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Samstag, 05. Dezember 2020
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Wissenschaft & Technik, Technologien

Positionspaier zur Pigmentindustrie

Mittwoch, 06. Mai 2009

Der Verband der Mineralfarbenindustrie e.V. hat ein Positionspapier mit dem Titel "Die Pigmentindustrie ­ eine alte Industrie im Spannungsfeld zwischen klassischen Pigmenten und nanotechnologischenProdukten" veröffentlicht.

 Eine alte Industrie im Spannungsfeld zwischen klassischen Pigmenten und nanotechnologischen Produkten Verband der Mineralfarbenindustrie e. V. Die wirtschaftliche Bedeutung der Pigment- und Füllstoffindustrie In Europa stellen etwa 100 Unternehmen Pigmente und Füllstoffe auf synthetischem Wege her. Diese zu etwa 75% mittelständischen Unternehmen weisen einen Umsatz von etwa 8,1 Mrd. € auf und beschäftigen etwa 23.000 Mitarbeiter. Deutschland ist sowohl ein wesentlicher Produktionsstandort als auch ein bedeutender Markt für Pigmente und Füllstoffe.Was sind klassische Pigmente und Füllstoffe, wo werden sie eingesetzt? Klassische Pigmente sind aus festen Teilchen bestehende im Anwendungsmedium unlösliche Stoffe, welche in der Begriffsnorm DIN 55943 beschrieben sind. In der DIN 55944 sind Pigmente nach koloristischen und chemischen Gesichtspunkten aufgelistet. In der Anwendung der Pigmente werden Eigenschaften wie z.B. Dispergierbarkeit, Farbstärke, Licht- und Wetterechtheit, Migrationsbeständigkeit, Farbton und Deckvermögen verlangt. Diese Eigenschaften hängen sowohl von der chemischen Zusammensetzung der Pigmente als auch von Größe und Morphologie der Partikel ab. Füllstoffe werden primär wegen ihrer technischen Eigenschaften und nur sekundär wegen ihrer koloristischen Eigenschaften eingesetzt. Diese Füllstoffe müssen in Hinblick auf die technischen Anforderungen homogen im Anwendungsmedium verteilt sein. Es handelt sich meistens um sehr feinteilige feste Stoffe. Pigmente und Füllstoffe werden oftmals durch mechanische und chemische Oberflächenbehandlung auf spezifische Anwendungsbedingungen hin optimiert. Die Dicke dieser Schichten auf den Pigmentoberflächen ist allein von den zu erzielenden technischen Eigenschaften abhängig. Pigmente und Füllstoffe werden zum Einfärben bzw. Füllen von Lacken, dekorativen und schützenden Anstrichen von Gebäuden und Maschinen, Kunststoffen, Druckfarben, Keramik, Kerzen, Papier, Pharmazeutika, Gummi, Schleifmittel, Seife, Textilfasern, Lebensmitteln, dekorative Kosmetik, Sonnenschutz, Spielzeug, Verkehrsschildern, Sicherheitstechnik, Zement und vielem mehr eingesetzt.Was bedeutet Nanotechnologie? Eine Zukunftstechnologie, die ein großes Potential an neuen Möglichkeiten bietet, ist die Nanotechnologie. Im Nanometerbereich können chemische, physikalische und biologische Stoffeigenschaften von Teilchen und Strukturen erscheinen, die bei makroskopischen Objekten derselben Zusammensetzung nicht zu beobachten sind. Fast jeder Gegenstand unserer natürlichen Umgebung weist Nanostrukturen auf. Wenn durch diese Nanostrukturen besondere Eigenschaften erzielt werden, versuchen wir diese nachzuahmen. Auch viele Pigmente und Füllstoffe, die ein allgegenwärtiger Teil unserer Umgebung sind, enthalten teilweise Nanostrukturen. In der Nanotechnologie werden Nanopartikel gezielt mit einer Partikelverteilung im Korngrößenbereich zwischen 1 und 100 nm hergestellt, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Klassische Pigmente und Füllstoffe hingegen umfassen ein mögliches Kornspektrum zwischen 50 und 50.000 nm und