Materiały VI Seminarium Spektrochemu

OPTYMALIZACJA JAKOŚCIOWA I CENOWA TECHNOLOGII WYTWARZANIA WODOROZCIEŃCZALNYCH FARB I TYNKÓW
DYSPERSYJNYCH • CZELADŹ 20 XI 2014
13
Artur PAŁASZ
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Farb, Klejów i Polimerów „SPEKTROCHEM”,
Tarnobrzeg
Biel tytanowa. Ale jaka?
ABSTRAKT. Wykład oparty o wyniki badań kilku
rodzajów bieli tytanowej dostępnej na polskim rynku.
Omówiono podstawowe różnice między przebadanymi
bielami tytanowymi, ich wpływ na relację ceny do
jakości wyrobu w odniesieniu do krycia, zdolności do
rozjaśniania past pigmentowych oraz odporności na
światło. Przedstawiono również oznaczone różnice w
dyspergowalności bieli tytanowych i wynikających z
tej właściwości możliwości sterowania wydajnością
produkcji i kosztu wytworzenia wyrobów. Zwrócono
szczególną
uwagę
na
konieczne
zmiany
zapotrzebowania dyspergatorów w recepturach.
ABSTRACT. Titanium dioxide. But what? The
lecture is based on the results of several types of
titanium dioxide available on the Polish market.
Discusses the fundamental differences between the
titanium dioxide have been tested, and their effect on
the relation of price to quality product in relation to
opacity, the ability to brighten the pigment pastes and
resistance to light. Also shows marked differences in
dispersibility of titanium dioxide and arising out of the
performance characteristics of the control possibilities
of production and manufacturing cost. Special
attention was paid to the necessary changes in demand
dispersants in recipes.
powłoki na nowej bieli tytanowej trzeba zastosować jej
więcej. Jeżeli biel tytanowa jest wysokiej jakości może
być z kolei możliwość zastosowania mniejszej ilości
przy tym samym kryciu, białości, itp. Niezwykle
rzadko zwraca się uwagę na konieczność zmiany
układu dyspergatorów przy zmianie bieli tytanowej.
Procedura
doboru
dodatków
dyspergującomostkujących musi być stosowana zawsze, gdy
zmienia się ilość, rodzaj lub uziarnienie napełniaczy i
pigmentów. Od prawidłowego doboru dyspergatorów
i odpowiedniego zdyspergowania bieli tytanowej
(również i napełniaczy) zależy jej efektywność
działania. Niewłaściwie dobrane dyspergatory oraz
niewłaściwy
proces
dyspergowania
jest
odpowiedzialny za słabe krycie, mimo zastosowania
sporej ilości bieli w recepturze oraz za zmiany
odcienia koloru w czasie mieszania (tzw. problem
„rozwoju koloru”).
Prawidłowo zdyspergowana biel tytanowa może
być oceniana pod kątem skuteczności działania oraz
stanowi podstawę do przeprowadzenia analizy
ekonomicznej jej stosowania. Podmiana bieli
tytanowej skutkuje praktycznie zawsze zmianą ilości
dyspergatorów
zwanej
przez
Spektrochem
zapotrzebowaniem na dyspergatory.
Wstęp
Farby do badań
Biel tytanowa jest najdroższym składnikiem farb i
tynków dyspersyjnych. Jej ilość w recepturze w
nadzwyczaj znaczący sposób wpływa na koszt
wyrobu. Dlatego dokładne poznanie jej właściwości
jest konieczne dla optymalnego stosowania w różnych
układach.
Bardzo
ważne
jest
odpowiednie
zdyspergowanie bieli tytanowej dla uzyskania jej
pełnej efektywności działania. W niniejszym referacie
zostały omówione wyniki badań pięciu bieli
tytanowych rutylowych otrzymywanych metodą
siarczanową oraz jednej rutylowej otrzymywaną
metodą chlorkową. Porównano krycie, białość i
zażółcenie, odporność powłok na światło, zdolność do
rozjaśniania oraz zapotrzebowanie na dyspergatory.
Przygotowano w laboratorium farby dyspersyjne w
oparciu o dyspersję polimerową Axilat 8202MB
(Momentive), napełniacz P-20 (Piotrowice) oraz biele
tytanowe rutylowe: Tytanpol (Grupa Azoty Police): R001, R-003, R-211, R-213, Pretiox RGU (Precheza) oraz
chlorkową TiPure R-706 (DuPont). Farby do badań
posiadały SOP 85%, suchą pozostałość ±55% m/m, a
udział bieli tytanowej wynosił 23% w SOP-ie.
Jako dyspergatory zastosowano: dyspergator Istopnia Polifos (Luvena), dyspergator II-stopnia
Tensol DDM (Tensis) – dodatek dyspergującomostkujący. Dobór dyspergatorów przeprowadzono
autorską metodą opracowaną w Spektrochemie.
Dodatkiem reologicznym był alkalizowany roztwór
Natrosolu 250HBR (Ashland), jako biocydu użyto
mieszany MIT/BIT Acticide MBS (Thor), zaś jako
odpieniacza Romis 103 (Rowis System).
Dyspergowanie
Powszechnie
stosowane
podmienianie
w
recepturach jednej bieli tytanowej przez drugą,
zazwyczaj tańszą jest oczywiście możliwe. Musi być
jednak poprzedzone odpowiednimi badaniami, które
pokażą, czy rzeczywiście tania w zakupie biel
tytanowa jest tania w danym układzie. Może się
okazać, że aby uzyskać takie same właściwości
OBR FARB, KLEJÓW I POLIMERÓW „SPEKTROCHEM”
Metodyka badawcza
Farby przygotowano technologią Spektrochemu,
pozostawiono na 3-5 dni, wymieszano i otrzymano
powłoki do badań. Kondycjonowanie powłok 14 dni.
Metodyka badawcza zastosowana do oceny farb:
VI SEMINARIUM SPEKTROCHEMU
OPTYMALIZACJA JAKOŚCIOWA I CENOWA TECHNOLOGII WYTWARZANIA WODOROZCIEŃCZALNYCH FARB I TYNKÓW
DYSPERSYJNYCH • CZELADŹ 20 XI 2014
–
–
–
–
–
zapotrzebowanie na dyspergatory: autorska
metoda
badawcza
Spektrochemu
(udostępniana podczas szkoleń warsztatowych
dla technologów)
krycie jakościowe: PN-86/C-81536 metoda C (z
modyfikacją Spektrochemu)
krycie ilościowe: autorska metoda badawcza
Spektrochemu
wydajność przy pełnym kryciu: PN-EN ISO
6504-3:2008. Jako pełne krycie przyjęto
współczynnik kontrastu 0,995.
białość: PN-C-81914:1998 pkt. 3.5.5 (wzór
Taubego)
–
–
14
zażółcenie: PN-86/C-04404/16
odporność na działanie światła: autorska
metoda badawcza Spektrochemu (prawidłowa
metoda oznaczania odporności na światło, a nie
promieniowanie UV, występujące na Ziemi w
znikomym stopniu).
Wyniki badań
W Tabeli 1 zestawiono zapotrzebowanie na
dyspergatory, wyniki oznaczeń krycia ilościowego i
jakościowego, wydajności przy pełnym kryciu,
białość, zażółcenie oraz odporność na działanie
światła.
Tabela 1. Wyniki badań farb z różnymi bielami tytanowymi
Biel tytanowa
Zapotrzebowanie na
dyspergatory w
stosunku do farby z
Tytanpol R-001
Polifos
Tytanpol R-001
Tensol
DDM
Ustalone
na drodze badań
Przed działaniem
światła i temperatury
Krycie
Ilościowe
Jakościowe
(zużycie)
Po 5 cyklach działania
światła i temperatury
Wydajność
przy
pełnym
kryciu
Białość
Zażółcenie
Białość
Zażółcenie
279
cm3/m2
III (2,6)
7,6 m2/l
80,9
1,3
78,3
2,1
Tytanpol R-003
↓ 50 %
↓ 66 %
274
cm3/m2
III (2,5)
7,9 m2/l
80,2
1,5
76,5
2,7
Tytanpol R-211
Bez zmian
↑ 33 %
245
cm3/m2
III (2,4)
8,3 m2/l
78,3
2,2
75,2
3,1
Tytanpol R-213
Bez zmian
↓ 33 %
270
cm3/m2
III (2,6)
7,7 m2/l
82,8
0,9
79,2
2,0
Pretiox RGU
↓ 50 %
↓ 33 %
275
cm3/m2
III (2,5)
7,9 m2/l
79,5
1,6
76,3
2,6
TiPure R-706
Bez zmian
↓ 66 %
298
cm3/m2
III (2,6)
7,6 m2/l
85,9
-0,1
83,6
0,5
Legenda: ↑ - zwiększenie ilości dyspergatora, ↓ - zmniejszenie ilości dyspergatora
Z Tabeli 1 wynika, że najlepsze krycie ilościowe
(najniższe zużycie) i jednocześnie najlepszą wydajność
podczas malowania do pełnego pokrycia podłoża
posiada farba sporządzona na bieli tytanowej
Tytanpol R-211. Powłoka z tej farby posiada jednak
najwyższy stopień zażółcenia zarówno przed jak i po
działaniu światła.
Najniższe krycie uzyskano przy farbie z bielą
chlorkową TiPure R-706. Powłoki tej farby posiadają
jednak najniższe zażółcenie i najwyższą białość.
Powłoki pozostałych farb posiadają białość i
zażółcenie na podobnym poziomie, poza farbą na bieli
Tytanpol R-213, która posiada nieco niższe zażółcenie
i wyższą białość od pozostałych.
