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“Body and Gloss” Füllstoff-Paste als Baustein

für farbige Wasserlacke Norbert Emmerich & Bernhard Schmid , TSI BM Gummern, 14. Mai, 2014

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2 July 23, 2014

Einführung: Natürliche Calciumcarbonate (GCC)

Kreide CaCO3 Marmor CaCO3

Kalkstein CaCO3 Dolomit CaMg(CO3)2



3 July 23, 2014

Typische Korngrößenverteilungen – GCC´s

0

50

100

0,11101001000

Gew

.-%

fein

er

als

…

( µm )

Omyacarb® 2-GU

Omyacarb® 5-GU

Omyacarb® 10-GU

Omyacarb® 15-GU

Omyacarb® 40-GU

Omyacarb® 130-GU



4 July 23, 2014

Kornverteilung Omyacarb 2-Typen

4

0

50

100

0,1110100

Gew

.-%

fein

er

als

( µm )

d50% ~ 2,5 µm

obere Spezifikationsgrenze 3,0 µm

untere Spezifikationsgrenze 2,0 µm



5 July 23, 2014

Modifizierte Calciumcarbonate (MCC)

Brain Roses

Caviar Golfballs



6 July 23, 2014

Synthetische Calciumcarbonate (PCC)

Scalenoedric Calcite Rhomboedric Calcite

Aragonitic PCC

2 µm Balken



7 July 23, 2014

PCC in Kleb- und Dichtstoffen

Wir stellen high performance PCC für diese Applikationen her !



8 July 23, 2014

Ultrafeine PCC: HAKUENKA® aus Golling

Bauer

PCC Produktion

Kalköfen

Kalkstein

Sortierung

Shiraishi Omya GmbH

Vorkommen



9 July 23, 2014




10 July 23, 2014


HAKUENKA® CCR-S HAKUENKA® CCR-S10 HAKUENKA® CC-R

HAKUENKA® Produkte bieten:

gleichförmige kubische Calcitpartikel

ausgezeichnete, gleichmäßige Dispergierbarkeit

homogene Beschichtungen von Primärpartikeln

HAKUENKA® Typen unterscheiden sich in:

Partikelgröße (BET spezifische Oberfläche)

Beschichtungsmenge und deren Komposition

… der 2 µm Balken



11 July 23, 2014

Partikelgröße in virtuellem Würfel

• How many UFPCC / GCC particles fit in one cube

with an edge length of 12 micrometers?

• Hakuenka CC-R vs. Omyacarb 2 (80 nm vs. 3 micron)

Hakuenka® CC-R Omyacarb® 2

150 Partikel

0.08 µm = 80 nm

Hakuenka® CC-R

D50% 3.0 µm

Omyacarb® 2

15

0 P

art

ike

l

Würfeldimensionen

Kantenlänge 12 µm

Volumen 1.728 µm3

4 Partikel

Hakuenka® CCR-S

Anzahl = 3.375.000 Omyacarb® 2 Anzahl = 64

4 P

art

ike

l



12 July 23, 2014

… eigentlich sollte es immer so sein …

• Innovation trifft Anwendung !



13 July 23, 2014

Partikel im Lackfilm

Substrat

Luft

Coating

© J. Winkler – „Dispergieren von Pigmenten und Füllstoffen“



14 July 23, 2014

Partikel im Lack und Lichtwechselwirkungen

Luft / air

Lackfilm / coating film

plumb line

Brechung Absorption Reflection Streuung

© D. Gysau – „Füllstoffe“



15 July 23, 2014

Vorversuch mit Hakuenka® CCR-S (Pulver)

6 % TiO2 durch Hakuenka® CCR-S ersetzt :

Nullprobe - Versuch

Glanz 20° / 60°

96E / 79E vs 98E / 86E

Haze

126 vs 110

Pendelhärte nach König

146 vs 153

Gitterschnitt

GT0 vs GT0



16 July 23, 2014

Vorversuch mit Hakuenka® CCR-S (Pulver)

• Test-1 in wässerigem Einbrennlack • Polyester – Melamin – System, weiß

• Kein Glanzverlust bei 6 % Zugabe

• Wiederholungsversuche • Performance war nicht konstant

• Unverträglichkeit ?

von Hakuenka´s hydrophober Beschichtung

zum hydrophilen wässrigen Bindemittel ….



17 July 23, 2014

Entwicklung einer Highsolid-Paste

• Bessere Verträglichkeit zum Polymer der

Paste durch:

• Kombination polymerer Dispergieradditive ( .. entwickelt und empfohlen für organische Pigmente

und ~präparationen)

ermöglicht ….

• 60% Festkörper bei 17 m²/g BET-Oberfläche

• Gute Lagerstabilität

• Niedrige Viskosität / gute Rheologie

• praktikables Handling und leichte Dosierung



18 July 23, 2014

Test 2 in OH-Acrylat / NCO Klarlack

• Nullprobe / Control • Hochglanz

• Zugabe 20 % Hakuenka® CCR-S -Paste • Ca. 9.6 % ultrafeiner Füllstoff im System, inklusive

Härter

• Glanzeigenschaften und Haze bleiben erhalten,

• Transparenzverlust, starke Trübung im Lackfilm

• Vergleich mit Möbellack ? • Hochglanz 2K Plusaqua® V 667 – NCO

• Akzeptanz eines weißen Schimmers bei

seidenmatter Lackierung



19 July 23, 2014

Klarlackversuch Holz / Möbel

2K PUR Plusaqua® V667 re. mit 3% Acematt® TS 100

deutliche Trübung !

matt, aber leicht trüb !

