DE69003420T2

DE69003420T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Schwertspritzens.

Info

Publication number: DE69003420T2
Application number: DE90105352T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Frederik Bok; Kenneth Look Hoy; Kenneth Andrew Nielsen
Original assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Current assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1990-03-21
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH03504828A; DK0388927T3; CA2012705A1; AU5204890A; JPH0783858B2; AU641382B2; ATE94783T1; DE69003420D1; KR900014037A; MX172155B; ES2044284T3; US5057342A; WO1990011138A1; EP0388927A1; EP0388927B1

Description

Vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen den Bereich von flüssigen Spritzzubereitungen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzen von flüssigen Zubereitungen, die Spritzverfahren in Form eines Fischschwanzes vermeiden, um jedoch wünschenswert schwertförmiges Spritzen nach einem Spritzverfahren ohne Druckluft zu erzeugen.
Beschichtungszubereitungen werden im allgemeinen auf einem Träger durch Hindurchleiten der Beschichtungszubereitung unter Druck mittels einer Auslassöffnung in die Luft aufgetragen, um einen flüssigen Spritzregen zu bilden, der den Träger abdeckt und einen flüssigen Ueberzug erzeugt. Gemäss dem Beschichtungsgewerbe werden drei Typen von Düsenspritzen angewandt, nämlich Spritzen mit Hilfe von Druckluft, Spritzen ohne Druckluft und luftloses Spritzen mit Hilfe eines Luftfördermediums.
Luftspritzen verwendet Pressluft, um die flüssige Beschichtungszubereitung in Tröpfchen zu brechen und dann die Tröpfchen auf den Träger aufzubringen. Der meist verwendete Typ von Luftdüse mischt die Beschichtungszubereitung und Hochgeschindigkeitsluft ausserhalb der Düse, um die Zerstäubung zu bewirken. Zusätzliche Luftströmungen werden eingeführt, um die Gestalt des Spritzens zu verändern. Die Beschichtungszubereitung fliesst durch die Auslassöffnung der Flüssigkeit in die Spritzdüse mit einer relativ kleinen Senkung des Druckes. Siphon- oder Druckzuführung werden in der Regel je nach der Viskosität und der Menge der zu spritzenden Beschichtungszubereitung bei einem Druck kleiner als 124,110 Pa (18 psi) angewandt.
Spritzen ohne Druckluft bewirkt eine hohe Drucksenkung quer durch die Auslassöffnung, um die Beschichtungszubereitung durch die Auslassöffnung bei hoher Geschwindigkeit auszutreiben. Beim Verlassen der Auslassöffnung zerbricht sich die Flüssigkeit bei hoher Geschwindigkeit in Tröpfchen und wird in der Luft unter Bildung eines Sprühregens dispergiert. Ein ausreichender Impuls verbleibt nach der Zerstäubung, um die Tröpfchen auf den Träger aufzutragen.
Die Spritzspitze wird umrissen, um die Formgestalt des flüssigen Sprühregens zu verändern, der in der Regel einen runden oder elliptischen Kegel oder einen flachen Fächer darstellt. Turbulenzförderer werden manchmal in die Spritzdüse eingesetzt, um die Zerstäubung zu fördern. Spritzdrucke variieren in der Regel im Bereich von 4826,5 bis 34475 kPa (700 bis 5000 psi). Der benötigte Druck steigert sich mit der Viskosität der Fluide.
Luftloses Spritzen mit Hilfe eines Luftfördermediums vereinigt Eigenschaften von Luftspritzen und luftlosem Spritzen. Es wird sowohl Pressluft als auch hohe Drucksenkung quer durch die Auslassöffnung verwendet, um die Beschichtungszubereitung zu zerstäuben und dem flüssigen Sprühregen eine Form zu geben, in der Regel unter milderen Bedingungen als bei denen jeder Typ von Zerstäubung von selbst erzeugt wird. Die Pressluft und die Geschwindigkeit des Luftflusses sind im allgemeinen kleiner als für das Spritzen mit Druckluft. Drucke für flüssige Sprühregen variieren im Bereich von 1379 bis 5516 kPa (200 bis 800 psi). Der benötigte Druck wächst je nach der Viskosität der Flüssigkeit.
Luftspritzen, luftloses Spritzen und luftbedingtes luftloses Spritzen können auch mit einer erwärmten flüssigen Beschichtungszubereitung und/oder mit vorerwärmter Luft verwendet werden. Die Erwärmung verringert die Viskosität der flüssigen Beschichtungszubereitung und fördert die Zerstäubung.
Ein Problem, das im allgemeinen mit dem Airless-Spritzverfahren verbunden ist, besteht in der ersichtlichen Unfähigkeit des Beschichtungsmaterials in einer solchen Art zu zerstäuben, dass die erwünschte "schwertförmige" Gestalt mit einem relativ grossen Hauptteil, in dem die Verteilung der Teilchen des Beschichtungsmaterials vernünftigerweise gleichmässig ist, erzielt wird und äusserste Teile oder Ränder davon, die eine zunehmende Verringerungszahl der Teilchen pro Breiteneinheit haben, entgegenstehen.
Dies ist einer der prinzipiellen Gründe warum anstatt von Airless-Spritzen Pressluftspritzen angewandt wird, um Beschichtungen von hochwertiger Qualität zu erzeugen. Luftspritzverfahren anders als Spritzverfahren ohne Druckluft sind fähig eine gleichmässige Menge von Teilchen des Beschichtungsmaterials im Mittelteil des Sprühregens zu erzeugen. Dies ist besonders wünschenswert, damit benachbarte Lagen der gespritzen Beschichtung übereinander liegen können und somit ein Ueberzug mit einer gleichmässigen Dicke erzielt werden kann.
Das Druckluft-Spritzverfahren ist fähig, die Erzeugung eines schwertförmigen Spritzens auszuführen, indem man eine grosse Menge von Pressluft zur Zerstäubung der flüssigen Beschichtungszubereitung verwendet.
Im Gegensatz dazu verwendet ein Spritzverfahren ohne Druckluft keine Pressluft. Stattdessen wird die flüssige Beschichtungszubereitung bei einem hohen Druck durch eine Auslassöffnung in die Umgebung, im allgemeinen Luft, gespritzt, bei der sich der abzudeckende Träger befindet. Spritzpistolen ohne Druckluft ergeben jedoch charakteristischerweise ein Spritzen in Form eines Fischschwanzes anstatt eines schwerförmigen Spritzens. Derartige Spritzen in Form eines Fischschwanzes enthalten mehr Beschichtungspartikel bei den äusserten Teilen oder Rändern des Spritzregens anstatt im Mittelteil.
Demzufolge ist es schwierig, nebeneinanderliegende Schichten des Ueberzuges, die durch ein solches Spritzen in Form eines Fischschwanzes aufgetragen wurden, genau miteinander zu mischen, damit ein geeigneter gleichmässiger Film des Beschichtungsmaterials auf dem beschichteten Träger erzeugt wird.
Es ist jedoch wohlbekannt, dass ein Spritzverfahren ohne Druckluft mehr Beschichtungsmaterial auf den Träger aufbringt, d.h. es besitzt eine höhere Uebertragungsfähigkeit als ein Spritzverfahren mit Druckluft.
Obschon es wünschenswert ist, ein Spritzverfahren ohne Druckluft anzuwenden, um eine solche höhere Uebertragungswirksamkeit zu erzielen, ist man dennoch durch die Tatsache gestört, dass es bekannt ist, dass die damit entstandene Spritzform eine solche ist, die kein gewünschtes Schwertspritzen erzeugt.
Demzufolge wurden Versuche unternommen, um ein wünschenswertes schwertförmiges Spritzen gemäss einem Spritzverfahren ohne Druckluft zu erhalten. Solche Versuche beruhen im allgemeinen auf mechanischen Lösungen, nämlich mit Abänderungen in der Herstellung von luftlosen Spritzdüsen, durch Schaffung von Vorrichtungen, die Turbulenz in den Spritzpistolen fördern oder durch Kombinationen dieser Abänderungen und dergleichen.
Die US-Patentschriften 3 659 787, 3 754 710 und 4 346 849 beschreiben verschiedene Ausführungsformen, in denen die Düsenspitze hergestellt und abgeändert wird, um Anregungen zur Erzeugung eines Schwertspritzens zu geben. Zudem wird in der US-Patentschrift 3 556 411 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Turbulenz beschrieben. Sie gibt auch an, wie ein Fischschwanz bei einem Verfahren ohne Druckluft eliminiert werden kann.
Obschon solche mechanischen Verbesserungen für die Spritzdüse und/oder für die Spritzpistole das Problem zur Behebung eines Fischschwanzes verbessern helfen können, weisen sie dennoch den Nachteil auf, dass sie noch nicht imstande sind, ein ganzes schwertförmiges Spritzen zu erzeugen, das im wesentlichen demjenigen, das durch Spritzen mit Druckluft erhalten wird, ebenbürtig ist. Zudem zeigen sie deutlich die Notwendigkeit, dass man speziell hergestellte Düsenspitzen und/oder Spritzpistolen ersetzt und/oder verwendet, um diese Ziele zu erreichen.
Aus WO 85/00993 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, welche Filmablagerung und Pulverbildung durch ein Molekularspritzen mit Hilfe einer überkritischen Flüssigkeit betreffen. Das Verfahren richtet sich auf eine Verbesserung der Ablagerung eines dünnen Filmes und einer Pulverbildungstechnik im Gegensatz zu den oben erwähnten konventionellen Spritzverfahren für Flüssigkeiten.
Es wird als erste Aufgabe vorgeschlagen, die Ablagerung von Feststoffen mit einem sehr hochmolekularen als auch mit niedermolekularen Gewicht in Filmen und die Bildung von Pulvern dieser Stoffe zu ermöglichen. Es wird ausdrücklich angegeben, dass solche Filme "durch konventionelle Spritzverfahren für Flüssigkeiten nicht erzeugt werden können". Dünne Filme oder Pulver von Feststoffen sind durch Bildung eines molekularen Sprühregens von einzelnen Molekülen (Atomen) oder von sehr kleinen Clustern möglich. Diese können dann als dünner Film auf einen beliebigen Träger aufgetragen werden, indem man molekulare Kernbildung oder Schwarmbildung als feines Pulver fördert. Der durch dieses bekannte Verfahren gebildete Sprühregen besteht in Clustern, die mehr als 10&sup6; bis 10&sup9; weniger massiv als die Tröpfchen, die nach den flüssigen Spritzzerstäubungsverfahren gebildet werden. Im Gegensatz dazu bilden konventionelle Spritzverfahren flüssige Spritztröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 Mikron oder mehr, während sie gleichzeitig fähig sind, ein Schwertspritzen zu erzeugen.
Die EP-A-0321607 (nach dem Prioritätsdatum dieser Erfindung veröffentlicht) schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Applikation von flüssigen Beschichtungszubereitungen vor, wobei überkritische Flüssigkeiten, wie flüssiges überkritisches Kohlendioxid, zur Verringerung der Applizierfestigkeit verwendet werden, damit viskose Beschichtungszubereitungen in Form von flüssigen Sprühregen appliziert werden können.
Die EP-A-0350910 (nach dem Prioritätsdatum dieser Erfindung veröffentlicht) schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Applikation von flüssigen Beschichtungszubereitungen vor, wobei überkritische Flüssigkeiten, wie flüssiges überkritisches Kohlendioxid zur Verringerung der Applizierfestigkeit von viskosen Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, um deren Applizierung als flüssige Sprühregen zu ermöglichen. Die Beschichtungszubereitungen werden durch Hindurchleiten unter Druck der Zusammensetzung durch eine Auslassöffnung in die Umgebung des Trägers gespritzt.
Die EP-A-0350909 (nach dem Prioritätsdatum dieser Erfindung veröffentlicht) schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Applikation einer elektrostatischen flüssigen Beschichtungszubereitung vor, wobei überkritische Flüssigkeiten, wie flüssiges überkritisches Kohlendioxid verwendet werden, damit viskose Beschichtungszubereitungen als flüssige Sprühregen appliziert werden können. Die Beschichtungszubereitungen werden durch Hindurchleiten unter Druck der Zubereitung durch eine Auslassöffnung in die Umgebung des Trägers gesprüht. Der flüssige Sprühregen wird durch Anlegen einer hohen elektrischen Spannung, bezogen auf das Substrat, und eines elektrischen Stromes elektrisch geladen.
Was offensichtlich benötigt wird, ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines schwertförmigen Spritzens unter Verwendung eines Spritzverfahrens ohne Druckluft, wobei das erhaltene schwertförmige Spritzen im wesentlichen mit demjenigen, das unter Verwendung eines Spritzverfahrens mit Hilfe von Druckluft erhalten wird, äquivalent ist. Ausserdem sollte ein solches Verfahren fähig sein, ein wünschenswertes Schwertspritzen unter Verwendung von herkömmlichen Spritzpistolen und Spritzdüsen ohne Druckluft zu erzeugen, ohne dass sie in irgend einer Weise modifiziert werden müssen.
Auf Grund vorliegender Erfindung wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt, die imstande sind, die oben benannten Aufgaben zu lösen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist somit geeignet ein schwertförmiges Spritzen unter Verwendung einer Spritztechnik ohne Druckluft zu erzeugen, ohne dass man jedoch die mechanischen und/oder strukturellen Merkmale der Düse, der Düsenspitze, der Spritzpistole und dergleichen verändert, wie es gemäss dem Stand der Technik nötig war.
Insbesondere betrifft das erfindungsgemässe Verfahren eine ganz neue Abwandlung zu dem Spritzen von flüssigen Mischungen, wie Beschichtungszubereitungen, welche darin besteht, dass man die Beschichtungszubereitung in Kombination mit mindestens einer überkritischen Flüssigkeit spritzt.
Durch Spritzen von Beschichtungszubereitungen, die eine überkritische Flüssigkeit enthalten, wird ein Schwertspritzen ohne Druckluft erhalten, das Spritzmerkmale aufweist, die denjenigen eines Spritzverfahrens mit Druckluft ähnlich sind, das jedoch die hohe Uebertragungswirksamkeit eines Spritzens ohne Druckluft besitzt. Demzufolge werden wunschgemäss durch die vorliegende Erfindung die besten Ergebnisse eines Spritzens mit Druckluft und eines Spritzens ohne Druckluft verwirklicht.
Bedeutungsvoll ist es, dass diese Vorteile erhalten werden, ohne dass man zu irgend einer mechanischen oder strukturellen Veränderung weder bei den Spritzdüsen noch bei der Spritzpistole greifen muss. Eine konventionelle Spritzeinrichtung ohne Druckluft kann benutzt werden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Beschichtungszubereitung" auf typische konventionelle Beschichtungszubereitungen, die keine überkritische Flüssigkeit beigemischt enthalten.
Die Ausdrücke "flüssige Mischung" oder "beigemischte flüssige Mischung" bedeuten - auch wie hier angegeben - eine Mischung einer Beschichtungszubereitung mit mindestens einer überkritischen Flüssigkeit.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzen einer flüssigen Mischung, die einen Feststoffanteil mit mindestens einer Komponente, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden, und einen Lösungsmittelanteil, der mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Schwertspritzen erzeugt, das durch Zugabe von mindestens einer überkritischen Flüssigkeit zu dem Feststoffanteil und dem Lösungsmittelanteil in mindestens einer Menge, die ausreichend ist,ein schwertförmiges Spritzen zu bilden, das flüssige Tröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 Mikron oder grösser aufweist, wenn diese flüssige Mischung durch Hindurchleiten unter Druck durch eine Auslassöffnung gespritzt wird.
Demgemäss richtet sich vorliegende Erfindung in einem Aspekt auf ein Verfahren zum Spritzen einer flüssigen Mischung, um ein Schwertspritzen zu erzeugen, welches Verfahren umfasst:
(a) Bildung einer flüssigen Mischung in einem geschlossenen System, wobei die Mischung umfasst:
(i) einen Feststoffanteil, der mindestens eine Komponente enthält, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden,
(ii) einen Lösungsmittelanteil, der mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist,
und
(iii) mindestens eine überkritische Flüssigkeit in mindestens einer Menge, die, wenn sie zu (i) und (ii) zugefügt wird, ausreichend ist, durch Spritzen ein Schwertspritzen zu erzeugen und
(b) Spritzen der flüssigen Mischung durch Hindurchleiten unter Druck durch eine Auslassöffnung.
Gemäss einer alternativen Ausführungsform richtet sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Verringerung des Fischschwanzes bei einer gespritzten flüssigen Beschichtungszubereitung, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden, wobei das Verfahren das Beimischen mindestens einer überkritischen Flüssigkeit zu einer flüssigen Beschichtungszubereitung umfasst, bevor die erhaltene flüssige Mischung unter Druck durch eine Auslassöffnung in mindestens einer Menge, die ausreichend ist, den Fischschwanz zu verringern, gespritzt wird.
Die bevorzugte überkritische Flüssigkeit, die erfindungsgemäss eingesetzt wird, ist Kohlendioxid in überkritischem Zustand.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung, in der die Mischung aus Beschichtungszubereitung und überkritischer Flüssigkeit hergestellt und gespritzt wird. Diese Vorrichtung umfasst in Kombination:
(a) eine Einrichtung für die Zufuhr eines Feststoffanteiles, der mindestens eine Komponente enthält, die fähig ist, eine Beschichtung auf einem Träger zu bilden;
