WO2020007602A1 - Verwendung von polyvinylakoholen in wasser-basierten trägermedien zur abtrennung von lack-overspray - Google Patents

Verwendung von polyvinylakoholen in wasser-basierten trägermedien zur abtrennung von lack-overspray Download PDF

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Christian KOLT
Eric Bergmann
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions

Definitions

  • the present invention relates to the use of a water-based agent which contains at least one thickener based on polyvinyl alcohol with a viscosity of at least 20 mPas and at least one non-ionic surfactant, as a carrier medium for separating paint overspray from paint booths. Furthermore, the present invention relates to a method for separating paint overspray from the ambient air using the water-based agent described.
  • lacquer overspray or lacquer mist is the portion of the lacquer that does not get onto the workpiece to be lacquered, but into the environment.
  • the paint overspray can be caused, for example, by spraying past or flowing off the workpiece.
  • the spray technology used and its handling in particular have an influence on the amount of losses caused by paint overspray, which can account for up to 90% of the paint used.
  • the paint overspray that has got into the environment must be separated and disposed of or disposed of in a controlled manner. This is done using various technologies of paint deposition.
  • DE 10 2008 046 409 A1 describes a method for removing solids from the overspray formed during the painting of objects, in which the overspray is taken up by an air stream and transported to a separation surface over which a separation liquid flows, where a large part of at least the solids is in the separation liquid passes over, is transported away from this and is removed from the liquid by separation.
  • a separation liquid is used which comprises a detackifying medium and optionally a carrier fluid, with paint overspray particles being detackled by the detackifying medium.
  • EP 2 365 037 A1 describes an aqueous separating liquid for collecting paint overspray from a gas stream which contains at least 49.95% by weight of water, at least one nonionic surface-active agent and 5 to 50% by weight of an organic water-soluble film-supporting agent Component which is selected from monomeric polyols with at least three hydroxyl groups in the polymer and polymeric polyols selected from poly (ethylene glycols), polyester polyols, acrylic polyols and polyurethane polyols, the aqueous separating solution having a viscosity expressed as the outflow time in the range from 1 1 s to 25 s according to DIN 53 21 1 using a 4 mm flow cup at 23 ° C.
  • the separation liquid described can be used in a process in which a gas stream is passed through the painting booth and the paint overspray is brought into contact with the gas stream.
  • the gas stream is passed over a surface on which an essentially continuous liquid film of the separating liquid is formed, as a result of which paint particles or droplets from the gas stream are transferred into the separating liquid.
  • EP 3 165 577 describes an aqueous carrier medium for washing out paint overspray which contains at least 40% by weight of a polyfunctional organic oxo compound.
  • the carrier medium is characterized in that its viscosity lies over a range of shear stresses in a predetermined corridor, so that a homogeneous, laminar flow of the carrier medium from the separating surfaces is ensured over time.
  • EP 2 995 657 discloses an aqueous separation liquid which contains at least 49.9% by weight of water, 5 to 50% by weight of at least one organic water-soluble polyol and at least one low molecular weight cellulose derivative as a rheology modifier, and the use of the described separation liquid in a process for removing paint overspray from a paint spray booth.
  • a variant of wet scrubbing has recently become established in the field of paint separation, in which the paint overspray is electrically charged in the circulating air, then ionized with high voltage and moved to a separation area in the electric field and bound with release agents.
  • the release agent when selecting the release agent, particular care must be taken to ensure that the dilution properties can be kept stable when flowing around the separation surfaces.
  • Another problem that occurs with processes with electrostatically assisted wet washing is the accumulation of ozone due to the ionization of the paint overspray, which can lead to a chemical degradation of rheological additives that may be contained in the release agent, which further influences its flow behavior.
  • the carrier media known in the prior art have the disadvantage that they are susceptible to degradations induced by oxidation and are turbulent Flow behavior, which can lead to a disturbance of the electrical field, which significantly deteriorates the separation rate.
  • a first subject of the present invention is therefore the use of a water-based agent comprising a) less than 10% by weight of at least one thickener selected from such acylated polyvinyl alcohols or their hydrolyzates, which are used as a 4% by weight solution in water in a Temperature of 20 ° C have a viscosity determined according to DIN 53015 of at least 20 mPas; and b) less than 5% by weight of at least one non-ionic surfactant as a carrier medium for separating paint overspray from paint booths.
  • the weight specifications of the at least one thickener and the at least one nonionic surfactant each relate to the total weight of the water-based agent.
  • the carrier medium is understood to be the liquid medium which is carried out in the cycle of wet washing and which absorbs the paint overspray. Accordingly, the carrier medium can by definition contain the paint overspray, but is not composed of this.
  • paint overspray of a paint booth is understood to mean the paint components and particles which are not immobilized on the surface to be painted and which are carried out of the paint booth with the cabin air.
  • the paint overspray therefore consists of gaseous or liquid paint components such as solvents and leveling agents as well as the pigmented or unpigmented particulate paint components.
  • the viscosity is defined as the first derivative of the shear stress after the shear rate and can be determined as such by means of a Coulette rotary viscometer with a cone and plate construction of the measuring head and a temperature of 20 ° C.
  • the carrier medium is generally passed over a passive separating plate, the paint overspray being charged by the build-up of an electric field and being introduced into the carrier medium in this way.
