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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine UV-härtbare Grundierung, deren Herstellung
und die Verwendung dieser Grundierung.
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Insbesondere
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine UV-härtbare Grundierung
zum Coil Coating, die feinteiliges Bariumsulfat enthält, die
Herstellung dieser Grundierung und deren Verwendung.
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Unter
Coil Coating wird eine Spezialform der Walzlackierung von kalt gewalztem
Metallband verstanden. Es handelt sich um ein kontinuierlich arbeitendes
Verfahren mit Durchsatzgeschwindigkeiten bis zu 250 m/min. Unter
diesen Bedingungen ist es erforderlich, dass eine Grundierung einen
sehr guten Verlauf hat und schnell härtet, damit eine Bandbeschichtungsanlage
möglichst
kurz gehalten werden kann. Daher ist eine UV-Härtung einer thermischen Härtung vorzuziehen.
Da das Metallband nach der Bearbeitung gerollt wird, muss die Grundierung
hoch elastisch sein.
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Die
Grundierung ist die erste Schicht eines Mehrschichtsystems und dient
der Haftvermittlung des gesamten Schichtaufbaus. Im Falle des Coil
Coatings soll sie außerdem
einen möglichst
hohen Korrosionsschutz für
das Metallband und die daraus hergestellten Bleche bieten. Auch
sollte die Grundierung ganz oder teilweise frei von chromathaltigen
Korrosionsschutzpigmenten sein; diese sind ökologisch bedenklich. Zudem
ist es gewünscht,
auf die organische Vorbehandlung des Metallbandes verzichten zu
können.
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Stand
der Technik im Bereich der Coil-Coating-Grundierungen sind insbesondere
Grundierungen auf der Grundlage von Acrylaten, wiederum insbesondere
Grundierungen auf der Grundlage von Epoxyacrylaten, Urethanacrylaten
oder von Mischungen aus diesen. So besteht beispielsweise eine bekannte
Coil-Coating-Grundierung
im Wesentlichen aus 90 Teilen Acrylat-Bindemittel, 5 Teilen Haftvermittler
Ebecryl 171 und 5 Teilen UV-Initiator Additol CPK. Grundierungen
auf der Grundlage dieser und ähnlicher
Zusammensetzungen haben als Nachteile geringen Korrosionsschutz
und Haftung. Vermutlich bedingt durch die hohe Elastizität der Beschichtungen
mit dieser und ähnlichen
Ausgangsrezepturen, die eine Penetration von Feuchte und Salzen zum
Metall ermöglichen,
ist der Korrosionsschutz schlecht. Eine hohe Elastizität ist im
Coil Coating Bereich aber extrem wichtig, weil das Metallband gebogen,
gerollt, wird. Die Grundierungen müssen diese mechanischen Belastungen
nachvollziehen, ohne zu reißen.
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Ebenfalls
seit langem bekannt sind härtbare
Massen, die feinteilige Partikel, insbesondere Nanopartikel auf
der Basis von Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid, enthalten. Beispielhaft
wird auf die Patentanmeldungen EP-A-1 179 575, WO-A-00/35599, WO-A-99/52964,
WO-A-99/54412, DE-A-197 26 829 oder DE-A-195 40 623 verwiesen. Sie dienen insbesondere
der Herstellung von hoch kratzfesten Beschichtungen, deren Chemikalienbeständigkeit
aber zu wünschen übrig lässt.
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Aus
DE-A-10 2004 010 201 sind härtbare
Massen bekannt, die desagglomeriertes Bariumsulfat enthalten, das
mindestens ein Dispergiermittel und mindestens einen Kristallisationsinhibitor
enthält.
Diese härtbaren
Massen weisen eine hohe Kratzfestigkeit und eine verbesserte Chemikalienbeständigkeit
auf. Die in DE-A-10
2004 010 201 offenbarten Massen, die insbesondere in Lacken verwendet
werden können,
werden jedoch thermisch gehärtet.
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WO-A-02/26852
offenbart UV-härtbare
Beschichtungsstoffe, die Bariumsulfat enthalten, ohne jedoch etwas über die
Partikelgröße des Bariumsulfats
zu offenbaren. Diese Beschichtungsstoffe werden unter anderem für die Herstellung
von Klarlacklackierungen, oder farb- und effektgebenden Unidecklackierungen,
Basislackierungen und Mehrschichtlackierungen im Coil Coating verwendet.
Jedoch offenbart WO-A-02/26852 keine Grundierung.
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Eine
in UV-härtbaren
Lacken einsetzbare Teilchengröße von Bariumsulfat,
nämlich
unter 200 nm, offenbart DE-A-4133290. Jedoch offenbart auch DE-A-4133290
keine Grundierung und die Teilchengröße des Bariumsulfats wird nur
grob umrissen. Eine Verwendung des in DE-A-4133290 offenbarten Klarlacks
im Coil Coating ist nicht offenbart.
