Smart Formulating Journal II

ADDITIVES
j
Additives
Crosslinkers
journal
Matting
Neue APE-Ersatzstoffe als Dispergieradditive
für transparente Eisenoxide
und Aluminiumpigmente
Mehr als 400.000 t Alkylphenolethoxylate (APE) werden jährlich produziert, da sie aufgrund ihrer universellen Verwendbarkeit
in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen. So z. B. in Waschmitteln, Kunststoffen sowie in der
Agrochemie und Lack- und Farbenindustrie[1].
In der Farbenindustrie werden Alkylphenolethoxylate
zur Herstellung von universellen Pigmentkonzentraten
benötigt. Pigmentkonzentrate sind wässrige Formulierungen,
mit denen wässrige und lösungsmittelhaltige
Basisfarben gefärbt werden können.
Der Einsatz solcher universellen Pigmentkonzentrate
ist Stand der Technik[2].
Der Gebrauch von Alkylphenolethoxylaten
(im wesentlichen Nonylphenolethoxylate[3],
[NPE]) wird aber
aus verschiedenen Gründen stark
kritisiert.
Der schwerwiegendste ist sicherlich
die wassergefährdende Wirkung des
Nonylphenols, eines Abbauproduktes
des Nonylphenolethoxylates, das entsteht,
sobald das NPE in die Umwelt
und damit ins Abwasser gelangt.
Die Ähnlichkeit des Nonylphenols mit
dem weiblichen Geschlechtshormon, 17--Östradiol, ist
in Abb. 1 vergleichend dargestellt. Ein Eingriff derartiger
Abbauprodukte in die Fertilitätszyklen von Fischen
und Säugetieren gilt als belegt[4-7]. Außerdem wirkt
Nonylphenol bereits in geringen Konzentrationen toxisch
auf aquatische Lebewesen.
Fortsetzung auf Seite 4
H
H
HO
17- -Östradiol
CH 3 OH
H
H 3 C
HO
Nonylphenol
Abb. 1: Vergleich von 17--Östradiol mit Nonylphenol
Resins Coloring
Raw Materials for Resins
Editorial
hoch innovative Produkte mit ausgezeichneten Eigenschaften
– das erwarten Degussa-Kunden von uns. Und
damit wir unseren Kunden auch zukünftig Produkte und
Problemlösungen auf höchstem Niveau offerieren können,
hat Degussa vier Wachstumskerne definiert, auf die wir uns
im Besonderen konzentrieren werden. Einer davon ist der
Wachstumskern „Coating & Adhesive Ingredients“. Er stellt
die Kunden aus der Lack- und Klebstoffindustrie in den Mittelpunkt unserer Innovationsbemühungen.
Dabei helfen uns auch unsere weltweit vertretenen anwendungstechnischen
Kompetenzzentren. Dadurch sind wir in der Lage, Forschung, Entwicklung und
ausgezeichnetes Anwendungsfachwissen intelligent zu vernetzen. Nur so kommen wir
zu technischen Lösungen, die es Ihnen, unseren Kunden, ermöglichen, eine zukunftsweisende
Entwicklung des Lack- oder Klebstoffmarktes mit zu gestalten. Eben ganz nach
unserem Anspruch „Creating Essentials“ – Wertvolles und Unverzichtbares für den Erfolg
unserer Kunden zu schaffen. Dabei haben wir uns vorgenommen, in diesen Wachstumskernen
überproportional zu expandieren. Dies geschieht einerseits durch internes
Wachstum und auf der anderen Seite durch externe Zukäufe.
Ein zusätzliches Medium, um mit Ihnen in Dialog zu treten, halten Sie nun zum inzwischen
zweiten Mal in den Händen. Ihre Reaktionen auf das Erstlingswerk unseres „Smart
Formulating Journals“ stimmen uns optimistisch, auch diesmal über Themen zu berichten,
die für Sie interessant sind. Messen Sie uns dabei an dem Nutzen, den wir Ihnen
bieten, und an der Abwechslung beim Lesen.
In diesem Sinne,
herzlichst Ihr
Sehr geehrte Damen und Herren,
Dr. Manfred Spindler, Vorstandsmitglied der Degussa AG
MATTING
ACEMATT ® 3300 zur Mattierung
von strahlenhärtenden Lacken
Strahlenhärtende Lacksysteme gewinnen aufgrund ihres günstigen Emissionsverhaltens in immer zahlreicheren Anwendungen
an Bedeutung. Das für Europa bedeutendste Marktsegment ist der Holzlacksektor, in dem sie einen Anteil von
ca. 14 Prozent haben.
Im Holz- und Möbellackbereich dominieren mattierte
Lacke, die von tiefmatt bis seidenglänzend variieren.
Bis heute ist die Mattierung von 100%igen UV-Lacken
eine große Herausforderung für jeden Lacktechniker,
wohingegen die Mattierung von lösemittelhaltigen
oder wässrigen Lacken problemlos möglich ist[1].
Ursächlich für die oben genannte Problematik – aufgrund
der Abwesenheit der Lösemittel – ist der praktisch
nicht vorhandene Filmschrumpf von 100%igen
UV-Lacken bei der Aushärtung des Systems.
Als Mattierungsmittel wurden ACEMATT ® 3300, TS 100
und OK 500 ausgewählt, die mittels Fällungsverfahren
oder thermischen Prozessen hergestellt werden[Tab.1].
Für die Mattierung von 100%igen UV-Lacken treffen
allgemein folgende Erkenntnisse zu:
■ Niedrig viskose und wenig reaktive Oligomere
lassen sich relativ leicht mattieren.
■ Lackfilme mit höherer Schichtstärke lassen sich
schwerer mattieren.
■ Mattierungsmittel mit stark verdickender Wirkung
weisen eine geringere Mattierungseffizienz auf.
■ Eine vorherige Erwärmung des mattierten auszuhärtenden
Lackfilms verbessert den Mattgrad.
■ Geringe Bandgeschwindigkeiten bei niedriger
Strahlerleistung verbessern den Mattgrad.
Fortsetzung auf Seite 2
Additives
Coloring
Crosslinkers
Resins
Matting
Neue APE-Ersatzstoffe als 1/4/5
Dispergieradditive für
transparente Eisenoxide und
Aluminiumpigmente
NEROX – 2
Neue High Performance Pigment
Blacks für Industrielacke
Pigmentpasten outsourcen 7
Pulverlacke mit verbessertem 6
Eigenschaftsprofil
DEGALAN® LP 67/11 für 3/6
alkoholbeständige Kunststofflacke
Dynasylan® 40: Basisprodukt 6/7
für die Formulierung hochleistungsfähiger
Zinkstaubfarben
Maßgeschneiderte Polyester 8
für den chinesischen Markt
ACEMATT® 3300 1/2
zur Mattierung von
strahlenhärtenden Lacken

M AT T I N G
Fortsetzung von Seite 1
ACEMATT® 3300 zur Mattierung von
strahlenhärtenden Lacken
Gefällte Kieselsäure
Teilchengröße d50
[µm]
Ölzahl
[g / 100 g]
Glühverlust
[%]
ten bis hohen Farbtiefen. Alle Pigment
Blacks zeigen im gleichen Lacksystem
einen signifikanten blauen Unterton
und einen hohen Glanz. Abb. 1 zeigt
die coloristischen Eigenschaften dieser
Produkte in einem industriellen Lacksystem.
Mattierungsmitteltyp
Oberflächenbehandlung
C O L O R I N G
NEROX – Neue High
Performance Pigment
Blacks für Industrielacke
ACEMATT® OK 500 6,0 220 13,0 Wachs
Thermische Kieselsäure
ACEMATT® 3300 9,0 320 6,0 Polysiloxan
ACEMATT® TS 100 10,0 360 2,5 keine
Tabelle 1: Auswahl der unterschiedlichen Mattierungsmittel
Die Härtung wurde mittels
einer UV-Anlage der Fa. IST Metz
GmbH, Nürtingen, bei einer Bandgeschwindigkeit
von 3 m min -1
und einer Strahlerleistung von
100 W cm -1 durchgeführt.
ACEMATT ® TS 100 und OK 500
wurden mit dem auf Polysiloxan
Basis oberflächenbehandelten
ACEMATT ® 3300 verglichen. Die
mittlere Partikelgröße d50 des
ACEMATT ® 3300 variiert praktisch
kaum, im Vergleich zu ACE-
MATT ® TS 100, allerdings ist die
Ölzahl des mit Polysiloxan behandelten
Mattierungsmittels deutlich
reduziert, was zumindest einen
Einfluss auf die Rheologie haben
sollte.
Wenngleich die thermischen
Kieselsäuren durch ihre lockere
Agglomeratstruktur und ihre
im Vergleich zu gefällten Kieselsäuren,
wie ACEMATT ® OK 500,
breiteren Partikelgrößenverteilung
nur geringere Einsatzkonzentrationen
von ca. 5 – 7 % zulassen, so
zeichnen sie sich dennoch durch
exzellente Mattierungseffizienz
aus. Die nachstehende Prüfrezeptur
(Tabelle 2) wurde verwendet.
Wie bereits aus diesem Vergleich
deutlich wird, zeichnet sich die
thermische, mit Polysiloxan behandelte
Kieselsäure ACEMATT ®
3300 durch ein interessantes Eigenschaftsspektrum
aus.
