Farben und Lacke spielen in zahlreichen Branchen eine entscheidende Rolle. Der weltweite Markt für Farben und Beschichtungen wurde 2023 auf $206,56 Milliarden geschätzt und wächst im Zeitraum zwischen 2021 und 2027 mit einer prognostizierten CAGR von etwa 4,5%. Dieses Wachstum zeigt, wie wichtig Farben für Sektoren wie Bau und Transport sind. Die Herstellung von Farben umfasst verschiedene Komponenten, darunter Pigmente, die für Farbe und Deckkraft sorgen; Bindemittel, die die Pigmentpartikel zusammenhalten und an der Oberfläche befestigen; Flüssigkeiten, die Pigmente und Bindemittel tragen; Additive, die bestimmte Eigenschaften oder Merkmale von Farben verbessern. Wenn man diese Dinge kennt, versteht man, warum die Herstellung von Farben so kompliziert und präzise ist.
Rohstoffe & Zutaten
Pigmente
Arten von Pigmenten
Pigmente verleihen der Farbe ihre Farbe und Deckkraft. Es gibt zwei Haupttypen von Pigmenten: organische, die aus kohlenstoffbasierten Molekülen hergestellt werden (z.B. leuchtende Rottöne), und anorganische, die aus mineralischen Verbindungen gewonnen werden (z.B. weißes Titandioxid). Organische Pigmente bieten leuchtende Farbtöne, während ihre Gegenstücke eine hervorragende Deckkraft oder Haltbarkeit bieten, insbesondere wenn sie über längere Zeit dem Licht ausgesetzt sind.
Quellen für Pigmente
Die Hersteller beziehen Pigmente aus vielen Quellen, darunter Mineralien, Pflanzen usw. - sowohl natürlich vorkommende Stoffe als auch synthetisch hergestellte Chemikalien, die in verschiedenen Verfahren hergestellt werden, um die von den Endverbrauchern gewünschten Farben zu erzielen. Das weit verbreitete Pigment Titandioxid beispielsweise stammt aus dem Mineral Ilmenit, während Zinkoxid, ein weiteres gängiges Pigment, aus Erzen gewonnen wird, die dieses Metall enthalten, während einige organische Pigmente aus Erdöl gewonnen werden.
Bindemittel
Arten von Bindemitteln
Bindemittel werden verwendet, um die Pigmentpartikel zusammenzuhalten und sie auf der zu bemalenden Oberfläche zu befestigen. Acrylate bieten eine gute Haftflexibilität, Alkydharze einen dauerhaften Glanz, Epoxidharze eine starke Haftung und chemische Beständigkeit, Polyurethane eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit usw.
Funktionen von Bindemitteln
Die Funktion von Bindemitteln für die Leistung von Farben kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sie sorgen dafür, dass das Pigment auf der gestrichenen Oberfläche haftet. Außerdem beeinflussen sie die Härte der Farbe, die sich auf die Haltbarkeit nach dem Trocknen auswirkt, sowie andere Faktoren wie die Wasserbeständigkeit usw. Acrylfarben zum Beispiel sind flexibel, wenn Risse zu erwarten sind, während Alkydharze unter anderem den Glanz und die Härte des Farbfilms verbessern.
Lösungsmittel
Arten von Lösungsmitteln
Lösungsmittel lösen Bindemittel auf und helfen beim Auftragen der Farbe. Es gibt zwei Haupttypen: Lösungsmittel auf Wasserbasis (oder Farben auf Wasserbasis), die Wasser als primäres Lösungsmittel verwenden; Lösungsmittel auf Lösungsmittelbasis (unter Verwendung von organischen Verbindungen wie Testbenzin oder Terpentin). Jeder Typ hat seine eigenen Vorteile, je nachdem, was man mit seinem Anstrich erreichen möchte.
Die Rolle von Lösungsmitteln bei der Herstellung von Farben
Lösungsmittel steuern die Viskosität, was das Auftragen der Farbe erleichtert; außerdem verdampfen sie nach dem Auftragen und beschleunigen so die Trocknungszeit. Wasserbasierte Farben haben einen niedrigen VOC-Gehalt und gelten daher als umweltfreundlich. Im Gegensatz zu lösungsmittelbasierten Farben bieten sie gute Fließ- und Verlaufseigenschaften, die für Hochleistungsbeschichtungen erforderlich sind.
