DE69003421T2

DE69003421T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erlangung einer grösseren Sprühbreite.

Info

Publication number: DE69003421T2
Application number: DE90105353T
Authority: DE
Inventors: 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: JPH03504689A; CA2012704A1; EP0388928A1; KR900014038A; AU641144B2; CA2012704C; DK0388928T3; US5009367A; JPH0783857B2; DE69003421D1; ES2044285T3; AU5204790A; EP0388928B1; MX172154B; ATE94784T1; WO1990011139A1

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet vom Sprühen flüssiger Zubereitungen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sprühen von flüssigen Zubereitungen unter Verwendung von Airless-Sprühtechniken um ein Sprühmuster herzustellen, welches breiter ist als das was für eine bekannte Airless-Sprühdüse erwartet werden kann. So bezieht sich die vorliegende Erfindung auch darauf, dass sie imstande ist die Breite eines Sprühmusters während dem Sprühvorgang zu verändern.
Beschichtungsformulierungen werden im allgemeinen auf ein Substrat angewandt durch hindurchleiten der Beschichtungsformulierung unter Druck durch eine Oeffnung in die Luft, um einen flüssigen Sprühnebel zu bilden der auf das Substrat aufprallt und eine flüssige Beschichtung bildet. In der Beschichtungsindustrie werden im allgemeinen drei Arten von Düsensprühen angewandt, nämlich Sprühen mit Hilfe von Druckluft, Airless-Sprühen und Luftunterstütztes Airless-Sprühen.
Sprühen mit Hilfe von Druckluft verwendet Pressluft um die flüssige Beschichtungsformulierung in Tröpfchen zu brechen und die Tröpfchen dann auf das Substrat aufzubringen. Die meistverwendete Art einer Luftdüse mischt die Beschichtungsformulierung und Hochgeschwindigkeitsluft, ausserhalb der Düse, um die Zerstäubung zu bewirken. Zusätzliche Luftströmungen werden verwendet um die Form des Sprühens zu modifizieren. Die Beschichtungsformulierung fliesst durch die flüssige Oeffnung in der Sprühdüse mit einem relativ geringen Druckabfall. Es werden ein Siphon oder eine Druckzuführung verwendet, gewöhnlich bei Drucken die niedriger sind als 124.110 Pa (18 psi) in Abhängigkeit von der Viskosität und der Menge der Beschichtungsformulierung, die gesprüht wird.
Airless-Spraying verwendet einen hohen Druckabfall quer durch die Oeffnung um die Beschichtungsformulierung durch die Oeffnung bei hoher Geschwindigkeit fortzutreiben. Nach dem verlassen der Oeffnung bricht die Hochgeschwindigkeitsflüssigkeit in Tröpfchen und dispergiert in der Luft um einen flüssigen Sprühnebel zu bilden. Ein ausreichender Impuls verbleibt nach der Zerstäubung um die Tröpfchen auf dem Substrat aufzutragen. Die Sprühspitze ist fassoniert um die Gestalt des flüssigen Sprühnebels zu modifizieren, der gewöhnlich ein runder oder elliptischer Kegel oder ein flacher Fächer, ist. Turbulenzförderer werden manchmal in die Sprühdüse eingesetzt um die Zerstäubung zu fördern. Die Sprühdrucke variieren in der Regel von 4826.5 bis 34.475 kPa (700 bis 5000 psi). Der benötigte Druck steigt mit der Viskosität des Fluids an.
Luftunterstütztes Airless-Sprühen vereinigt die Eigenschaften von Sprühen mit Hilfe von Druckluft und Airless-Sprühen. Es verwendet beide, Pressluft und hohen Druckabfall quer durch die Oeffnung um die Beschichtungsformulierung zu zerstäuben um dem flüssigen Sprühnebel eine Form zu geben, in der Regel unter milden Bedingungen, als bei denen jede Art von Zerstäubung von selbst erzeugt wird. Im allgemeinen sind der Pressluftdruck und die Luftgeschwindigkeitsmenge niedriger als für das Sprühen mit Hilfe von Luftdruck. Im allgemeinen ist der flüssige Druckabfall geringer als für ein Airless-Sprühen, aber höher als beim Sprühen mit Hilfe von Druckluft. Die Drucke für einen flüssigen Sprühnebel variieren in der Regel im Bereich von 1379 bis 5516 kPa (200 bis 800 psi). Der benötigte Druck steigt mit der Fluidviskosität an.
Sprühen mit Hilfe von Druckluft, Airless-Sprühen und Luftunterstütztes Airless-Sprühen kann auch mit einer flüssigen Beschichtungsformulierung durchgeführt werden die erwärmt ist, oder mit erwärmter Luft, oder mit beiden, die erwärmt sind. Die Erwärmung erniedrigt die Viskosität der flüssigen Beschichtungsformulierung und unterstützt die Zerstäubung.
Sprühdüsen Spitzen für diese Sprühtechniken werden im allgemeinen mit verschiedenen Oeffnungsgrössen und Winkeln hergestellt um sie der Beschichtungsformulierung die gesprüht wird, der Menge die zu versprühen ist, der Oberfläche die beschichtet werden soll, der gewünschten Dicke und ähnliches, anzupassen.
Eine geeignete Auswahl einer Sprühdüsenspitze wird durch die Fächerbreite für eine bestimmte Anwendung und durch die Oeffnungsgrösse ermittelt, welche die gewünschte Menge der Beschichtungsformulierung bereitstellt und eine passende Zerstäubung der Substanz erreicht.
Typisch, für relativ niederviskose Formulierungen sind, Düsenspitzen die eine kleinere Oeffnungsgrösse haben sie sind im allgemeinen bevorzugt. Für höherviskose Formulierungen sind Düsenspitzen gewünscht die eine grössere Oeffnungsgrösse haben. Die Menge des versprühten Fluids wird im allgemeinen bestimmt durch die Grösse der Oeffnung, während die Dicke der angewandten Beschichtung in der Regel durch die Oeffnungsgrösse und dem Winkel des Sprühfächers, der hergestelft wird, bestimmt wird, im allgemeinen auf dem Fachgebiet als "Sprühwinkel" bekannt. Deshalb werden zwei Düsenspitzen die die gleiche Oeffnungsgrösse, aber unterschiedliche Sprühwinkel aufweisen, die gleiche Menge an Beschichtungsformulierungen aber über unterschiedliche Flächengebiete niederschlagen.
Für ein gegebenes Sprühset und Beschichtungsformulierungsbedingungen ist es im allgemeinen wünschbar, eine Düsenspitze zu verwenden, welche eine Breite eines Sprühnebels anbietet, so breit wie möglich, um ein grösseres Oberflächengebiet pro Zeiteinheit zu beschichten.
Der Sprühwinkel, welcher die Breite des gemessenen Sprühnebels bestimmt gemessen bei einer gegebenenen Entfernung von der Düsenöffnung, ist eine Funktion der Art, wie die Oeffnung in der Düsenspitze geschnitten ist. Viele Düsenspitzen Gestaltungen mit unterschiedlichen Airless-Typus sind heute im Gebrauch, aber im allgemeinen verlangen sie einen "V"-Typ Schnitt der in die Spitze gemacht wird. Die Tiefe und der Winkel des "V"-Typ Schnittes bestimmt den Sprühwinkel und entsprechend die Breite des Sprühnebels der erhalten wird. Im allgemeinen ist, je tiefer und enger der "V"-Typ Schnitt ist, desto breiter das flache, Fächer geformte Sprühmuster, welches hergestellt wird. Jedoch sind Düsenspitzen die einen grossen Sprühwinkel haben schwierig und teuer in der Herstellung. Die verlangten tieferen und engeren "V"-Typ Schnitte sind besonders schwierig herzustellen besonders wenn sie von typischen Konstruktionsmaterialien hergestellt sind die für solche Düsenspitzen verwendet werden z.B. Wolframcarbid, welches ziemlich brüchig ist.
Deshalb sind Airless-Sprühdüsenspitzen im allgemeinen von einer Art, die fähig sind, ein zu einem flachen Fächer geformtes Sprühmuster mit einem Sprühwinkel der typisch ist nicht grösser als etwa 70ºC bis etwa 80ºC zu erzeugen, mit Oeffnungsgrössen die sich von etwa 0.178 bis etwa 1.83 mm (.007 bis etwa .072 inches) bewegen.
Während Versuche unternommen wurden, Airless-Düsenspitzen bereitzustellen, welche ein breiteres Sprühmuster herzustellen erlauben, haben viele nicht mit viel Erfolg bestanden. Ferner waren im wesentlichen all diese Versuche auf mechanische Lösungen eingestellt, nämlich Wechsel, in entweder der Konstruktion der Düsensprühpistole, der Düsen und/oder der Düsenspitzen um solch gewünschte breitere Sprühmuster versuchen zur Verfügung zu stellen. Auch wenn einiger Erfolg in der Herstellung von einem breiteren Sprühwinkel erhalten wurde, wie z.B. in der US Patentschrift Nr. 4,097,000 diskutiert, sind die Kosten, die mit der Herstellung und dem Gebrauch solcher modifizierten Düsen und/oder Düsenspitzen Arrangements verbunden sind, im allgemeinen ökonomisch zu verbieten, wenn man erkennt, dass die Düsenspitzen im allgemeinen eine relative kurze gebrauchsfähige Verwendbarkeitsdauer haben.
Ferner ist, unabhängig von der besonderen Düsenspitze die verwendet wird, falls eine unterschiedliche Sprühbreite gewünscht wird, es im allgemeinen notwendig, die Düsenspitze zu ändern um eine solch neue Sprühbreite zu erhalten. Deshalb ist eine typische Düsenspitze dimensioniert um eine besondere Sprühbreite unter geeigneten Sprühbedingungen bereitzustellen. Im allgemeinen kann sie nicht im wesentlichen variieren im Herstellen einer Sprühbreite die eine andere ist, als eine solche, auf sie dimensioniert ist. Ein wechsel in der Sprühbreite kann deshalb nicht erhalten werden, während sprühen, obwohl es solche Flexibilität hat in einigen Fällen sehr wünschbar sein kann.
Die EP-A-0,321,607 (nicht vorpubliziert) schlägt ein flüssiges Beschichtungsapplikations Verfahren und eine Vorrichtung vor, in welchem superkritische Fluide, wie superkritisches Carbondioxid Fluid, verwendet werden um die Anwendungskonsistenz viskoser Beschichtungsformulierungen zu erniedrigen um sie für die Anwendung als Flüssigsprays zuzulassen.
Die EP-A-0,350,910 (nicht vorpubliziert) schlägt ein flüssiges Beschichtungsapplikations Verfahren und eine Vorrichtung vor, worin superkritische Fluide, wie superkritisches Kohlendioxid Fluid verwendet werden, um die Applikationskonsistenz viskoser Beschichtungszusammensetzungen zu vermindern, um sie für die Applikations als Flüssigsprays bereitzustellen. Die Beschichtungszusammensetzungen werden durch hindurchfliessen der Zusammensetzung unter Druck durch eine Oeffnung in die Umgebung des Substrates gesprüht.
Die EP-A-0,350,909 (nicht vorpubliziert) schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Applikation einer elektrostatischen flüssigen Beschichtung vor, worin superkritische Flüssigkeiten, wie ein superkritisches Kohlendioxid Fluid verwendet werden, um die Applikationskonsistenz viskoser Beschichtungszusammensetzungen zu reduzieren um sie für ihre Applikation als flüssig Sprays brauchbar zu machen. Die Beschichtungszusammensetzungen werden durch hindurchleiten der Zusammensetzung unter Druck durch eine Oeffnung in die Umgebung des Substrates gesprüht. Der Flüssigspray ist durch Anwendung einer hohen elektrischen Spannung, bezogen auf das Substrat und des elektrischen Stromes, elektrisch geladen.
Was offensichtlich klar benötigt wird, ist eine Einrichtung, um ein breiteres Airless-Sprühmuster zur Verfügung zu stellen unter Verwendung von Airless-Sprühtechniken. Wünschbarerweise sollten solche Einrichtungen auch fähig sein, die Breite des Sprühnebels während dem Sprühvorgang zu verändern, ohne der Notwendigkeit einen Wechsel der Düsenspitze vorzunehmen. Aeusserst wünschbar sollten solche Einrichtungen fähig sein, zum Erreichen dieser Aufgaben, konventionelle Airless-Sprühpistolen, Düsen und Düsenspitzen, ohne sie in irgendeiner Weise zu modifizieren, zu verwenden.
Dank der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt die in der Tat fähig ist die oben bemerkten Aufgaben zu erreichen. Deshalb sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung fähig, ein breiteres Sprühmuster unter Verwendung von Airless-Sprühtechniken zu erzeugen ohne jedoch, dass sie die mechanischen und/oder strukturellen Eigenschaften der Düse, der Sprühpistole, der Sprühspitze oder ähnliches, wie es im Stand der Technik notwendig war modifizieren.
Im besonderen ist die vorliegende Erfindung geeignet, im wesentlichen jede Airless- Sprühdüsenspitze zu verwenden, die dimensioniert ist, um eine gegebene Sprühbreite herzustellen und eine wirkliche Sprühbreite zu liefern die im wesentlichen grösser ist als die dimensionierte. In der Tat kann Kraft der vorliegenden Erfindung die dimensionierte Sprühbreite durch einen Faktor von etwa 25% bis etwa 300% oder grösser vergrössert werden. Am bemerkenswertesten ist, dass die Sprühbreite variiert werden kann, von der dimensionierten Sprühbreite einer Düsenspitze, zu der Grenze die erreichbar ist, durch die vorliegende Erfindung, während eines Sprüharbeitsvorganges ohne, dass die Düsenspitze gewechselt werden muss.
Die vorliegende Erfindung stellt deshalb ein Verfahren zum Airless-Sprühen einer Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung, welches umfasst hindurchfliessen der Zusammensetzung unter Druck durch eine Oeffnung um ein Sprühmuster zu erhalten mit einer maximalen ersten Breite, wobei die Zusammensetzung umfasst (i) einen Feststoffanteil der mindestens eine Komponente enthält die fähig ist, eine Beschichtung auf einem Substrat zu bilden; (ii) einen Lösungsmittelanteil der mindestens teilweise mit dem Feststoffanteil mischbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige Mischung in einem geschlossenen System gebildet wird, welche flüssige Mischung (i) und (ii) enthält und auch (iii) mindestens ein überkritisches Fluid in mindestens einer Menge enthält, welche, wenn zu (i) und (ii) zugefügt und gesprüht wird, ausreichend ist, ein Sprühmuster mit einer zweiten Breite zu erzeugen die grösser ist als die erste Breite, worin das breitere Sprühmuster Tröpfchen enthält, die einen durchschnittlichen Durchmesser von einem Mikron oder grösser aufweisen.
Besondere Verfahrensausführungen der Erfindung sind in den anhängenden Ansprüchen 2 bis 16 offenbart.
Im besonderen stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen total neuen Zugang zum Sprühen von flüssigen Mischungen, wie Beschichtungsformulierungen dar, welches das Sprühen der Beschichtungsformulierung in Verbindung mit mindestens eines superkritischen Fluides involviert. Durch sprühen von Beschichtungsformulierungen, welche superkritisches Fluid enthalten durch eine Düsenspitze wurde durch die vorliegende Erfindung entwickelt, dass die Breite des erhaltenen Sprühmusters ansteigt je mehr superkritisches Fluid vorhanden ist, welche Breite grösser ist als diejenige die für die besondere Düsenspitze die verwendet wird, erwartet wurde.
Mit anderen Worten, wenn eine Düsenspitze mit einer Fächerbreitedimensionierung von z.B. 15.24 cm (6 inches) verwendet wird, stellt das Sprühen einer Beschichtungsformulierung unter Zugabe mit mindestens einem superkritischen Fluid eine Sprühfächerbreite von über 50.8 bis 66 cm (20 bis 26 inches) dar, das ist ein Ansteigen von über 300%. Mit niederen Konzentrationen von überkritischem Fluid in der Beschichtungsformulierung können Fächerbreiten von etwa 25.4 bis 38 cm (10 bis 15 inches) hergestellt werden. Wie die Konzentration der superkritischen Fluid ansteigt, so steigt auch die Fächerbreite entsprechend an, bis eine maximale Breite erreicht ist, welche gewöhnlich eine Funktion der Mischbarkeit der superkritischen Flüssigkeit mit der Beschichtungsformulierung ist. Bemerkenswerterweise kann der Wechsel der Konzentration des superkritischen Fluides vorgenommen werden, während dem Sprühen einer Flüssigkeit durch die Düsenspitze während eines Sprühvorganges. Demgemäss kann die Fächerbreite entsprechend auch während einem solchen Sprühvorgang variiert werden.
Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung breitere Sprühwinkel, und entsprechend breitere Airless-Sprühbreiten zu erhalten, ist sowohl ökonomisch als auch kommerziell wünschbar. Mit der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, ein breiteres Airless-Sprühmuster zu erhalten mit einer Düsenspitze die für ein viel engeres Sprühmuster dimensioniert ist. Solch engere Sprühmuster Düsenspitzen sind leichter herzustellen und demzufolge weniger kostspielig. Als Ergebnis werden Material Einsparungen verwirklicht durch die Fähigkeit weniger teure Düsenspitzen zu gebrauchen.
Deshalb ist es auch mittels der vorliegenden Erfindung nun möglich, Sprühbreiten zu erhalten, die bis jetzt nicht realisiert werden konnten. Die Schwierigkeit zum erhalten von breiteren Sprühbreiten durch versuchen tiefere und engere "V"-Einschnitte oder durch andere alternative mechanische Einrichtungen zur Verfügung zu stellen ist so, dass ein praktischer oberer mechanischer und Material Konstruktionsgrenze erreicht ist über dem keine bedeutungsvolle Verbesserung in der Sprühbreite realistisch erreicht werden kann. Dennoch ist es jetzt möglich, solche gewünschten breiteren Fächer Sprühmuster zur Verfügung zu stellen, ohne die Düsenspitzen überhaupt zu ändern oder zu modifizieren.
Weiter noch, ist es mittels der vorliegenden Erfindung möglich, die Breite der Fächersprays zu ändern während der Sprühvorgang ausgeführt wird. Dies kann vorteilhafterweise in solchen Fällen brauchbar sein, wo das Substrat, welches beschichtet wird im wesentlichen in seinen Gesamtdimensionen Unterschiede aufweist. Durch Variierung der Konzentration des superkritischen Fluides in der flüssigen Mischung, die versprüht wird, kann die Breite des Sprühmusters jetzt geändert werden, so, um solche Differenzen in den Dimensionen des Substrates anzupassen, während der Sprühvorgang kontinuierlich fortgeführt wird.
Wie hierin verwendet, soll verstanden sein, dass der Ausdruck "Beschichtungsformulierung" oder "Beschichtungszusammensetzungen" verstanden werden, um typische konventionelle Beschichtungszusammensetzungen einzuschliessen die nicht irgendwelches superkritisches Fluid, das zugemischt ist, damit haben. Auch wie hierin der Ausdruck "flüssige Mischung" oder "zugemische flüssige Mischung" verwendet wird ist gemeint, ein zumischen einer Beschichtungsformulierung mit mindestens einem superkritischen Fluid, einzuschliessen.
Demgemäss ist in einem Aspekt die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für das Airless-Sprühen einer Beschichtungszusammensetzung gerichtet, welches umfasst, hindurchfliessen der Zusammensetzung unter Druck durch eine Oeffnung um ein Sprühmuster mit einer maximalen ersten Breite herzustellen, wobei die Zusammensetzung umfasst (i) einen Feststoffanteil der mindestens eine Komponente enthält die fähig ist eine Beschichtung auf einem Substrat zu bilden und (ii) einen Lösungsmitelanteil der mindestens teilweise mit dem Feststoffanteil mischbar ist, wobei die Verbesserung darin besteht, die Bildung einer flüssigen Mischung in einem geschlossenen System zu umfassen, welche flüssige Mischung dieses (i) und (ii) enthält und auch (iii) mindestens ein superkritisches Fluid in mindestens einer Menge enthält die, wenn zu (i) und (ii) zugefügt und gesprüht wird, ausreichend ist, um ein Sprühmuster mit einer zweiten Breite herzustellen die grösser ist als die erste Breite.
In einer alternativen Ausführung ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Vergrössern der Sprühbreite einer gesprühten Beschichtungszusammensetzung gerichtet, die fähig ist, eine Beschichtung auf einem Substrat zu bilden, welches umfasst das zumischen mindestens eines superkritischen Fluides zu der Beschichtungszusammensetzung vorgängig dem Sprühen der erhaltenen flüssigen Mischung unter Druck durch eine Oeffnung.
In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum verändern der Sprühbreite einer gesprühten Beschichtungszusammensetzung gegeben, wie sie ist, die versprüht wird offenbart durch Zumischen mindestens eines superkritischen Fluides in die Beschichtungszusammensetzung, vorgängig dem Sprühen der erhaltenen flüssigen Mischung unter Druck durch eine Oeffnung, und verändern der Konzentration des superkritischen Fluides das mit der Beschichtungszusammensetzung zusammengemischt ist.
Das bevorzugte superkritische Fluid, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist superkritisches Kohlendioxid.
Die Vorrichtung der Erfindung umfasst eine Vorrichtung, worin die Mischung der Beschichtungsformulierung und superkritisches Fluid gemischt und gesprüht wird. Diese Vorrichtung zur Erreichung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 16 ist durch die Massnahme definiert, wie sie im Anspruch 17 gezeigt ist. Besondere Vorrichtungs Ausführungen der Erfindung sind im anhängenden Anspruch 18 offenbart.
Die Verwendung von überkritischen Fluiden als Transportmedium für die Herstellung von Oberflächenbeschichtungen ist gut bekannt. Die Deutsche Patentanmeldung DE-A-28 53 066 beschreibt die Verwendung eines Gases im überkritischen Zustand als fluides Medium, das die feste oder flüssige Beschichtungssubstanz in gelöster Form enthält. Im besonderen richtet sich diese Anmeldung auf die Beschichtung von porösen Körpern mit einer schützenden oder reaktiven oder nicht reaktiven, dekorativen Schicht, durch Eintauchen des porösen Körpers in die überkritische Flüssigkeit, verbunden mit einem Druckabfall, um die Beschichtung auszuführen. Die wichtigsten porösen Körper sind poröse Katalysatoren. Jedoch bezeichnet der Anmelder Gewebe als poröse Körper.
Die US Patentschrift Nr. 4,582,731 von 15. April 1986 und die US Patentschrift Nr. 4,734,451 vom 29. März 1988 (beide von Smith) beschreiben die Bildung einer überkritischen Lösung, welche ein überkritisches fluides Lösungsmittel und eine gelöste feste Substanz umfasst und sprühen der Lösung, um einen "molekularen Sprühnebe zu erzeugen. Ein "molekular Sprühnebel" wird als ein Sprühnebel definiert von "einzelnen Molekülen (Atomen) oder sehr kleinen Anhäufungen von gelösten Stoff". Die Smith Patente beziehen sich auf die Herstellung von dünnen Filmen und Pulvern. Die Filme werden als Oberflächenbeschichtungen verwendet.
Die Fähigkeit ein überkritisches Fluid mit einer flüssigen Beschichtungsformulierung zu kombinieren um überhaupt einen wirksamen und brauchbaren Sprühnebel zu erhalten, geschweige denn ein wünschbares breites Sprühmuster, welches vorteilhafterweise in der Breite variiert werden kann wie der Sprühvorgang durchgeführt wird, ist sehr überraschend.
In der Tat war es vor der vorliegenden Erfindung von den Erfindungen die in den oben genannnten verwandten Anmeldungen beschrieben waren, unbekannt, wie ein hochkonzentriertes, hochflüchtiges, superkritisches Fluid, wie ein superkritisches Kohlendioxid Fluid, die Bildung eines flüssigen Sprühnebels der einen Feststoffanteil enthält, beeinflussen würde; einen Lösungsmittelanteil worin diese Feststoffanteil gelöst ist, suspendiert oder dispergiert ist und einem Anteil des superkritischen Fluides. Eine Sprühmischung unterzieht sich einem grossen und schnellen Druckabfall, wenn sie durch die Oeffnung geht. Demgemäss konnte ein Fachmann auf diesem Fachgebiet erwarten, dass die superkritische Sprühmischung eine Schaumähnliche Rasiercreme anstelle eines Sprühnebels bilden würde da die Initiierung Gasblasen zu bilden, so schnell und intensiv sein würde. Alternativ könnte der Fachmann auf dem Gebiet auch erwarten, dass die Sprühmischung einen Dunst oder Nebel von Mikrotröpfchen an Stelle eines Sprühnebels bilden würde, da die Zerstäubung so intensiv sein würde. Ein anderes Ergebnis, das man theoretisch erwarten konnte ist, dass die Sprühmischung einen Sprühnebel von Bläschen anstelle von Tröpfchen bilden würde. Ferner könnte ein Durchschnittsfachmann auf dem Fachgebiet erwarten, dass, falls sogar ein Sprühnebel gebildet wird, dass die plötzliche und intensive Abkühlung die den schnellen Druckabbau und die Expansion der superkritischen Fluides begleitet die flüssigen Tröpfchen bewirken könnte, fest zu erstarren. Zum Beispiel ist allgemein bekannt, dass der Sprühnebel von Kohlendioxid von Feuerlöschermitteln feste, trockene Eisteilchen erzeugt.
Im Fall dass die Bildung eines flüssigen Sprühnebels eintreten sollte, gibt es keine Versicherung, dass der Sprühnebel verwendet werden kann, um Qualitätsbeschichtungen auf einem Substrat herzustellen. Ein Durchschnittsfachmann könnte vermuten, dass die flüssigen Tröpfchen so klein sein würden oder so einen kleinen Impuls haben, dass sie nicht gut auf einem Substrat niedergeschlagen werden können. Man könnte auch theoretisch erwarten, dass Schaumtröpfchen oder das überkritische Fluid das in der Beschichtung gelöst ist, eine Schaumschicht auf dem Substrat erzeugt oder eine Beschichtung die voll von Bläschen ist, wenn diese Charakteristiken in der Beschichtung nicht gewünscht sind. Die flüssigen Beschichtungströpfchen, die auf dem Substrat niedergeschlagen werden, würden eine viel höhere Viskosität haben als die Substanz die versprüht wurde, da sie das meiste des überkritischen Fluid Verdünnungsmittels verloren haben und sie würden bei einer niederen Temperatur sein. Ein Durchschnittsfachmann könnte auch erwarten, dass die Feuchtigkeit auf den Tröpfchen kondensieren würde und die Beschichtung beschädigen könnte, da der Sprühnebel unter dem Taupunkt abgekühlt werden würde.
Ueberraschender Weise können jedoch flüssige Sprühnebel die ein breiteres Sprühmuster haben unter Verwendung von Airless-Sprühausrüstungen in der Tat gebildet werden durch Verwendung eines superkritischen Fluides, und solche Sprühnebel können verwendet werden, um Qualitätsbeschichtungen auf Substraten niederzuschlagen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Sprühmusters das die Beziehung zwischen dem Sprühwinkel "X" und der Sprühbreite "Y" darstellt.
Die Figuren 2a-2f sind schematische Darstellungen von Sprühmuster Beschichtungsschichten die auf einem Substrat erhalten wurden, wie der Sprühnebel fortschreitend breiter wurde von einem im wesentlichen kreisförmigen Sprühnebel mit einer Breite "X" (Fig. 2a) zu einem im wesentlichen flachen, fächerartigen Sprühnebel (Fig. 2f) mit einer im wesentlichen grossen Breite "Y".
Die Figuren 3 sind Photoreproduktionen von wirklichen, zerstäubten flüssigen Sprühnebeln die kein superkritisches Fluid enthalten, was nicht in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, in welchen die Breite der Spruhmuster durch die maximale Breite, die die Düsenspitze zulässt, auferlegt wird. Die Sprühnebel sind mit einer Airless-Sprühspitzen Oeffnungsgrösse von 228.6 µm (9-mil) in den Figuren 3a, 3b und 3c die eine Fächerbreite Dimension von 2, 4 beziehungsweise 8 inches haben.
Die Figuren 4 sind Photoreproduktionen von wirklichen, zerstäubten flüssigen Sprühnebeln der Figur 3, welchen ein superkritisches Fluid, nämlich etwa 28% superkritisches Kohlendioxid, jetzt in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, zugefügt wurde um eine Fächerbreite herzustellen die viel grösser ist als diejenige die in der Figur 3 erhalten wurde. Die Sprühnebel sind mit einer haubenartigen Airless-Sprühspitzen Oeffnungsgrösse von 228.6 um (9-mil) in den Figuren 4a, 4b und 4c erzeugt, die eine Fächerbreite Dimension von 5.08, 10.16 und 20.32 cm (2, 4 und 8 inches) haben.
Figur 5 ist ein Phasendiagram von einem superkritischen Kohlendioxid Fluid Sprühbeschichtung.
Figur 6 ist ein schematisches Diagram einer Sprühvorrichtung die verwendet werden kann zum Sprühen der flüssigen Mischung der Beschichtungsformulierung und superkritischem Fluid.
Figur 7 ist ein schematisches Diagram von noch einer anderen Sprühvorrichtung die mit der flüssigen Mischung der Beschichtungsformulierung und superkritischen Fluid verwendet werden kann.
Figur 8 ist eine Photoreproduktion eines wirklichen, zerstäubten flüssigen Sprühnebels, welcher 25% superkritisches Kohlendioxid enthält und eine gemessene Fächerbreite erzeugt von 66.04 cm (26 inch) mittels einer Nordson Kreuz-Schnitt-Sprühspitze, welche eine Oeffnungsgrösse von 228.6 um (9-mil) und eine Fächerbreite Dimension von 15.24 cm (6 inches) hat.
Die Figuren 9 sind Photoreproduktionen eines wirklichen, zerstäubten flüssigen Sprühnebels, welche zeigen, wie die Fächerbreite in Abhängigkeit von der Menge der ansteigenden superkritischen Kohlendioxids ansteigt. Der Sprühnebel wird erzeugt durch eine Airless-Sprühspitze von der Art einer Haube mit einer Oeffnungsgrösse von 228.6 um (9-mil) und einer Fächerbreiten Dimension von 20.32 cm (8 inch). Die Figuren 9a, 9b, 9c und 9d zeigen das Ansteigen der Fächerbreite die mit superkritischem Kohlendioxid Konzentrationen von 0%, 14%, 20% und 25% für eine Acrylharzbeschichtungsformulierung eintritt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Infolge der Wichtigkeit der beanspruchten Erfindung ist eine kurze Besprechung von relevanten superkritischen Fluidphänomen gerechtfertigt.
