DE202017104644U1 - Titanium dioxide-free composite and titanium dioxide-free emulsion paint - Google Patents
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Abstract
Calcium-Carbonat-haltiges Komposit enthaltend präzipitiertes Calciumcarbonat PCC in einer Menge von 30–50 Gew.-%, Calcium-Hydroxid-Pigmentpartikel in einer Menge von 30–50 Gew.-%, Wasserglas in einer Menge von 10–40 Gew.-%.Calcium carbonate-containing composite containing precipitated calcium carbonate PCC in an amount of 30-50% by weight, calcium hydroxide pigment particles in an amount of 30-50% by weight, water glass in an amount of 10-40% by weight. %.
Description
Die Erfindung betrifft Calcium-Carbonat-haltiges Komposit mit einem hohen Deckungsgrad und einer hohen Nassabriebbeständigkeit für Beschichtungsstoffe, wasserhaltige Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Wände und Decken im Innenbereich, ihre Herstellung und ihre Verwendung in Beschichtungen sowie eine Wand- und Deckenfarbe enthalten ein solches Calcium-Carbonat-haltiges Komposit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie nach den Ansprüchen 5, 8.The invention relates to calcium carbonate-containing composite having a high degree of coverage and a high wet abrasion resistance for coating materials, aqueous coating materials and coating systems for walls and ceilings indoors, their preparation and their use in coatings and a wall and ceiling paint contain such a calcium carbonate -containing composite according to the preamble of claim 1 and according to claims 5, 8.
Weiße Wandfarbe oder getönte Wandfarbe ist in der Regel Dispersionsfarbe. Sie besteht aus Wasser, Pigmenten, Additiven, Bindemitteln und Füllstoffen. Das Wasser verdunstet nach der Applikation rückstandslos.White wall paint or tinted wall paint is usually emulsion paint. It consists of water, pigments, additives, binders and fillers. The water evaporates without residue after application.
Aus der europäischen Patentschrift
Die deutsche Offenlegungsschrift
Gut deckende Dispersionsfarben und brillantfarbige Bautenlacke werden dabei maßgeblich durch das Weiß-Pigment Titandioxid (TiO2) erreicht. Das feine weiße Pulver wird aus Erzen und Mineralsanden gewonnen. Für das Maler- und Lackiererhandwerk ist das Weiß-Pigment Titandioxid von essentieller Bedeutung. Beschichtungen mit dekorativen und schützenden Funktionen weisen in erheblichem Umfang Pigmente aus Titandioxid auf. Titandioxid ist ein weißer anorganischer, mineralischer Feststoff.Highly opaque emulsion paints and brilliantly colored architectural coatings are significantly achieved by the white pigment titanium dioxide (TiO 2 ). The fine white powder is extracted from ores and mineral sands. For the painting and varnishing trade, the white pigment titanium dioxide is of essential importance. Coatings with decorative and protective functions have considerable titanium dioxide pigments. Titanium dioxide is a white inorganic, mineral solid.
Aufgrund des hohen Streuvermögens des Lichts an Kristallen hat Titandioxid die höchste Deckkraft von allen Weiß-Pigmenten und ist daher zur Herstellung von weißer Farbe, aber auch zum Abdecken von Buntlacken unverzichtbar.Due to the high scattering power of the light on crystals, titanium dioxide has the highest opacity of all white pigments and is therefore indispensable for the production of white paint, but also for covering colored lacquers.
Für den praktischen Einsatz gibt es kein anderes Weiß-Pigment mit annähernd vergleichbaren Eigenschaften und hoher chemischer Stabilität, das universell in Beschichtungsstoffen eingesetzt werden kann.For practical use there is no other white pigment with nearly comparable properties and high chemical stability, which can be used universally in coating materials.
Aufgrund seiner hohen Brechzahl hat Titandioxid-Pigment Lithopone, ein Fällungsprodukt bestehend aus Zinksulfid und Bariumsulfat, als Standardweiß-Pigment abgelöst.Due to its high refractive index, titanium dioxide pigment has replaced Lithopone, a precipitation product consisting of zinc sulfide and barium sulfate, as the standard white pigment.
Titandioxid kommt in drei chemischen Modifikationen mit unterschiedlichen Kristallstrukturen und physikalischen Eigenschaften vor. Es sind dies Rutil, Anatas und Brookit. Rutil ist die thermodynamisch stabilste Form mit der Folge, dass sich Anatas und Brookit bei höheren Temperaturen monotrop zu Rutil umlagern. Das Kristallsystem bei Rutil und Anatas ist tetragonal während es bei Brookit orthorhombisch ist.Titanium dioxide exists in three chemical modifications with different crystal structures and physical properties. These are Rutil, Anatas and Brookit. Rutile is the most thermodynamically stable form, with the result that anatase and brookite rearrange monotropically to rutile at higher temperatures. The rutile and anatase crystal system is tetragonal while it is orthorhombic for brookite.
