Jak wybrać dyspersję polimerową do produkcji farb i tynków?

VI Seminarium Spektrochemu
Optymalizacja jakościowa i cenowa technologii wytwarzania wodorozcieńczalnych farb i tynków dyspersyjnych
Jak wybrać dyspersję polimerową
do produkcji farb i tynków?
Czeladź, 20 listopada 2014
Wybór dyspersji polimerowej na rynku
• walka cenowa eurocentami na 1 kg dyspersji
• receptury ramowe, badania w laboratorium dostawcy
• pomoc w opracowaniu receptur przez dostawcę
2
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Zawartość dyspersji w farbie
• procentowa ilość dyspersji w farbie nic nie oznacza
• prawidłowym sposobem wyrażania jest SOP
• SOP – stężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy
Σ
SOP =
Σ
obj. PiN
obj. PiN
•
+
100%
obj. s.p.p.
Σ Obj.PiN – suma objętości pigmentów i napełniaczy
obj.s.p.p. – objętość suchej pozostałości polimeru, substancji błonotwórczej
3
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Stężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy
• co oznacza SOP?
SOP 85%
25% substancja błonotwórcza
85% pigmenty i napełniacze
Poglądowe objętościowe opisanie zawartości polimeru w powłoce
4
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Stężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy
• dlaczego oznaczanie SOP jest poprawniejsze niż podawanie ilości dyspersji w recepturze?
Farba A
15%
dyspersji
Farba B
W farbach A i B są różne napełniacze i układ bieli tytanowej. Napełniacze mają różą gęstość
29% polimeru
37% polimeru
71% napełniaczy i pigmentów
63% napełniaczy i pigmentów
SOP 71%
SOP 63%
Oznaczanie SOP pozwala zobrazować w jakim stopniu powłoka jest objętościowo napełniona
5
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Farby bazowe
• ustalenie receptur standardowych farb bazowych o zróżnicowanym SOP
• dobór dyspergatorów do bieli tytanowej i napełniaczy
• wykonywanie badań porównawczych na standardowych farbach bazowych
6
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Farby bazowe
Charakterystyka farb bazowych:
• SOP 65%, 75%, 85% i 92%
• dyspergatory: I stopnia: Polifos, II stopnia: Tensol DDM
• biocyd: Acticide MBS
• odpieniacz Romis 103
• biel tytanowa Tytanpol R-001
• napełniacz: dolomit P-20
• dodatek reologiczny: Natrosol 250HBR alkalizowany
• udział bieli tytanowej w SOP 65 - 45%, SOP 75 – 32,5%, SOP 85 – 23%, SOP 92 – 2,7%
(objętościowo w SOP)
• sucha pozostałość: dla farb SOP 65 ±60% m/m, pozostałe: ±55% m/m
7
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Badane dyspersje polimerowe
Dyspersja nr
Typ kopolimeru
1
Akrylowy
2
3
4
5
8
VI Seminarium Spektrochemu
Styrenowoakrylowy
wg danych producenta
Cena zakupu
dyspersji
2°C
6,20 zł/kg
0°C
5,46 zł/kg
< 5°C
4,65 zł/kg
5°C
4,90 zł/kg
1°C
5,04 zł/kg
MTTF
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Koszty wsadu przygotowanych farb
9
Dyspersja
polimerowa
nr
65%
75%
85%
92%
1
4,01 zł/l
3,07 zł/l
2,51 zł/l
1,19 zł/l
2
3,79 zł/l
3
3,54 zł/l
2,79 zł/l
2,34 zł/l
1,11 zł/l
4
3,62 zł/l
2,83 zł/l
2,37 zł/l
1,12 zł/l
5
3,66 zł/l
VI Seminarium Spektrochemu
SOP
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Odporność powłok na szorowanie na mokro
6000
SOP 65 dyspersja 1: 4,01 zł/l
dyspersja nr 1
SOP 65 dyspersja 4: 3,62 zł/l
3,54 zł/l
5000
dyspersja nr 3
Liczba posuwów, cykli .
dyspersja nr 4
4000
3000
SOP 73,5: 2,86 zł/l
3,07 zł/l
SOP 75,5: 2,81 zł/l
2000
2,83 zł/l
SOP 80,0: 2,75 zł/l
1200 cykli szorowania
1000
2,79 zł/l
0
60
65
70
SOP 73,5
75
SOP 75,5
SOP
80
80
85
90
95
S tężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy (S OP), %
Zależność odporności na szorowanie powłok od SOP
10
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Odporność powłok na szorowanie na mokro
1000
Liczba posuwów, cykli .
800
dyspersja nr 1
dyspersja nr 3
600
2,79 zł/l
500 cykli szorowania
2,50 zł/l
dyspersja nr 4
2,60 zł/l
400
200
SOP 74,8
SOP 81,7
SOP 83,1
0
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
Stężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy (SOP), %
Uszczegółowienie zależności SOP od szorowania w zakresie do 1000 cykli
11
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Odporność powłok na szorowanie na mokro
140
120
Liczba posuwów, cykli .
dyspersja nr 1
dyspersja nr 3
100
dyspersja nr 4
80
2,26 zł/l
60
2,23 zł/l
50 cykli szorowania
2,51 zł/l
40
20
SOP 85
SOP 87,4
SOP 87,6
0
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
Stężenie objętościowe pigmentów i napełniaczy (SOP), %
Uszczegółowienie zależności SOP od szorowania w zakresie do 150 cykli
12
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Odporność powłok na szorowanie na mokro
6000
> 5000 cykli
SOP 65%
liczba posuwów, cykli .
5000
> 5000 cykli
> 5000 cykli
3,62 zł/l
3,66 zł/l
4
5
4,01 zł/l
4000
3000
2000
1000
2800 cykli
5200 cykli
3,79 zł/l
3,54 zł/l
2
3
0
1
Dyspersja polimerowa nr
Zestawienie odporności na szorowanie powłok SOP 65%
13
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Szorowanie powłok schnących w 20°C / 5°C
Dyspersj
a
polimero
wa nr
SOP
65%
75%
85%
92%
1
Spękana
1800 / 3200
45 / 50
-/5
2
2800 / >5000
3
Spękana
180 / 300
60 / 70
- / 16
4
Spękana
650 / 1300
60 / 70
- / 10
Zestawienie odporności na szorowanie powłok schnących w 20°C / 5°C
14
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Ubytek grubości powłok wg ISO
30
SOP 65%
Ubytek grubości powłoki, µm
.
Klasa 3
25
ubytek po 200 cyklach
24 µm
20
Klasa 2
15
10
3 µm
9 µm
5
5 µm
Klasa 1
0
1
2
3
4
4 µm
5
Dyspersja polimerowa nr
Zestawienie odporności na szorowanie – ubytek grubości powłok SOP 65% po 200 cyklach
15
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Ubytek grubości powłok wg ISO
SOP 75% po 200 cyklach
45
SOP 85% po 40 cyklach
Ubytek grubości powłoki, µm
.
40
35
30
39 µm
37 µm
39 µm
Klasa 4
po 40 cyklach
25
20
15
10
Klasa 2
28 µm
19 µm
13 µm
5
Klasa 1
0
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Zestawienie odporności na szorowanie – ubytek grubości powłok po 40 (SOP 85%) i 200 cyklach (SOP 75%)
16
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
84
przed naświetlaniem
po naświetlaniu
Wskaźnik białości wg Taubego .
82
80
78
76
74
72
70
1
2
3
4
5
Dyspersja polimerowa nr
Białość powłok SOP 65%
17
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
3,0
przed naświetlaniem
Zażółcenie powłoki .
2,5
po naświetlaniu
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1
2
3
4
5
Dyspersja polimerowa nr
Zażółcenie powłok SOP 65%
18
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
84
Wskaźnik białości wg Taubego .
przed naświetlaniem
po naświetlaniu
82
80
78
76
74
72
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Białość powłok SOP 75%
19
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
3,0
Zażółcenie powłoki .
2,5
przed naświetlaniem
po naświetlaniu
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Zażółcenie powłok SOP 75%
20
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
83
Wskaźnik białości wg Taubego .
82
81
80
przed naświetlaniem
79
po naświetlaniu
78
77
76
75
74
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Białość powłok SOP 85%
21
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
3,0
Zażółcenie powłoki .
2,5
przed naświetlaniem
po naświetlaniu
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Zażółcenie powłok SOP 85%
22
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
86
Wskaźnik białości wg Taubego .
przed naświetlaniem
84
po naświetlaniu
82
80
78
76
74
72
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Białość powłok SOP 92%
23
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Białość i zażółcenie powłok
2,5
przed naświetlaniem
Zażółcenie powłoki .
2,0
po naświetlaniu
1,5
1,0
Zażółcenie zerowe
Wartość ujemna
0,5
0,0
-0,5
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Zażółcenie powłok SOP 92%
24
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność wody przez powłokę
kat. W3 (mała)
kat. W2 (średnia)
0,2
0,239
2
0,5
wody, kg/(m • h )
Współczynnik przepuszczalności .
0,3
0,1
kat. W3 (mała)
0,088
0,111
0,084
0,069
0,0
1
2
3
4
5
Dyspersje polimerowe nr
Współczynnik przepuszczalności wody powłok SOP 65%
25
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność wody przez powłokę
0,7
0,73
24 h
0,4
2
0,5
•
0,6
kg/m
Dobowa przepuszczalność wody .
