-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen von Streichfarbe in
einem Entgaser, insbesondere Vakuumentgaser, der einem Auftragswerk
zur Beschichtung einer laufenden Papier- Karton- oder andere Faserstoffbahn,
vorgeschaltet ist.
-
Auf
die WO -A1- 02/066739 sowie die nachveröffentlichten
DE 103 52 807 und DE-10343022 wird
hierbei verwiesen.
-
Bei
der Beschichtung einer Faserstoffbahn soll das verwendete flüssige bis
pastöse
Auftragsmedium, d.h Streichfarbe möglichst gasfrei sein, um unbedeckte
Stellen im Strich auf der Faserstoffbahn vermeiden zu können. Besonders
der Betrieb eines Vorhang-Auftragswerkes (Curtain Coaters), wo die Streichfarbe
als sich im Wesentlichen schwerkkraftbedingt bewegender Vorhang
auf die darunter laufende Faserstoffbahn abgegeben wird, setzt eine
absolut gasfreie Streichfarbe voraus.
-
Die
Entgasung der Streichfarbe erfolgt zumeist durch so genannte Vakuumentgaser
(Entlüftungsanlagen),
die dem Auftragswerk bzw. dem Curtain Coater vorgeschaltet sind.
-
Die
Prozessbedingungen werden dabei so gewählt, dass die Streichfarbe
im Entlüfter
nicht zum Sieden (bzw. in die Nähe
des Siedebereiches) kommt. Als Streichfarbentemperaturen sind dabei 18–25 °C üblich. Übliche Drücke im Vakuumentlüfter sind
30–80
mbar. Die Siedetemperatur wird dabei von der Dampfdruckkurve des
Lösungsmittels
(in Falle von Streichfarben: Wasser) bestimmt.
-
Beim
Sieden der Streichfarbe würde
Wasserdampf von der verwendeten Vakuumpumpe entfernt werden und
damit das Vakuum im Behälter
(aufgrund der begrenzten Kapazität
der Pumpe) sinken. Niedrigeres Vakuum bedeutet aber ein schlechteres Entlüftungsergebnis.
-
Bei
vielen Streichfarben, vor allem bei Farben für graphische Papiere mit hoher
Viskosität
und mit hohem Feststoffgehalt ist diese Prozessführung nicht ausreichend, um
mit möglichst
wenigen Entgasern ein befriedigendes Ergebnis zu bekommen. Problem
hierbei sind oft sehr kleine Gasblasen, die bedingt durch die hohe
Viskosität
im Entgaser bzw. Entlüfter
nicht entfernt werden können.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit
dem eine Optimierung der Entgasung von Streichfarbe, insbesondere
solcher mit hoher Dehnviskosität,
in einem Vakuumentgaser erreicht werden kann.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
Die
Erfinder haben erkannt, dass die Entgasung der Streichfarbe erheblich
verbessert werden kann, wenn die Streichfarbentemperatur in die
Nähe des
Siedebereichs kommt, also bei Temperaturen von 40–60 °C bei entsprechenden
Drücken
von 20–100
mbar im Vakuumentgaser bzw. -entlüfter. Da bei erhöhten Temperaturen
ein Teil der Vakuumpumpenkapazität
durch den Transport von Wasserdampf verwendet wird, sinkt das Vakuum
im Behälter.
Das Absinken des Vakuums wird nun durch eine zusätzliche Vakuumpumpe bzw. durch
eine leistungsstärkere Pumpe
verhindert, um ein optimales Entlüftungsergebnis zu bekommen.
-
Durch
den erhöhten
Dampfdruck im Vakuumentgaser bzw. -entlüfter entsteht ein Gasvolumenstrom
entgegen der Förderrichtung
der Streichfarbe. Dieser Volumenstrom sorgt dafür, dass kleine eingeschlossene
Gasblasen mitgerissen werden und an die Grenzfläche Streichfarbe/Luft befördert werden. Dort
können
sie durch die Vakuumpumpe entfernt werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass Streichfarben nach der
Herstellung und vor der Entgasung bzw. Entlüftung nicht mehr gekühlt werden müssen. Nach
der Herstellung liegt die Temperatur der Streichfarbe durch den
dabei erfolgenden Mischprozess oft bei 30–50 °C. Bisher mußten diese Streichfarben vor
der Verarbeitung gekühlt
werden. Erfindungsgemäß entfällt aber
nun eine Kühlung durch
den Betrieb des Vakuumentlüfters
bei höherer Temperatur.
-
Das
Aufheizen der Streichfarbe für
das Erreichen der erfindungsgemäßen Temperaturwerte
kann schon durch den bei der Herstellung der Streichfarbe durchgeführten Mischprozess
(Mischung der Streichfarbenkomponenten) erfolgen.