In weiteren Untersuchungen
wurde ACEMATT ® 3300 mit OK
500 verglichen. Unabhängig vom
Typ des Mattierungsmittels wurde
festgestellt, dass die Mattierungsleistung
mit Zunahme der Reaktivität
des Systems abnahm – und
das unabhängig von der Schichtstärke.
ACEMATT ® 3300 weist grundsätzlich
bei niedrigen Einsatzkonzentrationen
ein Eigenschaftsbild auf,
welches mit gefällten Kieselsäuren
gleicher oder niedrigerer Teilchengröße
vergleichbar ist.
Allerdings ist die Transparenz
der mattierten Klarlacke – wie bei
allen thermischen Kieselsäuren
– deutlich höher. Die Transparenz
bzw. Density wird nach DIN
16536-1 bestimmt und lieferte im
Fall von ACEMATT ® 3300 Werte
von 1,81 gegenüber OK 500 von
1,68 bei gleichem Glanzgrad der
mattierten Klarlacke. Bereits eine
Abweichung der Density von 0,1
Punkten wird visuell als deutlicher
Unterschied festgestellt.
Der Einfluss der spezifischen
Wärmeleitfähigkeit und -kapazität
der Substrate wurde ebenfalls
untersucht. Hierbei wurde deutlich,
dass eine niedrige spezifische
Wärmeleitfähigkeit, wie die von
Holz oder PMMA, deutlich positiv
die Mattierung beeinflusst.
Grundsätzlich wurden die größten
Streuungen bei der Ermittlung des
Glanzes bei Einsatz von Karton als
Beschichtungsuntergrund deutlich.
Bevorzugt sollten tiefschwarz
eingefärbte PMMA-Platten oder
Holz als Substrat zum Einsatz
kommen.
Tabelle 2: Prüfrezeptur
60º Reflektometerwert
Gew.-Teile Rohstoff fest
93,0 Oligomer 74,7
0,0 Monomer 0,0
4,2 Mattierungsmittel 4,2
2,4
100
6000
90
80
5000
70
4000
60
50
3000
40
2000
30
20
1000
10
0 0
ACEMATT® 3300 15 µm
ACEMATT® TS 100 15 µm
-Hydroxyketon
(Initiator)
ACEMATT® OK 500 15 µm
ACEMATT® 3300 80 µm
ACEMATT® TS 100 80 µm
ACEMATT® OK 500 80 µm
2,4
0,4 BAPO (Initiator) 0,4
100,0 Summe
Abb.1 : Vergleich von Glanz (15/80 µm Schichtstärke) & Viskosität
Technischer Kontakt:
EU: at-acematt@degussa.com
www.degussa-fp.com
mPas
An Schwarzpigmente werden im
Lackbereich immer höhere Anforderungen
bezüglich Farbtiefe und
blauem Unterton gestellt. Zu allererst
müssen die Pigmente stabil
in dem Lacksystem eingearbeitet
sein, so dass keine Flokkulation
auftritt. Darüber hinaus ist die Bewitterungsstabilität
entscheidend.
In erster Linie sind die mittlere
Primärteilchengröße und die Primärteilchengrößenverteilung
verantwortlich
für die Eigenschaften
– insbesondere die coloristischen
Eigenschaften – im Lack. Generell
gilt, dass im Falle der Volltoneinfärbung
die Farbtiefe mit abnehmendem
mittleren Primärteilchendurchmesser
und abnehmender
Aggregatgröße im Lack zunimmt.
Seit vielen Jahren werden von
Degussa Pigmente angeboten, die
nach dem Gas Black, Furnace Black
und Lamp Black Prozess hergestellt
werden und für den Einsatz in Industrielacken
geeignet sind. Der
Furnace Black Prozess wird seit
Jahrzehnten zur Produktion von
MCF und RCF (Medium Colour
Furnace und Regular Colour Furnace)
Blacks für die Lackindustrie
eingesetzt. Eine Nachbehandlung
dieser Furnace Blacks resultiert in
Pigment Blacks, die die Marktanforderungen
in Bezug auf Flokkulationsstabilität
erfüllen. Dank
eines neu entwickelten Oxidationsprozesses
ist es möglich, eine relativ
dichte Belegung der Pigmentoberfläche
mit sauerstoffhaltigen
Gruppen zu erhalten, ohne dabei
den pH-Wert zu stark zu reduzieren.
Dies resultiert in geringeren
Mahlgutviskositäten und einer
noch höheren Flokkulationsstabilität,
verglichen mit konventionellen
Furnace Blacks.
Die NEROX-Typen werden durch
mittelgroße Primärteilchen (22-
28 nm) und eine enge Primärteilchengrößenverteilung
charakterisiert.
Beides macht sie gut einsetzbar,
sowohl in wasser- als auch
lösemittelbasierenden industriellen
Lacksystemen. Sie haben aufgrund
eines speziellen oxidativen
Nachbehandlungsschrittes einen
flüchtigen Anteil von ca. drei Prozent.
Diese Nachbehandlung führt
zu einer besseren Benetzbarkeit,
besseren Dispergiereigenschaften,
geringerem Öl- und Bindemittelbedarf
und somit auch zu einer höheren
Stabilität sowie zu höherem
Glanz und geringeren Viskositäten
in wasser- und lösemittelbasierten
Lacken.
Alkyd/Melamin-Lacke, hergestellt
mit verschiedenen NEROX-Typen,
ergeben Lacke mit modera-
M c durch Glas
265
260
255
250
245
240
235
NEROX 500
NEROX 600
NEROX 505
NEROX 605
NEROX 305
Wettbewerber
Abb. 1: Farbtiefe (M c ) von verschiedenen Pigment Blacks in einem
Alkyd/Melamin-System
Reibgut
Alkydharz, 60 % 53,90 g
Shellsol A 18,00 g
Pigment Black
Summe
Pigment Black bezogen auf
Bindemittel
Pigment Black bezogen auf
Gesamtformulierung
Tabelle 1: Richtrezeptur für einen Alkyd/Melamin-Lack
Technischer Kontakt:
kai.krauss@degussa.com
at-pb.coatng@degussa.com
www.degussa-fp.com
8,10 g
80,00 g
25,00 %
10,13 %
Bindemittelkonzentration 45,00 %
Auflackformulierung
Alkydharz, 60 % 14,70 g
Melaminharz, 55 % 9,60 g
Verdünner RL 395/0
Reibgut
Summe
Pigment Black bezogen auf
Bindemittel
7,00 g
8,70 g
40,00 g
5,00 %
Bindemittelkonzentration 45,00 %
Alkyd : Melamin 70 : 30
2 smart formulating journal

D E G U S S A I N F O R M I E R T
Was ist REACH?
Im Oktober 2003 hat die EU-Kommission
den so genannten REACH-
Verordnungsentwurf vorgelegt, der
eine Neuorganisation der EU-Chemikaliengesetzgebung
darstellt.
Hierbei steht das Kürzel REACH
für die Registrierung (Registration),
Bewertung (Evaluation) und
Zulassung (Authorisation) von
Chemikalien.
Warum plant die EU eine neue Chemikaliengesetzgebung
?
In der EU existieren ca. 100.000 so
genannte „Altstoffe“. Diese Stoffe
waren bereits vor September
1981 auf dem Markt, wurden zum
EINECS-Inventar gemeldet und
stellen über 99 % des EU-Marktvolumens
dar. Nur 141 dieser
Altstoffe wurden einer systematischen
Risikobewertung in der EU
unterzogen. Demgegenüber stehen
die so genannten „Neustoffe“. Das
sind anmeldepflichtige Stoffe, die
sich erst seit 1981 auf dem EU-
Markt befinden und vor der Vermarktung
einem umfangreichen
Testprogramm unterzogen werden
mussten. Diese im ELINCS-Inventar
gelisteten ca. 3.000 Neustoffe
machen aber nur weniger als
0,1 % des EU-Marktvolumens aus.
Die bestehende Regulation wurde
jahrelang als ineffektiv und innovationshemmend
kritisiert.
Die EU-Kommission will die Defizite
der aktuellen Chemikaliengesetzgebung
mit REACH lösen.
REACH steht vor allem für ein
umfangreiches Test- und Bewertungsprogramm,
in dem insbesondere
die Altstoffe im Fokus stehen.
Die EU-Kommission will mit
REACH vor allem den Schutz der
menschlichen Gesundheit und der
Umwelt weiter ausbauen und eine
sicherere Verwendung von Stoffen
auf allen Stufen ihres Lebensweges
erreichen.
Die Registrierung unter REACH
Stellt ein Hersteller einen Stoff in
einer Menge von mindestens einer
Tonne pro Jahr her, so muss
er diesen Stoff registrieren. Ebenso
muss ein Importeur einen Stoff
registrieren, wenn er mindestens
eine Tonne pro Jahr davon in die
EU importiert. Ohne Registrierung
darf nach Inkrafttreten von
REACH ein Stoff weder hergestellt
noch in die EU eingeführt
werden. Eine Neustoffanmeldung
wird als Registrierung unter RE-
ACH betrachtet. Altstoffe müssen
zunächst vorregistriert werden.
Die Registrierung der Altstoffe,
die unter REACH jetzt „Phase-in
Stoffe“ heißen, muss dann innerhalb
festgelegter Fristen erfolgen
(siehe Abb.). Die Registrierfristen
orientieren sich vor allem an der
produzierten Menge des Stoffes.
