CZ308133B6 - Způsob aplikace vodou ředitelného laku na výrobek z neželezného kovu - Google Patents

Abstract

Způsob aplikace vodou ředitelného laku obsahujícího 75 až 80 % hmotn. akrylové disperze, 4,75 až 5,75 % hmotn. aditiva pro smáčivost, dispergaci a nepěnivost, 0,1 až 0,2 % hmotn. inhibitoru koroze, 2 až 10 % hmotn. vodorozpustného organického inhibitoru koroze na bázi směsi oktadekanoátu draselného, fosforečnanu tridraselného a 2,2,2´´- nitroloethanolu, 5 až 10 % hmotn. antikorozního pigmentu na bázi oxyaminofosfátového komplexu vápníku a manganu, a vodu na výrobek z neželezného kovu spočívá v tom, že lak zředěný 8 až 18 % hmotn. vody je aplikován pneumatickým stříkáním pod tlakem 0,15 až 0,45 MPa za teploty místnosti v rozmezí 18 až 23 °C a relativní vlhkosti vzduchu max. 80 % na povrch výrobku z neželezného kovu o teplotě místnosti v rozmezí 18 až 23 °C s odstupem min. 3 °C nad rosným bodem, přičemž po aplikaci laku probíhá sušení při teplotě místnosti v rozmezí 18 až 23 °C.

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká oblasti ochrany výrobků z neželezných kovů, zejména neželezných kovů na bázi hliníku, proti koroznímu napadení.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známa technologie ochrany povrchu hutních ocelových výrobků pomocí vodou ředitelného transparentního laku uvedeného dokumentu CZ 304190. Uváděný technologický postup zahrnuje nejprve předehřátí hutního výrobku na teplotu v rozmezí 38 až 45 °C, následně pneumatické nastříkaní laku zředěného 10 až 15 % hmotn. vody pod tlakem 0,2 až 0,4 MPa, poté sušení volně na vzduchu po dobu 10 minut při okolní teplotě, následně sušení při teplotě 68 až 78 °C po dobu 30 minut a poté ochlazení volně na vzduchu při okolní teplotě.

O ochraně povrchu hliníku a dalších neželezných kovů a jejich slitin je všeobecně známo, že se většinou nenatírají, protože si vytváří vlastní ochrannou vrstvu oxidů. Konkrétně na hliníku je dosažení požadované přilnavosti nátěrového systému velmi obtížné, a proto se musí používat jen ty barvy a technologie, které jsou pro hliník speciálně určeny. Velkým problémem je výroba transparentního laku. V každém případě je nutné důkladné očištění povrchu před aplikací nátěrů a většina současných nátěrových hmot nemá dobrou přilnavost k neželezným kovům a jejich slitinám.

Mezi technologie ochrany výrobků z hliníkových slitin patří proces eloxace (anodizace) hliníku. Jedná se o tvorbu chemicky odolné vrstvy oxidu hlinitého na povrchu hliníkové slitiny elektrochemickou cestou pomocí anodické oxidace. Výrobek z hliníkové slitiny sloužící jako anoda se elektrolyzuje ve vodném roztoku kyseliny, přičemž na katodě se uvolňuje vodík a na anodě se vylučuje oxid hlinitý. Kyselina přítomná v elektrolytu pomalu rozpouští vzniklý oxid hlinitý, čímž vytváří nanopóry v povrchové vrstvě. Tyto otvory umožňují roztoku elektrolytu a proudu dosáhnout hliníkový substrát a pokračovat ve zvětšování tloušťky vrstvy navíc oproti procesu pasivace. Nevýhodou je používání kyselých roztoků, jejich obtížná likvidace a rovněž problém se zajištěním dokonalé čistoty povrchu výrobku před aplikací.

Dále existuje možnost aplikace práškových pigmentovaných nátěrových hmot elektrostatickým nanášením s následným tepelným vytvrzením, přičemž pro zajištění dobré přilnavosti laku se doporučuje na hliníkovou slitinu předem aplikovat tenkou fosfátovou vrstvu. Tato vrstva se získá anodickou oxidací hliníkové slitiny v elektrolytu vodného roztoku kyseliny fosforečné. Nevýhodou tohoto procesu je zajištění čistoty povrchu před aplikací fosfátové vrstvy, aplikace fosfátové vrstvy a tepelné zpracování naneseného prášku, což vede ke zvýšené energetické náročnosti celého procesu.

