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

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Dispersionen für Innenfarben

Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeicheno Meßmethodeno Emissionsmessungen an Modellfarben

Anwendungstechnische Anforderungeno Abriebfestigkeit, Deckkraft, Blockfestigkeit

Beispiele

Dr. Stephan Krieger

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Umweltanforderungen Gesetzgeber – Umweltzeichen Meßmethoden Emissionsmessungen an Modellfarben

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Nach dem French Dekret und gemäß dem deutschen AgBB ist VOC definiert als jede organische Verbindung, die eine Retentionszeit im Bereich C6-C16

(69-287°C) besitzt.GC-Standards (Kohlenwasserstoffe): • C6: Hexan, b.p. 69°C,

• C14: Tetradecane, b.p. 253,7°C

• C16 : Hexadecane: b.p. 287°C

• C22 : Docosan: b.p. 342°C

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.

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 kPa;

Siedepunkt < 250°C korreliert mit der Retentionszeit von Tetradecane b.p.253,7°C im Gaschromatogramm

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Semi-VOC: Substanz mit Sdp. >250°C, z.B. Lösungsmittel oder Weichmacher Organische Verbindung mit einer Retentionszeit im Bereich C>16-C22,

entspricht Sdp. 287-343°C, gemäß der Definition des deutschen AgBB und gemäß dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben

Total VOC :Summe aller VOC’s im Retentionsbereich C6 bis C14 bzw. C16, abhängig von der Regulierung

Total SVOC: Summe aller SVOC’s im Retentionsbereich >C14/16 bis C22 abhängig von der Regulierung

Definition von VOC und SVOC

TVOC TSVOC

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Beispiele für VOC, SVCO aus Farben

Koaleszenzmittel wie:‒ Butylglykol: 171 °C

‒ Butylglykolacetat: 192°C

‒ Butyldiglykol: 231°C

‒ Testbenzin: 130-220°C

‒ DowanolTM DPnB: 230°C

‒ Dowanol TM TPnB: 275°C (SVOC)

‒ Methanol, Ethanol, Butanol, Acetone etc.

Additive wie Propylenglykol (188°C), AMP 90, Mineralöl basierende Entschäumer

Rest Monomere wie: Styrol, Methylmethacrylat, Butylacrylat, Vinylacetat etc. TexanolTM: Sdp.. 254°C, ist gemäß der European Paint Directive und gemäß

des ECO-Labels kein VOC aber gemäß AgBB und dem französischen Dekret zur Kennzeichnung von Farben muss es als VOC betrachtet werden (C16 , Sdp. 287°C)

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Weitere Emissionen

An very volatile organischen Verbindungen (VVOC) werden vom AgBB folgende Substanzen zur Zeit betrachtet:‒ Formaldehyd

‒ Acetaldehyd

‒ Methanol

‒ Aceton

‒ 2 Chlorpropanol

Formaldehyd (bereits existierende Grenzwerte):‒ Grenzwerte beim ECO Label und Schweizer Umweltzeichen von < 10 ppm

‒ Grenzwert beim französischen Dekret: < 10 µg/m3 nach 28 Tagen für die A+ Kennzeichnung (Kammermessung!)

‒ Blauer Engel: < 100 ppm

NIK und LCI Werte: (Niedrigste in Betracht zu ziehende Konzentration, Lowest concentrationof interest)‒ Einzelgrenzwert für spezifische Substanzen, die eingehalten werden müssen.

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VOC, SVOC: Messung der Konzentration in der flüssigen Farbe (In-can VOC)

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.

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VOC, SVOC: Bestimmung der Emissionen aus dem Farbfilm, Kammermessung

Messung der Emissionen an VOC und SVOC in µg/m3 in die Raumluft nach Applikation und Trocknung der Farbe gemäß ISO 16000-9 und neu EN 16402

Simulation der Innenraumluft-Qualität unter realistischen Bedingungen Methode kann auch an nicht flüssigen Materialien angewendet werden,

wie Parkettböden, Deckenplatten, Fensterrahmen etc. Das Kammerverfahren wird bereits vom TÜV verwendet (TÜV

Prüfzeichen) und für das neue französische Label sowie für die zukünftige Zulassung nach den AgBB Richtlinien.

Farbfilm Emissionen

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Emissionsanforderungen an Innenfarben: Überblick: VOC , SVOC , TVOC – Test Methoden

In-can VOC/SVOC Gehalt der flüssigen Farbe

Emissionen aus dem Farbfilm

Verpflichtend( Gesetzgeber)

Freiwillig Verpflichtend(Gesetzgeber)

Freiwillig

EuropeanPaint

Directive2004/42/EG

( ISO 11890/2 )

Nur VOC’s < 30g/l gefordert

Eco Label( ISO 11890/2 )

Nur VOC’s, < 15 g/l gefordert

Blauer Engel ( ISO 17895 )

VOC’s und Weichmacher (SVOC), TVOC <

700 ppm (~ 1g/l)

EuropäischeBauprodukte Verordnung305/2011/EU

AgBB / Generelle 2TVOC’s

<1000µg/m3 nach 28du. Grenzwerte für

SVOC

z.B.TÜV Label( ISO 16000/9 )

TVOC’s werden betrachtet

< 300 µg/m3 nach 72 h und SVOC

KammermessungGC Messung (In-can)

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Gesetzliche Anforderungen

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Jetzt gültige Implimentierung: 1. Januar 2010 Volatile organic compound (VOC) bedeutet eine organische Verbindung mit einem

Anfangssiedepunkt von höchstens 250°C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa; SVOC werden nicht betrachtet In-can VOC Messung gemäß ISO 11890-2 (Direkt Einspritzung) VOC <30 g/l entspricht 21300 ppm bei Innenfarben (Annahme Dichte Farbe 1,4

kg/l)

Rechtliche Regulierungen: 1. Europäische Farben Richtlinie, Paint Directive 2004/42/EC

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Die Verordnung ist seit 1.7.2013 in Kraft, (CPR, Construction Product Regulation).

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.

Fenster, Türen, Parkett, WDVS Systeme sind BauprodukteFarben und Beschichtungssysteme werden nach Meinung des UBA

und DiBT auch den Bauprodukten zugeordnet, was lange Zeit nicht eindeutig geklärt war.

Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR)

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Grundanforderungen an Bauprodukte gemäß Anhang I der CPR:

1. Mechanische Festigkeit und Standsicherheit2. Brandschutz3. Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz4. Nutzungssicherheit5. Schallschutz6. Energieeinsparung und Wärmeschutz

Alle Produkte, die zur Einhaltung der Anforderungen 1-6 von Bedeutung sind, müssen betrachtet werden.

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 )

Bisher keine Umsetzung der Anforderung 3

Rechtliche Regulierungen: 2. Europäische Bauprodukteverordnung 305/2011 (CPR)

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Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz Anforderung an Bauprodukte (Anhang I, 3. der CPR)

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 WG2, Deutschland AgBB, Kammermessungen TC 139 WG 11)

c) Emissionen gefährlicher Strahlen

d) Freisetzung gefährlicher Stoffe in Grundwasser, Meeresgewässer, Oberflächengewässer oder Boden (Leaching, CEN TC 351 WG1 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

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National Umsetzung aus der Bauprodukteverordnung bezüglich Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz (AgBB)

Zur nationalen Umsetzung wurde in Deutschland der “Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauproddukten” geründet (AgBB).

Gremium aus Vertretern von Ländergesundheitsbehörden, UBA, DIBt, ARGEBAU, BAM, DIN keine Beteiligung der Hersteller.

Festlegung der Zulassungsgrundsätze zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen bei der Erteilung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen durch das DIBT (Deutsche Institut für Bautechnik).