0,8
0,3
0,2
0,29
0,24
0,23
0,22
0,1
0,0
1
2
3
4
5
Dyspersje polimerowe nr
Dobowa przepuszczalność wody powłok SOP 65%
26
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność wody przez powłokę
1,5
SOP 65
SOP 75
SOP 85
1,2
0,5
wody, kg/(m • h )
0,9
2
Współczynnik przepuszczalności .
kat. W1 (duża)
0,94
0,89
1,31
1,09
0,6
0,21
0,29
kat. W2 (średnia)
0,3
0,111
0,239
0,084
0,0
1
kat. W3 (mała)
3
4
Dyspersje polimerowe nr
Zestawienie współczynnika przepuszczalności wody przez powłoki SOP 65, 75 i 85%
27
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność wody przez powłokę
4,5
Dobowa przepuszczalność wody .
2
kg/m • 24h
4,0
SOP 65
SOP 75
3,5
SOP 85
3,0
2,5
3,0
2,0
2,4
3,9
1,5
4,1
0,89
1,0
1,14
0,5
0,73
0,24
0,23
0,0
1
3
4
Dyspersje polimerowe nr
Zestawienie dobowej przepuszczalności wody przez powłoki SOP 65, 75 i 85%
28
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność pary wodnej przez powłokę
Przepuszczalność pary wodnej, g/m2
•
d .
70
60
50
58,0
V2 (średni)
40
Poziom wymagany dla farb elewacyjnych wg PN-C-81913:1998
30
32,0
28,0
16,0
20
10
V3 (mały)
9,00
0
1
2
3
4
5
Dyspersja polimerowa nr
Przepuszczalność pary wodnej przez swobodne powłoki farb SOP 65%
29
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Przepuszczalność pary wodnej przez powłokę
SOP 75
SOP 85
350
Przepuszczalność pary wodnej, g/m2
380
SOP 92
V1 (duży)
•
d .
400
308
326
300
301
287
250
270
224
200
198
176
150
100
V2 (średni)
50
0
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Przepuszczalność pary wodnej przez swobodne powłoki farb SOP 65, 75 i 85%
30
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Krycie ilościowe
9,0
2
Wydajność przy współczynniku .
2
kontrastu 0,995, m /l
8,5 m /l
2
Różnica 0,3 m z litra
8,5
8,0
2
2
Różnica 1 m z litra
Różnica 1,4 m z litra
2
Różnica 1,2 m z litra
7,5
7,0
6,5
6,0
1
2
3
4
5
Dyspersja polimerowa nr
Krycie ilościowe jako wydajność do pełnego pokrycia – powłoki SOP 65%
31
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Krycie ilościowe
8,6
Wydajność przy współczynniku .
2
kontrastu 0,995, m /l
8,4
2
8,4 m /l
8,2
2
8,4 m /l
2
8,0
Różnica 0,9 m z litra
7,8
7,6
7,4
7,2
7,0
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Krycie ilościowe jako wydajność do pełnego pokrycia – powłoki SOP 75%
32
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Krycie ilościowe
Wydajność przy współczynniku .
2
kontrastu 0,995, m /l
8,9
8,8
2
8,8 m /l
8,7
2
8,8 m /l
2
8,6
Różnica 0,4 m z litra
8,5
8,4
8,3
8,2
1
3
4
Dyspersja polimerowa nr
Krycie ilościowe jako wydajność do pełnego pokrycia – powłoki SOP 85%
33
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Krycie ilościowe
7,4
Wydajność przy współczynniku .
2
kontrastu 0,995, m /l
7,2
2
7,0
2
Różnica 0,5 m z litra
7,3 m /l
3
4
2
6,8
Różnica 1 m z litra
6,6
6,4
6,2
6,0
5,8
1
Dyspersja polimerowa nr
Krycie ilościowe jako wydajność do pełnego pokrycia – powłoki SOP 92%
34
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Wnioski
• cena zakupu dyspersji polimerowej nie jest wykładnikiem jakości
• w zależności od SOP każda dyspersja zachowuje się inaczej
• minimalna temperatura tworzenia filmu dyspersji nie jest wyznacznikiem
najniższej temperatury stosowania farby na danej dyspersji
• przepuszczalność wody i pary wodnej zależy od rodzaju dyspersji i SOP
• dyspersje polimerowe wpływają na krycie ilościowe i jakościowe powłok
35
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Badania zachowania się dyspersji polimerów
Podsumowanie
• przedstawione wyniki badań są przedmiotem codziennej pracy badawczej
Spektrochemu
• w taki sposób badamy dyspersje polimerowe celem określenia ich jakości
• badania wykonujemy również dla dostawców dyspersji polimerowych
• badania należy dodatkowo rozszerzyć o oceny stabilności w czasie farb
sporządzonych z danymi spoiwami polimerowymi (tu nie opisane)
• w ten sposób producent farb powinien prowadzić dobór dyspersji
• Spektrochem dysponuje oraz cały czas rozbudowuje bazę danych na
temat jakości i powtarzalności dyspersji
• przedstawiony sposób stosuje się również do tynków
36
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014
Dziękuję za uwagę!
37
VI Seminarium Spektrochemu
Czeladź, 20.11.2014