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Eine
UV-härtbare
Grundierung, die einen sehr guten Verlauf hat, hoch elastisch ist,
einen sehr guten Korrosionsschutz bietet und ganz oder teilweise
frei von chromathaltigen Korrosionsschutzpigmenten ist sowie eine
organische Vorbehandlung des Metallbandes überflüssig macht, ist im Stand der
Technik nicht zu finden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Mangel im Stand der Technik
zu beheben.
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Insbesondere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine UV-härtbare Grundierung
zum Coil Coating zur Verfügung
zu stellen, die einen verbesserten Verlauf gewährleistet, die ganz oder teilweise
auf chromathaltige Korrosionsschutzpigmente verzichten kann, bei
deren Verwendung auf die organische Vorbehandlung des Substrates
verzichtet werden kann, die einen verbesserten Korrosionsschutz
bewirkt und/oder die eine hohe Elastizität besitzt.
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Erfindungsgemäß werden
die Aufgaben überraschenderweise
durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen
finden sich in den Unteransprüchen.
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Insbesondere
wird die Aufgabe durch eine UV-härtbare
Grundierung gelöst,
die feinteiliges Bariumsulfat einer mittleren Partikelgröße von 550
bis 950 nm, bevorzugt von 600 bis 800 nm, besonders bevorzugt von 650
bis 750 nm oder einer mittleren Partikelgröße von 10 bis 120 nm, bevorzugt
von 20 bis 100 nm, besonders bevorzugt von 30 bis 80 nm, ganz besonders
bevorzugt von 40 bis 60 nm enthält.
Dies ist überraschend,
da Bariumsulfat als chemisch inert gilt.
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Im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß verwendeten Bariumsulfat
bedeutet mittlere Partikelgröße immer
Median des Teilchendurchmessers. Der Median kann beispielsweise
durch Laserbeugung bestimmt werden.
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Eine
solche Grundierung ist aus dem Stand der Technik bisher nicht bekannt.
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Durch
die erfindungsgemäße Grundierung
wird völlig überraschend
der Korrosionsschutz für
das Metallband und die daraus hergestellten Bleche signifikant verbessert,
ohne dass die elastischen Eigenschaften der Grundierung darunter
leiden. Bislang war es nicht möglich,
beide Eigenschaften gleichzeitig in diesem Ausmaß zu verbessern. Nachfolgend
wird die mit der Grundierung zu behandelnde Oberfläche, sei
es das Metallband, die daraus hergestellten Bleche oder auch eine
andere Oberfläche,
die mit der Grundierung behandelt werden kann, kurz Substrat genannt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Grundierung
kann auf Korrosionsschutzpigmente verzichtet oder deren Einsatz
zumindest vermindert werden, ohne dass dies zu einer Verminderung
des Korrosionsschutzes führt.
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Außerdem kann
bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung auf die organische
Vorbehandlung des Substrates verzichtet werden.
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Die
erfindungsgemäße Grundierung
enthält
vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-% Bindemittel, 20 bis 45 Gew.-% Reaktivverdünner, 2
bis 10 Gew.-% UV-Initiatoren, 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15
Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 12 Gew.-% Bariumsulfat, 0 bis
10 Gew.-% Additive, 0 bis 15 Gew.-% farbgebende Pigmente und 0 bis
15 Gew.-% Korrosionsschutzpigmente.
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Beim
Bariumsulfat, das in der erfindungsgemäßen Grundierung eingesetzt
wird, kann im Gegensatz zu den in DE-A-10 2004 010 201 offenbarten
Bariumsulfaten auf die Verwendung von Dispergiermitteln und Kristallisationsinhibitoren
verzichtet werden.
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Das
Bariumsulfat in der erfindungsgemäßen Grundierung hat eine mittlere
Partikelgröße von 550
bis 950 nm, bevorzugt von 600 bis 800 nm, besonders bevorzugt von
650 bis 750 nm. Ein Beispiel für
ein solches Bariumsulfat ist das Erzeugnis SACHTLEBEN micro der
Firma Sachtleben Chemie GmbH. In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung hat
das Bariumsulfat eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 120 nm, bevorzugt
von 20 bis 100 nm, besonders bevorzugt von 30 bis 80 nm, ganz besonders
bevorzugt von 40 bis 60 nm. Ein Beispiel für ein solches Bariumsulfat
ist das Erzeugnis SACHTOPERSE HU-N der Firma Sachtleben Chemie GmbH.
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Beim
erfindungsgemäßen Bariumsulfat
handelt es sich vorzugsweise um ein so genanntes BLANC FIXE Produkt.
Dieses wird durch einen Fällungsprozess
synthetisch hergestellt. Dabei werden Verunreinigungen weitgehend
eliminiert, und eine enge, definierte Teilchengröße und Teilchengrößeverteilung
eingestellt. Das gefällte
Bariumsulfat wird gewaschen, getrocknet und gemahlen. Die Mahlung
kann durch Stiftmühlen oder
Strahlmahlung erfolgen. Das erfindungsgemäße Bariumsulfat kann mit einer
organischen Substanz belegt sein, die als Mahlhilfe während der
Herstellung und als Dispergierhilfe in der Beschichtung fungiert.
