Von glänzenden Autos zu streifenfreien Wänden – unsere Ansprüche an Beschichtungen und Farben sind hoch. Eine hochwertige Farbe sollte nicht nur glänzen, sondern auch die richtigen Materialeigenschaften für eine reibungslose Auftragung und Trocknung bieten. Die Konsistenz ist ausschlaggebend: Ist die Farbe zu dünn, läuft und tropft sie; ist die Farbe zu dick, verklumpt sie und trocknet nicht gleichmäßig. Auch Sprühfarben und Sprühbeschichtungen müssen gleichmäßig aufgetragen werden, ohne die Sprühvorrichtung zu verstopfen.
Bei den meisten Farben und Beschichtungen handelt es sich um kolloidale Suspensionen, d. h. sie enthalten feste Partikel, die in einer Newtonschen Flüssigkeit suspendiert sind. Verschiedene Kombinationen fester Partikel und Flüssigkeiten führen zu unterschiedlicher Dicke der Beschichtung und unterschiedlichem Aussehen.
Rheologische Eigenschaften, d. h. das Fließ- und Deformationsverhalten von Materialien, müssen bei der Optimierung der Materialeigenschaften von Farben und Beschichtungen berücksichtigt werden. Die Rheologie einer Farbe oder Beschichtung hängt von der flüssigen Matrix, der Zugabe von Verdickern oder Zusätzen und den Eigenschaften der Farbpigmente selbst ab.

Bei Farben simulieren die wichtigsten rheologischen Testmethoden die Umgebungsbedingungen und Belastungen, denen das Material bei normaler Verwendung ausgesetzt ist. Diese Methoden umfassen Viskositätsbestimmung, Kriechverhalten, Spannungsrelaxation und axiale Prüfung.
Die Viskosität ist ein Maß für den Fließwiderstand eines Materials aufgrund der inneren Reibung. Forscherinnen und Forscher haben festgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Leistung der Farbe besteht.¹ Daher ist die Messung der Viskosität einer Farbe oder Beschichtung über einen weiten Bereich an Schergeschwindigkeiten wichtig für die Vorhersage der Leistung unter verschiedenen Anwendungsbedingungen wie Mischen, Rühren, Streichen, Rollen oder Sprühen.
Die Fließgrenze ist die minimale Belastung, die angewendet werden muss, bevor ein Material zu fließen beginnt. Die Fließgrenze des Materials ist entscheidend, um zu verhindern, dass sich Pigmente im Laufe der Zeit oder unter Lagerbedingungen absetzen. Beschichtungsformulierer optimieren die Fließgrenze einer Formulierung zudem, um sicherzustellen, dass die Farbe nach dem Auftragen auf die Wand nicht tropft oder nach unten läuft.
Kriechen beschreibt die Verformung bzw. das Fließen eines Materials unter konstanter Spannung. Kriechmessungen können beschreiben, wie sich Farben und Beschichtungen nach dem Auftragen durch Streichen oder Rollen auf eine Oberfläche unter dem Einfluss der Schwerkraft verhalten.

Obwohl Viskosimeter die oben genannten Viskositätsparameter messen können, verwenden Fachleute zur Prüfung von Farben und Beschichtungen Rheometer, da diese Instrumente sowohl Viskositätsparameter messen als auch dynamische oszillatorische Prüfungen durchführen können.
Dynamische oszillatorische Prüfungen können viskoelastische Materialien, die sowohl viskoses als auch elastisches Verhalten aufweisen, auf einzigartige Weise charakterisieren. Alle Farben und Beschichtungen sind viskoelastisch und dynamische oszillatorische Prüfungen sind die empfindlichsten Messungen der viskoelastischen Struktur.² Viskosimeter alleine können Viskoelastizität nicht messen, sodass Rheometer die Instrumente der Wahl in der Farb- und Beschichtungsindustrie sind.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vertrauen Rheometern von TA Instruments zur Untersuchung der Stabilität von Beschichtungen vor, während und nach der Auftragung. Dynamische oszillatorische Prüfungen helfen ihnen, die Stabilität zu optimieren, um die Sedimentation oder Entmischung der Pigmente zu verhindern. Dieses Verfahren gewährleistet, dass die umgebende Flüssigkeit ausreichend Struktur aufweist, um die Partikel zu suspendieren und so eine Entmischung zu vermeiden.
Die Beständigkeit gegen Zusammensinken und -sacken hängt außerdem von der Fähigkeit des Materials ab, nach dem Streichen oder nach Anwendungen mit hohen Schergeschwindigkeiten die Struktur aufrecht zu erhalten, was besonders beim Streichen vertikaler Oberflächen wichtig ist. Formulierer messen mithilfe dynamischer oszillatorischer Messungen sowie durch Messen der Fließgrenze die Strukturerholung über die Zeit – alles mit einem einzigen Rheometer.

