VerSTÄRKTE Dispersionsfarben, Kassel 27.11.2013
VerSTÄRKTE DispersionsfarbenRUPP Markus, MANN Karl-JuergenFarbe und Lack Konferenz, Dispersionsfarben für den Innenbereich, 27.11.2013
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Agenda
AGRANA
Was ist Stärke?
Konzept Stärkeeinsatz
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Weitere Anwendungen
Dispersionsfarben und Testmethoden
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AGRANA
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ANWENDUNGSGEBIETE VON STÄRKE
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Süßstoffe,Soft drinks
Pharma
Bauindustrie
Lebensmittel
Papier,Wellpappe
Kosmetik
Tierfutter
Textil
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STÄRKE vs. CELLULOSE
Stärke ist das Hauptreservekohlenhydrat in Pflanzen, industriell werden pro Jahr ca. 50 Mt im Lebensmittel- und technischen Bereich verarbeitet
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Kartoffelstärke Maisstärke
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STÄRKE vs. CELLULOSE
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(1,4)-Bindung(1,4)-Bindung
(1,6)-Bindung
Ø
Amylose(linear)
(Mw ~ 105-106 Dalton)
Amylopektin(verzweigt)
(Mw ~ 107-108 Dalton)
OHH
O
H
OH
H
H
OHO OH
H
OH
H
H
OH
O H
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
HH
HO OH
OHHOOH
H
OH
OH
H
H
OHO OHHO H CH2
CH2OH
HHHO OH OH
H
H
OHH
CH2OH
OHHO
H
H H
OH
HCH2OH
OH
HOOH
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STÄRKE vs. CELLULOSE
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Copyright 2001 Brooks/Cole – Thomson Learning
OHH
OH
OH
H
H
OHO OHH
OH
H
H
OH
O H
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
HHHO OH
OHHO
OH
H
HO
HO OHH
O H
CH2OH
CH2OH
OH
H
HO
HO OHH
H
CH2OH
(1,4)-Bindung(1,4)-Bindung
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STÄRKE vs. CELLULOSE
APPLIKATIONSTYPEN IM SEM-VERGLEICH
Celluloseether Stärkeether
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STÄRKE UND CELLULOSE
STÄRKEMODIFIZIERUNG ZUR EINSTELLUNG DER EIGENSCHAFTEN
Viskosität Muster K D2: 3%ig ca. 7000mPas
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Brookfield Viskosität (nach 1h, 20 Upm)Cellulose alkalisiert im Vgl. zu Cellulose / Stärke (K D2) Abmischungen
10
100
1000
10000
100000
0 0,5 1 1,5 2
Konzentration i.%
BF
Visk
[mPa
.s]
CelluloseK D2 / Cell 10/90K D2 / Cell 25/75K D2 / Cell 40/60
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STÄRKE
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FARBSYSTEME
• CaCO3-Farben (low quality Farben, Südeuropa)– Stärkefunktion: Bindemittel und Verdicker
• CMC-basierende „Billig“-Farben (Osteuropa)– verdickt mit niedrig viskoser CMC
• Low quality Dispersionsfarben (Europe)– Verdickt mit hochviskosen Celluloseethern
• High quality Dispersionsfarben ( Europe)– Verdickt mit niedrig bis mittel viskosen Celluloseethern
FARBENEINTEILUNG
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FARBENEINTEILUNGHIGH QUALITY DISPERSIONSFARBEN• Hohe Viskosität (Maler verdünnt DF oft noch selbst)• Gutes Rheologieprofil
– Gutes sagging / gutes Leveling / geringe Scherverdünnung– Einstellung durch niedrig bis mittel viskose Celluloseverdicker
• Gute Opazität (Pigment)• Gute Scrub resistance (Bindemittel; wenig organische Komponenten)
LOW QUALITY DISPERSIONSFARBEN• Schlechtes Rheologieprofil
– geringe Sag resistance / Spatter– Einstellung durch geringe Mengen von hochviskoser Cellulose
• Niedrige Opazitätsklasse (wenig Pigmente)• Schlechte Scrub resistance (wenig Bindemittel)
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ETABLIERTE TESTMETHODEN• Viscosity (Brookfield, Stormer, ICI Cone and Plate)
• Lagerstabilität
• Sag resistance
• Leveling
• Spatter resistance
• Scrub resistance DIN 53778, ASTM D2486, ISO 11998
• Pigment flocculation
• Brightness wet and dry
• Opacity wet and dry
• Blue-Yellow-Index
• Gloss, sheenPigment Flocculation
Scrub
Opacity
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FARBPRÜFUNGEN
Sagging
Bad sag resistance(4mils)
Good sag resistance(24mils)
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Good leveling Bad leveling
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1,0E‐03 1,0E‐01 1,0E+01 1,0E+03 1,0E+05 1,0E+07
Sag
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g
Sett
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Scherrate [s-1]
Visk
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FARBEN – RHEOLOGIE