Typischerweise werden als organische Substanz TMP (Trimethylolpropan),
TME (Trimethylolethan), TEA (Triethylenamin) oder Polyacrylate eingesetzt.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Bariumsulfat aus natürlichen Rohstoffen
stammen, das durch Verfahren gemäß dem Stand
der Technik, beispielsweise Reinigung und Mahlung, aufgearbeitet
wurde.
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Erfindungsgemäß werden
als Bindemittel bevorzugt Verbindungen mit einer UV-vernetzenden Acrylat- oder
Methacrylatfunktion oder mehreren UV-vernetzenden Acrylat- oder
Methacrylatfunktionen eingesetzt, vorzugsweise ausgewählt aus
Epoxidacrylaten, Polyurethanacrylaten, Melaminacrylaten, Polyesteracrylaten, Polyetheracrylaten,
Siliconacrylaten, Epoxidmethacrylaten, Polyurethanmethacrylaten,
Melaminmethacrylaten, Polyestermethacrylaten, Polyethermethacrylaten,
Siliconmethacrylaten, ungesättigten
Acryl-, Methacryl- oder Polyesterharzen oder Mischungen aus mindestens
zwei dieser Verbindungen.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
werden als Reaktivverdünner
Styrol, mono-, di-, tri- oder tetrafunktionelle Acrylate oder mono-,
di-, tri- oder tetrafunktionelle Methacrylate oder Mischungen aus
mindestens zwei von diesen eingesetzt. Reaktivverdünner sind
Verdünnungsmittel
zur Herabsetzung der Viskosität
der Bindemittel und werden bei der Filmbildung durch chemische Reaktion
Bestandteil des Bindemittels, das heißt, sie polymerisieren mit.
Meist handelt es sich um strukturverwandte Monomere des Bindemittels.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist der UV-Initiator ausgewählt
aus Benzophenon, Benzoinether, Benzil, Benzilketal, α-Hydroxyalkylphenon, α-Aminoalkylphenon,
Benzoylphosphinoxid oder deren Derivaten. Dabei werden auch häufig Mischungen
aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen verwendet, um Reaktivität und Tiefenhärtung zu
optimieren. Die Verwendung des UV-Initiators ist dabei auf das Bindemittel
abgestimmt.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
werden als Additive Haftverbesserer eingesetzt.
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Die
erfindungsgemäße Grundierung
kann zur Färbung
und Abdeckung des Untergrundes anorganische oder organische Farbmittel
enthalten, beispielsweise Weißpigmente,
Buntpigmente, Schwarzpigmente oder Farbstoffe. Bei Grundierungen,
die durchsichtige Beschichtungen ergeben sollen, wird kein farbgebender Stoff
zugegeben.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
handelt es sich bei den Korrosionsschutzpigmenten, die in der erfindungsgemäßen Grundierung
eingesetzt werden können,
um organische Inhibitoren oder anorganische Korrosionsschutzpigmente,
beispielsweise Metallphosphate, -phosphosilikate oder Ionenaustauscherpigmente, oder
Mischungen aus diesen Verbindungen.
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Vorteilhafterweise
kann die erfindungsgemäße UV-härtbare Grundierung
auch dadurch hergestellt werden, dass einer handelsüblichen
UV-härtbaren
Grundierung erfindungsgemäßes Bariumsulfat
nach Verfahren gemäß dem Stand
der Technik zugegeben und eingearbeitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Grundierung
wird bevorzugt zum Coil Coating eingesetzt, um das Substrat vor Korrosion
zu schützen
und/oder um einen gleichmäßigen Verlauf
der Beschichtung auf dem Substrat zu erreichen.
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Weitere
erfindungsgemäße Verwendungen
sind das Can Coating und das Container Coating. Auch hier wird die
erfindungsgemäße Grundierung
eingesetzt, um das jeweilige Substrat vor Korrosion zu schützen und/oder
um einen gleichmäßigen Verlauf
der Beschichtung auf dem Substrat zu erreichen.
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Typische
Substrate, auf denen die erfindungsgemäße Grundierung Verwendung findet,
bestehen beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, wiederum beispielsweise
in Form von Blechen. Der Stahl kann ohne metallische Vorveredelung
oder auch mit elektrolytischer Verzinkung oder schmelztauchveredelt,
beispielsweise mit Zink, eingesetzt werden.
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Weiterhin
können
die Substrate aus Stahl oder Aluminium mit organischen Chemikalien
zum Korrosionsschutz vorbehandelt werden. Erfindungsgemäß ist es
aber auch möglich,
bei den Substraten auf die Vorbehandlung mit organischen Chemikalien
zu verzichten.
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Nachdem
die erfindungsgemäße UV-härtbare Grundierung
aufgebracht und mit UV-Licht
vollständig ausgehärtet wurde,
kann sie gegebenenfalls mit einem thermisch härtbaren Decklack, beispielsweise
basierend auf einem Polyester-, Polyester-Melamin-, Polyurethan- oder PVDF-Bindemittelsystem,
beschichtet werden. Die Beschichtung wird vorzugsweise durch Walzen-
oder Gießauftragsverfahren
aufgebracht.
