Dispersionen fr Innenfarben Umweltanforderungen Gesetzgeber Umweltzeichen o Memethoden

Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Ø Anwendungstechnische Anforderungen o Abriebfestigkeit, Deckkraft, Blockfestigkeit Ø Beispiele Ø Ø Dr. Stephan Krieger

Umweltanforderungen Ø Gesetzgeber – Umweltzeichen Ø Meßmethoden Ø Emissionsmessungen an Modellfarben

Definitionen von VOC, SVOC und VVOC: Abhängig von Regulierung Üblicherweise wird der Siedepunkt von organischen Verbindungen oder deren Retentionszeit im Gas Chromatogramm (GC) zur Definition von Emissionen verwendet. Ø VOC: Definition durch die europäische Kommission: (European paint directive): Volatile organic compound (VOC) bedeutet eine organische Verbindung mit einem Anfangssiedepunkt von höchstens 250°C bei einem Standarddruck von 101, 3 k. Pa; Ø Siedepunkt < 250°C korreliert mit der Retentionszeit von Tetradecane b. p. 253, 7°C im Gaschromatogramm Ø Nach dem French Dekret und gemäß dem deutschen Ag. BB ist VOC definiert als jede organische Verbindung, die eine Retentionszeit im Bereich C 6 -C 16 (69 -287°C) besitzt. GC-Standards (Kohlenwasserstoffe) : • C 6: Hexan, b. p. 69°C, • C 14: Tetradecane, b. p. 253, 7°C • C 16 : Hexadecane: b. p. 287°C • C 22 : Docosan: b. p. 342°C

Definition von VOC und SVOC Ø Semi-VOC: Substanz mit Sdp. >250°C, z. B. Lösungsmittel oder Weichmacher Ø Organische Verbindung mit einer Retentionszeit im Bereich C>16 -C 22, entspricht Sdp. 287 -343°C, gemäß der Definition des deutschen Ag. BB und gemäß dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben TVOC TSVOC Total VOC : Summe aller VOC’s im Retentionsbereich C 6 bis C 14 bzw. C 16, abhängig von der Regulierung Total SVOC: Summe aller SVOC’s im Retentionsbereich >C 14/16 bis C 22 abhängig von der Regulierung

Beispiele für VOC, SVCO aus Farben Ø Koaleszenzmittel wie: ‒ Butylglykol: 171 °C ‒ Butylglykolacetat: 192°C ‒ Butyldiglykol: 231°C ‒ Testbenzin: 130 -220°C ‒ Dowanol. TM DPn. B: 230°C ‒ Dowanol TM TPn. B: 275°C (SVOC) ‒ Methanol, Ethanol, Butanol, Acetone etc. Ø Additive wie Propylenglykol (188°C), AMP 90, Mineralöl basierende Entschäumer Ø Rest Monomere wie: Styrol, Methylmethacrylat, Butylacrylat, Vinylacetat etc. Ø Texanol. TM: Sdp. . 254°C, ist gemäß der European Paint Directive und gemäß des ECO-Labels kein VOC aber gemäß Ag. BB und dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben muss es als VOC betrachtet werden (C 16 , Sdp. 287°C)

Weitere Emissionen Ø An very volatile organischen Verbindungen (VVOC) werden vom Ag. BB folgende Substanzen zur Zeit betrachtet: ‒ Formaldehyd ‒ Acetaldehyd ‒ Methanol ‒ Aceton ‒ 2 Chlorpropanol Ø Formaldehyd (bereits existierende Grenzwerte): ‒ Grenzwerte beim ECO Label und Schweizer Umweltzeichen von < 10 ppm ‒ Grenzwert beim französischen Dekret: < 10 µg/m 3 nach 28 Tagen für die A+ Kennzeichnung (Kammermessung!) ‒ Blauer Engel: < 100 ppm Ø NIK und LCI Werte: (Niedrigste in Betracht zu ziehende Konzentration, Lowest concentrationof interest) ‒ Einzelgrenzwert für spezifische Substanzen, die eingehalten werden müssen.

VOC, SVOC: Messung der Konzentration in der flüssigen Farbe (In-can VOC) Ø In-can VOC Messung: ‒ Abhängig von der Regulierung existieren verschiedene Methoden um den In-can VOC Gehalt von Farben zu messen. ‒ Üblicherweise werden die folgenden beiden GC Methoden zur Bestimmung des In-can VOC Gehalts verwendet: ‒ ISO 11890 -2, direkt Einspritzung, vergleichbar mit ASTM D 6886 in den USA – Verwendet bei der EU Paint Direktive ‒ ISO 17895, Head Space Messung des TVOC Gehalts für den Blauen Engel Bei beiden Methoden wird die flüssige Farbe direkt oder nach Verdampfung ins GC gespritz, wo dann die einzelenen Substanzen aufgetrennt und deren Konzentrationen in ppm bestimmt werden.

VOC, SVOC: Bestimmung der Emissionen aus dem Farbfilm, Kammermessung Farbfilm Emissionen Ø Messung der Emissionen an VOC und SVOC in µg/m 3 in die Raumluft nach Applikation und Trocknung der Farbe gemäß ISO 16000 -9 und neu EN 16402 Ø Simulation der Innenraumluft-Qualität unter realistischen Bedingungen Ø Methode kann auch an nicht flüssigen Materialien angewendet werden, wie Parkettböden, Deckenplatten, Fensterrahmen etc. Ø Das Kammerverfahren wird bereits vom TÜV verwendet (TÜV Prüfzeichen) und für das neue französische Label sowie für die zukünftige Zulassung nach den Ag. BB Richtlinien.

Emissionsanforderungen an Innenfarben: Überblick: VOC , SVOC , TVOC – Test Methoden In-can VOC/SVOC Gehalt Emissionen aus dem Farbfilm der flüssigen Farbe Verpflichtend Freiwillig ( Gesetzgeber) ( ISO 11890/2 ) Nur VOC’s < 30 g/l gefordert Freiwillig (Gesetzgeber) GC Messung (In-can) European Paint Directive 2004/42/EG Verpflichtend Eco Label ( ISO 11890/2 ) Nur VOC’s, < 15 g/l gefordert Blauer Engel ( ISO 17895 ) VOC’s und Weichmacher (SVOC), TVOC < 700 ppm (~ 1 g/l) Kammermessung Europäische Bauprodukte Verordnung 305/2011/EU Ag. BB / Generelle 2 TVOC’s <1000µg/m 3 nach 28 d u. Grenzwerte für SVOC z. B. TÜV Label ( ISO 16000/9 ) TVOC’s werden betrachtet < 300 µg/m 3 nach 72 h und SVOC

Gesetzliche Anforderungen

Rechtliche Regulierungen: 1. Europäische Farben Richtlinie, Paint Directive 2004/42/EC Ø Jetzt gültige Implimentierung: 1. Januar 2010 Ø Volatile organic compound (VOC) bedeutet eine organische Verbindung mit einem Anfangssiedepunkt von höchstens 250°C bei einem Standarddruck von 101, 3 k. Pa; Ø SVOC werden nicht betrachtet Ø In-can VOC Messung gemäß ISO 11890 -2 (Direkt Einspritzung) Ø VOC <30 g/l entspricht 21300 ppm bei Innenfarben (Annahme Dichte Farbe 1, 4 kg/l)

Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR) Ø Die Verordnung ist seit 1. 7. 2013 in Kraft, (CPR, Construction Product Regulation). Ø Ein Bauprodukt im Sinne der Verordnung ist nach Artikel 2 Absatz 1 jedes Produkt zu verstehen, das hergestellt wird, um dauerhaft in Bauwerke eingebaut zu werden und dessen Leistung sich auf die Leistung des Bauwerks im Hinblick auf die Grundanforderungen an Bauwerke auswirkt. v Fenster, Türen, Parkett, WDVS Systeme sind Bauprodukte v Farben und Beschichtungssysteme werden nach Meinung des UBA und Di. BT auch den Bauprodukten zugeordnet, was lange Zeit nicht eindeutig geklärt war.

Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR) Ø Grundanforderungen an Bauprodukte gemäß Anhang I der CPR: 1. Mechanische Festigkeit und Standsicherheit 2. Brandschutz 3. Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz 4. Nutzungssicherheit 5. Schallschutz 6. Energieeinsparung und Wärmeschutz Ø Alle Produkte, die zur Einhaltung der Anforderungen 1 -6 von Bedeutung sind, müssen betrachtet werden. Ø Mitgliedsstaaten müssen sicherstellen, dass die wesentlichen Anforderungen der Bauprodukte erfüllt werden Zulassung durch das DIBT (Gibt es schon für eine Vielzahl von Produkten bezüglich der Anforderungen 1, 2, 4 -6 ) Ø Bisher keine Umsetzung der Anforderung 3

Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz Anforderung an Bauprodukte (Anhang I, 3. der CPR) Ø Bauwerk muss derart entworfen werden, dass …. Gesundheit der Bewohner und Anwohner insbesondere durch folgende Einwirkungen nicht gefährdet werden: a) Freisetzung giftiger Gase b) Emissionen von gefährlichen Stoffen, flüchtigen organischen Verbindungen, Treibhausgasen oder gefährlicher Partikeln in die Innen- oder Außenluft (Europa CEN TC 351 WG 2, Deutschland Ag. BB, Kammermessungen TC 139 WG 11) c) Emissionen gefährlicher Strahlen d) Freisetzung gefährlicher Stoffe in Grundwasser, Meeresgewässer, Oberflächengewässer oder Boden (Leaching, CEN TC 351 WG 1 und TC 139 WG 10) e) Unsachgemäße Beseitigung von Abwasser, Emissionen von Abgasen oder unsachgemäßer Beseitigung von festen oder flüssigen Abfall f) Feuchtigkeit in Teilen des Bauwerks und auf der Oberfläche im Bauwerk

National Umsetzung aus der Bauprodukteverordnung bezüglich Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz (Ag. BB) Ø Zur nationalen Umsetzung wurde in Deutschland der “Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauproddukten” geründet (Ag. BB). Ø Gremium aus Vertretern von Ländergesundheitsbehörden, UBA, DIBt, ARGEBAU, BAM, DIN keine Beteiligung der Hersteller. Ø Festlegung der Zulassungsgrundsätze zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen bei der Erteilung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen durch das DIBT (Deutsche Institut für Bautechnik). Ø Ausschuss legt Schema fest zur Vorgehensweise bei der gesundheitlichen Bewertung der VOC Emissionen

Deutsches Ag. BB Konzept

Ø Prüfkammermessung Ø 3 Tage / 28 Tage Ø VOC und SVOC Summenparameter Ø Einzelstoffbewertung: „NIKWerte“ Ø NIK Liste wird von einer separaten Gremium festgelegt, bearbeitet und aktualisiert (NIK-Werte Liste 2008) ‒ Substanzen, NIK Wert z. B. ‒ Bu. A: 110 µg/m 3 ‒ EHA: 820 µg/m 3 ‒ Styrol: 860 µg/m 3

NIK Werte sind bereits für viele Inhaltsstoffe festgelegt worden: Für nichtgelistete Inhaltsstoffe wird der „Worst Case“ angenommen.

Französiches Décret 2011 -321

Le Grenelle Environnement - Décret 2011 -321 Ø Gesetz ist in Frankreich am 1. Januar 2012 für neue Produkte in Kraft getreten. Ø Ø Seit 1 September 2013 ist es für alle Bauprodukte einschließlich Farben gültig. TVOC und die Emissionen von 10 Verbindungen werden betrachtet. Bauprodukte müssen gemäß ihrer Emissionen in eine der vier Klassen eingeteilt und gekennzeichnet werden ( Klassen: A+, A, B, C ) Emissionen werden durch Kammermessungen erfasst gemäß ISO 16000. TVOC <1000 µg/m 3 wird gefordert nach 28 Tagen für A+ als beste Klasse. Kunden freundliches Format Hohe Ähnlichkeit zur Energieeffizienz Kennzeichnung von Elektrogeräten Französische Kennzeichnung für Bauprodukte

