CN101808750B - 分离液体涂料的过喷的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了从流过用于涂布工件的设备的涂布区(108)的空气流分离出液体涂料的过喷，用送入空气流中的助剂作用于存在于空气流中的过喷，使用具有纤维结构或空腔结构的颗粒和/或与过喷颗粒进行化学反应的颗粒材料或流体。

Description

分离液体涂料的过喷的方法和装置
技术领域
本发明涉及从流过用于涂布工件的设备的施加区域的空气流或气体流中分离出液体涂料的过喷的方法和装置。尤其是涉及用于车身自动喷漆的设备或其优选具有喷漆机器人的部件。 
背景技术
WO 2007/039276A1和WO 2007/039275A1以及DE 10 2005 013 708A1、DE 10 2005 013 709 A1、DE 10 2005 013 710 A1和DE 10 2005 013711 A1公开了此类方法和装置，在此将其全部公开内容并入本申请。根据这些系统，在利用喷嘴排列预先将所谓的流动性颗粒状预涂材料分散到废气流中之后，在过滤装置中从喷漆室的废气流干燥分离出湿漆过喷。已知预涂材料的目的在于作为阻挡层沉积在过滤器表面上，以防止该表面被附着的过喷颗粒粘住，这些颗粒的“去粘”特性主要是因为尺寸小及由此产生的大的比表面积，还因为其表面结构。尤其是应当使用石灰、石粉、铝硅酸盐、氧化铝、氧化硅、粉末涂料或者类似物作为在过滤装置中利用过喷分离的预涂材料。通过定期清洁过滤装置，使预涂材料与湿漆过喷的混合物进入收集容器中，由此可以部分地作为预涂材料重新使用。在涂料浓度过高时，必须从涂布设备去除混合物，通常将其作为生活垃圾进行处置，即焚烧或者掩埋。由于其中含有有用成分，该处置方法并不合理。 
DE 42 11 465 C2公开了另一种上述类型的方法，其用于对在喷漆时产生的由来自废气流的粘性涂料微粒组成的雾进行干燥分离、回收以及再处理。在该方法中，加入与涂料相容的、适用于分离出的雾的粉末助剂。将一部分回收的粉末助剂重新通过所述室送入循环中使用，同时排 出其他部分以加工该部分从而在添加新鲜涂料原料和/或溶剂的情况下形成新的涂料，并补充新鲜的粉末助剂。应当使用颜料或无机填料作为与涂料相容的粉末助剂。 
发明内容
基于所述的现有技术，本发明的目的在于，提供利用辅助材料的方法或相应的设备，与目前的状况相比所述辅助材料能够更好地形成过喷，此外可以更好地适应于自动涂布设备的要求。 
可以使用专门制备的或者利用特殊工艺制备的物质，以提高下面也称作预涂材料的助剂对于过喷的吸收能力。例如可以使用具有大的内表面积的颗粒，例如沸石，即天然或合成制备的水合铝硅酸盐。其由于具有大量的孔和管道的空腔结构，从而具有比较大的内表面积、非常高且特殊的离子交换能力、吸附能力和水合能力(1克沸石可以具有最大1000m2的表面积)。 
同样可以使用可商购的由聚合物、玻璃或硅酸铝等制成的空心球，优选具有涂料颗粒可以从外部进入的内腔，从而能够改善吸收能力。 
为此还可以使用由天然来源的不同材料如棉花、纤维素、硅灰石、绿坡缕石和海泡石制成的纤维，或者由合成产品制成的纤维，如玻璃纤维、陶瓷纤维、石膏纤维、碳纤维或聚合物纤维等。 
由于此类物质的纤维结构和/或空腔结构具有相对于其外径尺寸更大的内表面积和/或外表面积，涂料颗粒有效地吸附到预涂颗粒中。 
替代该颗粒或者优选除了该颗粒以外，根据本发明还可以使用液态或气态流体作为助剂或添加剂。 
在某些情况下，可以针对性地或者甚至需要使过喷不以物理方式或者不仅以物理方式，而以例如化学方式结合在预涂材料的表面上。为此，所述预涂材料具有反应性基团，如胺基、环氧基、羧基、羟基或异氰酸酯基，或者可以在预涂材料中掺入在其表面上具有这些基团的物质。这些物质例如可以是固态或液态的单体、低聚物或聚合物或硅烷、硅烷醇 或硅氧烷，其条件是：根据本发明使用的物质不应引起涂布缺陷。可使用的化学反应性物质的其他实例是可商购(商品名为AEROXIDE Alu C805)的用辛基硅烷后期处理的氧化铝。所有在此所述的物质均可单独使用，或者作为不同物质的混合物使用。根据本发明一般优选为两种或更多不同组分的混合物，由此除了结合和/或吸收涂料颗粒的作用之外，还使重要的工艺特性最优化，例如输送特性，包括可流化性和流动性。例如可以使用细碎氧化铝或者细碎或高度分散的(热解)二氧化硅作为用于改善流动性和可流化性的添加剂。由于其比表面积大，这些物质同时可以改善辅助材料的吸收能力。 
优选为自身不挥发并且不会由于与辅助材料或涂料的非期望的化学反应而产生有害的挥发性物质的添加剂。 
