Wie kommt der Lack auf das Werkstück? Unter welchen Bedingungen erhalten wir die gewünschten optischen und technologischen Eigenschaften der Lackschicht? Wie können wir unsere Verfahren und Prozesse so gestalten, dass wir die negativen Auswirkungen auf die Umwelt minimieren und gleichzeitig die Betriebskosten senken?
Das sind Fragen, die im Rahmen des Labors Applikationstechnik durch die praktische Anwendung verschiedener Applikationsverfahren beantwortet werden. Wir lernen die wichtigsten Methoden des Lackauftrags kennen und bekommen einen ersten Eindruck davon, wie wir durch Optimierung der Applikationsparameter die Lackschichtqualität entscheidend verbessern können.
Ein wichtiger Aspekt ist dabei der praxisgerechte Umgang mit den verschiedenen Messverfahren für die Bewertung der optischen und technologischen Eigenschaften der Lackschicht. Dazu gehören Farbton, Glanz und Rauigkeit ebenso wie Härte, Kratzfestigkeit oder Elastizität.
Betrachtet werden Applikationstechniken wie das Tauch- und Spritzlackieren oder das elektrostatische Pulversprühen. Dabei kommen sowohl manuelle Systeme als auch automatisierte Anlagen mit Roboterunterstützung zum Einsatz. Bestandteil des Labors sind aber auch Untersuchungen zum Trocknungsprozess.
Wie kann in der Praxis die Korrosionsbeständigkeit von Metallen bzw. die Wirksamkeit von Korrosionsschutz-Maßnahmen beurteilt werden? Wie wählt man effektive Korrosionsschutz-Maßnahmen aus? Im Praktikum „Korrosionsschutz“ lernen die Teilnehmer die wichtigsten experimentellen Methoden und Auswerteverfahren zur Beantwortung solcher Fragen kennen,z.B:
Beschleunigte Bewitterungstests wie Salzsprüh-, Kondenswassertest und zyklische Testverfahren
Galvanostatische/potentiostatische Messung von Strom-Spannungs-Kurven
Impedanzspektroskopie
Rasterkelvinsonde
Metallographie
Elektronenmikroskopie
und wenden Sie z.B. zur Beurteilung folgender Fragestellungen an:
Messung von Korrosionspotential und Korrosionsgeschwindigkeit
Beurteilung der Passivität von Metallen
Lochfraßkorrosionsbeständigkeit
Effektivität und Mechanismus von Korrosionsschutz-Inhibitoren
Untersuchung der Struktur und Wirksamkeit von Konversionsschichten
Untersuchung der Korrosionsschutz-Wirkung von Beschichtungen
Untersuchung des Versagens von Korrosionsschutz-Beschichtungen durch Blasenbildung, kathodische Delamination und Filiform-Korrosion
Vergleichende Beurteilung von Korrosionsschutz- Beschichtungen
Aufklärung von Schadensfällen
Im Praktikum „Bautenschutz“ führen die Teilnehmer einerseits Modell-Versuche zum Verständnis der Baustoff-Degradation durch, z.B.
Morphologie und chemische Zusammensetzung von Baustoffen
Wassertransport in Baustoffen
Wasserdampfdiffusion
Sorptionsisothermen
Salzgehalt und Einfluss hygroskopischer Verunreinigungen auf den Wasserhaushalt
Festigkeitsprofil und Feuchteverteilung
andererseits Untersuchung zur Beurteilung von Bautenschutz-Maßnahmen wie
Einfluss von Beschichtungen, Hydrophobierungen und anderen Oberflächenbehandlungen auf die Wasser- und Wasserdampf-Durchlässigkeit
Zerstörende und zerstörungsfreie Messung des Wassergehaltes von Baustoffen
Beurteilung des Salzgehaltes von Baustoffen
Stahlbeton: Beurteilung der Karbonatisierungstiefe, Bewehrungsstahl-Korrosion (auch zerstörungsfrei) und Oberflächenhärte
Zerstörungsarme Aufnahme von Festigkeitsprofilen und Beurteilung von Steinverfestigungs-Maßnahmen
Beurteilung und Auswahl von Beschichtungen im Stahlbau
Beurteilung und Auswahl von Beschichtungen im Bautenschutz
Farbe ist ein interdisziplinäres Thema „par exellence“. Neben den Verknüpfungen zur Philosophie, Physik, Chemie, Physiologie, Psychologie und Soziologie besteht eine Urbeziehung der Menschen zur Farbe als Gestaltungs- und Ausdrucksmittel.
