DE19933440A1 - Dispergierdüse mit variablem Durchsatz - Google Patents

Dispergierdüse mit variablem Durchsatz

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Abstract

Es wird eine Dispergierdüse mit variablem Durchsatz, insbesondere mit kontinuierlich veränderbarem Durchsatz und eine Lackieranlage daraus beschrieben. Die Dispergiervorrichtung basiert auf dem Prinzip eines Strahldispergators, und besteht wenigstens aus einem Einlaß (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen (4, 4') oder Schlitzen (16, 16'), die in eine Auslaßkammer (14) münden, und mit einem Auslaß (15) für das fertige Dispergiergut, wobei in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer (3) eine bestimmte Zahl der Öffnungen (4, 4') bzw. Schlitze (16, 16') für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dispergierdüse mit variablem Durchsatz, insbesondere mit kontinuierlich veränderbarem Durchsatz und eine Lackieranlage mit dieser Dispergierdüse beschrieben. Die Dispergiervorrichtung basiert auf dem Prinzip eines Strahldispergators, und besteht wenigstens aus einem Einlaß für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen oder Schlitzen, die in eine Auslaßkammer münden, und mit einem Auslaß für das fertige Dispergiergut, wobei in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer eine bestimmte Zahl der Öffnungen bzw. Schlitze für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt.
Zum Mischen und Dispergieren unterschiedlicher Zusammensetzungen beispielsweise von Öl-Wasseremulsionen sind eine Reihe unterschiedlicher Dispergiervorrichtungen bekannt geworden, die als gemeinsames Prinzip die Energieaufnahme in einem Dispergierspalt oder in entsprechend geformten Bohrungen der Vorrichtungen haben. Dabei wird das Dispergiergut in der Regel unter erhöhtem Druck durch die Spalte bzw. Bohrungen getrieben um je nach Differenzdruck ein gewünschtes Spektrum an Teilchengrößen in der Emulsion zu erzeugen.
2-Komponenten-Polyurethanlacke (2K-PUR-Lacke) werden aufgrund der nur begrenzten Verarbeitungszeit (Topfzeit) der Lacke erst kurz vor der Applikation ver­ mischt. Je nach Reaktivität der Lacksysteme kann diese Topfzeit mehrere Minuten bis Stunden betragen. Während solche Zweikomponenten-Systeme in der Vergangenheit in organischen Lösungsmitteln gelöst eingesetzt wurden, sind in neuerer Zeit eine Vielzahl von wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systemen entwickelt worden. Die wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systeme bestehen regelmäßig aus einer Hydroxylgruppen aufweisenden Harzkomponente (Binder, Polyol) und einer Polyisocyanatkomponente (Härter, Vernetzer). Dabei liegt die hydroxyfunktionelle Harzkomponente in der Regel als wäßrige Dispersion, die Polyisocyanatkomponente als wasserfreie hundertprozentige Komponente oder in einem Lösemittel gelöst vor. Solche Systeme sind z. B. aus der Schrift EP-A 583 728 bekannt. Nachteilig an diesen Lacksystemen ist, daß die von den Zweikomponenten-Systemen auf Basis rein organischer Lösungsmittel bekannte Lackqualität in einigen Anwendungsbereichen noch nicht erreicht wird.
Dieses gilt vor allem für Anwendungsbereiche, in denen besonders hohe optische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gefordert werden.
Bekannt ist, zur Erzielung hoch qualitativer Lackoberflächen Lackdispersionen mit möglichst kleiner Teilchengröße einzusetzen. In wäßrigen Zweikomponenten Polyurethan-Lacken werden daher in der Regel Polyoldispersionen mit hinreichend kleiner Teilchengröße von unter 500 nm, bevorzugt 10 bis 200 nm, eingesetzt. Die Dispergierung der an sich hydrophoben Isocyanatkomponente erfolgt erst kurz vor der Applikation der Lacke, da die Polyisocyanatkomponente mit Wasser reagiert und daher nur eine begrenzte Lagerstabilität in Gegenwart von Wasser aufweist. Die Dispergierung der an sich hydrophoben Polyisocyanatkomponente in der wäßrigen hydroxyfunktionellen Harzdispersion durch übliche statische Mischvorrichtungen bereitet aber erhebliche Schwierigkeiten. Der Grund ist darin zu sehen, daß die Isocyanatkomponente bereits während der Emulgierung auf der Oberfläche bereits gebildeter Emulsionsteilchen stabilisiert wird, so daß die oberflächliche Stabilisierungsschicht einer weiteren Zerteilung entgegensteht. Wäßrige Zweikomponenten-Polyurethan-Lackemulsionen weisen daher regelmäßig eine bimodale Teilchengrößenverteilung auf mit einem ersten Verteilungsmaximum einer Teilchengröße, die der hydroxyfunktionellen Harzdispersion entspricht und einem zweiten Verteilungsmaximum mit einer Teilchengröße von oberhalb 10 000 nm (Isocyanatkomponente), wobei noch erhebliche Anteile mit Teilchengrößen von oberhalb 20 000 nm vorhanden sind.
Es wurden auch bereits durch chemische Modifizierung hydrophilierte Polyisocyanate und externe Emulgatoren enthaltende Polyisocyanate entwickelt, die zwar eine deutlich einfachere Dispergierung mit statischen Mischvorrichtungen auf eine mittlere Teilchengröße von unter 1000 nm ermöglicht, jedoch ausgehärtete Lackfilme mit für viele Anwendungsbereiche unzureichenden Beständigkeitseigenschaften ergeben. Lackfilme mit guten Beständigkeitseigenschaften werden dagegen nur durch Einsatz hydrophober Polyisocyanatkomponenten erhalten.
Aufgrund der Vorstellung, daß die Dispergierbarkeit der Isocyanatkomponente durch die Stabilisierungsreaktion, die auf der Oberfläche bereits vorhandener Teilchen statt findet, begrenzt wird, wurde nach Möglichkeiten gesucht, eine möglichst feinteilige Dispergierung innerhalb so kurzer Zeiträume zu erzielen, innerhalb derer eine merkliche Oberflächenstabilisierung noch nicht stattfindet. Insbesondere sollte während der Dispergierung auch eine die Reaktion der Polyisocyanatkomponente mit Wasser beschleunigende Erwärmung vermieden werden.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 685 544 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung wässriger 2-Komponenten-Polyurethanlack-Emulsionen durch Vermischen von Bindemittelharzen mit Polyisocyanaten und Wasser, bei dem die Mischung durch eine Dispergierdüse, aufgebaut nach dem Prinzip eines ein- oder mehrstufigen Strahldispergators, unter einem Druck von 1 bis 30 MPa gepreßt wird. Hierbei werden besondere bimodale Lackemulsionen erzeugt. Um den Durchsatz durch einen solchen Strahldispergator variieren zu können, wird eine Variante des Strahldispergators mit einer Vielzahl von Bohrungen ausgestattet, die mit Hilfe eines verschiebbaren Einsatzrohres nacheinander abgedeckt werden können, um den Durchsatz durch die Emulgiervorrichtung diskret verstellen zu können.
Als sehr ungünstig erweist sich dabei der vorgeschlagene Aufbau des Dispergators, da das verschiebbare Einsatzrohr voll in die zu dispergierende Lösung eintaucht. Hierdurch kann es bei längerem Betrieb z. B. mit Lackemulsionen zu unerwünschten Ablagerungen kommen. Ebenso ungünstig ist der gezeigte Walzenvortrieb für das Einsatzrohr, da dieser unerwünschte Toträume bildet und ein Ausdringen des Dispergiergutes zuläßt. Weiter hat sich als nachteilig erwiesen, daß diese Düse nicht hinreichend schnell z. B. innerhalb von Sekunden reguliert werden kann, wie dies bei schwankenden Absatzmengen zur Erzeugung einer gleichbleibenden Emulsionsqualität notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Dispergiervorrichtung zu entwickeln, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, und dennoch bei gleichbleibender Dispergierqualität eine, insbesondere kontinuierliche Änderung des Mengendurchsatzes an Dispergiergut ermöglicht.
