STAPA® - ECKART Effect Pigments

STAPA ®
Aluminiumpasten für Metallic-Effekte
Aluminium pastes for metallic effects
Technische Informationen/
Technical information

Inhalt
Contents
3
Einleitung / Introduction
4 Herstellung / Processing
5 Produktreihen / Product range
6 – 17 Eigenschaften / Characteristics
18 – 23 Produkte / Products
24 – 25 Anwendungen / Applications
26 – 30 Qualitätskontrolle/Prüfmethoden / Quality control/Test methods
2 ECKART

Einleitung
Introduction
Metallpigmente dienen in der Lack- und Anstrichmittelindustrie
sowohl der Effektgebung als auch der Erfüllung funktioneller Aufgaben.
Effektpigmente sind stets blättchenförmig (Flakes) und
haben, verglichen mit Farbpigmenten, überproportional große
Partikeldurchmesser. Während Farbpigmente Partikelgrößen im
Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zeigen, liegen die
Blättchendurchmesser von Effektpigmenten im Allgemeinen bei
5 – 45 µm.
Metallic pigments are used in the paints and coatings industry both
for their appearance and to fulfil certain functions. Special-effect
pigments are always in the form of flakes and particle diameter is
larger than that of colour pigments. While the particle size of colour
pigments is in the wavelength range of visible light, the flake
diameter of special effect pigments is generally around 5 – 45 µm.
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STAPA ®
Herstellungsprozess
Production process
Die Eigenschaften der Metallpigmente lassen sich in vielen Fällen
direkt vom Herstellungsprozess ableiten. Während die heute erhältlichen
Goldbronzepigmente trocken in Kugelmühlen zerkleinert
werden (Hametag-Prozess), werden die modernen Aluminiumpigmente
aus Sicherheitsgründen fast ausschließlich nach dem sog.
Hall-Verfahren durch Nassmahlung in Testbenzin hergestellt.
In many cases the properties of metallic pigments can be deduced
directly from the production process. The gold bronze pigments
available today are milled dry in ball mills (Hametag process), but
for reasons of safety modern aluminium pigments are produced
almost exclusively using the Hall process in white spirit in a wet
milling process.
Ausgangsmaterial ist ein atomisierter, spratziger Aluminiumgrieß
der Mindestreinheit 99,5 % nach EN 576, welcher in Kugelmühlen
in Testbenzin und in Gegenwart eines Mahlhilfsmittels (Schmiermittels)
zu blättchenförmigen Teilchen verformt bzw. zerkleinert
wird.
Die Auswahl der Zerkleinerungsparameter und des Schmiermittels
werden dabei von den Anwendungsgebieten der Pigmente
bestimmt. Die nach dem Zerkleinern anfallende Pigmentsuspension
wird gesiebt, auf Filterpressen abgepresst und in Mischern auf
die handelsübliche Zusammensetzung von 65 % Festkörper und
35 % Lösemittel ergänzt.
Beim Ergänzen des Filterkuchens kann man das Endprodukt durch
Auswahl spezieller Lösemittel oder durch Zugabe von bestimmten
Additiven für den jeweiligen Anwendungszweck „maßschneidern“.
The raw material is atomized, irregular powder with a minimal
purity of 99.5 % according to EN 576 which is milled or shaped
into flake-like particles in ball mills in white spirit in the presence of
a lubricant.
The milling parameters and the lubricant are determined by the
application for which the pigment is intended. The pigment
suspension produced after milling is screened, pressed on filter
presses and mixed in mixers to the standard combination of 65 %
solids and 35 % solvent.
The final product can be adapted for its later application by the
addition of a special solvent or by adding special additives to the
filter cake.
Herstellungsprozess
Production process
1 AL min. 99,5 % DIN 1712
2 Schmelze / Melting
1
3 Verdüsung / Atomizing
4 Sieb / Sieving
2
7
5 Kugelmühle / Ball mill
- Testbenzin / Mineral spirit
- Schmiermittel / Lubricant
3
5
8
6 Sieb / Sieving
7 Filterpresse / Filterpress
8 Mischer / Mixer
4
6
9
9 STAPA ® Aluminiumpaste / Aluminium paste
ECKART

