Chemical Stains and Coating Materials

Chemische Beizen (Chemical Stains)

  • Farbtonänderung durch chemische Verbindung der Beize mit Gerbstoffen im Holz.
  • Stärkere Konzentration der Stoffe im dichten Spätholz führt zu stärkerer Reaktion als im weicheren Frühholz.
  • Reaktion findet in tieferen Holzschichten statt.

Beizbilder (Stain Images)

  • Negatives Beizbild: Dunkleres Frühholz.
  • Positives Beizbild: Dunklere Spätholzjahre.

Doppelbeizen (Vor- und Nachbeizen) (Double Staining - Pre- and Post-Staining)

  • Bei Hölzern ohne oder mit wenig Gerbsäure (Nadelhölzer) werden Gerbstoffe durch Vorbeize gleichmäßig auf die Holzfläche aufgetragen.
  • Nachbeize enthält Metallsalze, die mit der Gerbsäure reagieren und zur gewünschten Farbtonveränderung führen, Farbstoffe können beigefügt werden.
Vorbeizen (Pre-Staining):
  • Lösungen gerbsäurehaltiger Mittel.
Nachbeizen (Post-Staining):
  • Meist giftige Schwermetallsalze, die mit Gerbstoffen reagieren.

Räuchern (Fuming)

  • Beizen mit Ammoniakdämpfen.
  • Farbveränderung bei gerbstoffhaltigen Holzarten möglich (vorwiegend Eichenholz).
  • Ammoniakdämpfe reagieren mit den Gerbstoffen im Holz und bilden Farbtöne zwischen Naturbraun und Schwarzbraun.

Räucherbeizen (Fuming Stains):

  • Erzeugen ähnliche Beizeffekte wie beim Räuchern bei gerbstoffhaltigen Laubhölzern (z.B. Eiche).

Kombinationsbeizen (Combination Stains):

  • Häufig auf die Eigenschaften der Hölzer abgestimmt, wobei der Anteil der farbbildenden Chemikalien die Holzstruktur hervorhebt.

Farbtongebung mit natürlichen Farbmitteln (Coloring with Natural Dyes):

  • Meist wenig lichtbeständig und für geringe Ansprüche geeignet.

Patinieren und eingefärbt lackieren (Patination and Colored Lacquering):

  • Imitiert den natürlichen Alterungs- und Abnutzungsprozess eines alten Möbels.
  • Vertiefungen erscheinen dunkler, während stark beanspruchte Stellen hell erscheinen.

Beizen und Färben (Staining and Dyeing)

  • Vorbereitung der Fläche: Holzflächen schleifen, wässern und nachschleifen.
  • Harzhaltige Holzoberflächen entharzen.
  • Staub aus Poren entfernen.

Auftragen der Beizlösung (Applying the Stain Solution):

  • Handauftragsverfahren, Spritz- oder Tauch- und Walzverfahren.
  • Probebeizung: Genauso lange einwirken lassen wie beim Werkstück.
Handauftragsverfahren (Manual Application):
  • Beizen werden auf gereinigte Oberflächen aufgetragen.
  • Wärmere Beizen ergeben einen dunkleren Farbton als kalte.
  • Beschlagsteile aus Metall dürfen mit der Beize nicht in Berührung kommen.
  • Senkrecht stehende Flächen werden von unten nach oben gebeizt.
  • Arbeitsablauf:
    • Zu beizende Fläche vorbereiten.
    • Beizlösung bereitstellen.
    • Beizlösung umrühren.
    • Beize gleichmäßig und satt parallel zur Faser auftragen.
    • Beize senkrecht zur Holzfaser verteilen.
    • Beize kurz einziehen lassen.
    • Probebeizung durchführen.
    • Beize erst senkrecht, dann parallel zur Faser verteilen, dabei ggf. Überschuss entfernen.
    • Beize parallel zur Faser fein abziehen.
    • Gebeizte Fläche trocknen (bei Raumklima oder im Trockenkanal).
    • Gebeizte Fläche grundieren (gebeizte Flächen werden in der Regel vor dem Grundieren nicht geschliffen).
    • Bild 1: Arbeitsablauf beim Beizen mit dem Handauftragsverfahren
Vor- und Nachbeizen (Chemische Beizen) (Pre- and Post-Staining - Chemical Stains):
  • Vorbeizen mit Pinsel oder Schwamm auftragen für gleichmäßiges vollsaugen des Holzes.
  • Auftrag erfolgt in Faserrichtung, sodass beim Nachbeizen keine Querstreifen sichtbar werden.
  • Nachbeizen nach dem vollständigen Trocknen der Vorbeize auftragen.
Pinsel (Brush):
  • Für chemische Beizen, Auftrag in Faserrichtung, nach kurzem Anziehen vertreiben.
Spritzverfahren (Spraying):
  • Handspritzverfahren, automatischen Spritzverfahren.
  • Automatischen Spritzverfahren: Überlagerung der Spritzbahnen, sodass keine Streifen entstehen.
Walzen (Rolling):
  • Oberfläche entstauben.
  • Drückt die Beize in die Poren und nimmt gleichzeitig die überschüssige Beize von der Oberfläche.
Tauchen (Dipping):
  • Geeignet für Massenartikel, die in kalte Beizlösungen getaucht werden. Überschüssige Beize abtropfen lassen.