Ausschuss legt Schema fest zur Vorgehensweise bei der gesundheitlichen Bewertung der VOC Emissionen

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Deutsches AgBB Konzept

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Prüfkammermessung 3 Tage / 28 Tage VOC und SVOC

Summenparameter Einzelstoffbewertung: „NIK-

Werte“ NIK Liste wird von einer

separaten Gremium festgelegt, bearbeitet und aktualisiert (NIK-Werte Liste 2008)‒ Substanzen, NIK Wert z.B.

‒ BuA: 110 µg/m3

‒ EHA: 820 µg/m3

‒ Styrol: 860 µg/m3

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NIK Werte sind bereits für viele Inhaltsstoffe festgelegt worden:

Für nichtgelistete Inhaltsstoffe wird der „Worst Case“ angenommen.

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Französiches Décret 2011-321

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Gesetz ist in Frankreich am 1. Januar 2012 für neue Produkte in Kraft getreten. 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/m3 wird gefordert nach 28 Tagen für A+ als beste Klasse.

Kunden freundliches

FormatHohe Ähnlichkeit

zur Energieeffizienz Kennzeichnung

von Elektrogeräten

Le Grenelle Environnement - Décret 2011-321

Französische Kennzeichnung für Bauprodukte

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TVOC ist hier definiert als die Summe aller organischer Verbindungen mit einer Retentionszeit zwischen n-Hexan (C6) und Hexadekan (C16), (Sdp. 69°C bis 287°C, was bedeutet, dass Texanol mit betrachtet werden muss)

Für den TVOC und für 10 individuelle Substanzen sind für die entsprechenden Klassen bezüglich der Kennzeichnung Grenzwerte festgelegt.

Classes C [µg/m3] B [µg/m3] A [µg/m3] A+ [µg/m3]

Formaldéhyde >120 <120 <60 <10

Acétaldéhyde >400 <400 <300 <200

Toluène >600 <600 <450 <300

Tétrachloroéthylène >500 <500 <350 <250

Xylène >400 <400 <300 <200

1,2,4-Triméthylbenzène >2000 <2000 <1500 <1000

1,4-Dichlorobenzène >120 <120 <90 <60

Éthylbenzène >1500 <1500 <1000 <750

2-Butoxyéthanol >2000 <2000 <1500 <1000

Styrène >500 <500 <350 <250

TVOC >2000 <2000 <1500 <1000Emissions ratings established on the basis of measurements taken

after 28 days in an emission test chamber or cellProperty of Celanese

Le Grenelle Environnement - Décret 2011-321

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Umweltkennzeichen(freiwillige zusätzliche Anforderungen)

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Labels: 1. European ECO Label

VOC: Organic Verbindung mit Sdp. < 250 °C, VOC wird gemessen gemäß ISO 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 undSVOC 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

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Wichtigste Anforderungen :

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

Gehalt an Weichmacher (S-VOC) : < 1 g/l (muss durch den Hersteller deklariert werden)

Formaldehyd: < 100 ppm gemäß VdL-RL 03

Kein Zusatz von CMR-Substanzen

Alkylphenolethoxylate nicht erlaubt

Positive Liste an Konservierungssystemen

Labels: 2. Blauer Engel RAL UZ 112 für Innenfarben

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3. Schweizer Umweltetikett

Arm an flüchtigen organischen Stoffen (VOC) • VOC-Gehalt der Produkte darf die Höchstwerte der Decopaint-Richtlinie nicht

überschreiten Frei von flüchtigen und schwerflüchtigen organischen Stoffen (VOC und SVOC) • VOC-Gehalt: Höchstwert 700 ppm • SVOC-Gehalt: Höchstwert 1000 ppm

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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

Zu mehr als 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen für A und A- ‒ > 90 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. mineralischen Rohstoffen und Wasser

Labels 3. Schweizer Umweltetikett

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Labels: 4 TÜV Kennzeichen z.B. TÜV Süd

Emissionsanforderung TVOC Wert < 300 µg/m3 nach 72 h gemäß ISO 16000-9 Kammermessung

Formaldehyd < 50 µg/m3 nach 24 h TSVOC < 100 µg/m3 nach 72

Weitere Labels wie z.B M1 Label in Finnland, Umweltzeichen Österreich, Danish Indoor Climate Label etc.

