Nanotechnologie für umweltfreundliche Beschichtungen. Dr. Detlef Burgard Bühler PARTEC GmbH

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1 Nanotechnologie für umweltfreundliche Beschichtungen Dr. Detlef Burgard Bühler PARTEC GmbH

2 Gliederung 1. Welche Ansätze gibt es, um Beschichtungen umweltfreundlicher zu machen? 2. Was sind die Schwächen von wasserbasierten Beschichtungen? 3. Nanopartikel als Additive zur Performance Steigerung a. Was ist Oxylink? b. Wie funktioniert Oxylink? c. Wo kann es eingesetzt werden? d. Welche Eigenschaften werden verbessert? 4. Zusammenfassung 2 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

3 Ökoeffiziente Trends in der Farben und Lackindustrie. Innovationsmotor Nr.1 Reduktion der Lösemittelemission (VOC). Globale ökoeffiziente Ansätze der Lackindustrie in % * Globaler Farben und Lackmarkt Segmente in % (Gesamtvolumen von 8 BCHF) strahlungshärtend 3% Pulverlacke 12% wasserbasiert 25% lösemittelbasiert 6% Internationale VOC Regulierungen Weltweite gesetzliche Regulierungen können zu einer Reduktion um bis zu 4 Mt/a VOC führen USA Japan EU *: SpecialChem - Jun 1, 29 3 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

4 Wasserbasierte Beschichtungen sind umweltfreundlich, aber werden nicht eingesetzt denn sie sind nicht feuchtigkeitsstabil nicht resistent gegen Chemikalien nicht blockfest schwer zu verarbeiten problematisch bei der Trocknung ganz allgemein schlechter als lösemittelbasierte Alternativen Viele dieser Argumente basieren auf Vorurteilen, aber es steckt auch ein Bisschen Wahrheit drin Mit Sicherheit besteht aber ein ständiger Bedarf zur Verbesserung der Eigenschaftsprofile von wasserbasierten Beschichtungen 4 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

5 Oxylink : Die nachhaltige Lösung zur Verbesserung umweltfreundlicher wasserbasierter Lacksysteme. Performance Additive kompatibel mit den meisten gängigen wasserbasierten Beschichtungssystemen. Breit einsetzbar in fast allen Anwendungsgebieten der Lackbranche. Verleiht wasserbasierten Lacken - besser Gebrauchseigenschaften - erhöht die Produktivität - schont hierbei Ressourcen und trägt zur - Energieeffizienz bei. Eröffnet neue Märkte und Anwendungen für wasserbasierte Lacke die bislang nicht zugänglich waren. 5 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

6 Was ist Oxylink? Multikomponenten Metalloxid Nano-Dispersion Oxylink ist eine wasserbasierte Dispersion mehrerer Nanopartikel. A B Oxylink TM Verleiht wasserbasierten Lacken - besser Blockfestigkeit - verbesserte Lösemittelbeständigkeit - höhere Feuchtigkeitsbeständigkeit - verkürzt die Trockenzeit - höhere Schmutzabweisung bei einer Einsatzmenge von nur ca. 1%. C Agglomerierte Nanopulver Oberflächenmodifikator Feststoffgehalt: 4 Gw.%* Dichte: 1.5 g/ml* Viskosität: 4 mpas* ph: 8.5* Nachhaltige Lösung für den Wachstumssektor der umweltfreundliche Lacke. 6 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

7 Wie funktioniert Oxylink? Oxylink führt zu einer verstärkten Quervernetzung. Filmbildung mit und ohne Oxylink Nanopartikel Polymertröpfchen mit reaktiven Gruppen Stabile Polymerdispersion: Polymertröpfchen im Wasser mit reaktiven Gruppen Oxylink Nanopartikel stabil und homogen in der Polymerdispersion verteilt Trocknung: Wasser verdunstet Polymertröpfchen schichten sich auf Physikalische Trocknung (Keine chemischen Bindungen) Koaleszenz: Polymertröpfchen verschmelzen Durchgängiger Film Nanopartikel verbinden die reaktiven Gruppen Höhere Netzwerkdichte und verbesserte Eigenschaften H 2 N O COOH CH CH 2 Oxylink Nanopartikel C O O O C O 7 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