可以将液态或气态物质或流体作为颗粒状或粉末状预涂材料的添加剂，优选通过喷嘴将其喷入含有过喷的空气流或其他气体流中，和/或预涂材料中。例如可以通过涡流喷嘴喷入流体，所述涡流喷嘴可以位于特殊的接收容器上，将颗粒状预涂材料送入所述接收容器中，如同时的PCT申请所述(对应于DE 10 2007 040 154.1)，在此将其所有内容并入本申请中。 
适合作为添加剂加入颗粒状预涂材料中的液体的针对性的实例是水解的胺，如NH4OH，作为NH3水溶液的产物。在水解的胺与酯的反应(皂化反应)中，获得对应于各种酯的酸的反应性胺盐。更一般而言，含有反应性分子或物质的液体，即盐溶液或者可溶性物质的溶液，适合于本发明。所述胺尤其是以化学方式与某些涂料成分反应，并且应当消除由过喷和预涂材料组成的混合物的粘着性。其粘着性越小，则更易于流化、分散和输送(出)，而且在必须丢弃并且被新鲜材料替换之前在预涂材料中的涂料过喷的比例更高，从而在丢弃的预涂材料不应重复用于其他目的的情况下，产生更少量的废弃物。应当优选在过滤器范围内，例如通 过上述任选已存在的位于预涂材料接收容器上的涡流喷嘴，将例如含有胺的液体喷入流化的预涂材料中。 
作为除了颗粒状预涂材料以外同样可以使用的气态助剂，例如可以考虑氨(NH3)或者其他尤其是具有反应性基团的气体，或者具有反应性基团并且至少在高于20℃的温度下可挥发的一般分子。可以想象的是，合成含有在此及其他上述反应性基团的短链的挥发性物质或低聚物。 
作为掺入根据本发明的辅助材料中的物质，还可考虑上述已知方法中使用的预涂颗粒，包括粉末涂料。 
可以在一个独立的过程中添加所述的添加剂或填充料，即将现成的混合物提供给设备操作人员，或者在涂布过程中。在特殊情况下可以根据所产生的过喷的量，在涂布过程中进行添加。 
通常可以针对性地选择根据本发明使用的物质，从而适合于设备中各种所用的涂料。 
使用适当的混合物可以显著提高辅助材料对于涂料的吸收能力，从而可以实现更低的运行成本以及对于干扰更不敏感的过程。此外，本发明的一个重要的优点在于：与在前述已知的方法中使用单独的纯原料的情况相比，通过混合多种组分可以使辅助材料最佳地明显更优地适合于应用目的以及自动涂布设备的要求。 
可以如同已知的方法，在使用之后将助剂部分地重复用于涂布设备中。根据本发明的另一个对于优化涂布设备运行的同样重要的方面，可以针对性地选择辅助材料的物质，从而在涂布设备中使用之后不必将其无用处地以昂贵的费用进行处置，而是可以用于不同于工件涂布的其他用途。其实例是根据本发明的辅助材料作为隔绝材料的用途。另一个特别有意义且典型的实例是在砖瓦或水泥工业等中的热利用，例如作为添加剂或填充料存在的无机成分进入所期望的产品中，同时可以利用涂料成分作为产生所需燃烧过程中的能量载体。 
依照附图中所示的实施例阐述本发明。附图中所示及下面所述的涂布设备并不是本发明的主题，而是由WO 2007/039276 A1所公开。 
附图说明
图1所示为涂布设备的透视图； 
图2所示为预涂材料供料容器的垂直截面图；及 
图3所示为根据图2的供料容器内用于预涂材料的喷射器的示意图。 
具体实施方式
图1所示用于车身102的涂布设备包括输送装置104，其用于使车身102在输送方向106上通过作为整体标记为110的涂布室的涂布区108。涂布区108是涂布室110的内部空间，其是在垂直于输送方向106，即垂直于涂布室110的纵向相对于输送装置104两侧的水平横向延伸的方向上，分别通过室壁114限定的。在涂布室110中在输送装置104的两侧安装有例如涂布机器人形式的涂布机116。 
利用(未示出的)空气循环回路产生从上向下基本上垂直通过涂布区108的空气流。该空气流在涂布区108中吸收过喷颗粒形式的涂料过喷。在此，术语“颗粒”包括固体颗粒和液态颗粒，尤其是液滴。在使用湿态涂料时，湿态涂料过喷由涂料液滴组成。大多数过喷颗粒的最大尺寸在大约1μm至大约100μm的范围内。 
废气流向下离开涂布室110，并进入用于从废气流中分离出湿态涂料过喷的设置在涂布区108下方的作为整体标记为126的装置中。所述装置126包括基本上呈直角平行六面体形状的流动腔128，所述流动腔在输送方向106上在涂布室110的整个长度上延伸，并且是在涂布室的横向上通过垂直侧壁限定的，所述侧壁基本上与涂布室110的侧室壁114排成直线，从而使流动腔128基本上具有与涂布室110相同的水平横截面积，并且基本上完全布置在涂布室110底面的垂直投影范围内。流动腔128被本实施例中基本上呈水平导流面134形式的导流元件132分成上区段136和下区段138。这些区段136和138通过狭窄部位相互连接，所述狭窄部位在导流元件132的位置相对的自由边缘之间具有间隙形状，并且在废气流的流动路径中形成穿过流动腔128的缩窄部分。所述狭窄部位的水平横截面积是流动腔128在狭窄部位高度上的水平横截面积的大约35％至大约50％。废气流在狭窄部位范围内的气体流速可以为大约0.6m/s至大约2m/s。流动腔128的下区段138被平行于输送方向106延伸的垂直的隔壁142分成两个部分区段。
