DE68926101T2

DE68926101T2 - Organische Phosphatierlösung und Vorrichtung zu deren Verwendung

Info

Publication number: DE68926101T2
Application number: DE68926101T
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Guidetti
Original assignee: PAI KOR Srl
Current assignee: PAI KOR Srl
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1989-11-22
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2009-11-23
Also published as: IT8822705A0; EP0370976A2; EP0370976B1; DE68926101D1; IT1227716B; CA2003639A1; ATE136065T1; EP0370976A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine organische phosphatierende Mischung und ein System, um sie einzusetzen, sowie Verfahren zur Vorbehandlung und Wiedergewinnung von Lösungsmitteln.
Bekanntlich ist das sogenannte einstufige organische Phosphatierverfahren ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Behandlung von Metallen, das die Möglichkeit der Entfettung und des Phosphatierens von Metallen in einem einzigen Schritt bietet.
Dieses organische Phosphatierverfahren wird gewöhnlich unter Verwendung einer mit geeigneten Lösungsmitteln verdünnter Polyphosphatlösung durchgeführt, in die die Metallstücke zum Entfetten eingetaucht werden.
Da das Polyphosphat sauer ist, erfolgt nach dem Schritt der Entfettung ein Säureangriff, dem nach dem Entfernen des Teiles und seiner Trocknung zum Abdampfen der Lösungsmittel die Aufbringung einer Polymerschicht folgt, wodurch die Metalloberfläche auf den folgenden Lackierschritt vorbereitet wird.
Das oben erwähnte Verfahren ist insbesondere von einem Vudauerhaftenuv Typ und es ist zu seiner angemessenen Durchführung daher notwendig, stabile Polyphosphate bereitzustellen, die in der Gegenwart von Ölen und Fetten stabil sind und darüber hinaus angepaßt sind, in der Gegenwart dieser verunreinigenden Substanzen einen Film zu bilden.
Gewöhnlich sind entflammbare und nicht entflammbare Mischungen auf Basis chlorierter Lösungsmittel sowie von chlorierten Lösungsmitteln freie, entflammbare Mischungen im Handel verfügbar.
Diese Produkte werden jedoch vorzugsweise in einem Eintauchverfahren eingesetzt, da bei ihrem Einsatz in Sprühverfahren der Verdampfungsverlust des Lösungsmittel vergleichsweise hoch wäre, was aufgrund der unterschiedlichen Zustände der trockenen Rückstände der Polyphosphatlösungen zu einem Anstieg der Verarbeitungskosten und der Umweltverschmutzung führen würde.
In diesem Zusammenhang sollte herausgestellt werden, daß das organische einstufige Phosphatierverfahren im Gegensatz zum herkömmlichen Phosphatierverfahren vom ökologischen Standpunkt aus keine Probleme bezüglich der Behandlung der Abfallprodukte wegen umweltschädlicher Materialien aufwirft. Allerdings schließt das erwähnte organische einstufige Phosphatierverfahren eine Freisetzung von Lösungsmitteldämpfen in die Umwelt ein, wenn auch in geringerer Menge als bei Entfettungsverfahren unter Einsatz chlorierter Lösungsmitteldämpfe freigesetzt wird.
In letzter Zeit wurden darüber hinaus organische Phosphatiersysteme entwickelt, die für den Einsatz von Polyphosphaten verschiedenster Zusammensetzungen vorgesehen sind und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion liefern, und die darüber hinaus auch für bestimmte Endbearbeitungsschritte verwendet werden können, etwa durch den Einsatz von Polyesterpulvern, die in organischen Phosphatierverfahren zuvor nicht verwendet werden konnten.
Das Dokument FR-A-1450079 beschreibt eine Reinigungs- und Phosphatiermischung, die 92-95% (vorzugsweise) einer Lösungsmittelmischung aus aromatischen Kohlenwasserstoffen mit hohem Siedepunkt und Ethylenglykoläthern sowie 0.5-4% Phosphorsäure umfaßt. Die Mischung kann durch Besprühen oder Eintauchen des zu behandelnden Metalls appliziert werden.
Das Dokument DE-A-3708909 offenbart eine Reinigungs- und Phosphatiermischung, die 0.07-2.5% Phosphorsäure, 0.1-1% Zinkphosphat und vorzugsweise mehr als 85% eines halogenfreien Lösungsmittels oder einer Mischung solcher Lösungsmittel enthält. Als Lösungsmittel werden erwähnt: Aromatische Kohlenwasserstoffe, Acetatester, Mono-, Di- oder Tripropylenglykoläther und Mono-, Di- oder Triethylenglykoläther mit einer C1-C5-Äthergruppe. Die Lösung wird durch Eintauchen des Metallsubstrats appliziert.
