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Entwicklung eines lösemittelarmen Nano-Lacks auf Wasserbasis durch eine physiikalische Reduzierung der Oberflächenspannung von Wasser

In diesem Vorhaben soll ein Lack entwickelt werden, der in seinen späteren Eigenschaften hervorragende technische Anwendungsvorteile bietet. Der nun zu entwickelnde Lack soll auch den durch das Unternehmen Zuelch im Zeitraum bis November 2007 entwickelten schmutzabweisenden und lösemittelhaltigen Lack weit übertreffen. Es wird in diesem Vorhaben ein Lack entwickelt, bei dem auf mehreren Ebenen gleichzeitig Untersuchungen und Entwicklungen angestellt werden müssen. Die bisherigen Entwicklungen von Konkurrenten aber auch von Zuelch selbst weisen ein entscheidendes Manko auf: die Einbringung von Nanopartikeln in den Lack ist nur dann möglich, wenn durch Lösungsmittel und organische Netzmittel die Oberflächenspannung des Wassers chemisch reduziert wird. Mit diesem Vorgehen 'erkauft' man sich aber immer einen weiteren Nachteil des Lackes, der (je nach technischer Ausgereiftheit) einen hohen Anteil an Lösungsmittel aufweist. (Nicht VOC-konform; langkettige Netzmittel stehen einer außergewöhnlichen Oberflächenhärte entgegen). In diesem jetzt geplanten Entwicklungsvorhaben soll ein Lack entwickelt werden, bei dem durch physikalische Veränderung der Oberflächenspannung des Wassers die Nanopartikel in den Lack eingebracht werden. Die Oberflächenspannung von Wasser soll physikalisch reduziert werden, damit die Nanopartikel in das Wasser eingebracht und stabil gehalten werden.

Entwicklung eines Enzym-basierten Trockenstoffes für wasserverdünnbare Alkydharzlacke zum Ersatz umweltbelastender Ölkunstharzlacke und zur Verbesserung des derzeitigen technischen Standes von Wasserlacken

Entwicklung eines Reinigungsverfahrens für stark adhäsive industrielle Verschmutzungen auf der Basis thixotroper Soil-Release-Gele

In industriellen und gewerblichen Lackierkabinen liegt der Lackverlust, welcher als Lacknebel (sog. Overspray) nicht das zu beschichtende Teil erreicht, bei 10-90% der eingesetzten Lackmenge. Der Overspray, der nicht durch die Abluftanlage abgesaugt wird, bildet auf den Kabinenwänden stark adhäsive Verschmutzungen. Deren Entfernung erfordert den Einsatz organischer Lösemittel oder abrasiver Verfahren, welche umweltschädlich sind, die Flächen beschädigen können und einen hohen Personaleinsatz erfordern. Als vorbeugende Maßnahme werden Abziehfolien oder - lacke vor Beginn der Lackierarbeiten auf die Wände aufgebracht und später zusammen mit dem Overspray wieder abgezogen. Dieses Verfahren ist sehr aufwändig. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Reinigungsverfahrens für stark adhäsive industrielle Verschmutzungen auf der Basis thixotroper Polymerdispersionen. Für ein umweltfreundliches Verfahren sollte nur Wasser als Lösungsmittel eingesetzt werden. Die Reinigung sollte leicht und in kurzer Zeit möglich sein und die Beschichtung auf den Wänden zeitsparend zu erneuern sein. Als Basis für die Polymerdispersionen wurden verschiedene Filmbildner zusammen mit Additiven auf ihre Wirksamkeit untersucht. Mischungen aus einem Ethylenoxid Propylenoxid Block-Copolymer mit Polyethylenglycol, Carboxymethylcellulose und pyrogener Kieselsäure unter Zusatz eines Netzmittels erwiesen sich als besonders geeignet. Die aufgebrachten Polymerbefilmungen waren beständig gegen lösemittel und wasserbasierte Lacke und auch bei erhöhter Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausreichend stabil. Auf allen Substraten war eine vollständige Entfernung der aufgebrachten Lackanschmutzungen bei sehr geringem Wassereinsatz und geringem manuellen Aufwand möglich. Die Polymerbefilmungen eignen sich auch, um bereits mit Lack angeschmutzte Soil-Release Polymerschichten durch nochmaligen Dispersionsauftrag zu stabilisieren. Dadurch können personalintensive Reinigungsschritte bei der regelmäßigen Wartung der Lackierkabinen eingespart werden, was eine erhebliche Kosteneinsparung bedeutet.

