DE3402658A1

DE3402658A1 - Verfahren zur zeitlich verkuerzten bestimmung des gehaltes an nichtfluechtigen anteilen von kunstharzloesungen, farben, lacken, etc. und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3402658A1
Application number: DE19843402658
Authority: DE
Inventors: Werner Ing. Graz Geßner; Elmar Dr. Ladstädter
Original assignee: Vianova Resins AG
Current assignee: Allnex Austria GmbH
Priority date: 1983-01-27
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1984-08-16
Also published as: ATA25583A; AT382723B

Description

Verfahren zur zeitlich verkürzten Bestimmung des
Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen von Kunstharzlösungen, Farben, Lacken , etc. und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Dr. Elmar Ladstädter Ing. Werner Geßner Verfahren zur zeitlich verkürzten Bestimmung des nichtflüchtigen Anteiles von Kunstharzlösungen, Farben, Lacken, etc. und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zurzeitlich verkürzten Bestimmung des Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen (nfA3 ron Kunstharzlösungen, Farben, Lacken, erc.
sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Gegenüber den bisher bekannten Verfahren gestattet die Erfindung eine enorme Zeitersparnis, da die Ergebnisse innerhalb kürzester Zeit in exakt reproduzierbarer Form vorliegen Gemäß »i- 53 216 wird der Gehalt an nfA dadurch bestimmr, daß in eine Schale aus Metall mit flachem Boden (z.B.
ein unlackierter Dosendeckel) die Prüfsubstanz eingewogen wird Elit einem geeigneten Stab, z,B, einem gebogenen Glas staub oder einer aufgebogenen Büroklammer, wird die Probe möglichst gleichmäßig verteilt, um ein besseres Entweichen der flüchtigen Bestandteile zu ermöglichen.
Allerdings laufen während der Trocknung verschiedene Prozes se ab, weil tatsächlich keine gleichmäßige Schichtstärke erzielt wird. Auch die Reproduzierbarkeit ist nicht zufriedenstellend.
Die Probe wird beispielsweise nach einer Ablüftzeit-von 10 Minuten bei Raumtemperatur innerhalb von 1 bis 3 Stunden in einem Trockenschrank bei 120°C getrocknet.
Bei sehr. temperaturempfindlichen Produkten ist auch die Verwendung eines Vakuumtrockenschrankes üblich, um die Abgabe flüchtiger Bestandteile bei niedrigen Temperaturen zu beschleunigen.
Gemäß ASTM D 1 259-b vira zur Aluminiumfolie statt des Dosendeckels benützt. Diese muß jedoch faltenfrei auf eine Glasplatte aufgezogen werden, um eine gleichmäßigere Verteilung zu erreichen. Die Folie wird mit einer Stahlrolle "gebügelt". Die Vorbereitung der Probe ist daher zeitraubend. Zusätzlich zur langen Verweilzeit im Trockenschrank ergibt sich für die Prüfung ein großer Zeitaufwand, der bei Kontrollen des Gehaltes an nfA, z. B. während der Herstellung eines Kunstharzes,dazu führen kann, daß die Werte zu spät erhalten werden und die Reaktion inzwischen so weit fortgeschritten ist, daß eine Korrektur nicht mehr möglich ist.
Es wurde nun gefunden, daß man an gleichmäßig dünnen Schichten nach einer kurzen Trockenzeit den Gehalt an nfA bestimmen kann, wenn man eine definierte Menge, z. F.
0.5 - 1 ml der Prüfsubstanz zwischen Aluminiumfolien auf eine Naßfilmstärke von 10 bis 100 ßm auswalzt und die entfaltete Folie bei 70 - 2000C und/oder im Vakuum während 1 bis 20 Minuten trocknet. Die Berechnung erfolgt durch Bestimmung des Gewichtsverlustes.
Das Verfahren besteht darin, daß eine exakt gewogene Menge der Prüfsubstanz in weiche Aluminiumfolie eingeschlagen wird und beides durch einen Spalt befördert wird, welcher durch zwei in bestimmtem Abstand zu einander stehende, gegenläufig rotierende Walzen gebildet wird. Dabei verteilt sich die Substanz mit konstanter Schichtstärke auf eine große Fläche. Ja nch Einwaagemenge und Spaltbreite ergeben sich Schichtstärken von 10 bis 100 Wm. Durch das Entfalten der Folie wird die ausgewalzte Schicht geteilt, wodurch auf jeder Hälfte eine Schicht mit der Dicke der halben Spaltbreite der Walzen, abzüglich Foliendicke, verbleibt. Die so entstehende gleichmäßig dünne Schicht begünstigt die Abgabe flüchtiger Bestandteile. Dieser Vorgang wird durch erhöhte Temperatur und/oder Anlegen von Vakuum in bekannter Weise beschleunigt. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit nvird der nicht-flüchtige Anteil nach folgender Formel bestimmt: m = Einwaage 0 m = Auswaage.