Le Grenelle Environnement - Décret 2011 -321 Ø TVOC ist hier definiert als die Summe aller organischer Verbindungen mit einer Retentionszeit zwischen n-Hexan (C 6) und Hexadekan (C 16), (Sdp. 69°C bis 287°C, was bedeutet, dass Texanol mit betrachtet werden muss) Ø Für den TVOC und für 10 individuelle Substanzen sind für die entsprechenden Klassen bezüglich der Kennzeichnung Grenzwerte festgelegt. Classes C [µg/m 3] B [µg/m 3] A+ [µg/m 3] Formaldéhyde >120 <60 <10 Acétaldéhyde >400 <300 <200 Toluène >600 <450 <300 Tétrachloroéthylène >500 <350 <250 Xylène >400 <300 <200 1, 2, 4 -Triméthylbenzène >2000 <1500 <1000 1, 4 -Dichlorobenzène >120 <90 <60 Éthylbenzène >1500 <1000 <750 2 -Butoxyéthanol >2000 <1500 <1000 Styrène >500 <350 <250 TVOC >2000 <1500 <1000 Emissions ratings established on the basis of measurements taken after 28 days in an emission test chamber or cell Property of Celanese

Umweltkennzeichen (freiwillige zusätzliche Anforderungen)

Labels: 1. European ECO Label Ø VOC: Organic Verbindung mit Sdp. < 250 °C, VOC wird gemessen gemäß ISO Ø Ø 11890 -2 (gleiche Definition und Methoden, wie bei der Europäische Farben Richtlinie, Paint Directive 2004/42/EC) Grenzwert < 15 g/l VOC bei Innenfarben, Texanol und. SVOC werden nicht betrachtet. Formaldehyd < 15 ppm (Niedrigster Grenzwert im Vergleich zu anderen Labels) Letzte Ausgabe von August 2008, Neue Version in 2013/2014 erwartet, bei der auch SVOC betrachtet werden Label wird überwiegend in Süd/West Europa speziell in Frankreich verwendet. Nordic Swan hat die gleichen Anforderungen

Labels: 2. Blauer Engel RAL UZ 112 für Innenfarben Wichtigste Anforderungen : Ø In-Can VOC-Gehalt : < 700 ppm ( Tetradecan : 252, 6°C ), gemäß ISO 17895, entspricht < 1 g/l für eine Innenfarbe mit einer Dichte von 1, 4 kg/l Ø Gehalt an Weichmacher (S-VOC) : < 1 g/l (muss durch den Hersteller deklariert werden) Ø Formaldehyd: < 100 ppm gemäß Vd. L-RL 03 Ø Kein Zusatz von CMR-Substanzen Ø Alkylphenolethoxylate nicht erlaubt Ø Positive Liste an Konservierungssystemen

3. Schweizer Umweltetikett Ø Arm an flüchtigen organischen Stoffen (VOC) Ø • VOC-Gehalt der Produkte darf die Höchstwerte der Decopaint-Richtlinie nicht überschreiten Ø Frei von flüchtigen und schwerflüchtigen organischen Stoffen (VOC und SVOC) Ø • VOC-Gehalt: Höchstwert 700 ppm Ø • SVOC-Gehalt: Höchstwert 1000 ppm

Labels 3. Schweizer Umweltetikett Ø Erlaubte Biozide für die Topfkonservierung: ‒ Freies Formaldehyd < 10 mg / kg ‒ CIT / MIT (3: 1) < 15 mg / kg - BIT / MIT (1: 1) oder BIT < 200 mg / kg Ø Zu mehr als 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen für A und A‒ > 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. mineralischen Rohstoffen und Wasser

Labels: 4 TÜV Kennzeichen z. B. TÜV Süd Ø Emissionsanforderung TVOC Wert < 300 µg/m 3 nach 72 h gemäß ISO 16000 -9 Kammermessung Ø Formaldehyd < 50 µg/m 3 nach 24 h Ø TSVOC < 100 µg/m 3 nach 72 Weitere Labels wie z. B M 1 Label in Finnland, Umweltzeichen Österreich, Danish Indoor Climate Label etc.

