CN108350288A - 用于分离过喷涂料的载体介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水基载体介质用于从喷漆房中的循环空气湿法洗涤去除过喷涂料的用途，所述载体介质含有至少40重量％的多官能有机氧基化合物。所述载体介质的特征在于其粘度在宽剪切应力范围的指定范围内，使得保证载体介质以依时均匀且近似层状的方式从湿法洗涤设备的分离表面流过。另一方面，本发明涉及一种使用前述载体介质进行湿法洗涤的方法。

Description

用于分离过喷涂料的载体介质

本发明涉及水基载体介质用于从喷漆房中的循环空气湿法洗涤过喷涂料的用途，所述载体介质含有至少40重量％的多官能有机氧基化合物。载体介质的特征在于其粘度在宽剪切应力范围的指定范围内，使得保证载体介质以依时均匀且近似层状的方式从湿法洗涤设备的分离表面流过。另一方面，本发明涉及一种使用前述载体介质进行湿法洗涤的方法。

在涂料车间中，特别是在汽车制造业中，通常将基于一种或多种溶剂或水的涂料喷涂到部件上。以这种方式将涂料、蜡或其他非水溶性有机涂层剂施加到金属表面或塑料表面上不能使涂料或涂层剂完全施加到待涂层的部件上。未按要求沉积在部件上并且必须从循环空气中去除的涂料部分被称为“过喷涂料”。过喷涂料被引入通常为水基的液体载体介质中以便与循环空气分离(“湿法洗涤”)，并且在颗粒涂料组分已经脱粘和结块之后从载体介质中去除并重新使用。取决于设备的构造和程序，在以这种方式湿法洗涤过喷涂料之后，通过在系统罐中漂浮或沉淀来分离脱粘和结块的涂料颗粒，所述系统罐为此目的而创建并将当前包含过喷涂料的载体介质转移到其中。连续地并且通过使用合适的去除装置和/或分离器从系统罐中的载体介质中去除结块物。进而，将当前不含结块物的载体介质连续地返回到喷漆房的分离装置用于湿法洗涤，从而实现循环系统。

通常通过在喷漆房的循环风道中借助于文丘里喷嘴湍流混合液体载体介质和“过喷”的悬浮颗粒来在喷漆房中对过喷涂料进行湿法洗涤。或者，以下湿法洗涤方法也是常见的，其中借助于由(至少部分地)在重力作用下向下流动的载体介质形成的帘幕而从喷漆房的循环空气中去除过喷涂料，其中所述过喷涂料与载体介质一起被去除，并且其中所述过喷涂料作为负载被转移到含有载体介质的蒸馏罐中。

WO2008/067880A2基本上描述了在液体载体介质流动所围绕的分离表面上的过喷涂料的湿法洗涤，其中省略了载体介质与循环空气以剧烈湍流的混合以有利于较低能量密集程序。然而，作为对该特定方法的适应，该文献提出使用具有低压的液体载体介质，例如植物油或乙二醇醚混合物，但是在其中过喷涂料的固体组分不能溶解或所述组分不能与其形成化学键，使得可以以简单的方式将过喷涂料与载体介质物理地分离。此外，如果载体介质本身不易氧化降解，使得载体介质在循环系统中的平均停留时间可以保持尽可能长，这也被描述为有利的。

在最后提到的那种方法中，最近已经建立了一种变型，其中洗涤发生在载体介质流过的分离表面上，过喷涂料在循环空气中被高电压离子化并且朝着电场中的分离表面移动。为此，分离表面本身由导电材料制成并且电连接到引起离子化的相反极。在WO2010/025844A1中描述了通过施加高电压促进过喷涂料的湿法洗涤，并且提出了使分离装置适应特定方法的合适方式，这使得可以在包括液体载体介质流动所围绕的分离表面的每个分离单元中将各电极集成。在有效的装置中，电极单元布置在距离载体介质流动所围绕的分离表面尽可能短的距离处，以便确保几乎每个被离子化的过喷涂料颗粒在与循环空气一起沿分离表面输送的同时沿着电场转移到载体介质中。这导致在程序上要求载体介质以尽可能均匀的方式且以可再现的湿膜厚度围绕分离表面流动，以使得其能够防止电极单元与分离表面之间发生电弧。

就此而言，WO2011/110302A1提出使用含有非离子表面活性剂的一种或多种多元醇和水的混合物作为液体载体介质用于湿法洗涤涉及离子化的过喷涂料，期望该混合物在23℃下具有11-25秒的粘度(根据DIN 53211使用4mm粘度杯(flow cup)测量)。优选的多元醇是甘油和聚亚烷基二醇，可以另外将增稠剂加入到水基载体介质中以设定所需的粘度。

当在涉及静电辅助湿法洗涤过喷涂料的方法中选择载体介质时，还应该考虑到，当载体介质围绕分离表面流动时，流动性能可以保持稳定。无论如何，所造成的问题都是蒸发损失和当过喷涂料被离子化时不可避免地加入到循环空气中的臭氧对流变添加剂的化学降解。

此外，有利的是载体介质的流动特性曲线使得所述介质在湿法洗涤器的循环系统中具有非常低的剪切速率的位置处具有增加的粘度，从而抵消过喷涂料的快速沉淀，例如在载体介质交换程度低的设备区域或通常当设备停止运行时。

本发明的目的是提供一种液体载体介质，用于在载体介质流动所围绕的分离表面上湿法洗涤过喷涂料，其提供了具有主要受重力影响的流动行为的高体积流率，以及特别是其确保流动的载体介质在分离表面上具有可再现的均匀湿膜厚度，以防止当离子化的过喷涂料颗粒被静电分离时发生电弧。另外，对于过喷涂料的静电辅助湿法洗涤，要求流动性能曲线能够保持稳定，很大程度上不考虑特定的外部影响，使得载体介质的平均停留时间尽可能长以便使湿法洗涤器以经济的方式运行。此外，理想的是，通过巧妙地选择载体介质，可以抵消体积交换程度低或者设备不运行时的载体介质的系统回路区域中的沉淀。

在本发明的第一方面中，该目的通过含有总计大于40重量％的多官能有机氧基化合物的水基试剂作为载体介质用于湿法洗涤来自喷漆房的过喷涂料的用途来实现，其特征在于，在10-1000s^-1范围内的剪切速率下，所述水基试剂具有总是高于10mPas的粘度，并且静态粘度η₁₀与工艺粘度η₁₀₀的比值不大于10：1。

如果没有明确给出其他参考值，以重量百分比(重量％)表示的所有量都基于水基试剂的总组成。用于根据本发明的用途的水基试剂包含至少5重量％的水。

在当前情况下，在湿法洗涤器中循环的液体介质被称为载体介质，载体介质含有根据定义的过喷涂料，但不由其组成；然而，添加剂可以是载体介质的组分，例如增稠剂作为流变添加剂。

在本发明的上下文中，粘度被定义为剪切应力除以剪切速率的商，并且在20℃的温度下借助于锥板式旋转粘度计通过实验确定(称为表观粘度)。以100s^-1的剪切速率以这种方式确定并且大致对应于当载体介质流过用于通过湿法洗涤分离过喷涂料的设备的分离表面时的剪切应力的粘度被称为工艺粘度η₁₀₀。类似地，以这种方式在10s^-1的剪切速率下确定的粘度被称为静态粘度η₁₀。

根据本发明，喷漆房的过喷涂料被理解为意指未固定在待涂漆表面上并且与喷漆房空气一起从喷漆房输出的涂料组分。因此，过喷涂料由气体和液体涂料组分组成，例如溶剂、流动控制剂和着色的或未着色的颗粒粘合剂组分。

已经发现，高比例的根据本发明的多官能有机氧基化合物使得粘度可以在宽剪切速率范围内恒定地设定在高于10mPas，而不必须与试剂一起配制流变添加剂。在涉及静电辅助分离过喷涂料的设备中，这是有利的，因为存在于这种设备中的臭氧对流变添加剂的化学降解不会显著改变流动行为。流动特性曲线要求载体介质基本上通过重力以大致层状的方式从分离表面流过，使得在载体介质流动所围绕的整个分离表面上存在均匀的湿膜厚度。根据本发明，不存在导致流过行为中流挂和由此导致不可控制的湿膜厚度波动的湍流区域，因此可以借助于装置在包括电极单元的分离表面之间产生尽可能狭窄的间隙。同时，可以增加体积流率，即每单位时间从分离表面流过的载体介质的体积，并且因此可以更有效地输送走过喷涂料，并且可以抵消由于过喷涂料的增加的负荷而造成的分离表面的粘结，或者可以容忍在喷漆房空气中相对较高比例的过喷涂料。根据本发明本领域技术人员能够通过改变多官能有机氧基化合物的量并且可选地通过添加少量本领域技术人员已知的流变添加剂来调节流动性能曲线。根据本发明的用途所定义的载体介质是有利的，因为由于其吸湿特性和低蒸气颗粒压力，含水试剂可以很好地以从室内空气中吸收水分，其量足以补偿环境温度或空气湿度依时变化引起的蒸发损失。以这种方式，湿法洗涤器的分离表面上的流过行为在很大程度上不依赖于喷漆房空气的物理性质(温度和空气湿度)，并且根据本发明的水基试剂的停留时间比与基本上由水组成的载体介质更长。

还有利的是，确保载体介质在工艺条件下不具有过高的内部摩擦水平，例如通过添加增稠剂。如果粘度太高，则载体介质可能在重力的影响下流过分离表面太慢，以至于尽管保持了该工艺中指定的体积流率，湿膜以临界的方式施加在分离表面上，其中载体介质的湿膜在重力作用下从分离表面向下周期性地向下流动，并且类似于流挂的情况，试剂不可能以均匀的湿膜厚度流过整个分离表面。因此，在根据本发明的用途中，优选工艺粘度η₁₀₀不大于500mPas，特别优选不大于300mPas，更特别优选不大于200mPas，并且最特别优选不大于150mPas。

为了使载体介质均匀地流过湿法洗涤器的分离表面，对于根据本发明的用途来说，还优选的是，所述介质具有这样的性质，由于该性质，在流过所述表面时其流动行为在不同水平的剪切应力下不会高度不同。在根据本发明的用途的特定实施方式中，静态粘度η₁₀与工艺粘度η₁₀₀的比值因此不大于5：1，优选不大于3：1。

还已经发现，当对于所述试剂的粘度另外满足以下特征中的至少一个特征时，水基试剂在其作为过喷涂料的湿法洗涤中的载体介质时是最合适的：

a)对于剪切速率在10-100s^-1的范围内，总是低于100mPas；和/或

b)对于剪切速率在100-1000s^-1的范围内，总是低于50mPas。

每个上述特征额外确保实现载体介质流过湿法洗涤器的分离表面的均匀流动行为，从而总体上确保永久地在没有任何干扰(即没有电弧和短路)的情况下进行过喷涂料的静电辅助分离。对于根据本发明的用途，因此优选满足载体介质的上述特征中的至少一个。

在当前情况下，多官能有机氧基化合物被理解为是含有选自羟基、酯基和/或醚基中的至少三个官能团的有机化合物，始终包含至少一个羟基，除了在此类至多每五个官能团中的氧以外具有杂原子，并且优选不包含除氧原子以外的杂原子。

