Transcript 2 µm

Wohlklang kommt vom Zusammenspiel –
neue Strategien zur Optimierung von Dispersionsfarben
Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
Dr. Oliver Kaltenecker
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www.dorfner.com
Dorfner = Kaolin und Kristallquarze
Verbundwerkstoffe
Papier
Baustoffe,
Fußboden
& Wand
Glas &
Keramik
Dispersionsfarben
 Dorfner bedient ausgewählte Branchen mit veredelten
Industriemineralien
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Die Werkzeugbox:
Herstellung und Auswahl funktioneller Füllstoffe auf
Basis kalzinierter Kaoline
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selektiver Abbau
Gewinnung von Industriemineralen
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Glück gehabt !
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Füllstoffnach
nach
Füllstoff
Spezifikation
Spezifikation
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Kunde
Klassierung
Reinigung
Trennung der
Produktströme
selektiver Abbau
Industrieminerale
Kaoline aus Hirschau - REM-Aufnahme
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Eigenschaften nativer Kaoline
Native Kaoline sind hydratisierte Aluminiumsilikate
Relativ weich (Mohshärte 2,5)
Volumenänderung unter Wassereinfluss
Nicht für Fassadenfarben geeignet
Nur bedingt für Innenfarben geeignet (Glanz)
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Monofunktionale Füllstoffe
Füllstoffe, die durch klassische Aufbereitungstechnik veredelt wurden sind
meist monofunktional
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Die Werkzeuge
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 Dorfner betreibt einen hohen Aufwand, um einen Beitrag zur
Wertschöpfung bei seinen Kunden zu leisten!
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Kunde
Wertschöpfung
Funktionalität
Veredelung
Klassierung
Reinigung
Trennung der
Produktströme
selektiver Abbau
Refinerals
Thermische Veredelung von Kaolin
1. Kontrollierte Prozesse
2. Physikalische Veredelung
H2O
kontrollierte
Ofenfahrt
Verweilzeit
Temperatur
(hydrothermal)
Phasenumwandlung
nativer Kaolin
(gereinigt + klassiert)
Kalzinierte Kaoline mit
- definierter Struktur und Morphologie
- homogener Oberflächenchemie
- kontrollierter Teilchengröße in schmaler Verteilung
- Spezifikationen
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Einfluss des Feedmaterials
Ziel: Steigerung des Weißgrades von ca. 80 auf 90 oder mehr,
Einstellung der Partikelstruktur und Oberfläche
Mineralogische Verunreinigungen (z.B. Glimmer) führen bei der
Temperaturbehandlung zu Verfärbungen, beeinflussen aber auch die
Struktur der entstehenden Partikel
Korngröße beeinflusst das spätere Einsatzgebiet (primäre od.
sekundäre Lagerstätte)
Jede Lagerstätte besitzt einen Fingerabdruck der auch im veredelten
Endprodukt zu erkennen ist
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Einfluss des thermischen Prozesses
Ziel: Partikelform und -oberfläche
Selektionsprozesse und Materialvorbereitung beeinflusst weiteres
Verhalten im Prozess
Über das Temperaturprofil können gezielt Oberflächen und Strukturen
erzeugt werden
Texturierte Plättchen
„popcorn“-ähnliche Partikel
Vermeidung oder Erzeugung von Agglomeraten und Strukturen
Auslegung der Produktionsanlage beeinflusst die Eigenschaften des
Endproduktes, deshalb ist es entscheidend, für welche Industrie das
Aggregat optimiert ist
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Moderne Produktionsanlagen
 Die neue Anlage bei Dorfner zur Veredelung von Kaolinen setzt
in punkto Qualität und Produktivität neue Maßstäbe
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Moderne Produktionsanlagen
 Die zweite Anlage sorgt für Redundanz, Flexibilität und
Liefersicherheit
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Gemeinsame Eigenschaften von
kalzinierten Kaolinen 1/2
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Oberflächenladung
 gute Einbindung in die
Polymermatrix
 sehr gute Benetzbarkeit
 gute isolierende Eigenschaften
 Verbesserung der Lagerstabilität
Weißgrad
 gut in bestehende Abtönsysteme
integrierbar
 hoher Weißgrad in der Farbe
bleibt erhalten
Härte
 widerstandsfähig gegenüber
mechanischer Belastung
 gute Scheuerwerte
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Gemeinsame Eigenschaften von
kalzinierten Kaolinen 2/2
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Wasseraufnahme
 positiver Einfluss auf die
Offenzeit der Farbe
 sehr gut für Fassadenbereiche
Plättchenform
 verbessert die Rissanfälligkeit
 Einfluss auf Rheologie und
Applikationsverhalten
chemisches Verhalten
 widersteht härtesten
Witterungsbedingungen
 widersteht auch aggressiven
Reinigungsmitteln
Mikrobiologie
 geringe Anzahl koloniebildender
Einheiten (KBE)
Qualität
 einheitlich hohes Qualitätsniveau
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Die DORKAFILL®-Produktreihe
Kalzinat PRO_VOID
Kalzinat H
3 µm
1 µm
1 µm
nativer Kaolin
10 µm
2 µm
Kalzinat X_PAND
Kalzinat F
 Die Veredelung von Kaolin ist der Schlüssel für den Erfolg von
Dorfner Kalzinaten in Ihren Bautenfarben!
