DE69220665T2 - GET TREATMENT AND RECOVERY OF OVERSPRAY WHEN SPRAYING ON WATER-SOLUBLE COATINGS - Google Patents
GET TREATMENT AND RECOVERY OF OVERSPRAY WHEN SPRAYING ON WATER-SOLUBLE COATINGSInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Sprühbeschichten eines Gegenstandes mit einem wasserhaltigen Beschichtungsmittel und insbesondere ein Verfahren zur Behandlung und Rückführung von Sprühüberschuss (engl.: overspray), der bei einer solchen Sprühbeschichtung entsteht. Das vorliegende Verfahren ist allgemein technisch anwendbar und insbesondere in der Automobilindustrie, wo Fahrzeugkarosserien und viele andere grössere Gegenstände sprühbeschichtet werden.The present invention relates generally to a method for spray coating an object with a water-based coating agent and, more particularly, to a method for treating and recycling overspray that results from such a spray coating. The present method is generally applicable in industry and, in particular, in the automotive industry, where vehicle bodies and many other large objects are spray coated.
Die effiziente Beschichtung von Automobilen und anderen grösseren Gegenständen mit flüssigen Beschichtungsmitteln erfordert normalerweise die Sprühapplikation. Die gegenwärtigen Sprühapplikationsmethoden erzeugen einen wesentlichen Anteil an Sprühüberschuss, und zur Isolation dieses Überschusses aus der unmittelbaren Umgebung wird der Sprühbetrieb normalerweise in einer Sprühkabine durchgeführt.The efficient coating of automobiles and other larger objects with liquid coatings typically requires spray application. Current spray application methods generate a significant amount of overspray and to isolate this overspray from the immediate environment, the spraying operation is typically carried out in a spray booth.
Der beispielsweise während der Beschichtung von Automobilen mit wasserhaltigen Beschichtungsmitteln auftretende Sprühüberschuss wird normalerweise aus der Sprühkabine mittels eines Luftabsaugstromes und/oder in Wasser (Wasservorhang oder Kaskaden) entfernt, die aus einem Auffangtank zirkulieren Wenn man berücksichtigt, dass in einer Automobilsprühkabine allein etwa 1-1,5 t Anstrichmittel täglich aufgetragen werden und annähernd 20-30% davon Sprühüberschuss darstellen, wird die Grössenordnung des resultierenden Abfallproblems ersichtlich.The overspray that occurs, for example, during the coating of automobiles with water-based coating materials is normally removed from the spray booth by means of an air extraction stream and/or in water (water curtain or cascades) circulating from a collection tank. If one considers that in an automobile spray booth alone about 1-1.5 tonnes of paint are applied daily and approximately 20-30% of this represents overspray, the magnitude of the resulting waste problem becomes clear.
In bezug auf die Handhabung dieses Abfallproduktes bestehen im wesentlichen zwei Optionen - Entsorgung und/oder Rückführung. Wegen der grossen erzeugten Volumina und wegen der involvierten Folgen für die Umwelt ist die Entsorgung eine mühsame und sehr teure Option. Demzufolge wird die Rückführung die wünschbare Alternative.There are essentially two options regarding the handling of this waste product - disposal and/or recycling. Due to the large volumes generated and the environmental consequences involved, disposal is a laborious and very expensive option. Consequently, recycling becomes the desirable alternative.
Die allgemein in der Industrie und insbesondere auf dem Automobilgebiet verwendeten wasserhaltigen Beschichtungsmittel können eine grosse Anzahl fester und/oder flüssiger Komponenten enthalten. Diese Komponenten können allgemein in drei primäre Kategorien mit wie unten angegebenen Unterkategorien aufgeteilt werden:The water-based coatings generally used in industry and in the automotive field in particular can contain a large number of solid and/or liquid components. These components can be broadly divided into three primary categories with subcategories as indicated below:
(I) einen wesentlichen Anteil Wasser;(I) a substantial proportion of water;
(II) verschiedene Harze (im allgemeinen höher-molekulare organische Verbindungen), einschließlich einer oder mehrerer wasserunlöslichen, wasserdispergierbaren und/oder wasserlöslichen Komponenten, und(II) various resins (generally higher molecular weight organic compounds), including one or more water-insoluble, water-dispersible and/or water-soluble components, and
(III) gegebenenfalls verschiedene Additive, die z.B. wasserunlösliche (z.B. Pigmente), wasserdispergierbare (z.B. Emulgatgren, Stabilisatoren und rheologische Additive) und/oder wasserlösliche (z.B. niedermolekulare, polare organische Co-Lösungsmittel, Säuren und Amine) Komponenten.(III) optionally various additives, e.g. water-insoluble (e.g. pigments), water-dispersible (e.g. emulsifiers, stabilizers and rheological additives) and/or water-soluble (e.g. low molecular weight, polar organic cosolvents, acids and amines) components.
Allein die Vielzahl von Komponenten macht eine wirksame Behandlung und Rückführung zu einer schwierigen Aufgabe.The sheer number of components makes effective treatment and repatriation a difficult task.
Die gegenwärtig durchgeführten Rückführungsverfahren für wasserhaltige Beschichtungsmittel erfordern die Zugabe von Koagulationsmitteln und/oder Mitteln zur Verminderung der Klebfähigkeit zum gesammelten Sprühüberschuss. Das resultierende Koagulat wird durch Sedimentation, Flotation, Filtration und/oder andere Trennverfahren extrahiert und nachfolgend aus dem Sprühbereich entfernt. Wegen der Gegenwart zugesetzter Chemikalien und wegen der koagulierten Form des gewonnenen Produktes ist die Rückführung ein teurer und komplexer Prozess. Ausserdem beeinflussen die chemischen Additive häufig die Eigenschaften jedes zurückgewonnenen Produkts, und die Trennung von zahlreichen wasserlöslichen Stoffen, wie niedermolekularen organischen Cosolventien, Säuren und Ammen, bleibt ein Problem.The recycling processes currently used for water-based coatings require the addition of coagulants and/or tackifiers to the collected spray excess. The resulting coagulum is extracted by sedimentation, flotation, filtration and/or other separation processes and subsequently removed from the spray area. Due to the presence of added chemicals and the coagulated form of the recovered product, recycling is an expensive and complex process. In addition, the chemical additives often affect the properties of any recovered product and the separation of numerous water-soluble materials, such as low molecular weight organic cosolvents, acids and amines, remains a problem.
Es sind schon verschiedene andere Rückführungsmethoden vorgeschlagen worden, aber keine war völlig erfolgreich. Beispielsweise beschreibt WO 82/02543 ein Verfahren zur Rückgewinnung und Rückführung von wasserhaltigem Sprühmittelüberschuss, wobei der Sprühüberschuss gesammelt und abgetrennt wird (z.B. mit einem wandernden Siebf ilter oder einem Absetztank) in eine hohe und eine niedrige Feststoff-(z.B. 10-50 Gew.% Feststoffe) Fraktion. Der Feststoffgehalt der hohen Feststofffraktion wird vorzugsweise so eingestellt, dass er in den Bereich von 5-30% Feststoffe fällt (z.B. durch Zugabe von Wasser), dann in Form einer Aufschlämmung einer Dekanterzentrifuge bekannten Typs, welche die Flüssigkeit von den Feststoffen trennt, zugeführt. Von der festen Komponente wird gesagt, dass sie etwa 75 Gew.% Feststoffe enthält, die als Basis für ein rückgewonnenes Anstrichprodukt verwendet werden können oder weiter zur Entsorgung in einer Deponie getrocknet werden. Von der flüssigen Komponente, die in die Sprühkabine zurückgeführt werden kann, wird gesagt, dass sie typisch weniger als 1 Gew.% Feststoffe enthält. Dies zeigt klar, dass die in der Referenz beschriebenen Trennmethoden im allgemeinen unwirksam zur Trennung von wasserlöslichen Komponenten und insbesondere der oben erwähnten niedermolekularen wasserlöslichen Komponenten sind, die zur Ansammlung in dem rückgeführten Wasser neigen.Various other recycling methods have been proposed, but none have been entirely successful. For example, WO 82/02543 describes a process for recovering and recycling water-containing excess spray, whereby the excess spray is collected and separated (e.g. with a travelling screen filter or a settling tank) into a high and a low solids (e.g. 10-50 wt% solids) fraction. The solids content of the high solids fraction is preferably adjusted to fall within the range 5-30% solids (e.g. by adding water), then fed as a slurry to a decanter centrifuge of known type, which separates the liquid from the solids. The solid component is said to contain about 75% by weight solids which can be used as a base for a reclaimed paint product or further dried for disposal in a landfill. The liquid component which can be recycled to the spray booth is said to typically contain less than 1% by weight solids. This clearly shows that the separation methods described in the reference are generally ineffective for separating water-soluble components and in particular the low molecular weight water-soluble components mentioned above which tend to accumulate in the recycled water.