  • the viscosity of the water-based agent used as the carrier medium is one of the most important parameters and determines its usability. If the agent has an insufficient viscosity, there may be an uneven flow of the carrier medium, for example from the separating plates. The turbulence that arises in this way can lead to malfunctions in the electrical field, for example electrical arcing, which can result in damage and contamination of the separating plates. It was surprisingly found that the use of a water-based agent as described above leads to the formation of a stable film on the passive deposition plate. This ensures, on the one hand, that the paint particles are always taken up and transported away by sufficient carrier medium and in this way the contamination of the separating plates is prevented. Furthermore, the flow of a homogeneous film of the carrier medium ensures that the electrical voltage required for the separation of the paint particles is not subject to any fluctuations, and thus the separation performance remains largely constant.
  • the thickener as a 4% by weight solution in water at a temperature of 20 ° C., has a viscosity determined according to DIN 53015 of at least 30 mPas, preferably of at least 40 mPas.
  • the viscosity of the thickener, as determined, is preferably not more than 150 mPas, particularly preferably not more than 100 mPas.
  • the thickener contained in the water-based agent for use as a carrier medium is preferably selected from hydrolyzates of acylated, preferably formylated or acetylated, particularly preferably acetylated polyvinyl alcohol with a degree of hydrolysis of more than 70 mol%, preferably more than 80 mol%, but preferably less than 90 mole%.
  • these thickeners have proven to be particularly efficient in the formation of a stable film on the separating plates.
  • the amount of thickener in the water-based medium is not too high.
  • An embodiment is therefore preferred in which the proportion of the thickener is at least 1% by weight, is preferably at least 2% by weight, but preferably less than 8% by weight, particularly preferably less than 5% by weight, in each case based on the total weight of the water-based agent.
  • the water-based agent for use as a carrier medium comprises a nonionic surfactant.
  • This nonionic surfactant is preferably selected from alkoxylated fatty alcohols or fatty amines, which in turn are preferably selected from alkoxylated saturated or unsaturated aliphatic alcohols or amines with an aliphatic chain length of at least 8, preferably at least 10 and particularly preferably at least 12, but preferably not more more than 20, particularly preferably not more than 18 and particularly preferably not more than 16 carbon atoms.
  • the alkoxylated fatty alcohols and fatty amines are preferably with at least 3, preferably with at least 6, particularly preferably with at least 8, in particular with at least 10, but preferably not more than 16, particularly preferably not more than 14, ethylene oxide and / or propylene units, preferably ethylene oxide units. Units, alkoxylated.
  • the water-based agent contains the at least one nonionic surfactant in an amount of at least 0.05% by weight, preferably at least 0.1% by weight, particularly preferably at least 0.3% by weight. %, but preferably less than 3% by weight, particularly preferably less than 2% by weight and in particular less than 1% by weight, in each case based on the total weight of the water-based agent.
  • the water-based agent for use as a carrier medium is distinguished in that it additionally contains less than 40% by weight, preferably less than 25% by weight, particularly preferably less than 15% by weight, but preferably at least 5% by weight of polyfunctional organic oxo compounds having no more than 12 carbon atoms, preferably having no more than 9 carbon atoms, particularly preferably having no more than 6 carbon atoms, particularly preferably having less than 6 carbon atoms, in each case based on the total weight of the Water-based agent.
  • polyfunctional organic oxo compounds are understood to mean compounds which have at least three functional groups selected from hydroxyl, ester and / or ether groups, at least one hydroxyl group always being present, in a preferred embodiment no heteroatom other than oxygen is contained.
  • the polyfunctional organic oxo compounds are selected from compounds with at least three functional groups, the functional groups being hydroxyl and / or ether groups.
  • the polyfunctional organic oxo compounds are selected from compounds with at least two hydroxyl groups, particularly preferably from compounds with at least three hydroxyl groups.
  • Preferred representatives of the polyfunctional organic compounds are 1, 2,3-propanetriol, 1, 1, 1-tris (hydroxymethyl) ethane, threitol, erythritol, pentaerythritol, pentites such as xylitol, adonite and arabitol, hexites such as sorbitol and mannitol, aldotetrosis such as erythrose , Aldopentoses such as ribose and xylose, aldohexoses such as glucose and mannose and its simple ethers each having no more than 4 carbon atoms or a total of four ethylene oxide and / or propylene oxide units in the ether group.
  • the polyfunctional organic oxo compound is 1, 2,3-propanetriol.
  • the presence of the polyfunctional organic oxo compounds supports the detackification of the paint particles in the carrier medium and prevents greater coagulation of the paint particles contained in the carrier medium, which is disadvantageous in particular for the flow behavior on the separating plates and also promotes their soiling.
  • a relatively low water vapor partial pressure in the cabin air can be set via the hygroscopic properties of the polyfunctional organic oxo compounds.
  • the water-based agent should have a suitable viscosity. Too high a viscosity can, for example, result in the drainage of the carrier medium from the separation surfaces or plates being slowed down, so that, while maintaining a volume flow specified in the process flow, a critical wet film build-up is formed on the separation surfaces, in which the wet film of the carrier medium under the action gravitationally sagging and, analogous to the runner formation, no drainage in homogeneous wet film thickness can be achieved over the entire drainage surface.
  • the water-based agent when used as a carrier medium, preferably has a viscosity at shear rates in the range from 10 to 1000 s -1 , which is always above 10 mPas, particularly preferably above 20 mPas. Furthermore, the ratio of rest viscosity hio to process viscosity h-ioo is preferably not greater than 10: 1. In this way, a homogeneous drainage of the carrier medium can be achieved at the separation surfaces.