每个导流元件132在狭窄部位一侧的边缘中均安装有在输送方向106上延伸的预涂喷枪的形式的预涂材料供应装置144。每个预涂喷枪可以具有例如大约30mm的直径，并且具有若干个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴在预涂喷枪的纵向上以大约50mm至大约100mm的距离设置，并且孔径可以在大约3mm至大约15mm的范围内。预涂喷枪的雾化喷嘴例如间歇性地将预涂材料以喷雾形式送入废气流中。 
预涂材料供应装置144分别通过一个或多个预涂材料供应管146与预涂材料供料罐148相连，于其中储存流动状态(流化)的预涂材料。预涂材料可以按照现有技术由例如平均直径在大约10μm至大约100μm的范围内但也可更大或更小的颗粒组成。 
预涂材料供料罐148的结构如图2详细所示。在供料罐148内部具有储存腔150，该储存腔呈漏斗状向下逐渐变细，并且包含由流动性预涂材料组成的流化床152，所述流化床位于压缩空气腔154上方。利用图3详细所示的喷射器156从储存腔150输送预涂材料。喷射器156呈T形，具有压缩空气接头158、预涂材料供应管146的接头160以及伸入储存腔150内的流化床152中的喷枪162。喷射器156利用压缩空气(例如在约为5巴的压力下)从压缩空气接头158向预涂材料供应管146的接头160流过以输送预涂材料，如图3中箭头164所示。通过压缩空气流产生众所周知的抽吸效应，由此将流化的预涂材料从流化床152经由 喷枪162吸入到喷射器156中，并经由接头160进入预涂材料供应管146中。通过喷射器156的预涂材料在图3中以箭头166表示。 
在流动腔128下区段138的部分区段中，在狭窄部位的两侧均安装有用于从废气流分离出湿态涂料过喷的分离装置168。分离装置168均包括多个安装在流动腔128的两个位置相对的垂直的侧壁上的、在输送方向106上具有相互距离的可再生的表面过滤器170，其过滤元件172伸入到流动腔128的下区段138中。每个可再生的表面过滤器170包括空心基体，其上固定有多个例如基本上呈板状的过滤元件172。过滤元件172例如可以是由烧结聚乙烯制成的板，在其外表面上具有由聚四氟乙烯(PTFE)制成的薄膜。PTFE涂层用于提高表面过滤器170的过滤等级，即减小其透过率，此外还应当防止从废气流分离出的湿态涂料过喷永久附着。过滤元件172及其PTFE涂层的基本材料均具有多孔性，使得废气可以通过微孔进入各个过滤元件172的内腔中。 
为了防止粘住过滤器表面，额外设置由送入废气流中的预涂材料组成的阻挡层。该阻挡层是在装置126运行过程中通过分离出送入到废气流中的预涂材料在过滤器表面上形成的，并防止粘着的湿态涂料过喷粘住过滤器表面。来自废气流的预涂材料也沉积在流动腔128下区段138的分界壁上，在此同样防止湿态涂料过喷的附着。 
废气流掠过可再生的表面过滤器170的过滤元件172的表面，其中携带的预涂材料以及携带的湿态涂料过喷在过滤器表面上被分离出来，并且经由多孔的过滤器表面进入过滤元件172的内腔中，这些内腔与各个表面过滤器170的基体174内的空腔相连。净化后的废气流经由基体174进入各个排气管176中，该排气管从各个可再生的表面过滤器170通向位于流动腔128的垂直侧壁旁边并且平行于输送方向106延伸的排气道178。清除了湿态涂料过喷的废气从两个排气道178经由废气收集管到达循环空气风机(未示出)，由此通过设置在涂布区108上方的空气室的冷却管组将净化的废气供应给所谓的集气室。净化的废气由此经由 过滤器顶返回到涂布区108中。释放到周围环境的部分废气流用新鲜空气补充，通过新鲜空气供应管将新鲜空气供应给送风装置。通过两个风幕发生装置200将新鲜空气送入流动腔128中，所述风幕发生装置分别通过送风管202与送风装置相连，并且分别具有沿着输送方向106延伸的送风室204，通过送风管202给送风室送风。送风装置包括冷却管组(未示出)，利用冷却管组对送入风幕发生装置200中的空气进行冷却，使其温度低于从涂布区流出的废气流，从而使经由风幕发生装置200送入的空气在流动腔128中向下，即朝向导流元件132的待保护的表面下降。该冷却的进风继续流过流动腔128的下区段138、排气道178以及废气收集管，该冷却的进风与来自涂布区108的废气流混合，从而通过循环风机对经由送风管重新供应给涂布区的净化的废气的加热进行部分补偿。大部分经过涂布区108的空气在循环空气回路中流动，所述循环空气回路包括涂布区108、流动腔128、排气道178、废气收集管、循环空气风机、送风管以及位于涂布区108上方的空气室，其中避免在循环空气回路中流动的空气持续加热。 
因为从废气流120分离出湿态涂料过喷利用表面过滤器170进行干燥，即不用清洗液进行洗涤，所以在分离湿态涂料过喷时在循环空气回路中流动的空气并不受潮，从而不需要对在循环空气回路中流动的空气进行除湿的装置。此外，也不需要从洗涤清洗液分离出湿态涂料过喷的装置。 
若可再生的表面过滤器170的负载的湿态涂料过喷达到规定的程度，则可以在一定的时间间隔内用压缩空气脉冲吹扫干净。在吹扫干净之后利用预涂材料供应装置144将预涂材料加入到废气流中，从而在过滤器表面上产生新的阻挡层，其中所述阻挡层可以由100％不含湿态涂料的预涂材料组成，或者也可由负载了湿态涂料的预涂材料组成。 
从过滤器170的过滤器表面清除的含有湿态涂料的材料进入预涂材料收集容器112，其中有多个设置在流动腔128的下区段138中，从而 使其指向上方的开口基本上覆盖流动腔128的整个水平横断面。以此方式确保从表面过滤器170清除的所有材料以及在到达表面过滤器170之前已经从废气流分离出的预涂材料和过喷材料通过所述开口进入预涂材料收集容器212中。每个预涂材料收集容器均可具有朝向下方呈漏斗状逐渐变细的上部和基本上呈直角平行六面体形状的下部。预涂材料收集容器212的每个上部均在上方开口附近配备有横向穿越上部的压缩空气喷枪220，利用该喷枪用压缩空气脉冲作用于位于上部中的材料，并由此进行翻腾。翻腾的材料可以向上经过开口，并且例如沉积在表面过滤器170的过滤器表面上，或者沉积在垂直隔壁142上，其通过含有预涂材料的涂层防止来自废气流的湿态涂料过喷附着。 
从预涂材料收集容器212的下部可以将其中所含的材料即由预涂材料和湿态涂料过喷组成的混合物通过各个设置在预涂材料抽吸泵223中的抽吸管222送入到各个预涂材料供料罐148中，从而由此以所述方式通过预涂材料供应管146作为预涂材料供应给新的应用。 
除了从中将负载了湿态涂料的预涂材料供应给供应管146的预涂材料供料罐148之外，装置126还可以包括其他的预涂材料供料罐，该供料罐并不与收集容器212相连，而是装有不含湿态涂料的预涂材料，从而选择性地将不含湿态涂料的预涂材料供应给预涂材料供应管146。可以例如大约15分钟至大约1小时的时间间隔对表面过滤器170和垂直隔壁142进行中间预涂。为了在该中间预涂过程中或者在吹扫过程以及随后对表面过滤器170进行预涂的过程中，防止预涂材料经由狭窄部位进入涂布区108中，或者防止湿态涂料过喷经由狭窄部位到达表面过滤器170，在这些过程中利用封闭装置226将狭窄部位封闭。 
上述实施例可以在本发明的范畴内以不同方式进行改变。例如可以使用简单的流化罐代替利用喷射器156如同泵工作的供料罐148，并利用设置在下游的泵输送流化的辅助材料。适合于此的尤其是按照密相流以及负压/正压原理进行计量的泵例如由EP 1 427 536 B1、WO 2004/087331 A1或DE 101 30 173 A1的图3所公开。此外，还可使用例如原则上由JP 02-123025 A或JP 06-278868 A所公开的所谓的吹送罐(Blowpot)作为供料罐。 
此外，还可以用不同于上述装置144的方式将预涂材料送入含有过喷颗粒的空气流中。尤其是可以优选将新鲜的辅助材料在作用于过喷之前首先输送到类似于容器212分布在涂布区108下方的收集容器中，辅助材料由此进入空气流中，如同期的PCT申请所述(对应于DE 10 2007040 154.1)。 

Claims (23)

1.从流过用于涂布工件的设备的涂布区（108）的气体流分离出液体涂料的过喷的方法，其中用至少一种送入气体流中的助剂作用于进入在涂布区（108）中的气体流中的过喷，其特征在于，至少部分地使用具有纤维结构或空腔结构的颗粒和/或使用与过喷进行化学反应的颗粒材料和/或流体作为用于吸收和/或结合过喷的助剂，经过过滤装置（168）引导气体流以分离出过喷颗粒。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用由两种以上不同物质组成的混合物作为所述助剂。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，使用沸石或由聚合物、玻璃或硅酸铝组成的空心的球形的物体作为具有空腔结构的颗粒。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，使用天然或合成纤维作为所述颗粒。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述助剂具有选自胺基、环氧基、羧基、羟基或异氰酸酯基的反应性基团，或者在所述助剂中掺入在其表面上具有选自胺基、环氧基、羧基、羟基或异氰酸酯基的反应性基团的物质。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所用的化学反应性颗粒由用辛基硅烷后期处理的氧化铝组成或者在其表面上具有该物质。
7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将氧化铝和/或热解硅酸混入所述助剂中。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，除了颗粒材料之外还使用一种或多种液态或气态的流体，并将其喷入作用于过喷的空气流或气体流中和/或助剂中。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述一种或多种液态或气态的流体是化学反应性的流体。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过喷嘴将所述流体喷入作用于过喷的空气流或气体流中和/或助剂中。
11.根据权利要求8的方法，其特征在于，作为液态流体使用水解的胺。
12.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，选择适合于在从涂布设备去除之后用于不同于涂布工件的其他目的的助剂。
13.从流过用于涂布工件的设备的涂布区（108）的气体流分离出液体涂料的过喷的装置，其具有分离装置（168），在该分离装置中用至少一种送入气体流中的助剂作用于进入在涂布区（108）中的气体流中的过喷，其特征在于，至少部分地使用具有纤维结构或空腔结构的颗粒和/或使用与过喷进行化学反应的颗粒材料和/或流体作为用于吸收和/或结合过喷的助剂，所述分离装置（168）包括过滤元件（170，172），通过所述过滤元件引导所述气体流。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于，提供由两种以上不同物质组成的混合物作为所述助剂。
15.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，提供沸石或由聚合物、玻璃或硅酸铝组成的空心的球形的物体作为具有空腔结构的颗粒。
16.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，提供天然或合成纤维作为所述颗粒。
17.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，所述助剂具有选自胺基、环氧基、羧基、羟基或异氰酸酯基的反应性基团，或者在所述助剂中掺有在其表面上具有选自胺基、环氧基、羧基、羟基或异氰酸酯基的反应性基团的物质。
18.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，所提供的化学反应性颗粒由用辛基硅烷后期处理的氧化铝组成或者在其表面上具有该物质。
19.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，将氧化铝和/或热解硅酸混入所述辅助材料中。
20.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，除了颗粒材料之外还使用一种或多种液态或气态的流体，并将其喷入作用于过喷的空气流或气体流中和/或助剂中。
21.根据权利要求20的装置，其特征在于，所述一种或多种液态或气态的流体是化学反应性的流体。
22.根据权利要求20的装置，其特征在于，通过喷嘴将所述流体喷入作用于过喷的空气流或气体流中和/或助剂中。
23.根据权利要求13或14的装置，其特征在于，提供适合于在从涂布设备去除之后用于不同于涂布工件的其他目的的助剂。
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