Beschichtungen übernehmen die Funktionen von Schutz und Schmuck. Das Labor Gestaltung leistet den Brückenschlag zwischen dem Gebrauchswert von Farben und Lacken und deren Gestalt- und Gefühlswerten.
Vorlesung und Studienarbeit Form- und Farbtheorie (4 + 2 Credits):
Im Grundstudium vermittelt die Pflichtvorlesung Form- und Farbtheorie - mit interdisziplinärem Blick – Antworten auf die Frage: Was ist Farbe?
Im Kontext des historischen Erkenntnisprozesses wird Farbe Verbindung gebracht zur Form, zum Material und zum Licht. Anhand einer Projektarbeit werden die theoretischen Erkenntnisse als Gestaltungsentwurf in die Praxis umgesetzt und dabei auch Bezug genommen zu den handwerklichen Aspekten der Arbeit mit Farben und Lacken. Die Vorlesungsreihe wird ergänzt durch eine Hausarbeit, bei der die Studierenden anhand selbst gewählter Themenstellungen mittels Referaten exemplarisch die Mannigfaltigkeit der Farbenwelt und der darin vorkommenden Bezüge zur Chemie erfahren und dadurch einen Einblick in die Vielfalt des zukünftigen Berufsfeldes Chemieingenieurwesen Farbe/Lacke erfahren.
Bei Interesse kann der ästhetische Aspekt der Farben im Hauptstudium vertieft werden. Mehrere Wahlpflichtveranstaltungen stehen zur Auswahl:
Vorlesung Farbdesign (2 Credits):
Aufbauend auf der Vorlesung Form- und Farbtheorie werden die drei großen Produktionsbereiche Bereiche Bautenfarben, Industrielacke und Druckfarben beleuchtet. Neben der Analyse aktueller Farbordnungssysteme als Kommunikationsmitteln zwischen Herstellern und Planern/Anwendern werden Grundprinzipien der Farbigkeit vermittelt und einerseits Traditionen der Farbgestaltung sichtbar sowie andererseits die Veränderungen durch die Ästhetik der Moderne bewusst gemacht.
Seminar Kreative Werktechnik (4 Credits)
Farbe ist Material und setzt sich aus Bindemittel, Pigmenten, Lösemittel und Zusatzstoffen zusammen. Das Seminar ermöglich die praktische Arbeit mit unterschiedlichsten Materialien, Werkzeugen und Applikationstechniken einen Einblick in die Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten mit Farben und Lacken. Die Studierenden erhalten die Möglichkeit, handwerkliches Arbeiten kennenzulernen. Neben traditionellen Techniken steht das experimentelle Arbeiten. Ziel ist es, ohne handwerkliche Vorbildung durch eine Vielzahl praktischer Übungen einen Einblick in die Faszination kreativer Werktechniken zu erhalten und zu verstehen, dass Oberflächen mittels Roh- und Halbfertigprodukte durch Kreativität und handwerkliches Können eine Veredelung erfahren. Workshops mit Maler- und Lackiermeistern und Exkursionen zu Gestaltungsateliers der Farbenindustrie vermitteln tagesaktuelle Einblicke in die Welt der Oberflächengestaltung und ergänzen mit weiterer Expertise das Programm im Labor Gestaltung. Das Seminar ist damit auch eine Erkundung des Absatzmarktes von der anderen Seite, der Endanwendung her. Im Sinne der Bauhauslehre ist das Seminar ein Ort zum Üben und Experimentieren mit „Farbe als einem kreativen Ausdrucksmittel“: Nach Walter Gropius ist Kunst nicht lehr- oder lernbar, wohl aber ein gutes Handwerk.
Seminar Farbpsychologie (4 Credits)
Farbe ist Emotion und hat einen großen Einfluss auf unsere Wahrnehmung und auf unser Verhalten.
So hängen Kaufentscheidungen zu einem großen Teil von der äußeren Erscheinung von Objekten ab.
Um diese Zusammenhänge zu verstehen, sind zwei Blickrichtungen wichtig. Da ist zum einen der Mensch als Individuum und Farbträger. Wir bringen durch unseren Körper als erste Schicht Farbigkeit mit und ergänzen diese durch eine zweite Ebene, die Kleidung. Beides sind Farbwirkungen nach außen und es gilt zu verstehen, wie wir farblich wirken und welches unsere subjektiven Farbpräferenzen sind. Umgekehrt geschieht der größte Teil unserer Sinneswahrnehmung visuell und Farbsignale dringen permanent von außen auf uns ein. Bedeutung und Wirkung der Farben spielen hierbei eine große Bedeutung
Das Seminar Farbpsychologie begibt sich anhand vieler praktischer Übungen auf eine Erkundungsreise und führt Theorie und Praxis der Farbpsychologie bildhaft erlebbar vor Augen.
Seminar Produktdesign (4 Credits)
Der Kommunikationsprozess zwischen Entwicklern und Anwendern von Farben und Lacken ist verbesserungsfähig. Es geht um das Kundenverständnis.
Entwerfen ist ein kreativer Arbeitsprozess, welcher aus vielen Rahmenbedingungen ökonomischer, funktionaler, emotionaler und ästhetischer Art Objekte hervorbringt. Form. Material, Farbe, Licht, Typografie sind nennenswerte Gestaltungsmittel, die sich zu einem Ganzen fügen. Im Seminar Produktdesign werden Themen des angewandten Farbdesigns - der Architekturgestaltung und des Objektdesigns - behandelt und anhand praktischer Übungen der kritische Umgang mit Farben und Farbvalenzen im Kontext konkreter Gestaltungsaufgaben geübt. Die Denkweise von Gestaltern und Entscheidungswege und Entscheidungskriterien für die Auswahl von Farben werden durch den „work-flow“ einer Projektbearbeitung nachvollziehbar.
Seminar Technisches Zeichnen (4 Credits)
Die technische Zeichnung ist die Sprache aller Ingenieure. Wortschatz, Grammatik und Satzbau dieser Sprache wollen gelernt sein. Im Seminar werden die Grundlagen der zwei- und dreidimensionalen Darstellung durch praktische Übungen erlernt. Ziel ist es, technische Zeichnungen lesen zu können und dreidimensionale Objekte normgerecht darzustellen.
Zusätzlich wird das Freihandskizzieren eingeübt, eine auch in der digitalen Welt wichtige Kompetenz zur schnellen Kommunikation. Nebenbei besitzen Skizzen und Zeichnungen auch eine ästhetische Komponente, die im Seminar behandelt wird.
Die Studierenden bekommen im Praktikum mehr oder weniger komplexe Aufgaben, die sie selbstständig und zielbezogen lösen müssen; d.h. sie lernen Lackrezepturen zu entwickeln. Die Lacke werden dann mit verschiedenen Dispergieraggregaten hergestellt (Bild 1, links).
Die so erhaltenen Lacke werden auf die entsprechenden Untergründe aufgetragen (Bild 2, mitte) und getrocknet bzw. gehärtet.
Nach Prüfung der Beschichtungen erkennen die Studierenden beispielsweise, dass mit steigender Pigmentierung Glanz und Flexibilität der Beschichtungen stark abfallen. So lernen sie die Abhängigkeit der Beschichtungseigenschaften von den Inhaltstoffen der Lacke (Rezepturbestandteilen) kennen. In einem anderen Fall beobachten sie, dass es zur Entmischung von Pigmenten kommt (Bild 3, rechts); dieses Schadensbild kann durch Zugabe eines geeigneten Silicon-Additivs beseitigt werden. So lernen die Studierenden die Wirkungsweise von Lackadditiven kennen.