Das Dokument GB 887 1 59 offenbart ein Gerät zur Reinigung und Beschichtung von Metallgegenständen in einer Atmosphäre von entfettenden Lösungsmitteldämpfen, das ein Behandlungsgefäß umfaßt, das in drei Abschnitte für die Entfettung, die Sprühlackierung und das Verschmelzen oder Glätten der aufgesprühten Beschichtung in dieser Reihenfolge unterteilt ist, wobei diese Abschnitte durch niedrig gelegene Abtrennungen unterteilt sind für die Aufbewahrung von flüssigem Lösungsmittel und von Beschichtungslösungen, die dieses Lösungsmittel enthalten, sowie eine Heizvorrichtung zur Erwärmung und zum Sieden dieses Lösungsmittels und dieser Lösungen in diesen Abschnitten, Pumpen und Sprühvorrichtungen zur Behandlung der Gegenstände mit den in diesen Abschnitten aufbewahrten Lösungsmitteln und Beschichtungslösungen, ein Fördersystem für den Transport der Gegenstände durch das Behandlungsgefäß, Öffnungen im oberen Teil des Gefäßes und eine Kühlvorrichtung zum Kondensieren der Lösungsmitteldämpfe.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, solch eine organische phosphatierende Mischung bereitzustellen, die alle Vorteile bekannter phosphatierender Mischungen aufweist und außerdem nicht entflammbar, frei von allen chlorierten Lösungsmitteln, frei von gefährlichen Produkten, die, wie von den Vorschriften gefordert, in der Zusammensetzung der Mischung gesondert aufgeführt werden müssen, und die darüber hinaus vom Aspekt der Ökologie bzw. der Umweltverschmutzung sehr zufriedenstellend ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, solch eine einstufige phosphatierende Mischung bereitzustellen, die eine sehr hohe Fähigkeit zur Entfettung von Metallen aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, solch eine Mischung bereitzustellen, die angepaßt ist, sowohl Polyphosphate als auch Öle und Fette zu lösen.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die oben erwähnten Gegenstände sowie noch andere Gegenstände, die hierin folgend deutlicher werden, durch eine organische phosphatierende Mischung nach Patentanspruch 1 erreicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Applizierung solch einer Phosphatiermischung auf ein Metallstück sowie ein Phosphatiergerät zum Phosphatieren von Metallstücken unter Verwendung einer Mischung nach den Ansprüchen 2 und 3.
Insbesondere müssen die Lösungsmittel, die in der Mischung verwendet werden, folgende Eigenschaften aufweisen:
1) Sie müssen Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt sein (mit einer Siedetemperatur von mehr als 1 25ºC und vorzugsweise mehr als 200ºC);
2) sie müssen einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen, weniger als 266 Pa (2 mm Quecksilber) bei 20ºC und vorzugsweise sehr viel niedriger als dieser Wert;
3) sie müssen einen hohen Flammpunkt aufweisen, gewöhnlich höher als 65ºC und vorzugsweise sehr viel höher;
4) sie dürfen keine chlorierten Lösungsmittel und im allgemeinen halogenierte Lösungsmittel umfassen;
5) sie dürfen keine Substanzen umfassen, die als gefährlich eingestuft werden, und sie dürfen insbesondere nicht als Gefahrenstoffe entsprechend den geltenden Vorschriften bezeichnet sein.
So können beispielsweise folgende Lösungsmittel vorteilhaft eingesetzt werden:
1) Glykoläther aus Propylenoxid und vorzugsweise Dimere oder Trimere wie zum Beispiel:
- Dipropylenglykolmonomethyläther (DPM)
- Dipropylenglykolmonoethyläther (DEM)
- Dipropylenglykolmono-n-butyläther (DPnB)
- Dipropylenglykolmonoisobutyläther (DPiB)
- Tripropylenglykolmonomethyläther (TPM)
- Tripropylenglykolmono-n-butyläther (TPnB)
- Propylenglykolphenyläther (PPh)
2) Aromatische Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt wie zum Beispiel:
- Solvesso 150 ShellsolAB oder dergleichen (S150)
- Solvesso 200 oder dergleichen (S200)
In der folgenden Beschreibung werden die oben aufgeführten Lösungsmittel mit den Buchstaben bezeichnet, die in Klammern geschrieben sind.
In diesem Zusammenhang sollte deutlich werden, daß die Lösungsmittelmischungen so zusammengesetzt sein müssen, daß sie die oben aufgeführten Anforderungen an die Ltslichkeit und die Eigenschaft der Wasserstoffbindung aufweisen, und darüber hinaus muß die hergestellte Mischung ein gutes Lösungsmittel sowohl für Polyphosphate als auch für Öle und Fette darstellen.
Die oben aufgeführten Lösungsmittelmischungen wurden mit großem Erfolg experimentell getestet, auch wenn sie geringe Unterschiede hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
In der folgenden Tabelle wurden unter A die Mischungen aufgeführt, in denen das erste der Mischungslösungsmittel dominiert, und unter B die Mischungen, in denen, soweit möglich, das zweite Lösungsmittel der Mischung dominiert. TABELLE Lösungsmittel Zusammensetzung
Im tatsächlichen Gebrauch ist es entsprechend der Erfindung möglich, organische phosphatierende Mischungen herzustellen, die keine chlorierten Lösungsmittel enthalten, und die wegen des niedrigen Dampfdrucks der darin enthaltenen Lösungsmittel auch durch Aufsprühen appliziert werden können, und die darüber hinaus nicht entflammbar sind (sie sind nur brennbar), da sie einen Flammpunkt von mehr als 65ºC besitzen, wobei diese Mischungen ausgehend von folgender Lösungsmittelmischung hergestellt werden:
25-75% Glykoläther aus Propylenoxid (DPM, EDP, DPNB, DBIB, TPM, TPNB, PPH, usw.), 75-25% aromatische Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt (wie S1 50, S200 und dergleichen).
Es sollte deutlich werden, daß es möglich sein wird, Mischungen herzustellen, die drei oder mehr Lösungsmittei enthalten, indem die oben erwähnten Lösungsmittel beliebig gemischt werden. Dieses Verfahren wirft keine Probleme hinsichtlich der Zusammensetzung auf, wenn es auch keine weiteren Vorteile aufweist und mit einer weniger effizienten Kontrolle der Lösungsmittel, die wiedergewonnen oder wiederverwendet werden können, einhergeht, wie hierin folgend deutlicher werden wird.
Die oben erwähnten Produkte benötigen insbesondere nach dem EU- Standard keine Gefahrenbezeichnungen und besitzen toxische Grenzwerte, die praktisch nicht erreicht werden können, und können folglich gefahrlos verwendet werden.
Das in Anspruch 3 festgelegte Phosphatiersystem umfaßt seinerseits einen Abschnitt für die Behandlung, einen Lüftungsabschnitt und einen Trocknungsabschnitt sowie einen Abschnitt zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Kennzeichen und Vorteile der phosphatierenden Mischung und des Phosphatiersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Offenbarung einiger ihrer bevorzugter Ausführungsformen deutlicher werden, die mit Hilfe eines andeutenden, aber nicht einschränkenden Beispiels in den Abbildungen der beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, worin:
Abbildung 1 eine Funktionsskizze des Phosphatiersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
die Abbildungen 2 und 3 ein Aufriß bzw. eine Draufsicht des Behandlungsbeckens vom statischen Typ sind;
die Abbildungen 4, 5 und 6 ein Aufriß, eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht sind, die ein Reihenbehandlungsbecken zeigen;
die Abbildungen 7 und 8 eine Frontansicht bzw. ein Querschnitt sind, die den Trocknungsabschnitt zeigen, der in das System entsprechend der Erfindung eingeschlossen ist;
die Abbildungen 9, 10 und 11 drei mögliche Typen von Waschsäulen darstellen;
Abbildung 12 eine schematische Ansicht ist, die das Gerät zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel des betreffenden Systems zeigt;
Abbildung 12a ein Querschnitt ist, der einen sogenannten Abscheider mit Florentine zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezüglich der Verunreinigung der Atmosphäre sollte herausgestellt werden, daß die Behandlungs- und die Lüftungsstufe des betreffenden Systems, das hierin folgend detaillierter dargestellt werden wird, sehr geringe Mengen an Lösungsmittelemissionen ausstoßen.
Im Trocknungsschritt werden dagegen notwendigerweise Lösungsmitteldämpfe in einer Menge erzeugt, die etwa 20-25 g pro behandelter Quadratmeter Oberfläche entsprechen. Diese Emissionen werden jedoch wiedergewonnen.
Hinsichtlich des Phosphatiersystems und Bezug nehmend auf die Abbildungen 1 und 2 sollte deutlich werden, daß dieses System jeweils einen Behandlungsabschnitt 1, einen Lüftungsabschnitt 2, einen Trocknungsabschnitt 3 und einen Abschnitt 4 zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel umfaßt.
Genauer kann der Behandlungsabschnitt ein statisches oder Sammelbehandlungsbecken oder -behältnis 5 oder ein fortlaufendes oder Reihenbehandlungsbecken oder -behältnis 6 umfassen, die im wesentlichen so wie Behälter oder Becken konstruiert sind, die für herkömmliche organische Phosphatierverfahren verwendet werden.
Insbesondere ist auf der Entladeseite des Filtrierkreises des oben erwähnten statischen Beckens, der übergreifend mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist, vorteilhaft eine von Hand bewegliche Düse 8 angebracht, die angepaßt ist, die mechanischen Reinigungsvorgänge an den zu verarbeitenden Teilen 9 zu erleichtern, die von einer Hebevorrichtung 10 bewegt werden, wobei sie dafür ausgerüstet ist, entlang einer einzelnen Schiene 11 zu gleiten.
Die oben offenbarten Becken werden mit einem entfernbaren doppelten Boden 13 zum Sammeln der Schlacken sowie einem Austrittssperrventil 14, einem Eintrittssperrventil 15, einem Kugelhahn 16 an der unteren Entladestelle und einer Mulde für den Entladebehälter 17 bereitgestellt.
Insbesondere liefert der ausrichtbare Strahl aus der Düse eine sorgfältige Reinigung der kritischen Stellen der zu reinigenden Teile.
Dasselbe Ergebnis kann darüber hinaus erzielt werden, indem eine Vielzahl von Düsen (eines Typs, der genauer hierin folgend offenbart werden wird) verwendet wird, um so ein gemischtes Eintauch-/Sprühsystem bereitzustellen.
Die Düsen werden insbesondere dann eingeschaltet, wenn die Teile aus dem Behandlungsbecken entfernt werden.
Selbst bei Verwendung eines Reihenbeckens 6 können die Düsen so am Austritt dieses Beckens angeordnet werden, daß sie die Reinigungsvorgänge schwierig zu erreichender Bereiche erleichtern.