(b) eine Einrichtung für die Zufuhr eines Lösungsmittelanteiles, der mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist;
(c) eine Einrichtung für die Zufuhr mit mindestens einer überkritischen Flüssigkeit;
(d) eine Einrichtung für die Bildung einer Mischung der gemäss (a)-(c) erhaltenen Komponenten; und
(e) eine Einrichtung zum Spritzen der flüssigen Mischung durch Hindurchleiten der Mischung unter Druck durch eine Auslassöffnung, um ein flüssiges Schwertspritzen zu erzeugen.
Die Vorrichtung umfasst zudem (f) eine Einrichtung für die Erwärmung jeder der genannten Komponenten und/oder der flüssigen Mischung der Komponenten.
Die Verwendung von überkritischen Flüssigkeiten als Uebertragungsmedium zur Herstellung von Oberflächenbeschichtungen ist wohlbekannt. Die deutsche Offenlegungsschrift 2 853 066 beschreibt die Verwendung eines Gases im überkritischen Zustand als fluides Medium, das den festen oder flüssigen Abdeckstoff gelöst enthält. Die Offenlegungsschrift richtet sich insbesondere auf die Beschichtung von porösen Körpern mit einer schützenden oder einer reaktiven oder nicht-reaktiven schmückenden Schicht durch Eintauchen des porösen Körpers in die überkritische Flüssigkeit verbunden mit einer Absenkung des Gasdruckes, um die Beschichtung auszuführen. Die wichtigsten porösen Körper sind poröse Katalysatoren. Der Anmelder bezeichnet jedoch Gewebe als poröse Körper.
Die US-Patentschrift 4 582 731 vom 15. April 1986 und die US-Patentschrift 4 734 451 vom 29. März 1988 (beide von Smith) beschreiben die Bildung einer überkritischen Lösung, welche ein überkritisches flüssiges Lösemittel und eine Lösung eines gelösten festen Stoffes enthält, und das Spritzen der Lösung zur Erzeugung eines "Molekularspritzens". Man versteht unter "Molekularspritzen" Spritzen von einzelnen Molekülen (Atomen) oder von sehr kleinen Clustern des gelösten Stoffes. Die Smith-Patente beziehen sich auf die Herstellung von dünnen Filmen und von Pulvern. Die Filme werden als Oberflächenüberzüge benutzt.
Die Fähigkeit eine überkritische Flüssigkeit mit einer flüssigen Beschichtungszubereitung zu kombinieren, um überhaupt einen wirksamen und anwendbaren Sprühregen geschweige denn ein wünschenswertes Schwertspritzen zu erzeugen, das vorteilhafterweise die besten Vorteile von Druckluftspritzen und Spritzen ohne Druckluft vereinigt, ist ganz überraschend.
Vor der vorliegenden Erfindung und den in den obengenannten Offenlegungsschriften beschriebenen Erfindungen war nicht bekannt, wie eine hohe Konzentration einer sehr flüchtigen überkritischen Flüssigkeit, wie flüssiges überkritisches Kohlendioxid, die Bildung eines flüssigen Sprühregens, der einen Feststoffanteil, einen Lösungsmittelanteil, in dem der Feststoffanteil gelöst, suspendiert oder dispergiert ist, und einen Anteil der überkritischen Flüssigkeit enthält, fördern könnte.
Eine Spritzmischung unterzieht sich einer grossen und raschen Gasdrucksenkung, da sie durch eine Auslassöffnung geht. Demzufolge konnte ein durchschnittlicher Fachmann erwarten, dass die überkritische Spritzmischung einen Schaum erzeugen würde, der gleich einer Rasiercreme anstatt eines Sprühregens sei, weil die Initiierung zur Erzeugung von Gasblasen so rasch und heftig sein würde. Andererseits konnte der Fachmann auch erwarten, dass die Spritzmischung einen Nebel oder Dunst von Mikrotröpfchen anstelle eines Sprühregens erzeugen könnte, da die Zerstäubung so heftig sein würde. Ein weiteres Ergebnis, das man erwarten könnte, besteht darin, dass die Spritzmischung einen Sprühregen von Blasen anstelle von Tröpfchen erzeugen würde. Ferner könnte der Fachmann, auch wenn ein Sprühregen gebildet wird, erwarten, dass die plötzliche und heftige Abkühlung, die die rasche Druckentlastung und Ausdehnung einer überkritischen Flüssigkeit begleitet, die Verfestigung der flüssigen Tröpfchen durch Einfrieren verursachen könnte. Es ist in der Regel bekannt, dass zum Beispiel der Sprühregen von Feuerlöschmitteln aus Kohlendioxid feste trockene Eisteilchen erzeugt.
Falls die Bildung eines flüssigen Sprühregens eintreten sollte, besteht keine Versicherung, dass der Sprühregen zur Erzeugung von qualitativen Beschichtungen auf einem Träger benutzt werden könnte. Ein durchschnittlicher Fachmann könnte vermuten, dass die flüssigen Tröpfchen so klein sein oder einen so geringen Impuls haben könnten, dass sie nicht gut auf den Träger niedergeschlagen werden könnten. Man könnte auch erwarten, dass die Schaumtröpfchen oder die überkritische Flüssigkeit, die in der Beschichtung gelöst sind, eine Schaumschicht voll von Blasen auf dem Träger oder eine Beschichtung voll von Blasen erzeugen würden, wenn diese Eigenschaften der Beschichtung nicht gewünscht wären. Die flüssigen Tröpfchen der Beschichtung, die auf dem Träger niedergeschlagen werden, würden eine viel höhere Viskosität haben als das Material, das gespritzt wird, weil sie den grössten Teil des überkritischen Fluidverdünners verloren hätten und sie würden eine niedrige Temperatur haben. Ein durchschnttlicher Fachmann kann auch erwarten, dass die Feuchtigkeit auf die Tröpfchen kondensiert und die Beschichtung beschädigen würde, weil der Sprühregen unter den Taupunkt abgekühlt würde.
Ueberraschenderweise können jedoch durch Einsatz von überkritischen Fluiden flüssige Sprühregen für ein schwertförmiges Spritzen unter Verwendung einer Sprüheinrichtung ohne Druckluft gebildet werden. Solche Sprühregen können zur Erzeugung von Qualitäts-Beschichtungen auf Substraten verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Schicht durch eine Beschichtung mittels eines Schwertspritzens, die auf einem Träger gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten worden ist.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Schicht durch eine Beschichtung mittels eines Fischschwanzspritzens, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
Figuren 3 sind Photoaufnahmen von wirklich zerstäubten flüssigen Sprühregen, die ein Schwertspritzen gemäss der vorliegenden Erfindung darstellen.
Figuren 3a und 3b veranschaulichen typische Fächer von Schwertspritzen samt Figur 3c, die die Abwesenheit eines sichtbaren flüssigen Filmes bei der Spritzdüse wegen des Sprengzerstäubungsmerkmales des Schwertspritzens zeigt.
Figur 3d zeigt einen kleineren schwertförmigen Fächer samt Figur 3e, die den Sprühregen in Figur 3d nach der Umdrehung der Fläche des Sprühregens bei 90 Grad zeigt.
Figuren 4a-4d sind Photoaufnahmen von wirklich zerstäubten flüssigen Sprühregen, die ein Spritzen in Form eines Fischschwanzes, der nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, darstellen.
Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Dicke von eigentlichen abgelagerten Ueberzugsschichten als eine Funktion der Entfernung von dem obersten Teil der gespritzten Ueberzugsschicht, die in Form eines Schwertspritzens gemäss der vorliegenden Erfindung gespritzt wurde.
Figuren 6a und 6b sind graphische Darstellungen von eigentlichen abgelagerten Ueberzugsschichten als eine Funktion der Entfernung von dem obersten Teil der gespritzten Ueberzugsschicht, die in Form eines Fischschwanzes, der nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, gespritzt wurden.
Figur 7 ist ein Phasendiagramm einer Spritzbeschichtung mit flüssigem überkritischem Kohlendioxid.
Figur 8 ist ein schematisches Diagramm einer Spritzvorrichtung, die zum Spritzen der flüssigen Mischung aus der Beschichtungszubereitung und der überkritischen Flüssigkeit eingesetzt werden kann.
Figur 9 ist ein schematisches Diagramm einer weiteren Spritzvorrichtung, die mit der flüssigen Mischung aus der Beschichtungszubereitung und der überkritischen Flüssigkeit eingesetzt werden kann.
Figuren 10 sind Photoaufnahmen von eigentlichen zerstäubten flüssigen Sprühregen für eine Beschichtungszubereitung mit Celluloseacetatbutyrat.
Figur 10a zeigt ein Spritzen in Form eines Fischschwanzes, das mit Airless-Spritzen ohne überkritisches Kondendioxid erhalten worden ist und entspricht nicht der vorliegenden Erfindung. Figur 10b zeigt das Schwertspritzen, das durch Airless-Spritzen mit überkritischem Kohlendioxid gemäss der vorliegenden Erfindung erhalten worden ist.
Figuren 11 sind Photoaufnahmen von eigentlichen zerstäubten flüssigen Sprühregen für Beschichtungszubereitung mit Acryllack. Figur 11a zeigt das Spritzen in Form eines Fischschwanzes, das durch Airless-Spritzen mit ungenügendem überkritischem Kohlendioxid und bei einer Temperatur die zur Erzielung eines Schwertspritzens erhalten worden ist und welche nicht in Uebereinstimmung ist mit der vorliegenden Erfindung Figur 11b zeigt ein Muster des Schwertspritzens, das durch Airless-Spritzen mit ausreichendem überkritischem Kohlendioxid und bei einer Spritztemperatur gemäss der vorliegenden Erfindung erhalten Worden ist.
Figuren 12 sind Photoaufnahmen von eigentlichen zerstäubten flüssigen Sprühregen für eine acrylthermohärtbare Beschichtungszubereitung, die den Uebergang von einem Fischschwanzspritzen bei einem niedrigen Gehalt von überkritischem Kohlendioxid zu einem Schwertspritzen bei einem hohen Gehalt an überkritischem Kohlendioxid zeigen. Figuren 12a, 12b, 12c und 12d entsprechen den erhaltenen Mischungen, die 14%, 19,7%, 22% bzw. 25% überkritisches Kohlendioxid enthalten.
Figur 13 ist eine Photoaufnahme eines wirklich zerstäubten flüssigen Sprühregens für eine Beschichtungszubereitung mit thermohärtbarem Polyester, die ein Schwertspritzen gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt.
Infolge der Wichtigkeit für die beanspruchte Erfindung ist eine kurze Erörterung der sachdienlichen Phänomene bezüglich der überkritischen Flüssigkeiten gerechtfertig.
Die Bedeutung von überkritischen Flüssigkeiten wird ausführlich beschrieben, vergl. Seiten F62-F64 des Handbuches CRR Handbook of Chemistry and Physics, 67. Auflage 1986-1987, publiziert von CRC Press, Inc., Boca Raton Florida. Bei hohen Drucken oberhalb des kritischen Punktes wird die resultierende überkritische Flüssigkeit oder "Dichtgas" Dichten erreichen, die denjenigen einer Flüssigkeit ähnlich sind und einige Eigen Schaften entsprechend einer Flüssigkeit besitzen. Diese Eigenschaften hängen, von der Zusammensetzung, der Temperatur und dem Druck der Flüssigkeit ab. Wie hier angegeben ist der "kritische Punkt" der Uebergangspunkt, bei dem sich der Flüssigkeitszustand und der Gaszustand einer Substanz ineinander vereinigen und stellt die Kombination der kritischen Temperatur und des kritischen Druckes für eine solche Substanz dar.
Die "kritische Temperatur" wird definiert als die Temperatur oberhalb der das Gas bei einer Erhöhung des Druckes nicht verflüssigt werden kann. Der kritische Druck wird definiert als der Druck, welcher gerade noch ausreicht, um die Bildung von zwei Phasen bei der kritischen Temperatur zu bewirken.
Die Verdichtbarkeit von überkritischen Flüssigkeiten ist gerade noch oberhalb der kritischen Temperatur, wobei kleine Aenderungen des Druckes grosse Aenderungen der Dichte der überkritischen Flüssigkeit ergeben. Das Verhalten "einer Flüssigkeit ähnlich" einer überkritischen Flüssigkeit bei hohen Drucken erweist sich bei dem stark erhöhten Solubilisierungsvermögen im Vergleich zu der "unterkritischen" Verbindung durch höhere Diffusionskoeffizienten und einen erweiterten brauchbaren Temperaturbereich im Vergleich zu den Flüssigkeiten. Verbindungen mit einem hohen Molekulargewicht können oft in einer überkritischen Flüssigkeit bei relativ niedrigen Temperaturen gelöst werden.
Ein interessantes Phänomen im Hinblick auf überkritische Flüssigkeiten ist das Vorkommen eines "Schwellendruckes" für die Löslichkeit einer gelösten Substanz mit einem hohen Molekulargewicht. Bei einer Druckerhöhung wird oft die Löslichkeit einer Substanz bei vielen Grössenfolgen mit nur einer geringen Druckerhöhung zunehmen.
Das Löslichkeitsvermögen der überkritischen Flüssigkeit ist jedoch für die umfangreichen Ausführungsformen der Erfindung nicht wesentlich.
Fast überkritische Flüssigkeiten zeigen auch Löslichkeitseigenschaften und andere bemerkenswerte Eigenschaften, die denjenigen einer überkritischen Flüssigkeit ähnlich sind.
Die aufzulösende Substanz kann bei überkritischen Temperaturen eine Flüssigkeit sein, auch wenn sie ein Feststoff bei niederen Temperaturen ist. Zudem wurde es nachgewiesen, dass Flüssigkeits-"Modifikatoren" oft wesentlich die Eigenschaften einer überkritischen Flüssigkeit verändern, auch wenn sie bei relativ kleinen Konzentrationen für einige aufzulösende Substanzen die Löslichkeit stark erhöhen. Diese Unterschiede im Konzept einer überkritischen Flüssigkeit werden in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Wie hier angegeben bedeutet deshalb der Ausdruck "überkritische Flüssigkeit" eine Substanz oberhalb, bei oder leicht unterhalb der kritischen Temperatur und des kritischen Druckes (des kritischen Punktes) der Substanz.
Beispiele von Verbindungen, die als überkritische Flüssigkeiten benutzt werden können, sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Beispiele von überkritischen Lösungsmitteln Verbindung Siedepunkt (ºC) Kritische Temperatur (ºC) Kritischer Druck (atm) Kritische Dichte (g/cm³) Xenon Krypton Methan Ethan Ethylen Propan Pentan Methanol Ethanol Isopropanol Isobutanol Chlorotrifluoromethan Monofluoroethan Cyclohexanol
Dank dem niedrigen Preis, der Umweltzulassbarkeit, der Nicht-Brennbarkeit und der niederen kritischen Temperatur von Kohlendioxid, wird flüssiges überkritisches Kohlendioxid vorzugsweise für Beschichtungszubereitungen eingesetzt. Für viele derselben Gründe ist Distickstoffoxid (N&sub2;O) eine erwünschte überkritische Flüssigkeit für eine Mischung mit Beschichtungszubereitungen. Jede der obengenannten überkritischen Flüssigkeiten und deren Mischungen kann jedoch für die Anwendung in den Beschichtungszubereitungen in Betracht kommen.
Die Löslichkeit von überkritischem Kohlendioxid ist im wesentlichen ähnlich zu derjenigen eines niederen aliphatischen Kohlenwasserstoffes. Demzufolge kann überkritisches Kohlendioxid als Ersatz für das Kohlenwasserstofflösungsmittel einer herkömmlichen Beschichtungszubereitung betrachtet werden. Zusätzlich zu dem Umweltsvorteil des Ersatzes von Kohlenwasserstofflösungsmitteln durch überkritisches Kohlendioxid gibt es auch einen Gesundheitsvorteil, weil Kohlendioxid nicht entzündbar ist.
Dank der Löslichkeit der überkritischen Flüssigkeit in den Beschichtungszubereitungen kann eine einphasige flüssige Mischung gebildet werden, die nicht nur fähig ist, mittels eines Spritzverfahrens ohne Druckluft gespritzt zu werden, sondern die auch das erwünschte Schwertspritzen erzeugt.
Vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Typ von Beschichtungszubereitungen beschränkt, die gespritzt werden können, vorausgesetzt, dass es weniger als ungefähr 30 Gew.%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.% von Wasser im Verdünneranteil (wie es nachstehend definiert wird) der Zubereitung vorhanden ist. Somit kann im wesentlichen jede beliebige Beschichtungszubereitung, die das obengenannte Erfordernis für Wassergrenzen erfüllt und konventionell für ein Spritzverfahren ohne Druckluft in Betracht kommt, mittels des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gespritzt werden. Solche Beschichtungszubereitungen werden typischerweise für Anstrich- und schmückende Schichten oder zur Applizierung verschiedener Klebzusammensetzungen und dergleichen verwendet. Diese Beschichtungszubereitungen können auch solche einschliessen, die in der Regel im landwirtschaftlichen Bereich verwendet werden, in dem Düngemittel, Unkrautvertilgungsmittel und dergleichen verabreicht werden.
Im allgemeinen enthalten solche Beschichtungszubereitungen einen Festkörperanteil mit mindestens einer Komponente, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden, wobei diese Komponente Klebstoff, Anstrich, Lack, Firnis, Chemikalien, Schmiermittel, Oelschutzmittel, nichtwässeriges Waschmittel oder dergleichen sein kann. Typischerweise ist mindestens eine Komponente eine polvmere Verbindung, die einem Fachmann für Beschichtungen gut bekannt ist.
Im allgemeinen müssen die im Feststoffanteil der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien, wie die Polymerisate imstande sein, die Temperaturen und/oder den Druck, die in Betracht kommen, zu ertragen, wenn sie am Schluss mit mindestens einer kritischen Flüssigkeit vermischt werden. Solche applizierbare Polymerisate sind thermoplastische und hitzehärtbare Materialien oder können vernetzbare filmbildende Systeme sein.
