dispersionen für innenfarben umweltanforderungen, gesetzgeber - umweltzeichen o meßmethoden o...
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Dispersionen für Innenfarben
Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeicheno Meßmethodeno Emissionsmessungen an Modellfarben
Anwendungstechnische Anforderungeno Abriebfestigkeit, Deckkraft, Blockfestigkeit
Beispiele
Dr. Stephan Krieger
Umweltanforderungen Gesetzgeber – Umweltzeichen Meßmethoden Emissionsmessungen an Modellfarben
Nach dem French Dekret und gemäß dem deutschen AgBB ist VOC definiert als jede organische Verbindung, die eine Retentionszeit im Bereich C6-C16
(69-287°C) besitzt.GC-Standards (Kohlenwasserstoffe): • C6: Hexan, b.p. 69°C,
• C14: Tetradecane, b.p. 253,7°C
• C16 : Hexadecane: b.p. 287°C
• C22 : Docosan: b.p. 342°C
Definitionen von VOC, SVOC und VVOC: Abhängig von Regulierung Üblicherweise wird der Siedepunkt von organischen Verbindungen oder deren
Retentionszeit im Gas Chromatogramm (GC) zur Definition von Emissionen verwendet.
VOC: Definition durch die europäische Kommission: (European paint directive): Volatile organic compound (VOC) bedeutet eine organische Verbindung mit einem Anfangssiedepunkt von höchstens 250°C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa;
Siedepunkt < 250°C korreliert mit der Retentionszeit von Tetradecane b.p.253,7°C im Gaschromatogramm
Semi-VOC: Substanz mit Sdp. >250°C, z.B. Lösungsmittel oder Weichmacher Organische Verbindung mit einer Retentionszeit im Bereich C>16-C22,
entspricht Sdp. 287-343°C, gemäß der Definition des deutschen AgBB und gemäß dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben
Total VOC :Summe aller VOC’s im Retentionsbereich C6 bis C14 bzw. C16, abhängig von der Regulierung
Total SVOC: Summe aller SVOC’s im Retentionsbereich >C14/16 bis C22 abhängig von der Regulierung
Definition von VOC und SVOC
TVOC TSVOC
Beispiele für VOC, SVCO aus Farben
Koaleszenzmittel wie:‒ Butylglykol: 171 °C
‒ Butylglykolacetat: 192°C
‒ Butyldiglykol: 231°C
‒ Testbenzin: 130-220°C
‒ DowanolTM DPnB: 230°C
‒ Dowanol TM TPnB: 275°C (SVOC)
‒ Methanol, Ethanol, Butanol, Acetone etc.
Additive wie Propylenglykol (188°C), AMP 90, Mineralöl basierende Entschäumer
Rest Monomere wie: Styrol, Methylmethacrylat, Butylacrylat, Vinylacetat etc. TexanolTM: Sdp.. 254°C, ist gemäß der European Paint Directive und gemäß
des ECO-Labels kein VOC aber gemäß AgBB und dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben muss es als VOC betrachtet werden (C16 , Sdp. 287°C)
Weitere Emissionen
An very volatile organischen Verbindungen (VVOC) werden vom AgBB folgende Substanzen zur Zeit betrachtet:‒ Formaldehyd
‒ Acetaldehyd
‒ Methanol
‒ Aceton
‒ 2 Chlorpropanol
Formaldehyd (bereits existierende Grenzwerte):‒ Grenzwerte beim ECO Label und Schweizer Umweltzeichen von < 10 ppm
‒ Grenzwert beim französischen Dekret: < 10 µg/m3 nach 28 Tagen für die A+ Kennzeichnung (Kammermessung!)
‒ Blauer Engel: < 100 ppm
NIK und LCI Werte: (Niedrigste in Betracht zu ziehende Konzentration, Lowest concentrationof interest)‒ Einzelgrenzwert für spezifische Substanzen, die eingehalten werden müssen.
