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Farben
auf Basis mindestens einer Polymerdispersion, die aus einer Kunststoffdispersion,
Pigmenten und Füllstoffen
bestehen, sind zum Beschichten von Untergründen aller Art, insbesondere im
Baubereich auf Innen- und Außenwände, weit
verbreitet. Das Eigenschaftsbild der Dispersion, aber auch der daraus
hergestellten Fertigprodukte, wird überwiegend vom jeweiligen Polymerisat
geprägt.
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Bisher
werden derartige Dispersionsfarben üblicherweise durch an und für sich bekannte
Auftragsmittel, wie Walzen oder Pinsel, auf den Untergrund aufgebracht.
Des Weiteren ist es bisher auch bekannt, derartige Dispersionsfarben
mittels einer Spritzpistole zu verarbeiten.
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Bei
der Verarbeitung von Dispersionsfarben mit einer Spritzpistole entstehen
Nebel in Form von feinen Tröpfchen;
die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung bereiten. Zum Einen führt der
Nebel dazu, dass keine exakten Beschichtungen, d.h., dass keine Beschichtungen
realisierbar sind, bei denen ein scharf abgegrenztes Sprühbild erzeugt
werden kann, und zweitens kann der Nebel auch zu gesundheitlichen
Problemen führen,
da die bei den üblichen Spritzverfahren
mit den bekannten Dispersionsfarben auftretenden feinen Nebel mit
Größen < 15 μm gesundheitliche
Belastungen bei dem verarbeitenden Personal hervorrufen können.
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Ausgehend
hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Auftragen von Farbe zu schaffen, die es ermöglicht, eine Farbe auf Basis
mindestens einer Polymerdispersion mit Pigmenten, Füllstoffen,
Verdicker sowie Dispergiermitteln und Additiven möglichst
nebelfrei mit einer Spritzpistole zu verarbeiten.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, dass die Vorrichtung aus einer an einem Vorratsbehälter für die Dispersionsfarbe
angeschlossene Fördereinheit
und einer Airless-Spritzpistole besteht, die über eine Leitung miteinander
verbunden sind, und dass die Dispersionsfarbe bei 55 bis 135 bar
Spritzdruck, gemessen an der Airless-Spritzpistole, versprüht wird.
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Zweckmäßig ist
es hierbei, einen Spritzdruck von 70 bis 80 bar und als Fördereinheit
eine Membranpumpe vorzusehen.
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Angebracht
ist es des Weiteren, als Verbindungsleitung zwischen der Fördereinheit
und der Airless-Spritzpistole einen temperierbaren Schlauch anzuordnen
und die Temperatur derart zu steuern, dass die Dispersionsfarbe
an der Airless-Spritzpistole eine Temperatur von 27 bis 40°C, vorzugsweise
von 30 bis 38°C,
aufweist.
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Vorteilhaft
ist es ferner, die Airless-Spritzpistole mit einer Doppeldüse auszurüsten und
diese in Form von zwei nebeneinander, bevorzugt in Reihe, angeordneten
schlitzartigen Düsenöffnungen
auszubilden, wobei die Anordnung und Ausgestaltung der Doppeldüsen so gewählt ist,
dass sich die Spritzstrahlen in Längsrichtung überschneiden.
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Die
Farbe, nachfolgend Dispersionsfarbe genannt, für die die vorschlagsgemäß ausgebildete Vorrichtung
bevorzugt verwendbar ist, besteht aus einer Polymerdispersion, Pigmenten,
Füllstoffen,
einem Verdicker sowie Dispergiermittel und Additive, wobei die Viskosität dieser
Dispersionsfarbe auf 2,0 bis 5 ☐ 102 m
Pa/s eingestellt ist. Die Viskosität wurde dabei bei einer Schergeschwindigkeit
von 30.000 ☐ 1/s mit der Kapillarrheometrie gemessen. Eine
derartige Bestimmungsmethode der Viskosität ist z.B. beschrieben in R.W.
Whorlov: Rheological Techniques, Verlag Elis Horwood, New York,
1992.
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Für die Verarbeitung
der Dispersionsfarbe ist es wesentlich, dass der angegebene Bereich
für die Viskosität eingehalten
wird. Es hat sich gezeigt, dass nur eine Dispersionsfarbe mit einer
derartigen Zusammensetzung und einer derartigen Viskosität beim Verarbeiten
mit der vorschlagsgemäßen Spritzvorrichtung
zu Tröpfchen
führt,
die eine bestimmte Mindestgröße nicht
unterschreiten, wodurch ein abgegrenztes Sprühbild erzeugt wird. Diese Farbe
hat weiterhin den Vorteil, dass dadurch ein Einatmen von Sprühnebel weitestgehend
vermieden wird.
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Es
ist vorgesehen, dass 2 – 20
Gew. -% Polymerdispersion, gerechnet als Feststoffanteil, 2 – 35 Gew.
-% Pigmente, 5 – 60
Gew. -% Füllstoffe
mit einem Partikeldurchmesser von 0,1 – 200 μm, 0,1 – 3 Gew. -% Verdicker, 0,1 – 2 Gew.