Emissions Messungen an Modell Farben mit dem Kammerverfahren

Kammermessung Test Parameter nach EN 16402: Ø Luftwechselrate: 0, 5 h-1 Ø Kammervolumen: 0, 0225 m 3 Ø Temperatur: 23°± 1°C Ø Relative Luftfeuchtigkeit: 50± 5% Ø Farbfilmoberfläche: F=0, 0225 m 2 Ø Beladungsfaktor: 1, 0 m 2/m 3 (Innenfarbe, nur Wände) Ø Auftragsmenge: ca. 150 ml/m 2 (ca. 6. 7 m 2/l) Die Testparameter simulieren den sogenannten Referenzraum: Ø Raum mit 3 m x 4 m Grundfläche (12 m 2) Ø Höhe 2, 5 m Ø Eine Tür mit 2 m x 0, 8 m (1, 6 m 2) und ein Fenster mit 2 m 2. Fläche. Der Beladungsfaktor wird je nach Beschichtungstyp entsprechend gewählt: Ø Deckenfarbe : 0, 4 m 2/m 3 Ø Wandfarbe: 1, 0 m 2/m 3 (hier verwendet), Innenfarbe 1, 4 m 2/m 3 Ø Lacke, Beschichtung von kleinen Oberflächen 0, 05 m 2/m 3 Vorkonditionierung zur Verfilmung: 3 Tage in der Messkammer

Farbformulierung Paste 5 verschieden Farben: Rohstoff Hersteller GT Wasser Tylose MH 30000 YP 2 Calgon N (10%) Lopon LF Agitan 381 Shin Etsu 308, 5 4 BK Giulini Münzing Chemie Kronos 2044 Kronos Titan Polwhite B Imerys Omycarb 2 GU Omyacarb 5 GU Omya Na. OH (10%) Ø PVK Variation von 90 bis 36 Ø VAE-Dispersion Feststoff 53%. Ø In-can VOC/SVOC von ca. 1% pro Substanz wurde zu jeder Farbe hinzugefügt. 5 3, 5 2 80 35 205 2 PVK 90 72 58 46 36 GT GT GT Paste Dispersio Texanol. T TPn. B Propylen. M n glycol 95 5 1 1 1 85 15 1 1 1 75 25 1 1 1 65 35 1 1 1 55 45 1 1 1

Gilsonite Test um die kritische PVK des Farbsystems zu bestimmen d. L in % 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 pvk = (VPigmente + VFillers ) / (VPigmente + VFillers + VPolymer)*100 kritische PVK ist ca. 62 36 41 46 unterkritscher 20 30 40 52 58 überkritischer Farbfim 50 60 70 80 90 100 65 PVK 72 81 90 (pvc) Polymer Fülllstoffe Pigmente Ø Nach Gilsonite-Test liegt die kritsche PVK bei ca. 62% Ø Auf Grund der starken Änderung der Farbfilmmorphologie ändern sich bei der kritischen PVK die Farbfilmeigenschaften.

Emission von Texanol. TM als Funktion der PVK und Zeit (Start nach 3 Tagen Vorkonditionierung zur Filmbildung) Konzentration [µg/m 3] 16000 14000 PVK = Pigment Volumen Konzentration 12000 pvc 90 10000 pvc 72 8000 pvc 58 6000 pvc 46 4000 pvc 36 2000 0 0 Vorkonditionierung 5 10 15 Tage 20 25 30 Ø Bei hoher PVK (offen poriger Film) wird Texanol. TM schneller abgegeben Ø Bei niedriger PVK wird Texanol langsamer abgegeben und es sind höherer Texanol. TM Konzentrationen zu einem späteren Zeitpunkt messbar im Vergleich zu Farbfilmen mit hoher PVK.

Emissionsverhalten (3 Tage Vorkonditionierung zur Filmbildung) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Emission von Dowanol. TM TPn. B Konzentration [µg/m 3] Emission von Propylenglykol 0 Vorkonditionierung 10 20 Tage 30 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 pvc 90 pvc 72 pvc 58 pvc 46 pvc 36 0 10 20 30 Tage ► TPn. B mit Siedepunkt von 275°C zeigt ein ähnliches Emissionsverhalten wie Texanol. TM , wohingegen Propylenglykol mit Siedepunkt von 188°C wesentlich schneller emittiert wird und eine Konzentration von <1000 µg/m 3 viel schneller unterschritten wird. ► In überkritischen Farben wird der größte Teil des Propylenglykols vermutlich schon vor dem ersten Tag emittiert, was erklärt, dass die absolute Konzentration bei den überkritischen Farben geringer ist als bei den unterkritischen Farben, die Propylenglykol langsamer abgeben.

