WO2001005517A1 - Dispergierdüse mit variablem durchsatz - Google Patents

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WO2001005517A1
WO2001005517A1 PCT/EP2000/006277 EP0006277W WO0105517A1 WO 2001005517 A1 WO2001005517 A1 WO 2001005517A1 EP 0006277 W EP0006277 W EP 0006277W WO 0105517 A1 WO0105517 A1 WO 0105517A1
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Dieter Schleenstein
Wieland Hovestadt
Michael Vom Felde
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Definitions

  • the invention relates to a dispersing nozzle with a variable throughput, in particular with a continuously variable throughput.
  • a painting system and a spray gun with this dispersing nozzle is described.
  • the dispersing device is based on the principle of a jet disperser and consists of at least one inlet for the material to be dispersed, a chamber with a multiplicity of openings or slots arranged in rows along the chamber wall, which open into an outlet chamber, and with an outlet for the finished one Dispersed material, a piston being displaceably arranged in the chamber which, depending on its position in the chamber, partially or completely shuts off a certain number of openings or slots for the passage of the flow of dispersed material.
  • a number of different dispersing devices have become known for mixing and dispersing different compositions, for example of oil-water emulsions, which have the common principle of absorbing energy in a dispersing gap or in appropriately shaped bores in the devices.
  • the dispersed material is usually under increased pressure by the
  • 2-component polyurethane paints (2-component PUR paints) are only mixed shortly before application. Depending on the reactivity of the coating systems, this pot life can range from several minutes to hours. While such two-component systems were used in the past dissolved in organic solvents, a large number of water-dispersible two-component systems have recently been developed.
  • the water-dispersible two-component systems regularly consist of a hydroxyl-containing resin component (binder, polyol) and a polyisocyanate component (hardener, crosslinker).
  • the hydroxy-functional resin component is usually in the form of an aqueous dispersion
  • the polyisocyanate component is in the form of an anhydrous 100% component or dissolved in a solvent.
  • Such systems are known, for example, from EP-A 583 728.
  • a disadvantage of these coating systems is that the coating quality known from the two-component systems based on purely organic solvents has not yet been achieved in some areas of application.
  • Dispersion of the per se hydrophobic isocyanate component only takes place shortly before the lacquers are applied, since the polyisocyanate component reacts with water and therefore has only a limited storage stability in the presence of water.
  • the dispersion of the per se hydrophobic polyisocyanate component in the aqueous hydroxy-functional resin dispersion by conventional static mixing devices presents considerable difficulties. The reason for this is that the isocyanate component is already stabilized during the emulsification of emulsion particles already formed on the surface, so that the superficial stabilization layer prevents further division.
  • Aqueous two-component polyurethane coating emulsions therefore regularly have a bimodal particle size distribution with a first distribution maximum of a particle size that corresponds to the hydroxy-functional resin dispersion and a second distribution maximum with a particle size of above 10,000 nm (isocyanate component), with significant proportions with particle sizes of are present above 20,000 nm.
  • Hydrophilized polyisocyanates and polyisocyanates containing external emulsifiers have also already been developed by chemical modification, which, although they enable significantly easier dispersion with static mixing devices to an average particle size of less than 1000 nm, result in hardened paint films with inadequate resistance properties for many areas of application.
  • Paint films with good resistance properties can only be obtained by using hydrophobic polyisocyanate components.
  • the European patent application EP 685 544 AI describes a process for the preparation of aqueous two-component polyurethane lacquer emulsions by mixing binder resins with polyisocyanates and water, in which the mixture is built up under a principle through a dispersing nozzle, based on the principle of a one- or multi-stage jet disperser Pressure of 1 to 30 MPa is pressed.
  • special bimodal paint emulsions are created.
  • a variant of the jet disperser is equipped with a large number of bores which can be covered in succession with the aid of a displaceable insert tube in order to
  • the proposed design of the disperser proves to be very unfavorable, since the displaceable insert tube is fully immersed in the solution to be dispersed. As a result, it can e.g. with paint emulsions to undesirable
  • the object of the invention is to develop a dispersing device which does not have the disadvantages mentioned above, and yet which, with the dispersing quality remaining the same, enables an, in particular continuous, change in the quantity throughput of dispersed material.
  • a further object of the invention is therefore to provide a mixing apparatus for aqueous two-component polyurethane lacquers with a high lacquer quality, which continuously produces the same emulsion quality with fluctuating sales volumes.
  • the state of the art today is spray guns, which, due to their complicated supply and mixing technology with paint systems with abrasive fillers, only have a very short service life and then have to be laboriously cleaned, so that they are practically unsuitable for fast-reacting two-component paint systems with fillers.
  • the further object of the invention is therefore to enable direct processing of quickly reacting paint systems and to integrate the dispersing device in a paint spraying device (spray gun).
  • the invention relates to a dispersing device with variable throughput of dispersed material based on a jet disperser, consisting at least of an inlet for the material to be dispersed, a chamber with a plurality of openings arranged in rows along the chamber wall, which open into an outlet chamber, and with a Outlet for the finished material to be dispersed, characterized in that a piston is arranged displaceably in the chamber and, depending on its position in the chamber, partially or completely blocks a certain number of openings for the passage of the flow of material to be dispersed.
  • a preferred design of the dispersing device has at least two rows of openings arranged one behind the other, which are arranged axially (i.e. in the direction of the direction of movement of the piston) in the chamber wall.
  • the invention also relates to a variant of the dispersing device comprising at least one inlet for the material to be dispersed, a chamber with one or more slot-shaped openings arranged along the chamber wall, which open into an outlet chamber, and with an outlet for the finished dispersed material, characterized in that that a piston is slidably arranged in the chamber, which, depending on its position in the chamber, partially or completely blocks the slots for the passage of the stream of dispersed material.
  • This variant enables a continuous adjustment of the throughput of the dispersed material.
  • a special embodiment of the devices is characterized in that at least one flushing hole with a larger cross section than the cross section of the openings or the slots is provided at one end of the chamber.
  • the piston and the chamber have a circular cross section.
  • a mixing nozzle e.g. for the polyisocyanate, with which a raw emulsion is produced by injecting the polyisocyanate into the polyol component.
  • another mixing orifice Located downstream of this variant is another mixing orifice, which ensures a comparatively good quality of the raw emulsion and prevents coarse parts.
  • dispersing device it is also possible, by using the dispersing device according to the invention, to considerably reduce the solvent content in the dispersion and, preferably, to dispense with hydrophilizing the polyisocyanate component.
  • dispersions with a solvent content of less than 15% by weight can be readily prepared according to the invention.
  • the pressure used in the dispersion the number of nozzle passages and the two-component system used, it is also possible to produce emulsions which are completely free of solvents and hydrophilizers.
  • At least the piston and / or the wall of the chamber are made of ceramic or have a ceramic coating.