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Korngröße von DORKAFILL®-Produkten
mittlere Korngröße/µm
d5
0
20
Kalzinat PRO_VOID
Kalzinat H
Kalzinat X_PAND
Kalzinat F
Wettbewerb
10
5
2
< 2 µm
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Deckvermögen
Kontrastverhältnis (150 µm) [Y]
96
76
Kalzinat PRO_VOID
Kalzinat H
Kalzinat X_PAND
Kalzinat F
 Die feineren Kalzinat-Qualitäten von Dorfner überzeugen durch
herausragendes Deckvermögen
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Mattierungseigenschaften funktionaler
Füllstoffe von Dorfner
Glanz @ 85°
matt
Kalzinat PRO_VOID*
Kalzinat H*
Kalzinat X_PAND*
Kalzinat F*
sehr matt 0
* bestimmt mit den reinen Produkten mit der Standardformulierung
 mit Kalzinierten Kaolinen von Dorfner lässt sich der optische
Eindruck von Wandflächen gezielt verbessern
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Mattierung und Partikelgröße
Eigenschaften der Partikel
glänzend
Größe
groß
klein
diffuse Reflexion
► matt
Reflexion
► glänzend
Kalzinat F
mittlerer Glanz
Kalzinat H
Oberfläche
matt
Kalzinat PRO_VOID
stumpfmatt
0
10
20
Partikeldurchmesser (d50) µm
rau (texturiert)
► matt
Form
Plättchen
► eher matt
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glatt
► glänzend
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Spheroid
► eher glänzend
Oberflächen veredelter Kaoline
Oberflächenladung
geringere Oberflächenladung
kein Kristallwasser,
weniger adsorbiertes Wasser
adsorbiertes Wasser,
Hydroxylgruppen
Veredelung
Temp., H2O
Kristallwasser
nativer Kaolin: extrem
hydrophil, hohe
Oberflächenaktivität
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irreversibel
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Texturierter Kaolin: moderat
hydrophil, geringere
Oberflächenaktivität
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Strukturviskosität und Rheologie
Kaolin-Plättchen
Kraft
3-dimensionales Gel
(schwaches Gel!)
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solartiger Zustand,
flüssig
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Dorfner Kalzinate und die Offenzeit
Wasser verdampft
geladene Kalzinat-Plättchen halten
Distanz
Distanz
keine Agglomeration während
der Filmbildung
Titandioxid
t = 5 min
Untergrund
Wasser wird
aufgesaugt
– Kalzinat-Partikel bleiben nach
dem Auftragen über lange Zeit beweglich
– geringer Kraftaufwand beim Verschlichten
 Kalzinate von Dorfner sind Füllstoffe für die leichte Verarbeitung
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Einbindung in die Polymermatrix
polare Kräfte (Ladung, Partialladung)
polar
unpolar
polarer
Abschnitt
unpolares
Segment
unpolare (disperse) Kräfte
(van-der-Waals)
+
ausgewogene Polarität der
Oberfläche, polare und unpolare
Regionen vorhanden
Polymerkette als
Bindemittel
sehr guter Verbund,
hervorragende Einbindung
in Binderpolymer
 Die Oberflächeneigenschaften der veredelten Kaoline sind
optimal gestaltet für die gute Einbindung in die Polymermatrix.
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Deckvermögen
DORKAFILL® PRO_VOID
DORKAFILL® H
DORKAFILL® X_PAND
DORKAFILL® F
DORKAFILL® H
Rheologie
Nassabriebbeständigkeit
27
d50
ca. 5 μm
® X_PAND
d95 DORKAFILLca.
15 μm
DORKAFILL® PRO_VOID
Weißgrad
> 88 %
®F
dDORKAFILL
ca.
5 μm g
50
Ölabsorption
< 62
ml/100
d50
d95 ca. 14 μm
ca.g/ml
15 μm
Dichte
~ 2,4
d95
d50 ca. 32 μm >ca.
Weißgrad
90 3,0
% μm
Weißgrad Ölabsorption
d95 > 89 %
µm g
<ca.
65 10
ml/100
Ölabsorption
< 70 ml/100~>g2,2
Weißgrad
90,8
%
Dichte
g/ml
Dichte
~ 2,2 g/ml < 63 ml/100 g
Ölabsorption
Dichte
~ 2,7 g/ml
Mattierung
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Steuerung mit Kalzinaten von Dorfner
Optimierungsregler für die Formulierung von Dispersionsfarben
Mattierung
Nassabrieb
Deckvermögen/Ergiebigkeit
Bindemittelverbrauch
Applikationseigenschaften
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Formulierungs-Strategie
Option 1: gleichbleibende Systemkosten und Verbesserung der Eigenschaften
Option 2: reduzierte Systemkosten bei gleichen Eigenschaften
Optimaler Fall: reduzierte Systemkosten und Verbesserung der Eigenschaften!
