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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
Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
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sele
ktiv
er
Ab
bau
Gewinnung von Industriemineralen
Glück gehabt !
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Industriemineralese
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Füllstoff nach Spezifikation
Füllstoff nach Spezifikation
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Kaoline aus Hirschau - REM-Aufnahme
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Eigenschaften nativer Kaoline
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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
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Füllstoffe, die durch klassische Aufbereitungstechnik veredelt wurden sind meist monofunktional
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Die Werkzeuge
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Fu
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Ab
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nn
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Ver
edel
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Ku
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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
d50
mittlere Korngröße/µm
20
10
5
2
< 2 µm
Kalzinat PRO_VOID
Kalzinat H
Kalzinat X_PAND
Kalzinat F
Wettbewerb
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Die feineren Kalzinat-Qualitäten von Dorfner überzeugen durch herausragendes Deckvermögen
Deckvermögen
Kontrastverhältnis (150 µm) [Y]
76
96
Kalzinat PRO_VOID
Kalzinat H
Kalzinat X_PAND
Kalzinat 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 μm
d95 ca. 15 μm
Weißgrad > 90 %
Ölabsorption < 65 ml/100 g
Dichte ~ 2,2 g/ml
DORKAFILL® X_PAND
DORKAFILL® PRO_VOID
DORKAFILL® H
DORKAFILL® X_PAND
DORKAFILL® F
Deckvermögen
Mattierung
Nassabriebbeständigkeit
Rheologied50 ca. 5 μm
d95 ca. 15 μm
Weißgrad > 88 %
Ölabsorption < 62 ml/100 g
Dichte ~ 2,4 g/ml
DORKAFILL® H
d50 ca. 3,0 μm
d95 ca. 10 µm
Weißgrad > 90,8 %
Ölabsorption < 63 ml/100 g
Dichte ~ 2,7 g/ml
DORKAFILL® Fd50 ca. 14 μm
d95 ca. 32 μm
Weißgrad > 89 %
Ölabsorption < 70 ml/100 g
Dichte ~ 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
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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
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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
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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 61,8
Schubspannung 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
Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
Ausgangsformulierung(vorher)
Optimierte Formulierung(nachher)
KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300
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
800 21
590 10
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
Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
Ausgangsformulierung(vorher)
Optimierte Formulierung(nachher)
KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300
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
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Zusätzliche Funktionalitäten durch chemische Modifikation
Easy dry Technologie
Silikonharzfarben Lacksysteme
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Chemische Modifizierung
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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
Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
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
Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013
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