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KONZEPT - STÄRKEEINSATZ
INTENTION
Stärke als Verdicker in Dispersionsfarben durch Kombination mit einer hoch viskosen Cellulose
Verbesserung der Farbeigenschaften
Kostenfaktor
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Viskositäten Brookfield 20 Upm von HEC / CM Stärkemuster Mischungen 65%/ 35%
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
K A1 K A4 K B2 K B4 K C2 K D2 K D3 K D4 K E1 MA3 M B4 MC3
Stärke CM Muster
mPa
.s
HEC 30.000HEC 15.000
Brookfield Viskosität (nach 1h, 20 Upm)Cellulose alkalisiert im Vgl. zu Cellulose / Stärke (K D2) Abmischungen
10
100
1000
10000
100000
0 0,5 1 1,5 2
Konzentration i.%
BF
Visk
[mPa
.s]
CelluloseK D2 / Cell 10/90K D2 / Cell 25/75K D2 / Cell 40/60
KONZEPT - STÄRKEEINSATZ
Keine direkte Korrelation zwischen Viskosität in wässriger Lösung und in Dispersionssystem
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80600
64800
40200
26800
5320
92000
52800
39200
17.000
138000
102000
72000
102003280
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
Broo
kfie
ld 5
rpm
[m
Pa.s
]
Viscosity cellulose Brookfield 2%, 5 rpm
CELLULOSEN
Cellulose für Kombination
ErsetzteCellulosen
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EINSATZMENGE STÄRKEKombination von Cellulose 100,000 mit AMITROPAINT®
Amitropaint®
Cellulose
WICHTIG: keine Änderung der Verdickermenge wegen Scrub resistance,Spatter resistance und Rheologie
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REZEPTIERUNG
Stärke/HEC Compound
Stärke-derivate
HEC
Ingredient Part by weight
Water 34.35
HEC 100,000 0.27
Amitropaint 0.18
Stir in at 1,000 rpm
25% NaOH 0.05
Wetting agent 0.30
Defoamer 0.20
Biocide 0.15
Pigment (TiO2) 10.00
Laminar talc filler 7.00
Calciumcarbonate filler 37.50
Add pigments and fillers whilst stiring at 1.500 rpm
Dispersing at 2,000 rpm for 20 min
Recommended moment for addition of Amitropaint
Dispersion 10,00
Stir at 1,000 rpm for 10 min
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Beispiel 1: Medium viscous cellulose (HEC 30,000) vs.combination of MC 140,000 and Amitropaint
FARBENVERGLEICH 1
Indoor wall paintMC140,000 /Amitropaint
70 / 30 HEC 30,000
Usage amount in % 0.31 + 0.14 0.45Total amount in % 0.45 0.45Brookfield mPa.s; 20 rpm 9,000 8,650Stormer viscosity KU 108 108pH value 9.0 9.0Leveling 7 7Sag resistance (mils) 16 14Scrub resistance ISO 3 3
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FARBENVERGLEICH 2Beispiel 2: Medium viscous cellulose (HEC 17,000) vs.
combination of HEC 100,000 and Amitropaint
InnenwandfarbeHEC100,000 / Amitropaint
60 / 40HEC 17,000 HEC 100,000
Usage amount in % 0,27 + 0,18 0.45 0.40Total amount in % 0.45 0,45 0.40Brookfield mPa.s; 20 rpm 7,850 7,150 7,530Stormer viscosity KU 103 104 104ICI Viscosity cP 140 140 120Leveling 9 9 9Sag resistance (mils) 16 14 12Scrub resistance ISO 3 3 3Spatter resistance ++ ++ -
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KONZEPT - STÄRKEEINSATZ
VORTEILE
Gleiche Verdickerleistung der Stärke/Cellulose-Kombination wie bei Standardcellulose
Eigenschaftsverbesserung
- Sagging
- Sheen
- Verarbeitbarkeit (weniger Spritzen)
Reduzierung der Kosten
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OUTLOOK
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SUGAR.STARCH.FRUIT.
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WEITERE ANWENDUNGENSILIKATFARBEN
KUNSTHARZPUTZE• Basisformulierung ähnlich den Dispersionsfarben
– Pigmente / Füllstoffe / Bindemittel / Verdicker– Granulate: ~ 0.2 – 2.0 mm
• Vorteile:– Leichtes Glätten, gute Verarbeitbarkeit– verlängerte Open time– Kostensenkung (50-100% Ersatz möglich)
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Mikrobiologische Aspekte
1 Nähragar nach TVO, 30°C2 SIM-Medium, 30°C (Erfassung von H2S-bildenden Bakterien)3 Sabouraud-Chloramphenicol-Gentamycin-Agar, 25°C4 Sabouraud-Agar, 25°C
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BakterienHefen3 Schimmelpilze4
aerob1 anaerob2
24h 48h 48h 72h 48h 72h 48h 72h
KHP mitCelluloseether 0 0 - - 0 0 0 0
KHP mitAmitropaint 0 0 - - 0 0 0 0
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ZusammenfassungVERWENDUNG VON STÄRKE IN DISPERSIONSFARBEN
• Hervorragende Sag resistance• Weniger Sheen• Sehr cremige Farben• Hervorragende Lagerstabilität• Gutes Leveling
• Weitere Anwendungen möglich
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
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