VOC, SVOC: Messung der Konzentration in der flüssigen Farbe (In-can VOC)
In-can VOC Messung:‒ Abhängig von der Regulierung existieren verschiedene Methoden um
den In-can VOC Gehalt von Farben zu messen.‒ Üblicherweise werden die folgenden beiden GC Methoden zur
Bestimmung des In-can VOC Gehalts verwendet:‒ ISO 11890-2, direkt Einspritzung, vergleichbar mit ASTM D 6886 in den
USA– Verwendet bei der EU Paint Direktive
‒ ISO 17895, Head Space Messung des TVOC Gehalts für den Blauen Engel
Bei beiden Methoden wird die flüssige Farbe direkt oder nach Verdampfung ins GC gespritz, wo dann die einzelenen Substanzen aufgetrennt und deren Konzentrationen in ppm bestimmt werden.
VOC, SVOC: Bestimmung der Emissionen aus dem Farbfilm, Kammermessung
Messung der Emissionen an VOC und SVOC in µg/m3 in die Raumluft nach Applikation und Trocknung der Farbe gemäß ISO 16000-9 und neu EN 16402
Simulation der Innenraumluft-Qualität unter realistischen Bedingungen Methode kann auch an nicht flüssigen Materialien angewendet werden,
wie Parkettböden, Deckenplatten, Fensterrahmen etc. Das Kammerverfahren wird bereits vom TÜV verwendet (TÜV
Prüfzeichen) und für das neue französische Label sowie für die zukünftige Zulassung nach den AgBB Richtlinien.
Farbfilm Emissionen
Emissionsanforderungen an Innenfarben: Überblick: VOC , SVOC , TVOC – Test Methoden
In-can VOC/SVOC Gehalt der flüssigen Farbe
Emissionen aus dem Farbfilm
Verpflichtend( Gesetzgeber)
Freiwillig Verpflichtend(Gesetzgeber)
Freiwillig
EuropeanPaint
Directive2004/42/EG
( ISO 11890/2 )
Nur VOC’s < 30g/l gefordert
Eco Label( ISO 11890/2 )
Nur VOC’s, < 15 g/l gefordert
Blauer Engel ( ISO 17895 )
VOC’s und Weichmacher (SVOC), TVOC <
700 ppm (~ 1g/l)
EuropäischeBauprodukte Verordnung305/2011/EU
AgBB / Generelle 2TVOC’s
<1000µg/m3 nach 28du. Grenzwerte für
SVOC
z.B.TÜV Label( ISO 16000/9 )
TVOC’s werden betrachtet
< 300 µg/m3 nach 72 h und SVOC
KammermessungGC Messung (In-can)
Gesetzliche Anforderungen
Jetzt gültige Implimentierung: 1. Januar 2010 Volatile organic compound (VOC) bedeutet eine organische Verbindung mit einem
Anfangssiedepunkt von höchstens 250°C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa; SVOC werden nicht betrachtet In-can VOC Messung gemäß ISO 11890-2 (Direkt Einspritzung) VOC <30 g/l entspricht 21300 ppm bei Innenfarben (Annahme Dichte Farbe 1,4
kg/l)
Rechtliche Regulierungen: 1. Europäische Farben Richtlinie, Paint Directive 2004/42/EC
Die Verordnung ist seit 1.7.2013 in Kraft, (CPR, Construction Product Regulation).
Ein Bauprodukt im Sinne der Verordnung ist nach Artikel 2 Absatz 1 jedes Produkt zu verstehen, das hergestellt wird, um dauerhaft in Bauwerke eingebaut zu werden und dessen Leistung sich auf die Leistung des Bauwerks im Hinblick auf die Grundanforderungen an Bauwerke auswirkt.
Fenster, Türen, Parkett, WDVS Systeme sind BauprodukteFarben und Beschichtungssysteme werden nach Meinung des UBA
und DiBT auch den Bauprodukten zugeordnet, was lange Zeit nicht eindeutig geklärt war.
Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR)
Grundanforderungen an Bauprodukte gemäß Anhang I der CPR:
1. Mechanische Festigkeit und Standsicherheit2. Brandschutz3. Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz4. Nutzungssicherheit5. Schallschutz6. Energieeinsparung und Wärmeschutz
Alle Produkte, die zur Einhaltung der Anforderungen 1-6 von Bedeutung sind, müssen betrachtet werden.