Aus diesem Verfahren resultiert, abgesehen von der Zeitersparnis, gute Reproduzierbarkeit. Weiters besteht die Möglichkeit, über Variation von Zeit und Temperatur ein Kennfeld zu erstellen, aus welchem Aufschlüsse über die Art der ablaufenden Prozesse erhalten erden können.
Weiters ist es möglich, bei empfindlichen reaktionsfreudigen Substanzen die Meßzeit zu verkürzen bzw. die Temperatur zu senken oder auf die Verwendung eines Vakuumtrockenschrankes zu verzichten.
Folgende Größen üben auf das Meßergebnis einen Einfluß aus: Temperatur und Bauart des Trockenschrankes Luftdruck (bei Vakuumtrockenschränken) Verweilzeit im Trockenschrank Spaltbreite der Walzen Dicke der Folie Eingewogene enge Auflösung der Waage.
Eine bevorzugte Äusführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich in der Praxis für Hersteller von Kunstharzen bewährt, wird wie folgt durchgeführt (sog.
Standard- Folien-erfahrenl') Ein Blatt der Alu-Folie wird mit der matten Seite nach, innen scharf gefaltet, gewendet, sanft fertiggefaltet (siehe Abb. 1) und in den Meßraum einer Waage mit Windschutz gelegt. Das Gewicht wird bestimmt. Die Faltung bewirkt, daß die Folie im Windschutz leichter manipuliert werden kann und die Luftströmung möglichst kleine Angriffsflächen vorfindet. Dann wird etwa in der Mitte der Breite der Folie, nach dem Bug des ersten Faltvorganges die Probe aufgebracht und sofort gewogen (Abb. 2).
Die Probenmenge wird für jede Substanz experimentell bestimmt, wobei die größtmögliche Menge zur Anwendung kommt, welche noch sicher, ohne die Walze zu verunreinigen, verarbeitet werden kann. Bei Lackkunstharzen beträgt sie normalerweise für die typischen Dimensionen des Walzenpaares und der Folie 0.5 - 1 ml.
Nach dem Entfalten wird die Folie bei der halben Länge in die andere Richtung einmal zusammengelegt (Abb. 3), wobei sich die Probe nun auf der Innenseite der Folie befindet.
Die Folie wird, mit dem Bug voraus, durch die Walzen transportiert, wobei darauf zu achten ist, daß sie nicht schief zu den Walzen eingelegt werden darf und daß sie möglichst frei von Knitterfalten sein soll.
Damit die Probe mit konstanter Naßfilmstärke zwischen den Folienhälften verteilt wird, sollten beide Walzen gegenläufig und ohne Schlupf angetrieben und unabhängig von Viskosität und Drehgeschwindigkeit auf konstantem Abstand gehalten werden.
Die Folie wird wieder entfaltet, wobei sich auf beiden Hälften jeweils die gleiche (halbe) Naßfilmstärke einstellt, und in den (Vakuum) Trockenschrank gelegt (Abb. 4).
Man kann den Fortschritt der Trocknung verfolgen, indem die Folie zwischendurch aus dem Schrank genommen, gefaltet und gewogen wird. Bei sehr klebrig bleibenden Substanzen kann eine (vorher gewogene) Teflonfolie vor dem Falten eingelegt werden, wodurch die Folie entfaltbar bleibt.
Die angewendete Temperatur (bzw. Druck) und die Verweilzeit im Trockenschrank sind auf den Mechanismus der Trocknung abzustimmen. Die Erstellung eines Kennfeldes stellt dazu eine wertvolle Hilfe dar. Routinemessungen an bekannten Substanzen laufen-dann natürlich mit-einer Zeit bei einer Temperatur ab, wodurch der Zeitgewinn voll zum Tragen kommt.
Wichtig für eine gute Reproduzierbarkeit des Verfahrens ist es, daß die Proben vor der Entnahme gut durchgemischt und die Probengefäße zwischen den Bestimmungen geschlossen gehalten werden, weiters, daß die Walzen und die Folien frei von Verunreinigungen, Rückständen oder Spänen etc.
sind.
Eine Verdoppelung der Fläche bzw. Einwaagemenge läßt sich bei gleichbleibender Schichtstärke erreichen, indem man zwei ganze Folien übereinander legt und diese analog der Standardmethode faltet.