Eine Reihe von rheologischen Eigenschaften von Farben und Beschichtungen sind besonders wichtig für die Optimierung neuer Produktformulierungen. Beschichtungen sind einer erstaunlichen Breite an Schergeschwindigkeiten und anderen Kräften ausgesetzt, einschließlich langsamer Prozesse wie Sedimentation oder Hochgeschwindigkeitsverfahren wie Sprühanwendungen. Wirksame Prüfungen müssen den gesamten Bereich an Schergeschwindigkeiten abdecken sowie viskoelastische Eigenschaften von Farben und Beschichtungen charakterisieren.

Wie schon erwähnt vertrauen führende Beschichtungslaboratorien und Formulierer auf Rheometer von TA Instruments für eine unerreichte Leistung in Kombination mit einem einfach zu bedienenden Design, sodass sie leicht in den existierenden Arbeitsablauf integriert werden können. Wir bieten eine Reihe unterschiedlicher Messgeometrien zum Prüfen von Farben und Beschichtungen, einschließlich konzentrischer Zylinder, Platte-Platte- und Kegel–Platte-Geometrien. Die Möglichkeit, konzentrische Zylinderbecher zum Einmalgebrauch zu verwenden, erlaubt einen höheren Durchsatz, da kein Reinigen zwischen Prüfungen mehr nötig ist. Das Immobilisierungszellen-Zubehör ist wichtig für die Untersuchung der Trocknungseigenschaften von Beschichtungen.

Die neueste Entwicklung bei Rotationsrheometern, das Discovery Hybrid Rheometer, deckt den gesamten Bereich der rheologischen Anforderungen für Farben und Beschichtungen ab, von den kostengünstigsten bis zu den fortschrittlichsten verfügbaren Lösungen. Die Rheometer Discovery HR 10, 20 und 30 bieten alle das gesamte Spektrum rheologischer Daten, die zur Charakterisierung von Beschichtungen benötigt werden, einschließlich der Viskosität und der Viskoelastizität. Mit Rheometern von TA Instruments können sowohl statische als auch dynamische Prüfungen von Spannung, Deformation, Zeit, Frequenz und Temperatur durchgeführt werden.

Weiterhin können die Discovery Hybrid Rheometer das Screening von Kandidaten beschleunigen und das Verhalten von Beschichtungen vorhersagen. Die Grundstruktur von Farben und Beschichtungen ist ausschlaggebend für die gewünschte Leistung unter den Bedingungen für Verfahren, Benutzeranwendungen und Lagerung.

Alle Rheometer von TA Instruments werden mit der hochmodernen TRIOS-Software geliefert, die die Messung der rheologischen Eigenschaften von Farben und Beschichtungen mit einfach anzuwendenden Testvorlagen vereinfacht sowie automatisch die Viskosität, die Moduln und andere relevante Parameter berechnet und anzeigt.

Das Team von TA Instruments verfügt über langjährige Erfahrung mit dem Design rheologischer Instrumente und steht Ihnen zur Verfügung, das richtige Rheometer mit der richtigen Geometrie für Ihr Labor zu finden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um herauszufinden, wie Rheologie Ihnen bei der Optimierung Ihrer Farben und Beschichtungen helfen kann.

In unserem Webinar Die Rheologie von Beschichtungen und Tinten oder unserem Anwendungshinweis zu Farben und Beschichtungen erfahren Sie mehr über die Rheologie von Beschichtungen und können echte experimentelle Daten sehen.