Wie können wir nachhaltigere Farben herstellen, die auf Styrolacrylaten basieren?

Die Entwicklung nachhaltigerer Farben auf der Basis von Styrolacrylaten erfordert ein Umdenken sowohl bei den Rohstoffen als auch bei den Verfahren, die bei der Farbformulierung eingesetzt werden. Eine zentrale Strategie ist die Umstellung von traditionellen lösemittelhaltigen Systemen auf wässrige Formulierungen. Wässrige Styrolacrylat-Dispersionen tragen dazu bei, flüchtige organische Verbindungen (VOC) zu reduzieren und viele der gefährlichen organischen Lösungsmittel zu vermeiden, die in herkömmlichen Lacken enthalten sind. Durch die Verwendung von Wasser als Dispersionsmedium und die Optimierung der Polymerpartikelgrößenverteilung und der Filmbildungseigenschaften (z. B. Senkung der Mindestfilmbildungstemperatur) können der Energieverbrauch während der Aushärtung und die VOC-Emissionen erheblich reduziert werden.

Ein weiterer wichtiger Ansatz ist die Modifizierung der Bindemittel und Zusatzstoffe, um ökologisch problematische Stoffe zu ersetzen. Dies kann durch die Eliminierung von Co-Lösungsmitteln, formaldehydabspaltenden Mitteln und Alkylphenolethoxylaten (APEO) aus der Formulierung erreicht werden. Fortschritte in der Polymerisationstechnologie ermöglichen nun den Einbau von Haftvermittlern direkt in die Polymerkette. Dies führt zu einem Polymer, das eine verbesserte Vernetzung und Hydrophobie aufweist, was nicht nur zu einer besseren mechanischen Leistung - wie z. B. verbesserte Abriebfestigkeit und Elastizität - sondern auch zu verbesserten Umweltprofilen beiträgt. Produkte wie bestimmte moderne Styrolacrylat-Emulsionen wurden bereits mit diesen Modifikationen entwickelt, so dass sie sowohl für Innen- als auch für Außenanwendungen geeignet sind.

Eine weitere vielversprechende Richtung ist die Integration von biobasierten oder hybriden Materialien in die Formulierung. So kann beispielsweise die Mischung von Styrolacrylaten mit Alkydharzen aus nachwachsenden Rohstoffen (wie Tallöl-Fettsäuren oder Hanfsamenöl) sowohl die von Styrolacrylat-Systemen erwartete Haltbarkeit als auch die Nachhaltigkeitsvorteile biobasierter Komponenten bieten. Dieser hybride Ansatz macht sich nicht nur die inhärenten Eigenschaften der einzelnen Bestandteile zunutze, sondern bietet auch eine Möglichkeit, den ökologischen Fußabdruck des Bindemittelsystems zu verringern und gleichzeitig eine hohe Leistungsfähigkeit zu erhalten.

Um die Nachhaltigkeit weiter zu verbessern, sollte die Lebenszyklusanalyse (LCA) in den Entwicklungsprozess der Formulierung integriert werden. Durch die Bewertung der Umweltauswirkungen von der Rohstoffbeschaffung über die Produktion und Verwendung bis hin zur Entsorgung können Formulierer Komponenten auswählen, die den Energieverbrauch und die Abfallmenge minimieren. In Verbindung mit einer sorgfältigen Optimierung der Verarbeitungsbedingungen - z. B. Senkung der Filmbildungstemperaturen und Verkürzung der Aushärtungszeiten - stellen diese Strategien einen ganzheitlichen Ansatz für die Nachhaltigkeit in der Lackproduktion dar.

Welche polymeren Bindemittel können verwendet werden, um nachhaltigere Dekorfarben zu formulieren?

Es gibt mehrere innovative Polymerbindemittel, die dazu beitragen können, Dekorfarben nachhaltiger zu gestalten. Hier sind ein paar bemerkenswerte Beispiele:

1. Biobasierte VAE-Polymere (Vinylacetat-Ethylen): VAE-Dispersionen werden aufgrund ihrer hervorragenden Filmbildung und ihrer niedrigen VOC-Eigenschaften bereits häufig in Dekorfarben verwendet. Durch die Beschaffung von Schlüsselkomponenten - wie Essigsäure und Ethylen - aus biobasierten Rohstoffen können die Hersteller ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verringern. Biobasierte Essigsäure beispielsweise, die aus nachhaltig bewirtschaftetem Zellstoff gewonnen wird, verringert nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, sondern bietet auch die Leistungsmerkmale, die Maler erwarten.
2. Polyhydroxyalkanoate (PHAs): PHA sind biologisch abbaubare Polymere, die durch Fermentation hergestellt werden und eine aufstrebende Klasse von nachhaltigen Bindemitteln darstellen. Obwohl sie im Beschichtungssektor noch in den Kinderschuhen stecken, bieten PHAs das Versprechen eines Bindemittels, das sowohl während der Lebensdauer der Farbe wirksam als auch am Ende ihres Lebenszyklus natürlich abbaubar ist. Diese Eigenschaft macht sie für umweltbewusste dekorative Beschichtungen besonders attraktiv, da sie den Weg für eine geringere Verschmutzung durch Mikroplastik und eine verbesserte allgemeine Nachhaltigkeit ebnen.
3. Hybride Bindemittel aus Stärke und Polymer: Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung von hybriden Bindemitteln, die herkömmliche Polymersysteme mit erneuerbarer Stärke mischen. Durch die Einbindung von Stärke - einem natürlichen, biologisch abbaubaren Material, das häufig als Nebenprodukt bei der Lebensmittelverarbeitung anfällt - in die Polymermatrix schaffen Unternehmen Formulierungen, die nicht nur gut funktionieren, sondern auch die Gesamtabhängigkeit von nicht erneuerbaren Ressourcen verringern. Diese Methode wurde von Unternehmen wie WACKER und Dynaplak erforscht, die daran arbeiten, erneuerbare Stärke mit synthetischen Polymeren zu kombinieren, um hochwertige Bindemittel für Innenfarben herzustellen.

Darüber hinaus erforschen die Formulierer auch andere Monomere und Copolymere auf biologischer Basis, die herkömmliche synthetische Komponenten ersetzen oder ergänzen können. Dazu gehört die Modifizierung herkömmlicher Acryl- oder Styrol-Acryl-Systeme mit erneuerbaren Materialien, um die gleichen Leistungsmerkmale zu erzielen und gleichzeitig das Nachhaltigkeitsprofil zu verbessern.

Jeder dieser Ansätze geht die Nachhaltigkeit aus einem etwas anderen Blickwinkel an - sei es durch die direkte Substitution biobasierter Inhaltsstoffe, durch die Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit oder durch die Verringerung der Treibhausgasemissionen durch effizientere Herstellungsverfahren. Die richtige Wahl hängt von den spezifischen Leistungsanforderungen, Kostenerwägungen und den gewünschten Umweltauswirkungen ab.

Was macht VAE-Dekorfarben nachhaltiger?

Dekorfarben auf VAE-Basis zeichnen sich durch ihre Nachhaltigkeit aus mehreren zwingenden Gründen aus:

1. VOC-arme und wasserbasierende Systeme: VAE-Farben (Vinylacetat-Ethylen) werden in der Regel als Dispersionen auf Wasserbasis formuliert. Das bedeutet, dass sie im Vergleich zu lösungsmittelbasierten Systemen von Natur aus sehr geringe Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) enthalten. Ein geringerer VOC-Gehalt reduziert nicht nur die schädlichen Emissionen, die zur Luftverschmutzung und zu Problemen mit der Luftqualität in Innenräumen beitragen, sondern hilft auch, die immer strengeren Umweltvorschriften zu erfüllen.
2. Integration von biobasierten Komponenten: Einer der wichtigsten Nachhaltigkeitsvorteile von VAE-Farben ist ihre Fähigkeit, erneuerbare Rohstoffe zu verwenden. Bei der Herstellung von VAE können biobasierte Essigsäure und in einigen Fällen auch biologisch gewonnenes Ethylen verwendet werden. Obwohl die meisten biobasierten VAE nach der Massenbilanzmethode hergestellt werden, bei der das Verhältnis zwischen erneuerbaren und fossilen Rohstoffen ermittelt wird, ermöglicht dieser Ansatz den Herstellern, den Anteil an erneuerbaren Rohstoffen zu erhöhen, ohne die bestehenden Produktionsanlagen zu überholen. Dadurch wird nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert, sondern auch der gesamte Kohlenstoff-Fußabdruck der Beschichtung verringert.
3. Effiziente Leistung, die zu Langlebigkeit führt: Abgesehen von ihrer Umweltfreundlichkeit bieten VAE-basierte Lacke auch technische Spitzenleistungen. Sie bieten eine hervorragende Filmbildung, Haftung und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Diese Robustheit bedeutet, dass Oberflächen, die mit VAE-Farben beschichtet werden, eine längere Lebensdauer und einen geringeren Wartungsbedarf haben. Die verlängerte Haltbarkeit trägt indirekt zur Nachhaltigkeit bei, da weniger häufig neu gestrichen oder überstrichen werden muss, wodurch der Ressourcen- und Energieverbrauch im Laufe der Zeit gesenkt wird.
4. Nachhaltige Herstellung und Recycling Vorteile: Die Kompatibilität der VAE-Formulierungen mit bestehenden Produktionsanlagen ermöglicht einen reibungsloseren Übergang zu umweltfreundlicheren Verfahren. Da diese Farben auf Wasserbasis hergestellt werden, reduzieren sie gefährliche Abfälle und vereinfachen die Produktionslogistik. Darüber hinaus bedeutet die thermoplastische und wasserlösliche Beschaffenheit von VAE-Polymeren, dass die Materialien am Ende ihres Lebenszyklus leichter recycelt oder wiederverwendet werden können, was zu einer stärker kreislauforientierten Wirtschaft beiträgt.
5. VAE-basierte Formulierungen können TiO₂-Einsparungen ermöglichens in Dekorfarben, und hier ist der Grund dafür:
   • Verbessertes Versteckvermögen: Polymere auf VAE-Basis (Vinylacetat-Ethylen) sind auf eine hervorragende Filmbildung ausgelegt. Ihre hervorragenden Koaleszenz- und Haftungseigenschaften führen zu einer verbesserten Abdeckung, was bedeutet, dass im Vergleich zu herkömmlichen Styrol-Acryl-Systemen weniger TiO₂ benötigt wird, um die gleiche optische Opazität zu erreichen. Studien haben gezeigt, dass Formulierungen, die VAE-Polymere verwenden, den Titandioxidgehalt um etwa 15% reduzieren können (z. B. Senkung des TiO₂-Gehalts von etwa 8,0% auf etwa 6,9%), ohne das Deckvermögen oder die Gesamtleistung zu beeinträchtigen.
   • Kosten und Umweltvorteile: Titandioxid ist nicht nur eine der teuersten Komponenten in weißen Farbformulierungen, sondern hat auch einen beträchtlichen ökologischen Fußabdruck. Durch die Verringerung der erforderlichen Menge an TiO₂ können die Hersteller die Produktionskosten senken und die Umweltauswirkungen der Farbe verringern. Dies ist besonders wichtig, da die Nachhaltigkeit und die Verringerung der CO₂-Emissionen aus industriellen Prozessen weltweit an Bedeutung gewinnen.
   • Flexibilität in der Formulierung ermöglichen: VAE-Bindemittel bieten eine ausgezeichnete Kompatibilität mit anderen Pigmentvermittlern, wie z. B. gefälltem Kalziumkarbonat oder speziellen Vermittlern wie kalzinierter Kieselerde. Dank dieser Synergie können Formulierer ihre Rezepturen flexibler anpassen und sicherstellen, dass auch bei niedrigeren TiO₂-Gehalten die optischen und mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die robuste Leistung von VAE-Formulierungen unterstützt auch eine längere Haltbarkeit und weniger Wartungseingriffe während der Lebensdauer des Produkts, was einen weiteren Beitrag zur Nachhaltigkeit leistet.

Diese Faktoren - niedriger VOC-Gehalt, das Potenzial für biobasierte Rohstoffe, hohe Leistung und Recyclingfähigkeit - machen VAE-Dekorationsfarben zu einer zukunftsweisenden Entscheidung für Nachhaltigkeit in der Beschichtungsindustrie.