DE2704470C2

DE2704470C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von flüchtigen Substanzen aus Elektrotauchlackbädern

Info

Publication number: DE2704470C2
Application number: DE19772704470
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Chem. Dr. 6900 Heidelberg Gulbins; Matthias Dipl.-Chem. Dr. 6702 Bad Dürkheim Marx; Hans Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Wolf
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1983-10-13
Also published as: FR2379621A1; FR2379621B3; GB1593632A; DE2704470A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von flüchtigen Substanzen aus Elektrotauchlackbädern sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Verfahren der Elektrotauchlackierung, sowie Vorrichtungen zur Durchführung der Elektrotauchlackierung sind schon seit Jahren bekannt und können beispielsweise der Monographie »Elektrotauchlackierung« von W. Machu (Verlag Chemie 1974) entnommen werden.

Bei der Elektrotauchlackierung werden die zu lackierenden Metallteile in ein wäßriges Lackbad getaucht. Die Abscheidung des Lackes auf dem Metall erfolgt mit Hilfe einer elektrischen Spannung, die an das Werkstück angelegt wird. Das Werkstück selbst bildet dabei die Elektrode.

Gegenüber einer Lackierung mit konventionellen Methoden wie z. B. Spritzen oder Tauchen mit Lacken in organischen Lösungsmitteln bietet die Elektrotauchlackierung erhebliche Vorteile. Davon seien erwähnt: Gleichmäßige Überzüge an stark verformten Teilen und auch an Kanten und Ecken, Schutz von Nähten und Hohlräumen, verminderte Feuergefahr, geringere Lackverluste, verbesserter Korrosionsschutz, sowie verminderte Abluftverunreinigung.

Bei diesem Lackierverfahren wird mit dem Herausnehmen des Werkstückes dem Bad Lackfestsubstanz entzogen, während die Lösungsmittel im Bad verbleiben. Bei einer längeren Benutzung des Elektrotauchbades führt dies zu einer zunehmenden Verarmung an Lackfestsubstanz, wie Bindemitteln und Pigment, bei einer gleichzeitigen Anreicherung der Lösungsmittel wie Wasser, Alkohole etc. sowie der nicht elektrisch abscheidbaren Badverunreinigungen. Diesen Konzentrationsverschiebungen während eines langer andauernden, möglicherweise kontinuierlichen Lackierprozesses begegnet man durch Nachsetzen eines sogenannten Kompensationslackes. Dieser Kompensationslack muß eine möglichst hohe Konzentration an Lackbestandteilen aufweisen, um den Fesisubstanzverlust des Bades auszugleichen ohne die im Bad vorhandene Lösungsmittelmenge wesentlich zu erhöhen. In der Praxis liegt die Konzentration des Kompensationslackes im allgemeinen bei ca. 75 % Feststoffgehalt.

Es bereitet jedoch bislang große technische Schwierigkeiten, die mit dem Kompensationslack eingebrachten, meist organischen Lösungsmittel so schnell aus dem Bad zu entfernen, daß einerseits auch über längere Zeiträume keine Zunahme des Gesamtvolumens des Badinhaltes und andererseits keine Veränderungen der Zusammensetzungsverhältnisse des Lackbades erfolgt.

Aus Sicherheitsgründen wird im allgemeinen, insbesondere bei großen Elektrotauchbecken, der Raum über der Badoberfiäche durch feste oder bewegliche, bevorzugt transparente Wandungen von der Umgebung abgeschirmt. Dadurch wird eine Belüftung der Badoberfiäche vermieden.

Um die mit dem Kompensationslack eingebrachten Lösungsmittel und andere nicht elektrisch abscheidbare Verunreinigungen aus dem Lackbad zu entfernen, werden zur Zeit aufwendige Verfahren angewandt, wie z. B. das Verfahren der Ultrafiltration (vgl. z.B. W. Machu. S. 25?) mit Hilfe von semipermeablen Membranen, bei dem die hochmolekularen Lackbindemittel und die unlöslichen Pigmente im Bad verbleiben, die überschüssigen niedermolekularen Lösungsmittel (Wasser, Alkohole etc.) und Salze aber aus dem Bad entfernt werden. Auch Verfahren, die nach dem Prinzip der Dialyse oder des Ionenaustauschers arbeilen, werden für diesen Zweck herangezogen (vgl. z. B. Electrodeposition of Coatings, Advances in Chemistry Series 119, Am. Chem. Soc. 1973, S. 204). Alle diese Methoden sind aufwendig und kompliziert in ihrer praktischen Anwendung.

