Waterverdunbare verf

Transcriptie

1 154 1 Waterverdunbare verf door J.A. Henneman Akzo Nobel oatings, Postbus 3, 2170 BA Sassenheim Dit artikel is een herziening van hemische Feitelijkheid 046 (Maart 1987). De oorspronkelijke Feitelijkheid werd geschreven door drs. A. Klingenberg, Stichting Natuur en Milieu, Utrecht. 1. Inleiding Verf algemeen Samenstelling en eigenschappen van waterverdunbare verf Gevaren van organische oplosmiddelen Referenties hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

2 Inleiding Verf wordt gebruikt voor de bescherming en verfraaiing van allerhande materialen zoals hout, metaal of kunststof. Verf is een complex mengsel van verschillende componenten. Als oplos- en verdunningsmiddelen kunnen organische oplosmiddelen, water of mengsels daarvan worden gebruikt. Waterverdunbare verf, ook wel aangeduid met watergedragen verf, wordt van oudsher al gebruikt als muurverf, ook wel latexverf genoemd. ok al langer bekend zijn de waterverdunbare transparante en dekkende hoogglans- of zijdeglanslakken. Deze worden echter nog steeds beperkt toegepast. Hiervoor zijn een aantal redenen te noemen. Naarmate de luchtvochtigheid hoger is duurt het des te langer alvorens de lak droog is en het drogen is des te sneller bij hogere temperaturen. Bovendien blijkt dat bij het verwerken van waterverdunbare verf het type ondergrond, waarop de verf wordt aangebracht, kritischer is. Een belangrijk voordeel echter van waterverdunbare verven is dat deze aanzienlijk minder organische oplosmiddelen bevatten. Laatstgenoemde oplosmiddelen, meestal mengsels van alifatische en aromatische koolwaterstoffen (terpentines), kunnen zowel voor het milieu als voor de gebruiker schadelijk zijn. Desondanks is de afzet van waterverdunbare verf in de bouw en in de doe-het-zelf sector niet groter dan ton op jaarbasis. 2. Verf algemeen Verf bestaat uit verschillende componenten, zoals een bindmiddel, oplos- en verdunningsmiddelen, kleurpigmenten en andere hulpstoffen. De oplos- en verdunningsmiddelen vormen de vluchtige bestanddelen (VS, vluchtige organische stoffen) die tijdens en na het opbrengen van de verf vrijkomen in de omgeving. Het gebruikte bindmiddel bepaalt in hoge mate de eigenschappen van de verf zoals glans, elasticiteit, sterkte en de hechting op de ondergrond. Verven worden dan ook vaak ingedeeld naar de aard van het gebruikte bindmiddel. Bij fysisch drogende bindmiddelen vindt droging plaats door verdamping van het oplosmiddel zodat de grote bindmiddelmoleculen tot een film op de ondergrond samenvloeien. Bij che- 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

3 154 4 Waterverdunbare verf misch drogende bindmiddelen vindt droging plaats doordat kleine bindmiddelmoleculen reageren tot grotere moleculen, die vervolgens samenvloeien tot een film. Verven in de huisschildersector bevatten meestal een chemisch drogend bindmiddel. Tot voor kort werd gebruikt gemaakt van drogende oliën maar deze materialen zijn nu veelal vervangen omdat voor de hedendaagse toepassingen de droging en doorharding te traag verlopen, de hardheid onvoldoende is en de bestendigheid tegen water en alkalische media te wensen overlaat. Tegenwoordig maakt men gebruik van een aan de lucht oxidatief drogend bindmiddel op basis van een alkydhars. Een alkydhars is een polyester dat opgebouwd is uit meerwaardige alcoholen (zoals glycerol of pentaerythritol) en ftaalzuur of ftaalzuuranhydride. De elastische eigenschappen worden verkregen door aan deze polyester vetzuurketens te koppelen H 2 H H 2 R H 2 H R H 2 <ftaalzuur> <glycerol> <vetzuur> Figuur 1. Schematische voorstelling van een alkydhars op basis van ftaalzuur, glycerol en een vetzuur. In 1995 werd in Nederland in totaal ton verfproducten verbruikt waarvan maar liefst ton in Nederland zelf werd geproduceerd. Het verbruik in de sectoren bouwnijverheid, industrie, particulieren en scheepsbouw bedroeg respectievelijk 44, 19, 35 en 2%. In tabel 1 zijn meer gedetailleerde cijfers weergegeven. 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