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Die
erfindungsgemäße UV-härtbare Grundierung
kann außerdem
beispielsweise zur Beschichtung von planen Objekten wie Holzplatten,
Faserplatten wie MDF (Mitteldichte Faserplatte), Schichtstoffplatten,
Papier und/oder Folien eingesetzt werden.
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Typische
Anwendungen der mit der erfindungsgemäßen UV-härtbaren Zusammensetzung beschichteten
Substrate sind beispielsweise Anbauteile für Dächer und Fassaden, Trennwände, Deckenelemente,
Ladeneinrichtungen, Schränke,
Regale, Haushaltsgeräte,
Maschinenverkleidungen, Türen,
Tore, Leuchten, Radfelgen, Anbaueile von Automobilkarossen und Wohnwagen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen:
- – eine UV-härtbare Grundierung,
die Bariumsulfat enthält;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die Bariumsulfat enthält, wobei es sich um eine Mischung,
vorzugsweise um eine Dispersion handelt;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die Bariumsulfat enthält, wobei das Bariumsulfat
eine mittlere Partikelgröße von 10
bis 120 nm, bevorzugt von 20 bis 100 nm, besonders bevorzugt von
30 bis 80 nm, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 60 nm, besitzt;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die Bariumsulfat enthält, wobei das Bariumsulfat
eine mittlere Partikelgröße von 550
bis 950 nm, bevorzugt von 600 bis 800 nm, besonders bevorzugt von
650 bis 750 nm, besitzt;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, besonders
bevorzugt 5 bis 12 Gew.-% Bariumsulfat enthält;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die Bariumsulfat enthält sowie Bindemittel, UV-Initiator(en), Reaktivverdünner, gegebenenfalls
Additiv(e), gegebenenfalls farbgebende Pigmente und/oder gegebenenfalls
Korrosionsschutzmittel;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die 40 bis 80 Gew.-% Bindemittel, 20 bis 45 Gew.-%
Reaktivverdünner,
2 bis 10 Gew-% UV-Initiatoren, 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 2 bis
15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 12 Gew.-% Bariumsulfat, 0 bis
10 Gew-% Additive, 0 bis 15 Gew.-% farbgebende Pigmente und 0 bis
15 Gew.-% Korrosionsschutzpigmente enthält;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, die frei von chromathaltigen Korrosionsschutzpigmenten
ist;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei als Bindemittel Verbindungen mit einer oder mehreren
UV-vernetzenden Acrylat- oder Methacrylatfunktionen eingesetzt werden,
bevorzugt ausgewählt
aus Epoxidacrylaten, Polyurethanacrylaten, Melaminacrylaten, Polyesteracrylaten,
Polyetheracrylaten, Siliconacrylaten, Epoxidmethacrylaten, Polyurethanmethacrylaten,
Melaminmethacrylaten, Polyestermethacrylaten, Polyethermethacrylaten,
Siliconmethacrylaten, ungesättigten
Acryl-, Methacryl- oder Polyesterharzen oder Mischungen aus zwei
oder mehreren dieser Verbindungen;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei als Reaktivverdünner Styrol, mono-, di-, tri- oder tetrafunktionelle Acrylate
oder mono-, di-, tri- oder tetrafunktionelle Methacrylate oder Mischungen
aus zwei oder mehreren von diesen eingesetzt werden;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei der UV-Initiator ausgewählt ist aus Benzophenon, Benzoinether, Benzil,
Benzinketal, α-Hydroxyalkylphenon, α-Aminoalkylphenon,
Benzoylphosphinoxid, oder deren Derivaten oder Mischungen aus mindestens
zwei oder Verbindungen und/oder deren Derivaten;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei als Additive Haftverbesserer eingesetzt werden
können;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei zur Färbung
und Abdeckung des Untergrundes anorganische und/oder organische
Farbmittel eingesetzt werden können,
beispielsweise Weißpigmente,
Buntpigmente, Schwarzpigmente und/oder Farbstoffe;
- – eine
UV-härtbare
Grundierung, wobei es sich bei den Korrosionsschutzpigmenten um
organische Inhibitoren oder anorganische Korrosionsschutzpigmente,
beispielsweise Metallphosphate, -phosphosilikate oder Ionenaustauscherpigmente, oder
Mischungen aus diesen Verbindungen handelt;
- – ein
Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Grundierung, wobei einer
handelsüblichen UV-härtbaren
Grundierung Bariumsulfat der erfindungsgemäßen Partikelgröße nach
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik zugegeben und eingearbeitet wird;
- – ein
Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Grundierung, wobei einer
UV-härtbaren
Grundierung auf der Basis von Acrylaten, vorzugsweise Epoxyacrylaten,
Urethanacrylaten oder Mischungen aus diesen Acrylaten Bariumsulfat
der erfindungsgemäßen Partikelgröße nach
Verfahren gemäß dem Stand der
Technik zugegeben und eingearbeitet wird;
- – ein
Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit der erfindungsgemäßen Grundierung,