8 Beschichtungen auf Holz - Untersuchte Formulierungen TRANSPARENTE DICKSCHICHTLASUR AUF BASIS VON PRIMAL AC-337 ER (HBST) TRANSPARENTE VERSIEGELUNG AUF BASIS VON WORLEECRYL 7461 (WG) Inhaltsstoff g Inhaltsstoff g Primal AC-337 ER * 1 (45.5%) TegoFoamex * Wasser 1.8 Texanol * Aqueous ammonia (28%) 2.7 Wasser 21.6 OXYLINK TM * Acrysol RM-12W * 1 (19%) 6.75 Water 1 Worleecryl 7461 *5 762 Wasser 166 Dow Corning Add Wasser: Ethylenglycol 1:1 42 Acrysol RM 5 *1 3 Dow Corning Add. 57 *6 5 OXYLINK TM*4 11 Wasser 9 *1 Rohm & Haas, USA; *2 Evonik Tego Chemie GmbH, Germany; *3 Eastman Chemicals ltd, UK; *4 Bühler PARTEC, Germany; *5 Worlée-Chemie GmbH, Germany; *6 Dow Corning, USA 8 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

9 Oxylink verbessert die Beständigkeit gegen Lösemittel OxylinkTM Konzentration:.9 wt.% (fest/fest), Beschichtung bis zum Substrat abgetragen OxylinkTM Konzentration:.9 wt.% (fest/fest), Beginnender Glanzverlust mit Oxylink ohne Oxylink Solvent double rubs MEK IPA solvent double rubs MEK IPA WG HBST WG HBST WG HBST WG HBST 9 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

10 Oxylink beschleunigt die Trocknung signifikant. Höhere Produktivität und niedrigere Energiekosten. Oxylink TM Konzentration:.9 wt.% (fest/fest), Trockenzeit 4 (= überarbeitbar) Trockenzeit h 5 ohne Oxylink mit Oxylink 4 mehr als 5% beschleunigt HBST WG 1 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

11 Oxylink verbessert die Blockbeständigkeit signifikant. Schnellere Verarbeitung (z.b. Stapelbarkeit) und breitere Anwendbarkeit. Oxylink TM Konzentration:.9 wt.% (fest/fest) Entsprechend der Richtlinie 6, IFT Rosenheim ( = exzellent; 5 = schlecht) 5 HBST mit Oxylink HBST ohne Oxylink Blocking rating Grenwert für Fenster- Anwendung 1 Humidity wood Humidity plastic Temperature wood Temperature plastic 11 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

12 Oxylink verbessert deutlich das Eigenschaftsprofil wasserbasierter Beschichtungen TRANSPARENTE VERSIEGELUNG AUF BASIS VON WORLEECRYL 7461 (WG) WG With Without Oxylink Oxylink Drying time (tack free) Drying time 1 58,8 1 Gloss (6 ) 98,5 1 Gloss retention solvent rub, MEK 8 Blocking resistance 6 Gloss retention IPA rub 1 45,5 4 Gloss retention MEK rub 1 15,4 Blocking resistance 1 1 MEK double rub resistance 2 Water permeation Adhesion (Crosscut, tape) 1 1 MEK double rub 1 27,3 Water permeation 94,7 1 Gloss retention solvent rub, IPA Adhesion (Crosscut, tape) Gloss (6 ) Average without Oxylink with Oxylink 12 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

13 Oxylink verbessert deutlich das Eigenschaftsprofil wasserbasierter Beschichtungen. TRANSPARENTE DICKSCHICHTLASUR AUF BASIS VON PRIMAL AC-337 ER (HBST) HBST With Oxylink Without Oxylink Drying time 1 41,7 Gloss (6 ) 1 98,8 Blocking resistance Drying time (tack free) 1 8 Abrasion resistance Gloss retention IPA rub 1 4,9 6 4 Blocking resistance 1 2 Gloss retention solvent rub, IPA 2 Gloss (6 ) Abrasion resistance 1 81,2 Adhesion (Crosscut, tape) 1 1 MEK double rub 1 34,4 MEK double rub resistance Adhesion (Crosscut, tape) IPA double rub 1 82,1 Water permeation 1 94,7 Average 1 66 IPA double rub resistance without Oxylink Water permeation with Oxylink 13 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

14 Auch wasserbasierte Metallbeschichtungen wurden von einem unabhängigen Institut (ILF) untersucht. Acronal S 76, (BASF), Zweischichtsystem (primer + topcoat) Selbstvernetzende Styrol Acrylat Latex Weiß pigmentiert Neocryl XK-86 (DSM NeoResins+) DTM metal coating Acryl - Styrol Copolymer Emulsion Weiß pigmentiert Einschichtsystem PC-Mull AC 16-2 (Posichem) DTM metal coating Reinacrylat Copolymer Rot pigmentiert Einschichtsystem 14 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