Wie erwähnt, kann die Naßfilmstärke zwischen 10 und 100 ßm betragen. Bei der Standardmethode arbeitet man mit einer Naßfilmstärke von 80 m; dieser Wert ist aus einer großen Zahl von Versuchen mit verschiedenen Spaltbreiten als bester Kompromiß zwischen effektiver Schichtstärke (und damit Geschwindigkeit der Lösungsmittelabgabe) und Einwaagemenge (und damit Genauigkeit des Wägeverfahrens) hervorgegangen.
Typische Daten und Beispiele für das verfahren: Typisches Probenvolumen: 0.1 - 1 ml Gesamtnaßfilmstärke: Standard: 80 µm (2 x 40 ßm) zusätzlich 1 Folie: 50 µm (2 x 25 rm) zusätzlich 2 Folien : 20 wm (2 x 10 ßm) Maße der Folie: 170 x 400 mm Dicke der Folie: 30 - 2 µm Material der Folie: Reinaluminium, weichgeglüht, unbeschichtet, einseitig matt Geforderte Auflösung der Waage : 1 mg Aus der folgenden Tabelle kann der Zeitgewinn gegenüber den konventionellen Methoden anhand einiger Lackkunstharze bzw. daraus hergestellter Lacke entnommen werden.
Harztyp bzw. Lack konventionell Folienmethode wasserlösliche Grundierung, ca.
65%ig in Wasser und ii5sungsmittei 30 min/ 1800C 5 min/180°C 80 µm Naßfilm Epoxidharzhältiger Füller ca. 67%ig, Lösungsmittelgemisch 60 min/1200C 5 min/1200C 80 µm Naßfilm Zwei- Komponenten-Einbrenndecklack, ca. 70%ig in LDsungs- 60 min/ 1200C 10 min/120°C mittelg s sch 80 µm Naß film Leinölmodifiziertes Alkydharz 25 min/ 1200C 3 min/120°C ca. 60%ig in Benzin 60 Wm Naßfilm Plastifiziertes Acrylharz 30 min/ 1500C 5 min/130°C ca. 60%ig in Benzin 60 iim Naßfilm ölfreier gesättigter Polyester 60 min, 1250C 1 min/130°C ca. 67%ig in Äthylglykolacetat 30 Wm Naßfilm und Xylol Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ("Folienwalze").
Anforderungen an die Walze: Die Verwendung von aufeinandergedrückten glatten Walzen kommt nicht in Frage, da die sich einstellenden Schichtstärken vom rheologischen Verhalten des zu messenden Produktes bei der jeweiligen Temperatur abhängen. Das gilt auch für das Auswalzen mittels einer einzelnen Walze auf einer ebenen Unterlage, in diesem Falle stört zusätzlich das Verrutschen der beiden Folienhälften gegeneinander.
Der Aufbau eines Walzensyst.ems mit festem oder einstellbarem Spalt ist zwar möglich, stellt aber recht hohe Anforderungen an die Fertigung, da alle Fehler wie Zentrizität der Lagerzapfen, Rundlauffehler, Konizität, Durchbiegung der Walzen etc. in die Spaltbreite eingehen. Da aber die Summe aller Fehler mit - 5 ßm zu begrenzen ist, um eine ausreichend gute Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit zu erhalten,wären sehr aufwendige und damit teure konstruktive Maßnahmen erforderlich.
Es konnte aber eine sehr einfach herzustellende Anordnung ("Folienwalze") gefunden werden, die trotzdem den hohen Anforderungen an die Konstanz und Parallelität des wirksamen Spaltes genügt.
Eine entsprechende Anordnung ist im Folgenden beschrieben: Die Folienwalze zum Auswalzen der Prüfsubstanz auf der Folie besteht aus einer mittels Handkurbel (13) angetriebenen, an beiden Enden mit konzentrischen Verdickungen (16 versehenen Walze (2), welche wiederum über Zahnräder gleichs Zähnezahl (15) eine zweite Walze gleichen Durchmessers (1) gegenläufig und schlupffrei antreibt. Diese zweite Walze wird mittels Druckfedern (11), die auf Lagerblöcke (7) wirken, so kräftig gegen die konzentrischen Verdickungen (16) an den bei£iiEnden der Walze (2) edriidrt,sodaßejn von der Viskosität des zu prüfenden Mediums unabhängiger Spalt (17) zwischen den Walzen verbleibt; trotzdem können die Walzen bei grober Uberlastung ausweichen.
Die Lagerblöcke (7) beider Walzen (1,2) werden durch Führungsrohre (5) so fixiert, daß sie sich nur entlang ihrer Achse bewegen können. Die Führungsrohre (5) sind auf der einen Seite mittels Druckschraube (6), auf der anderen Seite durch das Widerlager (8) für die Druckfeder (11) mittels Spannstift (9) abgeschlossen; die Führungsrohre (5) werden durch die Spannelemente (3,4) in ihrer Position gehalten. Die Seitenteile (10) mit Gummifüßen (12) ermöglichen den Betrieb als Tischgerät, ein Führungsblech (14) lenkt die durchgewalzte Folie zur Vorderseite ab. Durch diese konstruktiven Maßnahmen gelingt es, fertigungsbedingte Fehler der beschriebnen Art weitgehend unwirksam zu machen, sodaß mit einfachen, kostengünstig herstellbaren Teilen eine Anordnung gebaut werden kann, die den hohen Anforderungen bezüglich Toleranz der Spaltbreite genügt.
Die Vorteile der beschriebenen Anordnung kommen allerdings u. a. durch den Verzicht auf eine variable Spaltbreite zustande. Dieser Nachteil läßt sich auf einfachste Weise dadurch umgehen, daß man im Bedarfsfalle eine oder mehrere, möglicherweise verschieden dicke Leerfolien mitwalzt, wodurch die effekive Spaltbreite in nahezu beliebiger Stufung verringert werden kann.
Daten der "Folienwalze": Walzendurchmesser: 30 mm Länge des Spaltes: 200 mm Breite des Spaltes: 140 + 5 m Material der Walzen: rostfreier Automatenstahl Gewicht der FollenYalze: 4.75 kg Modifizierung des Verfahrens Die Bestimmungsgrößen beim Standardverfahren nehmen Rücksicht auf die Randbedingungen, z. B. Handhabbarkeit und Erhältlichkeit der Folie, Auflösung der üblichen Laborwaagen, Größe der gebräuchlichen Trockenschränke usw.
Für gewisse'Produkte, wie etwa solche mit sehr geringem nfA, ist eine höhere Einwaage wünschenswert, um die gleiche Genauigkeit zu erzielen. Für andere Produkte ist die Aufbringung in sehr dünnen Schichten günstig. In beiden Fällen erreicht man dies über die Vergrößerung der Fläche. Die Dimensionen der Folie können ebenfalls variiert werden.
Die für das jeweilige Produkt geeignetste Methode kann sehr einfach experimentell bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche: 1) Verfahren zur zeitlich verkürzten Bestimmung des nicht flüchtigen Anteiles von Sunstharzlösungen, Lacken, Farben, etc. bei erhöhter Temperatur und/oder reduziertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß eine definierte Menge der Prüfsubstanz zwischen Aluminiumfolien mit bekanntem Gewicht aufgebracht wird, diese durch ein Walzenpaar hindurchgeführt werden, wobei die Prüfsubstanz in gleichmäßiger Schicht stärke verteilt wird und auf der entfalteten Folie bei erbötiter Temperatur und/oder reduziertem Druck getrocknet wird, wobei durch die Bestimmung des Rückstandes, bezogen auf das Ausgangsgewicht, der nichtflüchtige Anteil definiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0.5 - 1 ml Prüfsubstanz zu einer Naßfilmstärke von 10 bis 1001U.m zwischen den Folien ausgewalzt wird, die Schicht stärke durch Entfalten der Folie halbiert und die beschichtete Folie bei 70 - 2000C während 1 bis 20 Minuten in einem Trockenschrank bei einem Druck von 10 bis 1000 mbar getrocknet wird.
3. Auswalzvorrichtung bestehend aus einem Walzenpaar zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine mittels Handkurbel (13) angetriebene, an beiden Enden mit gleich großen konzentrischen Verdickungen (16) versehene Walze (2), welche wiederum über Zahnräder gleicher Zähnezahl (15) eine zweite Walze gleichen Durchmessers (1) gegenläufig und schlupffrei antreibt, wobei die zweite Walze (1) mittels Druckfedern (11), die auf Lagerblöcke (7) wirken, derart gegen die konzentrischen Verdickungen (16) der ersten Walze (2) gedrückt wird, daß ein über die übrige Länge der Walzen (1,2) konstanter Spalt (17) verbleibt, ferner gekennzeichnet durch Führungsrohre (5) für die Lagerblöcke (7) mit abschließenden Druckschrauben (6) bzw. mit durch Spannstifte (9) fixierte Widerlager (8) für die Druckfedern (11), wobei die Führungsrohre (5) durch die Spannelemente (3,4) in genau paralleler Position gehalten werden, schließlich gekennzeichnet durch Seitenteile (10) mit Gummifüßen (12) und ein Führungsblech (14), die eine Aufstellung als Tischgerät ermöglichen.