Mitgliedsstaaten müssen sicherstellen, dass die wesentlichen Anforderungen der Bauprodukte erfüllt werden Zulassung durch das DIBT (Gibt es schon für eine Vielzahl von Produkten bezüglich der Anforderungen 1,2,4-6 )
Bisher keine Umsetzung der Anforderung 3
Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR)
Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz Anforderung an Bauprodukte (Anhang I, 3. der CPR)
Bauwerk muss derart entworfen werden, dass …. Gesundheit der Bewohner und Anwohner insbesondere durch folgende Einwirkungen nicht gefährdet werden:a) Freisetzung giftiger Gase
b) Emissionen von gefährlichen Stoffen, flüchtigen organischen Verbindungen, Treibhausgasen oder gefährlicher Partikeln in die Innen- oder Außenluft (Europa CEN TC 351 WG2, Deutschland AgBB, Kammermessungen TC 139 WG 11)
c) Emissionen gefährlicher Strahlen
d) Freisetzung gefährlicher Stoffe in Grundwasser, Meeresgewässer, Oberflächengewässer oder Boden (Leaching, CEN TC 351 WG1 und TC 139 WG 10)
e) Unsachgemäße Beseitigung von Abwasser, Emissionen von Abgasen oder unsachgemäßer Beseitigung von festen oder flüssigen Abfall
f) Feuchtigkeit in Teilen des Bauwerks und auf der Oberfläche im Bauwerk
National Umsetzung aus der Bauprodukteverordnung bezüglich Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz (AgBB)
Zur nationalen Umsetzung wurde in Deutschland der “Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauproddukten” geründet (AgBB).
Gremium aus Vertretern von Ländergesundheitsbehörden, UBA, DIBt, ARGEBAU, BAM, DIN keine Beteiligung der Hersteller.
Festlegung der Zulassungsgrundsätze zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen bei der Erteilung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen durch das DIBT (Deutsche Institut für Bautechnik).
Ausschuss legt Schema fest zur Vorgehensweise bei der gesundheitlichen Bewertung der VOC Emissionen
Deutsches AgBB Konzept
Prüfkammermessung 3 Tage / 28 Tage VOC und SVOC
Summenparameter Einzelstoffbewertung: „NIK-
Werte“ NIK Liste wird von einer
separaten Gremium festgelegt, bearbeitet und aktualisiert (NIK-Werte Liste 2008)‒ Substanzen, NIK Wert z.B.
‒ BuA: 110 µg/m3
‒ EHA: 820 µg/m3
‒ Styrol: 860 µg/m3
NIK Werte sind bereits für viele Inhaltsstoffe festgelegt worden:
Für nichtgelistete Inhaltsstoffe wird der „Worst Case“ angenommen.
Französiches Décret 2011-321
Gesetz ist in Frankreich am 1. Januar 2012 für neue Produkte in Kraft getreten. Seit 1 September 2013 ist es für alle Bauprodukte einschließlich Farben gültig.
TVOC und die Emissionen von 10 Verbindungen werden betrachtet. Bauprodukte müssen gemäß ihrer Emissionen in eine der vier Klassen
eingeteilt und gekennzeichnet werden ( Klassen: A+, A, B, C ) Emissionen werden durch Kammermessungen erfasst gemäß ISO 16000. TVOC <1000 µg/m3 wird gefordert nach 28 Tagen für A+ als beste Klasse.
Kunden freundliches
FormatHohe Ähnlichkeit
zur Energieeffizienz Kennzeichnung
von Elektrogeräten
Le Grenelle Environnement - Décret 2011-321
Französische Kennzeichnung für Bauprodukte
TVOC ist hier definiert als die Summe aller organischer Verbindungen mit einer Retentionszeit zwischen n-Hexan (C6) und Hexadekan (C16), (Sdp. 69°C bis 287°C, was bedeutet, dass Texanol mit betrachtet werden muss)
Für den TVOC und für 10 individuelle Substanzen sind für die entsprechenden Klassen bezüglich der Kennzeichnung Grenzwerte festgelegt.
