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VerSTÄRKTE Dispersionsfarben, Kassel 27.11.2013

VerSTÄRKTE DispersionsfarbenRUPP Markus, MANN Karl-JuergenFarbe und Lack Konferenz, Dispersionsfarben für den Innenbereich, 27.11.2013

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Agenda

AGRANA

Was ist Stärke?

Konzept Stärkeeinsatz

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Weitere Anwendungen

Dispersionsfarben und Testmethoden

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AGRANA

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ANWENDUNGSGEBIETE VON STÄRKE

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Süßstoffe,Soft drinks

Pharma

Bauindustrie

Lebensmittel

Papier,Wellpappe

Kosmetik

Tierfutter

Textil


STÄRKE vs. CELLULOSE

Stärke ist das Hauptreservekohlenhydrat in Pflanzen, industriell werden pro Jahr ca. 50 Mt im Lebensmittel- und technischen Bereich verarbeitet

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Kartoffelstärke Maisstärke



6

(1,4)-Bindung(1,4)-Bindung

(1,6)-Bindung

Ø

Amylose(linear)

(Mw ~ 105-106 Dalton)

Amylopektin(verzweigt)

(Mw ~ 107-108 Dalton)

OHH

O

H

OH

H

H

OHO OH

H

OH

H

H

OH

O H

H

CH2OH

CH2OH

CH2OH

HH

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H

OH

OH

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H

OHO OHHO H CH2

CH2OH

HHHO OH OH

H

H

OHH

CH2OH

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H

H H

OH

HCH2OH

OH

HOOH



7

Copyright 2001 Brooks/Cole – Thomson Learning

OHH

OH

OH

H

H

OHO OHH

OH

H

H

OH

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H

CH2OH

CH2OH

CH2OH

HHHO OH

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HO OHH

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CH2OH

CH2OH

OH

H

HO

HO OHH

H

CH2OH

(1,4)-Bindung(1,4)-Bindung



APPLIKATIONSTYPEN IM SEM-VERGLEICH

Celluloseether Stärkeether

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STÄRKE UND CELLULOSE

STÄRKEMODIFIZIERUNG ZUR EINSTELLUNG DER EIGENSCHAFTEN

Viskosität Muster K D2: 3%ig ca. 7000mPas

9

Brookfield Viskosität (nach 1h, 20 Upm)Cellulose alkalisiert im Vgl. zu Cellulose / Stärke (K D2) Abmischungen

10

100

1000

10000

100000

0 0,5 1 1,5 2

Konzentration i.%

BF

Visk

[mPa

.s]

CelluloseK D2 / Cell 10/90K D2 / Cell 25/75K D2 / Cell 40/60


STÄRKE

10


FARBSYSTEME

• CaCO3-Farben (low quality Farben, Südeuropa)– Stärkefunktion: Bindemittel und Verdicker

• CMC-basierende „Billig“-Farben (Osteuropa)– verdickt mit niedrig viskoser CMC

• Low quality Dispersionsfarben (Europe)– Verdickt mit hochviskosen Celluloseethern

• High quality Dispersionsfarben ( Europe)– Verdickt mit niedrig bis mittel viskosen Celluloseethern

FARBENEINTEILUNG


FARBENEINTEILUNGHIGH QUALITY DISPERSIONSFARBEN• Hohe Viskosität (Maler verdünnt DF oft noch selbst)• Gutes Rheologieprofil

– Gutes sagging / gutes Leveling / geringe Scherverdünnung– Einstellung durch niedrig bis mittel viskose Celluloseverdicker

• Gute Opazität (Pigment)• Gute Scrub resistance (Bindemittel; wenig organische Komponenten)

LOW QUALITY DISPERSIONSFARBEN• Schlechtes Rheologieprofil

– geringe Sag resistance / Spatter– Einstellung durch geringe Mengen von hochviskoser Cellulose

• Niedrige Opazitätsklasse (wenig Pigmente)• Schlechte Scrub resistance (wenig Bindemittel)


ETABLIERTE TESTMETHODEN• Viscosity (Brookfield, Stormer, ICI Cone and Plate)

• Lagerstabilität

• Sag resistance

• Leveling

• Spatter resistance

• Scrub resistance DIN 53778, ASTM D2486, ISO 11998

• Pigment flocculation

• Brightness wet and dry

• Opacity wet and dry

• Blue-Yellow-Index

• Gloss, sheenPigment Flocculation

Scrub

Opacity


FARBPRÜFUNGEN

Sagging

Bad sag resistance(4mils)

Good sag resistance(24mils)

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Good leveling Bad leveling


1,0E‐03 1,0E‐01 1,0E+01 1,0E+03 1,0E+05 1,0E+07

Sag

&Le

velin

g

Sett

ling

Scherrate [s-1]

Visk

ositä

t [m

Pas

/ KU

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FARBEN – RHEOLOGIE


KONZEPT - STÄRKEEINSATZ

INTENTION

Stärke als Verdicker in Dispersionsfarben durch Kombination mit einer hoch viskosen Cellulose

Verbesserung der Farbeigenschaften

Kostenfaktor


Viskositäten Brookfield 20 Upm von HEC / CM Stärkemuster Mischungen 65%/ 35%

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

K A1 K A4 K B2 K B4 K C2 K D2 K D3 K D4 K E1 MA3 M B4 MC3

Stärke CM Muster

mPa

.s

HEC 30.000HEC 15.000

Brookfield Viskosität (nach 1h, 20 Upm)Cellulose alkalisiert im Vgl. zu Cellulose / Stärke (K D2) Abmischungen

10

100

1000

10000

100000

0 0,5 1 1,5 2

Konzentration i.%

BF

Visk

[mPa

.s]

CelluloseK D2 / Cell 10/90K D2 / Cell 25/75K D2 / Cell 40/60


Keine direkte Korrelation zwischen Viskosität in wässriger Lösung und in Dispersionssystem

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80600

64800

40200

26800

5320

92000

52800

39200

17.000

138000

102000

72000

102003280

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

Broo

kfie

ld 5

rpm

[m

Pa.s

]

Viscosity cellulose Brookfield 2%, 5 rpm

CELLULOSEN

Cellulose für Kombination

ErsetzteCellulosen


EINSATZMENGE STÄRKEKombination von Cellulose 100,000 mit AMITROPAINT®

Amitropaint®

Cellulose

WICHTIG: keine Änderung der Verdickermenge wegen Scrub resistance,Spatter resistance und Rheologie


REZEPTIERUNG

Stärke/HEC Compound

Stärke-derivate

HEC

Ingredient Part by weight

Water 34.35

HEC 100,000 0.27

Amitropaint 0.18

Stir in at 1,000 rpm

25% NaOH 0.05

Wetting agent 0.30

Defoamer 0.20

Biocide 0.15

Pigment (TiO2) 10.00

Laminar talc filler 7.00

Calciumcarbonate filler 37.50

Add pigments and fillers whilst stiring at 1.500 rpm

Dispersing at 2,000 rpm for 20 min

Recommended moment for addition of Amitropaint

Dispersion 10,00

Stir at 1,000 rpm for 10 min


Beispiel 1: Medium viscous cellulose (HEC 30,000) vs.combination of MC 140,000 and Amitropaint

FARBENVERGLEICH 1

Indoor wall paintMC140,000 /Amitropaint

70 / 30 HEC 30,000

Usage amount in % 0.31 + 0.14 0.45Total amount in % 0.45 0.45Brookfield mPa.s; 20 rpm 9,000 8,650Stormer viscosity KU 108 108pH value 9.0 9.0Leveling 7 7Sag resistance (mils) 16 14Scrub resistance ISO 3 3


FARBENVERGLEICH 2Beispiel 2: Medium viscous cellulose (HEC 17,000) vs.

combination of HEC 100,000 and Amitropaint

InnenwandfarbeHEC100,000 / Amitropaint

60 / 40HEC 17,000 HEC 100,000

Usage amount in % 0,27 + 0,18 0.45 0.40Total amount in % 0.45 0,45 0.40Brookfield mPa.s; 20 rpm 7,850 7,150 7,530Stormer viscosity KU 103 104 104ICI Viscosity cP 140 140 120Leveling 9 9 9Sag resistance (mils) 16 14 12Scrub resistance ISO 3 3 3Spatter resistance ++ ++ -



VORTEILE

Gleiche Verdickerleistung der Stärke/Cellulose-Kombination wie bei Standardcellulose

Eigenschaftsverbesserung

- Sagging

- Sheen

- Verarbeitbarkeit (weniger Spritzen)

Reduzierung der Kosten

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OUTLOOK

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SUGAR.STARCH.FRUIT.


WEITERE ANWENDUNGENSILIKATFARBEN

KUNSTHARZPUTZE• Basisformulierung ähnlich den Dispersionsfarben

– Pigmente / Füllstoffe / Bindemittel / Verdicker– Granulate: ~ 0.2 – 2.0 mm

• Vorteile:– Leichtes Glätten, gute Verarbeitbarkeit– verlängerte Open time– Kostensenkung (50-100% Ersatz möglich)


Mikrobiologische Aspekte

1 Nähragar nach TVO, 30°C2 SIM-Medium, 30°C (Erfassung von H2S-bildenden Bakterien)3 Sabouraud-Chloramphenicol-Gentamycin-Agar, 25°C4 Sabouraud-Agar, 25°C

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BakterienHefen3 Schimmelpilze4

aerob1 anaerob2

24h 48h 48h 72h 48h 72h 48h 72h

KHP mitCelluloseether 0 0 - - 0 0 0 0

KHP mitAmitropaint 0 0 - - 0 0 0 0


ZusammenfassungVERWENDUNG VON STÄRKE IN DISPERSIONSFARBEN

• Hervorragende Sag resistance• Weniger Sheen• Sehr cremige Farben• Hervorragende Lagerstabilität• Gutes Leveling

• Weitere Anwendungen möglich

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !


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