Falls eine Sprühdüsenanordnung verwendet wird, sind die Düsen so angeordnet, daß der Austritt von Polyphosphataerosolen aus dem Behandlungstunnel verhindert wird, dessen Umriß bei 1 2 angedeutet ist.
In diesem Fall ist es auch unerläßlich, einen Luftstrom mit begrenztem Durchsatz am Eintritt und Austritt des Tunnels bereitzustellen, der nach dem Herausfiltern der Aerosole in eine nachfolgende Säule zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel geleitet wird.
Eine mögliche Veränderung der Reihenanordnung besteht aus einem zweireihigen System, das es zusammen mit geeigneten Absenkvorrichtungen gestattet, Behandlungsbehälter zu verwenden, die jenen gleichen, die bei statischen Anordnungen verwendet werden.
Der oben offenbarte Behandlungsabschnitt 1 kann auch einen Sprühbehandlungstunnel mit entsprechenden Aufbauten (nicht speziell wiedergegeben) umfassen, dessen Konstruktion der in herkömmlichen Phosphatier- und/oder Phosphatier-Entfettungs-Systemen verwendeten gleicht.
Auch ist es in diesem Fall ratsam, eine Sammelkammer für organisches Phosphatiermaterial bereitzustellen, um die Sättigung der Polyphosphate mit Ölen aufgrund der Behandlung von zu öligen oder fettigen Teilen zu verhindern.
Wie bei der Eintauchbehandlung wird darüber hinaus ein Filtriergerät bereitgestellt, das einen Sackfilter umfaßt und durch dieselbe Pumpe gesteuert wird, die auch die Sprühdüsen versorgt.
Bezüglich letzterer können alle geeigneten Düsen verwendet werden, die bei herkömmlichen Phosphatierverfahren eingesetzt werden, möglicherweise solche aus rostfreiem Stahl (zum Beispiel AISI 303).
Insbesondere ist die Verwendung von Düsen mit einem Öffnungswinkel von 60/90 mit geeigneten Strahlen von 20-30 cm vorzuziehen.
Was die Strahlform betrifft, so wird diese je nach den Anforderungen und den zu phosphatierenden Teilen festgelegt werden, wobei berücksichtigt wird, daß:
- Düsen mit einem klingenförmigen Strahl einen größeren Druck und folglich eine hohe mechanische Reinigungswirkung liefern;
- Sprühköpfe mit einem festen konischen Strahl breite Flächen des Teils wirkungsvoll abdecken.
Der Betriebsdruck liegt gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis 1,5 10&sup5; Pa (0.5-1.5 atm).
Auf der Austrittsseite des Behandlungsabschnitts ist der Lüftungsabschnitt 2 angeordnet, um das überschüssige, auf den behandelten Teilen verbliebene Behandlungsprodukt schnell zu entfernen.
Der Lüftungsschritt kann insbesondere durch Luftzirkulation erfolgen, die durch Zentrifugalventilatoren 18 mit Spitzen von 980-1170 Pa oder mehr (100-120 mm Wassersäule oder mehr) erzeugt wird, wobei der Luftstrom so angepaßt wird, daß er einen Ausströmdurchsatz von mindestens 5 m/s liefert.
Wahlweise können geeignete Sprühdüsen bereitgestellt werden, die je nach Art der zu behandelnden Teile geeignet angeordnet sind und von Quellen versorgt werden, die angepaßt sind, eine hohe Ausströmgeschwindigkeit von 8-15 m/s zu liefern.
In diesem Zusammenhang sollte deutlich werden, daß die Düse auf diese Teile von oben nach unten einwirken muß, um den natürlichen Abtropfvorgang unter dem Einfluß der Schwerkraft zu beschleunigen, und sie muß mit einer Leistung wirken, die genügt, um jeden Überschuß des Behandlungsproduktes zu entfernen.
Es sollte deutlich werden, daß es der Liiftungsschritt ermöglicht:
- eine lange Abtropfzeit zu beseitigen;
- das mögliche Anhaften von flüssigen Materialien zu verhindern, die in der Lage wären, Lackierfehler zu verursachen;
- die Polyphosphate wiederzugewinnen und deren Verbrauch aufgrund eines Mitschleppens seitens des Produktes zu reduzieren.
Auf einem geeignet belüfteten Teil sollten zwischen 20 und 25 g/qm des verdünnten Materials haften, eventuell größere Mengen bei Teilen mit besonderen Formen ausgenommen.
In diesem Zusammenhang sollte herausgestellt werden, daß der erwähnte Lüftungsabschnitt vorteilhafterweise in einem geeigneten Gehäuse (Tunnelgehäuse) angeordnet wird.
Am Eintritt und Austritt des Lüftungsabschnitts werden ferner Luftschleusen geeigneter Stärke bereitgestellt, die angepaßt sind, als pneumatische Tore zu wirken.
Der Trocknungsabschnitt umfaßt im wesentlichen einen Umluftofen, der zum Beispiel aus einem Tunnel 19 besteht, welcher an seinen Ober- und Seitenflächen durch einen schachtelähnlichen Körper 20 gebildet wird, der in seinen Innenwänden eine Vielzahl von Schlitzen 21 aufweist.
Dieser schachtelähnliche Körper wird durch eine Luftquelle 22 und Zentrifugalventilatoren 23, die die heiße Luft durch Kanäle 24 leiten, mit heißer Druckluft versorgt.
Die heiße Luft, die durch die oben erwähnten Schlitze Uvlaminiertuv wird, tritt in den Tunnel 19 mit geeigneter Turbulenz ein, so daß sie auf die Metallteile 9 trifft, die auf der Schiene 11 durch den Tunnel selbst gleiten.
In diesem Zusammenhang sollte deutlich werden, daß diese heiße Luft wieder zirkulieren kann, mit Ausnahme einer Luftmenge, die etwa 10-1 5% entspricht, die zur Säule geschickt wird, um sie auszuwaschen und die Lösungsmittel wiederzugewinnen.