Acematt®

von Evonik



20 July 23, 2014

Partikel im Lackfilm

© J. Winkler – „Dispergieren von Pigmenten und Füllstoffen“

Substrat

Luft

Coating

9,5 µm

9,5 µm



21 July 23, 2014

2. Brechung an Partikel im Lack

nbinder= 1,5

Substrat

= f ( nbinder – nextender )

nextender= 1,6

nair= 1,0

Licht

Luft

Coating



22 July 23, 2014

Interaktion kleinster Partikel im Lack

Quelle: Grafik aus Google

Uni Freiburg,

kein Literaturhinweis

Haku

en

ka´s



23 July 23, 2014

Lichtstreuung = f ( d50%, nd , λ )

Sichtb. Licht λ = 400 nm λ = 550 nm λ = 760 nm

Partikel in µm (0,1 µm = 100 nm)

Fs / Luft 0,34 0,47 0,65

Fs / Bm 3,17 4,37 6,03

TiO2 / Luft 0,11 0,15 0,21

TiO2 / Bm 0,16 0,22 0,30

nd20

Luft = 1,0 ; Bindemittel = 1,3 ; Füllstoff = 1,6 ; Pigment = 2,7

D* ~ λ

2,1 * ( nPm/Fs - nBm )

Quelle:

H.H. Weber

Farbe+Lack

Jg 1961, S 434

Streuungsvermögen TiO2 ist effektiv bei D ~ ½ λ

!



24 July 23, 2014

Klarlackversuch mit Hakuenka® CCR-S / Paste !

2K PUR: rechts mit 9.6% Hakuenka CCR-S fest


… hier treffen Praxis und

Theorie irgendwie nicht

zusammen !!!



25 July 23, 2014

Test 3 - 2K PUR: Festkörperberechnungen

Beispiel mit Rotpaste als Nullprobe

Komp. B - NCO

Gew.-T Fk Gew.-T Fk

Lackbasis 80 27,6 20 19

Pigm-präp. rot, 45% 20 9

100 36,6 20 19

Lack gesamt (Gew.-T) 120 Festkörper (Fk) 46,3%

Komponente A

Beispiel mit Ruß-Paste

Komp. B - NCO

Gew.-T Fk Gew.-T Fk

Lackbasis 80 27,6 20 19

Pigm-präp. Ruß, 12% 20 2,4

100 30 20 19


Komponente A



26 July 23, 2014

Test 3 - 2K PUR: Festkörperberechnungen

mit Hakuenka-Paste

Komp. B - NCO

Gew.-T Fk Gew.-T Fk

Lackbasis 80 27,6 20 19


CCR-S paste 64% 10 6,4

100 35,2 20 19


Komponente A

Komp. B - NCO

Gew.-T Fk Gew.-T Fk

Lackbasis 120 41,4 30 28,5


140 43,6 30 28,5


Komponente A



27 July 23, 2014

Versuch 3 mit Hakuenka® CCR-S / Paste !

2K PUR: rechts mit 6% Hakuenka CCR-S fest


2,4 % Ruß 1,2 % Ruß + 6 % PCC



28 July 23, 2014

Versuch 3 in schwarzem Hochglanzlack

2K-PUR Decklack schwarz, Nullprobe 10 GT Hakuenka CCR-S Paste

Gewichtsteile

Polyester / Acrylat, OH-funktionell 60,0 60,0

Wasser 13,5 13,5

Urethan-Verdicker 1,4 1,4

Entschäumer 0,4 0,4

Verlaufsmittel 1,3 1,3

Lösemittel-Mischung 3,0 3,0

Oberflächenaktives Gleitadditiv 0,2 0,2

Substratnetzmittel 0,2 0,2

Pigmentpräparation, 12%ig Ruß, Fk = 25% 20,0 10,0

Hakuenka CCR-S, Paste 60% PCC, Fk = 63,7% 10,0

Summe Stammlack 100,0 100,0

Isocyanathärterkomponente 20,0 20,0

Total Stammlack plus Härter 120,0 120,0

Verhältnis OH zu NCO 1 : 1,72 1 : 1,72

Festkörper 42,6 % 45,8%

Tabelle 5 - Rezeptur schwarzer Hochglanzlack



29 July 23, 2014

Versuch 3 in schwarzem Hochglanzlack

2K-PUR Decklack schwarz Nullprobe mit 10% Hakuenka CCR-S

Paste

Glanz Winkel 60° (Soll > 90) 90 E 90 E

Glanz Winkel 20° (Soll > 80) 83 E 83 E

Haze (Soll << 50) 13 16

Farbmessung Cie L* 1.91 2.04

Farbabstand ∆E zur Nullprobe 0.27

Tabelle 5a – Glanz- und farbmetrisch relevante Daten

… bei nur 50% der Ruß-Menge liegt ∆E bei 0,27 !!!



30 July 23, 2014

Zusammenfassung

• Hakuenka® CCR-S ist kommerziell verfügbar

• … kann per Dissolver zu einer Paste mit leichter

Handhabung zubereitet werden

• … zeigte keine farbgebenden / ~verändernden

Einflüsse ( Farbort Cie L* a* b* = farbneutral)

• … zeigte hervoragende Glanzhaltung in drei

Wasserlacksystemen • (Polyester-Melamin, 2K-PUR und 1K-Acrylat)

• … bringt Festkörpererhöhung • modularer Baukasten für farbige Lacksysteme

• inertes Basismaterial für Pigmentpräparationen ? • Tropfendosierung beim Abtönen …

• Verdünnung intensiv tönender Pigmente …



31 July 23, 2014

Anwendungen ?



32 July 23, 2014

Fragen ?

Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit !

?

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