Classes C [µg/m3] B [µg/m3] A [µg/m3] A+ [µg/m3]
Formaldéhyde >120 <120 <60 <10
Acétaldéhyde >400 <400 <300 <200
Toluène >600 <600 <450 <300
Tétrachloroéthylène >500 <500 <350 <250
Xylène >400 <400 <300 <200
1,2,4-Triméthylbenzène >2000 <2000 <1500 <1000
1,4-Dichlorobenzène >120 <120 <90 <60
Éthylbenzène >1500 <1500 <1000 <750
2-Butoxyéthanol >2000 <2000 <1500 <1000
Styrène >500 <500 <350 <250
TVOC >2000 <2000 <1500 <1000Emissions ratings established on the basis of measurements taken
after 28 days in an emission test chamber or cellProperty of Celanese
Le Grenelle Environnement - Décret 2011-321
Umweltkennzeichen(freiwillige zusätzliche Anforderungen)
Labels: 1. European ECO Label
VOC: Organic Verbindung mit Sdp. < 250 °C, VOC wird gemessen gemäß ISO 11890-2 (gleiche Definition und Methoden, wie bei der Europäische Farben Richtlinie, Paint Directive 2004/42/EC)
Grenzwert < 15 g/l VOC bei Innenfarben, Texanol undSVOC werden nicht betrachtet.
Formaldehyd < 15 ppm (Niedrigster Grenzwert im Vergleich zu anderen Labels) Letzte Ausgabe von August 2008, Neue Version in 2013/2014 erwartet, bei der
auch SVOC betrachtet werden Label wird überwiegend in Süd/West Europa speziell in Frankreich verwendet.
Nordic Swan hat die gleichen Anforderungen
Wichtigste Anforderungen :
In-Can VOC-Gehalt : < 700 ppm ( Tetradecan : 252,6°C ), gemäß ISO 17895, entspricht < 1 g/l für eine Innenfarbe mit einer Dichte von 1,4 kg/l
Gehalt an Weichmacher (S-VOC) : < 1 g/l (muss durch den Hersteller deklariert werden)
Formaldehyd: < 100 ppm gemäß VdL-RL 03
Kein Zusatz von CMR-Substanzen
Alkylphenolethoxylate nicht erlaubt
Positive Liste an Konservierungssystemen
Labels: 2. Blauer Engel RAL UZ 112 für Innenfarben
3. Schweizer Umweltetikett
Arm an flüchtigen organischen Stoffen (VOC) • VOC-Gehalt der Produkte darf die Höchstwerte der Decopaint-Richtlinie nicht
überschreiten Frei von flüchtigen und schwerflüchtigen organischen Stoffen (VOC und SVOC) • VOC-Gehalt: Höchstwert 700 ppm • SVOC-Gehalt: Höchstwert 1000 ppm
Erlaubte Biozide für die Topfkonservierung:‒ Freies Formaldehyd < 10 mg / kg
‒ CIT / MIT (3:1) < 15 mg / kg - BIT / MIT (1:1) oder BIT < 200 mg / kg
Zu mehr als 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen für A und A- ‒ > 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. mineralischen Rohstoffen und Wasser
Labels 3. Schweizer Umweltetikett
Labels: 4 TÜV Kennzeichen z.B. TÜV Süd
Emissionsanforderung TVOC Wert < 300 µg/m3 nach 72 h gemäß ISO 16000-9 Kammermessung
Formaldehyd < 50 µg/m3 nach 24 h TSVOC < 100 µg/m3 nach 72
Weitere Labels wie z.B M1 Label in Finnland, Umweltzeichen Österreich, Danish Indoor Climate Label etc.
Emissions Messungen an Modell Farben mit dem Kammerverfahren
KammermessungTest Parameter nach EN 16402: Luftwechselrate: 0,5 h-1
Kammervolumen: 0,0225m3
Temperatur: 23°±1°C Relative Luftfeuchtigkeit: 50±5% Farbfilmoberfläche: F=0,0225 m2
Beladungsfaktor: 1,0 m2/m3 (Innenfarbe, nur Wände) Auftragsmenge: ca. 150 ml/m2 (ca. 6.7 m2/l)
Die Testparameter simulieren den sogenannten Referenzraum: Raum mit 3 m x 4 m Grundfläche (12 m2) Höhe 2,5 m Eine Tür mit 2 m x 0,8 m (1,6 m2) und ein Fenster mit 2m2. Fläche.