Im Zuge einer Stoff-Registrierung
hat der Hersteller umfangreiche
Daten zum Stoff vorzulegen, die
überwiegend durch experimentelle
Prüfungen zu ermitteln sind. Der
REACH – Die neue europäische
Chemikaliengesetzgebung
Umfang und die Komplexität des
Prüfprogramms richten sich vorwiegend
nach der Stoffmenge, die
der Produzent herstellt bzw. der
Importeur in die EU einführt. Die
Ergebnisse dieser Tests sind zusammen
mit weiteren Informationen
zum Stoff und zum Hersteller in
Form eines Technischen Dossiers
für die Registrierung bei der EU-
Chemikalienagentur in Helsinki
einzureichen. Für Stoffe, von denen
ein Hersteller oder Importeur mindestens
zehn Tonnen pro Jahr produziert
bzw. importiert, ist neben
dem Technischen Dossier noch ein
Stoffsicherheitsbericht zu übermitteln.
Dieser umfasst eine ausführliche
Risikobeurteilung aufgrund
der Stoffeigenschaften und der Exposition
gegenüber dem Stoff.
Beabsichtigen mehrere Hersteller
bzw. EU-Importeure den gleichen
Stoff zu registrieren, so ist eine gemeinsame
Nutzung vorhandener
Testdaten, die insbesondere durch
Wirbeltierversuche ermittelt wurden,
vorgesehen. Zwecks einer
gemeinsamen Registrierung wird
beabsichtigt, dass sich diese Hersteller
bzw. Importeure zu einem
Konsortium zusammenschließen.
Registrierfristen für Phase-in Stoffe unter REACH
1 bis < 100 t/a
100 bis < 1000 t/a
>
= 1000 t/a und CMRs
>
(Kat 1+2) = 1t/a
Start von
REACH
vorr. 2007 (?)
3 Jahre
2010 (?)
*entsprechend dem Vorschlag der EU-Kommision (2003).
REACH betrachtet Stoffe und deren
Verwendungsmöglichkeiten
entlang des gesamten Stoff-Lebensweges.
Daher fordert REACH
auch eine intensive Kommunikation
innerhalb der Lieferkette.
Alle Verwendungsarten eines
Stoffes müssen durch die Registrierung
abgedeckt sein. Sind
Verwendungen industrieller oder
gewerblicher Anwender, die Stoffe
z. B. zu Formulierungen oder
Erzeugnissen weiterverarbeiten,
nicht durch die Registrierung abgedeckt,
so haben die Anwender
die Möglichkeit, dem registrierpflichtigen
Stoffhersteller Informationen
z. B. zur Verwendung
zu melden. Diese Informationen
werden dann Bestandteil der Registrierung.
Beabsichtigt der Anwender,
seine Verwendung dem
Stoffhersteller nicht zu nennen,
so muss er für seine Verwendung
ggf. einen eigenen Stoffsicherheitsbericht
erstellen.
6 Jahre
2013 (?)
Polymere müssen unter REACH
nicht registriert werden. Eine Registrierung
der Monomere muss
aber durch den Hersteller bzw. Importeur
der Monomere erfolgen.
Des weiteren sieht REACH deutlich
erleichterte Registrierungen
für Zwischenprodukte vor. Neu
entwickelte Stoffe in Forschung
und Entwicklung sind für maximal
zehn Jahre von der Registrierpflicht
befreit.
Das Bewertungs- und das Zulassungsverfahren
unter REACH
Die Bewertung wird durch die Behörden
durchgeführt. Man unterscheidet
die Dossierbewertung von
der Stoffbewertung. Im Rahmen
der Dossierbewertung prüfen und
bewerten die Behörden die eingereichten
Registrierunterlagen auf
formale Vollständigkeit. Weiterhin
nehmen die Behörden zu geplanten
umfangreicheren Prüfungen
Stellung. Diese Prüfungen werden
für Stoffe verlangt, von denen mindestens
100 Tonnen pro Jahr vom
Registrierenden hergestellt oder
importiert werden.
Gegenstand der Stoffbewertung
sind insbesondere Stoffe, die von
11 Jahre
2018 (?)
den Behörden als besorgniserregend
angesehen werden. Diese
Stoffe werden durch die Behörden
der Mitgliedsstaaten einer umfassenden
Bewertung unterzogen. Als
Ergebnis dieser Bewertung können
diese Stoffe Gegenstand des Zulassungsverfahrens
werden.
Die Verwendung von Stoffen mit
schwerwiegender Wirkung auf die
menschliche Gesundheit oder die
Umwelt unterliegt einer Zulassung.
Diese Stoffe werden in einer Liste
aufgeführt. Vor der Verwendung
dieser Stoffe muss ein Zulassungsantrag
bei der EU-Chemikalienagentur
gestellt werden. Kandidaten
für die Zulassung sind vor allem
krebserzeugende, erbgutverändernde
und fortpflanzungsgefährdende
Stoffe der Kategorie 1 und 2
(CMR-Stoffe) sowie Stoffe, die
schwer abbaubar sind und sich im
Körper anreichern können (PBTund
vPvB-Stoffe). Des Weiteren
wird die Verwendung von Stoffen,
die hormonähnliche Wirkungen
besitzen, ebenfalls der Zulassung
unterliegen.
Parallel zum Zulassungsverfahren
existiert noch das Beschränkungsverfahren.
Stoffe, die Kandidaten
für das Beschränkungsverfahrens
sind, wer den ebenfalls in Stofflisten
veröffentlicht. Stoffe, die dem Beschränkungsverfahren
unterliegen,
dürfen nur unter Beachtung der
angegebenen Beschränkungen hergestellt
und verwendet werden.
Stand der Diskussionen und aktuelle
Schritte im Gesetzgebungsverfahren
Der derzeit vorliegende Verordnungsentwurf
der Kommission
stellt ein sehr bürokratisches und
wenig praktikables Gesetzeswerk
dar. Im Registrierverfahren werden
umfangreiche und sehr kostenintensive
Prüfungen der Stoffe gefordert.
Die Umsetzung von REACH
wird mit hohem bürokratischem
Aufwand sowie mit sehr hohen
Kosten verbunden sein. Zu dieser
Schlussfolgerung kamen mehrere
Studien, die sich mit den Kosten
und der praktischen Umsetzung
von REACH befassten. Ein signifikanter
Wegfall von Stoffen ist
zu befürchten, wenn eine weitere
Herstellung eines Stoffes aufgrund
hoher Registrierungskosten unwirtschaftlich
wird. Durch eine mögliche
Reduktion des Stoffportfolios
ist ein negativer Einfluss auf das
Innovationspotenzial und damit die
Wettbewerbsfähigkeit der gesamten
EU-Industrie zu erwarten. Die Industrie
spricht sich in intensiven
Diskussionen mit den beteiligten
EU-Gremien dafür aus, REACH insbesondere
für kleine und mittlere
Unternehmen praktikabler zu gestalten.
Ziel muss es sein, ein leicht
anwendbares System mit angemessenen
Anforderungen zu schaffen,
das den Grundgedanken von
REACH, den umfassenden Schutz
der menschlichen Gesundheit und
der Umwelt, zum Erfolg bringt,
ohne die Wettbewerbsfähigkeit der
EU-Industrie zu gefährden.
Im Rahmen der ersten Lesung wurden
vom EU-Parlament und vom
EU-Ministerrat Änderungsvorschläge
vorgelegt, die auch erste Ansätze
von Verbesserungen enthalten.
Um zu einem wirklich praktikablen
REACH zu gelangen, ist aber noch
erheblicher Diskussionsbedarf vorhanden.
In diesem Jahr durchläuft
das Gesetzeswerk seine zweite Lesung.
Man geht derzeit davon aus,
dass REACH im ersten Halbjahr
2007 in Kraft tritt.
Kontakt:
reachinfo_COHP@degussa.com
R E S I N S
DEGALAN® LP 67/11
für alkoholbeständige
Kunststofflacke
Der Geschäftsbereich Spezialacrylate
präsentiert ein neues
Produkt – DEGALAN® LP 67/11
Es gibt viele Gründe, Kunststoffteile
zu beschichten, seien es
funktionelle oder dekorative. Je
höherwertiger eine Lackierung
ausgeführt ist, umso besser sind
die Verkaufschancen eines Produktes
im Handel.
Bei vielen Gegenständen des täglichen
Lebens, wie zum Beispiel
Küchengeräten, dem Mobiltelefon,
Fernsehgehäusen, dem
DVD-Player oder Spielzeug, werden
die Kunststoffoberflächen
einer Vielzahl von Einflüssen
ausgesetzt. Besonders aggressive
Reinigungsmittel und der Handschweiß,
aber auch mechanische
Belastungen des täglichen Gebrauchs
der Geräte sind an dieser
Stelle zu nennen.
Die herkömmlichen Putzmittel
zeichnen sich durch einen hohen
Alkoholanteil aus und können
bei unbeschichteten Kunststoffteilen
zur Spannungsrisskorrosion
des Kunststoffs führen.
Genau an diesem Punkt setzt die
spezielle Produkteigenschaft des
DEGALAN ® LP 67/11 an:
Applizierte Lackfilme, die dieses
Bindemittel in der Formulierung
enthalten, weisen hervorragende
Beständigkeiten gegenüber
haushaltsüblichen Reinigungsmitteln
auf. Speziell die im
Kunststofflackbereich geforderte
Alkoholbeständigkeit ist gegeben.
Weitere Benefits: Die gute
Pigmentaufnahme des Bindemittels
bietet die Möglichkeit, glänzende
Beschichtungen zu formulieren.