Produktreihen im Überblick
Overview of product ranges
STAPA ® METALLIC – breites Kornband, gute Deckfähigkeit, farbstark;
vor allem im feinen Bereich leicht grau (701/R 707; 801/R 807).
STAPA ® MOBILUX – engeres Kornband, hohe Farbreinheit, für
klare Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 200 – grobe Sparkle-Typen, sehr enges Kornband,
für klare Farbtöne mit Glitzereffekt.
STAPA ® METALLUX 600 – relativ breites Kornband, fein, sehr
gute Deckfähigkeit, im feinen Bereich grau.
STAPA ® METALLUX 8000 – fein, enges Kornband, für klare
Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 9000 – „Seidenglanztypen“, sehr hell und
fein, wenig Flop für seidenglänzende, helle Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 700 – speziell für Can- und Coil Coating; ausgezeichnetes
Benetzungs- und Orientierungsverhalten; für helle
und metallische Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 2000 – hochbrillante Silberdollartypen,
enges Kornband, starker (dunkler) Flop.
STAPA ® METALLUX 3000 – sehr enges Kornband, exzellente
Brillanz und Farbreinheit
STAPA ® METALLUX 1000 – Farbstärke/Deckkraft und Sparkle-
Effekt in einem Pigment, hohe Brillanz.
NDF – ringleitungsstabile Pigmente, mittlere Feinheit, für sehr
klare Farbtöne.
ALOXAL ® – champagnerfarbene Aluminiumpigmente für ganz
neue Farbtöne, ringleitungsstabil.
STAPA ® METALLIC – wide particle size distribution, good
coverage, high tinting strength, slightly grey especially in the
fine range (701/R 707; 801/R 807).
STAPA ® MOBILUX – narrower particle size distribution, high
colour purity, for clear shades.
STAPA ® METALLUX 200 – coarse sparkle types, very narrow
particle size distribution, for clear shades with glitter effect.
STAPA ® METALLUX 600 – relatively wide particle size distribution,
fine, very good coverage, grey in fine range.
STAPA ® METALLUX 8000 – fine, narrow particle size distribution,
for clear shades.
STAPA ® METALLUX 9000 – “silky gloss”, very light and fine, low
flop for silk like light shades.
STAPA ® METALLUX 700 – especially for can and coil coating;
excellent wetting and orientation properties; for bright and metalalike
colours.
STAPA ® METALLUX 2000 – silver dollar types with high brilliance,
narrow particle size distribution, high (dark) flop.
STAPA ® METALLUX 3000 – very narrow particle size distribution,
excellent brilliance and colour purity.
STAPA ® METALLUX 1000 – tinting strength/coverage and sparkle
effect in one pigment, high brilliance.
NDF – pigments are stable in circulation lines, medium fine, for
very clear shades.
ALOXAL ® – champagne-coloured aluminium pigments for
completely new shades, stable in circuit systems.
STAPA ® METALLIC/MOBILUX/METALLUX
METALLUX = MEX
MOBILUX = MOX
METALLIC = MIC
MEX 1000
MEX 3000
MEX 2000
MEX 700
MEX 9000
MEX 8000
MEX 600
MEX 200
MOX
Mic
Siebanalyse / Screen analysis [µm]
25 40
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Benetzungsverhalten/Leafing Pigmente
Wetting behaviour/Leafing pigments
Benetzungsverhalten
Bei den verschiedenen Herstellungsverfahren muss zur Vermeidung
von Kaltverschweißungen ein Mahlhilfsmittel zugesetzt werden.
Dieses beeinflusst in charakteristischer Weise das Benetzungsverhalten
der Metallpigmente. Grundsätzlich unterscheidet man
leafing und non-leafing Pigmente.
Leafing Pigmente
Von leafing Pigmenten spricht man, wenn sie aufgrund hoher
Grenzflächenspannung vom Bindemittel nicht benetzt werden und
deshalb im Nassfilm aufschwimmen. Diesen Effekt erzielt man z. B.
durch Verwendung von Stearinsäure als Schmiermittel (Grafik 1).
Typische Eigenschaften und Anwendungsgebiete zeigt Tabelle 1.
In Lacksystemen mit stark polaren Löse- oder Bindemitteln besteht
immer die Gefahr, dass leafing Pigmente durch Benetzung „absaufen“
und zu non-leafing Pigmenten werden. Diese Eigenschaft ist bei
der Formulierung von Anstrichstoffen zu berücksichtigen. Im Bedarfsfall
sind spezielle leafing stabilisierte Pigmente zu verwenden.
Wetting behaviour
A lubricant must be used in the various production processes
to avoid coldwelding. This has a typical effect on the wetting
behaviour of the metallic pigments. A distinction is drawn between
leafing and non-leafing pigments.
Leafing pigments
Due to their high surface tension leafing pigments are not wetted
by the binder and therefore float on the wet film. This effect is
achieved by the use of e.g. stearic acid as lubricant (Fig. 1). Table 1
shows typical properties and areas of use.
In paint systems with strongly polar solvents or binders there is
always a danger that the leafing pigments will “drown” through
wetting and turn into non-leafing pigments. This possibility must
be taken into account when drawing up the formula of paints. If
necessary special leafing stabilized pigments should be used.
Benetzungsverhalten leafing Aluminiumpigmente
Tabelle 1
Wetting behaviour of leafing aluminium pigments
Table 1
Typische Eigenschaften
Anwendung
Typical properties
Application
Strahlenreflexionsvermögen – sichtbar – IR (Wärme) – UV
Industrielacke allgemein/
Tankanstriche/Dachanstriche
high ability to reflect light – visible – IR (Heat) – UV
industrial paints in general/
paints for tanks/roof coating
Barriereschutz durch lange Diffusionswege
Korrosionsschutz
barrier protection due to long diffusion path
corrosion protection
Chromeffekt
Dekorationsanstriche
chrome effects
decorative coatings
Leafing Verhalten abhängig von Löse- und Bindemittel –
Polarität – Säurezahl – Wasser
leafing behaviour depends on solvent or
binder agent polarity – acid value – water
Anstriche sind nicht abriebfest
Überlackieren problematisch
coatings can be rubbed off
overcoating difficult
Leafing Verhalten / Leafing behaviour
Grafik 1 / Fig. 1
Leafing Pigmente und Bindemittel
Leafing pigments and binding agent
Untergrund / Substrate
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Non-leafing Pigmente
Non-leafing pigments
Non-leafing Pigmente
Non-leafing Pigmente entstehen entweder durch Zugabe von stark
polaren Substanzen oder Netzadditiven zu leafing Pigmenten oder
durch Verwendung spezieller Schmiermittel (z. B. Ölsäure) direkt
im Zerkleinerungsprozess.
Non-leafing pigments
Non-leafing pigments are created either by the addition of strongly
polar substances or wetting agents to leafing pigments or by the
use of special lubricants (e.g. oleic acid) directly in the milling
process.
Die non-leafing Pigmente werden vollständig benetzt und verteilen
sich daher gleichmäßig im gesamten Lackfilm (Grafik 2).
Typische Eigenschaften und Anwendungsgebiete zeigt Tabelle 2.
Non-leafing pigments are completely wetted and thus spread
evenly throughout the entire paint film (Fig. 2). Table 2 shows their
typical properties and areas of use.
Benetzungsverhalten non-leafing Aluminiumpigmente
Tabelle 2
Wetting behaviour of non-leafing aluminium pigments
Table 2
Typische Eigenschaften
Anwendung
Typical properties
Application
Orientierung im Lackfilm
Grundierung
orientation in the paint film
base coats
Absolut abriebfest
Can coating
completely resistant to rubbing
can coating
Überlackieren problemlos
Coil coating
overcoating is no problem
coil coating
Einfärbungen möglich
Polychromatische Effekte in
Lack- und Druckfarben
combination with colour pigments possible
polychromatic effects in
paints and printing inks
Hammerschlageffekte
hammerfinish
3D-Effekte
Fahrzeuglackierung
„Metallic“
3D-effects
automotive paints
“Metallic”
Non-leafing Verhalten / Non-leafing behaviour
Grafik 2 / Fig. 2
Non-leafing Pigmente und Bindemittel
Non-leafing pigments and binding agent
Untergrund / Substrate
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Teilchenform, Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung
Particle shape, particle size, distribution of particle size
Teilchenform – Teilchengröße – Teilchengrößenverteilung
Durch die Zerkleinerung bzw. Verformung der spratzigen
Aluminiumgrieße entstehen in der Kugelmühle infolge der
Duktilität blättchenförmige Metallpigmente mit Formfaktoren
(Blättchendicke : Blättchendurchmesser) von 1:50 bis 1:500.
Die Teilchenform variiert von unregelmäßigen Blättchen (Cornflakes)
bis zu nahezu kreisrunden Teilchen, den so genannten
„Silberdollars“. Silberdollars sind die modernste Pigmentgeneration
mit herausragenden optischen Eigenschaften. Sie werden nach
einem sehr aufwendigen Verfahren unter Verwendung spezieller,
sehr feiner Grieße produziert.
Die statistische Blättchendicke kann je nach Produkt und Zerkleinerungstechnologie
variieren, d. h. es handelt sich bei den verschiedenen
Pigmenten nicht um monodisperse Teilchen, sondern
um heterodisperse Systeme mit mehr oder weniger statistischer
Teilchengrößen- und Teilchendickenverteilung.
Die Teilchengrößenverteilung der Metallpigmente hat einen
entscheidenden Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Applikationen.
Zur Charakterisierung der Pigmente und für die Qualitätskontrolle
ist deshalb eine Messung der Teilchengrößenverteilung
unerlässlich, aufgrund der Anisotropie der blättchenförmigen Teilchen
aber nicht einfach.
Particle shape – particle size – distribution of particle size
The ductile nature of the metals used means that milling or crushing
of the irregular atomized powder in the ball mill creates flakes with
shape factors (flake thickness : flake diameter) of 1:50 to 1:500.
Particle shape varies from irregular flakes (cornflakes) to almost
completely round particles, the so-called “silver dollars”. Silver
dollars are the latest pigment generation and have excellent optical
properties. They are produced in an extremely elaborate process
using special, very fine granulates.
Statistical particle thickness can vary depending on the product
and the milling technology used, i.e. the various pigments are not
monodisperse particles but heterodisperse systems with a more or
less statistical distribution of particle sizes and thicknessess.
Particle size distribution in metallic pigments has a decisive
influence on the optical properties of the applications. It is essential,
therefore, to measure particle size distribution for quality control
and in order to classify the pigments, the anisotropy of the flakes
makes this difficult, however.
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Optische Eigenschaften
Optical properties
Optische Eigenschaften
Metallpigmente erzeugen ihre charakteristischen Effekte durch
Reflexion und Streuung von einfallendem Licht an der Pigmentoberfläche.
Der Metalleffekt hängt im Wesentlichen ab von
Optical properties
Metallic pigments create their characteristic effects through
reflection and scattering of light falling on the surface of the
pigment. The metallic effect depends mainly on
· Teilchengrößenverteilung
· Teilchenform
· Formfaktor
· Oberflächenglätte
· Pigmentorientierung relativ zur Substratoberfläche
· Benetzungsverhalten (leafing – non-leafing)
· particle size distribution
· particle shape
· the shape factor
· the smoothness of the surface
· pigment orientation in relation to the surface of the substrate
· wetting behaviour (leafing – non-leafing)
Es ist nicht ganz einfach, den visuellen Eindruck des Metalleffekts
zu beschreiben bzw. messtechnisch zu erfassen, da er sich aus
einer Summe charakteristischer Einzeleffekte zusammensetzt. Man
unterscheidet folgende Qualitätsmerkmale:
· Farbton
· Helligkeit/Whiteness
· Brillanz (sparkle und metallischer Glanz)
· Färbekraft (Deckfähigkeit)
· Bunttonsättigung
· Abbildeschärfe/DOI
· Flop
It is somewhat difficult to describe or measure the visual impression
of the metallic effect as it is made up of a number of characteristic
individual effects. The following quality criteria are distinguished:
· shade
· brightness/whiteness
· brilliance (sparkle and metallic gloss)
· tinting strength (hiding power)
· colour saturation
· DOI
· Flop
ECKART