Insbesondere stellen die polymeren Komponenten Vinyl-, Acryl-, Styrol- Polymerisate und Mischpolymerisate auf Basis von Vinyl-, Acryl- und Styrolmonomeren; Polyester, ölfreie Alkyde, Alkyde und dergleichen; Polyurethane, ölmodifizierte Polyurethane und thermoplastische Urethansysteme; Epoxysysteme, phenolische Systeme, Celluloseester wie Acetatbutyrat, Acetatpropionat und Nitrocellulose; Aminoplaste wie Harnstoff/Formaldehydharze, Melamin/Formaldehydharze und andere Aminoplastpolymere und Harzmaterialien; Naturgummi und -harze; Klebstoffe auf Basis von Kautschuk einschliesslich Nitrillatexe, die Copolymerisate von ungesättigten Nitrilen mit Dienen sind; Styrol/Butadienlatexe; thermoplastische Latexe, Neopren- oder Polychlorprenlatexe und dergleichen dar.
Zusätzlich zu der polymeren Verbindung, die im Feststoffanteil enthalten sein kann, können auch konventionelle Additive, die in der Regel in Beschichtungen eingesetzt werden, benutzt werden. Zum Beispiel können alle Pigmente, Pigmentverstreckmittel, Metallflocken, Füllmittel, Trocknungsmittel, Antischaummittel, und Hautbildungsverhinderungsmittel, Netzmittel, UV-Absorber, Vernetzungsmittel und Mischungen davon in die Beschichtungszubereitung eingesetzt werden, die gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren gespritzt wird.
Im Zusammenhang mit der Anwendung der obenerwähnten verschiedenen Additive ist es insbesondere wünschenswert, dass Pigmente in der Beschichtungszubereitung vorhanden sind, da gefunden wurde, dass sie zur Dispergierung der überkritischen Flüssigkeit in der gespritzten Beschichtungszubereitung helfen und somit eine Verbesserung der Zerstäubung erzielt wird.
Zusätzlich zu dem Feststoffanteil wird auch typischerweise ein Lösungsmittelanteil in den Beschichtungszubereitungen verwendet, obwohl sie eine Klebstoffzubereitung oder ein Anstrich, Lack, Firnis oder dergleichen oder ein landwirtschaftliches Sprühmittel sind, um als Trägerstoff zu wirken, wobei der Feststoffanteil von einem Medium zu einem anderen übergeführt wird.
Wie hier verwendet, besteht der Lösungsmittelanteil im wesentlichen aus einem beliebigen aktiven organischen Lösungsmittel und/oder nichtwässerigen Verdünner, welcher mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist, damit entweder eine Lösung, Dispersion oder Suspension gebildet wird.
Hierzu ist ein "Aktivlösungsmittel" ein Lösungsmittel, bei dem der Feststoffanteil mindestens partiell löslich ist. Die Auswahl eines besonderen Lösungsmittels für einen bestimmten Feststoffanteil, um eine spezifische Beschichtungszubereitung für die Applizierung mittels eines Spritzverfahrens ohne Druckluft zu bilden, ist konventionell und einem Fachmann gut bekannt. Im allgemeinen kann bis zu 30 Gew.% Wasser, vorzugsweise ungefähr 20 Gew.% im Lösungsmittelanteil vorhanden sein, vorausgesetzt dass auch ein Kupplungslösungsmittel in der Zubereitung vorhanden ist. Alle diese Lösungsmittelanteile sind für die vorliegende Erfindung geeignet.
Ein Kupplungslösungsmittel ist ein Lösungsmittel, bei dem die im Feststoffanteil vorhandenen polymeren Verbindungen mindestens partiell löslich sind. Es ist jedoch sehr wichtig, dass dieses Kupplungslösungsmittel auch mit Wasser mindestens partiell mischbar ist. Das Kupplungslösungsmittel ermöglicht soweit die Mischbarkeit des Feststoffanteiles, des Lösungsmittelanteiles und des Wassers, so dass ein Einphasensystem wünschenswert aufrechterhalten wird. Die Zubereitung kann somit optimal gespritzt und eine gute Beschichtung kann erhalten werden.
Kupplungslösungsmittel sind dem Fachmann bekannt. Jedes beliebige herkömmliche Kupplungslösungsmittel, das die vorgenannten Merkmale aufweist, nämlich diejenigen, bei denen die polymeren Verbindungen des Feststoffanteiles mindestens partiell löslich und mit Wasser mindestens partiell mischbar sind, ist für die Anwendung gemäss vorliegender Erfindung geeignet.
Applizierbare Kupplungslösungsmittel, die erfindungsgemäss eingesetzt werden können, schliessen ein, sind aber nicht darauf beschränkt Ethylenglykolether, Propylenglykolether und deren chemische und physikalische Kombinationen; Laktame, cyclische Harnstoffe und dergleichen.
Spezifische Kupplungslösungsmittel (die in der Reihenfolge von höchst wirksam bis am wenigsten wirksam aufgeführt sind) sind Butoxyethanol, Propoxyethanol, Hexoxymethanol, Isopropoxy-2-propanol, Butoxy-2-propanol, Propoxy-2-propanol, tert.Butoxy-2-propanol, Ethoxyethanol, Butoxyethoxyethanol, Propoxyethoxyethanol, Hexoxyethoxyethanol, Methoxyethanol, Methoxy-2-propanol und Ethoxyethoxyethanol. Eingeschlossen sind auch Laktame wie n-Methyl-2-Pyrrolidon und cyclische Harnstoffe wie Dimethylethylenharnstoff.
Wenn Wasser in der Beschichtungszubereitung nicht vorhanden ist, ist ein Kupplungslösungsmittel nicht erforderlich, aber kann noch verwendet werden. Weitere Lösungsmittel, insbesondere aktive Lösungsmittel, die in typischen Beschichtungsformulierungen vorhanden und gemäss vorliegender Erfindung eingesetzt werden können, sind Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Mesityloxid, Methylamylketon, Cyclohexanon und andere aliphatische Ketone; Ester, wie Methylacetat, Ethylacetat, Alkylcarbonsäureester; Ether wie Methyl-tert.butylethol, Dibutylether, Methylphenylether und andere aliphatische oder Alkylarylether; Glykolether, wie Ethoxyethanol, Butoxyethanol, Ethoxy-2-propanol, Propoxyethanol, Butoxy-2-propanol und andere Glykolether; Glykoletherester wie Butoxyethoxyacetate, Ethyl-3-ethoxypropionat und andere Glykoletherester; Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, Amylalkohol, und andere aliphatische Alkohole; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol und andere Aromaten oder Mischungen von aromatischen Lösungsmitteln; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie VM&P Naphtha, und Mineralspiritus; und weitere Aliphaten und Mischungen von Aliphaten; Nitroalkane wie 2-Nitropropan. Eine Zusammenstellung der strukturellen Verwandtschaft, die zur Wahl des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches wichtig ist, wird von Dileep et al., Ind. Eng. Che. (Product Research and Development) 94, 162, 1985 und Francis, A.W., J. Phys. Chem. 58, 1099, 1954 angegeben.
Selbstverständlich gibt es Lösungsmittel, die sowohl als Kupplungslösungsmittel als auch als aktive Lösungsmittel wirken können und ein solches Lösungsmittel kann für beide Zwecke eingesetzt werden. Diese Lösungsmittel sind zum Beispiel Butoxyethanol, Propoxyethanol und Propoxy-2-propanol. Glykolether sind besonders bevorzugt.
Geeignete Additive, die herkömmlicherweise in Beschichtungszubereitungen vorhanden sind, die für ein Spritzverfahren in Betracht kommen, können auch erfindungsgemäss eingesetzt werden, wie Härtungsmittel, Weichmacher, oberflächenaktive Mittel und dergleichen.
Im allgemeinen wird nicht ein volles Schwertspritzen erzeugt, bis eine ausreichende Menge einer überkritischen Flüssigkeit zu der Beschichtungszubereitung zugefügt wird. Bei niedrigen Konzentrationen der überkritischen Flüssigkeit zeigt das luftlose Spritzen noch einen Fischschwanzeffekt, weil die Menge der überkritischen Flüssigkeit nicht ausreichend ist, um das erwünschte Schwertspritzen zu erzeugen. Wenn aber die Konzentration der überkritischen Flüssigkeit erhöht wird, erhält man einen Punkt, bei dem das Spritzen einen Uebergang von einer Fischschwanzgestalt bis zu einem schwertförmigen Spritzen durchmacht, welcher in der Regel durch eine Verbesserung der Zerstäubung des Sprühmittels begleitet wird und somit feinere zerstäubte Tröpfchen erhalten werden. Dieser Uebergang kann bei dem Wechsel in der Gestaltform des Spritzens und bei der Veränderung in dem Niederschlag des Sprühmittels auf dem Träger festgestellt werden.
Die besondere Menge der überkritischen Flüssigkeiten, die zur Durchführung eines vollständigen Ueberganges von der Fischschwanzgestalt zu einem schwertförmigen Spritzen erforderlich ist, hängt von der spezifischen Beschichtungszubereitung, von der eingesetzten besonderen überkritischen Flüssigkeit und von den besonderen Arbeitsbedingungen ab. Es ist jedoch im allgemeinen wünschenswert soviel überkritische Flüssigkeit als möglich zu der Mischung aus der Beschichtungszubereitung und der überkritischen Flüssigkeit zuzusetzen, die dem Spritzsystem entsprechen kann, ohne dass eine Abnahme der Spritzleistung verursacht wird.
Typischerweise ist die bevorzugte höchste Menge des Zusatzes der überkritischen Flüssigkeit diejenige, die fähig ist mit der Beschichtungszubereitung mischbar zu sein. Die in der Praxis anwendbare höchste Menge wird im allgemeinen erkannt, wenn die Mischung, die die Beschichtungszubereitung und die überkritische Flüssigkeit enthält, in zwei flüssige Phasen zerfällt, wobei eine Phase diejenige der überkritischen Flüssigkeit und die andere Phase diejenige des Verdünneranteiles ist.
Um dieses Phänomen besser zu verstehen wird auf das Phasendiagramm in Figur 7 verwiesen, worin die überkritische Flüssigkeit flüssiges überkritisches Kohlendioxid ist.
In Figur 7 stellen die Scheitelpunkte des dreieckigen Diagramms die reinen Komponenten einer vermischten Beschichtungszubereitung dar, die für den Zweck dieser Erörterung kein Wasser enthält.
Scheitel A ist ein organisches Lösungsmittel, Scheitel B ist Kohlendioxid und Scheitel C stellt eine polymere Verbindung dar. Die krumme Linie BFC stellt die Grenzphase zwischen einer Phase und zwei Phasen dar. Der Punkt D stellt eine mögliche Zusammensetzung einer Beschichtungszubereitung dar, in der überkritisches Kohlendioxid nicht hinzugefügt wurde. Der Punkt E stellt eine mögliche Zusammensetzung einer vermischten Beschichtungszubereitung nach der Mischung mit überkritischem Kohlendioxid dar.
Nach der Zerstäubung verdampft der grösste Teil des Kohlendioxids und man erhält im wesentlichen die Zusammensetzung der ursprünglichen Beschichtungszubereitung. Nach dem Kontakt mit dem Träger fliessen die übriggebliebene flüssige Mischung des Polymerisates und der Lösungsmittelkomponente(n) ineinander, d,h, "coalesce", um einen gleichmässigen glatten Film auf dem Träger zu erzeugen.
Der den Film bildende Pfad ist in Figur 7 durch die Segmentlinie EE'D (Zerstäubung und Druckentlastung) und DC (Koaleszenz und Filmbildung) veranschaulicht.
Die Menge der überkritischen Flüssigkeit, wie überkritisches Kohlendioxid, das mit der Beschichtungszubereitung gemischt werden kann, ist jedoch im allgemeinen eine Funktion der Mischbarkeit der überkritischen Flüssigkeit mit der Beschichtungszubereitung, wie man sich am besten von Figur 7 ein Bild machen kann.
Wie man aus dem Phasendiagramm sehen kann, insbesondere wie vom Pfeil 10 gezeigt, je mehr und mehr überkritisches Kohlendioxid zu der Beschichtungszubereitung zugefügt wird, nähert sich die Beschichtungsmischung der Zweiphasengrenze, die durch die Linie BFC dargestellt wird. Wenn ausreichendes überkritisches Kohlendioxid zugefügt wird, wird die Zweiphasenstelle erreicht und die Zusammensetzung zerfällt entsprechend in zwei flüssige Phasen. Manchmal kann es wünschenswert sein, eine Menge der überkritischen Flüssigkeit (in diesem Falle überkritisches Kohlendioxid), welche eben über der Zweiphasengrenze ist, zuzusetzen. Im allgemeinen ist es jedoch nicht vorteilhaft, diese Zweiphasengrenze viel zu überschreiten, um eine optimale Spritzleistung und/oder Beschichtungsbildung zu erzielen.
Demgemäss wird die Menge der überkritischen Flüssigkeit, die zur Erzeugung eines Schwertspritzens eingesetzt wird, im allgemeinen in einer Menge von mindestens ungefähr 15%, bezogen auf das Gesamtgewicht der vermischten flüssigen Mischung, die den Feststoffanteil, den Lösungsmittelanteil und die überkritische Flüssigkeit enthält, bis zu einem bevorzugten höchsten Punkt der Löslichkeitsgrenze der überkritischen Flüssigkeit zugefügt, der im allgemeinen durch ein Zusammenfallen der vermischten flüssigen Mischung in zwei Phasen identifiziert wird. Insbesondere ist die Menge der überkritischen Flüssigkeit in Mengen im Beispiel von ungefähr 20 bis 50 Gew.%, bezogen auf dieselbe Basis, vorhanden.
Im allgemeinen senkt eine höhere Spritztemperatur die Konzentration der überkritischen Flüssigkeit, wie überkritisches Kohlendioxid, die in der vermischten flüssigen Mischung erfordert wird, um den Uebergang zu einem Schwertspritzen zu erhalten. Eine höhere Temperatur setzt auch die Löslichkeit der überkritischen Flüssigkeit herab. Damit besteht eine optimale Temperatur. Für überkritisches Kohlendioxid ist die optimale Spritztemperatur im allgemeinen im Bereich von 50 bis 75ºC.
Die Wirksamkeit einer Zugabe der überkritischen Flüssigkeit zu einer gespritzten Beschichtungszubereitung wird glänzend in den Photoaufnahmen gemäss Figuren 3 und 4 gezeigt.
In Figur 4, die nicht im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist, werden Beschichtungszubereitungen ohne überkritische Flüssigkeit gespritzt und verschiedene Typen von Fischschwanzspritzen gezeigt. Figuren 4a und 4b zeigen Formen eines Fischschwanzspritzens, in denen die Kanten oder Ränder der Spritzengestalt eine höhere Konzentration des Sprühmaterials als der innere Teil des Spritzens enthalten. Figuren 4c und 4d zeigen Formen eines Fischschwanzspritzens, in denen die Kanten oder Ränder der Spritzengestalt von dem inneren Teil des Spritzens getrennt sind und befinden sich ausserhalb der Spritzseiten. Man sieht einen kohärenten flüssigen Film, der von der Spritzdüse kommt, bevor die Zerstäubung eintritt, was einer typischen Zerstäubung ohne Druckluft entspricht.
Wenn immer mehr überkritische Flüssigkeit zugefügt wird, tritt die Spritzgestalt in eine Uebergangsphase ein, bei der am Schluss ein schwertförmiges Spritzen, wie es in Figur 3 gezeigt wird, erzeugt wird.
Figur 3a zeigt ein schwertförmiges Spritzen, das mit einer Polyester enthaltenden Beschichtungszubereitung erhalten worden ist, die mit einem Gehalt von 25% an überkritischem Kohlendioxid bei einer Spritztemperatur von 60ºC und einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) gespritzt worden ist.
Figur 3b zeigt ein Schwertspritzen, das mit einer Celluloseacetatbutyrat enthaltenden Beschichtungszubereitung erhalten worden ist, die bei einer Konzentration von 37% von überkritischem Kohlendioxid, einer Spritztemperatur von 60ºC und einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) gespritzt worden ist.
Figur 3c zeigt eine Grossaufnahme eines Schwertspritzens, das mit einer Acrylbeschichtungszubereitung erhalten worden ist, die bei einer Konzentration von 28% an überkritischem Kohlendioxid bei einer Temperatur von 50ºC und einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) gespritzt worden ist.
Dies zeigt die heftige Zerstäubung, die mit einem Schwertspritzen erfolgt, und welche bewirkt, dass der kohärente flüssige Film in die Spritzdüse zurücktritt, so dass kein flüssiger Film sichtbar ist und eine Zerstäubung bei der Spritzöffnung anstatt ausserhalb dieser erfolgt.
Figur 3d zeigt ein schmäleres Schwertspritzen, das mit einer Acrylbeschichtungszubereitung erhalten worden ist, die bei einer Konzentration von 30% an überkritischem Kohlendioxid, bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) gespritzt worden ist. Figur 3e zeigt das Spritzen in Figur 3d, gedreht um 90 Grad, das zeigt, dass das Spritzen auch ausserhalb der Fläche des Spritzfächers schwertförmig ist, wie bei einem Druckluftspritzen.
Figur 10 zeigt Spritzen, die mit einer Celluloseacetatbutyrat enthaltenden Beschichtungszubereitung erhalten worden sind. Man sieht das Fischschwanzspritzen, erhalten ohne überkritische Flüssigkeit (Figur 10a) und das Schwertspritzen, erhalten mit einer 30%igen Konzentration von überkritischem Kohlendioxid (Figur 10b) bei einer Spritztemperatur von 60ºC und einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig).
Figur 11 zeigt Spritzen, die mit einer Acryllack enthaltenden Beschichtungszubereitung erhalten worden sind. Man sieht das erhaltene Fischschwanzspritzmuster, wenn die Konzentration der überkritischen Flüssigkeit und die Temperatur unter dem Uebergangspunkt (Figur 11a) sind, nämlich mit 38% von überkritischem Kohlendioxid und einer Temperatur von 53ºC, und das erhaltene Schwertspritzmuster, wenn die Konzentration der überkritischen Flüssigkeit und die Temperatur über dem Uebergangspunkt (Figur 11b) sind, nämlich mit 40%iger Konzentration an überkritischer Flüssigkeit und mit einer Temperatur von 59ºC.