4 154 5 Tabel 1. Afzet van in Nederland geproduceerde verfproducten in 1995 Sector/product Hoeveelheden (ton) Percentage van het totaal (%) Bouwnijverheid muurverven ,0 pleisters ,2 lakken, verven, beitsen ,6 kitten ,2 Particulieren muurverven ,1 overige ,1 Industriële markt autolakken ,0 bliklakken ,7 bandlakken ,5 houten meubellakken ,4 poederlakken ,7 industrie algemeen ,8 Autoreparatielakken ,8 Scheepsbouw ,9 Totaal ,0 Muurverven voor binnen bevatten meestal water als voornaamste oplosmiddel. De overige verven en beitsen bevatten organische oplosmiddelen. Hierbij gaat het om meer dan ton in Nederland geproduceerde verf. Daarbij komt nog de geïmporteerde hoeveelheid verf zodat in totaal in Nederland jaarlijks ongeveer ton organische-oplosmiddelhoudende verf en beits op hout wordt verwerkt. Waarschijnlijk ligt het verbruik van organische oplosmiddelen nog hoger omdat deze ook rechtstreeks bij de chemicaliënhandel kunnen worden gekocht. Deze cijfers zijn echter niet in de tabel verwerkt. Verder zijn kwastreinigers en dergelijke een emissiebron van organische oplosmiddelen. 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

5 154 6 Waterverdunbare verf In Nederland is in 1986 een project van het Ministerie van VRM van start gegaan, bekend als het Koolwaterstoffen 2000 (KWS 2000) convenant, met als doel de uitstoot van vluchtige organische stoffen (VS) in het jaar 2000 met 50% (ten opzichte van 1981) terug te dringen. De afgelopen jaren is daarom een grote inspanning geleverd om het gehalte aan vluchtige organische oplosmiddelen in verven verder terug te brengen. In de zogenaamde High Solids alkydverven (hoog geconcentreerde verven) worden tegenwoordig zelfs percentages oplosmiddel gerealiseerd van minder dan 20%. Het gemiddelde percentage zal echter nog altijd rond de 45% liggen, zodat er jaarlijks nog altijd ongeveer ton vluchtige organische oplosmiddelen door de bouw- en particuliere sector in de lucht wordt gebracht. Vervanging van deze verven door waterverdunbare verven zou de emissie met duizenden tonnen per jaar kunnen reduceren. 3. Samenstelling en eigenschappen van waterverdunbare verf In de huidige waterverdunbare verven zijn de gebruikte bindmiddelen veelal gebaseerd op acrylaat(co)polymeren, polyurethanen, alkydharsen of mengsels daarvan. Bindmiddelen in waterverdunbare, fysisch drogende, dispersieverven zijn tot nog toe meestal gebaseerd op acrylaat(co)polymeren. In een dispersieverf is het bindmiddel in de vorm van kleine bolletjes in water verdeeld en gestabiliseerd (gedispergeerd). Wanneer tijdens het drogen het water verdampt vloeien de polyacrylaatbolletjes samen en vormen zo een verffilm. De verven worden ook wel waterverdunbare acrylaatdispersieverven, of kortweg acrylverf, genoemd. In de praktijk zijn de acrylaat- (co)polymeren opgebouwd uit ethyl-, butyl- of isobutylesters van acrylzuur en methacrylzuur. Met deze variëteit aan basisgrondstoffen kunnen de meest uiteenlopende polyacrylaat-bindmiddelen worden gemaakt. Water is echter niet het enige oplosmiddel in dispersieverven. Toevoeging van kleine hoeveelheden (5 tot 10%) organische oplosmiddelen is nodig om uiteindelijk goede verfeigenschappen te verkrijgen. Het gaat daarbij om (poly)glycolen of afgeleide etherderivaten, 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