Zusatzstoffe
Arten von Zusatzstoffen
- Verdickungsmittel: Verdicken die Konsistenz der Farbe.
- Dispergiermittel: Helfen, die Pigmente gleichmäßig zu verteilen.
- Entschäumer: Verringern den Schaum beim Mischen.
- Biozide: Verhindern mikrobielles Wachstum.
- UV-Stabilisatoren: Schützt vor Schäden durch ultraviolettes Licht.
Zweck von Zusatzstoffen
Verdickungsmittel verbessern die Konsistenz und sorgen für eine geschmeidige Anwendung; Dispergiermittel verhindern das Verklumpen und sorgen für eine gleichmäßige Färbung; Entschäumer beseitigen Blasen und sorgen für ein makelloses Finish; Biozide verlängern die Haltbarkeit, indem sie das Wachstum von Schimmelpilzbakterien hemmen; UV-Stabilisatoren verbessern die Haltbarkeit gegen schädliche Sonnenstrahlen.
Zusatzstoffe sind notwendig, um eine gute Farbe herzustellen. Jede Art von Zusatzstoff zielt auf einen anderen Aspekt der Lackierleistung ab.
Prozess der Farbherstellung
Vormischung Verwendete Ausrüstung
Beim Vormischen werden verschiedene Geräte verwendet. Hochgeschwindigkeitsdispergierer mischen Pigmente mit Bindemitteln und Lösungsmitteln. Mischer sorgen für eine gleichmäßige Verteilung aller Zutaten. Tanks lagern das vorgemischte Material, bevor es gemahlen wird. Pumpen transportieren die Mischung zwischen den verschiedenen Stufen.
Schritte des Vormischens
Der Prozess des Vormischens beginnt mit dem Abmessen der Rohmaterialien. Pigmente, Bindemittel und Lösungsmittel werden von den Mitarbeitern in den Mischer gegeben. Das Hochgeschwindigkeitsdispergiergerät mischt diese Komponenten zusammen, bis sie homogen sind. Nach diesem Schritt wird das vorgemischte Material in Lagertanks transportiert, wo es einige Zeit verbleibt, bevor es bei Bedarf gemahlen wird, um seine Qualität während des Transports oder aus anderen Gründen nicht zu verlieren.
Schleifen
Zweck des Schleifens
Durch das Mahlen wird die Größe der Pigmentpartikel verringert, was zu einer besseren Farbkraft und Deckkraft sowie zu einer glatten Oberfläche der Farbe führt. Eine ordnungsgemäße Vermahlung gewährleistet eine gleichmäßige Dispersion der Pigmente in einem Medium wie einem öl- oder wasserbasierten Emulsionsbindemittelsystem, das für die Herstellung von Farben verwendet wird.
Techniken zum Schleifen
Kugelmühlen verwenden rotierende Zylinder, die mit Mahlkörpern (Stahlkugeln) gefüllt sind. Diese zerkleinern große Partikel durch die Aufprallkräfte, die durch ihr Gewicht entstehen, wenn sie aus der Höhe auf kleinere Partikel fallen, die sich im unteren Teil des Mühlenmantels befinden.) Bei Perlmühlen werden anstelle von Stahlkugeln kleine Kügelchen (Medien) aus Glas oder Keramik verwendet, da diese Materialien eine geringere Dichte als Metalle haben und daher weniger Energie während des Mahlvorgangs benötigt wird, da leichtere Partikel höher angehoben werden als schwere, die durch die Schwerkraft nach unten gedrückt werden. So wird eine schnellere Zerkleinerungsrate erreicht, aber dennoch eine feine Partikelgrößenverteilung erzielt, die der Effizienz des Kugelmahlprozesses entspricht. Attritoren arbeiten mit Hochgeschwindigkeitsrührwerken, die von vertikalen Rührarmen angetrieben werden, die horizontal über den oberen Teil einer geschlossenen zylindrischen Kammer angebracht sind, in der sich benetzte Feststoffe zusammen mit einem flüssigen Medium wie Wasser oder einem organischen Lösungsmittel befinden. Erreicht wird dies durch die Rotation der Rührwerke (Schaufeln) mit hohen Drehzahlen, die in der Nähe der Spitze, wo der größte Teil der Zerkleinerung zwischen den Medienpartikeln selbst und gegen die Behälterwände stattfindet, bei jedem Umdrehungszyklus intensive turbulente Strömungsmuster erzeugen.