wobei einer UV-härtbaren
Grundierung auf der Basis von Acrylaten, vorzugsweise Epoxyacrylaten,
Urethanacrylaten oder Mischungen aus diesen Acrylaten Bariumsulfat
der erfindungsgemäßen Partikelgröße nach
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik zugegeben, eingearbeitet und die Mischung auf das Substrat
aufgebracht und UV-gehärtet
wird;
- – ein
Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit der erfindungsgemäßen Grundierung,
wobei einer handelsüblichen
UV-härtbaren
Grundierung Bariumsulfat der erfindungsgemäßen Partikelgröße nach
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik zugegeben, eingearbeitet und die Mischung auf das Substrat
aufgebracht und UV-gehärtet
wird;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zur Beschichtung von metallischen Oberflächen, bevorzugt aus Stahl oder
Aluminium, besonders bevorzugt von planen metallischen Oberflächen;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zum Coil Coating, Can Coating und/oder Container Coating;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zur Beschichtung von planen Objekten, vorzugsweise Holzplatten,
Faserplatten wie MDF, Schichtstoffplatten, Papier und/oder Folien;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zur Beschichtung von Substraten, wobei das Substrat mit anorganischen
Chemikalien zum Korrosionsschutz vorbehandelt, bevorzugt elektrolytisch
oder durch Schmelztauchen veredelt, besonders bevorzugt mit Zink
und/oder Zinkverbindungen elektrolytisch oder durch Schmelztauchen
veredelt wird;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zur Beschichtung von Substraten, wobei das Substrat mit organischen
Chemikalien zum Korrosionsschutz vorbehandelt wird;
- – die
Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierung
zur Beschichtung von Substraten, wobei auf eine Vorbehandlung des
Substrates zum Korrosionsschutz verzichtet wird;
- – Verwendung
der mit der erfindungsgemäßen Grundierung
und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschichteten Substrate im Bauwesen, insbesondere als Anbauteile
für Dächer und
Fassaden, Trennwände,
Deckenelemente, für
Ladeneinrichtungen, Schränke,
Regale, Haushaltsgeräte,
Maschinenverkleidungen, Türen,
Tore, Leuchten, Radfelgen, als Anbauteile von Automobilkarossen
und Wohnwagen.
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Die
Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne
sie dadurch einzuschränken:
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Beispiel
1: Allgemeine Rezepturen für
Grundierungen Tabelle
1: Allgemeine Rezepturen für
Zusammensetzungen; alle Gehalte in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben
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Die
Rezepturbestandteile werden am Dissolver 10 Minuten vordispergiert
und anschließend
am Skandex bzw. mit einer Perlmühle
dispergiert. Im Labor werden dafür
150 g Ansatz der Zusammensetzung in einer 500 ml Kautexflasche mit
500 g Glasperlen mit einer Größe von 2
mm eingesetzt. Anschließend
wird die Dispergierfeinheit am Hegmann-Keil überprüft. Die Dispergierung wird
so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Feinheit erzielt wird,
im vorliegenden Fall nach 3 Stunden Skandex eine Feinheit kleiner
oder gleich 6 μm.
Eine entsprechende Vergleichsprobe (Rezeptur 1) enthält kein
Bariumsulfat.
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Applikation und Prüfung:
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Der
von den Perlen abgesiebte Ansatz der Grundierung wird mit einem
Spiralrakel auf frisch gereinigte Bleche (nicht verzinkter Stahl)
aufgetragen und mit dem UV-Härtungsgerät bestrahlt
(Fa. Eltosh, 2 Durchgänge bei
120 W/cm2, 3 m/min).
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Mit
einem 30 μm
Spiralrakel resultiert eine Schichtdicke von 13 μm.
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Die
mit der Grundierung auf der Grundlage der Rezeptur 2 auf dem Substrat
erzeugte Schicht zeigt eine glattere Oberfläche und besseren Verlauf als
die mit der Grundierung auf der Grundlage der Rezeptur 1 auf dem
Substrat erzeugte Schicht. Bei der Haftfestigkeit und Elastizität sind keine
Unterschiede zwischen den beiden Beschichtungen erkennbar; beide
Beschichtungen verhalten sich sehr gut bezüglich Haftfestigkeit und Elastizität (Kugelschlag,
schnelle Verformung). Bei der Elastizitätsprüfung (Tiefung) zeigt die mit
der Grundierung auf der Grundlage der Rezeptur 1 erzeugte Schicht
eine leicht bessere Elastizität.
Die mit der Grundierung auf der Grundlage der Rezeptur 2 erzeugte
Schicht zeigt dagegen eine verbesserte Härte (Pendeldämpfung).
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Allerdings
sind hier hinsichtlich Korrosion deutliche Vorteile für die auf
der Grundlage der Rezeptur 2 erzeugte Schicht zu sehen.
