DE2433193A1

DE2433193A1 - Verfahren zur abscheidung von farbnebeln wasserverduennbarer lacke in farbspritzanlagen

Info

Publication number: DE2433193A1
Application number: DE2433193A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Daimer
Original assignee: Vianova Resins AG
Current assignee: Allnex Austria GmbH
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1974-07-10
Publication date: 1976-01-29
Also published as: DE2433193C3; FR2277613A1; DE2433193B2; ATA433475A; AT341058B; FR2277613B3; GB1510843A; JPS5134869A; US4055404A

Description

Patentanwälte Dr. E. Bee liner

. y.. J. i.iüiler Dr. Tl·. Arendt D S München 80

r. ^T-L 47 51 SS

VIANOVA KUNSTHARZ AKTIENGESELLSCHAFT, A 1010 Wien Johannesgasse 14 (Österreich)

Verfahren zur Abscheidung von Farbnebeln wasserverdünnbarer Lacke in Farbspritzanlagen

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^r-

Beim Verspritzen von Lacken in Spritzkabinen, Spritzständen oder vor Spritzwänden treten Nebel von feinzerstäubten Lackteilchen auf, die nicht vollständig auf das Werkstück gelangen, sondern je nach Form des Objektes zu einem großen Teil ungenützt an diesem vorbeistreichen. Derartige Verluste können bis zu 80 % des eingesetzten Lackmaterials betragen. Diese Farbnebel müssen, um nicht die Umgebung durch Gesurdheitsschädigung oder Explosionsmogliciikeit zu gefährden, aus der Abluft der Lackieranlagen entfernt werden. Dafür werden Prallbleche und Filter aus FasermateriaIien verwendet, die aber den Nachteil haben, sich bei längerem Gebrauch zu verstopfen und daher häufig erneuert werden nüssen. Aus diesem Grunde ist man weitgehend dazu übergegangen, die Farbnebel durch Auswaschung mit Wasser aus der Abluft zu entfernen, wodurch eine kontinuierliche Arbeitsweise und ein wesentlich erhöhter Reinigungseffekt bei gleichzeitiger Verminderung der Explosionsgefahr gegenüber der Filterabscheidung erzielt werden. Es sind verschiedene Konstruktionsprinzipien zur möglichst vollständigen Auswaschung (Wirbelwäscher, Düsen-, Kaskaden-, Venturiauswaschung, Bullows-Nopump und Kombinationen dieser Waschsysteme) bekannt ge\vorden. Die ausgewaschenen Lackpartikel setzen sich je nach ihrem spezifischen Gewicht in einem Beruhigungsbecken als Lackschlamm ab oder schwimmen als Kuchen an-' der Wasseroberfläche, wo sie durch Abschöpfen entfernt werden können. Das Wasser wird abgeleitet oder, gegebenenfalls nach einer zusätzlichen Filtration, im Kreislauf in die Farbspritzanlage zurückgeführt. Einzelheiten sind von F. Rüb, Farbspritzstände und -kabinen, Industrie •Lackierbetrieb 41, S. 21 (1973) beschrieben

Es ist leicht verständlich, daß nach dem Stand der Technik nur solche Lacknebel später aus dem Berieselungswasser vollständig abgetrennt werden können, deren Einzelkomponenten in Wasser weitgehend unlöslich sind. Dies ist der Fall bei Lacken, die en^veder pulverförmig sind oder zu deren Verdünnung ausschließlich organische Lösemittel verwendet v/erden. Die verwendeten organischen Lösemittel bestehen vorzugsweise aus· aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen wie ss. B. :

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Benzinen, Cycloalkanen, Toluol, Xylol und deren Homologen, aus Estern wie z. B.: Äthylacetat, Butylacetat etc., aus Ketonen wie z. B. Aceton, Methylethylketon und deren Homologen. In geringerem Ausmaß werden auch Alkohole wie z. B. Äthanol oder Butanol verwendet. Diese organischen Lösemittel, sind bekanntlich toxisch, brand- bzw. explosionsgefährlich, zum Teil smogbildend und nicht jederzeit in beliebiger Menge verfügbar.

Aus diesen Gründen hat seit einiger Zeit ein verstärkter Trend zu Bindemitteln bzw. Lacken eingesetzt, die als Lösemittel vorzugsweise Wasser und nur sehr wenig oder gar keine organischen Lösemittel mehr enthalten. Soferne es sich nicht um feinteilige Dispersionen handelt, bestehen derartige wasserverdünnbare Bindemittel aus Makropolyionen, die durch Neutralisation mit einem entgegengesetzt geladenen Ion eine salzartige Struk^ tür bilden und dadurch in Form echter bis kolloidaler Lösungen in Wasser gelöst werden können. Zur Zeit werden neben den Dispersionen hauptsächlich Makropolyanionen und in geringerem Ausmaß Makropolykationen als Bindemittel für wasserverdünnbare Anstrichstoffe verwendet.

Die allgemeine Verbreitung dieser vom ökologischen Standpunkt erwünschten Bindemittel wird durch den Umstand behindert, daß sich die Spritznebel dieser Bindemittel im Berieselungswasser der Spritzanlagen teilweise oder sogar vollständig lösen. Nur die gegebenenfalls anwesenden Pigmente sedimentieren bei starker Verdünnung und können durch einfache Phasentrennungsverfahren abgeschieden werden. Die Lackbindemittel selbst belasten das Abwasser in unerwünschter Weise mit organischen Substanzen und müssen daher aus diesem mit Hilfe komplizierter Fällungsverfahren abgeschieden werden, bevor das gereinigte Wasser im Kreislauf in die Spritzanlage zurückgeführt oder in den Vorfluter abgelassen werden kann. Bei den Fällungsverfahren werden zur Koagulation der Makropolyanionen meistens starke Mineralsäuren zugegeben, deren Überschuß nach Entfernung des Koagulates wieder mit Alkalien neutralisiert werden muß, und so das Abwasser mit organischen Salzen belastet. Nach einem anderen Verfahren werden

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dem bindemittelhaltigen Abwasser Salzlösungen amphoterer Metalle zugesetzt, die bei starker Verdünnung zu wasserunlöslichen Niederschlagen (vorzugsweise Aluminiumhydroxid, oder Eisen-r hydroxid) hydrolysieren und feinverteilte Schwebestoffe bzw. Kolloide durch Adsorption binden. Es gelingt allerdings nicht, auf diese Weise alle niedermolekularen organischen Verbindungen , wie die zur Neutralisation erforderlichen Amine oder die Reste organischer Hilfslösemittel aus dem Wasser zu entfernen.

Die vorliegende Erfindung macht ein Verfahren bekannt, das die geschilderten Nachteile bei der Verarbeitung wasserverdünnbarer Lacke bzw. Bindemittel in Spritzanlagen mit Wasserberieselung bzv/. mit Farbnebelauswaschimg dui-ch Wasser vermeidet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es darüberhinaus ,in besonders einfacher Form ohne Zusatz weiterer Fällungsreagenzien d-ie ausgewaschenen Farbnebelrückstände aus dem Abwasser der Spritzanlage zu entfernen und das Abwasser im Kreisprozeß für weitere Auswaschvorgänge in die Spritsanlage zurückzuführen. Auf diese Weise wird der Wasserhaushalt eines wasserberieselten Spritzstandes beträchtlich verbessert und die Abwasserbelastung des Vorfluters nahezu auf Null reduziert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung von Farbnebeln wasserverdünnbarer Lacke aus der Abluft und dem Abwasser von Farbspritzanlagen ist dadurch gekennzeichnet, daß man dem zur Berieselungen der Farbspritzanlage und/oder dem zur Auswaschung der Farbnebel verwendeten Wasser wasserlösliche, schwerflüchtige, niedermolekulare salzartige Elektrolyte in solcher Menge zusetzt, daß das spezifische Gewicht der wäßrigen Salzlösung bei 20⁰C mindestens 1,01, vorzugsweise mindestens 1,10 beträgt, und den abgeschiedenen Lackschlamm in bekannter Weise durch Dekantation, Filtration etc. abtrennt.

Als geeignete Elektrolyte seien beispielsAveise genannt: Halogenide, Halogenate, Hypohalogenide, Sulfate, Sulfite, Hyposulfite, Peroxodisulfate,' Pyrosulfate, Bisulfate, Nitrate, Nitrite, prim., sek., tert.Phosphate, Hypophosphate, Pyrophosphate,

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Phosphite, Hypophosphite, Chromate, Bichromate, Permanganate, Arsenate, Stibiate, Stannate, Carbonate, Bicarbonate, Carbamate, Formiate, Acetate, Oxalate, Lactate, Benzoate der Metalle der 1. und 2. Hauptgruppe sowie der 1., 2., 4., 5., 6. und 8. Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente sowie des Ammoniums bzw. der aliphatischen Amine.

Besonders bevorzugt werden Natriumchlorid, Calciumchlorid, prim, und sek. Natriumsulfat, prim., sek., tert. Natriumphosphat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumphosphat.

