Wohlklang kommt von Zusammenspiel neue Strategien zur ... · Einfluss auf Rheologie und...

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Wohlklang kommt vom Zusammenspiel –neue Strategien zur Optimierung von Dispersionsfarben

Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013Dr. Oliver Kaltenecker

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Dorfner = Kaolin und Kristallquarze

Papier

Glas &Keramik

Verbundwerkstoffe

Dispersionsfarben

Baustoffe,Fußboden

& Wand

Dorfner bedient ausgewählte Branchen mit veredelten Industriemineralien

Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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Die Werkzeugbox:Herstellung und Auswahl funktioneller Füllstoffe auf

Basis kalzinierter Kaoline


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sele

ktiv

er A

bbau

Gewinnung von Industriemineralen

Glück gehabt !


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Industrieminerale

sele

ktiv

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bbau

Tren

nung

der

Prod

ukts

tröm

e

Rei

nigu

ng

Kla

ssie

rung

Kun

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Füllstoff nach SpezifikationFüllstoff nach Spezifikation


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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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Refinerals

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ktiv

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bbau

Tren

nung

der

Prod

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Kla

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Vere

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Kun

de

Dorfner betreibt einen hohen Aufwand, um einen Beitrag zur Wertschöpfung bei seinen Kunden zu leisten!


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Thermische Veredelung von Kaolin

1. Kontrollierte Prozesse 2. Physikalische Veredelung

nativer Kaolin(gereinigt + klassiert)

Kalzinierte Kaoline mit- definierter Struktur und Morphologie- homogener Oberflächenchemie- kontrollierter Teilchengröße in schmaler Verteilung- Spezifikationen

kontrollierteOfenfahrt

Temperatur (hydrothermal)

H2O

Verweilzeit

Phasenumwandlung


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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 vonkalzinierten Kaolinen 1/2

Oberflächenladung

Weißgrad

Härte

gute Einbindung in die Polymermatrix

sehr gute Benetzbarkeit gute isolierende Eigenschaften Verbesserung der Lagerstabilität

gut in bestehende Abtönsysteme integrierbar

hoher Weißgrad in der Farbe bleibt erhalten

widerstandsfähig gegenüber mechanischer Belastung

gute Scheuerwerte


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Gemeinsame Eigenschaften vonkalzinierten Kaolinen 2/2

widersteht härtesten Witterungsbedingungen

widersteht auch aggressiven Reinigungsmitteln

chemisches Verhalten

Wasseraufnahme positiver Einfluss auf die Offenzeit der Farbe

sehr gut für Fassadenbereiche

Plättchenform verbessert die Rissanfälligkeit Einfluss auf Rheologie und

Applikationsverhalten

Mikrobiologie geringe Anzahl koloniebildender Einheiten (KBE)

Qualität einheitlich hohes Qualitätsniveau


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Die Veredelung von Kaolin ist der Schlüssel für den Erfolg von Dorfner Kalzinaten in Ihren Bautenfarben!

Die DORKAFILL®-Produktreihe

Kalzinat PRO_VOID

Kalzinat X_PAND

Kalzinat H

Kalzinat F

nativer Kaolin

1 µm

3 µm

10 µm

1 µm

2 µm


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Korngröße von DORKAFILL®-Produkten

d5

0

mittlere Korngröße/µm

20

10

5

2

< 2 µm

Kalzinat PRO_VOIDKalzinat HKalzinat X_PANDKalzinat FWettbewerb


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Die feineren Kalzinat-Qualitäten von Dorfner überzeugen durch herausragendes Deckvermögen

Deckvermögen

Kontrastverhältnis (150 µm) [Y]

76

96

Kalzinat PRO_VOIDKalzinat HKalzinat X_PANDKalzinat F


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Mattierungseigenschaften funktionaler Füllstoffe von Dorfner

matt

sehr matt 0

Glanz @ 85°

mit Kalzinierten Kaolinen von Dorfner lässt sich der optische Eindruck von Wandflächen gezielt verbessern

Kalzinat PRO_VOID*Kalzinat H*Kalzinat X_PAND*Kalzinat F*

* bestimmt mit den reinen Produkten mit der Standardformulierung


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Reflexion► glänzend

Mattierung und Partikelgröße

matt

stumpfmatt

glänzend

mittlerer Glanz

Größe

rau (texturiert)► matt

glatt► glänzend

Oberfläche

Form

Eigenschaften der Partikel

Partikeldurchmesser (d50) µm20

groß klein

Plättchen► eher matt

Spheroid► eher glänzend

100

Kalzinat F

Kalzinat H

Kalzinat PRO_VOID

diffuse Reflexion► matt


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Oberflächen veredelter Kaoline

Oberflächenladung

Kristallwasser

adsorbiertes Wasser, Hydroxylgruppen

nativer Kaolin: extrem hydrophil, hohe Oberflächenaktivität

geringere Oberflächenladungkein Kristallwasser,weniger adsorbiertes Wasser

Texturierter Kaolin: moderat hydrophil, geringere Oberflächenaktivität

Veredelung

Temp., H2O

irreversibel


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Strukturviskosität und Rheologie