Figur 12 zeigt Spritzen, die mit einer hitzehärtbaren Acrylharz-Beschichtungszubereitung erhalten worden sind. Man sieht die Uebergangsstufen von einem Fischschwanzspritzmuster bei niederer Konzentration an überkritischem Kohlendioxid zu einem Schwertspritzmuster bei hoher Konzentration an überkritischem Kohlendioxid bei einer konstanten Spritztemperatur (60ºC) und bei einem konstanten Druck (1600 psig). Figur 12a zeigt die Spritzgestalt, die mit 14% überkritischem Kohlendioxid erhalten wird. Die Seitenstrahlen des Fischschwanzes sind dicht zusammen in den Mittelteil des Spritzens gegangen, aber sie sind noch ersichtlich. Man kann einen flüssigen Film sehen, der von der Spritzauslassöffnung ausströmt, bevor die Zerstäubung draussen vor der Auslassöffnung eintritt. Figur 12b zeigt die Spritzformen, die mit 19,7% überkritischem Kohlendioxid vorhanden sind. Die Seitenstrahlen sind in den Mittelteil des Spritzens zusammengegangen und der flüssige Film hat sich in die Auslassöffnung zurückgezogen, aber die Spritzgestalt zeigt noch die Wirkung der Oberflächenspannung, die die Kanten des Spritzens nach innen zieht.
Figur 12c zeigt ein Spritzmuster, das mit ungefähr 22% an überkritischem Kohlendioxid erhalten wurde. Die Spritzgestalt befindet sich deutlich in einer Uebergangsphase, wie es vöm Spritzen, das sich teilweise von der Fläche des Fächers in den Mittelteil des Spritzens bauscht, gezeigt wird. Der Spritzwinkel wurde bei der Düse breiter. Figur 12d zeigt ein Spritzmuster, das mit 25% an überkritischem Kohlendioxid vorhanden ist. Die Spritzform hat den Uebergang zu einem Schwertspritzen vollendet.
Ohne zu wünschen, dass man an die Theorie gebunden sei, nimmt man an, dass die schlagartige Zerstäubung, die ein Schwertspritzen bildet, durch die in der vermischten flüssigen Mischung gelöste überkritische Flüssigkeit erzeugt wird, die plötzlich übermässig übersättigt wird, da die flüssige Mischung von der Spritzdüse gespritzt wird und auf eine plötzliche und grosse Drucksenkung stösst. Dies schafft eine grosse Treibkraft zur Gasbildung der gelösten überkritischen Flüssigkeit, die die Oberflächenspannungskräfte überwindet, die die Zerstäubung hindert und den Fluidfluss in Form eines Fischschwanzspritzens zusammenbindet.
Die Wesensmerkmale einer Beschichtung, die durch Spritzen einer Fischschwanzform auf einem Träger erhalten werden, sind in Figuren 2, 6a bzw. 6b aufgeführt. In Figur 2 wird eine schematische Darstellung von beschichteten Partikeln gezeigt, in der die Kanten des Spritzmusters eine höhere Konzentration an Partikeln als am Mittelteil enthalten.
Figur 6b zeigt deutlich quantitativ diese Wirkung durch Aufzeigen der Dicke des abgesetzten Ueberzuges als eine Funktion der Stellung auf dem beschichteten Träger.
Figur 6a zeigt quantitativ noch ein anderes Fischschwanzmuster, das typischerweise auf einem Träger erhalten werden kann, in dem der Innenteil des Musters sowie die Kanten auch eine ungewöhnlich hohe Konzentration der beschichteten Partikel aufweisen.
Im völligen Gegensatz dazu wird dank der vorliegenden Erfindung ein Schwertspritzmuster auf einem Träger erhalten, das mit einem solchen Spritzmittel, das schematisch in Figuren 1 bzw. 5 dargestellt wird, beschichtet wurde. Figur 1 zeigt die Ränder des Spritzmusters, die wünschenswert weniger Feststoffpartikel als im Mittelteil enthalten, wobei eine Ueberlappung dieser Ueberzugsschichten ermöglicht wird, um einen gleichmässigen Ueberzug zu erhalten.
Dies wird auch quantitativ in Figur 5 dargestellt, wobei die Dicke der Ueberzugsschicht als eine Funktion der Stellung auf dem beschichteten Belag aufgeführt wird.
Die Beschichtungszubereitungen, nachdem sie mit der überkritischen Flüssigkeit vermischt worden sind, werden dann durch Hindurchleiten unter Druck durch eine Auslassöffnung in die Umgebung des zu spritzenden Trägers gespritzt.
Eine Auslassöffnung ist ein Loch oder eine Apertur in einer Wand oder einem Gehäuse, wie in einer Sprühpritze einer Sprühdüse bei einer elektrostatischen Spritzpistole, wodurch die vermischte flüssige Beschichtungszubereitung aus strömt von einer Zone mit Hochdruck, wie im Innern einer Spritzpistole in eine Zone mit niedrigerem Druck, wie die Luftumgebung, ausserhalb der Spritzpistole und rund um das Substrat.
Eine Auslassöffnung kann auch ein Loch oder Apertur in der Wand eines unter Ueberdruck gesetzten Gefässes, wie ein Tank oder ein Zylinder sein. Eine Auslassöffnung kann auch die Endapertur eines Rohres oder einer Röhre oder einer Leitung sein, durch welche die Mischung abgeladen wird. Die Endapertur eines Rohres, einer Röhre oder Leitung kann eingeengt oder partial blockiert werden, um die Oeffnungszone zu verringern.
Spritzauslassöffnungen, Spritzspitzen, Spritzdüsen und Spritzpistolen, die für konventionelle elektrostatische luftlose und luftkonditionierte luftlose Spritzen von Beschichtungszubereitungen, wie Anstriche, Lacke, Email und Firnisse verwendet werden, sind zum Spritzen der einleitenden Beschichtungszubereitungen der vorliegenden Erfindung geeignet, wenn sie mit überkritischen Flüssigkeiten vermischt werden. Spritzpistolen, Spritzdüsen und Spritzspitzen, die kein übermässiges Ausströmungsvolumen zwischen der Auslassöffnung und dem Ventil, das das Sprühmittel auslässt oder abstellt, aufweisen, werden bevorzugt. Die Spritzpistolen, Spritzdüsen und Spritzspitzen müssen so zusammengesetzt werden, dass sie den verwendeten Spritzdruck aufbewahren.
Es besteht eine breite Auswahl von Spritzgeräten, die zum Spritzen der erfindungsgemässen Beschichtungszubereitung nach der Mischung mit der überkritischen Flüssigkeit angewandt werden können.
Grundsätzlich kann jede beliebige Spritzpistole, die im wesentlichen jede beliebige Düsenspitze von den herkömmlichen luftlosen und luftkonditionierten luftlosen Spritzvorrichtungen bis zu elektrostatischen Spritzvorrichtungen enthält, verwendet werden. Die Wahl der Spritzvorrichtung hängt von der Art der Applikation, die in Betracht kommt, ab.
Das Fabrikationsmaterial für die Auslassöffnung, wodurch die vermischte flüssige Mischung gespritzt wird, muss die erforderliche mechanische Stärke für den verwendeten hohen Druck besitzen und ausreichenden Reibungswiderstand haben, um dem Verschleiss von der Fluidströmung standzuhalten. Es muss auch gegenüber den Chemikalien, mit denen es in Kontakt kommt, inert sein. Jedes beliebige Material, das zur Konstruktion von luftlosen Spritzspitzen verwendet wird, wie Borcarbid, Titaniumcarbid, Keramik, rostfreier Stahl oder Messing, ist geeignet, wobei Wolframcarbid im allgemeinen bevorzugt wird.
Die für das Spritzen der vermischten flüssigen Mischung geeigneten Grössen für die Auslassöffnung sollten im allgemeinen einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,012 cm (.004 Zoll) bis ungefähr 0,18 cm (.072 Zoll) variieren. Da die Auslassöffnungen im allgemeinen nicht kreisförmig sind, sind die aufgeführten Durchmesser äquivalent einem Kreisdurchmesser. Die gute Auswahl wird durch die Grösse der Auslassöffnung, mit der die erwünschte Menge der flüssigen Beschichtung versorgt und die geeignete Zerstäubung für die Beschichtung durchgeführt wird, bestimmt.
Im allgemeinen werden enge Auslassöffnungen für niedrige Viskositäten und breite Auslassöffnungen für hohe Viskositäten gewünscht.
Enge Auslassöffnungen ergeben eine feinere Zerstäubung aber eine niedrigere Ausbeute. Breite Auslassöffnungen ergeben höhere Ausbeuten aber eine schwächere Zerstäubung. Für die Anwendung der vorliegenden Erfindung wird eine feinere Zerstäubung bevorzugt.
Enge Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,012 cm (.004 Zoll) bis ungefähr 0,06 cm (.025 Zoll) werden deshalb bevorzugt.
Grössen von Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,018 cm (.007 Zoll) bis ungefähr 0,038 cm (0,015 Zoll) sind am bevorzugtesten.
Die Anordnung der Spritzspitze, die die Auslassöffnung des Sprühgerätes enthält, und der Spritzdüse, die die Spritzspitze enthält, ist nicht kritisch. Die Spritzspitzen und Spritzdüsen sollen keine Auswüchse in der Nähe der Auslassöffnung haben, die das Spritzen beeinträchtigen würden.
Die Form des Spritzmittels ist für das Spritzen der vermischten flüssigen Mischung auch nicht kritisch. Das Spritzmittel kann die Form eines Kegels haben, dessen Querschnitt kreisförmig oder elliptisch sein kann, oder das Spritzmittel kann die Form eines flachen Fächers haben, aber das Spritzmittel ist nicht auf diese Formen beschränkt. Spritzmittel, die einen flachen Fächer oder Kegel mit einem elliptischen Querschnitt darstellen, sind bevorzugt.
Der Abstand von der Auslassöffnung bis zum Träger ist im allgemeinen ein Abstand von ungefähr 10,16 cm (4 Zoll) bis ungefähr 60,96 cm (24 Zoll). Ein Abstand von 15,24 cm (6 Zoll) bis 45,72 cm (18 Zoll) wird bevorzugt. Ein Abstand von 20,32 cm (8 Zoll) bis 35,56 cm (14 Zoll) ist am bevorzugtesten.
Vorrichtungen und Strömungsanordnungen, die eine turbulente oder bewegte Strömung in der flüssigen Mischung fördern, bevor die flüssige Mischung unter Druck durch die Auslassöffnung durchgeleitet wird, können auch verwendet werden. Solche Systeme schliessen ein, aber sie sind nicht auf deren Verwendung beschränkt: Vorauslassöffnungen, Zerstreuer, Turbulenzplatten, Hemmer, Strömungsbrecher, Strömungskombinierer, Strömungseinwirkungsmittel, Siebe, Verwirrer, Schwingschaufeln und weitere Einsätze, Geräte und Strömungsnetzwerke, die in elektrostatischen luftlosen Spritzen und luftkonditionierten luftlosen Spritzen verwendet werden.
Das Filtrieren der flüssigen Mischung vor der Ausströmung durch die Auslassöffnung ist wünschenswert, um Partikel, die die Auslassöffnung verstopfen könnten, zu entfernen. Dies kann unter Verwendung von herkömmlichen Anstrichfiltern für Hochdruck erfolgen. Ein Filter kann auch an oder in der Pistole eingesetzt werden und ein Kippsieb kann bei der Spritzspitze eingesetzt werden, um die Verstopfung zu verhindern.
Die Grösse der Strömungsstellen in dem Filter sollte enger als die Grösse der Auslassöffnung sein, vorzugsweise bedeutend kleiner.
Elektrostatische Kräfte können zur Erhöhung der Menge der Beschichtungszubereitung, die von dem Spritzmittel auf dem Träger abgesetzt wird, verwendet werden. Dies wird in der Regel zur Steigerung der Uebertragungswirksamkeit angegeben. Dies wird durch Verwendung einer hohen elektrischen Spannung im Verhältnis zu dem Träger, um dem Spritzmittel eine elektrische Ladung anzulegen. Dies erzeugt eine elektrische Anziehungskraft zwischen den Spritztröpfchen und dem Träger, welche bewirkt, dass Tröpfchen, die sonst den Träger verpassen, auf diesem niedergeschlagen werden. Wenn die elektrische Kraft bewirkt, dass Tröpfchen an den Kanten oder auf der Rückseite des Trägers abgesetzt werden, zeigt sich dieser Effekt durch eine Rundherumeinwicklung.
Vorzugsweise wird der Träger grundiert, aber er kann auch auf der gegenüberliegenden Seite von dem Spritzmittel geladen werden. Der Träger kann gleichnamige Elektrizität wie der Spray aufweisen, aber mit einer niedrigeren Spannung bezüglich der Grundierung. Dies ist jedoch weniger wertvoll, weil es eine schwächere elektrische Anziehungskraft zwischen dem Spritzmittel und dem Träger erzeugt, als wenn der Träger mit ungleichnamiger Elektrizität grundiert oder geladen wäre. Eine elektrische Grundierung des Trägers ist die sicherere Arbeitsweise. Vorzugsweise wird das Spritzmittel negativ geladen bezüglich zu der elektrischen Grundierung.
Die Ladungsmethode des Spritzmittels ist für die Praxis der Erfindung nicht kritisch, vorausgesetzt, dass die Ladungsmethode effizient sei. Die Beschichtungszubereitung kann elektrisch geladen werden, indem man eine hohe elektrische Spannung bezüglich des Trägers und des elektrischen Stromes anlegt, (1) in der Spritzpistole durch direkten Kontakt mit elektrifizierten Wänden oder inneren Elektroden, bevor die Auslassöffnung verlassen wird; (2) nachdem das Sprühmittel von der Auslassöffnung herauskommt durch elektrische Entladung von den äusseren Elektroden, die sich in der Nähe der Auslassöffnung und sehr nahe zu dem Spritzmittel befinden; oder (3) ausserhalb von der Auslassöffnung durch Durchleiten des Spritzmittels durch oder zwischen elektrisch geladenen Gittern oder Netzen von äusseren Elektroden, bevor das Sprühmittel auf den Träger abgesetzt wird. Methoden (1) und (2) einzeln oder in Kombination werden bevorzugt. Methode (2) ist die bevorzugteste.
Bei der Anwendung der obigen Methode (1) muss die Spritzpistole elektrisch isoliert sein. Die hohe Spannung und der elektrische Strom werden der gemischten flüssigen Mischung ins Innere der Spritzpistole durch direkten Kontakt mit einer inneren Oberfläche, die elektrisch leitfähig und geladen ist, geregelt. Dies kann ein Teil der Wand der Strömungsleitung im Inneren der Pistole oder in den internen Elektroden, die sich über der Strömung erstrecken oder eine Kombination von elektrisch geladenen Elementen, einschliesslich der Spritzdüse sein. Die Kontaktzone muss ausreichend gross sein, um die elektrische Ladung zu der vermischten flüssigen Mischung zu übertragen, wenn diese durch die Pistole ausströmt. Die innere Ladungsmethode hat den Vorteil, dass sie keine äussere Elektrode, die mit dem Spritzmittel interferieren kann, aufweist.
Ein Nachteil ist, wenn die vermischte flüssige Mischung nicht genügend elektrisch isoliert ist, dass ein Verlust des elektrischen Stromes durch die vermischte flüssige Mischung bis zu einem grundierten, den Zufluss versorgenden Tank oder einem Zufluss versorgenden System eintreten kann. Dies verringert die Ladungsmenge, die bis zum Spritzmittel geht. Wenn der Stromverlust zu hoch ist, dann muss der den Zufluss liefernde Tank und das den Zufluss abliefernde System von dem elektrischen Untergrund isoliert werden, d.h. mit einer hohen Spannung geladen sein. Der Stromverlust kann durch Messen des Stromes von der elektrischen Stromversorgung der hohen Spannung ohne Durchflussmenge gemessen werden. Der Strom, der das Spritzmittel lädt ist dann der Unterschied zwischen dem Strom mit der Durchflussmenge und dem Strom ohne Durchflussmenge. Der Stromverlust sollte im Vergleich zu dem Ladungsstrom klein sein.
Gemäss obiger Methode (2) ist das Spritzmittel nach der Ausströmung von der Auslassöffnung elektrisch geladen. Die Spritzpistole und Spritzdüse müssen elektrisch isoliert sein. Die elektrische Ladung wird von einer äusseren Elektrode (1), die sich sehr nahe der Spritzspitze und benachbart zu dem Spritzmittel befindet, geregelt. Unter hoher elektrischer Spannung wird der elektrische Strom zu dem Spritzmittel entladen.
Die bevorzugten Elektroden sind ein Draht oder mehrere Drähte aus Metall, die sich benachbart zu dem Spritzmittel befinden. Die Elektroden können entweder parallel oder senkrecht zu dem Spritzmittel sein oder jede Richtung dazwischen aufweisen, in der der elektrische Strom, der von dem Spritzpunkt herauskommt, vorteilhaft gegen das Spritzmittel gerichtet ist. Die Elektroden müssen sich genügend nahe an dem Spritzmittel befinden, vorzugsweise innerhalb eines Zentimeters, um das Spritzmittel wirkungsvoll zu beladen, ohne dass sie die Strömung des Spritzmittels beeinträchtigen. Die Elektroden können spitzig und verzweigt sein. Für flaches Spritzen liegen eine oder mehrere Elektroden vorzugsweise an der Seite (den Seiten) des flachen Spritzens, so dass der elektrische Strom an der Vorderseite des Spritzmittels entladen wird. Für ovales Spritzen befinden sich eine oder mehrere Elektroden benachbart zu dem Spritzmittel rund um den Umkreis. Die Elektroden werden angesetzt um das Spritzmittel wirkungsvoll zu beladen. Eine oder mehrere Hilfselektroden, die eine zu den primären Elektroden unterschiedliche Spannung aufweisen oder elektrisch grundiert sein können, können eingesetzt werden, um das elektrische Feld oder den Strom zwischen den primären Elektroden und dem Spritzmittel zu verändern. Zum Beispiel kann eine primäre Ladungselektrode auf einer Seite des Spritzfächers sein und eine grundierte, isolierte Hilfselektrode kann an der gegenüberliegenden Seite des Spritzfächers sein. Ladungsmethode (2) hat gegenüber Methode (1) den Vorteil, dass sie weniger Stromverlust durch die vermischte flüssige Mischung aufweist. Vermischte flüssige Mischungen, die ausreichend leitfähig sind, müssen den Zuflussversorger und die Zuflussleitung gegenüber dem elektrischen Untergrund isolieren.
Bei Anwendung des obigen Verfahrens (3) ist das Spritzmittel mehr entfernt von der Auslassöffnung elektrisch geladen und ist viel mehr dispergiert als gemäss Methode (2).
Deshalb ist in der Regel ein grösseres System oder Netzwerk von äusseren Elektroden erforderlich, um das Spritzmittel wirkungsvoll zu laden. Deshalb ist die Methode weniger sicher und weniger anpassungsfähig. Auch der Abstand zwischen den Elektroden und dem Spritzmittel muss grösser sein, um eine Störung mit dem Spritzmittel zu vermeiden. Deshalb soll die dem Spritzmittel angelegte Ladung passend kleiner sein. Der Stromverlust durch die Zuflussleitungen wird jedoch damit behoben.
Das Spritzmittel wird durch oder zwischen den elektrisch geladenen Gitterwerken oder Netzwerken der äusseren Elektroden durchgeleitet, bevor das Sprühmittel auf den Träger abgesetzt wird. Die Spritztröpfchen werden durch eine Ionenbeschiessung von dem aus den Elektroden in die Luft entladenen elektrischen Strom geladen. Das elektrisch geladene Gitterwerk kann ein oder verschiedene Drahtelektroden sein, die sich quer durch die Spritzzone erstrecken. Der Strom kann der Länge der Elektroden entlang entladen werden. Das elektrisch geladene Netzwerk kann ein oder mehrere Drähte oder Spitzelektroden sein, die sich rund um die Spritzzone befinden und die sich eng zu oder in dem Spritzmittel erstrecken, so dass sich der Strom von den Enden der Elektroden entlädt.
Vorliegende Erfindung kann mit einer hohen elektrischen Spannung im Bereich von ungefähr 30 bis ungefähr 150 Kilovolt angewendet werden. Hohe elektrische Spannungen werden vorgezogen, um dem Spritzmittel eine hohe elektrische Ladung zu verleihen, damit die Anziehung des Trägers erhöht wird. Das Spannungsniveau muss jedoch für die verwendete Ladung und Spritzpistole sicher sein. Aus Sicherheitsgründen wird in der Regel die Spannung einer Handspritzpistole auf weniger als 70 Kilovolt reduziert und die Einrichtung wird für eine automatische Abstellung der Spannung angeordnet, wenn der Strom ein sicheres Niveau überschreitet. Im allgemeinen ist für Handspritzpistolen der brauchbare Bereich des elektrischen Stromes zwischen 20 und 200 Mikroampère. Optimale Ergebnisse werden mit Beschichtungszubereitungen erhalten, die eine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit, d.h. einen sehr hohen elektrischen Widerstand, aufweisen. Für automatische Spritzpistolen, die bisher verwendet werden, kann Sicherheit bietend eine höhere Spannung und ein höherer elektrischer Strom als für Handspritzpistolen angewendet werden. Die Spannung kann deshalb 70 kVolt bis zu 150 kVolt überschreiten und der Strom kann 200 Mikroampère überschreiten.
Diese Verfahren für eine elektrostatische Ladung sind dem entsprechenden durchschnittlichen Fachmann für elektrostatisches Spritzen bekannt. Für ein elektrostatisches Spritzen ist der Träger vorzugsweise ein elektrischer Leiter wie Metall. Träger, die nicht Leiter oder Halbleiter sind, können jedoch auch gespritzt werden. Vorzugsweise werden sie vorbehandelt, um eine elektrisch leitfähige Oberfläche zu bekommen. Zum Beispiel kann der Träger in eine spezielle Lösung eingetaucht werden, um der Oberfläche die Leitfähigkeit zu verleihen.
Das Verfahren zur Erzeugung der hohen elektrischen Spannung und des hohen elektrischen Stromes ist nicht kritisch für die Praxis der vorliegenden Erfindung. Herkömmliche Stromversorger für eine hohe elektrische Spannung können verwendet werden. Die Stromversorgung sollte die Standardsicherheitsmassnahmen haben, die heftige Strom- und Spannungsschwingungen verhindern. Die Stromversorger können in der Spritzpistole eingebaut werden. Andere Ladungsverfahren können auch angewendet werden.
Der verwendete Spritzdruck ist eine Funktion der Beschichtungszubereitung der zu verwendenden überkritischen Flüssigkeit und der Viskosität der flüssigen Mischung. Der mindeste Spritzdruck ist bei oder leicht unter dem kritischen Druck der überkritischen Flüssigkeit. Im allgemeinen beträgt der Druck unter 34.475 kPa (5000 psi). Vorzugsweise ist der Spritzdruck oberhalb des kritischen Druckes der überkritischen Flüssigkeit und unter 20.685 kPa (3000 psi). Wenn die überkritische Flüssigkeit flüssiges überkritisches Kohlendioxid ist, liegt der bevorzugte Spritzdruck zwischen 7378 kPa (1070 psi) und 20.685 kPa (3000 psi). Der bevorzugte Spritzdruck liegt zwischen 8274 kPa (1200 psi) und 17.238 kPa (2500 psi).
Die verwendete Temperatur ist eine Funktion der Beschichtungszubereitung, der verwendeten überkritischen Flüssigkeit und der Konzentration der überkritischen Flüssigkeit in der flüssigen Mischung. Die mindeste Spritztemperatur ist bei oder leicht unter der kritischen Temperatur der überkritischen Flüssigkeit. Die Maximaltemperatur ist die höchste Temperatur, bei der die Komponenten der flüssigen Mischung während der Zeit, bei der die flüssige Mischung bei dieser Temperatur ist, nicht wesentlich thermisch zersetzt werden.
Wenn die überkritische Flüssigkeit flüssiges überkritisches Kohlendioxid ist, wird die Spritzzubereitung vorzugsweise vor der Zerstäubung erwärmt, weil die überkritische Flüssigkeit, die von der Spritzdüse entflieht, zu dem Kondensationspunkt des festen Kohlendioxides abkühlen könnte und wegen des im Raum vorhandenen Wasserdampfes, der durch die hohe Feuchtigkeit in der Umgebung des Spritzmittels entsteht.
Die mindeste Spritztemperatur ist ungefähr bei 31ºC. Die maximale Temperatur wird durch die thermische Beständigkeit der Komponenten in der flüssigen Mischung bestimmt. Die bevorzugte Spritztemperatur ist zwischen 35º und 90ºC. Die bevorzugteste Temperatur liegt zwischen 45º und 75ºC. Im allgemeinen erfordern flüssige Mischungen mit grösseren Mengen an flüssigem überkritischem Kohlendioxid höhere Spritztemperaturen, um dem grossen Abkühlungseffekt entgegenzuwirken.
Die Spritztemperatur kann durch Erwärmen der flüssigen Mischung vor dem Eintritt in die Spritzpistole, durch Erwärmen der Spritzpistole selbst, durch Zirkulieren der erwärmten flüssigen Mischung zu der oder durch die Spritzpistole, um die Spritztemperatur aufrechtzuerhalten oder durch Kombination der Methoden erhalten werden. Die Zirkulation der erwärmten flüssigen Mischung durch die Spritzpistole wird bevorzugt um Wärmeverlust zu vermeiden und um die erwünschte Spritztemperatur aufrechtzuerhalten. Die Röhren, Leitungen und Schläuche und die Spritzpistole werden vorzugsweise isoliert oder auf Wärme geprüft, um Wärmeverlust zu verhindern.
Die Umgebung, in der die vermischte Beschichtungszubereitung gespritzt wird, ist nicht kritisch. Der darin vorhandene Druck muss jedoch niedriger als der erforderliche Druck sein, um die überkritische Flüssigkeitskomponente der flüssigen Spritzmischung im überkritischen Zustand zu halten. Vorzugsweise wird die vermischte flüssige Beschichtungszubereitung in der Luft unter Bedingungen des oder in der Nähe des atmosphärischen Druckes gespritzt. Weitere Gasmedien können auch verwendet werden, wie Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt oder inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon, Xenon oder Mischungen. Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ist nicht wünschenswert, da Sauerstoff die Entzündbarkeit der organischen Bestandteile im Spritzmittel erhöht.
Im allgemeinen werden flüssige Spritztröpfchen erzeugt die im allgeminen einen durchschnittlichen Durchmesser eines Mikrons oder mehr haben. Diese flüssigen Tröpfchen enthalten einen Bruchteil des Feststoffanteiles, einen Bruchteil des Lösungsmittelanteils und einen Bruchteil der überkritischen Flüssigkeit.
Vorzugsweise haben diese Tröpfchen einen mittleren Durchmesser von ungefähr 5 bis 1000 Micrometer (Mikron). Insbesondere haben diese Tröpfchen mittlere Durchmesser von ungefähr 10 bis ungefähr 300 Micrometer (Mikron). Kleine Spritztröpfchen sind wünschenswert, um der überkritischen Flüssigkeit von dem Spritztröpfchen vor dem Abprall auf dem Träger freien Lauf zu lassen. Kleine Spritztröpfchen ergeben auch hochqualitative Abdeckungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zum Aufbringen von Ueberzügen durch Appretierung eines flüssigen Spritzmittels auf eine Verschiedenartigkeit von Trägern angewandt werden. Beispiele von geeigneten Trägern sind, aber sie sind nicht darauf beschränkt: Metall, Holz, Glas, Kunststoff, Papier, Tuch, Keramik, Mauermaterial, Stein, Zement, Asphalt, Gummi und Verbundstoffe und entsprechende landwirtschaftliche Träger.
Durch die Technik der vorliegenden Erfindung können Filme auf Träger aufgetragen werden, in denen die gehärteten Filme eine Dicke von ungefähr 5,08 um (0,2) bis ungefähr 152,4 um (6,0 Mil) haben. Vorzugsweise haben die Filme eine Dicke von ungefähr 12,7 um (0,5) bis ungefähr 50,8 um (2,0 Mil), wobei am bevorzugtesten die Dicke der Filme im Bereich von ungefähr 17,8 um (0,7) bis ungefähr 38,1 um (1,5 Mil) variiert.
Wenn eine Härtung der auf dem Träger vorhandenen Beschichtungszubereitung erforderlich ist, kann diese auf herkömmliche Weise vorgenommen werden, wie durch Verdampfung des aktiven und/oder Kupplungslösungsmittels durch Anwendung von Hitze oder ultraviolettem Licht usw.
Komprimiertes Gas kann zum Fördern der Bildung des flüssigen Spritzmittels und/oder zur Modifizierung der Gestalt des flüssigen Spritzmittels, das bei der Auslassöffnung herauskommt, verwendet werden. Das Fördergas ist typischerweise Pressluft bei Drucken von 34,5 bis 551,6 kPa (5 bis 80 psi), wobei niedere Drucke von 34,5 bis 137,9 kPa (5 bis 20 psi) bevorzugt werden. Es kann jedoch auch Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt oder inerte Gase, wie komprimierter Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon oder Xenon oder eine Mischung sein. Komprimierter Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft ist nicht erwünscht, da Sauerstoff die Entzündbarkeit der organischen Komponenten im Spritzmittel erhöht. Das Hilfsgas wird in das flüssige Spritzmittel geleitet durch eine oder mehrere Gasdüsen van hoher Geschwindigkeit, die vorzugsweise auf jeder Seite des flüssigen Spritzmittels symmetrisch angeordnet sind, um sie untereinander im Gleichgewicht zu halten. Die Strahlen des Hilfsgases kommen vorzugsweise von dem Gasstrahlantrieb, der in der elektrostatischen Spritzspitze und/oder Spritzdüse eingebaut ist. Das Hilfsgas kann auch von einer Apertur in der Spritzspitze herauskommen, die einen konzentrischen kreisförmigen Ring darstellt, der rundherum und im Mittelteil der Auslassöffnung der Flüssigkeit ist, um einen Hohlkegelgasstrahl von hoher Gechwindigkeit zu erzeugen, der sich auf das flüssige Spritzmittel zusammenzieht aber dies schafft einen grossen Strom von Hilfsgas, der nicht erwünscht ist. Der konzentrische kreisförmige Ring kann in Segmente aufgeteilt werden, um die Gasflussgeschwindigkeit zu verringern. Er kann elliptisch anstatt kreisförmig sein, um dem Spritzen eine Gestaltform zu geben. Vorzugsweise sind die Gasflussgeschwindigkeit und der Druck des Hilfsgases kleiner als diejenigen, die in Druckluftspritzen verwendet werden. Das Hilfsgas kann erwärmt werden, um dem raschen Abkühlungseffekt des überkritischen flüssigen Verdünners im Spritzmittel entgegenzuwirken. Die bevorzugte Temperatur des erwärmten Hilfsgases liegt im Bereich von ungefähr 35º bis ungefähr 90ºC. Die bevorzugteste Temperatur variiert von ungefähr 45º bis ungefähr 75ºC.
Die Beschichtungszubereitungen können mit einer überkritischen Flüssigkeit vermischt und dann zur Erzeugung eines Schwertspritzens mit einer Vorrichtgung, wie sie in den Figuren 8 oder 9 gezeigt wird, gespritzt werden.
Nachfolgend wird die Vorrichtung erläutert, die zur Erhaltung der vermischten Beschichtungszubereitung aus der einleitenden Beschichtungszubereitung und aus der überkritischen Flüssigkeit und zum Spritzen derselben chargenweise in der Praxis der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die aufgeführte überkritische Flüssigkeit ist flüssiges überkritisches Kohlendioxid.
Tabelle 3 enthält eine Zusammenstellung der Einrichtungen, die zur Beschreibung der Vorschrift für die chargenweise Ausführung benötigt werden. Tabelle 3 Posten Beschreibung Linde knochentrockene Stufe von flüssigem Kohlendioxid in Zylindergrösse K mit Ejektorschlauch Kühlwärmeüberträger Hoke-Zylinder # 8H D 3000, 3,0 Liter Volumen, bestehend aus rostfreiem Stahl 304 mit doppelten Endverbindungsstücken, einer Druckrate von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig), auf einer Skala aufgesetzt Gefäss für die Kohlendioxidzuführung Circle Seal - Druckbegrenzungsventil P 168-344-2000 eingestellt auf 12411 kPa (Manometer) (1800 psig) Entlüftungsventil Sartorius 16 Kg-Skala mit 0,1 g Empfindlichkeit Hoke-Zylinder # 8 HD 2250, 2,25 Liter Volumen, bestehend aus rostfreiem Stahl 304, mit doppelten Endverbindungsstücken, einer Druckrate von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig); Pumpenzuführungsbehälter Zenith Einzelströmungs-Getriebepumpe, Modell #HLB-5592-30CC, modifiziert durch Einsatz eines dünnen Grafoil-Verdichtungsringes, um die Metall-zu-Metall-Abdichtung zu verbessern Zenith Gangpumpetriebwerk, Modell # 4204 157 mit Gangverhältnis 15:1 und Pumpengeschwindigkeits-Steuergerät QM-371726F-15-XP mit einem Geschwindigkeitsbereich von 6 bis 120 Umdrehungen pro Minute Ablauf von der Zirkulationsschleife Kenics statisches Mischgerät Kühlwasserwärmeüberträger Hoke-Zylinder # 8 HD 2250, 2,25 Liter Volumen. bestehend aus rostfreien Stahl 304, mit doppelten Endverbindungsstücken, einer Druckrate von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig); Spritzmittelzuführungsbehälter Airless-Spritzpistole Bonderite 37 polierte 24-geeichte Stahltafel mit einer Grösse von 15,24 cm auf 30,48 cm (6 auf 12 Zoll) Entlüftungsventil Fluidzuführungsventil Jerguson Hochdruck-Visierglas Serie T-30 mit Fenster Grösse # 6 eingestuft für einen Druck von 15583 kPa (Manometer) (2260 psig) bei einer Temperatur von 200ºF Grove Rückdruckregler # 5-90 W eingestuft für einen Druck von 13790 kPa (Manometer) (2000 psig) bei einer Temperatur von 200ºF. Die Kuppel wird durch Ueberdruckstickstoff zum gewünschten Spritzdruck geladen. Entlastungsventil Ueberdruckstickstoff, um Grove-Rückdruckregler zu setzen und die Einrichtung zu entleeren Stickstoffentleerventil Stickstoffenlüftungsventil Ruska Rollkugel-HOchdruckviskometer # 1602-811-00 mit Temperaturregler und elektronischem Timer Pyncnometer, Doppelventil-1/4-Zoll-Hochdruckleitung.
Die in dieser Tabelle 3 aufgeführte Vorrichtung wird wie in der schematischen Darstellung gemäss Figur 8 zusammengesetzt. Starre Verbindungen werden mit einer Hochdruckleitung für den Gasfluss, die einen Durchmesser von 0,32 cm (1/8 Zoll) hat, und mit einer Hochdruckleitung für den Fluidfluss, die einen Durchmesser von 0,64 cm (1/4 Zoll) unter Verwendung von Zubehörteilen Swagelok hergestellt. Die Spritzpistole ist mit der Leitung unter Verwendung von zwei flexiblen, statisch freien Hochdruckschläuchen Graco aus Nylon (0,64 cm / 1/4 Zoll), Modell # 061-214 mit einer Druckrate von 34 475 kPa (5000 psi) verbunden. Kontrollventile werden verwendet, um den Rückfluss zu dem Kohlendioxid zuführenden Behälter (3) und zu dem den Hauptteil zuführenden Behälter (1) und zu dem Stickstoffzylinder (21) zu verhindern. Die Zirkulationsschleife und der Kohlendioxid-Versorgungsbehälter werden durch Druckbegrenzungsventile (4) von Ueberdruck geschützt.
Die Vorrichtung besteht aus einer Zirkulationsschleife, einem Zufuhrsystem für Kohlendioxid und einer Seitenschleife, um die Viskosität und die Dichte zu messen. Die Zirkulationsschleife, um die Pumpenversorgungsbehälter (7), eine Getriebepump (8), um die Zirkulation zu besorgen und den konstanten Spritzdruck aufrechtzuerhalten, einen statischen Mischer (11), eine Kühler (12), um übermässige Wärme zu eliminieren, einen Spritzmittelversorgungsbehälter (13), eine Airless-Spritzpistole (14), ein Visierglas (18) und einen Druckregler (19), um den Spritzdruck konstant zu halten. Der Druckregler (19) wird durch Verwendung von komprimiertem Stickstoff (21) auf dem gewünschten Flussdruck fixiert. Das Kohlendioxid-Versorgungssysstem enthält Zuführungszylinder (1) für die Hauptmenge Kohlendioxid, ein Kühlungswärmeüberträger (2) und einen Versorgungsbehälter für Kohlendioxid (3), montiert gemäss einem elektronischen Massstab (6). Die Zufuhr- und Ausfurleitungen zu dem Zufuhrbehälter (3) werden aufgewickelt, so dass die Karft des sich nach Massstab bewegenden Behälters die Skalalesung nicht beeinträchtigt. Die Seitenschleife enthält ein Viskometer (24) und ein Pyncnometer (25) zum Messen der Viskosität und der Dichte der vermischten Beschichtungszubereitung, falls dies gewünscht wird.