Es wurde gefunden, daß sich z. B. Automobilkarossen besonders vorteilhaft mit höchster Qualität lackieren lassen, wenn die Emulgierung des Polyisocyanates in der wäßrigen Polyolkomponente kontinuierlich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Dispergierdüse unmittelbar vor Einleitung in die Spritzpistole oder Zerstäuberglocke einer Lackieranlage erfolgt. Probleme bereitet es bei Verwendung bekannter Dispergiervorrichtungen jedoch, wenn die Abnahmemenge des Lackes bedingt durch die Geometrie der Autokarosse in sehr kurzen Zeitabständen schwankt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Mischapparatur für wäßrige Zweikomponenten-Polyurethanlacke mit hoher Lackqualität zur Verfügung zu stellen, die bei schwankenden Absatzmengen kontinuierlich eine gleiche Emulsionsqualität erzeugt.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch die nachfolgend näher beschriebene Dispergiervorrichtung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist eine Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlaß für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen, die in eine Auslaßkammer münden, und mit einem Auslaß für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer eine bestimmte Zahl der Öffnungen für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt.
Eine bevorzugte Bauform der Dispergiervorrichtung weist wenigstens zwei Reihen von hintereinander angeordneten Öffnungen auf, die axial (d. h. in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens) versetzt in der Kammerwand angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Variante der Dispergiervorrichtung bestehend wenigstens aus einem Einlaß für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer oder mehrerer entlang der Kammerwand angeordneten schlitzförmigen Öffnungen, die in eine Auslaßkammer münden, und mit einem Auslaß für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer die Schlitze für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt. Mit dieser Variante wird eine kontinuierliche Einstellung der Durchsatzmenge des Dispergiergutes ermöglicht.
Eine besondere Ausführung der Vorrichtungen ist dadurch gekennzeichnet, daß am einen Ende der Kammer mindestens eine Spülbohrung mit größerem Querschnitt als dem Querschnitt der Öffnungen bzw. der Schlitze angebracht ist. Durch Zurückziehen des Kolbens unter Freilegen der Spülbohrung wird die Reinigung der produktberührten Kammern mit einem großen Mengenstrom Spülflüssigkeit (z. B. tensidhaltige wäßrige Lauge) vereinfacht.
Der Kolben und die Kammer weisen in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Es wurde insbesondere gefunden, daß unmittelbar vor der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung vorteilhaft eine Mischdüse, z. B. für das Polyisocyanat, geschaltet ist, mit der durch Eindüsen des Polyisocyanats in die Polyolkomponente eine Rohemulsion erzeugt wird. Unmittelbar nachgeschaltet ist in dieser Variante eine weitere Mischblende, die eine schon vergleichsweise gute Qualität der Rohemulsion gewährleistet und Grobanteile verhindert.
Ferner ist es möglich, durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung den Gehalt an Lösungsmittel in der Dispersion erheblich zu reduzieren und bevorzugt auf eine Hydrophilierung der Polyisocyanatkomponente zu verzichten. Insbesondere können erfindungsgemäß Dispersionen mit einem Lösungsmittelgehalt von unter 15 ohne weiteres hergestellt werden. In Abhängigkeit von dem bei der Dispergierung angewandten Druck, der Anzahl der Düsendurchgänge und dem eingesetzten Zweikomponenten-System ist es ferner möglich, auch völlig Lösungsmittel- und hydrophilierungsmittel-freie Emulsionen herzustellen.
Die mit dem genannten Verfahren erzielbaren hohen Oberflächenqualitäten der Lackierungen, können unmittelbar der Teilchengrößenverteilung der Emulsionen zugeordnet werden.
Wenigstens der Kolben und/oder die Wand der Kammer bestehen aus Keramik, oder weisen eine Keramikbeschichtung auf. Als Keramikmaterial wird insbesondere Zirkonoxid eingesetzt.
Kernstück der bevorzugten Dispergiervorrichtung ist eine Keramikhülse mit den Homogenisierbohrungen und dem Keramikkolben. Es wurde gefunden, daß die Keramikbauteile sehr passgenau eingeschliffen sein müssen, um einen Leckstrom zwischen Kolben und Hülse zu vermeiden. Es wurde gefunden, daß Bauteile aus Stahl keinen vergleichbar dichten Abschluß ergeben und somit nicht so leicht das Zuschalten einzelner Bohrungen ermöglichen. Es wurde ferner insbesondere gefunden, daß die Bohrungen an der Eintrittsseite sehr scharfkantig geschliffen sein sollten. Als Keramikmaterialien empfehlen sich Metalloxide wie Zirkonoxid oder noch härtere Materialien.
Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung kann sowohl von Innen nach Außen, als auch von Außen nach Innen betrieben werden, d. h. daß Einlaß und Auslaß auch vertauscht werden können ohne daß dadurch Nachteile bei der Dispergierung entstehen.
Um einen Lackfilm am Kolben beim Stillstand zu vermeiden, kann eine Spüllaterne installiert werden. Der Kolben der bevorzugten Vorrichtung ist auf einfache Weise mittels eines an die Kammer anschließenden und von dieser Kammer getrennten Spülraumes zu reinigen. Gegenüber dem Spülraum ist die Einlaßkammer ggf. über zusätzliche Ringdichtungen abgedichtet.
Der Kolben der Vorrichtung ist bevorzugt mittels eines elektrischen oder pneumatischen Antriebes bewegbar.
Durch Druckregelung, z. B. über einen Pneumatikantrieb des Kolbens, ist in Bruchteilen einer Sekunde die Verstellung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung möglich, um z. B. bei schwankendem Durchsatz soviel Düsen zu- oder abzuschalten, daß immer der gleiche Homogenisierdruck und damit die gleiche Emulsionsqualität sichergestellt ist. Werden elektrische Schrittmotoren verwendet, ist auch eine Verstellung im ms-Bereich möglich.
Eine annähernd stufenfreie Verstellung wird insbesondere erreicht, wenn sich z. B. zwei Düsenbohrungsreihen axial, d. h. hier in der Bewegungsrichtung des Kolbens gesehen, versetzt gegenüberstehen.
Als besonders vorteilhaft wurde gefunden, wenn statt der in Reihen angeordneten Düsenbohrungen Schlitze verwendet werden. Es wurde gefunden, daß, wenn man die Schlitze nur so breit macht wie den Bohrungsdurchmesser oder ggf. noch kleiner, eine sehr konstante Fahrweise und lineare, vollkommen stufenfreie Verstellung der Dispergiervorrichtung ermöglicht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich 2-Komponenten-Polyurethan-Lacke höchster Qualität und mit einem großen Regelbereich herstellen.
Die Geometrie der Bohrungen und Schlitze soll insbesondere so dimensioniert sein, daß eine Energiedichte von bevorzugt 105 bis 107 W/cm3, bevorzugt von 106 bis 107 W/cm3 im Dispergiergut erreicht wird. Erreicht wird dies, wenn im Bereich der Bohrung oder der Schlitze soviel Material abgetragen wird, daß die Länge der Bohrung 1-3 mal so lang, besonders bevorzugt 1-2 mal so lang ist, wie der Durchmesser der Bohrung beziehungsweise die Breite des Schlitzes.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung sind bimodale wäßrige 2-Komponenten-Polyurethan-Lackemulsionen auf Basis hydroxyfunktioneller Harzdispersionen und Polyisocyanaten zugänglich, die eine Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Verteilungsmaximum bei einer Teilchengröße von kleiner 500 nm, bevorzugt von 10 bis 200 nm und einem zweiten Verteilungsmaximum bei einer Teilchengröße von 200 bis 2000 nm, bevorzugt von 300 bis 1000 nm aufweisen. Die Teilchengrößen der Verteilungsmaxima unterscheiden sich insbesondere um einen Faktor 2. Insbesondere weisen 99 Gew.-% der Teilchen einer solchen Emulsion eine Teilchengröße von kleiner 5000 nm, bevorzugt von kleiner 1000 nm auf.
Es können auch alle bisher bekannten für 2-Komponenten-Polyurethan-Lacke eingesetzten Bindemittel und Vernetzerkomponenten eingesetzt werden.
Geeignete Bindemittelharze sind z. B. Isocyanat-reaktive Gruppen aufweisende Polyacrylate, Polyester, Urethan-modifizierte Polyester, Polyether, Polycarbonate oder Polyurethane, insbesondere solche des Molekulargewichtsbereiches 1000 bis 10 000 g/mol. Als Isocyanat-reaktive Gruppen werden bevorzugt Hydroxygruppen eingesetzt. Die Bindemittelharze werden in der Regel als wäßrige Dispersionen eingesetzt.