3-dimensionales Gel (schwaches Gel!)

solartiger Zustand,flüssig

Kraft

Kaolin-Plättchen


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Dorfner Kalzinate und die Offenzeit

– Kalzinat-Partikel bleiben nach dem Auftragen über lange Zeit beweglich

– geringer Kraftaufwand beim Verschlichten

geladene Kalzinat-Plättchen halten Distanz

Titandioxid

Untergrund

t = 5 min

keine Agglomeration während der FilmbildungDistanz

Kalzinate von Dorfner sind Füllstoffe für die leichte Verarbeitung

Wasser verdampft

Wasser wird aufgesaugt


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Einbindung in die Polymermatrix

Die Oberflächeneigenschaften der veredelten Kaoline sind optimal gestaltet für die gute Einbindung in die Polymermatrix.

sehr guter Verbund, hervorragende Einbindung in Binderpolymer

Polymerkette als Bindemittel

ausgewogene Polarität der Oberfläche, polare und unpolare Regionen vorhanden

polar unpolar polarer Abschnitt

unpolares Segment

unpolare (disperse) Kräfte (van-der-Waals)

polare Kräfte (Ladung, Partialladung)

+


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d50 ca. 5 μmd95 ca. 15 μmWeißgrad > 90 %Ölabsorption < 65 ml/100 gDichte ~ 2,2 g/ml

DORKAFILL® X_PAND

DORKAFILL® PRO_VOID

DORKAFILL® H

DORKAFILL® X_PAND

DORKAFILL® F

Deckvermögen

Mattierung

Nassabriebbeständigkeit

Rheologie d50 ca. 5 μmd95 ca. 15 μmWeißgrad > 88 %Ölabsorption < 62 ml/100 gDichte ~ 2,4 g/ml

DORKAFILL® H

d50 ca. 3,0 μmd95 ca. 10 µmWeißgrad > 90,8 %Ölabsorption < 63 ml/100 gDichte ~ 2,7 g/ml

DORKAFILL® Fd50 ca. 14 μmd95 ca. 32 μmWeißgrad > 89 %Ölabsorption < 70 ml/100 gDichte ~ 2,2 g/ml

DORKAFILL® PRO_VOID


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Steuerung mit Kalzinaten von Dorfner

Mattierung

Nassabrieb

Deckvermögen/Ergiebigkeit

Bindemittelverbrauch

Optimierungsregler für die Formulierung von Dispersionsfarben

Applikationseigenschaften


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Formulierungs-Strategie


Option 1: gleichbleibende Systemkosten und Verbesserung der EigenschaftenOption 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)

KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300

Nassabriebklasse 3 3Klasse für Deckvermögen 2 2Glanzgrad stumpfmatt stumpfmatt

MESSWERTE

PVK [%]Füllstoffgehalt [%] 51 52,9Festkörper [%] 62,2 61,8Schubspannung bei 1.200 s–1

[Pa]745 735

Nassabrieb [µm] 48 50Ergiebigkeit [m2/l] 8 8Normfarbwert Y 88,2 89,3Glanz 60°/85° 2,4/3,7 2,3/2,6

Dichte [g/cm3] 1,5641,573

82,0 85,4

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





NassabriebklasseKlasse für Deckvermögen 2 2Glanzgrad stumpfmatt stumpfmatt

MESSWERTE

PVK [%]Füllstoffgehalt [%] 34,1 34,1

Festkörper [%]56,6 54,6

Schubspannung bei 1.200 s–1

[Pa]Nassabrieb [µm]Ergiebigkeit [m2/l] 7 7Normfarbwert Y 93,7 93,1Glanz 60°/85° 2,4/3,6 2,3/2,3Dichte [g/cm3] 1,447 1,430

3 2

80021

59010

71,9 77,1

Ergebnis: technische Verbesserung + Einsparungen von 21% Bindemittel und 8% TiO2

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Beispiel 3: hochwertige Farbe


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Beispiel 3





NassabriebklasseKlasse für Deckvermögen 1 1Glanzgrad stumpfmatt stumpfmatt

MESSWERTE

PVK [%]Füllstoffgehalt [%] 25,1 24,8Festkörper [%] 57,3 57,2

Schubspannung bei 1.200 s–1

[Pa]1.580 1.660

Nassabrieb [µm]Ergiebigkeit [m2/l] 8 8Normfarbwert Y 91,7 93,7Glanz 60°/85° 2,4/2,8 2,2/1,4Dichte [g/cm3] 1,461 1,433

67,0

11

69,5

4

2 1

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)

Beschichtung

Substrat

Chemisch nachbehandeltes

Kalzinat SHO


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Kalzinat SHO

Homogene Verteilung Schnellere Rücktrocknung

Kalzinat SHO

mineralischer Träger

HydrophobeBeschichtung

Easy-Dry-Effect

Substrat Beschichtung

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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 AufmerksamkeitDr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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