Wie bei Beschichtungen
auf Basis von Acrylharzen zu
erwarten, ist die hervorragende
Witterungsbeständigkeit der
applizierten Beschichtungen ein
Fortsetzung auf Seite 6
smart formulating journal
3

A D D I T I V E S
H
H
HO
Fortsetzung von Seite 1
17- -Östradiol
Neue APE-Ersatzstoffe als Dispergieradditive für transparente Eisenoxide
und Aluminiumpigmente
C 9 H 19
nichtionische NPE
H
CH 3
OH
H
O C H 2 C H 2 O H
n
CH 3 OH
Abb. 2: Nichtionische NPE-Struktur und die des daraus hergestellten Phosphorsäureesters
Trotz dieser drastischen ökologischen Probleme und
der damit verbundenen gesetzgeberischen Regulierung
gestaltet sich der Austausch von Nonylphenolethoxylaten
in universellen Pigmentkonzentraten
H H
jedoch HO als schwierig und langwierig, da HO
C
es bislang
kaum x 17- H leistungsstarke y
O C H
-Östradiol
Ersatzprodukte 2 C H O
gibt.
Eine besondere Herausforderung sind dabei Pigmentkonzentrate
auf Basis transparenter Eisenoxide
und der Aufschluss von Aluminiumpigmenten.
n
HO
Nonylphenol
Nonylphenolethoxylate und ionische Derivate
Abbildung 2 zeigt die nichtionische NPE-Struktur
und die des daraus hergestellten Phosphorsäureesters
als eine der möglichen anionischen Modifikationen.
C 9 H 19 Beide Strukturen O werden C H 2 häufig C H 2 in O Kombination
eingesetzt.
H
n
Mit dem Benzolring weist die NPE-Struktur einen
deutlichen Unterschied zu ethoxylierten Fettsäureal
nichtionische
koholen auf, denen
NPE
dieser Ring fehlt. Der Benzolring
bedingt die hohe Affinität zu hydrophoben
Pigment oberflächen, was den entscheidenden Vorteil
im Pigmentkonzentrat bringt. Diese starke Verankerung
auf der Pigmentoberfläche verhindert das
H 3 C
H 3 C
Ablösen des Dispergieradditives selbst nach Zugabe
zu lösungsmittelhaltigen Basislacken, wie Alkydharzlacken.
Ohne O den Benzolring können Fettsäurederivate
diese Leistung nicht erzielen.
C H 2 C H
Nonylphenol
2 O P OH
C 9 H 19
O C H 2 C H 2 O P OH
n
OH
resultierender Phosphorsäureester
Strukturen mit Benzolring, aber ohne Risiken
Mit Hilfe m
OH
der sehr vielseitigen Polyethertechnologie
ist es mittlerweile möglich, Strukturen zu finden, die
dem Grundaufbau des NPE als AB-Blockcopolymer
mit Benzolring entsprechen, aber nicht zu toxischen
Abbauproukten führen. So sind diese ohne Risiken
für die Umwelt einsetzbar.
Nach Umsetzung eines geeigneten Startalkohols
mit Styroloxid und anschließender Ethoxylierung
erhält C man 9 H 19 AB-Blockcopolymere, die der Struktur
der APEs stark ähneln, aber nicht zu phenolischen
Spaltprodukten führen[8].
Durch Phosphorylierung können solche Strukturen
in anionische
resultierender
Derivate, wie
Phosphorsäureester
in Abbildung 3 gezeigt,
überführt werden. Bei diesen Strukturen entstehen
keine umweltgefährdenden Abbauprodukte.
Anschließend wird der Phosphorsäureester neutralisiert
und zur einfacheren Handhabung in eine
Geprüfte Rezepturen
Tabelle 1 zeigt die Rezepturen der mit NPE (11 EO)
und dem neutralisierten Phosphorsäureester (TEGO ®
Dispers 651) hergestellten Pigmentkonzentrate.
Produkt
O C H 2 C H 2 O P OH
n OH
O
O
Eisenoxid
rot PR 101
[%]
Eisenoxid
gelb PY 42
[%]
Wasser, demin 23,5 29,7
NPE bzw.
TEGO® Dispers 651
14,0 12,8
Co-Dispergiermittel 1,0 1,0
Entschäumer,
siliconfrei
1,5 1,5
Pigment 60,0 55,0
Tabelle 1: Geprüfte Rezepturen
30%ige wässrige Lösung überführt.
Das resultierende Produkt
ist unter dem Namen TEGO ® Dispers
651 erhältlich.
Ergebnisse
Die Leistungsfähigkeit des erhaltenen
Produktes wurde mit vielen
Pigmenten geprüft. Die zum
Vergleich geprüften anionischen
NPE-Produkte werden vor allem
für anorganische Pigmente verwendet.
C x H y O C H 2 C H O C H 2 C H 2 O
O
P OH
m OH
n
Abb. 3: Phosphorsäureester eines styroloxidhaltigen Polyethers
Die Pigmentkonzentrate wurden in der Perlmühle gefertigt.
Die Konzentrate wurden für das Tinting in
einer Vielzahl von wässrigen und lösungsmittelhaltigen
Lacken und Farben verwendet. Wir beschränken
uns in den hier dargestellten Ergebnissen auf drei
weiße Basisfarben, die mit o. g. Eisenoxidrot- und
Eisenoxidgelb-Konzentraten getönt wurden:
■ Langölalkyd, lösungsmittelhaltig (Alkyd 1)
■ Langölalkyd, lösungsmittelhaltig, PU-modifiziert
(Alkyd 2)
■ Acrylatdispersion, hochglänzend
TEGO ® Dispers 655 für
Aluminiumpigmente
sierten Pigmente bewirken einen
verbesserten Flop-Effekt. Weiterhin
ermöglicht TEGO ® Dispers
655 einen scherarmen Bronzeaufschluss
und verhindert die
Reagglomeration der Effektpigmente.
Es lassen sich besonders
lagerstabile wässrige Effektlacke
herstellen.
mit TEGO® Dispers 655
ohne Additiv
Einen besonderen Stellenwert hat
die Metall-Effekt-Lackierung, sog.
Metallics, in der Automobilindustrie.
Der besondere Effekt entfaltet
sich umso wirkungsvoller, je
besser sich die Aluminium-Flakes
parallel zur Lackoberfläche ausrichten.
Diese parallele Ausrichtung
wird maßgeblich durch den
Volumenschrumpf und das Abdunstverhalten
des Lackes nach
der Applikation gesteuert.
Bei wässrigen Basislacken neigen
einige Aluminium-Bronzen
zum Gasen, was sie zum Teil unbrauchbar
macht. Die mangelnde
Stabilität wird besonders in den
veränderten optischen Eigenschaften
deutlich. Mit Hilfe der
freien Säuregruppe kann TEGO ®
Dispers 655 mit Aluminiumpigmenten
reagieren, wodurch die
Oberfläche passiviert wird und
das Gasen von Bronzen in wässrigen
Lacken unterdrückt werden
kann.
Die durch TEGO ® Dispers 655
homogen verteilten und stabili-
Gewichts-%
Aluminium-Paste (65 %) 36,5
Butylglycol 31,9
TEGO® Dispers 655 3,7
wasserverdünnbarer Polyester 27,0
DMEA (100 %) 0,9
Tabelle 4: Beispielrezeptur für einen Aluminium-Aufschluss
Abb. 6: Stabilität eines Effektlackes
4 smart formulating journal

A D D I T I V E S
Rheologie
Die Viskositätsprofile wurden mittels Platte-Kegel-
Geometrie ermittelt.
Der Vergleich der Rheologieprofile der nach der
Rezeptur in Tabelle 1 hergestellten Konzentrate in
Abbildung 4 zeigt deutlich die bessere viskositätssenkende
Wirkung der neuen Struktur gegenüber
dem herkömmlich eingesetzten NPE.
Coloristische Werte
Die weißen Basisfarben wurden mit 2 Vol.-% Paste
(Eisenoxid-Rot bzw. Phthalocyanin-Blau) getintet,
mit einem 150 µm Kastenrakel appliziert und ein
Teil des Filmes zur Bestimmung des Rub-Out mit
dem Finger nach Antrocknung ausgerieben.
Viskosität mPas
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Scherrate D (1/s)
NPE
TEGO® Dispers 651
Erstes Fazit
Der neutralisierte Phosphorsäureester (TEGO ® Dispers
651) zeigt neben einer deutlich reduzierten
Viskosität eine deutlich verbesserte Farbstärkeentwicklung
und eine signifikante Reduzierung des
Rub-Out.
Weitere Entwicklung
Wie mit den NPEs war es jedoch nur schwer möglich,
universelle Pigmentkonzentrate auf Basis von
transparenten Eisenoxiden zu formulieren. Erschwerend
kam hinzu, dass die wässrige Lösung nur einen
bedingten Einsatz in lösungsmittelbasierten Formulierungen
zuließ.
Transparente Eisenoxide
Eine Weiterentwicklung innerhalb dieser
Produktklasse ist ein Produkt, welches
trotz seines 100%igen Wirkstoffgehaltes
fließfähig und gut zu verarbeiten ist. Es
ist unter dem Namen TEGO ® Dispers 655
erhältlich.
