JP2012086150A - Method for carbon dioxide coating and device for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素塗装方法及びその装置に関するものであり、更に詳しくは、従来の有機溶剤系塗料によるスプレー塗装において、大量に使用される希釈溶剤（ＶＯＣ）を極少量の二酸化炭素に替えることにより、有機溶剤系塗装と同等の、塗膜均一性、平滑性、鮮映性などの塗装仕上げ品質を確保したまま、ＶＯＣ発生を大幅に低減し得る新しい塗装方法及び装置に関するものである。本発明は、大気中へのＶＯＣ発生を大幅に低減することを可能とすると共に、経済的にも有利な、低環境負荷型の低ＶＯＣ塗装に関する新技術・新製品を提供するものである。 The present invention relates to a carbon dioxide coating method and an apparatus therefor, and more specifically, in a conventional spray coating using an organic solvent-based paint, a diluting solvent (VOC) used in a large amount is replaced with a very small amount of carbon dioxide. Thus, the present invention relates to a new coating method and apparatus capable of greatly reducing the occurrence of VOC while ensuring coating finish quality such as coating film uniformity, smoothness and sharpness equivalent to organic solvent-based coating. The present invention provides a new technology and a new product relating to low environmental load type low VOC coating, which can greatly reduce the occurrence of VOC in the atmosphere and is also economically advantageous.
ＶＯＣ発生は、地球温暖化に繋がる有害化学物質として、２０１０年には、自主規制を含め、３割の削減が求められている。塗装工業界は、塗料に用いる粘度低下剤として、大量に有機溶剤を使用しており、塗装産業は、日本におけるＶＯＣ発生量の約１５０万トンの中で、その６０％に近いＶＯＣ発生量を占める最大のＶＯＣ発生産業となっており、ＶＯＣ対策は、塗装工業における喫緊の課題となっている。 The generation of VOCs is a hazardous chemical substance that leads to global warming, and in 2010, a 30% reduction is required, including self-regulation. The coating industry uses a large amount of organic solvents as a viscosity reducing agent used in paints, and the coating industry has a VOC generation amount close to 60% of the VOC generation amount in Japan of about 1.5 million tons. It is the largest VOC generation industry that occupies, and VOC countermeasures are an urgent issue in the paint industry.
塗装工業技術においては、この希釈溶剤を使用するスプレー塗装が主流であり、ＶＯＣ削減のために、種々の対策が講じられている。具体的には、水性塗料への転換、有機溶剤を削減した塗料、すなわち、ハイソリッドなど、あるいは排気された有機溶媒の回収、分解処理などの技術開発があげられる。 In the coating industry, spray coating using this diluting solvent is the mainstream, and various measures are taken to reduce VOC. Specifically, technical developments such as conversion to water-based paints, paints with reduced organic solvents, that is, high solids, etc., or recovery and decomposition treatment of exhausted organic solvents can be mentioned.
しかしながら、これらの対策技術のうち、特に、水性塗料への転換は、水処理装置、空調設備などの付帯設備を必要とされ、また、水性塗料は、塗装対象物が金属材料の場合には適合するが、高い塗装仕上げ品質が要求されるプラスチィック部品などへの塗装については、対応できていない、というのが現状である。 However, among these countermeasure technologies, in particular, conversion to water-based paints requires ancillary equipment such as water treatment equipment and air-conditioning equipment. Water-based paints are compatible when the object to be painted is a metal material. However, the present situation is that it cannot respond to the coating of plastic parts and the like that require high paint finish quality.
従って、塗装工業界において、特に、中小企業にあっては、上述のＶＯＣ対策に対応することは、現状の技術では、大きな設備投資を必要とするなどの課題を抱えており、そのため、現在の有機溶剤塗装、あるいは水性塗装に代わり得る、全く新しい塗装技術の開発が強く求められていた。 Therefore, in the coating industry, especially for small and medium-sized enterprises, dealing with the above-mentioned VOC countermeasures has problems such as requiring a large capital investment in the current technology. There has been a strong demand for the development of completely new coating techniques that can replace organic solvent coating or water-based coating.
一方、米国ユニオンカーバイト社から出願された特許（特許文献１）において、粘度低下剤（希釈剤）として、有機溶媒の代わりに、超臨界流体を利用する技術が提案されている。この技術では、塗料（ポリマーと、ポリマーを溶解して流動性を持たせる真溶剤）に、超臨界流体、特に、二酸化炭素を溶解させ、噴霧可能なレベルまで粘度を低下させることで、塗装が可能であることが示されている。 On the other hand, in a patent application (Patent Document 1) filed by the United States Union Carbide Corporation, a technique using a supercritical fluid instead of an organic solvent as a viscosity reducing agent (diluent) is proposed. In this technology, the coating (the polymer and the true solvent that dissolves the polymer to make it fluid) dissolves the supercritical fluid, especially carbon dioxide, and reduces the viscosity to a sprayable level. It has been shown to be possible.
それ以降、同社から、１０数件の特許が出願されており、例えば、スプレー幅の制御方法（特許文献２）、塗料組成の限定（特許文献３）、噴霧状態の改良方法（特許文献４）、閉塞の回避方法（特許文献５）、及び塗料／ＣＯ２混合物の密度制御方法（特許文献６）の５件が、特許として登録されている。 Since then, the company has applied for a dozen patents. For example, a spray width control method (Patent Document 2), a coating composition limitation (Patent Document 3), and a spray state improvement method (Patent Document 4). There are five patents registered as patents: a method for avoiding clogging (Patent Document 5) and a method for controlling the density of a paint / CO 2 mixture (Patent Document 6).
しかしながら、これらの特許においては、プロセスフローとしては、１つのフローしか示されておらず、実用化可能なプロセスフローの構築や、具体的な運転方法については、完成度が充分でないという問題点があった。すなわち、二酸化炭素を粘度低下剤としたスプレー塗装技術は、未だ、実用化可能な工業技術という観点からは、未確立といわざるを得ない状況であった。 However, in these patents, only one flow is shown as the process flow, and there is a problem that the degree of completion is not sufficient for the construction of a practical process flow and a specific operation method. there were. In other words, the spray coating technique using carbon dioxide as a viscosity reducing agent has not yet been established from the viewpoint of an industrial technology that can be put into practical use.
上記特許において示されているプロセスフローを、図１に示す。本フローでは、塗料とＣＯ２は、空気作動式のピストンポンプで加圧され、塗料は、粘度低下を目的に、加熱され、混合器へと送られる。ＣＯ２は、加熱されず、液体状態のまま、混合器へ送られる。そのときの塗料とＣＯ２の供給量は、両ポンプのピストンの動きを同時に制御する機構により、容積比一定で供給される。 The process flow shown in the above patent is shown in FIG. In this flow, the paint and CO 2 are pressurized by an air-operated piston pump, and the paint is heated and sent to the mixer for the purpose of viscosity reduction. The CO 2 is not heated and is sent to the mixer in a liquid state. The supply amount of paint and CO 2 at that time is supplied at a constant volume ratio by a mechanism that simultaneously controls the movements of the pistons of both pumps.
混合器は、流体多段分割型のスタティックミキサであり、混合物は、加熱された後、フィルターを通過し、再度、スタティックミキサにより、混合され、必要に応じて、減圧されて、噴霧ガンへと送られる。噴霧ガンでは、圧力に応じて流量が決まり、噴霧される。余剰分は、循環ラインで加圧され、１番目のスタティックミキサ後のラインに戻される。 The mixer is a fluid multi-stage static mixer, and after the mixture is heated, it passes through the filter, is mixed again by the static mixer, is decompressed as necessary, and is sent to the spray gun. It is done. In the spray gun, the flow rate is determined according to the pressure and sprayed. The surplus is pressurized in the circulation line and returned to the line after the first static mixer.
以上が、従来法として提案されている従来の二酸化炭素塗装の概略のプロセスフローであるが、本フローを実用化可能なものとするには、塗料／ＣＯ２供給量が、噴霧量とバランスできないことが問題点として想定され、例えば、ポンプ吐出圧力が上昇する危険性を有している。この特許では、ポンプ吐出圧力が、一定圧力以上となると、ラインに設置したリリーフ弁から、塗料／ＣＯ２とも、大気圧下へ開放される構成をとっているが、これらの大気中への開放は、操作的に好ましいものではなく、塗料／ＣＯ２、特に、ＣＯ２の場合、再利用ができず、経済的にも不利となる。 The above is a schematic process flow of the conventional carbon dioxide coating proposed as the conventional method. However, in order to make this flow practical, the paint / CO 2 supply amount cannot be balanced with the spray amount. For example, there is a risk that the pump discharge pressure will increase. In this patent, when the pump discharge pressure exceeds a certain pressure, both the paint and CO 2 are released to atmospheric pressure from the relief valve installed in the line. Is not preferable in terms of operation, and in the case of paint / CO 2 , especially CO 2 , it cannot be reused and is economically disadvantageous.