Abb. 1 Superhydrophobe Stahloberfläche durch Silanisierung, Kontaktwinkel am Wassertropfen > 150°
Abb. 2 Blick ins Röntgendiffraktometer (Bragg-Brentano-Anordnung)
Abb. 3 Kontaktwinkelmessgerät
Abb. 4 Zetapotential-pH-Charakteristik von Hafniumoxid in wässriger Suspension
Inhalte
Im Labor Oberflächen- und Nanochemie liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung und chemischen Modifikation von Oberflächen und Nanostrukturen. Ziel der Lehrveranstaltungen ist es, den Studierenden die Zusammenhänge zwischen Chemie, Struktur und Funktion von Oberflächen zu verdeutlichen. Dies soll an einem Beispiel veranschaulicht werden:
Bei der Silanisierung von Glasoberflächen wird ein molekularer Film in Form von Alkylsilylgruppen auf die Oberfläche aufgebracht. Durch die Reaktionsparameter kann die Qualität der erhaltenen Filme gesteuert werden. Dies wird durch Bestimmung des Kontaktwinkels von Wassertropfen gemessen. Durch eine zusätzliche Strukturierung der Oberfläche kann der Kontaktwinkel bei gleicher Silanisierung gegenüber der glatten Oberfläche gesteigert werden. Auf diese Weise erhält man unbenetzbare superhydrophobe Oberflächen (siehe Abb. 1).
Weitere Versuche beschäftigen sich u.a. mit Thiolisierung, Nanopulver-Synthesen, Sol-Gel-Beschichtungen, photokatalytischen Grenzschichten und elektrochemischen Doppelschichten.
Dabei kommen z. B. folgende experimentelle Techniken zum Einsatz: Tauchziehen, Siebdruck, Hydrothermale Synthese, UV-Vis-Spektrometrie, Zetapotential-Messungen, Röntgendiffraktometrie (XRD) (siehe Abb. 2), Kontaktwinkelmessungen (siehe Abb. 3).
Die Forschungsaktivitäten im Labor Oberflächen- und Nanochemie umfassen u.a.
Im Praktikum soll den Studierenden das Gebiet der Polymerwerkstoffe von ihrer chemischen Zusammensetzung über die Werkstoffprüfung bis zur Herstellung und Nachbehandlung von Fertigteilen nahe bringen. Im Zentrum des Praktikums steht das Kennen lernen der verschiedenen stofflichen, verarbeitungstechnischen und äußeren Einflussgrößen auf die Werkstoffeigenschaften. Andere Schwerpunkte bilden die Kunststoffverarbeitung und Beschichtung. Hier erhalten die Studierenden Gelegenheit, Kunststoffteile selbst vorzubehandeln, zu lackieren und den Kunststoff-Lack-Verbund zu prüfen.
Im Praktikum -Organische Bindemittel und Pigmente lernen die Studierenden verschiedene Bindemittel und Pigmente selbständig herzustellen und diese nach bestimmten Kriterien zu prüfen. Besonderes Augenmerk wird auf die Herstellung von umweltfreundlichen Bindemitteln gelegt. Die hergestellten Bindemittel und Pigmente werden physikalisch charakterisiert und anwendungstechnischen Prüfungen unterzogen. Von Bindemitteln wird das Trocknungs-/Härtungsverhalten von Pigmenten z.B., die Farbstärke geprüft.
Im Labor Werkstoffprüfung Lacke werden grundlegende lacktechnologische Prüfungen erlernt. Dazu verwendet man einfachen, selbst hergestellte sowie marktverfügbare Lacken, Druckfarben und anderen Beschichtungsstoffe und Beschichtungen.
Untersuchungen von lacktechnologischen Parametern die die Prozessfähigkeit von Lacken bestimmen gehören nicht nur zu den Laborversuchen, sondern werden auch durch Übungen im Seminar erarbeitet.
