POWDER COATING WITH NITROGEN SYSTEMS Verniciatura a

© Eurosider
POWDER COATING WITH NITROGEN SYSTEMS
Verniciatura a polveri con azoto
Ottavio Milli
Eurosider,
Grosseto, Italy
[email protected]
Opening photo:
A Polifluid® system
installed on an
automatic powder
coating line.
Foto d’apertura:
Un sistema Polifluid®
installato su una
linea automatica di
verniciatura a polvere.
158
T
he air we breathe is composed of 78% nitrogen,
21% oxygen and 1% other gases.
Conventionally, the coating application
technologies for both liquids and powders use
compressed air for the feeding of paint. However,
compressed air has its limits, such as the humidity
level, the oil particles contained and the variations of
temperature: These are all parameters that can affect
the application results.
For several years, Eurosider has been present on the
market of liquid coatings for metal, plastic and wood
with its Nitrotherm Spray system, using nitrogen
instead of compressed air as the coating carrier.
This eliminates any issue related to an otherwise
uncontrollable environmental parameter, i.e. air
moisture.
Thanks to its extensive experience with liquid coatings,
now Eurosider has also designed a specific system
for the thermosetting powder coating process, called
Polifluid®. This important technological innovation
solves the typical problems related to the use of
compressed air for the feeding of powder coatings. In
summary, this system optimises the powder coating
operations with a new high-density carrier composed
of a mixture of gases contained in the compressed
air, modifying their molecular percentages and
eliminating all the harmful elements for an optimal
application at a constant temperature. It concentrates
the nitrogen in the compressed air through the
principle of selective permeation and uses it as the
pushing fluid in all the powder application stages.
N. 38 - MARCH/APRIL 2016 - international PAINT&COATING magazine
L’
aria che respiriamo è composta da 78% di azoto,
21% di ossigeno e 1% di altri gas.
Tradizionalmente, le tecnologie di applicazione vernici, sia liquide che in polvere, utilizzano aria compressa
per il trasporto della vernice. Tuttavia l’aria compressa ha
i suoi limiti, ad esempio l’umidità, le particelle di olio in essa contenute e le variazioni di temperatura, parametri che
possono inficiare il buon risultato applicativo.
Da molti anni, Eurosider è presente nel mercato della verniciatura con vernici liquide su metallo, plastica e legno
con un sistema, denominato Nitrotherm Spray, che utilizza come carrier della vernice l’azoto in sostituzione dell’aria
compressa. L’utilizzo dell’azoto consente di eliminare un
parametro ambientale altrimenti incontrollabile come l’umidità presente nell’aria.
Dopo molti anni di esperienza con le vernici liquide,
Eurosider ha messo a punto un sistema specifico anche
per la verniciatura con polveri termoindurenti, chiamato
Polifluid®. Si tratta di un’importante innovazione tecnologica che affronta le problematiche tipiche legate all’uso
dell’aria compressa per alimentare i sistemi di verniciatura
a polvere.
In sintesi, questo sistema ottimizza il ciclo di verniciatura
a polvere sfruttando un nuovo carrier ad alta densità, formato da una miscela di gas che fanno parte dell’aria compressa, differenziando le percentuali molecolari ed eliminando gli elementi nocivi per una ottimale applicazione
a temperatura costante. Il sistema concentra l’azoto contenuto nell’aria compressa attraverso il principio della permeazione selettiva e lo utilizza come fluido di spinta in tutte le fasi di applicazione dei prodotti vernicianti a polvere.
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
What is nitrogen?
Cosa è l’azoto
Nitrogen is a chemical element with atomic number 7 (i.e.
the number of protons in the atomic nucleus). Nitrogen
is the basic constituent of the most important organic
molecules in terms of biochemistry (DNA, proteins,
some vitamins), as well as of extremely widespread and
important inorganic compounds such as ammonia
and nitric acid. Molecular nitrogen (N2, consisting of two
nitrogen atoms) is a colourless, odourless, tasteless, and
inert gas that constitutes 78% of Earth’s atmosphere: it is
the most common gas in the air.