Trocknen der gebeizten Fläche (Drying the Stained Surface):

  • Raumklima oder im Trockenkanal trocknen.
  • Physikalische Trocknung: 1 bis 10 Stunden bei Raumklima.
  • Chemische Beize: Am folgenden Tag weiterbearbeiten bei Raumklima.

Beschichtungsstoffe (Coating Materials)

Zusammensetzung (Composition):

  • Lösungsmittel (Solvents): Organische Lösemittel, Wasser oder Mischungen aus beidem. Sie verdampfen während des Trocknens und beeinflussen die Viskosität.
  • Bindemittel (Filmbildner) (Binders - Film Formers): Hauptbestandteil, der nach dem Trocknen den festen Lackfilm bildet.
  • Additive (Additives): Zusätze, die die Verarbeitung und Eigenschaften des Lacks verbessern (z.B. Härter, UV-Stabilisatoren).
  • Pigmente und Füllstoffe (Pigments and Fillers): Farbgebende und füllende Stoffe für Deckkraft und optische Effekte.

Technische Eigenschaften (Technical Properties):

  • Viskosität (Viscosity): Misst, wie zähflüssig ein Beschichtungsstoff ist und beeinflusst seine Verarbeitbarkeit und den Verlauf auf Oberflächen.
  • Dichte (Density): Gibt an, wie viel Masse ein Beschichtungsstoff pro Volumeneinheit hat, üblicherweise etwa 1gcm31 \frac{g}{cm^{3}} für Holzlacke.
  • Festkörpergehalt (Solid Content): Der Anteil an festen Bestandteilen im Lack, die nach der Trocknung den endgültigen Film bilden und die Schichtdicke bestimmen.

Lacksysteme (Lacquer Systems)

  • Vielfalt: Lacksysteme variieren je nach Einsatzbereich (z.B. Möbellack, Bootslack), Auftragungsmethode (z.B. Spritzlack), Trocknungsart (physikalisch, chemisch) und Oberflächenfinish (Hochglanz, Matt).
  • Kategorien: Hauptsächlich klassifiziert nach Bindemittelgruppen oder Lösungsmitteln.

CN-Lacke (Cellulosenitrat) (CN Lacquers - Cellulose Nitrate):

  • Aufbau (Composition): Hauptkomponente ist Cellulosenitrat als Bindemittel und zusätzliche Komponenten wie Weichmacher.
  • Verarbeitung (Processing): Spritzen bei Temperaturen über 15°C, schnelles Trocknen.
  • Eigenschaften (Properties): Gute Verträglichkeit, trocknet schnell, hohe Härte, große Feuergefährlichkeit, neigt zur Vergilbung, wenig beständig -> häufig für Restaurierungen verwendet.

PUR-Lacke (Polyurethan) (PUR Lacquers - Polyurethane):

  • Aufbau (Composition): Ein sehr variationsfähiger Lack. Der Stammlack besteht aus einem Polyesterharz. Der Zusatzlack/Härter aus einem Di-Isolcyanat. Der Lack ist von hart bis elastisch einstellbar, er kann physikalisch oder chemisch trocknend sein und Farbmittel können beigemischt werden.
  • Verarbeitung (Processing): Vielseitige Auftragungsmethoden, schnelle Härtezeiten. Die Verarbeitung erfordert eine kurze Verarbeitungszeit (von Minuten bis zu 8 Tagen), eine Schichtdicke von 80-400gm2\frac{g}{m^{2}}(max. 120gm2\frac{g}{m^{2}} auf einmal), die Raumtemperatur darf 20°C nicht überschreiten, sie trocknet innerhalb von 1-6 Stunden, ist nach 2 Stunden schleifbar und nach 2-3 Tagen vollständig belastbar; nicht geeignet für ölige Hölzer oder geölte Flächen und kann bei wasserstoffperoxidgebleichten Flächen vergilben.
  • Eigenschaften (Properties): Hohe mechanische und chemische Beständigkeit, lebensmittelecht, haftet auch auf schwierigen Gründen -> Boden, Treppen, Sitz-, Schul-, Labor-, Küchen- und Badmöbel.

