DE102019101449A1 - Surface treatment of anodized aluminum - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium, ein nach dem Verfahren behandeltes eloxiertes Aluminium, ein Behandlungsmittel zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium und die Verwendung des Behandlungsmittels.The present invention relates to a method for the surface treatment of anodized aluminum, an anodized aluminum treated by the method, a treatment agent for the surface treatment of anodized aluminum and the use of the treatment agent.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium, ein nach dem Verfahren behandeltes eloxiertes Aluminium, ein Behandlungsmittel zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium und die Verwendung des Behandlungsmittels.The present invention relates to a method for the surface treatment of anodized aluminum, an anodized aluminum treated by the method, a treatment agent for the surface treatment of anodized aluminum and the use of the treatment agent.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Korrosion stellt ein Problem bei der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Gegenständen dar, die Aluminium enthalten.Corrosion is a problem in the manufacture, processing and use of articles containing aluminum.
Um Aluminiumoberflächen zu schützen und mechanisch zu stabilisieren, werden diese elektrochemisch durch anodische Oxidation behandelt, wobei die auf dem Aluminiummetall natürlich vorhandene Oxidschicht künstlich verstärkt oder ersetzt wird (Eloxierung). Vor dem eigentlichen Eloxieren können die Aluminiumteile vorbehandelt, d.h. entfettet und gebeizt werden. Dabei wird dann auch die nur dünne natürliche Oxidschicht entfernt. Je nach Herstellungsbedingungen und Aluminiumlegierungen sind verschiedene Arten von Eloxalschichten bekannt.In order to protect and mechanically stabilize aluminum surfaces, they are treated electrochemically by anodic oxidation, whereby the oxide layer naturally present on the aluminum metal is artificially reinforced or replaced (anodization). Before the actual anodizing, the aluminum parts can be pretreated, i.e. be degreased and pickled. The only thin natural oxide layer is then removed. Different types of anodized layers are known, depending on the manufacturing conditions and aluminum alloys.
Technische Eloxalschichten werden bei Raumtemperatur und Stromdichten von etwa 1 bis 2 A/dm2 hergestellt, wobei z.B. in einem Schwefelsäure-, Oxalsäure-, Phosphorsäure, Essigsäure-, oder Borsäureelektrolyten gearbeitet wird. So eloxierte Oberflächen sind in der Regel farblos und schützen gegenüber nicht behandelten Oberflächen das Aluminium in gewissem Maße gegen Korrosion und Verkratzen.Technical anodized coatings are produced at room temperature and current densities of about 1 to 2 A / dm 2 , for example in a sulfuric acid, oxalic acid, phosphoric acid, acetic acid or boric acid electrolyte. Surfaces anodized in this way are generally colorless and to a certain extent protect the aluminum against corrosion and scratching against untreated surfaces.
Harteloxalschichten werden mit höheren Stromdichten als beim herkömmlichen Eloxieren, wie z.B. von etwa 2 - 5 A/dm2, erzeugt. Aufgrund der hohen erforderlichen Stromstärken muss der Elektrolyt gekühlt werden, damit die Bauteile nicht überhitzen. Als Elektrolyt eignen sich Schwefelsäure und Schwefelsäure-haltige Säuregemische. Harteloxalschichten zeichnen sich gegenüber dem technischen Eloxal durch eine besonders erhöhte Abrieb- und Kratzfestigkeit aus.Hard anodized layers are produced with higher current densities than with conventional anodizing, such as around 2 - 5 A / dm 2 . Due to the high current levels required, the electrolyte must be cooled so that the components do not overheat. Suitable electrolytes are sulfuric acid and acid mixtures containing sulfuric acid. Hard anodized layers are characterized by a particularly increased abrasion and scratch resistance compared to technical anodizing.
Ein drittes Verfahren ist das Glanzeloxalverfahren. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche des Metalls vor dem Eloxieren durch eine Behandlung in speziellen chemischen oder elektrochemischen Glanzbädern hochglänzend gemacht. Beim chemischen Glänzen wird z.B. die Aluminiumoberfläche auf saurer Basis gebeizt, wobei ein Aluminiumabtrag stattfindet.A third method is the gloss anodizing method. In this process, the surface of the metal is made high-gloss before anodizing by treatment in special chemical or electrochemical gloss baths. In chemical shining e.g. the aluminum surface is pickled on an acid basis, whereby aluminum is removed.
Eloxalschichten besitzen eine porige Struktur, deren Porendurchmesser vom gewählten Elektrolyten und den Prozessparametern abhängt. In diese Poren können optional Farbstoffe oder andere Stoffe eingelagert werden. Die Öffnungen der Poren können durch Verdichten in wässriger Lösung (Heißverdichten oder Kaltverdichten) verschlossen werden, um so eingelagerte Farbstoffe zu binden und/oder die Einlagerung von korrosionsfördernden Stoffen zu unterbinden. Das Heißverdichten wird durch Behandlung mit Wasser bei Temperaturen von 95 - 100 °C durchgeführt und ist somit mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Hierbei bildet sich Aluminiumoxidhydrat (Boehmit) in der Pore. Beim Kaltverdichten kann zwar der Verschluss der Poren bei geringerer Temperatur von ca. 30 °C durchgeführt werden, und zeigt damit eine verbesserte Energieeffizienz zum Heißverdichten. Hier erfolgt die Behandlung in der Regel mit Nickel-, Cobalt- oder Chromverbindungen. So lagert sich z.B. bei der Kaltverdichtung mit Nickel- und Fluoridsalzen Nickelhydroxid in die Pore ein und Fluorid reagiert mit dem Aluminiumoxid der Eloxalschicht zu Aluminiumfluorid. Nachteilig am Kaltverdichten ist der Einsatz von toxischen Verbindungen, wie Nickelsalzen, die zudem auch krebserregend und allergieauslösend sind.Anodized layers have a porous structure, the pore diameter of which depends on the selected electrolyte and the process parameters. Dyes or other substances can optionally be stored in these pores. The openings of the pores can be closed by compression in aqueous solution (hot compression or cold compression) in order to bind embedded dyes and / or to prevent the storage of corrosion-promoting substances. The hot compression is carried out by treatment with water at temperatures of 95 - 100 ° C and is therefore associated with a high energy consumption. Here, aluminum oxide hydrate (boehmite) forms in the pore. With cold compression, the pores can be closed at a lower temperature of approx. 30 ° C, thus showing an improved energy efficiency for hot compression. Here the treatment is usually carried out with nickel, cobalt or chromium compounds. For example, during cold compression with nickel and fluoride salts, nickel hydroxide enters the pore and fluoride reacts with the aluminum oxide of the anodized layer to form aluminum fluoride. A disadvantage of cold compression is the use of toxic compounds, such as nickel salts, which are also carcinogenic and allergenic.
