Effektive Verwendung von Titandioxid [.pdf] - DuPont

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Tabelle 5: Auswirkungen des Spielraumes der Abzugklinge auf die berechneten optischen Eigenschaften für zwei Farben Praktische Ergiebigkeit bei Kontrast- vollständiger Deckung S S –1 Spielraum verhältnis (in ft 2 /gal) (in m 2 /g) (in mil) R∞ Vergleich praktischer Anwendungen von Beschichtungen Wir haben zwei handelsübliche, matte Dispersionsfarben mittlerer Qualität bezüglich der Streuungsleistung erworben. Experimentell haben wir alle der in Tabelle 2 aufgeführten Eingabedaten bestimmt, außer der TiO2-Konzentration, die den Etiketten entnommen wurde. Farbe B, obwohl preiswerter, zeigt eine bessere Deckkraft, höhere Helligkeit und bessere Streuung (siehe Tabelle 6). Diese Farbe wäre für Handwerker besser geeignet. Äußerst wichtig für die Farbhersteller ist, dass Hersteller A aufgrund der Streuungskoeffizienten an einer verbesserten Effizienz des TiO2 arbeiten sollte, gegebenenfalls durch Wechsel der Güteklassen. Wenn der Chemiker den Unterschied in der Helligkeit bemerkt und den Toneranteil in Farbe A vermindert hätte, wäre ein geringeres Deckvermögen zu beobachten. Der Schwerpunkt sollte der Verbesserung des Streuungskoeffizienten von TiO2 gelten. Tönungseffekte Ein preiswertes Mittel zur Verbesserung der Opazität durch Lichtabsorption ist das Tönen weißer Farben. Für die Illustration der Tönungseffizienz wurden zwei Farbe B 0.0025 0.887 298 0.272 1.861 0.924 0.003 0.920 315 0.277 1.899 0.916 0.004 0.946 323 0.278 1.903 0.911 0.005 0.959 336 0.283 1.935 0.906 0.006 0.971 313 0.271 1.853 0.909 0.008 0.986 312 0.266 1.822 0.907 0.010 0.991 324 0.272 1.860 0.903 Durchschn. 317 Farbe G 0.0025 0.916 457 0.282 1.932 0.814 0.003 0.945 459 0.285 1.952 0.814 0.004 0.966 459 0.282 1.931 0.813 0.005 0.977 453 0.279 1.911 0.813 0.006 0.989 451 0.278 1.901 0.812 0.008 0.996 433 0.265 1.815 0.812 0.010 0.999 460 0.282 1.929 0.811 Durchschn. 453 Tabelle 6: Vergleich zweier handelsüblicher Dispersionsfarben 4 halbglänzende Dispersionsfarben mit dem gleichen Anteil an TiO2 vorbereitet: Farbe A (ohne Toner) und Farbe G (mit Rußschwarz auf eine Helligkeit von 0,811 getönt). Durch Mischen der Farben A und G wurden fünf weitere Farben hergestellt. Die Ergebnisse dieser Farbstudien finden Sie in Tabelle 7. Folgende Beobachtungen wurden gemacht: • Der Streuungskoeffizient S von TiO2 entspricht etwa dem zu jeder Farbe vorgegebenen. • Für eine vollständige Deckung müsste die Farbe A ohne Tönung mit 267 ft/gal aufgetragen werden. Für die Praxis ist dies zu wenig. • Bei vollständiger Deckung weisen Farbe F (Helligkeit 0,825) und Farbe G (Helligkeit 0,811) praktische Ergiebigkeiten auf. • Der Absorptionskoeffizient K ist proportional zur Konzentration von Rußschwarz, wie er ohne Flokkulation sein sollte. Mithilfe der in Tabelle 2 beschrieben Eingaben berechnet das Computerprogramm R∞. Aus Tabelle 7 wird deutlich, bass bei hoher Helligkeit R∞ von der bei Abzügen angemessener Dicke gemessenen Helligkeit abweicht. Nicht getönte Laborfarben, beispielsweise Farbe A, ergeben manchmal Daten, die im imaginären Raum der Kubelka- Munk-Analyse erscheinen; dieser Raum entspricht R∞- Werten über 1,00. TiO 2 Kauf- Praktische Ergiebigkeit Streuungspreis TiO 2 Gemessene bei vollständiger koeffizient Farbe (in $/gal) (in lb/gal) Helligkeit Deckung (in m 2 /g) A 14.98 2.1 0.87 470 0.236 B 13.95 2.1 0.88 530 0.273