SH-Lacke (Säurehärtend) (SH Lacquers - Acid-Curing):

  • Aufbau (Composition): Enthalten Harnstoff-, Melamin- oder Phenolharze.
  • Verarbeitung (Processing): Zweikomponenten-Lack, sorgfältige Härterzugabe erforderlich.
  • Eigenschaften (Properties): Hohe Härte und Abriebfestigkeit, begrenzte Beständigkeit gegen Wasser und Chemikalien.

UP-Lacke (Polyester) (UP Lacquers - Polyester):

  • Aufbau (Composition): Enthalten Polyesterharze, Härter und Beschleuniger.
  • Verarbeitung (Processing): Dickschichtauftrag möglich, häufig bei Hochglanzoberflächen.
  • Eigenschaften (Properties): Extrem kratzfest und beständig gegen Lösungsmittel, aber schwer zu verarbeiten.

UV-härtende Lacke (UV-Curing Lacquers):

  • Aufbau (Composition): Härten durch UV-Bestrahlung.
  • Verarbeitung (Processing): Schnell härtend, hoher Festkörpergehalt.
  • Eigenschaften (Properties): Hohe chemische und mechanische Beständigkeit, erfordern UV-Lampen.

Wasserlacke (Water Lacquers):

  • Aufbau (Composition): Verwenden Wasser als Hauptlösemittel, enthalten modifizierte Kunstharze. Der Lack besteht überwiegend aus Wasser, enthält nur 3-10% organische Lösungsmittel, ist schadstoffarm, nutzt wasserfreundliche Kunstharze wie Polyurethan oder Acrylate, die als Dispersion verarbeitet werden, und hat einen Festkörperanteil von 30-35%.
  • Verarbeitung (Processing): Der Lack wird aufgespritzt, gestrichen oder gewalzt, trocknet schnell bei richtiger Luftfeuchte und Temperatur, führt beim Grundieren zu einer leicht rauen Oberfläche und bildet einen klaren Film, wobei dunkle Oberflächen ohne Sperrschicht eintrüben können; der Untergrund muss angeschliffen und staubfrei sein, Geräte müssen korrosionsbeständig und sauber sein, und alle Bedingungen wie Temperatur und Luftfeuchte müssen auf das Material abgestimmt sein.
  • Eigenschaften (Properties): Umweltfreundlich, reduzierte Sicherheitsanforderungen, Sehr hohe mechanische und chemische Beständigkeit.

Öle und Wachse (Oils and Waxes)

  • Natürliche Optik, angenehme Haptik, einfache Verarbeitung, aber begrenzter Schutz.
  • Überwiegend aus natürlichen Rohstoffen.
  • Hauptsächlich Öl- und Wachsgemische verwendet.
  • Aushärtung durch oxidative Trocknung.
  • Angenehme Haptik, feuert Holz an.
  • Einfache Reparierbarkeit.
  • Öle können auch pigmentiert werden.
  • Um Vergilbungen zu verhindern, helle Hölzer mit weiß pigmentierten Ölen behandeln.
  • Auftrag durch Rollen, Pinsel, Spritz- und Walzanlagen.

Behandlung (Treatment):

  • Feinschliff mit Körnung 180-240.
  • Nach 45 min überschüssiges Öl einschleifen, anschließend auspolieren.
  • Trocknen 6–12 Std.

Lasuren (Glazes)

  • Schutz vor UV-Strahlung und Vergrauung, wasserabweisend, offenporig, aber weniger natürliche Optik.

Aufbau (Composition):

  • Transparente, durchscheinende oder pigmentierte Anstrichstoffe.
  • Lasuren mit Holzschutzmitteln nur im Außenbereich.
  • Wachslasuren sind wasserabweisend und elastisch, Überlackieren jedoch nicht möglich.
  • Meist nur ein dünner Anstrichfilm, der im Außenbereich Wasser abweist, aber Wasserdampf durchlässt.
  • Anstriche werden als offenporig, atmungsaktiv und ventilierend bezeichnet.
  • Es wird zwischen Imprägnier- und Lacklasuren unterschieden.
Imprägnierlasur (Impregnating Stain):
  • Oberfläche ist zwar wasserabweisend, aber nicht maßhaltig.
  • Dünnschicht- und Holzschutzlasur.
  • Filmschicht ist nicht geschlossen.
Lacklasur (Lacquer Stain):
  • Dickschichtlasur.
  • Höherer Festkörperanteil.
  • Anstrichfilm wird durch Witterung eher langsam abgebaut.

Verarbeitung (Processing):

  • Häufig mit Pinsel.
  • Spritz- und Tauchverfahren bei Grundierungen.
  • Mehrere Schichten werden aufgetragen.

Eigenschaften (Properties):

  • Anstrichschicht je nach dicke mehr oder weniger dampfdurchlässig.
  • Keine oder minimale Eigenspannung bei Imprägnierlasuren (keine Blasen, kein Reißen und Platzen).
  • Oberfläche matt bis seidenmatt.
  • Innen- und Außenbereich, hauptsächlich aber außen.
  • Lasierte Oberflächen entsprechen meist nicht den ästhetischen Ansprüchen.

Spritzverfahren (Spraying Methods)

  • Universellstes Verfahren mit bester Oberflächenqualität mit schlechtem Auftragwirkungsgrad (Verhältnis zwischen Lack auf Werkstück und verbrauchtem Lack) durch vorbeifliegende Lacktröpfchen (Overspray).

Arbeitsregeln (Working Rules):

  • Werkstück möglichst horizontal.
  • Richtige Einstellung der Viskosität des Lacks.
  • Richtige Einstellung der Materialflussmenge.
  • Spritzbahnen sollen sich etwas überlappen.
  • Bei größeren Auftragsmengen wird im Kreuzgang gespritzt.
  • Spritzkegel immer leicht über der zu spritzenden Fläche.
  • Stehende Flächen von unten nach oben spritzen.
  • Spritzpistole und Materialbecher nach Spritzen sofort reinigen.

Pneumatische Zerstäubung (Pneumatic Atomization):

  • Zerstäuberluft wird mit hoher Geschwindigkeit durch die Luftdüse geblasen → Unterdruck → derUnterdruck reißt Lack aus der Lackdüse → hohe Differenzgeschwindigkeit zwischen nachfließendem Lack und Luft → Lack wird in feine Tröpfchen zerteilt.

Hydraulische Zerstäubung (Hydraulic Atomization):

  • Lack wird mit hohem Druck durch eine feine Düse gedrückt.

Elektrostatisch unterstützte Zerstäubung (Electrostatically Supported Atomization):

  • Lack wird zusätzlich mit Hochspannung aufgeladen, dadurch wird Auftragswirkungsgrad erhöht.

Airless-Spritzen (Airless Spraying):

  • Lack wird ohne Druckluft mit hohem Druck durch die Düse gepresst und hydraulisch zerstäubt.
  • Hoher Materialdurchsatz und Arbeitsgeschwindigkeit.
  • Gut für große Flächen, weniger Spritznebel.
  • Spritzstrahlqualität ist scharf abgegrenzt.
  • Oberfläche etwas schlechter als bei pneumatischer Zerstäubung.

Airmix-, Aircombi- oder Aircoat-Spritzen (Airmix, Aircombi, or Aircoat Spraying):

  • Lack wird hydraulisch zerstäubt.
  • Spritzstrahl wird mit Luft an den Rändern verwirbelt = homogener Spritzstrahl.
  • Am häufigsten angewendet.
  • Vereinigt Vorteile der Airless-Spritztechnik und der pneumatischen Zerstäubung.
  • Oberflächenqualität sehr gut, aber Arbeitsgeschwindigkeit etwas vermindert.

Gießen (Casting)

  • Für flächige Werkstücke. Gießkopf mit verstellbarem Spalt über ganze Maschinenbreite.
  • Gießlack tritt aus Gießkopf aus und wird durch den Spalt zu einem Vorhang, der auf die Werkstücke läuft.
  • Werkstück läuft über ein Transportband unter dem Gießkopf.
  • Über eine Auffangrinne läuft überflüssiger Lack zum Vorratsgefäß zurück.
  • Eine stufenlose regelbare Förderpumpe pumpt Lack in den Gießkopf zurück.

