Prüfverfahren für Beschichtungen: Leistung optimieren, Vorschriften einhalten

Beschichtungen werden auf Werkstoffe aufgebracht, um Eigenschaften wie Haltbarkeit und Erscheinungsbild zu verbessern oder sie vor Korrosion, Feuer, Wasser und Fett zu schützen. Damit diese Eigenschaften das gegenüber Kunden zugesicherte Leistungsniveau erreichen und die Rezeptur die Grenzwerte für beschränkte Stoffe einhält, sind Laborprüfungen während der gesamten Entwicklung und Produktion erforderlich.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über gängige genormte Prüfverfahren zur Bewertung der technischen Leistungsfähigkeit, der physikalischen, mechanischen und optischen Eigenschaften sowie der chemischen Zusammensetzung von Beschichtungen. Ergänzend werden typische Prüfprojekte vorgestellt, die auf den Erfahrungen von Measurlabs mit Beschichtungsherstellern aus verschiedenen Branchen beruhen – vom Bauwesen bis zu Lebensmittelkontaktmaterialien.

Prüfung von Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit

Besonders wichtig ist die Optimierung von Dauerhaftigkeit und Leistungsfähigkeit unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen und über lange Zeiträume bei Hochleistungsbeschichtungen wie Korrosionsschutzbeschichtungen und Schutzbeschichtungen für Baustoffe. Aber auch dekorative Farben und Lacke müssen den Beanspruchungen ihres Einsatzbereichs standhalten – etwa der Bewitterung bei Außenanstrichen oder verschütteten Flüssigkeiten bei Beschichtungen von Küchenoberflächen. Tabelle 1 gibt einen Überblick über ausgewählte genormte Beständigkeitsprüfungen.

Die Ergebnisse der in Tabelle 1 aufgeführten Prüfungen werden in erster Linie nach der Normenreihe ISO 4628 beurteilt. Sie legt ein Bewertungssystem für Beschichtungsschäden fest, darunter Blasenbildung, Rost, Risse, Abblättern, Kreidung, Enthaftung und Korrosion. Wo sinnvoll, wird zusätzlich die Haftfestigkeit bestimmt, etwa im Abreißversuch nach ISO 4624 oder mit der Gitterschnittprüfung nach ISO 2409.

Praxisbeispiel: Nachweis der Eignung eines Beschichtungssystems für C5-VH nach ISO 12944-6

Ein typisches Projekt zur Prüfung der Dauerhaftigkeit besteht darin, nachzuweisen, dass ein Beschichtungssystem die Anforderungen einer bestimmten Korrosivitätskategorie nach ISO 12944 erfüllt. Für den Nachweis einer sehr hohen Schutzdauer unter sehr stark korrosiven Bedingungen (C5-VH) umfasst das Prüfprogramm beispielsweise folgende Schritte:

• Auf drei beschichtete Metallplatten (15 × 10 cm, Dicke mind. 4 mm) wird gemäß Anhang A der ISO 12944-6 ein Ritz aufgebracht.

• Die Platten werden 16 Wochen lang (insgesamt 2688 Stunden) einer zyklischen Alterung unterzogen. Jede Woche umfasst:

  • 72 h abwechselnde Beanspruchung durch UV-Strahlung und Kondensation in 4-Stunden-Intervallen

  • 72 h neutralen Salzsprühnebel (ISO 9227)

  • 24 h Tieftemperaturbeanspruchung (−20 ± 2 °C)

• Nach der Beanspruchung wird der Zustand der gealterten Platten mit dem Abreißversuch nach ISO 4624, der Gitterschnittprüfung nach ISO 2409 und mehreren Bewertungen nach ISO 4628 (Blasenbildung, Rissbildung, Rost, Abblättern) beurteilt. Zum Vergleich wird zusätzlich eine ungealterte Platte geprüft.

• Die Ergebnisse werden als Haftfestigkeit in MPa sowie als Bewertung jeder Schadensart nach der Alterung angegeben. Fotodokumentation und eine abschließende Bewertung, ob die Kriterien für C5-VH erfüllt sind, gehören ebenfalls zum Bericht.

Gemäß ISO 12944-6 ist ein Beschichtungssystem, das die Kriterien für C5-VH erfüllt, auch für weniger korrosive Umgebungen (C1 bis C4) geeignet.

Bestimmung physikalischer, mechanischer und optischer Eigenschaften

Physikalische und mechanische Eigenschaften wie Schichtdicke, Haftfestigkeit und Abriebbeständigkeit bestimmen das Gebrauchsverhalten von Beschichtungen, optische Eigenschaften wie Glanz und Deckvermögen ihr Erscheinungsbild. Tabelle 2 enthält Beispiele für Prüfverfahren zur Bestimmung dieser Eigenschaften, überwiegend auf Grundlage von ISO-, EN- und ASTM-Normen. Daneben stehen hauseigene Verfahren zur Verfügung, die sich bei der Entwicklung neuartiger Beschichtungssysteme anbieten, wenn etablierte Verfahren nicht unmittelbar anwendbar sind.

