AEROSIL R 9200 zur Verbesserung der Kratzfestigkeit von Lacksystemen. Technische Information 1284

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1 zur Verbesserung der Kratzfestigkeit von Lacksystemen Technische Information 1284 TI_1284_0_7_2015.indd 1 7/15/2015 5:08:48 PM

2 1 Einleitung 2 Merkmale strukturmodifizierter Produkte Pyrogene hochdisperse Kieselsäuren sind in der Lackindustrie vor allem zur Steuerung der Rheologie flüssiger Lacksysteme bekannt. Zusätzlich zur Erzeugung einer Strukturviskosität und der Wirkung als Antiabsetzmittel für Pigmente konnte auch immer wieder gezeigt werden, dass durch den Einsatz von hochdispersen Kieselsäuren die mechanischen Eigenschaften der gehärteten Lackfilme positiv beeinflusst werden können. Für moderne Lacksysteme spielt, neben bekannten mechanischen Eigenschaften, die Kratzfestigkeit oft eine zentrale Rolle. Spezialisten der Evonik Industries AG haben eine neue Generation pyrogener Kieselsäuren entwickelt, die eine signifikante Verbesserung der Kratzfestigkeit von UV-härtenden, High-Solid- und konventionellen lösemittelhaltigen 2K-Systemen ermöglichen. Durch die Kombination einer chemischen und mechanischen Nachbehandlung haben diese so genannten strukturmodifizierten Produkte nur noch einen minimalen Einfluss auf die Rheologie der Lacksysteme. Folglich können Mengen bis zu 10 Gew.%, berechnet auf den Festkörper des Systems, eingearbeitet werden, ohne einen signifikanten Viskositätsanstieg zu verursachen. Die erhöhte Eintragsmenge des bewirkt eine deutliche Zunahme der mechanischen Stabilität gegen Kratzer. Neben den bekannten R 7200 und R 8200 ist nun für UV-härtende, High-Solid- und konventionelle lösemittelhaltige 2K-Systeme erfolgreich in den Markt eingeführt worden. ist somit ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung einer innovativen neuen Produktfamilie strukturmodifizierter hydrophober Kieselsäuren der Evonik Industries AG. Durch das bereits in der Einleitung erwähnte besondere Herstellungsverfahren weisen strukturmodifizierte Materialien Eigenschaften auf, die sich deutlich von den bisher bekannten Produkten unterscheiden. Bei Betrachtung des im Vergleich zu einem nicht strukturmodifizierten Material ist die zwei- bis dreimal höhere Stampfdichte des auffällig. Diese begünstigt die zügige Einarbeitung des Produktes in das Bindemittelsystem bei gleichzeitig minimierter Staubentwicklung. Auch der Vergleich der Schüttdichten (Abbildung 1) zeigt sehr deutlich den Unterschied zwischen nicht strukturmodifiziertem und. Nicht strukturmodifiziertes AERODISP 1030 eine 30 Gew.%-ige Dispersion von in 1-Methoxy-2-propylacetat (MPA) wurde entwickelt um unseren Kunden die Handhabung dieser innovativen pyrogenen Kieselsäuren zu vereinfachen. Abbildung 1 Vergleich der Schüttdichten eines herkömmlichen Materials mit. Beide Messzylinder enthalten die gleiche Masse an. 2