在根据本发明的用途的优选实施方式中，至少一些多官能有机氧基化合物选自低分子量多官能有机氧基化合物，此类低分子量化合物具有不多于12个碳原子，优选不多于8个碳原子，特别优选不多于6个碳原子。由于这些化合物的存在，设定了在宽泛的剪切速率范围内载体介质所需的粘度行为和用于稳定喷漆房内空气中相对较低的蒸气颗粒压力的吸湿性能。

就此而言，还优选的是，低分子量多官能有机氧基化合物选自具有至少三个选自羟基和/或醚基的官能团的化合物，优选选自具有至少两个羟基的化合物、特别优选选自具有至少三个羟基的化合物。低分子量多官能有机氧基化合物的优选代表为1,2,3-丙三醇、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、苏糖醇、赤藓醇、季戊四醇、戊糖醇诸如木糖醇、核糖醇和阿拉伯糖醇、己糖醇诸如山梨糖醇和甘露醇、丁醛糖诸如赤藓糖、戊醛糖诸如核糖和木糖、己醛糖诸如葡萄糖和甘露糖及其简单醚，每个醚在醚基中具有不超过四个碳原子或总共四个环氧乙烷和/或环氧丙烷单元，特别优选的代表是1,2,3-丙三醇。

经验上已经发现在所有情况下基于多官能有机氧基化合物的总量，至少30重量％，优选至少60重量％，特别优选至少80重量％，更特别优选至少90重量％，最优选至少95重量％的比例的低分子量多官能有机氧基化合物导致在根据本发明的用途中具有特定粘度行为的载体介质。

如上所述，多官能有机氧基化合物在根据本发明的用途中，通常不需要添加具有增稠性的流变添加剂(“增稠剂”)，并且当使用涉及静电辅助分离的设备时，通常需要随后对此类基于聚合有机化合物的增稠剂进行受控计量。相反地，添加具有增稠性能的有机化合物可能是有利的，例如，因为在非常低的剪切速率下，当载体介质从分离表面流过时，与程序常规的剪切速率相比，载体介质具有增加的粘度。这在设备的具有低剪切速率的区域中具有特别重要的技术重要性，以便抵消在难以接近过喷涂料的系统回路区域中的洗涤的过喷涂料的快速沉积。通过该方法，载体介质也开始循环，直到临界量的过喷涂料被吸收，并且随后通过沉积或漂浮以部分体积流率从载体介质持续地去除过喷涂料，并且当前不包含过喷涂物的载体介质被引导回湿法洗涤器回路。因此，原则上，甚至避免了过喷涂料在循环系统中的沉积。

就此而言，根据本发明，使用下述载体介质是优选的，该载体介质另外含有聚醚多元醇和/或聚酯多元醇作为多官能有机氧基化合物，其中没有一种多元醇是低分子量化合物，但是每种多元醇优选具有小于10000g/mol，特别优选小于5000g/mol，更特别优选小于2000g/mol的重均摩尔质量。以这种方式，载体介质的粘度增加，特别是在1-100s^-1的低剪切应力范围内，并且如上所描述的，抵消了湿法洗涤器循环系统中过喷涂料的沉积，在相关的剪切应力范围内载体介质的粘度没有由于臭氧的化学降解而在系统回路中的短停留时间之后急剧降低。聚醚多元醇和/或聚酯多元醇的重均摩尔质量由使用凝胶渗透色谱绘制的摩尔质量分布曲线确定，根据Pullulan标准校准。