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Emissions Messungen an Modell Farben mit dem Kammerverfahren

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KammermessungTest Parameter nach EN 16402: Luftwechselrate: 0,5 h-1

Kammervolumen: 0,0225m3

Temperatur: 23°±1°C Relative Luftfeuchtigkeit: 50±5% Farbfilmoberfläche: F=0,0225 m2

Beladungsfaktor: 1,0 m2/m3 (Innenfarbe, nur Wände) Auftragsmenge: ca. 150 ml/m2 (ca. 6.7 m2/l)

Die Testparameter simulieren den sogenannten Referenzraum: Raum mit 3 m x 4 m Grundfläche (12 m2) Höhe 2,5 m Eine Tür mit 2 m x 0,8 m (1,6 m2) und ein Fenster mit 2m2. Fläche.

Der Beladungsfaktor wird je nach Beschichtungstyp entsprechend gewählt: Deckenfarbe : 0,4 m2/m3

Wandfarbe: 1,0 m2/m3 (hier verwendet), Innenfarbe 1,4 m2/m3 Lacke, Beschichtung von kleinen Oberflächen 0,05 m2/m3

Vorkonditionierung zur Verfilmung: 3 Tage in der Messkammer

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Farbformulierung

Rohstoff Hersteller GT

Wasser   308,5Tylose MH 30000 YP2

Shin Etsu 4

Calgon N (10%) BK Giulini 5Lopon LF BK Giulini 3,5

Agitan 381 Münzing Chemie

2

Kronos 2044 Kronos Titan 80Polwhite B Imerys 35

Omycarb 2GU Omya 235Omyacarb 5 GU Omya 205

NaOH (10%)   2

PVK GT Paste

GT Dispersio

n

GT TexanolTM

GTTPnB

GTPropylen-

glycol90 95 5 1 1 172 85 15 1 1 158 75 25 1 1 146 65 35 1 1 136 55 45 1 1 1

Paste 5 verschieden Farben:

PVK Variation von 90 bis 36 VAE-Dispersion Feststoff

53%. In-can VOC/SVOC von ca.

1% pro Substanz wurde zu jeder Farbe hinzugefügt.

Page 31: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Nach Gilsonite-Test liegt die kritsche PVK bei ca. 62% Auf Grund der starken Änderung der Farbfilmmorphologie ändern sich bei der

kritischen PVK die Farbfilmeigenschaften.

Gilsonite Test um die kritische PVK des Farbsystems zu bestimmen

20 30 40 50 60 70 80 90 10050556065707580859095

100kritische PVK ist ca. 62

36 41 46 52 58 65 72 81 90 (pvc)

dL in %

PVK PolymerFülllstoffePigmente

unterkritscher überkritischer Farbfim

pvk = (VPigmente + VFillers ) / (VPigmente + VFillers + VPolymer)*100

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0 5 10 15 20 25 300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

pvc 90

pvc 72

pvc 58

pvc 46

pvc 36

Tage

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

3]

Emission von TexanolTM als Funktion derPVK und Zeit (Start nach 3 Tagen Vorkonditionierung zur Filmbildung)

Bei hoher PVK (offen poriger Film) wird TexanolTM schneller abgegeben Bei niedriger PVK wird Texanol langsamer abgegeben und es sind höherer

TexanolTM Konzentrationen zu einem späteren Zeitpunkt messbar im Vergleich zu Farbfilmen mit hoher PVK.