Verwertung und Entsorgung von Lackschlaemmen

In der BRD fallen jaehrlich ca. 200.000 t Lackschlaemme an, die zur Zeit ueberwiegend deponiert werden. Dabei wird unter dem Begriff 'Lackschlamm' sowohl der in der Spritzkabinen durch Overspray entstehende waessrige Schlamm als auch der der stark loesemittelhaltige Schlamm aus Fehlchargen, Restbestaenden und Reinigungsabfaellen in der Lackindustrie zusammengefasst. In Zusammenarbeit mit dem Industrieentsorger Buchen, Koeln, wird an Verfahren gearbeitet, die sowohl eine Rueckgewinnung des Harzkoerpers als auch eine teilweise Verwertung der Pigmente zum Ziel haben. Fuer Lackschlaemme, die sich nicht verwerten lassen, werden Aufbereitungs- und Konditionierungsverfahren untersucht, mit dem Ziel, eine moeglichst kostenguenstige Verbrennung zu ermoeglichen. Ergebnis der Untersuchungen an Wasserlacken ist, dass die kostenguenstigste Moeglichkeit fuer das Recycling von Lackschlaemmen die Mikrofiltration darstellt, wobei insbesondere auf die geeignete Modulbauweise Wert zu legen ist. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass eine direkte Mikrofiltration in der Wasserphase in den seltensten Faellen erfolgreich ist. Um zufriedenstellende Bindemittelextraktionsraten erzielen zu koennen, muss der Umweg ueber eine Loesemittelphase genommen werden.

Verwertung von Lackabfaellen durch Aufkonzentration von recycelten Lackbindemitteln mittels Umkehrosmose

Bei der Rueckgewinnung von Wasserlack-Overspray durch Ultrafiltration entsteht Recyclinglack im Ueberschuss und zwar in Form nicht vermarktbarer Mischlacke. Diese sind als Abfall zu entsorgen. Alternativ koennen diese Abfaelle entpigmentiert werden, um die Bindemittel wieder verwenden zu koennen. Bei diesem Vorgang faellt eine Bindemittelloesung in niedriger Konzentration an. Es soll ein Verfahren entwickelt werden, die aus den Lackabfaellen entstandenen, feststoffarmen Bindemittelloesungen mit Hilfe der Umkehrosmose aufzukonzentrieren. Dadurch ergeben sich guenstige oekologische und oekonomische Voraussetzungen fuer den Wiedereinsatz der Bindemittel in Neulacken. Dabei ist zu pruefen, ob die Aufbereitung sinnvollerweise zentral oder dezentral vorgenommen werden soll. Ergebnisse liegen noch nicht vor.

Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Trocknung wasserverduennbarer Anstrichstoffe fuer den Stahlbau

Die Entwicklung wasserverduennbarer Lacke fuer den Korrosionsschutz und die dekorative Gestaltung begann vor mehr als zwei Jahrzehnten. Inzwischen werden diese Anstrichstoffe vielfach eingesetzt, so z.B. bei der Beschichtung von Fenstern oder kompletten Schienenfahrzeugen. Auch im Stahl-, Behaelter- und Maschinenbau beeinflusst die Art der Anstrichstoffe die Effektivitaet des Konservierungsprozesses und steht daher in engem Zusammenhang mit der Wettbewerbsfaehigkeit der Betriebe. Umstellungen bei den Anstrichstoffen erfordern oft auch Umstellungen in der Technologie. Neben der Skepsis gegenueber der Korrosionsschutzwirkung sind es auch fehlende Kenntnisse zur Verarbeitung und Trocknung der Wasserlacke, die die Anwender vielfach davon abhalten, diese umweltfreundlicheren Anstrichstoffe verstaerkt einzusetzen. Im Gegensatz zu Produkten der stoffwandelnden Industrie oder der Landwirtschaft ist das Trocknungsverhalten von Anstrichstoffen im allgemeinen und von wasserverduennbaren Lacken im besonderen bisher nicht systematisch und tiefgreifend untersucht worden. Hierzu leistet die vorliegende Arbeit einen grundlegenden experimentellen und theoretischen Beitrag. Bei der Vorbereitung der experimentellen Arbeiten musste festgestellt werden, dass es handelsueblich kein Labortechnik zur Untersuchung der Trocknungskinetik und des Aushaertens von Lackfilmen gibt. Die, im Rahmen des vorliegenden Forschungsberichtes, erarbeitete Analysenmethodik und die entwickelten Apparaturen sind deshalb bereits als Forschungsergebnis zu werten. Die Laboranlage zur Trocknungskinetik ermoeglicht erstmals die Untersuchung des Abdunstverhaltens duenner Lackfilme in Abhaengigkeit verschiedener Einflussgroessen. Neben dieser Versuchsanlage zur Kinetik wurde eine Technikumsapparatur errichtet, in der die Abhaengigkeit des Aushaertens der Produkte bei verschiedenen thermodynamischen und stofflichen Randbedingungen untersucht werden kann. Mit beiden Apparaturen wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen bei verschiedenen technischen und physikalischen Randbedingungen und an einer grossen Zahl wasserverduennbarer Lacke und konventioneller Anstrichstoffe durchgefuehrt.