また、循環ラインが設けられているが、操作上、特に、必要ではない構成である。更に、塗料、及び混合物の加熱に、電気加熱方式が用いられているが、その方式では、装置の運転開始時や、流量を変えたときなどに、温度を一定に制御することが困難であり、他の加熱方式の採用が望まれる。また、実際の塗装作業においては、塗装面を変えるとき、あるいは塗装対象物そのもの変えるときなどに、噴霧を瞬時的に、あるいは一定時間止めることも多々あり得る。 Further, although a circulation line is provided, it is a configuration that is not particularly necessary for operation. Furthermore, an electric heating method is used for heating the paint and the mixture. However, in this method, it is difficult to keep the temperature constant at the start of operation of the apparatus or when the flow rate is changed. Adoption of other heating methods is desired. In an actual painting operation, spraying may be stopped instantaneously or for a certain period of time when changing the painting surface or changing the painting object itself.
このような場合、提案されているプロセスフローでは、システム圧力の上昇などの問題点が想定され、現実的に操業可能なプロセスフローとするには、かなりの改良が必要とされる。更に、実際の塗装においては非常に重要となる、塗装終了時のライン洗浄などが全く考慮されていない。このように、上述の一連の特許において示されている二酸化炭素塗装は、必ずしも実際の塗装技術として適用可能なレベルで構築された、実用化可能なプロセスフロー構成ではないことが明らかであり、当技術分野では、実用化可能なプロセスフローの構築が強く要請されていた。 In such a case, problems such as an increase in system pressure are assumed in the proposed process flow, and considerable improvement is required to make the process flow practically operable. Furthermore, line cleaning at the end of painting, which is very important in actual painting, is not considered at all. Thus, it is clear that the carbon dioxide coating shown in the above-mentioned series of patents is not necessarily a practical process flow configuration constructed at a level applicable as an actual coating technology. In the technical field, there has been a strong demand for the construction of a process flow that can be put into practical use.
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、二酸化炭素塗装におけ
る上述の問題点を解決し、特に、実用化可能なプロセスフローの構築、及び安定な運転手法を確立することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、高圧マイクロ混合器の採用とフロー構成における複数の圧力制御による新しいプロセスフローを構築すると共に、具体的な安定な運転方法を確立することに成功し、本発明を完成するに至った。本発明は、二酸化炭素を粘度低下剤として利用する、低環境負荷型の低ＶＯＣ塗装に好適な、新しい塗装方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
Under such circumstances, the present inventors have solved the above-mentioned problems in carbon dioxide coating in view of the above prior art, and in particular, established a process flow that can be put into practical use and a stable operation method. As a result of intensive research with the goal of establishing a new process flow by adopting a high-pressure micromixer and multiple pressure controls in the flow configuration, we have succeeded in establishing a specific stable operation method. The present invention has been completed. An object of the present invention is to provide a new coating method and apparatus suitable for low environmental load type low VOC coating using carbon dioxide as a viscosity reducing agent.
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）有機溶剤系の噴霧塗装において用いられる希釈溶剤（シンナー）を、二酸化炭素で一部又は全部を代替する二酸化炭素塗装において、
塗料供給ラインとして、塗料を貯蔵するタンク、該タンクから供給される塗料を所定の圧力まで加圧する塗料高圧ポンプ、該塗料高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を塗料タンクへ返送させる塗料１次圧調整弁、を有し、
二酸化炭素供給ラインとして、液体二酸化炭素を貯蔵するタンク、該液体二酸化炭素を所定温度まで冷却する冷却器、該冷却器から供給される液体二酸化炭素を所定の圧力まで加圧する液体二酸化炭素高圧ポンプ、該液体二酸化炭素高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を同ポンプのサクションに返送させる液体二酸化炭素１次圧調整弁、を有し、
塗料／二酸化炭素混合物ラインとして、上記塗料供給ラインから供給される加圧された塗料と、上記二酸化炭素供給ラインから供給される加圧された二酸化炭素とを混合する混合器、該混合器から供給される混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定の圧力に減圧する２次圧調整弁、及び該２次圧調整弁後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、大気圧下の塗装対象物へ噴霧する噴霧ガン、を有することを特徴とする二酸化炭素を用いた塗装装置。
（２）加圧された塗料を、所定温度まで加熱する塗料加熱器を有する、前記（１）記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（３）液体二酸化炭素高圧ポンプのサクションに返送される余剰二酸化炭素を、所定温度まで冷却する冷却器を有する、前記（１）又は（２）記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（４）加圧された液体二酸化炭素を、所定温度まで加熱する二酸化炭素加熱器を有する、前記（１）から（３）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（５）混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定温度に調整する混合物温度調整器を有する、前記（１）から（４）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装方法及び装置。
（６）混合器が、塗料と二酸化炭素とを急速混合し得るマイクロ混合器である、前記（１）から（５）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（７）マイクロ混合器が、流路径が大きくても０．５ｍｍのＴ字型マイクロ混合器である、前記（６）記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（８）マイクロ混合器が、流体を微小な空間の中心で衝突させる中心衝突型マイクロ混合器であり、二酸化炭素を上部から流入させ、塗料を複数に分割して側面の複数方向から中心部で衝突するように流入させる混合器である、前記（６）記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（９）塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定の圧力に減圧する２次圧調整弁から噴霧ガンまでを、複数系列で構成する、前記（１）から（８）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（１０）該２次圧調整弁後の塗料／二酸化炭素加圧混合物が、塗料に二酸化炭素が溶解した１相混合物である、前記（１）から（９）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（１１）塗料が、紫外線硬化型塗料、一液硬化型塗料、又は二液硬化型塗料である、前記（１）から（１０）のいずれかに記載の二酸化炭素を用いた塗装装置。
（１２）前記（１）から（１１）のいずれかに記載の塗装装置を使用して二酸化炭素を用いた塗装を行う方法であって、噴霧圧（２次圧調整弁の設定値）に応じて、その流量を自動的に可変する流体側のポンプ吐出側の１次圧調整弁を、噴霧圧より高く設定し、流量可変を行わない流体側の１次圧調整弁を、可変流体側の１次圧調整弁設定値より更に高く設定することにより、流量可変を行わない流体の流量を一定とし、流量可変を行う流体の流量を、噴霧ノズルのオリフィスの流量特性に応じて可変として、余剰分をポンプサクションに戻すことを特徴とする二酸化炭素を用いた塗装方法。
（１３）混合器に流入する塗料質量流量と二酸化炭素質量流量を計測し、流量可変を行わない流体側のポンプ吐出量を、流量可変側の質量流量に対して、一定比率となるように、流量を制御することを特徴とする、前記（１２）記載の二酸化炭素を用いた塗装方法。
（１４）流量可変を行う流体が、塗料である、前記（１２）及び（１３）に記載の塗装方法。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) Diluting solvent (thinner) used in organic solvent-based spray coating, in carbon dioxide coating that replaces part or all with carbon dioxide,
As a paint supply line, a tank that stores paint, a paint high-pressure pump that pressurizes the paint supplied from the tank to a predetermined pressure, and a paint 1 that adjusts the discharge pressure of the paint high-pressure pump and returns the excess to the paint tank. A secondary pressure regulating valve,
As a carbon dioxide supply line, a tank that stores liquid carbon dioxide, a cooler that cools the liquid carbon dioxide to a predetermined temperature, a liquid carbon dioxide high-pressure pump that pressurizes the liquid carbon dioxide supplied from the cooler to a predetermined pressure, A liquid carbon dioxide primary pressure regulating valve that adjusts the discharge pressure of the liquid carbon dioxide high-pressure pump and returns the surplus to the suction of the pump;
As a paint / carbon dioxide mixture line, a mixer for mixing pressurized paint supplied from the paint supply line with pressurized carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply line, supplied from the mixer Secondary pressure regulating valve for reducing the mixed paint / carbon dioxide pressurized mixture after mixing to a predetermined pressure, and the coating / carbon dioxide pressurized mixture after the secondary pressure regulating valve to be coated under atmospheric pressure A coating apparatus using carbon dioxide, characterized by having a spray gun for spraying onto an object.
(2) The coating apparatus using carbon dioxide according to (1), further including a paint heater that heats the pressurized paint to a predetermined temperature.
(3) The coating apparatus using carbon dioxide according to (1) or (2), further including a cooler that cools excess carbon dioxide returned to the suction of the liquid carbon dioxide high-pressure pump to a predetermined temperature.
(4) The coating apparatus using carbon dioxide according to any one of (1) to (3), further including a carbon dioxide heater that heats pressurized liquid carbon dioxide to a predetermined temperature.
(5) The coating method and apparatus using carbon dioxide according to any one of (1) to (4), further including a mixture temperature controller for adjusting the paint / carbon dioxide pressure mixture after mixing to a predetermined temperature. .
(6) The coating apparatus using carbon dioxide according to any one of (1) to (5), wherein the mixer is a micromixer capable of rapidly mixing paint and carbon dioxide.
(7) The coating apparatus using carbon dioxide according to (6), wherein the micromixer is a T-shaped micromixer having a large channel diameter of 0.5 mm.
(8) The micro-mixer is a center collision type micro-mixer that causes a fluid to collide at the center of a minute space, and injects carbon dioxide from the upper part, divides the paint into a plurality of parts, and in the central part from the side direction The coating apparatus using carbon dioxide according to (6) above, which is a mixer that flows in so as to collide.
(9) The dioxide dioxide according to any one of (1) to (8), wherein the paint / carbon dioxide pressure mixture is configured in a plurality of series from a secondary pressure regulating valve for reducing pressure to a predetermined pressure to a spray gun. Coating equipment using carbon.
(10) The carbon dioxide according to any one of (1) to (9), wherein the paint / carbon dioxide pressure mixture after the secondary pressure regulating valve is a one-phase mixture in which carbon dioxide is dissolved in the paint. The painting equipment used.
(11) The coating apparatus using carbon dioxide according to any one of (1) to (10), wherein the paint is an ultraviolet curable paint, a one-part curable paint, or a two-part curable paint.
(12) A method of performing coating using carbon dioxide using the coating apparatus according to any one of (1) to (11) above, depending on the spray pressure (set value of the secondary pressure regulating valve) The primary pressure regulating valve on the fluid discharge side that automatically changes the flow rate is set higher than the spray pressure, and the primary pressure regulating valve on the fluid side that does not vary the flow rate is set on the variable fluid side. By setting the flow rate higher than the primary pressure adjustment valve setting value, the flow rate of the fluid that does not change the flow rate is made constant, and the flow rate of the fluid that changes the flow rate is made variable according to the flow rate characteristics of the orifice of the spray nozzle. A coating method using carbon dioxide characterized by returning the minute amount to pump suction.
(13) The paint mass flow rate and the carbon dioxide mass flow rate that flow into the mixer are measured, and the pump discharge amount on the fluid side without variable flow rate is set to a constant ratio with respect to the mass flow rate on the variable flow rate side. The flow rate is controlled, The coating method using carbon dioxide according to the above (12).
(14) The coating method according to (12) and (13), wherein the fluid for changing the flow rate is a paint.
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、従来の有機溶剤系塗料によるスプレー塗装において、大量に使用される希釈溶剤（ＶＯＣ）を、極少量の二酸化炭素に替えることにより、有機溶剤系塗装と同等の、塗装仕上げ品質、すなわち、塗膜均一性、平滑性、鮮映性などを確保したまま、ＶＯＣの発生を大幅に低減し得る、低環境負荷型の低ＶＯＣ塗装に関する新しい塗装方法及びその装置を提供することを特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
In the spray coating with a conventional organic solvent-based paint, the present invention replaces a diluting solvent (VOC) used in a large amount with a very small amount of carbon dioxide, thereby achieving a paint finish quality equivalent to that of an organic solvent-based paint, that is, The present invention provides a new coating method and apparatus for low environmental load type low VOC coating that can greatly reduce the occurrence of VOC while ensuring uniformity of coating film, smoothness, sharpness, etc. To do.
本発明は、有機溶剤系の噴霧塗装において用いられる希釈溶剤（シンナー）を、二酸化炭素で一部又は全部を代替する二酸化炭素塗装において、塗料供給ラインとして、塗料を貯蔵するタンク、該タンクから供給される塗料を所定の圧力まで加圧する塗料高圧ポンプ、該塗料高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を塗料タンクへ返送させる塗料１次圧調整弁、を有し、二酸化炭素供給ラインとして、液体二酸化炭素を貯蔵するタンク、該液体二酸化炭素を所定温度まで冷却する冷却器、該冷却器から供給される液体二酸化炭素を所定の圧力まで加圧する液体二酸化炭素高圧ポンプ、該液体二酸化炭素高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を同ポンプのサクションに返送させる液体二酸化炭素１次圧調整弁、を有し、塗料／二酸化炭素混合物ラインとして、上記塗料供給ラインから供給される加圧された塗料、上記二酸化炭素供給ラインから供給される加圧された二酸化炭素とを混合する混合器、該混合器から供給される混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定の圧力に減圧する２次圧調整弁、及び該２次圧調整弁後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、大気圧下の塗装対象物へ噴霧する噴霧ガン、を有することからなる、二酸化炭素を用いた塗装装置である。 The present invention provides a tank for storing paint as a paint supply line in a carbon dioxide coating in which part or all of the diluent solvent (thinner) used in organic solvent-based spray coating is replaced by carbon dioxide. A high-pressure paint pump that pressurizes the paint to be applied to a predetermined pressure, a primary pressure adjustment valve for adjusting the discharge pressure of the high-pressure paint pump and returning the surplus to the paint tank, and as a carbon dioxide supply line, A tank for storing liquid carbon dioxide, a cooler for cooling the liquid carbon dioxide to a predetermined temperature, a liquid carbon dioxide high-pressure pump for pressurizing liquid carbon dioxide supplied from the cooler to a predetermined pressure, and the liquid carbon dioxide high-pressure pump A liquid carbon dioxide primary pressure regulating valve that adjusts the discharge pressure of the liquid and returns the surplus to the suction of the pump. As follows: a pressurized paint supplied from the paint supply line, a mixer for mixing the pressurized carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply line, and a mixed paint supplied from the mixer / Secondary pressure regulating valve that depressurizes the carbon dioxide pressurized mixture to a predetermined pressure, and a spray gun that sprays the paint / carbon dioxide pressurized mixture after the secondary pressure regulating valve onto a coating object under atmospheric pressure Is a coating apparatus using carbon dioxide.
本発明は、上記の塗装装置を使用して二酸化炭素を用いた塗装を行う方法であって、
噴霧圧（２次圧調整弁の設定値）に応じて、その流量を自動的に可変する流体側のポンプ吐出側の１次圧調整弁を、噴霧圧より高く設定し、流量可変を行わない流体側の１次圧調整弁を、可変流体側の１次圧調整弁設定値より更に高く設定することにより、流量可変を行わない流体の流量を一定とし、流量可変を行う流体の流量を、噴霧ノズルのオリフィスの流量特性に応じて、可変として、余剰分を、ポンプサクションに戻すことからなる方法、である。
The present invention is a method of performing coating using carbon dioxide using the above-described coating apparatus,
The primary pressure regulating valve on the fluid discharge side that automatically varies the flow rate according to the spray pressure (set value of the secondary pressure regulating valve) is set higher than the spray pressure, and the flow rate is not varied. By setting the primary pressure regulating valve on the fluid side higher than the primary pressure regulating valve set value on the variable fluid side, the flow rate of the fluid that does not change the flow rate is made constant, and the flow rate of the fluid that changes the flow rate becomes This is a method comprising returning the surplus to the pump suction as a variable according to the flow rate characteristics of the orifice of the spray nozzle.
本発明では、加圧された塗料を、所定温度まで加熱する塗料加熱器を有すること、液体二酸化炭素高圧ポンプのサクションに返送される余剰二酸化炭素を、所定温度まで冷却する冷却器を有すること、加圧された液体二酸化炭素を、所定温度まで加熱する二酸化炭素加熱器を有すること、混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定温度に調整する混合物温度調整器を有すること、混合器が、塗料と二酸化炭素とを急速混合し得るマイクロ混合器であること、を好ましい実施の態様としている。 In the present invention, having a paint heater for heating the pressurized paint to a predetermined temperature, having a cooler for cooling surplus carbon dioxide returned to the suction of the liquid carbon dioxide high-pressure pump to a predetermined temperature, Having a carbon dioxide heater for heating pressurized liquid carbon dioxide to a predetermined temperature; having a mixture temperature regulator for adjusting the mixed paint / carbon dioxide pressurized mixture to a predetermined temperature; It is a preferred embodiment that the micro-mixer can rapidly mix paint and carbon dioxide.
また、本発明では、塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定の圧力に減圧する２次圧調整弁から噴霧ガンまでを、複数系列で構成することにより、塗料供給工程と二酸化炭素供給工程を、それぞれ１系列としながら、塗装対象物を、複数の噴霧ガンで塗装することが可能となり、あるいは複数の塗装対象物を、同時に塗装することが可能となる。 In the present invention, the paint supply step and the carbon dioxide supply step can be performed by configuring the paint / carbon dioxide pressure mixture from a secondary pressure regulating valve for reducing pressure to a predetermined pressure to a spray gun in a plurality of series. It is possible to paint the object to be painted with a plurality of spray guns, or to paint a plurality of objects to be coated at the same time, with one series each.
更に、本発明では、噴霧圧（２次圧調整弁の設定値）に応じて、その流量を自動的に可変する流体の質量流量に対して、一定比率となるように、流量可変を行わない流体側のポンプ吐出量を制御すること、流量可変を行う流体が塗料であることを、好ましい実施の態様としている。 Further, in the present invention, the flow rate is not varied so as to be a constant ratio with respect to the mass flow rate of the fluid whose flow rate is automatically varied according to the spray pressure (set value of the secondary pressure adjusting valve). The preferred embodiment is that the pump discharge amount on the fluid side is controlled, and the fluid for varying the flow rate is a paint.
一般に、有機溶剤系塗装では、重量基準で、塗料、すなわち、ポリマーと、ポリマーを溶解して流動性を持たせる真溶剤の５０から１５０％の希釈溶剤、例えば、トルエン、キシレンなどを加えて、噴霧が可能な粘度まで低下させることが必要とされる。そして、その低粘度化された塗料／希釈溶剤の混合物は、空気を霧化媒体としたエアースプレー方式や、霧化エアーを使用しない高圧噴霧方式により、微細液滴として噴霧され、塗装対象物に塗布される。 In general, in organic solvent-based coatings, on a weight basis, a paint, that is, a polymer and a dilute solvent of 50 to 150% of a true solvent that dissolves the polymer and has fluidity, such as toluene and xylene, are added, It is necessary to reduce the viscosity to enable spraying. The low-viscosity paint / dilution solvent mixture is sprayed as fine droplets by an air spray method using air as an atomizing medium or a high-pressure spray method that does not use atomized air. Applied.
本発明は、上記の有機溶剤系塗装で使用される希釈溶剤を、二酸化炭素で一部又は全部を代替する塗装方式を提供するものである。本発明で対象とされる塗料は、大別して、紫外線硬化型塗料、一液硬化型塗料、及び二液硬化型塗料の３種に分けられる。紫外線硬化型塗料とは、紫外線で硬化し、造膜する塗料であり、高硬度、耐摩耗性、耐擦傷性、耐化学薬品性、耐溶剤性などに優れ、例えば、携帯電話などのハードコートとして用いられる。 The present invention provides a coating method in which the diluent solvent used in the organic solvent-based coating is partially or entirely replaced with carbon dioxide. The paints targeted in the present invention are roughly classified into three types: ultraviolet curable paints, one-part curable paints, and two-part curable paints. UV curable paint is a paint that is cured by UV and forms a film, and has excellent hardness, abrasion resistance, scratch resistance, chemical resistance, solvent resistance, etc., for example, hard coat for mobile phones, etc. Used as
上記塗料は、紫外線（ＵＶ）をエネルギーとして、アクリル系オリゴマー、モノマー配合品が、ラジカル重合して、塗膜を形成する塗料である。また、一液硬化型塗料とは、無希釈で、あるいはシンナーなどの希釈剤（粘度調整剤）だけを調合して用いる塗料であり、主に、家電製品、例えば、ＴＶキャビネットなどや、自動車部品、工業部品などに用いられる。 The coating material is a coating material that forms a coating film by radical polymerization of an acrylic oligomer or monomer compound using ultraviolet rays (UV) as energy. In addition, the one-component curable paint is a paint that is used undiluted or by blending only a diluent (viscosity modifier) such as thinner, and is mainly used for home appliances such as TV cabinets and automobile parts. Used for industrial parts.
上記塗料は、アクリル樹脂を主成分とし、硬化剤を使用しなくても、塗膜形成される塗料である。ニトロセルロースがブレンドされていることで、速乾性で、硬度が高く、耐摩耗性が優れている。適用素材は、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ノリル樹脂、硬質塩化ビニール樹脂、ポリカーボネート樹脂など、巾広い用途に使用される。 The above-mentioned paint is a paint that has an acrylic resin as a main component and that forms a coating film without using a curing agent. By blending nitrocellulose, it is quick-drying, high in hardness, and excellent in wear resistance. The applicable material is used for a wide range of applications such as polystyrene resin, ABS resin, AS resin, Noryl resin, hard vinyl chloride resin, polycarbonate resin and the like.
一方、二液硬化型塗料とは、硬化剤を使用前に混合し、化学反応で硬化し、乾燥する塗料であり、耐アルコール性、耐磨耗性に優れ、主に、自動車内装、精密機器、光学機器などに用いられる。この塗料は、アクリル樹脂を主成分とし、ポリイソシアネート化合物を硬化剤とする、二液反応硬化型のアクリルウレタン塗料である。 On the other hand, a two-component curable paint is a paint that is mixed with a curing agent before use, cured by chemical reaction, and dried. It is excellent in alcohol resistance and abrasion resistance, mainly in automobile interiors and precision equipment. Used in optical equipment. This paint is a two-component reaction-curing acrylic urethane paint containing an acrylic resin as a main component and a polyisocyanate compound as a curing agent.
本発明では、塗料に、二酸化炭素を混合、溶解させるが、その条件は、温度は３０〜７０℃、好ましくは３５から４５℃、圧力は５〜２０ＭＰａ、好ましくは７〜１０ＭＰａである。従って、塗料を加圧する必要があるが、一般的に、粘度が５０〜５００ｃｐと高く、塗料高圧ポンプとして、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどが用いられる。 In the present invention, carbon dioxide is mixed and dissolved in the paint. The conditions are a temperature of 30 to 70 ° C., preferably 35 to 45 ° C., and a pressure of 5 to 20 MPa, preferably 7 to 10 MPa. Therefore, it is necessary to pressurize the paint, but generally the viscosity is as high as 50 to 500 cp, and a piston pump, a diaphragm pump, or the like is used as the paint high-pressure pump.
塗料粘度が充分に高ければ、ギヤポンプの採用も可能となる。防爆対策が必要な場合には、ポンプの駆動源としては、空気を採用するか、防爆ボックス内に設置し、内部に、不活性ガスを流通させることも可能である。一方、二酸化炭素高圧ポンプとしては、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプに加え、プランジャーポンプの採用も可能である。ただし、二酸化炭素の加圧に際しては、液体二酸化炭素での加圧が有利であり、この場合、ポンプの前段での冷却が必要とされる。 If the paint viscosity is sufficiently high, a gear pump can be used. When an explosion-proof measure is required, air can be adopted as a pump drive source, or it can be installed in an explosion-proof box and an inert gas can be circulated therein. On the other hand, as a high-pressure carbon dioxide pump, a plunger pump can be adopted in addition to a piston pump and a diaphragm pump. However, in pressurization of carbon dioxide, pressurization with liquid carbon dioxide is advantageous, and in this case, cooling at the front stage of the pump is required.
本発明では、加熱器の型式は、特に限定されないが、装置の運転開始時や、流量を変えたときなどに、温度をなるべく早く一定に制御することや、塗装面の切り替えなどで噴霧を一時的に停止し、再度噴霧を開始するときなどに、それぞれの流体の温度が大きく変化しないことが求められる。そのため、一般的に使用される電気加熱式加熱器よりは、加熱媒体（通常は、水）の満たされたタンクに、流体の通過する高圧配管をコイル状に浸漬したタンク／コイル式の熱交換器が好適に用いられる。特に、混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物は、塗料によっては、大きな混合熱が発生することがあるが、タンク／コイル式の熱交換器であれば、所定の温度に調整（冷却）することも可能となる。 In the present invention, the type of the heater is not particularly limited. However, when the apparatus is started or when the flow rate is changed, the temperature is controlled to be constant as soon as possible, or the spray is temporarily changed by switching the painted surface. When the operation is stopped and spraying is started again, it is required that the temperature of each fluid does not change greatly. Therefore, a tank / coil type heat exchange in which a high-pressure pipe through which a fluid passes is immersed in a tank filled with a heating medium (usually water) rather than a commonly used electric heater. A vessel is preferably used. In particular, the paint / carbon dioxide pressure mixture after mixing may generate a large heat of mixing depending on the paint, but if it is a tank / coil heat exchanger, it is adjusted (cooled) to a predetermined temperature. It is also possible.
本発明では、上記塗料と、二酸化炭素を効率的に混合し、塗料中に、二酸化炭素を溶解していくことが必要である。従来、この目的ためには、インラインミキサである流体多段分割原理を応用したスタティックミキサ（静的混合器）が用いられてきたが、必ずしも充分な混合、溶解が実現できていない。本発明では、マイクロ混合の原理を利用した高圧マイクロ混合器が使用される。 In the present invention, it is necessary to efficiently mix the paint and carbon dioxide and dissolve the carbon dioxide in the paint. Conventionally, static mixers (static mixers) applying the fluid multistage division principle, which is an in-line mixer, have been used for this purpose, but sufficient mixing and dissolution cannot always be realized. In the present invention, a high-pressure micromixer using the principle of micromixing is used.
高圧マイクロ混合器の型式は、特に限定されないが、塗料の粘性が高いことや、閉塞性があることなどを勘案すると、拡散距離を極めて短くして、２流体を混合するインターディジタルチャネル構造、例えば、ドイツ、ＩＭＭ社が提供する層流型マイクロキミサよりは、流体の乱流混合効果を利用したマイクロ混合器の方が、望ましい。 The type of the high-pressure micromixer is not particularly limited. However, in consideration of the high viscosity of the paint and the blocking property, an interdigital channel structure that mixes two fluids with an extremely short diffusion distance, for example, A micro mixer utilizing the turbulent mixing effect of a fluid is preferable to a laminar flow type micro Kimisa provided by IMM, Germany.
これらの混合器としては、例えば、流路径が０．５ｍｍ以下のＴ字型混合器、旋回流を利用したスワール型マイクロ混合器、流体を微小な空間の中心で衝突させる中心衝突型マイクロ混合器、及び内管の内径が０．５ｍｍ以下の二重管式マイクロ混合器、などがあげられる。 As these mixers, for example, a T-shaped mixer having a flow path diameter of 0.5 mm or less, a swirl type micro mixer using a swirling flow, and a center collision type micro mixer that causes a fluid to collide at the center of a minute space And a double-tube micromixer having an inner tube with an inner diameter of 0.5 mm or less.
また、これらのマイクロ混合器では、塗料と二酸化炭素の充分な混合が行われ、安定した一相混合物を形成することが可能となるが、塗料と二酸化炭素が完全に混合されても、塗料中へ、二酸化炭素が完全に溶解するまでには、一定の保持時間が必要となることがある。また、条件によっては、混合器以降、噴霧ガンまでの間で、塗料と二酸化炭素の二相系となることもあり、その場合、両流体の粘性が大きく異なるため、噴霧が安定せず、きれいな塗布が実現できない危険性がある。塗料への二酸化炭素の溶解度は、塗料の種類、温度・圧力により大きく変動するが、混合器及び混合器以降の構成によっても、大きな影響を受けることになる。 In addition, in these micro mixers, the paint and carbon dioxide are sufficiently mixed to form a stable one-phase mixture. However, even if the paint and carbon dioxide are completely mixed, In addition, a certain holding time may be required until carbon dioxide is completely dissolved. Also, depending on the conditions, there may be a two-phase system of paint and carbon dioxide between the mixer and the spray gun. In that case, the viscosity of the two fluids differ greatly, so the spray is not stable and clean. There is a risk that application cannot be realized. The solubility of carbon dioxide in the paint varies greatly depending on the kind of paint, temperature and pressure, but is greatly influenced by the mixer and the configuration after the mixer.
本発明で用いる噴霧ガンは、エアレスタイプの高圧噴霧ガンであれば良いが、噴霧流量、噴霧圧力、及び噴霧パターンの最終的な制御は、この噴霧ガンに装着されている高圧ノズルオリフィスの開口径（相当径）とその形状に依存するため、極めて重要である。噴霧流量は、単位時間当たりの塗装量をどのくらいに設定するかで、大きく異なるが、塗料の流量として、一般的に、１０〜５００ｇ／ｍｉｎの範囲が選択される。 The spray gun used in the present invention may be an airless high-pressure spray gun, but the final control of the spray flow rate, spray pressure, and spray pattern is controlled by the opening diameter of the high-pressure nozzle orifice mounted on the spray gun. Since it depends on (equivalent diameter) and its shape, it is extremely important. The spraying flow rate varies greatly depending on how much the coating amount per unit time is set, but a range of 10 to 500 g / min is generally selected as the flow rate of the coating material.
例えば、噴霧流量が、１００ｇ／ｍｉｎ程度の場合、その時の圧力を５〜１０ＭＰａとすると、オリフィスの相当直径は、０．１〜０．２ｍｍが選択される。オリフィスの形状については、求められる噴霧スプレーパターンにより異なるが、フラットスプレーであれば、楕円形のオリフィス形状となる。また、オリフィス形状が円形であれば、フルコーンスプレーとなるが、噴出直後に空気などを吹き付けて、スプレーパターンを制御することにより、フルコーンスプレーをフラットスプレーに変えることも可能である。 For example, when the spray flow rate is about 100 g / min and the pressure at that time is 5 to 10 MPa, 0.1 to 0.2 mm is selected as the equivalent diameter of the orifice. The shape of the orifice varies depending on the required spray pattern, but if it is a flat spray, it has an elliptical orifice shape. In addition, if the orifice shape is circular, it becomes a full cone spray, but it is also possible to change the full cone spray to a flat spray by blowing air or the like immediately after jetting and controlling the spray pattern.
次に、添付図面を参照し、本発明の実施の形態を具体的に説明する。図２に示す装置は、本発明に係る二酸化炭素塗装装置の好適な実施形態の一例である。図中の符号は、以下に示す手段を示す。すなわち、１：塗料タンク、２：塗料フィルター、３：塗料高圧ポンプ、４：塗料１次圧調整弁、５：質量流量計、６：塗料加熱器、７：ＣＯ２ボンベ、８：ＣＯ２フィルター、９：ＣＯ２冷却器、１０：ＣＯ２高圧ポンプ、１１：質量流量・制御計、１２：ＣＯ２加熱器、１３：ＣＯ２１次圧調整弁、１４：ＣＯ２冷却器２、１５：塗料逆止弁、１６：ＣＯ２逆止弁、１７：混合器、１８：混合物温度調整器、１９：２次圧調整弁１、２０：噴霧ガン１、２１：２次圧調整弁２、２２：噴霧ガン２、２３，２４，２５，２６：ストップ弁、をそれぞれ示す。 Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. The apparatus shown in FIG. 2 is an example of a preferred embodiment of the carbon dioxide coating apparatus according to the present invention. The reference numerals in the figure indicate the following means. That is, 1: paint tank, 2: paint filter, 3: paint high pressure pump, 4: paint primary pressure regulating valve, 5: mass flow meter, 6: paint heater, 7: CO 2 cylinder, 8: CO 2 filter , 9: CO 2 cooler, 10: CO 2 high pressure pump, 11: Mass flow rate / control meter, 12: CO 2 heater, 13: CO 2 primary pressure regulating valve, 14: CO 2 cooler 2, 15: Paint check valve, 16: CO 2 check valve, 17: Mixer, 18: Mixture temperature regulator, 19: Secondary pressure regulating valve 1, 20: Spray gun 1, 21: Secondary pressure regulating valve 2, 22 : Spray gun 2, 23, 24, 25, 26: Stop valve, respectively.
上記装置、及びその動作について詳しく説明すると、塗料は、塗料タンク１に充填され、必要に応じて、窒素ガスなどにより加圧（数気圧）されて、フィルター２を経由して、塗料高圧ポンプ３のサクションに供給される。通常、フィルター２の目開きは、クリア塗料であれば、数十μｍで良いが、有色塗料の場合には、固形物顔料を含有しているため、数百μｍとすることが望ましい。 The above apparatus and its operation will be described in detail. The paint is filled in the paint tank 1 and, if necessary, pressurized (several atmospheres) with nitrogen gas or the like. Supplied to the suction. Usually, the aperture of the filter 2 may be several tens of μm if it is a clear paint, but it is preferably several hundreds of μm because it contains a solid pigment in the case of a colored paint.
塗料高圧ポンプ３は、容積式のポンプであり、吐出圧力が２０ＭＰａ程度まであれば良く、一般的には、ダイアフラムポンプ、好ましくは脈動対策として、２連式のダイアフラムポンプが選定される。塗料によっては、プランジャーポンプでも可能であるが、プランジャーシール部が塗料で固着する危険性があるため、通常は、選択されない。対応策として、プランジャーシール部を、溶剤で浸漬することも適宜行うことができる。 The paint high-pressure pump 3 is a positive displacement pump, and it is sufficient that the discharge pressure is about 20 MPa. Generally, a diaphragm pump, preferably a double diaphragm pump is selected as a countermeasure against pulsation. Depending on the paint, a plunger pump is also possible, but it is not usually selected because there is a risk that the plunger seal portion will be stuck with the paint. As a countermeasure, the plunger seal portion can be appropriately immersed in a solvent.
ポンプ駆動源は、装置の設置場所により、空気作動式、電動式が適宜選択される。塗料は、塗料高圧ポンプ３で、通常、１２ＭＰａ前後に加圧され、２次圧調整弁１９，２０の設定値、通常、１０ＭＰａに応じた噴霧ガン２０，２２の各噴霧量の合計流量が、質量流量計５で計測される。各噴霧ガンでの噴霧流量は、２次圧調整弁の設定値とガン先端に設置されたノズルオリフィスの口径で決定される。ここで、塗料高圧ポンプ３の吐出量は、あらかじめ噴霧ガンでの合計流量より大きく設定されており、余剰分は、塗料１次圧調整弁４を経由して、塗料タンク１に循環される。その後、必要に応じて、塗料加熱器６で、４０℃前後に加熱されて、混合器１７に送られる。 The pump drive source is appropriately selected from the air-operated type and the electric type depending on the installation location of the apparatus. The paint is normally pressurized to around 12 MPa by the paint high-pressure pump 3, and the set value of the secondary pressure adjusting valves 19, 20, usually the total flow rate of each spray amount of the spray guns 20, 22 according to 10 MPa, It is measured by the mass flow meter 5. The spray flow rate in each spray gun is determined by the set value of the secondary pressure adjusting valve and the diameter of the nozzle orifice installed at the tip of the gun. Here, the discharge amount of the paint high-pressure pump 3 is set in advance to be larger than the total flow rate of the spray gun, and the surplus is circulated to the paint tank 1 via the paint primary pressure regulating valve 4. Thereafter, if necessary, the paint heater 6 is heated to around 40 ° C. and sent to the mixer 17.
一方、ＣＯ２は、ボンベ７の液体部分を吸い込み、フィルター８を通り、冷却器９で、飽和温度以下に冷却されて、ＣＯ２高圧ポンプ１０のサクションに供給される。この液体ＣＯ２は、ＣＯ２高圧ポンプ１０で加圧され、更に、ＣＯ２加熱器１２で、臨界温度（３１℃）以上、通常、４０℃の超臨界ＣＯ２に加熱されて、混合器１７に送られる。 On the other hand, CO 2 sucks the liquid portion of the cylinder 7, passes through the filter 8, is cooled to a temperature equal to or lower than the saturation temperature by the cooler 9, and is supplied to the suction of the CO 2 high-pressure pump 10. The liquid CO 2 is pressurized by the CO 2 high-pressure pump 10, further, in a CO 2 heater 12, the critical temperature (31 ° C.) or higher, usually, is heated to supercritical CO 2 of 40 ° C., the mixer 17 Sent to.
ここで、ＣＯ２高圧ポンプとしては、通常、ダイヤフラムポンプや、プランジャ−ポンプなどが選定されるが、塗料の場合と同様に、脈動防止のため、２連式ポンプの採用が望ましい。また、通常、ＣＯ２供給の必要量は、塗料の３０％以下と少量である。そのため、噴霧流量が少ない場合には、プランジャーポンプが採用される。ＣＯ２高圧ポンプ１０の吐出量は、質量流量計５で計測された塗料流量に対して、一定比率、通常、２０〜３０％、となるように、質量流量・制御計１１からの信号がＣＯ２高圧ポンプ１０の駆動系に送られ、ストローク調整やモータの周波数制御、あるいは作動用空気量制御などにより、コントロールされる。 Here, as the CO 2 high pressure pump, a diaphragm pump, a plunger pump, or the like is usually selected. However, as in the case of the paint, it is desirable to employ a double pump to prevent pulsation. In general, the required amount of CO 2 supply is as small as 30% or less of the paint. Therefore, when the spray flow rate is small, a plunger pump is employed. The discharge amount of the CO 2 high-pressure pump 10 is such that the signal from the mass flow rate / control meter 11 is CO so that it becomes a constant ratio, usually 20-30%, with respect to the paint flow rate measured by the mass flow meter 5. (2) It is sent to the drive system of the high-pressure pump 10 and controlled by adjusting the stroke, controlling the frequency of the motor, or controlling the air amount for operation.
加圧、加熱された塗料、及びＣＯ２は、混合器１７で、瞬時に混合され、塗料／ＣＯ２混合物となる。混合器の構造としては、迅速混合性や、完全混合性を考慮して、マイクロ混合器の採用が望ましい。例えば、流路径が０．５ｍｍ以下のＴ字型混合器、旋回流を利用したスワール型マイクロ混合器、流体を微小な空間の中心で衝突させることを可能とする中心衝突型マイクロ混合器、及び内管の内径が０．５ｍｍ以下の二重管式マイクロ混合器などが好適に使用される。 The pressurized and heated paint and CO 2 are mixed instantaneously in the mixer 17 to become a paint / CO 2 mixture. As the structure of the mixer, it is desirable to adopt a micro mixer in consideration of quick mixing and complete mixing. For example, a T-shaped mixer having a flow path diameter of 0.5 mm or less, a swirl type micro mixer using a swirling flow, a center collision type micro mixer that enables a fluid to collide at the center of a minute space, and A double-tube micromixer having an inner diameter of 0.5 mm or less is preferably used.
中心衝突型マイクロ混合器の構造を、図３に示す。図で、ＣＯ２は、上部の入口から導入され、混合状態を調整するニードル回りの環状部を、下向きに流れる。一方、塗料は、下部入口から導入され、内部で複数の流れに分割（通常は、２分割あるいは４分割）されて、ニードル先端部の微小空間で、ＣＯ２と塗料が中心衝突して、瞬時に混合される。塗料／ＣＯ２混合物は、必要に応じて、混合物温度調整器１８で、所定温度に調整され、２次圧調整弁１９，２１に導入される。 The structure of the center collision type micromixer is shown in FIG. In the figure, CO 2 is introduced from the upper inlet and flows downward through an annular portion around the needle that adjusts the mixing state. On the other hand, the paint is introduced from the lower inlet, and is divided into a plurality of flows (usually divided into two or four), and CO 2 and the paint collide with each other in the minute space at the tip of the needle to instantaneously To be mixed. The paint / CO 2 mixture is adjusted to a predetermined temperature by the mixture temperature regulator 18 as necessary, and is introduced into the secondary pressure regulating valves 19 and 21.
前述したように、噴霧ガン２０，２２での噴霧量は、２次圧調整弁の設定値で決まるため、あらかじめ噴霧ガン先端に設置したノズルオリフィス及び２次圧設定値と、噴霧量の関係を求めておき、必要な塗装量で、塗装対象物に向けて噴霧される。２次圧調整弁から噴霧ガンの系列数は、１系列から希望の系列数とすることが可能であり、各系列毎に、圧力設定値を変えて、異なった噴霧量で、塗装を実施することも可能である。また、図示していないが、２次圧調整弁の下流に、更に、複数の２次圧調整弁と噴霧ガンを設置することも可能であり、塗装状況に応じて、自由度の高い構成を構築することが可能である。 As described above, since the spray amount in the spray guns 20 and 22 is determined by the set value of the secondary pressure regulating valve, the relationship between the spray amount and the nozzle orifice and the secondary pressure set value set in advance at the tip of the spray gun is shown. It is obtained and sprayed toward the object to be painted with a necessary amount of coating. The number of spray guns from the secondary pressure regulating valve can be changed from one to the desired number. For each series, the pressure setting value is changed and coating is performed with different spray amounts. It is also possible. Although not shown, it is also possible to install a plurality of secondary pressure regulating valves and spray guns downstream of the secondary pressure regulating valve. It is possible to build.
塗料／ＣＯ２混合物は、噴霧直後に、ＣＯ２が離脱し、塗料の微細粒子となる。この塗料粒子の粒径は、温度、圧力、そして、噴霧ガンの構造、代表的には、ノズルオリフィス口径などに依存するが、通常、１０〜５０μｍの範囲にある。塗装対象物が立体的な形状の場合には、噴霧ガンが、３次元ロボットに搭載されて、塗装が行われるが、塗装面を切り替えるときなどには、ストップ弁２３及び／あるいは２５が閉となり、直後に、ストップ弁２４及び／あるいは２６が開となって、超臨界ＣＯ２が噴霧ガンのノズルに供給されて、瞬時に洗浄が行われる。 In the paint / CO 2 mixture, CO 2 is released immediately after spraying and becomes fine particles of the paint. The particle diameter of the paint particles depends on temperature, pressure, and the structure of the spray gun, typically the nozzle orifice diameter, but is usually in the range of 10 to 50 μm. When the object to be painted has a three-dimensional shape, a spray gun is mounted on the three-dimensional robot and painting is performed. However, when the painting surface is switched, the stop valves 23 and / or 25 are closed. Immediately after that, the stop valve 24 and / or 26 is opened, and supercritical CO 2 is supplied to the nozzle of the spray gun, and cleaning is performed instantaneously.
これがないと、ノズル先端部の閉塞の可能性が高まる。このとき、塗料高圧ポンプ３は、運転を継続しているが、操作圧力のまま、１次圧調整弁１３により、塗料が循環される。ＣＯ２によるノズル洗浄は短時間で良く、通常は、タイマー設定により、数秒以内でストップ弁２４及び／又は２６を閉として、終了する。 Without this, the possibility of blockage of the nozzle tip increases. At this time, although the paint high-pressure pump 3 continues to operate, the paint is circulated by the primary pressure adjusting valve 13 while maintaining the operation pressure. Nozzle cleaning with CO 2 may be performed in a short time, and is usually completed by closing the stop valves 24 and / or 26 within a few seconds by setting a timer.
本方式は、ストップ弁２３、２４、あるいは２５，２６が共に閉となっても、塗料の場合と同様、ＣＯ２も、１次圧調整弁１３により、余剰分をＣＯ２高圧ポンプ１０のサクションにも戻すことが可能であり、特に、運転上、問題はない。ただし、１次圧調整弁１３の設定値は、１次圧調整弁４の設定値より高く設定（通常は、０．５ＭＰａほど高め）されているため、ＣＯ２高圧ポンプ吐出部から２次圧調整弁１９及び２１の入り口部までは、圧力が上昇する。 In this method, even if both the stop valves 23, 24, 25, and 26 are closed, as in the case of the paint, the CO 2 is also suctioned by the CO 2 high-pressure pump 10 by the primary pressure regulating valve 13. In particular, there is no problem in operation. However, since the set value of the primary pressure adjusting valve 13 is set higher than the set value of the primary pressure adjusting valve 4 (usually higher by about 0.5 MPa), the secondary pressure is discharged from the CO 2 high pressure pump discharge section. The pressure increases up to the inlets of the regulating valves 19 and 21.
また、１次圧調整弁１３により、減圧されるため、液体状態を確保するために、冷却器１４で、ＣＯ２は冷却されることが好ましい。本図では、冷却器１４と冷却器９を別々として設置しているが、冷却器１４の役割を、冷却器９で行うことも可能である。塗装を再開するときは、ストップ弁２３及び／又は２５を開とすれば、噴霧が再開される。 Further, since the pressure is reduced by the primary pressure adjusting valve 13, CO 2 is preferably cooled by the cooler 14 in order to ensure a liquid state. In the figure, the cooler 14 and the cooler 9 are installed separately, but the role of the cooler 14 can also be performed by the cooler 9. When resuming painting, if the stop valves 23 and / or 25 are opened, spraying is resumed.
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）ＶＯＣ発生を大幅に低減することが可能な低環境負荷型の新しい塗装装置、及びその塗装方法を提供することができる。
（２）従来の有機溶剤系塗料によるスプレー塗装において、大量に使用される希釈溶剤（ＶＯＣ）を、極少量の二酸化炭素に代替することが可能となる。
（３）希釈溶剤（ＶＯＣ）の大気中への排出を防止した、新しい塗装技術を提供することができる。
（４）塗料の粘度が高いことに起因する、装置の閉塞性の問題を確実に抑制し得る、実用化可能な塗装技術を提供することができる。
（５）塗料供給系及びＣＯ２供給系を、それぞれ１系列のままで、噴霧ガンを複数設置することが可能となり、実際の塗装現場における様々な要求に答えることができる。
（６）塗装面の切り替えや塗装対象物の入れ替え時などに要求される、噴霧の瞬時停止や短時間停止などに、迅速かつ的確に対応することが可能である。
The present invention has the following effects.
(1) It is possible to provide a new low environmental load type coating apparatus capable of greatly reducing the occurrence of VOC and a coating method therefor.
(2) In spray coating with a conventional organic solvent-based paint, it is possible to replace a diluting solvent (VOC) used in large quantities with a very small amount of carbon dioxide.
(3) It is possible to provide a new coating technique that prevents the dilution solvent (VOC) from being discharged into the atmosphere.
(4) It is possible to provide a practical coating technique that can surely suppress the problem of blockage of the apparatus due to the high viscosity of the paint.
(5) It is possible to install a plurality of spray guns with one paint supply system and one CO 2 supply system, respectively, and to meet various demands at actual painting sites.
(6) It is possible to respond promptly and accurately to the instantaneous stop or short stop of spraying, which is required when switching the painted surface or replacing the object to be painted.
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.
（塗装実験１）
塗料として、市販の紫外線硬化型クリア塗料（シンナー無添加）を対象に、塗装実験を行った。代表的な塗料組成は、樹脂成分４９％、真溶剤４７％、添加剤４％であり、樹脂成分は、多官能アクリレートを主成分に、熱可塑性アクリレート、ウレタンアクリレートを、それぞれ含んでいる。真溶剤は、含有量の多い順に、トルエン、酢酸ブチル、ｎ−ブチルアルコール、キシレン、エチルベンゼンからなり、添加剤としては、光重合開始剤のほか、微量の紫外線吸収剤、及び表面調整剤が含まれている。
(Coating experiment 1)
A coating experiment was conducted on a commercially available UV curable clear paint (without adding thinner) as a paint. A typical coating composition is a resin component 49%, a true solvent 47%, and an additive 4%. The resin component contains a polyfunctional acrylate as a main component, and a thermoplastic acrylate and a urethane acrylate, respectively. True solvent consists of toluene, butyl acetate, n-butyl alcohol, xylene, and ethylbenzene in descending order of content. Additives include trace amounts of UV absorbers and surface conditioners in addition to photopolymerization initiators. It is.
塗装装置は、図２に示した構成とした。ただし、ＣＯ２流量を計測・制御する質量流量・制御計１１は、本実験系では、質量流量計のみの機能とし、塗装流量とのカスケード制御は行わなかった。塗料高圧ポンプ３としては、２連式ダイヤフラムポンプを用いて、また、ＣＯ２高圧ポンプ１０としては、２連式プランジャーポンプを用いて、加熱器６，１２及び混合物温度調整器１８を、４０℃に制御した。 The coating apparatus was configured as shown in FIG. However, the mass flow rate / control meter 11 that measures and controls the CO 2 flow rate is a function of only the mass flow meter in this experimental system, and cascade control with the coating flow rate is not performed. As the paint high pressure pump 3, a double diaphragm pump is used, and as the CO 2 high pressure pump 10, a double plunger pump is used. Controlled to ° C.
ここで、塗料加熱器６、ＣＯ２加熱器１２及び混合物温度調整器１８は、熱媒として、温水を循環するコイル／シェル型の熱交換器を採用した。一方、液相状態を確実に保つための冷却器９及び１４は、二重管型の熱交換器を採用し、外管に冷媒を供給して、５℃以下となるように、冷媒量を制御した。混合器１７としては、混合後の流路径が０．３ｍｍの１／１６インチＴ字継手（ローデッドボリュームＴ字継手、ＬＤＶ−Ｔと略記する。）を用いた。 Here, the paint heater 6, the CO 2 heater 12, and the mixture temperature adjuster 18 employ a coil / shell type heat exchanger that circulates hot water as a heat medium. On the other hand, the coolers 9 and 14 for reliably maintaining the liquid phase state employ a double-pipe heat exchanger, supply the refrigerant to the outer tube, and reduce the amount of the refrigerant so that it becomes 5 ° C. or less. Controlled. As the mixer 17, a 1/16 inch T-shaped joint having a flow path diameter after mixing of 0.3 mm (abbreviated as a loaded volume T-shaped joint, LDV-T) was used.
各部の圧力設定は、１次圧調整弁４を１０ＭＰａ、１次圧調整弁１３を１０．５ＭＰａ、２次圧調整弁１９，２１を、それぞれ７ＭＰａとした。塗料高圧ポンプの吐出量は、１００ｇ／分となるように、あらかじめ求めておいた流量／ポンプストロークの関係より、ストロークを調整した。ＣＯ２高圧ポンプの吐出量は、１８ｇ／分となるように、あらかじめ求めておいた流量／ポンプ目盛の関係より、目盛を調整した。噴霧ガン２０及び２２の先端には、オリフィス相当径０．１５ｍｍの楕円形高圧ノズルを装着した。 The pressure setting of each part was 10 MPa for the primary pressure adjustment valve 4, 10.5 MPa for the primary pressure adjustment valve 13, and 7 MPa for the secondary pressure adjustment valves 19 and 21, respectively. The stroke was adjusted based on the relationship between the flow rate / pump stroke determined in advance so that the discharge amount of the paint high-pressure pump was 100 g / min. The scale was adjusted from the relationship of the flow rate / pump scale determined in advance so that the discharge amount of the CO 2 high-pressure pump was 18 g / min. An elliptical high-pressure nozzle having an orifice equivalent diameter of 0.15 mm was attached to the tip of the spray guns 20 and 22.
ストップ弁２３及び２５、２４及び２６を閉としたまま、塗料高圧ポンプ３及びＣＯ２高圧ポンプ１０の運転を開始した。運転開始後、塗料高圧ポンプ３吐出部から１次圧調整弁４及び逆止弁１５の入口部までが、１０ＭＰａに加圧され、塗料は、１次圧調整弁４を経由して、塗料タンク１に全量循環された。一方、ＣＯ２高圧ポンプ１０吐出部から１次圧調整弁１３、２次圧調整弁１９及び２１、更に、ストップ弁２４及び２６の入口部までが、１０．５ＭＰａに加圧され、ＣＯ２は、１次圧調整弁１３を経由して、ポンプサクションに全量循環された。また、２次圧調整弁１９及び２１の出口部からストップ弁２３及び２５の入口部までが、７ＭＰａとなり、安定した。 The operation of the paint high pressure pump 3 and the CO 2 high pressure pump 10 was started with the stop valves 23 and 25, 24 and 26 closed. After the operation is started, the pressure from the discharge part of the paint high pressure pump 3 to the inlet part of the primary pressure adjusting valve 4 and the check valve 15 is pressurized to 10 MPa, and the paint is passed through the primary pressure adjusting valve 4 to the paint tank. The total amount was recycled to 1. On the other hand, CO 2 from the high-pressure pump 10 discharge unit primary pressure adjusting valve 13, the primary pressure control valve 19 and 21, further, to the inlet of the stop valve 24 and 26 is pressurized to 10.5 MPa, CO 2 is The entire amount was circulated to the pump suction via the primary pressure regulating valve 13. In addition, the pressure from the outlet of the secondary pressure regulating valves 19 and 21 to the inlet of the stop valves 23 and 25 was 7 MPa, which was stable.
上述の状態から、ストップ弁２３及び２５を開とすると、塗料及びＣＯ２が噴霧ガンに向けて流れ始め、両ポンプの吐出部から１次圧調整弁４及び１３、２次圧調整弁１９及び２１の入口部までが、数秒で、約１０ＭＰａで安定化し、噴霧ガン２０、２２が、７ＭＰａで、安定した。安定後の塗料質量流量計５の数値は、９０ｇ／分でほぼ一定となった。塗料高圧ポンプ３の吐出量は、１００ｇ／分に設定したので、残りの１０ｇ／分は、１次圧調整弁４を経由して、塗料タンク１に循環された。 When the stop valves 23 and 25 are opened from the above state, the paint and CO 2 begin to flow toward the spray gun, and the primary pressure regulating valves 4 and 13 and the secondary pressure regulating valve 19 and Up to 21 inlets were stabilized at about 10 MPa in a few seconds, and spray guns 20 and 22 were stabilized at 7 MPa. The numerical value of the paint mass flow meter 5 after stabilization became almost constant at 90 g / min. Since the discharge amount of the paint high-pressure pump 3 was set to 100 g / min, the remaining 10 g / min was circulated to the paint tank 1 via the primary pressure regulating valve 4.
この時、ＣＯ２質量流量計１１は、１８ｇ／分を示し、塗料流量に対して、２０％となった。また、噴霧ガン２０，２２からそれぞれ噴霧された噴霧物を、容器に直接受けて、その重量を測定した結果、ほぼ同量であることを確認した。この結果は、二酸化炭素を用いた塗装方式において、供給系は、１系列であっても、複数の噴霧ガンを設置できることを示すものである。 At this time, the CO 2 mass flow meter 11 showed 18 g / min, and became 20% with respect to the paint flow rate. Moreover, as a result of directly receiving the sprays sprayed from the spray guns 20 and 22 respectively in the container and measuring the weight thereof, it was confirmed that they were almost the same amount. This result shows that in a coating system using carbon dioxide, a plurality of spray guns can be installed even if the supply system is one series.
また、２次圧調整弁１９及び２１の設定値を変えてみると、それに応じた噴霧量となること、必要であれば、２つの噴霧ガンの噴霧量を大きく変えられること、なども確認した。引き続き、噴霧ガンを、２次元塗装ロボットに装着して、２枚のプラスチック板を同時に塗装した。塗装後のプラスチック板は、５分間、室温で保持した後、５０℃の乾燥器内で、１０分間、乾燥を行い、その後、紫外線照射機で、塗膜を硬化させた後、塗膜面の評価を行った。 It was also confirmed that changing the set values of the secondary pressure regulating valves 19 and 21 resulted in a spray amount corresponding to that, and that if necessary, the spray amount of the two spray guns could be greatly changed. . Subsequently, the spray gun was attached to a two-dimensional painting robot, and two plastic plates were painted simultaneously. The coated plastic plate is kept for 5 minutes at room temperature, then dried in a dryer at 50 ° C. for 10 minutes, and then the coating film is cured with an ultraviolet irradiator. Evaluation was performed.
その結果、２つのプラスチック板とも、平均膜厚は２０μｍ、平均粗さは０．４μｍであり、塗料と同量のシンナー加えて行う有機溶剤エアスプレーと同等で、実用レベルの塗膜であると評価された。なお、この結果は、噴霧ガンを１つとして行った塗装結果と、全く同一であった。同じ紫外線硬化型クリア塗料を、シンナー無添加で、エアスプレー塗装した結果、膜厚は２０μｍで、平均粗さは０．９μｍとなり、２倍以上の粗さとなることを確認した。これは、二酸化炭素塗装の優位性が立証された結果を示すものである。 As a result, both the plastic plates have an average film thickness of 20 μm and an average roughness of 0.4 μm, which is equivalent to an organic solvent air spray performed by adding the same amount of thinner as the paint, and is a practical level coating film. It was evaluated. This result was exactly the same as the result of painting with one spray gun. As a result of applying the same ultraviolet curable clear paint by air spraying without adding thinner, the film thickness was 20 μm, the average roughness was 0.9 μm, and it was confirmed that the roughness was twice or more. This shows the result of demonstrating the superiority of carbon dioxide coating.
（塗装実験２）
紫外線硬化型クリア塗料に加え、２液硬化型アクリルウレタンクリア塗料及び１液硬化型アクリルクリア塗料を対象に、二酸化炭素塗装を、上記の実施例とそれぞれ同様とした装置及び方法で実施した。塗料によっては、真溶剤組成を若干変更する必要があったが、塗装操作は、基本的に問題なく行うことができ、実用上、問題のない塗膜が形成されていることを確認した。
(Coating experiment 2)
In addition to the UV curable clear paint, the carbon dioxide coating was carried out with the same apparatus and method as those in the above-mentioned examples, targeting the two-part curable acrylic urethane clear paint and the one-part curable acrylic clear paint. Although it was necessary to slightly change the true solvent composition depending on the paint, it was confirmed that the coating operation could basically be performed without any problem, and that a coating film having no problem in practice was formed.
以上、詳述したように、本発明は、二酸化炭素塗装方法及びその装置に係るものであり、本発明により、ＶＯＣ発生を大幅に低減することが可能な低環境負荷型の新しい塗装装置、及びその塗装方法を提供することができる。本発明では、従来の有機溶剤系塗料によるスプレー塗装において、大量に使用される希釈溶剤（ＶＯＣ）を極少量の二酸化炭素に代替することが可能となり、本発明は、希釈溶剤（ＶＯＣ）の大気中の排出を防止した新しい塗装技術を提供することを可能とするものである。本発明により、塗料の粘度が高いことに起因する装置閉塞性の問題を確実に抑制し得る実用化可能な塗装技術を提供することができ、また、実用上、非常に重要とされる複数ガンによる同時塗装を可能とする、という格別の作用効果が得られる。本発明は、大気中へのＶＯＣの排出を防止する低環境負荷型の新しい塗装方法及びその装置を提供することを可能とするものとして、極めて有用である。 As described above in detail, the present invention relates to a carbon dioxide coating method and apparatus, and according to the present invention, a new low environmental load type coating apparatus capable of greatly reducing VOC generation, and The coating method can be provided. In the present invention, it is possible to replace a diluting solvent (VOC) used in a large amount with a very small amount of carbon dioxide in spray coating with a conventional organic solvent-based paint, and the present invention is a diluting solvent (VOC) atmosphere. It is possible to provide a new painting technology that prevents the discharge of the inside. According to the present invention, it is possible to provide a practical application technique capable of reliably suppressing the problem of the device blockage caused by the high viscosity of the paint, and a plurality of guns that are extremely important in practice. The special effect of enabling simultaneous painting with is obtained. INDUSTRIAL APPLICATION This invention is very useful as what makes it possible to provide the new low environmental load type coating method and apparatus which prevent discharge | emission of VOC to air | atmosphere.
Claims (14)
塗料供給ラインとして、塗料を貯蔵するタンク、該タンクから供給される塗料を所定の圧力まで加圧する塗料高圧ポンプ、該塗料高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を塗料タンクへ返送させる塗料１次圧調整弁、を有し、
二酸化炭素供給ラインとして、液体二酸化炭素を貯蔵するタンク、該液体二酸化炭素を所定温度まで冷却する冷却器、該冷却器から供給される液体二酸化炭素を所定の圧力まで加圧する液体二酸化炭素高圧ポンプ、該液体二酸化炭素高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を同ポンプのサクションに返送させる液体二酸化炭素１次圧調整弁、を有し、
塗料／二酸化炭素混合物ラインとして、上記塗料供給ラインから供給される加圧された塗料と、上記二酸化炭素供給ラインから供給される加圧された二酸化炭素とを混合する混合器、該混合器から供給される混合後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、所定の圧力に減圧する２次圧調整弁、及び該２次圧調整弁後の塗料／二酸化炭素加圧混合物を、大気圧下の塗装対象物へ噴霧する噴霧ガン、を有することを特徴とする二酸化炭素を用いた塗装装置。 In carbon dioxide coating, where the diluent solvent (thinner) used in organic solvent-based spray coating replaces part or all of it with carbon dioxide,
As a paint supply line, a tank that stores paint, a paint high-pressure pump that pressurizes the paint supplied from the tank to a predetermined pressure, and a paint 1 that adjusts the discharge pressure of the paint high-pressure pump and returns the excess to the paint tank. A secondary pressure regulating valve,
As a carbon dioxide supply line, a tank that stores liquid carbon dioxide, a cooler that cools the liquid carbon dioxide to a predetermined temperature, a liquid carbon dioxide high-pressure pump that pressurizes the liquid carbon dioxide supplied from the cooler to a predetermined pressure, A liquid carbon dioxide primary pressure regulating valve that adjusts the discharge pressure of the liquid carbon dioxide high-pressure pump and returns the surplus to the suction of the pump;
As a paint / carbon dioxide mixture line, a mixer for mixing pressurized paint supplied from the paint supply line with pressurized carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply line, supplied from the mixer Secondary pressure regulating valve for reducing the mixed paint / carbon dioxide pressurized mixture after mixing to a predetermined pressure, and the coating / carbon dioxide pressurized mixture after the secondary pressure regulating valve to be coated under atmospheric pressure A coating apparatus using carbon dioxide, characterized by having a spray gun for spraying onto an object.
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