-% Dispergiermittel sowie maximal bis 5 Gew. -% Additive in der
Dispersionsfarbe enthalten sind. In Versuchen konnte nachgewiesen
werden, dass es ganz besonders bevorzugt ist, wenn die Viskosität im Bereich
von 3,5 bis 5 ☐ 102 m Pa/s liegt.
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Aus
stofflicher Sicht ist es bei der Dispersionsfarbe angezeigt, wenn
die Polymerdispersion ausgewählt
ist aus Polymeren, die aus bestimmten Monomeren aufgebaut ist. Geeignete
Monomere sind beispielsweise Carbonsäurevinylester mit 3 bis 20
Kohlenstoffatomen, insbesondere Vinylacetat, Vinylpropionat und
Carbonsäurevinylester
mit 9 bis 11 Kohlenstoffatomen in der Carbonsäurekomponente, weiterhin N-Vinylpyrrolidon
und dessen Derivate, ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, deren
Ester, deren Amide oder deren Anhydride, weiterhin α-Olefine,
insbesondere Ethylen und Propylen sowie Acrylnitril. Besonders bevorzugt
ist die Verwendung ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, insbesondere von
Acryl- und Methacrylsäure,
weiterhin von ethylenisch ungesättigten
Carbonsäureestern,
insbesondere von Acryl- und Methacrylsäureestern mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
im Alkoholrest. Der Alkoholrest der Ester kann aus linearen oder
verzweigten Alkylketten, Cycloaliphaten oder Aromaten bestehen,
die zusätzlich
mit Hydroxylgruppen, Halogenatomen oder Epoxidgruppen modifiziert
sein können.
Besonders bevorzugt ist auch der Einsatz von Styrol und Styrolderivaten.
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Für die Pigmente
können
an und für
sich die aus dem Stand der Technik bekannten Pigmente eingesetzt
werden. Beispiele hierfür
sind Titandioxid, Eisenoxid, Chromoxid, Kobaltblau, Phtalocyaninpigmente,
Spinellpigmente sowie Nickel und Chromtitanate. Es können aber
auch organische Pigmente wie Azopigmente, Chinacridonpigmente und/oder
Dioxazinpigmente verwendet werden. Bei den Pigmenten hat es sich
als besonders günstig
erwiesen, wenn Titandioxid eingesetzt wird. Als Füllstoffe
kommen insbesondere Silikate, Carbonate, Flussspatsulfate und Oxide
in Frage. Besonders bevorzugt bei den Füllstoffen sind Kaolin, Glimmer,
Talkum und Kalziumcarbonat. Es ist auch bevorzugt, wenn die vorstehend erwähnten Füllstoffe
in Form einer Mischung verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass
es besonders günstig
ist, wenn die Füllstoffe
einen Durchmesser von 0,1 bis 200, besonders bevorzugt von 0,1 bis 100μm aufweisen
die Auswahl der Partikelgröße der Füllstoffe
ist offensichtlich auch für
Einstellung der Viskosität
wichtig. Es ist hierbei auch möglich,
neben einer monomodalen Teilchengrößenverteilung eine bimodale
Teilchengrößenverteilung
einzusetzen. Eine weitere bevorzugte Variante zur Steuerung der Viskosität der Dispersionsfarbe
besteht darin, dass die Oberflächen
der Füllstoffpartikel
funktionalisiert werden. Unter funktionalisierten Füllstoffpartikeln werden
solche verstanden, bei denen die funktionellen Gruppen sowohl über eine
kovalente Bindung oder auch durch einfache Wechselwirkungen an die Oberfläche gebunden
sind. Es können
auch nachträglich
behandelte Partikel z.B. mit einer Hydrophobierungsschicht eingesetzt
werden.
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Bei
der Dispersionsfarbe ist es weiterhin wesentlich, dass ein Verdicker
eingesetzt wird. Der Verdicker wird mit 01, – 3 Gew. -% eingesetzt. Aus
stofflicher Sicht sind bei den Verdickern insbesondere alle bekannten
Polycarboxylatverdicker möglich.
Beispiele hierfür
sind Polycarboxylate, Urethanverdicker, Polysaccharide und Celluloseether.
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Die
Dispersionsfarbe kann selbstverständlich Additive in einer Menge
bis zu 5 Gew. -% enthalten. Beispiele für derartige Additive sind Dispergiermittel,
Stabilisatoren, Entschäumer,
Konservierungsmittel und/oder Hydrophobierungsmittel.
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Wesentlich
ist, dass die Dispersionsfarbe, wie vorstehend beschrieben, ausgezeichnet
geeignet ist, um sie mittels eines Spritzverfahrens zu verarbeiten.