  • Zirconium oxide or SiC is used in particular as the ceramic material. This makes it possible to process mixes containing abrasive fillers (eg SiC quartz sand) without problems over a longer period of time.
  • the centerpiece of the preferred dispersing device is a ceramic sleeve with the homogenizing holes and the ceramic piston. It was found that the ceramic components had to be ground precisely to avoid leakage between the piston and the sleeve. It was found that components are made of
  • the dispersing device according to the invention can be operated both from the inside out and from the outside in, i.e. that the inlet and outlet can also be interchanged without causing disadvantages in the dispersion.
  • a flushing lantern can be installed to avoid a film of paint on the piston when it is at a standstill.
  • the piston of the preferred device can be cleaned in a simple manner by means of a rinsing chamber which adjoins the chamber and is separate from this chamber.
  • the inlet chamber may be sealed with additional ring seals from the wash cabinet.
  • the piston of the device is preferably movable by means of an electric or pneumatic drive.
  • pressure control for example via a pneumatic drive of the piston
  • the dispersion device according to the invention can be adjusted in a fraction of a second, for example to switch on or off so many nozzles in the case of fluctuating throughput that the same homogenization pressure and thus the same emulsion quality is always ensured. If electrical stepper motors are used, adjustment in the ms range is also possible.
  • Dispersing device allows.
  • the device according to the invention can be used to produce two-component polyurethane lacquers of the highest quality and with a large control range.
  • the geometry of the bores and slots should in particular be dimensioned such that an energy density of preferably 10 5 to 10 7 W / cm 3 , preferably 10 6 to 10 7 W / cm 3 is achieved in the dispersed material. This is achieved if so much material is removed in the area of the bore or the slots that the length of the bore is 1-3 times as long, particularly preferably 1-2 times as long, as the diameter of the
  • bimodal aqueous two-component polyurethane coating emulsions based on hydroxy-functional resin dispersions and polyisocyanates are accessible which have a particle size distribution with a first distribution maximum at a particle size of less than 500 nm, preferably from 10 to 200 nm and a second distribution maximum with a particle size of 200 to 2000 nm, preferably from 300 to 1000 nm.
  • the particle sizes of the distribution maxima differ in particular by a factor of 2.
  • 99% by weight of the particles of such an emulsion have a particle size of less than 5000 nm, preferably less than 1000 nm.
  • Suitable binder resins are e.g. Polyacrylates, polyesters, urethane-modified polyesters, polyethers, polycarbonates or polyurethanes having isocyanate-reactive groups, in particular those in the molecular weight range from 1,000 to 10,000 g / mol. Hydroxy groups are preferably used as isocyanate-reactive groups.
  • the binder resins are generally used as aqueous dispersions.
  • polyisocyanate component Any organic polyisocyanates with aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic and / or aromatically bound free isocyanate groups are suitable as the polyisocyanate component.
  • the polyisocyanate component should generally have a viscosity of 20 to 1,000 mPa.s, preferably below 500 mPa.s.
  • higher-viscosity polyisocyanates can also be used if the viscosity of the polyisocyanate component is reduced by an appropriate solvent content.
  • Particularly preferred polyisocyanates are those with exclusively aliphatic and / or cycloaliphatic isocyanate groups with an average NCO functionality between 2.2 and 5.0 and a viscosity of 50 to 500 mPa.s at 23 ° C. With a correspondingly low viscosity, dispersion according to the invention is successful with a sufficiently small particle size completely without addition of solvent. Furthermore, the usual ones known in paint chemistry
  • Additives and modifiers are used.
  • the field of application of the dispersing device according to the invention is not restricted to the use of component systems specially developed for water-dispersible coating systems, as described, for example, in the European publication mentioned at the beginning. Rather, it is possible to use a large number of the previously not water-dispersible two-component systems. However, when using two-component systems specially developed for dispersion in water, the amount of dispersion (ie the pressure to be applied) using the dispersion device according to the invention will be particularly favorable.
  • Lacquer emulsions obtained with the dispersing device according to the invention are preferably used to produce high-quality coatings on a wide variety of substrates and materials such as wood, metals, plastics, etc. Such coating systems are preferably used for painting car bodies or body parts in original car painting.
  • the dispersing device according to the invention can be used for a large number of fields of application and dispersing tasks.
  • the invention also relates to the use of the dispersing device according to the invention for dispersing and mixing chemical products such as the aforementioned water-based paints, film emulsions, silicone emulsions and pharmaceutical and cosmetic products such as ointments, creams or care milk or for dispersing or homogenizing natural or food products, eg juices, mixed drinks or milk products, particularly preferably milk or cream.
  • the dispersing device according to the invention also serves to regulate material flows and to carry out rapid chemical reactions.
  • Another object of the invention is a painting system for the application of multi-component paint comprising at least one painting station with spraying units for the paint, feed lines and pumps for the paint components and one Mixing unit for the paint components, characterized in that the mixing unit has a dispersing device according to the invention.
  • the described dispersing device according to the invention can also be used in a technically simplified and reduced-size version, for example in a spray gun for direct spraying (so-called airless spraying method) for the surface coating of large objects.
  • Tanks in particular ballast tanks, ship hulls, pipes or structures, to mix two components (e.g. for two-component polyurethane paints). Only a few holes in the dispersing device are provided opposite or offset for each of the two components.
  • the mixed material can then be applied directly from the outlet of the dispersing device, which is designed as a nozzle, or via an additional spray nozzle connected directly to the dispersing device.
  • compressed air can also be supplied to the liquid components via the modified dispersion device by means of a separate air supply line to improve the spray pattern.
  • the device is free from wear even when using abrasive fillers such as SiC or SiO 2 , 4. the simple construction, by which cleaning, which may be necessary, is considerably simplified, for example by pushing the piston in the spray gun up to the nozzle outlet,
  • the invention enables the construction of a light and easy-to-handle spray gun for manual spraying, which can be used in places that are difficult to access mechanically (shipbuilding).
  • a painting system is preferred in which a simple conventional nozzle mixer is connected upstream of the dispersing device.
  • An additional buffer store is particularly advantageously provided between the mixing unit and the spraying units.
  • FIG. 1 shows a cross section through a dispersing device according to the invention with an upstream mixing nozzle
  • Figure 2 shows a cross section through a variant of the dispersing device according to
  • FIG. 2a a schematic detailed illustration of the nozzle according to FIG. 2 (side view) to explain the nozzle geometry
  • Figure 3 shows a cross section through a variant of the dispersing device according to
  • FIG. 3a a schematic detailed illustration of the nozzle according to FIG. 3 (side view) to explain the nozzle geometry
  • Figure 4 the scheme of a painting system with several according to the invention
  • FIG. 5 a graph which shows the average particle size as a function of the homogenization pressure for various dispersing devices
  • Figure 6 shows the longitudinal section through a spray gun with a modified
  • Dispersing device as a mixing chamber and spray nozzle.
  • a dispersing device has the following basic structure (FIG. 1):
  • the ceramic sleeve 18 surrounds the chamber 3 of the dispersing device and has a multiplicity of bores 4, 4 ′ which open into the outlet chamber 14.
  • the ceramic piston 5 is movably arranged in the chamber 3 and can be moved in the chamber 3 by means of the pneumatic drive 9, which is controlled by the pressure control 8. Depending on the position of the piston 5, the openings 4,
  • the total throughput of the raw emulsion depends on the number of remaining free openings 4, 4 '.
  • Fig. 2 shows a design of the dispersing device, in which the opposite straight rows of bores along the direction of movement of the piston 5 in the ceramic sleeve 18 are arranged slightly offset from one another, so that their cross sections, as in the diagram on the right (Fig. 2a) indicated, viewed from the right side, overlap each other.
  • the distance A in Fig. 2 represents the length of the bore.
  • FIG. 3 shows a dispersing device in which, instead of the opposite straight rows of bores along the direction of movement of the piston 5, slot nozzles 16, 16 ′ are arranged in the ceramic sleeve 18, in which the raw emulsion 12 is dispersed.
  • the distance B in FIG. 3 shows the length of the slot 16.
  • the distance C in FIG. 3a shows the depth of the slot 16 and the distance D in FIG. 3a shows the width of the slot 16.
  • paraffin oil emulsion (model emulsion) was carried out on various dispersants using the following recipe:
  • emulsifier Tween 80 / Arlacel 80 surfactant mixture, HLB 11.5 and
  • FIG. 5 graphically shows the test results using a) an adjustable perforated nozzle according to FIG. 2 with 10 holes of 0.1 mm, b) a 0.1 mm wide slot nozzle with a depth of 6 mm and c) a jet disperser with fixed Dimensions and shown with 2 holes of 0.1 mm.
  • the values (average particle size) for the smallest openings, a medium setting and the maximum opening are plotted from the adjustable nozzles.
  • the graphic which shows the average particle size as a function of the homogenization pressure, shows a good agreement regarding the fineness of dispersion (particle size) over the entire throughput range and the good functioning of the adjustable jet dispersers compared to the disperser with a fixed opening cross section.
  • Bayer AG hydroxy-functional polyacrylate dispersion, Bayer AG
  • Bayhydrol VP LS 2231® 33.28% hydroxy-functional, urethane-modified polyester dispersion, Bayer AG
  • Tinuvin 292® 50% in butyl diglycol acetate 0.92%
  • the two components (agent component 23 and hardener 24) are mixed and emulsified in a painting installation according to FIG. 4 with adjustable dispersing nozzles 17 according to FIG. 1, each with an upstream mixer 1, 2, using 0.2 mm wide holes.
  • the pumps 20, 21 produce the necessary differential pressure.
  • the application takes place electrostatically via commercially available bells 22 with an upstream variable buffer volume 4 on galvanized steel sheets with a layer thickness of 40 ⁇ m.
  • the paint film is flashed off at room temperature for 5 minutes, predried at 80 ° C. for 10 minutes and cured at 130 ° C. for 30 minutes.
  • the paint film has the following application properties:
  • Pendulum hardness according to König 23 ° C: 190s gloss 20 ° 88
  • Pancreatin / sulfuric acid / caustic soda 2/1/0 scratch resistance:
  • a spray gun 36 of conventional design with a dispersing nozzle with variable throughput for airless spraying is described.
  • the spray gun has the following structure:
  • a plurality of bores 30, 31 each lead through the nozzle body 34 for components A (bore 30) and B (bore 31).
  • a plurality of slots can also be arranged in the longitudinal direction of the mixing chamber 38.
  • the bores 30, 31 and 37 are connected to hose feed lines (not shown) which supply the paint components or compressed air (bore 37).
  • the nozzle body 34 is made of ceramic (zirconium oxide).
  • a nozzle needle 33 which is made of ceramic or hard metal (eg tungsten carbide), is moved in the chamber 38 like a piston.
  • the nozzle needle 34 closes the bores 30, 31 or Slots for the passage of the dispersed material completely without the use of seals.
  • the nozzle needle 34 removes all product residues from the chamber 38 when it is pierced, so that cleaning after use is only required in exceptional cases.
  • the dispersed material 32 can be sprayed directly from the chamber 38 or via an additional spray nozzle 35. In order to improve the spray pattern, spray air 37 can also be supplied to the chamber.

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Abstract

Es wird eine Dispergierdüse mit variablem Durchsatz, insbesondere mit kontinuierlich veränderbarem Durchsatz und eine Lackieranlage daraus beschrieben. Die Dispergiervorrichtung basiert auf dem Prinzip eines Strahldispergators, und besteht wenigstens aus einem Einlass (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen (4, 4') oder Schlitzen (16, 16'), die in eine Auslasskammer (14) münden, und mit einem Auslass (15) für das fertige Dispergiergut, wobei in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer (3) eine bestimmte Zahl der Öffnungen (4, 4') bzw. Schlitze (16, 16') dür den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.

Description

Dispergierdüse mit variablem Durchsatz
Die Erfindung betrifft eine Dispergierdüse mit variablem Durchsatz, insbesondere mit kontinuierlich veränderbarem Durchsatz. Außerdem wird eine Lackieranlage und eine Spritzpistole mit dieser Dispergierdüse beschrieben. Die Dispergiervorrichtung basiert auf dem Prinzip eines Strahldispergators, und besteht wenigstens aus einem Einlass für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen oder Schlitzen, die in eine Auslasskammer münden, und mit einem Auslass für das fertige Dispergiergut, wobei in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer eine bestimmte Zahl der Öffnungen bzw. Schlitze für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt.
Zum Mischen und Dispergieren unterschiedlicher Zusammensetzungen beispielsweise von Öl- Wasseremulsionen sind eine Reihe unterschiedlicher Dispergiervor- richtungen bekannt geworden, die als gemeinsames Prinzip die Energieaufnahme in einem Dispergierspalt oder in entsprechend geformten Bohrungen der Vorrichtungen haben. Dabei wird das Dispergiergut in der Regel unter erhöhtem Druck durch die
Spalte bzw. Bohrungen getrieben um je nach Differenzdruck ein gewünschtes Spektrum an Teilchengrößen in der Emulsion zu erzeugen.
