Een pot verf is net een klein chemisch fabriekje

Waarom kunnen we na 600 jaar nog altijd genieten van de kleurenpracht van een schilderij van Jan van Eyck? Omdat hij niet alleen als een meester zijn penselen hanteerde, maar ook omdat hij een ware meester was in het samenstellen van zijn verfmengsels. Daar ging ongelooflijk veel chemisch inzicht, experimenteren en fingerspitzengefühl achter schuil; heden ten dage vooral veel wetenschappelijk onderzoek.

 

Olieverven

In de drogende oliën komen voornamelijk onverzadigde vetzuren voor, bijvoorbeeld lijnolievetzuren en houtolievetzuren. Door opname van zuurstof uit de lucht komen bruggen tussen de verschillende vetzuurketens tot stand, zodat de oliemoleculen gekoppeld worden tot macromoleculen. Het drogingsproces verloopt vrij langzaam, maar kan worden versneld met behulp van siccatieven en door toevoeging van een geringe hoeveelheid alkydhars (chemische droging). Bekende voorbeelden van verven op basis van drogende oliën zijn de traditionele lijnolieverf en lijnolie standverf. Deze verfsoorten worden tegenwoordig nog sporadisch gebruikt, vooral bij de renovatie van historische panden.

 

Door aan drogende olie een harde, natuurlijk hars toe te voegen ontstaat olielak. Door deze toevoeging neemt de elasticiteit van de verffilm weliswaar af, de hardheid daarentegen neemt toe. De hoeveelheid hars bepaalt de vetheid van de lak of vernis.

 
Oplosmiddelhoudende verven

Alkydharsverven

Dit zijn verven waarbij als bindmiddel voornamelijk, al dan niet gemodificeerde alkydharsen opgelost in terpentine worden toegepast. De droging vindt voornamelijk plaats nadat eerst het oplosmiddel verdampt is (fysische droging), door opname van zuurstof uit de lucht (oxidatieve droging).

 

Alkydharsen zijn opgebouwd uit ftaalzuur anhydride (FZA) en meerwaardige alcoholen zoals glycerol, meestal gemodificeerd met vetzuren (drogende oliën). Door variatie in de hoeveelheden ftaalzuuranhydride, glycerol en vetzuren en de soorten vetzuur is een groot aantal alkydharsen ontwikkeld.

 

Het gehalte aan FZA geeft een indicatie over de droging en doordroging, en over de duurzaamheid en de hardheid van de alkydharsverf. Voor alkydharsverf voor hout ligt dit tussen 15-30% (zogenaamde vette vernissen of lakken).

 

Modificatie van alkydhars met polyurethanen geeft een hardere, met polyacrylaten een weer- en UV-bestendiger verffilm.

 

Waterverdunbare verven

  • Dispersies in water:
    Bij dit type verf bestaat het bindmiddel uit acrylaathars gedispergeerd in water. Omdat de dispersiteitsgraad van de acrylaatharsdeeltjes ≥ 10-3 μm is, betekent dit dat deze deeltjes na verloop van tijd kunnen bezinken. Ware oplossingen met een deeltjesgrootte ≤ 10-6 μm en colloïde dispersies met een deeltjesgrootte tussen 10-6 en 10-3 μm zijn daarentegen stabiel. Ter bevordering van de vloeiing en filmvorming worden glycolen toegevoegd.
  • Hybriden in water:
    Bij dit type verf bestaat het bindmiddel uit alkydhars- en alkydhars/acrylaat dispersies en/of emulsies op oplossingen hiervan gedispergeerd in water. De wateroplosbaarheid is tot stand gekomen door wateroplosbare groepen in het harsmolecuul in te bouwen of door het bindmiddel te emulgeren.
    Zowel bij de dispersies als hybriden komt de droging tot stand doordat het water verdampt (fysische droging) en bij de alkydhars/acrylaat oplossingen ook door de opname van zuurstof (oxydatieve droging).
    Schimmelvorming in de bus wordt tegengegaan door de toevoeging van conserveermiddelen. Voor het bindmiddelgehalte van dekkende en transparante producten, zie de onderstaande tabel.

 

Bindmiddelen

Bindmiddelen in verf vormen de verffilm en verbinden de eventueel aanwezige pigmentdeeltjes met elkaar. De bestandheid van verflagen tegen weersinvloeden, tegen inwerking van chemicaliën, hoge temperaturen en andere fysische invloeden, wordt voor een belangrijk deel bepaald door de eigenschappen van het bindmiddel. In het algemeen heeft de combinatie van een filmvormend bindmiddel met pigment betere verftechnische eigenschappen dan het bindmiddel alleen.