Najniższe zużycie dyspergatorów (w stosunku do
farby bazowej na bieli Tytanpol R-001) wykazują farby
sporządzone na bielach tytanowych Tytanpol R-003 i
TiPure R-706 (obniżenie ilości dyspergatora II-stopnia
o 66%) i Tytanpol R-213 oraz Pretiox RGU (obniżenie
ilości dyspergatora II-stopnia o 33%).
Farby sporządzone na bielach tytanowych Tytanpol
R-003 i Pretiox RGU wymagają również obniżenia o
OBR FARB, KLEJÓW I POLIMERÓW „SPEKTROCHEM”
połowę ilości stosowanego Polifosu, co jest bardzo
dużą zaletą. Polifos jako silny elektrolit powoduje
koagulacje dyspersji polimerowych, zatem im jest go
mniej w recepturze i farbie, tym lepiej dla stabilności
wyrobu.
Farba sporządzona na bieli tytanowej Tytanpol R213 wymaga użycia dyspergatora II-stopnia o 33%
więcej w stosunku do farby na bieli tytanowej
Tytanpol R-001.
Kalkulacje wsadu surowcowego
Koszt surowcowy wytworzenia farby podstawowej
z użyciem bieli Tytanpol R-001 wynosił 2,37 zł/litr. W
wyniku podmiany na inne rodzaje bieli tytanowych i
jednoczesne
modyfikacje
zapotrzebowania
na
dyspergatory
uzyskano
zróżnicowane
koszty
surowcowe pozostałych farb. Na wykresie 1
przedstawiono wpływ zastosowania innego rodzaju
bieli tytanowej wraz z wpływem dobranych ilości
dyspergatorów na cenę wsadu surowcowego dla
poszczególnych farb.
VI SEMINARIUM SPEKTROCHEMU
OPTYMALIZACJA JAKOŚCIOWA I CENOWA TECHNOLOGII WYTWARZANIA WODOROZCIEŃCZALNYCH FARB I TYNKÓW
DYSPERSYJNYCH • CZELADŹ 20 XI 2014
15
Wykres 1. Koszt wsadu surowcowego farb uwzględniający zmianę bieli tytanowej i zmianę ilości dyspergatorów
Koszt wsadu surowcowego, zł/litr
2,45 zł
2,40 zł
2,35 zł
2,30 zł
2,25 zł
2,20 zł
Tytanpol R-001 Tytanpol R-003 Tytanpol R-211 Tytanpol R-213 Pretiox RGU
TiPure R-706
Wykres 2. Koszt pomalowania 100 m2 podłoża do pełnego pokrycia (współczynnik kontrastu = 0,995)
2
Koszt pomalowania 100 m
32,00 zł
31,00 zł
30,00 zł
29,00 zł
28,00 zł
27,00 zł
Tytanpol R-001 Tytanpol R-003 Tytanpol R-211 Tytanpol R-213 Pretiox RGU
Z wykresów wynika jasno, że najbardziej
optymalną w badanym układzie jest biel tytanowa
Tytanpol R-003, R-211, R-213 i Pretiox RGU. Farba
przygotowana z użyciem bieli Tytanpol R-211 posiada
najwyższy koszt wsadu surowcowego. Wynika on z
konieczności zastosowania dużej ilości dyspergatora
II-stopnia, lecz dzięki wysokiej wydajności i
doskonałemu kryciu koszt malowania jest jednym z
najniższych.
Na koszt wsadu surowcowego farb główny wpływ
mają dobrane ilości dyspergatorów, które są
odpowiedzialne za efektywność bieli tytanowej.
Wysoka cena bieli tytanowej TiPure R-706 jest
rekompensowana przez niskie zapotrzebowanie na
dyspergatory, przez co farby na bieli tytanowej
Tytanpol R-001 i TiPure R-706 posiadają bardzo
zbliżoną cenę. Przez niskie krycie i zatem niską
wydajność farba na bieli tytanowej TiPure R-706 jest
najdroższą w kosztach wsadu i w kosztach
malowania.
OBR FARB, KLEJÓW I POLIMERÓW „SPEKTROCHEM”
TiPure R-706
Podsumowanie i wnioski
Poznawanie
właściwości
bieli
tytanowych
dostępnych
na
rynku
można
prowadzić
przedstawionymi metodami opracowanymi w
Spektrochemie. Pozwalają one na dokładne i szybkie
określenie charakterystyki optycznej powłok z
użyciem różnych bieli tytanowych. Prawidłowe
dobranie dyspergatorów oraz prowadzenie procesu
dyspergowania pozwala na uzyskanie odpowiedniej
efektywności działania bieli tytanowej.
Zaprezentowane w niniejszym referacie wyniki
badań odnoszą się do danego układu. Stosując inne
surowce
(napełniacze,
dyspersję
polimerową,
dyspergatory) można uzyskać inne wyniki. Stąd
przedstawione tu metodyki odnoszą się nie tylko do
badania efektywności działania bieli tytanowej, ale
również do oceny dyspergatorów, napełniaczy,
dyspersji polimerowej.
VI SEMINARIUM SPEKTROCHEMU