Projekt 36030/01

Entwicklung eines Verfahrens für die Herstellung von ultradünnen Rot-Interferenz-Pigmenten für die Anwendung im Lack in der Automobilindustrie

Projektträger

SCHLENK Metallic Pigments GmbH
Barnsdorfer Hauptstr. 5
91154 Roth
Telefon: +49 9171 808 307

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung im Projekt war die Erforschung und Umsetzung eines neuartigen Pigmentaufbaus speziell für rote Farbpigmente, mittels derer eine hohe Farbbrillanz sowie eine sehr hohe Deckkraft bei deutlich reduzier-tem Aluminiumgehalt und wesentlich geringerem Lösungsmitteleinsatz realisiert werden kann. Kern der FuE-Arbeiten war die Entwicklung eines neuartigen Prozessschritts zur kontrollierten Ausfällung von Eisenoxid.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenÜber eine neuartige Prozesskette werden Aluminiumflakes mit einer Größe im nm-Bereich über einen Ausfäll-Prozess gezielt mit Eisenoxid beschichtet. Kern des Verfahrens ist dabei die präzise Steuerung des pH-Werts des Ausfäll-Bads, über den die spätere Farbe und Brillianz sowie die Deckkraft des Pigments gesteuert werden. Aus diesem Grund wurde projektbegleitend kontinuierlich eine aufwändige Analytik durchgeführt, um die chemischen Prozesse in allen Produktionsschritten präzise zu kontrollieren und geeignete Prozessfenster zu definieren.


Ergebnisse und Diskussion

Die Herstellung des ultradünnen Rot-Interferenz-Pigmentes war sowohl im Labor- als auch Technikumsmaß-stab erfolgreich. Das neuartige Pigment weist bei gleichem Rotfarbton eine Dicke von nur 625 nm auf. Kon-ventionelle Pigmente liegen bei gleichem Farbton dagegen im Bereich von 900-1.200 nm, was einer deutli-chen Reduktion der Pigmentdicke entspricht.

Der Energiebedarf im Stand der Technik, von der Pigmentherstellung bis zur fertig lackierten Einheit beträgt rund 86 kWh pro Karosserie. Hinzu kommt die Nachlackierung bei einer typischen Ausschussquote von 5 %. Der jährliche globale Energiebedarf für die Lackierung von roten Fahrzeugen beträgt damit 86 kWh * 85*106 * 5% / 0,95 = 385 GWh. Unter der Annahme einer strombasierten Energiebereitstellung sowie einem globalen CO2-Emissionsfaktors von 423 g/kWh (Jahr 2022 Global Electricity Review 2023) ergeben sich damit im Be-reich der Rot-Lackierung jährlich 163 kt CO2-Äquivalente. Der CO2-Einspareffekt durch das neuartige Pig-ment ergibt sich vor allem durch das deutlich höhere Deckvermögen. Durch die geringere Pigmentdicke steigt das massenbezogene Deckvermögen, so dass die einzusetzende Pigmentmasse bei deckender La-ckierung um 20 % reduziert werden könnte. Dies entspricht einer theoretischen CO2-Reduzierung von 33 kt CO2eq.

Eine weitere CO2-Einsparung kommt durch den geringeren Aluminiumbedarf bei der Herstellung der Neu-entwicklung hinzu, da die Herstellung von Aluminium sehr energieaufwendig. Die Dicke des Aluminiumkerns beträgt nur noch 25 nm während die konventionellen roten Metallinterferenzpigmente einen Aluminiumkern von 300-400 nm besitzen. Aus diesem Grund weist das neue Pigment nur einen Aluminiumanteil von 3 Gew.% auf (konventionelle Pigmente ca. 30 Gew.%).

Bei Verwendung typischer konventioneller roter Metallinterferenz-Pasten mit 65 % Pigmentanteil würden rechnerisch zusätzlich mehrere Tonnen Lösungsmittel freigesetzt. Das hier vorgestellte neuartige Rotpig-ment ist dagegen kein Gefahrstoff und kann ohne Explosionsgefahren als trockenes Pulver vertrieben wer-den. Hierdurch wird eine zusätzliche CO2-Ersparnis ermöglicht.

Da das ultradünne neue Rot-Interferenzpigment nicht nur im Automobilbereich, sondern auch für Industrie- und Pulverlacke verwendet werden kann, sind noch weitere Anwendungsgebiete und Einspareffekte mög-lich.

Im Ergebnis gelang es, ein vielversprechendes Labormuster zu realisieren und in ersten Technikumsversu-chen in technischem Maßstab zu erproben. Aktuell wird das Verfahren einer Optimierung und einer Skalie-rung auf den industriellen Maßstab unterzogen. Die Markteinführung durch die Firma SCHLENK ist spätes-tens für das Jahr 2025 geplant.




Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Präsentation unserer Ergebnisse erfolgt im Rahmen von Publikationen sowie der Präsentation auf Messen nach dem Abschluss der Arbeiten zur Skalierung der Verfahren in den großtechnischen Maß-stab.


Fazit

Im Rahmen des Projekts konnte ein innovatives Verfahren zur Realisierung von Rot-Pigmenten mit be-sonders hoher Deckkraft und Farbbrillanz im Labor- und Technikumsmaßstab realisiert und die Übertra-gung auf den großtechnischen Maßstab im Konzept vorbereitet werden.
Durch die Forschungsarbeiten im Projekt lassen sich hohe CO2-Einsparpotentiale im Bereich von 20 % (entsprechend ca. 33 kto CO2 / Jahr bezogen auf den Einsatz der Lacke deutschlandweit) bestätigen. Zusätzlich ergibt sich ein hohes Potential zur Einsparung wertvoller Rohstoff-Ressourcen: Der Alumini-umgehalt der Lackpigmente sinkt im neuen Verfahren von ca. 30 Gew.% auf nur 3 Gew.%.