Durch das Eloxieren mit anschließender Verdichtung wird die Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem blanken Aluminium zwar verbessert. Das Verfahren ist jedoch in verschiedenen Aspekten noch verbesserungsbedürftig. So ist der Energieaufwand bei der konventionellen Heißverdichtung durch die hohen Behandlungstemperaturen sehr hoch. Zudem kann die konventionelle Heißverdichtung bei eingefärbten Aluminiumoxidschichten zu einem Ausdiffundieren des Farbstoffs führen. Die bekannten Verfahren zur Kaltverdichtung erfordern, wie erwähnt, den Einsatz von Schwermetallsalzen, wie Nickelsalze. Außerdem ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, die anschießende Versiegelung der Oberfläche anodisch erzeugter Oxidschichten des Aluminiums durch Verdichten in einem Tauchbad durchzuführen, um so mit weniger Equipment und energieeffizient eine Oberflächenbehandlung des Aluminiums durchzuführen.The anodizing with subsequent compaction improves the corrosion resistance compared to the bare aluminum. However, the method still needs to be improved in various aspects. The energy required for conventional hot compression is very high due to the high treatment temperatures. In addition, conventional hot compaction can cause the dye to diffuse out of colored aluminum oxide layers. The known methods for cold compression, as mentioned, require the use of heavy metal salts, such as nickel salts. In addition, it is not known from the prior art to carry out the subsequent sealing of the surface of anodically produced oxide layers of the aluminum by compacting in an immersion bath in order to carry out a surface treatment of the aluminum with less equipment and in an energy-efficient manner.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, die Korrosionsbeständigkeit von Metalloberflächen zu optimieren. Various solutions are known from the prior art for optimizing the corrosion resistance of metal surfaces.
Zur Erzielung dekorativer Wirkung können Aluminiumoxidschichten eingefärbt werden. Im Allgemeinen wird zwischen adsorptivem Färben, elektrolytischem Färben und Integralfärbung (Farbanodisierung) unterschieden.Aluminum oxide layers can be colored to achieve a decorative effect. In general, a distinction is made between adsorptive dyeing, electrolytic dyeing and integral dyeing (color anodizing).
Beim adsorptiven Färben mit organischen Farbstoffen werden die Aluminiumoberflächen nach dem Eloxieren in eine Farbstofflösung getaucht. Dabei lagern sich die Farbstoffmoleküle vorwiegend in den oberen Bereichen der Poren der Eloxal-Schicht an und gehen Wechselwirkungen mit der Oxidschicht ein. Je höher die Farbstoffkonzentration in der Lösung, desto ausgeprägter die Farbstoffeinlagerung in die Poren der Oxidschicht.In adsorptive dyeing with organic dyes, the aluminum surfaces are immersed in a dye solution after anodizing. The dye molecules accumulate predominantly in the upper areas of the pores of the anodized layer and interact with the oxide layer. The higher the dye concentration in the solution, the more pronounced the dye storage in the pores of the oxide layer.
Das elektrolytische Färben wird mit Wechselspannung durchgeführt. Der Elektrolyt enthält ein färbendes Metallsalz, z B. Zinn(II)-sulfat. Die Dauer der Behandlung hängt von der erwünschten Farbtiefe ab. Die Metallionen dringen tief in die Poren der Schicht ein. Die so zum Teil mit Metall gefüllten Poren verursachen nun durch Aufnahme- und Streueffekte eine lichtechte Färbung. Viele unterschiedliche Farbtöne sind erzielbar.The electrolytic dyeing is carried out with AC voltage. The electrolyte contains a coloring metal salt, e.g. stannous sulfate. The duration of the treatment depends on the desired depth of color. The metal ions penetrate deep into the pores of the layer. The pores, some of which are filled with metal, now cause lightfast coloring due to absorption and scattering effects. Many different colors can be achieved.
Im Gegensatz zu dem oben genannten Färbeverfahren wird die Farbe der oxidierten Aluminiumoberfläche beim Interferenzfärbeverfahren nicht durch eingelagerte Fremdionen, sondern durch eine Interferenz innerhalb der Aluminiumoxidschicht erzeugt. Je nach Schichtdicke der Oxidschicht und der damit verbundenen Lichtauslöschung können unterschiedliche Farben (z. B. Blau, Grün, Grau oder Rot) reproduzierbar dargestellt werden.In contrast to the dyeing process mentioned above, the color of the oxidized aluminum surface is not generated by embedded foreign ions in the interference dyeing process, but rather by interference within the aluminum oxide layer. Depending on the layer thickness of the oxide layer and the associated light extinction, different colors (e.g. blue, green, gray or red) can be reproduced.
Die Fixierung und Stabilisierung gefärbter anodisch erzeugter Aluminiumoxidschichten ist noch verbesserungswürdig. So ist z.B. bekannt, dass beim adsorptiven Färben der adsorbierte Farbstoff elektrostatisch an die Oxidoberfläche bindet. Aus unverdichteten Schichten kann der Farbstoff leicht mit Wasser entfernt werden (Ausbluten des Farbstoffs). Deshalb wird nach dem Einfärben der anodisch erzeugten Oxidschicht diese einer Heißverdichtung mit Wasser bei Temperaturen im Bereich von 95 - 100 °C unterzogen. Aber auch dabei tritt das Problem auf, dass an der Oxidoberfläche unzureichend fixierter Farbstoff aus der Eloxalschicht ausdiffundieren kann.The fixation and stabilization of colored anodized aluminum oxide layers is still in need of improvement. For example, known that during adsorptive dyeing, the adsorbed dye binds electrostatically to the oxide surface. The dye can easily be removed from undensified layers with water (bleeding out of the dye). Therefore, after coloring the anodically produced oxide layer, it is subjected to hot compression with water at temperatures in the range of 95-100 ° C. However, the problem also arises here that insufficiently fixed dye can diffuse out of the anodized layer on the oxide surface.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung bereitzustellen, dass bei gefärbten anodisch erzeugten Aluminiumoxidschichten den Farbstoff in der Eloxalschicht fixiert und somit ein Ausbluten (Ausdiffundieren) des Farbstoffes während des Heißverdichtens verhindert.The present invention has for its object to provide a method for surface treatment that fixes the dye in the anodized aluminum oxide layers in the anodized layer and thus prevents bleeding (diffusion) of the dye during hot compression.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein darüber hinaus verbessertes Verfahren zur Oberflächenbehandlung bereitzustellen, d.h. ein Verfahren, dass in nur einem Tauchbad durchgeführt werden kann und/oder weniger Energie zum Heißverdichten der eloxierten Oberfläche benötigt.Another object of the present invention is to provide a further improved method of surface treatment, i.e. a process that can be carried out in just one immersion bath and / or requires less energy to hot compress the anodized surface.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium mit einem speziellen Behandlungsmittel, das Behandlungsmittel und dessen Verwendung gelöst wird.Surprisingly, it was found that this object is achieved by the method according to the invention for the surface treatment of anodized aluminum with a special treatment agent, the treatment agent and its use.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das darin eingesetzte Behandlungsmittel hat folgende Vorteile:
- - das Behandlungsmittel ist frei von Schwermetallen, wie Nickel,
- - das Behandlungsmittel ist frei von Fluoriden,
- - das Verfahren eignet sich sehr gut zur Fixierung von Farbstoffen auf eloxierten Aluminiumoberflächen,
- - es ist ein Eintopfverfahren möglich (ein Tauchbad, weniger Aufwand),
- - das Verfahren eignet sich zur Mitteltemperaturverdichtung bei deutlich unterhalb
von 100°C (Energieeinsparung).