Aufgrund fehlender Absorption im sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 nm und 700 nm führt die hohe Brechzahl von Titandioxid zu dem umfangreichen Einsatz für derartige Beschichtungen und Beschichtungssysteme.Due to the lack of absorption in the visible spectral range between 380 nm and 700 nm, the high refractive index of titanium dioxide leads to extensive use for such coatings and coating systems.
In der Literatur wird Rutil über den gesamten Spektralbereich eine Brechzahl von etwa 2,75 und Anatas eine Brechzahl von etwa 2,55 zugeordnet. Die hohe Brechzahl wird mittels einer ausgeprägten Polarisierbarkeit der Bindungselektronen im Kristallgitter erreicht, die in dem Ionenkristall vornehmlich den Sauerstoffatomen zuzuordnen sind.In the literature, rutile is assigned a refractive index of about 2.75 and anatase a refractive index of about 2.55 over the entire spectral range. The high refractive index is achieved by means of a pronounced polarizability of the bonding electrons in the crystal lattice, which in the ionic crystal are primarily attributable to the oxygen atoms.
Maßgebend für die Eignung einer Substanz als Pigment ist die Brechzahl. Die optische Wirkung von Weiß-Pigmenten beruht auf ihrer sehr geringen Lichtabsorption und ihrer starken nicht selektiven Lichtstreuung. Derartige Weiß-Pigmente lassen sich in Oxide einordnen, zu denen TiO2, ZnO, ZrO2, SnO2 gehören, in Carbonate (2PbCO3, Pb(OH)2, 2ZnCO3, 3Zn(OH)2) sowie in Sulfate (2PBSO2, Pb(OH)2) sowie in Sulfide (ZnS, ZnS + BaSO4).Decisive for the suitability of a substance as pigment is the refractive index. The optical effect of white pigments is based on their very low light absorption and their strong non-selective light scattering. Such white pigments can be classified into oxides, which include TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , SnO 2 , in carbonates (2PbCO 3 , Pb (OH) 2 , 2ZnCO 3 , 3Zn (OH) 2 ) and in sulfates (2PBSO 2 , Pb (OH) 2 ) as well as in sulfides (ZnS, ZnS + BaSO 4 ).
Die Brechzahl bei diesen Substanzen außerhalb von Titandioxid ist jedoch zum Teil erheblich geringer. So werden für Calciumcarbonat eine Brechzahl no von 1,48 bis 1,65, für Glimmer 1,58 bis 1,61, für Bariumsulfat 1,64, für Lithopone 1,84 bis 2,08, für Zinkoxid 2,01 bis 2,09, für Zinksulfit 2,37 sowie für organische Bindemittel im Bereich von 1,40 bis 1,70 angegeben.However, the refractive index of these substances outside of titanium dioxide is sometimes considerably lower. Thus, for calcium carbonate, a refractive index n o of 1.48 to 1.65, for mica 1.58 to 1.61, for barium sulfate 1.64, for lithopones 1.84 to 2.08, for zinc oxide 2.01 to 2 , 09, for zinc sulfite 2.37 and for organic binders in the range of 1.40 to 1.70.
Aus diesem Grunde werden Titandioxid-Pigmente mit Abstand am häufigsten für derartige Beschichtungssysteme, insbesondere Farben, eingesetzt. Die weiter genannten Weiß-Pigmente sind nur noch Sondereinsatzgebieten vorbehalten. For this reason, titanium dioxide pigments are by far the most frequently used for such coating systems, in particular paints. The white pigments mentioned above are reserved for special operations only.
Je höher der Anteil an Titandioxid-Pigmenten ist, desto höher sind der Weißgrad und die Leuchtkraft sowie damit einhergehend das Deckvermögen. Bindemittel, Additive und Füllstoffe erfüllen weitere Funktionen, die unter anderem für die Verarbeitung und die Qualität der Farbe verantwortlich sind.The higher the proportion of titanium dioxide pigments, the higher the degree of whiteness and luminosity and, consequently, the hiding power. Binders, additives and fillers perform additional functions that are responsible, among other things, for the processing and the quality of the paint.
Additive tragen dazu bei, dass sich die verschiedenen Inhaltsstoffe für ein solches Beschichtungssystem, z. B. eine Farbe, gut mischen lassen und garantieren dessen Stabilität. Sie haben auch Einfluss auf das Trocknungsvermögen der Beschichtung nach deren Auftrag.Additives contribute to the fact that the various ingredients for such a coating system, eg. As a color, mix well and guarantee its stability. They also have an influence on the drying capacity of the coating after its application.
Bindemittel tragen dazu bei, dass die Beschichtung, insbesondere die Farbe, auf der Wand haftet, keine Risse oder Blasen gebildet werden und die Farbe nicht abblättert oder ausbleicht. Bindemittel sind auch für die Oberflächenreinigung von großer Bedeutung.Binders help to ensure that the coating, especially the paint, adheres to the wall, that no cracks or blisters are formed, and that the paint does not peel off or fade. Binders are also of great importance for surface cleaning.