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Die
Korrosionsprüfung
wird bei einer Schichtdicke von 50 μm wiederholt. Die Ergebnisse
der Korrosionsprüfungen
sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt. Der Rostgrad ist
dabei nach DIN 53210 bewertet, der Blasengrad nach DIN 53209:
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Tabelle
2: Mechanische Eigenschaften der mit den Grundierungen auf der Grundlage
der Rezepturen 1 und 2 erzeugten Beschichtungen
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1a)
zeigt das Ergebnis des 50 Stunden Salzsprühtests bei 13 μm Schichtdicke
mit der Grundierung auf Grundlage der Rezeptur 1 erzeugten Schicht, 1b)
zeigt das Ergebnis des 50 Stunden Salzsprühtests bei 13 μm Schichtdicke
mit der Grundierung auf Grundlage der Rezeptur 2 erzeugten Schicht.
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2a)
zeigt das Ergebnis des 400 Stunden Salzsprühtests bei 50 μm Schichtdicke
mit der Grundierung auf Grundlage der Rezeptur 1 erzeugten Schicht, 2b)
zeigt das Ergebnis des 400 Stunden Salzsprühtests bei 50 μm Schichtdicke
mit der Grundierung auf Grundlage der Rezeptur 2 erzeugten Schicht.
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Beispiel 2: Rezepturen
für Grundierungen
auf der Grundlage von Epoxyacrylat
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Tabelle
3 zeigt Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Epoxyacrylat, Ebecryl EB 3213 (Fa.
Cytec), 75%ig, der Gehalt an Bariumsulfat wird dabei zwischen 0
und 15 % eingestellt. Die mittlere Partikelgröße des Bariumsulfats beträgt 50 nm.
DPGDA (Dipropylenglykoldiacrylat) und HDDA (Hexandioldiacrylat) sind
Reaktivverdünner;
Ebecryl 171 (Fa. Cytec) ist ein Haftvermittler, HDMAP (2-Hydroxy-2-methylpropiophenon)
ist ein radikalischer Photoinitiator. Alle Gehalte sind in Gewichtsprozent
(Gew.-%) angegeben.
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Tabelle
3: Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Epoxyacrylat
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Eine
10 μm dicke
Schicht wird auf unbehandelte Stahlbleche analog dem in Beispiel
1 beschriebenen Verfahren hergestellt.
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In
der Tabelle 4 sind die mechanischen Eigenschaften der mit den in
Tabelle 3 aufgeführten
Rezepturen erzeugten Schichten dargestellt:
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Tabelle
4: Mechanische Eigenschaften der mit den Grundierungen auf der Grundlage
der Rezepturen 3 bis 7 erzeugten Schichten
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3 zeigt
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 100 Stunden Korrosionstest
auf unbehandeltem Stahl bei 10 μm
Schichtdicke:
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3a)
Rezeptur 3;
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3b)
Rezeptur 4;
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3c)
Rezeptur 5;
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3d)
Rezeptur 6;
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3e)
Rezeptur 7.
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4 zeigt
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 150 Stunden Korrosionstest
auf unbehandeltem Stahl bei 10 μm
Schichtdicke:
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4a)
Rezeptur 3;
-
4b)
Rezeptur 4;
-
4c)
Rezeptur 5;
-
4d)
Rezeptur 6;
-
4e)
Rezeptur 7.
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Die
Auswertung des Versuches zeigt, dass die Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierungen die
mechanischen Eigenschaften und den Korrosionsschutz der damit beschichteten
Substrate wie folgt verbessert:
- – mit zunehmendem
Gehalt an Bariumsulfat verbessert sich der Gitterschnitt von Gt
4 = schlecht auf Gt 0 = sehr gut. Das bedeutet, dass die Haftung
der erfindungsgemäß erzeugten
Schicht auf dem Substrat kontinuierlich verbessert wird;
- – die
Pendeldämpfung
nimmt mit der Bariumsulfatkonzentration leicht zu. Das bedeutet,
die Schicht wird ein wenig härter.
Der UV-Härtungsprozess
wurde nicht negativ beeinflusst; der eingebrachte Feststoff verringert
also die Vernetzung des Bindemittels nicht;
- – die
Erichsen-Tiefung bleibt auch bei Zugabe von Bariumsulfat konstant,
das heißt
die Elastizität
der Schicht wird nicht verändert;
- – wie
aus 3 und 4 ersichtlich wird der Korrosionsschutz
mit zunehmendem Gehalt an Bariumsulfat signifikant verbessert.
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Beispiel 3: Rezepturen
für Beschichtungszusammensetzungen
auf der Grundlage von Urethanacrylat
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Tabelle
5 zeigt Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Urethanacrylat, Ebecryl EB 8307 (Fa.
Cytec), 70%ig. Der Gehalt an Bariumsulfat wird dabei auf 0 und 10
% eingestellt. Die mittlere Partikelgröße des Bariumsulfats beträgt 50 nm.
Alle Gehalte sind in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben.
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Tabelle
5: Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Urethanacrylat
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Analog
dem in Beispiel beschriebenen Verfahren wird auf unbehandelte Stahlbleche
eine 10 μm
dicke Schicht hergestellt.