- - the treatment agent is free of heavy metals, such as nickel,
- - the treatment agent is free of fluorides,
- the method is very well suited for fixing dyes on anodized aluminum surfaces,
- - a one-pot process is possible (one immersion bath, less effort),
- - The process is suitable for medium temperature compression at well below 100 ° C (energy saving).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium mit einem Behandlungsmittel umfassend eine Aminogruppen-haltige Verbindung, mit wenigstens zwei Aminogruppen, umfassend die Schritte:
- i) in Kontakt bringen der Oberfläche des eloxierten Aluminiums mit dem Behandlungsmittel und
- ii) Verdichten der in Schritt i) behandelten Oberfläche des eloxierten Aluminiums.
- i) bringing the surface of the anodized aluminum into contact with the treatment agent and
- ii) compacting the surface of the anodized aluminum treated in step i).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein behandeltes eloxiertes Aluminium, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.Another object of the invention is a treated anodized aluminum, produced by the method according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein eloxiertes Aluminium, das mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Behandlungsmittel behandelt wurde.Another object of the invention is an anodized aluminum which has been treated with the treatment agent used according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Behandlungsmittels zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium.Another object of the invention is the use of the treatment agent according to the invention for the surface treatment of anodized aluminum.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in vorteilhafter Weise zur Fixierung des Farbstoffes auf eloxierten Aluminiumoberflächen. Des Weiteren ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich den Behandlungsschritt und den Verdichtungsschritt in nur einem Tauchbad (Eintopfverfahren) durchzuführen oder die Verdichtungstemperatur im Verdichtungsschritt zu senken.The method according to the invention is advantageously suitable for fixing the dye on anodized aluminum surfaces. Furthermore, with the method according to the invention, it is possible to carry out the treatment step and the compression step in only one immersion bath (one-pot method) or to lower the compression temperature in the compression step.
Im Rahmen der Erfindung wird unter „Behandlungsschritt“ in Kontakt bringen der Oberfläche des eloxierten Aluminiums mit dem Behandlungsmittel verstanden.In the context of the invention, “treatment step” means contacting the surface of the anodized aluminum with the treatment agent.
Der Begriff „Eloxal“ steht für elektrolytische Oxidation von Aluminium. Im Rahmen der Erfindung wird unter „eloxiertem Aluminium“ ein Aluminium verstanden, dessen Oberfläche elektrochemisch behandelt wurde und eine Oxidschicht ausgebildet hat. Mit anderen Worten, es wurde eine elektrochemisch erzeugte Oxidschicht auf der Oberfläche aufgebaut. Eine Eloxierung mit Gleichstrom, bei der das Aluminium als Anode geschaltet wird, wird auch als „Anodisierung“ bezeichnet. Die Eloxierung erfolgt gemäß dem Fachmann bekannten Verfahren.The term "anodizing" stands for electrolytic oxidation of aluminum. In the context of the invention, “anodized aluminum” means an aluminum whose surface has been treated electrochemically and has formed an oxide layer. In other words, an electrochemically generated oxide layer was built up on the surface. Anodizing with direct current, in which the aluminum is switched as an anode, is also referred to as “anodization”. The anodization is carried out according to methods known to the person skilled in the art.
Vor dem Eloxieren kann das Aluminium einer Vorbehandlung der Oberfläche unterzogen werden. Geeignete Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche sind ausgewählt unter Entfetten, Beizen, Glänzen und Kombinationen davon. Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung sind dem Fachmann bekannt.Before anodizing, the aluminum can be subjected to a pretreatment of the surface. Suitable methods for pretreating the surface are selected from degreasing, pickling, polishing and combinations thereof. Methods for surface pretreatment are known to the person skilled in the art.
Das Eloxieren wird üblicherweise mittels Gleichstrom (Anodisieren) durchgeführt, wobei auch Wechselstromverfahren bekannt sind. Als Elektrolyt werden häufig Schwefelsäure oder Schwefelsäure-haltige Säuregemische oder davon verschiedene Säuren, wie Oxalsäure, Phosphorsäure, Weinsäure oder Borsäure eingesetzt. Die Eloxierung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 0 bis 50°C, besonders bevorzugt 15 bis 45 °C. Geeignet ist beispielweise eine Gleichspannung von 5 bis 50 V, vorzugsweise 10 bis 30 V. Die Eloxierzeiten betragen etwa 3 min/µm Schichtaufbau. Die erhaltene Oxidschicht weist üblicherweise eine Schichtdicke im Bereich von etwa 2 µm bis 50 µm, bevorzugt von 3 µm bis 20 µm auf.The anodizing is usually carried out by means of direct current (anodizing), alternating current methods also being known. Sulfuric acid or acid mixtures containing sulfuric acid or acids other than these, such as oxalic acid, phosphoric acid, tartaric acid or boric acid, are frequently used as the electrolyte. The anodizing is preferably carried out at a temperature of about 0 to 50 ° C., particularly preferably 15 to 45 ° C. A DC voltage of 5 to 50 V, preferably 10 to 30 V, is suitable, for example. The anodizing times are about 3 min / μm layer structure. The oxide layer obtained usually has a layer thickness in the range from approximately 2 μm to 50 μm, preferably from 3 μm to 20 μm.
Im Rahmen dieser Erfindung werden „eloxiertes Aluminium“, „anodisch erzeugte Oxidschicht des Aluminiums“, „Aluminiumoxidschicht“, etc. synonym verwendet.In the context of this invention, “anodized aluminum”, “anodized aluminum oxide layer”, “aluminum oxide layer”, etc. are used synonymously.
Im Anschluss an das Eloxieren und vor dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Oberflächenbehandlung kann das eloxierte Aluminium eingefärbt werden. Alternativ kann ungefärbtes eloxiertes Aluminium zur erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung eingesetzt werden. After the anodizing and before the method for surface treatment according to the invention, the anodized aluminum can be colored. Alternatively, undyed anodized aluminum can be used for the surface treatment according to the invention.
Im Rahmen der Erfindung wird unter „Verdichten“ ein Behandeln der elektrochemisch erzeugten Oxidschicht verstanden, um die Öffnungen der Poren zu verschließen. Es wird unterschieden zwischen Heißverdichten, das in heißem Wasser üblicherweise bei 96-100 °C durchgeführt wird, und Mitteltemperaturverdichtung, das ebenfalls in heißem Wasser üblicherweise bei Temperaturen von 70-<95 °C durchgeführt wird.In the context of the invention, “compaction” is understood to mean treating the electrochemically produced oxide layer in order to close the openings in the pores. A distinction is made between hot compression, which is usually carried out in hot water at 96-100 ° C, and medium temperature compression, which is also carried out in hot water, usually at temperatures of 70- <95 ° C.
Verdichtungsverfahren sind in
Schritt i)Step i)
Im Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche von eloxiertem Aluminium mit einem Behandlungsmittel umfassend eine Aminogruppen-haltige Verbindung in Kontakt gebracht.In step i) of the method according to the invention, the surface of anodized aluminum is brought into contact with a treatment agent comprising a compound containing amino groups.
Aminogruppen-haltige Verbindung weisen vorzugsweise wenigstens zwei Aminogruppen auf. Die Aminogruppen sind ausgewählt unter primären und sekundären Aminogruppen. Geeignet sind niedermolekulare und polymere Aminogruppen-haltige Verbindungen und deren Mischungen.Compounds containing amino groups preferably have at least two amino groups. The amino groups are selected from primary and secondary amino groups. Low molecular weight and polymeric compounds containing amino groups and mixtures thereof are suitable.
Vorzugsweise haben niedermolekularen Aminogruppen-haltigen Verbindungen ein Molekulargewicht von 100 bis 300 g/mol, bevorzugt 100 bis 200 g/mol.Low molecular weight compounds containing amino groups preferably have a molecular weight of 100 to 300 g / mol, preferably 100 to 200 g / mol.
Vorzugsweise haben polymere Aminogruppen-haltigen Verbindungen ein Molekulargewicht von 301 bis 10000 g/mol, bevorzugt 350 bis 4000 g/mol.Polymeric compounds containing amino groups preferably have a molecular weight of 301 to 10000 g / mol, preferably 350 to 4000 g / mol.
Geeignete Verbindungen sind im Prinzip lineare, verzweigte oder zyklische Aminogruppen-haltige Verbindungen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen aufweisen. Bevorzugt sind Verbindungen, die mindestens zwei primäre und eine sekundäre Aminogruppe aufweisen. Zusätzlich können diese Aminogruppen-haltige Verbindungen tertiäre Aminogruppen und/oder quartäre Ammoniumgruppen aufweisen.Suitable compounds are in principle linear, branched or cyclic amino group-containing compounds which have at least two primary amino groups. Compounds which have at least two primary and one secondary amino group are preferred. In addition, these amino group-containing compounds can have tertiary amino groups and / or quaternary ammonium groups.
Vorzugsweise werden Aminogruppen-haltige Verbindungen eingesetzt, die mindestens drei Aminogruppen, bevorzugt 3 bis100 Aminogruppen, aufweisen. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der erfindungsgemäß eingesetzten Aminogruppen-haltigen Verbindungen beträgt im allgemeinen 100 bis 10000 g/mol, bevorzugt 100 bis 4000 g/mol, insbesondere 100 bis 3000 g/mol. Die polymere Aminogruppen-haltige Verbindung kann auch vernetzt sein, so dass sich unter Umständen kein Molekulargewicht mehr angeben lässt, obwohl das Polymer in technisch üblichen Lösungsmitteln dispergiert, emulgiert oder suspendiert werden kann. Die Bestimmung des gewichtsmittleren Molekulargewichts ist dem Fachmann geläufig und erfolgt beispielsweise nach der Methode der Größenausschlusschromatographie bzw. Gelpermeationschromatographie (SEC/GPC) mittels eines üblichen Detektors, z.B. eines Konzentrationsdetektors (konventionelle Kalibrierung) oder mehrerer Detektoren (universelle Kalibrierung und Dreifachdetektion). Geeignet ist beispielsweise der Einsatz eines Lichtstreudetektors, beispielsweise eines Differentialrefraktometers Agilent
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Aminogruppen-haltige Verbindung im Behandlungsmittel vollständig oder teilweise protoniert vor. Unter Protonierung ist zu verstehen, dass mindestens ein Teil der protonierbaren Gruppen der polymeren Aminogruppen-haltigen Verbindung, bevorzugt wenigstens 20 Mol-%, bevorzugt mehr als 50 Mol-%, besonders bevorzugt mehr als 70 Mol-%, am meisten bevorzugt mehr als 90 Mol-% protoniert wird, so dass eine kationische Gesamtladung der polymeren Aminogruppen-haltigen Verbindung resultiert.In a preferred embodiment, the compound containing amino groups is completely or partially protonated in the treatment agent. Protonation means that at least some of the protonatable groups of the polymeric amino group-containing compound, preferably at least 20 mol%, preferably more than 50 mol%, particularly preferably more than 70 mol%, most preferably more than 90 Mol% is protonated, so that a total cationic charge of the polymeric amino group-containing compound results.
Zur Protonierung eignen sich beispielsweise Mineralsäuren, Monocarbonsäuren, Dicarbonsäuren und mehrfunktionelle Carbonsäuren sowie alle anderen protonenabgebenden Verbindungen und Substanzen, die in der Lage sind, das entsprechende Stickstoffatom zu protonieren. Insbesondere eignen sich wasserlösliche Säuren zur Protonierung. Geeignete Mineralsäuren sind z.B. Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure, und schweflige Säure, Borsäure. Geeignete Monocarbonsäuren sind z.B. Ameisensäure und Essigsäure. Geeignete Dicarbonsäuren sind z.B. Oxalsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Weinsäure.For example, mineral acids, monocarboxylic acids, dicarboxylic acids and polyfunctional carboxylic acids and all other proton-donating compounds and substances which are capable of protonating the corresponding nitrogen atom are suitable for protonation. Water-soluble acids are particularly suitable for protonation. Suitable mineral acids are e.g. Hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, and sulfurous acid, boric acid. Suitable monocarboxylic acids are e.g. Formic acid and acetic acid. Suitable dicarboxylic acids are e.g. Oxalic acid, citric acid, lactic acid, tartaric acid.
Vorzugsweise weisen die polymeren Aminogruppen-haltigen Verbindungen eine Ladungsdichte von mindestens 1 meq/g (pH-Wert 2), bevorzugt im Bereich von 1,5 meq/g bis 35 meq/g (pH-Wert 2), bevorzugt 5 bis 30 (pH-Wert 2) auf. The polymeric compounds containing amino groups preferably have a charge density of at least 1 meq / g (pH 2), preferably in the range from 1.5 meq / g to 35 meq / g (pH 2), preferably 5 to 30 ( pH 2).
Vorzugsweise weist die Aminogruppen-haltige Verbindung eine Ladungsdichte von mindestens 1 meq/g (pH-Wert 2), bevorzugt im Bereich von 1,5 meq/g bis 35 meq/g (pH-Wert 2), bevorzugt 5 bis 30 (pH-Wert 2) auf.The amino group-containing compound preferably has a charge density of at least 1 meq / g (pH 2), preferably in the range from 1.5 meq / g to 35 meq / g (pH 2), preferably 5 to 30 (pH Value 2).
Die Ladungsdichte kann bestimmt werden durch Titration mit gegensätzlich geladenen Verbindungen, durch Messung der elektrophoretischen Mobilität und Bestimmung des Zetapotentials durch dynamische Lichtstreuung.The charge density can be determined by titration with oppositely charged compounds, by measuring the electrophoretic mobility and determining the zeta potential by dynamic light scattering.
Bevorzugt ist die Aminogruppen-haltige Verbindung ausgewählt unter niedermolekularen Polyaminen, Polyalkyleniminen, Polyvinylaminen, aminogruppenmodifizierten Polycarbonsäuren, Polylysinen, Amin-terminierten Polyetherpolyolen, Endgruppen modifizierte Polyamine und deren Copolymeren, Derivaten und Mischungen.The compound containing amino groups is preferably selected from low molecular weight polyamines, polyalkyleneimines, polyvinylamines, amino group-modified polycarboxylic acids, polylysines, amine-terminated polyether polyols, end group-modified polyamines and their copolymers, derivatives and mixtures.
Bevorzugte Polyalkylenimine sind Poly(C1-C4-alkylen)imine, besonders bevorzugt Polyethylenimine. Die weisen vorzugsweise mindestens zwei Alkyleinheiten und drei Aminogruppen auf.Preferred polyalkyleneimines are poly (C 1 -C 4 -alkylene) imines, particularly preferably polyethyleneimines. They preferably have at least two alkyl units and three amino groups.