US 4607592 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Sprühüberschuss zusammen mit der Verwendung einer komplizierten Apparatur und einer mühsamen Arbeitsweise. Die Trennung wird mittels eines Komplexes sowie mit speziellen Filtern und Filtrationsmethoden in eine konzentrierte und eine klare Wasserfraktion erreicht. Von der konzentrierten Fraktion wird gesagt, dass sie die Feststoffe und wasserlöslichen Komponenten des Sprühüberschusses enthält, wobei die Zusammensetzung der konzentrierten Fraktion automatisch eingestellt wird, um die Zusammensetzung der frischen Farbe zu ergeben. Die zurückgewonnene Farbe wird dann zurückgeführt, indem man sie zur frischen Farbenspeisung zusetzt.US 4607592 describes a process for treating spray surplus, along with the use of complicated equipment and a laborious operation. The separation is achieved by means of a complex as well as special filters and filtration methods into a concentrated and a clear water fraction. The concentrated fraction is said to contain the solids and water-soluble components of the spray surplus, the composition of the concentrated fraction being automatically adjusted to give the composition of the fresh paint. The recovered Color is then returned by adding it to the fresh color feed.
Obwohl sich aus US 4607592 ergibt, dass die wirksame Trennung und Rückführung mittels komplexer und aufwendiger Mittel erzielt werden kann, wäre es hochgradig wünschbar, ein relativ einfaches und dennoch wirksames und effizientes Rückführungsverfahren für solche wasserhaltigen "Abfall"-Produkte zu entwickeln, das die Verwendung der oben erwähnten Koagulationsund Klebrigkeitsverminderungs-Chemikalien vermeidet und ausserdem effektiv und wirtschaftlich alle Komponenten in einer für die direkte Rückführung geeigneten Form gewinnt.Although it is clear from US 4607592 that effective separation and recycling can be achieved by complex and expensive means, it would be highly desirable to develop a relatively simple yet effective and efficient recycling process for such water-containing "waste" products which avoids the use of the above-mentioned coagulation and detackification chemicals and also effectively and economically recovers all components in a form suitable for direct recycling.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, dass relativ einfach auszuführen ist und dennoch eine effiziente und effektive Trennung eines solchen Sprühüberschusses in direkt für die Rückführung geeignete Komponenten ermöglicht.A process has now been found that is relatively simple to carry out and yet enables efficient and effective separation of such excess spray into components that are directly suitable for recirculation.
Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von bei der Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit einem wasserhaltigen Beschichtungsmittel gesammelten Sprühüberschusses geboten, wobei das wasserhaltige Beschichtungsmittel enthält:According to the invention, a method is provided for treating excess spray collected during the spray coating of an object with a water-based coating agent, wherein the water-based coating agent contains:
(A) Wasser,(A) Water,
(B) eine Harzkomponente enthaltend mindestens eine wasserunlösliche, wasserdispergierbare und/oder wasserlösliche Komponente, und(B) a resin component containing at least one water-insoluble, water-dispersible and/or water-soluble component, and
(C) einen Additivanteil enthaltend mindestens eine wasserunlösliche, wasserdispergierbare und/oder wasserlösliche Komponente,(C) an additive portion containing at least one water-insoluble, water-dispersible and/or water-soluble component,
bei welchem Verfahren mindestens ein Teil des Sprühüberschusses in Sammelmitteln gesammelt wird und wobei ein rückführbarer wasserhaltiger Beschichtungsmittelstrom mit praktisch gleicher Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel sowie ein rückführbarer Wasserstrom entsteht, der praktisch keine Harz- oder Additivanteile des wasserhaltigen Beschichtungsmittels enthält, welches Verfahren die Schritte umfasst:in which process at least part of the spray surplus is collected in collecting means and wherein a recyclable water-containing coating agent stream with practically the same composition as the water-containing coating agent and a recyclable water stream is created which contains practically no resin or additive components of the water-based coating agent, which process comprises the steps:
(1a) Trennen des gesammelten Sprühüberschusses in(1a) Separation of the collected spray surplus into
(i) eine konzentrierte Phase enthaltend(i) a concentrated phase containing
(a) einen wesentlichen Teil der wasserunlöslichen Komponenten der Harz- und Additivanteile,(a) a substantial proportion of the water-insoluble components of the resin and additive components,
(b) einen Teil der wasserdispergierbaren Komponenten der Harz- und Additivanteile,(b) a portion of the water-dispersible components of the resin and additive components,
(c) einen geringen Anteil Wasser und(c) a small amount of water and
(d) mindestens einen kleineren Anteil der wasserlöslichen Komponenten der Harz- und Additivanteile; und(d) at least a minor proportion of the water-soluble components of the resin and additive components; and
(ii) eine verdünnte Phase enthaltend(ii) a dilute phase containing
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers und(a) a substantial part of the water and
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Phase enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated phase;
(1b) elektrophoretische Trennung der verdünnten Phase in(1b) electrophoretic separation of the diluted phase in
(i) eine konzentrierte Fraktion enthaltend(i) a concentrated fraction containing
(a) praktisch den gesamten Rest des Harzanteils,(a) substantially all of the remainder of the resin content,
(b) praktisch den gesamten Rest der wasserunlöslichen und wasserdispergierbaren Komponenten des Additivanteils und(b) substantially all of the remainder of the water-insoluble and water-dispersible components of the additive portion and
(c) mindestens einen Teil der wasserlöslichen Komponente des Additivanteils; und(c) at least a portion of the water-soluble component of the additive portion; and
(ii) eine Wasserfraktion enthaltend(ii) a water fraction containing
(a) einen wesentlichen Anteil des Wassers,(a) a significant proportion of the water,
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Fraktion enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated fraction;
(2) Trennen der Wasserfraktion in(2) Separation of the water fraction into
(i) den rückführbaren Wasserstrom und(i) the recyclable water flow and
(ii) einen konzentrierten Reststrom;(ii) a concentrated residual stream;
(3a) Gewinnen der konzentrierten Phase von Schritt (1a);(3a) recovering the concentrated phase of step (1a);
(3b) Gewinnen der konzentrierten Fraktion von Schritt (1b);(3b) recovering the concentrated fraction from step (1b);
(4) Gewinnen des konzentrierten Rückstandsstroms von Schritt (2);(4) recovering the concentrated residue stream from step (2);
(5) Bildung des rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms durch Vermischen der so gewonnenen konzentrierten Phase von Schritt (1a), der konzentrierten Fraktion von Schritt (1b) und des konzentrierten Reststroms von Schritt (2) in einer solchen Weise und mit solchen anderen Komponenten, als zur Bildung einer Mischung mit praktisch der gleichen Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel erforderlich ist.(5) forming the recyclable aqueous coating agent stream by mixing the concentrated phase thus obtained from step (1a), the concentrated fraction from step (1b) and the concentrated residual stream from step (2) in such a manner and with such other components as are necessary to form a mixture having substantially the same composition as the aqueous coating agent.
Im oben beschriebenen Verfahren wird der Schritt (1a) allgemein als fakultativ angesehen, insbesondere im Fall von wasserhaltigen Klarbeschichtungen, die sehr geringe Anteile an wasserunlöslichen Komponenten enthalten. Für pigmentierte Systeme und andere Systeme, die grosse Anteile Feststoffe enthalten, kann jedoch eine grössere Effizienz beim elektrophoretischen Trennschritt durch vorherige Entfernung eines wesentlichen Anteils solcher Feststoffe in Schritt (1a) erzielt werden.In the process described above, step (1a) is generally considered optional, particularly in the case of water-based clear coatings containing very low levels of water-insoluble components. However, for pigmented systems and other systems containing high levels of solids, greater efficiency in the electrophoretic separation step can be achieved by prior removal of a substantial proportion of such solids in step (1a).
Wenn der Schritt (1a) nicht angewandt wird, umfasst das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung folgende Schritte:If step (1a) is not applied, the process according to the present invention comprises the following steps:
(1) elektrophoretische Trennung des gesammelten Sprühüberschusses in(1) electrophoretic separation of the collected spray surplus into
(i) eine konzentrierte Fraktion enthaltend(i) a concentrated fraction containing
(a) praktisch den gesamten Harzanteil,(a) practically the entire resin content,
(b) praktisch die gesamten wasserunlöslichen und wasserdispergierbaren Komponenten des Additivanteils und(b) substantially all of the water-insoluble and water-dispersible components of the additive portion and
(c) mindestens einen Teil der wasserlöslichen Komponente des Additivanteils und(c) at least a portion of the water-soluble component of the additive portion and
(ii) eine Wasserfraktion enthaltend(ii) a water fraction containing
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers,(a) a substantial part of the water,
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Fraktion enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated fraction;
(2) Trennung der Wasserfraktion in(2) Separation of the water fraction into
(i) den rückführbaren Wasserstrom und(i) the recyclable water flow and
(ii) einen konzentrierten Reststrom;(ii) a concentrated residual stream;
(3) Gewinnung der konzentrierten Fraktion von Schritt (1);(3) recovering the concentrated fraction from step (1);
(4) Gewinnung des konzentrierten Reststroms von Schritt (2);(4) recovering the concentrated residual stream from step (2);
(5) Erzeugen des rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms durch Vermischen der so gewonnenen konzentrierten Fraktion von Schritt (1) und dem konzentrierten Reststrom von Schritt (2) in einer Weise und mit anderen Komponenten, als zur Erzeugung einer Mischung erforderlich ist, die praktisch dieselbe Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel hat.(5) producing the recyclable aqueous coating agent stream by mixing the concentrated fraction thus obtained from step (1) and the concentrated residual stream from step (2) in a manner and with other components than are necessary to produce a mixture having substantially the same composition as the aqueous coating agent.
Es ist zu bemerken, dass die Elektrophorese als Mittel zur Gewinnung und Rückführung von Abfall-Lösungen angewendet worden ist, die bei der Applikation von wasserhaltigen Beschichtungsmitteln durch Elektroabscheidung (siehe z.B. JP-OS 100135/1974) erzeugt werden. Die Anwendung der Elektroabscheidung für die Rückführung von Sprühüberschuss aus durch Sprühen aufgetragenen wasserhaltigen Beschichtungsmitteln ist jedoch aus dieser Literatur nicht bekannt noch ist sie leicht daraus ersichtlich wegen der weitgehend unterschiedlichen Erwägungen in bezug auf Zusammensetzung und Verwendung von Beschichtungsmitteln für das Sprühen gegenüber Beschichtungsmitteln für Elektroabscheidung.It is to be noted that electrophoresis has been used as a means of recovering and recycling waste solutions generated during the application of water-based coating compositions by electrodeposition (see, e.g., JP-OS 100135/1974). However, the use of electrodeposition for the recycling of spray surplus from water-based coating compositions applied by spraying is not known from this literature nor is it readily apparent from it because of the largely different considerations regarding composition and use of coating compositions for spraying versus coating compositions for electrodeposition.
Ferner wird zusammen mit dem oben erwähnten Verfahren eine Vorrichtung zur Behandlung von Sprühüberschuss geboten, der aus der Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit einem wasserhaltigen Beschichtungsmittel resultiert, welche Vorrichtung umfasst:Furthermore, together with the above-mentioned method, there is provided an apparatus for treating spray excess resulting from the spray coating of an object with a water-based coating agent, which apparatus comprises:
Mittel zur Sammlung mindestens eines Teils des Sprühüberschusses und Mittel zur Erzeugung eines rückführbaren Stroms von wasserhaltigem Beschichtungsmittel praktisch gleicher Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel und eines rückführbaren Wasserstroms, der praktisch keine Harz- und Additivanteile des wasserhaltigen Beschichtungsmittels enthält, sowieMeans for collecting at least part of the spray surplus and means for producing a recyclable stream of water-based coating agent having practically the same composition as the water-based coating agent and a recyclable water stream containing practically no resin and additive components of the water-based coating agent, and
(1) einen Auffangtank zur Aufnahme des gesammelten Sprühüberschusses;(1) a collection tank to receive the collected excess spray;
(2) elektrophoretische Trennmittel, die mit dem Auffangtank verbunden sind, um den gesammelten Sprühüberschuss elektrophoretisch zu trennen in(2) electrophoretic separation means connected to the collection tank to electrophoretically separate the collected spray surplus into
(i) eine konzentrierte Fraktion enthaltend(i) a concentrated fraction containing
(a) praktisch den gesamten Harzanteil,(a) practically the entire resin content,
(b) praktisch alle wasserunlöslichen und wasserdispergierbaren Komponenten des Additivanteils und(b) substantially all water-insoluble and water-dispersible components of the additive portion and
(c) mindestens einen Teil der wasserlöslichen Komponente des Additivanteils; und(c) at least a portion of the water-soluble component of the additive portion; and
(ii) eine Wasserfraktion enthaltend(ii) a water fraction containing
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers,(a) a substantial part of the water,
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Fraktion enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated fraction;
(3) Mittel, die mit den elektrophoretischen Trennmitteln verbunden sind, um die Wasserfraktion zu trennen in(3) Means associated with the electrophoretic separating means to separate the water fraction into
(i) einen rückführbaren Wasserstrom und(i) a recyclable water flow and
(ii) einen konzentrierten Reststrom;(ii) a concentrated residual stream;
(4) Mittel, die mit den elektrophoretischen Trennmitteln verbunden sind, um die konzentrierte Fraktion zu gewinnen;(4) means associated with the electrophoretic separating means for recovering the concentrated fraction;
(5) Mittel, die mit den Mitteln zur Abtrennung der Wasserfraktion verbunden sind, um den konzentrierten Reststrom zu gewinnen;(5) means connected to the means for separating the water fraction to obtain the concentrated residual stream;
(6) Mischmittel zur Erzeugung eines rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms aus der konzentrierten Fraktion, dem konzentrierten Reststrom und anderen Komponenten, die erforderlich sind, um eine Mischung mit praktisch gleicher Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel zu ergeben,(6) mixing means for producing a recyclable water-based coating agent stream from the concentrated fraction, the concentrated residual stream and other components required to produce a mixture with a composition practically the same as the water-based coating agent,
wobei der rückführbare wasserhaltige Beschichtungsmittelstrom praktisch die gleiche Zusammensetzung hat wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel und der rückführbare Wasserstrom praktisch keine Harz- oder Additivanteile des wasserhaltigen Beschichtungsmittels enthält.wherein the recyclable water-containing coating agent stream has practically the same composition as the water-containing coating agent and the recyclable water stream practically does not contain any resin or additive components of the water-based coating agent.
Zur Behandlung von Sprühüberschuss, der relativ grosse Anteile an wasserunlöslichen Komponenten enthält, umfasst die Vorrichtung Mittel zum Sammeln mindestens eines Teils des Sprühüberschusses und Mittel zum Erzeugen eines rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms praktisch gleicher Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel und von rückführbarem Wasser, das keine der Harz- und Additivan-teile des wasserhaltigen Beschichtungsmittels enthält, sowie:For treating excess spray containing relatively large proportions of water-insoluble components, the device comprises means for collecting at least part of the excess spray and means for producing a recyclable water-containing coating agent stream of practically the same composition as the water-containing coating agent and recyclable water which does not contain any of the resin and additive components of the water-containing coating agent, as well as:
(1) einen Sammeltank zur Aufnahme des gesammelten Sprühüberschusses;(1) a collection tank to receive the collected excess spray;
(2a) Mittel, die zwischen den Sammeltank und ein elektrophoretisches Trennmittel geschaltet sind, um den gesammelten Sprühüberschuss zu trennen in(2a) Means connected between the collection tank and an electrophoretic separating means for separating the collected spray surplus into
(i) eine konzentrierte Phase, enthaltend(i) a concentrated phase containing
(a) einen wesentlichen Teil der wasserunlöslichen Komponenten der Harz- bzw. Additivanteile,(a) a significant proportion of the water-insoluble components of the resin or additive components,
(b) einen Teil der wasserdispergierbaren Komponenten der Harz- bzw. Additivanteile,(b) a portion of the water-dispersible components of the resin or additive components,
(c) einen geringeren Anteil Wasser und(c) a lower proportion of water and
(d) mindestens einen geringeren Anteil der wasserlöslichen Komponenten der Harz- und Additivanteile; und(d) at least a minor proportion of the water-soluble components of the resin and additive components; and
(ii) eine verdünnte Phase, enthaltend(ii) a dilute phase containing
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers und(a) a substantial part of the water and
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Phase enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated phase;
(2b) Elektrophoretische Trennmittel, die mit den Mitteln zur Trennung des gesammelten Sprühüberschusses verbunden sind, um die verdünnte Phase elektrophoretisch zu trennen in(2b) Electrophoretic separation means connected to the means for separating the collected spray excess, for electrophoretically separating the diluted phase into
(i) eine konzentrierte Fraktion enthaltend(i) a concentrated fraction containing
(a) praktisch den gesamten Harzanteil,(a) practically the entire resin content,
(b) praktisch die gesamten wasserunlöslichen und wasserdispergierbaren Komponenten des Additivanteils und(b) substantially all of the water-insoluble and water-dispersible components of the additive portion and
(c) mindestens einen Teil der wasserlöslichen Komponente des Additivanteils; und(c) at least a portion of the water-soluble component of the additive portion; and
(ii) eine Wasserfraktion enthaltend(ii) a water fraction containing
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers,(a) a substantial part of the water,
(b) den Rest der Harz- und Additivanteile, die nicht in der konzentrierten Fraktion enthalten sind;(b) the remainder of the resin and additive components not contained in the concentrated fraction;
(3) Mittel, die mit dem elektrophoretischen Trennmittel verbunden sind, um die Wasserfraktion zu trennen in(3) Means associated with the electrophoretic separation agent to separate the water fraction into
(i) den rückführbaren Wasserstrom und(i) the recyclable water flow and
(ii) einen konzentrierten Reststrom;(ii) a concentrated residual stream;
(4a) Mittel, die mit den Mitteln zur Trennung des Sprühüberschusses verbunden sind, um die konzentrierte Phase zu gewinnen;(4a) means associated with the means for separating the excess spray to obtain the concentrated phase;
(4b) Mittel, die mit dem elektrophoretischen Trennmittel verbunden sind, um die konzentrierte Fraktion zu gewinnen;(4b) means associated with the electrophoretic separation agent for recovering the concentrated fraction;
(5) Mittel, die mit den Mitteln zur Trennung der Wasserfraktion verbunden sind, um den konzentrierten Reststrom zu gewinnen;(5) means connected to the means for separating the water fraction to recover the concentrated residual stream;
(6) Mischmittel zur Erzeugung des rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms aus der konzentrierten Phase, der konzentrierten Fraktion, dem konzentrierten Reststrom und anderen Komponenten, die erforderlich sind, um eine Mischung zu ergeben, die praktisch die gleiche Zusammensetzung wie das wasserhaltige Beschichtungsmittel hat.(6) Mixing means for producing the recyclable aqueous coating agent stream from the concentrated phase, the concentrated fraction, the concentrated residual stream and other components required to give a mixture having substantially the same composition as the aqueous coating agent.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit einem wasserhaltigen Beschichtungsmittel geboten, bei welchem der Sprühüberschuss durch Sprühbeschichten erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühüberschuss wie oben beschrieben zur Erzeugung des rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms und des rückführbaren Wasserstroms behandelt wird, wobei mindestens ein Teil des so erzeugten rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms zur Sprühapplikation auf den Gegenstand rückgeführt wird und mindestens ein Teil des rückführbaren Wasserstroms zur Verwendung für das Sammeln von Sprühüberschuss zurückgeführt wird.Furthermore, a method for spray coating an object with a water-containing coating agent is provided, in which the spray excess is produced by spray coating, characterized in that the spray excess is treated as described above to produce the recyclable water-containing coating agent stream and the recyclable water stream, wherein at least a portion of the thus produced recyclable water-containing coating agent stream is recycled for spray application to the article and at least a portion of the recyclable water stream is recycled for use in collecting spray excess.
Schliesslich wird eine Vorrichtung zur Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit einem wasserhaltigen Beschichtungsmittel geboten, die eine Sprühkabine, die Vorrichtung zur Behandlung von Sprühüberschuss wie oben beschrieben, ein Mittel zur Rückführung mindestens eines Teils des so erzeugten rückführbaren wasserhaltigen Beschichtungsmittelstroms zur Sprühapplikation auf den Gegenstand und ein Mittel zur Rückführung mindestens eines Teils des rückführbaren Wasserstroms zur Verwendung für die Sammlung des Sprühüberschusses aufweist.Finally, a device for spray coating an object with a water-based coating agent is provided, which device has a spray booth, the device for treating spray excess as described above, a means for returning at least a portion of the recyclable water-based coating agent stream thus generated for spray application to the object and a means for returning at least a portion of the recyclable water stream for use in collecting the spray excess.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute besser aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verständlich.These and other features and advantages of the present invention will be better understood by those skilled in the art from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Sprühbeschichtung und Sprühüberschussbehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung.Figure 1 is an overall schematic representation of a process and apparatus for spray coating and spray excess treatment according to the present invention.
Figur 2 ist eine detailliertere schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Sprühbeschichtung und Sprühüberschussbehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung.Figure 2 is a more detailed schematic representation of a process and apparatus for spray coating and spray excess treatment according to the present invention.
Die Figuren 3-5 sind schematische Darstellungen verschiedener elektrophoretischer Trennmittel zur Verwendung in der Vorrichtung und dem Verfahren zur Sprühbeschichtung und Sprühüberschussbehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung.Figures 3-5 are schematic representations of various electrophoretic separation agents for use in the spray coating and overspray treatment apparatus and method of the present invention.
Wie oben angegeben, können wasserhaltige Beschichtungsmittel, die zur Sprühapplikation vorgesehen sind, eine grosse Vielzahl von festen und flüssigen Komponenten in signifikant unterschiedlichen Anteilen enthalten. Diese Komponenten können allgemein in die folgenden drei wohlbekannten Gruppen klassifiziert werden - (A) Wasser, (B) einen Harzanteil und (C) einen Additivanteil.As indicated above, water-based coating compositions intended for spray application may contain a wide variety of solid and liquid components in significantly different proportions. These components can be generally classified into the following three well-known groups - (A) water, (B) a resin component and (C) an additive component.
Die Bezeichnung Harzanteil (B) umfasst hier diejenigen Stoffe, die letztlich das Polymernetzwerk des Films bilden, der aus der Applikation und Trocknung des wasserhaltigen Beschichtungsmittels entsteht. Der Harzteil enthält Stoffe, die allgemein (aber nicht immer) organischer Natur sind, die fest oder flüssig sein können, die unter den Formulations- und Applikationsbedingungen praktisch nicht flüchtig sind und die wasserunlöslich, wasserdispergierbar oder wasserlöslich sein können. Die verschiedenen "Binder"-Komponenten können beispielsweise verschiedene monomere, oligomere und polymere Stoffe enthalten, die physikalisch trocknen können, aber vorzugsweise eine reaktive Funktionalität für die Vernetzung enthalten. In vielen Fällen werden diese Binder mit Hilfe relativ grosser Anteile von vorzugsweise multifunktionalen Verbindungen vernetzt, die mit dieser Funktionalität reagieren und demzufolge in signifikantem Masse in das resultierende vernetzte Polymernetzwerk eingearbeitet werden. Diese "Vernetzungsmittel" umfassen eine grosse Vielzahl von bekannten monomeren, oligomeren und polymeren Verbindungen und werden für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als zum Harzanteil gehörend angesehen.The term resin component (B) here includes those substances that ultimately form the polymer network of the film resulting from the application and drying of the water-based coating agent. The resin component contains substances that are generally (but not always) organic in nature, that can be solid or liquid, that are practically non-volatile under the formulation and application conditions and that can be water-insoluble, water-dispersible or water-soluble. The various "binder" components can, for example, contain various monomeric, oligomeric and polymeric substances that can dry physically but preferably contain a reactive functionality for crosslinking. In many cases, these binders are crosslinked using relatively large proportions of preferably multifunctional compounds that react with this functionality and are therefore incorporated to a significant extent into the resulting crosslinked polymer network. These "crosslinking agents" include a wide variety of known monomeric, oligomeric and polymeric compounds and are considered to be part of the resin portion for the purposes of this specification.
Im Gegensatz hierzu werden Vernetzungsmittel, die in relativ geringen Anteilen zur "Katalyse" der Vernetzungsreaktion verwendet werden, aber nicht in erheblichem Masse in das Polymernetzwerk eingearbeitet werden, hier als zum Additivanteil (C) gehörend angesehen, ebenso wie andere Komponenten, die ähnlich nicht in erheblichem Masse chemisch in das Polymernetzwerk eingebaut werden. Der Additivanteil (C) kann eine grosse Vielzahl von organischen und anorganischen, festen und flüssigen, wasserunlöslichen, wasserdispergierbaren und wasserlöslichen Komponenten enthalten, wie z.B. Pigmente, mit Wasser mischbare organische Cosolventien, flüchtige Neutralisierungsmittel (z.B. Säuren und Amine), Biocide, Rheologiemodifikatoren, nicht reaktionsfähige Emulgatoren und Stabilisatoren usw.In contrast, crosslinking agents that are used in relatively small amounts to "catalyze" the crosslinking reaction but are not incorporated into the polymer network to a significant extent are included here as additive component (C) as well as other components that are similarly not chemically incorporated into the polymer network to a significant extent. The additive portion (C) can contain a wide variety of organic and inorganic, solid and liquid, water-insoluble, water-dispersible and water-soluble components, such as pigments, water-miscible organic cosolvents, volatile neutralizing agents (eg acids and amines), biocides, rheology modifiers, non-reactive emulsifiers and stabilizers, etc.
Im allgemeinen enthalten wasserhaltige Beschichtungsmittel, die zur Sprühapplikation bestimmt sind, den Harz-(B) und Additiv- (C) anteil in vereinigten Anteilen, die zwischen etwa 25 Gew.% bis etwa 70 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserhaltigen Beschichtung, liegen können, wobei Wasser demzufolge den restlichen Teil bildet. Unter Bezug auf Figur 1 mehr im einzelnen ist eine Sprühkabine 10 zu erkennen, mit der eine Anstrichmittelspeisungsleitung 12, eine Wasserspeisungsleitung 14, eine Dampfsammelleitung 16 und eine Sammelleitung 18 für Flüssigkeit verbunden ist. Die Wasserspeisungsleitung 14 kann z.B. mit einem Wasservorhang (nicht dargestellt) oder anderen ähnlichen Mitteln zur Sammlung von Sprühüberschuss verbunden sein, wobei die Sammelmittel üblich und für diese Art von Sprühapplikation wohl bekannt sind. Tatsächlich ist die Sprühapplikation von wasserhaltigen Beschichtungsmitteln allgemein in der Fachwelt bekannt, und dieser Gesichtspunkt bedarf keiner eingehenderen Erläuterung.In general, water-based coating compositions intended for spray application contain the resin (B) and additive (C) components in combined proportions which may be between about 25% to about 70% by weight of the total weight of the water-based coating, with water thus making up the remainder. Referring to Figure 1 in more detail, there can be seen a spray booth 10 to which is connected a paint feed line 12, a water feed line 14, a steam collection line 16 and a liquid collection line 18. The water feed line 14 may be connected, for example, to a water curtain (not shown) or other similar means for collecting excess spray, the collection means being conventional and well known for this type of spray application. In fact, the spray application of water-based coatings is generally known in the professional world and this aspect does not require any further explanation.
Wiederum unter Bezug auf Figur 1 wird der gesammelte Sprühüberschuss durch die Leitungen 16 und 18 einem Sammeltank 20 zugeführt, wo er für die weitere Verarbeitung wie unten beschrieben aufgenommen wird. An diesem Punkt kann die Konzentration der verschiedenen Komponenten in weiten Grenzen in Abhängigkeit vom tatsächlichen Betrieb der Sprühkabine und den zum Sammeln des Sprühüberschusses angewendeten Mitteln variieren.Referring again to Figure 1, the collected spray excess is fed through lines 16 and 18 to a collection tank 20 where it is received for further processing as described below. At this point the concentration of the various components may vary widely depending on the actual operation of the spray booth and the means used to collect the spray excess.
In der normalen Praxis werden wenigstens Wasservörhänge oder ähnliche Sammelmittel verwendet, was zu einer erheblichen Verdünnung der Harz- und Additivanteile des Sprühüberschusses führt. Im vorliegenden System wird diese Verdünnung bevorzugt, weil ein Teil des Gehalts des Sammeltanks 20 über die Leitung 22 zur Sprühkabine 10 zur Verwendung für die Sammlung des Sprühüberschusses geführt wird.In normal practice, at least water curtains or similar collection means are used, resulting in a significant dilution of the resin and additive portions of the spray excess. In the present system, this dilution is preferred because a portion of the contents of the collection tank 20 is passed via line 22 to the spray booth 10 for use in collecting the spray excess.
Beim bevorzugten Betrieb sollte die Konzentration der Harz-(B) und Additiv-(C)anteile im Sammeltank 20 im Bereich von etwa 0,5 Gew.% bis etwa 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Inhaltes gehalten werden. An diesem Punkt des Verfahrens sollten sich die Proportionen der Harz- und Additiv-anteile relativ zueinander nicht signifikant von denen des frischen wasserhaltigen Beschichtungsmittels unterscheiden, mit der möglichen Ausnahme bestimmter flüchtiger Komponenten (z.B. niedermolekulare Cosolventien, Säuren und Amine), die vor der weiteren Behandlung verdampfen können.In preferred operation, the concentration of the resin (B) and additive (C) portions in the holding tank 20 should be maintained in the range of about 0.5 wt.% to about 20 wt.% based on the total weight of the contents. At this point in the process, the proportions of the resin and additive portions relative to each other should not differ significantly from those of the fresh aqueous coating composition, with the possible exception of certain volatile components (e.g., low molecular weight cosolvents, acids and amines) which may evaporate prior to further treatment.
