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Wasserbasierte vs. lösemittelhaltige PU-Beschichtungen
Ein französisches Forschungsteam hat wasserbasierte und lösemittelhaltige Polyurethanbeschichtungen aus identischen kommerziellen Bayhydrol®-Dispersionen systematisch verglichen. Die Studie zeigt deutliche Unterschiede in der Netzwerkintegrität zwischen den beiden Prozessrouten und liefert praxisrelevante Leitlinien für die Optimierung von 1K- und 2K-PU-Formulierungen.
Polyurethanbeschichtungen (PU) zählen zu den etablierten Systemen in der industriellen Beschichtungspraxis. Vor dem Hintergrund verschärfter Umweltvorgaben und der Umstellung auf wasserbasierte Formulierungen stellt sich für Formulierer die Frage, wie sich die Performance wasserbasierter und lösemittelhaltiger Systeme bei identischer Rohstoffbasis unterscheidet. Das Forschungsteam untersuchte diese Fragestellung mit einem systematischen Vergleich: Aus kommerziellen Bayhydrol®-PU-Dispersionen wurden sowohl einkomponentige (1K) als auch zweikomponentige (2K) Formulierungen hergestellt und entweder über wässrige Dispersion oder über eine organische Lösemittelroute verarbeitet.
Zum Einsatz kamen hydroxyfunktionelle Dispersionen auf Polycarbonat- und Polyesterbasis (Bayhydrol® UXP 2750 und UXP 2698), eine flexible anionische Dispersion (Bayhydrol® UH 340/1) sowie ein aliphatischer Polyisocyanat-Härter (Desmodur® N3600). Der Einfluss von NCO/OH-Verhältnis, Filmdicke und Applikationsmethode (Rollen- und Sprühauftrag) auf Vernetzungseffizienz, thermisches Verhalten, mechanische Eigenschaften, Oberflächenenergie und Haftung wurde systematisch bewertet.
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Netzwerkintegrität hängt stark von Prozessroute ab
Die Quellungs- und Extraktionsmessungen offenbarten signifikante Unterschiede in der Netzwerkintegrität zwischen den wässrigen und lösemittelbasierten Routen. Als kritischer Faktor identifizierten die Forschenden den wasserinduzierten Verbrauch von Isocyanatgruppen in 2K-Systemen, der die Vernetzung deutlich beeinflusst. Die thermischen Analysen zeigten Glasübergangstemperaturen zwischen −50 °C und 69 °C sowie eine thermische Stabilität, die mit konventionellen Polyurethanbeschichtungen vergleichbar ist.
Die mechanischen Prüfungen ergaben, dass Steifigkeit und Zähigkeit der Beschichtungen primär durch die Funktionalität und das Molekulargewicht des Harzes bestimmt werden, während Oberflächenenergie und Haftung stark vom Urethangehalt und der Vernetzungsdichte abhängen. Die Studie etabliert damit klare Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für industriell relevante Polyurethanbeschichtungen und liefert praxisrelevante Leitlinien für die Optimierung von wasserbasierten und lösemittelhaltigen PU-Formulierungen – ein wertvoller Beitrag für die Formulierungsarbeit im Kontext der zunehmenden Umstellung auf wasserbasierte Systeme.
Quelle: Boisaubert, P. et al. Waterborne vs solvent-borne 1 K/2 K polyurethane coatings: Network formation and performance of Bayhydrol®-based systems. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110180
