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Wohlklang kommt vom Zusammenspiel – neue Strategien zur Optimierung von Dispersionsfarben Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 Dr. Oliver Kaltenecker 1 www.dorfner.com Dorfner = Kaolin und Kristallquarze Verbundwerkstoffe Papier Baustoffe, Fußboden & Wand Glas & Keramik Dispersionsfarben Dorfner bedient ausgewählte Branchen mit veredelten Industriemineralien 2 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Die Werkzeugbox: Herstellung und Auswahl funktioneller Füllstoffe auf Basis kalzinierter Kaoline 3 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com selektiver Abbau Gewinnung von Industriemineralen 4 Glück gehabt ! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 5 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 Füllstoffnach nach Füllstoff Spezifikation Spezifikation www.dorfner.com Kunde Klassierung Reinigung Trennung der Produktströme selektiver Abbau Industrieminerale Kaoline aus Hirschau - REM-Aufnahme 6 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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) 7 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Monofunktionale Füllstoffe Füllstoffe, die durch klassische Aufbereitungstechnik veredelt wurden sind meist monofunktional 8 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Die Werkzeuge 9 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Dorfner betreibt einen hohen Aufwand, um einen Beitrag zur Wertschöpfung bei seinen Kunden zu leisten! 10 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 11 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 12 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 13 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Moderne Produktionsanlagen Die neue Anlage bei Dorfner zur Veredelung von Kaolinen setzt in punkto Qualität und Produktivität neue Maßstäbe 14 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Moderne Produktionsanlagen Die zweite Anlage sorgt für Redundanz, Flexibilität und Liefersicherheit 15 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Gemeinsame Eigenschaften von kalzinierten Kaolinen 1/2 16 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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Gemeinsame Eigenschaften von kalzinierten Kaolinen 2/2 17 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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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! 18 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 19 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 20 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 21 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 22 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 glatt ► glänzend www.dorfner.com 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 23 irreversibel Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 Texturierter Kaolin: moderat hydrophil, geringere Oberflächenaktivität www.dorfner.com Strukturviskosität und Rheologie Kaolin-Plättchen Kraft 3-dimensionales Gel (schwaches Gel!) 24 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 solartiger Zustand, flüssig www.dorfner.com 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 25 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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. 26 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Steuerung mit Kalzinaten von Dorfner Optimierungsregler für die Formulierung von Dispersionsfarben Mattierung Nassabrieb Deckvermögen/Ergiebigkeit Bindemittelverbrauch Applikationseigenschaften 28 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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! 29 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Formulierungs-Strategie Ersatz der funktionalen Füllstoffe durch multifunktionale Füllstoffe von Dorfner! 30 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Beispiel 1: Farbe aus dem Qualitätsmittelfeld 31 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 32 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Beispiel 2: Farbe aus dem qualitativ oberen Mittelfeld 33 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 34 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Beispiel 3: hochwertige Farbe 35 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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! 36 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Chemisch modifiziertes Kalzinat SHO Zusätzliche Funktionalitäten durch chemische Modifikation Easy dry Technologie Silikonharzfarben Lacksysteme 37 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Chemische Modifizierung Beispiel: Hydrophobierung + aktive Silanolgruppen an der Oberfläche Es werden kovalente Bindungen ausgebildet Vorteil: Funktionalität ist nicht mobilisierbar 38 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com 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 39 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Kalzinat SHO Substrat Beschichtung Hydrophobe Beschichtung mineralischer Träger Kalzinat SHO Easy-Dry-Effect Homogene Verteilung Schnellere Rücktrocknung 40 www.dorfner.com 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 41 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com Vielen Dank an das Dorfner-Farbenteam … … und für Ihre Aufmerksamkeit 42 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 www.dorfner.com