在目前情况下，聚醚多元醇被理解为具有至少一个羟基并且沿其最长主链具有至少两个通过不超过6个碳原子相互连接的醚基的有机化合物。

在目前的情况下，聚酯多元醇被理解为具有至少一个羟基并且沿其最长主链具有至少两个通过不超过6个碳原子相互连接的酯基的有机化合物。

此外，为了以适合于特定湿法洗涤设备的方式向分离表面涂覆湿膜，或者为了增加体积流率而同时保持所述表面上的层流，载体介质可以另外含有增稠剂，其具有增加粘度的性质，特别是在1-100s^-1的剪切速率下，并且优选选自具有至少10000g/mol的重均摩尔质量的水溶性或水分散性聚合有机化合物和/或颗粒页硅酸盐，特别优选选自(甲基)丙烯酸及其烷基酯的聚合物和/或共聚物和/或选自聚氨酯。然而，本发明的特征在于可以很大程度上省去这种增稠剂。因此，在优选的实施方式中，根据本发明使用的载体介质总共包含不超过5重量％，特别优选不超过2重量％，更特别优选不超过1重量％的一种或多种选自以下的增稠剂：具有至少10000g/mol的重均摩尔质量的水溶性或水分散性聚合有机化合物和/或颗粒状页硅酸盐。

为了使来自湿法洗涤器的分离表面的载体介质的流过行为均匀化，所述载体介质可以另外包含至少一种表面活性物质，优选选自非离子表面活性剂。

在另一方面，为了实现开头所述的目标范围，本发明涉及一种从喷漆房中的环境空气中分离过喷涂料的方法，其特征在于，

i)将过喷涂料与环境空气一起引导在用载体介质润湿的分离表面上，和

ii)将吸收了来自环境空气的过喷涂料的载体介质的一部分从分离表面去除，并且同时用相同载体介质的另一部分替换，所述相同载体介质的另一部分与被去除部分的区别仅仅是其在相同体积中包含较少的过喷涂料，

其中所述载体介质除了水之外还含有多于40重量％的多官能有机氧基化合物，其中在10-1000s^-1范围内的剪切速率下，所述载体介质的粘度始终高于10mPas，并且静态粘度η₁₀与工艺粘度η₁₀₀的比值不大于10：1。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，使用与在本发明的第一方面的上下文中详细描述的载体介质相同的载体介质。然而，还优选以下方法，其中多官能有机氧基化合物在载体介质中的比例按重量百分比(wt％)计不超过400倍，优选不超过350倍的在过喷涂料的结块物和水之间以g/cm³计的密度差(在每种情况下，在20℃下)。在这种情况下，结块物的密度总是具有高于水的密度。为了确定过喷涂料的结块物的密度，根据本发明，借助于倾析离心机将载体介质的固体比例浓缩至60-65重量％，并且通过比重法测量所得到的涂料浆的密度，基于将涂料浆在干燥箱中在120℃下放置24小时后的固体含量为基础。

这种多官能有机氧基化合物的比例的优选上限(其极限取决于涂料结块物的密度)确保载体介质中的过喷涂料不易于漂浮。否则，载体介质离开分离表面的层流将被破坏，并且这也会增加相邻分离表面之间的电弧的风险。然而，就此而言，当然也是如此，根据本发明，载体介质总是必须含有多于40重量％的多官能有机氧基化合物，因为否则不能确保载体介质具有所需的流动性能。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，载体介质连续地围绕分离表面流动，载体介质由于重力而从所述表面流过，并且所述载体介质优选以层流方式围绕分离表面流动。

根据本发明，载体介质在分离表面上的层流通常区别在于，在层状边界层的外部，载体介质由于重力的作用沿着分离表面与其大致平行地流动，并且在这种情况下流动既不分离也不产生湍流，使得当流动的载体介质的体积流率恒定时，沿着分离表面存在基本稳定的流动。

在根据本发明的方法中，在每种情况下基于载体介质的体积，优选向分离表面施加至少0.5l/m²，但优选小于2l/m²的湿膜涂层。

如在介绍部分中已经提到的那样，根据本发明的方法特别适合于过喷涂料颗粒的静电辅助分离。这是因为，即使对于至少0.5l/m²的较厚的湿膜涂层，载体介质的均匀且因此容易调节的流动行为使得可以以非常小的间距相互平行地布置分离表面，而不会产生由载体介质的不稳定、不均匀流动引起的电弧风险，电弧风险可能危及持续和经济的运行。就此而言，在根据本发明的方法中，为了尽可能有效地进行过喷涂料分离，优选的是，涂料喷雾在电压的作用下在周围空气中带静电并且在电场中被朝着分离表面输送。为此，分离表面优选由平面金属材料制成，并且优选将电压施加在分离表面与直接与环境空气接触的金属电极之间。

实施例：

以下给出了可用作湿法洗涤过喷涂料的水基载体介质的示例配制物。根据本发明的配制物A1-A3在粘度方面具有所需的性能曲线，并且因此在静电辅助分离的情况下，与围绕分离表面流动的载体介质的高体积速率相结合，提供了在湿法洗涤器中操作的经济模式(见图1)。

1 基于聚丙烯酸酯

2 基于聚氨酯

3 基于4-倍乙氧基化的C12-C14脂肪醇

Claims (11)

1.包含总计大于40重量％的多官能有机氧基化合物的水基试剂作为载体介质用于从喷漆房分离过喷涂料的用途，其特征在于，在10-1000s^-1范围内的剪切速率下，所述水基试剂具有总是大于10mPas的粘度，并且静态粘度η₁₀与工艺粘度η₁₀₀的比值不大于10：1。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述多官能有机氧基化合物中至少一些选自低分子量多官能有机氧基化合物，此类低分子量多官能有机氧基化合物具有不多于12个碳原子，优选不多于8个碳原子，特别优选不多于6个碳原子。

3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述低分子量多官能有机氧基化合物优选选自具有至少三个选自羟基和/或醚基的官能团的化合物，，优选选自具有至少两个羟基的化合物，特别优选选自具有至少三个羟基的化合物。

4.根据权利要求2和3中一项或两项所述的用途，其特征在于，在每种情况下基于所述多官能有机氧基化合物的总量，所述低分子量多官能有机氧基化合物的比例为至少30重量％，优选至少60重量％，特别优选至少80重量％。

5.根据权利要求2-4中一项或多项所述的用途，其特征在于，额外包含聚醚多元醇和/或聚酯多元醇作为多官能有机氧基化合物，其中没有一种多元醇是权利要求2-4中一项或多项所述的低分子量化合物，并且每种多元醇具有优选小于10000g/mol，特别优选小于5000g/mol，更特别优选小于2000g/mol的重均摩尔质量。

6.根据前述权利要求中一项或多项所述的用途，其特征在于，多官能氧基化合物的比例为大于50重量％，优选大于60重量％，但优选不超过80重量％。

7.从环境空气中分离过喷涂料的方法，其特征在于，

i)将过喷涂料与环境空气一起引导在用载体介质润湿的分离表面上，和

ii)将吸收了来自环境空气的过喷涂料的载体介质的一部分从分离表面去除，并且同时用相同载体介质的另一部分替换，所述相同载体介质的另一部分与被去除部分的区别仅仅是其在相同体积中包含较少的过喷涂料，

其特征在于，所述载体介质除了水之外还含有多于40重量％的多官能有机氧基化合物，并且在10-1000s^-1范围内的剪切速率下，所述载体介质的粘度始终高于10mPas，并且静态粘度η₁₀与工艺粘度η₁₀₀的比值不大于10：1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述载体介质连续地围绕分离表面流动，并且所述载体介质由于重力而从所述表面流过，并且所述载体介质优选以层流方式围绕分离表面流动。

9.根据权利要求7和8中一项或两项所述的方法，其特征在于，在每种情况下基于载体介质的体积，向分离表面施加至少0.5l/m²，但优选小于2l/m²的湿膜涂层。

10.根据权利要求7-9中一项或多项所述的方法，其特征在于，涂料喷雾在电压的作用下在周围空气中带静电并且在电场中朝着分离表面被输送。

11.根据权利要求7-10中一项或多项所述的方法，其特征在于，基于载体介质按重量百分比计，多官能有机氧基化合物的比例不超过400倍的，优选不超过350倍的在过喷涂料的结块物和水之间以g/cm³计的密度差。