  • the process viscosity h-ioo denotes the viscosity determined in this way at a shear rate of 100 s _1 , which roughly corresponds to the shear stress when the carrier medium runs off the separation surfaces of a system for separating paint overspray by means of wet washing. Is analog the rest viscosity h-io the viscosity determined in this way at a shear rate of 10 S 1 .
  • Another object of the present invention is a method for separating paint overspray from the ambient air, which is characterized in that i) the paint overspray is guided with the ambient air onto a separation surface wetted by a carrier medium, and ii) part of the Carrier medium that has taken up paint overspray from the ambient air, is removed from the separating surface and at the same time is replaced by another part of the same carrier medium that differs from the removed part only in that less paint overspray is contained in the same volume, whereby , the carrier medium in addition to water, at least one non-ionic surfactant and at least one thickener selected from such acylated polyvinyl alcohols or their hydrolyzates which, as a 4% strength by weight solution in water at a temperature of 20 ° C., determine a viscosity in accordance with DIN 53015 have at least 20 mPas, the proportion of the non-ionic Ten sids is less than 5% by weight and the proportion of thickeners is less than
  • the deposition surface is continuously washed around by the carrier medium, the carrier medium preferably flowing off the deposition surface following gravity.
  • the flow around the deposition surface is preferably laminar.
  • a laminar flow of the carrier medium on the separating surfaces is defined in the context of the present invention in such a way that the carrier medium flows outside of a laminar boundary layer following gravity almost parallel to the separating surface and the flow neither breaks off nor swirls, so that with a constant volume flow of the flushing carrier medium largely stationary flow along the separation surface results.
  • a homogeneous wetting of the deposition surfaces can be achieved using the specified carrier medium.
  • the film that forms on the deposition surface should also have a sufficient thickness to prevent minor swirling on the surface from damaging or contaminating the deposition plates.
  • An embodiment is therefore preferred in which a wet film coating of at least 0.5 l / m 2 , but preferably less than 2 l / m 2 , in each case based on the volume of the carrier medium, is realized on the deposition surface.
  • the use of the specified carrier medium or the water-based agent allows a very small spacing of the separation surfaces without there being a risk of electrical flashovers, for example caused by an inhomogeneous drainage of the carrier medium.
  • This is particularly advantageous if the deposition process is supported electrostatically.
  • An embodiment is therefore preferred in which the paint overspray is electrostatically charged in the ambient air under the action of an electrical voltage and transported to the separation surface in the electrical field.
  • the separating surface is made from a flat metallic material and the electrical voltage is preferably applied between the separating surface and a metallic electrode which is in direct contact with the ambient air.
  • Exemplary recipes are listed below which are suitable as water-based agents for use according to the invention as a carrier medium for separating paint overspray. However, these recipes are by no means to be understood as a restriction, but merely as an illustration of the inventive concept.
  • Exemplary water-based agents according to the invention for use as a carrier medium are summarized in Table 1, the amounts being given in percent by weight, based on the total weight of the water-based agent.
  • non-ionic surfactant available from BASF SE: cocosamine + 12EO
  • non-ionic surfactant available from BASF SE: C12-C14 + 3EO
  • Both partially hydrolyzed acetylated polyvinyl alcohols PVA-1 and PVA-2 used in the recipes give the particular thickening properties in the proportion used according to Examples 1 and 2, so that they can be used according to the invention in combination with the other constituents.
  • the viscosity-shear rate profile of the polyvinyl alcohols in the proportions given in Table 1 is shown in Figure 1.
  • the viscosity was measured over the specified shear rate range of 0.01-100 reciprocal seconds using a plate / cone viscometer (Haake Mars 60, Thermo Fisher Scientific Inc.) with a cone diameter of 35 mm at 20 ° C. when going through a shear rate staircase from 0.01 - 100 s-1 with 45 measured values per decade, whereby the first cycle is shown.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Wasser-basierten Mittels, das mindestens einen Verdicker basierend auf Polyvinylalkohol mit einer Viskosität von wenigstens 20 mPas und mindestens ein nicht-ionisches Tensid enthält, als Trägermedium zur Abscheidung von Lack-Overspray aus Lackierkabinen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Lack-Overspray aus der Umgebungsluft unter Einsatz des beschriebenen Wasser-basierten Mittels.

Description

Verwendung von Polyvinylakoholen in Wasser-basierten Trägermedien zur
Abtrennung von Lack-Overspray
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Wasser-basierten Mittels, das mindestens einen Verdicker basierend auf Polyvinylalkohol mit einer Viskosität von wenigstens 20 mPas und mindestens ein nicht-ionisches Tensid enthält, als Trägermedium zur Abscheidung von Lack-Overspray aus Lackierkabinen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Lack-Overspray aus der Umgebungsluft unter Einsatz des beschriebenen Wasser-basierten Mittels.
Als Lack-Overspray oder auch Lacknebel wird in der Lackiertechnik der Anteil des Lacks bezeichnet, der nicht auf das zu lackierende Werkstück, sondern in die Umgebung gelangt. Der Lack-Overspray kann beispielsweise durch Vorbeispritzen oder Abströmen am Werkstück verursacht werden. Neben der Geometrie des Werkstücks hat insbesondere die verwendete Spritztechnologie und deren Handhabung einen Einfluss auf die Höhe der durch Lack- Overspray entstehenden Verluste, die bis zu 90% des eingesetzten Lacks ausmachen können. Der in die Umgebung gelangte Lack-Overspray muss zum Schutz der Umwelt kontrolliert abgeschieden und entsorgt oder verwertet werden. Dies geschieht durch verschiedene Technologien der Lackabscheidung.
Eine Möglichkeit, den Lack-Overspray aus der Umgebungsluft zu entfernen besteht in der klassischen Nassauswaschung, bei der der Lack-Overspray mit Hilfe eines Waschmediums aus dem Luftstrom abgeschieden wird. Großtechnische Lackieranlagen sind häufig mit Nassabscheidern ausgestattet, deren Aufgabe darin besteht, die mit Lacknebeltropfen beladene Luft intensiv in Wechselwirkung mit dem Auswaschmedium zu bringen. Der bei dem Auswaschvorgang entstehende Lackschlamm wird vom Waschmedium getrennt und anschließend entsorgt oder aufbereitet. Das Waschmedium wird aufbereitet und kann dem Auswaschprozess wieder zur Verfügung gestellt werden.
DE 10 2008 046 409 A1 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus dem beim Lackieren von Gegenständen entstehenden Overspray, bei dem der Overspray von einem Luftstrom aufgenommen und zu einer von einer Abscheideflüssigkeit überströmten Abscheidefläche transportiert wird, wo ein Großteil zumindest der Feststoffe in die Abscheideflüssigkeit übergeht, von dieser abtransportiert und durch Abscheiden aus der Flüssigkeit entfernt wird. Es wird eine Abscheideflüssigkeit verwendet, die ein Entklebungsmedium und gegebenenfalls ein Trägerfluid umfasst, wobei Lack- Overspraypartikel durch das Entklebungsmedium entklebt werden. EP 2 365 037 A1 beschreibt eine wässrige T rennflüssigkeit zum Sammeln von Lack-Overspray aus einem Gasstrom, die wenigstens 49,95 Gew.-% Wasser, wenigstens ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel und 5 bis 50 Gew.-% einer organischen wasserlöslichen filmunterstützenden Komponente, die aus monomeren Polyolen mit wenigstens drei Hydroxylgruppen im Polymer und polymeren Polyolen ausgewählt aus Poly(ethylenglykolen), Polyesterpolyolen, Acrylpolyolen und Polyurethanpolyolen ausgewählt ist, wobei die wässrige Trennlösung eine Viskosität ausgedrückt als Ausfließzeit im Bereich von 1 1 s bis 25 s, gemessen gemäß DIN 53 21 1 unter Verwendung einer 4-mm-Fließtasse bei 23°C aufweist. Die beschriebene Trennflüssigkeit kann in einem Verfahren eingesetzt werden, bei dem ein Gasstrom durch die Lackierkabine geführt wird und der Lack-Overspray mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht wird. Der Gasstrom wird über eine Oberfläche geleitet, auf der ein im Wesentlichen kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm der Trennflüssigkeit ausgebildet ist, wodurch Lackteilchen oder -tröpfchen aus dem Gasstrom in die Trennflüssigkeit überführt werden.
EP 3 165 577 beschreibt ein wässriges Trägermedium zum Auswaschen von Lack-Overspray, das mindestens 40 Gew.-% einer polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindung enthält. Das Trägermedium zeichnet sich dadurch aus, dass seine Viskosität über einen Bereich an Scherbeanspruchungen in einem vorgegebenen Korridor liegt, so dass ein zeitlich homogenes, laminares Abfließen des Trägermediums von den Abscheideflächen gewährleistet ist.
EP 2 995 657 offenbart eine wässrige Trennflüssigkeit, die wenigstens 49,9 Gew.-% Wasser, 5 bis 50 Gew.-% wenigstens eines organischen wasserlöslichen Polyols und wenigstens ein niedermolekulares Cellulose-Derivat als Rheologiemodifikator sowie die Verwendung der beschriebenen Trennflüssigkeit in einem Verfahren zum Entfernen von Farb-Overspray von einer Farbsprühkabine.
In jüngster Zeit hat sich im Bereich der Lackabscheidung eine Variante der Nassauswaschung etabliert, bei der der Lack-Overspray in der Umluft elektrisch aufgeladen, anschließend mit Hochspannung ionisiert und im elektrischen Feld auf eine Abscheidefläche hinbewegt wird und mit Trennmitteln gebunden wird. Bei einem solchen Verfahren ist bei der Auswahl des Trennmittels insbesondere darauf zu achten, dass die Fleißeigenschaften beim Umströmen der Abscheideflächen stabil gehalten werden können. Ein weiteres Problem, das bei Verfahren mit elektrostatisch unterstützter Nassauswaschung auftritt, ist die durch die Ionisation des Lack-Oversprays bedingte Anreicherung von Ozon, die zu einer chemischen Degradation von eventuell im Trennmittel enthaltener rheologischer Additive führen kann, wodurch dessen Fließverhalten weiterhin beeinflusst wird.
Die im Stand der Technik bekannten Trägermedien weisen diesbezüglich den Nachteil auf, dass sie anfällig für durch Oxidation induzierte Degradationen sind und ein turbulentes Fließverhalten aufweisen, was zu einer Störung des elektrischen Feldes führen kann, wodurch sich die Trennungsrate deutlich verschlechtert.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Trägermedium zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile überwindet. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber Oxidationen stabiles Trägermedium zur Verfügung zu stellen, das in elektrostatisch unterstützten Nassauswaschungen verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, Trägermedien zu verwenden, die ein linear viskoses (Newtonsches) Fließverhalten aufweisen.
Es wurde überraschend gefunden, dass diese Aufgabe durch die Verwendung eines Wasser- basierten Mittels gelöst wird, das einen speziellen Verdicker aus der Gruppe der Polyvinylalkohole oder deren Hydrolysaten und mindestens ein nicht-ionisches Tensid aufweist.
Daher ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines Wasser- basierten Mittels enthaltend a) weniger als 10 Gew.-% mindestens eines Verdickers ausgewählt aus solchen acylierten Polyvinylalkoholen oder deren Hydrolysaten, die als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 20 mPas aufweisen; und b) weniger als 5 Gew.-% mindestens eines nicht-ionischen Tensids als Trägermedium zur Abscheidung von Lack-Overspray aus Lackierkabinen.
Die Gewichtsangaben des mindestens einen Verdickers und des mindestens einen nicht- ionischen T ensids beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht des Wasser-basierten Mittels.
Als Trägermedium wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das flüssige im Kreislauf der Nassauswaschung geführte Medium verstanden, das den Lack-Overspray aufnimmt. Entsprechend kann das Trägermedium definitionsgemäß den Lack-Overspray enthalten, ist aber nicht aus diesem zusammengesetzt.
Als Lack-Overspray einer Lackierkabine werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die nicht auf der zu lackierenden Oberfläche immobilisierten Lackbestandteile und -partikel verstanden, die mit der Kabinenluft aus der Lackierkabine hinausgetragen werden. Der Lack- Overspray besteht demnach aus gasförmigen oder flüssigen Lackbestandteilen, wie Lösungsmittel und Verlaufsmittel sowie den pigmentierten oder unpigmentierten partikulären Lackbestandteilen. Die Viskosität ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als die erste Ableitung der Schubspannung nach der Schergeschwindigkeit definiert und kann als solche mittels Coulette- Rotationsviskosimeter bei Konus-Platte-Aufbau des Messkopfes und einer Temperatur von 20°C bestimmt werden.
Bei der elektrostatisch unterstützten Nassauswaschung wird das Trägermedium in der Regel über eine passive Abscheideplatte geleitet, wobei der Lack-Overspray durch Aufbau eines elektrischen Feldes aufgeladen und auf diese Weise in das Trägermedium eingebracht wird.
Die Viskosität des als Trägermedium verwendeten Wasser-basierten Mittels ist einer der wichtigsten Parameter und bestimmt dessen Einsatzfähigkeit. Weist das Mittel eine ungenügende Viskosität auf, kann es zu einem ungleichen Abfließen des Trägermediums, beispielsweise von den Abscheideplatten kommen. Durch die auf diese Weise entstehenden Verwirbelungen kann es zu Störungen im elektrischen Feld kommen, beispielsweise elektrische Überschläge, wodurch Schäden und Verschmutzungen an den Abscheideplatten entstehen können. Es wurde überraschend gefunden, dass es durch die Verwendung eines Wasser-basierten Mittels wie oben beschrieben zur Ausbildung eines stabilen Films auf der passiven Abscheideplatte kommt. Hierdurch wird zum einen gewährleistet, dass die Lackpartikel stets von ausreichend Trägermedium aufgenommen und abtransportiert werden und auf diese Weise die Verschmutzung der Abscheideplatten unterbunden wird. Weiterhin wird durch das Abfließen eines homogenen Films des Trägermediums sichergestellt, dass die zur Abscheidung der Lackpartikel erforderliche elektrische Spannung keinen Schwankungen unterliegt und somit die Abscheideleistung weitestgehend konstant bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verdicker als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20°C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 30 mPas, vorzugsweise von zumindest 40 mPas auf. Vorzugsweise beträgt die Viskosität des Verdickers, wie angegeben bestimmt, nicht mehr als 150 mPas, besonders bevorzugt nicht mehr als 100 mPas.
Der in dem Wasser-basierten Mittel zur Verwendung als Trägermedium enthaltende Verdicker ist vorzugsweise ausgewählt aus Hydrolysaten acylierter, vorzugsweise formylierter oder acetylierter, besonders bevorzugt acetylierter Polyvinylalkohle mit einem Hydrolysegrad von mehr als 70 Mol-%, vorzugsweise mehr als 80 Mol-%, jedoch vorzugsweise weniger als 90 Mol-%. Diese Verdicker haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders effizient bei der Ausbildung eines stabilen Films auf den Abscheideplatten herausgestellt.
Um eine geeignete Viskosität zu erreichen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Menge an Verdicker in dem Wasser-basierten Medium nicht zu hoch ist. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der der Anteil des Verdickers mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 2 Gew.-%, jedoch vorzugsweise weniger als 8 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Wasser- basierten Mittels beträgt.
Das Wasser-basierte Mittel zur Verwendung als Trägermedium umfasst neben dem Verdicker ein nicht-ionisches Tensid. Dieses nicht-ionische Tensid ist vorzugsweise ausgewählt aus alkoxylierten Fettalkoholen oder Fettaminen, die wiederum vorzugsweise ausgewählt sind aus alkoxylierten gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Alkoholen oder Aminen mit einer aliphatischen Kettenlänge von mindestens 8, vorzugsweise mindestens 10 und besonders bevorzugt mindestens 12, jedoch vorzugsweise von nicht mehr als 20, besonders bevorzugt von nicht mehr als 18 und insbesondere bevorzugt von nicht mehr als 16 Kohlenstoffatomen.
Vorzugsweise sind die alkoxylierten Fettalkohole und Fettamine mit mindestens 3, vorzugsweise mit mindestens 6, besonders bevorzugt mit mindestens 8, insbesondere mit mindestens 10, aber vorzugsweise nicht mehr als 16, besonders bevorzugt nicht mehr als 14 Ethylenoxid- und/oder Propyleneinheiten, vorzugsweise Ethylenoxid-Einheiten, alkoxyliert.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform enthält das Wasser-basierte Mittel das mindestens eine nicht-ionische Tensid in einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,3 Gew.-%, jedoch vorzugsweise weniger als 3 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 2 Gew.-% und insbesondere weniger als 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Wasser- basierten Mittels.
Das Wasser-basierte Mittel zur Verwendung als Trägermedium zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass es zusätzlich weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 15 Gew.-%, jedoch vorzugsweise zumindest 5 Gew.-% an polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen mit nicht mehr als 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit nicht mehr als 9 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit nicht mehr als 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere bevorzugt mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Wasser- basierten Mittels. Unter polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbindungen verstanden, die zumindest drei funktionelle Gruppen ausgewählt aus Hydroxyl-, Ester- und/oder Ether-Gruppen aufweisen, wobei stets zumindest eine Hydroxyl-Gruppe enthalten ist, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform kein anderes Heteroatom als Sauerstoff enthalten ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen ausgewählt sind aus Verbindungen mit zumindest drei funktionellen Gruppen, wobei es sich bei den funktionellen Gruppen um Hydroxyl- und/oder Ether-Gruppen handelt. Vorzugsweise sind die polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen aus Verbindungen mit zumindest zwei Hydroxyl-Gruppen, besonders bevorzugt aus Verbindungen mit zumindest drei Hydroxyl- Gruppen ausgewählt. Bevorzugte Vertreter der polyfunktionellen organischen Verbindungen sind 1 ,2,3-Propantriol, 1 , 1 , 1-Tris(hydroxymethyl)ethan, Threit, Erythrit, Pentaerythrit, Pentite wie Xylit, Adonit und Arabit, Hexite wie Sorbitol und Mannitol, Aldotetrosen wie Erythrose, Aldopentosen wie Ribose und Xylose, Aldohexosen wie Glukose und Mannose sowie dessen einfache Ether mit jeweils nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen beziehungsweise insgesamt vier Ethylenoxid- und/oder Propylenoxid-Einheiten in der Ether-Gruppe. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der polyfunktionellen organischen Oxo verbindung um 1 ,2,3-Propantriol.
Durch die Anwesenheit der polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen wird die Entklebung der Lackpartikel im Trägermedium unterstützt und eine stärkere Koagulation der im Trägermedium aufgenommenen Lackpartikel, die insbesondere für das Fließverhalten auf den Abscheideplatten nachteilig ist und zudem deren Anschmutzung fördert, verhindert. Ebenso kann über die hygroskopischen Eigenschaften der polyfunktionellen organischen Oxo- Verbindungen ein verhältnismäßig niedriger Wasserdampfpartialdruck in der Kabinenluft eingestellt werden.
Um als Trägermedium zum Abscheiden von Lack-Overspray verwendet werden zu können, sollte das Wasser-basierte Mittel eine geeignete Viskosität aufweisen. Eine zu hohe Viskosität kann beispielsweise dazu führen, dass das Ablaufen des Trägermediums von den Abscheideflächen oder -platten verlangsamt wird, so dass sich bei Aufrechterhaltung eines im Prozessablauf vorgegebenen Volumenstroms eine kritische Nassfilmauflage auf den Abscheideflächen ausbildet, bei der der Nassfilm des Trägermediums unter der Wirkung der Schwerkraft zeitlich wiederkehrend absackt und analog zur Läuferbildung kein Abfließen in homogener Nassfilmdicke über die gesamte Ablauffläche erzielt werden kann. Daher weist das Wasser-basierte Mittel in seiner Verwendung als Trägermedium vorzugsweise bei Schergeschwindigkeiten im Bereich von 10 bis 1000 s_1 eine Viskosität auf, die stets oberhalb von 10 mPas, besonders bevorzugt oberhalb von 20 mPas, liegt. Weiterhin ist das Verhältnis von Ruheviskosität hio zu Prozessviskosität h-ioo vorzugsweise nicht größer als 10:1. Auf diese Weise kann ein homogenes Abfließen des Trägermediums an den Abscheideflächen erzielt werden.