Füllstoffe beeinflussen die Konsistenz einer derartigen Beschichtung und geben der Farbe Volumen.Fillers affect the consistency of such a coating and give volume to the paint.
Bei sehr billigen Farben werden statt der vorerwähnten Pigmente häufig anorganische Stoffe zugegeben, die jedoch nicht zu einem filmbildenden Beschichtungssystem führen, weil der Lufteinschluss nach dem Auftrag sehr groß ist. Begründet wird dieser Effekt im Wesentlichen damit, dass in derartigen Farbformulierungen zumeist oberhalb der kritischen Pigment-Volumen-Konzentration (KPVK) gearbeitet wird, das heißt die Pigment- und Füllstoffoberflächen sind nicht vollständig vom umgebenden Lacksystem belegt. Neben der Grenzfläche zwischen Pigment und Bindemittel gibt es also oberhalb der KPVK auch Grenzflächen zwischen Pigment und Luft. Demgegenüber ist der Unterschied der Brechungsindices von Titandioxid und der Bindemittelmatrix hoch genug, um Streuung zu erzeugen, die verantwortlich für die weiße Erscheinung ist. Der Brechungsindex von typischen Füllstoffen ist niedriger, so dass diese Substanzen als transparent erscheinen, wenn sie vollständig umhüllt sind. Der Unterschied zwischen den Brechungsindices typischer Füllstoffe und dem von Luft (n = 1) ist deutlich größer, so dass die Füllstoffe nur oberflächlich betrachtet als weiß wahrgenommen werden.In the case of very cheap paints, instead of the aforementioned pigments, inorganic substances are frequently added, but these do not lead to a film-forming coating system because the air entrapment after application is very great. This effect is essentially based on the fact that in such color formulations is usually carried out above the critical pigment volume concentration (KPVK), that is, the pigment and Füllstoffoberflächen are not fully occupied by the surrounding paint system. In addition to the interface between pigment and binder, there are also interfaces between pigment and air above the KPVK. In contrast, the difference in refractive indices of titanium dioxide and the binder matrix is high enough to produce scattering responsible for the white appearance. The refractive index of typical fillers is lower, so these substances appear to be transparent when fully enveloped. The difference between the refractive indices of typical fillers and that of air (n = 1) is significantly larger, so that the fillers are only perceived as superficially white.
Insbesondere erfüllen derartige Farben nicht die Anforderungen, die von Normen, wie z. B. der
Mit Blickrichtung auf die
Soweit im Zusammenhang mit der Offenbarung dieser Erfindung explizit auf derartige Normen hingewiesen wird, werden in der Tat nur diese Normen angesprochen, mithin keine etwa amerikanischen, afrikanischen, asiatischen oder australischen Normen. Die Bezugnahme auf die Normen erfolgt in ihrer im Anmeldezeitpunkt gültigen Fassung.Insofar as such standards are explicitly referred to in the context of the disclosure of this invention, in fact only these standards are addressed, and therefore not about American, African, Asian or Australian standards. The references to the standards are made in the version valid at the time of application.
Aufgrund der relativ hohen Kosten von TiO2 wird seit langem versucht, einen Teil davon durch industrielle Mineralfüllstoffe wie Calcit, Talkum oder calciniertes Kaolin zu substituieren bzw. organische Pigmente und Füllstoffe zu entwickeln und diese in Kombination mit den mineralischen Materialien zu verwenden.Due to the relatively high cost of TiO 2 , it has long been attempted to substitute some of them with industrial mineral fillers such as calcite, talc or calcined kaolin, and to develop organic pigments and fillers and to use them in combination with the mineral materials.
Als nachteilig hat sich hierbei immer wieder herausgestellt, dass der niedriger Brechungsindex anorganischer Stoffe der Substitution erhebliche Grenzen setzt. Eine vollständige und sogar eine nahezu vollständige Substitution des Titandioxids ist bislang nicht gelungen, wenn gleichwohl die mit ihm verbundenen Eigenschaften erreicht werden sollen.A disadvantage has repeatedly been found that the lower refractive index of inorganic substances of the substitution sets significant limits. A complete and even almost complete substitution of titanium dioxide has not yet been achieved, even if the properties associated with it are to be achieved.
