Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Firma Bruchsaler Farbenfabrik GmbH & Co. KG plant in diesem Vorhaben die Entwicklung eines neuen Hybridpigments mit orange\/rotem Farbton als umweltfreundlichen Ersatzstoff f\u00fcr die bisher hierf\u00fcr verwendeten roten Mischkristalle auf Bleichromatbasis. Diese werden in Mengen von ca. 4.000 t\/Jahr hergestellt und als Farbpigmente in der Lack- und Kunststoffindustrie eingesetzt. Durch geeignete Substitutionsprodukte k\u00f6nnen gro\u00dfe Mengen an den als giftig, cancerogen, reproduktionstoxisch und umweltgef\u00e4hrdend eingestuften Komponenten Pb(II) und Cr(VI) bei der Herstellung eingespart werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenProjektteil A: HYBRID-PIGMENT
\nAP 1\tRecherchephase und Konzepterstellung
\nAP 2\tModifikation der NaY-Zeolithe
\nAP 3\tDurchf\u00fchrung von Beschichtungsversuchen zur Erh\u00f6hung der Best\u00e4ndigkeit
\nAP 4\tMa\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung der Zeolithsynthese
\nAP 5\tMa\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung der Synthese der organischen Komponenten in Zusammenarbeit mit der Fa. DyStar
\nAP 6\tMa\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung der Synthese der Hybridpigmente
\nAP 7\tAnalytische und coloristische Charakterisierung
\nAP 8\tDurchf\u00fchrung von Best\u00e4ndigkeitstests der unter Produktionsbedingungen erhaltenen Proben
\nAP 9\tDurchf\u00fchrung von Applikationsuntersuchungen
\nAP10\tDurchf\u00fchrung von Feldtests\/Validierungen gemeinsam mit Anwendern
\nAP11\tDurchf\u00fchrung von Versuchen zur Synthesevereinfachung
\nProjektteil B: BiOX-MISCHKRISTALLE
\nAP1\tRecherchen und Vorversuche
\nAP2\tSynthese eines geeigneten Pigmentk\u00f6rpers auf Basis des BiOI-Grundger\u00fcsts
\nAP3\tSteigerung des Chromawerts (v. a. Maximierung des Rotwerts)
\nAP4\tOptimierung von Deckkraft, Farbst\u00e4rke und Glanz
\nAP5\tStabilisierung des Pigmentgrundk\u00f6rpers durch Coating
\nAP6\tFremdpr\u00fcfungen von Labormaterialien bei potentiellen Kunden und Kooperationspartnern
\nAP7\tVerbesserung der erreichten Qualit\u00e4t
\nAP8\tUpscaling und Technikumsversuche
\nAP9\tFremdpr\u00fcfung (Feldtests) gemeinsam mit Kunden\/Anwendern von Technikums-Proben
\nAP10\tGro\u00dftechnische Umsetzung und Eingliederung in bestehende Produktion<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der vorerst favorisierte Forschungsschwerpunkt der Entwicklung von organisch-anorganischen Hybridpigmenten wurde nach der H\u00e4lfte der Projektzeit aufgrund schwacher Ergebnisse nicht weiter verfolgt. Wie in den Zwischenberichten dargelegt, zeigten die durch Einbettung organischer Farbstoffmolek\u00fcle in eine anorganische Silikatmatrix hergestellten Materialien gravierende Unzul\u00e4nglichkeiten bez\u00fcglich der Nutzung als Buntpigment. Sowohl die physikalisch-adsorptive Einlagerung vorgefertigter Chromophor-Molek\u00fcle in das silikatische Tr\u00e4germaterial als auch die Versuche zur chemischen Darstellung der Farbstoffe direkt in den Mikroporen des anorganischen Wirtsgitters (Ship in the bottle-Synthesen) lieferten bez\u00fcglich anwendungstechnischer Eigenschaften und der generell m\u00f6glichen Verwendbarkeit unter marktspezifischen Gesichtspunkten keine \u00fcberzeugenden Ergebnisse. Neben unbefriedigender Farbst\u00e4rke und mangelnder Deckkraft waren vor allem die geringe Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Hitze-, Licht- und Wettereinfluss nicht zu beseitigen. Auch die zuletzt erzielten Verbesserungen des Farbtons (h\u00f6here Brillanz, geringerer Blaustich) konnten die anwendungstechnischen Schw\u00e4chen der Hybridverbindungen nicht kompensieren. Das BiOX-Entwicklungsprojekt der Bruchsaler Farbenfabrik r\u00fcckte im bestehenden F\u00f6rderprojekt an die Stelle der urspr\u00fcnglichen Forschung zu Hybridpigmenten. Basierend auf der bekannten