Das Problem, die Wasser- und Lösungsmittelbilanz des Elektrotauchbades aufrecht zu erhalten, zwingt dazu, mit möglichst hoch-konzentrierien Kompensationslacken nachzufüllen. Dies führt wiederum zu erheblichen Einschränkungen in der Auswahl und Zubereitung der Lackrohrsloffe. Lackbindemittel müssen beispielsweise von vornherein so zusammengesetzt sein, daß sie in bestimmten, meist niedrigen Alkoholen löslich, dabei aber nicht zu hochviskos sind. Bei der Wahl der organischen Lösungsmittel für den Kompensationslack ist man auf einen recht engen Kreis von Möglichkeiten eingeschränkt. Allein diese Gesichtspunkte führen zu erheblichen Einengungen in der Entwicklung von Bindemitteln und Lacken. Selbstverständlich kommen aus lack- und applikationstechnischer Sicht eine Vielzahl anderer determinierender und eingrenzender Faktoren für die physikalisch chemische Natur des Lackes hinzu, welche die Herstellung geeigneter Lacksysteme für das Elektrotauchverfahren weiter erschweren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah-

bo ren sowie für dessen Durchführung geeignete Vorrichtungen aufzuzeigen, die es gestatten, flüchtige Substanzen aus den Elektrotauchlackbädern zu entfernen und damit auf einfache Weise die oben erwähnten Schwierigkeiten beim Betreiben der Eleklrotauchlackbäder zu

b5 überwinden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung isl ein Verfahren zum Entfernen von flüchtigen Substanzen aus Elektrotauchlackbädern, das dadurch gekennzeichnet isl, daß

über einen Teil der Oberfläche des Elektrotauchlackbades ein Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 1-20 m/s geführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die es ermöglicht, einen Luftstrom der oben genannten Geschwindigkeit im wesentlichen parallel zur Eleki-otauchbadoberfläche zu führen.

Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß diese Vorrichtung eine zur Elektrotauchlackbadobe'fläehe parallele, in ihrem Abstand zur Badoberfläche veränderliche Wandung aufweist. Der Abstand zwischen dieser Wandung und der Badoberfläche kann durch Heben bzw. Senken der Vorrichtung zwischen 2 und 20, vorzugsweise 3 und 12 cm variieren.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die zur Lackoberfläche parallele Wandung teilweise mit einem in die La<_kbadoberfläche, vorzugsweise senkrecht, eintauchenden Rand versehen ist. Dieser Rand ^vann bis zu 30cm brei! sein undeiwa 10 bis 28 cm lief in das Elektrotauchbad eintauchen.

Die erfii.dungsgemäße Vorrichtung kann auch am Rande des Elektrotauchbades befestigt sein.

Bevorzugt ist femer eine Vorrichtung gemäß obiger Beschreibung, bei der der Luftstrom durch ein vor- oder nachgeschaltetes Gebläse (Blasen bzw. Saugen) erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die oben genannten Nachteile der bekannten Elektrotauchverfahren auf überraschend einfache Weise zu beheben. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet darüber hinaus einen weiteren technischen Vorteil. Beim herkömmlichen Elektrotauchverfahren findet durch die elektrochemischen Vorgänge eine ständige Erwärmung der Lackbäder statt, die auf die Stabilität der Lacke und die Qualität der Lackierungen von Nachteil ist. Aus diesem Grunde müssen vor allem Becken mit großem Durchsatz künstlich gekühlt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen dem System selbsttätig Verdampfungswärme entzogen, so daß der Aufwand für eine zusätzliche Kühlung vermindert oder gar vermieden werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle möglichen üblichen Arten von Elektrotauchlackbädern, sowohl für die anionische als auch für die kationisehe Elektrotauchlackierung geeignet, wobei die üblichen Bindemittel, Pigmente und Hilfsstoffe verwendet werden.

Als mit dem Luftstrom zu entfernende flüchtige Substanzen kommen in erster Linie Wasser sowie die mit dem Lack eingebrachten organischen Lösungsmittel in Betracht. Aber auch andere flüchtige Bestandteile des Lackes, die sich im Lackbad anreichern können, wie insbesondere niedere Amine, lassen sich auf diese Weise aus dem Bad entfernen.

Dabei kann die Menge der pro Zeiteinheit entfernten flüchtigen Substanzen durch Veränderung der vom Luftstrom bestrichenen Lackbadoberfläche und/oder durch eine Veränderung der Geschwindigkeit des Luftslromes variiert und so eingerichtet werden, daß sie den durch den Kompensationslack zwangsläufig zugeführten Mengen flüchtiger Stoffe entspricht. Auf diese Weise kann beispielsweise die Lösungsmittelbilanz eines Elektrotauchbeckens viel leichler als bisher ausgeglichen und das System in ein dynamisches, chemisches und thermisches Gleichgewicht gebracht werden.

Die erfindungsge'näße Vorrichtung kann auch Bestandteile eines, beistiielsweive durch die Badtemperatur oder durch den Badpegel gesteuerten Regelkreises sein.

Das Verfahren eröffnet aberüuch die Möglichkeit, mit wesentlich verdünnteren Kompensationslacken zu arbeiten als bei den hergebrachten Methoden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, im Kompensationslack auf die Verwendung organischer Lösungsmittel ganz oder weitgehend zu verzichten, was eine deutliche Verbilligung des Lackes, eine entscheidende Verringerung der Abluftbelastung und eine Verbesserung der Arbeitsplatzverhältnisse zur Folge hat.

Die Transportwirkung des Luftstromes gegenüber flüchtigen Substanzen des Lackbades kann auch durch eine Veränderung der Temperatur des Luftstromes und/oder des wäßrigen Lackes beeinflußt werden. Vorzugsweise arbeilet man mit Luft-Temperaturen von 10 bis 40⁰C, bzw. mit Badtemperaturen von 20-5O=¹C.

Berder herkömmlichen Arbeitsweise müssen die Lackbäder zwecks Entfernung flüchtiger Bestandteile nach dem Neubefüllen und sogar auch beim Nachfüllen der Becken oft viele Stunden oder gar Tage lang »ausgerührt« werden, bevor sie für einwandfreie Lackierungen geeignet sind.

Durch das erfindungseemäße Verfahren wird der arbeitsfähige Betriebszustand wesentlich schneller erreicht, wodurch unproduktive Stillstandszeiten erheblich abgekürzt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise am Rande des Elektrotauchbeckens so angeordnet, daß sie den laufenden Betrieb der Anlage nicht stören kann. Dies erreicht man beispielsweise durch Aufsetzen einer wenigstens zweiseitig offenen Haube oder eines Schuhes auf die Tauchbadoberfläche, etwa gemäß den Fig. I-IV, und Hindurchbewegen von Luft durch den so entstehenden Kanal. Die untere Begrenzungsfläche des Kanals wird dabei vom Flüssigkeitsspiegel des Lackbades gebildet. Durch Anheben oder Absenken der Haube kann der Querschnitt des Luftstromes vergrößert oder verkleinert werden, wodurch bei konstantem Luftdurchsatz die Strömungsgeschwindigkeit kleiner oder größer wird.

In den Fig. 1 bis IV bedeutet (B) die zur Lackbadoberfläche im wesentlichen parallele, in ihrem Abstand (/;) zur Lackbadoberfläche veränderliche Wandung, (R) den in die Lackbadoberfläche eintauchenden Rand der Vorrichtung, (A) den Anschluß zum Absaugventilator, sowie (H) Heizung und (G) Gebläse.

Der Grundriß der Vorrichtung, d.h. die Form seiner zur Badoberfläche im wesentlichen parallelen Wandung (B) kann dabei in weiten Grenzen variieren. Sie kann z. B. quadratisch, rechteckig, U-förmig oder kreisförmig etc. sein. Als »Pumpen« zur Erzeugung der Luftströmung werden vorzugsweise Gebläse, die nach dem Prinzip der Zentrifugalbeschleunigung (Ventilatoren) arbeiten an die Vorrichtung angeschlossen. Auch axialbeschleunigende Gaspumpen (Propellerprinzip) und andere Gaspumpen sind grundsätzlich brauchbar.

In den folgenden Beispielen und Skizzen sind nur einige der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten möglichen Vorrichtungen aufgezeigt.

Die Messung des Luftstromes erfolgt auf übliche Weise mit einem in den Luftstrom eingebrachten Anemometer.

Bei den in den Beispielen angeführten Prozenten handelt es sich, soweit nicht anders angegeben, um Gewichtsprozente.

Beispiel 1

Ein Elektrotauchlackbad wurde mit 121 Elektrotauchlack gefüllt. Die Flüssigkeitsoberfläche betrug bei dem

verwendeten Behälter 900 ein². Sie wurde durch geregeltes Nachfüllen mit entionisiertem Wasser auf konstantem Niveau gehalten. Für die Versuche wurde eine Absaugvorrichtung gemäß Fig. I mit folgenden Abmessungen verwendet.

Absaugfläche: f=470cm² (Breite: 34cm; Länge 13,8 cm).

Der Abstand der zur Flüssigkeitsoberfläche parallelen Wandung (B) des Absaugschuhs zum Flüssigkeitsspiegel war variabel. Er wird im folgenden und auch bei den übrigen Beispielen als »lichte Höhe« (/;) bezeichnet und dient bei Verwendung eines Absaugventilators konstanter Leistung dazu, die Verdunstung an der Oberfläche des Flüssigkeilsbades zu steuern. Zwei gegenüberliegende Seiten der Wandung (B) sind mit einem senkrecht in die Lackbadoberfiäche eintauchenden Rand [R) versehen. Das Lackbad wurde durch leichtes Rühren bei konstanter Drehzahl während der gesamten Versuchsdauer in gleichbleibender Bewegung gehalten: die Lufttemperatur betrug 23-25° C; die relative Luftfeuchtigkeit betrug 45 %.

Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, wurden bei 30⁰C unter den bisher üblichen Bedingungen (ohne Absaugschuh) nur 50 ml Flüssigkeit pro Stunde verdampft. Bei Verwendung des Absaugschuhs gemäß Fig. 1 beobachtete man je nach der lichten Höhe (/;) des Absaugschuhs eine veränderliche Absauggeschwindigkeit der Luft über der Flüssigkeitsoberfläche. Je niedriger der Absaugquerschnitt der Vorrichtung war, umso höher war die mit dem Anemometer gemessene Geschwindigkeit der über dem Flüssigkeitsspiegel im Absaugschuh parallel zur Flüssigkeitsoberfläche fließenden Luft. Entsprechend änderte sich der Flüssigkeitsverlust des Elektrotauchlackbades. Er betrug 145-430ml Flüssigkeit pro Stunde. Diese Ergebnisse wurden bei mehrstündiger Versuchsdauer als Durchschnittswerte erhalten.

Die verdunsteten Flüssigkeitsmengen waren auch von den Badtemperaturen abhängig. Unter sonst konstanten Versuchsbedingungen führte das Erhöhen der Badtemperatur von 25°C auf 35°C dazu, daß rund 85% mehr Flüssigkeit verdampft werden.

Tabelle 1	Relative Luft	»lichte Höhe« (h)	Ansaugquerschnitt	Luftgeschwindig-	Verdunstungs	3.5 cm
	feuchtigkeit	des Absaugschuhs	des Absaugschuhs	keil (Anemometer)	menge	Absaugquerschnitt: 48,3 cm²
Verdunstungsmengen	%	cm	cm²	cm/s	ml/Stunde	Luftgeschwindigkeit: 11,5 m/s
Temperatur	45				50
des Lackbades	45	3,5	48,3	1200	430
C	45	4,5	62,1	900	260
30	45	5,0	69,0	800	185
30	45	5,5	75,9	650	160
30	45	6,0	82,8	600	145
30	45	3,5	48,3	1200	310
30	45	3,5	48,3	1200	430
30	45	3,5	48.3	1200	570
25				lichte Höhe (h):
30	Beispiel 2
35		Der in Beispiel 1 beschriebene Behälter wurde mit 121

eines vorwiegend wäßrigen Lackes gefüllt. Die Flüssigkeitsoberfläche betrug 900 cm². Für den Versuch wurde eine Absaugvorrichtung gemäß Fig. I verwendet.

Badtemperatur:
Lufttemperatur:
Relative Luftfeuchtigkeit:

30°C

23-25°

50

45%

Das Lackbad enthielt zu Beginn des Versuches 3,7% Isopropanol.

Unter Verwendung der Absaugvorrichtung sank der Isopropanol-Gehalt innerhalb von 6 Stunden von 3,7% auf 0,7% (gaschrorr.atographische Messung). Der Lack war sodann in einem verarbeitungsfähigen Zustand. Über die Flüssigkeitsstandhaltung wurden 410 cm³ Wasser pro Stunde nachgefüllt.

Tabelle 2

Yersuchsdauer	Badtemperatur	Isopropanolgehalt	des Lackbades (%)
Std.	°C
		ohne Absaugschuh	erfindungsgemäß,
			mit Ansaugschuh

1
1

3
4
5
6

30
30
30
30
30
30
30

3,7
3,2
2.9
2.7
2.6
2,5
2,4

3,7
2,6
2,0
1,5
1,2
0,9
0,7

Verdunstung ml/h

105 ml/h

410 ml/h

10

Ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung sank im gleichen Zeitraum von 6 Stunden der Isopropanol-Gehall von 3,7% lediglich auf 2,4%. Der Flüssigkeitsverlust betrug insgesamt nur 105cm³ pro Stunde. Der Lack befand sich nach dieser Zeit noch nicht in einem einwandfrei verarbeitbaren Zustand. Oberflächenstörungen des abgeschiedenen Lackes sowie Spannungsempfindlichkeit waren noch deutlich ausgeprägt.

Beispiel 3

Wie in Beispiel 2 wurde ein Elektrotauchbecken mit 121 Lack, einer Flüssigkeitsoberfläche von 900 cm² und einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung wie in Fig. 1 dargestellt dem Versuch zugrundegelegt.

Die weiteren Versuchsbedingungen waren:

20

Badtemperatur:	30° C	3,5 cm
Lufttemperatur:	23-25°C	48,3 cm²
Relative		1150 cm/s.
Luftfeuchtigkeit:	40-50%
Absaugschuh:
wie Beispiel 1:	lichte Höhe (A):
	Absaugquerschnitt:
	Luftgeschwindigkeit:

25

Das Lackbad enthielt 3,8 Gew.-% Isobutanol (2-Methyl-Propanol-(l)). Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der obengenannten Absaugvorrichtung sank der Isobutanol-Gehalt innerhalb von 8 Stunden von 3,8Gew.-% auf 0,4 Gew.-% (gaschromatographische Messungen). Die Flüssigkeitsstandhaltung mußte 390 ml Wasser pro Stunde nachfahren.

Ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde auch nach 60slündigem Rühren bei 30°C nicht derselbe geringe Isobutanol-Gehalt erzielt (0,7 Gew.-%). 90 ml Wasser pro Stunde müßten dabei ersetzt werden.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung erlaubte es, den Lack bereits nach 8 Stunden einwandfrei zu verarbeiten. Bis zu diesem Zeitpunkt waren die Abscheidungen »spannungsempfindlich«, d.h. unter Vorgabe einer konstanien Abscheidungsspannung wurden nach dem Einbrennen keine schichidicken-konstanlen Fiime und Beschichtungen erzielt. Zudem wiesen die Beschichtungen nach dem üblichen Einbrennen Störungen wie Blasen und poröse Abscheidungen mit niedrigem spez. Gewicht auf, die deshalb nicht nur optisch einen schlechten, ungenügenden Eindruck machten, sondern auch mangelhafte mechanische Eigenschaften (nicht kratzfest etc.) und ungenügenden Korrosionsschutz aufwiesen.

Ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung war der Lack erst nach 36 Stunden in einem verarbeitbaren Zustand.

Als Maß für die Verarbeitbarkeit wurde die Schichtdicke des eingebrannten Filmes (Abscheidung unter konst. Spannung) herangezogen.

Tabelle 3

Versuchs	0	Badtemperatur	Ohne Absaugvorrichtung	Hierzu 2	Schichtdicke	Erfindungsgemäß,	mit Absaugvorrichtung
dauer	2	⁰C			[2 min/360 V
h	4		Isobutanol-	20 min/190° C]	Isobutanol-	Schichtdicke
	6		Gehalt	μηΊ	Gehalt	[2 min/360 V
	8		Gew.-%	44,5	Gew-.%	20 min/190" C]
	10			42,4		μπι
12	30° C	3,8	36,0	3,8	44,2
30		3,1	31,8	2,2	27,6
36		2,8	27,8	1,4	23,7
60		2,5	24,7	0,6	21,3
		2,3	22,5	0,4	18,8
	2,2		0,2	17,6
	2,1	18,5	0,1	17,5
	1,3
	1,0	Blatt Zeichnungen
	0,7

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von flüchtigen Substanzen aus Elektrotauchlackbädern, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Teil der Oberfläche des Elektrotauchlackbades ein künstlich erzeugter Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 20 m/s geführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zur Elektrotauchlackbadoberfläche parallele, in ihrem Abstand zur Badoberfiäche veränderliche Wandung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Elektrotauchbadoberfläche parallele Wandung einen Abstand von 2 bis 20, vorzugsweise 3 bis 12 cm zur Elektrotaachlackbadoberfläche aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Lackbadoberfläche parallele Wandung teilweise mit einem in die Lackbadoberfläche, vorzugsweise senkrecht, eintauchenden Rand versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand bis zu 30 cm breit ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie am Rande des Elektrotauchlackbades befestigt ist.