Der Beladungsfaktor wird je nach Beschichtungstyp entsprechend gewählt: Deckenfarbe : 0,4 m2/m3
Wandfarbe: 1,0 m2/m3 (hier verwendet), Innenfarbe 1,4 m2/m3 Lacke, Beschichtung von kleinen Oberflächen 0,05 m2/m3
Vorkonditionierung zur Verfilmung: 3 Tage in der Messkammer
Farbformulierung
Rohstoff Hersteller GT
Wasser 308,5Tylose MH 30000 YP2
Shin Etsu 4
Calgon N (10%) BK Giulini 5Lopon LF BK Giulini 3,5
Agitan 381 Münzing Chemie
2
Kronos 2044 Kronos Titan 80Polwhite B Imerys 35
Omycarb 2GU Omya 235Omyacarb 5 GU Omya 205
NaOH (10%) 2
PVK GT Paste
GT Dispersio
n
GT TexanolTM
GTTPnB
GTPropylen-
glycol90 95 5 1 1 172 85 15 1 1 158 75 25 1 1 146 65 35 1 1 136 55 45 1 1 1
Paste 5 verschieden Farben:
PVK Variation von 90 bis 36 VAE-Dispersion Feststoff
53%. In-can VOC/SVOC von ca.
1% pro Substanz wurde zu jeder Farbe hinzugefügt.
Nach Gilsonite-Test liegt die kritsche PVK bei ca. 62% Auf Grund der starken Änderung der Farbfilmmorphologie ändern sich bei der
kritischen PVK die Farbfilmeigenschaften.
Gilsonite Test um die kritische PVK des Farbsystems zu bestimmen
20 30 40 50 60 70 80 90 10050556065707580859095
100kritische PVK ist ca. 62
36 41 46 52 58 65 72 81 90 (pvc)
dL in %
PVK PolymerFülllstoffePigmente
unterkritscher überkritischer Farbfim
pvk = (VPigmente + VFillers ) / (VPigmente + VFillers + VPolymer)*100
0 5 10 15 20 25 300
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
pvc 90
pvc 72
pvc 58
pvc 46
pvc 36
Tage
Kon
zent
ratio
n [µ
g/m
3]
Emission von TexanolTM als Funktion derPVK und Zeit (Start nach 3 Tagen Vorkonditionierung zur Filmbildung)
Bei hoher PVK (offen poriger Film) wird TexanolTM schneller abgegeben Bei niedriger PVK wird Texanol langsamer abgegeben und es sind höherer
TexanolTM Konzentrationen zu einem späteren Zeitpunkt messbar im Vergleich zu Farbfilmen mit hoher PVK.
Vorkonditionierung
PVK = Pigment Volumen Konzentration
Emissionsverhalten(3 Tage Vorkonditionierung zur Filmbildung)
► TPnB mit Siedepunkt von 275°C zeigt ein ähnliches Emissionsverhalten wie TexanolTM , wohingegen Propylenglykol mit Siedepunkt von 188°C wesentlich schneller emittiert wird und eine Konzentration von <1000 µg/m3 viel schneller unterschritten wird.
► In überkritischen Farben wird der größte Teil des Propylenglykols vermutlich schon vor dem ersten Tag emittiert, was erklärt, dass die absolute Konzentration bei den überkritischen Farben geringer ist als bei den unterkritischen Farben, die Propylenglykol langsamer abgeben.
0 5 10 15 20 25 300
2000400060008000
100001200014000
Emission von Propylenglykol
Tage
Kon
zent
ratio
n [µ
g/m
3]
0 5 10 15 20 25 300
1000200030004000500060007000
Emission von DowanolTM TPnBpvc 90
pvc 72
pvc 58
pvc 46
pvc 36
Tage
Kon
zent
ratio
n [µ
g/m
3]
Vorkonditionierung
TVOC und SVOC von emissionsarmen Farbenauf Basis von VAE Dispersion (ohne Koaleszenzmittel)
Farbe PVK 72 matt: 16% Disp. auf Farbe Abriebklasse IIFarbe PVK 31 seiden glanz: 46% Disp. auf Farbe Abriebklasse I
0 5 10 15 20 25 300
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Paint pvc 72 Paint pvc 31
Gesamtkonzentration in µg/m³
Tage
AgBB Grenzwert nach 28 Tagen
Emissionswerte nach 28 Tagen sind weit unter dem AgBB Grenzwert und des Grentwertes für A+ nach dem French Décret von 1000 µg/m3
Der Grenzwert für das TÜV Prüfzeichen von <300 µg/m3 nach 3 Tagen wird auch sicher erfüllt.