Die Dispersionsfarbe wird hierbei aus einem Reservoir, bevorzugt
aus einem Farbgebinde, über
eine Fördereinheit
und einer Verbindungsleitung zu einer Airless-Spritzpistole geführt. Wichtig
dabei ist, dass der Spritzdruck, der dabei eingestellt wird, 50 – 135 bar,
bevorzugt 70 – 70
bar, gemessen an der Airlsess-Spritzpistole, beträgt. Dadurch
werden offensichtlich alle charakteristischen Größen, die für eine Zerstäubung wichtig
sind, wie Düsendurchmesser
d, Lamellendicke l, mittlere Austrittsgeschwindigkeit u, die Viskosität v, sowie
die Oberflächenspannung
o und die Dichte p günstig
beeinflusst. Damit ergeben sich im Schnitt größere Tröpfchen, verglichen mit an und
für sich
bekannten Airless-Verfahren, sowie sehr hohe Auftragswirkungsgrade
bis zu 99%.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn als Fördereinrichtung
eine Membranpumpe eingesetzt wird. Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen,
wenn die Verbindungsleitung z.B. in Form eines Schlauches, beheizbar
ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Dispersionsfarbe
vom Vorratsbehälter,
d.h. von einem Farbgebinde durch die Fördereinheit zum Zerstäuber im
Wesentlichen unabhängig
von der Umgebungstemperatur geführt
werden kann. Günstig
ist es hierbei, wenn die Temperatur im Bereich von 27 – 40°C, insbesondere
von 30 – 38°C, eingestellt
wird. Das Spritzverfahren muß dabei
so geführt
werden, dass die vorstehend genannten Temperaturen bei der Spritzpistole
erreicht werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die überragenden
Eigenschaften der Dispersionsfarbe, wie vorstehend erläutert, erhalten
bleibt.
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Überraschend
hierbei ist es besonders, dass trotz der beim Spritzen eingesetzten
hohen Drücke und
der Temperatur die positiven physikalischen Eigenschaften, d.h.
insbesondere die hohe Viskosität, im
Wesentlichen nicht beeinträchtigt
wird.
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Als
weiterhin günstiger
Faktor hat es sich erwiesen, wenn die eingesetzte Airless-Spritzpistole mit
einer Doppeldüse
ausgerüstet
ist. Die Anordnung der Ausgestaltung der Doppeldüsen sollte dabei so gewählt sein,
dass sich die Spritzstrahlen in Längsrichtung überschneiden.
Hierzu sind die Doppeldüsen
in Form von zwei in Reihe angeordneten schlitzartigen Düsenöffnungen
als besonders günstig
anzusehen.
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Die
gemäß der Erfindung
ausgebildete Vorrichtung zum Auftragen von Farbe im Spritzverfahren ist
nachfolgend anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Die
in der Zeichnung dargestellte und mit 1 bezeichnete Vorrichtung
dient zum Auftragen von Dispersionsfarben im Spritzverfahren und
besteht im Wesentlichen aus einer Fördereinheit 2, die über eine Verbindungsleitung 6 an
einen Vorratsbehälter 5 angeschlossen
und der eine Airless-Spritzpistole 4 nachgeschaltet ist.
Die Dispersionsfarbe wird hierbei aus dem als Farbgebindeeimer ausgebildeten
Vorratsbehälter 5 mittels
einer Membranpumpe als Farbfördereinheit
angesaugt und von dieser über
eine Verbindungsleitung 2 zur Airless-Spritzpistole 4 transportiert,
wobei die Verbindungsleitung 3 in Form eines beheizten
Schlauches 3' ausgebildet
ist.
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Hierbei
ist es wesentlich, dass das Spritzverfahren derart geführt wird,
dass ein Spritzdruck, gemessen an der Airless-Spritzpistole 4,
von 55 – 135 bar,
bevorzugt von 70 – 80
bar, eingestellt wird. Weiterhin ist es wichtig, dass zur Sicherstellung
der physikalischen Eigenschaften die Dispersionsfarbe in der Verbindungsleitung 3,
d.h. in dem Schlauch 31 so temperiert wird, dass der Viskositätsbereich
nicht wesentlich durch den Arbeitsdruck und die Umgebungstemperatur
beeinflusst wird. Hierzu ist es erforderlich, eine Temperierung
durchzuführen,
mit der Maßgabe, dass
die Temperatur, gemessen an der Airless-Spritzpistole, im Bereich
von 27 – 40°C, besonders
bevorzugt im Bereich von 30 – 38°C, liegt.
Sofern diese Bedingungen eingehalten werden, ist eine optimale Tropfengrößenbildung
erreicht.
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Wesentlich
ist weiterhin, dass die Airless-Spritzpistole 4 über eine
Doppeldüse
verfügt. Die
Doppeldüse
ist dabei von der Geometrie und der Anordnung so zu wählen, dass
sich Spritzstrahlen in Längsrichtung überschneiden.
Als günstig
hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Doppeldüse in Form von zwei in Reihe
angeordneten schlitzartigen Düsenöffnungen
ausgebildet ist.
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Mittels
der Vorrichtung 1 ist es möglich, bei Verwendung einer
vorstehend gekennzeichneten Dispersionsfarbe die Nebelbildung um
bis zu 85% zu reduzieren.