CS222924B1 - Vrstva k zabezpečení přilnavosti organických povlaků na zinku a pozinkovaném materiálu a způsob její výroby - Google Patents

Abstract

Vynález náleží do oboru ochrana kovů proti korozi a řeší zvýšení účinnosti organických povlaků na zinkových površích. Dosahuje se toho vytvořením tenké vrstvy xerogelu kyseliny křemičité na zinkových površích před nátěrem. Způsob podle vynálezu se provádí ponorem nebo postřikem vodním roztokem obsahujícím 1 g. 1 l“^až 300 g · 1 l_1iontů SiOg“,iontů polysilikátových 9$ nebo sólu kyseliny křemičité.Roztok můž· dále obsahovat ionty alkalických kovů v v molárním poměru k SiOg v rozmezí 2 t 1 až 1 j 20 a jeho pH je při 25 °C v rozmezí od 8 do 12. Pracovní operace mohou probíhat v rozpětí teplot od +10 do +100 a v době od 10 do 600 s.

Description

Vynález se týká vrstvy k zabezpečení přilnavosti organických povlaků na zinku a zinkované· materiálu a způsobu její výroby.

Potíže se zabezpečením přilnavosti organických povlaků na zinku a pozinkovaném materiálu, např. na komerčním žárové pozinkovaném plechu, jsou obecně známé a řeší se různými technickými postupy, mezí něž zejména patři vytvářeni fosfátových vrstev, vytváření chromátových vrstev, použiti tzv. reaktivních základních nátěrových hmot k vytvořeni pevně zakotveného základního nátěru schopného překryti následnými vrstvami nátěru, použiti speciálně formulovaných nátěrových hmot, např. pigmentovaných ortoolovlčltanem olovnatým, které bráni reakci mezi složkami nátěru a zinkem, vedoucí ke zhoršeni přiInavostl,,vystaveni pozinkovaných povrchů působeni atmosféry s cílem vytvořit vrstvu korozních zplodin - hydroxidů, hydroxidox1dů, hydróx1dkarbonátů, hydroxldsulfátů apod., které tvoři přilnavou vrstvu s malou rozpustnosti a reaktivitou vůči složkám nátěru.

Ačkoliv jsou tyto postupy v technické praxi běžně využívány, mají řadu nevýhod:

Fosfátováni, příp. chromátování pozinkovaných ocelových dílů vyžaduje složité a nákladné technologické operace, náročné též z hlediska zabezpečeni hygienických a ekologických náležitosti. Tak např. proces fosfátováni vyžaduje dodrženi tohoto rámcového postupu: odmaštěni ve vodných roztocích, dvoustupňový oplach, fosfátováni, dvoustupňový oplaeh. Přitom je vzhledem k relativně vysokým pracovním teplotám nutno za- 2

222 924 bezpečH odsáváni vzduchu z prostoru pracovních lázni a nákladnou likvidaci plynných 1 kapalných odpadů, proces chromátováni navíc pracuje s toxickými sloučeninami Šestimocného chrómu, jejichž zneškodněni je zvlášt náročné.

Použiti tzv. reaktivních základů je zatím nejschůdnějšim známým způsobem zabezpečeni přilnavosti nátěrů, a to jak za1 eychajicich při běžné teplotě pracoviště, tak při zvýšených teplotách. I při použiti reaktivních základních nátěrů je třeba povrchy určené k nátěru důkladně odmastit vodními roztoky nebo organickými rozpouštědly, např. chlorovanými uhlovodíky. Hlavni funkci reaktivního základu je zabezpečeni přilnavosti následných vrstev nátěru. Jde tedy o vrstvu navic, protože teprve na ni se nanáší, úplný nátěrový systém, a to včetně základního nátěru s antikorozními pigmenty. Použiti tohoto principu k zabezpečeni přilnavosti tedy zvyšuje výrobní náklady. Navic ztěžuje reaktivní základ některé následné technologické operace, např. svařováni, zvýšením odporu při odporovém svařováni, vznikem toxických dýmů apod.

Vytvářeni vrstvy korozních zplodin expozici pozinkovaných povrchů atmosférickým podmínkám je svými výsledky neurčité, nebot zejména ve znečištěných prostředích mohou vznikat zplodiny, které pro daný účel nejsou vhodné. Další podstatnou nevýhodou tohoto způsobu je též značná časová náročnost, nebot povrchy je třeba exponovat atmosférickým vlivům několik měsíců. Tento způsob je tedy vhodný pouze pro omezené aplikace, např. pro stavebně-klempiřské práce, nelze jej ale použit v linkově uspořádané sériové výrobě.