15 Bei Metallbeschichtungen bewirkt Oxylink ebenfalls eine deutliche Verbesserung. mit Oxylink ohne Oxylink Humidity resistance MEK double rub IPA double rub Humidity resistance MEK double rub IPA double rub Weathering resistance 4 2 Chemical resistance Weathering resistance 4 2 Chemical resistance Corrosion protection (salt spray test) Adhesion Corrosion protection (salt spray test) Adhesion Gloss Drying time Gloss Drying time Neocryl; Acryl - Styrol Copolymer Emulsion Acronal; Selbstvernetzende Styrol Acrylat Latex 15 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

16 Beispiel: Stark verbesserte Schwitzwasser Beständigkeit Condensed humidity CH, 3 h; DIN EN ISO 627-2, DIN EN ISO Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

17 Reinacrylat Beschichtung ebenfalls verbessert Oxylink verbessert zusätzlich die Farbechtheit Color retention 1 MEK double 1 rub Corrosion protection (salt spray test) 8 6 IPA double rub Humidity resistance (3 h) Adhesion (cross cut) Blistering Gloss retention Drying time Weathering resistance (1 h) without ohne Oxylink with mit Oxylink Leveling 17 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

18 Metallic Beschichtung für Kunststoffe Pigment paste Ingr./g Water 59.1 Dissolve Disperbyk Stapa Hydrolan IL 161, add while stirring 39.4 Halox SZP 391 add while mixing 1.18 Halox 515 add while mixing 1.18 Diethylene glycol monobutylether add while mixing.788 Let sit over night Homogenize with rotor stator device for 5 min Final coating E-7-Halox Water Ethylene glycolglycol-monobutylether 29 Diethylenglycolglycol monobutylether 7.5 Dowanol DPM, Dipropylene glycol monomethylether 7.5 Mix ingredients and adjust ph to 9. with 2-Amino-2-Methylpropanol (AMP) Add ph=9 mixture to Neocryl A 662 while stirring 125 Byk 346, add while stirring.75 Drewplus SG-4552, add while stirring 1.25 Pigment paste, add slowly while stirring Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

19 OXYLINK verbessert die Blockfestigkeit. 5 Blocking at 5 C Parameter: Temperatur: 22 C Zeit: 48 h Gemäß Herstellerangaben Verblockungstest: Temperatur: 5 C Belastung: 2.5 kg/25 cm² wt.% Oxylink 19 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

20 Starke Synergie zwischen Oxylink und Wachsadditiven: Keine Verblockung nach kurzer Trockenzeit 5 Trockenzeit 3 h anstatt 48 h 4 Blocking % Oxylink % Oxylink % Oxylink % Oxylink % Oxylink % PTFE wax.25 % PTFE wax.5 % PTFE wax Getrocknet bei 22 C & Verblockungstest bei 22 C 2 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

21 Muster nach Verblockungstest Oxylink & Wachs 2% Oxylink 4 Ohne Additiv 5 3% Oxylink 4 Nur Wachs Nur Wachs 1% Oxylink Kein Verkleben, keine sichtbaren Veränderungen 1 Leichtes Verkleben, keine Schäden 2 Verkleben, leichte, sichtbare Flecken 3 Festes Verkleben, Film beschädigt, keine Delamination 4 Verkleben, leichte Delamination 5 Festes Verkleben, starke Delamination 21 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

22 Fassaden: Erste Ergebnisse zeigen, dass Oxylink das Anschmutzungsverhalten verbessern kann 1 ohne Oxylink mit Oxylink aus E Messungen 8 Performance Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

23 Zusammenfassung Oxylink TM kann die Gebrauchseigenschaften von wasserbasierten Beschichtungen deutlich verbessern Die positive Wirkung ist offensichtlich vom verwendeten Substrat unabhängig: Beschichtungen auf Holz, Metall, Kunststoff oder Beton können gleichermaßen verbessert werden Der Effekt ist nicht auf bestimmte Bindertypen beschränkt Mit der erreichten Verbesserung wird in vielen Fällen die Performance von lösemittelbasierten Systemen erreicht und der Wechsel zu wasserbasierten Beschichtungen ermöglicht. Auf diese Weise trägt Nanotechnologie zu der weiteren Verbreitung umweltfreundlicher Beschichtungssysteme bei. 23 Bühler , EMPA, Dübendorf, Dr. Detlef Burgard, Bühler PARTEC GmbH

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