Optimale Lackkoagulierung
Um Oberflächen mit Lack zu beschichten ist das Spritzlackieren mit Druckluft ein gängiges Verfahren.
Der dabei entstehende Farbnebel muss gezielt abgesaugt und aus dem Luftstrom ausgewaschen werden.
Damit das funktioniert wird koaguliert.
Wie das gut funktionieren kann wird hier beschrieben.
Wer kennt das nicht: Sie gehen durch Ihren Betrieb und der Blick schweift auf die Palette der Chemikalien neben der Spritzkabine. Koaguliermittel für Lösemittelacke, Spalter für
Wasserlacke, Natronlauge zum Neutralisieren, Flock- und Flockungshilfsmittel, Aktivatoren, Entschäumer und Biozide, wofür brauche ich das alles? Und was das immer kostet! Und trotzdem funktioniert nichts richtig. Geht das nicht
auch einfacher?
Es geht! Und häufig sogar ohne große Investitionen. Denn durch neue Koagulierungsmittel konnten in jüngster Vergangenheit wesentliche Fortschritte bei der Koagulierung von Wasser- und
Lösemittellacken erreicht werden. Bei vielen Anwendern wurden dadurch die Kosten erheblich reduziert.
Größere Lackmengen werden üblicherweise in wasserberieselten Spritzwänden beziehungsweise Spritzkabinen verarbeitet.
Die Aufgabe dieser Spritzwände ist es, Lackoverspray mit einem Luftstrom zu erfassen, ihn in die Wasserphase zu führen und aus dieser wieder abzuscheiden. Hierzu wird dem Wasser üblicherweise ein als Koaguliermittel
bezeichneter Hilfsstoff zugefügt, damit das Abscheidesystem nicht durch Verkleben der Rohre und Pumpen gestört wird.
Dieser Chemikalieneinsatz sollte dann allerdings so kostengünstig wie möglich geschehen. Dazu gehört neben
einer richtig genutzten Verfahrenstechnik auch das richtige Koaguliermittel für den jeweiligen Anwendungsfall. Nachfolgend soll an einigen Beispielen aufgezeigt werden, welche Einsparungen durch die Neu- und Weiterentwicklung
der Koaguliermittel für die verschiedenen Anwender möglich sind.
Was heißt Koagulierung?
Der Duden definiert die Koagulierung als das künstlich herbeigeführte
Ausflocken von kleinen und kleinsten Teilchen durch Maßnahmen, die eine Teilchenvergrößerung bewirken. In der Praxis versteht man unter Koagulierung das Entkleben und Ausflocken von Lackoverspray aus dem Umlaufwasser von
Spritzkabinen. Dabei meint man im allgemeinen den Overspray von lösemittelhaltigen Lacken.
Denn bei der Herstellung von wasserverdünnbaren Farben erreicht man die Vermischung der Farbe mit Wasser durch Zugabe von Tensiden
und Emulgatoren. Soll die Farbe später wieder aus dem Wasser abgetrennt werden, spricht zum besseren Verständnis von (Emulsions-) Spaltung und Flockung statt Koagulierung.
Bei der Verarbeitung von Lösemittelacken wurde
in den Anfangsjahren der Nass-Spritzkabinen häufig durch Zugabe von Natronlauge oder auch Altöl in das Kabinenwasser eine Entklebung durch Verseifung beziehungsweise Oxidation erreicht. Allerdings war das Umlaufwasser dann
recht aggressiv und musste in kurzen Zeitabständen entsorgt werden.
Später wurde mit bentonithaltigen Produkten koaguliert, die zusätzlichen Abfall produzierten. Diese Produkte alleine konnten aber ihre Aufgabe oft nur
mangelhaft erfüllen. Daher wurde oftmals zusätzlich mit Aktivatoren oder Flockungshilfsmitteln gearbeitet. Der Aufwand zur Dosierung, Steuerung und Regelung ist entsprechend hoch.
Gelegentlich findet man heute auch noch
Koaguliermittel, die auf Dispersions- oder Wachsbasis aufgebaut sind. Dies führt allerdings zu einer extremen Belastung des Kabinenwassers durch organische Stoffe, die sich nur schwer aus dem Wasser entfernen lassen. Bei einem
Kabinenwasserwechsel kann das Wasser dann nicht mehr in den Kanal abgelassen werden, sondern muss teuer entsorgt werden.
Moderne Koagulierungssysteme ...
...von
heute beruhen auf rein physikalischen Vorgängen und sind dadurch bei sachgerechter Anwendung prinzipiell sehr umweltfreundlich. Der Entklebungsprozess erfolgt durch Anlagern ( Adsorption ) von speziellen oberflächenaktiven
Substanzen. Diese Netzmittel bestehen aus Molekühlen, mit einem wasserfreundlichen (hydrophilen) und wasserfeindlichen (hydrophoben) Ende. Sie besitzen Grenzflächen mit polarem Gefälle (Wasser ist polar, Lack unpolar). Da keine
chemische Reaktion stattfindet, entstehen keine zusätzlichen Abfallprodukte im Wasser. Auch eine Aufsalzung des Wassers findet nicht mehr statt. Die Standzeiten werden erheblich verlängert.
Bei der Verarbeitung von
Wasserlacken wird der Overspray an der Wasserwand quasi in sein Lösungsmittel (Wasser) eingemischt. Daher ergibt sich ein wichtiger Unterschied zum Lösemittellack. Denn wenn beim Lösemittelack das Koaguliermittel vor dem
Overspray im Wasser sein muss, kann der Wasserlack erst einmal ins Kabinenwasser eingemischt und später an anderer Stelle abgespalten und ausgetragen werden.
Obwohl der Wasserlack Pumpen und Rohre in der Spritzkabine
nicht verklebt, kann er natürlich nicht grenzenlos im Kabinenwasser aufkonzentriert werden.
Zur Spaltung von Wasserlacken wurde in der Vergangenheit bei Nass-Spritzkabinen die Kabinenwasserreinigung entweder mit
säurehaltigen Flüssigspaltern innerhalb der Kabine oder mit pulverförmigen Reaktionstrennmitteln in einem Nebenkreislauf der Kabine durchgeführt. Die sauren Flüssigspalter hatten den Nachteil, dass sie selbst und durch
notwendige Neutralisation mit Natronlauge das Kabinenwasser stark aufsalzen, und damit die Kabinenbleche angreifen und die Standzeit des Umlaufwassers begrenzen.
Moderne Flüssigspalter ...
...von heute basieren auf schwach saueren beziehungsweise pH neutralen Polymermischungen, die geringe bis keine Salze mehr im Kabinenwasser hinterlassen. Mit 1 kg Flüssigspalter neuester Generation können bis zu 50
kg Wasserlack aus dem Kabinenwasser ausgeflockt werden.
Flüssige Spalt- und Flockmittel kommen in der Regel an Kabinen mit hohem Lackverbrauch und kontinuierlichem Lackschlammaustrag zum Einsatz. Die Dosierung erfolgt
automatisch über entsprechende Dosieranlagen direkt in die Kabine. Durch Zugabe eines Flockungshilfsmittels kann die Flockengröße und die Flockenladung so optimiert werden, dass der Lackschlammaustrag (meistens mit
Flotationsanlage) störungsfrei funktioniert und der Flockschlamm in der nachfolgenden Entwässerung optimal entwässert.
Die pulverförmigen Reaktionstrennmittel zeichneten sich in der Vergangenheit durch schlechte
Wirkungsgrade aus. So konnte man zum Beispiel Anfang der 90er Jahre mit 1 kg Reaktionstrennmittel gerade mal 3 -5 kg Wasserlack aus dem Wasser abspalten.
Moderne Reaktionstrennmittel ...
...von heute hingegen können mit nur 1 kg Zudosierung bis zu 30 kg Farbe aus dem Kabinenwasser ausflocken. Produkte neuester Generation arbeiteten zudem salzarm- und
sulfatfrei, wodurch die Standzeiten des Kabinenwassers verlängert und Geruchsbelästigungen durch unerwünschte Inhaltsstoffe vermieden werden.
Pulverförmige Produkte werden heute überwiegend für die Aufbereitung von
Spülwässern aus Lackrückgewinnungsanlagen, Applikationsgeräten und Flutanlagen eingesetzt. Der besondere Vorteil dabei liegt in der einfachen und sicheren Anwendung der Produkte. Spalt-, Flock- und Neutralisationsmittel sind in
einem, für den Anwender ungefährlichen Produkt kombiniert.
Kombipräparate
Neben den flüssigen und pulverförmigen Produkten zur Wasserlackspaltung gibt es noch eine
dritte Möglichkeit. Eine neue Generation pastöser Koaguliermittel für Lösemittellacke mit besonders hohem Adsorptionsvermögen eignet sich ebenfalls sehr gut zur Behandlung von wasserlöslichen Lack- und Beizsystemen und
ermöglicht deshalb sogar ein Verarbeiten von sowohl lösemittehaltigen als auch wasserverdünnbarer Lacksysteme in einer Kabine. Wo ehemals 4 bis 5 Produkte nötig waren, reicht heute ein einziges! Einfacheres Handling und weniger
Dosieranlagen sind daher ein deutlicher Vorteil dieser Produkte.
Biozide, Entschäumer
Häufig findet man im Bereich der Spritzkabinen chemische Produkte, die mit der
eigentlichen Koagulierung nichts zu tun haben. Diese sogenannten Wasserpflegemittel sind nicht nur teuer, sondern oftmals auch überflüssig. Aktivatoren und Flockungsmittel sind in einem modernen Koaguliermittel bereits
enthalten. Biozide zur Geruchsvermeidung sind häufig ein Zeichen für eine nicht ordnungsgemäß arbeitende Spritzkabine. Hier empfiehlt sich in jedem Fall einmal eine Überprüfung der Verfahrenstechnik durchzuführen, um den
Verbrauch an Chemikalien auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Schlammentwässerung
Ein wichtiger Schritt zur Kostenreduzierung im Lackierbetrieb ist die Entwässerung
des koagulierten Lackschlamms um die zu entsorgende Restmenge möglichst gering zu halten.
Wird koagulierter Lackschlamm aus der Spritzkabine entnommen, manuell oder automatisch, so beinhaltet er zwangsläufig eine große Menge
Wasser. Wird der Lackschlamm in einem Filterkorb gesammelt, so muss das Wasser gut ablaufen können, damit die Filterbehälter nicht zu oft gewechselt werden müssen. Neben der Qualität der Filtertücher beziehungsweise Filtersäcke
spielt die Einstellung der Flockenladung durch das Koaguliermittel dabei eine wichtige Rolle.
Denn häufig sieht man in der Praxis “Entwässerungsbehälter”, die ihren Namen nicht verdienen. Entweder ist der
Lackschlamm nicht oder nur unzureichend entklebt und verschmiert die Filterkörbe. Oder es sind keine oder zu wenig Löcher zum Ablauf des Wassers vorgesehen. Auch gibt es Filterkörbe, die im vollen Zustand kein Wasser mehr
ablaufen lassen.
All dies sind Fehler die einerseits erhebliche Kosten verursachen, die sich aber andererseits sehr einfach abstellen lassen.
Abschließend sollte der vorentwässerte Lackschlamm nach Möglichkeit
durch den Einsatz von Druckpressen, sei es die pneumatische Lackschlammpresse für lösemittelhaltige Koagulate oder eine Kammerfilterpresse für Wasserlackschlämme, weiter im Volumen reduziert werden.
Beide Systeme
amortisieren sich innerhalb kürzester Zeit, da sie die zu entsorgende Restmenge noch einmal um 50 bis 70% reduzieren können. Außerdem kann gerade bei Wasserlackresten durch das Erreichen bestimmter Trocknungsgrade ein Wechsel
der Abfallschlüsselnummer in eine günstigere Kategorie möglich werden.
Beispiele aus der Praxis
Diese Beispiele zeigen, dass sich die Umstellung auf eine moderne
Koagulierung fast immer auszahlt. Wird eine solche Maßnahme noch durch verfahrenstechnische Änderungen begleitet, so zeigt sich am Ergebnis, dass die Nass-Spritzwand und die Lackkoagulierung nicht immer nur teuer und schlecht
sein muss, sondern durchaus ein kalkulierbares Element in der Oberflächentechnik darstellen kann.
Denn obwohl ein Produkt durch die farbliche Oberflächenbeschichtung oftmals erst seinen endgültigen Charakter beziehungsweise
das firmenspezifische Aussehen erhält, genießt die Lackiererei in vielen Produktionsbetrieben offensichtlich keine hohe Priorität bei der technischen Ausrüstung.
Kaum eine Buchhaltung arbeitet heute noch ohne leistungsfähige
Computer. Alle 3 bis 5 Jahre werden die neuesten Automodelle für die Firmenflotte angeschafft. Aber in der Oberflächentechnik wird trotz Änderung der Beschichtungssysteme (wasserverdünnbare statt lösemittelhaltige Lacke,
verbesserte Lackrezepturen und so weiter ) mit Spritzkabinen gearbeitet, die häufig bereits 10 bis 20 Jahre alt sind. Genauso alt sind oftmals die Lackschlammaustrag- und Koagulierungssysteme. Dass diese Anlagen nicht mehr
kostenoptimal arbeiten können, scheinen viele Betreiber zu übersehen.
Tatsache ist doch, dass etwa alle 2 bis 3 Jahre eine neue Generation Koaguliermittel entwickelt wird, die sich durch höhere Effizienz, weniger
wasserbelastende Schadstoffe und bessere Einstellung in der Gesamtwirkung auszeichnen. Dabei kommen durch bessere Produktionstechniken bei fast konstanten Preisen immer höher konzentrierte Produkte zum Einsatz. Der Gewinner
hierbei ist eindeutig der Anwender.
Beispiele aus der Praxis
Branche
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Lack
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Verbrauch
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alte Koagulierung
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neue Koagulierung
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Einsparung
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Sonstiges
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Maschinenbau
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2 K Grund 2 K PUR Struktur
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ca. 300 - 500 kg/Tag
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Koaguliermittel Flockhilfsmittel Aktivator
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1 pastöses Koaguliermittel
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30%
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Kabinenreinigung von wöchentlich auf monatlich
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Möbel
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UV Hydro- Klarlack
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ca. 200 kg/Tag
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pulverförmiges RTM mit Sedimentations-Austraganlage
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Flüssigspalter mit Flotationsaustrag
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30%
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90% weniger Störungen
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Fensterbau
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Wasserverd. Flutlacke
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ca. 3 m³/Tag Spülwasser
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Spaltsäure Natronlauge Flockhilfsmittel Destillation
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1 salzfreies Pulverprodukt
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20%
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weniger Arbeit, keine Gefahrstoffe, keine Destillation
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Automobil-Zulieferer
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2 K Wasserlack
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ca. 200 kg/Tag
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Säurespalter Natronlauge Flockhilfsmittel Entschäumer
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1 organischer Spalter, pH neutral silikonfreier Entschäumer
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50%
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2 statt 4 Dosierstationen, kein Gefahrstoff, bessere Lackschlammentwässerung
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Automobil-Zulieferer
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Polyesterlack WV Beizen
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ca. 1.200 kg/Tag
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Koaguliermittel Flüssigspalter Flockhilfsmittel
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1 Adsorbtions-Koaguliermittel
|
30%
|
Standzeit-Verlängerung des Kabinenwassers von 2 Monate auf unendlich
|
Automobil-Zulieferer
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1K + 2K Lösemittellack ca. 5% Wasserlack
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ca. 800 kg/Tag
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bentonithaltige Koaguliermittel Flüssigspalter Flockhilfsmittel
|
1 pastöses Koaguliermittel
|
60%
|
Kabinenreinigung von wöchentlich auf monatlich
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Ladenbau
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versch. Lösemittel- und Wasserlacke
|
ca. 50 kg/Tag
|
bentonithaltige Koaguliermittel Flüssigspalter Flockhilfsmittel
|
1 pastöses Koaguliermittel
|
50%
|
weniger Arbeit bessere Funktion
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Der Autor:
Wolfgang Ludewig staatl.gepr.Techniker EFA Chemie GmbH
Tel. (02161) 65 05 38 Fax (02161) 65 06 37 eMail: ludewig@efa-chemie.de