Effektive Verwendung von Titandioxid [.pdf] - DuPont

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Tabelle 10: Optische Eigenschaften der Halbglanzfarbe: Zwei Güteklassen an TiO 2 auf gleiche Helligkeit getönt TiO 2 Güteklasse: 1 2 R∞ 0.863 0.866 SX 3.81 3.63 S (pro mil) 2.02 1.90 S (in m 2 /g) 0.295 0.278 Praktische Ergiebigkeit bei vollständiger Deckung (in ft 2 /gal) 407 375 Die andere Möglichkeit zur Ausnutzung der ausgezeichneten Streuung von Güteklasse 1 wäre die Anpassung des Effekts der Güteklasse 2 mithilfe einer geringeren Konzentration der Güteklasse 1 in dem trockenen Film. Die Ergebnisse von Tabelle 9 schlagen eine Reduzierung der Güteklasse 1 um 6% vor (0,278/0,296 = 0,94). Die Ergebnisse der experimentellen Bestätigung finden Sie in Tabelle 11. Der Volumenanteil der Festkörper wurde gehalten, indem statt einer Verringerung an TiO 2 Baryte hinzugefügt wurden. Die Steigerung der Streuungseffizienz von TiO 2-Güteklasse 1 ist sehr wahrscheinlich, wie von Fitzwater und Hook erläutert wird. 8 Tabelle 11: Optische Eigenschaften der Halbglanzfarbe: Zwei Güteklassen an TiO 2 mit gleichen Toneranteilen, jedoch mit einer um 6% verminderten Konzentration der Güteklassen 1 TiO 2 Güteklasse: 1 2 R∞ 0.864 0.866 SX 3.70 3.63 S (pro mil) 1.96 1.90 S (in m 2 /g) 0.305 0.278 Praktische Ergiebigkeit bei vollständiger Deckung (in ft 2 /gal) 389 375 Handelsübliche Farben In Tabelle 12 werden die Ergebnisse einer Untersuchung von fertigen, matten Innen-Handwerkerfarben dargestellt. In dieser Tabelle stellt „Trockene SX“ die Streuungsleistung des trockenen Filmes dar, die wie erläutert erzielt wird. „Öl- S“ ist der Streuungskoeffizient von TiO2, der aus den Messungen bei Filmen berechnet wurde, bei denen zur Verhinderung einer matten Trockendeckung oder von Streuungszwischenräumen Mineralöl aufgetragen wurde. Der scheinbare S-Wert könnte für einen nicht geölten Film berechnet werden, dies würde jedoch der gesamten Streuung des TiO2, also von TiO2 und den Zwischenräumen, beigemessen werden. Deshalb wäre das kein geeigneter Index für das Verhalten von TiO2; „SX, O/D“ ist das Verhältnis des SX-Wertes des geölten Filmes zum SX-Wert des trockenen oder nichtgeölten Filmes. Ein Wert von 1 würde zeigen, dass keine Porosität vorliegt. Ein niedriger Wert von „SX, O/D“ zeigt eine erhebliche Porosität an. Wir haben diese Farben in drei Gruppen eingeteilt , die den drei zu beschreibenden Typen entsprechen, denen die meisten Innendispersionsfarben zugeordnet werden 6 Tabelle 12: Untersuchung handelsüblicher, matter Innenfarben Praktische Ergiebigkeit TrockeneSX TiO 2 bei vollständiger Öl- Gemessene SX O/D PVK Deckung S Helligkeit Typ 1 (Hohe Qualität) 6.34 0.92 22 580 0.286 0.832 4.73 0.92 19 420 0.294 0.839 4.66 0.81 20 430 0.283 0.806 5.02 0.89 24 370 0.264 0.885 4.44 0.93 18 470 0.236 0.815 Typ 2 (Mittlere Qualität) 7.23 0.72 19 630 0.320 0.839 5.67 0.70 12 420 0.358 0.875 4.98 0.72 17 330 0.291 0.894 5.13 0.67 16 410 0.349 0.856 4.62 0.57 12 410 0.264 0.815 5.54 0.60 14 520 0.328 0.841 6.62 0.58 18 470 0.236 0.872 Typ 3 (Deckenfarbe) 7.66 0.51 22 660 0.337 0.841 6.42 0.32 10 450 0.302 0.888 5.27 0.53 12 500 0.340 0.837 4.84 0.53 10 410 0.369 0.862 4.70 0.49 14 260 0.264 0.833 können. Typ 1 sind hochwertige Farben, gekennzeichnet durch eine hohe TiO2-PVK, eine gute Filmintegrität (hoher „SX, O/D“-Wert), sowie dass pro Flächeneinheit große Anteile TiO2 aufgetragen werden. Typ 2 sind matte Farben durchschnittlicher Qualität, der annähernd 50% des Marktanteils der matten Innendispersionsfarbe entsprechen. Typ3 sind Deckenfarben mit hoher Porosität (geringer „SX, OD“-Wert). Aufgrund des großen Anteils der matten Trockendeckung ist hier kein hoher TiO2-Anteil zum Bereitstellen der gewünschten Nassdeckung nötig. Farben aller Typen können eine gute Anfangsopazität („Trockene SX“) vermitteln. Ein geringer „SX, O/D“-Wert kennzeichnet jedoch eine geringere physikalische Integrität des Film; darum benennen wir den Typ 3 „Deckenfarbe“. Mithilfe des Wertes „Öl-S“ kann die Effizienz der Verwendung von TiO2 eingeschätzt werden. Der Bereich liegt zwischen 0,236 und 0,369. Dies erklärt sich teilweise durch die Auswirkung der Partikelmenge auf die Streuungsleistung (siehe Tabelle 12). Wenn wir jedoch zwei Farben des Typs 2 mit 12% TiO2-PVK vergleichen, finden wir Streuungskoeffizienten von 0,264 und 0,358. Das TiO2 in der besten Farbe leistet 36% mehr als das TiO2 in der schlechtesten Farbe. Die schlechtere Farbe erreicht die hohe praktische Ergiebigkeit durch die Tönung auf eine geringe Helligkeit (0,815 vs. 0,875). Wir würden sagen, dass der Chemiker für diesen Hersteller an der Verbesserung der Wirkung des TiO2 arbeiten sollte. Durch die Verbesserung sollte die gleiche Qualität mit weniger TiO2 oder mit der gleichen TiO2-Konzentration eine höhere Helligkeit erreicht werden.