Durch die Kombination dieses Produktes
mit dem schon erwähnten TEGO ®
Dispers 651 lassen sich nun auch Pigmentkonzentrate
auf Basis transparenter
Eisenoxide herstellen, die in wässrigen
und lösungsmittelhaltigen Formulierungen
zu sehr guter Transparenz führen.
Tabelle 3: Beispielrezeptur mit transparenten Eisenoxiden
in einer wässrigen
Acrylatdispersion
Gewichts-%
Wasser 45,5
TEGO® Dispers 651 14,5
TEGO® Dispers 655 4,5
Entschäumer 0,5
Transparentes Eisenoxid 35,0
in einem lösungs mittelhaltigen
Alkydlack
Abb. 4: Viskositätsprofile von Eisenoxid-Rot-Konzentraten
Produkt Alkyd 1 Alkyd 2 Acrylat, hochglänzend
Eisenoxid-Rot PR 101
rel
Farbstärke
in %
Rub-Out
E
rel
Farbstärke
in %
Rub-Out
E
rel
Farbstärke
in %
NPE 100 0,7 100 0,7 100 0,2
TEGO® Dispers 651 110 0,6 97 0,8 108 0,2
Eisenoxid-Gelb PY 42
NPE 100 1,5 100 0,7 100 0,8
TEGO® Dispers 651 112 0,2 107 0,6 103 0,1
Rub-Out
E
Abb. 5: Ergebnisbeispiele
Literatur:
1 David Schmedding, Vickie L. Tatum, International Environmental
Conference & Exhibit 1998
2 H. Goossens, ATIPIC/NVVT (16.03.1999)
3 J. Bielmann, PPCJ 3 (1995), 17
4 APE Research Council
5 Charles A. Staples, John Weeks, Jerry F. Hall, Carter G Naylor,
Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 17 (1998), 2470
6 Alison C. Nimrod, William H. Benson, Critical Reviews in
Toxicology, 26(3) (1996), 335
7 Phänomen Farbe 4 (1999), 26
8 Kathrin Lehmann, Andreas Stüttgen, APE Alternativen für
universelle Pigmentkonzentrate, Farbe & Lack 03/2001, S. 56 ff
Tabelle 2: Ergebnisse mit Eisenoxiden
Technischer Kontakt:
frank.kleinsteinberg@degussa.com
www.tego.de
Pigmentkonzentrate für 2K-PUR-
Formulierungen
Die Technologie der universellen
Pigmentkonzentrate erlaubt die
Einarbeitung von wässrigen Konzentraten
in lösungsmittelbasierte
Formulierungen. Die Grenze
ist jedoch bei konventionellen,
2-Komponenten-PUR-Formulierungen
erreicht. Die universellen
Pigmentkonzentrate sind
unverträglich.
Durch seine wasserfreie Form
bietet TEGO ® Dispers 655 hier
jedoch die Möglichkeit, lösungsmittelbasierte,
bindemittelhaltige
Pigmentkonzentrate zu formulieren,
die wie Abbildung 7
zeigt, auch in 2K-PUR-Formulierungen
eingesetzt werden
können.
universelles Konzentrat
Abb. 7: Verträglichkeit von lösungsmittelhaltigen Pigmentkonzentraten mit 2K-PUR
Zusammenfassung
Die neuartigen styroloxidhaltigen
Polyetherderivate bieten
lösungsmittelbasiertes Konzentrat
auf Basis TEGO® Dispers 655
die Möglichkeit, Nonylphenolethoxylate
in wässrigen Universalpastensystemen
zu er-
setzen. Sie bieten eine deutlich
bessere Performance als andere
NPE-Alternativen und auch
als die Nonylphenolethoxylate
selbst.
Darüber hinaus bietet TEGO ®
Dispers 655 als neuester Vertreter
dieser Produktgruppe
weitere Einsatzmöglichkeiten,
wie
■ die Herstellung von universellen
Konzentraten mit
transparenten Eisenoxiden,
■ den Aufschluss von Aluminium-Bronzen
bei gleichzeitiger
Verhinderung der häufig
auftretenden Gasbildung,
■ die Verwendung von Pig mentkonzentraten
in lösungsmittelhaltigen
2K-PUR-Lackformulierungen.
smart formulating journal
5

R E S I N S
Fortsetzung von Seite 3
weiteres positives Argument für
DEGALAN ® LP 67/11. Ferner ist
das dekorative Erscheinungsbild
der hergestellten Produkte zu
nennen. Kunststoffteile werden
meist mit sehr dunklen Kunststoffgranulaten
gefertigt und oft
wird recycliertes Kunststoffmaterial
verwendet: Die beim Extrudieren
entstehenden sichtbaren
Fließlinien können dadurch
überdeckt werden.
Das Produkt kann im Bereich von
Metallisierungen und auch in
Tiefdruckfarben für Kunststoffuntergründe
verwendet werden.
Technischer Kontakt:
andreas.olschewski@degussa.com
www.degalan.com
www.degussa4coatings.com
Dynasylan® 40:
Basisprodukt für die
Formulierung
hochleistungsfähiger
Zinkstaubfarben
Zink-Silikat-Farben auf Basis
Dynasylan ® 40 erfüllen eine
wichtige Schutzfunktion für die
Werterhaltung von Stahlbauten,
die der Witterung ausgesetzt
sind. Derartige Schutzanstriche
bieten einen exzellenten Korrosionsschutz
und das insbesondere
unter harten Witterungsbedingungen.
Die im Bindemittel
eingeschlossenen Zink-Partikel
haben die Funktion einer elektrochemischen
Opferelektrode.
Das hat zur Folge, dass sogar
dort, wo die Beschichtung durch
äußere Einflüsse beschädigt wurde,
noch eine gute Schutzwirkung
gegeben ist. Im Vergleich
hierzu zeigen herkömmliche
Schutzanstriche auf Basis organischer
Bindemittel bei Verletzung
der Beschichtung starke Korrosion
an derjenigen Stelle, an der
die Schutzschicht zerstört wurde.
Fortsetzung auf Seite 7
C R O S S L I N K E R S
Pulverlacke mit
verbessertem
Eigenschaftsprofil
Seit Einführung der Pulverlackbeschichtungstechnologie
werden
für dieses umweltfreundliche Beschichtungssystem
stets positive
Wachstumszahlen verzeichnet.
Wurden 1980 weltweit erst
100 000 to produziert, so hat sich
diese Menge in 2005 auf über
1 Mio. to gesteigert. Entsprechend
dem Anwendungsgebiet unterteilt
man die Pulverlacke in drei
Klassen: funktionelle (hohe Chemikalien-/Lösemittelbeständigkeit),
Außenanwendung (ho he
UV- und Wetterbeständigkeit)
und Innenanwendung (allgemeine
Ei genschaften). Pulverlacke
für Innenanwendungen basieren
bevorzugt auf den so genannten
„Hybrids“ (Epoxy-Polyester-Harz-
Mischungen), was sich hauptsächlich
aufgrund der ausreichenden
Eigenschaften und der recht günstigen
Rohstoffpreise für dieses System
erklärt. Für Außenbeschichtungen
kommen im Wesentlichen
drei verschiedene Beschichtungssysteme
in Betracht:
TGIC (Triglycidylisocyanurat),
HAA (Hydroxyalkylamid) und
Polyurethane. Die Marktanteile
der verschiedenen Systeme liegen
bei weltweiter Betrachtung
bei 58 % Hybrid, 10 % TGIC,
14 % HAA und 7 % Polyurethan.
Die verbleibenden 11 % verteilen
sich auf Epoxidharz- (10 %) und
Acrylat-Systeme (1 %).
Im Fall von Hybrid- und TGIC-Systemen
erfolgt die Vernetzungsreaktion
zwischen säurefunktionalisierten
Polyestern und Epoxygruppen.
Bei Hybridpulvern kommen Bisphenol-A
basierende Epoxidharze
zum Einsatz und bei den TGIC-
Pulvern ist der Härter Träger der
reaktiven Epoxygruppen. Hybridwie
auch TGIC-Beschichtungen
führen zu Beschichtungen mit
durchaus guten Eigenschaften, die
aber bezüglich Substratschutzwirkung
(Korrosionsschutz) nicht so
gut sind, was hingegen mit Polyurethan
oder auch reinen Epoxidharz-Systemen
erreicht werden
kann. Nachteilig für die beiden
letztgenannten ist jedoch, dass sie
teurer als Hybrid- oder TGIC-Systeme
sind.
Will man jedoch bestimmte Lackeigenschaften
wie z. B. die Chemikalienbeständigkeit
von Hybridund
TGIC-Systemen verbessern,
so ist dies möglich, ohne dass dadurch
eine übermäßige Verteuerung
des Pulverlackes auftritt. Die
Eigenschaftsverbesserung dieser
Lack systeme ist möglich, da sie in
ihrem polymeren Netzwerk über
zahlreiche sekundäre OH-Gruppen
verfügen, die für eine zusätzliche
Vernetzung mit Polyisocyanathärtern
zur Erhöhung der Netzwerkdichte
genutzt werden können.
Mit diesem Artikel möchten wir
zeigen, wie mittels Zugabe von Polyurethanvernetzern
eine Verbesserung
bestimmter Eigenschaften
in Hybrid- und TGIC-Systemen
erzielt werden kann.
Modifizierte Hybrid-Pulver-Lacke
Ein bedeutendes Anwendungsgebiet
für Hybrid-Lacke ist der
Bereich von Haushaltsgeräten
(Waschmaschinen, Kühlschränke,
Geschirrspüler, Mikrowellen usw.).