Superkritisches Fluidphänomen ist gut dokumentiert siehe Seiten F-62 - F-64 des CRC Handbook of Chemistry and Physics, 67-igste Ausgabe, 1986-1987, publiziert durch den CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida. Bei hohen Drucken, über dem kritischen Punkt, wird das erhaltene superkritische Fluid, oder "dichtes Gas", Dichten erreichen die sich denjenigen einer Flüssigkeit nähern, und wird einige der Eigenschaften einer Flüssigkeit annehmen. Diese Eigenschaften sind abhängig von der fluiden Zusammensetzung, Temperatur und Druck. Wie hierin verwendet, ist der "kritische Punkt" der Uebergangspunkt bei welcher der flüssige und der gasförmige Zustand einer Substanz ineinander verschmelzen und stellen die Kombination der kritischen Temperatur und des kritischen Druckes für eine bekannte Substanz dar. Die "kritische Temperatur", wie hierin verwendet, wird als Temperatur definiert über welcher ein Gas nicht mehr durch ansteigen von Druck verflüssigt werden kann. Der "kritische Druck", wie hierin verwendet, wird als der Druck definiert, welcher gerade genügend ist um das Auftreten von zwei Phasen bei der kritischen Temperatur zu bewirken.
Die Komprimierbarkeit von superkritischen Fluiden ist gross, gerade über der kritischen Temperatur wo geringe Aenderungen im Druck in grossen Aenderungen in der Dichte des superkritischen Fluides resultieren. Das "flüssig ähnliche" Verhalten eines superkritischen Fluids bei höheren Drucken resultiert in einem starken ansteigen der Flüssigkeitseigenschaften, verglichen zu solchen der "superkritischen" Verbindung mit höheren Diffusionskoeffizienten und einen erweiterten verwendbaren Temperaturbereich verglichen zu Flüssigkeiten. Hochmolekulare Verbindungen können oft in einem superkritischen Fluid bei relativ niederen Temperaturen gelöst werden. Ein interessantes Phänomen, das mit überkritischen Fluiden verbunden ist, ist das auftreten eines "Druckschwellenwertes" für die Löslichkeit einer hochmolekularen gelösten Stoffes. Wie der Druck ansteigt, so wird auch oft die Löslichkeit des gelösten Stoffes durch viele Grössenordnungen mit nur einem geringen Druckanstieg ansteigen. Die Lösungsmittel Fähigkeiten des superkritischen Fluides sind jedoch nicht essentiell zum breiten Aspekt der Erfindung.
Nahe superkritische Flüssigkeiten demonstrieren auch Löslichkeitseigenschaften und andere angemessene Eigenschaften, die ähnlich solchen von superkritischen Fluiden sind. Der gelöste Stoff kann bei superkritischen Temperaturen flüssig sein, selbst wenn er bei niederen Temperaturen fest ist. Zusätzlich wurde gezeigt, dass Fluide "Modifikatoren" sehr oft superkritische Fluid Eigenschaften bemerkenswert ändern können, sogar in relativ niederen Konzentrationen im hohen Masse ein Ansteigen der Löslichkeiten für einige gelöste Stoffe. Diese Abweichungen werden überlegt dass sie innerhalb des Begriffes der superkritischen Fluides liegen das im Zusammenhang dieser Erfindung verwendet wird. Deshalb bezeichnet, wie hierin verwendet, der Ausdruck "superkritisches Fluid" eine Verbindung die ober, beim, oder leicht unter, der kritischen Temperatur und Druck (dem kritischen Punkt) dieser Verbindung liegt.
Beispiele von Verbindungen die bekannt sind um als superkritische Fluide Verwendung zu finden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Beispiele von superkritischen 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 Chlortrifluormethan Monofluormethan Cyclohexanol
Im Hinblick auf die niederen Kosten, der Umweltverträglichkeit, nicht Entflammbarkeit und niederen kritischen Temperatur von Kohlendioxid wird superkritisches Kohlendioxid Fluid, vorzugsweise mit der Beschichtungszusammensetzung verwendet. Aus vielen der gleichen Gründe ist Distickstoffoxid (N&sub2;O) ein wünschenswertes superkritisches Fluid zum Zumischen mit den Beschichtungszusammensetzungen. Jedoch werden jede der vorher erwähnten superkritischen Fluide und Mischungen davon als verwendbar zur Verwendung mit den Beschichtungszusammensetzungen betrachtet.
Das Lösungsvermögen von superkritischem Kohlendioxid ist im wesentlichen ähnlich dem eines niederen aliphatischen Kohlenwasserstoffs und als Ergebnis kann man ein superkritisches Kohlendioxid als ein Ersatz für ein Kohlenwasserstoff Lösungsmittel einer konventionellen Beschichtungsformulierung betrachten. Zusätzlich zum Umweltvorteil, vom Ersetzen des Kohlenwasserstoff Lösungsmittels mit superkritischem Kohlendioxid, ist auch noch ein Sicherheitsvorteil, da Kohlendioxid nicht brennbar ist.
Im Hinblick auf den Lösungsvermögen Effekt des superkritischen Fluides in den Beschichtungsformulierungen ist eine Einzelphasen flüssige Mischung fähig geformt zu werden, die nicht nur fähig ist, dass sie durch Airless-Sprühtechniken gesprüht wird sondern die auch die gewünschten breiteren Sprühmuster bildet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur eben kritisch zu der Art der Beschichtungsformulierung die gesprüht werden kann, vorausgesetzt, dass weniger als etwa 30 Gew.%, vorzugsweise weniger als etwa 20 Gew.% Wasser im Lösungsmittelanteil (wie hierin später definiert) der Formulierung sind. Deshalb kann im wesentlichen jede Beschichtungsformulierung, die die vorher erwähnten Wassergrenzverlangen erfüllt, die konventionell mit einer Airless-Sprühtechnik gesprüht wird auch mit Hilfe der Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gesprüht werden. Solche Beschichtungsformulierungen werden in der Regel für Malarbeitsweisen und Oberflächenbehandlungsarbeitsvorgänge oder zum Aufbringen verschiedener Klebstoffzusammensetzungen und ähnliches verwendet. Solche Beschichtungsformulierungen können auch solche einschliessen, die in der Regel auf dem Landwirtschaftsgebiet verwendet werden, worin Düngemittel, Unkrautbekämpfungsmittel und ähnliche verteilt werden.
Im allgemeinen schliessen solche Beschichtungsformulierungen in der Regel einen Feststoffanteil ein, der mindestens eine Komponente enthält, welche fähig ist eine Beschichtung auf einem Substrat zu bilden egal ob eine solche Komponente ein Klebstoff, eine Farbe, Lack, Firnis, chemisches Mittel, Schmierstoff, Schutzöl, ein nicht wässriges Reinigungsmittel oder ähnliches ist. In der Regel ist mindestens eine Komponente eine polymere Komponente, die einem Fachmann auf dem Beschichtungsgebiet gut bekannt ist.
Im allgemeinen sollen die Substanzen, die in den Feststofffraktionen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie Polymere, fähig sein, Temperaturen und/oder Drucken standzuhalten die involviert werden, wenn sie letzten Endes mit der mindestens einen superkritischen Fluid zugemischt werden. Solche anwendbaren Polymere schliessen thermoplastische oder wärmehärtbare Substanzen ein oder können vernetzbare filmbildende Systeme sein.
Im besonderen schliessen die polymeren Verbindungen ein Vinyl, Acrylharze, Styrolharze und Mischpolymerisate dieser Grund Vinyl, Acryl und Styrol Monomeren; Polyester, ölfreie Alkyde, Alkydharze und ähnliche; Polyurethane und thermoplastische Urethansysteme; Epoxysysteme; phenolische Systeme; Celluloseester wie Acetatbutyrat, Acetatpropionat und Nitrocellulose; Aminoharze wie Harnstoffformaldehyd, Melaminformaldehyd und andere Aminoplastpolymere und Harzsubstanzen; natürliche Gummi und Harze; Klebstoffe auf Gummibasis die einschliessen Nitrilgummi, welche Copolymeren von ungesättigten Nitrilen mit Dienen sind, Styrolbutadiengummi, thermoplastische Gummi, Neopren oder Polychloroprengummi und ähnliche.
Zusätzlich zu der polymeren Verbindung, die in dem Feststoffanteil enthalten sein kann, können auch konventionelle Zusätze, die in der Regel in Beschichtungen verwendet werden, verwendet werden. Zum Beispiel Pigmente, Pigmentstreckmittel, Metallflocken, Füllstoffe, Trocknungsmittel, Anti- Schaummittel und Anti-Hautmittel, Netzmittel, UV-Absorber, Vernetzungsmittel und Gemische davon können auch in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden die durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung gesprüht wird.
Im Zusammenhang mit der Verwendung der verschiedenen Zusätze, die oben erwähnt sind, ist es besonders wünschbar, dass Pigmente in der Beschichtungszusammensetzung anwesend sind, insofern, da gefunden wurde, dass sie die Diffusion des superkritischen Fluides von der gesprühten Zusammensetzung unterstützen, wobei eine verbesserte Zerstäubung resultiert.
Zusätzlich zu dem Feststoftanteil wird in der Regel auch ein Lösungsmittelanteil angewandt in den Beschichtungsformulierungen ob sie eine Klebstoffzusammensetzung oder eine Farb, Lack, Firnis oder ähnliches ist oder ein landwirtschaftlich verwendeter Spray um sich wie ein Beförderungsmittel zu verhalten, worin der Feststoffanteil von einem Medium zu einem anderen transportiert wird. Wie hierin verwendet, wird der Lösungsmittelanteil, von im wesentlichen jedem aktiven organischen Lösungsmittel und/oder nicht wässrigen Verdünnungsmittel umfasst, welches mindestens teilweise mit den Feststoffanteilen mischbar ist, so, dass sich entweder eine Lösung, Dispersion oder Suspension bildet. Wie hierin verwendet ist ein "aktives Lösungsmittel" ein Lösungsmittel, worin der Feststoffanteil mindestens teilweise löslich ist. Die Auswahl eines partikulären Lösungsmittelanteiles für einen gegebenen Feststoffanteil, um eine spezifische Beschichtungsformulierung zur Anwendung durch einen Airless-Sprühtechnik zu bilden, ist konventionell und einem Durchschnittsfachman gut bekannt. Im allgemeinen können bis zu etwa 30 Gew.% Wasser, vorzugsweise bis zu etwa 20 Gew.% in dem Lösungsmittelanteil anwesend sein, vorausgesetzt, dass das Kupplungslösungsmittel in der Formulierung ebenfalls anwesend ist. Alle solchen Lösungsmittelanteile sind in der vorliegenden Erfindung geeignet.
Ein Kupplungslösungsmittel ist ein Lösungsmittel, worin die polymere Verbindung die verwendet wird in dem Feststoftanteil mindestens teilweise löslich ist. Viel wichtiger jedoch ist, dass solch ein Kupplungslösungsmittel auch mindestens teilweise mit Wasser mischbar ist. Auf diese Art und Weise bewirkt das Kupplungslösungsmittel die Mischbarkeit der Feststoffanteile des Lösungsmittelanteils und Wassers in dem Grad, dass eine einzelne Phase wünschbar aufrechterhalten wird, so, dass die Zusammensetzung optimal gesprüht werden kann und eine gute Beschichtung gebildet wird.
Kupplungslösungsmittel sind dem Durchschnittsfachman gut bekannt und jedes konventionelle Kupplungslösungsmittel, das fähig ist, die vorher erwähnten Charakteristiken zu erfüllen, nämlich diejenigen, worin die polymeren Verbindungen der Feststoffanteil mindestens teilweise löslich sind und worin Wasser mindestens teilweise mischbar ist, sind alle geeignet, dass sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Anwendbare Kupplungslösungsmittel die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schliessen ein, sind aber nicht darauf limitiert, Ethylenglykolether; Propylenglykolether; chemische und physikalische Kombinationen davon; Lactame; cyclische Harnstoffe und ähnliche.
Spezifische Kupplungslösungsmittel (die aufgelistet sind in der Reihenfolge der grössten Wirksamkeit bis zur geringsten Wirksamkeit) schliessen ein Butoxyethanol, Propoxyethanol, Hexoxyethanol, Isopropoxy-2-propanol, Butoxy-2-propanol, Propoxy-2-propanol, tertiäres Butoxy-2-propanol, Ethoxyethanol, Butoxyethoxyethanol, Propoxyethoxyethanol, Hexoxyethoxyethanol, Methoxyethanol, Ethoxy-2-propanol und Ethoxyethoxyethanol. Eingeschlossen sind auch Lactame wie n-Methyl-2- pyrrolidon und cyclische Harnstoffe wie Dimethylethylenharnstoff.
Wenn in der Beschichtungsformulierung Wasser nicht vorhanden ist, ist ein Kupplungslösungsmittel nicht notwendig, kann aber dennoch angewandt werden. Andere Lösungsmittel, besonders aktive Lösungsmittel die in typischen Beschichtungsformulierungen anwesend sein können und die verwendet werden können in der vorliegenden Erfindung, umfassen Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Mesityloxid, Methylamylketon, Cyclohexanon und andere aliphatische Ketone; Ester, wie Methylacetat, Ethylacetat, Alkylcarbonsäureester; Ether, wie Methyl-t- Butylether, Dibutylether, Methylphenylether und andere aliphatische oder Alkyl aromatische Ether; Glykolether wie Ethoxyethanol, Butoxyethanol, Ethoxy-2-propanol, Propoxyethanol, Butoxy-2- propanol und andere Glykolether; Glykoletherester, wie Butoxyethoxyacetat, 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 Lösungsbenzin und andere aliphatische oder Mischungen von Aliphathen; Nitroalkane, wie 2-Nitropropan. Eine Uebersicht von struktureller Beziehungen, die wichtig sind, für die Wahl des Lösungsmittel oder der Lösungsmittelmischung, ist in Dileep et al., Ind.Eng.Che. (Product Research and Development) 24, 162, 1985 and Francis, A.W., J.Phys.Chem. 58,1099, 1954 gegeben.
Natürlich gibt es Lösungsmittel, die sowohl als Kupplungslösungsmittel als auch als aktives Lösungsmittel wirken können, und das eine Lösungsmittel kann verwendet werden, um beide Zwecke zu erfüllen. Solche Lösungsmittel schliessen z.B. Butoxyethanol, Propoxyethanol und Propoxy-2-propanoI ein. Glykolether sind besonders bevorzugt.
Geeignete Zusätze die konventionell in Beschichtungsformulierungen anwesend sein können, die für eine Sprühanwendung gedacht sind, können auch in dieser Erfindung vorhanden sein, wie z.B. Härtungsmittel, Weichmachungsmittel und Oberflächenaktive Stoffe und ähnliche.
Eine typische Airless-Spitzenauswahl Uebersichtstabelle die die Beziehung zwischen den Typen von Beschichtungssubstanzen, ihren Viskositäten und Spitzen die für solche Beschichtungssubstanzen verwendbar sind zusammen mit ihren entsprechenden Sprühwinkeln und Sprühbreiten gezeigt wird, ist in der Tabelle 2, unten gezeigt. Tabelle 2 Airless Spitze Auswahl Uebersichtstabelle Beschichtungsart Viskosität* (Sekunden) Oeffnungsgrösse mm (inches) Sprühwinkel (Grad) Sprühbreite** cm (inches) Lacke, Porenschliesser, Beizen Autoprimer, Lacke, Email Aluminiums, Iso-Alkydharze Primer, Plastik EMail, Alkydplatten Strassenbelag abziehen Latex, Rustic & Shakes Mill Whites *Nr. 4 Ford Cup. ** mit Düsenspitze bei 30.48 cm (12 inch) von der Arbeitsfläche
In der vorliegenden Erfindung wird, wenn einmal ein superkritisches Fluid einer Beschichtungsformulierung zugemischt ist und gesprüht wird, wie in Figur 1 gezeigt ist, so, wie die Menge des superkritischen Fluides zugemischt wird zu der Beschichtungsformulierung die angestiegen ist, so steigt auch demgemäss entsprechend die entsprechende Fächerbreite an. Deshalb ist der Sprühwinkel X&sub1; der der Sprühbreite Y&sub1; entspricht ist, der maximale Sprühwinkel und Breite, beziehungsweise die mit einer Sprühdüsespitze 10 erhalten werden kann, wenn kein superkritisches Fluid verwendet wird. Wenn einmal ein superkritisches Fluid zugefügt ist, und seine Konzentration progressiv ansteigt, so steigt der Sprühwinkel und die Breite des Sprühnebels, der erhalten wird, entsprechend an, bis ein Sprühwinkel X&sub2; erhalten wird der einer Sprühbreite Y&sub2; entspricht.
Die besonderen Mengen von überkritischen Fluiden, welche notwendig sind, breitere Muster zu bewirken, sind von spezifischen Beschichtungsformulierungen, des partikulären superkritischen Fluides das verwendet wird, und den partikulären Verarbeitungsbedingungen abhängig. Jedoch ist es im allgemeinen wünschbar, soviel wie möglich, superkritisches Fluid zuzufügen zu der Mischung von Beschichtungsformulierung und überkritischem Fluid das aufgenommen werden kann durch das Sprühsystem ohne, dass es eine Abnahme im Sprühverhalten verursacht, sodass man den breitest möglichen Sprühnebel erhält.
In der Regel ist die bevorzugte obere Grenze der superkritischen Fluid Zugabe diejenige, die mit der Beschichtungsformulierung mischbar ist. Diese praktische obere Grenze ist im allgemeinen erkennbar, wenn die Zugabe enthaltende Beschichtungsformulierung und superkritisches Fluid in zwei Fluide Phasen zusammenbricht, wobei eine Phase die superkritische Fluid Phase ist, und die andere die verdünnte Anteilsphase.
Um dieses Phänomen besser zu verstehen wird Bezug genommen auf das Phasendiagram in Figur 5, worin das superkritische Fluid, superkritisches Kohlendioxidfluid, ist. In Figur 5 stellen die Spitzen des Dreiecksdiagrams die reinen Komponten einer zusammengemischten Beschichtungsformulierung dar, welche aus Grund dieser Erörterung kein Wasser enthält. Die Spitze A ist ein organisches Lösungsmittel, Spitze B ist Kohlendioxid und die Spitze C stellt eine polymere Substanz dar. Die gekurvte Linie BFC stellt die Phasengrenze zwischen einer Phase und zwei Phasen dar. Der Punkt D stellt eine mögliche Zusammensetzung einer Beschichtungsformulierung dar, worin das superkritische Kohlendioxid nicht zugefügt wurde. Der Punkt E veranschaulicht eine mögliche Zusammensetzung einer gemischten Beschichtungsformulierung nach der Zugabe von superkritischen Kohlendioxid.
Auf diese Art und Weise verdampft nach der Zerstäubung die Mehrheit des Kohlendioxids unter zurücklassung von im wesentlichen der Zusammensetzung der ursprünglichen Beschichtungsformulierung. Nach der Berührung mit dem Substrat, fliessen z.B. die zurückbleibende Flüssigkeitsmischung des Polymers und Lösungsmittelkomponenten ineinander um einen gleichmässig glatten Film auf dem Substrat zu bilden. Der Verlauf der Filmbildung ist in Figur 5 durch die Liniensegmente EE'D veranschaulicht (Zerstäubung und Druckentlastung) und DC (Zusammenfliessen und Filmbildung).
Jedoch kann die Menge des superkritischen Fluides, wie superkritisches Kohlendioxid, die der Beschichtungsformulierung zugemischt werden kann, im allgemeinen eine Funktion der Mischbarkeit des superkritischen Fluides mit der Beschichtungsformulierung sein, wie am besten beobachtet werden kann unter Bezugnahme auf Figur 5.
Wie aus dem Phasendiagram gesehen werden kann, besonders wie im Pfeil 10 gezeigt ist, ist je mehr und mehr superkritisches Kohlendioxid zu der Beschichtungsformulierung zugegeben wird, nähert sich die Zusammensetzung der zugemischten flüssigen Beschichtungsformulierung der zwei Phasengrenze die durch die Linie BFC dargestellt ist. Wenn genügend superkritisches Kohlendioxid zugefügt ist, wird der zwei Phasen Bereich erreicht und die Zusammensetzung bricht entsprechend in zwei Fluide Phasen zusammen, welche, obwohl sie noch gesprüht werden kann, im allgemeinen für ein optimales Sprühverhalten und/oder Beschichtungsbildung nicht wünschbar ist.
Demgemäss sollte die Menge an superkritischem Fluid die angewandt werden sollte um ein breites Sprühmuster zur Verfügung zu stellen, im allgemeinen in einer Menge von mindestens 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zugemischten flüssigen Mischung die die Feststoffanteile, den Lösungsmittelanteil und das superkritische Fluid enthält bis zu einem bevorzugten Maximum der Löslichkeitsgrenze des superkritischen Fluides mit der Beschichtungsformulierung sein, welche im allgemeinen durch ein Zerlegen der zugemischten flüssigen Mischung in zwei fluide Phasen erkennbar ist.
Unter Bezugnahme wieder auf Figur 1, kann die Sprühbreite Y&sub1;, welche die maximale Breite eines Sprühnebels ist, der von einer bekannten Düsenspitze erhalten werden kann, auf einen Faktor bis zu 300%, in der Regel etwa 25 bis 200% und ganz besonders von etwa 50 bis 150% mittels der Zugabe von superkritischen Fluiden gesteigert werden. Um die maximale Breite Y&sub2; zu erhalten, ist die maximale Menge des superkritischen Fluides, die der Beschichtungsformulierung zugemischt werden kann, so, dass die zugemischte flüssige Mischung in einer Einzelphase bleibt und noch geeignete Sprühcharakteristiken bereitstellt. Im allgemeinen werden etwa 25 bis 50% superkritisches Fluid, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Mischung, verwendet.
Die Auswirkung der Zugabe eines superkritischen Fluides zu einer versprühten Beschichtungsformulierung wird anschaulich in den Photoreproduktionen die in den Figuren 3 bzw. 4 gezeigt sind veranschaulicht. In der Figur 3, die nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt wird eine Beschichtungsformulierung ohne superkritisches Fluid durch eine Airless-Sprühspitze von der Art einer Haube gesprüht mit einer Oeffnungsgrösse von 228.6 µm (9-mil) und einer Fächerbreitedimension von 5.08, 10.16 und 15.24 cm (2,4 und 6 inches), welche eine gemessene Fächerbreite von 5.08, 10.16 und 15.24 cm (2, 4 und 6 inches) ergibt. Je mehr superkritisches Fluid zugefügt wird, so entwickelt sich das Sprühmuster in einen viel breiteren Sprühnebel, wie einen solchen der in Figur 4 gezeigt ist für die gleiche Sprühspitze wie in Figur 3, aber mit etwa 28% superkritischen Kohlendioxid das der Flüssigkeitsmischung zugefügt wurde, bei einer Sprühtemperatur von 60ºC und einem Druck von 11.032 kPa (Manometer) (1600 psig). Figur 3a zeigt eine Sprühspitze mit einer 5.08 cm (2 inch), Fächerbreitedimension die einen Fächer herstellt, der etwa 7 inch breit ist. Figur 3b zeigt eine Sprühspitze mit einer 10.16 cm (4 inch) Fächerbreitedimension die einen Fächer, der etwa 10 inch breit ist, herstellt. Figur 3c zeigt eine Sprühspitze mit einer 20.32 cm (8 inch) Fächerbreitendimension die einen Fächer herstellt der etwa 14 inches breit ist.
Figur 8 zeigt dass bei Verwendung einer Nordson Sprühspitze von einer Kreuz-Schnitt-Art (#911- 354) die eine Durchmessergrösse von 228.6 µm (9-mil) und eine Fächerbreitedimension von 15.24 cm (6 inch) aufweist, mit 25% superkritischem Kohlendioxid, gelöst in einer Polyester Beschichtungsformulierung bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11.032 kPa (Manometer) (1600 psig), der hergestellte Sprühnebel mit einer gemessenen Breite von 66.04 cm (26 inches) sehr breit ist die über viermal der dimensionierten Fächerbreite ist. Die Substanz wurde durch eine Sprühspitze versprüht ohne Kohlendioxid, um zu bestätigen, dass in der Tat ein 6 inch Fächerbreite hergestellt ist.
Die Figuren 9 zeigen, wie die Fächerbreite mit der Menge des superkritischen Kohlendioxid Anstiegs in der flüssigen Mischung ansteigt. Der Sprühnebel wird mit einer Sprühspitze von der Art einer Haube mit einer 228.6 µm (9-mil) Oeffnungsgrösse und einer 20.32 cm (8 inch) Fächerbreitendimension erzeugt. Die Fächerbreite steigt von 8, bis 10, bis 12, bis 14 inches an, wie die Konzentration des superkritischen Kohlendioxids von 0%, auf 14%, bis 20% und 25% ansteigt. Die Substanz ist eine Acryl Beschichtungsformulierung, die bei einer Temperatrur von 60ºC und einem Druck von 11.032 kPa (Manometer) (1600 psig) gesprüht wird. Für eine 228.6 µm (9-mil) Oeffnungsgrösse beträgt die grösste Fächerbreite, die gewöhnlich erreichbar ist, 10 inches.
Deshalb zeigen die Figuren 4, 8 und 9, dass bei Verwendung von superkritischen Kohlendioxid die Sprühbreite markant gesteigert werden kann über die verfügbare Technologie.
Für einige Beschichtungen steigt die Sprühbreite nicht gleichmässig an, wie die Konzentration der superkritischen Fluides ansteigt, wie es dies tut für andere Beschichtungen, wie in Figur 9. Anstelle dessen geht der Sprühnebel durch einen Uebergang bei einiger Zwischenkonzentration wobei der Sprühnebel plötzlich kontrahiert und ein ovaler Sprühnebel wird anstelle eines flachen Fächers gebildet. Jedoch kehrt bei grösseren superkritischen Fluid Konzentrationen der Sprühnebel zu einem flachen Fächer zurück, welcher bemerkenswert breiter ist.
Ohne zu wünschen, dass man an die Theorie gebunden ist, nimmt man an, dass die schlagartige Zerstäubung die einen viel breiteren Sprühfächer bildet erzeugt wird, durch das gelöste überkritische Fluid in der vermischten flüssigen Mischung die plötzlich übermässig übersättigt wird, so wie die flüssige Mischung von der Düse gesprüht wird und einen plötzlichen und grossen Druckabfall erfährt. Dies schafft eine grosse Treibkraft zur Gasbildung des gelösten überkritischen Fluides die die Oberflächenspannungskräfte überwindet, welche der Zerstäubung entgegengesetzt ist, und den Fluidfluss zusammen in einem engeren Sprühnebel bindet.
Die Wesensmerkmale der Beschichtungsschichten die durch Sprühen mit superkritischem Fluiden auf ein Substrat erhalten werden können sind in den Figuren 2a bis 2b veranschaulicht. In der Figur 2 wird eine schematische Darstellung von beschichteten Teilchen gezeigt. In der Figur 2a werden die beschichteten Teilchen in einem Muster mit einer Breite X konzentriert. Je mehr und mehr superkritisches Fluid in die Beschichtungsformulierung zugemischt und gesprüht wird, um eine vermischte flüssige Mischung bereitzustellen die höhere Konzentrationen des superkritischen Fluides enthält, ereignen sich im allgemeinen zwei Dinge. Erstens wird das Sprühmuster zunehmend breiter bis es eine maximale Breite von etwa Y erreicht, bei welcher die Mischbarkeitsgrenze zwischen dem superkritischen Fluid und der Beschichtungsformulierung im allgemeinen erreicht wurde. Zweitens nimmt die Konzentration pro Oberflächengebiet Einheit, die beschichtet ist, zunehmend ab wie der Sprühnebel breiter wird. Deshalb wird, obwohl die gleiche Menge von Beschichtungsformulierung pro Zeiteinheit angewandt wird, jetzt ein grösseres Oberflächengebiet bedeckt, welches in der Reduktion von Beschichtungsfeststoffen die pro Oberflächengebiets Einheit angewandt werden resultiert.
Falls gewünscht, mag, um die Abnahme in der Beschichtungskonzentration auszugleichen, die entsprechende Quergeschwindigkeit zwischen der Düsenöffnung und dem Substrat, das zu beschichten ist, einfach proportional vermindert werden.
Es ist zu verstehen, dass, obwohl die Figur 2a ein Ausgangssprühmuster zeigt welches in der Form rund ist und die Figur 21 zeigt ein Endsprühmuster, welches im wesentlichen flach und eine Fächerähnliche Gestalt aufweist, dass diese Formen nur beispielhaft sind. Das Ausgangsmuster muss nicht rund sein und kann in der Tat elyptisch oder flach Fächergesprüht sein. So ist es ebenfalls nicht notwendig, dass das Endmuster genauso Fächergeformt ist. Im allgemeinen ist die Form eines Sprühnebels eine Funktion der versprühten Zusammensetzung, der Sprühtemperatur und der Druckbedingungen. In der Regel wird jedoch in Airless-Sprühtechniken eine flache fächerförmige -Typ Düse verwendet.
Die Beschichtungsformulierungen werden dann, nachdem sie mit superkritischen Fluid beigemischt sind, durch Durchleiten unter Druck durch eine Oeffnung in die Umgebung des Substrates, das gesprüht werden soll, versprüht.
Eine Oeffnung ist ein Loch oder eine Oeffnung in einer Wandung oder Gehäuse, wie in einer Sprühspitze einer Sprühdüse auf einer elektrostatischen Sprühpistole, durch welche die beigemischte flüssige Beschichtungszusammensetzung fliesst um durch den Bereich von höherem Druck, wie innerhalb der Sprühpistole, in einem Bereich von niederern Druck, wie die Luftumgebung ist, ausserhalb der Sprühpistole und rund um das Substrat zu fliessen. Eine Oeffnung kann auch ein Loch oder eine Oeffnung in einer Wandund eines Druckbehälters, wie eines Tankes oder Zylinders sein. Eine Oeffnung kann auch das offene Ende eines Rohres einer Leitung oder eines Kabelrohres sein, durch welche die Mischung ausgetragen wird. Das offene Ende vom Rohr oder der Leitung oder dem Kabelrohr kann verengt oder teilweise blockiert sein, und reduziert so die Oeffnung.
Sprühöffnungen, Sprühspitzen, Sprühdüsen und Sprühpistolen, die konventionell für elektrostatische Airless und luftunterstütztes Airless-Sprühen von Beschichtungsformulierungen, wie Farben, Lacke, Email, Firnisse und landwirtschaftliche Sprays geeignet sind, zum sprühen der Beschichtungsformulierungen, wenn sie mit superkritischen Fluiden in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zugemischt sind, können verwendet werden. Sprühpistolen, Düsen und Spitzen sind bevorzugt welche keinen übermässigen Volumenstrom zwischen der Oeffnung und dem Ventil aufweisen, welches den Sprühnebel an- und abstellt. Die Sprühpistolen, Düsen und Spitzen müssen gebaut sein um den verwendeten Sprühdruck standzuhalten
Es gibt eine breite Mannigfaltigkeit von Sprühgeräten, die man zum Sprühen der Beschichtungsformulierung verwenden kann, nachdem sie mit einem superkritischen Fluid vermischt wurde. Im wesentlichen mag sie irgendeine Sprühpistole sein die im wesentlichen jede Düsenspitze enthält, und die verwendet werden vom konventionellen Airless und luftunterstützten Airless-Sprühgerät bis zu elektrostatischen Sprühgeräten. Die Wahl des Sprühgerätes ist abhängig von der Art der Applikation die beabsichtigt ist.
Das Material für die Konstruktion der Oeffnung, durch welche die beigemischte flüssige Mischung versprüht wird, muss notwendige mechanische Stärke für den hohen Sprühdruck, der angewandt wird besitzen, muss genügende Abriebfestigkeit aufweisen um der Abnutzung von dem Flüssigkeitsstrom zu wiederstehen und muss gegenüber Chemikalien, mit welchen sie in Berührung kommt, inert sein. Jede der Materialien, die in der Konstruktion von Airless-Sprühspitzen verwendet werden, wie Borkarbid, Titankarbid, Keramik, Edelstahl oder Messing ist geeignet, wobei Wolframkarbid im allgemeinen bevorzugt ist.
Die Oeffnungsgrössen die zum Sprühen der vermischten flüssigen Mischung geeignet sind sollten im allgemeinen im Bereich von etwa 0.102 mm (.004 inch) bis etwa 1.83 mm (.072 inch) Durchmesser aufweisen. Obwohl die Oeffnungen im allgemeinen nicht rund sind, sind die Durchmesser, die darauf bezogen sind, gleich einem runden Durchmesser. Die geeignete Auswahl wird bestimmt durch die Oeffnungsgrösse, die die gewünschte Menge der flüssigen Beschichtung versorgen wird und eine geeignete Zerstäubung für die Beschichtung erreicht. Im allgemeinen werden kleinere Oeffnungen für niedere Viskositäten gewünscht und grosse Oeffnungen für höhere Viskosität. Kleinere Oeffnungen geben eine feinere Zerstäubung aber einen geringeren Ausstoss. Grössere Oeffnungen haben einen höheren Ausstoss aber eine geringere Zerstäubung. Feinere Zerstäubung wird in der Praxis der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Deshalb sind kleine Oeffnungsgrössen von etwa 0.102 mm (.004 inch) bis etwa 0.635 mm (.025 inch) im Durchmesser bevorzugt. Oeffnungsgrössen von etwa 0.178 mm (.007 inch) bis etwa 0.381 mm (.015 inch) im Durchmesser sind besonders bevorzugt.
Die Gestaltungen der Sprühspitzen, welche die Sprühöffnung enthält und der Sprühdüse, welche die Sprühspitze enthält, sind nicht kritisch. Die Sprühspitzen und Sprühdüsen sollten keine Ausstülpungen nahe der Oeffnung haben, welche den Sprühnebel stören könnte.
Die Form des Sprühnebels ist auch nicht kritisch, fähig zu sein, die beigemischte flüssige Mischung zu sprühen. Der Sprühnebel kann in Form eines Kegel sein, der rund oder elyptisch im Querschnitt ist, oder der Sprühnebel kann in Form eines flachen Fächers sein, aber der Sprühnebel ist nicht begrenzt auf diese Formen. Sprühnebel die flache Fächer oder Kegel sind, die im Querschnitt elyptisch sind, sind bevorzugt.
Die Entfernung von der Oeffnung zu dem Substrat liegt im allgemeinen bei einer Entfernung von etwa 4 inch bis etwa 24 inch (60.96 cm). Eine Entfernung von 15.24 cm (6 inch) bis 45.72 cm (18 inch) ist bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine Entfernung von 20.32 cm (8 inch) bis 35.56 cm (14 inch).
Geräte und Fliessanlagen, welche eine turbulente oder bewegten Fluss in der flüssigen Mischung begünstigen, vorgängig dem hindurchgehen der flüssigen Mischung unter Druck durch die Oeffnung, können ebenfalls verwendet werden. Solche Techniken schliessen ein, sind aber nicht darauf limitiert, auf die Verwendung von Vordüsen, Diffusoren, Turbulenzplatten, Drosselscheiben, Strömungsteiler/Verbinder, Strömungsaufpraller, Siebvorrichtungen, Prallbleche, Flügel und andere Einsätze Geräte und Strömungsnetzwerke die im elektrostatischen Airless-Sprühen und luftunterstützten Airless-Sprühen verwendet werden.
Ein filtrieren der flüssigen Mischung, vorgängig dem durchfliessen durch die Oeffnung, ist wünschbar um Teilchen, die die Oeffnung verstopfen könnten, zu entfernen. Dies kann ermöglicht werden durch verwenden von konventionellen Hochdruckfarbenfiltern. Ein Filter kann auch eingefügt werden, bei oder in die Pistole, und ein Spitzensieb kann eingefügt werden an der Sprühspitze, um ein Verstopfen der Oeffnung zu verhindern. Die Grösse des Fliessmitteldurchganges im Filter sollte kleiner sein als die Grösse der Oeffnung, vorzugsweise beachtlich kleiner.
Elektrostatische Kräfte können verwendet werden, um den Anteil der Beschichtungsformulierung, die auf dem Substrat vom Sprühnebel abgelegt ist, anzuheben. Dies wird in der Regel zur Steigerung der Uebertragungswirksamkeit angegeben. Dies wird durch Verwendung einer hohen elektrischen Spannung, im Verhältnis zum Substrat, durchgeführt um dem Sprühnebel eine elektrische Ladung anzulegen. Diese erzeugt eine elektrische Anziehungskraft zwischen den Sprühtröpfchen und dem Substrat, welche bewirkt, dass Tröpfchen die anderweitig das Substrat verpassen, auf diesem niedergeschlagen werden. Wenn die elektrische Kraft bewirkt, dass Tröpfchen an den Ecken und auf der Rückseite des Substrates abgesetzt werden, wird dieser Effekt im allgemeinen als Umhüllung bezeichnet
Vorzugsweise wird das Substrat grundiert aber es kann auch auf der gegenüberliegenden Seite, wie der Sprühnebel geladen werden. Das Substrat kann gleichnamige Elektrizität wie der Sprühnebel aufweisen aber mit einer niedrigeren Spannung bezüglich der Grundierung aber dies ist von geringerem Nutzen, da es eine schwächere elektrische Anziehungskraft zwischen dem Sprühnebel und dem Substrat erzeugt, als wenn das Substrat elektrisch grundiert oder beladen ist auf der gegenüberliegenden Seite. Eine elektrische Grundierung des Substrates ist die sicherste Arbeitsweise. Vorzugsweise wird der Sprühnebel negativ geladen bezogen auf der elektrischen Grundierung.
Die Ladungsmethode des Sprühnebels ist für die Praxis der Erfindung nicht kritisch vorausgesetzt, dass die Ladungsmethode wirksam ist. Die Beschichtungsformulierung kann elektrisch geladen werden durch anlegen einer hohen elektrischen Spannung bezogen auf das Substrat und des elektrischen Stromes (1) in der Spritzpistole durch einen direkten Kontakt mit elektrifizierten Wänden oder inneren Elektroden vor verlassen der Oeffnung; (2) nachdem der Sprühnebel von der Oeffnung austritt, durch elektrische Entladung von externen Elektroden, die in der Nähe der Oeffnung plaziert sind, und nahe zu dem Sprühnebel sich befinden oder (3) fern von der Oeffnung durch durchleiten des Sprühnebels durch oder zwischen elektrisch geladenen Gittern oder Netzen von äusseren Elektroden bevor der Sprühnebel auf dem Substrat abgesetzt wird. Die Verfahren (1) und (2), einzeln oder in Kombination, sind bevorzugt. Verfahren (2) ist das bevorzugteste.
Beim Beladungsverfahren (1) oben muss die Sprühpistole elektrisch isoliert sein. Die hohe Spannung und elektrischer Strom werden der gemischten flüssigen Mischung ins Innere der Pistole 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 innere Elektroden sein, die sich über die Strömung erstrecken oder eine Kombination von elektrischen geladenen Elementen, einschliesslich der Sprühdüse. Die Kontaktzone muss ausreichend gross sein um genügend elektrische Ladung zu der vermischten flüssigen Mischung zu übertragen wenn diese durch die Pistole strömt. Diese innere Ladungsmethode hat den Vorteil, dass sie keine äussere Elektrode, die mit dem Sprühnebel interferieren könnte, aufweist. Ein Nachteil ist, dass, wenn die vermischte flüssige Mischung nicht genügend elektrisch isoliert ist, dass ein Verlust des elektrischen Stromes durch die vermischte flüssige Mischung eintreten kann bis zu einem grundierten, den Zufluss versorgenden Tank oder einen Zufluss versorgenden System. Dies verringert die Ladungsmenge die zum Sprühnebel geht. Wenn der Stromverlust zu hoch ist, dann muss der den Zufluss liefernde Tank und das den Zufluss verlassende System, von dem elektrischen Grund isoliert werden, d.h. mit einer hohen Spannung geladen sein. Der Stromverlust kann gemessen werden durch Messung des Stromflusses von der hohen Stromversorgung der Spannung ohne Durchflussmenge. Der Strom, der den Sprühnebel lädt, ist dann der Unterschied zwischen dem Strom mit dem Durchfluss des Fluides und dem Strom ohne Fluid Durchfluss. Der Stromverlust sollte, im Vergleich zum Ladungsstrom, klein sein.
Beim Beladungsverfahren (2) oben ist der Sprühnebel nachdem er aus der Oeffnung oder in die Umgebung der Oeffnung austritt, elektrisch geladen. Die Sprühpistole und Sprühdüse müssen elektrisch isoliert sein. Die elektrische Ladung wird versorgt von einer äusseren Elektrode(en) die nahe der Sprühspitze ist (sind) und benachbart zu dem Sprühnebel geregelt. Unter hoher elektrischer Spannung wird der elektrische Strom auf den Sprühnebel entladen. Die bevorzugten Elektroden sind ein oder mehrere Metall-Draht (Drähte) die sich benachbart zu dem Sprühnebel befinden. Die Elektroden können entweder parallel zu dem Sprühnebel sein, oder senkrecht zu diesen, oder jede Richtung dazwischen aufweisen, so, dass der elektrische Strom der von dem Spitzenpunkt herauskommt vorteilhaft zu dem Sprühnebel gerichtet ist. Die Elektrode(en) müssen sich genügend nahe an dem Sprühnebel befinden vorzugsweise innerhalb eines Zentimeters um den Sprühnebel wirkungsvoll zu beladen ohne, dass sie den Fluss des Sprühnebels beeinträchtigen. Die Elektroden können Spitz punktiert oder verzweigt sein. Für einen flachen Spruhnebel liegen ein oder mehrere Elektroden, vorzugsweise an der Seite (den Seiten) des flachen Sprühnebels, so, dass der elektrische Strom auf die Vorderseite des Sprühnebels entladen wird. Für ovale Sprühnebel befinden sich ein oder mehrere Elektroden benachbart zu dem Sprühnebel rund um den Umkreis. Die Elektrode(en) werden angesetzt, um den Sprühnebel wirkungsvoll zu beladen. Eine oder mehrere Hilfselektroden, die eine zu den primären Elektroden unterschiedliche Spannung aufweisen, oder elektrisch grundiert sind, können verwendet werden um das elektrische Feld oder den Strom zwischen dem primären Elektrode(en) und dem Sprühnebel zu verändern. Zum Beispiel kann eine primäre Ladungselektrode auf einer Seite des Sprühfächers sein und eine grundierte isolierte Hilfselektrode kann auf der gegenüberliegenden Seite des Sprühfächers sich befinden. Das Beladungsverfahren (2) hat gegenüber Methode (1) den Vorteil, dass es weniger Stromverlust durch die vermischte flüssige Mischung aufweist. Vermischte flüssige Mischungen, die ausreichend leitfähig sind, müssen den Zufluss versorgen und die Zuflussleitung gegenüber dem elektrischen Untergrund isolieren. Beim Beladen des obigen Verfahrens (3) ist der Sprühnebel mehr entfernt von der Oeffnung elektrisch geladen und er ist viel mehr dispergiert als in dem Verfahren (2). Deshalb ist in der Regel ein grösseres System oder Netzwerk von äusseren Elektroden erforderlich, um den Sprühnebel wirkungsvoll zu laden. Deshalb ist das Verfahren weniger sicher und weniger anpassungsfähig. Auch der Abstand zwischen den Elektroden und dem Sprühnebel muss grösser sein um eine Störung mit dem Sprühnebel zu vermeiden. Deshalb soll die, dem Sprühmittel auferlegte Spannung, vergleichsweise kleiner sein. Der Stromverlust durch die Zuflussleitungen wird jedoch behoben. Der Sprühnebel wird durch, oder zwischen den elektrisch geladenen Gittern oder Netzwerken der äusseren Elektroden durchgeleitet, bevor der Sprühnebel auf dem Substrat abgesetzt wird. Die Sprühtröpfchen 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 Sprühzone erstrecken. Der Stom kann der Länge der Elektroden entlang, entladen werden. Das elektrisch geladene Netzwert kann ein oder mehrere Drähte oder gespitzte Elektroden sein, die sich rund um die Sprühzone befinden und die sich eng zu, oder in den Sprühnebel erstrecken, so dass sich der Strom von den Enden der Elektroden entlädt.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer hohen elektrischen Spannung im Bereich von etwa 30 bis etwa 150 Kilovolt verwendet werden. Höhere elektrische Spannungen werden begünstigt um dem Sprühnebel eine höhere elektrische Ladung zu verleihen, damit die Anziehung des Substrates erhöht wird, aber das Spannungsniveau muss sicher sein für die Art der Beladung und der verwendeten Sprühpistole. Aus Sicherheitsgründen wird in der Regel die Spannung von Handsprühpistolen 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 Handsprühpistolen der brauchbare Bereich des elektrischen Stromes zwischen 20 und 200 Mikroampere und optimale Ergebnisse werden mit Beschichtungsformulierungen erhalten, die eine sehr niedere elektrische Leitfähigkeit haben, d.h. einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Für automatische Sprühpistolen, die bisher verwendet wurden, können höhere Spannungen und elektrische Ströme sicher verwendet werden als für Handsprühpistolen. Deshalb kann die Spannung 70 Kilovolt bis zu 150 Kilovolt überschreiten und der Strom kann 200 Mikroampere überschreiten.
Diese Verfahren, der elektrostatischen Ladung, sind dem Durchschnittsfachmann auf dem entsprechenden elektrostatischen Sprühgebiet, bekannt.
Für ein elektrostatisches Sprühen ist das Substrat vorzugsweise ein elektrischer Leiter wie Metall. Aber Substrate, die nicht Leiter sind oder Halbleiter, können auch besprüht werden. Vorzugsweise werden sie vorbehandelt um eine elektrisch leitfähige Oberfläche zu bilden. Zum Beispiel kann das Substrat in eine spezielle Lösung eingetaucht werden um der Oberfläche Leitfähigkeit zu verleihen.
Das Verfahren zur Erzeugung der hohen elektrischen Spannung und des 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 Standardsicherheitseinrichtungen aufweisen die eine heftige Strom- und Spannungsschwingung verhindern. Die elektrischen Kraftversorger können in die Sprühpistole eingebaut werden. Andere Ladungsverfahren können auch angewandt werden.
Der angewandte Sprühdruck ist eine Funktion der Beschichtungsformulierung, des superkritischen Fluides, das verwendet wird, und der Viskosität der flüssigen Mischung. Der minimale Sprühdruck liegt beim, oder leicht unter dem kritischen Druck, der überkritischen Fluides. Im allgemeinen beträgt der Druck weniger als 34.475 kPa (5000 psi). Vorzugsweise liegt der Sprühdruck über dem kritischen Druck des überkritischen Fluides und unter 20.665 kPa (3000 psi). Falls das überkritische Fluid überkritisches Kohlendioxidfluid ist, liegt der bevorzugte Sprühdruck zwischen 7.378 kPa (1070 psi) und 20.685 kPa (3000 psi). Der am meisten bevorzugte Sprühdruck liegt zwischen 8.274 kPa (1200 psi) und 17.237 kPa (2500 psi).
Die verwendete Sprühtemperatur ist eine Funktion der Beschichtungsformulierung, des verwendeten superkritischen Fluides und der Konzentration des superkritischen Fluides in der flüssigen Mischung. Die mindeste Sprühtemperatur liegt bei, oder leicht unter der kritischen Temperatur des superkritischen Fluides. Die Maximaltemperatur ist die höchste Temperatur, bei welcher die Komponenten der flüssigen Mischung, während der Zeit bei der die flüssige Mischung bei dieser Temperatur ist nicht wesentlich thermisch zersetzt werden.
Wenn das überkritische Fluid, überkritisches Kohlendioxidfluid ist, wird die Sprühzubereitung, vorzugsweise vor der Zerstäubung erwärmt, weil das überkritische Fluid das von der Sprühdüse entflieht, zu dem Kondensationsprodukt des festen Kohlendioxids abkühlen könnte, und wegen des im Raum vorhandenen Wasserdampfes, der durch die hohe Feuchtigkeit in der Umgebung des Sprühgerätes entsteht. Die minimale Sprühtemperatur liegt bei etwa 31ºC. Die maximale Temperatur wird durch die thermische Beständigkeit der Komponenten in der flüssigen Mischung bestimmt. Die bevorzugte Sprühtemperatur liegt zwischen 35 und 90ºC. Die bevorzugteste Temperatur liegt zwischen 45º und 75ºC. Im allgemeinen erfordern flüssige Mischungen mit grösseren Mengen an superkritischen Kohlendioxidfluid höhere Sprühtemperaturen um dem grossen Abkühlungseffekt entgegen zu wirken.
Die Sprühtemperatur kann durch erwärmen der flüssigen Mischung, vor Eintritt in die Sprühpistole, durch Erwärmen der Sprühpistole selbst, durch Zirkulieren der erwärmten flüssigen Mischung zu oder durch die Sprühpistole, erhalten werden, um die Sprühtemperatur, oder durch Kombination der Verfahren, aufrechtzuerhalten. Die Zirkulation der erwärmten flüssigen Mischung durch die Sprühpistole ist bevorzugt, um Wärmeverlust zu vermeiden und die gewünschte Sprühtemperatur aufrechtzuerhalten. Die Rohre, Leitungen und Schläuche und die Sprühpistole werden vorzugsweise isoliert, oder auf Wärme geprüft, um einen Wärmeverlust zu vermeiden.
Die Umgebung in der die vermischte Beschichtungszusammensetzung gesprüht wird, ist nicht kritisch. Jedoch muss der vorhandene Druck niedriger sein als der erforderliche Druck um die überkritische Fluid Komponente der flüssigen Sprühmischung im überkritischen Zustand aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird die vermischte flüssige Beschichtungszusammensetzung in der Luft unter Bedingungen bei oder in der Nähe des atmosphärischen Druckes gesprüht. Andere Gasmedien können auch verwendet werden, wie Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt, oder inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon, Xenon oder eine Mischung. Sauerstoff, oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, ist nicht wünschbar, da Sauerstoff die Entzündbarkeit der organischen Bestandteile im Sprühnebel erhöht.
Im allgemeinen werden flüssige Sprühtröpfchen erzeugt, die im allgemeinen einen durchschnittlichen Durchmesser eines Mikrons oder grösser haben. Diese flüssigen Tröpfchen enthalten einen Anteil des Feststoffanteils, einen Anteil des Lösungsmittelanteiles und einen Anteil des superkritischen Fluides. Vorzugsweise haben diese Tröpfchen einen mittleren Durchmesser von etwa 5 bis 1000 Mikrometer (Microns). Insbesondere haben diese Tröpfchen einen mittleren Durchmesser von etwa 10 bis etwa 300 Mikrometer (Microns). Kleine Sprühtröpfchen sind wünschbar, um das überkritische Fluid von dem Sprühtröpfchen, vor dem Aufprall auf das Substrat, freien Lauf zu lassen. Kleine Sprühtröpfchen ergeben auch höher qualitative Abdeckungen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann zum Aufbringen von Beschichtungen durch Anwendung eines flüssigen Sprühnebels auf verschiedene Substrate verwendet werden. Beispiele von geeigneten Substraten schliessen ein, sind aber nicht darauf limitiert Metall, Holz, Glas, Kunststoff, Papier, Tuch, Keramik, Mauermaterial, Stein, Zement, Asphalt, Gummi, Verbundmaterialien und verwandte landwirtschaftliche Substrate.
Durch die Praxis der vorliegenden Erfindung können Filme auf den Substraten so angewandt werden, dass die gehärteten Filme eine Dicke von etwa 5.08 bis etwa 152.4 um (0.2 bis etwa 6.0 mils) haben. Vorzugsweise haben die Filme eine Dicke von etwa 12.7 bis etwa 50.8 um (0.5 bis etwa 2.0 mils), wobei am bevorzugtesten solche sind, deren Dicke im Bereich von etwa 17.8 bis etwa 38.1 um (0.7 bis etwa 1.5 mils) liegt.
Wenn eine Härtung der Beschichtungszusammensetzung, die auf dem beschichteten Substrat anwesend ist, verlangt wird, kann diese auf konventionelle Weise vorgenommen werden, wie durch verdampfen des aktiven und/oder Kupplungslösungsmittels, durch Anwendung von Wärme oder ultraviolettem Licht etc.
Komprimiertes Gas kann zum Fördern der Bildung des flüssigen Sprühnebels und/oder zur Modifizierung der Gestalt des flüssigen Sprühnebels verwendet werden, das aus der Oeffnung kommt. 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 sind, aber es kann auch Luft mit verringertem Sauerstoffgehalt oder inerte Gase, wie komprimierter Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon oder Xenon oder eine Mischung sein. Komprimierter Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ist nicht wünschbar da Sauerstoff die Entzündbarkeit der organischen Komponenten im Sprühnebel erhöht. Das Hilfsgas wird in den flüssigen Spritznebel geleitet mit einer oder mehreren Gasdüsen von hoher Geschwindigkeit, die vorzugsweise auf jeder Seite des Flüssigsprays symmetrisch angeordnet sind, um sie untereinander im Gleichgewicht zu halten. Die Strahlen des Hilfsgases kommen vorzugsweise aus der Gasöffnung die in der elektrostatischen Sprühspitze und/oder Düse eingebaut ist. Das Hilfsgas kann auch von einer Oeffnung in der Sprühspitze oder Düse kommen die einen konzentrischen, kreisförmigen Ring darstellt der rundherum und im Mittelteil der flüssigen Oeffnung der Flüssigkeit liegt um einen Hohlkegelgasstrahl von hoher Geschwindigkeit zu erzeugen der sich auf den flüssigen Sprühnebel zusammenzieht, aber dieses schafft einen grossen Strom von Hilfsgas der nicht erwünscht ist. Der konzentrische, kreisförmige Ring kann in Segmente aufgeteilt werden, um die Gasflussgeschwindigkeit zu erniedrigen und er kann elyptisch, anstelle von rund sein, um den Sprühnebel zu formen. Vorzugsweise ist die Durchflussgeschwindigkeit und der Druck des Hilfsgases niedriger als der der beim Sprühen mit Hilfe von Druckluft verwendet wird. Das Hilfsgas kann erwärmt werden um dem raschen Abkühlungseffekt des überkritischen Fluidverdünners im Sprühnebel entgegenzuwirken. Die bevorzugte Temperatur des erwärmten Hilfsgases liegt im Bereich von etwa 35ºC bis etwa 90ºC. Die bevorzugteste Temperatur variiert von ungefähr 45º bis etwa 75ºC.
Die Beschichtungsformulierungen können mit einem überkritischen Fluid zusammengemischt werden und dann zur Erzeugung eines breiteren Sprühmusters durch eine Sprühvorrichtung, wie einer solchen die in entweder den Figuren 6 oder 7 gezeigt wird, gesprüht werden.
Nachfolgend wird die Vorrichtung veranschaulicht die zur Erhaltung der vermischten Beschichtungszusammensetzung, der Vorbeschichtungszusammensetzung und dem superkritischen Fluid erhalten wird, und sprühen dieser in diskontinuierlicher Weise in der Praxis der vorliegenden Erfindung. Das veranschaulichte superkritische Fluid ist superkritisches Kohlendioxidfluid.
Die Tabelle 3 enthält eine Zusammenstellung der Einrichtungen die zur Beschreibung der Vorschrift für die diskontinuierliche Weise benötigt werden. Tabelle 3 Position Beschreibung 1. flüssiges Kohlendioxid, völlig trocken, Linde Qualität, in einem K Zylinder mit Ableitungsrohr; 2. Kühlwärmeaustauscher 3. Hoke-Zylinder des Typs #8HD3000 mit einem Volumen von 3.0 l aus rostfreiem Stahl 304 mit einem doppelten Anschlussstück, das auf einen Druck von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig) ausgelegt ist; Gefäss für die Kohlendioxidzuführung 4. Circle Seal TM Sicherheitsventil des Typs P168-344-2000, das auf 12411 kPa (Manometer) (1800 psig) eingestellt ist; 5. Entlüftungsventil 6. Sartorius 16 kg-Skala mit 0.1 g Empfindlichkeit 7. 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); Pumpenzuführungsgefäss 8. Zenith Einzelströmung-Getriebe-Gangpumpe, Modell # HLB-5592-30 CC, modifiziert durch Zusatz eines dünnen Grafoil -Verdichtungsringes, um die Metall-zu-Metall-Abdichtung zu verbessern 9. Zenith Gangpumpetriebwerk, Modell #42 04 157 mit Gangverhältnis 15:1 und Pumpengeschwindigkeitregler # QM 371726F-15-XP und Geschwindigkeitsbereich von 6 bis 120 Umdrehungen pro Minute 10. Abfluss von der Zirkulationsschleife 11. Kenics statisches Mischgerät 12. Kühlwasserwärmeaustauscher 13. Hoke-Zylinder #8 HD 2250, 2.25 Liter Volumen, hergestellt aus rostfreiem Stahl 304, mit doppelten Endverbindungsstücken, einer Druckrate von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig); Sprühnebelzuführungsbehälter 14. Airless-Sprühpistole ohne Druckluft 15. Poliertes Stahlblech, Norm 24, aus Bonderite 37-Stahl mit den Abmessungen 15.24 cm × 30.48 cm; (6 inch × 12 inch); 16. Entlüftungsventil 17. Flüssigkeitszuführungsventil 18. Jerguson Hochdruck-Visierglas Serie T-30 mit Fenster Grösse #6 dimensioniert für einen Druck von 15583 kPa (Manometer) (2260 psig) bei einer Raumtemperatur von 200ºF 19. Grove Rückdruckregler # 5-90 W dimensioniert für einen Druck von 13790 kPa (Manometer) (2000 psig) bei einer Temperatur von 200ºF. Die Haube wird durch Ueberdruckstickstoff zum gewünschten Sprühdruck geladen. 20. Entlastungsventil 21. Ueberdruckstickstoff, um Grove-Rückdruckregler zu setzen und die Einrichtung zu reinigen 22. Stickstoffentleerventil 23. Stickstoffauslasshahn 24. Ruska Rollkugel-Hochdruckviskometer # 1602-811-00 mit Temperaturregler und elektronischem Timer 25. Pyncnometer, Doppelventil-1/4-inch-Hochdruckleitung.
Die in der Tabelle 3 oben aufgeführte Vorrichtung ist zusammengesetzt wie in der schematischen Darstellung, die in Figur 6 enthalten ist, gezeigt ist. Starre Verbindungen werden mit einer Hochdruckleitung für den Gasfluss mit einem Durchmesser von 0.32 cm (1/8-inch) und mit einer Hochdruckleitung für den flüssigen Fluss von 0.64 cm (1/4-inch) im Durchmesser unter Verwendung von Zubehörteilen Swagelok hergestellt. Die Sprühpistole ist mit der Leitung unter Verwendung von zwei flexiblen statistisch freien Hochdruckschläuchen aus Nylon 0.64 cm (1/4- inch) 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 dem Hauptversorgungstank (1) und dem Stickstoffzylinder (21) zu verhindern. Die Zirkulationsschleife und der Kohlendioxid Versorgungsbehälter werden von Ueberdrucken durch Druckbegrenzungsventile geschützt (4).
Die Vorrichtung besteht aus einer Zirkulationsschleife, einem Zufuhrsystem von Kohlendioxid und einer Seitenschleife um die Viskosität und Dichte zu messen. Die Zirkulationsschleife enthält einen Pumpenversorgungsbehälter (7), eine Getriebepumpe (8) um die Zirkulation zu versorgen und einen konstanten Sprühdruck aufrechtzuerhalten, einen statischen Mischer (11), einen Kühler (12) um überschüssige Wärme zu entfernen, einen Sprühnebelversorgungstank (13), eine Airless- Sprühpistole (14), ein Visierglas (18) und ein Druckregler (19) um einen konstanten Spruhdruck aufrechtzuerhalten. Der Druckregler (19) wird durch Verwenden von komprimierten Stickstoff (21) auf den gewünschten Fliessdruck einreguliert. Das Kohlendioxid Zufuhrsystem enthält Zuführungszylinder (1) für die Hauptmenge Kohlendioxid, einen Kühlungswärmeüberträger (2) und einen Versorgungsbehälter für Kohlendioxid (3) der montiert ist gemäss einem elektronischen Massstab (6). Die Zufuhr und Ausfuhrleitungen zu dem Zugabebehälter (3) werden so aufgewickelt, dass die Kraft, des sich nach Massstab bewegenden Behälters die Skala nicht beeinträchtigt und die Skala Ablesung nicht beeinträchtigt. Die Seitenschleife enthält ein Viskosimeter (24) und ein Pyncnometer (25) zum Messen der Viskosität und Dichte der vermischten Beschichtungszusammensetzung, falls gewünscht.
Alle Durchflussleitungen und Behälter sind mit elektrischen Wärmezwirnband angeordnet und mit Isoliermaterial bedeckt um die Lösung auf die Sprühtemperatur zu erwärmen. Das Wärmeband wird in einige Kreisläufe geteilt die unabhängig voneinander kontrolliert werden:
Kreislauf #1 Ein Druckregler (19), Entlastungsventil (20), Visierglas (18) und Verbindungsleitungen.
Kreislauf #2 Pumpförderbehälter (7), Getriebepumpe (8) und Leitung in der Zirkulationsschleife zu der Kohlendioxidzuführstelle.
Kreislauf #3 Leitungen Zirkulationsschleife von der Kohlendioxid Zugabestelle zu dem Kühler (12).
Kreislauf #4 Spruhnebelzuführbehälter (13).
Kreislauf #5 Leitung von den Sprühnebelversorgungsbehältern (13) zu dem flexiblen Schlauch verbunden zu der Sprühpistole (14).
Kreislauf #6 Kohlendioxid Zuführbehälter (3).
Thermoelemente, die zwischen den Behältern und den Leitungen angeordnet sind, messen die Temperatur. Die Temperatur der vermischten Beschichtungszusammensetzung wird einheitlich gehalten rund um die Schleife durch rasche Zirkulation und durch Einstellen des Wärmebandes.
Die diskontinuierliche Sprüheinheit wird nach folgender Arbeitsweise gefüllt. Die Einrichtung wird durch Entlüften durch eine Zirkulationsschleife (16) evakuiert und eine Gewichtsmenge der Vorläuferbeschichtungszusammensetzung wird durch das Führungsventil (17) mit der Getriebepumpe (8) durch Zirkulation des Materials bei einer kleinen Geschwindigkeit durch das Ausweichventil (20) des Druckreglers zugefügt. Der Zufuhrbehälter für das Kohlendioxid (3) wird mittels des Entlüftungsventils (5) evakuiert und mit flüssigem Kohlendioxid aus dem Versorgungszylinder für Kohlendioxid (1) gefüllt. Um die Füllung des Zufuhrbehälters (3) zu erleichtern wird das Kohlendioxid durch einen Kühlungswärmeaustauscher (2) durchgeleitet, sodass der Dampfdruck in dem Zufuhrtank (3) kleiner ist als der Dampfdruck in dem Versorgungsbehälter (1). Die gewünschte Menge Kohlendioxid wird in der Zirkulationsschlaufe durch Heizen des Kohlendioxidzufuhrtanks (3) und Steuerung gemäss der gewünschten Menge wie sie auf der Waage abgelesen wird (6) unter Ueberdruck gesetzt.
Der Sprühdruck wird durch füllen der Einheit mit der Vorläufer Beschichtungszusammensetzung und dem Kohlendioxid bis zur überall erforderlichen Dichte, und dann Erwärmen derselben bis zur Sprühtemperatur, entwickelt. Vor dem Sprühen wird der Druckregler (19) entlastet (20) und die Schleife befindet sich bei einem einheitlichen Druck. Um das Sprühen vorzubereiten, wird das Entlastungsventil (20) so geschlossen, dass die Flussmenge durch den Druckregler (19) geht, welcher eingestellt ist auf dem Abflussdruck. Während dem Sprühen wird der Sprühdruck durch die Getriebepumpe (8) und dem Druckregler (19) konstant gehalten. Die Getriebepumpe (8) pumpt die Lösung in den Sprühnebelversorgungsgang (13) von dem Pumpenzufuhrbehälter (7) bei einer hohen Zirkulationsgeschwindigkeit. Der Druckregler (19) gibt überschüssige Lösung in den Pumpenbehälter (7) zurück. Der Pumpenversorgungstank (7) verliert Lagerbestand und Druck, aber der Sprühmittelversorgungstank (13) wird voll und beim Sprühdruck gehalten.
Im folgenden wird eine Vorrichtung veranschaulicht, die zur Erhaltung der vermischten Beschichtungszusammensetzung von Vorbeschichtungszusammensetzung und überkritischen Fluid und zum Sprühen dieser in kontinuierlicher Weise in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das überkritische Fluid das veranschaulicht ist, ist superkritisches Kohlendioxidfluid.
Die Tabelle 4 enthält eine Aufstellung von Einrichtungen die zur Ausführung des für die kontinuierliche Weise beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Tabelle 4 Position# Beschreibung 1. flüssiges Kohlendioxid, völlig trocken, Linde Qualität, in einem K Zylinder mit Ableitungsrohr; 2. Kühlwärmeaustauscher; 3. Hoke-Zylinder des Typs #8HD3000 mit einem Volumen von 3.0 l aus rostfreiem Stahl 304 mit einem doppelten Anschlussstück, das auf einen Druck von 12411 kPa (Manometer) (1800 psig) ausgelegt ist; 4. Circle Seal Sicherheitsventil des Typs P168-344-2000, das auf 12411 kPa (Manometer) (1800 psig) eingestellt ist; 5. Entlüftungsventil; 6. Zuleitung für Stickstoff; 7. doppelt wirkende Saug-Druck-Kolbenpumpe von Graco, Modell #947-963 mit 4- Kugelausführung und Teflon Dichtungen, die in einem #5 Hydra-Cat-Zylinder- Zubehörausstattung #947-943 montiert sind als Pumpe für Kohlendioxid; Pumpe und Zuleitung sind mit einem Kühlmantel ausgestattet; 8. doppelt wirkende Saug-Druck-Kolbenpumpe von Graco Standard, Modell #207-865 mit Teflon Dichtungen; Beschichtungs Konzentrationspumpe; 9. Hydra-Cat Mischpumpe, Modell #226-936, für Mischungsverhältnisse im Bereich von 0,9:1 bis 4,5:1; 10. Graco President Luftmotor, Modell #207-352; 11. komprimierte Gebrauchsluft mit 655 kPa (Manometer) (95 psig) Abgabedruck; 12. Graco Luftfilter, Modell #106-149; 13. Graco Luftdruckregler, Modell #206-197; 14. Graco Luftleitungsfilter, Modell #214-848; 15. Graco Ueberdruckventil, Modell #208-317, eingestellt auf 20685 kPa (Manometer) (3000 psig); 16. Graco Ueberdruckventil, Modell #208-317, eingestellt auf 20685 kPa (Manometer) (3000 psig); 17. Graco 2-Gallonen Druckbehälter Modell #214-833; 18. Graco Luftdruckregler, Modell #171-937; 19. Graco Ueberdruckventil, Modell #103-437, eingestellt auf 669.5 kPa (Manometer) (100 psig); 20. Graco Hochdruckflüssigkeitserhitzer, Modell #226-816; 21. Graco Hochdruckflüssigkeitsfilter, Modell #218-029; 22. Graco Rückschlagventil, Modell #214-037 mit Teflon Dichtung; 23. Graco Rückschlagventil, Modell #214-037 mit Teflondichtung; 24. Statischer Mischer von Graco, Modell #500-639; 25. Graco Hochdruckflüssigkeitserhitzer, Modell #226-816; 26. Graco Hochdruckflüssigkeitsfilter, Modell #218-029; 27. Statischer Mischer von Kenics; 28. Graco Flüssigkeitsdruckregler, Modell #206-661; 29. Jerguson Hochdrucksichtglas, Serie T-30 mit Fenstergrösse #6, ausgelegt auf einen Druck von 15583 kPa (Manometer) (2260 psig) bei einer Temperatur von 200ºF; 30. Airless Sprühpistole; 31. Poliertes Stahlblech, Norm 24, aus Bonderite 37-Stahl mit den Abmessungen 15.24 cm × 30.48 cm; (6 inch × 12 inch); 32. Zenith Einstrom-Zahnradpumpe, Modell #HLB-5592-30c, die durch Einbau einer dünnen Grafoil -Dichtung modifiziert ist, um die Metall auf Metallverbindung zu verbessern, mit Pumpenantrieb, Modell #4204157, mit einer Uebersetzung von 15:1 und einem Pumpgeschwindigkeitsregler, Modell #QM-371726F-15-XP, mit einem Geschwindigkeitsbereich von 6 bis 120 UPM; 33. Circle Seal Ueberdruckventil P168-344-2000, eingestellt auf 13790 kPa (Manometer) (2000 psig); 34. Abfluss von der Zirkulationsschleife.
Die in obiger Tabelle 4 aufgeführte Vorrichtung wird gemäss der in Figur 7 enthaltenen schematischen Darstellung zusammengesetzt. Starre Verbindungen wurden unter Verwendung von Swagelok Zubehör mit nahtlos geschweisster hydraulischer Leitung ASTM A-269 mit einer Druckstufe von 34.475 kPa (5000 psig) und aus rostfreiem Stahl Typ 304 besteht und mit einem Dekuron Durchmesser von 0.64 cm (1/4-inch) einer Dicke von 0.091 cm (.036-inch) hergestellt. Der Druckbehälter (17) wird mit der Pumpe (8) durch Verwendung eines statisch freien Hochdruckschlauches Graco aus Nylon 9.52 mm (3/8-inch) Modell #061-221 mit einer Druckdimension von 20.685 kPa (3000 psi) verbunden. Alle anderen flexiblen Verbindungen wurden unter Verwendung von statisch freien Hochdruckschläuchen Graco aus Nylon 0.64 cm (1/4- inch) Modell #061-214 mit einer Druckstufe von 34.475 kPa (5000 psi) hergestellt.
Die Vorläufer Beschichtungszusammensetzung und Kohlendioxid werden gepumpt und unter Verwendung einer Graco Hydra-Cat Proportionierungs Pumpeinrichtung (9) mit variablen Verhältnis verhältnismässig ausgemessen. Sie bringt zwei Flüssigkeiten in einem Verhältnis zusammen bei einem gegebenen Volumenverhältnis unter Verwendung von zwei Kolbenpumpen (7 und 8) die zusammengeplackt sind. Die Kolbenstangen werden für jede Pumpe an den entgegengesetzten Enden eines Schafts gebunden der sich auf und ab dreht um einen zentralen Drehpunkt. Das Volumenverhältnis wird von einer gleitenden Pumpe (7) entlang des Schaftes, welche die Hublänge verlängert, variiert. Die Pumpen werden auf Verlangen von einem Luftmotor (10) angetrieben. Der Pumpdruck wird durch den Luftdruck, der den Luftmotor treibt, geregelt. Die Pumpen sind doppelwirkend; sie pumpen nach einem aufgehenden und abgehenden Hub. Die primäre Pumpe (8) wird zum pumpen der Beschichtungsformulierung verwendet. Es ist eine Standardkonstruktion mit einem Einlass und einem Auslass. Sie füllt mittels eines Kontrollventils am unteren Ende und entlädt mittels eines Kontrollventils an der Spitze. Ein drittes Absperrventil 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 Beschichtungsformulierung wird zu der primären Pumpe (8) von einem zwei-Gallonen Druckbehälter (17) geführt. Nach der unter Druck Setzung in der Pumpe zu dem Sprühdruck, wird die Beschichtungsformulierung dann in einem elektrischen Heizkörper (20) erwärmt, um ihre Viskosität (zur Erleichterung des Mischens mit Kohlendioxid) zu verringern, filtriert in einem Fluidfilter (21) um Teilchen zu entfernen und durch ein Absperrventil (22) zu der Mischstelle mit dem Kohlendioxid geführt. Die sekundär Pumpe (7) die sich auf der Proportionierungspumpen Einrichtung (9) befindet wird zum pumpen des flüssigen Kohlendioxids verwendet. Eine doppelwirkende Kolbenpumpe (7) mit einer Absperrventil Anordnung wird wegen des hohen Dampfdruckes des Kohlendioxides 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 sekundär Pumpe (7) entlang der Bewegungsachse variiert. Eine völlig trockene Menge von flüssigem Kohlendioxid wird vom Zylinder (1) durch einen Kühlungswärmeaustauscher (2) zu der sekundär Pumpe (7) gepumpt. Um den Aufnahmeanteil des Kohlendioxids zu messen, wird das Kohlendioxid von einem Hoke Zylinder (3) durch den Wärmeaustauscher (2) zu der Pumpe (7) gepumpt. Das flüssige Kohlendioxid wird im Wärmeaustauscher (2) gekühlt um den Dampfdruck zu senken und somit eine Kavitation in der Pumpe (7) zu verhindern. Der Hoke Zylinder (3) wird von Zylinder (1) gefüllt. Luft oder gasförmiges Kohlendioxid im Zylinder (3) wird während des Füllens entlüftet (5). Der Hoke Zylinder (3) wird gemäss einer elektronischen 16 kg Sartorius Waage mit 0.1 g Empfindlichkeit so montiert, dass die sich darin befindende Menge von Kohlendioxid gewogen werden kann. Nach der unter Druck Setzung zum Sprühdruck in der Pumpe (7) wird das flüssige Kohlendioxid unerwärmt durch das Absperrventil (23) zu dem Mischpunkt mit der Beschichtungsformulierung geführt. Nachdem die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid bei der Mischstelle zusammen im Verhältnis ausgemessen wurden, wird die beigemischte flüssige Mischung im statischen Mischer (24) vermischt und auf verlangen in die Zirkulationsschleife gepumpt die die beigemischte flüssige Mischung beim Sprühdruck und Temperatur zu oder durch die Sprühpistole (30) zirkulieren lässt. Die vermischte flüssige Mischung wird in einem elektrischen Heizkörper (25) erwärmt, um die erwünschte Sprühtemperatur zu erhalten und in einem Fluidfilter (26) filtriert, um Teilchen zu entfernen. Ein Fluid Druckregler (28) wird eingerichtet um, falls gewünscht, den Sprühdruck unter den Pumpendruck zu senken, oder um mitzuhelfen, einen konstanten Sprühdruck aufrechtzuerhalten. Ein Jerguson Visierglas (29) wird zur Prüfung des Fasernzustandes der vermischten flüssigen Mischung verwendet.
Die Zirkulationsströmung in der Zirkulationsschleife wird durch die Verwendung einer Getriebepumpe (32) erhalten.
Der Druckbehälter (17) wird mit dem Vorläuferbeschichtungskonzentrat gefüllt und mit Luft mit einem Druck von 344.75 kPa (Manometer) (50 psig) gesetzt. Die Primärpumpe (8) wird durch Oeffnung eines Ablaufventils an der unteren Seite des Filters (21) in Tätigkeit gesetzt bis die Leitung von Luft gespült wird.
Die Kohlendioxid sekundär Pumpe (7) befindet sich entlang des sich drehenden Schaftes um den gewünschten Prozentsatz von maximalem Hubraum des Kolben zu erteilen. Der Kühlungsabfluss wird auf eine Temperatur von -10ºC eingestellt und durch den unter Kühlung stehenden Wärmeaustauscher (2) und die Kühlungsfühler Steuerung an der Pumpe (7) zirkuliert. Die Kohlendioxid Zufuhrleitung und die Zirkulationsschleife werden mit Kohlendioxid gefüllt und mittels eines Ventiles (34) mehrmals gelüftet um Luft aus dem System zu reinigen. Dann werden die Ventile zu der Mischungsstelle geschlossen und die Kohlendioxid Zufuhrleitung wird gefüllt mit der Primärpumpe (7).
Der Luftdruckregler (13) wird eingestellt um den Luftmotor (10) mit Luft bei dem gewünschten Druck zu versorgen um die Zuführungsleitungen unter Ueberdruck zu setzen. Die Ventile am Mischpunkt werden geöffnet und die Zirkulationsschleife wird mit Substanz gefüllt. Mit dem geschlossenen Rückventil der Zirkulationsschleife um ein Pfropfenfliessen rund um die Zirkulationsschleife zu geben mit einer Rückmischung, wird die Substanz vom Ventil (34) geleitet bis eine einheitliche Zusammensetzung erhalten wird. Der Heizkörper (20) wird eingestellt um eine Zufuhrtemperatur von 37ºC zu geben. Die Zirkulations Heizvorrichtung (25) wird eingestellt um die Sprühtemperatur zu geben. Das Rückventil der Zirkulationsschleife wird geöffnet, und die Sprühmischung zirkuliert bei einer hohen Geschwindigkeit durch Einstellung der Getriebepumpe (32). Der Kohlendioxidgehalt der beigemischten flüssigen Mischung wird durch Messen des Aufnahmeteils des Kohlendioxids aus dem Hoke Zylinder (3) und des Aufnahmeteiles der Beschichtungsformulierung aus dem Druckbehälter (17) während des Sprühens durch die Sprühpistole gemessen. Dann wird die Kohlendioxidzufuhr zurückgeschaltet um den Zylinder (1) zu füllen.
Ein Alternativ Verfahren zur Verteilung der Beschichtungsformulierung und des überkritischen Fluids in einer kontinuierlichen Arbeitsweise verwendet eine Mengen proportionierende Vorrichtung anstelle der oben veranschaulichten, volumetrisch proportionierenden, Vorrichtung. Die mit variablem Verhäftnis proportionierende Pumpeneinrichtung (9), die in Figur 4 gezeigt ist, mit den Pumpen (7) und (8) wird durch eine Vorrichtung mit den folgenden Elementen ersetzt. Zum Pumpen von Kohlendioxid wird die doppelwirkende Vierkugel Kolbenpumpe (7) auf Verlangen allein durch anknüpfen des Luftmotors (10) direkt zur Pumpe anstelle durch den Bewegungskolben geführt. Abwechselnd kann das Kohlendioxid durch Anwendung einer durch Luft getriebenen kryogenischen Pumpe, wie Haskel Modell DSF-35 gepumpt werden die eine einzelwirkende Pumpe ist, welche eine zyklische drei-Weg Spule verwendet die zum Pumpen von verflüssigten Gasen unter Druck hergestellt wird ohne dass Kühlung zur Vermeidung von Hohlsog erforderlich wird. Das unter Ueberdruck gesetzte Kohlendioxid wird dann durch einen Druckregler, der zur Kontrolle des gewünschten Sprühdruckes verwendet wird, und dann durch ein Durchfluss Messgerät, wie ein Micro Motion Modell D6, das die Durchflussmenge von Kohlendioxid misst, wenn es auf Verlangen gepumpt wird, durchgeleitet. Zum Pumpen der Beschichtungsformulierung wird eine Standard doppelwirkende primäre Kolbenpumpe (8) durch eine Getriebepumpe mit variabler Geschwindigkeit ersetzt wie die Zenith Getriebepumpe (32) die in der Zirkulationsschleife verwendet wird. Die Pumprate der Getriebepumpe wird durch einen Leuchtprozess kontrolliert der die augenblickliche Kohlendioxid Abflussmenge aus dem Abflussmessgerät empfängt und dann die Getriebepumpe beim Pumpen der Abflussrate der Beschichtungsformulierung kontrolliert, um das gewünschte Verhältnis der Beschichtungsformulierung und von Kohlendioxid in der vermischten flüssigen Mischung, zu geben. Ein Akkumulator, wie ein Tobul Modell 4.7A30-4 kann in der Zirkulationsschleife eingerichtet werden um die Schleifenkapazität zu steigern und die Druckschläge, in der Schleife, auf ein Minimum zu verringern, wenn die Sprühpistole aktiviert wird.