Nitrogen as a widespread industrial gas is produced
in both liquid and gaseous form with the following
methods:
• Cryogenic air separation: Compression and cooling of air
up to its liquefaction. By exploiting their different boiling
points, the air components are separated in a distillation
column.
• PSA (Pressure Swing Adsorption): Generators consisting
of a minimum of two adsorbers featuring Carbon
Molecular Sieves (CMS). The compressed air, previously
treated in order to remove oil, moisture and dust, flows
through the two adsorbers alternately, thus producing
nitrogen. While one container is producing gas, the other
is regenerated by releasing the previously adsorbed gases
at atmospheric pressure. The process is repeated in a
cyclic way.
• Membrane separation: A technology that employs
membranes made of hollow fibre polymers to separate
the nitrogen gas from the air by taking advantage of the
selective permeability of the membranes themselves.
There are three nitrogen supply methods:
• In a tank truck (liquid phase)
• In a cylinder (gas phase)
• On-site, with cryogenic air separation, PSA or membrane
systems.
Eurosider designs, manufactures and sells on-site nitrogen
and oxygen generators. They fractionate the compressed
air through a hollow fibre membrane o a PSA unit:
The purity level of the gas produced is pre-set or it can be
adjusted by the end user.
L’azoto è l’elemento chimico di numero atomico 7 (corrisponde al numero di protoni contenuti nel nucleo atomico). L’azoto è costituente fondamentale delle molecole organiche più importanti dal punto di vista biochimico (DNA,
proteine, alcune vitamine), oltre che di composti inorganici
estremamente diffusi e importanti come l’ammoniaca e l’acido nitrico.
L’azoto molecolare (N2, composto di due atomi di azoto) è
un gas incolore, inodore, insapore e inerte che costituisce
il 78% dell’atmosfera terrestre (è il gas più diffuso nell’aria).
L’azoto, gas industriale di largo impiego, è prodotto in forma
sia liquida sia gassosa attraverso:
• Separazione criogenica dell’aria: compressione e raffreddamento dell’aria fino alla sua liquefazione. Sfruttando i diversi punti di ebollizione, le componenti dell’aria sono separate in una colonna di distillazione.
• P.S.A. (Pressure Swing Adsorption): generatori composti da un
minimo di due adsorbitori riempiti di setaccio molecolare
(CMS - Carbon Molecular Sieves). Gli adsorbitori sono attraversati alternativamente dall’aria compressa, precedentemente trattata in modo da eliminare olio, umidità e polveri, producendo azoto. Mentre un contenitore è attraversato
dall’aria compressa e produce gas, l’altro è rigenerato facendogli rilasciare a pressione atmosfera i gas precedentemente adsorbiti. Il processo è ripetuto in modo ciclico.
• Separazione a membrana: tecnologia che impiega membrane costituite da polimeri a fibra cava per separare l’azoto gassoso dall’aria, sfruttando la permeabilità selettiva della membrana.
Le modalità di fornitura di azoto sono:
• in autocisterna (fase liquida);
• in bombola (in fase gassosa);
• on-site, con impianti di separazione criogenica dell’aria,
P.S.A. o a membrana.
Eurosider progetta, realizza e commercializza generatori di
azoto e ossigeno on site. Questi generatori frazionano l’aria
compressa mediante membrana a fibra cava o tecnologia
PSA (Pressure Swing Adsorption): il livello di purezza del gas
prodotto è pre-impostato o può essere regolato dall’utente finale.