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje vrstva k zabezpečeni přilnavosti organických povlaků na zinku a pozinkovaném materiálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom,

222 924 že tato vrstva je tvořena xerogelea kyseliny křemičité, obsaj₊ hujldm ve své prostorové kostře chemicky vázané lonty Zn . Plošná hmotnost vrstvy, vyjádřená její hlavni složkou kysličníkem křemičitým S1O₅, je s výhodou v rozpětí 0,1 až 1000 mg. •m . Předmětem vynálezu je 1 způsob výroby této vrstvy, který se provádí ponorem nebo postřikem pomoci vodních roztoků obsahujících 1 g.1~1 až 300 g.1*^ lontů S10j^, iontů polyslllkátových qjnebo sólu kyseliny křemičité. Je výhodné, obsahuje-U roztok dále lonty alkalických kovů v molárním poměru k SiO^ v rozmezí 2 : 1 až 1 : 20 a jeho pH je při 25 °C v rozmezí od 8 do 12. Je rovněž výhodné, když pracovní operace probíhají v rozpětí teplot <*>10 až <»>100 °C po dobu 10 až 600 s, načež následuje oplach roztokem nebo vodou při teplotě 10 až 90 °C. Plošná koncentrace Si0₉ v povrchové vrstvě se zvýši oplachem roztokem obsahujícím O,5 až 100 g.1 Si0₂ ve formě sólu kyseliny křemičité, přičemž oplachový roztok má hodnotu pH v rozpětí 8 až 10 a molární obsah lontů alkalických kovů nebo NH^* nejvýše 0,1 v poměru k molárnimu obsahu SíO?· Tento pplachový roztok je možno výhodně použit po překročeni vymezeného obsahu lontů alkalických kovů nebo NH^ pro přípravu vlastního pracovního roztoku.

Způsobem podle vynálezu se jednou operaci s netoxlckým prostředkem dosáhne povrchu, který umožni zhotovit nátěry s výbornou přilnavosti, jež se zachová 1 při expozici takto připravených a nátěrem opatřených povrchů agresivnímu působeni vnější atmosféry se všemi jejími dílčími činiteli jako je vliv vody, vodní páry, sluneční záření, agresivních nečistot atd.

Vynález je založen na úpravě operace odmaštovánl tak, aby při n1 na povrchu vznikla velmi tenká přilnavá vrstva složená z amorfních křemlčltanů zinečnatých a xerogélů kyseliny křemičité. Tato tenká, pouhým okem téměř neviditelná vrstva vzniká reakcemi mezi technologickým prostředím a zinkovým povrchem tímto rámcovým mechanismem

222 924

Zn ♦

Si /OH/*,

+ Og ♦ HgO

- Si

I o

í

- Si

I i

O - Zn - O - Si I ' o o

I i

- Si - O - Zn - ♦ xerogél /SiOg/' + NeOH

O - Zn - O - Si V tomto schématu jsou ionty Ne* zobecněným vyjádřením jednomocných kationtů jako Na*, K*, Li*, NH* apod·, SiO^” vyjadřuje přítomnost mono- 1 polysilikátových iontů a Si/OHZ* kyselinu křemičitou ve formě hydrosolu.

Vlastnosti vrstvy o základním složeni, které vyplývá z reakčniho schématu, lze měnit v širokém rozmezí, a to říze2nim složeni pracovního roztoku, tj. obsahu složek SiO , Si/OH/*, Ne, pH roztoku, jeho teploty a doby trváni operace. Protože při reakci vznikají rozpustné hydroxidy typu NeOH, je třeba po vlastni operaci zařadit oplach, což skýtá možnost ůpra vou oplachového roztoku dále ovlivňovat vlastnosti reakční zplodiny a popřípadě technologický režim uspořádat jako uzavřený okruh, tj. téměř bez nutnosti zneškodňovat odpady.