Praxisbeispiel: Vergleich alternativer Farbrezepturen

In der Produktentwicklung werden verschiedene Farbrezepturen in der Regel eingehend miteinander verglichen, um die leistungsfähigsten Kandidaten zu ermitteln. Beim Vergleich heller Innenwandfarben sind vor allem die folgenden beiden Eigenschaften relevant, die beide in die Klassifizierung nach EN 13300 eingehen:

• Deckvermögen nach ISO 6504-3 oder gleichwertigen Verfahren. Ermittelt wird das Kontrastverhältnis bei der vom Hersteller angegebenen Ergiebigkeit; Klasse 2 oder besser (mindestens 98 %) steht in der Regel für ein gutes Deckvermögen.

• Nassabriebbeständigkeit nach ISO 11998. Die Nassabriebklassen 1 und 2, also ein Schichtdickenabtrag von weniger als 20 µm nach 200 Scheuerzyklen, stehen in der Regel für eine gute Beständigkeit.

Für jede der beiden Prüfungen wird in der Regel ein Liter je Farbe benötigt. Die Bearbeitungszeit beträgt etwa 7 Wochen, einschließlich der in ISO 11998 vorgeschriebenen Trocknungszeit von 28 Tagen.

Chemische Prüfung von Beschichtungen

Gefährliche Stoffe sind in Beschichtungen aus technischen Gründen oft unverzichtbar. Ihre Konzentrationen dürfen jedoch weder die gesetzlichen Grenzwerte noch die häufig noch strengeren Vorgaben von Kunden oder Umweltzeichen überschreiten. Tabelle 3 enthält Beispiele für chemische Analysen, mit denen üblicherweise die Einhaltung des EU-Rechts und die Eignung für Umweltzeichen nachgewiesen wird.¹

Neben diesen und weiteren Analysen für regulatorische Zwecke bietet Measurlabs die chemische Charakterisierung von Beschichtungen für Produktentwicklung und Qualitätssicherung an. Zur Verfügung stehen spektroskopische, chromatographische, thermische und elementanalytische Verfahren wie FTIR, GC-MS, LC-MS, TGA und RFA.

Praxisbeispiel: Nachweis der lebensmittelrechtlichen Konformität beschichteter Pappbecher

Measurlabs verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Unterstützung von Herstellern faserbasierter Lebensmittelkontaktmaterialien beim Nachweis, dass ihre Beschichtungsrezepturen dem EU-Recht und den geltenden nationalen Vorschriften entsprechen. Welche Analysen im Einzelnen erforderlich sind, hängt von der Zusammensetzung des Produkts ab. Für polymerbeschichtete und bedruckte Pappbecher werden typischerweise unter anderem folgende Prüfungen durchgeführt:

• Spezifische Migration primärer aromatischer Amine und der in Anhang II der Verordnung (EU) Nr. 10/2011 aufgeführten Metalle aus der Kunststoffbeschichtung

• Prüfungen nach der BfR-Empfehlung XXXVI, etwa auf Formaldehyd, Glyoxal und Isothiazolinone

• Druckfarbenabklatsch mittels GC-MS, bewertet nach der Rahmenverordnung (EG) Nr. 1935/2004 und der Druckfarbenverordnung (Anlage 14 der Bedarfsgegenständeverordnung)

• PPWR-Prüfpaket mit Schwermetallen und Gesamtfluor, bei Bedarf ergänzt durch die Bestimmung des gesamten organischen Fluors (TOF) oder einzelner PFAS

• Migration von Mineralölkohlenwasserstoffen (MOSH und MOAH), bewertet nach den aktuellen

  EU-Empfehlungen zu MOSH und MOAH

• NIAS-Screening mittels GC-MS zur Bestimmung der Migration nicht absichtlich zugesetzter Stoffe

• Weitere spezifische Migrationsprüfungen für relevante Bestandteile und mögliche Verunreinigungen, etwa Epoxidderivate, Bisphenole und Phthalate

Darüber hinaus unterstützen wir bei der Erstellung der erforderlichen Konformitätsdokumentation, einschließlich der Konformitätserklärung.

Beschichtungsprüfung aus einer Hand

Measurlabs bietet Beschichtungsherstellern ein umfassendes Prüfspektrum – von der Leistungs- und Beständigkeitsprüfung industrieller Beschichtungen bis zur chemischen Konformitätsbewertung von Beschichtungen für Lebensmittelkontaktmaterialien und Medizinprodukte. Ergänzend zu den in den vorherigen Abschnitten beschriebenen Prüfungen stehen unter anderem folgende Leistungen zur Verfügung:

• Barriereprüfungen, etwa der Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit (OTR, WVTR), zur Bewertung des Einflusses von Beschichtungen auf die Barriereeigenschaften von Polymerfolien, Textilien, Verpackungen und Baustoffen

• Prüfung und Klassifizierung des Brandverhaltens beschichteter Bauprodukte nach EN 13501-1 und EN 13501-5

• Ein breites Spektrum an Prüfverfahren der Halbleiteranalytik zur Untersuchung physikalischer und chemischer Eigenschaften funktionaler Beschichtungen im Nanometerbereich

Für weitere Informationen oder ein Angebot nutzen Sie das untenstehende Kontaktformular.