Ist Gelb das bessere Weiß?

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1 Ist Gelb das bessere Weiß? Optimierte Leistungsfähigkeit mikronisierter Rutilgelb-Pigmente. Dank einer neuen Mikronisierungstechnik lässt sich das Eigenschaftsspektrum von Rutilgelb-Pigmenten erheblich verbessern. In dieser Form sind sie eine sowohl aus ökonomischer als auch aus technischer Perspektive interessante Alternative für Titandioxid-Pigmente in hochwertigen Formulierungen. Lutz Frischmann*, Stefanie Klose, Langelsheim. * Korrespondierender Autor. Kontakt: Dr. Lutz Frischmann, Heubach GmbH, Heubachstrasse 7, D Langelsheim, Tel.: , Fax: , lutz.frischmann@heubachcolor.de Das Formulieren hochwertiger Beschichtungs-Systeme ist eine ständige Herausforderung. Allerdings ist diese Herausforderung nicht alleine technischer Natur, sondern sie spiegelt in zunehmendem Maße die Forderung nach wirtschaftlicheren und effizienteren Systemen wider. Neue Ideen und Konzepte für Hochleistungs-Beschichtungen sind gefragt. Durch gezielte Optimierung der für höchste Beständigkeit bekannten Chrom- und Nickeltitangelb-Pigmente war es möglich, neue technisch und ökonomisch effiziente Formulierungen zu entwickeln. Kosteneinsparungen in der Größenordnung von 25 bis 30% lassen sich so realisieren - bei verbessertem Eigenschaftsprofil der Rezepturen. Kern der Weiterentwicklung ist die Technik, die Pigmente zu mikronisieren, aber in solch einer Weise, dass ihre exzellente Bewitterungsbeständigkeit oder die einzigartige Temperaturbeständigkeit erhalten bleiben. Mikronisierung verbessert das Deckvermögen Typischerweise weisen Chrom- und Nickeltitangelb-Pigmente eine mittlere Teilchengröße >1µm auf. Nach der Mikronisierung liegt die durchschnittliche Teilchengröße bei 0,3 µm (Abb. 1). Die Mikronisierung, die zu einer engen Größenverteilung der sphärischen Pigmentteilchen führt (Abb. 2), bringt mehrere Vorteile mit sich. Unter anderem wird das Deckvermögen der Pigmente erheblich verbessert und die Abrasivität der Pigmente nachhaltig reduziert. Tab. 1 stellt die durch die neue Mikronisierungstechnik optimierten Pigmente und ihre Eigenschaften detailliert zusammen. Besser als Titandioxid Höchster Leistungsfähigkeit von Pigmenten kommt in modernen Beschichtungssystemen eine entscheidende Rolle zu. Aber nur Pigmente, die zusätzlich zu ihrer hohen Performance dem Formulierer aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften weitere Perspektiven eröffnen, erlauben innovative Lösungen. In der Regel werden Chrom- und Nickeltitangelb-Pigmente für Hochleistungs-Beschichtungen mit brillianten organischen Pigmenten kombiniert. Insbesondere das hohe Deckvermögen der anorganischen Pigmente ist dabei gefragt. Die mikronisierten Typen überzeugen beispielsweise gegenüber den konventionellen Nickeltitangelb-Pigmenten durch ein erheblich höheres relatives Deckvermögen und übertreffen dabei sogar Titandioxid (Abb. 3). Dank dieser besonderen Eigenschaft der Rutilgelb-Pigmente lässt sich in vielen Formulierungen Titandioxid kosteneffizient durch Rutilgelb ersetzen, wie die in Tab. 2 aufgezeigten Beispiele für typische Industrielack-Farbtöne illustrieren. Verbesserte Wetterechtheit Neben den realisierbaren Kosteneinsparungen von rund 25% bieten diese neuen Formulierungsalternativen erhebliche zusätzliche Vorteile. So wird die Wetterechtheit organischer Hochleistungs-Pigmente effektiv verbessert. Diese Verbesserung basiert auf einem gegenüber Titandioxid drastisch reduzierten photokatalytischen Effekt sowie der Absorption der kritischen UV-Strahlung durch die Rutilgelb-Pigmente. Das organische Pigment wird in einer Abmischung mit dem Rutilgelb-Pigment deutlich weniger stark abgebaut als in einer Abmischung mit einem Hochleistungs-Titandioxid (Abb. 4). Auf diese Weise lassen sich die organischen Pigment-Komponenten wesentlich flexibler auswählen. Höhere Brillanz, niedrigere Abrasivität Dank der kontrollierten Teilchengrößenverteilung der mikronisierten Rutilgelb-Pigmente in Verbindung mit ihrer sphärischen Form ist es darüber hinaus möglich, höhere Reflektionswerte für brilliante, hochglänzende Beschichtungen zu erreichen (Abb. 5). Ein weiterer Vorteil der optimierten Pigmente liegt in ihrer signifikant niedrigeren Abrasivität. Der Anwender profitiert davon durch reduzierte Prozesskosten in der Pigmentverarbeitung sowie die leichtere Verarbeitbarkeit dieser Rutilgelb-Pigmente. Geringerer Dispergiermittel-Bedarf Gerade im Segment hochwertiger Industrielackanwendungen steht bei den Pigmenten neben ihren coloristischen Eigenschaften sowie ihrer Licht- und Wetterechtheit auch die Stabilisierbarkeit im dispergierten Zustand als entscheidendes Eigenschaftsmerkmal im Fokus des Formulierers. Dabei sollen sich Dispergierhilfsmittel oder Additive möglichst effizient und ökonomisch einsetzen lassen. Mikronisierte Rutilgelb-Pigmente bieten in dieser Hinsicht wesentliche Vorteile: Abb. 7 veranschaulicht den wesentlich günstigeren Dispergiermittelbedarf eines Rutilgelb-Pigments gegenüber einem üblichen Hochleistungs-Titandioxid in Kombination mit einem kommerziellen polyanionischen bzw. einem polymeren Dispergieradditiv: Das Einsparpotenzial an Dispergieradditiv liegt bei 40 bis 60%. Ein gezielter Austausch von Titandioxid gegen mikronisierte Rutilgelb-Pigmente, wie beispielsweise in den Formulierungen aus Tab. 2, verbessert also auch unter diesem Aspekt die Kosteneffizienz. Neue Optionen Ist Gelb also das bessere Weiß? Die modernen, mikronisierten Rutilgelb-Pigmente eröffnen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften neue und effiziente Formulierungsoptionen für hochwertige Beschichtungs-Systeme. In vielen Anwendungen erweisen sie sich durchaus als interessante Alternative zu den etablierten Titandioxid-Pigmenten. Ergebnisse auf einen Blick - Eine neuen Mikronisiertechnik optimiert Chrom- und Nickeltitangelb-Pigmente in ihren Eigenschaften, wie Deckvermögen und Abrasivität. - Ihre exzellente Bewitterungsbeständigkeit und die einzigartige Temperaturbeständigkeit bleiben dabei erhalten. - In vielen Formulierungen lässt sich damit Titandioxid kosteneffizient durch Rutilgelb ersetzen. Kosteneinsparungen von rund 25% sind realisierbar.