Bei normalem Gebrauch dieser Gerätschaften
sind die Beschichtungen
der Gerätegehäuse aggressiven
Wasch- und Reinigungs mitteln ausgesetzt.
Die mit Standard-Hy brid-
Systemen erreichbare Chemikalienbeständigkeit
ist für bestimmte
Anwendungen, wie z. B. Büromöbel,
voll ausreichend. Der Angriff
stark alkalischer Reinigungsmittel,
z. B. bei Geschirrspülern, führt
schon nach relativ kurzer Einwirkzeit
dazu, dass die Schutzwirkung
der Beschichtung stark reduziert
werden kann.
Glanz (60º)
120
100
80
60
40
20
0
0-Probe
5,0 % BF 1540
10 % BF 1540
6,8 % BF 1540
0 5 10 15 20 25 30
Belastungsdauer (Tage)
Abb. 1: Waschlaugenbeständigkeit von
PUR-modifizierten Hybrid-Pulverlacken
In Abbildung 1 ist die Waschmittelbeständigkeit
von vier Hybridformulierungen
dargestellt. Alle
Formulierungen sind Hochglanzlacke,
basierend auf einem Polyester:
Epoxidharzverhältnis von
70:30. Als Polyurethanvernetzer
wurde das blockierungsmittelfreie
VESTAGON ® BF 1540 eingesetzt. Die
Formulierungen enthalten 0 %
(Kontrolle) 5 %, 6,8 % (stöchiometrisches
Verhältnis zu den vorhandenen
Epoxy-Gruppen) und
10 %, jeweils bezogen auf den
Bindemittelanteil.
Zur Bestimmung des Angriffs auf
die Lackoberfläche wurde die
Glanzmessung im 60 °-Winkel benutzt.
Die beschichteten Bleche
wurden über 28 Tage bei 40 °C
einer 5%igen wässrigen Waschmittellösung
ausgesetzt.
Bereits nach 7 Tagen zeigt die nicht
modifizierte Hybridformulierung
einen sehr starken Oberflächenangriff,
was durch den Glanzabfall
auf nur noch 20 % belegt wird.
Bereits mit einem 5%igen Zusatz
von VESTAGON ® BF 1540 wird
eine signifikante Verbesserung bezüglich
der Waschmittelbeständigkeit
erzielt. Übertroffen wird dieses
Ergebnis durch weitere Erhöhung
des Zusatzhärters. Die besten Werte
werden bei der stöchiometrischen
Zugabemenge von 6,8 % erzielt. Bei
einer Einwirkzeit von 3 Wochen
wurden praktisch keine Glanzverluste
beobachtet.
Modifizierte TGIC-Pulverlacke
TGIC-Pulverlacke werden bevorzugt
für Anwendungen im
Außenbereich eingesetzt, d. h. die
wichtigste verlangte Eigenschaft ist
eine ausgezeichnete
Wetterbeständigkeit.
Es
7
gibt aber auch
Anwendungen
6
wie z. B. im
5
Land maschinenbereich,
4
wo ne-
ben der hohen
3
Wetterbeständigkeit
2
auch
eine Resistenz
1
gegen Kraft- und
0
Schmierstoffe
sowie Löse mit tel
verlangt wird.
MEK-Beständikeit (10 = sehr gut)
Glanz (60º)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Die modifizierten TGIC-Systeme
wurden so hergestellt, dass zu einem
Standard-TGIC-System, bestehend
aus einem säurefunktionalisierten
Polyester (SZ = 30 mg KOH/g) und
TGIC (Verhältnis 93:7) zusätzlich
5 % des Polyurethanvernetzers
VES TAGON ® B 1530 bzw. VESTA-
GON ® B 1400 zugesetzt wurden.
B 1530 und B 1400 sind Capro -
lac tamblockierte Polyisocyanate,
wobei das B 1530 im Wesentlichen
Iso cyanuratstrukturen beinhaltet
und B 1400 ein Adukt
aus IPDI (Isophorondiisocyanat)
und Trimethylolpropan ist.
In Abbildung 2 ist dargestellt, wie
sich die zusätzliche Vernetzung
eines TGIC-Standardlackes auf
seine Lösemittelbeständigkeit
0
(hier MEK, Methylethylketon)
auswirkt.
Die Härtung bei 180 °C führt bei der
reinen Standardformulierung zu einer
nur unzureichenden MEK-Beständigkeit.
Nach 100 Doppelhüben
ist die Beschichtung nahezu vollständig
vom Substrat entfernt. Die
Modifizierungen mit B 1400 und
insbesondere B 1530 erhöhen hingegen
die Beständigkeit signifikant.
Bei der Einbrenntemperatur von
200 °C wird eine insgesamt bessere
Beständigkeit erzielt, aber auch hier
wird mittels der B 1530-Modifizierung
das beste Ergebnis erreicht.
In Abbildung 3 ist der Einfluss der
polyurethanmodifizierten TGIC-
Lacke auf die Wetterbeständigkeit
dargestellt. Nach 3000 Stunden
UV-A Belastung erleidet die reine
TGIC-Formulierung einen Glanzabfall
auf nur noch 65 %, während
die PUR-modifizierten Systeme mit
90 % bzw. 80 % Restglanz ein deut-
0-Probe
5 % B 1400
5 % B 1530
180 ºC, 20 mm 200 ºC, 12 mm
Abb. 2: MEK-Beständigkeit von PUR-modifizierten TGIC-Pulverlacken
0-Probe
5 % B 1400
5 % B 1530
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Belichtungsdauer (h)
Abb. 3: UV-A Kurzbewitterung von PUR-modifizierten TGIC-
Pulverlacken
lich besseres Bewitterungsverhalten
aufweisen.
Zusammenfassung:
Durch den zusätzlichen Einsatz der
VESTAGON ® Polyisocyanate (BF
1540, B 1530, B 1400) in Hybridwie
auch TGIC-Systemen lassen
sich signifikante Eigenschaftsverbesserungen
erzielen. Der Einsatz
von nur 5 % eines Polyisocyanates
in Hybrid- wie auch TGIC-Pulvern
genügt schon, um diese Lacksysteme
in bestimmten Eigenschaften
denen von reinen Polyurethansystemen
anzunähern.
Technischer Kontakt:
werner.grenda@degussa.com
www.VESTAGON.com
6 smart formulating journal

C O L O R I N G
Pigmentpasten outsourcen
Möglichkeiten der Abtönung von
Farben und Lacken:
Beim Abtönen von Farben und Lacken
geht es darum, den passenden
Farbton einzustellen, d. h. die
Anpassung der Lacke und Farben
auf eine vereinbarte Referenzfarbe
bzw. Norm. Das Abtönen wird nicht
nur in der Farben- und Lackindustrie
praktiziert, sondern auch in
anderen Branchen wie Textil, Leder,
Druckfarben und sogar in der
Kunst und im Kunsthandwerk.
Bei der industriellen Abtönung
von Farben und Lacken gibt es
drei Möglichkeiten, die gewünschte
Farbe zu erzielen:
Gemeinsames Dispergieren von
Pigmenten:
Herstellung der Farben und Lacke
durch Zugabe von Trockenpigmenten
in die Dispergier-/Mahlstufe,
um den endgültigen Farbton zu
erhalten. Auf Grund der einfachen
Handhabbarkeit ist dies noch immer
die meist verwendete Möglichkeit.
Aber hierbei muss jeder Farbton
individuell gefertigt werden, so
dass recht lange Dispergierzeiten in
Kauf genommen werden müssen.
Darüber hinaus stellt das Codispergieren
von Pigmenten einen
Kompromiss hinsichtlich der optimalen
Dispergierung der einzelnen
Pigmente dar.
„Lack-in-Lack“- (oder Mischlack-)
Systeme:
Eigens für diesen Zweck zubereitete
„vorgefärbte“ Farben und Lacke
werden miteinander gemischt,
um den gewünschten endgültigen
Farbton zu erzielen. Das Verfahren
ist losgelöst vom zeitraubenden
Mahlvorgang; statt dessen werden
in der Auflack-/Endverarbeitungsstufe
Flüssigkeiten miteinander
gemischt, um einen Lack mit dem
gewünschten Farbton herzustellen.
Hierzu müssen zwölf bis fünfzehn
„vorgefärbte“ Farben und Lacke
vorbereitet werden, die chemisch
miteinander verträglich sind. Für
die Herstellung des „Lack-in-Lack“-
Systems sind allerdings ebenfalls
energieaufwändige Mahlanlagen
erforderlich.
Vordispergierte Pigmente (Pigmentpasten):
Der Einsatz von Pigmentpasten
eröffnet der Farbtoneinstellung
beim Lackhersteller (sog. In-Plant)
oder nach der Produktion am Verkaufsort
(sog. Point-of-Sale) neue
Möglichkeiten. Das Konzept der
Farbtonanpassung mit Pigmentpasten
direkt im Laden oder in der
Produktion hat – im Falle outgesourcter
Pigmentpasten – fünf entscheidende
Vorteile:
■ Farbabtönung passend zur Referenzfarbe
an Ort und Stelle
Pigment
BET-Oberfläche
[m 2 /g]
Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften
■ gleich beim ersten Ansatz das
richtige Ergebnis
■ energieaufwändige Dispergieranlagen
sind nicht erforderlich
■ Einsparung von Betriebskapital
und
■ sehr geringes Abfallaufkommen
Eigenschaften von Pigmentmischungen:
Alle abgetönten Farben und Lacke
bestehen aus einer Mischung verschiedener
Pigmentarten. Faktoren
wie breites Teilchengrößenspektrum,
Teilchenform, Teilchenabstand,
Oberflächenchemie, Struktur,
Agglomerationsgrad und Energiebedarf
erschweren die Suche nach der
idealen Pigmentierung. In Tabelle 1
sind die physikalischen Eigenschaften
einiger weit verbreiteter Pigmente
angegeben.