Alle Durchflussleitungen und Behälter werden mit elektrischem Wärmezwirnband angeordnet und mit Isoliermaterial bedeckt, um die Lösung auf die Spritztemperatur zu erwärmen. Das Wärmezwirnband verteilt sich in verschiedenen Kreisläufen, die unabhängig voneinander kontrolliert werden.
Kreislauf # 1 Druckregler (19), Entlastungsventil (20), Visierglas (18) und Verbindungsleitungen.
Kreislauf # 2 Pumpförderbehälter (7), Getriebepumpe (8) und Leitung in Zirkulationsschleife zu der Kohlendioxidzuführungsstelle.
Kreislauf # 3 Leitung in Zirkulationsschleife von der Kohlendioxidzuführungsstelle zu dem Kühler (12).
Kreislauf # 4 Spritzmittelzuführungsbehälter.
Kreislauf # 5 Leitung von dem Spritzmittelversorgungsbehälter (13) zu dem flexiblen Lenkschlauch verbunden mit der Spritzpistole (14).
Kreislauf # 6 Kohlendioxidzuführbehalter (3).
Thermoelemente, die sich zwischen den Behältern und den Leitungen befinden, messen die Temperatur. Die Temperatur der vermischten Beschichtungszubereitung wird gleichmässig rund um die Schleife durch rasche Zirkulation und durch Einstellung des Wärmezwirnbandes gehalten.
Die chargenweise Spritzmitteleinrichtung wird nach folgender Arbeitsweise gefüllt. Die Einrichtung wird durch Entlüftung der Zirkulationsschleife (16) evakuiert und eine Gewichtsmenge der vorzubereitenden Beschichtungszubereitung wird mittels des Zuführungsventils (17) mit der Getriebepumpe (8) durch Zirkulierung des Materials bei einer kleinen Geschwindigkeit durch das Ausweichventil (20) des Druckreglers zugefügt.
Der Zuführungsbehälter für das Kohlendioxid (3) wird mittels des Entlüftungsventils (5) evakuiert und mit flüssigem Kohlendioxid aus dem Zuführungszylinder (1) für das Kohlendioxid gefüllt. Um die Füllung des Zuführungsbehälters (3) zu erleichtern, wird das Kohlendioxid durch einen Kühlungswärmeüberträger (2) hindurchgeleitet, so dass der Dampfdruck in dem Zuführungsbehälter (3) kleiner als der Dampfdruck im Versorgungsbehälter (1) ist.
Die erwünschte Menge an Kohlendioxid wird in der Zirkulationsschleife durch Heizen des Kohlendioxidzuführungsbehälters (3) und Steuerung mit dem Ventil gemäss der gewünschten Menge, wie sie auf der Waage (6) gelesen wird, unter Ueberdruck gesetzt.
Der Spritzdruck wird durch Füllen der Einrichtung mit der einzuleitenden Beschichtungszubereitung und dem Kohlendioxid bis zur überall erforderlichen Dichte und dann Erwärmen derselben bis zur Spritztemperatur entwickelt. Vor dem Spritzen wird der Druckregler (19) entlastet (20) und die Schleife befindet sich bei einem gleichmässigen Druck. Um das Spritzen vorzubereiten wird das Entlastungsventil (20) so geschlossen, dass die Abflussmenge durch den Druckregler (19) geht, welcher dem Abflussdruck angepasst ist. Während des Spritzens wird der Spritzdruck durch die Getriebepumpe (8) und den Druckregler (19) konstant gehalten Die Getriebepumpe pumpt Lösung in den Spritzmittelversorgungsbehälter (13) von dem Pumpenzufuhrbehälter (7) bei einer hohen Zirkulationsgeschwindigkeit. Der Druckregler (19) gibt überschüssige Lösung in den Pumpenbehälter (7) zurück. Der Pumpenzufuhrbehälter (7) verliert Lagerbestand und Druck, aber der Spritzmittelversorgungsbehälter (13) wird voll und mit dem Spritzdruck gehalten.
Nachfolgend wird die Vorrichtung erläutert, die zur Erhaltung der vermischten Beschichtungszubereitung aus der einzuleitenden Beschichtungszubereitung und der überkritischen Flüssigkeit und zum Spritzen derselben auf kontinuierliche Weise in der Technik der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die veranschaulichte superkritische Flüssigkeit ist superkritisches Kohlendioxid Fluid.
Tabelle 4 enthält eine Aufstellung der Einrichtungen, die zur Ausführung des für die kontinuierliche Weise beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Tabelle 4 Posten Beschreibung Linde knochentrockene Stufe von flüssigem Kohlendioxid in Zylinder Grösse K mit Ejektorrohr. Kühlungswärmeüberträger. Hoke-Zylinder # 8HD 3000, 3,0 Liter Volumen, bestehend aus rostfreiem Stahl 304, mit doppelten Endverbidungsstücken, einer Druckrate von 12 441 kPa (Manometer) (1800 psig). Circle Seal Druckbegrenzungsventil P 168-344-2000 aufgesetzt bei 12 441 kPa (Manometer) (1800 psig). Entlüftungventil. Stickstoffgaszuführung. Graco doppelt wirkende Kolbenpumpe Modell # 947-963 mit 4-Kugel-Anordnung und Teflondichtungen, montiert auf # 5 Hydra-Cat Zylinder Slave Kit # 947-943; Pumpe und Zufuhrleitung mit Kühlung-Fühlersteuerung; Kohlendioxidpumpe. Graco Standard doppelt wirkende primäre Kolbenpumpe Modell # 207-865 mit Teflondichtungen; Beschichtungszubereitungspumpe. Graco Hydra-Cat Proportionierungspumpeneinrichtung mit variablem Verhältnis, Modell # 226-936 mit Verhältnisbereich 0,9 : 1 bis 4,5 : 1. Graco President Luftmotor Modell # 207-352. Anwendungspressluft bei 655 kPa (Manometer) (95 psig). Druckzuführung. Graco Luftfilter Modell # 106-149. Graco Luftdruckregler Modell # 206-197. Graco Luftleitungsöler Modell # 214-848. Graco Druckbegrenzungsventil Modell # 208-317 eingestellt auf 20685 kPa (Manometer) (3000 psig). Graco Druckbegrenzungsventil Modell # 208-317 eingestellt auf 20685 kPa (Manometer) (3000 psig). Graco Zwei-Gallone-druckbehälter Modell # 214-833. Graco Luftdruckregler, Modell # 171-937. Graco Druckbegrenzungsventil Modell # 103-437 eingestellt auf 689,5 kPa (Manometer) (100 psig). Graco Hochdruck-Fluidheizkörper Modell # 226-816. Graco Hochdruck-Fluidfilter Modell # 218-029. Graco Kontrollventil Modell # 214-037 mit Teflonabdichtung. Graco Kontrollventil Modell # 214-037 mit Teflonabdichtung. Graco statisches Mischgerät Modell # 500-639. Graco Hochdruck-Fluidheizkörper Modell # 226-816. Graco Hochdruck-Fluidfilter Modell # 218-029. Kenics statisches Mischgerät. Graco Fluiddruckregler Modelle # 206-661. Jerguson Hochdruck-Visierglas Serie T-30 mit Fenster Grösse 6 eingestuft für einen Druck von 15 583 kPa (Manometer) (2260 psig) bei einer Temperatur von 200ºF. Airless-Spritzpistole. Bonderite 37 polierte 24-geeichte Stahltafel mit einer Grösse von 15,24 cm zu 30,48 cm (6 zu 12 Zoll). Zenith Einzelströmung Getriebepumpe Modell HLB-5592-30C, modifiziert durch Einsatz eines dünnen Grafoil-Verdichtungsringes, um die Metall-bis-Metall-Abdichtung zu verbessern mit Pumpführer Modell # 4204157, mit Getriebeverhältnis 15 : 1 und Pumpgeschwindigkeitsregler Modell # QM-371726 F-15-XP mit Geschwindigkeitsbereich von 6 bis 120 Umdrehungen pro Minute. Circle Seal Druckbegrenzungsventil P 168-344-2000 eingestellt auf 13790 kPa (Manometer) (2000 psig). Ablauf von der Zirkulationsschleife.
Die in obiger Tabelle 4 aufgeführte Vorrichtung wird gemäss der in Figur 9 enthaltenen schematischen Darstellung zusammengesetzt.
Starre Verbindungen wurden unter Verwendung von Swagelok-Zubehör mit nahtloser geschweisster hydraulischer Leitung ASTM A-269, die eine Druckstufe von 34375 kPa (5000 psig) hat und aus rostfreiem Stahl Typ 304 besteht und mit einem Dekuron-Durchmesser von 0,64 cm (1/4 Zoll), einer Dicke von 0,091 cm (.036 Zoll) hergestellt.
Der Druckbehälter (17) wird mit der Pumpe (8) durch Verwendung eines statischfreien Hochdruckschlauches Graco aus Nylon (9,52 mm (3/8 Zoll), Modell # 061-221 mit einer Druckrate von 20685 kPa (3000 psi) verbunden. Alle anderen flexiblen Verbindungen wurden unter Verwendung von statischfreien Hochdruckschläuchen Graco aus Nylon (0,64 cm / 1/4 Zoll), Modell 061-214 mit einer Druckstufe von 34475 kPa (5000 psi) hergestellt.
Die einleitende Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid werden gepumpt und unter Verwendung einer Graco-Hydra-Cat Proportionierungs-Pumpeneinrichtung (9) mit variablem Verhältnis verhältnismässig ausgemessen. Sie verteilt verhältnismässig zwei Flüssigkeiten zusammen bei einem gegebenen Volumenverhältnis unter Verwendung von zwei Kolbenpumpen (7 und 8), die zusammen geplackt sind. Die Kolbenstangen werden für jede Pumpe an den entgegengesetzten Enden eines Schafts gebunden, der sich um einen zentralen Drehpunkt auf- und abdreht. Das Volumenverhältnis wird von einer gleitenden Pumpe (7) entlang des Schafts variiert, die die Hublänge verändert.. Die Pumpen werden auf Verlangen von einem Luftmotor (10) geführt. Der Pumpendruck wird durch den Luftdruck, der den Luftmotor führt, kontrolliert. Die Pumpen sind doppelwirkend; sie pumpen nach einem aufgehenden und abgehenden Hub. Die primäre Pumpe (8) wird zum Pumpen der Beschichtungszubereitung verwendet. Sie ist eine Standardkonstruktion mit einem Einlass und einem Auslass. Sie füllt mittels eines Kontrollventils am unteren Ende und entlädt mittels eines Kontrollventils an der oberen Spitze. Ein drittes Ventil befindet sich am Kolbenkopf, der die Flüssigkeit von dem unteren bis zum oberen Abteil fliessen lässt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt. Dieser Pumpentyp wird zur Anwendung mit einem niederen Zufuhrdruck in der Regel unter 100 psi beabsichtigt. Die Beschichtungszubereitung wird zu der primären Pumpe (8) von einem Zwei-Gallonen-Druckbehälter (17) geführt.
Nach der Unter-Druck-Setzung in der Pumpe zu dem Spritzdruck, wird die Beschichtungszubereitung dann in einem elektrischen Heizkörper (20) erwärmt, um die Viskosität (zur Erleichterung des Mischens mit Kohlendioxid) zu verringern, mit einem Fluidfilter (21), um Feststoffteile zu entfernen, filtriert und durch ein Kontrollventil (22) zu der Mischstelle mit dem Kohlendioxid geführt. Die sekundäre Pumpe (7), die sich auf der Proportionierungspumpeneinrichtung (9) befindet, wird zum Pumpen des Kohlendioxids verwendet. Eine doppelwirkende Kolbenpumpe (7) mit einer Vierkontrollventil-Anordnung wird wegen des hohen Dampfdruckes des Kohlendioxids verwendet. Die Pumpe besitzt einen Einlass und einen Auslass an jeder Seite des Kolbens; kein Abfluss erfolgt durch den Kolben. Die in die vermischte flüssige Mischung gepumpte Kohlendioxidmenge wird durch Bewegen der sekundären Pumpe (7) entlang des Bewegungsschafts variiert. Eine knochentrockene Menge von flüssigem Kohlendioxid wird vom Zylinder (1) durch einen Kühlungswärmeüberträger (2) zu der sekundären Pumpe (7) gepumpt. Um den Aufnahmeanteil des Kohlendioxids zu messen, wird das Kohlendioxid von einem Hoke-Zylinder (3) durch den Wärmeüberträger (2) bis zur Pumpe (7) gepumpt. Das flüssige Kohlendioxid wird im Wärmeüberträger (2) gekühlt, um den Dampfdruck zu senken und somit Hohlsog in der Pumpe (7) zu verhindern. Der Hoke-Zylinder (3) wird vom Zylinder (1) gefüllt. Luft oder gasförmiges Kohlendioxid im Zylinder (3) wird beim Füllen entlüftet (5). Der Hoke-Zylinder (3) wird gemäss einer elektronischen 16 kg-Sartorius-Waage mit 0,1 g Empfindlichkeit montiert, so dass die sich darin befindende Menge von Kohlendioxid gewogen werden kann.
Nach der Unter-Druck-Setzung zu Spritzdruck in Pumpe (7) wird das flüssige Kohlendioxid ungeheizt durch das Kontrollventil (23) zu der Mischstelle mit der Beschichtungszubereitung geführt. Nachdem die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid bei der Mischstelle zusammen verhältnismässig ausgemessen wurden, wird die beigemischte Beschichtungszubereitung im statischen Mischer (24) vermischt und auf Verlangen in die Zirkulationsschleife gepumpt, die die beigemischte flüssige Mischung bei Spritzdruck und bei Spritztemperatur zu der oder durch die Spritzpistole (30) zirkulieren lässt.
Die vermischte flüssige Mischung wird in einem elektrischen Heizkörper (25) erwärmt, um die erwünschte Spritztemperatur zu erhalten, und in einem Fluidfilter (26) filtriert, um Feststoffteile zu entfernen. Ein Fluid-Druckregler (28) wird eingerichtet, um falls gewünscht den Spritzdruck unter den Pumpendruck zu senken, oder um zu helfen, einen konstanten Spritzdruck aufrechtzuerhalten.
Ein Jerguson Visierglas (29) wird zur Prüfung des Phasenzustandes der vermischten flüssigen Mischung verwendet.
Die Zirkulierungsströmung in der Zirkulationsschleife wird durch die Verwendung einer Getriebepumpe (32) erhalten.
Der Druckbehälter (17) wird mit der konzentrierten Beschichtungszubereitung gefüllt und mit Luft unter einem Ueberdruck von 344,75 pKa (Manometer) (50 psig) gesetzt. Die primäre Pumpe (8) wird durch Oeffnung eines Ablaufventils an der unteren Seite des Filters (21) in Tätigkeit gesetzt, bis die Leitung von der Luft befreit wird.
Die sekundäre Pumpe (7) vom Kohlendioxid befindet sich entlang des sich drehenden Schafts, um den erwünschten Prozentsatz von maximalem Hubraum des Kolbens zu erteilen. Der Kühlungsabfluss wird auf eine Temperatur von -10ºC eingestellt und durch den unter Kühlung stehenden Wärmeüberträger (2) und die Kühlungsfühlersteuerung in Pumpe (7) zirkuliert. Die Kohlendioxidzufuhrleitung und die Zirkulierungsschleife werden mit Kohlendioxid gefüllt und mit dem Ventil (34) mehrmals geöffnet, um die Einrichtung zu entlüften. Dann werden die Ventile bei der Mischungsstelle geschlossen und die Kohlendioxidzufuhrleitung wird mit der in Tätigkeit gesetzten Pumpe (7) gefüllt.
Der Luftdruckregler (13) wird geregelt, um dem Luftmotor (10) mit Luft den erforderlichen Druck zu erteilen, um die Zuführungsleitungen unter Ueberdruck zu setzen. Die Ventile am Mischpunkt werden geöffnet und die Zirkulationsschleife wird mit Material gefüllt. Mit dem geschlossenen Rückventil der Zirkulationsschleife, um Massenfluss rund um die Zirkulationsschleife mit keiner Rückmischung zu geben, wird das Material vom Ventil (34) abgeleitet, bis eine gleichmässige Zusammensetzung erhalten wird.
Der Heizkörper (20) wird geregelt, um eine Zufuhrtemperatur von 37ºC zu geben. Die Zirkulationsheizvorrichtung (25) wird geregelt, um die Spritztemperatur zu geben. Das Rückventil der Zirkulationsschleife wird geöffnet und die Spritzmischung zirkuliert bei einer hohen Geschwindigkeit durch Regulierung der Getriebepumpe (32). Der Kohlendioxidgehalt der beigemischten flüssigen Mischung wird durch Messen des Aufnahmeteiles des Kohlendioxids aus dem Hoke-Zylinder (3) und des Aufnahmeteiles der Beschichtungszubereitung aus dem Druckbehälter (17) während des Spritzens mittels der Spritzpistole gemessen. Dann wird die Kohlendioxidzuführung zurückgeschaltet, um Zylinder (1) zu füllen.
Ein Alternativverfahren zur verhältnismässigen Verteilung der Beschichtungszubereitung und der überkritischen Flüssigkeit in einer kontinuierlichen Arbeitsweise verwendet eine mengenproportionierende Vorrichtung anstelle der oben erwähnten volumetrisch proportionierenden Vorrichtung.
Die mit variablem Verhältnis proportionierende Pumpeneinrichtung (9) mit in Figur 4 aufgeführten Pumpen (7) und (8) wird durch eine Vorrichtung mit folgenden Elementen ersetzt. Zum Pumpen von Kohlendioxid wird die doppeltwirkende Vierkugel-Kolbenpumpe (7) auf Verlangen allein durch Anknüpfen des Luftmotors (10) direkt zur Pumpe anstatt durch den Bewegungskolben geführt. Abwechselnd kann das Kohlendioxid durch Anwendung einer durch Luft gesteuerten "cryogenischen" Pumpe wie Haskel Modell DSF-35 gepumpt werden. Diese ist eine einzelwirkende Pumpe, die eine cyclische Dreibahn-Spule verwendet, die zum Pumpen von verflüssigten Gasen unter Druck, ohne dass Kühlung zur Vermeidung von Hohlsog erforderlich ist, hergestellt wird.
Das unter Ueberdruck gesetzte Kohlendioxid wird dann durch einen Druckregler, der zur Kontrolle des gewünschten Spritzdruckes verwendet wird, und dann durch ein Durchflussmessgerät, wie Micro Motion Model D6, das die Durchflussrate von Kohlendioxid misst, wenn es auf Verlangen gepumpt wird, durchgeleitet.
Zum Pumpen der Beschichtungszubereitung wird die standard doppelwirkende primäre Kolbenpumpe (8) durch eine Getriebepumpe mit variabler Geschwindigkeit, wie die Zenith-Getriebepumpe (32) ersetzt, die in der Zirkulationsschleife verwendet wird. Die Pumprate der Getriebepumpe wird durch einen Leuchtprozess kontrolliert, der die augenblickliche Kohlendioxidabflussrate aus dem Abflussmessgerät empfängt und dann die Umlaufrate der Getriebepumpe beim Pumpen der Abflussrate der Beschichtungszubereitung kontrolliert, um das gewünschte Verhältnis der Beschichtungszubereitung und des Kohlendioxids in der vermischten Beschichtungszubereitung zu geben. Ein Akkumulator wie Tobul Modell 4,7A30-4 kann in der Zirkulationsschleife eingerichtet werden, um die Schleifenkapazität zu steigern und die Druckschläge in der Schleife auf ein Mindestmass zu verringern, wenn die Spritzpistole aktiviert wird.