Geeignete Polyalkylenimine sind Polymere mit einem N-Atom-haltigen Rückgrat, das an den terminalen Kettenenden primäre Aminogruppen und im Inneren der Polymerkette sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen aufweist. Eine geeignete Ausführungsform sind lineare Polyalkylenimine, die im Inneren der Polymerkette lediglich sekundäre Aminogruppen aufweisen. Eine weitere geeignete Ausführungsform sind verzweigte Polyalkylenimine, die im Inneren der Polymer sekundäre und tertiäre Aminogruppen aufweisen.Suitable polyalkyleneimines are polymers with an N-atom-containing backbone which has primary amino groups at the terminal chain ends and secondary and / or tertiary amino groups in the interior of the polymer chain. A suitable embodiment is linear polyalkyleneimines which have only secondary amino groups in the interior of the polymer chain. Another suitable embodiment are branched polyalkyleneimines which have secondary and tertiary amino groups in the interior of the polymer.
Das Verhältnis von primären zu sekundären Aminogruppen im Polyalkylenimin liegt vorzugsweise bei max. 2.The ratio of primary to secondary amino groups in the polyalkyleneimine is preferably max. 2nd
Bevorzugt sind niedermolekulare Polyamine und Polyethylenimine.Low molecular weight polyamines and polyethyleneimines are preferred.
Besonders bevorzugt ist die Aminogruppen-haltige Verbindung ausgewählt unter Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Ethylenpropylentriamin, Trisaminopropylamin und höheren Polyethyleniminen.The amino group-containing compound is particularly preferably selected from diethylene triamine, triethylene tetramine, tetraethylene pentamine, pentaethylene hexamine, ethylene propylene triamine, trisaminopropylamine and higher polyethyleneimines.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Aminogruppen-haltige Verbindung ausgewählt unter Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin.In a special embodiment, the amino group-containing compound is selected from diethylene triamine, triethylene tetramine and tetraethylene pentamine.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist die Aminogruppen-haltige Verbindung ausgewählt unter Polyethyleniminen.In a further special embodiment, the amino group-containing compound is selected from polyethyleneimines.
Bevorzugt weisen die Polyethylenimine folgende Wiederholungseinheiten (1.1), (1.2) und (1.3) auf:
- x
für 1bis 250,bevorzugt 1bis 100, insbesondere 1bis 70, steht, y für 0bis 250,bevorzugt von 0bis 100, insbesondere 0bis 70, steht;z für 2bis 300,bevorzugt 2bis 200, insbesondere 2bis 100.
- x represents 1 to 250, preferably 1 to 100, in particular 1 to 70,
- y represents 0 to 250, preferably 0 to 100, in particular 0 to 70;
- z for 2 to 300, preferably 2 to 200, in particular 2 to 100.
Geeignete Polyethylenimine können entweder durch ringöffnende Polymerisation von 2-Alkyl-2-oxazolinen mit anschließender Hydrolyse oder durch kationisch initiierte Polymerisation von Ethylenimin (Aziridin) hergestellt werden. Bevorzugt eingesetzt werden Polyethylenimine welche durch eine kationisch initiierte Polymerisation von Ethylenimin hergestellt wurden. Diese weisen speziell eine verzweigte Struktur mit einem Anteil an primären und tertiären Aminogruppen von je ca. 30 % und einem Anteil an sekundären Aminogruppen von ca. 40 % aufweisen.Suitable polyethyleneimines can be prepared either by ring-opening polymerization of 2-alkyl-2-oxazolines with subsequent hydrolysis or by cationically initiated polymerization of ethyleneimine (aziridine). Polyethyleneimines which are cationically initiated are preferably used Polymerization of ethyleneimine were made. These have in particular a branched structure with a proportion of primary and tertiary amino groups of approximately 30% each and a proportion of secondary amino groups of approximately 40%.
Bevorzugte Aminogruppen-haltige Verbindung sind lineare Polyethylenimine oder niedermolekulare Polyamine. Bevorzugt sind lineare Polyethylenimine oder niedermolekulare Polyamine mit den zuvor genannten Wiederholungseinheiten (1.1), (1.2) und (1.3), wobei x für 1 bis 250 steht, y = 0 ist und z = 2 ist.Preferred compounds containing amino groups are linear polyethyleneimines or low molecular weight polyamines. Linear polyethyleneimines or low molecular weight polyamines with the aforementioned repeating units (1.1), (1.2) and (1.3) are preferred, where x stands for 1 to 250, y = 0 and z = 2.
Bevorzugte Polyethylenimine sind z.B. kommerziell unter den Bezeichnungen Lupasol® G20, Lupasol® FG, Lupasol® G35 der Firma BASF SE erhältlich. Preferred polyethyleneimines are e.g. Commercially available under the names Lupasol® G20, Lupasol® FG, Lupasol® G35 from BASF SE.
Geeignete Polyvinylamine (Polyaminoethylene) sind bekannte Produkte, die durch Homo- oder Copolymerisation von N-Vinylformamid und anschließende teilweise oder vollständige Hydrolyse erhalten werden. Geeignete Verfahren zur Herstellung von Polyvinylamin sind z. B. in
Des Weiteren sind Derivate von Polyalkyleniminen und Polyvinylaminen geeignet, die noch Aminogruppen aufweisen, beispielsweise die Reaktionsprodukte mit Carbonsäuren, Sulfonsäuren oder die Carboxymethylierungsprodukte.Derivatives of polyalkyleneimines and polyvinylamines which still have amino groups are also suitable, for example the reaction products with carboxylic acids, sulfonic acids or the carboxymethylation products.
Weitere geeignete Aminogruppen-haltige Verbindungen sind aminogruppenmodifizierte Polycarbonsäuren. Bevorzugt sind die Reaktionsprodukte von Diaminen und Polymeren, die wenigstens ein säuregruppenhaltiges Monomer einpolymerisiert enthalten. Die säuregruppenhaltigen Monomere sind z.B. ausgewählt unter Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, α-Chloracrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Fumarsäure und Mischungen davon. Die säuregruppenhaltigen Monomere sind bevorzugt ausgewählt unter Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Acrylsäure, Methacrylsäure und Mischungen davon. Bevorzugte aminogruppenmodifizierte Polycarbonsäuren sind die Umsetzungsprodukte von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren mit Diaminen.Further suitable amino group-containing compounds are amino group-modified polycarboxylic acids. The reaction products of diamines and polymers which contain at least one monomer containing an acid group in copolymerized form are preferred. The acid group-containing monomers are e.g. selected from maleic acid, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, α-chloroacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, aconitic acid, fumaric acid and mixtures thereof. The acid group-containing monomers are preferably selected from maleic acid, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof. Preferred amino group-modified polycarboxylic acids are the reaction products of styrene-maleic anhydride copolymers with diamines.
Weitere geeignete Aminogruppen-haltige Verbindungen sind Lysin, Polylysine und Polylysin-Derivate. Der Begriff „Polylysin“ im Sinne der Erfindung bezeichnet vernetzte und unvernetzte Polymere (bzw. Oligomere) des Lysins. Other suitable amino group-containing compounds are lysine, polylysine and polylysine derivatives. The term “polylysine” in the context of the invention denotes crosslinked and uncrosslinked polymers (or oligomers) of lysine.
Sie enthalten die Aminosäure Lysin einpolymerisiert, die zwei Aminogruppen enthält, eine am α-Kohlenstoffatom und eine am ε-Kohlenstoffatom. Die Polylysine weisen vorzugsweise eine gewichtsmittlere Molmasse von 146 bis 10.000 g/Mol auf. Bevorzugt eingesetzt wird Polylysin mit mittleren Molmassen von 146 bis 5000 g/Mol, besonders bevorzugt von 146 bis 3000 g/Mol. Die Aminogruppen der Lysin-Einheiten können über die alpha- und/oder epsilon-Position verknüpft sein. Die Polymerketten können durch Lysin vernetzt sein, indem beide Aminogruppen einer Lysin-Einheit zur Reaktion kommen, wobei die zweite Aminogruppe mit einer weiteren Polylysinkette kondensiert ist. Vernetzungen dieser Art können in Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen während der Herstellung des Polylysins stattfinden. Die Herstellung von Polylysin ist bekannt und kann z.B. nach dem in
Der Begriff „Polylysinderivat“ bezeichnet vernetzte und unvernetzte Copolymere bzw. Cooligomere des Lysins mit weiteren Monomeren, die zur Umsetzung mit Lysin befähigt sind. Die weiteren Monomere sind vorzugsweise ausgewählt unter Mono-, Di- und Polyaminen, Mono-, Di- und Polycarbonsäuren, den Estern, Amiden, Halogeniden und Anhydriden der Mono-, Di- und Polycarbonsäuren, Mono-, Di- und Polyisocyanaten, Alkyldiketenen, Lactonen, Lactamen, Aminosäuren und Gemischen davon. Derartige Derivate sind z.B. in der
Geeignete Polylysine und Polylysinderivate können auch alkoxyliert (siehe
Geeignete Amin-terminierte Polyetherpolyole sind die Reaktionsprodukte von mindestens einem Polyol mit mindestens einem C2-C18-Alkylenoxid unter Bildung eines alkoxylierten Polyols und Aminierung des alkoxylierten Polyols mit Ammoniak.Suitable amine-terminated polyether polyols are the reaction products of at least one polyol with at least one C 2 -C 18 alkylene oxide to form an alkoxylated polyol and amination of the alkoxylated polyol with ammonia.
Geeignete Endgruppen modifizierte Polyamine sind Polyether-terminierte Polyamine, mit C1-C18-Alkyl modifizierte Polyamine oder Polyethylen modifizierte Polyamine.Suitable end group-modified polyamines are polyether-terminated polyamines, polyamines modified with C 1 -C 18 -alkyl or polyamines modified with polyethylene.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Behandlungsmittel als Aminogruppen-haltige Verbindung niedermolekulares Polyamin, Polyethylenimin, Polyvinylamin und deren Mischungen. Besonders bevorzugt enthält das Behandlungsmittel als Aminogruppen-haltige Verbindung ausschließlich Polyethylenimin, niedermolekulares Polyamin, Polyvinylamin und Mischungen davon. Speziell enthält das Behandlungsmittel als Aminogruppen-haltige Verbindung ausschließlich niedermolekulares Polyamin oder Polyethylenimin und deren Mischungen.In a preferred embodiment, the treatment agent used in the process according to the invention comprises low molecular weight polyamine, polyethyleneimine, polyvinylamine and mixtures thereof as an amino group-containing compound. The treatment agent particularly preferably contains, as an amino group-containing compound, exclusively polyethyleneimine, low molecular weight polyamine, polyvinylamine and mixtures thereof. Specifically, the treatment agent contains only low molecular weight polyamine or polyethyleneimine and mixtures thereof as an amino group-containing compound.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der pH-Wert des Behandlungsmittels im Bereich von 5,5 bis 8,0 bevorzugt 5,8 bis 7,0.In a preferred embodiment, the pH of the treatment agent is in the range from 5.5 to 8.0, preferably 5.8 to 7.0.
Ist der pH-Wert des Behandlungsmittels kleiner als 5,5, so kann der pH-Wert mit Hilfe einer geeigneten Base in den bevorzugten pH-Wert-Bereich eingestellt werden.If the pH of the treatment agent is less than 5.5, the pH can be adjusted to the preferred pH range using a suitable base.
Ist der pH-Wert des Behandlungsmittels größer als 8,0 so kann der pH-Wert mit Hilfe einer geeigneten Säure in den bevorzugten pH-Wert-Bereich eingestellt werden.If the pH of the treatment agent is greater than 8.0, the pH can be adjusted to the preferred pH range using a suitable acid.
Geeignete Säuren und Basen sind dem Fachmann bekannt.Suitable acids and bases are known to the person skilled in the art.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Behandlungsmittel eine Konzentration der Aminogruppen-haltigen Verbindung im Bereich von 0,022 bis 2,5 g/L auf, bevorzugt von 0,05 bis 1,0 g/L auf.In a preferred embodiment, the treatment agent has a concentration of the amino group-containing compound in the range from 0.022 to 2.5 g / L, preferably from 0.05 to 1.0 g / L.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Behandlungsmittel
- a) 0,001
Gew% bis Gew% bis - b) 0,1
Gew% bis 10Gew% bevorzugt Gew% bis 2 Gew% Puffer, - c) 0
Gew% bis 2Gew% bevorzugt Gew% bis - d)
Wasser auf 100 addiert.
- a) 0.001% by weight to 0.5% by weight, preferably 0.002% by weight to 0.1% by weight, of a compound containing amino groups
- b) 0.1% by weight to 10% by weight, preferably 0.5% by weight to 2% by weight, of buffer,
- c) 0% by weight to 2% by weight, preferably 0.5% by weight to 1.5% by weight of additive.
- d) water added to 100.
Geeignete Puffer sind Ammoniumacetat, oder Alkali- und Erdalkaliacetate. Gängige Puffersysteme sind der fachkundigen Person bekannt.Suitable buffers are ammonium acetate, or alkali and alkaline earth acetates. Common buffer systems are known to the person skilled in the art.
Geeignete Additive sind ausgewählt unter Bioziden, Belagsverhinderer, Korrosionsinhibitoren, Netzmitteln, Löslichkeitsvermittlern, organischen Lösemitteln, Elektrolyten, pH-Stellmitteln, Antistatikmitteln, Komplexbildner, UV-Absorbern und Mischungen davon.Suitable additives are selected from biocides, scale inhibitors, corrosion inhibitors, wetting agents, solubilizers, organic solvents, electrolytes, pH regulators, antistatic agents, complexing agents, UV absorbers and mixtures thereof.
Die eingesetzten Biozide sind vorzugsweise frei von Formaldehyd.The biocides used are preferably free of formaldehyde.
Geeignete Belagsverhinderer sind z.B. Phosphonate oder Carboxylate in niedermolekularer und polymerer Form.Suitable deposit preventers are e.g. Phosphonates or carboxylates in low molecular weight and polymer form.