Vorkonditionierung

PVK = Pigment Volumen Konzentration

Page 33: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Emissionsverhalten(3 Tage Vorkonditionierung zur Filmbildung)

► TPnB mit Siedepunkt von 275°C zeigt ein ähnliches Emissionsverhalten wie TexanolTM , wohingegen Propylenglykol mit Siedepunkt von 188°C wesentlich schneller emittiert wird und eine Konzentration von <1000 µg/m3 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.

0 5 10 15 20 25 300

2000400060008000

100001200014000

Emission von Propylenglykol

Tage

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

3]

0 5 10 15 20 25 300

1000200030004000500060007000

Emission von DowanolTM TPnBpvc 90

pvc 72

pvc 58

pvc 46

pvc 36

Tage

Kon

zent

ratio

n [µ

g/m

3]

Vorkonditionierung

Page 34: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

TVOC und SVOC von emissionsarmen Farbenauf Basis von VAE Dispersion (ohne Koaleszenzmittel)

Farbe PVK 72 matt: 16% Disp. auf Farbe Abriebklasse IIFarbe PVK 31 seiden glanz: 46% Disp. auf Farbe Abriebklasse I

0 5 10 15 20 25 300

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Paint pvc 72 Paint pvc 31

Gesamtkonzentration in µg/m³

Tage

AgBB Grenzwert nach 28 Tagen

Emissionswerte nach 28 Tagen sind weit unter dem AgBB Grenzwert und des Grentwertes für A+ nach dem French Décret von 1000 µg/m3

Der Grenzwert für das TÜV Prüfzeichen von <300 µg/m3 nach 3 Tagen wird auch sicher erfüllt.

TÜV Grenzwert nach 3 Tagen

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01000

200030004000

5000600070008000

900010000

3 days 7 days 28 days

TVO

C [

µg/m

3 ]

3 Rage Grenzwert(TÜV Label )

28 Tage Grenzwert( AgBB )

19.0

00 µ

g/m

3

11.0

00 µ

g/m

3

3.000 µg Propylenglykol10.500 µg Texanol

160 µg Propylenglykol5.600 µg Texanol

Konventionelle matte Farbe mit

KoalescentsmittelMatte Farben auf Basis von Mowilith LDM 1871 ohne

Koalescentsmittel

KammermessungenVOC Werte - ISO 16000-9

Page 36: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Anwendungstechnische Anforderungen

Property of CelaneseCopyright 2013 Celanese Corporation

Page 37: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Klassifizierung von FarbenEuropean Standard EN 13300

Page 38: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Wichtige anwendungstechnischeEigenschaften

Deckkraft = Kontrastverhältnis‒ Mittlerer Einfluss der Dispersion in überkritischen Farben

Class 1 : 99,5Class 2 : und < 99,5Class 3 : 95 und < 98Class 4: < 95bei gegebener Auftragsmenge [ m2/l ],

Abriebbeständigkeit:‒ Starker Einfluss des Bindemittels:

Class 1 : < 5 µm bei 200 ZyklenClass 2 : 5 µm und < 20 µm bei 200 ZyklenClass 3 : 20 µm und < 70 µm bei 200 ZyklenClass 4 : < 70 µm bei 40 ZyklenClass 5 : 70 µm bei 40 Zyklen

Die Abriebfestigkeit korreliert u.a. mit der Härte (Glasübergangs-temperatur Tg) des Bindemittels (Dispersion)

(Europäische Klassifizierung nach EN 13300)

(Europäische Klassifizierung nach EN 13300)

Page 39: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Bestimmung der Naßabriebbeständigkeit- Vergleich DIN 53778 mit ISO 11998 -

DIN 53778 ISO 11998

Page 40: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Wichtige anwendungstechnischeEigenschaften

Glanz:‒ Mittlere Einfluss des Bindemittels abhängig von der PVK

Blockfestigkeit:‒ Starke Abhängigkeit vom Bindemittel insbesondere bei niedriger PVK.

Lagerstabilität ( Raumtemperatur und 50°C ) Rheologie (Spritzneigung) Verarbeitbarkeit (offene Zeit, geringe Rissneigung) Emissionsverhalten, Inhaltsstoffe,

Page 41: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

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.

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

VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben

Page 42: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Bindemittel für Innenfarben

Eingesetzte Monomer-Systeme

Styrolacrylat-Dispersionen Reinacrylat-Dispersionen Vinylacetat-Copolymer-Dispersionen Vinylacetat-Ethylen-Dispersionen

Page 43: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Pigmentbindevermögen von St/A Dispersionen als Funktion Glastemperatur Tg

0

1000

2000

3000

4000

5000

-30-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

70/30 65/35 60/40 55/45 50/50 45/55 40/60 35/65 30/70

% Styrol / % BuA

> 4000

[ Anz

ahl S

cheu

erzy

klen

]

Tg [ °C ]

Scheuerbeständigkeit nach DIN 53778 bei optimaler Filmkonsolidierung

Page 44: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

(MFT

) [

°C

]

Tg [ °C ] (Polymer Härte)

30

25

20

15

10

5

0

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Styrene Acrylate

VAE

VAE-Dispersionen: Bindemittel für lösungsmittelfreie Farben

VAE- Dispersion

Weiche SA- Dispersion

weiche AA- Dispersion*

MFT < 3°C < 3°C < 3°C

Tg Bereich 12°C – 17°C 5°C – 9°C 5°C – 10°C

* Standard grades for interior matt paints

MonomerLöslickeit in Wasser [g/100ml)

Vina 2,50MMA 1,30BuA 0,162-EHA 0,01Styrene 0,03

Page 45: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Schematischer Verlauf der Filmhärte bei Herstellung und Applikation

0

5

10

25

20

15

35

40

30

MFT /°C

Ablauf

harte DispersionWeichmacher, Lösemittel

weiche Dispersion Lagerung

Applikation

harter Film, gutes Pigmentbindevermögen

weicher Filmschlechtes Pigmentbindevermögen

Trocknung, Filmkonsolidierung

Verdunsten des Lösemittels

Lackherstellung

Raumtemperatur

Wasser Abgabe bei VAEWasser

Vinylacetat/Ethylen-Copolymer-Dispersion

Page 46: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

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 VAE- Dispersionen Abriebwerte vergleichbar mit weichgestellten Dispersionen erhalten werden.

Page 47: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Presentation Title 47© Celanese

Einfluss des Vernetzers auf die Abriebfestigkeit von entsprechenden matten Innenfarben

5 µmKlasse 1

70 µmKlasse 3

Bereich von Abriebklasse 1 bis 3 ist möglich.

5 µmKlasse 1

70 µmKlasse 3

20 µmKlasse 2

Page 48: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Abriebfestigkeit von Dispersionsfarbengemäß ISO 11998, Matte Innenfarben, überkritische Farben

Styrene/Acrylat Dispersionen mit KoaleszentsmittelVAE Dispersion ohne Koaleszentsmittel

Bindemittelgehalt basierend auf 50%iger Dispersion

Page 49: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Deckkraft

Page 50: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Überkritische Farbe, schematisch

Der Gehalt an TiO2 hat den größten Einfluss auf die Deckkraft. Durch eine optimale Verteilung des TiO2 und der Luftporen innerhalb

des Farbfilms kann die Deckkraft maximiert werden. Das Bindemittel zusammen mit dem Dispergiermittel und den

Füllstoffen hat einen Einfluss auf die optimale Verteilung des TiO2 und der Luftporen innerhalb des Farbfilms und damit auf die Deckkraft.

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 TiO2- und Luftporenverteilung aus und somit auf die Deckkraft.

z. B.: PVK ca. 77% (13 % Dispersion (50% Feststoff) auf Farbe)

substratepigment binder (polymer) fillers

Page 51: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Bestimmung des Deckvermögens vonunterschiedlichen Dispersionen

Pos Inhaltsstoff Gewichtsteile

01 Wasser 298,502 Tylose MH 30000 YG8 4,003 Calgon N ( 10 %-ig ) 5,004 Lopon 895 3,505 Agitan 315 2,006 Kronos 2044 80,007 China Clay B 35,008 Omyacarb 2 GU 235,009 Omyacarb 5 GU 205,010 Natronlauge ( 10 %ig ) 2,011 Disp. ca. 50 % (VAE oder St/A) 130,0

Summe: 1000,0

Rez.L2025PVK 77FS 63%

Page 52: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

VAE-Dispersion im Vergleich zu emulgatorstabilisierterStyrol/Acrylat-Dispersion, Deckkraft (ISO 6504-3) in einer überkritischen Farbe (Rezept L 2025 FI, PVK 77, 13% Bindemittel 50%ig, 8% TiO2 )

Kontrastverhältnis gemäß ISO 6504-3

Page 53: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Matte, seidenglänzendeund glänzende Farbfilme

Aufgrund des höheren Bindemittelgehalts in seidenglänzenden und glänzenden Farben zeigen diese Farben eine geringere Blockfestigkeit im Vergleich zu matten Farben.

Seidenglanzfarbe, PVK ca. 31 % (46 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe)

Matter Farbfilm, PVK ca. 77 % (13 % Dispersion (50 % FS) auf Farbe)

Zunahme der Oberflächenklebrigkeit, Verschlechterung der Blockfestigkeit

SubstratPigment Dispersionsfilm Füllstoffe

Substratpigment Dispersionsfilm Füllstoffe

Page 54: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Polymerdispersionen, die zwei Polymerphasen in einem Partikel enthalten, zeigen eine signifikant bessere Blockfestigkeit.

Die weiche Polymerphase ist notwendig, um eine niedrige Filmbildetemperatur (MFT) zu erreichen.

Die harte Polymerphase ist verantwortlich für die Verringerung der Oberflächenklebrigkeit.

Heterogen Dispersionen

Individuelle Teilchen(Homogene Partikel)

hemispherische Partikel

Kern - Schale

Inverse Kern Schale“strawberry"

- morphology

hart weich hart weich

hartweich

Page 55: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

VAE-Dispersionen mit Kern –Schale Technologie

Acrylat-Dispersionen mit Kern-Schale-Struktur sind schon länger 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 VAE-Polymerphasen 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 Tg1:9°C / Tg2 31°CMFT: 0°C‒ Zweiphasen-VAE-Dispersion ca. Tg: 22°C (Mittelwert) MFT:

3°C

Page 56: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Zwei-Phasen-VAE-Dispersionen mit zwei Polymerphasen und somit zwei Tg’s

1. Tg = 9°C 2. Tg = 31°C

Page 57: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

mittlere Tg = 22°C

, Tg

=12°C

Phasenübergangsbereich Standard-VAE

Phasenübergangsbereich optimierte VAE-Dispersion (zwei Phasen überlappend)

Optimierte-VAE-Dispersionen mit breitem Phasenübergangsbereich

Page 58: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Presentation Title 58© Celanese

Farben mit BDGA bei Dispersionen mit MFT > 5°C!

Blockfestigkeit von Farben im mittleren PVK-Bereich( 46% Bindemittel )

Page 59: Dispersionen für Innenfarben Umweltanforderungen, Gesetzgeber - Umweltzeichen o Meßmethoden o Emissionsmessungen an Modellfarben Anwendungstechnische

Der Druck, Lösungsmittel in Farben zu reduzieren, wird getrieben durch: Gesetzgeber Verbraucherkennzeichen (Blauer Engel,TÜV) Verbraucherschutzverbände (Testreports)

Der Markt für emissionsarme Farben wächst weltweit überdurchschnittlich.

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.

Heterogene VAE-Dispersionen ermöglichen es, blockfeste emissionsarme Latexfarben und Seidenglanzfarben zu formulieren.

Zusammenfassung: Innenfarben

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit

www.celanese-emulsions.com