Transcript TiO 2 Pigment

“TiO2 die richtige Auswahl ist entscheidend”
Anna Röttger - Sachtleben
Dispersionsfarben für den Innenbereich
Farbe und Lack Konferenz
26-27 November 2013, Kassel,
Inhalt
Pigmentäres TiO2
 Physikalische Eigenschaften
 Pigment Eigenschaften
Optimale primäre Teilchengröße und sekundäre Teilchengröße
Teilchengrößenverteilung
Leichte Dispergierbarkeit
Wetterstabilität
 TiO2 Pigment Varianten – Unterschiedliche Eigenschaften
Pigmente-Physikalische Eigenschaften
Weiße
Pigmente
Nichtselektive
Reflexion
R [%]
Schwarze
Pigmente
Selektive
Reflexion und
Lichtabsorption
Nichtselektive
Absorption
R [%]
100
400
Farbige
Pigmente
R [%]
100
780
 [nm]
400
100
780
 [nm]
400
780
 [nm]
Weiße Substanzen-Physikalische Eigenschaften
Brechungsindex (n) verschiedener weißer Substanzen
3
2
Brechungsindex (n)
1
0
Rutile
Anatase
Zinksulfid
Zinkoxid
Bariumsulfat
Gips
Weiße Substanzen- Physikalische Eigenschaften
Brechungsindex und Deckvermögen
3
Deckvermögen
Transparenz
Brechungsindex
2
1
0
CalciumBinder carbonat
bas. Barium- Antimon- Zinktrioxid sulfid
Blei- sulfat
carbonat
Titandioxid
(Rutile)
TiO2 Pigment - Performance

Teilchengrößenverteilung – ein Beispiel:
Teilchengrößenverteilung von TiO2 Pigmenten
Hochglänzendes Rutil Pigment , TiO2 Gehalt 95 %
Universal Rutil Pigment , TiO2 Gehalt 94 %
Mattes Rutil Pigment , TiO2 Gehalt 83 %
Anorganische Nachbehandlung steigt
Ölzahl steigt
6
TiO2 Pigment - Performance
Einfluß der Teilchengrößenverteilung auf den Farbstich
Feinere Teilchen
 Blaustich
Weiß
Schwarz
Gröbere Teilchen
Gelbstich
Weiß
Schwarz
TiO2 Pigment - Performance
Wetterstabiltät
 Reines TiO2 ist ein Halbleiter und Photokatalyst
Anorganische Nachbehandlung
 Um wetterstabile Lackbeschichtungen zu erzielen wird die
photokatalytische Eigenschaft gezielt reduziert
 Hoher Rutil Anteil
 Klinker Dotierung
 Nachbehandlung
Pigment
Pigment
core
 Al2O3
 Al2O3- SiO2
 Al2O3- ZrO2
Organische Nachbehandlung
8
TiO2 Pigment Performance
Die anorganische Nachbehandlung hat Einfluß auf
 Wetterstabilität
 Ölzahl
 Oberfläche der anorganischen Nachbehandlung

Lösemittel / Bindemittelbedarf

Dispergiermittelbedarf
Teilchengrößenverteilung-> Glanz, optische Eigenschaften, Dispergierbarkeit
unbehandelt
9
teilweise
voluminöse
anorganische Fällung
dichte
TiO2 Pigment Performance- Technisches Know How
Die anorganische Nachbehandlung ist vielfältig – nicht nur der
prozentuale Anteil ist allein ausschlaggebend für Eigenschaften
 Konzentration der Nachbehandlungskomponenten
 Verschiedener Aufbau der Schichten der anorganischen
Nachbehandlung
 Art der Zugabe der Komponenten
 Temperatur
 Zugabezeiten
 Reaktionszeiten
 pH- Verläufe
TiO2 Pigment Performance
pH-abhängige Zetapotentiale von amphoteren TiO2 Pigmenten in wässriger
Lösung
30
Zeta potential / mV
20
Isoelektrischer Punkt
10
0
0
2
4
6
-10
Isoelektrischer Punkt
-20
-30
pH-value
8
10
12
TiO2 Pigment Performance
 Nachbehandlung
Anorganisch z.B. Al2O3, SiO2, ZrO2
 Zur Verbesserung der Wetterstabilität, Dispergierbarkeit und
optischer Eigenschaften
 Organische Nachbehandlung, z.B. Polyole zur Verbesserung der
Benetzung
Unbehandeltes
Rutil
12
Al2O3 nachbehandeltes
hochglänzendes Rutil
Al2O3-SiO2
nachbehandelts
mattes Rutil - Dry Hide
TiO2 Pigment Typen
Unterteilung von Rutil Typen