Der Grund dafür ist, dass diese Filme von den von Kubelka und Munk betrachteten Idealfilmen abweichen. Dieses Phänomen ist bekannt und wurde von Ross besprochen. 1 Unser Computerprogramm kennzeichnet einen solchen Umstand mit „R lnf = 1.000“. Bindemitteleffekte Wie möglicherweise erwartet, haben Bindemittel eine entscheidende Wirkung auf das Leistungsverhalten und die Opazität von TiO2 in einem trockenen Farbfilm. In Tabelle 8 werden die Ergebnisse einer Markendispersionsfarbe gegenübergestellt. Die Dispersionsfarbe wurde bei gleichem Volumenanteil an Festkörper und bei bleicher PVK mittels zweier verschiedener Bindemittel hergestellt: einem Acryl und einem Vinyl-Acryl. Die Bindemittel erzeugen Filme, die sich in Helligkeit, Streuungsleistung, praktischer Ergiebigkeit und Effizienz von TiO2 deutlich unterscheiden. Man kann verschiedene Mechanismen betrachten, durch welche die Bindemittel die Filmopazität beeinflussen können; diesbezüglich ergreifen wir keine Maßnahmen zur Unterscheidung oder Prioritätensetzung. Diese Auswirkungen sind entscheidend und können mithilfe der hier befürworteten Vorgehensweisen quantitativ untersucht werden. Ein Berechner, der die Ergebnisse der Tabelle 8 ansieht, sollte als Nächstes den Wert des teureren Acrylbindemittels hinsichtlich der Opazität betrachten. Ist die Opazität des Vinyl-Acryl-Filmes zufriedenstellend, dann kann er die Verwendung des Acrylbindemittels mit weniger TiO2 abschätzen. Tabelle 7: Tönungseffekt auf die Beschichtungsoptiken Berechnete Berechnetes Kontrast- Gemessenepraktische Ergiebigkeit TiO 2 Berechn. Berechn. K Farbe verhältnis Helligkeit (in ft 2 /gal)* (in m 2 /g) R∞ K/S (in mil –1 ) A 0.887 0.923 267 0.279 0.978 0.000247 0.0004 B 0.887 0.896 298 0.272 0.924 0.00312 0.0058 C 0.899 0.899 354 0.281 0.889 0.00693 0.013 D 0.902 0.866 375 0.278 0.866 0.0104 0.020 E 0.912 0.839 417 0.286 0.844 0.0144 0.028 F 0.914 0.825 432 0.282 0.829 0.0176 0.034 G 0.916 0.811 457 0.282 0.814 0.0213 0.041 Durchschn.0.280 Substratreflexionsgrad: 0,800 Spielraum der Abzugsklinge: 0,0025" (0,0635 mm) für Deckvermögens-, 0,008" (0,203 mm) für Helligkeitsmessungen. *Bei vollständiger Deckung als Kontrastverhältnis von 0,98 definiert. Tabelle 8: Optische Eigenschaften der Dispersionsfarbfilme: Bindemitteleffekte Vinyl- Acryl Acryl R∞ 0.960 0.945 SX 6.66 5.74 S (pro mil) 2.30 1.99 S (in m 2 /g) 0.303 0.265 Praktische Ergiebigkeit bei vollständiger Deckung (in ft 2 /gal) 398 298 5 Auswählen einer Güteklasse an TiO 2 Der in diesem Dokument vorgeschlagenen Herangehensweise zum Vergleichen von Güteklassen des TiO 2 liegt das relative optische Verhalten und daher die Kosteneffektivität zugrunde. In Tabelle 9 sind die Messergebnisse für trockene Filme dargestellt, die mittels zweier im Inland mit dem Chloridverfahren hergestellter rutiler Güteklassen an TiO 2 in einer hochwertigen Acryl-Emulsion-Halbglanzfarbe aufgenommen wurden. In beiden Farben ist der gleiche Anteil an rußschwarzem Toner enthalten. Tabelle 9: Optische Eigenschaften der Dispersionsfarbfilme: Zwei Güteklassen an TiO 2 mit gleichen Toneranteilen TiO 2 Güteklasse: 1 2 R∞ 0.880 0.866 SX 3.82 3.63 S (pro mil) 2.03 1.90 S (in m 2 /g) 0.296 0.278 Praktische Ergiebigkeit bei vollständiger Deckung (in ft 2 /gal) 382 375 Diese Daten zeigen, dass die zwei Farben etwa gleiche praktische Ergiebigkeit aufweisen, dass jedoch Güteklasse 1 aufgrund eines höheren Streuungskoeffizienten (0,296 vs. 0,278) über eine höhere Helligkeit (0,880 vs. 0,886) verfügt. Zwei Möglichkeiten für die Nutzung des Vorteils des höheren Streuungskoeffizienten der Güteklasse 1 sind die Tönung und die Verminderung der TiO2-Konzentrationen. Die mit Güteklasse 1 hergestellte Farbe kann auf eine Helligkeit der mit Güteklasse 2 hergestellten Farbe getönt werden, wobei der Vorteil der höheren Streuung bei gleicher Helligkeit zu einer höheren praktischen Ergiebigkeit führt. Die Daten für den Leistungsnachweis dieser Herangehensweise finden Sie in Tabelle 10. Die Streuungseigenschaften der mit Güteklasse 1 hergestellten Farbe bleiben, wie erwartet, unverändert. Der hinzugefügte Toner vermindert allerdings die Helligkeit, verstärkt die Absorption und verbessert die praktische Ergiebigkeit entscheidend.
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