Mischen
Hochgeschwindigkeits-Mischen
Die weitere Homogenisierung der Farbe erfolgt durch Hochgeschwindigkeitsmischen. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Komponente gleichmäßig über das gesamte Volumen und die gesamte Oberfläche verteilt wird, die während des Trocknungsprozesses mit der Luft in Kontakt kommt. Hochgeschwindigkeitsmischer arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten und erzeugen dabei eine gleichmäßige und stabile Mischung.
Dispergiermittel
Wichtigkeit beim Mischen
Dies sind Chemikalien, die verhindern, dass die Pigmente während der Mischphase verklumpen, so dass sie sich gleichmäßig im gesamten Bindemittelsystem verteilen können, was zu einer guten Farbentwicklung und einem guten Glanz führt, wenn sich nach dem Auftragen auf die Substratoberfläche ein trockener Film bildet. Sie tragen auch dazu bei, ein glattes Finish ohne sichtbare Streifen oder Flecken zu erzielen, die durch ungleichmäßiges Absetzen von festen Partikeln im flüssigen Medium, das zur Herstellung von Farben verwendet wird, zurückbleiben.
Ausdünnen und Anpassen
Kontrolle der Viskosität
Es ist wichtig, die Viskosität der Farbe zu kontrollieren, damit sie beim Auftragen auf verschiedene Oberflächen reibungslos fließen kann. Die Hersteller fügen Lösungsmittel hinzu, um diesen Parameter entsprechend den gewünschten Leistungsmerkmalen des Endprodukts, wie z.B. leichtes Streichen, Rollen, Sprühen usw., anzupassen. Farben mit hoher Viskosität benötigen beispielsweise Verdünnungsmittel, während Farben mit niedriger Viskosität Verdickungsmittel benötigen. All dies sollte jedoch richtig gemacht werden, da es sonst zu schlechten Ergebnissen wie Kriechen, Absacken, Verlaufen, Tropfen usw. kommen kann, die die Gesamtqualität der beschichteten Objekte beeinträchtigen und somit die Unzufriedenheit des Kunden mit dem gekauften Artikel oder der vom Lieferanten erbrachten Dienstleistung verursachen.
Konsistenz von Charge zu Charge
Kontrolle der Temperatur
Die Qualität der Farbe wird durch die Regulierung der Temperatur erhalten. Die Hersteller empfehlen, Farben bei Temperaturen zwischen 50°F und 80°F zu lagern. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können sich auf die Dicke und Stabilität der Farbe auswirken und dazu führen, dass sich die Bestandteile bei warmen Temperaturen ablösen, während sie bei kaltem Wetter eindicken können, was zu einer schlechten Haltbarkeit führt.
Überlegungen zur Haltbarkeitsdauer
Es gibt mehrere Faktoren, die bestimmen, wie lange ein Produkt im Regal steht, bevor es verdirbt. Dazu gehören Verfallsdaten, die von den Herstellern selbst angegeben werden oder die auf den Etiketten stehen, die beim Kauf auf den Behältern angebracht werden, und die bei ordnungsgemäßer Lagerung eine Haltbarkeit von bis zu fünf Jahren angeben.
Umwelt- und Sicherheitsaspekte
Abfallwirtschaft
Gefährliche Materialien entsorgen
Bei der Herstellung von Farben fallen gefährliche Abfälle an. Daher ist es notwendig, die richtigen Entsorgungsmethoden zu beachten, um die Umwelt nicht zu schädigen. Die Einrichtungen sollten sich darüber im Klaren sein, dass es verschiedene Regeln für die Entsorgung solcher Stoffe gibt, je nachdem, mit welcher Art sie zu tun haben. Einige Unternehmen sind auf das Einsammeln und Behandeln dieser Art von Stoffen spezialisiert, während andere sie mit Feuer verbrennen oder Chemikalien einsetzen, die ihre schädlichen Auswirkungen neutralisieren.
Recycling-Praktiken
Heutzutage versuchen viele Industrien, die Müllproduktion zu reduzieren und gleichzeitig die natürlichen Ressourcen zu schonen. Dies geschieht durch Recycling-Programme von Unternehmen, die unter anderem Farben und Verpackungsmaterialien herstellen. Selbst die nicht verwendeten Teile können noch einem anderen Zweck dienen, wenn sie wieder zu neuen Produkten verarbeitet werden. Auch Lösungsmittel und Behälter, die während der Produktionsprozesse verwendet werden, können bestimmten Behandlungen unterzogen werden, gefolgt von getrennten Reinigungsverfahren in den Anlagen, in denen sie hergestellt wurden.