Další součástí stavu techniky jsou aplikace rozpouštědlových pigmentovaných nátěrových hmot speciálně formulovaných pro slitiny hliníku. Nevýhodou je vysoký obsah VOC látek (těkavých organických sloučenin) v nátěrových hmotách a nutnost aplikace silnějších vrstev. Navíc může dojít ke snížení adheze nátěru na hliníkovém povrchu.

Technologie ochrany povrchu neželezných, zejména hliníkových slitin kovů pomocí transparentního vodou ředitelného nanolaku dosud známa není.

- 1 CZ 308133 B6

Podstata vynálezu

Podstatou předkládaného vynálezu je inovace technologie ochrany povrchu neželezných, zejména hliníkových, slitin transparentním ochranným vodou ředitelným nanolakem aplikovaným na jejich povrch bez výrazného nároku na čistotu povrchu.

Předmětem předkládaného vynálezu je způsob aplikace vodou ředitelného laku obsahujícího 75 až 80 % hmota, akrylové disperze, 4,75 až 5,75 % hmota, aditiva pro smáčivost, dispergaci a nepěnivost, 0,1 až 0,2 % hmota, inhibitoru koroze, 2 až 10 % hmota, vodorozpustného organického inhibitoru koroze na bázi směsi oktadekanoátu draselného, fosforečnanu tridraselného a 2,2,2“ - nitroloethanolu, 5 až 10 % hmota, antikorozního pigmentu na bázi oxyaminofosfátového komplexu vápníku a manganu, a vodu na výrobek z neželezného kovu, jehož podstata spočívá v tom, že lak zředěný 8 až 18 % hmota, vody je aplikován pneumatickým stříkáním pod tlakem 0,15 až 0,45 MPa za teploty okolí v rozmezí 18 až 23 °C a relativní vlhkosti vzduchu max. 80 % na povrch výrobku z neželezného kovu o teplotě okolí v rozmezí 18 až 23 °C s odstupem min. 3 °C nad rosným bodem, přičemž po aplikaci laku probíhá sušení při pokojové teplotě v rozmezí 18 až 23 °C.

Navržené ředění včetně aplikačního tlaku bylo experimentálně odzkoušeno a upraveno oproti doporučení výrobcem laku tak, aby došlo k adhezi laku k substrátu, kterým je výrobek z neželezného kovu, zejména kovů na bázi hliníku. Při nedodržení maximální relativní vlhkosti a rosného bodu by došlo ke zhoršení adheze k substrátu. Pokud je odstup menší než 3 °C, pak dochází k rosení povrchu a tímto ulpívání vodného roztoku s jiným chemickým složením, než má voda použitá pro ředění laku, a tímto může dojít ke zhoršení adheze a celkové kvality laku. Aplikace laků a nátěrů vyžadují suchý povrch před nanášením a ne orosený.

Výše uvedeným způsobem je dosahováno tloušťky mokré vrstvy nátěru laku (WFT - wet film thickness) v rozmezí 150 až 200 pm a po závěrečném sušení (vytvrzování) tloušťky suché vrstvy nátěru laku (DFT - dry film thickness) v rozmezí 40 až 60 pm.

V praxi bylo ověřeno, že přípustný stupeň zaprášení povrchu výrobku z neželezného kovu před aplikací lakuje 2/2 dle ČSN ISO 8502-3, tj. množství prachu stupeň 2, třída velikosti prachových částic 2.

Výrobky, jejichž povrch má být chráněn způsobem dle předloženého vynálezu jsou vyrobeny z neželezných kovů, zejména neželezných kovů na bázi hliníku. Pro dosažení optimálních protikorozních vlastností je nutné dodržet předepsaný technologický postup zhotovení nátěrového systému na neželezném kovu.

Při dodržení výše uvedeného inovativního způsobu aplikace transparentního ochranného vodou ředitelného laku vzniká kompaktní nelepivá vrstva laku v suché tloušťce 40 až 60 pm s tloušťkou ochranné nanovrstvy 25 až 50 nm na fázovém rozhraní neželezný kov (hliník a jeho slitiny apod.) - nátěr (lak) s protikorozní odolnosti vyšší než 200 hodin stanovenou korozní zkouškou v solné mlze dle normy ČSN EN ISO 9227 (Korozní zkouška v umělé atmosféře - zkouška solnou mlhou). Po této provedené korozní zkoušce v solné mlze vykazuje nátěrový systém následující parametry poškození dle normy ČSN EN ISO 4628: puchýřkování nátěru - stupeň 0 (bez puchýřků), praskání nátěru - stupeň 0 (bez praskání nátěru), odlupování nátěru - stupeň 0 (bez projevu odlupování nátěru). Přilnavost nátěrového systému k podkladovému materiálu stanovená mřížkovou zkouškou a křížovým řezem dle normy ČSN EN ISO 16276-2 vykazuje klasifikační stupeň 0.

