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

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

2 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

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

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

5 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

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

7 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

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

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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 Mattierungseigenschaften funktionaler Füllstoffe von Dorfner
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

22 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

23 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

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

25 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

26 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 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

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

29 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

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

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

32 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 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

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

34 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 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 % Bindemittel und 8% TiO2 Dr. Oliver Kaltenecker – Beschichtungen und Bauchemie

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

36 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 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

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

38 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

39 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

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

41 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

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