Projekt 26501/01

Autooxidativ trocknende Reaktivverdünner und High-Solid Harze

Projektdurchführung

HOBUM Oleochemicals GmbH
Seehafenstr. 20
21079 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die europäische Union bemüht sich seit Jahren den Anteil an VOC Emissionen zu verringern, denn diese Verbindungen führen zusammen mit NOX unter UV Bestrahlung zur Bildung von bodennahem Ozon (Sommersmog). Dazu wird auch im Bereich Farben und Lacke eine deutliche Einsparung von organischen Lösemitteln nötig. Bisher konnte dies durch Rezepturanpassungen erreicht werden. Zur weiteren Reduzierung von Lösemitteln im Beschichtungsstoff reichen die herkömmlichen lösemittelhaltigen Alkyd-systeme aber nicht aus und wasserverdünnbare Lösungen können wegen zum Teil unzureichender an-wendungstechnischer Eigenschaften nicht in allen Bereichen eingesetzt werden. Deshalb soll im Rahmen dieses Projektes ein reaktiver Verdünner und ein entsprechendes High-Solid-Alkydsystem entwickelt werden, das bei gleichen anwendungstechnischen Eigenschaften wie herkömmliche lösemittelhaltige Systeme mit möglichst geringem Lösemittelanteil auskommt. Die entwickelten High-Solid-Harze und der Reaktivverdünner werden dabei im Gegensatz zu den wasserverdünnbaren Wettbewerbern zu einem großen Anteil aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem ersten Arbeitsschritt werden spezielle natürliche Fettsäuren modifiziert, wodurch Fettsäuremischungen entstehen, die so in der Natur nicht vorkommen. Diese Bausteine werden gezielt zur Herstellung von speziellen verbesserten High-Solid-Alkydharzen verwendet, welche mit den bereits verfügbaren High-Solid-Harzen anwendungstechnisch verglichen werden. Des Weiteren werden die Bausteine durch verschiedene chemische Reaktionen wie z. B. Veresterung, Ringöffnung von Epoxiden etc. mit reaktiven Gruppen verknüpft, deren Aufgabe es ist bei der Anfangsreaktion der Autoxidation die Bildung von Hyd-roperoxiden zu erleichtern. So können gezielt niedrigviskose reaktive Verdünner synthetisiert werden. Als Messlatte dient hier ein alter Reaktivverdünner der HOBUM, der alle gewünschten Eigenschaften hat, aber bei der Trocknung zu unerwünschten Abspaltprodukten führt. Es werden außerdem Kombinationen der besten Reaktivverdünner und High-Solid-Harze in entsprechenden Lacken formuliert und einer anwendungstechnischen Prüfung unterzogen. Dabei werden insbesondere die Trocknungseigenschaften und die Freisetzung von Spaltprodukten der applizierten Farben begutachtet.


Ergebnisse und Diskussion

High-Solid-Harze
Die Modifizierung von verschiedenen speziellen Fettsäuren hat in den daraus hergestellten Alkydharzen zu Verbesserungen in Bezug auf die Trocknung und Viskosität geführt. Hier erfolgte in der weiteren Bearbeitung eine Optimierung der Harzrezepturen und es wurde eine Übertragung auf andere Harzsysteme durchgeführt. Die entwickelten Harze wurden einer anwendungstechnischen Prüfung unterzogen. Sowohl alleine als auch in Kombination mit den entwickelten Reaktivverdünnern. Die besten Harze und besten Systeme Harz/Reaktivverdünner wurden für olfaktorische Prüfungen aufbereitet und getestet, Dabei konnten die speziellen Fettsäuren weiter charakterisiert werden. Die beste spezielle Fettsäure wurde anschließend über das Technikum in den Betriebsmaßstab überführt und einer gezielten Harzsynthese ebenfalls im Produktionsmaßstab zugeführt.

Reaktivverdünner
Im Bereich Synthese der Reaktivverdünner erfolgten viele Versuche zur Verknüpfung der nun ausgewählten speziell modifizierten Fettsäurevarianten mit anderen Substanzen. Dieser Schritt war wie vermutet schwierig und führte damit nicht dazu, dass die Trocknungseigenschaften des alten HOBUM Reaktivverdünners erreicht werden könnten. Die Reaktionspartner, die den ersten Schritt der Autoxidation er-leichtern, ließen sich aus verschiedenen Gründen sehr schwer koppeln oder brachten nicht den gewünschten Erfolg. Trotzdem konnte über die Projektlaufzeit ein kommerzieller Reaktivverdünner durch die speziell modifizierten Fettsäuren entscheidend verbessert werden.

System
Da die Trocknungseigenschaften des entwickelten sehr niedrigviskosen Reaktivverdünners noch nicht vollständig ausreichen, konnte kein High-Solid-Harz entwickelt werden, dass in Kombination mit dem Reaktivverdünner als Bindemittelsystem ganz ohne Lösemittelzusatz auskommt. Dazu müsste eine wei-terführende Entwicklung erfolgen, insbesondere in Bezug auf die Kopplungskomponenten für den Reaktivverdünner.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Erste Ergebnisse wurden bei der Jahrestagung Endspurt VOC des Verbandes der Ingenieure des Lack- und Farbenfaches e. V. (VILF) am 30.10.2009 in Neu-Isenburg durch Frau Dr. Monika Schneider vorgestellt. Titel: Autooxidativ trocknende Reaktivverdünner und High-Solid-Harze. Interessenten können sich an die Projektteilnehmer wenden, um entsprechende Muster zu beziehen. Einige Muster sind bereits bei verschiedenen Firmen in Prüfung.


Fazit

Durch die speziellen modifizierten Fettsäuren konnten Verbesserungen in High-solid-Harzen hinsichtlich Viskosität, Trocknung und Geruch bei der Trocknung erzielt werden. Es wurden verbesserte Reaktivverdünner entwickelt, die zusammen mit den neuen High-Solid-Harzen zu sehr vielversprechenden Gesamtsystemen führen. Sowohl die verbesserten Reaktivverdünner als auch die speziell modifizierte Fettsäurekomponente wurden in den Produktionsmaßstab überführt und sind kommerziell erhältlich.

Die entwickelten Reaktivverdünner sind noch nicht auf dem Stand des alten HOBUM Reaktivverdünners, der aufgrund von Acroleinabspaltung nicht einsetzbar ist. Zurzeit sind deshalb autooxidativtrocknende High-Solid-Bindemittelsysteme gänzlich ohne Zusatz von Lösemittel und damit nahezu VOC-frei noch nicht erreichbar. Die entwickelten Reaktivverdünner sind momentan nur für Langölsysteme eingeschränkt auch für Mittelöl-Systeme einsetzbar. Im Markt besteht aber auch Bedarf im Bereich Kurzölsysteme. Da Akydharze das einzige Bindemittelsystem darstellen, die einen hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen aufweisen und den Nachhaltigkeitsgedanken im hohen Maß unterstützen, sollte diese wichtige Entwicklung unbedingt weitergeführt werden.

Es wurde ein ökobilanzieller Vergleich (cradle-to-gate Ansatz) zwischen High-Solid-Alkydharz und wässrigem Acrylat durchgeführt, bei dem je nach Bewertungsmethode, Wirkungskategorie und Fettsäureart die High-Solid-Alkydharze gegenüber dem Acrylat ökologische Vorteile aufweisen.