Es ist allgemein bekannt, dass Systeme
mit Pigmentmischungen suboptimale
Voraussetzungen hinsichtlich
ihrer Dispergierbarkeit bieten.
Das gilt ganz besonders für Fälle,
in denen Teilchengrößen, Oberflächenchemie
usw. deutlich voneinander
abweichen. Umgekehrt wirkt
sich die Dispergierzeit von Pigmentmischungen
auf den endgültigen
Farbton aus.
Die relative Farbstärkeentwicklung
verschiedener Pigmente wurde
untersucht. Die Farbstärke wurde
als Maß für den Dispergiergrad des
Pigments zugrunde gelegt. Abbildung
1 zeigt den Entwicklungsverlauf
der Farbstärke bei der Dispergierung
von Phthalocyanin-Grün &
Phthalocyanin-Blau. Das Pigment
Phthalocyanin-Grün erreicht seine
volle Farbstärke nach 60 Minuten.
Phthalocyanin-Blau baut innerhalb
der ersten 100 Minuten seine Farbstärke
allmählich auf, steigert sie sogar
noch einmal deutlich im Verlauf
der folgenden 150 Minuten und
erreicht sein Maximum nach 250
Minuten. Obwohl beide Pigmente
chemisch auf Phthalocyanin basieren,
lässt sich das Grün wesentlich
leichter dispergieren. Das grüne
Pigment ist eine chlorierte Version
Ölabsorption
[ml/100 g]
des blauen Pigments. Die Chlorsubstituenten
an den vier Pyrrolringen
verändern die chemischen Eigenschaften
und die Benetzbarkeit der
Oberfläche erheblich.
%
1 . 1
1 . 0
0 . 9
0 . 8
0 . 7
0 . 6
0 . 5
Teilchengröße
[nm]
Titandioxid – 14 360
Eisenoxid
Rot
Chinacridon
Violett
Benzimid Azolon-
Orange
Phthalocyanin
Blau
Phthalocyanin
Grün
– 25 900
90 82 65
14 64 395
44 61 75
40 50 50
Dispergierverlauf der Phthalocyanin-Pigmente
Trendverlauf gemäß der Methode der kleinsten Quadrate
Dieser Pigment-Dispergierversuch
zeigt, dass sich der Farbton in Abhängigkeit
von der Dispergierzeit
verändert und dass sich die volle
Farbstärke erst dann entfaltet,
wenn alle Pigmente der Mischung
vollständig dispergiert sind. Bei
Verlängerung der Dispergierzeit
zur weiteren Entfaltung der Farbe
entstehen lediglich unnötig lange
Verarbeitungszeiten. Wird die Vermahlung
eingestellt, wenn sich ein
Pigment noch im Übergangsbereich
der Dispergierkurve befindet, dann
führen bereits kleine Änderungen
des zeitlichen Ablaufs zu großen
Unterschieden im Farbergebnis. Da
jedes Pigment einen anderen Leistungseintrag
benötigt, ergeben sich
bei Systemen mit Pigmentmischungen
gewisse Schwierigkeiten bei der
Optimierung des Bedarfs an unterschiedlichen
oberflächenaktiven
Stoffen und ihrer Stabilisierung.
Die beste Lösung zur Gewährleistung
eines gleichbleibenden Farbtons
zwischen den einzelnen Chargen
wäre die Einzeldispergierung
von Pigmenten. Viele Hersteller
von Farben und Lacken verfahren
bereits nach diesem Konzept und
bereiten ihre hauseigenen Pigmentpasten
mit den entsprechenden
Mehrkosten und Kapazitätseinschränkungen
zu.
Zukünftige Trends:
Durch das Outsourcing von Pigmentpasten
können sich Hersteller
ganz auf ihre Kernkompetenzen
konzentrieren: die Herstellung
von Farben und Lacken. Die Hersteller
können ihre Farbenproduktion
optimieren und durch das
Outsourcing der Pigmentpasten die
Herstellungs- und Lagerhaltungskosten
senken. Die Mitarbeiter der
Qualitätssicherung können sich
so ganz auf die Farben und Lacke
konzentrieren und nicht auf Pigmentpasten
und entlasten damit
die Chemiker in Forschung & Entwicklung,
die sich der Entwicklung
neuer Farben und Lacke widmen
können. Die Pigmentpasten-Lieferanten
haben somit die Gelegenheit,
sich als fachkundige und
wertvolle „Partner“ zu profilieren,
0 . 4
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Zeit
Abb. 1: Phthalocyanin-Pigmente
Phthalogrün
Phthaloblau
die neue Verfahren im Bereich der
Pigmente/Pigmentpasten/oberflächenaktiven
Stoffe bereitstellen.
Das Abtönen von Farben und Lacken
unmittelbar am Verkaufsort
hat weite Verbreitung bei Bautenfarben
und in der Holzbeschichtungsindustrie
gefunden. Das
Konzept der manuellen Mischung/
Abtönung im Farbbehälter visuell
oder mit einem Farbcomputer, der
den exakt passenden Farbton trifft,
eignet sich gut für Renovierungsarbeiten,
zum Nachbessern von
Farbanstrichen oder bei hochwertigen
Beschichtungen. Dieser Trend
erfährt derzeit durch den Einsatz
automatisierter Systeme und das
Outsourcing von Pigmentpasten
erhebliche Veränderungen.
Literatur:
1 Temple C. Patton, „Paint Flow and
Pigment Dispersion“.
Second Edition,1979.
2 „Why Grind It? A Technical Perspective“,
PCI Magazine, Sept 1999.
3 „Pigment Processing“. CCIP, Second
Edition, Jan 2001.
Technischer Kontakt:
luc.driessen@degussa.com
R E S I N S
Fortsetzung von Seite 6
Die Bewitterung von Zink-Silikat-Farben
führt zur Bildung von
Carbonaten und anderen Zink-
Salzen, die als weitere Barriere
zusätzliche Schutzfunktionen
aus üben. Dynasylan ® 40 ist ein
hervorragendes Ausgangsmaterial
für die Formulierung ein- oder
zweikomponentiger Zinkstaubfarben.
Diese können entweder
als Primer (z. B. Shop Primer)
oder als Deckbeschichtung für
den schweren Korrosionsschutz
verwendet werden. Die Schichtstärken
können im Bereich von
15 bis 100 µm variieren. Die Beschichtungen
zeigen sich äußerst
resistent gegen Witterungseinflüsse
wie Niederschlag, Temperaturwechsel,
UV-Strahlung und
gegen den Abbau durch Mikroorganismen.
Zinkstaubfarben auf
Basis Dynasylan ® 40 können mit
einem hohen Zinkstaub-Anteil
gefüllt werden. Das Bindemittel
härtet durch Luftfeuchtigkeit
aus und bildet ein festes, hochvernetztes,
dreidimensionales
Si loxannetzwerk, in welchem
die eingebetteten Zink-Partikel
durch chemische Bindung fixiert
sind. Die Beschichtungen
sind hart und extrem temperaturbeständig.
Temperaturbelastungen
bis zu 400 °C führen zu
keinerlei Beeinträchtigung der
Korrosionseigenschaften. Auch
der Kontakt mit korrosiven Lösemitteln
wie Diesel oder anderen
Treibstoffen sowie Ketonen
und Aromaten beeinflusst die
Eigenschaften der Beschichtung
nicht negativ.
Zink-Silikat-Farben auf Basis
Dynasylan ® 40 werden als sehr
lei stungsfähige Korrosionsschutzbeschichtung
eingesetzt. Ihr Einsatzspektrum
ist sehr vielfältig.
So werden beispielsweise Stahlkonstruktionen
im Hafenbau,
Kräne, Lagertanks, Silos, Pipelines,
Stahlkonstruktionen in
Raffinerien, Schornsteine und
Abgassysteme vorteilhaft mit
diesen Beschichtungssystemen
vor Korrosion geschützt. Auch
im Schiffsbau werden diese Beschichtungen
auf Basis Dynasylan
® 40 häufig zum Schutz von
Schiffsrümpfen im Innen- und
Außenbereich eingesetzt. Unter
den besonders harten Bedingungen
im Hochsee-Einsatz wird
eine ca. 15-jährige Schutzwirkung
erreicht. Unter weniger
extremen Bedingungen ist eine
Lebensdauer der Beschichtung
von 20 – 30 Jahren keine Seltenheit.
Dynasylan ® 40 ist das
Bindemittel der Wahl zur Formulierung
besonders langlebiger
Korrosionsschutzfarben.
Technischer Kontakt:
bjoern.borup@degussa.com
smart formulating journal
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R E S I N S
Maßgeschneiderte Polyester
für den chinesischen Markt
Regionale Unterschiede zwischen Asien und Europa
wird mittels einer geeigneten
Auswahl der Monomere erreicht.
Die Erwartungen an die UV-,
bzw. umfassender ausgedrückt,
die Witterungsbeständigkeit von
Lacken sind in Europa höher als
derzeit noch in China.