Da es vorzuziehen ist, daß die durch den Kanal 25 in die folgende Waschsäule geschickte Luft an dieser Säule mit einer möglichst niedrigen Temperatur ankommt, kann insbesondere ein Austauscher 26 vom Luft/Luft-Typ vorteilhaft bereitgestellt werden, um die Temperatur der Luft herabzusetzen.
Um Verluste dieser mit den Lösungsmitteln des Verfahrens gesättigten, heißen Luft zu vermeiden, müssen am Eintritt und Austritt des Tunnels pneumatische Tore 27 eingepaßt werden, die durch einen Zentrifugalventilator 28 gesteuert werden, der Luft aus dem oberen Bereich des Abschnitts ansaugt.
Um die thermischen Verluste weiter zu begrenzen, können zusätzliche mechanische Tore bereitgestellt werden, die daran angepaßt sind, nur dann geöffnet zu werden, wenn die zu trocknenden Metallteile hindurchgeführt werden sollen.
Darüber hinaus ist es zu empfehlen, daß die Eintritts- und Austrittstore des Tunnels geringstmögliche Ausdehnungen aufweisen, die gerade ausreichen, damit das größte Teil durch sie gelangen kann.
Auf der Austrittsseite des erwähnten Trocknungsabschnitts wird der oben erwähnte Abschnitt zur Wiedergewinnung von Lösungsmitteln 4 angeordnet werden.
Dieses Verfahren zur Wiedergewinnung der Lösungsmittel, die auch durch einfaches aber teures Kühlen durchgeführt werden kann (durch Wärmeaustausch der aus dem Abtropfbereich des Trocknungsabschnitts geschickten heißen Luft, dank des niedrigen Dampfdruckes der gewählten Lösungsmittel), wird vorzugsweise durchgeführt, indem die zu behandelnde Luft zu der in Abbildung 1 bei 29 angedeuteten Waschsäule geleitet wird.
Genauer kann eine Absorptionssäule bereitgestellt werden, die eine Sprühzyklonvorrichtung 30 einschließt und einen tangentialen Lufteinlaß besitzt, während die Waschflüssigkeit, wie in der Abbildung gezeigt, entlang einer genügenden Höhe versprüht wird, um die Luft zu waschen und zu kühlen.
Entsprechend einer anderen Ausfiihrungsform kann die Waschsäule 31 eine Vielzahl gestapelter Platten 32 in jeder geeigneten Anzahl umfassen, und in diesem Fall wird die von unten eingeführte zu waschende Luft in Gegenrichtung zur Waschflüssigkeit strömen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausfiihrungsform ist die Waschsäule 33 mit einem Zwischenbereich 34 versehen, der durch Haltenetze 35 festgelegt ist und mit einem geeigneten inerten Material gefüllt ist, dessen Funktion darin besteht, den Kontakt zwischen der von unten eingeführten zu waschenden und zu kühlenden Luft und der von oben in einer Gegenströmung eingeführten Waschflüssigkeit zu erleichtern.
Das erwähnte inerte Material kann zum Beispiel aus runden zertrümmerten Steinpartikeln, keramischen Ringen und/oder Kugeln, Hohlkugeln oder -ringen aus Polypropylen mit unterschiedlichen Durchmessern oder dergleichen bestehen.
In diesem Zusammenhang sollte herausgestellt werden, daß zu der Waschsäule folgende Lüftungen führen:
- eine Lüftung bei Raumtemperatur, die von den optionalen Luftschleusen des Behandlungsabschnitts kommt;
- eine Lüftung bei Raumtemperatur, die von den Luftschleusen des Lüftungsabschnitts kommt;
- Heißlüftungen, die vom Trocknungsabschnitt und den entlang des Umfangs desselben Bereiches angeordneten Luftschleusen kommen;
Die Waschsäule muß darüber hinaus so konstruiert und angeordnet sein, daß die Temperatur der Luft auf Grenzwerte von 5-10ºC über Raumtemperatur abgesenkt werden kann, um die Dampfphase in ein Gleichgewicht mit der entgegengeleiteten Behandlungsflüssigkeit zu bringen.
Aus dem Oberteil der Säule wird gewaschene Luft 36 austreten. Bekanntlich gilt nach dem Raoult'schen Gesetz für Dämpfe, die sich nach den Gesetzen für ideale Gase verhalten, daß der Partialdruck jeder Komponente im Dampf gleich dem Produkt aus seinem Molenbruch (X) in der Flüssigkeit und dem Dampfdruck (P) des zu untersuchenden Produkts bei der Systemtemperatur ist:
Pi=Pi Xi
wobei:
pi = Partialdruck der Komponente (i) des Dampfes;
Pi = Dampfdruck der Komponente (i) bei der Systemtemperatur T;
Xi = Molenbruch der Komponente (i) in der Flüssigkeit.
Es folgt, daß die Konzentration dieser Lösungsmittel sehr klein sein wird, da die hier ausgewählten Lösungsmittel einen sehr niedrigen Dampfdruck besitzen, während die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.
In der tatsächlichen Praxis sind die Lösungsmitteldämpfe jedoch keine idealen Lösungsmitteldämpfe.
Daher ist es notwendig, das oben erwähnte Gesetz zu ergänzen, indem ein Multiplikationsfaktor hierin eingeschlossen wird, der die thermodynamische Bedeutung eines "Aktivitätskoeffizienten" besitzt und dessen Wert allerdings nie so ist, daß sich die obige qualitative Offenbarung verändert.
