Überprüfung der Haltbarkeit, Zuverlässige Verfahren und Pigmentbeitrag
Es wird erwartet, dass der Markt für pigmentäres TiO2 im Jahr 2016 mehr als 5 Millionen Tonnen betragen wird, wobei etwa 60 % dieses Volumens auf die Märkte für Lacke und Beschichtungen entfallen. TiO2 genießt diese starke Position in der Beschichtungsindustrie aus einem Grund – es ist in der Lage, Anstriche mit weißer Deckkraft zu liefern, die für die Herstellung sowohl weißer als auch farbiger Anstriche benötigt wird. TiO2 sorgt für diese Opazität, indem es das Licht aus dem Farbfilm streut, bevor es den Untergrund erreicht. Dies steht im Gegensatz zur Opazität durch Lichtabsorption, wobei der Farbfilm das Licht absorbiert, bevor es mit dem Untergrund in Wechselwirkung tritt.
Bei der Verwendung von Lichtabsorption zur Bereitstellung von Opazität gibt es eine erhebliche visuelle Einschränkung – mit Lichtabsorption ist nur ein schwarzer Film möglich. Weiße und farbige Folien nutzen die Lichtstreuung für die Opazität.
Wie es funktioniert
TiO2 ist aus verschiedenen Gründen, die allesamt auf die physikalischen Gesetze der Lichtstreuung zurückzuführen sind, das beste lichtstreuende Pigment. Die Intensität der Lichtstreuung eines Partikels wird durch drei Faktoren bestimmt.
DAS ERSTE ist die Wellenlänge des Lichts, das wir streuen möchten. Bei der überwiegenden Mehrheit der Anstriche handelt es sich um sichtbare Wellenlängen, die den Bereich von 400 bis 700 nm umfassen.
DAS NÄCHSTE ist die Größe des Unterschieds der Brechungsindizes zwischen den Partikeln und ihrer Umgebung (Harz im Falle von Lacken). TiO2 besitzt einen einzigartig hohen Brechungsindex, was ihm einen großen Vorteil gegenüber anderen weißen Pulvern verschafft.
SCHLIESSLICH bestimmt die Größe der Partikel die Streuung pro Pfund Material. Erfahrene Hersteller von TiO2 können diese Partikel in einem sehr engen Größenbereich herstellen, der bei 0,27 Nanometern liegt, der optimalen Größe für die Streuung von sichtbarem Licht (Abbildung 1)
Wo der Unterschied liegt
Während andere weiße Pulver Licht streuen, wird pro Flächeneinheit eine viel größere Menge davon benötigt, um Deckkraft zu erzeugen, als dies bei TiO2 der Fall ist. Dadurch entstehen nicht nur zusätzliche Kosten für den Kauf dieser Pulver, sondern auch für das Harz, denn das Harz hält die Partikel zusammen, und je mehr Partikel pro Flächeneinheit vorhanden sind, desto dicker muss der Lackfilm sein und desto mehr Harz wird pro Flächeneinheit benötigt.
Auswahl des richtigen Pigments
Berücksichtigen Sie die Anwendung
Dem Lackformulierer steht eine Vielzahl von Pigmentsorten zur Verfügung, die jeweils eine unterschiedliche Balance der Leistungseigenschaften aufweisen. Universal- oder multifunktionale Sorten sind Arbeitspferde, die in vielen Arten von Anstrichen verwendet werden, aber in manchen Fällen ist es von Vorteil, eine TiO2-Sorte zu verwenden, die speziell für die jeweilige Anwendung optimiert ist. Dies gilt für die Pigmente, die zur Herstellung von Flächenanstrichen verwendet werden. Diese Anstriche werden mit einem hohen Anteil an großen Extenderpartikeln (Durchmesser größer als 2 Mikrometer) formuliert. Die hohe Konzentration dieser Partikel (typischerweise das 10-fache des TiO2-Volumens in einer Schicht) zwingt die TiO2-Partikel, sich zusammenzudrängen. Dies ist in Abbildung 2 zu sehen, wo der Abstand zwischen den Pigmentpartikeln in Abwesenheit des Streckmittels größer ist als in dessen Anwesenheit (beachten Sie, dass in dieser Abbildung die Konzentrationen der TiO2-Pigmentpartikel in beiden Schichten gleich sind).
