Wohlklang kommt vom Zusammenspiel – neue Strategien zur Optimierung von Dispersionsfarben Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 Dr. Oliver Kaltenecker

Dorfner = Kaolin und Kristallquarze Verbundwerkstoffe Papier Baustoffe, Fußboden & Wand Dispersionsfarben Glas & Keramik Wertschöpfung für unsere Kunden Dorfner bedient ausgewählte Branchen mit veredelten Industriemineralien Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Die Werkzeugbox: Herstellung und Auswahl funktioneller Füllstoffe auf Basis kalzinierter Kaoline Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Gewinnung von Industriemineralen Glück gehabt ! selektiver Abbau Wertschöpfung für unsere Kunden Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Füllstoff nach Spezifikation Industrieminerale selektiver Abbau Kunde Produktströme Trennung der Klassierung Reinigung Füllstoff nach Spezifikation Füllstoff nach Spezifikation Wertschöpfung für unsere Kunden Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Kaoline aus Hirschau - REM-Aufnahme Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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) Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Monofunktionale Füllstoffe Füllstoffe, die durch klassische Aufbereitungstechnik veredelt wurden sind meist monofunktional Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Die Werkzeuge   Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 Refinerals Produktströme Trennung der selektiver Abbau Reinigung Klassierung Veredelung Funktionalität Wertschöpfung Kunde Wertschöpfung für unsere Kunden Dorfner betreibt einen hohen Aufwand, um einen Beitrag zur Wertschöpfung bei seinen Kunden zu leisten! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Thermische Veredelung von Kaolin 1. Kontrollierte Prozesse 2. Physikalische Veredelung H2O kontrollierte Ofenfahrt Temperatur (hydrothermal) Verweilzeit Phasenumwandlung nativer Kaolin (gereinigt + klassiert) Kalzinierte Kaoline mit - definierter Struktur und Morphologie - homogener Oberflächenchemie - kontrollierter Teilchengröße in schmaler Verteilung - Spezifikationen Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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 Wertschöpfung für unsere Kunden Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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 Wertschöpfung für unsere Kunden Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Moderne Produktionsanlagen Wertschöpfung für unsere Kunden Die neue Anlage bei Dorfner zur Veredelung von Kaolinen setzt in punkto Qualität und Produktivität neue Maßstäbe Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Moderne Produktionsanlagen Wertschöpfung für unsere Kunden Die zweite Anlage sorgt für Redundanz, Flexibilität und Liefersicherheit Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Gemeinsame Eigenschaften von kalzinierten Kaolinen 1/2 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