TÜV Grenzwert nach 3 Tagen
01000
200030004000
5000600070008000
900010000
3 days 7 days 28 days
TVO
C [
µg/m
3 ]
3 Rage Grenzwert(TÜV Label )
28 Tage Grenzwert( AgBB )
19.0
00 µ
g/m
3
11.0
00 µ
g/m
3
3.000 µg Propylenglykol10.500 µg Texanol
160 µg Propylenglykol5.600 µg Texanol
Konventionelle matte Farbe mit
KoalescentsmittelMatte Farben auf Basis von Mowilith LDM 1871 ohne
Koalescentsmittel
KammermessungenVOC Werte - ISO 16000-9
Anwendungstechnische Anforderungen
Property of CelaneseCopyright 2013 Celanese Corporation
Klassifizierung von FarbenEuropean Standard EN 13300
Wichtige anwendungstechnischeEigenschaften
Deckkraft = Kontrastverhältnis‒ Mittlerer Einfluss der Dispersion in überkritischen Farben
Class 1 : 99,5Class 2 : und < 99,5Class 3 : 95 und < 98Class 4: < 95bei gegebener Auftragsmenge [ m2/l ],
Abriebbeständigkeit:‒ Starker Einfluss des Bindemittels:
Class 1 : < 5 µm bei 200 ZyklenClass 2 : 5 µm und < 20 µm bei 200 ZyklenClass 3 : 20 µm und < 70 µm bei 200 ZyklenClass 4 : < 70 µm bei 40 ZyklenClass 5 : 70 µm bei 40 Zyklen
Die Abriebfestigkeit korreliert u.a. mit der Härte (Glasübergangs-temperatur Tg) des Bindemittels (Dispersion)
(Europäische Klassifizierung nach EN 13300)
(Europäische Klassifizierung nach EN 13300)
Bestimmung der Naßabriebbeständigkeit- Vergleich DIN 53778 mit ISO 11998 -
DIN 53778 ISO 11998
Wichtige anwendungstechnischeEigenschaften
Glanz:‒ Mittlere Einfluss des Bindemittels abhängig von der PVK
Blockfestigkeit:‒ Starke Abhängigkeit vom Bindemittel insbesondere bei niedriger PVK.
Lagerstabilität ( Raumtemperatur und 50°C ) Rheologie (Spritzneigung) Verarbeitbarkeit (offene Zeit, geringe Rissneigung) Emissionsverhalten, Inhaltsstoffe,
Anforderungen an eine Dispersion für lösungsmittel-/weichmacherfreie Farben:
Niedrige Mindestfilmbildetemperatur (MFFT <3°C), um eine gute Verfilmung bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen zu gewährleisten.Hohe Glastemperatur (Tg), um gute mechanische Eigenschaften (Abrieb) zu besitzen.
Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften des Vinylacetats senkt Wasser bei VAE-Dispersionen bereits die MFT etwas ab. (Hydroplastifizierungseffekt).