Aus der obigen Erörterung wird deutlich werden, daß die aus der Waschsäule austretende Luft im wesentlichen gereinigt und nur mit Wasserdampf gesättigt ist.
Um zu verstehen, was am Boden der Waschsäule stattfindet, sollte daran erinnert werden, daß sich eine ternäre Mischung, die aus zwei organischen Lösungsmitteln, von denen eines ein hydrophiles Lösungsmittel ist, sowie Wasser besteht, gewöhnlich in zwei unterschiedliche Phasen trennt.
- Die erste wird aus Gründen der Einfachheit "wäßrige Phase" genannt und enthält hauptsächlich Wasser.
- Die zweite wird aus Gründen der Einfachheit "Lösungsmittelphase" und enthält die Lösungsmittel und eine kleine Menge an Wasser.
Alle offenbarten Lösungsmittel, ausgenommen PPh, sind im flüssigen Zustand leichter als Wasser, so daß folglich die Schichtung der Lösungsmittel so erfolgt, daß sich die wäßrige Phase unten und die Lösungsmittelphase oben befindet. Anhand eines Beispiels wurde im Diagramm von Abbildung 1 3 der Fall dargestellt, der Wasser, im Schaubild mit A bezeichnet, und ein sowohl mit Wasser als auch mit dem anderen Lösungsmittel vollständig mischbares Lösungsmittel (TPM), im Schaubild mit B bezeichnet, und schließlich ein mit Wasser überhaupt nicht mischbares Lösungsmittel (S150), im Schaubild mit C bezeichnet, umfaßt. Eine Kombination aus A + B + C mit einer anteiligen Zusammensetzung von
%A=100 A/(A+B+C), %B=100 B/(A+B+C),
%C=100 C / (A+B+C)
und zu einer geraden Linie WS gehörend (zum Beispiel der Punkt P des Schaubildes), wird unter die beiden Phasen, die wäßrige Phase W und die Lösungsmittelphase S, gemischt.
Die Steigungen der geraden Linien WS sind charakteristisch für jedes ternäre System. Es sollte deutlich werden, daß die Bildung zweier Phasen erfolgt, wenn man von Punkt W ausgeht und eine Mischung der Lösungsmittel B und C so hinzufügt, daß der Punkt, der die Zusammensetzung des Systems A+B+C darstellt, im wesentlichen entlang der geraden Linie WS verschoben wird:
- Einer Lösungsmittel phase, die im wesentlichen B + C sowie eine kleine Menge Wasser enthält;
- eine wäßrige Phase, die praktisch nahezu gleich der Ausgangsphase ist;
- die Verschiebung rührt von der kleinen Wassermenge her, die sich in der Phase S befindet.
Aus dem Vorhergehenden sollte deutlich werden, daß durch geeignete Wahl der Anteile von B und C, die auf Grundlage des Schnittpunktes der geraden Linie WS und der Strecke BC bestimmt werden können, und mit kleinen Mengen hinzugefügten Wassers das System in einen Gleichgewichtszustand gebracht werden kann.
Unterschiedliche Lösungsmittelsysteme führen zu Zuständen, die sich von dem gezeigten Zustand zwar unterscheiden können, die aber begrifflich auf den gezeigten Zustand zurückgeführt werden können.
Am Boden der Waschsäule wird sich im wesentlichen eine Flüssigkeit befinden, die reich an den in der zu waschenden oder zu reinigenden Luft zurückgehaltenen Lösungsmitteln ist.
Da die Wasch- oder Reinigungsflüssigkeit immer mit einer Zusammensetzung ausgewählt wird, die dem geeigneten Punkt W entspricht, wird sie sich in zwei Phasen trennen. Daher wird es genügen, sie durch eine Leitung 37 zu einem Abscheider mit Florentine 38 zu führen, der im wesentlichen aus einem Gefäß gebildet ist, das zwei mögliche Austrittsöffnungen einschließt, nämlich eine untere Austrittsöffnung 40 und eine obere Austrittsöffnung 41, die mit entsprechenden Steuersperrventilen 42 versehen sind.
Ist die Lösungsmittelphase leichter als Wasser (wie in der Abbildung gezeigt), so wird die untere Austrittsöffnung oder Austrittsöffnung für die wäßrige Phase über eine Pumpe 43 und einen Austauscher 44 mit dem Kopf einer allgemeinen Wasch- oder Reinigungssäule verbunden werden, während die obere Austrittsöffnung die Lösungsmittelphase nach außen leiten wird.
Der Austauscher 44 ist so beschaffen, daß in die Säule 29 Waschflüssigkeit eingeführt wird, die eine Temperatur besitzt, die niedrig genug ist, damit die zu reinigende Luft gekühlt werden kann.
Während des Betriebs wäre es vorteilhaft, die obere Austrittstffnung geschlossen zu halten. Am Ende des Arbeitstages wird ein Ruhezustand eine vollständige Trennung oder "Schichtung" der beiden Phasen bewirken. Die Grenzfläche wird sich senken, da das verdampfte Wasser zusammen mit der gereinigten Luft entfernt wird. Daher wird es notwendig sein:
1) Wasser aus dem Wasserversorgungssystem hinzuzufügen, um die Grenzschicht auf das theoretische Niveau zu bringen; dieser Vorgang wird durch die Bereitstellung einer Beobachtungstür oder -öffnung 51 erleichtert;
2) die obere Austrittsöffnung zu öffnen, um zu bewirken, daß das aus der Säule wiedergewonnene Lösungsmittel aus dem Abscheider mit Florentine austreten kann.