Das in Kontaktbringen der Oberfläche des eloxierten Aluminiums mit dem Behandlungsmittel in Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise, indem die gesamte Oberfläche mit dem Behandlungsmittel vollständig benetzt wird. Bevorzugt wird die Oberfläche des eloxierten Aluminiums mit dem Behandlungsmittel in Kontakt gebracht, indem das eloxierte Aluminium in ein Tauchbad, das das Behandlungsmittel, wie oben definiert enthält, getaucht wird.The contacting of the surface of the anodized aluminum with the treatment agent in step i) of the method according to the invention is preferably carried out by completely wetting the entire surface with the treatment agent. The surface of the anodized aluminum is preferably brought into contact with the treatment agent by immersing the anodized aluminum in an immersion bath which contains the treatment agent as defined above.
Die Zeit des in Kontakt bringen (Tauchzeit) beträgt mindestens 0,2 min, bevorzugt 1 bis 5 min. Die maximale Zeit des in Kontakt bringen ist in der Regel unkritisch und beträgt vorzugsweise höchstens 60 min. The contact time (diving time) is at least 0.2 min, preferably 1 to 5 min. The maximum contact time is generally not critical and is preferably at most 60 minutes.
Die Temperatur des Behandlungsmittels in Schritt i) liegt vorzugsweise im Bereich von 15°C bis 50°C, bevorzugt von 20 °C bis 35 °C.The temperature of the treatment agent in step i) is preferably in the range from 15 ° C. to 50 ° C., preferably from 20 ° C. to 35 ° C.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das in Schritt i) eingesetzt eloxierte Aluminium ungefärbt.In a preferred embodiment, the anodized aluminum used in step i) is undyed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wurde das eloxierte Aluminium vor der Oberflächenbehandlung in Schritt i) gefärbt. Bevorzugt wurde das eloxierte Aluminium adsorptiv, elektrolytisch oder durch Interferenzfärbung gefärbt. In einer speziellen Ausführung wird in Schritt i) die Oberfläche eines adsorptiv gefärbten eloxierten Aluminiums mit dem Behandlungsmittel in Kontakt gebracht.In a further preferred embodiment, the anodized aluminum was colored before the surface treatment in step i). The anodized aluminum was preferably colored adsorptively, electrolytically or by interference coloring. In a special embodiment, the surface of an adsorptively colored anodized aluminum is brought into contact with the treatment agent in step i).
Die Färbung des eloxierten Aluminiums erfolgt nach dem für den Fachmann bekannten Verfahren.The anodized aluminum is colored by the process known to those skilled in the art.
Bei der adsorptiven Einfärbung wird beispielsweise ein organischer Farbstoff in die Öffnungen der Poren der Oxidschicht eingebracht, wobei dieser in der Oberflächenregion der Oberfläche adsorbiert bleibt. Durch das genannte Verfahren kann ein breites Farbspektrum mit einer großen Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit erhalten werden.In the adsorptive coloring, for example, an organic dye is introduced into the openings in the pores of the oxide layer, and this remains adsorbed in the surface region of the surface. A wide range of colors with great uniformity and reproducibility can be obtained by the process mentioned.
Die Färbung kann weiter durch die sogenannte Farbanodisierung (Integralverfahren) erfolgen. In einem integralgefärbten eloxierten Aluminium befinden sich feinverteilten anorganischen Farbpartikel nicht in den Poren der Oxidschicht, sondern bleiben als Legierungsbestandteil in der Aluminiumoxidschicht zurück. Hierbei werden spezielle Aluminiumlegierungen meistens unter Verwendung von Gleichspannungen bis zu 150 V in nur einem Verfahrensschritt sowohl eloxiert als auch eingefärbt, wobei als Elektrolyt geeignete organische Säuren, z.B. Maleinsäure, Oxalsäure, Sulfosalicylsäure oder Sulfophthalsäure, eingesetzt werden. Das Integralverfahren wird jedoch aus Kostengründen (hoher Stromverbrauch, aufwendige Kühleinrichtungen) in der Praxis immer weniger angewendet.The coloring can also be done by the so-called color anodization (integral process). In an integrally colored anodized aluminum, finely divided inorganic color particles are not in the pores of the oxide layer, but remain as an alloy component in the aluminum oxide layer. Here, special aluminum alloys are mostly anodized and colored using direct voltages up to 150 V in only one process step, suitable organic acids, e.g. Maleic acid, oxalic acid, sulfosalicylic acid or sulfophthalic acid can be used. However, for cost reasons (high power consumption, complex cooling devices), the integral method is used less and less in practice.
Bei der elektrolytischen Einfärbung mittels Metallsalzlösungen dagegen wird durch anodische Oxidation unter Anwendung von Gleichstrom in wässriger Schwefelsäure und/oder anderen Elektrolytlösungen in einem ersten Verfahrensschritt zunächst eine farblose transparente Oxidschicht erzeugt, deren Einfärbung anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt - im Unterschied zur adsorptiven Färbung - durch Abscheidung von Metallteilchen aus Metallsalzlösungen am Grunde der Oxidschichtporen mittels Wechselstrom erfolgt. Die Farbtöne reichen hierbei von hellbronze über dunkelbronze bis schwarz. Durch die Einlagerung am Porengrund erhält man völlig lichtbeständige Färbungen.In contrast, in the electrolytic coloring using metal salt solutions, anodic oxidation using direct current in aqueous sulfuric acid and / or other electrolytic solutions first produces a colorless, transparent oxide layer, the coloring of which is then - in contrast to the adsorptive coloring - by deposition in a second process step of metal particles from metal salt solutions at the base of the oxide layer pores by means of alternating current. The color shades range from light bronze to dark bronze to black. The storage at the pore base gives completely lightfast stains.
Das Einfärben des eloxierten Aluminiums geschieht bevorzugt durch elektrolytische oder adsorptive Färbung, oder eine Kombination dieser Verfahren.The anodized aluminum is preferably colored by electrolytic or adsorptive coloring, or a combination of these processes.
Bei einem absorptiven Färbeverfahren wird das eloxierte Aluminium mit der noch nicht verdichteten anodischen Oxidschicht in ein wässriges Farbbad mit gelösten organischen Farbstoffen getaucht.In an absorptive dyeing process, the anodized aluminum with the as yet uncompressed anodic oxide layer is immersed in an aqueous dye bath with dissolved organic dyes.
Bevorzugt wird in Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein eloxiertes Aluminium eingesetzt, das zuvor adsorptiv gefärbt wurde.In step i) of the process according to the invention, preference is given to using an anodized aluminum which has previously been colored by adsorption.
In einer speziellen Ausführungsform wurde das eloxierte Aluminium mit einem organischen anionischen Farbstoff gefärbt.In a special embodiment, the anodized aluminum was colored with an organic anionic dye.
Geeignete organisch anionische Farbstoffe sind ausgewählt unter Mono-, Bis-, Polyazofarbstoffe, metallkomplexe Azofarbstoff Phthalocyaninfarbstoffe, Chinophthalonfarbstoffe, Azinfarbstoffe, Xanthenfarbstoffe, Nitro-, Nitrosofarbstoffe, Di-, Triphenylmethanfarbstoffe, indigoide Farbstoffe, Methinfarbstoffe, Anthrachinonfarbstoffe, deren Erdalkalimetallsalze und deren Gemische. Geeignete Farbstoffe sind z.B. kommerziell beispielsweise von Okuno oder Omya erhältlich.Suitable organic anionic dyes are selected from mono-, bis-, polyazo dyes, metal complex azo dyes, phthalocyanine dyes, quinophthalone dyes, azine dyes, xanthene dyes, nitro, nitroso dyes, di-, triphenylmethane dyes, indigo dyes, methine dyes, anthraquinone metal mixtures, their alkaline earth metal mixtures. Suitable dyes are e.g. commercially available for example from Okuno or Omya.
Schritt ii)Step ii)
Im Schritt ii) wird die in Schritt i) behandelte Oberfläche des Aluminiums verdichtet.In step ii), the surface of the aluminum treated in step i) is compacted.
Die Verdichtung kann nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen, z. B. wie in
Die Verdichtung in Schritt ii) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 100 °C, bevorzugt 75 bis 96 °C.The compression in step ii) is preferably carried out at a temperature in the range from 70 to 100 ° C., preferably 75 to 96 ° C.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt ii) die in Schritt i) behandelte Oberfläche des Aluminiums heißverdichtet. Die Heißverdichtung erfolgt bei einer Temperatur bevorzugt im Bereich von 70 bis 100 °C, besonders bevorzugt von 96 bis 100 °C.In a preferred embodiment, the surface of the aluminum treated in step i) is heat-compacted in step ii). The hot compression takes place at a temperature preferably in the range from 70 to 100 ° C., particularly preferably from 96 to 100 ° C.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt ii) die in Schritt i) behandelte Oberfläche des Aluminiums Mitteltemperatur-verdichtet. Die Mitteltemperaturverdichtung erfolgt bei einer Temperatur bevorzugt im Bereich von 70 bis 100 °C, besonders bevorzugt von 75 bis 96 °C.In another preferred embodiment, in step ii) the surface of the aluminum treated in step i) is compacted at medium temperature. The medium-temperature compression takes place at a temperature preferably in the range from 70 to 100 ° C., particularly preferably from 75 to 96 ° C.
Die Verdichtungszeit beträgt mindestens 1 min/µm, bevorzugt 3 min/µm. Die maximale Verdichtungszeit ist in der Regel unkritisch und beträgt vorzugsweise höchstens 5 min/µm.The compression time is at least 1 min / µm, preferably 3 min / µm. The maximum compression time is generally not critical and is preferably at most 5 min / µm.
Die Verdichtung in Schritt ii) wird bevorzugt in einer wässrigen Lösung durchgeführt.The compaction in step ii) is preferably carried out in an aqueous solution.
Geeignete wässrige Lösungen können neben Wasser wenigstens ein unter den Behandlungsbedingungen lösliches Additiv enthalten.In addition to water, suitable aqueous solutions can contain at least one additive which is soluble under the treatment conditions.
Geeignete Additive sind Puffer wie z.B. Acetate, Aluminiumhydroxid, Polysäuren, Stabilisatoren, Harnstoff, ggf. weitere.Suitable additives are buffers such as e.g. Acetates, aluminum hydroxide, polyacids, stabilizers, urea, possibly others.
Schritt i) und Schritt ii) werden in wenigstens einem Tauchbad durchgeführt.Step i) and step ii) are carried out in at least one immersion bath.
In einer bevorzugten Ausführungsform A wird Schritt i) und Schritt ii) in zwei voneinander getrennten Tauchbädern durchgeführt. Im Tauchbad
Bevorzugt ist das eloxierte Aluminium vor der Oberflächenbehandlung in Schritt i) in der Ausführungsform A adsorptiv, elektrolytisch oder durch Interferenzfärbung gefärbt, insbesondere ist das Aluminium adsorptiv gefärbt, wie oben beschrieben.In embodiment A, the anodized aluminum is preferably colored adsorptively, electrolytically or by interference coloring before the surface treatment in step i), in particular the aluminum is colored adsorptively, as described above.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform B wird Schritt i) und Schritt ii) ein einem einzigen Tauchbad durchgeführt. Bevorzugt liegt die Temperatur dabei im Bereich von 70 bis 100 °C, besonders bevorzugt von 75 bis 96 °C.In a further preferred embodiment B, step i) and step ii) are carried out in a single immersion bath. The temperature is preferably in the range from 70 to 100 ° C., particularly preferably from 75 to 96 ° C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform C wird Schritt i) und Schritt ii) in zwei voneinander getrennten Tauchbädern durchgeführt. In dieser Ausführungsform enthalten beide Tauchbäder wenigstens eine Aminogruppen-haltige Verbindung, wie zuvor definiert. Bevorzugt liegt die Temperatur im Tauchbad
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes eloxiertes Aluminium.Another object of the invention is an anodized aluminum treated by the method according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein eloxiertes Aluminium, das mit einem Behandlungsmittel, wie oben beschrieben, behandelt wurde.Another object of the invention is an anodized aluminum which has been treated with a treatment agent as described above.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des Behandlungsmittels, wie oben beschrieben zur Oberflächenbehandlung von eloxiertem Aluminium.Another object of the invention is the use of the treatment agent as described above for the surface treatment of anodized aluminum.
Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung, ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken.The following examples serve to illustrate the invention without restricting it in any way.
BEISPIELE EXAMPLES
-
-
immersion bath 2 -
Tauchbad 1 zur Oberflächenbehandlung
Im Tauchbad
Tauchbad 2 zur Verdichtung:
Im Tauchbad
Versuch 1: Schritt i) und Schritt ii) in separaten Tauchbädern:Experiment 1: step i) and step ii) in separate immersion baths:
Die Verdichtung der Eloxalschicht erfolgte in einem separaten Tauchbad. Dazu wurde das in Tauchbad
Versuch 2 Schritt i) und Schritt ii) in einem Tauchbad
Die Oberfläche des eloxierten Aluminiums wurde im Tauchbad
Auswertung:Evaluation:
Die Qualität der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung wurde dabei anhand der Farbveränderung vor und nach der Behandlung zur Versiegelung des eloxierten Aluminiums beurteilt. Dabei wurden die bekannten Lab Werte verwendet, um die Farbe eindeutig zu definieren. Die Farbe direkt nach dem Färben der Eloxalschicht wurde als Grundwert genommen (L1 a1 b1), mit der Farbe nach dem Verdichten (Tauchbad
Eloxierte Testbleche A undB wurden mit einander verglichen. Die Werte von Testblech A wurde direkt nach dem Färben ermittelt. Testblech B wurde einer erfindungsgemäßen Behandlung mit der Polyethylenimin basierten Tauchlösung (Tauchbad
Testblech A: Direkt nach dem Färben (vor der Verdichtung) lässt sich der Farbtropfen kaum entfernen, wodurch dieses Blech am schlechtesten bewertet wurde und weist einen ΔE-Wert von 0 auf.Test plate A: Immediately after coloring (before compression), the drop of paint can hardly be removed, which is why this plate was rated the worst and has a ΔE value of 0.
Testblech B: das Blech wird sehr gut bewertet, da sich der Farbtropfen rückstandsfrei entfernen lässt und weist einen ΔE-Wert von 8,93 auf.Test panel B: the panel is rated very well, since the paint drop can be removed without residue and has a ΔE value of 8.93.
Die Verwendung von Polyethylenimin bei der Heißverdichtung (Tauchbad
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