 

Oplosmiddelen, verdunningsmiddelen

Oplosmiddelen, verdunningsmiddelen, hebben als voornaamste taak het oplossen en transporteren van het bindmiddel, dan wel het verdunnen van de verf voor een goede verwerkbaarheid. Als oplos- en verdunningsmiddelen komen in aanmerking:

  • natuurlijke terpentijnsoorten (destillatieproduct van de balsem van pijnbomen) voor de olieverven;
  • alifatische koolwaterstoffen zoals wasbenzine en lakbenzine, beide door destillatie uit aardolie verkregen, voor de oplosmiddelhoudende verven. Lakbenzine is beter bekend onder de namen terpentine, white spirit of peut.
    Lakbenzine bevat in het algemeen een gering percentage aromatische koolwaterstoffen zoals tolueen en xyleen;
  • water voor de waterverdunbare verven.

 

Pigmenten, kleurstoffen

Pigmenten zijn anorganische droge verfstoffen voor het kleuren van een verf en het afdekken van de ondergrond (pigmenten lossen niet op in het bindmiddel). Elke pigmentsoort heeft een aantal eigenschappen, zoals kleur- en dekkracht, roestwerende eigenschappen enzovoort. Kleurstoffen zijn organische stoffen die gebruikt worden om hun kleurend vermogen en zijn oplosbaar.

In de praktijk worden de termen pigmenten en kleurstoffen door elkaar gebruikt. Belangrijke kenmerken voor verf worden gevormd door het pigmentgehalte en de fijnheid van de pigmentdeeltjes Pigmenten en kleurstoffen kunnen van natuurlijke of synthetische oorsprong zijn.

 

Enkele belangrijke pigmenten en kleurstoffen, ingedeeld naar kleur, zijn:

  • wit: titaanwit (titaanoxide);
  • geel: chromaatgeel, hansageel, ftalocyanine geel;
  • oranje/rood: loodmenie, hansarood;
  • blauw: berlijns blauw, ultramarijn blauw, engels blauw, ftalocyanine blauw;
  • groen: ftalocyanine groen;
  • zwart: beenderzwart, roetzwart, lampzwart.

 

De ftalocyanine kleurstoffen zijn van organisch, synthetische oorsprong en hebben een zeer grote kleurkracht.

 

Pigmentgehalte en pigmentvolumeconcentratie

Voor dekkende verven is het pigmentgehalte van belang; enkele bronnen geven hiervoor een minimum van 30 gewichtsprocenten op. Verffabrikanten geven in de productinformatie het pigmentgehalte niet op.

 

De pigmentvolumeconcentratie geeft een indicatie over de dichtheid van de verffilm. Hoe hoger deze concentratie, hoe de dichter de verffilm zal zijn. De kritische pigmentconcentratie mag daarbij echter niet overschreden worden.

 

Voor grondverven ligt de pigmentvolumeconcentratie boven 30%, voor dekverven tussen 15-20%. Omdat transparante producten weinig tot geen pigmenten bevatten, is de pigmentvolumeconcentratie laag, namelijk altijd onder de 10%.

 

Fijnheid van pigmentdeeltjes

Afhankelijk van de pigmentsoort en de wijze van fabriceren hiervan, bedraagt de deeltjesgrootte van hoogglansverven 1-10 μm, voor sommige pigmentsoorten zelfs minder dan 1 μm. Het oppervlak van een dergelijke verf is daardoor volkomen glad. Voor de overige dekkende verfsoorten is de fijnheid van de pigmentdeeltjes veel groter (maximaal 40 μm).

 

Bij transparante verven komt de fijnheid van de pigmenten nagenoeg overeen met die van de hoogglansverven. De totale fijnheid ligt echter hoger (maximaal 30 μm), omdat die ook beïnvloed wordt door de aanwezige matteringsmiddelen.

 

Vulstoffen

Vulstoffen zijn anorganische poeders die niet oplossen, dekkend noch kleurend vermogen hebben en naast pigmenten worden gebruikt om aan de verf bepaalde eigenschappen mee te geven, zoals vulling, stabiliteit, mattering enzovoort. Als vulstoffen worden toegepast om een verf goedkoper te maken, worden dat versnijdingsmiddelen genoemd.