-
Wenn
das Aufheizen beim Mischprozess nicht die gewollte Temperaturerhöhung bringt,
ist es alternativ auch möglich, über Wärmetauscher
oder beheizbare Arbeitsbehälter
oder beheizbare Vakuumentlüfter
die Temperaturerhöhung
zu erreichen.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es sehr zweckmäßig, wenn eine Messung des
Gasgehaltes zumindest nach der Entgasung bzw. der Entlüftung erfolgt. Dadurch
kann die Prozesskontrolle verbessert werden.
-
Sehr
zweckmäßig kann
dafür ein
so genanntes, an sich bekanntes Sonartrac-Messgerät eingesetzt werden.
-
Mit
diesem Sonartrac- Messgerät
ist es möglich,
sehr niedrige Gasgehalte in Streichfarben mit guter Auflösung zu
messen. Das Messgerät
misst die durch Schallwellen verursachte Ausdehnung von mit Streichfarbe
durchströmten
Rohrleitungen. Hierfür reicht
der Schall der im Farbsystem durch Pumpen entsteht aus. Gas in der
Streichfarbe verändert
die Schallgeschwindigkeit und dadurch die Rohrausdehnung. Das kommerziell
erhältliche
Messgerät
wird außen
an die Rohrleitung geklemmt. Spezielle Einbauten sind nicht erforderlich.
Das Messgerät
misst nur freies Gas. Gelöstes
Gas kann aber erfasst werden, indem mit zwei Geräten an zwei Stellen mit unterschiedlichem
Druckniveau gemessen wird.
-
Der
Einsatz des Messgeräts
bei anderen Streichverfahren für
die Gasgehaltskontrolle ist ebenso denkbar.
-
Eine
Messung des Gasgehalts nach der Entlüftung erfolgte bisher nicht,
da traditionelle Messverfahren bei niedrigen Gasgehalten nur schlecht
bzw. gar nicht auflösen.
Die Auswirkungen eines zu hohen Gasgehalts ließen sich dadurch erst an der
Anzahl an Defekten auf dem Papier erkennen, also zu einem sehr späten Zeitpunkt.
Korrekturen z.B. an der Entlüftereinstellung
konnten erst dann vorgenommen werden, wenn unter Umständen schon
Ausschuss produziert wurde. Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Messung
vermieden.
-
Weitere
Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen zu finden.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben
werden.
-
Es
zeigen
-
1:
in schematischer Darstellung den Querschnitt durch einen Vakuumentgaser
bzw. -entlüfter
-
2.
in schematischer Darstellung eine Anlage zur Entgasung von Streichfarbe
-
Für gleiche
Bauteile wurden in den Figuren auch gleiche Positionszahlen verwendet.
-
In 1 ist
dargestellt, dass eine Streichfarbe 1 von oben her einem
Vakuumentgaser bzw. -entlüfter 2 zugeführt wird.
Die Streichfarbe 1 weist dabei eine Viskosität von 1200
mPas und einen Feststoffgehalt von 66% auf. Die Streichfarbe 1 wird
im kegelförmig
nach unten zulaufenden Vakuumentgaser 2 bei einer Temperatur
von 45 °C
bei einem Druck von 70 mbar entgast. Um den Druck von 70 mbar zu
halten, ist eine leistungsfähige
Vakuumpumpe 3 erforderlich. Die über einen Zulauf 4 zugeführte Streichfarbe
gelangt auf einen angetriebenen Schleuderteller 5, der
axial bis in etwa 1/3 der Höhe
des Entgasers 2 reicht. Der Schleuderteller 5 wird
in etwa mit einer Umdrehung von 1000 1/min angetrieben und sein hochgezogener
Rand 5.1 ist vorzugsweise beheizt. Vom Schleuderteller 5 aus
gelangt die Streichfarbe auf die Innenwand 2.1 des Entgasers
und bildet dort einen nach unten laufenden Film 1.2. Da
die verwendete Streicharbe 1 siedet, bildet sich Wasserdampf. Wasserdampf-
und Luftblasen 6 steigen nach oben. Zusätzlich werden mit den Wasserdampfblasen 6 eingeschleuste
kleine Gasblasen 6.1 mitgerissen und ebenfalls nach oben
in Richtung der Streichfarbenoberfläche 1.3 gefördert, wo
sie somit auf einfache Weise mit der Vakuumpumpe 3 abgesaugt
werden. Die entgaste Streichfarbe 1.4 wird über einen Ablauf 7 nach
unten abgleitet und über
eine Pumpe 8 zum unmittelbar nachgeordneten Auftragswerk 9, was
im Beispiel ein Vorhang-Auftragswerk ist, geleitet.