Als Polyisocyanatkomponente sind beliebige organische Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch und/oder aromatisch gebundenen, freien Isocyanatgruppen, geeignet. Die Polyisocyanatkomponente sollte im allgemeinen eine Viskosität von 20 bis 1000 mPa.s, vorzugsweise von unterhalb 500 mPa.s, aufweisen. Jedoch können auch höher viskose Polyisocyanate eingesetzt werden, wenn die Viskosität der Polyisocyanatkomponente durch einen entsprechenden Lösungsmittelgehalt herabgesetzt ist.
Besonders bevorzugt werden als Polyisocyanate solche mit ausschließlich aliphatisch und/oder cycloaliphatisch gebundenen Isocyanatgruppen mit einer zwischen 2, 2 und 5,0 liegenden mittleren NCO-Funktionalität und einer Viskosität von 50 bis 500 mPa.s bei 23°C eingesetzt. Bei entsprechend niedriger Viskosität gelingt erfindungsgemäß eine Dispergierung mit hinreichend kleiner Teilchengröße völlig ohne Lösungsmittelzusatz. Ferner können die in der Lackchemie bekannten üblichen Zusatz- und Modifizierungsmittel eingesetzt werden.
Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung ist nicht auf den Einsatz speziell für wasserdispergierbare Lacksysteme entwickelte Komponentensysteme, wie beispielhaft in der eingangs erwähnten europäischen Offenlegungsschrift beschrieben, beschränkt. Vielmehr ist es möglich, eine Vielzahl der bisher nicht wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systeme einzusetzen. Jedoch wird im allgemeinen bei Einsatz von speziell für die Dispergierung in Wasser entwickelten Zweikomponenten-Systemen der Dispergieraufwand (d. h. der anzuwendende Druck) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung besonders günstig sein.
Mit der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung erhaltene Lackemulsionen werden bevorzugt zur Herstellung von hochwertigen Überzügen auf den verschiedensten Substraten und Materialien wie Holz, Metallen, Kunststoffen usw. verwendet. Vorzugsweise werden solche Beschichtungssysteme zur Lackierung von Karosserien oder Karosserieteilen in der Autoerstlackierung eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung kann für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern und Dispergieraufgaben eingesetzt werden. Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung zum Dispergieren und Mischen von chemischen Produkten wie den erwähnten Wasserlacken, Filmemulsionen, Silikonemulsionen und von pharmazeutischen und kosmetischen Produkten wie Salben, Cremes oder Pflegemilch oder zur Dispergierung oder Homogenisierung von Natur- oder Lebensmittelprodukten, z. B. von Säften, Mischgetränken oder Milchprodukten, insbesondere bevorzugt von Milch oder Sahne. Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung dient auch zur Regelung von Stoffströmen und zur Durchführung schneller chemischer Reaktionen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Lackieranlage für den Auftrag von Mehrkomponentenlack umfassend wenigstens eine Lackierstation mit Sprühagregaten für den Lack, Zuleitungen und Pumpen für die Lackkomponenten und eine Mischeinheit für die Lackkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinheit eine erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung aufweist.
Bevorzugt ist eine Lackieranlage, in der der Dispergiervorrichtung ein einfacher konventioneller Düsenmischer vorgeschaltet ist.
Besonders vorteilhaft ist zwischen der Mischeinheit und den Sprühagregaten ein zusätzlicher Pufferspeicher vorgesehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung mit vorgeschalteter Mischdüse,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Variante der Dispergiervorrichtung nach Fig. 1 mit gegenüberliegenden Reihen axial versetzter Bohrungen,
Fig. 2a eine schematische Detaildarstellung der Düse nach Fig. 2 (Seitenansicht) zur Erläuterung der Düsengeometrie,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Variante der Dispergiervorrichtung nach Fig. 1 mit Schlitzen 16, 16',
Fig. 3a eine schematische Detaildarstellung der Düse nach Fig. 3 (Seitenansicht) zur Erläuterung der Düsengeometrie,
Fig. 4 das Schema einer Lackieranlage mit mehreren erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtungen,
Fig. 5 eine Graphik, die die mittlere Teilchengröße als Funktion vom Homogenisierdruck für verschiedene Dispergiervorrichtungen wiedergibt.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichts­ prozente.
Beispiele Beispiel 1
Eine Dispergiervorrichtung weist folgenden grundsätzlichen Aufbau (Fig. 1) auf:
Die Keramikhülse 18 umschließt die Kammer 3 der Dispergiervorrichtung und weist eine Vielzahl von Bohrungen 4, 4' auf, die in die Auslaßkammer 14 münden. Die z. B. aus einer vorgelagerten Kombination von Mischdüse 1 und Mischblende 2 erzeugte Rohemulsion 12 tritt am Einlaß 13 der Dispergiervorrichtung ein, wird beim Durchgang durch die Bohrungen 4, 4' fein dispergiert und läuft über die Auslaßkammer 14 und durch den Auslaß 15 aus der Dispergiervorrichtung aus. In der Kammer 3 ist der Keramikkolben 5 beweglich angeordnet und kann mittels des pneumatischen Antriebs 9, der über die Druckregelung 8 gesteuert wird, in der Kammer 3 bewegt werden. Je nach Stellung des Kolbens 5 werden die Öffnungen 4, 4' an ihrem Eingang verschlossen. Der Gesamtdurchsatz der Rohemulsion hängt von der Zahl der verbliebenen freien Öffnungen 4, 4' ab.
Fig. 2 zeigt eine Bauform der Dispergiervorrichtung, bei der die gegenüberliegenden geraden Reihen von Bohrungen entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens 5 in der Keramikhülse 18 etwas versetzt zu einander angeordnet sind, so daß ihre Querschnitte, wie in dem rechts stehenden Schema (Fig. 2a) angedeutet, von der rechten Seite betrachtet, einander überlappen. Der Abstand A in Fig. 2 gibt die Länge der Bohrung wieder.
Fig. 3 zeigt eine Dispergiervorrichtung, bei der anstelle der gegenüberliegenden geraden Reihen von Bohrungen entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens 5 in der Keramikhülse 18 Schlitzdüsen 16, 16' angeordnet sind, in denen die Rohemulsion 12 dispergiert wird. Der Abstand B in Fig. 3 gibt die Länge des Schlitzes 16 wieder. Der Abstand C in Fig. 3a gibt die Tiefe des Schlitzes 16 und der Abstand D in Fig. 3a gibt die Breite des Schlitzes 16 wieder.
Anwendungsbeispiel
Die kontinuierliche Herstellung einer Paraffinölemulsion (Modelemulsion) erfolgte an verschiedenen Dispergatoren mit folgender Rezeptur:
4 Teile Paraffinöl dünnflüssig
1 Teil Emulgator: Tween 80/Arlacel 80-Tensidgemisch, HLB 11,5 und
5 Teile Wasser
In der Fig. 5 sind graphisch die Versuchsergebnisse mit einer verstellbaren Lochdüse nach Fig. 2 mit 10 Löchern von 0,1 mm, mit einer 0,1 mm breiten Schlitzdüse einer Tiefe von 6 mm und ein Strahldispergator mit festen Abmessungen und mit 2 Bohrungen von 0,1 mm verglichen. Von den verstellbaren Düsen sind jeweils die Werte für kleinste Öffnungen, eine mittlere Einstellung und die maximale Öffnung aufgetragen.
Die Graphik, die die mittlere Teilchengröße als Funktion vom Homogenisierdruck angibt, zeigt eine gute Übereinstimmung über den gesamten Durchsatzbereich und die gute Funktionsweise der verstellbaren Strahldispergatoren.
Beispiel 2
Die kontinuierliche Herstellung eines 2 Komponenten-Polyurethanlackes erfolgte mit verschiedenen Dispergatoren nach folgender Rezeptur:
Bindemittelkomponente
Bayhydrol VP LS 2271®: 30,39%
(hydroxyfunktionelle Polyacrylatdispersion, Bayer AG)
Bayhydrol VP LS 2231®: 33,28%
(hydroxyfunktionelle, urethanmodifizierte Polyesterdispersion, Bayer AG)
Byk 345®: 0,29%
(Lackhilfsmittel, Byk Chemie GmbH)
Byk 333®: 0,30%
(Lackhilfsmittel, Byk Chemie GmbH)
destilliertes Wasser 7,65%
Härterkomponente
Desmodur VP LS 2025/1®: 18,29%
(Lackpolyisocyanat, Bayer AG)
Tinuvin 1130®, 50% in Butyldiglykolacetat: 1,85%
(Lichtschutzmittel, Ciba Spezialitätenchemie GmbH)
Tinuvin 292®, 50% in Butyldiglykolacetat: 0,92%
(HALS-Stabilisator, Ciba Spezialitätenchemie GmbH)
Butyldiglykolacetat/Solvesso 100 (1/1): 7,03%
Summe: 100,00%
Die beiden Komponenten (Bindemittelkomponente 23 und Härter 24) werden in einer Lackieranlage nach Fig. 4 mit verstellbaren Dispergierdüsen 17 nach Fig. 1 mit jeweils vorgeschaltetem Mischer 1, 2 unter Verwendung von 0,2 mm breiten Bohrungen vermischt und emulgiert. Die Pumpen 20, 21 stellen den notwendigen Differenzdruck her.
Die Applikation erfolgt elektrostatisch über handelsübliche Glocken 22 mit vorgeschaltetem variierbarem Puffervolumen 4 auf verzinkte Stahlbleche mit einer Schichtstärke von 40 µm. Der Lackfilm wird 5 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet, 10 Minuten bei 80°C vorgetrocknet und 30 Minuten bei 130°C ausgehärtet.
Der Lackfilm hat die folgenden anwendungstechnischen Eigenschaften:
Pendelhärte nach König (23°C): 190 s
Glanz 20°: 88
Lösemittelbeständigkeit (Xylol/Treibstoff) 0/1
(0 = sehr gut, 5 = schlecht)
Chemikalienbeständigkeit:
Pankreatin/Schwefelsäure/Natronlauge: 2/1/0
Kratzfestigkeit:
(Amtec Kistler Laborwaschstrasse, 10 Cyclen): DGlanz 13

Claims (14)

1. Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlaß (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen (4, 4'), die in eine Auslaßkammer (14) münden, und mit einem Auslaß (15) für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer (3) eine bestimmte Zahl der Öffnungen (4, 4') für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.
2. Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlaß (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer oder mehrerer entlang der Kammerwand angeordneten schlitzförmigen Öffnungen (16, 16'), die in eine Auslaßkammer (14) münden, und mit einem Auslaß (15) für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer (3) die Schlitze (16, 16') für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Ende der Kammer (3) mindestens eine Spülbohrung (6) mit größerem Querschnitt als dem Querschnitt der Öffnungen (4, 4') bzw. der Schlitze (16, 16') angebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) mittels eines elektrischen oder pneumatischen Antriebes (9) bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) und die Kammer (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) mittels eines an die Kammer (3) anschließenden und von dieser getrennten Spülraumes (7) zu reinigen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Kolben (5) und/oder die Wand der Kammer (3) aus Keramik bestehen, oder eine Keramikbeschichtung aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmaterial Zirkonoxid eingesetzt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens zwei Reihen von hintereinander angeordneten Öffnungen (4) und (4') aufweist, die axial versetzt in der Kammerwand angeordnet sind.
10. Lackieranlage für den Auftrag von Mehrkomponentenlack umfassend wenigstens eine Lackierstation mit Sprühaggregaten (22) für den Lack, Zuleitungen (23, 24) und Pumpen (20) für die Lackkomponenten und eine Mischeinheit für die Lackkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinheit eine Dispergiervorrichtung 17 nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
11. Lackieranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispergiervorrichtung 17 ein einfacher konventioneller Düsenmischer (2) vorgeschaltet ist.
12. Lackieranlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mischeinheit (2, 17) und den Sprühagregaten (22) ein zusätzlicher Pufferspeicher (21) vorgesehen ist.
13. Verwendung der Dispergiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Dispergieren und Mischen von chemischen Produkten, insbesondere von Wasserlacken, Filmemulsionen oder Silikonemulsionen und von pharmazeutischen oder kosmetischen Produkten, insbesondere von Salben, Cremes oder Pflegemilch oder zur Dispergierung oder Homogenisierung von Natur- oder Lebensmittelprodukten, insbesondere von Säften, Mischgetränken oder Milchprodukten, insbesondere bevorzugt von Milch oder Sahne.
14. Verwendung der Dispergiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Regelung von Stoffströmen und zur Durchführung schneller chemischer Reaktionen.
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