Universal Typen--> Spezialgruppe mit Untergruppen
TiO2 Gehalt variiert im Bereich ca. 92 % bis 96 %
 Hoher Glanz bis ---> Hochglänzend
 Mittlere bis zu ---> hoher/ exzellenter Wetterbeständigkeit
 Anwendung hochglanz, seidenmatte und matte Farben
Spezielle matte /” Dry Hide” Typen für Dispersionsfarben
 TiO2 Gehalt typischerweise von ca. 80 % bis 84 %
 Anwendung nur in matten Farben für den Innenbereich
 Produkt Variablen: Oberflächenbehandlung/ Ölzahl/ BET / Teilchengröße
TiO2 – Reinweiß optische Eigenschaften
Vergleich von Streuvermögen SR, Helligkeit L*, Blaustich b* and Deckvermögen HP
von verschiedenen Pigmenten
Producer
Type
S /mm -1
L*
b*
HP / m²/l
A
B
B
B
Sulfate
Sulfate
Sulfate
Sulfate
182
174
169
157
95,98
95,99
95,90
95,89
1,14
1,16
1,21
1,33
18,4
18,2
17,2
16,3
C
C
D
B
Chloride
Chloride
Chloride
Chloride
193
180
171
169
96,54
96,41
96,29
96,37
0,50
0,39
0,51
0,28
18,1
17,4
16,4
15,7
E
E
Sulfate
Sulfate
135
125
93,84
93,64
4,65
4,74
17,1
16,1
Winkler, Jochen: Titandioxid. Hannover 2003, S.64.
TiO2 – Deckvermögen weiße Dispersionsfarbe
DIN EN 13 300
Klasse1: >99,5
Klasse2: 98,0 - 99,5
Klasse3: 95,0 - 98,0
Klasse4: <95,0
Deckvermögen (%)
Preiswerte Dispersionsfarbe mit 3,2% TiO 2 /PVK 83,7 % /PVK TiO2 3,5%
Weiß, Ergiebigkeit DIN 13300 [7 m2/l]
98,4
98,4
98,2
98,2
98,0
98,0
97,8
97,8
97,6
97,6
97,4
97,4
97,2
97,2
97,0
97,0
7m2/l
class 2
Premium Dispersionsfarbe mit 13,9% TiO2 / PVK 71,9 % / PVK TiO2 16,4%,
Weiß, Ergiebigket DIN 13300 [m2/l]
100,0
100,0
Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)
D.I.Y. emulsion paint with99,5
8% TiO2 / P.V.C. 72,7 %
D.I.Y. Dispersionsfarbe mit 8% TiO / PVK 72,7 % / PVK. TiO2 8,6%,
P.V.C. TiO2 8,6%,
white,
99,0
Weiß, Ergiebigkeit DIN 13300 [m2/l]
Yield DIN 13300 [m2/l]
99,5
Deckvermögen (%)
100,0
Deckvermögen
(%)
2
100,0
99,5
100,0
99,5
99,0
99,5
99,0
99,0
7m2/l
98,5
98,5
class 1
98,0
100,0
98,0
97,5
99,5
97,5
7m2/l
98,5
99,0
98,0
98,5
class 2
class 1
97,0
99,0
97,5
98,5
97,5
98,0
97,0
97,0
Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)
98,0
98,5
class 2
98,0
97,0
Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)
97,5
97,5
97,0
97,0
7m2/l
class 2
class 1
TiO2 Optische Eigenschaften – abgetöntes System
Aufhellvermögen L* einer grauen Dispersionsfarbe im Vergleich zur TiO2 Teilchengröße
120µm Naßfilm auf Leneta PVK 70%- PVK TiO2% 15%
TiO2 Gehalt von 93,0-97,0 %
( Typ Universalpigment )
16
TiO2 Optische Eigenschaften – abgetöntes System
Blaustich (CBU) b*einer grauen Dispersionsfarbe im Vergleich zur
Teilchengröße
120µm Naßfilm auf Leneta Folie, PVK 70% TiO2 15%
TiO2 Gehalt von 93,0-97,0%
( Typ Universalpigment )
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TiO2 Spezial Type – ”Dry hide”
 Hochglänzende TiO2 Type im Vergleich zu einer “Dry-Hide” Type
Deckvermögen / Streuvermögen SR
Dry Hide
Type
Hochglänzende
Type
Pigment Volumen Konzentration PVK%
Zur Info: Seidenmatte und matte Farben sind zu
erzielen mit hochglänzenden Pigmenten durch
Auswahl geeigneter Füllstoffkombinationen
TiO2 Auswahlkriterien
 Optische Eigenschaft vom Pigment
- Streuvermögen
- Farbstich ( CBU)
- Deckvermögen
 Wetterstabilität
 Anorganische und organische Oberflächenbehandlung
 Dispergierbarkeit
Stufen der Auswahl
Hinweise zur richtigen TiO2 Wahl
 Pigment Typ (Anatas oder Rutil)
 Blaustich ( CBU - Color black undertone)
 Anorganische Nachbehandlung
Anpassung der Formulierung mit Additiven, Füllstoffkombinationen,
Bindemittelvarianten
Lackeigenschaften wie
 - Ausschwimmverhalten
 - Rub out
 - Netz- und Dispergiermittelbedarf
müssen empirisch ermittelt werden