Beispiel 1

Eine Beschichtungsformulierung, die eine klare Acrylbeschichtung ergibt wurde aus dem Acryloid AT-400 Harz von Rohm & Haas, welches 75% nicht flüchtiges Acrylpolymerisat in 25% Methylamylketon Lösungsmittel gelöst enthält, Acryloid AT-954 Harz welches 80% nicht flüchtiges Acrylpolymerisat das in 20% Methylamylketon Lösungsmittel gelöst ist enthält, und American Cyanamid Cymel 323, welches ein Vernetzungsmittel ist, das 80% nicht flüchtiges Melaminpolymer enthält, gelöst in 20% Isobutanol Lösungsmittel, durch mischen der Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol, Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP), Methylamylketon und Xylol in den folgenden Anteilen hergestellt: Acryloid AT-400 Acryloid AT-954 Cymel 323 n-Butanol EEP Methylamylketon Xylol Total
Die Beschichtungsformulierung enthielt 66.73% Feststoffanteil und 32.97% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid wurden unter Druck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gesprüht. Die Beschichtungsformulierung wurde bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11,032 kPa (Manometer) (1600 psig) als solche und mit etwa 30% Kohlendioxid gesprüht, welche eine klare ein-phasige Lösung ergab. Die flüssige Mischung wurde mit den folgenden Nordson und Sprühsystem Sprühspitzen gesprüht, welche eine Oeffnungsgrösse von 228,6 um (9-mil) und verschiedene Fächerbreite Dimensionen aufweisen. Alle waren Sprühspitzen von der Art einer Haube mit Ausnahme der Nordson Kreuz-Schnitt-Spitze #711-354. Die Sprühbreite wurde gemäss der Fächerbreite die sich auf einer Metallplatte in einem Abstand von 25.4 bis 30.48 cm (10 bis 12 inch) von der Sprühspitze absetzte, gemessen. Die folgenden Fächerbreiten wurden gemessen: Sprühspitze Fächerbreite Dimension Gemessener Fächer ohne CO&sub2; Breiten mit CO&sub2; inch
Dies zeigt, dass die Fächerbreite mit überkritischem Kohlendioxid, das in der flüssigen Mischung gelöst war beachtlich breiter ist.

Beispiel 2

Eine Beschichtungsformulierung, welche eine klare Acrylbeschichtung ergibt die keine Vernetzung oder Verbackung verlangt wurde von einem Rohm & Haas Acryloid B-66 Harz durch lösen des Harzes im Lösungsmittel Methylamylketon hergestellt. Die Beschichtungsformulierung enthielt 35.00% Feststoffanteil und 65.00% Lösungsmittelanteil mit der folgenden Komponenten Zusammensetzung: Acryloid B-66 Methylamylketon Total
Die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid wurden unter Druck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gesprüht. Die Beschichtungsformulierung wurde bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11,032 kPa (Manometer) (1600 psig) als solche und mit etwa 40% Kohlendioxid, welches eine klare ein-phasige Lösung ergab gesprüht. Die flüssige Mischung wurde mit den folgenden Nordson und Sprühsystem Sprühspitzen gesprüht, welche eine Oeffnungsgrösse von 228,6 um (9-mil) und verschiedene Fächerbreite Dimensionen aufweisen. Alle Sprühspitzen waren von der Art einer Haube mit Ausnahme der Nordson Kreuz-Schnitt-Spritze #711-354. Die Sprühdicke wurde gemäss der Fächerbreite die sich auf einer Metallplatte niedergelegt war, mit einem Abstand von 25.4 bis 30.48 cm (10 bis 12 inch) von der Sprühspitze gemessen. Die folgenden Fächerbreiten wurden gemessen: Sprühspitze Fächerbreite Dimension Gemessener Fächer ohne CO&sub2; Breiten mit CO&sub2; inch

Beispiel 3

Eine Beschichtungsformulierung, welche eine klare Acrylbeschichtung ergibt wurde von einem Acryloid AT-400 Harz, Acryloid AT-954 Harz und einem Cymel 323 Harz durch Mischen der Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol, Ethyl-3-ethoxypropionat (EEP), Methylamylketon, Methylethylketon und Xylol in den folgenden Anteilen hergestellt: Acryloid AT-954 Acryloid AT-400 Cymel 32 n-Butanol Methylamylketon Methylethylketon Xylol Total
Die Beschichtungszusammensetzung enthielt 49.23% Feststoffanteil und 50.77% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid wurden unter Druck gesetzt gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gesprüht. Die zugefügte flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer Nordson A7A rotierenden, automatischen Airless-Sprühpistole mit einer Spitze #016-014 gesprüht, welche eine 228.6 um (9-mil) Oeffnungsgrösse und eine 20.32 cm (8 inch) Fächerbreite Dimension hat. Die flüssige Mischung wurde bei einer Temperatur von 60ºC und einem Druck von 11,032 kPa (Manometer) (1600 psig) bei verschiedenen Konzentrationen von Kohlendioxid gesprüht. Die Fächerbreite wurde als eine Funktion von Kohlendioxid in der flüssigen Mischung gemessen: Kohlendioxid Fächerbreite inch
Die Sprühfächerbreite stieg mit dem ansteigen der Kohlendioxid Konzentration kontinuierlich an.

Beispiel 4

Eine Beschichtungszusammensetzung, welche eine klare Polyesterbeschichtung ergibt wurde vom Spencer Kellog Aroplaz 6025-A6-80 Harz hergestellt, welches 80% nicht-flüchtiges Polyesterpolymer gelöst in 20% Methyl PROPASOL Acetat (MPA) Lösungsmittel enthält und Cymel 323 Harz, durch Mischen der Harze mit den Lösungsmitteln n-Butanol und Butyl CELLOSOLVE Acetat (BCA) in den folgenden Anteilen: Aroplaz 6025-A6-80 Cymel 323 n-Butanol 50% L5310 in Xylol Total
Die Beschichtungsformulierung enthielt 67.27% Feststoffanteil und 32.73% Lösungsmittelanteil.
Die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid wurden unter Druck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gesprüht. Eine zugefügte flüssige Mischung mit einem Kohlendioxidgehalt von 25.5% wurde bei einer Temperatur von 70ºC unter einem Druck von 11,032 kPa (1600 psi) gesprüht, welche eine klare ein-phasige Lösung ergab. Die flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer Nordson A7A rotierenden, automatischen Airless- Sprühpistole mit einem Sprühsystem Spitze #500011 mit einem minimalen Gesenkeinsatz gesprüht und auch mit Nordson Spitzen #016-011 und #016-012 von denen alle eine Oeffnungsgrösse von 228.6 um (9-mil) und Breitendimensionen von 20.32, 5.08 und 10.16 cm (8, 2 und 4 inch) aufweisen. Die Sprühspitzen ergaben die folgenden gemessenen Fächerbreiten: Sprühspritze Fächerbreitedimension gemessene Fächerbreite inch

Beispiel 5

Eine Beschichtungsformulierung, welche eine klare Celluloseacetatbutyrat (CAB) Beschichtung ergibt die kein vernetzen oder verbacken verlangt, wurde durch lösen von Eastman Chemical Cellulose Ester CAB-381-01 in den Lösungsmitteln Methylamylketon, Methylethylketon und Butyl CELLOSOLVE Acetat (BCA) hergestellt. Die Beschichtungsformulierung enthielt 25.00% Feststoffanteil und 75.00% Lösungsmittelanteil mit der folgenden Komponenten Zusammensetzung: Methylethylketon Methylamylketon Total
Die Beschichtungsformulierung und Kohlendioxid wurden unter Druck gesetzt, gemischt, erwärmt und auf kontinuierliche Weise gesprüht. Die flüssige Mischung wurde als solche gesprüht und mit einem Kohlendioxidgehalt von etwa 36% bei einem Druck von 11,032 kPa (Manometer) (1600 psi) und einer Temperatur von 60ºC, welche eine klare ein-phasige Lösung ergab. Die flüssige Mischung wurde unter Verwendung einer Nordson A7A rotierenden, automatischen Airless- Sprühpistole mit Sprühsystemen und Nordson Airless-Spitzen gesprüht, welche eine Oeffnungsgrösse von 228.6 µm (9-mil) haben. Platten wurden besprüht unter Verwendung eines Spraymation automatischen Zerstäubers, verdampft und luftgetrocknet. Die folgenden Fächerbreiten wurden gemessen: Sprühspitze Fächerbreite Dimension Gemessener Fächer ohne CO&sub2; Breiten mit CO&sub2; inch
Alle Spitzen waren von der Art einer Haube mit Ausnahme der Nordson Kreuz-Schnitt-Spitze 711- 354. Die Sprühnebel mit Kohlendioxid waren signifikant grösser als ohne. Die Kreuz-Schnitt-Spitze gab eine grössere Fächerbreite als die Spitze von der Art einer Haube.

Claims

1. Verfahren zum Airless-Sprühen einer Beschichtungszusammensetzung, welches umfasst, hindurchfliessen der Zusammensetzung unter Druck durch eine Oeffnung um ein Sprühmuster mit einer maximalen ersten Breite herzustellen, wobei die Zusammensetzung umfasst (i) einen Feststoffanteil der mindestens eine Komponente enthält die fähig ist eine Beschichtung auf dem Substrat zu bilden; und (ii) einen Lösungsmittelanteil der mindestens teilweise mit dem Feststoffanteil mischbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige Mischung in einem geschlossenen System gebildet wird, welche flüssige Mischung (i) und (ii) enthält und auch (iii) mindestens ein überkritisches Fluid in mindestens einer Menge enthält, welche, wenn zu (i) und (ii) zugefügt und gesprüht wird, ausreichend ist, ein Sprühmuster mit einer zweiten Breite zu erzeugen die grösser als die erste Breite ist, worin das breitere Sprühmuster Tröpfchen enthält die einen durchschnittlichen Durchmesser von einem Mikron oder grösser aufweisen.

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 ist.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens diese eine polymere Verbindung aus Email, Firnis, Lacken, Acrylharzen, Vinylharzen, Styrolharzen, Polyestern, Alkylharzen, Polyurethanen, Urethanen, Epoxiden, Phenolharzen, Celluloseestern, Aminharzen, Naturgummi, Naturharzen und Mischpolymerisate und Gemischen davon ausgewählt ist.

4. Verfahren gemäss der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil weiter Pigmente, Pigmentstreckmittel, Metallflocken, Füllstoffe, Trocknungsmittel, Anti-Schaummittel, Anti- Hautmittel, Netzmittel, UV-Absorber, Vernetzungsmittel und Mischungen davon enthält.

5. Verfahren gemäss der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil mindestens ein aktives Lösungsmittel, ausgewählt aus Ketonen, Estern, Ethern, Glykolethern, Glykoletherestern, Alkoholen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Nitroalkanen, ungesättigen Kohlenwasserstoffen, Halogenkohlenwasserstoffen und Mischungen davon, enthält.

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

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösungsmittelanteil ein Haftvermittlungslösemittel enthält.

8. Verfahren gemäss der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftvermittlungslösungsmittel aus Ethylenglykolethern, Propylenglykolethern, Laktamen, cyclischen Harnstoffen und Mischungen davon, ausgewählt ist.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haffvermittlungslösungsmittel aus Butoxyethanol, Propoxyethanol, Hexoxyethanol, Isopropoxy-2-Propanol, Butoxy-2-Propanol, Propoxy-2-Propanol, tertiären Butoxy-2-Propanol, Ethoxyethanol, Butoxyethoxyethanol, Propoxyethoxyethanol, Hexoxyethoxyethanol, Methoxyethanol, Ethoxy-2-Propanol und Ethoxyethoxyethanol, n-Methyl-2-pyrrolidon, Dimethylethylenharnstoff und Mischungen davon ausgewählt ist.

10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftvermittlungslösungsmittel und das aktive Lösungsmittel dieselben sind.

11. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem überkritischen Kohlendioxid oder Di-Stickstoffoxidtluid gesprüht ist.

12. Verfahren gemäss der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische Kohlendioxidfluid in Mengen von 10 bis 50 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Mischung, vorhanden ist.

13. Verfahren gemäss der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühdruck im Bereich von etwa dem kritischen Druck des überkritischen Fluides bis 345, vorzugsweise 207 bar, liegt.

14. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Breite etwa 300%, vorzugsweise 25 bis 200% und insbesondere 50 bis 150% grösser ist als die erste Breite.

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

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass das superkritische Fluid in Mengen im Bereich von 10 bis 60 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Mischung, vorhanden ist.

17. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Ansprüche 1-16, umfassend

(a) Einrichtungen zur Zuführung eines Feststoffanteils der mindestens eine Komponente enthält, die fähig ist eine Beschichtung auf einem Substrat zu bilden;

(b) Einrichtungen zur Zuführung eines Lösungsmittelanteiles, welcher mindestens teilweise mit dem Feststoffanteil mischbar ist;

(c) Einrichtungen zur Zuführung mindestens eines Superkritischen Fluids;

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

(e) Einrichtungen zum Sprühen dieser flüssigen Mischung durch hindurchleiten der Mischung unter Druck durch eine Oeffnung zur Erzeugung eines flüssigen Sprühmusters; und gegebenenfalls

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

(g) Einrichtungen zur Erwärmung der flüssigen Mischung; und gegebenenfalls

(h) Einrichtungen zum unter Druck setzen 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 Sprühnebels und gegebenenfalls

(k) Einrichtungen zur Benützung eines Düsenantriebes für Druckgas zur Förderung der Bildung und Zerstäubung des flüssigen Sprühnebels und zur Modifizierung der Form des flüssigen Sprühnebels; und gegebenenfalls

(l) Einrichtungen zur Erwärmung des Druckgases; und gegebenenfalls

(m) Einrichtungen zur Veränderung der Konzentration des superkritischen Fluids in der flüssigen Mischung; und gegebenenfalls

(n) Einrichtungen zur Anlegung einer elektrischen Ladung durch eine hohe elektrische Spannung auf die flüssige Mischung.

18. Vorrichtung gemäss Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Oeffnung im Bereich von 0.102 bis 1.83, vorzugsweise 0.102 bis 0.635 und insbesondere 0.178 bis 0.381 mm im Durchmesser liegt.