Betrieblicher Umweltschutz in Baden-Württemberg
 
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Nasslackieren (Spritzlackieren)

Nasslack kann auf verschiedene Weisen auf das Werkstück aufgebracht werden. Die am weitesten verbreitete Technik im industriellen und handwerklichen Bereich ist das Spritzlackieren. Das Spritzlackieren ist jedoch gegenüber anderen Auftragsverfahren (z.B. Walzen, Gießen, Tauchen) meistens mit höheren Umweltbelastungen und einem höheren Materialverbrauch verbunden, da ein Teil des Lacks fehlverspritzt wird (Overspray).

Prüfen Sie also immer, ob Ihre Beschichtungsaufgabe unter den Gesichtspunkten der Lackeinsparung und des Umweltschutzes nicht auch mit anderen Techniken wie Tauchen, Gießen oder Walzen erfüllt werden kann. Auf das Spritzlackieren kann evtl. dann verzichtet werden, wenn z. B. flache Werkstücke zu lackieren sind, nur ein Farbton gefordert ist, keine höchsten Ansprüche an die Oberflächenqualität bestehen.

Prüfen Sie auch, ob das Werkstück überhaupt lackiert werden muss. Nicht sichtbare Teile benötigen keine aufwändige dekorative Beschichtung, z. B. Lüfterräder in elektrischen Geräten. Ebenso benötigen z. B. Edelstahlteile funktionell keinen Korrosionsschutz.

Das Spritzlackieren ermöglicht bei fachgerechter Handhabung eine gleichmäßige Beschichtung mit hoher Oberflächenqualität. Zur Anwendung kommen die Verfahren des Druckluftspritzens, des Airlessspritzens (luftlose Zerstäubung durch hohen Lackdruck) und des Airlessspritzens mit Luftunterstützung (häufig als Airmix®-Verfahren bezeichnet).

Bild: Entstehung von Oversprayverlusten, links konventionelle Technik, rechts Overspray-reduziertes Lackieren.
Darstellung von Oversprayverlusten beim Spritzlackieren
Quelle: ABAG-itm, Pforzheim

Bem Spritzlackieren ist ein Lackverlust durch Overspray unvermeidlich. Overspray wird durch direktes Vorbeispritzen am Werkstück sowie durch seitlich abströmende, feine Lacktröpfchen vor der Werkstückoberfläche verursacht.

Die Spritzlackierung erfolgt aus Umwelt- und Arbeitsschutzgründen meistens in Kabinen oder an Spritzständen /- wänden mit einer Absaugung des Oversprays und der Lösemittel. Wird in einer Halle lackiert, z. B. bei sehr großen Teilen, ist ebenso für eine ausreichende Belüftung bzw. Absaugung zu sorgen. Dies kann u. a. durch sogenannte Weitwurfdüsen erfolgen.

Der abgesaugte Lacknebel muss durch geeignete Filter (Trockenabscheidung) oder über einen Wasservorhang (Nassabscheidung) aufgefangen werden. Die so vorgereinigte Abluft ist meist mit Lösemitteln beladen (in geringem Maße auch bei der Verwendung von Wasserlacken) und kann nach Erfordernis zusätzlich u.a. durch Adsorptionsfilter oder thermische Verfahren gereinigt werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Rechtsgrundlagen > Imissionsschutz > Luftreinhaltung > VOC Emissionen.

Bild: Spritzkabine mit Trockenabscheidung, wie sie zur Lackierung von Werkstücken eingesetzt wird
Aufbau einer Spritzkabine mit Trockenabscheidung
Quelle: ABAG-itm, Pforzheim

Vermeidung und Verminderung von Overspray und Lackabfällen

Je nach Spritztechnik sowie Werkstückzuordnung und -form werden nach Praxiserfahrungen ca. 5 – 90 % des eingesetzten Lacks fehlverspritzt (Overspray) und müssen abgesaugt und letztendlich als Abfall entsorgt werden. Maßnahmen zur Reduzierung des Oversprays rechnen sich in vielen Fällen allein auf Grund des hohen Preises der Lackmaterialien. Einige Beispiele zur Reduzierung des Oversprays:

  • High-Volume-Low-Pressure Technik (HVLP): Bei der HVLP-Technik wird der übliche Spritzluftdruck beim Druckluftzerstäuben von 3 bis 6 bar auf ca. 0,7 bar reduziert.  Damit kann der Auftragswirkungsgrad gegenüber dem üblichen Hochdruckspritzen bis ca. 20 % und mehr, je nach Ausgangssituation, erhöht werden. Für die HVLP-Technik sind spezielle Spritzpistolen und angepasste Lacke erforderlich. Die Technologie ist inzwischen ausgereift und genügt höchsten Qualitätsansprüchen.
  • Elektrostatisch unterstütztes Spritzen: Beim elektrostatisch unterstützten Spritzen wird zwischen dem an Erdpotenzial liegenden Werkstück und der hochspannungsführenden Spritzpistole ein elektrisches Feld erzeugt. Die Lackpartikel werden elektrostatisch aufgeladen und folgen den Feldlinien, die sich zwischen Werkstück und Spritzpistole  aufbauen. Die Zerstäubung erfolgt meistens über Druckluft- und Airlessverfahren sowie über schnell laufende Rotationsglocken oder -scheiben (Hochgeschwindigkeitsrotation). Diese Technik eignet sich auch für kompliziert geformte Werkstücke. Größere Vertiefungen, sogenannte Faradaysche Käfige, können dabei den Lackauftrag behindern. Es können je nach Beschichtungsaufgabe Auftragswirkungsgrade bis ca. 85% realisiert werden, bei Hochrotationszerstäubern sind bis über 90% erreichbar.

Bild: elektrostatisch unterstütztes Spritzen
Elektrostatisch unterstüztes Spritzen
Quelle: ABAG-itm, Pforzheim

Schulung des Personals: Die beste Technik nützt wenig, wenn das Personal nicht entsprechend in der Anwendung unterwiesen wird und die Prozesszusammenhänge nicht versteht. Sowohl bei der manuellen, als auch bei der automatisierten Teilelackierung sind eine entsprechende Qualifizierung bzw. Schulungsmaßnahmen erforderlich. Dabei sind u. a. die richtige Einstellung der Spritzpistole (z. B. Druck und Volumen), die richtige Auftragstechnik (z. B. Spritzabstand, Bahnführung von Spritzautomaten, Einhaltung von Schichtdicken) und organisatorische Aspekte wie Entleerung der Gebinde oder Farbwechsel zu beachten.

Verfahrensbedingte und werkstückabhängige Lackoversprayverluste

Quelle: Fraunhofer IPA, Stuttgart
 

Vermeidung von Lösemittelemissionen

Lacke enthalten Lösemittel, die entsprechend der Vorgaben der 31. BImSchV (Lösemittelverordnung) von der Umwelt fern gehalten werden müssen. Grundsätzlich wird das gesamte im Lack enthaltene Lösemittelgemisch während des Lackierens und der Lackschichttrocknung freigesetzt, soweit es nicht durch betriebsinterne Recyclingprozesse (z. B. Adsorptionsverfahren) teilweise zurückgewonnen wird. Hinzu kommen Lösemittelemissionen durch Reinigungsvorgänge an den Werkstücken und den Lackiereinrichtungen.

Für viele Anwendungsbereiche können inzwischen lösemittelarme und recyclingfähige Lacksysteme eingesetzt werden, die direkt zu einer Minderung der VOC-Emissionen führen.

Wasserlacke haben den Vorteil, dass sie deutlich geringere Lösemittelemissionen verursachen und vor allem bei 1-Komponentenlacken prinzipiell die Voraussetzung zum internen Oversprayrecycling aufweisen. Aber Vorsicht, auch Wasserlacke sind nicht vollständig lösemittelfrei, die Bandbreite liegt zwischen < 1% bis ca. 15%. Informieren Sie sich also vorab bei Ihrem Lacklieferanten und beachten Sie die Sicherheitsdatenblätter.

Wasserlacke erfordern zudem einige anlagen- und anwendungstechnische Veränderungen, besonders im Bereich der Lackversorgungs- und Trocknungseinrichtungen. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Metallbearbeitung > Einsatzstoffe > Beschichtungsstoffe > Vermeidung.

Anlagentechnische Besonderheiten für Wasserlacksysteme

Die Umstellung von Lösemittellacken auf Wasserlacke ist meistens mit anlagentechnischen Änderungen verbunden. Sie erfordert in Kooperation mit den Lack- und Chemikalienlieferanten eine sorgfältige Planung und Anpassung der Lackierprozesse.

Die eigentliche Lackapplikation kann teilweise mit den vorhandenen Techniken durchgeführt werden. Wo dies nicht möglich ist, müssen bestimmte anlagentechnische Voraussetzungen geschaffen werden. (siehe unten). Größere Umstellungen können auch bei der Lacktrocknung erforderlich sein, da die Verdunstung des Wassers mehr Zeit und Energie benötigt.

Vorteile und Besonderheiten bei der Umstellung auf Wasserlacksysteme

Vorteile von Wasserlacken  Anlagen- und prozesstechnische Besonderheiten bei der Umstellung auf Wasserlacke
  • Geringer Lösemittelgehalt und entspr. geringe Emissionen
  • Möglichkeit der Overspray-Rückgewinnung von 1-K-Systemen
  • Geringere Sicherheitsanforderungen an Brandschutz und Lagerung
  • Verwendung von Wasser zur Gerätereinigung 
  • Lagerung der Lackgebinde in temperierten Räumen
  • Ausführung der lackberührenden Teile in Spritzsystem und Lackversorgung in Edelstahl oder geeigneten Kunststoffen
  • Werkstückoberfläche muss benetzbar sein, d. h. Verwendung abgestimmter Vorbehandlungsverfahren
  • Anpassung der Lackauftragsbedingungen (z. B. Lackerwärmung zur Viskositätserniedrigung, veränderte Spritzdrücke, besondere Einrichtungen bei elektrostatischer Lackaufladung, Einhaltung der vorgegebenen Schichtdicken usw.)
  • Mindesttemperatur von ca. 20 °C für Lack, Werkstück und Umgebungsluft beim Lackauftrag
  • Anpassung der Koagulationsmittel im Auswaschwasser
  • Kontinuierliche Luftbewegung über dem Nasslackfilm (ca. 0,5 –1,5 m/s) zur rascheren Trocknung; ggf. sind längere Abdunst- und Trockenzeiten zu berücksichtigen

Betriebsinternes Recycling von Lackoverspray

Die oben aufgeführten Maßnahmen zur Verbesserung des Auftragwirkungsgrades bzw. Verminderung des Oversprays  führen auch zu einer Minderung der Lösemittelemissionen. Beim Spritzlackieren kann verfahrensbedingt der Overspray nicht gänzlich vermieden werden, so dass er aus der Kabinenabluft abgeschieden werden muss.

Für die Oversprayabscheidung stehen eine Reihe von Techniken zur Verfügung. Die Verfahren, bei denen Overspray durch betriebsinterne Rückgewinnungsverfahren als Lack im Betrieb wieder eingesetzt werden kann, sind dabei unter dem Aspekt der Abfallvermeidung als besonders hochwertig einzustufen. Je nach Rückgewinnungsverfahren und Anlagenkonzept zeigen Praxisergebnisse, dass ca. 60 – 97 % des Oversprays zurückgewonnen werden können.

Diese Verfahren kommen hauptsächlich bei der Verarbeitung größerer Mengen aufarbeitbarer 1K-Wasserlacke mit einheitlichen Farbtönen in Frage. Bei Altanlagen sind dazu entsprechende Umbauten erforderlich. Aus Praxiseinsätzen und Pilotvorhaben sind derzeit vor allem folgende Systeme zur direkten Rückgewinnung von Overspray bekannt:

  • Direkte Oversprayabscheidung im Lackvorrat (lackbeflutete "Lack in Lack"-Spritzkabine)
  • Oversprayabscheidung an Auffangflächen, z. B. gekühlte Flächen (Coolac-Verfahren), schnellumlaufendes Band, rotierender Zylinder
  • Oversprayabscheidung im Spritzkabinenauswaschwasser mit Aufkonzentration, z. B. Ultrafiltrationstechnologie

Bild: Spritzkabine mit Lackrückgewinnng

Quelle: Range und Heine, Winnenden

Weitere Informationen insbesondere zum Umgang mit kleinen Lackmengen und zur Logistik finden Sie auf der Seite Metallverarbeitung > Einsatzstoffe > Beschichtungsstoffe > Nasslacke und im Bereich Maler und Stuckateure.

Glossar

HVLP-Technik
High Volume Low Pressure Spritztechnik. Mit dieser druckluftreduzierten Spritztechnik lässt sich der Anteil fehlverspritzten Lackes verringern.

Details siehe hier.



Overspray
Als Overspray bezeichnet man bei Spritz- und Sprühapplikationen den Anteil des verspritzten Mediums, der nicht auf das Werkstück und somit in die Umgebung gelangt. Dies betrifft Lackiertechniken ebenso wie z. B. das Aufsprühen eines Schmierfilms. Overspray wird durch Vorbeispritzen am Werkstück sowie durch seitlich abströmende, feine Lacktröpfchen vor der Werkstückoberfläche verursacht. Die Overspray-Verluste hängen somit sowohl von der Werkstückgeometrie als auch von der verwendeten Sprühtechnologie und deren Handhabung ab. Durch unterstützende Techniken (z. B. elektrostatische Verfahren) und weiterentwickelte Spritztechniken (z.B. HVLP-Technik) kann der Oversprayanteil erheblich reduziert werden.

Ultrafiltration
Die Ultrafiltration(UF) ist eine Querstromfiltration bei der bei erhöhtem Druck kleinere Moleküle und Teilchen eine Membran passieren können (Flotat), während die größeren Teilchen in der zu filtrierenden Flüssigkeit zurückgehalten werden (Retentat). Bei der Metallbearbeitung wird die UF einerseits zur Spaltung von KSS-Emulsionen und andererseits zur Pflege (Abtrennung von Verunreinigungen) von wässrigen Reinigungssystemen eingesetzt. Geeignete Membranen (Organische Membrane oder Keramik) sind anwendungsspezifisch auszuwählen. Die Ultrafiltration ist ein hilfsmittelfreies Filtrationssystem, benötigt aber für die Pumpen zum Erhalt des Filtrationsdrucks erhebliche Mengen an elektrischer Energie.

VOC
Unter VOC (volatile organic compounds) werden leichtflüchtige organische Verbindungen verstanden. Die häufigsten Lösemittel in Lacken sind z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe (Xylol und Toluol), Benzine, Acetate, Alkohole sowie Glykole, die überwiegend in Wasserlacken eingesetzt werden.

Volatile Organic Compounds ist die gängige Abkürzung für leichtflüchtige organische Substanzen, d.h. Substanzen, deren Dampfdruck bei 20°C 0,1 hPa übersteigt.
Die Richtlinie finden Sie hier.




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