-
Zur
Erreichung der Temperatur innerhalb des Vakuumentgasers 2 ist
im Beispiel seine Außenwandung 2.2 beheizt.
-
Durch
die beschriebene Prozessführung wird
es erstmals möglich,
die Streichfarbe 1 optimal zu entgasen. Bei niedrigerer
Streichfarbentemperatur konnte bisher kein befriedigendes Ergebnis
erzielt werden.
-
In 2 ist
ein Prozess-Schema einer Anlage zur Streichfarbenentgasung dargestellt.
-
Das
in einer Bütte
bzw. Vorratsbehälter 10 befindliche
Auftragsmedium bzw. die Streichfarbe 1 gelangt über eine
Eintragspumpe 11 von unten nach oben zum Vakuumentgaser 2,
der bereits in 1 dargestellt und beschrieben
wurde. Die entgaste bzw. entlüftete
Streichfarbe 1.4 wird über
eine Austragspumpe 12 nach unten abgezogen und einem Filter 13 zugeführt. Die
nun auch von Grobstoffen befreite Streichfarbe gelangt anschließend zu
einem Pulsationsdämpfer 14 und
von da aus zum in 1 erwähnten Vorhang-Auftragswerk 9,
so dass optimale Bedingungen zur Erreichung eines stabilen Auftragsvorhanges
vorliegen und die Faserstoffbahn 17 mit einer gleichmäßigen Auftragsschicht
(Strich) versehen werden kann.
-
Im
Prozess-Schema der 2 sind so genannte Sonartrac-Messgeräte 15 von
Cidra (Hersteller) eingezeichnet. Mit diesen Messgeräten 15 ist
es möglich,
sehr niedrige Gasgehalte der Streichfarbe mit guter Auflösung zu
messen. Das Messgerät 15 misst
die durch Schallwellen verursachte Ausdehnung von mit Farbe durchströmten Rohrleitungen 16.
-
Hierfür reicht
der Schall, der im Farbsystem durch Pumpen 11, 12 entsteht
aus. Das noch vorhandene Gas in der Streichfarbe verändert die
Schallgeschwindigkeit und dadurch die Rohrausdehnung.
-
Das
kommerziell erhältliche
Messgerät 15 wird
dazu nur außen
an die Rohrleitung geklemmt und lässt sich daher einfach ein-
und abbauen bzw. auch an andere Stellen verlegen.
-
Das
Messgerät 15 misst
nur freies Gas. Gelöstes
Gas kann aber ebenfalls erfasst werden, indem mit zwei Geräten an zwei
Stellen mit unterschiedlichem Druckniveau gemessen wird.
-
Das
Messgerät 15 kann
deshalb entsprechend der 2 an unterschiedlichen Stellen
im Farbsystem integriert werden. So ist eine erste Messstelle I
unmittelbar vor dem Entgaser 2, eine zweite Messstelle
II nach dem Entgasen bzw. Vakuumentlüfter 2 sowie eine
dritte Messstelle III unmittelbar vor dem Vorhang-Auftragswerk vorgesehen.
-
Bevorzugt
sollte das Messgerät
aber unmittelbar vor dem Vorhang-Auftragswerk 9 (Curtain Coater-Düse) installiert
werden. Im ersten Schritt muss die für die jeweilige Faserstoffbahn-
bzw. Papier- oder Karton-Qualität
notwendige Akzeptanzgrenze des Gasgehalts festgelegt werden. Bei
einem Vorstrich könnte
diese z.B. höher
liegen (hier kann ein höherer
Gasgehalt akzeptiert werden) als bei einem Deck- oder Einfachstrich. Wird bei der Messung der
Akzeptanzwert überschritten,
können
direkt Änderungen
in der Prozessführung
vorgenommen werden. Denkbar wäre
hier z.B. eine Erhöhung
des Vakuumniveaus durch Zuschalten einer zweiten Vakuumpumpe 3.
Der Anteil an gelöstem
Gas in der Streichfarbe ist wichtig, weil gelöstes Gas an Stellen mit geringem
Druck in freies Gas umgewandelt wird. Da nach dem Austreten der
Streichfarbe aus dem Auftragswerk 9, d.h aus der hier gewählten Curtain Coater-Düse, nur
Atmosphärendruck
herrscht, besteht hier die Gefahr, dass sich freies Gas bildet.
-
Wird
eine Messstelle zusätzlich
zwischen Vakuumentgaser 2 und der Austragspumpe 4 installiert
(sehr niedriger Druck), so lässt
sich der Anteil an gelöstem
Gas messen (siehe in 2 Messstelle 2 und 3)
und man kann gezielt darauf reagieren.