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Farbton/Brillanz, Helligkeit, Bunttonsättigung, Flop, Deckfähigkeit
und DOI
Shade/brilliance, brightness, colour saturation, flop, hiding power
and DOI
Farbton
Aluminiumpigmente haben keine Eigenfärbung, sie sind unbunt.
Was sie von Schwarz- und Weißpigmenten unterscheidet, ist der
metallische Glanz bzw. die Brillanz, hervorgerufen durch die Lichtreflexion
an den Pigmentblättchen.
Shade
Aluminium pigments have no colour of their own, they are
achromatic, thus distinguishing from black and white pigments by
their brilliance, or metallic shine, which is caused by the reflection
of light from the pigment flakes.
Im Markt verfügbar bzw. in der Entwicklung sind inzwischen auch
farbige Aluminiumpigmente, deren Oberfläche mit farbgebenden
Mitteln beschichtet ist. Bekanntestes Beispiel sind goldfarbene, mit
Eisenoxiden belegte Aluminiumflakes (Paliocrom ® , BASF Ludwigshafen).
Coloured aluminium pigments whose surfaces are coated with
colouring agents are now available or are under development. The
best known examples are goldcoloured aluminium flakes coated
with iron oxides (Paliocrom ® , a trademark of BASF, Ludwigshafen).
Ein weiteres neues Produkt sind Aluminiumpigmente, die durch
kontrollierte Oxidation eingefärbt werden. Diese „ALOXAL“-Typen
weisen eine champagnerfarbene Eigenfärbung auf, die neue Möglichkeiten
der Farbgebung eröffnet. Insbesondere bei der Abmischung
mit Farbpigmenten ergeben sich wärmere Farbtöne als mit
konventionellen Aluminiumpigmenten.
Darüber hinaus sind ALOXAL-Pigmente witterungsstabil und ringleitungsbeständig.
Also new are aluminium pigments coloured by controlled oxidation.
These “ALOXAL” types are champagne coloured pigments which
open up completely new colour possibilities. When mixed with
colour pigments, in particular, warmer shades can be achieved
than with conventional aluminium pigments.
ALOXAL pigments are also weather resistant and stable in
circulation lines.
Reflexion und Streuung / Reflection and scattering
Grafik 3 / Fig. 3
Lackfilm/Paint film
Untergrund/Substrate
Brillanz, Helligkeit, Bunttonsättigung, Flop,
Deckfähigkeit und DOI
Der Metalleffekt, wie wir ihn z. B. von den Automobildecklackierungen
her als „Metallic“ kennen, wird wie bereits erwähnt durch
Reflexion und Streuung von Licht an den Pigmentblättchen hervorgerufen,
die mehr oder weniger gut orientiert in einem klaren oder
transparent eingefärbten Lackfilm fixiert vorliegen.
Bestimmend für den visuellen Eindruck ist dabei das Verhältnis von
reflektiertem zu gestreutem Licht. Der Reflexionsanteil steigt mit
zunehmender Größe der Pigmentflächen, der Streulichtanteil dagegen
mit der Anzahl diffus streuender Kanten (Grafik 3).
Brilliance, brightness, colour saturation, flop,
hiding power and DOI
The metallic effect of e. g. car finishes is achieved by the reflection
and scattering of light on the flakes, which are better or worse
orientated in the film.
The visual impression created depends on the ratio between
reflected and scattered light. The proportion of reflected light
increases with the size of the pigment areas; the proportion of
scattered light increases with the number of edges scattering
the light (Fig. 3).
10 ECKART

Brillanz, Helligkeit, Bunttonsättigung, Flop, Deckfähigkeit und DOI
Brilliance, brightness, colour saturation, flop, hiding power and DOI
Je gröber also ein Pigment und je runder die Form der Blättchen,
desto höher ist der Reflexionsanteil und damit die metallische
Brillanz, die Helligkeit und die Bunttonsättigung in eingefärbten
Metallics. Auch der Flop, d. h. die Änderung der Helligkeit in
Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel, nimmt zu.
In der Praxis erkennt man das Flopverhalten durch den Helligkeits-
Kontrast zwischen senkrechten und waagrechten Wagenpartien bzw.
beim Betrachten eines Wagens aus verschiedenen Blickwinkeln.
Je feiner ein Pigment und je unregelmäßiger die Blättchenstruktur,
desto höher ist der Streulichtanteil, desto gleichmäßiger und grauer
der Effekt, desto weißer der Flop und desto höher die Deckfähigkeit
und der DOI (Distinctiveness Of Image, Abbildeschärfe).
Je höher der DOI-Wert, desto schärfer ist die Abbildung
(Spiegelung von kontrastreichen Objekten wie Häuser, Wolken,
Bäume etc.) durch die lackierte Oberfläche (Lackglanz).
Besonders gefragt sind nun aber helle, brillante Metallpigmente
mit starkem Flop, die gleichzeitig auch eine hohe Deckfähigkeit
und Abbildeschärfe aufweisen. Leider hängen die erwünschten
Eigenschaften aber großteils gerade gegenläufig von der Teilchengrößenverteilung
ab (Grafik 4).
The coarser the pigment, the rounder the shape of the particles,
the higher the proportion of reflected light and thus of the
brilliance, brightness and colour saturation. Flop – the change
in brightness depending on the viewing angle, also increases.
In practice flop behaviour can be recognized from the difference in
brightness between the horizontal and vertical parts of the car or
by looking at a car from different angles.
The finer the pigment and the more irregular the particle
structure, the higher the proportion of scattered light, the more
uniform, the whiter the flop and darker the effect, the greater the
hiding power and the DOI (distinctiveness of image).
The higher the DOI, the clearer the image (reflection of objects
with high contrast such as buildings, clouds, trees etc.) by the
painted surface (paint gloss).
There is high demand for bright, brilliant metallic pigments
with strong flop which also have good coverage and DOI.
Unfortunately the desired properties depend on particle size
distribution in the opposite way (Fig. 4).
Einfluss der Teilchengröße / Influence of particle size
Grafik 4 / Fig. 4
fein/fine
grob/coarse
Helligkeit / Brightness
Brillanz / Brilliance
Bunttonsättigung / Colour saturation
Flop / Flop
Deckfähigkeit / Coverage
Abbildeschärfe / DOI
ECKART 11

STAPA ®
Brillanz, Helligkeit, Bunttonsättigung, Flop, Deckfähigkeit und DOI
Brilliance, brightness, colour saturation, flop, hiding power and DOI
Durch die Entwicklung von Pigmenten mit runder Kornform und
engem Kornband („Silberdollars“) gelang es, diese Forderungen
zumindest weitgehend zu erfüllen (Grafik 5, 6); nur bezüglich der
Deckfähigkeit blieben hier noch einige Wünsche offen. Heute
ist es durch spezielle Herstellungsverfahren möglich, Pigmente
anzubieten, die auch in diesem Punkt näher an den Wunschvorstellungen
liegen.
Sparkle-Effekt, Brillanz, starker Flop und hohe Farbstärke in einem
Pigment sind, in einem gewissen Rahmen, keine Utopie mehr
(z. B. METALLUX 1000).
The development of round shaped pigments within a narrow
particle size distribution (”silver dollars”) has made it possible to
fulfil these requirements to a large extent (Figs 5, 6), only their
hiding power leaves something to be desired. Special production
processes make it possible today to offer pigments which are
satisfactory even in this respect.
Within limits, it is possible to produce a pigment which combines
sparkle effect, brilliance, strong flop and colour saturation (e. g.
METALLUX 1000).
Metalleffekt (ME) als Funktion von Feinheit, Kornband und Teilchenform
Metallic effect (ME) as a function of fineness, particle size distribution and particle shape
Grafik 5 / Fig. 5
METALLIC
MOBILUX
METALLUX 600/8000/9000
METALLUX 200/2000/1000
METALLUX 3000
ME
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
10 15 20 25 30 35
D 50 [µm]
Gegenläufigkeit von Metalleffekt-Wert (ME) und DOI-Wert
Inverse relationship between Metallic effect (ME) value and DOI value
Grafik 6 / Fig. 6
ME
fein / fine
grob / coarse
ME
DOI
DOI
fein / fine
grob / coarse
1400
100
1200
1000
80
800
60
600
40
400
200
20
0
METALLIC
MOBILUX
METALLUX
METALLUX
METALLUX
METALLUX
0
600/8000/
200/2000
3000
1000
9000
12 ECKART

Einfluss der Teilchenorientierung auf den optischen Effekt
The influence of particle orientation on optical effect
Grafik 7 / Fig. 7
· gute Orientierung /
good orientation
· einheitliche Reflexion /
uniform reflection
· starker Flop /
strong flop
· „Sparkle“ /
“sparkle”
· schlechte Orientierung /
poor orientation
· ungerichtete Reflexion /
non-directional reflection
· schwacher Flop /
weak flop
· „Salz und Pfeffer“ /
“salt and pepper”
Pigmentorientierung
Die beschriebenen Qualitätsmerkmale Brillanz, Helligkeit, Bunttonsättigung,
Deckfähigkeit, Flop und Abbildeschärfe sind aber nicht
nur eine Funktion von Teilchengrößenverteilung und Kornform.
Daneben ist auch die Orientierung der Aluminiumblättchen im
Lackfilm von ausschlaggebender Bedeutung für die Ausbildung
eines guten Metalleffekts (Grafik 7).
Einen optimalen Effekt erhält man bei paralleler Ausrichtung der
Blättchen zur Filmoberfläche. Schlechte Orientierung führt zu
„Wolkenbildung“ oder zu einem unruhigen „Salz- und Pfeffer-
Effekt“.
Die Orientierung der blättchenförmigen Pigmente wird im Wesentlichen
durch die Formulierung und die Applikationsbedingungen
beeinflusst.
Grafik 8 zeigt Vergleiche unterschiedlicher Pigmentklassen in zwei
verschiedenen Bindemittelsystemen. Durch das Abdunsten des
Lösemittels schrumpft der Nassfilm und presst praktisch die Aluminiumpigmente
in eine horizontale Lage. Diese Ausrichtung ist
umso ausgeprägter, je höher der Lösemittelgehalt des Lackes war.
Dies wiederum erklärt die Beobachtung, dass die Pigmentorientierung
und damit auch die optischen Eigenschaften von
„low-solid-Basislacken“ wesentlich besser sind als die von
„high-solid-Lacken“.
Pigment orientation
The quality criteria described – brilliance, brightness, colour
saturation, coverage, flop and DOI – depend not only on particles
and particle size distribution, but also on the orientation of the
aluminium flakes in the paint film (Fig. 7).
Best effects are achieved when the flakes lie parallel to the surface
of the film. Poor orientation leads to ”clouding” or to an uneven
”salt and pepper” effect.
The orientation of flake pigments depends mainly on the formula
and on application conditions. Fig. 8 shows comparisons of different
classes of pigments in two different binder systems.
The evaporation of the solvent causes the film to shrink and virtually
press the aluminium pigments into a horizontal position. The
higher the solvent content of the paint, the more pronounced this
effect is. This explains the observed phenomenon that pigment
orientation and thus the optical properties of ”low solid paints” are
considerably better than those of ”high solid paints”.
Metalleffekt (ME) verschiedener Pigmente in unterschiedlichen Lacksystemen
Metallic effect (ME) of different pigments in different paint systems
Grafik 8 / Fig. 8
Lack A / paint A
Lack B / paint B
ME 1800
1600
1400
1200
1000
a) Silberdollar grob / silver dollar coarse
800
b) Silberdollar fein / silver dollar fine
600
400
c) breites Kornband / cornflakes wide particle size distribution
200
d) enges Kornband / cornflakes narrow particle size distribution
0
a)
b)
c) d)
ECKART 13

STAPA ®
Mechanische Eigenschaften
Mechanical properties
Das abdunstende Lösemittel erzeugt jedoch innerhalb des Nassfilms
starke Turbulenzen und würde bei zu langsamer Verdunstungsrate
durch Bildung sog. Bénard’scher Zellen einer Orientierung des Aluminiumpigments
im Wege stehen (Wolkenbildung).
The evaporating solvent creates powerful turbulences within the
wet film, however, and if evaporation is too slow these hinder the
orientation of the aluminium pigment through the formation of
so-called Bénard cells (clouding).
Dies kann durch Mitverwendung von Bindemitteln, die die Lösemittel
schnell abgeben (z. B. Celluloseacetobutyrate), bzw. durch
Zugabe von Additiven, die die Aluminiumpigmente fixieren,
vermieden werden. In der Literatur wird hier besonders auf die
positive Wirkung von Wachsdispersionen als „Abstandshalter“
hingewiesen; auch oberflächenaktive Substanzen werden hierfür
angeboten, jedoch muss deren Wirkung im jeweiligen Bindemittel
erst geprüft werden.
Mechanische Eigenschaften
Die z. T. außerordentlich dünnen Metallpigmente sind gegen hohe
mechanische Scherkräfte überaus empfindlich.
Die Folgen einer zu starken mechanischen Belastung wären
Stippenbildung durch Verformung der Teilchen, Verlust der optischen
Qualitätsmerkmale durch Nachzerkleinerung der Pigmente,
im ungünstigsten Fall sogar chemische Reaktionen, da durch
Schaffung ungeschützter Metalloberflächen und dadurch bedingte
chemische Aktivierung der Metallpigmente diese mit dem Lacksystem
in Wechselwirkung treten können.
Zu beachten sind die mechanischen Eigenschaften der Metallpigmente
insbesondere bei der Dispergierung der Pigmente, aber
auch bei der Verarbeitung von Metalleffektlacken in kritischen
Pumpensystemen bzw. Ringleitungen.
It is a help here to use binding agents which release the solvents
quickly (e.g. cellulose acetobutyrate) or to include additives which
fix the bronze particles. Attention is drawn in the relevant literature
to the positive effect of wax dispersions as “distance keepers”;
surface active substances are also available for this purpose, but
their effect in the binding agent must be tested first.
Mechanical properties
Extremely thin metallic pigments are sensitive to high mechanical
shear forces.
The consequences of mechanical shear stress caused by deformation
of the particles, the loss of optical properties by creating very fine
particles could be the creation of specs, and in the worst case
chemical reactions caused by the creation of unprotected metal
surfaces and thus the chemical activation of the metallic pigments
which can cause interaction with the paint system.
Attention should be paid to the mechanical properties of the
metallic pigments especially during dispersion but also when
special effect metallic paints are being processed in critical pump
systems or circulation lines.
14 ECKART

Verarbeitung von Metalleffektpigmenten
Processing metallic pigments
Verarbeitung von Metalleffektpigmenten
Voraussetzung für eine optimale Effektausbildung und eine gleichmäßige
und stippenfreie Lackierung ist eine vollständige Dispergierung
der Metallpigmente im Lack. Um dies zu erreichen, ist
aufgrund der zuvor beschriebenen mechanischen Eigenschaften
eine gänzlich andere Vorgehensweise der Verarbeitung als bei
Buntpigmenten erforderlich.
Grundsätzlich sind für Metalleffektpigmente Dispergieraggregate
zu verwenden, die das einzelne Teilchen mechanisch nicht zu stark
belasten. Eine zu starke mechanische Belastung kann zu Verformung
und Nachzerkleinerung der Aluminiumpigmente führen. Die
Folge ist eine Verschlechterung des optischen Effektes.
In diesem Zusammenhang ist bei Rührwerken (Dissolvern) zum
einen auf eine niedrige Umdrehungszahl zu achten, empfehlenswert
sind Umlaufgeschwindigkeiten von 500 – 800 rpm. Zum
anderen spielt die Form der Dissolver-Scheiben eine entscheidende
Rolle, geeignet sind hier Flügelrührer, flache oder gezahnte Dissolver-Scheiben.
Wichtig ist zudem das Verhältnis zwischen Rührerund
Kesseldurchmesser, das optimalerweise zwischen
0,5 und 0,7 liegen sollte.
Processing metallic pigments
Complete dispersion of the metallic pigments in the paint is essential
if the full special effect is to be achieved and the coating is to
be even without specs. However, the mechanical properties
described above mean that the dispersion process is quite different
to that for colour pigments.
Aggregates are recommended that do not place a high mechanical
strain on to the individual flakes during the dispersion steps. High
shear may result in deforming and/or fracturing of the pigment
particles leading to a deterioration of the visual effect.
Stirrers (dissolvers) should therefore be operated at low speeds of
500 – 800 rpm. The shape of the dissolver discs is also important,
with blade stirrers, flat or toothed dissolver discs being most
suitable. A further important point is the ratio of the stirrer diameter
to the dispersion vessel diameter, which should ideally be somewhere
between 0.5 and 0.7.
Please note the mixing blade should be close to the bottom of
the mixing vessel in order to ensure complete dispersion of the
pigment paste.
Um Reste nicht dispergierter Pigmentpaste am Kesselboden
zu vermeiden und eine vollständige Dispergierung der Paste zu gewährleisten,
sollte der Rührer während der Dispergierung bis weit
in das untere Drittel des Anteigekessels reichen.
Unterstützt wird das Homogenisieren der Paste durch ein Vordispergieren
des Metallpigmentes im Lösemittel. Das Verhältnis
Aluminiumpaste zu Lösemittel sollte etwa bei 1:1 bis 1:2 liegen.
Geeignete Lösemittel für die Vordispergierung von leafing
Pigmenten sind aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Xylol) und
Testbenzin. Hier dürfen keine polaren Lösemittel und Dispergier-
Netzmittel verwendet werden, da die Pigmente sonst benetzt werden
und somit ihre leafing Eigenschaft verlieren.
The homogenisation process is improved by first dispersing the
metallic pigment in a solvent. The ratio of aluminium paste to
solvent should be about 1:1 to 1:2.
Solvents suitable for the preliminary dispersion of leafing pigments
include aromatic hydrocarbons (e.g. xylol) and mineral spirit. Polar
solvents and dispersion wetting agents should not be used here,
otherwise the pigments are wetted, making them lose their leafing
characteristics.
Solvents suitable for the preliminary dispersion of non-leafing pigments
include polar solvents (e.g. alcohols, esters, ether ester) and
mixtures of these solvents.
Geeignete Lösemittel für die Vordispergierung von non-leafing
Pigmenten sind polare Lösemittel (z. B. Alkohole, Ester, Etherester)
und Lösemittelgemische.
ECKART 15

STAPA ®
Verarbeitung von Metalleffektpigmenten
Processing metallic pigments
Die Zugabe geeigneter Netzmittel kann den Verarbeitungsprozess
erleichtern, d. h. die Benetzung und das Separieren der Pigmente
beschleunigen. Zudem ist die Paste stabiler und neigt weniger zu
einer Reagglomeration der Pigmente.
Adding appropriate wetting agents can help by accelerating
the wetting out of the pigments and separating them from each
other. In addition, this makes the paste more stable, and reduces
the risk of a pigment reagglomeration.
Chlorkohlenwasserstoffe sind ungeeignet, da diese unter ungünstigen
Bedingungen Chlorwasserstoff abspalten können, welcher
mit dem fein verteilten Pigment reagieren würde. Auf Wasserfreiheit
der Lösemittel ist ebenfalls zu achten, um die Reaktion
unstabilisierter Pigmente mit Wasser auszuschließen.
Chlorinated hydrocarbons are not suitable as, under unfavourable
conditions, they can split off hydrogen chloride which would react
with the finely dispersed pigment. Care should also be taken to
ensure that the solvent contains no water, to prevent the reaction
of unstabilised pigments with water.
Zur besseren Verarbeitung empfiehlt sich, die Aluminiumpigmentpasten
vorzulegen und das Lösemittel unter Rühren portionsweise
zuzugeben. Diese Vormischung kann dann entweder nach einer
Ruhephase („Einsumpfen lassen der Pigmentpaste“) oder sofort
mit einem Rührer (Dissolver) homogenisiert werden. Sind sämtliche
Pigmente gut dispergiert, so hat die Vormischung ein sämiges Aussehen.
For improved results, it is advisable to start with the aluminium
pigment paste and then add the solvent gradually while stirring.
This initial mix can then either be homogenised immediately or
after a while (“leaving the pigment paste to soak”) using a stirrer
(dissolver). If all the pigments are fully dispersed, the pigment mix
will take on a thick appearance.
Folgende Reihenfolge der Lackherstellung ist empfehlenswert:
· Zuerst die Pigmentpaste vorlegen, dann das Lösemittel unter
ständigem Rühren zugeben.
· Nach der Homogenisierung sollte das Pigment-Slurry auf
Vorhandensein undispergierter Pastenreste überprüft werden.
· Nach dieser Kontrolle erfolgt das Auflacken, d. h. die ggf. weitere
Anteigung mit Lösemittel und die Zugabe weiterer Rezepturbestandteile,
wie Bindemittel, Additive usw.
We recommend the following sequence for manufacturing coatings:
· Firstly, put the pigment paste in the dispersion vessel, then
add the solvent, stirring constantly.
· Following homogenisation, the pigment slurry should be
inspected for signs of undispersed pigment paste.
· The next stage after this check will be the addition of more
solvent if necessary to give it a paste consistency, and the
addition of other ingredients such as binder, additives, etc.
In vielen Fällen muss jedoch umgekehrt gearbeitet und das vordispergierte
Metallpigment in das Bindemittel eingerührt werden.
Grund ist ein Konzentrationsphänomen welches einen Pigmentbzw.
Lösemittelschock auslöst und eine Agglomeration der
Pigmente zur Folge hat.
Vor Festlegung der Produktionsabfolge sollte daher unbedingt
in Laborversuchen die richtige Reihenfolge der Lackzubereitung
ermittelt werden.
Während des gesamten Verarbeitungsprozesses ist es wichtig, die
Paste so gut wie möglich abzudecken, um eine starkes Verdunsten
des Lösemittels zu verhindern. Dies würde zu einer Reagglomeration
der Pigmente führen.
It is, however, often necessary to reverse this procedure and to stir
the metallic pigment – after preliminary dispersion – into the binder
in order to avoid a pigment or solvent concentration shock, which
would lead to an agglomeration of the pigments.
It is therefore essential that laboratory tests be carried out in order
to find out the right sequence for the coating preparation before
production.
The paste should be covered as much as possible throughout the
process to limit evaporation of the solvent, which could lead to a
reagglomeration of the pigments.
16 ECKART

Ringleitungsbeständigkeit / chemische Eigenschaften
Degradation resistance / chemical properties
Ringleitungsbeständigkeit
In der Automobilindustrie werden die Lacke (Farbtöne) permanent
in Ringleitungen umgepumpt und bei Bedarf aus diesen abgezogen.
In kritischen Pumpensystemen, insbesondere jedoch an den Druckregelventilen
zwischen Ringleitung und Sprüheinrichtung, treten
hohe Scherkräfte auf, welche zu einer Beschädigung der Metallpigmente
führen können. Oft sind es jedoch lediglich nachträgliche
Dispergiervorgänge (Nachbenetzung durch lange Verweildauer
und Turbulenzen), welche zu einer Änderung des optischen Effekts
führen.
Für besonders aggressive Ringleitungen wurden daher spezielle
Aluminiumpigmente, die so genannten „non-degrading“-Flakes,
entwickelt. Durch ihre höhere Teilchendicke erweisen sich diese
Produkte als mechanisch besonders stabil. Allerdings bleiben auch
Orientierung, Flop und Farbstärke nicht unbeeinflusst von der veränderten
Geometrie.
Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften von Aluminiumpigmenten schränken
die Auswahl an Binde- und Lösemitteln stark ein (Tabelle 3).
Für wässrige Lacksysteme wurden speziell stabilisierte Aluminiumpigmente
entwickelt (STAPA ® Hydro…), welche die Formulierung
lagerstabiler Wasserlacke erlauben.
Degradation resistance
In the automotive industry the individual paints (shades) are
constantly pumped round circulation systems and drawn off
as required. High shear forces arise in critical pump systems,
especially at the pressure control valves between the circulation
system and the spraying device and these can damage the metallic
pigments. Often however it is simply subsequent dispersion
processes (subsequent wetting through long dwell times and
turbulences) which lead to a change in the optical effect.
Special aluminium pigments, so-called “non-degrading flakes”
have therefore been developed for particularly aggressive
circulation lines. The greater thickness of the flakes gives these
products higher mechanical stability. The altered geometry is not
without effect on orientation, flop and colour intensity, however.
Chemical properties
The chemical properties of aluminium, severely limit the choice
of binders and solvents (Table 3).
Specially stabilized aluminium pigments (STAPA ® Hydro…) have
been developed for water-based paint systems which allow the
creation of water-based paints which are stable in storage.
Chemische Eigenschaften / Chemical properties
Tabelle 3 / Table 3
Verhalten gegenüber/Behaviour towards
sauren Medien / Acid media
basischen Medien / Alcaline media
Halogenen / Halogens
Aluminium
Gasentwicklung, Vergrauung / Gas formation, greying
Gasentwicklung / Gas formation
Gasentwicklung / Gas formation
ECKART 17

STAPA ®
STAPA ® METALLIC
STAPA ® MOBILUX
STAPA ® METALLIC
Breites Kornband, gute Deckfähigkeit, farbstark; vor allem im feinen
Bereich leicht grau (701/R707, 801/R807).
STAPA ® METALLIC
Wide particle size distribution, good coverage, intensive colour,
slightly grey especially in the fine range (701/R707, 801/R807).
STAPA ® MOBILUX
Engeres Kornband, hohe Farbreinheit, für klare Farbtöne.
STAPA ® MOBILUX
Narrower particle size distribution, high colour purity, for clear
shades.
STAPA ® METALLIC
MOBILUX
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

STAPA ® METALLUX 200
STAPA ® METALLUX 400
STAPA ® METALLUX 200
Grobe Sparkle-Typen, sehr enges Kornband, für klare Farbtöne mit
Glitzereffekt.
STAPA ® METALLUX 200
Coarse sparkle types, very narrow particle size distribution, for clear
shades with sparkle effect.
STAPA ® METALLUX 400
Mittlere Feinheit, enges Kornband, für helle Silbereffekte.
STAPA ® METALLUX 400
Medium fine, narrow particle size distribution, for bright silver
effects.
STAPA ® METALLUX
200 / 400
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

STAPA ®
STAPA ® METALLUX 600
STAPA ® METALLUX 8000
STAPA ® METALLUX 9000
STAPA ® METALLUX 600
Relativ breites Kornband, fein, sehr gute Deckfähigkeit, im feinen
Bereich grau (618/R678).
STAPA ® METALLUX 600
Relatively wide particle size distribution, fine, very good coverage,
grey in fine range (618/R678).
STAPA ® METALLUX 8000
Fein, enges Kornband, für klare Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 8000
Fine, narrow particle size distribution, for clear shades.
STAPA ® METALLUX 9000
„Seidenglanztypen“, sehr hell und fein, wenig Flop für seidenglänzende,
helle Farbtöne.
STAPA ® METALLUX 9000
“Silky gloss types”, very bright and fine, low flop for silk gloss,
bright shades.
STAPA ® METALLUX
600 / 8000 / 9000
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

STAPA ® METALLUX 700
Aluminium-Pigmentpasten für Can- und Coil-Coating
Aluminium pigment pastes for can and coil coating
Die Metallux 700er-Reihe wurde speziell für Can- und Coil-Coating
Anwendungen konzipiert. Diese Pigmentreihe zeichnet sich durch
ein hervorragendes Benetzungsverhalten und eine gute Orientierung
aus.
Darüber hinaus weist die 700er Serie – im Vergleich zu Aluminiumpigmenten
mit ähnlicher Teilchengrößenverteilung – ein höheres
Deckvermögen und verbesserte Brillanz auf.
The Metallux 700 series have been designed for can and coil
coating applications exclusively. These pigments show an excellent
wetting behaviour and have a very good orientation.
Furthermore, the 700 series is striking among other aluminium
pigments with similar particle size distribution with its higher
hiding power and improved brilliance.
STAPA ® METALLUX 700
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

STAPA ®
STAPA ® METALLUX 1000
STAPA ® METALLUX 2000
STAPA ® METALLUX 3000
STAPA ® METALLUX 1000
Farbstärke/Deckkraft und Sparkle-Effekt in einem Pigment, hohe
Brillanz.
STAPA ® METALLUX 1000
Tinting strength/coverage and sparkle effect in one pigment, high
brilliance.
STAPA ® METALLUX 2000
Hochbrillante Silberdollartypen, enges Kornband, starker (dunkler)
Flop.
STAPA ® METALLUX 2000
Silver dollar types with high brilliance, narrow particle size
distribution, strong (dark) flop.
STAPA ® METALLUX 3000
Sehr enges Kornband, exzellente Brillanz und Farbreinheit.
STAPA ® METALLUX 3000
Very narrow particle size distribution, excellent brilliance and colour
purity.
STAPA ® METALLUX
1000 / 2000 / 3000
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

NDF
Ringleitungsstabile Pigmente, alle Feinheiten, für sehr klare
Farbtöne.
Pigments are stable in circulation lines, different finenesses,
for very clear shades.
STAPA ® NDF
Nicht flüchtiger
Anteil (Pigment)
Non volatile
content
(pigment)
Flüchtiger
Anteil
(Lösemittel)
Volatile content
(solvents)
Lösemittelart
Type of
solvents
Siebanalyse / Nasssiebung mit
organischen Lösemitteln als
Spülflüssigkeit
Screen analysis / wet sieving with
organic solvents as rinsing liquid
Teilchengrößen
verteilung
Particle size distribution
Spezifisches
Gewicht
(typischer Wert)
Specific gravity
(typical value)
Typ / Type
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
nach / acc. to
DIN 55923 ± 2%
%
*
nach / acc. to
DIN 53196
[µm]

STAPA ®
Metallpigmente in umweltfreundlichen Lacksystemen/
wässrigen Lacksysteme
Metallic pigments in environment-friendly paint systems/
water-based paint systems
Umweltbelastung und Rohstoffverknappung haben in den letzten
Jahren nahezu dramatisch zugenommen. Auch die Lackindustrie
und vor allem auch die Lack verarbeitende Industrie sind durch entsprechende
gesetzliche Auflagen und Richtlinien dazu aufgefordert,
ihren Beitrag zur Reinhaltung unserer Umwelt zu leisten.
Dies hat nicht nur zur Verbesserung der Applikationsverfahren
(z. B. durch den höheren Auftragswirkungsgrad bei der Elektrostatiklackierung)
und der mechanischen und thermischen Luftreinigungsverfahren
(Filter, Nachverbrennung usw.), sondern vor allem
auch zur Entwicklung umweltfreundlicher, d. h. lösemittelarmer
bzw. -freier Lacksysteme geführt.
Wässrige Lacksysteme
Aufgrund der auf Seite 17 beschriebenen chemischen Eigenschaften
von Aluminiumpigmenten ist deren Einsatz in wässrigen
Lacksystemen (Dispersionen, löslichen Systemen, anodische und
kathodische Elektrotauchlackierungen etc.) sehr kritisch.
Es geht dabei weniger darum, die an sich hydrophoben Metallpigmente
durch Zusatz geeigneter Tenside oder durch Mitverwendung
wassermischbarer Lösemittel wasserdispergierbar zu machen.
Das Problem ist vielmehr, durch geeignete Schutzmechanismen die
Lagerstabilität und die Verarbeitbarkeit metallpigmentierter
Wasserlacke zu gewährleisten.
Aluminiumpigmente für wässrige Lacksysteme müssen nicht
nur gegen Wasser selbst, sondern auch in einer Vielzahl von unterschiedlichen
Bindemittelsystemen stabil sein. Die Gasungsstabilität
hängt dabei sehr stark von der Beschichtungszusammensetzung
ab und ist damit nur eine relative Größe. Eine wichtige Rolle spielen
z. B. der pH-Wert, die Nukleophilie der zur Bindemittelneutralisation
verwendeten Basen, die Anwesenheit von pigmentaffinen
chemischen Gruppen im Bindemittel und die als Co-Löser enthaltenen
organischen Lösemittel.
Pollution and the shortage of raw materials have increased
dramatically over recent years. The paints industry and the paint
processing industry are bound by appropriate legislation and regulations
to play their part in reducing environmental pollution.
This has led not only to improvements in application processes (e.
g. more effective coating achieved through electrostatic application)
and mechanical and thermic air purification processes (filter, afterburning
etc.), but especially the development of environmentfriendly
i.e. lowsolvent or solvent-free paint systems.
Water-based paint systems
The chemical properties of aluminium pigments described on page
17 mean that their use in water-based paint systems (dispersions,
soluble systems, anodic and cathodic electro-dipcoating etc.) is
highly critical.
The main problem is not making the basically hydrophobic metallic
pigments water-dispersible by the use of suitable tensides or the
addition of water-miscible solvents, rather it is ensuring the storage
stability and processing properties of waterbased metallic
pigment paints by using appropriate protection mechanisms.
Aluminium pigments for aqueous paint systems must be stable not
only in contact with water but also with a wide variety of different
binder systems. Gassing stability therefore depends to a large
extent on the composition of the coating and is thus only a relative
parameter. pH is very important, for example, as is the nucleophilia
of the alcalines used to neutralize the binder, the presence in the
binder of chemical groups with an affinity with the pigment and
the organic solvent contained as co-solvent.
24 ECKART

