Bezug der Thematik Lacke und Druckfarben zu Inhalten des Chemieunterrichts in den Sekundarstufen I und II

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Mina Pia Hofmann
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Inhaltsverzeichnis Tabelle Thema 1 Bezug der Thematik Lacke und Druckfarben zu Inhalten des Chemieunterrichts in den Sekundarstufen I und II 2 Unterscheidungsmerkmale von Beschichtungsstoffen 3

1 Inhaltsverzeichnis Tabelle Thema 1 Bezug der Thematik Lacke und Druckfarben zu Inhalten des Chemieunterrichts in den Sekundarstufen I und II 2 Unterscheidungsmerkmale von Beschichtungsstoffen 3 Bindemittel für Lacke und Anstrichstoffe 4 Grundfarben der subtraktiven Farbmischung und Entstehung von Mischfarben 5 Beispiele für anorganische und organische Pigmente 6 Lacklösemittel 7 Rezeptur für eine weiße Dispersionsfarbe für Innenräume 8 Rezeptur für eine moderne, seidenmatte Fassadenfarbe auf Basis eines Acrylatdispersionsbindemittels 9 Fassadenfarben: ein Vergleich 10 Rezeptur für eine einfache Straßenmarkierungsfarbe

2 Bezug der Thematik Lacke und Druckfarben zu Inhalten des Chemieunterrichts in den Sekundarstufen I und II TABELLE 1 Fachspezifische Inhalte des Themas Lacke/Farben/Druckfarben Lacke/Farben/Druck-farben (allgemein) Bindemittel Lösemittel Bezug zu Inhalten der Sekundarstufe I Allgemeine Chemie: Aggregatzustände, Teilchenmodell, chemische Formeln und Reaktionen, Stoffeigenschaften rganische Chemie: Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, Ester, Triglyceride Grundlagen der Kunstoffchemie Alkohole, Ester, Aromaten, Wasser, aliphatische und napthenische Kohlenwasserstoffe, Ketone, Stoffgemische (Emulsion), Umweltschutz (Luftschadstoffe, Adsorption) Bezug zu Inhalten der Sekundarstufe II Struktur-Eigenschafts-Beziehungen Fossile Rohstoffe, Erdölchemie, Kohlenwasserstoffe, funktionale Gruppen, Polymere (Polymeri sation, Polyaddition, Polykondensation), nachwachsende Rohstoffe (Leinöl), chemische/physikalische Trocknung Struktur-Eigenschafts-Beziehun gen, Tenside (kationisch, anionisch, nichtionisch), Umweltschutz (Luftschadstoffe) Pigmente Einfache Beispiele: Metalloxide Anorganische und organische Pigmente, Toxizität bestimmter Pigmente, Farbigkeit, Farbmessung, Umweltschutz (Luftschadstoffe) Additive (Lackhilfsmittel) Initiatoren, Katalysatoren, Emulgatoren Lack-/Druckfarbenherstellung Lack-/Farb-/Druck-farbenapplikation Beispiel für einen technischen Prozess Technische Prozesse (z. B. Tauchlackierung, Druckverfahren), Lackierung von Werkstoffen (z. B. Metalle, Holz), Korrosion, Korrosionsschutz, Kosmetik (Nagellack) Korrosion, Korrosionsschutz (vertieft), Elektrotauchlackierung als elektrochemischer Prozess

3 Unterscheidungsmerkmale von Beschichtungsstoffen TABELLE 2 Unterscheidungsmerkmale Verwendungszweck Lösungsmittel-Einsatz Trocknung / Härtung Lieferform Verarbeitungsart Funktion Lackarten Wandfarben, Bautenlacke, Holzlacke, Metalllacke, Kunststofflacke, Industrielacke, Fahrzeuglacke, Schiffsfarben, Elektroisolierlacke, Druckfarben und -lacke Lösemittellack, Wasserlack, Pulverlack Lufttrocknender Lack, Einbrennlack, Strahlenhärter-Lack 1-Komponenten-Lack, 2-Komponenten-Lack Streichlack, Spritzlack, Tauchlack, Elektrotauchlack, Walzlack Grundierung, Decklack, Basislack, Klarlack