Obtaining a nitrogen-rich flow
Come si ottiene il flusso ricco d’azoto
Similarly to the Nitrotherm Spray systems connected
to liquid coating spraying guns, Polifluid® features a
polymeric membrane (or “molecule discriminator”),
i.e. a cylindrical container in aluminium or ABS whose
operation is based on three elements (Fig. 1) to extract
the nitrogen-rich flow from the compressed air:
Similmente ai sistemi Nitrotherm Spray collegati alle pistole di spruzzatura vernici liquide, anche Polifluid® implementa una membrana polimerica (o “discriminatore di
molecole”), ossia un contenitore cilindrico in alluminio o
ABS, il cui funzionamento si basa su 3 elementi (fig. 1) per
estrarre il flusso ricco di azoto dall’aria compressa:
international PAINT&COATING magazine - MARCH/APRIL 2016 - N. 38
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POWDER COATING WITH NITROGEN SYSTEMS
Nitrogen production
mechanism.
Il meccanismo di
produzione di azoto.
2
Different types of charge
for different materials.
Differenti tipologie di
carica di vari materiali.
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• Fibra cava: è la forma geometrica più favorevole per processi a membrana poiché garantisce grande densità della superficie filtrante e bassi consumi energetici;
• Permeazione selettiva: sfrutta il diverso tasso di permeazione di ogni gas, ossia
la sua capacità di dissolversi e diffondersi
attraverso la membrana. In questo modo
è possibile separare
gas “veloci” come ossigeno, elio, vapore
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acqueo (definiti “permeato”) da gas “lenti”
come azoto e argon (definiti “concentrato”). Olio e particelle di materiale presenti nell’aria compressa vengono
eliminati attraverso filtri a coalescenza.
• Flusso tangenziale: evita l’accumulo di molecole permeate, quindi la membrana polimerica non è soggetta ad inquinamento progressivo poiché i gas di scarto vengono
eliminati a pressione atmosferica.
Polifluid®’s operation (international patent)
Il funzionamento di Polifluid® (brevetto
internazionale)
Polifluid® produces an inert and dry gas (consisting
in a mixture of nitrogen and argon) at a controlled
temperature, keeping the values of humidity and
temperature – two uncontrollable variables up to now
– constant. The system is installed between the air
compressor and the coating application point. It does
not replace but rather works with the
existing spraying equipment, such as crown
systems and triboelectric guns. It enables
the use of any type of powder coatings,
including the metallic and special effect
ones.
With this system, the coating is applied with
a clean gas perfectly suitable for powders,
which are highly predisposed to absorb
contaminants such oils or the moisture in
the compressed air. Another advantage is
the possibility to manage the temperature
of the fluid, ionise it with positive or
negative charges depending on the need
and adjust the amount of charge up to 20
kV according to the type of surface to be
painted (Fig. 2). The application thus takes place under
the same ideal conditions throughout the day and in all
weathers.
Polifluid® also has a second application, particularly
N. 38 - MARCH/APRIL 2016 - international PAINT&COATING magazine
Polifluid® eroga un gas inerte e anidro che è una miscela di
azoto e argon a temperatura controllata, che rende costanti
i valori di umidità e temperatura: due variabili fino ad oggi
incontrollabili. Il sistema si installa tra il compressore di aria e
il punto di applicazione dei prodotti vernicianti. Non sostituisce bensì funziona con le attrezzature esistenti
nel ciclo di spruzzatura, come i sistemi a “corona”
e le pistole triboelettriche e consente l’utilizzo di
tutti i tipi di vernici in polvere compresi i metallizzati e gli effetti speciali.
Con questo sistema l’applicazione delle vernici
in polvere avviene con un gas pulito e perfetto per applicare le polveri, che sono altamente
predisposte ad assorbire i contaminanti, come
gli oli, o l’umidità contenuti nell’aria compressa.
Il vantaggio, inoltre, è la possibilità di gestire la
temperatura del fluido, la possibilità di ionizzarlo
con cariche positive o negative a seconda del bisogno e regolare la quantità di carica fino a 20 kV
2
in base al tipo di supporto da verniciare (fig. 2).
In questo modo l’applicazione avviene nelle
medesime condizioni ideale lungo tutto l’arco della giornata
e in ogni situazione climatica.
Polifluid® ha anche una seconda applicazione, particolarmente importante nel settore dei profilati in alluminio, ossia
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1
• Hollow fibre: It has the most suitable shape for
membrane processes, because it ensures great density of
the filtering surface and low power consumption
• Selective permeation: It exploits the different permeation
rates of each
gas, i.e. its ability
to dissolve and
diffuse through the
membrane. In this
way, it is possible
to separate “fast”
gases such as
1
oxygen, helium
and water vapour
(the “permeate”) from the “slow” ones like nitrogen and
argon (the “concentrate”). Oils and other particles in the
compressed air are eliminated through coalescing filters
• Tangential flow: It prevents the accumulation of
permeated molecules. The polymer membrane is not
subject to progressive pollution since the waste gases are
removed at atmospheric pressure.
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
important in the field of aluminium profiles:
“Pre-treating” the workpieces exiting the drying oven
before their entrance in the spray paint booth. In fact,
aluminium is an element with a positive charge by its
nature: That is why it tends to absorb air moisture. The
aluminium coating plants, be they horizontal or vertical,
hardly have pressurised and temperature-controlled
coating areas. Therefore, the clean profiles coming
from the pre-treatment station may absorb moisture
on their way from the oven to the booth. Polifluid® can
be connected not only to the powder centre to supply
nitrogen as the coating carrier, but also to a dedicated
system placed at the entrance of the spray booth,
which “pre-treats” the profiles removing all the moisture
absorbed. This eliminates any blistering problem during
the film polymerisation, usually caused by the moisture
trapped between the substrate and the coating film.
quella di “pretrattare” il profilo in uscita dal forno di asciugatura e prima dell’ingresso in cabina di applicazione vernice.
L’alluminio, infatti, è per sua natura un elemento con carica
positiva. Per questo tende ad assorbire l’umidità presente
nell’aria. Gli impianti di verniciatura dell’alluminio, sia verticali
che orizzontali, difficilmente presentano aree di verniciatura
pressurizzate e con temperatura controllata, per cui i profili
puliti in arrivo dal pretrattamento possono assorbire umidità
nel tragitto dal forno alla cabina.
Polifluid® non solo può essere collegato al centro polveri per
fornire azoto come carrier della vernice ma anche a un sistema dedicato di erogazione, collocato all’ingresso della cabina di verniciatura, che “pretratta” il profilo togliendo tutta l’umidità assorbita ed eliminando così il problema del blistering
durante la polimerizzazione del film causato normalmente
dall’umidità intrappolata fra substrato e film di vernice.
Vantaggi
Benefits
Polifluid® enables to obtain with a powder coating
process the many proven benefits of liquid painting
with the Nitrotherm Spray system:
L’utilizzo del sistema Polifluid® consente di ottenere anche
nella verniciatura a polvere gli innumerevoli vantaggi
comprovati nella verniciatura a liquido con il sistema
Nothroterm Spray:
GLOBAL SOLUTIONS FOR WATER TREATMENT
Primary water - Industrial and domestic wastewater treatment systems Coagulants - Specific chemicals for spray booths - flocculants
Washing water
Painting spray booth
waste water
Galvanic water
Industrial and domestic
water in general
Pre-treatment water
srl
HYDRO ITALIA srl - Via E. Torricelli, 79 Z. Ind. Fossatone 40059 Medicina (BO) Italy - Tel. +39 051 856263 - Fax +39 051 856282
[email protected] - www.hydroitalia.com
international PAINT&COATING magazine - MARCH/APRIL 2016 - N. 38
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POWDER COATING WITH NITROGEN SYSTEMS
- Perfect powder spreading and penetration with
uniform thicknesses
- Waste reduction
- Elimination of the downtime caused by clogged
pipes due to moisture
- Increase in the transfer efficiency
- Better penetration on milled surfaces and cavities, as
well as reduction of the faraday cage effect
- Better adhesion of the coating
- Higher film gloss
- Reduction in the powder pressure and therefore of
overspray, with an average coating saving of 30%
- Removal of moisture from the surfaces to be painted
- Elimination of the “orange peel” effect
- Reduction of maintenance costs.
- perfetta distensione e penetrazione della polvere con
uniformità di spessori;
- riduzione degli scarti;
- eliminazione dei fermi impianto causati dall’intasamento
dei tubi dovuto all’umidità;
- aumento dell’efficienza di trasferimento;
- miglior penetrazione sulle fresature e negli incavi e riduzione delle gabbie di Faraday;
- miglior aggrappaggio della vernice;
- miglior brillantezza del film;
- riduzione della pressione spinta, quindi dell’overspray,
con un risparmio medio del 30% di vernice;
- eliminazione dell’umidità sulla superficie del pezzo da
verniciare;
- eliminazione dell’effetto “buccia d’arancia”;
- riduzione costi di manutenzione.
Tests on Polifluid®’s effectiveness
Here below, you will find the results of two test
sequences carried out by two different coating
companies.
1. CGA, based in Cividale del Friuli, Udine, Italy –
Automatic line with powder recovery and feeding
units by Zeus Electrostatic Systems (5+5 guns).
The results were as follows:
• Penetration and coverage = excellent
• Overspray reduction in the booth = 50%
• Filter cleaning phase = doubling of the rest time
between one cycle and the other
• Reduction in the powder pressure = from 2.5 To 0.7-0.5 Bar
• Reduction in the actual powder consumption = 20%
• Thickness variation in the measurements = 5-7
microns in four measurements compared to the
previous peaks of 20-30 microns.
2. EVERTECH Verniciature Industriali, based in San
Quirino, Pordenone, Italy – Spray paint booth
with 2 manual stations supplied by Gema Europe,
characterised by very frequent colour changes:
• Coverage = + 15%
• Penetration in undercuts = + 20%
• Supply speed = + 25%
• Surface homogeneity = + 20%
• Reduction in the powder pressure = from 2.5 to 0.8 bar.
3. MO.VER Srl, Via Negroni Quarto 69 - Ariccia (Roma, Italy)
• Penetration and coverage = excellent
• Overspray reduction in the booth = 50%
• Filter cleaning phase = doubling of the rest time
between one cycle and the other
• Reduction in the powder pressure = from 2.5 To 0.7-0.5 Bar
• Reduction in the actual powder consumption = 40%. ‹
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N. 38 - MARCH/APRIL 2016 - international PAINT&COATING magazine
Verifiche della funzionalità del sistema
Polifluid®
Presentiamo qui di seguito i risultati di due sequenze di
test effettuati presso due aziende di verniciatura.
1. CGA di Cividale del Friuli, Udine, Italia - linea automatica
con sistema di recupero e alimentazione polvere di Zeus
Electrostatic Systems (5+5 pistole inserite).
I risultati discussi e verificati sono:
• penetrazione e avvolgimento = ottimo
• riduzione overspray in cabina = 50%
• sequenza lavaggio filtri = raddoppio del tempo di riposo tra un ciclo e l’altro
• riduzione pressione di spinta polvere = da 2,5 a 0,7-0,5 bar
• riduzione consumo effettivo polvere = 20%
• differenza spessori sulle misurazioni = 5-7 micron su
quattro misure effettuate rispetto ai precedenti picchi
di 20-30 micron.
2. EVERTECH Verniciature Industriali di San Quirino, Pordenone, Italia - cabina attrezzata con 2 postazioni manuali a marchio Gema Europe con cambio colore molto frequente:
• avvolgimento = + 15%
• penetrazione nei sottosquadra = + 20%
• rapidità di erogazione = + 25%
• superficie più omogenea = + 20%
• riduzione pressione di spinta = da 2,5 a 0,8 bar.
3. MO.VER Srl, Via Negroni Quarto 69 - Ariccia (Roma):
• penetrazione e avvolgimento = ottimo
• riduzione overspray in cabina = 50%
• sequenza lavaggio filtri = raddoppio del tempo di riposo tra un ciclo e l’altro
• riduzione pressione di spinta polvere = da 2,5 a 0,7-0,5 bar
• riduzione consumo effettivo polvere = 40%. ‹