enthalten keine signifikanten Anteile an freien und ungebundenen Nanopartikeln. Die pigmentspezifischen Definitionen sind in der DIN 55943 enthalten. Fachleute aus den Materialwissenschaften haben auf der Normungsebene von ISO eine Technische Spezifikation, die DIN CEN ISO/TS 27687, erarbeitet, um aus wissenschaftlicher Sicht eine einheitliche Begriffswelt zu definieren. Diese Definitionen sind nicht für regulative Zwecke bestimmt. Mit dieser Technischen Spezifikation wird deutlich, dass "nano" als Größenangabe gesehen wird. Vielfach ist jedoch für den Verbraucher nicht klar ersichtlich, was genau "nano" an diesem oder jenem Produkt bedeuten soll. Diese Technische Spezifikation ist daher durch die Fülle neuer Begriffe nur schwer kommunizierbar. Es muss auch nicht unbedingt "nano" in einem Endprodukt enthalten sein, wenn es vorher durch eine chemische Reaktion der Zwischenprodukte aufgebraucht wurde. Aus diesen Gründen wird vom Großteil der Pigment- und Füllstoffhersteller das Präfix "nano" sehr differenziert gesehen.Nanoskalige Systeme mit Pigmenten und Füllstoffen Pigmente und Füllstoffe sind in allen Bedarfsgegenständen des modernen Lebens enthalten und sind daraus nicht mehr wegzudenken. Sie erfüllen sowohl funktionale, dekorative, schützende als auch sicherheitstechnische Anforderungen. Farbeffekte haben bei Gebrauchsgegenständen eine große Bedeutung und beeinflussen die Kaufentscheidung der Kunden. Die Verbesserung anwendungstechnischer Eigenschaften ist seit jeher das besondere Anliegen der Pigment- und Füllstoffindustrie. Klassische Pigmente und Füllstoffe liegen in mehr oder weniger breiten Korngrößenverteilungen im Mikrometerbereich und in unterschiedlichen Morphologien vor. Beim Dispergieren in Anwendungsmedien, wie Lacken oder Kunststoffen, können, abhängig von der Höhe der eingesetzten Scherkräfte und der Morphologie bzw. Korngrößenverteilung der Ausgangsmaterialien, nanoskalige Systeme erzeugt werden. Dies öffnet im Markt neue Chancen und dem Verbraucher neue bzw. verbesserte Gebrauchseigenschaften.Beispiele für nanoskalige Systeme - Der Einsatz von hochwirksamen Sonnenschutzmitteln ist sowohl am Strand als auch im Hochgebirge unverzichtbar. Da aber die wenigsten Verbraucher weiß eingefärbt herumlaufen wollen, soll ein Sonnenschutzmittel möglichst unsichtbar aber dennoch sehr wirksam sein. Dies wird durch nanoskalig in Sonnenschutzmitteln dispergierte anorganische "UV-Filter" erreicht. - Effektbeschichtungen erhalten durch relativ große Metall- oder Glimmerpigmente ein glitzerndes oder metallisches Aussehen. Die Farbpalette der Effektpigmente ist begrenzt; es können nicht alle bunten Metallic- oder Effektbeschichtungen nur mit den Effektpigmenten allein hergestellt werden. Durch den Einsatz sehr fein im Lack dispergierter Pigmente steht die gesamte Bandbreite der Farben zur Verfügung. - Der Decklack eines Automobils oder eines Parkettfußbodens soll zum Erhalt eines hohen Glanzes möglichst kratzfest sein und nicht durch Licht- oder Wettereinflüsse altern. Durch die Verwendung von nanoskalig dispergierten anorganischen Füllstoffen und Pigmenten ist es möglich, sowohl die Kratzfestigkeit als auch den UV-Schutz eines Automobil- Decklackes oder eines Holzparkett-Lackes wesentlich zu erhöhen. Die Eigenschaften "kratzfest" und "lichtbeständig" sind Systemeigenschaften eines Lackes, die vom Käufer ebenfalls in die Kaufentscheidung einbezogen werden. - Ein Klebstoff beispielsweise muss einerseits gut haften und andererseits benötigt er auch eine innere Festigkeit, weil er sonst zerfließen