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Formulierungs-Strategie
Ersatz der funktionalen Füllstoffe durch multifunktionale Füllstoffe von Dorfner!
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Beispiel 1: Farbe aus dem Qualitätsmittelfeld
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Beispiel 1
Ausgangsformulierung
(vorher)
Optimierte Formulierung
(nachher)
3
2
stumpfmatt
3
2
stumpfmatt
82,0
85,4
51
62,2
52,9
61,8
745
735
48
8
88,2
2,4/3,7
50
8
89,3
2,3/2,6
KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300
Nassabriebklasse
Klasse für Deckvermögen
Glanzgrad
MESSWERTE
PVK [%]
Füllstoffgehalt [%]
Festkörper [%]
Schubspannung bei 1.200 s–1
[Pa]
Nassabrieb [µm]
Ergiebigkeit [m2/l]
Normfarbwert Y
Glanz 60°/85°
Dichte [g/cm3]
1,573
1,564
Ergebnis: Einsparung von 20% Bindemittel u. 20% TiO2
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Beispiel 2: Farbe aus dem qualitativ
oberen Mittelfeld
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Beispiel 2
Ausgangsformulierung
(vorher)
Optimierte Formulierung
(nachher)
3
2
2
stumpfmatt
2
stumpfmatt
KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300
Nassabriebklasse
Klasse für Deckvermögen
Glanzgrad
MESSWERTE
PVK [%]
Füllstoffgehalt [%]
Festkörper [%]
Schubspannung bei 1.200 s–1
[Pa]
Nassabrieb [µm]
Ergiebigkeit [m2/l]
Normfarbwert Y
Glanz 60°/85°
Dichte [g/cm3]
71,9
77,1
34,1
34,1
56,6
54,6
800
21
7
93,7
2,4/3,6
1,447
590
10
7
93,1
2,3/2,3
1,430
Ergebnis: technische Verbesserung + Einsparungen von
21% Bindemittel und 8% TiO2
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Beispiel 3: hochwertige Farbe
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Beispiel 3
Ausgangsformulierung
(vorher)
Optimierte Formulierung
(nachher)
KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300
Nassabriebklasse
Klasse für Deckvermögen
Glanzgrad
2
1
1
stumpfmatt
1
stumpfmatt
PVK [%]
Füllstoffgehalt [%]
Festkörper [%]
67,0
25,1
57,3
69,5
24,8
57,2
Schubspannung bei 1.200 s–1
[Pa]
Nassabrieb [µm]
Ergiebigkeit [m2/l]
Normfarbwert Y
Glanz 60°/85°
Dichte [g/cm3]
1.580
1.660
MESSWERTE
11
8
91,7
2,4/2,8
1,461
4
8
93,7
2,2/1,4
1,433
Ergebnis: technische Verbesserung u. Höherstufung
bei gleichen Systemkosten!
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Chemisch modifiziertes Kalzinat SHO
Zusätzliche Funktionalitäten
durch chemische Modifikation
Easy dry Technologie
 Silikonharzfarben
 Lacksysteme
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Chemische Modifizierung
Beispiel: Hydrophobierung
+
aktive Silanolgruppen
an der Oberfläche
Es werden kovalente Bindungen
ausgebildet
 Vorteil: Funktionalität ist nicht mobilisierbar
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Einsatz von chemisch modifiziertem
Kalzinat SHO
Durch den Einsatz von chemisch modifiziertem Kalzinat SHO reduziert man
die Nachteile des reinen Hydrophobierungsmittels:
•
•
•
•
•
•
Aufbringen einer hydrophoben Substanz auf ein leicht dispergierbaren Stoff
Effiziente Verteilung im gesamten Film
Kleinere Mengen an hydrophoben Anteil nötig
Höhere mechanische Härte des Films durch das Kalzinat
Immobilisierung des Wirkstoffes -> keine Serumbildung, keine Migration
Synergien aus mehrfunktionellen Trägerstoff + Wirkstoff (1+1>2)
Chemisch
nachbehandeltes
Kalzinat SHO
Beschichtung
Substrat
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Kalzinat SHO
Substrat
Beschichtung
Hydrophobe
Beschichtung
mineralischer
Träger
Kalzinat SHO
Easy-Dry-Effect
 Homogene Verteilung
 Schnellere Rücktrocknung
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Zusammenfassung
Mit multifunktionellen kalzinierten Kaolinen von Dorfner können
Dispersionsfarben kostenseitig und / oder technisch optimiert werden
Entscheidend ist die Betrachtung des Gesamtsystems – ein 1:1 Austausch führt
nicht zum Erfolg
Durch chemische Modifikation lässt sich die Hydrophobie kalzinierter Kaoline
gezielt verbessern
Dadurch ergeben sich komplett neue Formulierungsmöglichkeiten und
Einsatzgebiete
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Vielen Dank an das Dorfner-Farbenteam …
 … und für Ihre Aufmerksamkeit
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