Abb 1: Coil-Coating-Fassade
Im Jahr 2005 betrug in China der
Bedarf an Bindemitteln, hauptsächlich
Polyestern, für Coil-Coating-An wen -
dungen ca. 25.000 Tonnen. Ihr
Haupteinsatzbereich sind Konstruktionselemente
für die Bauwirtschaft.
Degussa verstärkt kontinuierlich die Aktivitäten im
Zukunftsmarkt China. Im Dezember 2004 hat der
Geschäftsbereich Coatings & Colorants am Multi-
User-Standort in Shanghai, der im Chemical Industry
Park am südlichen Stadtrand liegt, den Bau von
zwei Produktionsanlagen eingeleitet. Eine dieser
beiden Anlagen ist zur Erzeugung von Lack- und
Klebpolyestern vorgesehen. Durch diese Investition
werden chinesische Farben-, Lack- und Klebstoffhersteller
seit dem Frühjahr 2006 mit hochqualitativen
Produkten und Problemlösungen versorgt.
Die gesättigten Lackpolyester des Bereichs Coatings
& Colorants werden unter dem Markennamen DY-
NAPOL ® vertrieben und kommen hauptsächlich in
flexiblen Metallbandbeschichtungen zum Einsatz –
in den so genannten Coil- und Can-Coatings, die es
erlauben, großflächige Metallbänder zu beschichten,
bevor sie geschnitten und geformt werden. Dabei
werden die DYNAPOL ® Polyester im Einbrennlackierverfahren
mit Aminharzen oder blockierten
Polyisocyanaten vernetzt, und sie verleihen den
Beschichtungen grundsätzlich eine gute Haftung
auf Metall, eine hohe Flexibilität sowie eine gute
Witterungsbeständigkeit; ein ideales Eigenschaftsspektrum
für Coil-Coating-Anwendungen. Wichtige
Anwendungen dieses effizienten Beschichtungsverfahrens
sind Fassadenelemente, Geräteverkleidungen
und Dosen.
dieses bedeutendste Marktsegment hat Degussa ihr
Produktportfolio nun um neue Polyester für Außenanwendungen
erweitert, die exakt den besonderen
regionalen Anforderungen des Landes entsprechen.
Klimatische und technische Unterschiede
Denn es ist zu beachten, dass die geforderten Eigenschaftsprofile
der Beschichtungssysteme und damit
auch der Polyester als deren Hauptkomponente von
Region zu Region – also zum Beispiel im Vergleich
zwischen Mitteleuropa und Südostasien – differieren;
dies einerseits aufgrund unterschiedlicher
klimatischer Bedingungen und andererseits wegen
ungleicher technischer Standards bei der Weiterverarbeitung
der vorbeschichteten Coils.
Eine bedeutende Einflussgröße ist die Außentemperatur.
Sie liegt in Mitteleuropa (Berlin) bei einem
Durchschnittswert von < 10 °C, an der südchinesischen
Küste, also in der Boomregion mit besonders
hoher Bautätigkeit, aber bei > 20 °C. Die Härte des
Lackes muss auf diese unterschiedlichen Umstände
eingestellt werden, damit die Beschichtung nicht
schon beim Wickeln, beim Lagern oder beim Transport
der Coils Beschädigungen erleidet.
Im Weiterverarbeitungsschritt, also beim Verformen
des Coils zum Halbzeug – z. B. beim Rollprofilieren
zu einem Fassadenelement mit Trapezprofil
– unterliegt der Lack einer enormen mechanischen
Belastung. Dabei können mit Staub oder Sand verunreinigte
Werkzeuge zu verkratzten Oberflächen
des eben erzeugten Produktes führen. Diesbezüglich
gibt es in China im Vergleich zu Europa noch höhere
Anforderungen an die Kratzbeständigkeit und die
Härte der Decklacke. Daher liegen für Architektur-
Außendecklacke in China die gängigen Bleistifthärten
bei 3 – 4 H (japanische Bleistifte), während in
Europa nur etwa Bleistifthärte H typisch ist.
Härte und Flexibilität sind nachvollziehbar konträre
Eigenschaften. Aufgrund der hohen Härteanforderungen
ist das zugestandene Flexibilitätsniveau mit
etwa 2 – 3 T (rissfrei, NCCA-Einheiten) im T-Bend-
Test in China niedriger als in Europa (0 – 1 T).
Oberflächen gegen höhere Luftverschmutzung
„immunisieren“
Eine dritte Besonderheit im chinesischen Markt ist
die Forderung nach einer guten Reinigungsfähigkeit
der lackierten Oberflächen. Hier sind die Anforderungen
in Mitteleuropa nicht nur wegen des bereits
erwähnten Klimaunterschieds niedriger, sondern
umso mehr, weil die Luftverschmutzung u. a. aus
fossil befeuerten Kraftwerken, aber auch von Industrieunternehmen,
deutlich reduziert werden konnte.
Das betrifft sowohl die Staubbelastung als auch
Schwefeldioxid- und Stickoxidemissionen. Daher
lassen sich im mitteleuropäischen Raum eingesetzte,
völlig ausreichende Standardlacksysteme unter den
Bedingungen in China nicht einsetzen.
Degussa hat sich auf die verstärkten
Polyester-Aktivitäten
in Asien intensiv vorbereitet und
Kunden befragt, um die spezifischen
Anforderungen auch unter
regionalen Gesichtspunkten
zu klären. Auf dieser Grundlage
hat Degussa ihre neuen Produkte
den Notwendigkeiten des chinesischen
Marktes entsprechend
maßgeschneidert. Es wurde ein
klares, technisches Anforderungsprofil
erstellt, mit den Prioritäten
Härte und Kratzfestigkeit,
Reinigungsfähigkeit und Witterungsbeständigkeit.
Als weitere
wichtige Eigenschaften, die das
Bindemittel Polyester dem Lack verleihen soll, stehen
hohe Lackergiebigkeit und eine ausreichende
Metallhaftung. Letztere eröffnet die Möglichkeit zur
direkten Metallbeschichtung ohne den Einsatz von
Primern als Haftvermittler („Einschichthaftung“).
Mit diesen Vorgaben hat Degussa drei neue, unterschiedliche
DYNAPOL ® -Typen entwickelt. Variante A
verleiht Lacken exzellente Härte und Kratzfes tigkeit
bei guter Bewitterungsbeständigkeit. Variante B
wurde auf optimale Einschichthaftung getrimmt.
Das ausgewogenste Eigenschaftsprofil weist die Variante
C auf: Sie verleiht Lacken eine exzellente Reinigungsfähigkeit,
wie der anspruchsvolle „Magic-Ink“-
Test (Abb. 3) zeigt, eine hohe Kratzfestigkeit, gute
Witterungsbeständigkeit und hohe Ergiebigkeit.
Die neue Anlage in Shanghai ist im Frühjahr 2006
in Betrieb gegangen. Vom Reich der Mitte aus sollen
weitere Länder der Region Südostasien für zukunftsweisende
Degussa-Produkte auch aus dem
Geschäftsbereich Coatings & Colorants erschlossen
werden.
Abb. 2: Coil-Coating-Linie
Effizient: Coil-Coatings ermöglichen es,
Metallbänder zu beschichten, bevor sie
anschließend für die jeweilige Anwendung
geschnitten und geformt werden.
Abb. 3: Magic-Ink-
Test Vergleich
Magic-Ink-Test bestanden:
Lackierte
Bleche werden mit
lösemittelbasierten
Filzstiften markiert
und nach bestimmter
Einwirkzeit mit
Ethanol gereinigt.
Bei Beschichtungen
auf Basis der neuen
DYNAPOL®-Typen
(Beispiel: Variante
C, oben) lassen sich
die Verunreinigungen
rückstandsfrei
entfernen; bei
einem derzeit in
China eingesetzten
Vergleichssystem
bleiben dagegen
deutlich sichtbare
Spuren zurück.
Bereits in 2005 gab es in China einen Bedarf von
ca. 50.000 Tonnen für Coil-Beschichtungen, wovon
in etwa die Hälfte auf Bindemittel entfällt, insbesondere
auf Polyester. Kleine Bruchteile davon
werden für das Verkehrssegment sowie andere Anwendungen
genutzt, knapp zehn Prozent gehen in
den Haushaltsgerätebereich. Eindeutig dominierend
mit etwa 90 Prozent ist der Einsatz in Konstruktionselementen
für die Bauwirtschaft, die entsprechende
Teile innen wie außen an Gebäuden verwendet. Für
Die erforderlichen Merkmale in Bezug auf die Kratzfestigkeit,
die Härte und die Reinigungsfähigkeit
eines Lackes bei ausreichender Flexibilität lassen
sich über den Polyester anhand zweier Parameter
einstellen: zum einen über
den Verzweigungsgrad, zum
anderen über die Glasübergangstemperatur.
Die für Außenanwendungen
zusätzlich
wichtige UV-Beständigkeit
Technischer Kontakt:
thorsten.brand@degussa.com
www.dynapol.com
Impressum Herausgeber Degussa AG, Benningsenplatz 1, 40474 Düsseldorf
Verantwortlich Rainer Lomölder (V.i.s.d.P.) • Rolf Dülm
Wernfried Heilen • Wilfried Robers
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Gestaltung Liebchen+Liebchen GmbH, www.LplusL.de
Druck mt druck Walter Thiele GmbH & Co., 63263 Neu-Isenburg
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