VAE-Dispersionen haben trotz niedriger MFT < 3°C eine hohe Tg
VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben
Bindemittel für Innenfarben
Eingesetzte Monomer-Systeme
Styrolacrylat-Dispersionen Reinacrylat-Dispersionen Vinylacetat-Copolymer-Dispersionen Vinylacetat-Ethylen-Dispersionen
Pigmentbindevermögen von St/A Dispersionen als Funktion Glastemperatur Tg
0
1000
2000
3000
4000
5000
-30-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
70/30 65/35 60/40 55/45 50/50 45/55 40/60 35/65 30/70
% Styrol / % BuA
> 4000
[ Anz
ahl S
cheu
erzy
klen
]
Tg [ °C ]
Scheuerbeständigkeit nach DIN 53778 bei optimaler Filmkonsolidierung
(MFT
) [
°C
]
Tg [ °C ] (Polymer Härte)
30
25
20
15
10
5
0
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Styrene Acrylate
VAE
VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben
VAE- Dispersion
Weiche SA- Dispersion
weiche AA- Dispersion*
MFT < 3°C < 3°C < 3°C
Tg Bereich 12°C – 17°C 5°C – 9°C 5°C – 10°C
* Standard grades for interior matt paints
MonomerLöslickeit in Wasser [g/100ml)
Vina 2,50MMA 1,30BuA 0,162-EHA 0,01Styrene 0,03
Schematischer Verlauf der Filmhärte bei Herstellung und Applikation
0
5
10
25
20
15
35
40
30
MFT /°C
Ablauf
harte DispersionWeichmacher, Lösemittel
weiche Dispersion Lagerung
Applikation
harter Film, gutes Pigmentbindevermögen
weicher Filmschlechtes Pigmentbindevermögen
Trocknung, Filmkonsolidierung
Verdunsten des Lösemittels
Lackherstellung
Raumtemperatur
Wasser Abgabe bei VAEWasser
Vinylacetat/Ethylen-Copolymer-Dispersion
VAE-Dispersionen für emissionsarme matte Innenfarben,
► Die Verwendung von wasserlöslichen Schutzkolloiden in VAE- Dispersionen, wie PVOH oder Celluloseether, vergrößert den Hydroplastifizierungseffekt und verbessert auch weitere Eigenschaften wie offene Zeit und Verarbeitungsverhalten.
► Durch Optimierung des Polymerisationsprozesses (Mw) und des Vernetzungssystems (Pigmentanbindung)) können mit VAE- Dispersionen Abriebwerte vergleichbar mit weichgestellten Dispersionen erhalten werden.
Presentation Title 47© Celanese
Einfluss des Vernetzers auf die Abriebfestigkeit von entsprechenden matten Innenfarben
5 µmKlasse 1
70 µmKlasse 3
Bereich von Abriebklasse 1 bis 3 ist möglich.
5 µmKlasse 1
70 µmKlasse 3
20 µmKlasse 2
Abriebfestigkeit von Dispersionsfarbengemäß ISO 11998, Matte Innenfarben, überkritische Farben
Styrene/Acrylat Dispersionen mit KoaleszentsmittelVAE Dispersion ohne Koaleszentsmittel
Bindemittelgehalt basierend auf 50%iger Dispersion
Deckkraft
Überkritische Farbe, schematisch
Der Gehalt an TiO2 hat den größten Einfluss auf die Deckkraft. Durch eine optimale Verteilung des TiO2 und der Luftporen innerhalb
des Farbfilms kann die Deckkraft maximiert werden. Das Bindemittel zusammen mit dem Dispergiermittel und den
Füllstoffen hat einen Einfluss auf die optimale Verteilung des TiO2 und der Luftporen innerhalb des Farbfilms und damit auf die Deckkraft.
Auf Grund des Schutzkolloids in VAE-Dispersionen und der breiteren Partikelverteilung im Vergleich zu emulgatorstabilisierten St/A- und Reinacrylatdispersionen wirken sich VAE-Dispersionen positiv auf die TiO2- und Luftporenverteilung aus und somit auf die Deckkraft.
z. B.: PVK ca. 77% (13 % Dispersion (50% Feststoff) auf Farbe)
substratepigment binder (polymer) fillers
Bestimmung des Deckvermögens vonunterschiedlichen Dispersionen
Pos Inhaltsstoff Gewichtsteile
01 Wasser 298,502 Tylose MH 30000 YG8 4,003 Calgon N ( 10 %-ig ) 5,004 Lopon 895 3,505 Agitan 315 2,006 Kronos 2044 80,007 China Clay B 35,008 Omyacarb 2 GU 235,009 Omyacarb 5 GU 205,010 Natronlauge ( 10 %ig ) 2,011 Disp. ca. 50 % (VAE oder St/A) 130,0
Summe: 1000,0
Rez.L2025PVK 77FS 63%
VAE-Dispersion im Vergleich zu emulgatorstabilisierterStyrol/Acrylat-Dispersion, Deckkraft (ISO 6504-3) in einer überkritischen Farbe (Rezept L 2025 FI, PVK 77, 13% Bindemittel 50%ig, 8% TiO2 )
Kontrastverhältnis gemäß ISO 6504-3
Matte, seidenglänzendeund glänzende Farbfilme
Aufgrund des höheren Bindemittelgehalts in seidenglänzenden und glänzenden Farben zeigen diese Farben eine geringere Blockfestigkeit im Vergleich zu matten Farben.