Beispiel 1

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Acrylbeschichtung ergibt, wurde aus dem Harz Acryloid AT-400 von Rohm und Haas hergestellt, das 75% in 25% Lösungsmittel Methylamylketon gelöstes, nichtflüchtiges Acrylpolymerisat enthält, und vom Harz Cymel TM 323 von American Cyanamid, das ein Vernetzungsmittel ist, das 80% in 20% Isobutanollösungsmittel gelöstes, nichtflüchtiges Melaminpolymer enthält, hergestellt, indem man die Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol und Methylamylketon in den folgenden Mengen mischt: Acryloid AT-400 Cymel 323 n-Butanol Methylamylketon Total
Die Beschichtungszubereitung enthielt 65,01% Feststoffanteil und 34,99% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszusammensetzung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf diskontinuierliche Weise gespritzt. Eine zugemischte flüssige Mischung mit einem Kohlendioxidgehalt von 28% (die eine klare einphasige Lösung ergab) wurde bei einem Druck von 10678 kPa (Manometer) (1550 psig) und bei einer Temperatur von 59ºC gespritzt.
Die flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden, Airless- Handspritzpistole Nordson A4B vom Modell # 152-200 mit einer Nordson Spritzspitze # 0004/08, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) aufweist, gespritzt. Der Sprühregen wurde, wie in Figur 3c gezeigt, schwertförmig aufgebracht. Der Sprühregen ergab eine gleichmässige Beschichtungsdicke mit scharfen Kanten, wie in Figur 5 veranschaulicht.
Andere Spritzspitzen, die zum Spritzen dieser Zubereitung angewendet wurden, erzeugten ebenfalls ein Schwertspritzen. Schwertspritzen wird bei einem Kohlendioxidgehalt oberhalb ungefähr 24% erhalten.

Beispiel 2

Eine Beschichtungszubereitung, die eine weisse pigmentierte Acrylbeschichtung ergab, wurde aus dem Harz Acryloid TM-400 und aus dem Harz Cymel 323 hergestellt, indem man die Harze mit weissem Titandioxidpigment R 902 von DuPont, den Lösungsmitteln n-Butanol und Methylamylketon und mit 10% des siliconoberflächenaktiven Mittels L 5310, das in Xylol gelöst ist, in den folgenden Mengen mischt: Pigment R 902 Acryloid AT-400 Cymel 323 n-Butanol Methylamylketon 10% L 5310 in Xylol Total
Die Beschichtungszubereitung enthielt 70,73% Feststoffanteil und 29,27% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und chargenweise (diskontinuierlich) gesspritzt. Die flüssige Mischung hatte einen Kohlendioxidgehalt von 28,0% und ergab bei der Spritztemperatur von 50ºC und bei einem Druck von 1600 psig eine einphasige Lösung.
Die erhaltene flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden, Airless-Handspritzpistole Nordson A4B mit einer Nordson Spritzspitze # 0004/08, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) hat gespritzt. Der Sprühregen hatte eine schwertförmige Spritzgestalt und erzeugte gleichmässige Beschichtungen.

Beispiel 3

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Acrylbeschichtung ergibt, wurde aus dem Harz Acryloid AT-400, dem Harz Acryloid AT-954 von Rohm und Haas, das 80% nichtflüchtiges Acrylpolymerisat, gelöst in 20% Methylamylketon enthält, und aus dem Harz Cymel 323 hergestellt, indem man die Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol, Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP), Methylamylketon und Xylol in den folgenden Mengen mischt: Acryloid AT-400 Acryloid AT-954 Cymel 323 n-Butanol Methylamylketon Xylol Total
Die Beschichtungszubereitung enthielt 66,73% Feststoffanteil und 32,97% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gespritzt. Eine mit einem Kohlendioxidgehalt von 30% erhaltene flüssige Mischung wurde bei einer Temperatur von 50 bis 60ºC und bei einem Druck von 9653 bis 11032 kPa Manometer (1400 bis 1600 psig) gespritzt. Jede der eingesetzten Mischungen ergab eine klare einphasige Lösung und ein schwertförmiges Spritzen. Schwertspritzen wurden auch mit allen anderen verwendeten Spritzspitzen erhalten, wie Nordson Spritzspitze # 016-011, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 5,08 cm (2 Zoll) aufweist. Dieses schmale Schwertspritzen ist in den Figuren 3d und 3e veranschaulicht.