Systematische Erfassung und Bewertung von Inhaltsstoffen umweltschonender Lacke - Teil II

Gefoerdert durch die Vergabe des Umweltzeichens UZ 12a ('Schadstoffarme Lacke') hat die Entwicklung zu loesemittelaermeren Lacken eingesetzt. Diese Produkte werden in der Regel auf waessriger Basis hergestellt, wodurch neue Einsatzstoffe (Konservierungsstoffe, bestimmte Additive) notwendig werden, die in konventionellen Produkten nicht enthalten sind. Das im 1. Teil des F&E-Vorhabens systematisierte und dv-gerecht erfasste Datenmaterial zu Inhaltsstoffen umweltschonender Lacke und zu Lackzusammensetzungen soll zu einer dv-gestuetzten Bewertung gefuehrt werden. Ferner sollen die Daten in INFUCHS integriert werden, so dass sowohl vorhandene Stoffdaten als auch unterschiedliche Recherchemoeglichkeiten aus INFUCHS genutzt werden koennen.

Wiederverwendung von waessrigem Lackoverspray und waessrigen Lackresten durch Ultrafiltration

Mit einem typischen Wasserlack, welcher mit einer Waschfluessigkeit (mit praxisnaher Zusammensetzung) zu einer 5 Volumenprozentiger Konzentration verarbeitet wurde, ist eine beladene Lacknebel-Auswaschfluessigkeit nachgestellt worden. Mit diesen Fluessigkeiten wurden Stofftrennungen durch Ultrafiltration im Batch-Betrieb durchgefuehrt. Als Trennmedien wurden Membranmodule mit 5 verschiedenen Molekulargewichtstrenngrenzen (100, 50, 30, 10 bzw. 1 Kilo-Dalton) eingesetzt. Die Stofftrennungen wurden qualitativ und quantitativ untersucht, um Moeglichkeiten zu pruefen, inwieweit das nach der Ultrafiltration entstandene Permeat wieder als Waschwasser einsetzbar ist. Die Erkenntnisse darueber haben als Ziel, beim Auffangen des Oversprays in Lackierprozessen den Wasserverbrauch zu reduzieren. In den Untersuchungen wurden mehrere Parameter durch Messungen verfolgt, die den Filtrationsprozess beeinflussen. Die wichtigste Ausgangsgroesse dieses Prozesses ist dabei der erzielte Filtratstrom, welcher von mehreren Faktoren abhaengt, wie die Geometrie der Membranmodule, die Stroemungsverhaeltnisse im Membranengspalt sowie in den Membranen (durch das Permeieren), die transmembrane Druckdifferenz und die stofflichen Eigenschaften. Die experimentellen Arbeiten fuehrten, unter den gegebenen Arbeitsbedingungen und am Beispiel des verwendeten Lackes, zu folgenden Ergebnissen: 1. Im Modulengspalt (retentatseitig) herrscht laminare Stroemung vor, waehrend im Querstrom (permeatseitig) die Stroemung turbulent ist. Es wurde von einem reversiblen, durch Antransport- und Ruecktransportprozesse erfolgten Deckschichtaufbau bei den 100- und 50-KD-Membranen ausgegangen, waehrend dieser Prozess bei der 30 KD-Membran als irreversibel angenommen wurde. 2. In den Permeaten ist ein Festkoerperanteil festzustellen, welcher aus membrangaengige Materialien besteht. Diese koennen niedermolekulare Bestandteile (Bindemittel) aus dem Originallack sein. Nach den hier eingesetzten Trenngrenzen muessen diese Bestandteile kleiner 1000 g/mol sein. Pigmente wurden von allen Membranen vollstaendig zurueckgehalten. 3. Im Batch-Betrieb ist (durch die Abfuehrung des Retentats) die Zahl der Wiedereinsaetze durch die noch zur Verfuegung stehende und nach jedem Zyklus kleiner werdende Permeatmenge limitiert. Bei der Aufkonzentrierung des Festkoerperanteils in der Vorratsfluessigkeit von 2 auf 18 Prozent hat das Permeat zum Schluss einen Festkoerperanteil von nur 0.7 Prozent. Dieser Anteil verhinderte nicht den Wiedereinsatz des Permeats als Waschwasser. 4. Fuer die Wiederverwendung der filtrierten Fluessigkeiten als Auswaschfluessigkeit mit der urspruenglichen Qualitaet sind nur relativ geringe Mengen an Neuzusaetzen von Co-Solventien erforderlich. Ein Zusatz von Aminen war, unter den gleichen Massenumsatzbedingungen, nicht notwendig.

Verwertung von Lack-und Loesemittelabfaellen aus Lackieranlagen zur Herstellung neuer Lacke

Ziel des Vorhabens ist die Verwertung von Lackresten, Lackkoagulat und Lackloesemitteln zur Herstellung neuer hochwertiger Recycling-Lacke. Die Verwertung der og Reststoffe zu hochwertigen Produkten ist aber nur bei richtiger Behandlung waehrend und nach dem Spritzvorgang moeglich. Im vorliegenden Vorgaben soll in Zusammenarbeit mit Lackherstellern und Anwendern untersucht werden, welche Voraussetzungen beim Auffangen und Koagulieren des Lackoversprays eingehalten werden muessen, um einen chemisch moeglichst unveraenderten Lackkoagulat zu bekommen.

Verwertung von Overspray aus der Verarbeitung von Wasserbasislack

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