Ein Harz, das verbindet

Kann man den Joghurt noch essen? Wer ihn nicht probieren möchte, studiert stattdessen einfach die Verpackung und sucht das oftmals unscheinbare Mindesthaltbarkeitsdatum. Die aufgedruckten Zahlen finden sich auf nahezu jedem Supermarkt-Produkt: vom Joghurtbecher über die Chipstüte bis zur Müslischachtel. Auch Barcodes oder QR-Codes braucht es auf Verpackungen. Und die Druckfarbe muss auch noch auf diversen Kunststoffen, Metallen oder Pappe haften, also ganz unterschiedlichen Substraten.

Keine ganz einfache Aufgabe für eine eigentlich einfache Anwendung. Genau diesen Spagat leisten Bindemittel der VINNOL^®- Produktfamilie von WACKER, wie Dr. Ulrich Lauter, Senior Technical Service Manager, erklärt: „Als Polymerharze fungieren sie als filmbildende Komponente in der Druckfarbe. Sie schließen die Pigmentpartikel ein, verkleben sie untereinander und fixieren sie gleichzeitig auf dem Substrat.“

Das Aufbringen von Codes und Daten ist aber nur ein kleiner Ausschnitt, bei dem das VINNOL^®-Produktportfolio seine Stärken ausspielt. „Hinter dem Markennamen verbirgt sich eine umfangreiche Toolbox für ein extrem breites Anwendungsspektrum“, sagt Nikolaus Trippen, der als Senior Global Segment Manager bei WACKER für die Vermarktung dieser Produktgruppe zuständig ist. „Als Heißsiegellacke für Aluminiumfolie, in Druckfarben oder in Klebstoffen stecken diese Bindemittel in sehr vielen Alltagsprodukten wie Lebensmittel- oder Arzneimittelverpackungen. Sie kommen aber auch als industrielle Beschichtungen zum Einsatz, weil sie nicht nur auf Metall und Kunststoff haften, sondern auch auf Holz, Leder oder Glas.“

Ein Grund für diese Vielfalt ist, dass sich die VINNOL^®-Polymerharze von WACKER sehr gut untereinander vertragen und sich die gewünschten Eigenschaften dadurch maßschneidern lassen: Viskosität, Benetzungseigenschaften, Siegeltemperatur, Löslichkeit oder Chemikalienbeständigkeit können die Anwender der Produkte über die Kombination der geeigneten VINNOL^®-Typen einstellen.

Die Bindemittel unterscheiden sich in drei Kategorien und sind nach einem regelrechten Baukastensystem aufgebaut: Polymerharze ohne funktionelle Gruppen sind Copolymere aus Vinylchlorid und Vinylacetat. Typen, die dagegen zusätzlich mit einer Dicarbonsäure funktionalisiert sind, enthalten ein „M“ im Produktnamen, und die OH-funktionalisierten A-Typen beinhalten zudem Hydroxyacrylat. Innerhalb jeder Gruppe variieren die Polymerharze zusätzlich hinsichtlich ihres Molekulargewichts: Mit diesem steigt die Lösungsviskosität – zugleich wird die Beschichtung mechanisch stabiler und der Temperaturbereich, in dem sie weich werden, erhöht sich.

Vor allem das Verhältnis von einpolymerisiertem Vinylacetat und Vinylchlorid beeinflusst erheblich die Eigenschaften der einzelnen VINNOL^®-Typen. „Die Vinylchlorid-Komponente bestimmt, welche Härte und Festigkeit das Copolymer aufweist. Es sorgt für eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit und schwere Entflammbarkeit“, sagt der WACKER-Chemiker Ulrich Lauter. „Der Vinylacetat-Anteil ist der Grund dafür, dass unsere Polymerharze in organischen Lösungsmitteln gut löslich sind.“ Letzteres ist entscheidend, denn sonst ließen sich hauchdünne Filme und Beschichtungen gar nicht herstellen. Je höher der Vinylacetatgehalt, desto besser sind die Polymerharze zudem in Lösungsmitteln wie Ester, Glykolester und einigen Glykolethern löslich. Gleichzeitig macht die Vinylacetat-Komponente das Copolymer insgesamt weicher und flexibler.

Doch so breit und vielfältig das VINNOL^®- Produktportfolio auch ist: „Der Markt stellt immer wieder neue Herausforderungen. Sei es, weil sich Prozesse bei unseren Kunden verändern oder neue Technologien hinzukommen“, weiß Nikolaus Trippen vom Segment Management bei WACKER. So war es auch bei dem jüngsten Mitglied der Polymerharz-Familie: VINNOL^® L-6868. Den Anstoß zur Produktentwicklung gaben mehrere Kunden von WACKER. „Diese setzen unser VINNOL^® H 40/43 als Additiv in UV-härtenden Systemen ein, um bestimmte Effekte bei ihren Druckfarbensystemen zu erzielen“, erklärt Ulrich Lauter. „Diese Unternehmen wünschten sich jedoch einen Polymerharz-Typ, der ein geringeres Molekulargewicht und eine deutlich geringere Viskosität aufweist. Gleichzeitig sollte die Löslichkeit, vor allem in sogenannten UV-Monomeren, noch besser sein.“

Um diese Eigenschaften zu erreichen, veränderten die WACKER-Experten die Molekülkomposition, ausgehend von VINNOL^® H 40/43. „Das war eine besondere Herausforderung“, erinnert sich Ulrich Lauter. „Zwar wussten wir aufgrund unseres Erfahrungsschatzes schnell, wie das Polymerharz zusammengesetzt sein muss, doch gibt es Grenzen, die im Herstellprozess begründet sind.“

Diese Grenzen der Herstellbarkeit reizten die WACKER-Entwickler bei dem neuen Polymerharz maximal aus und brachten durch die veränderte Zusammensetzung vorteilhafte Eigenschaften in das Produkt: Im Polymer reduzierten sie den Vinylchlorid-Anteil auf 44 Prozent, um ein weiterhin blockfestes Polymerpulver zu erhalten. Gleichzeitig steigerten sie den Vinylacetat- Anteil auf 56 Prozent.

Diese Kombination führt dazu, dass VINNOL^® L-6868 eine ausgezeichnete Löslichkeit in Ketonen und Estern aufweist und sich sehr gut in Glykolestern, Glykolethern, Acrylmonomeren und UV-Monomeren löst. Und auch seine Viskosität liegt in Lösung deutlich niedriger – und zwar nur noch bei 7 mPa*s in einer 20-prozentigen MEK-Lösung. Zum Vergleich: VINNOL^® H 40/43 hat eine Viskosität von 25 mPa*s. „Zudem lässt das neue Polymerharz Formulierungen mit einem höheren Pigment- und Bindemittelanteil zu, sogenannte High Solids“, betont Lauter. „Und es eignet sich für reaktiv härtende Systeme.“

Mit seinem sehr niedrigen Molekulargewicht ist das Entwicklungsprodukt eine optimale Lösung für Formulierer, die sich mit Herausforderungen wie Fließverhalten, Zwischenschichthaftung und Flexibilität in UV-härtenden Systemen befassen.

Bei der Herausforderung, die Eigenschaften der Polymerharze an neue Bedingungen anzupassen, hört der Job für die WACKER-Experten aber nicht auf. „Es wird auch immer wichtiger, Nachhaltigkeitsaspekte zu berücksichtigen und diesbezüglich noch besser zu werden, also ressourcenschonender zu produzieren“, erklärt Nikolaus Trippen.

In einem ersten Schritt will WACKER bereits ab Q2 Produkte der Marke VINNOL^® anbieten, bei deren Herstellung Energie aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz kommt – zum Beispiel das VINNOL^® H 15/45 M (Renewable Energy). Die Einsparung von Treibhausgasemissionen beruht auf dem Bezug erneuerbarer Energien in Form von Herkunftsnachweisen mit Qualitätslabel. Die korrekte Berechnung des CO₂-Fußabdrucks (innerhalb der Systemgrenzen „Cradle to Gate“) wird von einem unabhängigen Prüfinstitut überprüft und attestiert. In einem weiteren Schritt strebt WACKER an, mittelfristig auch VINNOL^®-Produkte anzubieten, bei denen – zusätzlich zum Einsatz erneuerbarer Energie im Produktionsprozess – fossile Rohstoffe nach und nach durch erneuerbare Rohstoffe auf Basis des Massenbilanzansatzes ersetzt werden sollen.

Im Gegensatz zu den konventionellen VINNOL^®-Produkten werden die neuen Varianten die Ergänzung „(Renewable Energy)“ am Ende des Produktnamens tragen. „Mit diesen Angeboten und Konzepten arbeiten unsere Experten daran, die bekannte und bewährte technische Leistungsfähigkeit der VINNOL^®-Palette für unsere Kunden mit einem zunehmend reduzierten CO₂-Fußabdruck zu kombinieren“, kündigt WACKER-Manager Nikolaus Trippen an.