Beispiel 4

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Acrylbeschichtung ergibt, wurde aus dem Harz Acryloid AT-400, dem Harz Acryloid AT-954 und dem Harz Cymel 323 hergestellt, indem man die Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol, Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP), Methylamylketon, Methylethylketon und Xylol in den folgenden Mengen mischt: Acryloid AT-954 Acryloid AT-400 Cymel 323 n-Butanol Methylamylketon Methylethylketon Xylol 50% L 5310 in Xylol Total
Die Beschichtungszusammensetzung enthielt 49,23% Feststoffanteil und 50,77% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gespritzt. Die erhaltene flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden, automatischen Airless-Spritzpistole vom Typ # 016-014, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um, (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) hat, gespritzt.
Die flüssige Mischung wurde bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11032 kPa, Manometer (1600 psig) bei verschiedenen Konzentrationen von Kohlendioxid gespritzt. Ohne Kohlendioxid zeigte der Sprühregen, wie in Figur 4c gezeigt einen Fischschwanz. Bei einem Gehalt von 14% an Kohlendioxid waren Seitenstrahlen mit einem Fischschwanzeffekt und mit einem flüssigen Film noch ersichtlich wie in der Figur 12a gezeigt.
Mit 19,7% Kohlendioxidgehalt ging der Seitenstrahl in den Hauptstrahl über und der flüssige Film ging in die Auslassöffnung zurück, wie in Figur 12b gezeigt.
Mit ungefähr 22% Kohlendioxid war die Spritzform in der Uebergangsphase wie gezeigt bei dem Strahl, der von dem Niveau des Fächers auf den Mittelteil des Spritzens stösst (siehe Figur 12c).
Mit 25% Kohlendioxid vollendete die Spritzform den Uebergang zu einem schwertförmigen Spritzen, wie in Figur 12d gezeigt.

Beispiel 5

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Polyesterbeschichtung ergibt, wurde ausgehend vom Harz Spencer Kellog Aroplaz 6025-A6-80, das 80%, in 20% Methyl-Propasolacetat(MPA)-Lösungsmittel gelöstes, nichtflüchtiges Polyesterpolymer enthält, und dem Harz Cymel 323 hergestellt, indem man die Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol und Butylcellosolveacetat (BCA) den folgenden Mengen mischt: Aroplaz 6025-A6-80 Cymel 323 n-Butanol 50% L 5310 in Xylol Total
Die Beschichtungszubereitung enthielt 62,27% Feststoffanteil und 32,73% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt und erwärmt und auf kontinuierliche Weise gespritzt. Eine vermischte flüssige Mischung mit einem Kohlendioxidgehalt von 25,5% wurde bei einer Temperatur von 70ºC und einem Druck von 11032 kPa (1600 psi) gespritzt. Sie ergab eine klare einphasige Lösung. Die vermischte flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden, automatischen Airless-Spritzpistole Nordson-A7A nach einem eine Spitze # 500011 aufweisenden Spritzsystem mit einem sehr kleinen Gesenkeinsatz und auch mit Nordson-Spitzen # 016-011 und # 016-012 gespritzt. Alle diese Systeme haben eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32, 5,08 bzw. 10,16 cm (8, 2 bzw. 4 Zoll). Alle Spitzen ergaben ein Schwertspritzen, wie es in Figur 13 für Spritzspitze # 500011 angegeben ist.

Beispiel 6

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Polyester/Acrylbeschichtung ergibt, wurde, ausgehend vom Harz Aroplaz 6025-A6-80, vom Harz Acryloid AT-400 und vom Harz Cymel 323 hergestellt, indem man die Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol, Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP) und Butylcellosolveacetat (BCA) in den folgenden Mengen mischt: Aroplaz 6025-A6-80 Acryloid AT-400 Cymel 323 n-Butanol 50% L 5310 in Xylol Total
Die Beschichtungszubereitung enthielt 65,44% Feststoffanteil und 34,56% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und dann auf kontinuierliche Weise gespritzt. Eine vermischte flüssige Mischung mit einem Kohlendioxidgehalt von 25,8% wurde bei einer Temperatur von 69ºC und einem Druck von 11032 kPa (1600 psi) gespritzt. Sie gab eine klare einphasige Lösung. Die vermischte flüssige Mischung wurde mit einer rotierenden, automatischen Airless-Spritzpistole Nordson A7A mit einem Spritzsystem Spitze # 500011 mit einem sehr kleinen Gesenkeinsatz, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) hat, gespritzt, Man erhielt ein Schwertspritzen.

Beispiel 7

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Acrylbeschichtung ergibt, die keine Vernetzung oder Ausbrennen benötigt, wurde durch Lösen des Harzes Acryloid B-66 von Rohm und Haas im Lösungsmittel Methylamylketon hergestellt. Die Beschichtungszubereitung enthielt 35,00% Feststoffanteil und 65,00% Lösungsmittelanteil mit der folgenden Zusammensetzung der Komponenten: Acryloid B-66 Methylamylketon Total
Die vermischte flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden automatischen Airless-Spritzpistole Nordson A7A mit einem Spritzsystem Spitze # 500011 mit einem sehr kleinen Gesenkeinsatz und auch mit Spitzen # 016-011, # 016-012, # 016-013 und # 016-014 gespritzt. Alle Spitzen haben eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und folgende Fächerbreite: Spritzspitze Fächerbreite (Zoll)
Die einleitende Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gespritzt. Die vermischte flüssige Mischung mit einem 42%igen Gehalt an Kohlendioxid wurde bei einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) und bei Temperaturen von 60ºC und 70ºC gespritzt. Sie gab eine klare einphasige Lösung. Jede Spritzspitze und Spritzbedingung erzeugte ein Schwertspritzen.

Beispiel 8

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Celluloseacetatbutyratbeschichtung (CAB), die keine Vernetzung oder kein Ausbrennen benötigt, ergibt, wurde durch Lösen des Celluloseesters CAB-381-01 von Eastman Chemical in den Lösungsmitteln Methylamylketon und Methylethylketon hergestellt. Die Beschichtungszubereitung enthielt 30,00% Feststoffanteil und 70,00% Lösungsmittelanteil gemäss der folgenden Zusammensetzung der Komponenten:
CAB 4800,0 g 30,00%
Methylethylketon 4480,0 g 28,00%
Methylamylketon 6720,0 g 42,00%
Die erhaltene flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden, automatischen Airless-Spritzpistole Nordson A7A mit einer Spritzsystemspitze # 500011 mit einem sehr kleinen Gesenkeinsatz, der eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) hat, gesprüht.
Die eingeleitete Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Art gespritzt, Eine flüssige Mischung mit einem Kohlendioxidgehalt von ungefähr 48%, die eine klare einphasige Lösung ergab, wurde bei einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) und bei einer Temperatur von 60ºC gespritzt.
Mit 48% Kohlendioxid erhielt man eine Schwertspritzform, wie in Figur 10b gezeigt. Ohne Kohlendioxid zeigte die Spritzform eine Fischschwanzform, wie in Figur 10a gezeigt. Mit 28% Kohlendioxid ging der Strahl nicht von einem Fischschwanz zu einem Schwert über.

Beispiel 9

Eine Beschichtungszubereitung, die eine klare Acryllackbeschichtung ergibt, die keine Vernetzung oder kein Ausbrennen benötigt, wurde unter Verwendung von Lackfirnis 380S von DuPont ohne den normalen Verdünner, jedoch unter Zusatz von Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP) und Butylcellosolveacetat (BCA) hergestellt. Die Beschichtungzubereitung enthielt 27,4% Feststoffanteil und 72,6% Lösungsmittelanteil mit der folgenden Zusammensetzung der Komponenten: Acrylpolymerisat 380S Aceton Methylethylketon Isopropylalkohol Toluol Butylacetat Methylpropasolacetat Aromat 100 Ethyl-3-ethoxypropionat Butyl-Cellosolveacetat Total
Die vermischte flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden automatischen Airless-Spritzspistole Nordson A7A mit Spritzspitze # 016-014, die eine Auslassöffnungsgrösse von 228,6 um (9 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) aufweist, versprüht.
Die vorbereitete Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Art gespritzt.
Eine zugemischte flüssige Mischung mit einem Gehalt an Kohlendioxid von 38% bei einem Druck von 11032 kPa (Manometer) (1600 psig) und bei einer Temperatur von 53ºC ergab die Spritzform eines Fischschwanzes, wie in Figur 11a gezeigt. Bei einem leicht höheren Kohlendioxidgehalt von ungefähr 40%, jedoch bei einer höheren Temperatur von 59ºC, ging die Spritzform in ein Schwertspritzen über, wie in Figur 11b gezeigt.

Beispiel 10

Eine Beschichtungszubereitung, die einen blauen metallischen Acrylemailüberzug ergibt, wurde
(1) durch Destillieren von 5638 g DuPont Centari TM Acrylemail B8292A für mediumblaumetallische Autoanstrichdeckschicht, um 1061 g festes Lösemittel zu entfernen, und
(2) durch Zugabe von 1061 g eines langsamen Lösemittels, nämlich 836 g Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP) und 225 g Butyl-Cellosolveacetat (BCA) hergestellt. Dieser Anstrich wird normalerweise vor dem Gebrauch mit dem Verdünner (DuPont 80345 Acrylemailverschnittmittel) im Verhältnis 1 Gallone Verdünner : 2 Gallonen Anstrich verdünnt, aber dieses Verschnittmittel wurde nicht verwendet. Die Beschichtungszubereitung enthielt 39,4% Feststoffanteil und 60,6% Lösungsmittelanteil.
Die vermischte flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer rotierenden Airless-Handspritzpistole Nordson A4B mit Spritzspitze # 0003/08, die eine Auslassöffnungsgrösse von 117,8 um (7 Mil) und eine Fächersteuerbreite von 20,32 cm (8 Zoll) hat, gespritzt.
Die einleitende Beschichtungszubereitung und Kohlendioxid wurden unter inneren Ueberdruck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gespritzt. Die Spritztemperatur war 60ºC und der Druck wurde von 10342 bis 13790 kPa (Manometer) (1500 bis 2000 psig) variiert. Bei einem Gehalt von 28% an Kohlendioxid hatte das Spritzen die Form eines Fischschwanzes, aber dies wechselte zu einem Schwertspritzen bei einem Kohlendioxidgehalt von 31%.
Das Schwertspritzen war einzigartig, da es eine ovale Gestalt bei niederen Drucken und einen flachen Fächer bei hohen Drucken aufwies.

Claims

1. Verfahren zum Spritzen einer flüssigen Mischung, die einen Feststoffanteil mit mindestens einer Komponente, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden, und einen Lösungsmittelanteil, der mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Schwertspritzen erzeugt, das durch Zugabe mindestens einer überkritischen Flüssigkeit zu dem Feststoffanteil und zu dem Lösungsmittelanteil in mindestens einer Menge, die zur Erzeugung eines Schwertspritzens, das flüssige Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser eines Mikrons oder mehr enthält, ausreichend ist, wenn diese flüssige Mischung durch Hindurchleiten unter Druck durch eine Auslassöffnung gespritzt wird.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil mindestens eine polymere Verbindung enthält, die aus thermoplastischen Harzen, thermohärtbaren Harzen, Systemen, die einen vernetzbaren Film bilden, und aus Gemischen davon ausgewählt wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine polymere Verbindung aus Emaille, Anstrichen, Lacken, Acrylharzen, Vinylharzen, Styrolharzen, Polyestern, Alkydharzen, Polyurethanen, Urethanen, Epoxiden, Phenolharzen, Celluloseestern, Aminharzen, Naturgummi, Naturharzen und Mischpolymerisaten und Gemischen davon ausgewählt wird.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil ferner Pigmente, Pigmentstreckmittel, Metallflocken, Füllstoffe, Trocknungsmittel, Antischaummittel, Hautbildungsverhinderungsmittel, Netzmittel, UV-Absorber, Vernetzungsmittel und Gemische davon, enthält.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil mindestens ein aktives Lösemittel ausgewählt aus Ketonen, Estern, Ethern, Glykolethern, Glykoletherestern, Alkoholen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Nitroalkanen, ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Halogenkohlenwasserstoffen und Gemischen davon enthält.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Lösemittel mindestens ein Lösungsmittel aus Kohlenwasserstoffen umfasst.

7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil bis 30 Gew. %, vorzugsweise bis 20 Gew. %, Wasser enthält.

8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil ein Kupplungslösemittel enthält.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungslösemittel aus Ethylenglykolethern, Propylenglykolethern, Laktamen, cyclischen Harnstoffen und Kombinationen davon ausgewählt wird.

10. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungslösemittel aus Butoxyethanol, Propoxyethanol, Hexoxyethanol, Isopropoxy-2-propanol, Butoxy-2-propanol, Propoxy-2-propanol, tertiärem Butoxy-2-propanol, Ethoxyethanol, Butoxyethoxyethanol, Propoxyethoxyethanol, Hexoxyethoxyethanol, Methoxyethanol, Methoxy-2-propanol und Ethoxyethoxyethanol, n-Methyl-2-pyrrolidon, Dimethylethylenharnstoff und Gemischen davon ausgewählt wird.

11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungslösemittel und das aktive Lösemittel dieselben sind.

12. Verfahren gemäss einem der Ansprüch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man mit flüssigem überkritischem Kohlendioxid oder Distickstoffoxid spritzt.

13. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige überkritische Kohlendioxid in einer Menge von mindestens 15 Gew. %, vorzugsweise von 20 bis 50 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Mischung, vorhanden ist.

14. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdruck im Bereich von ungefähr dem kritischen Druck der überkritischen Flüssigkeit bis 345, vorzugsweise 207 bar liegt.

15. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Mischung mit einer hohen elektrischen Spannung, vorzugsweise mit 30 bis 150 kV, elektrisch geladen ist.

16. Eine Vorrichtung zum Spritzen einer flüssigen Mischung in Form eines Schwertspritzens zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Kombination umfasst:

(a) Einrichtungen zur Zuführung eines Feststoffanteils, der mindestens eine Komponente enthält, die fähig ist, einen Ueberzug auf einem Träger zu bilden,

(b) Einrichtungen zur Zuführung eines Lösungsmittelanteiles, der mit dem Feststoffanteil mindestens partiell mischbar ist,

(c) Einrichtungen zur Zuführung mindestens einer überkritischen Flüssigkeit,

(d) Einrichtungen zur Bildung einer flüssigen Mischung aus den gemäss (a) bis (c) angegebenen Komponenten, und

(e) Einrichtungen zum Spritzen der flüssigen Mischung durch Hindurchleiten der Mischung unter Druck durch eine Auslassöffnung zur Erzeugung eines flüssigen Schwertspritzens und gegebenenfalls

(f) Einrichtungen zur Erwärmung jeder der Komponenten der flüssigen Mischung und gegebenenfalls

(g) Einrichtungen zur Erwärmung der flüssigen Mischung und gegebenenfalls

(h) Einrichtungen zum Setzen eines Druckes zu der flüssigen Mischung und gegebenenfalls

(i) Einrichtungen zum Filtrieren der flüssigen Mischung und gegebenenfalls

(j) Einrichtungen zur Erzeugung eines turbulenten oder bewegten Flusses der flüssigen Mischung zur Förderung der Zerstäubung des flüssigen Spritzmittels und gegebenenfalls

(k) Einrichtungen zur Benützung eines Düsenantriebes für Druckgas zur Förderung der Bildung und Zerstäubung des flüssigen Spritzmittels und zur Modifizierung der Formgestalt des flüssigen Spritzmittels, und gegebenenfalls

(l) Einrichtungen zur Erwärmung des Druckgases und gegebenenfalls

(m) Einrichtungen zur Anlegung einer elektrischen Ladung durch eine hohe elektrische Spannung zu der flüssigen Mischung.

17. Vorrichtung gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Auslassöffnung im Bereich von 0,102 bis 1,83, vorzugsweise 0,102 bis 0,635 und besonders 0,178 bis 0,381 mm variiert.