4 Bindemittel für Lacke und Anstrichstoffe TABELLE 3 Bezeichnung Aufbaureaktion Monomere (funktionelle Gruppe) Struktur (Polymer) Acrylharz Polymerisation Acrylsäureester ( C=C ) Methacrylsäureester CH CR n Polyacrylat Alkydharz Polykondensation mehrwertige Säuren ( CH) Polyole ( H) Fettsäuren ( CH) s. Abb. 7 Phenolharz Polykondensation Formaldehyd ( C=) Phenol ( H ) H Novolak n Polyesterharz Polykondensation mehrwertige Alkohole ( H) mehrwertige Carbonsäuren ( CH) s. Abb. 8 Melaminharz Polykondensation Formaldehyd ( C=) Melamin ( NH 2 ) Melamin-Formaldehyd-Harz H H N N N N N H N H n Epoxidharz Polyaddition Epoxide ( CH ) Di- und Triamine Epoxidharz s. Abb. 9 Polyisocyanat Polyaddition Diisocyanate ( N=C=) Polyole ( H) Amine ( NH 2 ) Polyurethan s. Abb. 26

5 Grundfarben der subtraktiven Farbmischung und Entstehung von Mischfarben TABELLE 4 Mischung von Gelb und Magenta Cyan und Gelb Cyan und Magenta Gelb, Cyan und Magenta ergibt Rot Grün Blau Schwarz

6 Beispiele für anorganische und organische Pigmente TABELLE 5 Bezeichnung Farbton Chemische Zusammensetzung Anorganische Pigmente Titandioxid Weiß Ti 2 Eisenoxide Gelb, Rot, Schwarz Fe(H); Fe 2 3 ; Fe 3 4 Chrom(III)oxid Grün Cr 2 3 Ruß Schwarz C rganische Pigmente Phthalocyanin-Pigmente Phthalocyanin-Pigmente Kupferphthalocyanine Azopigmente Azopigmente Verbindungen mit R N=N R-Struktur Perylen-Pigmente Perylen-Pigmente Derivate der Perylentetracarbonsäure Chinacridon-Pigmente Chinacridon-Pigmente Derivate des Chinacridons Diketopyrrolopyrrol-Pigmente Diketopyrrolopyrrol-Pigmente Derivate des Ketopyrrolopyrrols

7 Lacklösemittel TABELLE 6 Chemische Struktur Typische Lösemittel Strukturformel Siedebereich Aliphatische Kohlenwasserstoffe Aromatische Kohlenwasserstoffe Benzine C Toluol, Xylole C Ester Ethylacetat, Butylacetat C C ( ) C Ketone Aceton, Methylethylketon C C C Glykolether Butylglycol, Butylglycolacetat H ( ) 2 ( ) 3 ( ) 3 ( ) 2 C C Alkohole Ethanol, 1-Butanol H ( ) 3 H C Wasser H C

8 Rezeptur für eine weiße Dispersionsfarbe für Innenräume TABELLE 7 Rezepturbestandteil Prozent Styrol-Acrylat-Dispersion 11 % Calciumcarbonat 48 % Magnesiumsilicathydrat 6 % Titandioxid 6 % Wasser 28 % Entschäumer, Konservierungsmittel, Verdicker 1 % vereinfacht nach: liver Groß, Farbe und Lack 6, 2012

9 Rezeptur für eine moderne, seidenmatte Fassadenfarbe auf Basis eines Acrylatdispersionsbindemittels TABELLE 8 Rezepturbestandteil Gew.-% Funktion Wasser 20 % Verdünnungsmittel Additive 2 % z. B. Entschäumer, Konservierungsmittel, Verarbeitungshilfsmittel Calcite, Talkum, Al-Silicate 30 % Kostensenkung, Regulierung der Schichtdicke Titandioxid (Weißpigment) 10 % Farbgebung, Deckvermögen Acrylatdispersion (60 % in Wasser) 38 % Bindemittel (Wasser als Verdünnungsmittel)

10 Fassadenfarben: ein Vergleich TABELLE 9 Eigenschaft Dispersionsfarbe Siliconharzfarbe Dispersionssilicatfarbe Wasserabweisung bis ± Wasserdampfdurchlässigkeit Diffusionswiderstand geg. C Elastizität + bis ++ ± ± Überarbeitbarkeit bis ++ Farbvielfalt

11 Rezeptur für eine einfache Straßenmarkierungsfarbe TABELLE 10 Styrol-Acrylat-Copolymer-Dispersion (50prozentig in Wasser) 41 % Titandioxid 19 % Calciumcarbonat 10 % Kieselgur 4 % Mikrotalkum 3 % Dispergieradditive usw. 3 % Wasser 20 %

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