Složení použitého vodou ředitelného laku a jeho přídavná výhodná provedení jsou popsána v RU 2441044 Cl. Výsledné vlastnosti takto upravené slitiny zahrnují lepší adhezi, transparentnost povrchu a protikorozní odolnost - a to proti prostředí se středním až vysokým stupněm korozní

-2 CZ 308133 B6 agresivity (stupeň C3 až C5) včetně pobřežních oblastí. Výhodou kompozice ochranného lakuje rovněž velmi nízký obsah VOC (těkavých organických sloučenin).

Nerozpustná pasivační nanovrstva na povrchu výrobku z neželezného kovu, např. hliníkové slitiny, se vytváří i bez důkladného očištění povrchu. Zaprášenost povrchu vstupního materiálu před nanesením ochranného laku je hodnocena dle normy ČSN ISO 8502-3. Z výsledků laboratorních zkoušek vyplývá, že velikost prachových částic na povrchu výrobku z neželezného kovu pro účinné nanesení laku je max. 2 a stupeň zaprášení je max. 2. V případě vysokého znečištění povrchu výrobku z neželezného kovu se s výhodou před aplikací laku provede jednoduchá chemická předúprava povrchu výrobku z neželezného kovu odmašťováním, po odmašťování oplachem vodou, po oplachu osušením povrchu výrobku.

Pro odmašťování se s výhodou použije alkalický odmašťovací přípravek s hodnotou pH v rozmezí 8,5 až 10,5. Odmašťování probíhá za normální teploty okolí, tj. cca 18 až 23 °C, po dobu 2 až 8 min. dle technologie odmašťování. Účelem odmašťování je odstranit z povrchu materiálu nežádoucí nečistoty ve formě mastnoty, prachu apod.

Při oplachu teplota oplachové vody může být v rozmezí 18 až 23 °C, s výhodou pro zvýšení účinnosti oplachu lze využít i ohřátou vodu. Účelem oplachu je odstranit z povrchu materiálu zbytky nečistot, prachu a odmašťovacího přípravku.

Osušení povrchu výrobku z neželezných kovů bývá pro urychlení s výhodou provedeno stlačeným vzduchem nebo zvýšenou teplotou, výhodně 60 až 80 °C po dobu cca 5 min. Účelem je odstranit z povrchu materiálu oplachovou vodu.

Po provedené výše uvedené chemické předúpravě povrchu následuje aplikace transparentního ochranného vodou ředitelného nanolaku. Aplikace laku probíhá za výše uvedených technologických podmínek.

Vrstva transparentního ochranného vodou ředitelného nanolaku může být nanesena až do tloušťky suché vrstvy 60 pm, přičemž maximální účinnost ochrany zajišťuje nerozpustná pasivační nanovrstva v tloušťce do 50 run, která potlačuje průnik vody a kyslíku k povrchu výrobku z neželezného kovu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Předkládaný vynález bude blíže vysvětlen pomocí následujícího příkladného provedení. Vodou ředitelný transparentní ochranný lak, jehož složení je známo z patentového spisu RU 2441044 Cl byl aplikován na hliníkovou slitinu používanou v automobilovém průmyslu a pro laboratorní účely výrobcům laků, tzv. Standardy.

Lak obsahoval 75 až 80 % hmotn. akrylové disperze, 4,75 až 5,75 % hmotn. aditiva pro smáčivost, dispergaci a nepěnivost, 0,1 až 0,2 % hmotn. inhibitoru koroze, 2 až 10 % hmotn. vodorozpustného organického inhibitoru koroze na bázi směsi oktadekanoátu draselného, fosforečnanu tridraselného a 2,2,2“ - nitroloethanolu, 5 až 10 % hmotn. antikorozního pigmentu na bázi oxyaminofosfátového komplexu vápníku a manganu, a vodu.