Pracovní roztoky pro předběžnou úpravu se zhotovuji rozpuštěním složek potřebných pro průběh reakci ve vodě. Jako zdroj silikátových iontů se použije např. metakřemičitan sodný, lithný nebo draselný, rozpustné vodní sklo sodné, draselné, jllthné, amonné nebo jiné roztoky polysi 11 kátů. Účelnými kombinacemi rozpustných křemičitanů a koncentrovaných hydrosolů kys

222 924 eellny křemičité lze dosáhnout, aby při technologicky výhodných pracovních teplotách a časech byly získány vrstvy požadovaných vlastnosti, tj. dostatečně pórovité a saáčlvé, aby zabezpečily mechanické zakotveni základního nátěru. Dále lze dosáhnout, aby po oplachu vrstvy neobsahovaly rozpustné podíly, které by po překryti nátěrem mohly porušit přilnavost osmotlckýml jevy. úpravou složeni oplachového média je např. možno vedle odstraněni rozpustných složek dosáhnout obohaceni povrchové vrstvy dalšími podíly gélu kyseliny křemičité, příp křemlčltanu zinečnatého. Předpokládá-U reakční schéma vznik hydroxidů MeOH, je též třeba počítat s přítomnosti rozpustných zlnečnatanů

Zn ♦ ♦ MeOH ♦ 2 ®2 _* ^Me2^Zn02 ^{+ H}2°

Ty lze oplachem obsahujícím sol kyseliny křemičité převést na nerozpustnou sloučeninu analogickou pravé straně schématu, dále schematicky označenou jako metakřemlčltan zinečnatý

Me₂ZnO₂ ♦ 2 «₂S1O₃ _> ZnSlOj + Me₂SlO₃

Produkt Me₂S1<>₃ přejde do oplachového média, které obohacuje výchozí složkou reakčního systému, což umožňuje zmíněné uspořádán! procesu jako uzavřeného okruhu.

Vynález je dále blíže objasněn pomoci příkladů jeho možných provedeni·

Přiklad 1

Komerční konzervovaný, žárově pozinkovaný plech byl před běžně upraven pětiminutovým ponorem do roztoku 130 dílů Na₂S10₃«9 H₂0 v 1000 dílech vody při 60 °C. Poté byl opláchnut 50 °C teplou destilovanou vodou a ponechán uschnout při teplotě místnosti. Na takto připraveném povrchu byla zjištěna plošná hmotnost SiO^ 70 až 100 mg · m^-^. Vzorky byly dále opatřeny dvouvrstvým komerčním vypalovacím nátěrem vytvrzeným při 120 až 140 °C o celkové tlouštce 50 až 60 ,u«. Na vzorcích byla určena přilnavost metodou mřížkového řezu a byl zjištěn stupeň A1 podle ČSN 67 3085. Souběžně připravené vzorky odmaštěné v komerčním přípravku obsahujícím zejména Na^PO^ a NagCO^ a opatřené stejným nátěrem vykázaly přilnavost stupňů A4, A5, tedy zcela nevyhovující. Po desetidenní zrychlené korozní zkoušce metodou A podle ČSN 67 3094, která byla provedena se vzorky po zkoušce přilnavosti, byly vzorky upravené v roztoku Na₂S10^ bez jakýchkoliv změn, Idežto na vzorcích předběžně upravených v komerčním přípravku bez obsahu silikátových lontů došlo ke vzniku puchýřů a ke ztrátě přilnavosti nátěrů v okolí řezů.

Přiklad 2

Konstrukční díly vytvořené bodovým svařením žárově pozinkované oceli pasivované v roztoku na bázi lontů CrO^“ s nechráněnou uhlíkovou, zastudena válcovanou oceli, určené k ochraně dvouvrstvovým vypalovacím nátěrem byly a/ odmaštěny postřikem roztoku obsahujícího komerční přípravek na bázi fosforečnanů a uhličitanů alkalických kovů. Poté následoval postřik roztokem Na₂SiO^.9 HgO /50 g.l^/ při teplotě 70 °C a po dobu 5 minut s konečným oplachem vodou t * 70 °C. Nato byl povrch dílu upravován postřikem zředěným fosfátovacía přípravkem, který vytváří velmi tenkou paslvačni vrstvu na železe, znovu opláchnut teplou vodou a vysušen teplým vzduchem;

bZ postup byl stejný jako v bodě a/ s tim rozdílem, že byla vynechána operace postřik roztokem Na₂SiO₃;

cZ d1 ly byly upraveny dvoustupňovým postřikem zředěným fosfátovacim roztokem s odmašťovacím účinkem při teplotě 60 °c i

- 7 222924 vždy po dobu 5 minut a nakonec opláchnuty a paslvovány roztokem s obsahem CrO^“;

dZ postup byl stejný jako v bodě a/ s tím rozdílem, že byly vynechány poslední operace postřik fosfátovadm prostřed kem a oplach.