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In
der Tabelle 6 sind die mechanischen Eigenschaften der Schichten
dargestellt, die mit Grundierungen auf der Grundlage der in Tabelle
5 aufgeführten
Rezepturen hergestellt wurden:
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Tabelle
6: Mechanische Eigenschaften der mit den Rezepturen 8 und 9 hergestellten
Schichten:
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5 zeigt
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 100 Stunden Korrosionstest
auf unbehandeltem Stahl bei 10 μm
Schichtdicke:
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5a)
Rezeptur 8;
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5b)
Rezeptur 9.
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6 zeigt
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 150 Stunden Korrosionstest
auf unbehandeltem Stahl bei 10 μm
Schichtdicke:
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6a)
Rezeptur 8;
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6b)
Rezeptur 9.
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Die
Auswertung des Versuches zeigt, dass die Verwendung der erfindungsgemäßen Grundierungen die
mechanischen Eigenschaften und den Korrosionsschutz der damit beschichteten
Substrate wie folgt verbessert:
- – der Gitterschnitt
beim Versuch mit der Rezeptur 9 ist ebenso wie bei beim Versuch
mit der Rezeptur 8 mit Gt 0 = sehr gut; das bedeutet, dass die Haftung
der erfindungsgemäß Grundierung
auf dem Substrat ausgezeichnet ist und durch die Zugabe von Bariumsulfat
nicht negativ beeinflusst wird;
- – auch
alle anderen mechanischen Daten wie Pendeldämpfung, Erichsen-Tiefung, Kugelschlag
bleiben bei Zugabe von Bariumsulfat auf unverändertem Niveau; die sehr hohe
Elastizität
ist erkennbar an den hohen Tiefungswerten und den niedrigen Pendelhärten; die
sehr gute Haftung zeigt sich auch im Kugelschlag.
- – wie
aus 5 und 6 ersichtlich wird der Korrosionsschutz
durch den Einsatz von Bariumsulfat signifikant verbessert.
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Beispiel 4: Rezeptur auf
der Grundlage der Rezeptur 1 auf verzinktem Stahl
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Eine
Rezeptur 10 auf der Grundlage der Rezeptur 1 wird unter Zugabe von
5 Gew.-% Bariumsulfat analog dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren
hergestellt. Die mittlere Partikelgröße des Bariumsulfats beträgt 50 nm.
Ebenfalls analog Beispiel 1 wird eine 10 μm dicke Schicht sowohl ohne
Bariumsulfat (Rezeptur 1) als auch mit Bariumsulfat (Rezeptur 10)
auf verzinkte Stahlbleche erzeugt. Anschließend werden die Beschichtungen
der Länge
nach geritzt, um eine Beschädigung
zu simulieren.
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7 zeigt
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 150 Stunden Korrosionstest
auf verzinktem Stahl bei 10 μm
Schichtdicke:
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7a)
Rezeptur 1;
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7b)
Rezeptur 10.
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Die
Auswertung des Versuches zeigt, dass die erfindungsgemäßen Grundierungen
die Unterwanderung am Ritz signifikant verringern.
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Beispiel
5: Kombination einer UV-härtbaren
Grundierungsrezeptur mit 10 Gew.-% eines aktiven Korrosionsschutzpigments Tabelle
7: Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Laromer Bindemittel (BASF) mit
10 Gew.-% eines aktiven Korrosionsschutzpigments, alle Gehalte in
Gew.-%
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In
einer weiteren UV-härtbaren
Grundierungsrezeptur (Rezeptur 11, Referenz) mit Laromer Bindemitteln
und Monomer (beide Fa. BASF) wird Bariumsulfat unterschiedlicher
Teilchengröße mit variierenden
Anteilen von 5, 10, 15 und 20 Gew.-% (Varianten (a)-(d)) mit einer
Perlmühle
eindispergiert. Diese Rezeptur enthält als konstanten Bestandteil
außerdem
10 Gew.-% Shieldex C 303 (Fa. Grace) als aktives Korrosionsschutzpigment.
Unbehandelte Stahlbleche werden 10 μm dick beschichtet und 75 Stunden
im Salzsprühtest
geprüft.
Die Resultate zeigen die folgenden Abbildungen, in der jeweiligen
Darstellung 5 Gew.-% Bariumsulfat oben links (a), 10 Gew.-% Bariumsulfat
oben rechts (b), 15 Gew.-% Bariumsulfat unten links (c), 20 Gew.-%
Bariumsulfat unten rechts (d):
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8:
Rezeptur 11, Referenz, nur Shieldex;
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9:
Bariumsulfat mit 50 nm mittlerer Partikelgröße;
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10:
Bariumsulfat mit 500 nm mittlerer Partikelgröße;
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11:
Bariumsulfat mit 700 nm mittlerer Partikelgröße;
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12:
Bariumsulfat mit 1000 nm mittlerer Partikelgröße;
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Die
Abbildungen zeigen, dass durch den Einsatz von Bariumsulfat der
Korrosionsschutz verbessert wird. Mit zunehmendem Gehalt an Bariumsulfat
verbessert sich die schützende
Wirkung. Ein Bariumsulfat mit einer mittleren Partikelgröße von 700
nm zeigt eine größere Wirkung
als eines mit einer mittleren Partikelgröße von 1000 nm oder 500 nm.