TVOC und SVOC von emissionsarmen Farben auf Basis von VAE Dispersion (ohne Koaleszenzmittel) Gesamtkonzentration in µg/m³ Ag. BB Grenzwert nach 28 Tagen 1000 900 Farbe PVK 72 matt: Ø 16% Disp. auf Farbe Ø Abriebklasse II Farbe PVK 31 seiden glanz: Ø 46% Disp. auf Farbe Ø Abriebklasse I 800 700 600 Paint pvc 72 500 400 Paint pvc 31 TÜV Grenzwert nach 3 Tagen 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 Tage Ø Emissionswerte nach 28 Tagen sind weit unter dem Ag. BB Grenzwert und des Grentwertes für A+ nach dem French Décret von 1000 µg/m 3 Ø Der Grenzwert für das TÜV Prüfzeichen von <300 µg/m 3 nach 3 Tagen wird auch sicher erfüllt.

Kammermessungen 3. 000 µg Propylenglykol 10. 500 µg Texanol 11. 000 µg/m 3 19. 000 µg/m 3 VOC Werte - ISO 16000 -9 Konventionelle matte Farbe mit Koalescentsmittel Matte Farben auf Basis von Mowilith LDM 1871 ohne Koalescentsmittel 160 µg Propylenglykol 5. 600 µg Texanol 28 Tage Grenzwert ( Ag. BB ) 3 Rage Grenzwert (TÜV Label )

Anwendungstechnische Anforderungen Property of Celanese Copyright 2013 Celanese Corporation

Klassifizierung von Farben European Standard EN 13300

Wichtige anwendungstechnische Eigenschaften Ø Deckkraft = Kontrastverhältnis ‒ Mittlerer Einfluss der Dispersion in überkritischen Farben (Europäische Klassifizierung nach EN 13300) Class 1 : 99, 5 Class 2 : und < 99, 5 Class 3 : 95 und < 98 Class 4: < 95 bei gegebener Auftragsmenge [ m 2/l ], Ø Abriebbeständigkeit: ‒ Starker Einfluss des Bindemittels: (Europäische Klassifizierung nach EN 13300) Class 1 : Class 2 : Class 3 : Class 4 : Class 5 : < 5 µm bei 200 Zyklen 5 µm und < 20 µm bei 200 Zyklen 20 µm und < 70 µm bei 200 Zyklen < 70 µm bei 40 Zyklen Die Abriebfestigkeit korreliert u. a. mit der Härte (Glasübergangstemperatur Tg) des Bindemittels (Dispersion)

Bestimmung der Naßabriebbeständigkeit - Vergleich DIN 53778 mit ISO 11998 DIN 53778 ISO 11998

Wichtige anwendungstechnische Eigenschaften Ø Glanz: ‒ Mittlere Einfluss des Bindemittels abhängig von der PVK Ø Blockfestigkeit: ‒ Starke Abhängigkeit vom Bindemittel insbesondere bei niedriger PVK. Ø Lagerstabilität ( Raumtemperatur und 50°C ) Ø Rheologie (Spritzneigung) Ø Verarbeitbarkeit (offene Zeit, geringe Rissneigung) Ø Emissionsverhalten, Inhaltsstoffe,

VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben Ø Anforderungen an eine Dispersion für lösungsmittel-/weichmacherfreie Farben: Niedrige Mindestfilmbildetemperatur (MFFT <3°C), um eine gute Verfilmung bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen zu gewährleisten. Hohe Glastemperatur (Tg), um gute mechanische Eigenschaften (Abrieb) zu besitzen. Ø Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften des Vinylacetats senkt Wasser bei VAE-Dispersionen bereits die MFT etwas ab. (Hydroplastifizierungseffekt). VAE-Dispersionen haben trotz niedriger MFT < 3°C eine hohe Tg

Bindemittel für Innenfarben Eingesetzte Monomer-Systeme Ø Styrolacrylat-Dispersionen Ø Reinacrylat-Dispersionen Ø Vinylacetat-Copolymer-Dispersionen Ø Vinylacetat-Ethylen-Dispersionen

Pigmentbindevermögen von St/A Dispersionen als Funktion Glastemperatur Tg Scheuerbeständigkeit nach DIN 53778 bei optimaler Filmkonsolidierung Tg [ °C ] 5000 70 [ Anzahl Scheuerzyklen ] >4 60 000 4000 50 40 30 3000 20 10 2000 0 1000 -10 -20 0 70/30 65/35 60/40 55/45 50/50 % Styrol / % Bu. A 45/55 40/60 35/65 30/70 -30

VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben 30 (MFT) [ °C ] 25 20 Styrene Acrylate 15 10 VAE 5 0 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Tg [ °C ] (Polymer Härte) VAEDispersion Weiche SADispersion weiche AADispersion* MFT < 3°C Tg Bereich 12°C – 17°C 5°C – 9°C 5°C – 10°C * Standard grades for interior matt paints 28 30 32 34

Schematischer Verlauf der Filmhärte bei Herstellung und Applikation MFT /°C 40 35 Lackherstellung harte Dispersion Weichmacher, Lösemittel 30 25 20 Wasser Abgabe bei VAE 15 Wasser 10 weiche Dispersion 5 0 Applikation Lagerung harter Film, gutes Pigmentbindevermögen Verdunsten des Lösemittels Trocknung, Filmkonsolidierung Raumtemperatur weicher Film schlechtes Pigmentbindevermögen Vinylacetat/Ethylen-Copolymer-Dispersion Ablauf

VAE-Dispersionen für emissionsarme matte Innenfarben, ► Die Verwendung von wasserlöslichen Schutzkolloiden in VAE- Dispersionen, wie PVOH oder Celluloseether, vergrößert den Hydroplastifizierungseffekt und verbessert auch weitere Eigenschaften wie offene Zeit und Verarbeitungsverhalten. ► Durch Optimierung des Polymerisationsprozesses (Mw) und des Vernetzungssystems (Pigmentanbindung)) können mit VAEDispersionen Abriebwerte vergleichbar mit weichgestellten Dispersionen erhalten werden.

Einfluss des Vernetzers auf die Abriebfestigkeit von entsprechenden matten Innenfarben 70 µm Klasse 70 µm 3 Klasse 3 20 µm Klasse 2 5 µm Klasse 1 1 Klasse Bereich von Abriebklasse 1 bis 3 ist möglich. © Celanese Presentation Title 47

Abriebfestigkeit von Dispersionsfarben gemäß ISO 11998, Matte Innenfarben, überkritische Farben Bindemittelgehalt basierend auf 50%iger Dispersion Styrene/Acrylat Dispersionen mit Koaleszentsmittel VAE Dispersion ohne Koaleszentsmittel

Deckkraft

Überkritische Farbe, schematisch z. B. : PVK ca. 77% (13 % Dispersion (50% Feststoff) auf Farbe) pigment binder (polymer) fillers substrate Ø Der Gehalt an Ti. O 2 hat den größten Einfluss auf die Deckkraft. Ø Durch eine optimale Verteilung des Ti. O 2 und der Luftporen innerhalb des Farbfilms kann die Deckkraft maximiert werden. Ø Das Bindemittel zusammen mit dem Dispergiermittel und den Füllstoffen hat einen Einfluss auf die optimale Verteilung des Ti. O 2 und der Luftporen innerhalb des Farbfilms und damit auf die Deckkraft. Ø Auf Grund des Schutzkolloids in VAE-Dispersionen und der breiteren Partikelverteilung im Vergleich zu emulgatorstabilisierten St/A- und Reinacrylatdispersionen wirken sich VAE-Dispersionen positiv auf die Ti. O 2 - und Luftporenverteilung aus und somit auf die Deckkraft.

Bestimmung des Deckvermögens von unterschiedlichen Dispersionen Rez. L 2025 PVK 77 FS 63% Pos 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 Inhaltsstoff Gewichtsteile Wasser 298, 5 Tylose MH 30000 YG 8 4, 0 Calgon N ( 10 %-ig ) 5, 0 Lopon 895 3, 5 Agitan 315 2, 0 Kronos 2044 80, 0 China Clay B 35, 0 Omyacarb 2 GU 235, 0 Omyacarb 5 GU 205, 0 Natronlauge ( 10 %ig ) 2, 0 Disp. ca. 50 % (VAE oder St/A)130, 0 Summe: 1000, 0

Kontrastverhältnis gemäß ISO 6504 -3 VAE-Dispersion im Vergleich zu emulgatorstabilisierter Styrol/Acrylat-Dispersion, Deckkraft (ISO 6504 -3) in einer überkritischen Farbe (Rezept L 2025 FI, PVK 77, 13% Bindemittel 50%ig, 8% Ti. O 2 )

Matte, seidenglänzende und glänzende Farbfilme Matter Farbfilm, PVK ca. 77 % (13 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe) Pigment Dispersionsfilm Füllstoffe Substrat Zunahme der Oberflächenklebrigkeit, Verschlechterung der Blockfestigkeit Seidenglanzfarbe, PVK ca. 31 % (46 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe) pigment Dispersionsfilm Füllstoffe Substrat Ø Aufgrund des höheren Bindemittelgehalts in seidenglänzenden und glänzenden Farben zeigen diese Farben eine geringere Blockfestigkeit im Vergleich zu matten Farben.

Heterogen Dispersionen Ø Polymerdispersionen, die zwei Polymerphasen in einem Partikel enthalten, zeigen eine signifikant bessere Blockfestigkeit. Ø Die weiche Polymerphase ist notwendig, um eine niedrige Filmbildetemperatur (MFT) zu erreichen. Ø Die harte Polymerphase ist verantwortlich für die Verringerung der Oberflächenklebrigkeit. hart weich Individuelle Teilchen (Homogene Partikel) hart weich Kern - Schale weich hemispherische Partikel hart Inverse Kern Schale “strawberry" - morphology

VAE-Dispersionen mit Kern –Schale Technologie Ø Acrylat-Dispersionen mit Kern-Schale-Struktur sind schon länger Ø Ø bekannt und kommerziell verfügbar. Heterogene Acrylatdispersionen werden für glänzende Innenfarben und Easy to Clean Farben eingesetzt. Aufgrund der Kern-Schale-Technologie ist es auch möglich, harte VAE- Polymerphasen in weiche filmbildende VAEPolymerphasen einzufügen. Mit Hilfe dieser Technologie ist es möglich, den Abstand zwischen mittlerer Tg und der MFT bei VAE-Dispersionen zu vergrößern. Einsatz für Seidenglanzfarben als Alternative zu harten St/A Dispersionen oder heterogenen Reinacrylatdispersionen ‒ Standard-VAE-Dispersion: Tg: 12°C MFT: 0°C ‒ Zweiphasen-VAE-Dispersion Tg 1: 9°C / Tg 2 31°C MFT: 0°C ‒ Zweiphasen-VAE-Dispersion ca. Tg: 22°C (Mittelwert) MFT: 3°C

Zwei-Phasen-VAE-Dispersionen mit zwei Polymerphasen und somit zwei Tg’s 1. Tg = 9°C 2. Tg = 31°C

Optimierte-VAE-Dispersionen mit breitem Phasenübergangsbereich mittlere Tg = 22°C Phasenübergangsbereich optimierte VAE-Dispersion (zwei Phasen überlappend) , Tg =12°C Phasenübergangsbereich Standard-VAE

Blockfestigkeit von Farben im mittleren PVK-Bereich( 46% Bindemittel ) Farben mit BDGA bei Dispersionen mit MFT > 5°C! © Celanese Presentation Title 58

Zusammenfassung: Innenfarben Ø Der Druck, Lösungsmittel in Farben zu reduzieren, wird getrieben durch: Ø Gesetzgeber Ø Verbraucherkennzeichen (Blauer Engel, TÜV) Ø Verbraucherschutzverbände (Testreports) Ø Der Markt für emissionsarme Farben wächst weltweit überdurchschnittlich. Ø Vinylacetat/Ethylen(VAE)-Dispersionen haben sich auf Grund ihres ausgezeichneten Pigmentbindevermögens, ihres positiven Beitrags zur Deckkraft und ihrer guten Verarbeitungseigenschaften zum Standardbindemittel für emissionsarme Innenfarben in Europa entwickelt. Ø Heterogene VAE-Dispersionen ermöglichen es, blockfeste emissionsarme Latexfarben und Seidenglanzfarben zu formulieren.

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