3 3 Dispergierung strukturmodifizierter Produkte Für die Verbesserung der Kratzfestigkeit von besonderer Bedeutung ist die Auswirkung der strukturmodifizierten Produkte auf die Rheologie der Lacksysteme. Anhand von Abbildung 2 und 3 erkennt man deutlich den reduzierten Einfluss auf Rheologie und Strukturviskosität im Vergleich zu nicht strukturmodifiziertem in unterschiedlichen Bindemittelsystemen. Diese besondere Eigenschaft ermöglicht die Einarbeitung der zur Erhöhung der Kratzfestigkeit benötigten Mengen Kieselsäure von bis zu 10 Gew.% berechnet auf Festkörper Bindemittel. Vis k osi tät [mpa s ] Vis k osi tät [mpa s ] Abbildung Abbildung Rheologische Wirkung von im Vergleich zu nicht strukturmodifiziertem in einem UV-härtenden Klarlack auf Basis Polyesteracrylat. Die Messung erfolgte mit einem Physica Rotationsviskosimeter. 0 0, Schergeschwindigkeit [s ] 5% hydrophobes,nicht s trukturmodifiziertes 10 % ohne Rheologische Wirkung von im Vergleich zu nicht strukturmodifiziertem in einem lösemittelhaltigen 2K Klarlack. Die Messung erfolgte mit einem Brookfield Viscometer; auf Gesamtformulierung. hydrophobes, nicht strukturmodifiziertes Es ist bekannt, dass die in der Flammenhydrolyse aus SiCl 4 hergestellten Kieselsäuren nicht als Primärteilchen, sondern grundsätzlich als agglomerierte Aggregate vorliegen. Durch die Auswahl geeigneter Dispergierverfahren lassen sich die Agglomerate bis zu den Aggregaten weitestgehend zerstören, so dass eine Beeinflussung der optischen Eigenschaften des Lackfilmes auch bei höheren Konzentrationen minimiert werden kann. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass sich zur Dispergierung der strukturmodifizierten Produkte eine 2-Stufen Dispergierung empfiehlt. Im Falle von wird die Kieselsäure zunächst mit Hilfe eines Dissolvers benetzt. Dabei sollte die Zudosierung des in das Reibgut langsam, bei geringer Drehzahl des Dissolvers erfolgen, um eine optimale Benetzung zu erreichen und gleichzeitig die Staubbildung zu vermeiden. Nach der Vordispergierung wird im zweiten Schritt der Dispergiervorgang in einer Perlmühle durchgeführt. Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse sind mit einer Getzmann SL 5 Labor-Perlmühle unter Verwendung von Glasperlen als Mahlkörper erzielt worden. Eine Optimierung der optischen Eigenschaften wird durch den Einsatz einer mit Keramik ausgekleideten Perlmühle in Kombination mit feineren Perlen möglich. Nach der Dispergierung von in Klarlack-Systemen sollte der Grindometerwert weniger als 10 µm betragen. Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung des Dispergierergebnisses bietet besonders bei High-Solid- und konventionellen Systemen das Masterbatch-Verfahren. Je nach Viskosität und Benetzungsverhalten des Bindemittels sind Konzentrationen von 10 bis 2 berechnet auf Festkörper Bindemittel möglich. Kunden die über diese Dispergiermöglichkeiten nicht verfügen, bzw. den Dispergieraufwand einsparen wollen, können AERODISP 1030 einsetzen. Es handelt sich dabei um eine 30 Gew.%-ige Dispersion von in 1-Methoxy- 2-propylacetat (MPA), die in einer Perlmühle in Kombination mit 0,5 mm ZrO 2 -Perlen dispergiert wird. 6 Upm 60 Upm 3

4 4 Ausgewählte Methoden zur Verkratzung von Oberflächen In der Lackindustrie wird mit vielen unterschiedlichen Methoden die Kratzfestigkeit von Oberflächen getestet. Grundsätzlich kann man unterscheiden zwischen einer trockenen Verkratzung und der Verkratzung unter Verwendung einer abrasiven Slurry. Die in dieser Technischen Information gezeigten Ergebnisse sind mit einem Crockmeter (Trockenmethode) und einem Elcometer 1720 (Nassmethode) ermittelt worden. Weiterhin steht der Evonik ein Waschstraßensimulator von Amtec Kistler zur Verfügung, mit dem Verkratzungen gemäß DIN durchgeführt werden können. Die erwähnten Versuchsanordnungen stellen die größtmögliche Nähe zur Verkratzung in einer Auto-Waschanlage her. Als abrasives Medium ist im Falle der Nassmethode eine Slurry aus Quarz und Wasser verwandt worden. Abbildung 5 Amtec Labor-Waschanlage der Firma Amtec Kistler GmbH, Prittriching Der Glanz und der Haze der Oberflächen wurden vor und nach der Verkratzung vermessen. Aus den Ergebnissen lässt sich der prozentuale Restglanz ermitteln. Abbildung 4 Elcometer 1720 der Firma Elcometer Instruments GmbH, Aalen Abbildung 6 Crockmeter der Firma Karl Schröder KG, Weinheim 4

