Alkan-Ketten bestehen und eine stabile Kristallstruktur aufweisen.
Die Produktreihe EMULTROL umfasst eine breite Auswahl an Wachsen wie Paraffin, Polyethylen, Lignin und Carnauba. Kombiniert mit unterschiedlichen Emulgatoren decken diese Wachs-Emulsionen eine Vielzahl von Anforderungen ab. Besonders hervorzuheben sind EMULTROL CM-2469 SPL und CM-2655 E als besonders leistungsfähige Kandidaten zur Verbesserung der Wasserabweisung in wasserbasierten Farben. Beide Produkte sind Paraffin-Wachsemulsionen, die durch ihre weiße Farbe, geringe Partikelgröße (< 1 µm), niedrige Viskosität und einen alkalischen pH-Wert (siehe Abbildung 1 und Tabelle 1) überzeugen.
Abbildung 1 – Erscheinungsbild und Partikelgrößenverteilung von EMULTROL CM-2469 SPL und CM-2655 E.
Tabelle 1 – Eigenschaften von EMULTROL CM-2469 SPL und CM-2655 E.
Untersuchung
Die Analyse der Wechselwirkung zwischen einer Flüssigkeit und einer Oberfläche gibt wertvolle Hinweise auf die Oberflächeneigenschaften und das Verhalten in anderen Umgebungen. Der Kontaktwinkel eines Wassertropfens ist hierbei ein entscheidender Indikator, der zeigt, ob eine Oberfläche für bestimmte Funktionen, wie etwa Hydrophobizität, optimiert wurde.
Ein Tropfen, der rund bleibt und einen hohen Kontaktwinkel aufweist (siehe Abbildung 2, links), weist auf eine hydrophobe oder wasserabweisende Oberfläche hin. Ein flach aufliegender Tropfen hingegen (siehe Abbildung 2, rechts), der einen niedrigen Kontaktwinkel zeigt, deutet auf eine hydrophile Oberfläche hin.
Abbildung 2 – Beschichtete (links) und unbeschichtete (rechts) Oberflächen zur Optimierung der Hydrophobizität.
Zur Bewertung des hydrophoben Verhaltens der Emulsionen wurde eine 30 µm dicke Schicht (im feuchten Zustand) jeder Emulsion auf Papier aufgetragen und vollständig trocknen gelassen (mindestens 12 Stunden bei Raumtemperatur). Anschließend wurde ein Wassertropfen vorsichtig auf diese Schicht gegeben, um dessen Form zu beobachten.
Um die Vorteile der Verwendung von Wachsemulsionen als Additive in Farben zu veranschaulichen, wurden 2 % und 3 % jeder Emulsion zwei verschiedenen handelsüblichen Harzen hinzugefügt, einem Styrol-Acrylat- und einem Acrylharz, die beide in Farben und Beschichtungen verwendet werden. Die Eigenschaften dieser Harze sind in Tabelle 2 dargestellt. Das gleiche Verfahren wurde anschließend mit den modifizierten Harzen als Beschichtung wiederholt.
Tabelle 2 – Eigenschaften der verwendeten Harze.
Ergebnisse
Es ist allgemein bekannt, dass unbeschichtetes Papier sofort Wasser absorbiert. Wird jedoch der passende Beschichtungsstoff verwendet, kann eine hydrophobe Oberfläche erzielt werden. In Abbildung 3 zeigt sich, wie sich Wassertropfen auf beschichtetem Papier verhalten. Wie oben beschrieben, wird der hydrophobe Charakter durch Wachsemulsionen (a) verstärkt, im Vergleich zu den reinen Acrylharzen (b), da eine rundere Form erreicht wird, die auf einen höheren Kontaktwinkel hinweist.
Abbildung 3 – Wassertropfen auf Papier, das mit a) EMULTROL CM-2469 SPL und CM-2655 E Wachsemulsionen und b) Harz 1 und Harz 2 beschichtet wurde.
Darüber hinaus zeigt Abbildung 4 eine deutliche Verbesserung der Hydrophobizität bei Verwendung von Wachsemulsionen als Additive in Acrylharzen. Dieser Effekt ist bei Harz 2 (b) besonders stark ausgeprägt, da sich der Wassertropfen deutlich runder formt. Wie erwartet, führt eine Dosiserhöhung von 2 % auf 3 % zu einer weiteren Steigerung der Hydrophobizität der Oberfläche (siehe Abbildung 5).
Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass EMULTROL CM-2469 SPL und EMULTROL CM-2655 E herausragende Kandidaten als Wachsemulsionsadditive für wasserbasierte Farben sind, insbesondere solche, die auf polymeren Dispersionen basieren.
Abbildung 4 – Wassertropfen auf Papier beschichtet mit a) reinem und additiviertem Harz 1 und b) reinem und additiviertem Harz 2 mit 2 % Wachsemulsionen.
Abbildung 5 – Wassertropfen auf Papier beschichtet mit a) Harz 1 und b) Harz 2 mit 2 % und 3 % Wachsemulsionen.
Schlussfolgerungen
EMULTROL CM-2469 SPL und EMULTROL CM-2655 E sind Paraffin-Wachsemulsionen, die speziell für wasserbasierte Beschichtungen entwickelt wurden. Sie wurden mit unterschiedlichen Emulgatorsystemen formuliert, um die Kompatibilität mit den gängigen Harzen auf Wasserbasis zu maximieren. Der Hauptvorteil dieser Wachsemulsionen in wasserbasierten Beschichtungen liegt in der deutlichen Verbesserung der Hydrophobizität der Beschichtungsschicht. Die Wirksamkeit dieser Wachsemulsionen wurde in der vorliegenden Studie umfassend nachgewiesen.
Zu beachten ist, dass jede Formulierung einzigartig ist und eventuell Kompatibilitätstests erforderlich sind, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten.
Verfasser: Carlota Clarasó