Die Prüfung der Gasungsstabilität eines Aluminiumpigments sollte
deshalb im verwendeten Wasserlack erfolgen. Für eine quantitative
Beurteilung hat sich die Messung der Wasserstoffentwicklung
des Lackansatzes bei 40 °C-Lagerung in einem Gasblasenzähler
bewährt. Zur Stabilisierung von Aluminiumpigmenten haben sich
im Wesentlichen zwei Verfahren durchgesetzt:
The gassing stability of an aluminium pigment should therefore
be tested in the given water-based paint. The measurement of
hydrogen development in the paint during storage at 40 °C in a
gas bubble meter has proved valuable for quantative assessment.
Two main procedures are established for the stabilization of
aluminium pigments:
· die Absorption geeigneter Korrosionsinhibitoren
auf den Pigmentoberflächen und
· die Umhüllung der Pigmente mit einer schützenden Beschichtung.
· the absorption of suitable corrosion inhibitors
on the surfaces of the pigments and
· encapsulation of the pigments with a protective coating.
Zur praktischen Anwendung in wässrigen Systemen kommen
momentan:
· HYDROLAC, HYDROXAL
· HYDROLUX
· HYDROLAN
· HYDROSHINE
Für weitere Informationen zu wässrigen Lacksystemen fragen
Sie nach unserer Broschüre „STAPA ® Aluminiumpigmente für
wässrige Lacksysteme“.
Currently used in practice in waterbased systems are:
· HYDROLAC, HYDROXAL
· HYDROLUX
· HYDROLAN
· HYDROSHINE
For further information about aqueous coating systems ask for the
brochure “STAPA ® Aluminium pigments for aqueous coating
systems”.
ECKART 25

STAPA ®
Qualitätskontrolle/Prüfmethoden
Quality control/Test methods
Farbmetrik mit dem Goniospektrophotometer
Metalliclackierungen zeigen eine ausgeprägte Winkelabhängigkeit
des Farbgesamtausdrucks. Mit einem Goniophotospektrometer
(z. B. Optronik Multiflash, x-Rite) ist es möglich, die Remission der
lackierten Probe simultan bei bis zu 8 verschiedenen Winkeln zu
messen. Gemessen wird jeweils im Differenzwinkel zum „Glanzwinkel“,
ausgehend vom 20 °-Winkel (Schrägsicht) bis zum 110 °-
Winkel (Aufsicht).
Die Remission nimmt dabei mit steigendem Messwinkel stetig ab.
Anschließend erfolgt die computergestützte Umrechnung in die
gebräuchlichen Farbmetriksysteme (CIELAB, LCH). Die folgenden
Abbildungen zeigen drei typische „METALLUX“-Pigmente im
Vergleich. Dazu wurden 2-Schicht Spritzapplikationen in einem
„kräftigen“ Blaumetallic-Farbton betrachtet. Eine vollständige farbmetrische
Charakterisierung muss immer im dreidimensionalen
Farbraum erfolgen. Die Bezeichnung der Raumachsen ist dabei
systemspezifisch. Es folgen zwei (vereinfachte) zweidimensionale
Darstellungen bei drei verschiedenen Messwinkeln:
Quality control by colour computer
Metallic coatings show a singnificant dependency of colour and
spectating angle. By using a special multi-angle colour computer
(e.g. Optronik Multiflash, x-Rite), the remission of coated panels
can be checked at different angles simultaneously (up to eight
relevant angles can be selected). These angles are defined by the
relevant distance to the gloss angle. The geometry of the light
reception sensors starts at 20 degrees (describing light reflection
almost parallel to the surface), followed by growing numbers.
The maximum angles are increased, remission is reduced. Finally
the results are automatically transferred into common colorimetric
systems (CIELAB, LCH). The following graphs show typical
“METALLUX” pigments in comparison. Different grades were
applied in a standard 2-coat system, choosing a deep blue colour
shade. Generally speaking, any interpretation of colour should be
done in a colour space with three dimensions. The axes things
more evident, in this specific interpretation only two dimensions of
colour space are shown at three different angles:
· Helligkeit L* vs. Farbstärke/Chroma C*
· Rot-Grün-Wert a* vs. Gelb-Blau-Wert b*
· Lightness L* vs. Chroma C*
· Red-green value a* vs. yellow-blue value b*
METALLUX im Farbraum/
METALLUX in colour field
METALLUX im Farbraum/
METALLUX in colour field
Helligkeit L* / brightness L*
a* grün / green
grau / grey
90
80
25°
METALLUX 2154
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
-5
METALLUX 2154
70
60
METALLUX R 8752
-10
-15
METALLUX R 8752
50
40
45°
METALLUX R 475
45°
75°
-20
-25
METALLUX R 475
30
-30
20
75°
25°
-35
10
Lichtart / type of light D65/10
Lichtart / type of light D65/10
-40
0
10 20 30 40 50
Chroma C*
b* blau / blue
26 ECKART

Qualitätskontrolle im L*C*-Farbraum
Quality control in L*C* colour field
Schematische Reihenfolge der Messwinkel:/
Order of measuring angles:
Helligkeitsdifferenz ∆L*/
Difference in brightness ∆L*
2
25°
1,5
1
45°
0,5
75°
-0,5
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1
-1
-1,5 0,1 0,2 0,3 0,4
Farbstärkedifferenz ∆C*/
0,5 Difference in colour intensity
∆C*
Charge A/Batch A
Charge B/Batch B
Charge C/Batch C
Als abschließende Interpretation sei ergänzt, dass Farbstärke und
Helligkeit einer Metalliclackierung – gemäß der Betrachtungsgeometrie
– entweder gemeinsam ansteigen (bei kleineren
Winkeln) oder gemeinsam abfallen (hin zu größeren Winkeln). Bei
konstanten Buntpigmentanteilen (hier: Phthalocyaninblau) erlaubt
die Lage der Farbkoordinaten eine vergleichende Beurteilung der
Metallicpigmente untereinander. Dabei zeigt sich sehr anschaulich
die signifikante Bedeutung der Mehrfachwinkelgeometrie für
Metalleffektpigmente.
Bei der Qualitätskontrolle wird die Farbmessung als Differenzmessung
zum festgelegten Richtmuster durchgeführt. Voraussetzung
dafür ist, dass das Produktionsausfallmuster und das
Richtmuster im gleichen Prüflacksystem bei konstanten Umweltparametern
unmittelbar nacheinander appliziert werden: So werden
verfahrensbedingte Schwankungen bei der Probenherstellung
(2-Schicht- Spritzapplikation) minimiert. Auch hier erfordert
theoretisch die vollständige Interpretation der Farbdifferenz die
Betrachtung aller (drei) Farbkoordinaten.
Da jedoch die gleichen Buntpigmente bei Standard und Probe verwendet
werden, ist eine Differenz der Farbwerte (Farbort H*) verschwindend
gering. Die höchste Beachtung findet dagegen eine
mögliche Helligkeitsabweichung (∆L*). Diese ist durchwegs winkelspezifisch
und wird bei den Winkeln 25°, 45° und 75° simultan
ermittelt. Zur unterstützenden Beurteilung kann der Farbstärkeunterschied
(∆C*) herangezogen werden, da die gemessene Farbstärke
umgekehrt Rückschlüsse über die Deckfähigkeit des Metallicpigments
erlaubt. Eine Reduzierung der relevanten Farbkoordinaten
von drei auf zwei erleichtert die graphische Darstellung:
Im gezeigten Beispiel sind drei Produktionschargen einer STAPA ® -
Type im direkten Vergleich zum Standardmuster dargestellt. Die
Charge A korreliert dabei gut mit dem Standard, die Chargen B
und C zeigen einen deutlichen Abstand zum Nullpunkt (Standardwerte
bei 25°, 45° und 75°).
Farbmetrische Betrachtungen bei Effektpigmenten erfordern
neben spezieller Ausrüstung (Mehrfachwinkelgeometrie) auch ein
hohes Maß an produktspezifischen Zusatzinformationen, um sie
letztlich als zuverlässige Unterstützung zur visuellen Beurteilung
heranziehen zu können.
Speaking of colour values a different angles, colour and lightness
are strongly connected, growing together if the angles are reduced,
respectively falling at increased angles. In this example the same
amount of different aluminium pigments was added to a phthalocyanine-blue
basecoat, so that three different grades can be compared
looking at the colour space coordinates. The importance of
a multi-angle geometry for metallic pigments can easily be recognised.
For quality control, colour computers concentrate on the differences
to the relevant standard. As a basic requirement for reproduceable
results, both sample and standard material have to be applied
simultaneously (2-coat spray application) at the same environmental
conditions: so that any process-related variations can be kept at
a very low level. To get all details in colour interpretation, all three
spatial coordinates have to be interpreted.
Using the same kind of pigmentation for sample and standard
(reference), the difference in hue (H*) can be negected. The
most important difference for quality control on metallic pigments
is the difference in lightness (∆L*), checked at 25, 45 and 75
degrees. For additional judgement of optical properties, in some
cases the difference in colour strength (∆C*) also allows further
interpretations. Higher colour strength of the sample means
reduced opacity of the metal effect pigment. If reduced down
to two relevant axes, the position in colour space can be shown
more clearly:
Three different production batches of one and the same STAPA ® -
type are displayed in direct comparison to the standard. Batch A
shows good correlation to the reference, batch B and C appear at
a significant distance to the standard (measuring angles: 25°, 45°,
and 75°).
Colorimetric studies of effect pigments require specific equipment
(multi-angle goniophotometer) as well as special knowledge on
the product itself, in order to provide effective support for the
visual judgement of optical properties.
ECKART 27