2 - Gleichzeitig erhöhen die mikronisierten Rutilgelb-Pigmente die Wetterechtheit organischer Hochleistungs-Pigmente, ermöglichen höhere Reflektionswerte und benötigen weniger Dispergiermittel. Dr. Lutz Frischmann, Heubach GmbH, promovierte 1999 in Organischer Chemie in München. In selben Jahr begann er seine berufliche Laufbahn bei Akzo Nobel Coatings in Stuttgart, wo er zuletzt als Laborleiter vor allem Automobilserienlacke entwickelte wechselte er zu Kronos nach Leverkusen, als Gruppenleiter in der Anwendungstechnik für Lacke und Beschichtungsstoffe. Seit September 2006 ist er Leiter der Business Unit 'Inorganic Colored Pigments' bei der Heubach GmbH in Langelsheim. Dr. Stefanie Klose, Heubach GmbH, promovierte in anorganischer Chemie an der Universität Paderborn, wo sie anschließend ein Zusatzstudium "Chemie und Technologie der Beschichtungsstoffe" absolvierte trat sie in die Heubach GmbH in Langelsheim ein, seit 2006 ist sie dort Gruppenleiterin F&E und Anwendungstechnik der Business Unit Inorganic Colored Pigments.

3 Abb. 1: Teilchengrößenverteilung verschiedener Rutilgelb-Pigmente 1).

4 Abb. 2: SEM-Aufnahmen (1:10000) von mikronisiertem (links) und konventionellem Rutilgelb (rechts) 1).

5 Abb. 3: Deckvermögen verschiedener Rutilgelb-Pigmente im Vergleich zu einem Hochleistungs-Titandioxid 1).

6 Abb. 4: Wetterechtheit von Rotfarbtönen basierend auf DPP Rot (P.R. 254) nach 2000h Xenon-Test 1).

7 Abb. 5: Glanzwerte im Vergleich in einem konventionellen Alkydharz-System (Pigmentierungshöhe 20%) 1).

8 Abb. 6: Relative Abrasivität verschiedener Nickeltitangelb-Pigmente im Vergleich zu einem Hochleistungs-Titandioxid 1).

9 Abb. 7: Vergleich des Dispergiermittelbedarfs von HDG150 zu einem Hochleistungs-Titandioxid mit verschiedenen kommerziellen Dispergieradditiven 1).

10 1) Eingesetzte Pigmente: HDG150 und HDG154 entsprechen "Heucodur Plus Gelb" 150 und 154. HDG3, 5, 6, 152 und 256 entsprechen "Heucodur Gelb" 3R, 5R, 6R, 152 und 256 der Firma Heubach GmbH, Wettbewerb 1 und 2 sind typische, kommerzielle Rutilgelb-Pigmente...