So ist es bekannt, eine Einsparung durch die Kombination von Titandioxid-Partikeln mit geeigneten Füllstoffen, die als sogenannte Extender-Partikel als Abstandshalter für die TiO2-Partikel wirken sollen, zu bewirken. Zu den kristallisierten Füllstoffen gehört sogenanntes präzipitiertes Calciumcarbonat (PCC), das auch als gefälltes Calciumcarbonat bezeichnet wird. Es handelt sich um einen anorganischen Füllstoff, der z. B. durch Fällung aus Kalkmilch hergestellt wird. Ein mögliches Herstellungsverfahren ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
In dem Bestreben, ein alternatives Komposit-Pigment zu schaffen, welches eine hohe Witterungsbeständigkeit und chemische Beständigkeit aufweist und im Vergleich zu reinem Titandioxid mindestens eine gleiches Deckvermögen erreichen soll, offenbart die internationale Patentanmeldung
Neben den Aspekten der Kosten für Titandioxid tritt nun ein anderer Gesichtspunkt in das Rampenlicht. Denn auf der Ebene der Europäischen Union wird zurzeit über die harmonisierte Einstufung von Titandioxid mit Blickrichtung auf karzinogene Wirkungen, jedenfalls bei einer Risikobewertung, z. B. einer Staubexplosion am Arbeitsplatz, die zur Begründung der intrinsischen Gefahr eines Stoffes in Betracht gezogen wird, diskutiert.In addition to the aspects of the cost of titanium dioxide, another aspect is now coming into the limelight. For at the level of the European Union, the harmonized classification of titanium dioxide with a view to carcinogenic effects, at least in a risk assessment, eg. For example, a workplace dust explosion, which is considered to justify the intrinsic hazard of a substance, is discussed.
Ausgehend von den vorstehenden Aspekten stellt sich deshalb der vorliegenden Erfindung das Problem, ein Calcium-Carbonat-haltiges Komposit sowie ein solches Calcium-Carbonat-haltiges Komposit beinhaltendes Beschichtungssystem für Wände und Decken, insbesondere eine Farbe, zu entwickeln, und die nicht zuletzt alle Anforderungen an die qualitative Einteilung von Wand- und Deckenfarben der
Darüber hinaus soll ein solches Komposit und das mit einem solchen Komposit versehene Beschichtungssystem kostengünstig herstellbar sein. Ferner soll es in gleicher Weise anwenderfreundlich sein wie herkömmliche mit Titandioxid hergestellte Beschichtungssysteme, insbesondere Farben.In addition, such a composite and provided with such a composite coating system should be inexpensive to produce. Furthermore, it should be as user-friendly as conventional coating systems prepared with titanium dioxide, in particular paints.
Gelöst werden diese Aspekte mit einem titandioxidfreien Komposit nach Anspruch 1 und einem titandioxidfreien Beschichtungssystem nach Anspruch 5.These aspects are solved with a titanium dioxide-free composite according to claim 1 and a titanium dioxide-free coating system according to claim 5.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Calcium-Carbonat-haltiges Komposit enthaltend präzipitiertes Calciumcarbonat PCC in einer Menge von 30–50 Gew.-%, Calcium-Hydroxid-Pigmentpartikel in einer Menge von 30–50 Gew.-% sowie Wasserglas in einer Menge von 10–40 Gew.-%.The invention relates to a calcium carbonate-containing composite containing precipitated calcium carbonate PCC in an amount of 30-50 wt .-%, calcium hydroxide pigment particles in an amount of 30-50 wt .-% and water glass in an amount of 10-40% by weight.
Bevorzugt ist der Anteil vom präzipitierten Calciumcarbonat PCC von 35–45 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 37–43 Gew.-% sowie von Calcium-Hydroxid-Pigmentpartikeln von 35–45 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 37–43 Gew.-% sowie von Wasserglas von 15–30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 18–23 Gew.-%.The proportion of precipitated calcium carbonate PCC of 35-45% by weight and very particularly preferably 37-43% by weight and of calcium hydroxide pigment particles of 35-45% by weight and very particularly preferably 37-43% by weight is preferred. 43 wt .-% and of water glass from 15-30 wt .-% and most preferably from 18-23 wt .-%.
Wird insoweit eine Standardformulierung von etwa 40 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat PCC und etwa 40 Gew.-% Calcium-Hydroxid-Pigmentpartikel sowie von etwa 20 Gew.-% Wasserglas gewählt, so erhält man ein geeignetes Standard-Komposit im Sinne der Erfindung.If a standard formulation of about 40% by weight of precipitated calcium carbonate PCC and about 40% by weight of calcium hydroxide pigment particles and of about 20% by weight of water glass is selected, the result is a suitable standard composite according to the invention.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Titandioxid-freie Dispersionsfarbe enthaltend, 5–15 Gew.-% Polymerdispersion gerechnet als Feststoffanteil, 10–60 Gew.-% Füllstoff, 1–4 Gew.-% Wasserglas, 2–15 Gew.-% Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral, 2–15 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat PCC, gerechnet jeweils als Feststoffanteil und zu 100 Gew.-% ergänzte Anteile an Wasser.Furthermore, the invention relates to a titanium dioxide-free emulsion paint containing 5-15 wt .-% polymer dispersion calculated as solids content, 10-60 wt .-% filler, 1-4 wt .-% water glass, 2-15 wt. % Calcium silicate hydroxide mineral, 2-15% by weight of precipitated calcium carbonate PCC, calculated in each case as solids content and to 100% by weight of added amounts of water.