Vzorky připravené podle bodů a/, bZ, čZ, dZ byly opatřeny běžným dvouvrstvým nátěrovým systémem vypalovaným při cca 110 až 120 °C. Na takto připravených vzorcích byla zjištěna přilnavost mřížkovým řezem a ve stupnici podle ČSN 67 3085 byly nalezeny tyto hodnoty

Alternativa

Přilnavost na pozínPřilnavost na nechráněné oceli a A1A1 b A3 až A4 A1 c A4 až A5 'A1 d A1 A1

Přiklad prokazuje, že postřiková operace zředěným fosfátovaclm přípravkem, jejímž účelem je zvýšit odolnost nechráněné oceli proti podrezavění, nezhoršuje vynikající přilnavost zlskanou postřikem pomoci roztoku s obsahem SiO^ . Dále přiklad prokazuje, že jedině použitím postřiku prostředkem podle tohoto vynálezu zabezpečilo zcela vyhovující přilnavost nátěru na pozinkované oceli, a to bez ohledu na to, zda vzorky byly následně upraveny jinými operacemi.

Přiklad 3

Vzorky z žárově pozinkovaného plechu byly aZ odmaštěny 1% roztokem saponátu a opláchnuty studenou vodou, bZ upraveny nanesením roztoku obsahujícího 10 g.1 SlOg ve formě polyslUkátových iontů, který byl připraven zředěním komerčního roztoku vodního skla a k němuž bylo přidáno

- 8 222 924 * 1

g.1 S10₂ ve formě sólu kyseliny křemičité a smáčedlo

Po 20 minutách působeni tohoto roztoku byl prostředek omyt op lachem vodou.

Vzorky a/ a bZ byly opatřeny komerčním nátěrem za běžné teploty zasychajícím systémem na bázi alkydových nátěrových hmot. Systém se skládal z jedné vrstvy základního a dvou vrstev vrchního nátěru. Přilnavost určená obdobně jako v příkladech 1 a 2 byla pro alternativu aZ A2 až A3, pro alter natlvu bZ A1. Vzorky byly dále podrobeny 14denn1 zrychlené korozní zkoušce podle ČSN 67 3094 metodou h, přičemž u alternativy a/ došlo k výraznému vzniku puchýřů a ke ztrátě přilnavosti v okolí řezu, kdežto u alternativy bZ nebyly zjištěny žádné změny·

Vynález lze využívat zejména ve strojírenství a spotřebním průmyslu.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   222 924

   1. Vrstva k zabezpečeni přilnavosti organických povlaků na zinku a pozinkovaném materiálu vyznačujici se tim, že je tvořena xerogelem kyseliny křemičité, obsahujícím ve své prostorové kostře chemicky vázané ionty Zn?*.
2. 2. Vrstva podle bodu 1. vyznačujici se tim, že jeji plošná hmotnost vyjádřena jeji hlavni složkou, kysličníkem křemi•2 čitým SiO?, je v rozpětí od 0,1 do 1000 mg.m .
3. 3. Způsob výroby vrstvy podle bodů.1. a 2· vyznačujici se tim, že zinkové povrchy se upraví ponorem nebo postřikem pomoci vodních roztoků obsahujících 1 g.1~¹ až 300 g.1~¹ iontů

   2SiOj , iontů polysilikátových a/nebo sólu kyseliny křemičité.
4. 4. Způsob podle bodu 3. vyznačujici se tim, že roztok déle obsahuje ionty alkalických kovů v molárním poměru k SiO?

   v rozmezí 2 : 1 až 1 : 20 a jeho pH je při 25 °C v rozmezí 8 až 12.
5. 5. Způsob podle bodů 3. a 4. vyznačujici se tim, že pracovní operace probíhají v rozpětí teplot *10 až *100 °C po dobu 10 až 600 s, počemž následuje oplach roztokem nebo vodou při teplotě 10 až 90 °C.
6. 6. Způsob podle bodů 3. až 5. vyznačujici se tim, že se plošná koncentrace SiO- v povrchové vrstvě zvýši oplachem roz^c .1 tokem obsahujícím 0,5 až 100 g.1 S10? ve formě sólu kyseliny křemičité, přičemž oplachový roztok má hodnotu pH v rozpětí 8 až 10 a molární obsah iontů alkalických kovů nebo NH^ nejvýše 0,1 v poměru k molárnimu obsahu SiO?·