Zum Programm gehören beispielsweise mechanisch technologische Prüfungen wie Schichtdickenmessung, Härte, Elastizität, Flexibilität, Kratz- und Abriebbeständigkeit
Farbe und Glanz - die Appearance - also das Erscheinungsbild von Lacken wird visuell beurteilt und durch Methoden wie Glanzmessung mit Reflektometer, Hazemeter, Gonoiophotometer, Farbmetrik
Rheometrie spielt im Labor eine wichtige Rolle und ist an drei Rheometern möglich (davon zwei mit Luftlager)
an Lacken und anderen Beschichtungsstoffen
beim Einsatz in der Lackentwicklung und in der Qualitätskontrolle
Die Beständigkeit von Lacken und Druckfarben bei Bewitterung und gegen Chemikalien, Umweltchemikalien, Lebensmittel etc. wird durch gängige Methoden untersucht (links Mikrosopische Aufnahme der Schädigung einer Lackschicht durch die Einwirkung eines Lösemitteltropfens)
Im Labor Anorganische Chemie erlernen die Studierenden das chemische Arbeiten im Labor, führen Versuche nach vorgegebenen Aufgabenstellungen aus und protokollieren ihre Arbeiten.
Selbstständiges Durchführen von Versuchen zu den Themen Titration (Säure, Fällung, Redox, Komplexometrie), Potentiometrie, Elektrogravimetrie, Löslichkeitsprodukt, Photometrie, AAS, qualitative Analyse von Kationen und Anionen, Herstellung von Präparaten.
Im Labor Organische Chemie bekommen die Studenten einfache Vorschriften und sollen dabei den sachgerechten Aufbau von Glasapparaturen üben, Gefahrstoffe erkennen und sachgerecht damit umgehen lernen. Die Versuche sind so gewählt, dass sie während der Durchführungs Einblicke in folgende Methoden erhalten: Dosieren von Flüssigkeiten und Feststoffen, Heizen und Kühlen, Rühren und Schütteln, Trocknen und Reinigen von Flüssigkeiten und Feststoffen
Die Identifizierung der dargestellten Substanzen zur Bestimmung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften erfolgt über einfache Methoden wie Schmelzpunktbestimmung, Refraktometrie, Dünnschicht-Chromatographie und Polarimetrie.
Welche Stoffe liegen in welcher Menge und in welcher Form in einer Probe vor? Wie verteilen sich Stoffe innerhalb einer Probe? Welches Verfahren ist im Hinblick auf Analysenqualität, Zeitaufwand und Gesamtkosten für die Lösung einer analytischen Fragestellung geeignet? Welche Schadstoffe, Verunreinigungen oder Rückstände lassen sich in Untersuchungsproben finden?
Derartige oder ähnliche Fragenstellungen lassen sich mit Hilfe moderner, instrumenteller Analyseverfahren beantworten und werden auch im Rahmen des Labors Instrumentelle Analytik und Umweltanalytik anhand ausgewählter Praxisbeispiele untersucht. Ziel ist es, die Studierenden der Fächer Biotechnologie und Chemieingenieurwesen mit verschiedenen wichtigen Analyseverfahren vertraut zu machen und die Brücke zwischen dem erlernten theoretischen Wissen und der Anwendungspraxis herzustellen.
Hierbei werden moderne Messgeräte auf Basis spektroskopischer, chromatographischer, elektroanalytischer und weitere physikalisch-chemischer Methoden zur Analyse einer Vielzahl an Stoffen und Stoffgemischen in unterschiedlichen Matrices genutzt. Daneben erfolgt die Bestimmung wichtiger Summenparameter im Bereich der Umweltanalytik.
Die Studierenden lernen ihre Tätigkeit im Labor und ihre Analysenergebnisse nach den gängigen Kriterien der Statistik in der analytischen Chemie zu hinterfragen und zu dokumentieren. Dabei wird gleichzeitig der Bezug zur Qualitätssicherung im betrieblichen Umfeld hergestellt.