würde. Mit den herkömmlichen Möglichkeiten eines Polymerchemikers lassen sich diese beiden Eigenschaften nicht unabhängig voneinander optimieren, sie sind gegenläufig. Mit der Herstellung von Dispersionen, die winzige Kunststoffkügelchen in der Größenordnung von einigen hundert Nanometern und zusätzlich nanoskalige organische oder anorganische Teilchen in der Größenordung von 10 bis 20 Nanometer enthalten, lassen sich solche Eigenschaften optimieren. - Ein weiteres Beispiel, um bekannten Substanzklassen neue Eigenschaften zu verleihen, sind wässrige Polymerdispersionen, diese finden sich zum Beispiel in Fassadenfarben. Dort macht eine neue Bindemittelgeneration durch Ausbildung einer Nanostruktur Fassaden besonders widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Schmutz. Das Prinzip: anorganische Nanopartikel werden in organische Polymerteilchen wässriger Dispersionen eingearbeitet und fixiert. Nach dem Auftragen und Trocknen des Beschichtungsstoffes bilden die anorganischen Nanopartikel ein homogenes dreidimensionales Netzwerk, das gegen Schmutz schützt und die Farbe länger erhält. - Bei Oberflächenbeschichtungen, die eine photokatalytisch aktive nanoskalig dispergierte Halbleitersubstanz enthalten, löst der UV-Anteil von Sonnenlicht einen Abbauprozess von organischem Schmutz oder von Schadstoffen aus.Verbraucher- und Arbeitsschutz in der Pigment- und Füllstoffindustrie Der Verbraucher kommt mit Pigmenten und Füllstoffen in der Regel nur mit den damit beschichteten und/oder eingefärbten Gegenständen in Kontakt. Dabei sind die nanoskalig dispergierten Partikel entweder fest in eine Matrix oder in ein Flüssigpräparat eingebunden. In der pigmentherstellenden und -verarbeitenden Industrie ist der Umgang mit chemischen Stoffen durch eine Reihe von Gesetzen und Verordnungen hinreichend geregelt. Kontrollmessungen stellen sicher, dass die gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden. Als zusätzliche Maßnahme haben der Verband der chemischen Industrie (VCI) und die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) den "Leitfaden für Tätigkeiten mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz" im Jahr 2007 herausgegeben. Pigmente und Füllstoffe zeigen Korngrößenverteilungen, die immer produktionsspezifisch sind. Es ist folglich stets ein gewisser grob- und feinteiliger Anteil in jedem Pigment bzw. Füllstoff vorhanden. Der feinteilige Anteil besteht aus Aggregaten und Agglomeraten, die im Mikrometerbereich vorliegen und abhängig vom Material eine hohe spezifische Oberfläche aufweisen können. Nanopartikel (in allen drei Dimensionen kleiner 100 nm) sind in Pigmenten und Füllstoffen nicht in signifikanten Mengen nachgewiesen worden. Die toxikologischen Prüfungen, auf die sich die Angaben in den Sicherheitsdatenblättern beziehen, werden immer mit dispergierten Pigmenten einschließlich des darin möglicherweise enthaltenen nanoskaligen Anteils durchgeführt. Die resultierenden toxikologischen Ergebnisse beinhalten auch immer die Auswirkungen des aggregierten Nanomaterials, das im Pigment bzw. Füllstoff enthalten sein kann. Ein mögliches toxikologisches Risiko ist somit erfasst. Die Herstellung von feinteiligen Pigmenten und Füllstoffen erfolgt in industriell betriebenen Anlagen, bei denen alle Aspekte der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes gewährleistet sind. Messungen haben gezeigt, dass die Partikelkonzentration im nanoskaligen Bereich innerhalb der Produktionsanlage nicht signifikant höher ist als in der Umgebungsluft. Es werden folglich keine