Sicherheitsmaßnahmen
Persönliche Schutzausrüstung (PSA)
Arbeiter, die mit Malerarbeiten beschäftigt sind, sollten zu ihrer eigenen Sicherheit die richtige PSA tragen. Dazu gehören Handschuhe, Masken und Schutzbrillen, die sie vor Chemikalien und körperlichen Verletzungen schützen, die während der Arbeitszeit auftreten können. Bei einigen Arbeiten müssen die Mitarbeiter Atemschutzmasken tragen, wenn sie mit flüchtigen Stoffen zu tun haben, während bei anderen das Tragen spezieller Kleidung erforderlich ist, damit sie nicht direkt mit gefährlichen Stoffen in Berührung kommen. Daher ist es wichtig, die Mitarbeiter kontinuierlich in diesen Fragen zu schulen, bis sie zur Routine werden und von allen Beteiligten strikt befolgt werden. Andernfalls kann die Nichteinhaltung der Richtlinien zu Unfällen am Arbeitsplatz führen und damit Leben gefährden oder auch nach Feierabend Schaden anrichten.
Sicherheitsprotokolle in Produktionsstätten
Produktionsbetriebe haben schon immer sehr streng auf die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften auf ihrem Gelände geachtet. So werden beispielsweise regelmäßige Kontrollen auf potenzielle Gefahren durchgeführt, während Belüftungssysteme dazu beitragen, Partikel in der Luft zu kontrollieren, die bei den Arbeitern, die diese kontaminierte Luft einatmen, zu Gesundheitsproblemen führen können. Es müssen angemessene Notfallverfahren für den Fall festgelegt werden, dass irgendwo in den Fabrikhallen etwas verschüttet wird, einschließlich Bränden, bei denen Feuerlöscher und Alarme strategisch an leicht zugänglichen Stellen im gesamten Gebäude platziert werden sollten, und es müssen Standard-Feuerwehrausrüstungen zur Verfügung stehen, wie z.B. Feuerwehrautos, die schnell auf Anrufe aus verschiedenen Teilen eines Unternehmens reagieren können; Die Einhaltung der Industriestandards und der einschlägigen Gesetze stellt sicher, dass die Betriebe für alle Beteiligten sicher bleiben. Daher sollte eine kontinuierliche Überwachung durchgeführt werden, nur für den Fall, dass jemand vergisst, den einen oder anderen Aspekt zu beachten, denn die Umsetzung all dieser Maßnahmen schützt die Mitarbeiter vor Verletzungen und die Umwelt vor Verschmutzung durch die Lackproduktion.
Der Herstellungsprozess von Farben umfasst mehrere kritische Schritte, darunter die Auswahl der Rohstoffe, das Vormischen, Mahlen, Mischen, Verdünnen und die Qualitätskontrolle. Jeder Schritt stellt sicher, dass das Endprodukt den Industriestandards für Leistung und Sicherheit entspricht.
Qualitätssicherung und Sicherheitsvorkehrungen sind wesentliche Komponenten für die Erhaltung hochwertiger Farben. Diese Maßnahmen garantieren die Langlebigkeit der Farbe durch strenge Testverfahren, die den vorgeschriebenen Richtlinien entsprechen, um ihre Umweltfreundlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Bedingungen zu prüfen. Außerdem schützen das Tragen von persönlicher Schutzausrüstung (PSA) und die Einhaltung sicherer Arbeitsverfahren die Arbeiter vor den Gefahren, die mit dem Umgang mit Farben verbunden sind.
Zukünftige Trends in der Farbenproduktion konzentrieren sich auf Nachhaltigkeit und Innovation. Es werden umweltfreundliche Materialien und Recyclingtechniken entwickelt, um die Auswirkungen dieser Aktivitäten auf unsere Umwelt zu reduzieren. Weitere Verbesserungen wurden vorgenommen, um die Effizienz in den verschiedenen Phasen der Herstellung zu steigern und so die Produktivität zu erhöhen und gleichzeitig einen hohen Qualitätsstandard zu erreichen.