Projekt 16568/01

Produktionsintegrierter Umweltschutz beim Dispergieren von Farben und Lacken oder vergleichbaren Produkten durch Integration von Prozeßstufen in neuartiger Dispergieranlage (TORUSMILL)

Projektträger

VMA-Getzmann GmbH
Euelerhammerstr. 13
51580 Reichshof
Telefon: 02296/803-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei vielen technischen Prozessen ist es erforderlich, feinteilige Feststoffe in flüssigen Medien homogen zu verteilen. Dieser Vorgang wird als Dispergieren bezeichnet, er stellt in der Herstellung von Farben und Lacken einen zentralen Verfahrensschritt dar.
Das Dispergieren von Farben und Lacken läuft in der Praxis in 2 Stufen ab, dem Vordispergieren und dem Feindispergieren. Das Vordispergieren erfolgt üblicherweise in Dissolvern, das Feindispergieren in Rührwerkskugelmühlen oder Tauchmühlen. Daran schließt sich das sogenannte Komplettieren oder Auflacken an, bei dem durch weitere Zugabe von Löse- und Bindemittel die gewünschten Produkteigenschaften eingestellt werden.
In einem innovativen, inzwischen durch mehrere internationale Patente geschützten Maschinenkonzept TORUSMILL wurden in Labor- und Technikumversuchen die Verfahrensstufen Vor- und Feindisper-gieren in einer Maschine integriert. Projektziel war, das Maschinenkonzept zu einem Produktionssystem weiterzuentwickeln. Damit werden zum einen bisher nicht übliche Ansatzmengen (Batches bis 3.000 l), zum anderen auch das Komplettieren/Auflacken im gleichen Vorlagebehälter ermöglicht. Es werden erstmals die Verfahrensstufen Vor- und Feindispergieren, Komplettieren/Auflacken in einer Maschine zusammengefasst, wodurch der Umwelt- und Arbeitsschutz bei der Herstellung von Farben und Lacken entscheidend verbessert wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Zielsetzung des Projekts umfasste im einzelnen folgende Entwicklungs- und Innovationsziele:
· Übertragung des TORUSMILL-Maschinenkonzeptes in den Größenmaßstab 3.000 l
· Zusätzliche Integration des Komplettierens/Auflackens
· Automatische Maschinen- und Behälterreinigung bei Farb- und Rezepturwechseln
· Automatische Beschickung mit Pulvern und Granulaten
· Entwicklung einer angepassten MSR-Technik für die Prozesssteuerung
Diese Aufgaben sollten in folgenden Arbeitsschritten gelöst werden:
· Konzeptentwicklung TORUSMILL für 3000 l Batches mit Berechnungen und Auslegungen
· Konstruktion und Bau einer Prototypanlage
· Entwicklung von Peripherieeinrichtungen und -aggregaten: staubfreie Beschickung
· automatische Reinigung mit Aufbereitung verunreinigter Lösungsmittel
· Entwicklung der MSR-Technik für Qualitätsprüfung im Prozess
· Aufbau einer kompletten Versuchsanlage
· Dispergier- und Auflackversuche zur Bestimmung der Leistungsdaten


Ergebnisse und Diskussion

Das Dispergiersystem für Farben und Lacke wurde aus dem Labor- und Technikummaßstab in eine an-wendertypische Größenordnung übertragen. Hierzu wurde eine Prototypanlage errichtet und umfassend erprobt. Die Maschine wurde voll funktionstüchtig fertig gestellt Aufgrund des eingetretenen Zeitverzugs wurde dabei auf die Entwicklung der Anlagenperipherie weitgehend verzichtet. Inzwischen vorliegende Erfahrungen zeigen zudem, dass die Anlagenperipherie jeweils aufgabenspezifisch ausgelegt werden muss. Nach der vorläufigen Endmontage erfolgten umfangreiche Funktionsschecks, um maschinentypische Verhaltensweisen und sicherheitsrelevante Funktionen zu testen sowie Basisdaten für weitere Versuche zu erlangen.
Der Prototyp TORUSMILL 3000 hat seine Leistungsfähigkeit in praxisorientierten Großversuchen nachgewiesen. Ein aufwendiger Versuch mit einer hochlösemittelhaltigen Rezeptur mit einem Additivmix in Butylacetat/Xylol-Lösung wurde zur Beurteilung möglicher VOC-Emissionsreduzierungen durchgeführt. Hierzu wurde vom Institut für Lacke und Farben e.V., Magdeburg eine Lösemittelbilanz angefertigt.
In einem weiteren Großversuch wurden 1,5 t eines typischen Industrieprodukts, einer Mahlpaste zum Einfärben von Hartschäumen dispergiert. Im Vergleich mit dem bisherigen Herstellprozess konnte die Sollfeinheit des Produkts < 10 µm bereits nach 2,5 anstatt 9 Stunden erreicht werden. An Proben wurden Versuche zur Ermittlung der Farbstärke durchgeführt. Messwerte und der optische Eindruck verwiesen auf eine engere Korngrößenverteilung und damit bessere Produktqualität des Pigments. Zu der in diesem Versuch erzielten enormen Zeitersparnis von fünf Stunden sei angemerkt, dass eine horizontale Perlmühle eine entsprechende Menge nur in mehreren Durchgängen verarbeiten kann, so dass ein effektiver Zeitvorteil von 13 Stunden für diese Charge errechnet wurde. Mit der Verkürzung des Dispergiervorgangs sind auch erhebliche Energieeinsparungen verbunden. So konnte im Vergleich mit dem bisherigen Herstellprozess der spezifische Energieverbrauch von 346 Wh/l auf 143 Wh/l verringert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die TORUSMILL 3000 wurde im Jahr 2003 auf insgesamt 15 internationalen Messen präsentiert und weckte bei potenziellen Kunden großes Interesse.
Vor allem auf der European Coatings Show, die Anfang April 2003 in Nürnberg stattfand, ließen sich viele Kundenkontakte knüpfen. Es erwies sich als vorteilhaft, auf dieser Messe eine TORUSMILL TM100 auf dem Stand der DBU mit ausstellen zu können. Hervorzuheben ist auch die Präsentation auf der Keramik-Fachmesse CERAMITEC, die im September 2003 in München stattfand wird.
Es wurden Fachbeiträge und Presseinformationen veröffentlicht und Informationen über die Anlagenkonfiguration in den relevanten Branchen verbreitet. Diese Maßnahmen werden durch regelmäßige nationale und internationale Kunden-Präsentationen un-terstützt. Im Rahmen eines Workshops wurde über 20 Vertriebs- und Servicemitarbeitern unserer internationalen Vertretungen Anfang Juni 2003 die Anlage präsentiert und eine technische Schulung vorgenommen.
Die TORUSMILL 3000 wurde in den neuen Katalog für Produktionsanlagen aufgenommen, der Anfang April 2003 erschien. Damit wird eine breitgestreute Information über die im Projektrahmen weiterentwickelte Dispergiertechnik erreicht.


Fazit

Mit der im Projektrahmen errichteten Prototypanlage der TORUSMILL 3000 ist es gelungen, erstmals eine völlig geschlossene Anlage zur Herstellung von Farben und Lacken zu realisieren, die in diesem Großmaßstab die drei Verfahrensschritte der Vordispergierung, der Feinstmahlung und des Auflackens miteinander vereinigt. Dadurch konnten neben wesentlichen Verbesserungen im Fertigungsprozess die Lösemittelemissionen auf ein Minimum reduziert werden. Auch die im Produktionssystem verbleibenden lösemittelhaltigen Produktrestmengen, die im Normalfall als Sondermüll entsorgt werden müssten, lassen sich nun zumeist in den Herstellungsprozess zurückführen und weiterverarbeiten. Die Beeinträchtigung der Umwelt und die Belastungen der Maschinenbediener wurden deutlich verringert. Die Umweltrelevanz der errichteten Prototypanlage wurde durch Erstellung einer Lösemittelbilanz für einen Dispergierversuch dokumentiert. Die Fertigungszeit für ein Produkt, welches die drei Herstellungsstufen Vordispergierung, Feinstmahlung und Auflackung durchläuft, ließ sich mit der TORUSMILL 3000 wesentlich reduzieren.

Übersicht

Fördersumme

190.609,61 €

Förderzeitraum

01.06.2000 - 31.12.2002

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik