Access to Technology and Know-how on Cleaner Production in Central Europe Green Surface Technologies Workshop in Greifswald, Germany

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1 Access to Technology and Know-how on Cleaner Production in Central Europe Green Surface Technologies Workshop in Greifswald, Germany UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies

2 Grundlagen Weltweit wurden im Jahr 2006 etwa Tonnen Pulverlack zur Beschichtung eingesetzt. In Europa beträgt der Anteil von Pulverlacken am gesamten Lackmarkt etwa 10 %. Je ein Drittel entfällt auf Europa und Asien, das verbleibende Drittel verteilt sich zur Hälfte auf Nordamerika und den Rest der Welt Grundverfahren: elektrisch leitfähiger Werkstoff wird mit Pulverlack beschichtet Wesentliche Materialien: Stahl, verzinkter Stahl u. Aluminium allgemeine Metallbeschichtung mit 35 % Anteil, Haushaltsgeräte (Weiße Ware, 21%) Fassadenbeschichtungen (20 %) Möbellackierung (13 %) Automobillackierung (8 %) (Smart oder temperaturempfindliche Substrate wie MDF-Platten pulverbeschichtet) European Coatings Directory - Special Issue: Powder Coatings; 2008 UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 1

3 Grundlagen Schematische Darstellung des Ablaufs in einer Pulverbeschichtungsanlage Oberflächenvorbehandlung (Reinigung und / oder Aufbringen einer Konversionsschicht) Zwischentrocknung elektrostatische Beschichtungszone Trockner Werkstücke werden durch ein Fördersystem transportiert UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 2

4 Pulverlacke Die zur Pulverbeschichtung verwendeten Pulverlacke bestehen im Allgemeinen aus trockenen, körnigen Partikeln, die zwischen 1 und 100 µm groß sind Chemisch basieren diese meist auf Epoxid- oder Polyesterharzen Daneben sind Hybridsysteme verbreitet, die sowohl Epoxid- als auch Polyesterharze als Bindemittel enthalten Wie sich ein Pulverlack bei der Beschichtung verhält, wird hauptsächlich durch seine mechanischen Eigenschaften wie der Partikelgröße und der Rieselfähigkeit bestimmt. In geringerem Maße spielt auch die chemische Zusammensetzung des verwendeten Pulverlackes eine Rolle Je nach Zusammensetzung neigen die Pulverlackpartikel zum Ansintern in der Beschichtungsanlage Sie sind temperaturempfindlich und beginnen aufzuschmelzen und zu verkleben, wenn die Temperatur 50 C übersteigt B. Müller, U. Poth: Lackformulierung und Lackrezeptur: Das Lehrbuch für Ausbildung und Praxis. Vincentz Network, 2006, ISBN Und: Pulvertransport und Pulverförderung. ITW Gema; Abgerufen am 21. Dezember 2008 UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 3

5 Pulverlackierkabine mit Aufbereitung UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 4

6 Regelungen / Normen DIN bezieht sich auf den Korrosionsschutz und die Bewertung von beschichteten Stahlbauten, eines der Hauptanwendungsgebiete der Pulverbeschichtung EN bezieht sich auf die Pulverbeschichtung von feuerverzinkten und sherardisierten Gegenständen aus Stahl EN definiert Sicherheitsanforderungen an Spritzkabinen. Zertifizierung durch Gütegemeinschaften, die sowohl für die beschichtenden Unternehmen als auch für Pulverlacke durchgeführt werden kann Beschichtende Unternehmen müssen dabei Anforderungen hinsichtlich Fertigungseinrichtung, Laborausstattung, Eigenüberwachung und Qualität der erzielten Oberflächenvorbehandlung und der fertigen Beschichtung erfüllen Hersteller von Beschichtungspulvern müssen nachweisen, dass die von ihnen hergestellten Pulver die entsprechenden Anforderungen erfüllen, etwa die Erhaltung der Farbe und des Glanzes des lackierten Objektes bei Auslagerung im Freien über mehrere Jahre Inhaltsverzeichnis der DIN 55633; Normen zum Thema Pulverbeschichten; Qualitätsrichtlinien der GSB; Qualitätsrichtlinien von Qualicoat auf der Webseite des Verbandes Oberfläche Aluminium UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 5

7 Förderung des Pulvers Stabinjektor Kernteil des Stabinjektors UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 6

8 Aufbringen der Pulverlacke Applikation von Pulverlacken Pulversprühpistolen für die Handbeschichtung (Tribo, Corona) Automatiksprühpistole mit Ringelelektrode Automatiksprühpistole UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 7

9 Aufladungsarten triboelektrischen Aufladung Ionisationsaufladung Schichtbildung Verfahren bei handelsüblichen Pulverlacken bei etwa 150 µm Düsen Pralltellerdüse Flachstrahldüse Pulversprühkabinen aus Metall, Glas oder Kunststoff gefertigt (aus einem schwer brennbaren Material gefertigt, besondere Vorschriften bezüglich Erdung) Kunststoffkabinen sind pulverabweisend, so dass die Verschmutzungsneigung geringer und der Erstauftragswirkungsgrad höher ist Rückgewinnung Abhängig vom Verhältnis der Kosten für einen Farbwechsel im Verhältnis zu den Kosten für den andernfalls vergeudeten Anteil des aufgetragenen Pulverlacks UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 8

10 Alternative Applikationstechniken Wirbelsintern (thermoplastische Pulverlacke) Pulverlack als wässrige Suspension, Pulverlack-Slurry Coil-Coating-Verfahren Vernetzung Einbrennbedingungen Trockner Föderung (Aufhängung, Geschwindigkeit) UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 9

11 Entwicklung eines Werkzeugs und einer Handlungsanweisung zur Erhöhung der Energieeffizienz in Betrieben der Oberflächenbehandlung (E hoch 3) Projektdauer: Förderung durch: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauches sind zwar bekannt; sie werden jedoch nicht umgesetzt. Im Rahmen des geplanten Projektes soll daher eine Handlungsanweisung zur Erhöhung der Energieeffizienz in Betrieben der Oberflächenbehandlung erstellt werden. Eine solche Handlungsanweisung, die die komplette Prozesskette der industriellen Lackiertechnik abdeckt, gibt es bisher nicht. UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 10

12 Gründe für die hohen Energieverbräuche: Nicht optimierte Druckluftsysteme Unzureichende Kenntnisse über die größten Energieverbraucher und Energieströme im Gesamtprozess Aus energetischer Sicht falsch geplante Vorbehandlungs- und Beschichtungsanlagen Nicht ausreichend ausgelegte Wärmedämmung der Einbrennöfen Aus energetischer Sicht ungeeignete Werkstoffe zur Herstellung von Warenträgern für Beschichtungsprozesse Lackieranlagen, die ausschließlich unter dem Gesichtspunkt der Investitionskostenminimierung gebaut werden Die im Vergleich zu energieoptimierten Anlagen höheren Folgekosten werden häufig nicht berücksichtigt. UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 11

13 Noch keine ausreichenden Lösungen zur Erhöhung der Energieeffizienz in Prozessen der Oberflächentechnik Welches sind die wesentlichen Energiedaten und Energieströme im Lackierund Beschichtungsprozess (Produkte, Material etc.), und wie können sie systematisch und praxisgeeignet erfasst werden? Welche Einflussgrößen haben die Bestandteile des Lackierprozesses (Warenträger, Fördertechnik, Luftführung, Applikationstechnik) als Einzelgrößen und in ihrer Wechselwirkung untereinander? Wie lassen sich mit den erhaltenen Informationen Kenngrößen und Standardwerte ermitteln, die geeignet sind Lackierprozesse zu steuern und zu optimieren mit dem weiteren Ziel Mindestanforderungen für die energiegerechte Konstruktion von Anlagen zu definieren? Die Ergebnisse des Projektes sollen von Lackverarbeitern, Anlagenbauern, Rohstoff- und Pulverlackherstellern etc. zur Verbesserung vorhandener und neuer Lackierprozesse verwendet werden können UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 12

14 Regine Maaß Dr. Horst Pohle Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! UBA Regine Maaß, FG III 2.4 Green Surface Technologies 13