2-Komponenten-Polyurethanlacke (2K-PUR-Lacke) werden aufgrund der nur begrenzten Verarbeitungszeit (Topfzeit) der Lacke erst kurz vor der Applikation vermischt. Je nach Reaktivität der Lacksysteme kann diese Topfzeit mehrere Minuten bis Stunden betragen, Während solche Zweikomponenten-Systeme in der Vergangenheit in organischen Lösungsmitteln gelöst eingesetzt wurden, sind in neuerer Zeit eine Vielzahl von wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systemen entwickelt worden. Die wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systeme bestehen regelmäßig aus einer Hydroxylgruppen aufweisenden Harzkomponente (Binder, Polyol) und einer Polyisocyanatkomponente (Härter, Vernetzer). Dabei liegt die hydroxymnk- tionelle Harzkomponente in der Regel als wässrige Dispersion, die Polyisocyanatkomponente als wasserfreie hundertprozentige Komponente oder in einem Lösemittel gelöst vor. Solche Systeme sind z.B. aus der Schrift EP-A 583 728 bekannt. Nachteilig an diesen Lacksystemen ist, dass die von den Zweikomponenten-Systemen auf Basis rein organischer Lösungsmittel bekannte Lackqualität in einigen Anwendungsbereichen noch nicht erreicht wird.
Dieses gilt vor allem für Anwendungsbereiche, in denen besonders hohe optische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gefordert werden.
Bekannt ist, zur Erzielung hoch qualitativer Lackoberflächen Lackdispersionen mit möglichst kleiner Teilchengröße einzusetzen. In wässrigen Zweikomponenten Polyurethan-Lacken werden daher in der Regel Polyoldispersionen mit hinreichend kleiner Teilchengröße von unter 500 nm, bevorzugt 10 bis 200 nm, eingesetzt. Die
Dispergierung der an sich hydrophoben Isocyanatkomponente erfolgt erst kurz vor der Applikation der Lacke, da die Polyisocyanatkomponente mit Wasser reagiert und daher nur eine begrenzte Lagerstabilität in Gegenwart von Wasser aufweist. Die Dispergierung der an sich hydrophoben Polyisocyanatkomponente in der wässrigen hydroxyfunktionellen Harzdispersion durch übliche statische Mischvorrichtungen bereitet aber erhebliche Schwierigkeiten. Der Grund ist darin zu sehen, dass die Isocyanatkomponente bereits während der Emulgierung auf der Oberfläche bereits gebildeter Emulsionsteilchen stabilisiert wird, so dass die oberflächliche Stabilisierungsschicht einer weiteren Zerteilung entgegensteht. Wässrige Zweikomponen- ten-Polyurethan-Lackemulsionen weisen daher regelmäßig eine bimodale Teilchengrößenverteilung auf mit einem ersten Verteilungsmaximum einer Teilchengröße, die der hydroxyfunktionellen Harzdispersion entspricht und einem zweiten Verteilungsmaximum mit einer Teilchengröße von oberhalb 10 000 nm (Isocyanatkomponente), wobei noch erhebliche Anteile mit Teilchengrößen von oberhalb 20 000 nm vorhan- den sind. Es wurden auch bereits durch chemische Modifizierung hydrophilierte Polyisocyanate und externe Emulgatoren enthaltende Polyisocyanate entwickelt, die zwar eine deutlich einfachere Dispergierung mit statischen Mischvorrichtungen auf eine mittlere Teilchengröße von unter 1000 nm ermöglicht, jedoch ausgehärtete Lackfilme mit für viele Anwendungsbereiche unzureichenden Beständigkeitseigenschaften ergeben.
Lackfilme mit guten Beständigkeitseigenschaften werden dagegen nur durch Einsatz hydrophober Polyisocyanatkomponenten erhalten.
Aufgrund der Vorstellung, dass die Dispergierbarkeit der Isocyanatkomponente durch die Stabilisierungsreaktion, die auf der Oberfläche bereits vorhandener Teilchen statt findet, begrenzt wird, wurde nach Möglichkeiten gesucht, eine möglichst feinteilige Dispergierung innerhalb so kurzer Zeiträume zu erzielen, innerhalb derer eine merkliche Oberflächenstabilisierung noch nicht stattfindet. Insbesondere sollte während der Dispergierung auch eine die Reaktion der Polyisocyanatkomponente mit Wasser beschleunigende Erwärmung vermieden werden.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 685 544 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung wässriger 2-Komponenten-Polyurethanlack-Emulsionen durch Vermischen von Bindemittelharzen mit Polyisocyanaten und Wasser, bei dem die Mischung durch eine Dispergierdüse, aufgebaut nach dem Prinzip eines ein- oder mehrstufigen Strahldispergators, unter einem Druck von 1 bis 30 MPa gepresst wird. Hierbei werden besondere bimodale Lackemulsionen erzeugt. Um den Durchsatz durch einen solchen Strahldispergator variieren zu können, wird eine Variante des Strahldispergators mit einer Vielzahl von Bohrungen ausgestattet, die mit Hilfe eines verschiebbaren Einsatzrohres nacheinander abgedeckt werden können, um den
Durchsatz durch die Emulgiervorrichtung diskret verstellen zu können.
Als sehr ungünstig erweist sich dabei der vorgeschlagene Aufbau des Dispergators, da das verschiebbare Einsatzrohr voll in die zu dispergierende Lösung eintaucht. Hierdurch kann es bei längerem Betrieb z.B. mit Lackemulsionen zu unerwünschten
Ablagerungen kommen. Ebenso ungünstig ist der gezeigte Walzenvortrieb für das Einsatzrohr, da dieser unerwünschte Toträume bildet und ein Ausdringen des Disper- giergutes zulässt. Weiter hat sich als nachteilig erwiesen, dass diese Düse nicht hinreichend schnell z.B. innerhalb von Sekunden reguliert werden kann, wie dies bei schwankenden Absatzmengen zur Erzeugung einer gleichbleibenden Emulsionsqua- lität notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Dispergiervorrichtung zu entwickeln, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, und dennoch bei gleichbleibender Dispergier- qualität eine, insbesondere kontinuierliche Änderung des Mengendurchsatzes an Dispergiergut ermöglicht.
Es wurde gefunden, dass sich z.B. Automobilkarossen besonders vorteilhaft mit höchster Qualität lackieren lassen, wenn die Emulgierung des Polyisocyanates in der wässrigen Polyoikomponente kontinuierlich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Dispergierdüse unmittelbar vor Einleitung in die Spritzpistole oder Zerstäuberglocke einer Lackieranlage erfolgt. Probleme bereitet es bei Verwendung bekannter Disper- giervorrichtungen jedoch, wenn die Abnahmemenge des Lackes bedingt durch die Geometrie der Autokarosse in sehr kurzen Zeitabständen schwankt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Mischapparatur für wässrige Zweikomponenten-Polyurethanlacke mit hoher Lackqualität zur Verfügung zu stellen, die bei schwankenden Absatzmengen kontinuierlich eine gleiche Emulsionsqualität erzeugt.
Stand der Technik sind heute Spritzpistolen, die aufgrund ihrer kompliziert gestalteten Zufuhrungs- und Mischtechnik mit Lacksystemen mit abrasiven Füllstoffen nur sehr kurze Standzeiten erreichen und anschließend aufwendig gereinigt werden müssen, so dass sie für schnell reagierende 2K-Lacksysteme mit Füllstoffen praktisch nicht geeignet sind. Die weitere Aufgabe der Erfindung ist daher die direkte Verarbeitung schnell reagierender Lacksysteme zu ermöglichen und die Dispergiervorrichtung in einer Lackspritzeinrichtung (Sprühpistole) zu integrieren.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch die nachfolgend näher beschriebene
Dispergiervorrichtung gelöst .
Gegenstand der Erfindung ist eine Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlass für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen, die in eine Auslasskammer münden, und mit einem Auslass für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer eine bestimmte Zahl der Öff- nungen für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt.
Eine bevorzugte Bauform der Dispergiervorrichtung weist wenigstens zwei Reihen von hintereinander angeordneten Öffnungen auf, die axial (d.h. in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens) versetzt in der Kammerwand angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Variante der Dispergiervorrichtung bestehend wenigstens aus einem Einlass für das zu dispergierende Material, einer Kammer mit einer oder mehrerer entlang der Kammerwand angeordneten schlitzförmigen Öffnungen, die in eine Auslasskammer münden, und mit einem Auslass für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer die Schlitze für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut teilweise oder vollständig absperrt. Mit dieser Variante wird eine kontinuierliche Einstellung der Durchsatz- menge des Dispergiergutes ermöglicht. Eine besondere Ausführung der Vorrichtungen ist dadurch gekennzeichnet, dass am einen Ende der Kammer mindestens eine Spülbohrung mit größerem Querschnitt als dem Querschnitt der Öffnungen bzw. der Schlitze angebracht ist. Durch Zurückziehen des Kolbens unter Freilegen der Spülbohrung wird die Reinigung der produktberührten Kammern mit einem großen Mengenstrom Spülflüssigkeit (z.B. tensid- haltige wässrige Lauge) vereinfacht.
Der Kolben und die Kammer weisen in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Es wurde insbesondere gefunden, dass unmittelbar vor der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung vorteilhaft eine Mischdüse, z.B. für das Polyisocyanat, geschaltet ist, mit der durch Eindüsen des Polyisocyanats in die Polyolkomponente eine Rohemulsion erzeugt wird. Unmittelbar nachgeschaltet ist in dieser Variante eine weitere Mischblende, die eine schon vergleichsweise gute Qualität der Rohemulsion gewährleistet und Grobanteile verhindert.
Ferner ist es möglich, durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung den Gehalt an Lösungsmittel in der Dispersion erheblich zu reduzieren und bevorzugt auf eine Hydrophilierung der Polyisocyanatkomponente zu verzichten.
Insbesondere können erfindungsgemäß Dispersionen mit einem Lösungsmittelgehalt von unter 15 Gew.-% ohne weiteres hergestellt werden. In Abhängigkeit von dem bei der Dispergierung angewandten Druck, der Anzahl der Düsendurchgänge und dem eingesetzten Zweikomponenten-System ist es ferner möglich, auch völlig Lösungs- mittel- und hydrophilierungsmittel-freie Emulsionen herzustellen.
Die mit dem genannten Verfahren erzielbaren hohen Oberflächenqualitäten der Lackierungen, können unmittelbar der Teilchengrößenverteilung der Emulsionen zugeordnet werden. Wenigstens der Kolben und/oder die Wand der Kammer bestehen aus Keramik, oder weisen eine Keramikbeschichtung auf. Als Keramikmaterial wird insbesondere Zirkonoxid oder SiC eingesetzt. Hiermit wird es möglich auch abrasive Füllstoffe (z.B. SiC Quarzsand) enthaltendes Mischgut (z.B. Lackkomponenten) störungsfrei über einen längeren Zeitraum zu verarbeiten.
Kernstück der bevorzugten Dispergiervorrichtung ist eine Keramikhülse mit den Homogenisierbohrungen und dem Keramikkolben. Es wurde gefunden, dass die Keramikbauteile sehr passgenau eingeschliffen sein müssen, um einen Leckstrom zwischen Kolben und Hülse zu vermeiden. Es wurde gefunden, dass Bauteile aus
Stahl keinen vergleichbar dichten Abschluss ergeben und somit nicht so leicht das Zuschalten einzelner Bohrungen ermöglichen. Es wurde ferner insbesondere gefunden, dass die Bohrungen an der Eintrittsseite sehr scharfkantig geschliffen sein sollten. Als Keramikmaterialien empfehlen sich Metalloxide wie Zirkonoxid oder noch härtere Materialien.
Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung kann sowohl von Innen nach Außen, als auch von Außen nach Innen betrieben werden, d.h. dass Einlass und Auslass auch vertauscht werden können ohne dass dadurch Nachteile bei der Dispergierung entste- hen.
Um einen Lackfilm am Kolben beim Stillstand zu vermeiden, kann eine Spüllaterne installiert werden. Der Kolben der bevorzugten Vorrichtung ist auf einfache Weise mittels eines an die Kammer anschließenden und von dieser Kammer getrennten Spülraumes zu reinigen. Gegenüber dem Spülraum ist die Einlasskammer ggf. über zusätzliche Ringdichtungen abgedichtet.
Der Kolben der Vorrichtung ist bevorzugt mittels eines elektrischen oder pneumatischen Antriebes bewegbar. Durch Druckregelung, z.B. über einen Pneumatikantrieb des Kolbens, ist in Bruchteilen einer Sekunde die Verstellung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung möglich, um z.B. bei schwankendem Durchsatz soviel Düsen zu- oder abzuschalten, dass immer der gleiche Homogenisierdruck und damit die gleiche Emulsionsqualität sichergestellt ist. Werden elektrische Schrittmotoren verwendet, ist auch eine Verstellung im ms-B ereich möglich.
Eine annähernd stufenfreie Verstellung wird insbesondere erreicht, wenn sich z.B. zwei Düsenbohrungsreihen axial, d.h. hier in der Bewegungsrichtung des Kolbens gesehen, versetzt gegenüberstehen.
Als besonders vorteilhaft wurde gefunden, wenn statt der in Reihen angeordneten Düsenbohrungen Schlitze verwendet werden. Es wurde gefunden, dass, wenn man die Schlitze nur so breit macht wie den Bohrungsdurchmesser oder ggf. noch kleiner, eine sehr konstante Fahrweise und lineare, vollkommen stufenfreie Verstellung der
Dispergiervorrichtung ermöglicht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich 2-Komponenten-Poly- urethan-Lacke höchster Qualität und mit einem großen Regelbereich herstellen.