In Bezug auf ein Beschichtungssystem ist es besonders bevorzugt, etwa 3–7 Gew.-% und besonders bevorzugt 4–6 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat PCC, etwa 3–7 Gew.-% und besonders bevorzugt 4–6 Gew.-% Calcium-Hydroxid-Pigmentpartikel sowie etwa 1,5–2,5 Gew.-% und besonders bevorzugt 2 Gew.-% Wasserglas vorzusehen.With respect to a coating system, it is particularly preferred to use about 3-7% by weight, and more preferably 4-6% by weight, of precipitated calcium carbonate PCC, about 3-7% by weight, and most preferably 4-6% by weight. 6 wt .-% calcium hydroxide pigment particles and about 1.5-2.5 wt .-% and particularly preferably 2 wt .-% to provide water glass.
Alle im Rahmen dieser Erfindung offenbarten Angaben bzgl. der Größe, Konzentration in Gew.-% oder Vol.-%, pH-Wert usw. werden mit der Maßgabe beschrieben, dass sie alle Werte mit umfassen, die im Bereich der dem Fachmann bekannten jeweiligen Messgenauigkeit liegen. Der Hinweis auf die Titandioxid-Freiheit ist weiter so zu verstehen, dass diese Freiheit auch bei Vorliegen von Verunreinigungen bis etwa 1 Gew.-% vorliegt. Die Angaben zu Gew.-% sind jeweils bezogen auf den Feststoff.All information disclosed in the context of this invention in terms of size, concentration in wt .-% or Vol .-%, pH, etc., are described with the proviso that they include all values which are within the range known to those skilled Measuring accuracy are. The reference to the titanium dioxide freedom is further to be understood that this freedom is present even in the presence of impurities to about 1 wt .-%. The information on wt .-% are each based on the solid.
Unter einer Dispersionsfarbe im Sinne der vorliegenden Erfindung werden wasserhaltige Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Wände und Decken verstanden, die eine Dispersion, in der Regel eine Emulsion oder (bzw.) Suspension, aus Füllstoffen, Binde- und Lösungsmitteln, Pigmenten und Zusatzstoffen enthalten. Es kann sich hierbei – ohne freilich hierauf beschränkt zu sein – um eine Kunststoffdispersionsfarbe handeln, bei der Konservierungsstoffe hinzugefügt sind. Es kann sich auch um eine reine Dispersionsfarbe handeln, die ohne Konservierungsstoffe formuliert ist. Insbesondere werden hierunter wasserhaltige Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Wände und Decken im Sinne der
Mittels des erfindungsgemäßen titandioxidfreien Komposits sowie mittels der titandioxidfreien erfindungsgemäßen Farbe wird ein Deckvermögen erreicht, das mindestens die Klasse 2 der
Bevorzugt wird mit einer erfindungsgemäßen Farbe ein Deckvermögen von zwischen 99 und 98 bei 6 m2 je Liter nach
Zur Erläuterung wird darauf hingewiesen, dass das Kontrastverhältnis nach der
Weiterhin wird eine Nassabriebbeständigkeit von mindestens Klasse 3 nach
In Bezug auf die Nassabriebbeständigkeit wird bevorzugt die Klasse 2 der
Zur Feststellung der Nassabriebbeständigkeit wird nach der
Es wurde überraschend gefunden, dass das erfindungsgemäße Komposit aus 10–40 Gew.-% Wasserglas, 30–50 Gew.-% Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral und 30–50 Gew.-% präzipitiertem Calciumcarbonat Titandioxid substituieren können, und zwar bis zu seiner vollständigen Substitution, dabei aber gleichwohl ein Deckvermögen wasserhaltiger Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Wände und Decken erreichen, die wenigstens den vorerwähnten Klassen der
Diese gerade in ihrer kompositorischen Zusammensetzung des vorliegenden Komposits mit dem Titandioxid vergleichbaren Eigenschaften sind deshalb überraschend, weil die Komponenten des präzipitierten Calciumcarbonats und des Calciumsilikat-Hydroxid-Minerals jeweils für sich genommen eine Brechzahl aufweisen, die deutlich unterhalb derjenigen liegt, wie sie für Titandioxid oben erwähnt wurde. Die Brechzahl für präzipitiertes Calciumcarbonat liegt bei etwa 1,6 und die Brechzahl für das Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral bei etwa 1,58. Dementsprechend hat die im Stand der Technik bekannte Zugabe der einzelnen vorerwähnten Bestandteile zu dem Weiß-Pigment Titandioxid auch nie zu einer deutlichen Verbesserung des Deckvermögens eines hiermit hergestellten wasserhaltigen Beschichtungsstoffs bzw. Beschichtungssystems, insbesondere einer Farbe, geführt. Die physikalischen/chemischen Gründe, weshalb gerade diese überraschende kombinatorische Wirkung des Komposits eintritt, können im gegenwärtigen Zeitpunkt nur vermutet werden.These properties comparable with the titanium dioxide in their composition of composition of the present composite are surprising because the components of the precipitated calcium carbonate and of the calcium silicate hydroxide mineral in each case have a refractive index which is significantly lower than that for titanium dioxide above was mentioned. The refractive index for precipitated calcium carbonate is about 1.6 and the refractive index for the calcium silicate-hydroxide mineral is about 1.58. Accordingly, the addition of the individual abovementioned constituents to the white pigment titanium dioxide, which is known in the prior art, also never leads to a significant improvement in the hiding power of a waterborne coating material or coating system produced therewith, in particular a color, led. The physical / chemical reasons why this surprising combinatorial effect of the composite occurs can only be assumed at the present time.
Das vorliegende Komposit bzw. der unter seiner Zugabe hergestellte wasserhaltige Beschichtungsstoff bzw. das Beschichtungssystem für Wände und Decken erreicht das gute Deckvermögen mithin nicht über die hohe Brechzahl, wie dies beim Titandioxid der Fall ist, sondern über die Kombination von den drei zusammengestellten Komponenten. Das Ergebnis in einem Beschichtungssystem ist ein, im getrockneten Zustand, abdeckender Film, der auch in dünnen Schichten vollständig Hintergründe mit starkem Kontrast abzudecken in der Lage ist.The present composite or the water-containing coating material or the coating system for walls and ceilings produced with its addition achieves the good hiding power therefore not the high refractive index, as is the case with titanium dioxide, but the combination of the three components. The result in a coating system is a dried film covering film that is capable of fully masking high contrast backgrounds even in thin layers.
Bereits mit einer relativ niedrigen Pigment-Volumen-Konzentration wird mithin ein Deckvermögen für wasserhaltige Beschichtungssysteme, insbesondere Farben, erreicht, das demjenigen von wasserhaltigen Beschichtungsstoffen und Beschichtungssystemen entspricht, denen Titandioxid als Weiß-Pigment zugegeben wurde.Even with a relatively low pigment volume concentration, hiding power is thus achieved for aqueous coating systems, in particular paints, which corresponds to that of aqueous coating materials and coating systems to which titanium dioxide has been added as a white pigment.
Das mit dem erfindungsgemäßen Komposit erzielte hohe Deckvermögen ist deshalb auch überraschend, weil die Komponenten des Komposits im Stand der Technik eher als Füllstoffe eingesetzt wurden, die in dieser Eigenschaft dem Titandioxid beigemischt wurden. Überraschend ist das Ergebnis auch deshalb, weil jede der drei Komponenten einzeln, sogar in recht großer Menge für sich genommen, nur zu einer halbdeckenden Lasur führt, wenn man sie als kontrastbegründendes Medium einsetzen und als solches betrachten würde.The high hiding power achieved with the composite according to the invention is therefore also surprising because the components of the composite in the prior art were used rather as fillers which were mixed in this property with the titanium dioxide. Surprisingly, the result is also because each of the three components individually, even taken in quite a large amount by itself, only leads to a semi-opaque glaze, if they were used as a contrast-establishing medium and considered as such.
Unter Wasserglas im Sinne der vorliegenden Erfindung werden anorganische Bindemittel verstanden, also wasserlösliche Silikate oder ihre wässrigen Lösungen. In Betracht kommen Natriumsilikate, Kaliumsilikate oder Lithiumsilikate. Bevorzugt ist ein Silikat, bei dem überwiegend Kalium enthalten ist, mithin Kaliwasserglas.For the purposes of the present invention, water glass means inorganic binders, ie water-soluble silicates or their aqueous solutions. Sodium silicates, potassium silicates or lithium silicates may be considered. Preference is given to a silicate in which predominantly potassium is contained, thus potassium silicate glass.
Besonders bevorzugt wird hierbei eine Kaliwasserglaslösung mit einem Feststoffgehalt von circa 20 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 30 Gew.-%. Dieses Bindemittel auf der Basis von Kaliumsilikat weist ferner eine Dichte, gemessen bei 20°C, von circa 1,20–1,30 g/cm3 auf. Der 10%ige pH-Wert liegt bei 10,5–11,0. Die Viskosität bei 20°C liegt bei circa 25–30 mPas.Particular preference is given here to a potassium silicate solution having a solids content of about 20 to 35% by weight, particularly preferably 25 to 30% by weight. This potassium silicate-based binder further has a density, measured at 20 ° C, of about 1.20-1.30 g / cm 3 . The 10% pH is 10.5-11.0. The viscosity at 20 ° C is about 25-30 mPas.
Der erfindungsgemäße Bestandteil von 1–4 Gew.-% Wasserglas bezieht sich also auf den prozentual angegebenen Feststoffgehalt dieses anorganischen Bindemittels.The constituent of 1-4% by weight of water glass according to the invention thus relates to the percentage solids content of this inorganic binder.
Selbstredend erfüllt das Wasserglas im Sinne der Erfindung auch seine herkömmlichen Funktionen im Zusammenhang mit der Herstellung von wasserhaltigen Beschichtungsstoffen, insbesondere was seine Eigenschaft zur Verbesserung der Lagerstabilität und der Konservierung sowie der Verarbeitbarkeit anbelangt.Of course, the water glass in the context of the invention also fulfills its conventional functions in connection with the production of water-containing coating materials, in particular as regards its property for improving the storage stability and the preservation as well as the processability.