Walzen (Rolling)

  • Beizen, Laugen, Öle und Wachse können auf flächige Teile aufgetragen werden.
  • Häufig für Grundierungen, bei Parkett und Türen auch mit Deckqualität.
  • Zwischen Auftragswalze und Dosierwalze befindet sich der Lack.
  • Ablaufender Lack wird aufgefangen und zurück gepumpt.
  • Dosierwalze kann im Gleichlauf und Reverslauf (Gegenlauf) zur Auftragswalze drehen, Gegenlauf = ruhigeres Oberflächenbild.
  • Kanten in separatem Arbeitsgang.
  • Hoher Auftragswirkungsgrad.

Fluten (Flooding)

  • Hauptsächlich für Imprägnierung und Grundierung von Fenstern.
  • Werkstücke werden hängend an Düsenstöcken vorbeigeführt.
  • Überschüssiges Material wird aufgefangen, gefiltert und zurückbefördert.
  • Hoher Auftragswirkungsgrad.

Tauchen (Dipping)

  • Hauptsächlich für Imprägnierung und Grundierung von Fenstern und Kleinteilen.
  • Oberfläche von mittlerer Qualität.
  • Teile sollten keine Taschen oder Vertiefungen haben.

Trocknungs- und Härteverfahren (Drying and Curing Methods)

  • Überzugsmaterial muss schnell, staubfrei, umweltschonend und energiesparend fest werden.
  • Trocknen ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Löse- und Verdünnungsmittel die Bindemittelteilchen zum Lackfilm zusammenlagern.
  • Härten ist ein Prozess, bei dem Molekülvergrößerungen durch chemischen Vorgang oder Sauerstoffaufnahme stattfindet.
  • Härten kann durch Strahlung und Wärme beschleunigt werden.
  • Meist auf Trockenwagen, Trockenanlagen für schnellere Trocken- und Härtezeiten.
  • Trockenanlage besteht aus drei Zonen: Abdunst-, Trocken- und Kühlzone.

Konvektions-Trocknungsverfahren (Convection Drying):

  • Breites Anwendungsverfahren: Bei Konvektions- oder Umlufttrocknung wird Warmluftstrom zum Werkstück geleitet.
  • Warme Luft kühlt ab und überträgt Wärmeenergie an das Werkstück.
  • Lackfilm erwärmt sich und setzt Lösemittel und Wasser frei.
  • Luft nimmt Wasser/Lösemittel auf und wird abtransportiert.
  • Es gibt das Frischluft-Abluftprinzip und das Umluftprinzip.
  • Abdunst- und Kühlzone meist viel Frischluft, Trockenzone viel mit Umluft.
  • Luftgeschwindigkeit in Trockenzone bei speziellen Düsentrocknern bis zu 25 m/s.
  • Trockenzeit kann auf wenige min verkürzt werden.
Aufgaben der erwärmten Luft (Tasks of Heated Air):
  • Wärme für Lösemittel- und Wasserverdunstung zuführen.
  • Bei Reaktionslacken Wärme für Beschleunigung der Härtung.
  • Verdunstete Lösemittel/Wasser abführen.
Bauformen von Konvektionstrocknern (Designs of Convection Dryers):
  • Flachtrockner, Trockenanlagen mit großem Querschnitt für Hordenwagen, Etagentrockner für Trockenzeiten bis zu 2 Std.
  • Nachteile: Großer Platzbedarf & Hoher Energieverbrauch.

Strahlungs-Härtungsverfahren (Radiation Curing):

  • Infrarot-Trocknung (IR-Trocknung) und Ultraviolettstrahlen-Härtung (UV-Härtung).
  • Vor allem für lösemittelarme/-freie Lacke.
IR-Strahlung (IR Radiation):**
  • Bei Wasserlacken werden mittelwellige IR-Strahler verwendet, aber auch kurzwellige -> IR-Strahlen werden von Werkstück teils absorbiert und reflektiert -> Meist in Verbindung mit Konvektionstrocknung.
UV-Strahlen (UV Rays):
  • Gebündelte UV-Strahlen aus Quecksilber- oder Gallium-dotierten Hochdruckstrahlern.
  • Konventionelle UV-Strahler erzeugen auch IR-Strahlen, um das zu verhindern, kann man sie durch spezielle Spiegel trennen.
  • Durch UV-Licht bilden sich Radikale durch die Photoinitiatoren von UV-Lacken.
  • Bei UV-Wasserlacken muss zuerst physikalisch getrocknet werden.
  • 100%-UV-Lacke müssen überall gleich bestrahlt werden und härten in Sek. aus.