Insbesondere wird das wiedergewonnene Lösungsmittel wechselweise zu einem ersten 45 und einem zweiten 46 Gefäß geleitet, die einen integrierenden Bereich eines nachfolgenden Entwässerungsabschnitts bilden, der übergreifend mit der Bezugsziffer 47 bezeichnet ist. Um eine bessere Phasentrennung zu erleichtern, kann der Abscheider mit Florentine einen Labyrinthpfad umfassen, wie er beispielhaft in Abbildung 12a gezeigt ist.
Es sollte deutlich werden, daß man in dem Falle, in dem das Lösungsmittel eine höhere Dichte als Wasser aufweist, an der oberen Austrittsöffnung so vorgehen muß, wie es für die untere Austrittsöffnung beschrieben wurde, und umgekehrt an der unteren Austrittsöffnung so, wie es für die obere Austrittsöffnung beschrieben wurde.
Die in die Gefäße 45, 46 eingebrachten Lösungsmittel weisen auch einen Wasseranteil auf.
Falls das Vorhandensein von Wasser bedeutsam ist, wenn etwa zum Beispiel Propylenoxidglykoläther verwendet werden, dann wird die Verwendung solch eines Lösungsmittels zu dem sogenannten "Blitzrost"- Effekt führen, der im Trocknungsschritt des organischen Phosphatierverfahrens auftritt.
Die sich entwickelnde braune Farbe führt dazu, daß das behandelte Teil verworfen werden muß, auch wenn das Ergebnis vom Standpunkt der Korrosionsbeständigkeit annehmbar gewesen wäre.
In diesen Fällen muß folglich dieses Lösungsmittel vor seiner Wiederverwendung entwässert werden.
Aufgrund dieser Notwendigkeit wurde ein Entwässerungsabschnitt bereitgestellt, der wie gesagt eigentlich nur dann bereitgestellt werden muß, wenn die im Lösungsmittel zurückgehaltene Wassermenge so ist, daß sie den erwähnten UV Blitzrost"-Effekt verursacht.
Dieser Abschnitt umfaßt insbesondere eine Entwässerungsapparatur 48 mit einem Zylinder, der an seinen Endbereichen mit sehr feinen Netzen versehen ist und aus wärmebeständigem Glas oder Stahl besteht, mit einer großen Beobachtungsöffnung. Innerhalb dieses Zylinders ist Entwässerungsmaterial angeordnet, das aus Molsieben oder stark wasserabsorbierenden Salzen oder vorzugsweise Silikagel besteht und eine Anzeige- oder Indikatorsubstanz enthält, um das Produkt blau zu färben, wenn es entwässert ist, oder schwach rosa, falls es mit Wasser gesättigt ist.
Dank dieser Maßnahme wird es praktisch möglich, durch eine einfache, visuelle Beobachtung die Wirksamkeit des entwässernden Produktes festzustellen.
In diesem Zusammenhang sollte ferner herausgestellt werden, daß die Apparatur 48 eine ausreichende Menge an Silikagel enthalten muß, inklusive eines geeigneten Sicherheitstoleranzbereiches, um das in den Gefäßen 45 und 46 befindliche Produkt wiederzugewinnen oder wiederaufzubereiten.
Zum Schließen des Zylinders werden zwei geflanschte Abdeckungen bereitgestellt, die Rohre tragen, um die zu entwässernde Flüssigkeit zu befördern.
Darüber hinaus wird eine Leitung in der Bodenabdeckung mit einem entsprechenden Sperrventil für die bei 120ºC befindliche Luft, die aus der Quelle für die Trocknungsluft austritt, sowie ein Luftauslaß durch die obere Abdeckung, der auch mit einem Sperrventil 50 versehen ist, bereitgestellt.
Die Auslaßluft wird, wie in dem Schaubild von Abbildung 1 gezeigt, zur Luftwasch- oder -reinigungssäule geleitet.
Von der Betriebsweise her gesehen sollte folgendes Verfahren angewandt werden, falls das in Gefäß 45 befindliche Lösungsmittel entwässert werden
1) das Sperrventil 52 wird geschlossen, um jegliches Lösungsmittel am Eintritt zu hindern;
2) die Sperrventile 53, 54, 55, 56 und 57 werden geöffnet;
3) die Pumpe 58 wird betätigt und das Lösungsmittel wird in den Kreislauf eingespeist.
Eine etwa zweistündige Behandlung wird genügen, doch sollte das mit Silikagel beladene Material kontrolliert werden, um eine mögliche Sättigung desselben mit Wasser zu erfassen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Lösungsmittel für die Wiederverwendung bereit.
4) Die Pumpe 58 wird angehalten;
5) die Sperrventile 53 bis 57 werden wieder geöffnet.
Das entwässerte Lösungsmittel kann in Gefäß 45 gespeichert und, wenn es wiederverwendet werden soll, durch das Sperrventil 59 entnommen werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird es notwendig sein, das Silikagel für den nächsten Entwässerungszyklus wiederaufzubereiten, und zu diesem Zweck werden die Sperrventile 49 und 50 geöffnet und Luft mit einer Temperatur von etwa 120ºC in die Apparatur 48 geblasen, die von der Heißluftquelle des Entwässerungsabschnitts geliefert wird.
Insbesondere wird die aus dieser Apparatur austretende Luft zu Beginn die Lösungsmittel enthalten, die das Silikagel getränkt haben, und anschließend das ihm entzogene Wasser.
In diesem Zusammenhang sollte deutlich werden, daß bei geringen Mengen wiedergewonnenen Lösungsmittels dieses auch auf vereinfachte Weise entwässert werden kann, indem im Gefäß 45 ein Sack angebracht wird, der eine ausreichende Menge an Silikagel enthält. Dieses Silikagel kann, wenn es mit Wasser gesättigt ist, leicht zur Wiederaufbereitung zum Trocknungsofen gebracht werden.

Claims

1. Eine brennbare, aber nicht entzündliche organische, phosphatierende Mischung zum Entfetten und Phosphatieren von Metalloberflächen in einem einzigen Schritt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mischung zwei oder mehr Lösungsmittel mit einem Anteil von 85-99 Gewichtsprozenten enthält, die keine halogenierten Lösungsmittel umfassen, wobei diese Lösungsmittel einen Siedepunkt oberhalb von 125ºC und einen Flammpunkt oberhalb von 65ºC besitzen und von einem weder toxischen, noch gefährlichen, noch reizenden Typ sind, mit einem Dampfdruck bei 20ºC unterhalb von 266 Pa (2 mm Hg), und Polyphosphate, saure Phosphate und/oder freie Phosphorsäure sowie oberflächenaktive Stoffe mit einem Gesamtanteil von 1-15 Gewichtsprozenten, und daß diese Lösungsmittel Propylenoxid-Glycolether mit einem Anteil von 25 bis 75 Gewichtsprozenten und aromatische Lösungsmittel mit einem Anteil von 25 bis 75 Gewichtsprozenten enthalten.

2. Ein Verfahren zum Applizieren einer Phosphatiermischung nach Anspruch 1 auf ein zu phosphatierendes Metallteil, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren den Schritt des Sprühens dieser Mischung auf dieses Metallteil oder des Eintauchens dieses Metallteils in ein Bad dieser Phosphatiermischung umfaßt.

3. Ein Phosphatiersystem, umfassend ein Gerät zum Phosphatieren von Metallteilen und die Mischung nach Anspruch 1, worin dieses Gerät einen Abschnitt (1) für die Behandlung umfaßt, einen Lüftungsabschnitt (2), einen Trocknungsabschnitt (3) und einen Abschnitt (4) zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels, wobei dieser Abschnitt (1) für die Behandlung Behälter (5, 6) für die Sammelbehandlung oder die durchgehende Behandlung umfaßt, mit einem Filtrierkreislauf (7), worin auf einer Entladeseite eine von Hand zu bewegende Hülse (8) bereitgestellt ist, um zu reinigende Metallteile (9) mechanisch zu reinigen, wobei diese Metallteile (9) von einer Hebevorrichtung (10) betätigt werden, die gleitend auf einer Vorrichtung (11) mit einer einzelnen Schiene getragen wird, wobei diese Behälter mit einem entfernbaren, doppelten Boden (13) bereitgestellt sind, um Schlacken des Verfahrens aufzufangen, mit einem Austrittssperrventil (14), einem Eintrittssperrventil (15), einem Kugelhahn (16) und einem Schacht (17) für den Entladebehälter.

4. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 3, worin dieses Gerät ein kombiniertes Tauch-/Sprühgerät ist, umfassend eine Vielzahl von Sprühdüsen, die betätigt werden, wenn dieses metallische Teil (9) von einem dieser Behälter (5, 6) entfernt wird.

5. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese Sprühdüsen an einer Auslaßseite dieses Behälters (6) für die kontinuierliche Behandlung befinden.

6. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Lüftungsabschnitte (2) luftfördernde Zentrifugalgebläse (18) umfassen, die einen einstellbaren Luftstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 5 m/s bereitstellen.

7. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 3, worin dieser Trocknungsabschnitt (3) einen Heißumluftofen (1 9) umfaßt.

8. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Heißumluftofen (19) ein Tunnelofen mit einem Boden und einem schachtelähnlichen, seitlichen Körper (20) mit einer Vielzahl von Schlitzen (21) ist, und mit einer Heißdruckluft-Ventilatorvorrichtung (23), die zum Erzeugen heißer Druckluft und zum Befördern dieser heißen Druckluft durch diesen Gang (25) dieses Ofens angepaßt ist.

9. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abschnitt (4) zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels eine Luftwaschsäule (29, 31, 33) zum Zurückhalten dieser Lösungsmittel umfaßt, die mit einer wäßrigen Waschflüssigkeit arbeitet.

10. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Säule (29) eine Zyklonvorrichtung (30) mit einem tangentialen Lufteinlaß umfaßt.

11. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Säule (31) eine Vielzahl von gestapelten Böden (32) umfaßt, wobei zu waschende Luft von einem unteren Teil dieser Waschsäule (31) zugeführt wird, so daß sie sich im Gegenstrom zu dieser Waschflüssigkeit bewegt.

12. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Waschsäule (33) einen Zwischenabschnitt (34) umfaßt, der von Haltenetzen (35) begrenzt ist und mit inertem Material angefüllt ist, daß die Berührung mit der Waschflüssigkeit der zu waschenden und zu kühlenden Luft (36) fördert, die vom Boden dieser Säule (33) eingeleitet wird, wobei dieses inerte Material rund zertrümmerte Steinpartikel, keramische Ringe und/oder Kugeln, Hohlkugeln und Ringe verschiedener Größen aus Polypropylen umfaßt.

13. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 9, worin die Flüssigkeit vom Auslaß dieser Waschsäule (33) zu einem Abscheider (38) mit Florentine befördert wird (37), umfassend einen Behälter mit zwei Auslässen (40, 41), die mit entsprechenden Gittern (42) bereitgestellt sind, wobei einer (40) dieser Auslässe, d.h. der Auslaß für die wäßrige Phase (40), über eine Pumpe (43) und einen Austauscher (44) mit einem Kopfteil dieser Waschsäule verbunden ist, und der andere Auslaß (41) die Lösungsmittelphase nach außen führt, wobei letztere wechselweise zu einem ersten und einem zweiten Behälter (45, 46) befördert wird, die sich in einem nachfolgenden Abschnitt zur Entwässerung (47) dieses Gerätes befinden.

14. Ein Phosphatiersystem nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abschnitt zur Entwässerung (47) eine Entwässerungsvorrichtung (48) umfaßt, die einen Zylinder aus wärmebeständigem Glas oder Stahl mit einer großen Betrachtungsöffnung umfaßt, die mit sehr feinen Netzen bereitgestellt ist, worin ein entwässerndes Material aus Silikagel enthalten ist, das einen Indikator enthält, der ein wasserfreies Produkt blau und ein mit Wasser gesättigtes Produkt schwach rosa verfärbt, wobei durch dieses Gerät zur Entwässerung (48) sowohl das zu entwässernde Lösungsmittel als auch Heißluft zum Regenerieren des Silikagelbetts strömt.