Gemeinsame Eigenschaften von kalzinierten Kaolinen 2/2 Wasseraufnahme positiver Einfluss auf die Offenzeit der Farbe sehr gut für Fassadenbereiche Plättchenform verbessert die Rissanfälligkeit Einfluss auf Rheologie und Applikationsverhalten widersteht härtesten Witterungsbedingungen widersteht auch aggressiven Reinigungsmitteln chemisches Verhalten Mikrobiologie geringe Anzahl koloniebildender Einheiten (KBE) Qualität einheitlich hohes Qualitätsniveau Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Die DORKAFILL®-Produktreihe Kalzinat PRO_VOID Kalzinat H 3 µm 1 µm 1 µm nativer Kaolin 10 µm Kalzinat X_PAND 2 µm Kalzinat F Die Veredelung von Kaolin ist der Schlüssel für den Erfolg von Dorfner Kalzinaten in Ihren Bautenfarben! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Korngröße von DORKAFILL®-Produkten mittlere Korngröße/µm d50 20 Kalzinat PRO_VOID Kalzinat H Kalzinat X_PAND Kalzinat F Wettbewerb 10 5 2 < 2 µm Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Deckvermögen Kontrastverhältnis (150 µm) [Y] 96 Kalzinat PRO_VOID Kalzinat H Kalzinat X_PAND Kalzinat F 76 Die feineren Kalzinat-Qualitäten von Dorfner überzeugen durch herausragendes Deckvermögen Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Mattierung und Partikelgröße Eigenschaften der Partikel Größe glänzend groß klein mittlerer Glanz Kalzinat F diffuse Reflexion ► matt Reflexion ► glänzend Kalzinat H matt Oberfläche Kalzinat PRO_VOID stumpfmatt rau (texturiert) ► matt glatt ► glänzend 10 20 Partikeldurchmesser (d50) µm Form Plättchen ► eher matt Spheroid ► eher glänzend Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Oberflächen veredelter Kaoline Oberflächenladung geringere Oberflächenladung kein Kristallwasser, weniger adsorbiertes Wasser adsorbiertes Wasser, Hydroxylgruppen Veredelung Temp., H2O Kristallwasser irreversibel nativer Kaolin: extrem hydrophil, hohe Oberflächenaktivität Texturierter Kaolin: moderat hydrophil, geringere Oberflächenaktivität Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Strukturviskosität und Rheologie Kaolin-Plättchen Kraft 3-dimensionales Gel (schwaches Gel!) solartiger Zustand, flüssig Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Dorfner Kalzinate und die Offenzeit Wasser verdampft geladene Kalzinat-Plättchen halten Distanz keine Agglomeration während der Filmbildung Distanz 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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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. Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Nassabriebbeständigkeit Deckvermögen DORKAFILL® PRO_VOID DORKAFILL® H DORKAFILL® X_PAND DORKAFILL® F d50 ca. 5 μm d95 ca. 15 μm Weißgrad > 88 % Ölabsorption < 62 ml/100 g Dichte ~ 2,4 g/ml DORKAFILL® H Rheologie Mattierung d50 ca. 5 μm d95 ca. 15 μm Weißgrad > 90 % Ölabsorption < 65 ml/100 g Dichte ~ 2,2 g/ml DORKAFILL® X_PAND d50 ca. 14 μm d95 ca. 32 μm Weißgrad > 89 % Ölabsorption < 70 ml/100 g Dichte ~ 2,2 g/ml DORKAFILL® PRO_VOID d50 ca. 3,0 μm d95 ca. 10 µm Weißgrad > 90,8 % Ölabsorption < 63 ml/100 g Dichte ~ 2,7 g/ml DORKAFILL® F Nassabriebbeständigkeit Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Steuerung mit Kalzinaten von Dorfner Optimierungsregler für die Formulierung von Dispersionsfarben Mattierung Nassabrieb Deckvermögen/Ergiebigkeit Bindemittelverbrauch Applikationseigenschaften Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Formulierungs-Strategie Ersatz der funktionalen Füllstoffe durch multifunktionale Füllstoffe von Dorfner! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 1: Farbe aus dem Qualitätsmittelfeld Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 1 Ergebnis: Einsparung von 20% Bindemittel u. 20% TiO2 Ausgangsformulierung (vorher) Optimierte Formulierung (nachher) KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300 Nassabriebklasse 3 Klasse für Deckvermögen 2 Glanzgrad stumpfmatt MESSWERTE PVK [%] Füllstoffgehalt [%] 51 52,9 Festkörper [%] 62,2 61,8 Schubspannung bei 1.200 s–1 [Pa] 745 735 Nassabrieb [µm] 48 50 Ergiebigkeit [m2/l] 8 Normfarbwert Y 88,2 89,3 Glanz 60°/85° 2,4/3,7 2,3/2,6 Dichte [g/cm3] 82,0 85,4 1,573 1,564 Ergebnis: Einsparung von 20% Bindemittel u. 20% TiO2 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 2: Farbe aus dem qualitativ oberen Mittelfeld Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 2 Ausgangsformulierung (vorher) Optimierte Formulierung (nachher) KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300 Nassabriebklasse Klasse für Deckvermögen 2 Glanzgrad stumpfmatt MESSWERTE PVK [%] Füllstoffgehalt [%] 34,1 Festkörper [%] 56,6 54,6 Schubspannung bei 1.200 s–1 [Pa] Nassabrieb [µm] Ergiebigkeit [m2/l] 7 Normfarbwert Y 93,7 93,1 Glanz 60°/85° 2,4/3,6 2,3/2,3 Dichte [g/cm3] 1,447 1,430 3 2 71,9 77,1 800 21 590 10 Ergebnis: technische Verbesserung + Einsparungen von 21% Bindemittel und 8% TiO2 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 3: hochwertige Farbe Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Beispiel 3 Ausgangsformulierung (vorher) Optimierte Formulierung (nachher) KLASSIFIZIERUNG NACH EN 13300 Nassabriebklasse Klasse für Deckvermögen 1 Glanzgrad stumpfmatt MESSWERTE PVK [%] Füllstoffgehalt [%] 25,1 24,8 Festkörper [%] 57,3 57,2 Schubspannung bei 1.200 s–1 [Pa] 1.580 1.660 Nassabrieb [µm] Ergiebigkeit [m2/l] 8 Normfarbwert Y 91,7 93,7 Glanz 60°/85° 2,4/2,8 2,2/1,4 Dichte [g/cm3] 1,461 1,433 2 1 67,0 69,5 11 4 Ergebnis: technische Verbesserung u. Höherstufung bei gleichen Systemkosten! Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Chemisch modifiziertes Kalzinat SHO Zusätzliche Funktionalitäten durch chemische Modifikation Easy dry Technologie Silikonharzfarben Lacksysteme Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Chemische Modifizierung Beispiel: Hydrophobierung + aktive Silanolgruppen an der Oberfläche Es werden kovalente Bindungen ausgebildet Vorteil: Funktionalität ist nicht mobilisierbar Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Kalzinat SHO Homogene Verteilung Schnellere Rücktrocknung Substrat Beschichtung Hydrophobe Beschichtung mineralischer Träger Kalzinat SHO Easy-Dry-Effect Homogene Verteilung Schnellere Rücktrocknung

Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013 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 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013

Vielen Dank an das Dorfner-Farbenteam … … und für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie 27.11.2013