Verbindung BiOI lassen sich durch partielle Substitution des Iodids durch Chlorid und Bromid Mischkristalle BiOX (X = I, Br, Cl) erhalten, die das unbrillante, rotbraune Bismutoxidiodid in den Farbraum Orange verschieben. Dies bedingt eine Steigerung der Brillanz bei gleichzeitig zunehmender Helligkeit des Volltons. Aufgrund der h\u00f6heren Lichtechtheit und guten Wetterbest\u00e4ndigkeit wird der alleinige Einbau von Bromid bevorzugt. Im bisher entwickelten Verfahren konnte durch den Einsatz komplexierender Reagenzien, welche gezielt in den Kristallisationsprozess eingreifen, die farbliche Qualit\u00e4t der BiOX-Pigmente stark optimiert werden. Vor allem die Verwendung eines dreiwertigen Amino-Phosphonats als Alternative zur bislang eingesetzten Citronens\u00e4ure konnte als Verfahren etabliert werden. Die anf\u00e4nglich gro\u00dfen M\u00e4ngel in Bezug auf die Farbst\u00e4rke des Pigments, die schwache Deckkraft und der fehlende Glanz im Lack werden vor allem durch Nachbehandlung der Rohpigmente mittels gleichm\u00e4\u00dfiger und intensiver Vermahlung beseitigt. Ein Vergleich mit den schon am Markt vorhandenen, weder gesundheitssch\u00e4dlich noch umweltgef\u00e4hrdend eingestuften Alternativen zu orangefarbenen Bleichromatpigmenten diente zur Beurteilung des erreichten Entwicklungsstandes des BiOX. Der erreichte Farbton liegt bei einem kr\u00e4ftigen Orange mit einem f\u00fcr ein rein anorganisches Pigment \u00fcberdurchschnittlichen Chromawert (Rotwert a* ? 40 \/ Gelbwert b* ? 55 \/ Brillanz C* von maximal 70), was ann\u00e4hrend der Zielvorgabe entspricht. Das Pigment besitzt eine gute Farbst\u00e4rke sowie befriedigende Deckkraft. Die grundlegende chemische Stabilit\u00e4t ist gegeben. Die Lichtechtheit ist bei grunds\u00e4tzlich vorhandener Witterungsbest\u00e4ndigkeit als einwandfrei zu bewerten. Verbesserungspotential besteht noch in der Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber thermischer und mechanischer Belastung, wie sie in g\u00e4ngigen Anwendungen und Verarbeitungsprozessen auftreten. Mit einer Anpassung der f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenstabilisierung bisher verwendeten Coatingmethode ist in diesem Bereich noch Luft nach oben.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Bisher wurden die Ergebnisse des Projekts noch nicht ver\u00f6ffentlicht. Zum gegenw\u00e4rtigen Zeitpunkt wird davon ausgegangen, dass zus\u00e4tzliche Arbeiten nach Abschluss des Projekts zum 30.06.2012 ca. 6 bis 9 Monate in Anspruch nehmen werden. Nach Erreichen der Marktreife k\u00f6nnten die Ergebnisse auf der European Coatings Show 2013 in N\u00fcrnberg (19.03.-21.03.2012) der \u00d6ffentlichkeit vorgestellt werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Jahr 2011 wurden in Europa insgesamt immer noch knapp 10 000 Tonnen Bleichromat-Pigmente produziert. Durch die neue Chemikaliengesetzgebung (REACH) und die sich daraus ergebende Zulassungspflicht f\u00fcr Bleichromat-Pigmente ab dem Jahr 2015 erscheint die Notwendigkeit zur Substitution der betreffenden Pigmente unabwendbar. Mit der Neuentwicklung eines nichttoxischen und nicht umweltbelastenden, anorganischen Pigments BiOX, k\u00f6nnten die Bleichromate des Orangebereichs gr\u00f6\u00dftenteils ersetzt werden. Das Marktpotenzial w\u00fcrde in Deutschland bzw. europaweit ca. 2 000 Jahrestonnen betragen. Nach Erreichen der Marktreife der Bismutoxidhalogenide k\u00f6nnten bereits im Jahr 2014 etwa 25 Tonnen pro Jahr durch die Bruchsaler Farbenfabrik hergestellt werden. Bei einem vollst\u00e4ndigen Verbot der Anwendung von Bleichromat-Pigmenten k\u00f6nnten von Seiten der Bruchsaler Farbenfabrik durch entsprechende Umgestaltung der Produktionsanlagen ca. 200 bis 300 Tonnen\/Jahr (maximale Produktionskapazit\u00e4t) hergestellt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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