5 5 UV-härtender Klarlack 6 2K Klarlack 5.1 Startformulierung 6.1 Startformulierung Mahlgut Gew. % Laromer PE 44 F BASF AG 68,0 Tripropylenglykoldiacrylat (TPGDA) BASF AG 32,0 Evonik Industries AG 10,0 Härter Darocur 1173 Ciba Speciality Chemicals 4,4 Total 114,4 Mahlgut Gew. % Macrynal SM 510, 60 % Cytec Surface Specialties 40,0 Butylacetat 15,0 Xylol 5,0 Evonik Industries AG 5,0 Auflackung Macrynal SM 510, 60 % Cytec Surface Specialties 10,0 Xylol 4,0 Ethoxypropylacetat 3,5 Butylglykolacetat 1,5 5.2 Kratzfestigkeit 20 -Reflektometerwert Abbildung 7 Verbesserung der Kratzfestigkeit mit in einem UV-härtenden Klarlack auf Basis Polyesteracrylat. Die Verkratzung erfolgte mit dem Elcometer 1720; 40 Doppelhübe mit Schweineborsten-Bürsten, ige Quarzslurry Glanz 20 Glanz nach Kratzen Anhand von Abbildung 7 erkennt man die deutliche Verbesserung des Glanzes nach der Verkratzung durch den Einsatz von. In diesem UV-härtenden Klarlack konnte durch eine steigende Menge eingearbeitetes eine weitere Verbesserung der Kratz-festigkeit erzielt werden. Der Glanz vor der Verkratzung wird durch die steigende Menge kaum beeinflusst % 1 Vestanat HB 2640 MX Evonik Industries AG 21,0 Summe 105,0 6.2 Kratzfestigkeit Durch den Einsatz von auf die Gesamtformulierung wird die Kratzfestigkeit dieses lösemittelhaltigen 2K Klarlackes sichtlich verbessert. Einen deutlichen Einfluss auf die Stärke der Verkratzung hat die Quarzkonzentration der verwandten abrasiven Slurry. Die 0,1ige Quarzslurry in Anlehnung an DIN weist hier erwartungsgemäß eine schwächere Differenzierung der Ergebnisse auf. 20 -Reflektometerwert Abbildung 8 Verbesserung der Kratzfestigkeit mit in einem 2K Klarlack. Die Verkratzung erfolgte mit dem Elcometer 1720; 40 Doppelhübe mit Schweineborsten- Bürsten; 0,1ige Quarzslurry im Vergleich zu iger Quarzslurry ,1ige Quarzslurry ige Quarzslurry Glanz vor Kratzen Glanz nach Kratzen 5

6 7 2K High-Solid Klarlack 7.1 Startformulierung Mahlgut Gew. % Macrynal SM 565, 70 % Cytec Surface Specialties 61,0 Butylacetat 7,3 Methoxypropylacetat 1,7 Durch eine Verkratzung der Oberfläche wird neben dem Glanz auch der Haze negativ beeinflusst. In Abbildung 10 sieht man den stärkeren Schleier nach einer Verkratzung in Abhängigkeit von der Quarzkonzentration des abrasiven Mediums. Durch den Einsatz von kann nicht nur der Glanz, sondern auch die Schleierbildung positiv beeinflusst werden. Solvesso 100 Exxon Chemical GmbH 2,0 Xylol 2,7 Evonik Industries AG 5,0 Auflackung Abbildung 10 Einfluss von auf die Schleierbildung in einem 2K High-Solid Klarlack. Die Verkratzung erfolgte mit dem Elcometer 1720; 40 Doppelhübe mit Schweineborsten-Bürsten; 0,15% ige Quarzslurry und ige Quarzslurry im Vergleich. Vestanat HT 20 L Evonik Industries AG 22,3 Butylacetat 2,0 Solvesso 100 Exxon Chemical GmbH 1,0 Summe 105,0 7.2 Kratzfestigkeit In Abbildung 9 werden am Beispiel eines 2K High-Solid Klarlackes die Ergebnisse aus einer Trockenverkratzung mit dem Crockmeter und einer Nassverkratzung mit dem Elcometer 1720 verglichen. Obwohl hier die Crockmeter-Methode einen stärker abrasiven Charakter aufweist, ist dennoch mit beiden Methoden eindeutig die Verbesserung der Kratzfestigkeit durch den Einsatz von feststellbar. Haze Haze vor Kratzen 0,1ige Quarzslurry ige Quarzslurry Haze nach Kratzen Abbildung 9 Verbesserung der Kratzfestigkeit mit in einem 2K High-Solid Klarlack. Die Verkratzung erfolgte mit dem Crockmeter unter Verwendung von abrasivem Papier und dem Elcometer 1720, 40 Doppelhübe mit Schweineborsten-Bürste; 0,1ige Quarzslurry. 20 -Reflektometerwert Crockmeter (Trockenverkratzung) Elcometer 1720 (Nassverkratzung) 40 Glanz vor Kratzen Glanz vor Kratzen Glanz nach Kratzen Glanz nach Kratzen 6

