DD203076A1

DD203076A1 - Verfahren zum elektrophoretischen beschichten mit email

Info

Publication number: DD203076A1
Application number: DD23500381A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Thom; Dieter Schildbach; Christian Friedel; Hans-Dieter Cain
Original assignee: Elektrogeraete Ingbuero Veb
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten mit Email mit hoher Effektivitaet und unter staendig optimalen Verfahrensbedingungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch das angewendete Stofftrennprinzip sowohl stoerende Ionen als auch niedermolekulare Verunreinigungen aus dem Schlicker zu entfernen und zusaetzlich Spuelwasser zur Rueckgewinnung von Emailmaterial zu erzeugen. Erfindungsgemaesz wird in einer 1. Stufe der Schlicker im Elektrophoresebad durch ein bekanntes Verfahren in eine feststoffreiche und eine feststoffarme Teilmenge aufgetrennt, die feststoffreiche Teilmenge in das Elektrophoresebad zurueckgefuehrt, bei gleichzeitiger Ueberfuehrung der feststoffarmen Teilmenge in einen bekannten Ultrafiltrationskreislauf, und in einer 2. Stufe wird die feststoffarme Teilmenge derart behandelt, dasz ein Filtrat, bestehend aus dem Loesungsmittel, niedermolekularen und ionischen Bestandteilen erzeugt wird, das in einem ein- oder mehrstufigen Kreislauf zum Spuelen der beschichteten Gegenstaende und zum Regulieren des Feststoffgehaltes sowie der Leitfaehigkeit des Schlickers durch Herausfuehren einer definierten Menge Filtrat eingesetzt wird.

Description

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Titel der Erfindung-

Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten mit Email

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrophoretiachen Beschichten von elektrisch leitenden Werkstoffen mit Email und ist zweckmäßig anzuwenden in der metallverarbeitenden Industrie z. B. in der Haushaltgeräteindustrie.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Elektrophoretisch^ Beschichtungsverfahren sind bekannt. Bei diesen Verfahren werden die zu beschichtenden Gegenstände in eine wäßrige Suspension, bei der Emailbeschichtung auch als Schlicker bezeichnet, eingetaucht. Durch einen elektrischen Stromfluß, in der Regel Gleichstrom, zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand als Anode und einer Gegenelektrode (Kathode) wird eine festhaftende Emailablagerung auf dem Gegenstand bewirkt. Der Gegenstand wird aus dem Bad herausgenommen, gespült, getrocknet und durch entsprechend hohe Temperaturen eingebrannt

Bei der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens treten

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Probleme auf, die die Ökonomie wesentlich beeinflussen. Durch die abgeschiedene Emailschicht, die weniger Wasser enthält als der Schlicker, wird der Peststoffgehalt des Schlickers in Abhängigkeit von der Beschichtungsfläche laufend geringer. Es muß ständig Ergänzungsschlicker nachgesetzt werden. Damit werden laufend neue Ionen eingeschleppt und es kommt zu einer Anreicherung von Ionen im Elektrophoresebad. Während ein Teil der Anionen mit dem anodisch gepolten Gegenstand aus dem Schlicker entfernt wird, werden die Kationen, insbesondere die Alkali- bzw. Erdkali-Ionen, nicht entfernt. Diese Ionenanreicherung des Schlickere bewirkt eine ständige Erhöhung der Leitfähigkeit. In zunehmendem Maße wird das Beschichtungsergebnis schlechter, der Schlicker wird unbrauchbar und muß verworfen werden.

Nicht zu vernachlässigen sind auch die Verunreinigungen des Schlickers durch eingeschleppte Ionen und niedermolekulare Verunreinigungen aus der Vorbehandlung, die ebenfalls zu einer Verschlechterung des Abscheidungsergebnisses führen. Des weiteren wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch Ausschleppverluste und lose am beschichteten Gegenstand anhaftendes Material beeinflußt. Durch das Abspülen des be- schichteten Gegenstandes geht dieses Material verloren bzw. muß durch nachfolgende zusätzliche Aufarbeitungsverfahren zurückgewonnen werden.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei welchen der Peststoffgehalt und die Leitfähigkeit des Schlickers in Grenzen gehalten werden können.

Uach der DE - AS 1266O9S ist ein Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten von elektrisch leitenden Werkstoffen unter Verwendung von wäßrigen Suspensionen, insbesondere zur Herstellung lackartiger Schichten, bekannt, bei dem das Elektrophoresebad während des Beschichtungsvorganges einer Dialyse bzw. Elektrodialyse unterzogen wird. In der DE - AS 2238236 wird ein Verfahren zum elektrophore-

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tischen Beschichten mit Email beschrieben.

Die im Schlicker angeordnete Kathode ist von dem als Anode dienenden zu beschichtenden Gegenstand durch eine Membran getrennt, und der Kathodenraum wird laufend entwässert. Nach der DE - AS 2400705 ist eine Vorrichtung zum elektrophoretischen Beschichten von Metallen vorgeschlagen, bei der eine Hohlkathode verwendet wird, die über eine Pumpe vollständig entwässert wird. Verallgemeinert man die beiden letztgenannten SrfindungsbeSchreibungen, ist festzustellen, daß als Verfahren zur Steuerung des Peststoffanteils und der Leitfähigkeit des Schlickers ebenfalls die Elektrodialyse in modifizierter Form zur Anwendung vorgeschlagen ist, indem der bei der Beschichtung entstehende Kationenüberschuß des Schlickers über den Kathodenraum ausschließlich mit dem-Wasser, das bei Stromfluß zwischen Kathode und Werkstück durch die Membran dringt, aus dem Schlicker des Beschichtungsbehälters entfernt wird, wobei die Porosität der Membran so ausgewählt ist, daß diese praktisch nur unter Spannung für das Suspensionsmittel durchlässig wird. Durch die Anwendung der Elektrodialyse ist es möglich, den Peststoffgehalt und die Leitfähigkeit des Schlickers in Grenzen zu halten. Verfahrensbe.dingt treten aber Uachteile auf, die die Effektivität und das Beschichtungsergebnis bei der elektrophoretischen Beschichtung mit Email negativ beeinflussen.

Es werden nicht alle störenden Ionen und niedermolekularen Verunreinigungen aus dem Elektrophoresebad entfernt. Mit laufender Betriebszeit reichern sie sich an. Durch die Membrananordnung vor den Elektroden tritt ein zusätzlicher Widerstand auf.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die elektrophoretisch Beschichtung von elektrisch leitenden Werkstoffen mit Email mit hoher Effektivität und unter ständig optimalen Verfahrensbedingungen durchzuführen.

Darlegung des Y/eaens der Erfindung

Die Ursache der Nachteile der bekannten Lösungen besteht in der verfahrensbedingten Triebkraft, der elektrischen Potentialdifferenz, Ionen niedriger Diffusionsgeschwindigkeit oder mit einer geringen Ionenbeweglichkeit werden mit ungenügender Geschwindigkeit aus dem Bad entfernt. Ionen mit entgegengesetzter Ladung bzw. ungeladene niedermolekulare Verunreinigungen werden nicht erfaßt. Sine zusätzliche Gewinnung von Spülwasser zur Rückgewinnung des am beschichteten Gegenstand lose anhaftenden Emailmaterials ist auf Grund der hohen Konzentration des Dialysates mit Alkali- bzw. Srdalkali-Ionen nicht sinnvoll.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten von elektrisch leitenden Werkstoffen mit Email vorzuschlagen, bei dem durch das angewendete Stofftrennprinzip sowohl störende Ionen als auch niedermolekulare Verunreinigungen in optimaler Art und Weise aus dem Schlicker entfernt werden und zusätzlich Spülwasser zur Rückgewinnung von Emailmaterial erzeugt wird. Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß in verfahrensentsprechender Art und Weise dadurch gelöst, daß die Ultrafiltration als Stofftrennverfahren angewendet wird. Die Ultrafiltration ist ein Trennverfahren, das mit porösen Mem-

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branen arbeitet und es ermöglicht, die in Lösungen bzw. Dispersionen enthaltenen makromolekularen bzw. kolloidalen Bestandteile zurückzuhalten.