Von dem Sammeltank 20 wird der Sprühüberschuss fakultativ zunächst durch ein Grobtrennmittel (nicht dargestellt) geführt, wie etwa ein Sieb von 1000 Mesh, um allfällige grössere Teilchen oder andere Fremdstoffe zu entfernen. Die weitere Verarbeitung des Sprühüberschusses kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des wasserhaltigen Beschichtungsmittels auf einem von zwei Wegen erfolgen. Bei dem einen Weg wird der Sprühüberschuss durch die Leitungen 24a und 24 direkt zu einem elektrophoretischen Abscheidemittel 26 geführt. Bei dem anderen Weg wird der Sprühüberschuss über eine Leitung 28 in ein erstes Trennmittel geführt, das zwischen dem Sammeltank 20 und dem elektrophoretischen Trennmittel 26 angeordnet ist.From the collection tank 20, the excess spray is optionally first passed through a coarse separation medium (not shown), such as a 1000 mesh screen, to remove any larger particles or other foreign matter. Further processing of the excess spray can take place in one of two ways, depending on the composition of the water-based coating medium. In one way, the excess spray is passed through lines 24a and 24 directly to an electrophoretic separation medium 26. In the other way, the excess spray is passed via a line 28 into a first separation medium which is arranged between the collection tank 20 and the electrophoretic separation medium 26.
Wenn das Beschichtungsmittel signifikante Anteile fester Komponenten enthält, und insbesondere wasserunlösliche Feststoffe wie Pigmente, wird es für einen möglichst effizienten Betrieb der elektrophoretischen Trennmittel 26 bevorzugt, dass der Sprühüberschuss zunächst über die Leitung 28 in ein erstes Trennmittel 30 geführt wird, das befähigt ist, einen erheblichen Anteil dieser wasserunlöslichen Komponenten und mindestens einen Teil der wasserdispergierbaren Komponenten von (B) und (C) abzutrennen.If the coating agent contains significant amounts of solid components, and in particular water-insoluble solids such as pigments, it is recommended to use the electrophoretic separation means 26, it is preferred that the spray excess is first passed via line 28 into a first separation means 30 which is capable of separating a significant proportion of these water-insoluble components and at least a portion of the water-dispersible components of (B) and (C).
Die ersten Trennmittel 30 können irgendeine von vielen Formen bekannter Mittel zur Abtrennung von Feststoffen von Flüssigkeiten umfassen, wie z.B. Absetztanks, Zentrifugen, Sedimentationsfilter und dergleichen sowie Kombinationen hiervon. Von diesen wohlbekannten Optionen wird die Verwendung mindestens einer Zentrifuge bevorzugt, etwa einer horizontalen Zentrifuge, die mit einem Schneckenförderer versehen ist.The first separation means 30 may comprise any of many forms of known means for separating solids from liquids, such as settling tanks, centrifuges, sedimentation filters and the like, and combinations thereof. Of these well-known options, the use of at least one centrifuge is preferred, such as a horizontal centrifuge provided with a screw conveyor.
Das Ergebnis dieses ersten Trennschritts istThe result of this first separation step is
(i) eine konzentrierte Phase von vorzugsweise weniger als 50 Gew.% und bevorzugt weniger als 35 Gew.% (bezogen auf das Gesamtgewicht der konzentrierten Phase) an Wasser, wobei die konzentrierte Phase enthält:(i) a concentrated phase of preferably less than 50% by weight and preferably less than 35% by weight (based on the total weight of the concentrated phase) of water, the concentrated phase containing:
(a) einen wesentlichen Anteil der wasserunlöslichen Komponenten von (B) und (C),(a) a significant proportion of the water-insoluble components of (B) and (C),
(b) einen Teil der wasserdispergierbaren Komponenten von (B) und (C),(b) a portion of the water-dispersible components of (B) and (C),
(c) einen geringeren Anteil des Wassers und(c) a smaller proportion of water and
(d) mindestens einen geringen der wasserlöslichen Komponenten von (B) und (C); und(d) at least a minor amount of the water-soluble components of (B) and (C); and
(ii) eine verdünnte Phase enthaltend:(ii) a dilute phase containing:
(a) einen wesentlichen Anteil des Wassers und(a) a significant proportion of the water and
(b) den Rest von (B) und (C), der nicht in der konzentrierten Phase enthalten ist.(b) the remainder of (B) and (C) not contained in the concentrated phase.
Die konzentrierte Phase wird dann über die Leitung 32 einem Gewinnungsmittel 34 (z.B. einem Mischtank) zugeführt, der in Figur 1 zur Gewinnung der verschiedenen Komponenten von (B) und (C) verwendet wird, die aus dem Sprühüberschuss abgetrennt werden, sowie die Reformulation dieser so rückgewonnenen Komponenten in einen Rückführungsstrom 36, der in Kombination mit einem frischen wasserhaltigen Beschichtungsmittelstrom 38 als Anstrichsmittelspeisung (Anstrichsmittelspeisungs leitung 12) rückgeführt werden kann. Diese Gesichtspunkte werden weiter unten erläutert.The concentrated phase is then fed via line 32 to a recovery means 34 (eg a mixing tank) which is used in Figure 1 to recover the various components of (B) and (C) separated from the spray surplus, as well as the reformulation of these thus recovered Components into a recirculation stream 36, which can be recycled in combination with a fresh water-containing coating agent stream 38 as a coating agent feed (coating agent feed line 12). These aspects are explained further below.
Die verdünnte Phase, die noch signifikante Anteile vieler Komponenten von (B) und (C) enthalten kann, wird dann über die Leitungen 24 b und 24 den elektrophoretischen Trennmitteln 26 zugeführt.The diluted phase, which may still contain significant amounts of many components of (B) and (C), is then fed to the electrophoretic separators 26 via lines 24 b and 24 .
Das elektrophoretische Trennmittel 26 beruht auf Elektrophorese-Beschichtungsprinzipien, die den Fachleuten bekannt sind und hier nicht eingehender erläutert werden müssen. Weitere einzelne Informationen zu diesem Gesichtspunkt finden sich in vielen bekannten Literaturstellen, z.B. Willibald Machu, Elektrotauchlackierung, Verlag Chemie, Weinheim 1974.The electrophoretic release agent 26 is based on electrophoresis coating principles that are known to those skilled in the art and do not need to be explained in more detail here. Further specific information on this aspect can be found in many well-known literature sources, e.g. Willibald Machu, Elektrotauchlackierung, Verlag Chemie, Weinheim 1974.
In allgemeiner Darstellung umfasst das elektrophoretische Trennmittel 26 ein Bad 26a, das mit einer Elektrode 26b und einer Quelle für elektrischen Strom 26c versehen ist. In Abhängigkeit von den Komponenten des Sprühüberschusses kann die Elektrode 26b als Anode (für Komponenten, die anionische Gruppen, wie Carboxylgruppen, enthalten) oder als Kathode (für Komponenten, die kationische Gruppen, wie Amingruppen, enthalten) verwendet werden. Unter der Einwirkung von elektrischem Strom werden praktisch alle von (B) und (C) auf der Elektrode 26b abgelagert, so dass praktisch reines Wasser im Bad 26 zurückbleibt. Die einzige Ausnahme besteht darin, dass die niedermolekularen wasserlöslichen Additive, wie organische Cosolventien, Säuren und Amine, dazu neigen, in Lösung zu bleiben und an dieser Stelle nur in geringerem Umfang entfernt werden.In general terms, the electrophoretic separation means 26 comprises a bath 26a provided with an electrode 26b and a source of electrical current 26c. Depending on the components of the spray excess, the electrode 26b can be used as an anode (for components containing anionic groups such as carboxyl groups) or as a cathode (for components containing cationic groups such as amine groups). Under the action of electrical current, virtually all of (B) and (C) are deposited on the electrode 26b, leaving virtually pure water in the bath 26. The only exception is that the low molecular weight water-soluble additives such as organic cosolvents, acids and amines tend to remain in solution and are removed only to a lesser extent at this point.
Das Ergebnis des elektrophoretischen Trennschrittes ist eine konzentrierte Fraktion enthaltend:The result of the electrophoretic separation step is a concentrated fraction containing:
(a) praktisch den gesamten Rest von (B),(a) practically all the remainder of (B),
(b) praktisch den gesamten Rest der wasserunlöslichen und wasserdispergierbaren Komponenten von (C) und(b) substantially all of the remainder of the water-insoluble and water-dispersible components of (C) and
(c) mindestens einen Teil des Restes der wasserlöslichen Komponente von (C) und eine Wasserfraktion enthaltend:(c) at least a portion of the remainder of the water-soluble component of (C) and a water fraction containing:
(a) einen wesentlichen Teil des Wassers,(a) a substantial part of the water,
(b) den Rest von (B) und (C), der nicht in der konzentrierten Fraktion enthalten ist.(b) the remainder of (B) and (C) not contained in the concentrated fraction.
Die konzentrierte Fraktion aus dem elektrophoretischen Trennschritt kann beispielsweise durch Entfernen der Elektrode 26b aus dem Bad 26a, nachfolgendem Entfernen des abgeschiedenen Materials von der Oberfläche der Elektrode 26b gewonnen werden. Dies kann auf verschiedenen Wegen erzielt werden, etwa durch Schaben und/oder Eintauchen der Elektrode in eine verdünnte Lösung des ursprünglichen wasserhaltigen Beschichtungsmittels. Die so gewonnene konzentrierte Fraktion wird dann über die Leitung 40 zur weiteren Verarbeitung in das Gewinnungsmittel 34 geführt.The concentrated fraction from the electrophoretic separation step can be recovered, for example, by removing the electrode 26b from the bath 26a, then removing the deposited material from the surface of the electrode 26b. This can be achieved in a variety of ways, such as by scraping and/or immersing the electrode in a dilute solution of the original aqueous coating agent. The concentrated fraction thus recovered is then passed via line 40 to the recovery agent 34 for further processing.
Die Wasserfraktion, die nun nur noch sehr geringe Anteile von (B) und (C) aus dem ursprünglichen Sprühüberschuss und vorzugsweise weniger als 1,0 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Wasserfraktion, enthält, wird dann weiter durch Einführung über die Leitung 42 in ein zweites Trennmittel 44 verarbeitet, wo praktisch der Rest der anderen Komponenten entfernt wird, wodurch ein relativ hochreiner Wasserstrom 46 zurückbleibt, der z.B. durch die Leitung 48 in den Auffangtank 20 zurückgeführt werden kann oder der sicher und einfach entsorgt werden kann. Vor der Rückführung des Wasserstroms 46 wird dieser vorzugsweise an einer UV-Lichtquelle 50 vorbeigeführt, um einen Bakterienaufbau in dem System zu verhindern.The water fraction, which now contains only very small amounts of (B) and (C) from the original spray excess and preferably less than 1.0% by weight based on the total weight of the water fraction, is then further processed by introduction via line 42 into a second separating agent 44, where virtually the remainder of the other components is removed, leaving a relatively high purity water stream 46 which can be returned, for example, to the collection tank 20 via line 48 or which can be safely and easily disposed of. Before the water stream 46 is returned, it is preferably passed past a UV light source 50 to prevent bacterial buildup in the system.
Das zweite Trennmittel 44 kann eine von vielen Formen bekannter Mittel zur Trennung von Lösungen (Trennung auf molekularer Ebene) haben, wie z.B. Ultra- oder Umkehrosmose-Filtration. Wiederum sind solche Trennmittel der Fachwelt im einschlägigen Gebiet bekannt und erfordern hier keine weitere Erläuterung.The second separation medium 44 may take any of many forms of known means for separating solutions (separation at the molecular level), such as ultra- or reverse osmosis filtration. Again, such separation media are well known to those skilled in the art and require no further explanation here.
Der in diesem Trennschritt erzeugte konzentrierte Rückstandsstrom wird über die Leitung 52 in das Rückgewinnungsmittel 34 geführt.The concentrated residue stream produced in this separation step is fed via line 52 into the recovery means 34.
Das Rückgewinnungsmittel 34 enthält demzufolge alle die gewonnenen Komponenten von (B) und (C) aus dem Sprühüberschuss und zusätzlich etwas mitgeführtes Wasser. Da keine chemische Behandlung des Sprühüberschusses erfolgt ist, sind die gewonnenen Komponenten praktisch im gleichen Zustand, wie sie in dem ursprünglichen wasserhaltigen Beschichtungsmittel vorlagen, obwohl die relativen Konzentrationen unterschiedlich sein können. Um die Mischung geeignet zur Rückführung zu machen, d.h. praktisch die gleiche Zusammensetzung wie das ursprüngliche wasserhaltige Beschichtungsmittel zu erzeugen, können die erforderlichen Komponenten über die Ergänzungsleitung 54 zugegeben und nach bekannten Methoden zur Verarbeitung von wasserhaltigen Beschichtungsmitteln eingemischt werden.The recovery agent 34 therefore contains all of the recovered components of (B) and (C) from the spray excess and, in addition, some entrained water. Since no chemical treatment of the spray excess has taken place, the recovered components are in practically the same state as they were in the original water-based coating agent, although the relative concentrations may be different. To make the mixture suitable for recycling, i.e. to produce practically the same composition as the original water-based coating agent, the required components can be added via the supplementary line 54 and mixed in according to known methods for processing water-based coating agents.
Das Ergebnis ist wie oben angegeben ein rückführbarer Strom von Anstrichmittel praktisch gleicher Zusammensetzung wie das ursprüngliche wasserhaltige Beschichtungsmittel, der über die Leitung 36 rückgeführt und über die Leitung 38 mit frischem wasserhaltigem Beschichtungsmittel zur Sprühapplikation vermischt werden kann.The result, as indicated above, is a recyclable stream of paint of virtually the same composition as the original water-based coating agent, which can be recycled via line 36 and mixed with fresh water-based coating agent for spray application via line 38.
Unter Bezug auf Figur 2 ist eine ausführlichere Darstellung eines Rückführungsverfahrens und einer Rückführungsvorrichtung gezeigt, bei welcher eine Sprühkabine 60 mit einem Auffangtank 62 zur Aufnahme des gesammelten Sprühüberschusses 69 verbunden ist, wobei der Auffangtank 62 mit einem Rührmittel 61 versehen ist.Referring to Figure 2, a more detailed illustration of a recycling method and a recycling device is shown in which a spray booth 60 is connected to a collecting tank 62 for receiving the collected spray surplus 69. wherein the collecting tank 62 is provided with a stirring means 61.
Der Auffangtank 62 ist weiter mit einem Trennmittel 65, wie einer bereits oben erwähnten Zentrifuge, verbunden, das praktisch die festen Komponenten des Sprühüberschusses von den anderen Komponenten abtrennt. Der resultierende Strom, der praktisch frei von festen Komponenten ist, wird dann in einen Zwischentank 66 geführt und dann in einen Konzentrattank 64, der mit einem Rührer 61 ausgerüstet ist. Der Konzentrationstank 64 ist seinerseits mit einem Ultrafiltrationsmittel 63 und einem elektrophoretischen Trennmittel 70 verbunden.The collection tank 62 is further connected to a separating means 65, such as a centrifuge already mentioned above, which practically separates the solid components of the spray excess from the other components. The resulting stream, which is practically free of solid components, is then fed to an intermediate tank 66 and then to a concentrate tank 64 equipped with a stirrer 61. The concentration tank 64 is in turn connected to an ultrafiltration means 63 and an electrophoretic separating means 70.
Das elektrophoretische Trennmittel 70 gemäss Figur 2 verwendet auch das bekannte Prinzip der elektrophoretischen Beschichtung, wobei der Abscheidungsprozess in solchem Masse gesteuert wird, dass auf der Abscheidefläche 73 des elektrophoretischen Trennmittels 70 sich eine lose Anstrichschicht bildet, die leicht entfernbar ist, z.B. durch mechanische Mittel 74, wie einen Schaber.The electrophoretic separating agent 70 according to Figure 2 also uses the known principle of electrophoretic coating, whereby the deposition process is controlled to such an extent that a loose coating layer is formed on the deposition surface 73 of the electrophoretic separating agent 70, which is easily removable, e.g. by mechanical means 74, such as a scraper.