Die Bestimmung des spezifischen Gewichtes der erfindungsgemäß verwendeten wäßrigen Lösung erfolgt nach den üblichen Methoden z. B. mit Hilfe eines Pyknometers oder kalibrierter Eintauchkörper (Spindeln) . Der pH-Wert der erfindungsgemäß verwende- ;:' ten Salzlösungen liegt zwischen 3 und 10.

Die wasserlöslichen Stoffe zur Erhöhung des spezifischen Gewichtes werden vorzugsweise in ihrer Sättigungskonzentration oder etwas unterhalb dieser eingesetzt, um bei Temper at urschv/ankungen oder Verdunstungsverlusten die Ausscheidung von festem Bodenkörper zu vermeiden.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird bewirkt, daß die Spritznebel unmittelbar beim Auftreffen auf die Wasserwand koaguliert werden, ohne daß zunächst eine teilweise oder völlige Auflösung der Lackbindemittel erfolgen kann, da die wasserlöslichen organischen Lackbindemittel die Eigenschaft haben, in Salzelektrolytlösungen eines breiten Konzentrationsbereiches nicht löslich zu sein. Durch das erhöhte spezifische Gewicht der wäßrigen Phase schwimmen die koagulierten Bindemittel an der Oberfläche in Form eines Kuchens oder Schaumes und können durch Abschopfeinrichtungen oder Überlaufschwellen leicht abgetrennt werden. Durch den "Aussalzeffekt" konzentrierter Elektrolytlösungen werden an sich hydrophile organische Hilfslösemittel vom Typ der Alkohole nicht in der wäßrigen Phase gelöst, sondern bleiben in der aufschwimmenden organischen Phase ange-

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reichert. Sie erhöhen daher nicht, die Explosionsgefahr des Berieselungswassers. Das geklärte elektrolythaltige Abwasser kann, gegebenenfalls nach einer einfachen Filtration von Pigmentschwebestoffen befreit, wieder zur Auswaschung in die Spritzanlage zurückgeführt werden. Das abgetrennte Lackkoagulat wird deponiert, verbrannt oder nach Reinigung von anhaftenden Salzresten wieder verwendet.

Das Verfahren eignet sich zum Einsatz in allen bekannten Aus- . führungsformen von Farbspritzanlagen also z. B. bei Spritzkabinen, Spritzwänden, Spritztischen oder Spritzboxen, die in offener oder allseitig geschlossener Ausführung, mit vertikaler oder horizontaler Absaugung vorliegen können. Desgleichen besteht keinerlei Beschränkung für die Art des Farbauftrages, sei es manuell oder automatisch, durcn Druckluftzerstäubung, " Hochdruckspritzen (airless), Heißspritzen oder elektrostatischen Farbauftrag. Die Auswaschung der Farbnebel nach dem erfindungsgemäß verbesserten Verfahren kann nach allen eingangs geschilderten Konstruktionsprinzipien erfolgen.

Beispiel 1

Als Berieselungswasser zur Farbnebelauswaschung für eine Spritzkabine wird eine Lösung aus 6 Gewicht st eilen Na₀IIPO. und 94 Gewichtsteilen Wasser verwendet. Das spezifische Gewicht dieser Lösung bei 20°C beträgt 1,08 g/cm³.

Es werden 200 g eines mit Titandioxid und Kupferphthalocyanin pigmentierten wäßrigen Lackes, der einen Festkörpergehalt von 62 % hat und dessen Bindemittel aus einem mit Triäthylamin neutralisierten Polycarbonsäureharz und Hexamethoxymethylmelamiii besteht, mit Druckluft von 4,5 at versprüht, ohne ein Werkstück zu beschichten.

Bestimmung des Reinigungseffektes:

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Das gebrauchte Berieselungswasser wird in einem Beruhigungsbecken gesammelt. Das blaue Laclckoagulat schwimmt als klebrige Schicht an der Oberfläche und wird quantitativ abgeschöpft; die darunter befindliche wäßrige Phase ist klar und farblos. Das Lackkoagulat wird in Butanol/Xylol 4 : 1 gelöst und in einem Scheidetrichter von Resten der Elektrolyt-Lösung befreit. Nach Verflüchtigung der Lösungsmittel verbleiben 117 g Feststoffe. Unter Bezugnahme auf 124 g versprühte Feststoffe errechnet man einen Reinigungsgrad von 94 %.

Beispiel 2

Als Berieselungswasser zur Farbnebelauswaschung für eine Spritzkabine wird eine Lösung aus 14 Gewichtsteilen Natriumchlorid und 86 Gewichtsteilen Wasser verwendet. Das spezifische Gewicht r

3 dieser Lösung bei 20°C beträgt 1,20 g/cm .

Nach Durchführung des Versuches gemäß Beispiel 1 findet man einen Reinigungsgrad von 94,5 %. Nach Abschöpfen des Lackkoagulates ist die v/äßrige Phase auch hier klar und farblos.

Beispiel 3

Als Berieselungswasser zur Farbnebelauswaschung für eine Farbspritzanlage wird eine Lösung aus 40 Gewichtsteilen Calciumchlorid und 60 Gewichtsteilen Wasser verwendet. Das spezifische

Gewicht dieser Lösung bei 20⁰C beträgt 1,43 g/cm .

Es werden 200 g eines mit Titandioxid pigmentierten wäßrigen Lackes,"der einen Festkörpergehalt von 54 % hat und dessen Bindemittel aus der feinteiligen Dispersion eines Copolymerisates von Vinylacetat, Acrylsäurebutylester und Styrol in Wasser besteht, mit Druckluft von 2 at versprüht.

Das gebrauchte Berieselungswasser, auf dem das weiße Lackkoagulat an der Oberfläche 'schwimmt, ist klar und farblos. Der Reinigungsgrad, ermittelt nach der Methode gemäß Beispiel 1,

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-I.

beträgt etwa 96 %.
Vergleichsbeispiel A

Als Berieselungswasser für eine Spritzkabine wird ortsübliches Leitungswasser mit 10° d.H . ohne Zusätze verwendet.

Nach Versprühen des blauen Lackes gemäß Beispiel 1 ist kein aufschwimmendes Lackkoagulat zu bemerken. Dagegen ist das gesammelte Berieselungswasser bläulich trüb. Nach einigen Tagen ist ein Teil der Pigmente sedimentiert, das überstehende Wasser ist trotzdem noch deutlich trüb. Erst durch Zusatz von Schwefelsäure bis zu einem pH-Wert von 2 lassen sich die restlichen Verunreinigungen koagulieren.

Vergleichsbeispiel B

Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkungsweise konzentrierter wäßriger Lösungen mit erhöhtem spezifischen Gewicht, die durch Auflösung von Nicht-Elektrolyten erzeugt werden.

Als Berieselungswasser für einen offenen Spritzstand wird eine Lösung aus 40.Gewichtsteilen Harnstoff und 60 Gewichtsteilen Wasser verwendet. Das spezifische Gewicht dieser Lösung bei 20°C beträgt 1,11 ^

Nach Versprühen des blauen Lackes gemäß Beispiel 1 ist kein .aufschwimmendes Lackkoagulat festzustellen, aber das gesammelte Berieselungswasser hat ein bläulich trübes Aussehen. Der Reinigungseffekt dieser konzentrierten Nicht-Elektrolytlösung ist demnach gleich Null. " .

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Claims

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Patentansprücne: Z 4 O J I 3o

l.)Verfahren zur Abscheidung von Farbnebeln von wasserverdünnbaren Lacken aus der Abluft von wasserberieseltcn Farbspritzanlagen , dadurch gekennzeichnet, daß man dem zur Berieselungen, der Farbspritzanlage und/oder dem zur Auswaschung der Farbnebel verwendeten Wasser, wasserlösliche, schwerflüchtige, niedermolekulare salzartige Elektrolyte in solcher Menge zusetzt, daß das spezifische Gewicht der wäßrigen Salzlösung bei 20⁰C mindestens 1,01, vorzugsweise mindestens 1,10 beträgt, und den abgeschiedenen Lackschlamm in bekannter Weise durch Dekantation, Filtration etc. abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als salzartige Elektrolyte Salze der Metalle der 1. und 2. Hauptgruppe sowie der 1., 2., 4., 5., 6. und 8. Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente und anorganischen und/oder organischen Säureresten einsetzt.
3. Verfahren nach Ansprch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als salzartige Elektrolyte Salze des Ammoniumsbzw, von aliphatischen Aminen einsetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als salzartige Elektrolyte vorzugsweise Natriumchlorid, Calciumchlorid, prim, und sek. Natriumsulfat, prim., sek., tert. Natriamphosphat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumphosphat einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der Salzlösung , gegebenenfalls unter

Zusatz ensprechender Chemikalien, auf einen Wert zwischen etwa 3 und 10 einstellt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man das zur Berieselung und/oder Auswaschung der Farbnebel verwendete salzhaltige Wasser nach Entfernung des Koagulats wieder im.
Kreisprozeß in die Anlage zurückführt .
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