Die Geometrie der Bohrungen und Schlitze soll insbesondere so dimensioniert sein, dass eine Energiedichte von bevorzugt 105 bis 107 W/cm3, bevorzugt von 106 bis 107 W/cm3 im Dispergiergut erreicht wird. Erreicht wird dies, wenn im Bereich der Bohrung oder der Schlitze soviel Material abgetragen wird, dass die Länge der Bohrung 1 - 3 mal so lang, besonders bevorzugt 1 - 2 mal so lang ist, wie der Durchmesser der
Bohrung beziehungsweise die Breite des Schlitzes.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung sind bimodale wässrige 2-Komponenten-Polyurethan-Lackemulsionen auf Basis hydroxyfunktio- neller Harzdispersionen und Polyisocyanaten zugänglich, die eine Teilchengrößenverteilung mit einem ersten Verteilungsmaximum bei einer Teilchengröße von kleiner 500 nm, bevorzugt von 10 bis 200 nm und einem zweiten Verteilungsmaximum bei einer Teilchengröße von 200 bis 2000 nm, bevorzugt von 300 bis 1000 nm aufweisen. Die Teilchengrößen der Verteilungsmaxima unterscheiden sich insbesondere um einen Faktor 2. Insbesondere weisen 99 Gew.-% der Teilchen einer solchen Emulsion eine Teilchengröße von kleiner 5000 nm, bevorzugt von kleiner 1000 nm auf.
Es können auch alle bisher bekannten für 2-Komponenten-Polyurethan-Lacke eingesetzten Bindemittel und Vernetzerkomponenten eingesetzt werden.
Geeignete Bindemittelharze sind z.B. Isocyanat-reaktive Gruppen aufweisende Poly- acrylate, Polyester, Urethan-modifizierte Polyester, Polyether, Polycarbonate oder Polyurethane, insbesondere solche des Molekulargewichtsbereiches 1 000 bis 10 000 g/mol. Als Isocyanat-reaktive Gruppen werden bevorzugt Hydroxygruppen einge- setzt. Die Bindemittelharze werde in der Regel als wässrige Dispersionen eingesetzt.
Als Polyisocyanatkomponente sind beliebige organische Polyisocyanate mit alipha- tisch, cycloaliphatisch, araliphatisch und/oder aromatisch gebundenen, freien Isocya- natgruppen, geeignet. Die Polyisocyanatkomponente sollte im allgemeinen eine Vis- kosität von 20 bis 1 000 mPa.s, vorzugsweise von unterhalb 500 mPa.s, aufweisen.
Jedoch können auch höher viskose Polyisocyanate eingesetzt werden, wenn die Viskosität der Polyisocyanatkomponente durch einen entsprechenden Lösungsmittelgehalt herabgesetzt ist.
Besonders bevorzugt werden als Polyisocyanate solche mit ausschließlich aliphatisch und/oder cycloaliphatisch gebundenen Isocyanatgruppen mit einer zwischen 2,2 und 5,0 liegenden mittleren NCO-Funktionalität und einer Viskosität von 50 bis 500 mPa.s bei 23 °C eingesetzt. Bei entsprechend niedriger Viskosität gelingt erfindungsgemäß eine Dispergierung mit hinreichend kleiner Teilchengröße völlig ohne Lösungsmittelzusatz. Ferner können die in der Lackchemie bekannten üblichen
Zusatz- und Modifizierungsmittel eingesetzt werden. Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung ist nicht auf den Einsatz speziell für wasserdispergierbare Lacksysteme entwickelter Komponentensysteme, wie beispielhaft in der eingangs erwähnten europäischen Offenlegungs- schrift beschrieben, beschränkt. Vielmehr ist es möglich, eine Vielzahl der bisher nicht wasserdispergierbaren Zweikomponenten-Systeme einzusetzen. Jedoch wird im allgemeinen bei Einsatz von speziell für die Dispergierung in Wasser entwickelten Zweikomponenten-Systemen der Dispergieraufwand (d.h. der anzuwendende Druck) unter Verwendung der erfmdungsgemäßen Dispergiervorrichtung besonders günstig sein.
Mit der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung erhaltene Lackemulsionen werden bevorzugt zur Herstellung von hochwertigen Überzügen auf den verschiedensten Substraten und Materialien wie Holz, Metallen, Kunststoffen usw. verwendet. Vor- zugsweise werden solche Beschichtungssysteme zur Lackierung von Karosserien oder Karosserieteilen in der Autoerstlackierung eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung kann für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern und Dispergieraufgaben eingesetzt werden. Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung zum Disper- gieren und Mischen von chemischen Produkten wie den erwähnten Wasserlacken, Filmemulsionen, Silikonemulsionen und von pharmazeutischen und kosmetischen Produkten wie Salben, Cremes oder Pflegemilch oder zur Dispergierung oder Homogenisierung von Natur- oder Lebensmittelprodukten, z.B. von Säften, Mischge- tränken oder Milchprodukten, insbesondere bevorzugt von Milch oder Sahne. Die erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung dient auch zur Regelung von Stoffströmen und zur Durchführung schneller chemischer Reaktionen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Lackieranlage für den Auftrag von Mehrkomponentenlack umfassend wenigstens eine Lackierstation mit Sprühaggregaten für den Lack, Zuleitungen und Pumpen für die Lackkomponenten und eine Mischeinheit für die Lackkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit eine erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung aufweist.
Die beschriebene erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung kann auch in technisch vereinfachter und verkleinerter Ausführung Verwendung finden, um in einer Spritzpistole zur direkten Verspritzung (sogenanntes Airless-Spritzverfahren) für die Ober- flächenbeschichtung von großflächigen Gegenständen z.B. Tanks, insbesondere Ballasttanks, Schiffskörpern, Rohrleitungen oder Baukörpern, zwei Komponenten (z.B. für Zweikomponentenpolyurethanlacke) zu vermischen. Dabei werden nur einige wenige Bohrungen in der Dispergiervorrichtung für jede der beiden Komponenten gegenüberliegend oder versetzt vorgesehen. Anschließend kann das vermischte Material direkt aus dem Auslass der Dispergiervorrichtung, der als Düse ausgebildet ist, oder über eine mit der Dispergiervorrichtung direkt verbundene zusätzliche Spritzdüse appliziert werden.
Es kann aber auch über die modifizierte Dispergiervorrichtung mittels einer getrennten Luftzuleitung zur Verbesserung des Spritzbildes zusätzlich Druckluft den flüssigen Komponenten zugeführt werden.