Verdrängung verhindern
Die Verdrängung von TiO2 ist aufgrund der Physik der Lichtstreuung sehr unerwünscht. Partikel streuen das Licht am besten, wenn sie weit voneinander entfernt sind – mindestens 0,5 Mikrometer für TiO2-Pigmentpartikel. Durch die Verdrängung werden die Partikel enger zusammengedrängt, was zu einer geringeren Streuintensität führt. In Abbildung 3 ist zu sehen, dass zwei Partikel, die sich berühren, das Licht nur mit etwa 80 % Effizienz streuen. Wenn sich mehr als zwei Partikel berühren, wird die Streuung noch weiter reduziert. Ein Partikel, das vollständig von anderen, sich berührenden Partikeln umgeben ist, streut das Licht mit einer Effizienz von nur 30 %!
Unsere Lösung für das Problem der Verdrängung von TiO2-Partikeln besteht darin, eine dicke Schicht aus porösem Material auf die TiO2-Oberfläche aufzubringen. Diese Schicht wirkt wie eine physikalische Barriere, die verhindert, dass sich die TiO2-Kerne der Pigmentpartikel gegenseitig berühren, selbst in stark überfüllten Systemen. Dies ist in Abbildung 4 zu sehen, die eine elektronenmikroskopische Darstellung von TS-6300 zeigt, einem Pigment, das für die Verwendung in stark gedrängten Lacken optimiert wurde. Bei dieser Sorte werden etwa 16 Gewichtsprozent poröser Oxide verwendet, um diese Barriereschicht zu bilden (eine poröse Beschichtung wird einer dichten Beschichtung vorgezogen, da sie weniger Material pro Volumeneinheit erfordert und somit die Verdünnung des TiO2 durch die Beschichtungen minimiert).
Deckkraft vergleichen
Der Erfolg dieser Strategie lässt sich an der Lichtstreuungsleistung messen. Abbildung 5 vergleicht die Deckfähigkeit und Tönungsstärke von TS-6300 mit drei Universalsorten in stark beanspruchten Lacksystemen. TS-6300 bietet eindeutig die höchste Deckkraft und die hellsten Farbanstriche. Der erfahrene Formulierer kann sich diese Vorteile auf zwei Arten zunutze machen. Erstens kann bei gleichem TiO2-Gehalt (und gleichen Kosten) ein besserer Anstrich erzielt werden.
Alternativ kann das TiO2-Pigment teilweise aus der Formulierung entfernt werden, wodurch der Anstrich seine ursprüngliche Leistung wiedererlangt und gleichzeitig Kosten gespart werden. Diese beiden Möglichkeiten werden in Abbildung 6 für einen Bautenanstrich dargestellt. Es ist zu beachten, dass eine gewisse Neuformulierung erforderlich war, um der unterschiedlichen Oberflächenstruktur von TS-6300 Rechnung zu tragen, und dass der einfache Ersatz einer universellen Qualität durch TS-6300 ohne Neuformulierung nicht immer zu einer verbesserten Deckkraft führt.
Der Nutzen der Verwendung einer speziellen Sorte für flächige Bautenanstriche liegt auf der Hand. Fehlt die poröse Außenschicht auf der TiO2-Oberfläche, berühren sich die Pigmentpartikel in diesen gedrängten Farbsystemen und verlieren an Streukraft und Deckkraft. Durch die Beschichtung der TiO2-Partikel mit einer speziell entwickelten porösen Schicht können wir diesen Verlust an Streustärke stark verringern und die Farbleistung verbessern.
Über Chemours Titanium Technologies
Chemours Titanium Technologies ist der weltweit größte Hersteller von Titandioxidprodukten. Wir sind bestrebt, unseren Kunden, die die Welt mit Beschichtungen, Kunststoffen, Laminaten und Papierprodukten versorgen, einen Mehrwert zu bieten. Wir liefern branchenführende Innovationen, die die weltweit wachsende Nachfrage nach hochwertigem Titandioxid durch die Entwicklung hellerer, effizienterer Pigmente decken. Über die von uns gelieferten Produkte hinaus sind wir bestrebt, ein Partner zu sein, der die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die Herausforderungen unserer Kunden ermöglicht und so deren Geschäftsergebnisse weiter verbessert.
Die Marke Ti-Pure™ ist nicht nur seit mehr als 80 Jahren als führend in Sachen Sicherheit und Ethik in der TiO2-Branche bekannt, sondern auch für technologische Innovationen. Seit der Erfindung und Einführung des Chlorid-Herstellungsprozesses in den 1950er Jahren hat sich die Qualität und der Nutzen von Ti-Pure™ TiO2-Pigmenten in den zahlreichen Anwendungen, in denen es eingesetzt wird, stetig verbessert. Die Förderung von Innovationen zur Verbesserung der Qualität unserer Kundenerfahrungen und unserer Produkte war schon immer ein entscheidender Bestandteil unseres Erfolges und wird dies auch weiterhin sein, während wir auf unserer über 80-jährigen Erfahrung aufbauen.
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