STAPA ®
Qualitätskontrolle/Prüfmethoden
Quality control/Test methods
Genormte Prüfmethoden nach DIN 55923
Die gängigen Prüfmethoden für Aluminiumpigmente (leafing
und non-leafing) sind in der DIN 55923 „Aluminiumpigmente
und Aluminiumpigmentpasten für Anstrichmittel – Technische Lieferbedingungen“
zusammengefasst.
Standardized test methods acc. to DIN 55923
The usual test methods for aluminium pigments (leafing and
non-leafing) are contained in DIN 55923, “Aluminium pigments
and aluminium pigment pastes for coatings – technical supply conditions”.
In dieser DIN 55923 sind näher erläutert:
DIN 55923 contains details of:
· Deckfähigkeit auf Wasser (Spreitung);
· Nasssiebung mit organischen Spülflüssigkeiten
(unter Berücksichtigung von DIN 53196 bzw. DIN 4188)
· Gehalt an in organischen Lösemitteln löslichen Anteilen
· Gehalt an bei 105 °C flüchtigen Bestandteilen
· Gehalt an metallischen Verunreinigungen
· Aufschwimmvermögen (Leafing Wert)
· Aussehen der fertigen Anstrichfarbe.
· coverage on water (spreading)
· wet screening with organic rinsing liquid
(taking account of DIN 53196 or DIN 4188)
· content of matter soluble in organic solvents
· content of components volatile at 105 °C
· content of metallic impurities
· float properties (leafing value)
· appearance of the finished coating.
Spezielle Prüfmethoden
Spezielle Anwendungen von Metallpigmenten in der Lackindustrie
können weitere Abprüfungen über die genormten Vorschriften
hinaus notwendig machen. Grundsätzlich kann man in Prüfungen
am Pigment und Prüfungen an der Applikation unterteilen. Einige
Beispiele sind in der folgenden Aufstellung zusammengefasst:
Special test methods
Special applications of metallic pigments in the paints industry may
necessitate further tests in addition to those in the DIN norm. A basic
distinction can be drawn between tests of the pigment and tests of
the application. Some examples are given in the following list.
Prüfungen am Pigment
Prüfungen an Applikation
Test to pigment
Test to application
Teilchenform
Farbart
particle shape
colour type
Teilchengröße
Helligkeit
particle size
brightness
Teilchengrößenverteilung
Brillanz
particle size distribution
brilliance
Flop
DOI
usw.
flop
DOI
etc.
28 ECKART

Abbildeschärfe (DOI)
Das Kriterium „DOI“ wurde ursprünglich in den USA zur Beurteilung
von Einschichtlacken verwendet, ist heute jedoch auch für
Zweischichtlacke in Anwendung.
Im Prinzip handelt es sich hierbei um eine Glanzmessung,
welche entweder subjektiv mit der „glow-box“ oder objektiv mit
dem Dorigon 4 7 R-6F (Hunter) durchgeführt werden kann. Die
erhaltenen Messwerte sind Relativzahlen von 0 bis 100.
Teilchengrößenverteilung
Auf Seite 9 wurde bereits ausgeführt, dass die optischen Eigenschaften
der Metallpigmente sehr stark von der Teilchengrößenverteilung
abhängen. Deshalb stellt deren analytische Abprüfung
einen wichtigen Beitrag zur Charakterisierung und Qualitätskontrolle
von Metallpigmenten dar, auf die im Folgenden näher
eingegangen wird.
DOI
The criterion DOI was originally used in the USA for the assessment
of singlecoat paints, but is also used today for 2-coat paints.
It is basically a measurement of gloss made either subjectively with
a “glow box” or objectively with a Dorigon 4 7 R-6F (Hunter). The
measurements obtained are relative figures from 0 to 100.
Particle size distribution
As explained on page 9, the optical properties of metallic pigments
depend on the distribution of particle size. Their analysis therefore
makes an important contribution to the characterization and quality
control of metallic pigments, as is described in more detail
below.
There are a number of analysis methods for determining particle
size and particle size distribution (see Table 4).
Es gibt eine ganze Reihe von analytischen Methoden zur Bestimmung
der Teilchengröße bzw. Teilchengrößenverteilung für Pigmente
(Tabelle 4).
ECKART 29

STAPA ®
Qualitätskontrolle/Prüfmethoden
Quality control/Test methods
Bestimmung der Teilchengrößenverteilung
Tabelle 4
Determination of particle size distribution
Table 4
Analytische Methode
Siebung Nasssiebung (DIN 53196)
Mikrosiebung (DIN 4188)
Sedimentationsverfahren
Elektronische Zählverfahren (Coulter Counter)
Bewertung
Zu aufwändig zur Bestimmung der
Teilchengrößenverteilung
Für blättchenförmiges Material
ungeeignet
Für blättchenförmiges Material
ungeeignet
Bildanalyse
Ausschnitt zu gering
Lasergranulometer s. u.
Analysis methods
Screening Wet, screening (DIN 53196)
Micro screening (DIN 4188)
Sedimentation process
Electronic counting processes (Coulter Counter)
Image analysis
Laser granylometry
Assessment
too complicated for determination of
particle size distribution
unsuitable for materials in flake form
unsuitable for materials in flake form
section too small
see below
Die momentan gebräuchlichste Methode zur Charakterisierung
der Teilchengrößenverteilung von blättchenförmigen Metallpigmenten
ist die Lasergranulometrie. Hiermit werden bei relativ einfacher
und v. a. kurzer Probenpräparation und bei Einhaltung der
Messparameter (Dispergiermittel, -dauer, Ultraschallenergie, Konzentration
usw.) reproduzierbare Kenndaten erhalten.
The method most frequently used currently for the characterization
of particle size distribution in metallic pigments in flake form is
laser granulometry. This method provides reproducible data with
relatively simple and rapid preparation of the samples and with
maintenance of measuring parameters (dispersion agent, duration
of dispersion, ultrasound energy, concentration etc.).
Die Teilchengrößenverteilungen können entweder zweidimensional
graphisch dargestellt oder zahlenmäßig ausgedrückt werden (z. B.
D10, D50, D90 als Maß für die Anteile an Grob- und Feinanteil,
sowie die mittlere Teilchengröße).
Particle size distribution may be shown either two-dimensionally
as a graph or in figures (e.g. D10, D50, D90 as a measurement of
the proportions of coarse and fine particles and for average particle
size).
Da die Methode der Lasergranulometrie noch nicht genormt ist,
andererseits jedoch stark von den Messmethoden abhängt, ist bei
einem Vergleich bzw. einer Interpretation der Messergebnisse
unbedingt ein Abgleich der Prüfbedingungen notwendig.
Abschließend muss nochmals darauf hingewiesen werden, dass
die letztendliche Entscheidung über die Einsetzbarkeit einer
Pigmentcharge mit den genannten Methoden zur Bestimmung der
Teilchengrößenverteilung alleine nicht möglich ist. Entscheidend
bleiben die Prüfungen an der Applikation, beispielsweise die visuelle
Abmusterung.
As laser granulometry is not a standardized method and depends
strongly on the measuring methods a comparison of test conditions
is essential for any comparison or interpretation of results.
Finally it should be noted that the ultimate decision about whether
or not to use a batch of pigment cannot be made on the basis
of this method of determining particle size distribution alone. Tests
made on the application, such as a visual rating, are still the
deciding factor.
30 ECKART

Rechtshinweis
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Unsere anwendungstechnische Beratung in Wort, Schrift und durch
Versuche erfolgt nach bestem Wissen, gilt jedoch nur als unverbindlicher
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