Seidenglanzfarbe, PVK ca. 31 % (46 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe)
Matter Farbfilm, PVK ca. 77 % (13 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe)
Zunahme der Oberflächenklebrigkeit, Verschlechterung der Blockfestigkeit
SubstratPigment Dispersionsfilm Füllstoffe
Substratpigment Dispersionsfilm Füllstoffe
Polymerdispersionen, die zwei Polymerphasen in einem Partikel enthalten, zeigen eine signifikant bessere Blockfestigkeit.
Die weiche Polymerphase ist notwendig, um eine niedrige Filmbildetemperatur (MFT) zu erreichen.
Die harte Polymerphase ist verantwortlich für die Verringerung der Oberflächenklebrigkeit.
Heterogen Dispersionen
Individuelle Teilchen(Homogene Partikel)
hemispherische Partikel
Kern - Schale
Inverse Kern Schale“strawberry"
- morphology
hart weich hart weich
hartweich
VAE-Dispersionen mit Kern –Schale Technologie
Acrylat-Dispersionen mit Kern-Schale-Struktur sind schon länger bekannt und kommerziell verfügbar.
Heterogene Acrylatdispersionen werden für glänzende Innenfarben und Easy to Clean Farben eingesetzt.
Aufgrund der Kern-Schale-Technologie ist es auch möglich, harte VAE- Polymerphasen in weiche filmbildende VAE-Polymerphasen einzufügen.
Mit Hilfe dieser Technologie ist es möglich, den Abstand zwischen mittlerer Tg und der MFT bei VAE-Dispersionen zu vergrößern.
Einsatz für Seidenglanzfarben als Alternative zu harten St/A Dispersionen oder heterogenen Reinacrylatdispersionen
‒ Standard-VAE-Dispersion: Tg: 12°C MFT: 0°C
‒ Zweiphasen-VAE-Dispersion Tg1:9°C / Tg2 31°CMFT: 0°C‒ Zweiphasen-VAE-Dispersion ca. Tg: 22°C (Mittelwert) MFT:
3°C
Zwei-Phasen-VAE-Dispersionen mit zwei Polymerphasen und somit zwei Tg’s
1. Tg = 9°C 2. Tg = 31°C
mittlere Tg = 22°C
, Tg
=12°C
Phasenübergangsbereich Standard-VAE
Phasenübergangsbereich optimierte VAE-Dispersion (zwei Phasen überlappend)
Optimierte-VAE-Dispersionen mit breitem Phasenübergangsbereich
Presentation Title 58© Celanese
Farben mit BDGA bei Dispersionen mit MFT > 5°C!
Blockfestigkeit von Farben im mittleren PVK-Bereich( 46% Bindemittel )
Der Druck, Lösungsmittel in Farben zu reduzieren, wird getrieben durch: Gesetzgeber Verbraucherkennzeichen (Blauer Engel,TÜV) Verbraucherschutzverbände (Testreports)
Der Markt für emissionsarme Farben wächst weltweit überdurchschnittlich.
Vinylacetat/Ethylen(VAE)-Dispersionen haben sich auf Grund ihres ausgezeichneten Pigmentbindevermögens, ihres positiven Beitrags zur Deckkraft und ihrer guten Verarbeitungseigenschaften zum Standardbindemittel für emissionsarme Innenfarben in Europa entwickelt.
Heterogene VAE-Dispersionen ermöglichen es, blockfeste emissionsarme Latexfarben und Seidenglanzfarben zu formulieren.
Zusammenfassung: Innenfarben
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
www.celanese-emulsions.com