 

Er kan een onderscheid gemaakt worden in onzuivere vulstoffen, gewonnen natuurlijke grondstoffen als zwaarspaat (verontreinigd bariumsulfaat), krijtsoorten, pijpaarde, kaolien en chemisch verkregen zwaarspaat of blanc fixe (zuiver bariumsulfaat) en gips. Zwaarspaat doet voornamelijk dienst als versnijdingsmiddel voor dure pigmenten en blanc fix als vulstof in plamuur.

 

Siccatieven

Siccatieven zijn stoffen die als katalysator werken bij de droging van oliehoudende verf, waarbij oppervlaktedrogers en doordrogers worden onderscheiden.

 

Oppervlaktedrogers en doordrogers

Als siccatieven worden combinaties van twee of meer van metaalzouten lood, cobalt (kobalt), mangaan of zirkonium in opgeloste toestand toegepast. Deze siccatieven zijn in de regel in de fabriek in de juiste verhouding aan de verf toegevoegd, maar kunnen ook vlak voor het gebruik worden bijgemengd. Een teveel aan siccatief kan de droging en daardoor het eindresultaat van verfwerk ongunstig beïnvloeden (bv. craquelé-effect).

 

Hulpstoffen

Hulpstoffen zijn stoffen die in zeer kleine hoeveelheden worden toegepast om bepaalde effecten te bereiken of betere eigenschappen te verkrijgen. Enkele veel gebruikte hulpstoffen zijn:

  • zweefmiddelen: deze stoffen houden de pigmentdeeltjes in gedispergeerde toestand;
  • antivelmiddelen: deze middelen voorkomen velvorming in de bus, na het aanbrengen van een verflaag verdampen ze snel;
  • oppervlakte-actieve stoffen: deze stoffen oefenen invloed uit op de oppervlaktespanning van de verffilm, waardoor bepaalde ongunstige effecten zoals het uitzakken van pigmenten en het bont worden bij gemengde kleuren voorkomen kunnen worden. De dosering van deze stoffen luistert erg nauw, overmaat schaadt en kan tot allerlei neveneffecten leiden;
  • absorbers van uv-straling: dit zijn stoffen die soms worden toegevoegd aan transparante producten om te voorkomen dat ultraviolet straling, voor zover deze niet al door het bindmiddel is geabsorbeerd diep in de verfilm en/of het hout doordringen. De veroudering van de verffilm en het hout (vergrijzing) gaat daardoor minder snel. Als absorbers worden organische stoffen toegevoegd die gefixeerd blijven in de verffilm en kleurloze metaaloxyden die ultrafijn zijn gedispergeerd, waardoor ze plaatsvast zijn;
  • fungiciden: dit zijn schimmeldodende stoffen die voornamelijk aan bepaalde beitsen worden toegevoegd. Bekende fungiciden zijn tributyltinoxide (verboden), dichlofluanide en quaternaire ammoniumverbindingen.

 

Dichtheid (volume massa) van de verf

De dichtheid van een houtverf hangt grotendeels af van het gehalte aan en de soort pigment en geeft een eerste aanwijzing over de samenstelling van een verf.

De dichtheid kan worden vastgesteld volgens de vervallen NEN 5323 (Verven en vernissen - Bepalen van de dichtheid - Pycnometermethode en de methode met bolvormig dompellichaam).

 

Vastestofgehalte

Het vastestofgehalte, dat wil zeggen de niet-vluchtige bestanddelen van een verf (bindmiddel, pigmenten en vulstoffen) wordt door verffabrikanten in gewichtsprocenten of volumeprocenten opgegeven. Het vaste stofgehalte is van belang voor de bepaling van het rendement van een verf (zie Materiaalverbruik).

 

Als houten gevelelementen volgens een prestatie-eisen moet worden aangeleverd, kan voor een aantal dekkende en transparante verven het maximumgehalte aan vluchtige bestanddelen in gewichtsprocenten een rol spelen.

 

Viscositeit

Onderscheid kan worden gemaakt tussen afleverings- en verwerkingsviscositeit. De eerste wordt door een aantal verffabrikanten op de kenmerkbladen vermeld, terwijl de verwerkingsviscositeit afhangt van de applicatiemethode en de omstandigheden. Voor de meeste met de kwast verwerkbare soorten is de afleveringsviscositeit tevens de verwerkingsviscositeit.

 

Tabel materiaalgegevens dekkende en transparante afwerkingen

 

Afwerking dekkend

Afwerking transparant

Bindmiddelgehalte (vol.%)

25-50

15-50

Dichtheid (kg/m3)

> 1,2

< 1,2

Vaste stofgehalte (vol.%)

35-85

15-55

Afleveringsviscositeit (kg/m∙s)

0,3-1,5

0,02-0,5