6 154 7 H H H 2 H 2 R R (I) (II) Figuur 2. Esters van acrylzuur (I) en methacrylzuur (II). zoals ethyleenglycol monoethylether of ethyleenglycol monobutylether, die ervoor zorgen dat ook bij lage temperatuur een goede filmvorming optreedt. Dergelijke organische bestanddelen moeten aan de eis voldoen dat ze zowel met water mengbaar zijn als het bindmiddel oplossen. De glycolderivaten fungeren tegelijkertijd als antivriesmiddel. Andere belangrijke functies van de toegevoegde glycolderivaten zijn het sturen van de viscositeit, het trager laten drogen van de verf (met alleen water droogt de verf te snel en is niet doorstrijkbaar) en ze zijn essentieel voor een goed vloeiproces (coalescentie). Zonder deze additieven wordt uit de gedispergeerde polyacrylaatbolletjes geen homogeen gevloeide film verkregen. Het merendeel van de glycolderivaten verdampt bij het drogen. Met de recent ontwikkelde waterverdunbare acrylaatdispersieverven is zowel binnen- als buitenhout te beschilderen. Het feit dat waterverdunbare acrylaatdispersieverven weinig organische oplosmiddelen bevatten is uit milieuoogpunt een groot voordeel. Deze verven zijn echter niet per se milieuvriendelijk. De acrylverven bevatten ook kleine hoeveelheden (tot 1%) stoffen die milieu- of gebruikersonvriendelijk kunnen zijn: biocides, ammonia, weekmakers, filmvormers en anti-schuimmiddelen. Met name de toegepaste biocides, waaronder fungicides en bactericides, verdienen de aandacht. Dergelijke toevoegingen moeten bederf van de verf in de bus tegengaan en de op het hout aangebrachte verffilm tegen o.a. schimmels beschermen. De in het verleden zo populaire fungicides op basis van organotinverbindingen zijn thans geheel vervangen door minder milieubelastende verbindingen. Waterverdunbare acrylaatdispersieverven verschillen in eigenschappen van de alkydverven die organische oplosmiddelen bevatten. De belangrijkste voordelen zijn: 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

7 154 8 Waterverdunbare verf zeer beperkte emissie van vluchtige organische stoffen (VS); onbrandbaarheid; kortere droogtijden; geen vergeling. Het belangrijkste nadeel echter is dat de keuze van de ondergrond bij acrylverven nauwer luistert, bijvoorbeeld bij het overschilderen van een alkydverf. Een goede voorbehandeling van de ondergrond, zoals reinigen en schuren, is derhalve noodzakelijk. Uit praktijkonderzoek blijkt dat acrylverf al wel wordt toegepast op buitenhout (o.a. geveltimmerwerk). p basis van de steeds breder wordende ervaringen met waterverdunbare verven wordt het steeds duidelijker dat met de huidige acrylaatdispersieverven de problematiek van waterverdunbare verven niet opgelost kan worden. Er wordt de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van polyurethaan dispersieverven in combinatie met acrylaat-dispersies en alkydemulsies. 4. Gevaren van organische oplosmiddelen Terpentine wordt vaak als oplosmiddel in verven gebruikt. Terpentine wordt bereid uit petroleumproducten en bevat ongeveer 85% alifatische koolwaterstoffen met een kookpunt van Verder bevat terpentine voor ongeveer 15% aromatische koolwaterstoffen, zoals benzeen, tolueen en xylenen. Tegenwoordig wordt echter steeds meer gebruik gemaakt van aromaatarme (< 1%) terpetine. Afhankelijk van de concentratie en de duur van de blootstelling kunnen de volgende effecten van organische oplosmiddelen op de gezondheid in het algemeen optreden: narcotische werking; prikkeling van slijmvliezen, ogen en huid; neurotoxische werking; schade aan organen: lever, nieren, maag-darmkanaal, hart en bloedsomloop. 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154

8 154 9 Bij de alifatische koolwaterstoffen, die het grootste bestanddeel in terpentine vormen, gaat het bij hoge en acute expositie om de narcotische werking en bij chronische blootstelling om de lichte schade aan leerfuncties en gedragsveranderingen (PS, rganisch Psycho Syndroom). In zijn algemeenheid kan men stellen dat wanneer men de werkplek voldoende ventileert er geen aantoonbare relatie of negatieve effecten waargenomen worden. Het (huid)contact met waterverdunbare verven is veel meer geaccepteerd dan in het geval van oplosmiddelhoudende verven. Tengevolge hiervan zal, bij overschakeling van oplosmiddelhoudende naar waterverdunbare verven, de kans op huidirritatie en/of sensibilisatie groter zijn. Wat betreft de effecten op het milieu dragen organische oplosmiddelen bij tot vorming van smog bij zonnig en windstil weer. Bij afbraak van koolwaterstoffen in de atmosfeer worden ozon en stikstofoxiden gevormd. Deze stoffen spelen ook een rol bij het ontstaan van zure regen. Bij de overschakeling op waterverdunbare verven speelt eveneens een milieu-effect. p zich is water een slecht oplosmiddel voor waterverdunbare verf. Dit zal dus leiden tot veel afvalwater wat zeer waarschijnlijk in het riool terechtkomt met al z n consequenties van dien voor de waterzuiveringsstations. 5. Referenties SV Seminar Watergedragen verven, maart Verfvademecum van ir. M.F. Kooistra (ISBN ). Brochure Laat de toekomst niet vervliegen, uitgave Ministerie van VRM, Zoetermeer. 27 hemische feitelijkheden oktober 1998 tekst/154