In Abbildung 2 werden für nicht geflockte Farben die Öl-S- Werte im Vergleich zur TiO 2-PVK dargestellt. Die angezeigte Beziehung stellt das erwartete Verhältnis zwischen Streuungsleistung und Menge an TiO 2 dar: Die Streuungsleistung sinkt mit Zunahme der TiO 2-Partikel. Das Ausmaß der Änderungen und die lineare Beziehung stimmen mit der Theorie überein. 8 Abbildung 2: TiO 2 -Streuungskoeffizienten vs. TiO 2 -PVK Oiled S 0.360 0.330 0.300 0.270 10.0 12.5 15.0 17.5 TiO PVC 2 20.0 22.5 Zusammenfassung Es wurde eine Methode vorgestellt, mit der ein Berechner für Beschichtungen die Deckungsleistung von TiO2 in verschiedenen Rezepturen quantitativ bestimmen und die Deckungsleistung verschiedener TiO2-Produkte vergleichen kann. Mit dieser Vorgehensweise kann auch die Auswirkung der Tönung auf die Deckungsleistung und die Helligkeit untersucht werden, außerdem kann mit angemessener Genauigkeit vorherbestimmt werden, welche Änderungen der Rezeptur für das Erreichen bestimmter optischer Eigenschaften erforderlich sind. Der experimentelle Aufwand ist angemessen. In vielen Farblaboren ist die für den Einsatz der Methode erforderliche Ausrüstung bereits vorhanden. 7 Referenzen 1. Ross, W. D.: „Kubelka-Munk Formulas Adapted for Better Computation“ (Für eine bessere Berechnung angepasste Kubelka-Munk-Gleichungen) Jnl. Coat. Tech. 39 (1967) 515. 2. Mitton, P. B., und Jacobsen, A. E.: „New Graph for Computing Scattering Coefficient and Hiding Power“ (Neues Diagramm für die Berechnung des Streuungskoeffizienten und des Deckvermögens) Off. Dig. 35 (1963) 871. 3. Judd, D. B.: „Color in Business Science and Industry“ (Farbe in Wissenschaft und Industrie) John Wiley & Sons, Inc. 4. Mitton, P. B.: „Easy, Quantitative Hiding Power Measurements“ (Einfache, quantitative Messungen des Deckvermögens) Jnl. Coat. Tech. 42 (1970) 159. 5. Clark, H. B. und Ramsay, H. L.: „Predicting Optical Properties of Coated Papers“ (Vorausberechnen der optischen Eigenschaften von beschichtetem Papier) TAPPI 48 (1965) 609. 6. Ramsay, H. L.: „Simplified Calculation for Predicting Optical Properties of Coated Board“ (Vereinfachte Berechnung für das Vorausberechnen der optischen Eigenschaften von beschichteten Brettern) TAPPI 49 (1966) 116A. 7. ASTM D 2805-85, „Standard Test Method for Hiding Power of Paints by Reflectometry“ (Standardtestmethode für das Deckvermögen von Farben mittels Reflektometrie) 8. Fitzwater, S. und Hook, J. W.: „Dependent Scattering Theory: A New Approach to Predicting Scattering in Paints“ (Abhängige Streuungstheorie: Eine neue Herangehensweise zur Vorausberechnung der Streuung in Farben) Jnl. Coat. Tech. 57 (1985) 39. Danksagung Die gesamte experimentelle Arbeit wurde von Richard F. Hopkins gekonnt ausgeführt, der auch zu vielen hilfreichen Besprechungen beigetragen hat. Das Computerprogramm wurde von William R. Mendenhall entwickelt, der mit uns geduldig und effektiv am Erreichen einer richtigen und praktischen Vorgehensweise gearbeitet hat. Sehr dankbar sind wir DuPont für die Möglichkeit, an diesem Thema zu arbeiten.
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