Als Prozessviskosität h-ioo ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die derart bestimmte Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s_1 bezeichnet, die in etwa der Scherbeanspruchung beim Ablaufen des Trägermediums von den Abscheideflächen einer Anlage zum Abtrennen von Lack-Overspray mittels Nassauswaschung entspricht. Analog ist die Ruheviskosität h-io die derart bestimmte Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von 10 S 1.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Abscheiden von Lack-Overspray aus der Umgebungsluft, das sich dadurch auszeichnet, dass i) der Lack-Overspray mit der Umgebungsluft auf eine von einem Trägermedium benetzte Abscheidefläche geführt wird, und ii) ein Teil des Trägermediums, das Lack-Overspray aus der Umgebungsluft aufgenommen hat, von der Abscheidefläche entfernt und zugleich durch einen anderen Teil eines gleichen Trägermediums ersetzt wird, das sich von dem entfernten Teil lediglich dadurch unterscheidet, dass im gleichen Volumen weniger Lack-Overspray enthalten ist, wobei, das Trägermedium neben Wasser, mindestens ein nicht-ionisches Tensid und mindestens einen Verdicker ausgewählt aus solchen acylierten Polyvinylalkoholen oder deren Hydrolysaten, die als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20 °C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 20 mPas aufweisen, enthält, wobei der Anteil des nicht-ionischen Tensids kleiner als 5 Gew.-% und der Anteil der Verdicker kleiner als 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Trägermedium, ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Abscheidefläche kontinuierlich von dem Trägermedium umspült, wobei das Trägermedium vorzugsweise der Schwerkraft folgend von der Abscheidefläche abfließt. Vorzugsweise erfolgt das Umströmen der Abscheidefläche laminar. Eine laminare Strömung des Trägermediums auf den Abscheideflächen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dahingehend definiert, dass das Trägermedium außerhalb einer laminaren Grenzschicht der Schwerkraft folgend nahezu parallel zur Abscheidefläche entlangfließt und die Strömung dabei weder abreißt noch verwirbelt, so dass bei gleichbleibendem Volumenstrom des umspülenden Trägermediums eine weitestgehend stationäre Strömung entlang der Abscheidefläche resultiert.
Es wurde überraschend gefunden, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des angegebenen Trägermediums eine homogene Benetzung der Abscheideflächen erzielt werden kann. Der sich ausbildende Film auf der Abscheidefläche sollte außerdem über eine ausreichende Dicke verfügen, um zu verhindern, dass es durch geringfügige Verwirbelungen auf der Oberfläche zu einer Beschädigung oder Verschmutzung der Abscheideplatten kommt. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der auf der Abscheidefläche eine Nassfilmauflage von zumindest 0,5 l/m2, jedoch vorzugsweise weniger als 2 l/m2, jeweils bezogen auf das Trägermediumvolumen, realisiert ist. Es wurde weiterhin überraschend gefunden, dass die Verwendung des angegebenen Trägermediums beziehungsweise des Wasser-basierten Mittels eine sehr geringe Beabstandung der Abscheideflächen erlaubt, ohne dass eine Gefahr elektrischer Überschläge, beispielsweise hervorgerufen durch ein inhomogenes Abfließen des Trägermediums, besteht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Abscheideverfahren elektrostatisch unterstützt wird. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der der Lack-Overspray in der Umgebungsluft unter Einwirkung einer elektrischen Spannung elektrostatisch aufgeladen und im elektrischen Feld zur Abscheidefläche transportiert wird. Dazu ist es bevorzugt, dass die Abscheidefläche aus einem flächigen metallischen Werkstoff gefertigt ist und die elektrische Spannung vorzugsweise zwischen der Abscheidefläche und einer metallischen Elektrode, die sich in direktem Kontakt mit der Umgebungsluft befindet, angelegt wird.
Im Folgenden sind beispielhafte Rezepturen aufgeführt, die als Wasser-basierte Mittel zur erfindungsgemäßen Verwendung als Trägermedium zur Abscheidung von Lack-Overspray geeignet sind. Diese Rezepturen sind jedoch keinesfalls als Einschränkung sondern lediglich als Veranschaulichung des Erfindungsgedankens zu verstehen.
Erfindungsgemäße beispielhafte Wasser-basierte Mittel zur Verwendung als Trägermedium sind in Tabelle 1 zusammengefasst, wobei die Mengen jeweils in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Wasser-basierten Mittels, angegeben sind.
Figure imgf000010_0001
PVA-1 acetylierter Polyvinylalkohol, Hydrolysegrad 88%, 95 mPas als 4%ige Lösung in Wasser bei 20 °C nach DIN 53015
PVA-2 acetylierter Polyvinylalkohol, Hydrolysegrad 88%, 40 mPas als 4%ige Lösung in Wasser bei 20 °C nach DIN 53015
1 ) nicht-ionisches Tensid, erhältlich von BASF SE: Kokosamin + 12EO 4) nicht-ionisches Tensid, erhältlich von BASF SE: C12-C14 + 3EO
Beide in den Rezepturen eingesetzten teilhydrolysierten acetylierten Polyvinylalkohole PVA-1 und PVA-2 verleihen in den entsprechend der Beispiele 1 und 2 eingesetzten Mengenanteil die besonderen verdickenden Eigenschaften, um in Kombination mit den übrigen Bestandteilen erfindungsgemäß verwendet werden zu können. Das Viskositäts-Scherraten- Profil der Polyvinylalkohole in den in Tabelle 1 genannten Mengenanteilen ist in Abbildung 1 wiedergegeben. Die Viskosität wurde dabei über den angegebenen Scherratenbereich von 0,01 - 100 reziproken Sekunden mit einem Platte/Kegel-Viskosimeter (Haake Mars 60, Fa. Thermo Fisher Scientific Inc.) mit einem Kegeldurchmesser von 35 mm bei 20°C bei Durchlaufen einer Scherratentreppe von 0,01 - 100 s-1 mit 45 Messwerten pro Dekade bestimmt, wobei der jeweils erste Zyklus dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Verwendung eines Wasser-basierten Mittels enthaltend a) weniger als 10 Gew.-% mindestes eines Verdickers ausgewählt aus solchen acylierten Polyvinylalkoholen oder deren Hydrolysaten, die als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20 °C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 20 mPas aufweisen; b) weniger als 5 Gew.-% mindestens eines nicht-ionischen Tensides als Trägermedium zur Abscheidung von Lack-Overspray aus Lackierkabinen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdicker als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20 °C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 30 mPas, vorzugsweise von zumindest 40 mPas aufweist, jedoch vorzugsweise eine Viskosität von 150 mPas, besonders bevorzugt von 100 mPas nicht überschreitet.
3. Verwendung nach einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdicker ausgewählt ist aus Hydrolysaten acylierter, vorzugsweise formylierter oder acetylierter, besonders bevorzugt acetylierter Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von mehr als 70 Mol-%, vorzugsweise mehr als 80 Mol-%, jedoch vorzugsweise weniger als 90 Mol.-%.
4. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Verdickers mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 2 Gew.-%, jedoch vorzugsweise weniger als 8 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-% bezogen auf das Wasser-basierte Mittel beträgt.
5. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische Tensid ausgewählt ist aus alkoxylierten Fettalkoholen oder Fettaminen, die wiederum vorzugsweise ausgewählt sind aus alkoxylierten gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Alkoholen oder Aminen mit einer aliphatischen Kettenlänge von mindestens 8, vorzugsweise von mindestens 10 und besonders bevorzugt von mindestens 12, jedoch vorzugsweise von nicht mehr als 20, besonders bevorzugt von nicht mehr als 18 und insbesondere bevorzugt von nicht mehr als 16 Kohlenstoffatomen.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die alkoxylierten Fettalkohole oder Fettamine mit mindestens 3, vorzugsweise mit mindestens 6, besonders bevorzugt mit mindestens 8, insbesondere bevorzugt mit mindestens 10, aber vorzugsweise nicht mit mehr als 16, besonders bevorzugt nicht mit mehr als 14 Ethylenoxid- und/oder Propylenoxideinheiten, vorzugsweise Ethylenoxid-Einheiten, alkoxyliert vorliegen.
7. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des nicht-ionischen Tensides mindestens 0,05 Gew.--%, vorzugsweise mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,3 Gew.-%, jedoch vorzugsweise weniger als 3 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 2 Gew.-% und insbesondere bevorzugt weniger als 1 Gew.-% bezogen auf das Wasser-basierte Mittel beträgt.
8. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-basierte Mittel zusätzlich weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 15 Gew.-%, jedoch vorzugsweise zumindest 5 Gew.-% an polyfunktionellen organischen Oxo-
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die polyfunktionellen organischen Oxo-Verbindungen ausgewählt sind aus Verbindungen mit zumindest drei funktionellen Gruppen wiederum ausgewählt aus Hydroxyl- und/oder Ether-Gruppen, vorzugsweise aus Verbindungen mit zumindest zwei Hydroxylgruppen, besonders bevorzugt aus Verbindungen mit zumindest drei Hydroxyl-Gruppen.
10. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser-basierte Mittel bei Schergeschwindigkeiten im Bereich von 10 - 1000s 1 eine Viskosität aufweist, die stets oberhalb von 10 mPas liegt und das Verhältnis von Ruheviskosität h-iozu Prozessviskosität hioo nicht größer als 10 : 1 ist.
1 1. Verfahren zum Abscheiden von Lack-Overspray aus der Umgebungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass i) der Lack-Overspray mit der Umgebungsluft auf eine von einem T rägermedium benetzte Abscheidefläche geführt wird, und ii) ein Teil des Trägermediums, das Lack-Overspray aus der Umgebungsluft aufgenommen hat, von der Abscheidefläche entfernt und zugleich durch einen anderen Teil eines gleichen Trägermediums ersetzt wird, das sich von dem entfernten Teil lediglich dadurch unterscheidet, dass im gleichen Volumen weniger Lack-Overspray enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium neben Wasser, mindestens ein nicht-ionisches Tensid und mindestens einen Verdicker ausgewählt aus solchen acylierten Polyvinylalkoholen oder deren Hydrolysaten, die als 4 Gew.-%ige Lösung in Wasser bei einer Temperatur von 20 °C eine Viskosität bestimmt nach DIN 53015 von zumindest 20 mPas aufweisen, enthält, wobei der Anteil der nicht-ionischen Tenside kleiner als 5 Gew.-% und der Anteil der Verdicker kleiner als 10 Gew.-% jeweils bezogen auf das Trägermedium ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidefläche kontinuierlich von Trägermedium umspült wird und Trägermedium der Schwerkraft folgend von selbiger abfließt, wobei das Umspülen der Abscheidefläche vorzugsweise laminar erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abscheidefläche eine Nassfilmauflage von zumindest 0,5 l/m2, jedoch vorzugsweise von weniger als 2 l/m2, jeweils bezogen auf das Trägermediumvolumen realisiert ist.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack-Overspray in der Umgebungsluft unter Einwirkung einer elektrischen Spannung elektrostatisch aufgeladen und im elektrischen Feld zur Abscheidefläche transportiert wird.
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