“TiO2 die richtige Auswahl ist entscheidend”Anna Röttger - Sachtleben

Dispersionsfarben für den InnenbereichFarbe und Lack Konferenz26-27 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

FarbigePigmente

SchwarzePigmente

Nichtselektive Reflexion

SelektiveReflexion undLichtabsorption

NichtselektiveAbsorption

R [%]

100

400 780 [nm]

R [%]

100

400 780 [nm]

R [%]

100

400 780 [nm]

Brechungsindex (n) verschiedener weißer Substanzen

0

1

2

Brechungsindex (n)

3

Zink-sulfid

Zink-oxid

Barium-sulfat

GipsAnataseRutile

Weiße Substanzen-Physikalische Eigenschaften

Brechungsindex und Deckvermögen

0

1

2

Brechungsindex

Titan-dioxid

(Rutile)

3

Zink-sulfid

Antimon-trioxid

bas.Blei-

carbonat

Barium-sulfat

Calcium-carbonatBinder

DeckvermögenTransparenz

Weiße Substanzen- Physikalische Eigenschaften

6

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

Einfluß der Teilchengrößenverteilung auf den Farbstich

Schwarz

Feinere Teilchen Blaustich

Gröbere TeilchenGelbstich

TiO2 Pigment - Performance

Weiß

Weiß

Schwarz

8

Wetterstabiltät Reines TiO2 ist ein Halbleiter und Photokatalyst

Um wetterstabile Lackbeschichtungen zu erzielen wird die photokatalytische Eigenschaft gezielt reduziert

Hoher Rutil Anteil

Klinker Dotierung

Nachbehandlung

Al2O3

Al2O3- SiO2

Al2O3- ZrO2

TiO2 Pigment - Performance

Pigmentcore

Pigment

Anorganische Nachbehandlung

Organische Nachbehandlung

9

Wetterstabilität

Ölzahl

Oberfläche der anorganischen Nachbehandlung

Lösemittel / Bindemittelbedarf

Dispergiermittelbedarf

Teilchengrößenverteilung-> Glanz, optische Eigenschaften, Dispergierbarkeit

TiO2 Pigment PerformanceDie anorganische Nachbehandlung hat Einfluß auf

unbehandelt teilweise voluminöse dichteanorganische Fällung

Konzentration der Nachbehandlungskomponenten

Verschiedener Aufbau der Schichten der anorganischen Nachbehandlung

Art der Zugabe der Komponenten

Temperatur

Zugabezeiten

Reaktionszeiten

pH- Verläufe

TiO2 Pigment Performance- Technisches Know How Die anorganische Nachbehandlung ist vielfältig – nicht nur derprozentuale Anteil ist allein ausschlaggebend für Eigenschaften

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 2 4 6 8 10 12

pH-value

Zeta

pot

enti

al /

mV

Isoelektrischer Punkt

Isoelektrischer Punkt

pH-abhängige Zetapotentiale von amphoteren TiO2 Pigmenten in wässriger Lösung

TiO2 Pigment Performance

12

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

Al2O3 nachbehandeltes hochglänzendes Rutil

Al2O3-SiO2 nachbehandeltsmattes Rutil - Dry Hide

TiO2 Pigment Performance

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 Pigment Typen

TiO2 – Reinweiß optische Eigenschaften

Producer Type S /mm-1 L* b* HP / m²/l

A Sulfate 182 95,98 1,14 18,4B Sulfate 174 95,99 1,16 18,2B Sulfate 169 95,90 1,21 17,2B Sulfate 157 95,89 1,33 16,3

C Chloride 193 96,54 0,50 18,1C Chloride 180 96,41 0,39 17,4D Chloride 171 96,29 0,51 16,4B Chloride 169 96,37 0,28 15,7

E Sulfate 135 93,84 4,65 17,1E Sulfate 125 93,64 4,74 16,1

Vergleich von Streuvermögen SR, Helligkeit L*, Blaustich b* and Deckvermögen HP von verschiedenen Pigmenten

Winkler, Jochen: Titandioxid. Hannover 2003, S.64.

TiO2 – Deckvermögen weiße DispersionsfarbeDIN EN 13 300Klasse1: >99,5Klasse2: 98,0 - 99,5Klasse3: 95,0 - 98,0Klasse4: <95,0

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

Hid

ing

Po

wer

(%

)

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

Premium Dispersionsfarbe mit 13,9% TiO2 / PVK 71,9 % / PVK TiO2 16,4%,

Weiß, Ergiebigket DIN 13300 [m2/l]

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)

Dec

kver

mö

gen

(%

)97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

7m2/l

class 2

class 1

D.I.Y. Dispersionsfarbe mit 8% TiO2 / PVK 72,7 % / PVK. TiO2 8,6%,

Weiß, Ergiebigkeit DIN 13300 [m2/l]

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)

Dec

kver

mö

gen

(%

)

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

7m2/l

class 2

class 1

Preiswerte Dispersionsfarbe mit 3,2% TiO2 /PVK 83,7 % /PVK TiO2 3,5%

Weiß, Ergiebigkeit DIN 13300 [7 m2/l]

97,0

97,2

97,4

97,6

97,8

98,0

98,2

98,4

Universal Typen ( westliche Welt Produzenten)

Dec

kver

mö

gen

(%

)

97,0

97,2

97,4

97,6

97,8

98,0

98,2

98,4

7m2/l

class 2

16

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 )

17

TiO2 Optische Eigenschaften – abgetöntes System

TiO2 Gehalt von 93,0-97,0%

( Typ Universalpigment )

Blaustich (CBU) b*einer grauen Dispersionsfarbe im Vergleich zur Teilchengröße

120µm Naßfilm auf Leneta Folie, PVK 70% TiO2 15%

TiO2 Spezial Type – ”Dry hide”

Hochglänzende TiO2 Type im Vergleich zu einer “Dry-Hide” Type

Zur Info: Seidenmatte und matte Farben sind zu erzielen mit hochglänzenden Pigmenten durch Auswahl geeigneter Füllstoffkombinationen

Deckvermögen / Streuvermögen SRDry Hide Type

Hochglänzende Type

Pigment Volumen Konzentration PVK%

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