7 8 Zusammenfassung Um den Wirkungsgrad von AERODISP 1030 unter Beweis zu stellen wurde einem Zweikomponentenklarlack 16 % dieser Dispersion (ca. ) im Verhältnis zur Gesamtformulierung zugefügt (10 % auf Bindemittel-basis); siehe Abbildung 11. Das Lackmuster in Abbildung 12 enthält kein. Zur Ermittlung der Kratzfestigkeit wurde ein Elcometer 1720 mit einem Quarz-Wasser-Gemisch angewandt (s. Abbildung 4). So wird ersichtlich, daß der Einsatz von AERODISP 1030 zu einer deutlich höheren Kratzfestigkeit beiträgt. In Abbildung 11 ist der Restglanz viel stärker. Darüberhinaus weist der Lack auch nach Beimischung der Dispersion weiterhin exzellente optische Eigenschaften auf. Die strukturmodifizierte, hydrophobe pyrogene Kieselsäure zeichnet sich beim Einsatz in Lacken und Farben durch folgende Eigenschaften aus: Der Einsatz von führt zu einer Erhöhung der Kratzfestigkeit von UV-härtenden, 2K konventionellen und High-Solid Klarlacksystemen. Eine niedrige rheologische Aktivität ermöglicht hohe Füllgrade bis zu 10 Gew.% bezogen auf Festkörper Bindemittel, wobei keine nennenswerte Strukturviskosität ausgebildet wird. Durch seine niedrige Stampfdichte lässt sich mit einem Dissolver leicht benetzen. Die Dispergierung sollte mit einer Perlmühle oder adäquatem Equipment erfolgen. AERODISP 1030 eine 30 Gew.%-ige Dispersion von in 1-Methoxy-2-propylacetat (MPA) wurde entwickelt, um unseren Kunden die Handhabung dieser innovativen pyrogenen Kieselsäuren zu vereinfachen. Abbildung 11 Zweikomponentenklarlack mit ca. AERODSIP 1030 Abbildung 12 Zweikomponentenklarlack ohne ca. AERODSIP

8 Unsere Informationen entsprechen unseren heutigen Kenntnissen und Erfahrungen nach unserem besten Wissen. Wir geben sie jedoch ohne Verbindlichkeit weiter. Änderungen im Rahmen des technischen Fortschritts und der betrieblichen Weiterentwicklung bleiben vorbehalten. Unsere Informationen beschreiben lediglich die Beschaffenheit unserer Produkte und Leistungen und stellen keine Garantien dar. Der Abnehmer ist von einer sorgfältigen Prüfung der Funktionen bzw. Anwendungsmöglichkeiten der Produkte durch dafür qualifiziertes Personal nicht befreit. Dies gilt auch hinsichtlich der Wahrung von Schutzrechten Dritter. Die Erwähnung von Handelsnamen anderer Unternehmen ist keine Empfehlung und schließt die Verwendung anderer gleichartiger Produkte nicht aus. ist eine geschützte Marke der Evonik Industries AG oder ihrer Tochterunternehmen. Europa/Mittlerer Osten/ Afrika/Latein-Amerika Evonik Resource Efficiency GmbH Business Line Silica Rodenbacher Chaussee Hanau Germany telefon telefax ask-si@evonik.com Nordamerika Asien / Pazifik Evonik Corporation Business Line Silica 299 Jefferson Road Parsippany, NJ USA telefon telefax ask-si-nafta@evonik.com Evonik (SEA) Pte. Ltd. Business Line Silica 3 International Business Park #07-18, Nordic European Centre Singapore telefon telefax ask-si-asia@evonik.com TI JUL15