zusätzlichen Belastungen von Mensch und Umwelt festgestellt. Filter im Absaug- oder Umfüllvorgang sind Stand der Technik. Bei der Weiterverarbeitung, z.B. der Herstellung eines Lackes, werden die Einzelkomponenten meistens automatisch zudosiert. Im Lack sind Pigmente und Füllstoffe von der flüssigen Matrix umgeben. Emissionen feinteiliger Stoffe könnten deswegen nur bei dem Umfüllvorgang auftreten, dort werden sie aber durch Filteranlagen verhindert. Bei der Applikation des Fahrzeuglackes in industriellen Anlagen wird durch bestehende Auflagen und Gesetze die Emission für Betriebspersonal und Umwelt minimiert. Untersuchungen am fertigen Lack haben gezeigt, dass durch Abrieb keine zusätzliche Belastung der Umwelt durch nanoskalige Pigment- und Füllstoffpartikel entsteht.Veröffentlichungen zum Thema Verbraucher- und Arbeitsschutz Die Pigmentindustrie bekennt sich zur "Responsible Care" Initiative der chemischen Industrie und ist sich ihrer Verantwortung für Mitarbeiter, Weiterverarbeiter, Verbraucher und Umwelt sehr bewusst. Mit der Herausgabe der Broschüre "Safe Handling of Pigments" beschritt die Pigment- und Füllstoffindustrie im Jahr 1995 neue Wege. Diese Broschüre wurde 1996 auf dem 2nd International Forum on Chemical Safety als "guidance document" aufgeführt. "Safe Handling of Pigments" wurde in den Sprachen Deutsch, Englisch, Französisch, Spanisch, Portugiesisch und Chinesisch veröffentlicht. In der Broschüre "Ceramic Decorating Materials" wurde in ähnlicher Weise über den sicheren Umgang mit den Produkten für die keramische Industrie berichtet. Diese Broschüre ist in Deutsch, Englisch, Spanisch und Italienisch erschienen. In der Broschüre "Colourants for Food Contact Plastics" berichten die Pigmentund Füllstoffindustrie über den sicheren Einsatz ihrer Produkte für Kunststoffe im Lebensmittelkontakt. Diese Broschüre ist in Deutsch und Englisch erhältlich. Herausgeber dieser Broschüren waren die Verbände - ANFFECC (Spanien) - BCMA (Großbritannien) - Ceramicolor (Italien) - EPSOM (Frankreich) - ETAD (Schweiz) - VdMi (Deutschland) - Eurocolour (Europa) Im Positionspapier des VdMi "Anorganische Pigmente unter REACH" sind beispielhaft eine Reihe anorganischer Pigmente aufgeführt*. Die Pigment- und Füllstoffindustrie bekennt sich zur Verantwortung der chemischen Industrie insgesamt, sichere Produkte für Mensch und Umwelt zur Verfügung zu stellen. *http://www.vdmi.de/files/Anorganische_Pigmente_unter_REACH.pdfNanotechnologie im Marketing Aus Gründen des Marketings wurden in den vergangenen Jahren von einigen Unternehmen Neuentwicklungen von feinteiligen Pigmenten und Füllstoffen und neuen Anwendungen daraus aktiv mit dem Präfix "nano" versehen. Heute wird "nano" vielfach als Synonym für "fortschrittlich" verwendet, ähnlich wie "2000" vor der Jahrtausendwende in der Werbung eingesetzt wurde. Aus dem Bericht des BfR "Wahrnehmung der Nanotechnologie in der Bevölkerung" lässt sich entnehmen, dass der Verbraucher mehrheitlich mit dem Begriff "nano" etwas " Miniaturisiertes, Fortschrittliches und Modernes" verbindet. Der Begriff "nano" ist dabei nicht spezifisch auf die Dimensionsangabe "10 hoch minus 9" fokussiert, sondern auf dem besten Wege, dimensionslos wie "mega" zu werden, wie zum Beispiel Megapearls® oder "Mega Event". Dies wird besonders deutlich bei der Bezeichnung des i-Pods® oder des indischen Kleinwagens "Nano". Die Zukunft wird zeigen, welches Marktpotential in der Nanotechnologie steckt.

Verwandte Links:

 http://www.vdmi.de

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