Povrch ošetřovaného výrobku vykazoval vysoký stupeň znečištění, proto byla před aplikací nátěru provedena chemická předúprava povrchu. Pro odmašťování povrchu byl použit alkalický odmašťovací přípravek. Pro různé vzorky neželezného materiálu na bázi hliníku bylo experimentálně odzkoušeno ředění na pH a na základě výsledků se pH pohybuje v rozmezí 8,5 až 10,5. Zejména se jedná o typ, množství a přídržnou sílu ulpění nečistot na povrchu, což má vliv na hodnotu pH, která se může v daném rozmezí měnit. Technologie odmašťování byla v našem případě zvolena ponorem, doba odmašťování 2 až 8 min. v závislosti na množství nečistot, typu

-3 CZ 308133 B6 znečištění a jejich vazbě k substrátu. Odmašťování probíhalo za normální pokojové teploty, tj. cca 18 až 22 °C. Odmašťováním byly odstraněny z povrchu výrobku nežádoucí nečistoty ve formě mastnoty, prachu apod. Po odmašťování následoval oplach vodou, teplota oplachové vody byla v rozmezí 18 až 22 °C, přičemž pro zvýšení účinnosti oplachu lze využít ohřátou vodu. Oplach odstranil z povrchu výrobku zbytky nečistot, prachu a odmašťovacího přípravku. Po oplachu následovalo sušení povrchu výrobku zvýšenou teplotou 60 až 80 °C po dobu cca 5 min, čímž došlo ke zkrácení technologického času. Tím byla odstraněna z povrchu výrobku oplachová voda.

Po provedené chemické předúpravě povrchu následovala aplikace transparentního ochranného vodou ředitelného nanolaku. Aplikace nátěru probíhala za následujících technologických podmínek: způsob aplikace - pneumatické stříkání, pracovní tlak - 0,15 až 0,45 MPa, ředění 8 až 18 % hmotn. vody, teplota okolí v rozmezí 18 až 23 °C, teplota natíraného materiálu v rozmezí 18 až 23 °C s odstupem min. 3 °C nad rosným bodem, relativní vlhkost vzduchu max. 80 %, tloušťka mokré vrstvy laku v rozmezí 150 až 200 pm, tloušťka suché vrstvy laku v rozmezí 40 až 60 pm. Po aplikaci laku probíhalo sušení (vytvrzování) při normální pokojové teplotě - v rozmezí 18 až 23 °C. Po vytvrzení vzniká po aplikaci tohoto způsobu kompaktní nelepivá vrstva laku v suché tloušťce 40 až 60 pm s tloušťkou ochranné nanovrstvy 25 až 50 nm na fázovém rozhraní neželezný kov (hliník a jeho slitiny apod.).

Technologické parametry aplikace nátěrového systému jsou uvedeny v Tabulce 1.

Tabulka 1: Parametry aplikace nátěrového systému

Nátěrový systém	Transparentní vodou ředitelný nanolak
Způsob aplikace	pneumatické stříkání
Ředění	8 - 18 % (voda z vodovodního řádu)
Teplota pokojová (okolí)	cca 18 až 23 °C
Teplota podkladového materiálu	18 až 23 °C s odstupem min. 3 °C nad rosným bodem
Teplota okolí v průběhu vytvrzování nátěru	cca 18 až 23 °C
Relativní vlhkost vzduchu	max. 80 %
Suchá tloušťka nátěru dle specifikace (DFT)	40 až 60 pm
Mokrá tloušťka nátěru dle specifikace (WFT)	150 až 200 pm

Stanovení tloušťky suché vrstvy laku:

Tloušťka suché vrstvy nátěru (DFT = dry film thickness) se stanovuje dle normy ČSN EN ISO 2808. Pro měření se využívá nedestruktivní metoda, používají se digitální tloušťkoměry. Nulová hodnota tloušťkoměru je kalibrována na hladké zkušební desce, mikronová hodnota je kalibrována pomocí kalibrovaných etalonů. Tato hodnota je vyšší, než je měřená hodnota. Není akceptovatelná individuální tloušťka suchého filmu nižší než 80 % nominální suché tloušťky NDFT (nominal dry film thickness). Počet měření a vyhodnocení naměřených hodnot byl v souladu s ČSN EN ISO 12944 a ČSN EN ISO 2808.

Výsledky zkoušky stanovení tloušťky suché vrstvy laku jsou uvedeny v Tabulce 2. Průměrná tloušťka suché vrstvy nátěru byla stanovena na 45,3 pm.

