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Verfahren und Vorrichtung zum Nachsetzen von Beschichtungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachsetzen von Beschichtungsmaterial zu wässerigen, auf der Basis von Kunstharzen aufgebauten, in Elektrobeschichtungsanlagen verwendeten Anstrichmitteln, wobei das Anstrichmittel über Ionenaustauscher geleitet und sodann in die Beschichtungsvorrichtung zurückgeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In den bekannten Elektrobeschichtungsanlagen werden bevorzugt wässerige Anstrichmittel verwendet. Diese können sowohl auf der Basis von anodisch abscheidbaren Harzen als auch auf der Basis von kathodisch abscheidbaren Harzen aufgebaut sein. Für beide Arten gilt, dass befriedigend gute Filme in- nerhalbeinesbestimmtenpH-Bereiches, der für das jeweilige Harz oder die jeweilige Harzmischung ermittelt werden muss, erreicht werden können.
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anorganischen Basen hergestellt werden, sind jedoch in Wasser löslich. Meist wird die Elektrobeschichtung bei pH-Werten zwischen 7 und 8 in diesen Systemen durchgeführt. Zu Beginn des Beschichtungsvorgangeswird der pH-Wert des Anstrichmittels eingestellt.
Während des Beschichtungsvorganges ändert sich entsprechend der abgeschiedenen Harzmenge neben dem Festkörpergehalt des Anstrichmittels auch der pH-Wert desselben, da nur die Harzkomponente der Harzseife an der Anode abgeschieden wird und das Amin, Ammoniak oder die anorganische Base im Anstrichmittel zurückbleibt. Wäre das Kunstharz selbst in dem Anstrichmittel gut löslich, so könnte der pH-Wert des Anstrichmittels durch das nachgesetzte Kunstharz selbst wieder hergestellt werden. Da das Nachsetzmaterial auch bei Vorliegen in Form einer Nachsetzpaste, die durch Anreiben von Harz, gegebenenfalls Pigmenten und Lackhilfsmitteln mit geringen Mengen von organischen Lösungsmitteln erhalten wird, im Anstrichmittel oft sehr schwer, manchmal auch praktisch unlöslich ist, muss zu einer der im folgenden beschriebenen Methoden des Nachsetzens gegriffen werden.
Die eine Möglichkeit ist, die Nachsetzpaste unter Zuhilfenahme von organischen Lösungsmitteln im Anstrichmittel zu lösen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass grössere Zusätze von organischen Lösungsmitteln die Filmqualität beeinträchtigen. Üblich ist, nicht mehr als 7 Gew. -'10, bezogen auf Paste, an organischen Lösungsmitteln zuzusetzen. Zudem führt die Verwendung von organischen Lösungsmitteln zu erhöhten Kosten sowohl der Anlage als auch des Materials. Die Re- gelungdes PH-Wertes ist aber durch das Zugeben nach dieser Methode bereits erreicht. Die andere Möglichkeit ist, das Harz durch Zugabe von Basen zu der Nachsetzpaste soweit wasserlöslich zu machen, dass das Nachsetzen der Paste möglich wird.
In diesem Fall ist es aber erforderlich, den PH -Wert des Anstrichmittels mit Hilfe von Ionenaustauschern oder Diaphragmen auf dem gewünschten Wert zu halten.
An eine bekannte Elektrobeschichtungsanlage ist zu diesem Zweck ein Behälter angeschlossen, der das Ionenaustauschermaterial aufnimmt, wobei das Anstrichmittel über diesen Behälter und sodann zurück in die Beschichtungsvorrichtung geleitet wird.
Diese Vorrichtung hat zunächst den Nachteil, dass Ionenaustauscher genau kontrolliert werden müs-
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sen, um das rechtzeitige Regenerieren derselben zu veranlassen. Dabei gehen aber die eingesetzten
Amine sowie organische Lösungsmittel grossteils verloren. Die Verwendung von Diaphragmen, gegebe- nenfalls von Elektrodialyse, verlangt aufwendigere Vorrichtungen, intensive Betreuung der Anlagen und grosse Wassermengen zum Spülen der Diaphragmenräume. In den beschriebenen Fällen ist es jedoch er- forderlich, das Nachsetzmaterial in einem speziellen Vormischbehälter zuzugeben. Dabei muss ein Ge- wichtsverhältnis zwischen Anstrichmittel und Nachsetzpaste von 10 : 1 eingehalten werden. Der Misch- vorgang kann erst nach 2stündigem intensivem Mischen der Komponenten abgeschlossen werden.
Daraus ersieht man, dass grosse Vormischbehälter insbesondere bei grossem Turnover des Anstrichmittels erfor- derlich sind und dass kontinuierliches Nachsetzen nicht möglich ist.
Die vorerwähnten Nachteile werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsge- mäss dadurch vermieden, dass in dem Behälter, der für die Aufnahme des Ionenaustauschermaterials bestimmt ist, unter Mischen Nachsetzpaste in einer dem Verbrauch von Festkörper entsprechenden Menge zugegeben wird. Das erfindungsgemässe Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass das Nachsetzmaterial innerhalb kürzester Zeit gelöst wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann das Anstrichmittel diskontinuierlich in dem Verbrauch an Festkörper entsprechenden Zeitabständen oder kontinuierlich über das Ionenaustauschermaterial geleitet werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass Ionenaustauschermaterial eingesetzt wird, das bereits vor Beginn des Beschichtungsvorganges mit der Komponente des Anstrichmittels beladen worden ist, die zur Bildung von Harzseifen in dem Anstrichmittel eingesetzt worden ist, die nicht an den zu beschichtenden Gegenständen abgeschieden wird und sich daher in dem Anstrichmittel anreichert.
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die aus einer Elektrobeschichtungsanlage besteht, an die ein Behälter zur Aufnahme von Ionenaustauschermaterialangeschlossenist, ist nach der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass an dem Behälter neben üblichen Zu- und Abführstutzen für Anstrichmittel und Ionenaustauschermaterial ein Zuführ- stutzen für Nachsetzpaste angeschlossen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun an Hand eines Beispiels, das sich auf anodisch abscheidbares Überzugsmaterial bezieht, näher erläutert.
Zur Herstellung des Anstrichmittels werden zunächst 79, 7 Gew.-Teile Epoxyalkydharz (75ig in Butylglykol), 0, 68 Gew.-Teile Russ, 12, 94 Gew.-Teile Titandioxyd und 7, 09 Gew.-Teile Aluminiumsilikat zu einer Paste verrieben. Die Paste wird mit Diäthylamin versetzt und mit Wasser auf 100/0 Fest- körpergehaltverdünnt. DasBad zeigt eine Leitfähigkeit von 0,84 mS und einen pH-Wert von 7,2. Während des Beschichtungsvorganges sinkt der Festkörpergehalt nach und nach auf 9%, der PH-Wert erreicht 7,5. Für einen Laborversuch wurden 200 g dieses verarmten Bades in einem Becherglas mit 350 g Ionenaustauscher unter Zugabe von 3 g Nachsetzpaste gerührt.
Als Ionenaustauscher wurde ein schwach saurer
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7,2 und einen Festkörpergehalt von 101o auf.
In der Praxis wird das Nachsetzen jedoch zumindest halbkontinuierlich durchgeführt. Hiebei wird ein Teil der Überzugsflüssigkeit über einen Mischbehälter geleitet und kontinuierlich wieder zurück in die Beschichtungsvorrichtung. Der Mischbehälter ist etwa zur Hälfte mit dem Ionenaustauschermaterial gefüllt, der mit Diäthylamin beladen ist. Gleichzeitig mit dem Anstrichmittel wird die Nachsetzpaste der oben angegebenen Zusammensetzung in den Mischbehälter eingebracht. Mittels eines im Behälter vorgesehenen Rührwerkes werden die Substanzen intensiv gemischt. Der mit Amin beladene Ionenaustauscher wirkt hiebei gleichsam als Aminüberträger. Das nachgesetzte Harz wird innerhalb kürzester Zeit gelöst, ohne dass zusätzliches Amin in das Anstrichmittel eingetragen wird. Die Verweilzeit der Überzugsflüssigkeit im Mischbehälter beträgt etwa 5 min.
Ist der Festkörpergehalt des Bades von 10% und der pH-Wert von 7, 2 wieder erreicht, so wird der Kreislauf des Anstrichmittels über den Mischbehälter wieder unterbrochen.
Bei Anlagen, die einen grossen Turnover haben, kann jedoch auch kontinuierlich Nachsetzpaste in den Mischbehälter zugegeben werden, wobei ständig ein Teil des Anstrichmittels über den Mischbehälter läuft. So wird der pH-Wert von 7, 2 und der Festkörpergehalt von 101o praktisch ununterbrochen aufrecht erhalten. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, im Mischbehälter ein Volumverhältnis von Ionenaustauscher zu dem mit ihm in Berührung stehenden Anstrichmittelvolumen zwischen 0, 5 : 1 bis 1 : 4, vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1 : 2, einzuhalten.
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Der Mischbehälter kann vorteilhaft auch als Druckbehälter ausgebildet sein, an dem der Zuführ- stutzenfür das Anstrichmittel tangential angesetzt ist, und die Gestalt eines Zyklons aufweisen. Dadurch wird die Durchmischung des Inhaltes des Behälters erreicht. Mechanische Rührer sind dann nicht erforderlich.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann analog diesem Beispiel auch für andere Harze und andere Basen angewandt werden sowie für das Nachsetzen von kathodisch abscheidbarem Harz bzw. den entspre- chendenPasten. Hiefür muss nur der geeignete Ionenaustauscher gewählt werden, der dann entsprechend mit einer Säure beladen wird. Es kommen vorzugsweise Ionenaustauscher bestehend aus Kunstharzen zur Verwendung. Je nach dem erforderlichen PH-Wert des Anstrichmittels wird ein Ionenaustauscher gewählt. der Sulfonsäuregruppen, Carboxylgruppen oder Aminogruppen trägt.
Der verwendete Ionenaustauscher ist theoretisch unbegrenzt verwendbar, ohne dass Regenerieren notwendig ist. In der Praxis geht natürlich durch Abrieb Ionenaustauschermaterial verloren. Ebenso ist in sehr grossen Zeitabständen Regenerieren des Ionenaustauschers notwendig, da Badverunreinigungen, wie Metallionen, die von den zu beschichtenden Gegenständen abgelöst werden, Ionen, die aus der Bonderschicht der Metalle stammen, usw., an dem Ionenaustauschermaterial angereichert werden. Vergleicht man jedoch Anlagen, die nach einem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung von Ionenaustauschern arbeiten, mit solchen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeiten, so ist festzustellen, dass in herkömmlichen Anlagen die Ionenaustauscher mindestens hundertmal so häufig regeneriert werden müssen als in erfindungsgemässen Anlagen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren rasches, gegebenenfalls kontinuierliches Nachsetzen von Material in Elektrobeschichtungsanlagen möglich ist, wobei gleichzeitig der gewünschte pH-Wert des Bades aufrecht erhalten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Nachsetzen von Beschichtungsmaterial zu wässerigen, auf der Basis von Kunstharzen aufgebauten, in Elektrobeschichtungsanlagen verwendeten Anstrichmitteln, wobei das Anstrichmittel über Ionenaustauscher geleitet und sodann in die Beschichtungsvorrichtung zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter, der für die Aufnahme des Ionenaustauschermaterials bestimmt ist, unter Mischen Nachsetzpaste in einer dem Verbrauch von Festkörper entsprechenden Menge zugegeben wird.