Die jeweilige Konstruktion des elektrophoretischen Trennmittels 70 von Figur 2 ist allgemein charakterisiert durch ein Elektrophoresebad 71 (ausgerüstet mit einem Rührer 61) zur Aufnahme des Stromes 70a aus dem Konzentrattank 64, einer Elektrode 67 (72), die im Bad 71 aufgehängt ist, und als Gegenelektrode 68 eine rotierende Abscheidefläche 73, die eine angrenzende Anordnung von einem oder mehreren mechanischen Schabelementen 74 besitzt, um das an der Abscheidefläche 73 anhaftende Anstrichmaterial zu entfernen, wobei für das so entfernte Anstrichmaterial 59 ein gesonderter Aufnahmetank 71a vorgesehen ist.The particular construction of the electrophoretic separator 70 of Figure 2 is generally characterized by an electrophoresis bath 71 (equipped with a stirrer 61) for receiving the current 70a from the concentrate tank 64, an electrode 67 (72) suspended in the bath 71, and as a counter electrode 68 a rotating separating surface 73 having an adjacent arrangement of one or more mechanical scraping elements 74 for removing the paint material adhering to the separating surface 73, a separate receiving tank 71a being provided for the paint material 59 thus removed.
Für eine optimale Verarbeitung ist es wichtig, dass die Flüssigkeitsströme im Elektrophoresebad 71 in solchem Masse beeinflusst werden, dass im Bereich der Elektroden 67 und 68 sich weder Schaum bildet noch eine Ansammlung von Anstrichmaterial resultiert und dass das Elektrophoresebad 71 mindestens im Bereich der Elektroden 67 und 68 gekühlt ist.For optimal processing, it is important that the liquid flows in the electrophoresis bath 71 are influenced to such an extent that in the area of the electrodes 67 and 68 neither foam is formed nor an accumulation of paint material results and that the electrophoresis bath 71 is cooled at least in the region of the electrodes 67 and 68.
Da die Praxis gezeigt hat, dass optimale Anstrichsabscheidungsbedingungen materialspezifisch sind, müssen die relevanten Einstellungen und/oder Anpassungen für die Abscheidungsdauer, den Anteil und die zulässige Schwankung im anliegenden Gleichstrom sowie die Stromstärkegrenzen und die pH-Wert-Kontrolle durch Aminzugabe oder dergleichen angepasst werden.Since practice has shown that optimal paint deposition conditions are material specific, the relevant settings and/or adjustments for the deposition time, the proportion and the permissible fluctuation in the applied direct current, as well as the current limits and the pH value control by amine addition or the like must be adjusted.
Im Verfahren wird vorzugsweise entmineralisiertes Wasser verwendet (z.B. für den Wasservorhang), und zwar wegen der in DE-OS-342830Q beschriebenen Gründe und Vorteile (welche Schrift hier durch Verweisung aufgenommen ist).In the process, demineralized water is preferably used (e.g. for the water curtain) for the reasons and advantages described in DE-OS-342830Q (which document is incorporated herein by reference).
Ferner wird, wie in Figur 2 zu erkennen, es bevorzugt, das in den verschiedenen Trennschritten zurückgewonnene Wasser dem Wassersystem der Sprühkabine zurückzuführen.Furthermore, as can be seen in Figure 2, it is preferred to return the water recovered in the various separation steps to the water system of the spray booth.
Eine Reihe von alternativen Konstruktionen kann für die Abscheidefläche 73 und die mechanischen Schaberelemente 74 vorgesehen werden, einschliesslich der folgenden:A number of alternative designs may be provided for the separation surface 73 and the mechanical scraper elements 74, including the following:
a. Eine parallele Anordnung von beispielsweise Platten 75, die periodisch in das Bad 71 eintauchen und zusammen mit dem Schaber 74 zum Aufnahmetank 71a (Figur 3) verschwenkt werden.a. A parallel arrangement of, for example, plates 75, which are periodically immersed in the bath 71 and together with the scraper 74 are pivoted to the receiving tank 71a (Figure 3).
b. Rotierende Scheiben 75a, die in das Bad 71 gemäss Figur 4 eintauchen, wodurch der Schaber 74 ebenfalls als Ablauffläche für das Anstrichmaterial 59 dient.b. Rotating disks 75a which are immersed in the bath 71 according to Figure 4, whereby the scraper 74 also serves as a drainage surface for the coating material 59.
c. Die in b. beschriebene Konfiguration, wobei jedoch eine rotierende Walze als alternative Abscheidefläche (nicht dargestellt) verwendet wird.c. The configuration described in b., but using a rotating roller as an alternative separation surface (not shown).
d. Ein rotierendes endloses Stahlband 75b als Abscheidefläche 73, die vertikal oder geneigt angeordnet ist und teilweise aus dem Bad 71 abragt, wobei ein entsprechender Schaber 74 eine Ablauffläche zum Anstrichsaufnahmetank 71a (Figur 5) besitzt.d. A rotating endless steel belt 75b as a separation surface 73, which is arranged vertically or inclined and partially protrudes from the bath 71, whereby a corresponding scraper 74 has a drainage surface to the paint receiving tank 71a (Figure 5).
Ausserdem kann ein gewisser Grad von Oberflächenrauhigkeit der Abscheideflächen zur Verbesserung der Haftung des Anstrichmatenais vorteilhaft sein, wie auch die Anordnung von (nicht dargestellten) Trocknungselementen, wie Warmluftdüsen, Infrarotlampen oder dergleichen, im Bereich der nicht in das Elektrophoresebad eintauchenden Abscheideelemente vorteilhaft sein kann.In addition, a certain degree of surface roughness of the separation surfaces can be advantageous for improving the adhesion of the coating material, just as the arrangement of drying elements (not shown), such as hot air nozzles, infrared lamps or the like, in the area of the separation elements not immersed in the electrophoresis bath can be advantageous.
Schliesslich muss die durch den elektrischen Strom verursachte Erwärmung des Bades ausgeglichen werden, und die erforderliche Kühlung von Bad 71 ist durch Kühlelemente bedingt, die dem Bereich der Abscheideelektroden 67, 68 zugeordnet sind. Dies kann z.B. durch Innenkühlung erreicht werden, wenn eine Walze 75b als Abscheideelement verwendet wird, oder mittels Kühlschlangen auf oder in dem Bad 71.Finally, the heating of the bath caused by the electric current must be compensated, and the required cooling of bath 71 is due to cooling elements that are assigned to the area of the deposition electrodes 67, 68. This can be achieved, for example, by internal cooling if a roller 75b is used as a deposition element, or by means of cooling coils on or in the bath 71.
Die beschriebenen Systeme können weiter durch eine nachfolgende Entwässerung des Anstrichmaterials nach der mechanischen Abschabprozedur ergänzt werden, beispielsweise durch Quetschwalzen, möglicherweise mit weiterem Transport des abgetrennten Anstrichmaterials mittels eines Schneckenförderers oder dergleichen zu einem Rückgewinnungs- und/oder Aufnahmetank (nicht dargestellt).The systems described may be further supplemented by subsequent dewatering of the paint material after the mechanical scraping procedure, for example by squeezing rollers, possibly with further transport of the separated paint material by means of a screw conveyor or the like to a recovery and/or receiving tank (not shown).
Wie zu erkennen, besteht der grosse Vorteil darin, dass im vorliegenden System praktisch nichts verloren geht, da alles rückgeführt werden kann. Ein wichtiger Gesichtspunkt besteht darin, dass dies ohne die Notwendigkeit der Zugabe von potentiell schädlichen Chemikalien zum Sprühüberschuss erreicht wird, wie es gegenwärtig praktiziert wird. Ferner ist das vorliegend beschriebene System effektiv und effizient und dennoch relativ einfach in Aufbau und Ausführung.As can be seen, the great advantage is that in the present system practically nothing is lost, since everything can be recycled. An important aspect is that this is achieved without the need to add potentially harmful chemicals to the spray surplus, as is currently practiced. Furthermore, the system described here is effective and efficient, yet relatively simple in design and implementation.
Claims (14)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
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