Wesentliche Vorteile für die Verwendung der bevorzugten Vorrichtung sind:
1. Die Eignung der Vorrichtung für die Vermischung sehr schnell reagierender 2K-Lacksysteme für Beschichtungen, bei denen die Vermischung erst unmittelbar vor dem Verspritzen erfolgen kann,
2. die gute Vermischung der Komponenten auch bei großen Viskositätsunterschieden der beiden Komponenten,
3. die Verschleißfreiheit der Vorrichtung auch bei Verwendung abrasiver Füll- Stoffe wie z.B. SiC oder SiO2, 4. der einfache Aufbau durch den eine evtl. erforderliche Reinigung erheblich vereinfacht wir, indem z.B. der Kolben in der Spritzpistole bis zum Düsenausgang durchgeschoben wird,
5. das Fehlen von Dichtungen auch bei hohem Druck (100 bis 500 bar), wodurch eine Reinigung nach Gebrauch zumeist entfallen kann.
Die Erfindung ermöglicht den Aufbau einer leichten und leicht handhabbaren Sprühpistole für das Handspritzen, die an maschinell schwer zugänglichen Stellen (Schiffsbau) eingesetzt werden kann.
Bevorzugt ist eine Lackieranlage, in der der Dispergiervorrichtung ein einfacher konventioneller Düsenmischer vorgeschaltet ist.
Besonders vorteilhaft ist zwischen der Mischeinheit und den Sprühaggregaten ein zusätzlicher Pufferspeicher vorgesehen .
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dispergiervorrichtung mit vorgeschalteter Mischdüse
Figur 2: einen Querschnitt durch eine Variante der Dispergiervorrichtung nach
Fig. 1 mit gegenüberliegenden Reihen axial versetzter Bohrungen
Figur 2a: eine schematische Detaildarstellung der Düse nach Fig. 2 (Seitenansicht) zur Erläuterung der Düsengeometrie Figur 3: einen Querschnitt durch eine Variante der Dispergiervorrichtung nach
Fig. 1 mit Schlitzen 16, 16'
Figur 3a: eine schematische Detaildarstellung der Düse nach Fig. 3 (Seitenan- sieht) zur Erläuterung der Düsengeometrie
Figur 4: das Schema einer Lackieranlage mit mehreren erfindungsgemäßen
Dispergiervorrichtungen
Figur 5: eine Graphik, die die mittlere Teilchengröße als Funktion vom Homogenisierdruck für verschiedene Dispergiervorrichtungen wiedergibt
Figur 6 den Längsschnitt durch eine Spritzpistole mit einer modifizierten
Dispergiervorrichtung als Mischkammer und Sprühdüse.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozente.
Beispiele:
Beispiel 1
Eine Dispergiervorrichtung weist folgenden grundsätzlichen Aufbau (Fig. 1) auf:
Die Keramikhülse 18 umschließt die Kammer 3 der Dispergiervorrichtung und weist eine Vielzahl von Bohrungen 4, 4' auf, die in die Auslasskammer 14 münden. Die z.B. aus einer vorgelagerten Kombination von Mischdüse 1 und Mischblende 2 erzeugte Rohemulsion 12 tritt am Einlass 13 der Dispergiervorrichtung ein, wird beim Durchgang durch die Bohrungen 4, 4' fein dispergiert und läuft über die Auslasskammer 14 und durch den Auslass 15 aus der Dispergiervorrichtung aus. In der Kammer 3 ist der Keramikkolben 5 beweglich angeordnet und kann mittels des pneumatischen Antriebs 9, der über die Druckregelung 8 gesteuert wird, in der Kammer 3 bewegt werden. Je nach Stellung des Kolbens 5 werden die Öffnungen 4,
4' an ihrem Eingang verschlossen. Der Gesamtdurchsatz der Rohemulsion hängt von der Zahl der verbliebenen freien Öffnungen 4, 4' ab.
Fig. 2 zeigt eine Bauform der Dispergiervorrichtung, bei der die gegenüberliegenden geraden Reihen von Bohrungen entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens 5 in der Keramikhülse 18 etwas versetzt zu einander angeordnet sind, so dass ihre Querschnitte, wie in dem rechts stehenden Schema (Fig.2a) angedeutet, von der rechten Seite betrachtet, einander überlappen. Der Abstand A in Fig. 2 gibt die Länge der Bohrung wieder.
Fig. 3 zeigt eine Dispergiervorrichtung, bei der anstelle der gegenüberliegenden geraden Reihen von Bohrungen entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens 5 in der Keramikhülse 18 Schlitzdüsen 16, 16' angeordnet sind, in denen die Rohemulsion 12 dispergiert wird. Der Abstand B in Fig. 3 gibt die Länge des Schlitzes 16 wieder. Der Abstand C in Fig. 3a gibt die Tiefe des Schlitzes 16 und der Abstand D in Fig. 3a gibt die Breite des Schlitzes 16 wieder. Anwendungsbeispiel:
Die kontinuierliche Herstellung einer Paraffinölemulsion (Modelemulsion) erfolgte an verschiedenen Dispergatoren mit folgender Rezeptur:
4 Teile Paraffmöl dünnflüssig
1 Teil Emulgator: Tween 80/Arlacel 80 - Tensidgemisch, HLB 11,5 und
5 Teile Wasser
In der Fig. 5 sind graphisch die Versuchsergebnisse unter Verwendung a) einer verstellbaren Lochdüse nach Fig. 2 mit 10 Löchern von 0,1 mm, b) einer 0,1 mm breiten Schlitzdüse einer Tiefe von 6 mm und c) eines Strahldispergators mit festen Abmessungen und mit 2 Bohrungen von 0,1 mm dargestellt. Von den verstellbaren Düsen sind jeweils die Werte (mittlere Teilchengröße) für kleinste Öffnungen, eine mittlere Einstellung und die maximale Öffnung aufgetragen.
Die Graphik, die die mittlere Teilchengröße als Funktion vom Homogenisierdruck angibt, zeigt eine gute Übereinstimmung betreffend die Dispergierfeinheit (Partikel- große) über den gesamten Durchsatzbereich und die gute Funktionsweise der verstellbaren Strahldispergatoren gegenüber dem Dispergator mit festem Öffnungsquerschnitt.
Beispiel 2:
Die kontinuierliche Herstellung eines 2 Komponenten-Polyurethanlackes erfolgte mit verschiedenen Dispergatoren nach folgender Rezeptur: Bindemittelkomponente:
Bayhydrol VP LS 2271 ® 30,39%
(hydroxyfunktionelle Polyacrylatdispersion, Bayer AG) Bayhydrol VP LS 2231® 33,28% (hydroxyfunktionelle, urethanmodifizierte Polyesterdispersion, Bayer AG)
Byk 345® 0,29%
(Lackhilfsmittel, Byk Chemie GmbH) Byk 333® 0,30%
(Lackhilfsmittel, Byk Chemie GmbH) destilliertes Wasser 7,65%
Härterkomponente :
Desmodur VP LS 2025/1® 18,29%
(Lackpolyisocyanat, Bayer AG) Tinuvin 1130®, 50 % in Butyldiglykolacetat 1 ,85%
(Lichtschutzmittel, Ciba Spezialitätenchemie GmbH)
Tinuvin 292®, 50 % in Butyldiglykolacetat 0,92%
(HALS-Stabilisator, Ciba Spezialitätenchemie GmbH)
Butyldiglykolacetat / Solvesso 100 (1/1) 7,03% Summe 100,00%
Die beiden Komponenten (Bmdemittelkomponente 23 und Härter 24) werden in einer Lackieranlage nach Fig. 4 mit verstellbaren Dispergierdüsen 17 nach Fig. 1 mit jeweils vorgeschaltetem Mischer 1, 2 unter Verwendung von 0,2 mm breiten Boh- rungen vermischt und emulgiert. Die Pumpen 20, 21 stellen den notwendigen Differenzdruck her.
Die Applikation erfolgt elektrostatisch über handelsübliche Glocken 22 mit vorgeschaltetem variierbarem Puffervolumen 4 auf verzinkte Stahlbleche mit einer Schichtstärke von 40 μm. Der Lackfilm wird 5 Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet, 10 Minuten bei 80 °C vorgetrocknet und 30 Minuten bei 130 °C ausgehärtet. Der Lackfilm hat die folgenden anwendungstechnischen Eigenschaften:
Pendelhärte nach König (23 °C) : 190s Glanz 20° 88
Lösemittelbeständigkeit (Xylol/Treibstoff) 0/1 (0 = sehr gut, 5 = schlecht) Chemikalienbeständigkeit :
Pankreatin/Schwefelsäure/Natronlauge: 2/1/0 Kratzfestigkeit:
(Amtec Kistler Laborwaschstrasse, 10 Cyclen): DGlanz 13
Beispiel 3
Airless-Spritzpistole mit Mischeinrichtung für zwei Lackkomponenten
Es wird eine Spritzpistole 36 herkömmlicher Bauart mit einer Dispergierdüse mit variablem Durchsatz für das Airless-Spritzen beschrieben. Die Spritzpistole hat folgenden Aufbau:
Durch den Düsenkörper 34 führen jeweils mehrere Bohrungen 30, 31 für die Komponenten A (Bohrung 30) und B (Bohrung 31). In Fig. 6 sind nur zwei der Bohrungen zu sehen. Anstelle der Bohrungen können auch mehrere Schlitze in Längsrichtung der Mischkammer 38 angeordnet sein.
Die Bohrungen 30, 31 und 37 sind mit Schlauchzuleitungen (nicht gezeichnet) verbunden, die die Lackkomponenten oder Druckluft (Bohrung 37) zuführen.
Der Düsenkörper 34 besteht aus Keramik (Zirkoniumoxid). In der Kammer 38 wird eine Düsennadel 33, die aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid) besteht, wie ein Kolben bewegt. Die Düsennadel 34 verschließt die Bohrungen 30, 31 oder Schlitze für den Durchgang des Dispergiergutes ohne Einsatz von Dichtungen vollständig. Die Düsennadel 34 entfernt beim Durchstoßen alle Produktreste aus der Kammer 38, so dass eine Reinigung nach Gebrauch nur in Ausnahmefällen erforderlich ist. Aus der Kammer 38 kann das Dispergiergut 32 direkt oder über eine zusätzliche Spritzdüse 35 verspritzt werden. Zur Verbesserung des Spritzbildes kann der Kammer zusätzlich Spritzluft 37 zugeführt werden.

Claims

Patentansprttche
1. Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlass (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer Vielzahl von entlang der Kammerwand in Reihen angeordneten Öffnungen (4, 4'), die in eine Auslasskammer (14) münden, und mit einem Auslass (15) für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stellung in der Kammer (3) eine bestimmte Zahl der Öffnungen (4, 4') für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.
2. Dispergiervorrichtung mit variablem Durchsatz von Dispergiergut auf Basis eines Strahldispergators, bestehend wenigstens aus einem Einlass (13) für das zu dispergierende Material (12), einer Kammer (3) mit einer oder mehrerer entlang der Kammerwand angeordneten schlitzförmigen Öffnungen (16, 16'), die in eine Auslasskammer (14) münden, und mit einem Auslass (15) für das fertige Dispergiergut, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (3) ein Kolben (5) verschiebbar angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner Stel- lung in der Kammer (3) die Schlitze (16, 16') für den Durchgang des Stromes von Dispergiergut (12) teilweise oder vollständig absperrt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am einen Ende der Kammer (3) mindestens eine Spülbohrung (6) mit größerem Querschnitt als dem Querschnitt der Öffnungen (4, 4') bzw. der
Schlitze (16, 16') angebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mittels eines elektrischen oder pneumatischen Antriebes (9) bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) und die Kammer (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mittels eines an die Kammer (3) anschließenden und von dieser getrennten Spülraumes (7) zu reinigen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Kolben (5) und oder die Wand der Kammer (3) aus Keramik bestehen, oder eine Keramikbeschichtung aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikmaterial Zirkonoxid eingesetzt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens zwei Reihen von hintereinander angeordneten Öffnungen (4) und (4') aufweist, die axial versetzt in der Kammerwand angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Reihen von Öffnungen (4, 4') bzw. zwei unterschiedliche Schlitze (16, 16') mit getrennten Stoffzuleitungen verbunden sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (15) der Vorrichtung als Zerstäubungsdüse ausgebildet ist oder dem Auslass (15) eine Zerstäubungsdüse direkt nachgeschaltet ist.
12. Sprühpistole (38) aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Sprühpistole nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer ein zusätzlicher Druckluftanschluss (37) angeordnet ist.
14. Lackieranlage für den Auftrag von Mehrkomponentenlack umfassend wenigstens eine Lackierstation mit Sprühaggregaten (22) für den Lack, Zuleitungen (23, 24) und Pumpen (20) für die Lackkomponenten und eine Mischeinheit für die Lackkomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit eine Dispergiervorrichtung 17 nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
15. Lackieranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispergiervorrichtung 17 ein einfacher konventioneller Düsenmischer (2) vorgeschaltet ist.
16. Lackieranlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mischeinheit (2, 17) und den Sprühaggregaten (22) ein zusätzlicher Pufferspeicher (21) vorgesehen ist.
17. Verwendung der Dispergiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Dispergieren und Mischen von chemischen Produkten, insbesondere von
Wasserlacken, Filmemulsionen oder Silikonemulsionen und von pharmazeutischen oder kosmetischen Produkten, insbesondere von Salben, Cremes oder Pflegemilch oder zur Dispergierung oder Homogenisierung von Natur- oder Lebensmittelprodukten, insbesondere von Säften, Mischgetränken oder Milchprodukten, insbesondere bevorzugt von Milch oder Sahne.
18. Verwendung der Dispergiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Regelung von Stoffströmen und zur Durchführung schneller chemischer Reaktionen.
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