DE69918709T2

DE69918709T2 - Verfahren zur wiederverwertung von pulverlackfeingut

Info

Publication number: DE69918709T2
Application number: DE69918709T
Authority: DE
Inventors: Ian Kilner
Original assignee: PROTOL POWDER COATINGS Ltd
Current assignee: Protol Powder Coatings Ltd
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: US20050017385A1; HK1039626B; ES2226448T3; HK1039626A1; DK1129129T3; US7237737B2; PT1129129E; US6793163B1; ATE271089T1; EP1129129A1; GB2341564A; DE69918709D1; EP1129129B1; GB9820089D0; WO2000015705A1; AU6210899A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Wiederaufbereitung, das Feingut -erzeugt bei der Herstellung von Pulverbeschichtungen – wiedergewinnt, so dass das Feingut bei Pulverbeschichtungen wieder benutzt werden kann. Zusätzlich schafft die vorliegende Erfindung eine Verarbeitungsanlage zum Ausführen eines solchen Verfahrens zur Wiederaufbereitung.
Als eine Alternative zur Verwendung von herkömmlichen Flüssigfarben werden Pulverbeschichtungen auf Gebrauchsgegenstände, wie z.B. Kühlschränke, Öfen, Aktenschränke, gesprüht.
Pulverbeschichtungen haften an dem Metallsubstrat des Gegenstandes, der besprüht wird, durch elektrostatische Anziehung. Der lackierte oder beschichtete Gegenstand wird dann in einem Ofen erwärmt oder z.B. durch Infrarot-Strahlung ausgehärtet. Dies bewirkt die entspechende chemische Reaktion, die das Metallsubstrat mit seiner fertigen Oberfläche versieht.
Darüberhinaus können durch Anwendung von NIR (Nah Infra-Rot) -Technologie Substrate wie Holz oder Plastik auch mittels Pulverbeschichtungstechnologie lackiert oder beschichtet werden.
Gleichgültig ob ein Aushärtungs- oder Erwärmungsverfahren angewendet wird, um eine optimale Adhäsion des Pulvers am Substrat des zu beschichtenden Gegenstandes zu bewirken, wird eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des ganzen Pulvers, des Substrats und der Grenzschicht benötigt.
Im Allgemeinen werden solche Pulverbeschichtungen durch Mischen der Ausgangsmaterialien, z.B. Harze, Härtungsmittel, Füllstoffe, Pigmente etc., und anschließende Extrusion desselben in eine (kontinuierliche) Folie durch Anwendung von Wärme und Druck hergestellt. Nach Abkühlen der erhaltenen Folie wird diese in grobe Stücke gebrochen, die dann gemahlen werden, um eine Pulverbeschichtung mit einer ganz spezifischen Partikelgröße zu erzeugen. Dem Mahlprozess wird Luft zugeführt, um das Produkt zu transportieren und Partikel, die zu klein sind, um die Spezifikation der Partikelgröße zu erfüllen, zu entfernen. Diese kleine Partikel, die allgemein in der Industrie als Feingut bezeichnet und in dieser Anmeldung "Feingut" benannt werden, werden dann vor der Entsorgung in Behälter in Filtern gesammelt.
Obwohl bekannt ist, Feingut zu Blöcken zu schmelzen und die resultierenden Blöcke als Isoliermaterial im Bau zu verwenden, wie auch, Feingut als Füll- oder Streckmaterial in Batteriegehäusen zu verwenden, wird gegenwärtig die große Masse dieses gesammelten Feinguts auf Deponieen entsorgt, was nicht nur kostenintensiv ist, sondern auch Verschwendung von wertvollen Rohstoffen und umweltschädlich.
Die Gründe, warum solches Feingut meist weggeworfen wird, sind, dass es viele Probleme im Umgang mit solchem Feingut gibt. Im einzelnen:

1) Aufgrund der extrem niedrigen Massendichte des Feingutes, nimmt es ein großes Lagervolumen in Anbetracht der geringen Masse in Anspruch.
2) Aufgrund der physikalischen Natur dieses Feingutes, ist es sehr schwerig zu handhaben und verhält sich eher wie eine Flüssigkeit als wie ein Pulver. Deshalb und wegen seiner physikalischen Natur ist es nicht vereinbar mit herkömmlichen Technologien zur Handhabung von Pulvern, oder mit der Ausrüstung zur Chargenbemessung, Mischen oder Extrudieren;
3) Pulverbeschichtungs- Feingut ist per definitionem "Staub", demzufolge kann es leicht gesammelt werden und als Teile einer Mahlextraktionsanlage vorkommen. Jedoch jeder Versuch, das gesammelte Feingut als Ausgangsmaterial mit Standardausrüstung und -technologie wiederzuverwenden, wird die Partikel so aufladen, dass sie nochmals in den Prozess des Staubsammelsystems extrahiert werden müssen oder jedem Füllbehälter entweichen, um so jeden Standardverbundbetrieb zunichte zu machen.

Deshalb ist es notwendig, ein Verfahren zur Wiederaufbereitung zu schaffen, dass das Feingut vom Staub in Körnchen umwandelt, was leichter zu handhaben ist. Speziell ist ein Verfahren zur Wiederaufbereitung nötig, das der Pulverbeschichtungsindustrie die Möglichkeit des Null-Abfalls bringt.
Beim Versuch, ein solches Verfahren zu entwerfen, wurden von uns viele Verfahren versucht.
Eines dieser Verfahren schloss ein, das Feingut durch eine Hochdruckwalzenpresse zu verarbeiten. Der Walzendruck wurde von 5 bis 100 bar variiert und die Schraubenförderung wurde vom Minimum zum Maximum variiert. Es wurde beobachtet, dass keine Kompaktierung des Feinguts erfolgte. Daraus wurde geschlossen, dass ein solches Verfahren nicht gangbar war.
Bei einem weiteren Versuch, ein geeignetes Verfahren zu schaffen, wurde das Feingut in einen Mischkessel mit hohen Scherkräften gegeben und mittels Heizmantels aufgeheizt. Die Rührflügel- und die Seiten-Refiner-geschwindigkeiten wurden mit der Temperatur variiert. Dies resultierte darin, dass das Feingut zu festen Blöcken zusammenschmolz, was fast den Antriebsmechanismus des Mischkessels zerstörte. Beim Versuch, das beobachtete Problem zu lösen, nämlich das Zusammenschmelzen des Feinguts in feste Blöcke, wurden verschiedene Versuche unternommen, um die Masse abzukühlen, sobald die Anfangsfusionstemperatur erreicht worden ist; jedoch schlugen alle Versuche in dieser Hinsicht fehl und kein benutzbares Granulat wurde erzeugt. Es wurde wieder gefolgert, dass dieses Verfahren nicht gangbar war.
Hinsichtlich des Versuchs, ein genaueres Profil des Fusionsverfahrens zu erreichen, wurden mehrere Experimente in einem Laborofen unternommen. Diese schlossen ein, 300 g Feingut auf ein Blech zu geben und das Feingut verschiedenen Temperaturen unterschiedlicher Dauer auszusetzen. Dieser Ansatz wurde unternommen, um den Temperaturbereich einzugrenzen, bei dem das Feingut anfängt, zusammenzuschmelzen. Dabei wurde beobachtet, dass, wenn Temperatur- und Dauerparameter zu niedrig waren, kein sinnvolles Produkt erzeugt werden konnte, und, wenn sie zu hoch waren, das Feingut zu festen Blöcke zusammenschmolz und daher unbenutzbar war.
Aus nachfolgender Tabelle 1 können die Resultate solcher Experimente gesehen werden:
Es wurde beobachtet, dass die resultierenden Körnchen leicht zu handhaben waren und sofort entweder als fertige, unspezifische Pulverbeschichtung, das heißt, sobald die Körnchen zur richtigen Partikelgröße zerkleinert worden waren, benutzt werden konnten oder als Ausgangsmaterial für die Verwendung bei der Produktion einer neuen, farbspezifischen Pulverbeschichtung. Hinsichtlich der letztgenannten Verwendung werden die resultierenden Körnchen bevorzugt in einem Gehalt von ca. 5% zu der neuen, farbspezifischen Pulverbeschichtung zugefügt.
Entsprechend unseren Resultaten glauben wir, dass es, um das Feingut wiederverwendbar und besser handhabbar zu machen, notwendig ist, das Feingut bis zu einem Punkt zu erwärmen, wo es klebrig und halb-zusammengeschmolzen ist, d.h. bis zu einem Punkt, wo das Feingut nicht vollständig geschmolzen oder vernetzt ist. Falls überhitzt wird, wird die Beschichtung vollständig aushärten und kann nicht als Pulverbeschichtung wiederverwendet werden.
EP-0683199A offenbart ein Verfahren, bei dem eine Schicht Feingut auf einem Transportband formiert und einer Erwärmung bis zum Koagulieren des Pulvers, aber unterhalb von Zersetzung oder Vernetzung unterworfen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von Feingut, hergestellt während der Produktion von Pulverbeschichtungen, geschaffen, mit den Schritten:
Auftragen des Feinguts als Serie kontinuierlicher Reihen auf einem Förderband;
Erwärmen der Feingutreihen, ohne diese völlig zum Schmelzen zu bringen oder zu vernetzen, bis diese ausreichend klebrig sind, um Agglomeratmassen zu bilden;
Kühlen der Agglomeratmassen; und
Sammeln der Agglomeratmasse.
Die Erfindung schafft weiterhin eine Verfahrensanlage für die Wiederaufbereitung von Feingut nach einem Verfahren zur Wiederaufbereitung von Feingut, wobei die Verfahrensanlage aufweist:
Transportmittel, die Feingut, das wiederaufgearbeitet werden soll, als eine Serie von kontinuierlichen Reihen in einen Heizbereich und dann in einen Kühlbereich fördern.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Wiederaufbereitung zu schaffen, das erlaubt, das Feingut, hergestellt während der Produktion von Pulverbeschichtungen, als Pulverbeschichtung wiederzuverwenden, Das erfindungsgemäße Verfahren weist bevorzugt den Schritt auf, das Feingut unter einem profilierten Kamm oder einer Platte vorbeizuführen, um die kontinuierlichen Reihen zu bilden. Die Reihen besitzen bevorzugt dreieckige Profile, bevorzugt mit einer Tiefe von 0,5 bis 1,0 cm.
Weiterhin wird das Feingut bevorzugt bei einer Temperatur von 60 bis 80°C, bevorzugt 70°C, erwärmt.
Weiterhin besitzen die resultierenden Partikel nach Zerkleinern bevorzugt eine Größe von 3,00 mm bis 212 μm. Weiterhin werden bevorzugt jegliche Partikel einer Größe (212 μm vom resultierenden Produkt entfernt.
Ein Beispiel eines Verfahren zur Wiederaufbereitung wird nun detailliert beschrieben unter Bezugnahme auf einen Produktionsversuch, der bei uns ausgeführt wurde und welcher nachfolgend beschrieben wird:
Produktionsversuch:
Mehrere Tonnen Feingut werden in einem dampfbeheizten Ofen mit Einschüben verarbeitet. Die Bleche werden mit Melinex (RTM) ausgekleidet, was ein hochschmelzender Plastikfilm ist, der Verkleben oder Beschichten der Bleche verhindert.
Nach einem Zeitraum von 2 Stunden, bei einer Temperatur von 70°C, wurde beobachtet, dass die Masse auf den Blechen sich in eine rohe Produktwabe gewandelt hatte. Das Produkt wurde aus dem Ofen genommen und durfte auf den Blechen auskühlen.
Die abgekühlte Masse wurde dann von den Blechen genommen und in einen Aufgabetrichter zu einer Zerkleinerungs- und Sortieranlage gegebenen. Die erzeugte Partikelgröße der resultierenden Körnchen war im Bereich von 3,00 mm bis 212 μm.
Die resultierenden Körnchen wurden dann als neue Ausgangsmaterialkomponente in einigen Testformulierungen mit einem Gehalt von ungefähr 5% wiederverarbeitet. Die resultierenden Testpulverbeschichtungen wurden mit einem normalen QC Verfahren gesprüht und verschmolzen und als zufriedenstellend befunden. Nicht-einschränkende Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verfahrensanlage werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrensanlage; und
2 eine Seitenansicht des Bandes der Anlage von 1 ist.
Eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahrensanlage 10 kann aufweisen:
A) Feingutaufgabetrichter 11
Das Feingut, das wiederaufbereitet werden soll, wird in den Feingutaufgabetrichter 11 gefüllt. Bevorzugt wird der Feingutaufgabetrichter so ausgelegt, dass sichergestellt ist, dass das Feingut nicht den Aufgabetrichter verstopft, sodass eine variable oder Null-Füllgeschwindigkeit gegeben ist. In diesem Zusammenhang wird, um zu vermeiden, dass das Feingut Brücken oder Tunnel bildet, oder allgemein nicht gleichmäßig durch den Aufgabetrichter 11 fließt, der Aufgabetrichter 11 mit einem pneumatischen Vibrator 12 und einem Bodenrührer 12a ausgestattet. Selbstverständlich wären andere Standardaufgabetrichter, die so ausgelegt sind, dass sie einen gleichmäßigen Durchfluss von Feingut sicherstellen, auch geeignet.
B) Kontinunierliches geriffeltes Förderband 14
Der Bodenteil des Feingutaufgabetrichters 11 speist direkt auf ein gleichmäßig laufendes Förderband 14. Am Ausgabepunkt des Feingutaufgabetrichters 11 ist eine profilierte Platte oder Kamm 13 angebracht, was bewirkt, dass das Feingut 15 auf das Band 14 als Serie kontinuierlicher Reihen gespeist oder aufgetragen wird, das heißt, im Gegensatz zu einem flachen Pulverbett (siehe 2).
Selbstverständlich kann das Profil der Feingutreihen, die auf das Band 14 aufgetragen werden, durch Austauschen des Kamms 13 in Form und Tiefe variieren.
Ein typisches Profil einer aufgetragenen Feingutreihe 15 auf dem Band 14 kann eine dreieckige Form mit einer Tiefe von 0,5 cm–1 cm aufweisen.
Das Band 14, das bevorzugt aus einem hitzeresistenten Polymer konstruiert, z.B. einem Silicongummi ist, ist zusätzlich bevorzugt glatt genug, dass es leicht gereinigt werden kann. Weiterhin ist die Oberfläche des Bandes 14 adhäsionsvermindernd, so dass das erzeugte Produkt leicht davon entfernt werden kann.
C) Aushärtungstunnel
Das Band 14 transportiert das Feingut 15 in und durch einen Aushärtungstunnel mit einer Geschwindigkeit, die bevorzugt optimiert wird, um die minimale Teilvernetzung zu ergeben, die erforderlich ist, um die Körnchenfestigkeit und die endgültige Sprühcharakteristik zu erreichen, die man braucht.
Vorzugsweise wird das Aushärtungstunnel mit Infrarot-Lampen 16 beheizt, welche das Feingut 15, das durch das Band 14 transportiert wird, von oben erwärmen. Selbstverständlich kann bei bestimmten Anwendungen Ultraviolett-Strahlung als geeignete Heizquelle verwendet werden.
Die Wärmemenge oder Aushärtungsenergie, die auf das Feingut 15, das durch das Band 14 transportiert wird, übertragen wird, ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Band 14 das Aushärtungstunnel passiert, ebenso vom Abstand der Heizquelle, z. B. der Infrarot-Lampen 16 oberhalb des Bandes 14.
Der Fachmann wird gegenwärtigen, dass, sobald ein Profil für die Teilaushärtung einer bestimmten Klasse Feingut erreicht ist, die Steuereinstellungen der Verfahrensanlage für die Verarbeitung der nächsten Charge Feingut jener speziellen Klasse einfach auf jene Parameter gesetzt werden können.
Für eine einzige Lampe von ca. einem Kilowatt, ungefähr 5 cm oberhalb des Bandes 14 angebracht, bewegt sich die Bandgeschwindigkeit in einem Bereich, dass das Feingut eine Bestrahlungszeit von ungefähr 1-5 Sekunden erfährt.
D) Kühlbereich
Sobald das Feingut 15 passend für die erforderlichen Parameter teilausgehärtet ist, werden die agglomerierten Feingutreihen vom Band 14 durch eine Kühlstufe transportiert. Aufgrund des niedrigen, flachen Reihenprofils der agglomerierten Feingutreihen, welche ziemlich schnell abkühlen, kann das Abkühlen der Reihen agglomerierten Feinguts durch Passieren des Bandes 14 durch eine Kühlkammer 17, oder einfach durch Exposition der agglomerierten Feingutreihen der Umgebungsluft erreicht werden.
Die abgekühlen agglomerierten Produktreihen fallen am Ende des Bandes 14 in einen Behälter oder direkt in den Extruderaufgabetrichter 18.
Im Gegensatz zum Chargenofen-produziertem Material, das eine sehr große Wabe teilausgehärteten Produkts erzeugt, das ein Zerkleinerungs- und Sortierverfahren durchlaufen muß ist das durch dieses kontinuierliche Verfahren produzierte agglomerierte Material auf der Stufe der Extrusion der Pulverfarbenproduktion direkt wiederverwendbar.
Eine Schabeklinge 19 am Ende reinigt das Band 14 und die abgeschabten Reste fallen in einen Auffangbehälter oder Extruderaufgabetrichter 18.
Die oben beschriebende Verfahrensanlage ist für kontinuierlichen Betrieb entworfen, im Gegensatz zum Ofenchargenbetrieb. Sie wurde auch so ausgelegt, eine Bestrahlungszeit vorzugeben, um ein minimales Vernetzungsformat von wenigen Sekunden zu erreichen, im Gegensatz zu mehreren Sunden im konventionellen Ofen. Bei der oben beschriebenen Anlage für ein kontinuierliches Verfahren unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften des wiedergewonnen Feingutes von dem Granulat, das im Ofenchargenbetrieb erzeugt wird.
Da zusätzliche Granulierungs- und Sortierverfahren eliminiert worden sind, hat das recycelte Produkt eine gößere Variationsbreite der Partikelgrößenverteilung. Da das Verfahren so ausgerichtet ist, dass minimale Energiezufuhr für die Teilaushärtung erreicht wird, ist das recycelte Endprodukt weicher als das im Ofen produzierte Material.
Im Produktionmaßstab, in dem das kontinuierliche Verfahren angewandt worden, ist aber eine Wiederverwertungzugaberate von 50-100% erreicht worden, verglichen mit 5% beim Ofenchargenverfahren. Als Ergebnis daraus kann, wenn die Anlagen an die existierenden Extrusionsstraßen nachträglich angepasst werden, ein geschlossener Kreislauf vom Feingutcyclon oder Ausgabeort der Mühle direkt zum Extruderaufgabetrichter erreicht werden so dass fast 100% Wiederverwertung des erzeugten Gesamtfeinguts erreicht werden.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren zur Wiederaufbereitung beispielhaft an der Verarbeitung des Feinguts in einem Chargenhordenofen oder einem Förderband beschrieben wurde, kann das Verfahren selbstverständlich auch mit jeder anderen Heiz- oder Aushärtungsapparatur, welche ein Teilaushärtungsprofil, wie beschrieben, erzeugt, ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Wiederaufbereitung von Feingut, hergestellt während der Produktion von Pulverbeschichtungen, mit den Schritten: Auftragen des Feinguts als Serie kontinuierlicher Reihen (15) auf einem Förderband (14); Erwärmen der Feingut Reihen, ohne diese völlig zum Schmelzen zu bringen oder zu vernetzen, bis diese ausreichend klebrig sind, um Agglomeratmassen zu bilden; Kühlen der Agglomeratmassen; und Sammeln der Agglomeratmasse.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Feingut unter einem profilierten Kamm oder einer Platte (13) vorbeigeführt wird, um die kontinuierlichen Reihen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die kontinuierlichen Feingut Reihen (15) dreieckige Profile besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Feingut Reihen (15) eine Tiefe von 0,5 bis 1,0 cm besitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erwärmen durch mindestens eine Infrarotlampe (16) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Förderband (14) mit einer Geschwindigkeit läuft, die dem Feingut eine Bestrahlungszeit von 1 bis 5 Sekunden gibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend den Schritt der Verarbeitung der Feingut Reihen, um Teilchen mit erwünschter Partikelgröße her zustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feingut bei einer Temperatur von 60 bis 80°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Feingut bei einer Temperatur von 70°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Kühlen die abgekühlten Reihen der Agglomeratmassen zerkleinert werden, um Partikel zu erhalten, die die gewünschte Partikelgröße besitzen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die abgekühlten Agglomeratmassen zerkleinert werden, um Partikel mit einer Größe von 3,00 mm bis 212 Micron zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei jegliche Partikel einer Größe < 212 Micron entfernt werden.
Verfahrensanlage für die Wederaufarbeitung von Feingut nach einem der vorhergehenden Ansprüche; mit: Transportmitteln (14), die Feingut, das wiederaufgearbeitet werden soll, als eine Serie von kontinuierlichen Reihen (15) in einen Heizbereich (16) und dann in einen Kühlbereich (17) fördern.
Verfahrensanlage nach Anspruch 13, die einen profilierten Kamm oder Platte (13) zur Formung des Feinguts in kontinuierliche Reihen (15) beinhaltet.
Verfahrensanlage nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Mittel (14) zum Fördern des Feinguts in den Heizbereich und in den Kühlbereich kontinuierlich arbeiten.
Verfahrensanlage nach den Ansprüchen 13, 14 oder 15, wobei das Mittel zum Fördern (14) des Feinguts in einen Heizbereich und dann in den Kühlbereich ein Förderband ist.
Verfahrensanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Heizbereich Heizmittel aufweist (16), die mindestens eine Infrarotlampe enhalten.
Verfahrensanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Heizbereich Heizmittel (16) aufweist, die mindestens eine Ultraviolett-Lampe umfassen.
Verfahrensanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Kühlbereich (17) Mittel zur Erzeugung eines kalten Luftstroms umfasst.
Verfahrensanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, mit einer Schabeeinrichtung (19) zur Reinigung des Förderbandes (14).