Ein Bariumsulfat mit einer mittleren Partikelgröße von 50 nm zeigt eine größere Wirkung
als eines mit einer mittleren Partikelgröße von 1000 nm oder 500 nm.
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Beispiel
6: Kombination einer UV-härtbaren
Grundierungsrezeptur mit 5 Gew.-% eines aktiven Korrosionsschutzpigments Tabelle
8: Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Laromer Bindemittel (BASF) mit
5 Gew.-% eines aktiven Korrosionsschutzpigments, alle Gehalte in
Gew.-%
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In
eine UV-härtbare
Grundierungsrezeptur (Rezeptur 12) mit Laromer Bindemitteln und
Monomer (beide Fa. BASF) wird Bariumsulfat unterschiedlicher Teilchengröße mit jeweils
10 Gew.-% mit einer Perlmühle eindispergiert.
Diese Rezeptur enthält
als konstanten Bestandteil 5 Gew.-% Shieldex C 303 (Fa. Grace) als aktives
Korrosionsschutzpigment. Unbehandelte Stahlbleche werden 10 μm dick beschichtet
und 75 Stunden im Salzsprühtest
geprüft:
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13:
Rezeptur 12 mit Bariumsulfat mit 700 nm mittlerer Partikelgröße;
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14:
Rezeptur 12 mit Bariumsulfat mit 500 nm mittlerer Partikelgröße.
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Das
Beispiel 6 bestätigt
das in Beispiel gewonnene Ergebnis, dass die Verwendung von Bariumsulfat einer
mittleren Partikelgröße von 700
nm vorteilhafter ist als die Verwendung von Bariumsulfat einer mittleren Partikelgröße von 500
nm.
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Beispiel
7: UV-härtbare
Grundierungsrezeptur ohne aktives Korrosionsschutzpigment Tabelle
9: Rezepturen für
Grundierungen auf der Grundlage von Laromer Bindemittel (BASF) ohne
aktives Korrosionsschutzpigments, alle Gehalte in Gew.-%
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In
eine UV-härtbare
Grundierungsrezeptur (Rezeptur 13) mit Laromer Bindemitteln und
Monomer (beide Fa. BASF) wird Bariumsulfat unterschiedlicher Teilchengröße mit jeweils
10 Gew.-% mit einer Perlmühle eindispergiert.
Diese Rezeptur enthält
kein aktives Korrosionsschutzpigment. Unbehandelte Stahlbleche werden
10 μm dick
beschichtet und 75 Stunden im Salzsprühtest geprüft:
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15:
Rezeptur 13 mit Bariumsulfat mit 700 nm mittlerer Partikelgröße;
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16:
Rezeptur 13 mit Bariumsulfat mit 500 nm mittlerer Partikelgröße.
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Der
Versuch zeigt, dass die vor Korrosion schützende Wirkung in der verwendeten
Bindemittelrezeptur allein auf dem Einsatz von Bariumsulfat zurückzuführen ist.
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Beispiel 8: Unterschiedliche
Partikelgrößen von
Bariumsulfat
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Rezepturen
auf der Grundlage der Rezepturen von Beispiel 2 wurden unter Zugabe
von 5 Gew.-% (Rezeptur 5, in den Abbildungen jeweils (a)), 10 Gew.-%
(Rezeptur 6, in den Abbildungen jeweils (b)) und 15 Gew.-% (Rezeptur
7, in den Abbildungen jeweils (c)) unterschiedlicher Bariumsulfate
analog dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt. Die
mittlere Partikelgröße des Bariumsulfats
variierte dabei von 50 nm bis zu 1000 nm. Ebenfalls analog Beispiel
2 wurde jeweils eine 10 μm
dicke Schicht auf unbehandelten Stahlblechen erzeugt. 17 bis 22 zeigen
die Ergebnisse der Korrosionsschutzprüfung nach 100 Stunden Korrosionstest.
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17:
Referenz ohne Bariumsulfat (Rezeptur 3);
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18:
Bariumsulfat mit 50 nm mittlerer Partikelgröße;
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19:
Bariumsulfat mit 200 nm mittlerer Partikelgröße;
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20:
Bariumsulfat mit 500 nm mittlerer Partikelgröße;
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21:
Bariumsulfat mit 700 nm mittlerer Partikelgröße;
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22:
Bariumsulfat mit 1000 nm mittlerer Partikelgröße.
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Die
Auswertung des Versuches zeigt, dass die erfindungsgemäßen Grundierungen
dann besonders vorteilhaft im Korrosionsschutz sind, wenn die verwendeten
Bariumsulfate Partikelgrößen aufweisen
in Bereichen, die deutlich kleiner als 200 nm sind oder zwischen
500 nm und 1000 nm liegen.