-4CZ 308133 B6

Tabulka 2: Naměřené hodnoty tlouštěk suché vrstvy nátěru laku

Číslo měření	Suchá tloušťka nátěru DFT [pm]
1	47,9
2	45,8
3	43,1
4	47,0
5	43,2
6	49,1
7	46,2
8	42,3
9	41,4
10	46,7
Průměrná hodnota [pm]	45,3

Nátěr vykazoval protikorozní odolnost vyšší než 200 hodin stanovenou korozní zkouškou v solné mlze dle normy ČSN EN ISO 9227 (Korozní zkouška v umělé atmosféře - zkouška solnou mlhou). Po provedené korozní zkoušce v solné mlze vykazoval nátěrový systém následující parametry poškození dle normy ČSN EN ISO 4628: puchýřkování nátěru - stupeň 0 (bez puchýřků), praskání nátěru - stupeň 0 (bez praskání nátěru), odlupování nátěru - stupeň 0 (bez projevu odlupování nátěru).

Zkouška adheze nátěrového systému:

Zkouška adheze nátěrového systému byla provedena dle normy ČSN EN ISO 16276-2 a výsledky spolu s fotodokumentací jsou uvedeny v Tabulce 3. Při hodnocení odolností nátěrových systémů je do těchto systémů proveden řez v podobě pravoúhlé mřížky (mřížkový řez) nebo v podobě X (křížový řez) tak, aby řez proniknul až k podkladovému materiálu. Speciální samolepicí páskou s předem definovanou přilnavosti je prováděná samotná zkouška, kdy tato páska je přilepená na mřížkový řez nebo křížový řez a po následném odtrhnutí se hodnotí poškození (přilnavost) nátěrového systému k podkladovému materiálu. Přilnavost (adheze) nátěrového systému k podkladovému materiálu stanovená mřížkovou zkouškou a křížovým řezem dle normy ČSN EN ISO 16276-2 vykazovala klasifikační stupeň 0.

Tabulka 3: Výsledky měření adheze nátěrového systému

Nátěrový systém	VZOREK 1 (odmaštěný)	VZOREK 2 (odmaštěný, zaprášený)	VZOREK 3 (odmaštěný, zaprášený)
Průměrná hodnota klasifikačního stupně mřížkové zkoušky přilnavosti [-]	0	0	0
Průměrná hodnota klasifikačního stupně křížového řezu (X-řez) [-]	0	0	0

-5 CZ 308133 B6

Průmyslová využitelnost

Předkládaný vynález bude možno použít na ochranu výrobků z neželezných kovů, např. součástí automobilů, s nanesenou vrstvou ochranného laku do tloušťky 60 pm, dále při výrobě válcovaných hliníkových plechů pro transportní ochranu a rovněž pro ochranu neželezných, např. hliníkových, profilů během transportu a skladování. Další aplikace této technologie jsou v oblasti ochrany slitin neželezných kovů, např. pozinkovaných plechů.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (4)

1. Způsob aplikace vodou ředitelného laku obsahujícího 75 až 80 % hmotn. akrylové disperze, 4,75 až 5,75 % hmotn. aditiva pro smáčivost, dispergaci a nepěnivost, 0,1 až 0,2 % hmotn. inhibitoru koroze, 2 až 10 % hmotn. vodorozpustného organického inhibitoru koroze na bázi směsi oktadekanoátu draselného, fosforečnanu tridraselného a 2,2,2“ - nitroloethanolu, 5 až 10 % hmotn. antikorozního pigmentu na bázi oxyaminofosfátového komplexu vápníku a manganu, a vodu na výrobek z neželezného kovu, vyznačující se tím, že se nejprve provede předúprava povrchu výrobku z neželezného kovu odmaštěním alkalickým odmašťovacím přípravkem, poté oplachem vodou a následně osušením stlačeným vzduchem nebo ohřevem výrobku, načež se aplikuje lak zředěný 8 až 18 % hmotn. vody pneumatickým stříkáním pod tlakem 0,15 až 0,45 MPa za teploty okolí v rozmezí 18 až 23 °C a relativní vlhkosti vzduchu max. 80 % na povrch výrobku z neželezného kovu o teplotě okolí v rozmezí 18 až 23 °C s odstupem min. 3 °C nad rosným bodem, přičemž po aplikování laku na neželezný povrch je neželezný povrch vysušen.

2. Způsob aplikace vodou ředitelného laku podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro odmašťování se použije alkalický odmašťovací přípravek s hodnotou pH v rozmezí 8,5 až 10,5.

3. Způsob aplikace vodou ředitelného laku podle nároku 1, vyznačující se tím, že pňčemž po aplikování laku na neželezný povrch je neželezný povrch vysušen stlačeným vzduchem, nebo teplotou vyšší, než je teplota okolí v rozmezí 18 až 23 °C.

4. Způsob aplikace vodou ředitelného laku podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka mokré vrstvy nátěru lakuje v rozmezí 150 až 200 pm.