Als Pigment weist das Komposit 30–50 Gew.-% ein Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral auf. Es ist ein anorganischer, überaus weißer Füllstoff, der eine hohe Opazität bewirkt, der insbesondere eine hohe Abdeckleistung schafft.As a pigment, the composite 30-50 wt .-% of a calcium silicate hydroxide mineral on. It is an inorganic, very white filler that provides high opacity, which in particular provides high coverage.
Im Sinne der Erfindung wird als Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral eine chemische Zusammensetzung mit den Bestandteilen 6 CaO 6 SiO2 H2O verstanden. Neben den Hauptbestandteilen CaO und SiO2 können weitere Nebenbestandteile wie etwa Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder Spuren von anderen Elementen vorliegen.For the purposes of the invention, a calcium silicate-mineral mineral is understood as meaning a chemical composition with the constituents 6 CaO 6 SiO 2 H 2 O. In addition to the main constituents CaO and SiO 2 , further secondary constituents such as magnesium oxide, aluminum oxide or traces of other elements may be present.
Es weist eine Brechzahl von circa 1,58–1,59 auf. Sein pH-Wert nach
Das Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral kann als Pulver oder als Slurry zur Verfügung gestellt werden.The calcium silicate-hydroxide mineral may be provided as a powder or as a slurry.
Weiter weist das Komposit 30–50 Gew.-% präzipitiertes Calciumcarbonat auf. Es kann in unterschiedlichen Kristallmodifikationen und Kornformen vorliegen. Hierfür kann handelsübliches präzipitiertes Calciumcarbonat eingesetzt werden, dessen Herstellung mit dem Abbau des Kalksteins beginnt und die weiteren Verfahrensschritte des Brennens und Löschens des Kalks, der Fällung des Kalks beispielsweise durch Reaktion des Calciumhydroxids mit dem aus dem Kalkbrenner stammenden CO2 umfasst. Die Morphologie des präzipitierten Calciumcarbonats, dessen Summenformel CaCO3 ist, weist einen festen Aggregatzustand auf.Further, the composite has 30-50% by weight of precipitated calcium carbonate. It can be present in different crystal modifications and grain shapes. Commercially available precipitated calcium carbonate can be used for this purpose, the preparation of which begins with the degradation of the limestone and comprises the further process steps of firing and extinguishing the lime, precipitation of the lime, for example by reaction of the calcium hydroxide with the CO 2 originating from the lime burner. The morphology of the precipitated calcium carbonate, whose molecular formula is CaCO 3 , has a solid state of matter.
Es kann als Pulver oder als Slurry vorliegen.It can be present as a powder or as a slurry.
Die Teilchengröße, insbesondere die Teilchengrößenverteilung, wirkt sich auf die Licht-Streueffizienz aus. Je feiner ein Pulver ist, desto mehr streut es normalerweise, weil es eine größere spezifische Oberfläche hat. Eine Rolle spielt weiterhin der Reinheitsgrad. Die Brechzahl liegt bei etwa 1,65. Die Kristallstruktur des Kalzits (Calcite) ist rhomboedrisch. The particle size, in particular the particle size distribution, has an effect on the light scattering efficiency. The finer a powder, the more it normally spreads, because it has a larger specific surface area. A role continues to play the purity. The refractive index is about 1.65. The crystal structure of calcite is rhombohedral.
Ein wasserhaltiger Beschichtungsstoff und Beschichtungssysteme für Wände und Decken, insbesondere eine Farbe, können neben den vorerwähnten Bestandteilen auch weitere Nebenkomponenten aufweisen, nämlich Kaolin vorliegend als Kaolinitaluminiumsilikathydrat mit einer Summenformel Al2O3 2SiO2 2H2O. Statt Kaolin oder zusätzlich zu Kaolin kann als Nebenbestandteil auch Talkum zugegeben werden, nämlich Magnesiumsilikat mit Kristallwasser (Mg3[(OH)2/SiO4O10]). Kaolin und Talkum können 25–35 Gew.-% aufweisen.A water-containing coating material and coating systems for walls and ceilings, in particular a color, in addition to the aforementioned components also have other minor components, namely kaolin present as Kaolinitaluminiumsilikathydrat with a molecular formula Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Instead kaolin or in addition to kaolin can as Addition of talc are added, namely magnesium silicate with water of crystallization (Mg 3 [(OH) 2 / SiO 4 O 10 ]). Kaolin and talc may be 25-35% by weight.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Farbe über 1,5 Gew.-% Wasserglas und 5 Gew.-% monoklines Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral aufweist. Dabei ist Calciumsilikat-Hydroxid-Mineral in der Morphologie von Xonotlit bevorzugt.It is particularly preferred if the paint has more than 1.5% by weight of water glass and 5% by weight of monoclinic calcium silicate hydroxide mineral. Here, calcium silicate-hydroxide mineral is preferred in the morphology of xonotlite.
Die Farbe enthält das erfindungsgemäße Komposit in ideal dispergierter Form, was im Anwendersystem zu einer Steigerung der Lichtstreuung der das Titandioxid ersetzenden Komponenten führt.The paint contains the composite according to the invention in an ideally dispersed form, which leads to an increase in the light scattering of the titanium dioxide-replacing components in the user system.
Es ist bevorzugt, dass die Farbe einen pH-Wert von 10–12 nach
Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Farbe konservierungsmittelfrei ist, was durch die Einstellung des pH-Bereichs von 10–12 erreicht wird. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt primär durch das Wasserglas, das – wie dargelegt – als Bestandteil des Komposits auch zu dem Effekt des hohen Deckvermögens des Komposits beiträgt. Weiterhin kann der pH-Wert mittels eines Silikonates eingestellt werden.It is furthermore preferred that the color is preservative-free, which is achieved by adjusting the pH range of 10-12. The adjustment of the pH is primarily by the water glass, which - as stated - as a component of the composite also contributes to the effect of the high hiding power of the composite. Furthermore, the pH can be adjusted by means of a siliconate.
Bevorzugt sind Alkali- oder Erdalkalialkylsilikonate, die insbesondere zur Feineinstellung des pH-Wertes zwischen 11 (Wirksamkeitsgrenze) und 11,5 (Kennzeichnungsgrenze) dienen.Preference is given to alkali metal or alkaline earth metal alkyl silicates which are used in particular for fine adjustment of the pH between 11 (potency limit) and 11.5 (labeling limit).
Die Farbe kann selbstverständlich noch weitere Additive wie Dispergiermittel, Verdickungsmittel, Stabilisatoren, Entschäumer und/oder Hydrophobierungsmittel enthalten.The color may of course also contain other additives such as dispersants, thickeners, stabilizers, defoamers and / or water repellents.
Die vorerwähnte Polymerdispersion, die in der Farbe als Feststoffanteil in der Formulierung enthalten ist, wird bevorzugt ausgewählt aus Polymeren, die aus herkömmlichen Monomeren erhalten worden sind. Insbesondere werden Polymere in der Ausgestaltung als Reinacrylate, Styrolacrylate bis zu Vinylacetatethylen erfasst.The above-mentioned polymer dispersion contained in the color as a solid content in the formulation is preferably selected from polymers obtained from conventional monomers. In particular, polymers in the embodiment are detected as pure acrylates, styrene acrylates up to vinyl acetate ethylene.
Die Verwendung von gemischten Polymeren, bestehend aus unterschiedlichen Monomeren, ist möglich.The use of mixed polymers consisting of different monomers is possible.
Als Füllstoffe werden insbesondere Silikate, Carbonate, Flussspat, Sulfate und Oxide zugegeben.In particular, silicates, carbonates, fluorspar, sulfates and oxides are added as fillers.
Die Erfindung wird durch die nachfolgende beispielhafte Zusammensetzung näher beschrieben. Alle Angaben erfolgen in Gew.-%. Die angegebenen Werte sind mit der Maßgabe aufgelistet, die im Bereich der dem Fachmann bekannten jeweiligen Messgenauigkeit liegen und zudem allfällige Verunreinigungen mit zu berücksichtigen sind. Mit diesen Angaben ist keine Limitierung der Erfindung verbunden. Beispiel 1:
Beispiel 1 gibt Rahmenbereiche an, die die erfindungsgemäßen Bestandteile sowie weitere übliche Komponenten für ein Beschichtungssystem, insb. eine Farbe, betreffen; Zusammensetzungen, die in diesem Bereich liegen, ergeben eine erfindungsgemäß beanspruchte Farbzusammensetzung. Bei den aufgeführten Komponenten handelt es sich um solche, die ohne weiteres im Handel erhältlich sind. Beispiel 2:
Beispiel 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Dispersionsfarbe. Der Feststoffanteil beträgt etwa 50%; auf Titandioxid wird verzichtet. Beispiel 3:
Beispiel 3 zeigt eine übliche Zusammensetzung einer Dispersionsfarbe, die ebenso wie die erfindungsgemäße Zusammensetzung z. B. die Anforderungen der
Beispiel 4 zeigt ebenfalls eine herkömmliche Dispersionsfarbe-Zusammensetzung mit einem Feststoffanteil von etwa 71 Gew.-% und einem Anteil von 7 Gew.-% Titandioxid. Die Komponenten sind handelsüblich. Die Farbe entspricht in ihren Effekten der Farbe gem. Beispiel 2.Example 4 also shows a conventional emulsion paint composition having a solids content of about 71% by weight and a content of 7% by weight of titanium dioxide. The components are commercially available. The color corresponds in their effects of the color gem. Example 2.
Aus den vorstehenden Beispielen folgt, dass mit der vorliegenden Erfindung Titandioxid mit Gewichtsanteilen von 7 bis 14 Prozent eingespart werden kann. It follows from the above examples that the present invention can save titanium dioxide in proportions by weight of 7 to 14 percent.
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