Als Trennmechanismus wirkt ein Siebeffekt und die Partikel werden, der Porengröße der Membran entsprechend, an der Membranoberfläche zurückgehalten.

Triebkraft der Ultrafiltration ist die Differenz zwischen Betriebsdruck und Druck auf der Filtratseite. Üblicherweise werden Drücke von 0,1 bis 1 MPa angewendet. Eines der wichtigsten Probleme der Ultrafiltration ist die sogenannte Konzentrationspolarisation. Sie beeinflußt wesentlich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und damit dessen Anwendung. Die Konzentrationspolarisation kommt dadurch zustande, daß makromolekulare bzw. kolloidale Bestandteile durch Konvektion an die Oberfläche der Membran transportiert und zurückgehalten werden, während das Lösungsmittel bzw. die Lösung infolge der Druckdifferenz durch die Membran dringt. In Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen bildet sich eine Grenzschicht erhöhter Konzentration aus. Bei ungünstigen Strömungsverhältnissen kommt es zur Deckschichtbildung auf der Membranoberfläche, gekennzeichnet durch ein starkes Absinken des spezifischen Piltratdurchsatzes.

Die E_rzielung günstiger Strömungsverhältnisse ist für die Beherrschung der Konzentrationspolarisation entscheidend, Unterzieht man den bei der elektrophoretischen Beschichtung eingesetzten Schlicker einer Ultrafiltration, so sind durch die spezifischen Eigenschaften einschließlich des hohen Feststoffgehaltes günstige Strömungsverhältnisse nicht erreichbar und damit eine wirtschaftliche Anwendung nicht möglich. Es wurde gefunden, daß durch Abscheidung der Hauptmenge des Peststoffes aus dem Schlicker die erfindungagemäße Aufgabe durch Einsatz des Ultrafiltrationsverfahrens gelöst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in folgenden Verfahrensschritten ausgeführt:

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- In einer 1. Stufe wird der Schlicker kontinuierlich in eine feststoffreiche und in eine feststoffarme Teilmenge aufgetrennt. Während die feststoffreiche Teilmenge in das Elektrophoresebad zurückgeführt wird, gelangt die feststoff arme Teilmenge in einen Kreislaufbehälter.

- Die feststoffarme Teilmenge wird einer kreislaufgeführten Ultrafiltration unterzogen. Sie strömt unter festgelegten Bedingungen, Druck und Geschwindigkeit über die Membranen. Das Filtrat, bestehend aus dem Lösungsmittel, gelösten Bestandteilen und niedermolekularen Bestandteilen wird aus dem Ultrafiltrationskreislauf herausgeführt. Eine definierte Teilmenge der kreislaufgeführten feststoffarmen Teilmenge wird kontinuierlich in das Elektrophoresebad zurückgeführt.

- In Abhängigkeit von der Beschichtungsfläche wird mit einer Teilmenge des Filtrates der lose anhaftende Schlicker vom beschichteten Gegenstand abgespült und direkt in das Elektrophoresebad zurückgeführt.

In Abhängigkeit vom Peststoffgehalt und der Leitfähigkeit des Elektrophoresebades wird eine definierte Menge Piltrat verworfen bei gleichzeitiger Zuführung von Ergänzungsschlicker in Abhängigkeit vom ausgetragenen Peststoff durch die Beschichtung.

In anordnungsentsprechender Art und Weise erfolgt die Durchführung des vorbezeichneten Verfahrens erfindungsgemäß mittels einer in Verbindung mit dem Elektrophoresebad stehenden bekannten Klärvorrichtung und einer nachgeordneten bekannten Ultrafiltrationseinrichtung, die aus einem Kreislaufbehälter mit Überlauf zum Elektrophoresebad, einer Kreislaufpumpe, einer. Ultrafiltrationseinheit, dem Piltratsammelbehälter mit Piltratpumpe und Stell- und Anzeigeorganen besteht. Des weiteren ist zur Durchführung des Verfahrens ein Vorratsbehälter mit Dosiervorrichtung und Stellorgan vorhanden und angeordnet in Verbindung mit dem Elektrophoresebad.

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Ausführungsbeispiel

Die Punktion der Anordnung der technischen Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand eines Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. Auf der zugehörigen Zeichnung ist in Pig. 1 das Verfahrensfließbild der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Uach Fig. 1 wird der zu beschichtende Gegenstand 1 in den Schlicker, der sich im Elektrophoresebad 2 befindet und durch den Rührer 3 in Bewegung gehalten wird, eingetaucht. Durch einen elektrischen Stromfluß zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand 1, der als Anode geschaltet ist, und einer Gegenelektrode (Kathode), die nicht extra dargestellt ist, wird eine festanhaftende Emailablagerung auf dem Gegenstand 1 bewirkt. Der Gegenstand 1 wird aus dem Elektrophoresebad 2 herausgenommen und mit Filtrat aus einem noch zu beschreibenden Ultrafiltrationskreislauf gespült. Aus dem Elektrophoresebad 2 wird der Schlicker über eine Pumpe 4 mit dem Druck P 1 einer Klärvorrichtung 5 (z. B. Hydrozyklon) zugeführt und in eine feststoffreiche und eine feststoffarme Teilmenge aufgetrennt. Die feststoffreiche Teilmenge verläßt mit dem Druck P 2 die Klärvorrichtung 5 und wird kontinuierlich in das Elektrophoresebad 2 zurückgeführt.

Die feststoffarme Teilmenge gelangt in einen Kreislaufbehälter 6 mit Rührer 7· Eine Kreislaufpumpe 8 fördert -die Flüssigkeit aus dem Kreislaufbehälter 6 mit dem Druck P 3 einer Ultrafiltrationseinheit 9 zu. Sie strömt unter festgelegten Bedingungen, Druck und Geschwindigkeit, über die Membranen. Dabei dringt ein Teil der Flüssigkeit, das Filtrat, bestehend aus dem Lösungsmittel,.gelösten und niedermolekularen Bestandteilen, durch die Membranen und wird über ein entsprechendes Ableitsystem aus dem Ultrafiltrationskreislauf herausgeführt in einen Filtratsammelbehälter 10.

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Der die Membranen überströmende Teil der Flüssigkeit verläßt mit dem Druck P_ 4 die Ultrafiltrationseinheit 9 und gelangt zurück in den Kreislaufbehälter 6.

In Abhängigkeit von der beschichteten Fläche wird das Filtrat durch eine Piltratpumpe 11 über ein Regelorgan und Durchflußmesser 12 zum Spülen des ausgetauchten und beschichteten Gegenstandes 1 eingesetzt. Das Piltrat und das abgespülte Material gelangen in das Elektrophoresebad 2 zurück. In Abhängigkeit vom Feststoffgehalt und der Leitfähigkeit des Schlickers wird eine, definierte Filtratmenge aus dem Kreislauf über die Filtratpumpe 11 und ein Regelorgan mit Durchflußmesser 13 herausgeführt und verworfen. Gleichzeitig wird Ergänzungsschlicker einschließlich der entsprechenden Lösungsmittelmenge aus dem Vorratsbehälter 14 mit Rührer 15 und über eine Dosiervorrichtung 16 dem Elektrophoresebad 2 zugeführt.

Claims

235003 0 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten mit Email, dadurch gekennzeichnet,

daß in einer 1. Stufe der Schlicker im Elektrophoresebad durch ein bekanntes Verfahren in eine feststoffreiche und eine feststoffarme Teilmenge aufgetrennt wird, die feststoffreiche Teilmenge in das Elektrophoresebad .zurückgeführt wird, bei gleichzeitiger Überführung der feststoffarmen Teilmenge in einen bekannten Ultrafiltrationskreislauf und in einer 2. Stufe die feststoffarme Teilmenge derart behandelt wird, daß ein Piltrat, bestehend aus dem Lösungsmittel, niedermolekularen und ionischen Bestandteilen erzeugt wird.

2« Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Piltrat in einem ein- oder mehrstufigen Kreislauf zum Spülen der beschichteten Gegenstände und zum Regulieren des Feststoffgehaltes sowie der Leitfähigkeit des Schlickers durch Herausführen einer definierten Menge Piltrat eingesetzt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen