DE10312189A1 - Active pigments for use in anticorrosive metal coatings are based on elemental silicon optionally as a mixture with conventionally occurring impurities - Google Patents

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Abstract

An active pigment for use in anticorrosive metal coatings and containing active or passive pigments, fillers, aids and solvents comprises elemental silicon optionally as a mixture with conventionally occurring impurities, the mixture containing >=60% elemental silicon and the coating containing >=2% elemental based on the total pigment content.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Pigment für Beschichtungsstoffe, die hohen Anforderungen bezüglich ihrer korrosionsschützenden Eigenschaften und ihrer Haftfestigkeit auf metallischen Substraten genügen.The invention relates to an active Pigment for coating materials, the high demands regarding their anti-corrosive Properties and their adhesive strength on metallic substrates are sufficient.

Es ist allgemein bekannt, aktive Pigmente in Beschichtungsstoffen zur Herstellung von korrosionshemmenden Beschichtungen auf metallischen Substraten einzubringen. Es handelt sich hierbei um organische Beschichtungsstoffe, deren Bindemittel auf Epoxidharz, Polyurethan, Alkydharz, Acrylat, chloriertem Kautschuk, Polystyrol, Silikonharzen, Polyvinylacetat sowie phenolischen und ähnlichen Harzen basieren. Sie enthalten je nach Verwendungszweck passive und aktive Pigmente, Füllstoffe, Hilfsstoffe und Lösemittel.It is well known to be active Pigments in coating materials for the production of corrosion-inhibiting Apply coatings on metallic substrates. It deals are organic coating materials and their binders Epoxy resin, polyurethane, alkyd resin, acrylate, chlorinated rubber, Polystyrene, silicone resins, polyvinyl acetate and phenolic and the like Resins are based. Depending on the intended use, they contain passive ones and active pigments, fillers, Auxiliaries and solvents.

Aktive Pigmente greifen im positiven Sinne in den Korrosionsprozess in der Grenzfläche metallisches Substrat/Beschichtung ein und können nach verschiedenen Mechanismen wirken.Active pigments are positive Senses in the corrosion process in the interface metal substrate / coating one and can act according to different mechanisms.

Das bekannteste aktive Pigment in Grundbeschichtungen ist heute metallischer Zinkstaub, der in sehr hohen Anteilen in die Grundbeschichtungsstoffe eingebaut wird. Er wirkt gegenüber dem Metallsubstrat als Opferanode und schützt beispielsweise Stahl kathodisch. Heute kaum noch eingesetzte Pigmente waren Bleimennige und Zinkchromat, die gesundheitsschädlich und daher kennzeichnungspflichtig sind.The best known active pigment in Base coatings today is metallic zinc dust, which is very high proportions in the base coating materials. He counteracts the metal substrate as a sacrificial anode and, for example, protects steel cathodically. Pigments hardly used today were red lead and zinc chromate, the harmful to health and are therefore subject to labeling.

Als aktive Pigmente neben Zinkstaub sind derzeit weitere Zinkverbindungen wie Zinkphosphat, Zinkborat, Zinkmolybdat im Einsatz. Sie gelten neuerdings als ökologisch bedenklich, da sie wegen bakterizider Wirkung biologischen Abbauprozessen entgegenstehen.As active pigments in addition to zinc dust are currently other zinc compounds such as zinc phosphate, zinc borate, Zinc molybdate in use. They are now considered ecological questionable because they have biological degradation processes due to bactericidal effects conflict.

Weiter werden in DD-PS 124476 siliziumhaltige Verbindungen als aktives Pigment beschrieben. Dabei handelt es sich um Legierungen des Siliziums beziehunsweise um Siliziumverbindungen, die sogenannte Silizide mit Metallen wie Barium, Calcium, Magnesium, Aluminium, Lithium. Das Wirkprinzip dieser relativ unedlen Legierungen und Silizide gleicht dem des Zinkstaubs, indem durch die Siliziumverbindungen Opferanoden geschaffen werden.Furthermore, DD-PS 124476 contains silicon Compounds described as an active pigment. It is about alloys of silicon or silicon compounds, the so-called silicides with metals such as barium, calcium, magnesium, Aluminum, lithium. The principle of action of these relatively base alloys and silicides resembles that of zinc dust by passing through the silicon compounds Sacrificial anodes are created.

In DE-OS 2556 203 werden Siliziumoxid- und/oder Ferrosiliziumoxidstäube als wirksames Pigment verwendet.DE-OS 2556 203 describes silicon oxide and / or Ferrosiliziumoxidstäube used as an effective pigment.

In der Industrie besteht ein erheblicher Bedarf an gesundheitlich und ökologisch unbedenklichen, aktiv wirkenden Pigmenten, die kostengünstig sind und an der Grenzfläche von Substrat und Beschichtung hohe Korrosionsschutzwirkung und langwährende Haftfähigkeit auf dem Substrat gewährleisten.There is a significant one in industry Health and ecological needs safe, active pigments that are inexpensive and at the interface high corrosion protection and long-lasting adhesion of substrate and coating ensure on the substrate.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein aktives Pigment zur Verfügung zu stellen, das diesen Anforderungen genügt und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsschutz und Haftfestigkeit besitzt.The object of the invention is therefore based on providing an active pigment that this Requirements are sufficient and improved properties in terms of corrosion protection and adhesive strength has.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das aktive Pigment elementares Silizium und/oder ein Gemisch aus elementarem Silizium und unterschiedlichen rohstoffbedingten Verunreinigungen ist, wobei das Gemisch wenigstens 60 % elementares Silizium und der Beschichtungsstoff mindestens 2 elementares Silizium, bezogen auf den Gesamtpigmentgehalt, enthält.According to the invention, this object solved, that the active pigment elemental silicon and / or a mixture made of elemental silicon and different raw material-related Is impurities, the mixture being at least 60% elemental Silicon and the coating material at least 2 elemental silicon, based on the total pigment content.

Weiter ist kennzeichnend, dass das aktive Pigment ein Gemisch aus elementarem Silizium mit anderen aktiven Pigmenten, vorzugsweise Zink, ist, wobei die Anteile an elementarem Silizium und an Zink mindestens 3 %, bezogen auf den Gesamtpigmentgehalt im Beschichtungsstoff, betragen.It is also characteristic that the active pigment a mixture of elemental silicon with others active pigments, preferably zinc, the proportions of elemental silicon and zinc at least 3%, based on the Total pigment content in the coating material.

Das aktive Siliziumpigment wird hergestellt aus Siliziumprodukten, wie Reinstsilizium für die Elektronik oder Photovoltaik und/oder aus technischem Silizium sowie aus siliziumhaltigen Produktgemischen, die bei der Verarbeitung/Bearbeitung der Siliziumprodukte anfallen, wie Schleifstaub und -schlämme, Bruchstücke, Abschnitte und andere Abfälle und aus Recyclingmaterial. Kompakte Siliziumprodukte werden zerkleinert und auf Korngrößen von < 30 μm gebracht.The active silicon pigment is made from Silicon products such as high-purity silicon for electronics or photovoltaics and / or from technical silicon and from silicon-containing product mixtures, that arise during the processing / processing of silicon products, like grinding dust and sludge, Fragments Sections and other waste and from recycled material. Compact silicon products are crushed and brought to grain sizes of <30 microns.

Die elementares Silizium enthaltenden aktiven Pigmente oder Pigmentgemische werden vorzugsweise in Beschichtungsstoffen verwendet, die zur Beschichtung von Metallsubstraten eingesetzt werden.The elemental silicon containing active pigments or pigment mixtures are preferably used in coating materials used, which are used for the coating of metal substrates.

Der Schutzmechanismus des elementaren Siliziums beruht darauf, dass das Silizium mit OH–-Ionen unter Bildung von Silicaten und Wasserstoff reagiert. Silizium ist also in der Lage, entstehende OH–-Ionen zu binden und somit unwirksam zu machen: Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2 The protective mechanism of elemental silicon is based on the fact that the silicon reacts with OH - ions to form silicates and hydrogen. Silicon is therefore able to bind the OH - ions that are formed and thus render them ineffective: Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

An beschichtetem Stahl entsteht an einem Defekt der Beschichtung eine Anode, an der sich Eisen auflöst: Fe → Fe2+ + 2e– On coated steel, an anode is formed on a defect in the coating where iron dissolves: Fe → Fe 2+ + 2e -

Die kathodische Teilreaktion des Prozesses findet an der Stelle des Defektes statt, an der die Beschichtung noch mit Eisen in Kontakt steht.The cathodic partial reaction of the Process takes place at the point of the defect where the coating is still in contact with iron.

Bei der kathodischen Teilreaktion wird Sauerstoff reduziert unter Bildung von OH–-Ionen: ½O2 + H2O + 2e– → 2OH– In the cathodic partial reaction, oxygen is reduced with the formation of OH - ions: ½O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH -

Diese OH–-Ionen sind für die kathodische Delamination der Beschichtung verantwortlich. Gelingt es, mit dem in die Grundbeschichtung eingebauten elementaren Silizium die OH–-Ionen abzufangen, wird die kathodische Delamination unterbunden. Dadurch wird die kathodisch wirkende Fläche minimiert, was eine deutliche Verringerung der anodischen Eisenauflösung bewirkt. Auf diese Weise sollte die Korrosion am Defekt der Beschichtung stark reduziert oder unterbunden werden.These OH - ions are responsible for the cathodic delamination of the coating. If it is possible to trap the OH - ions with the elementary silicon built into the base coating, the cathodic delamination is prevented. This minimizes the cathodic area, which significantly reduces the anodic egg resolution. In this way, the corrosion on the defect in the coating should be greatly reduced or prevented.

Mit dem erfindungsgemäßen Pigment steht ein neues hochwirksames aktives Pigment zur Verwendung in Beschichtungsstoffen zur Herstellung von Beschichtungen auf metallischen Substraten zur Verfügung, das auf Grund der Verwendung von Produktionsabfällen und Recyclingmaterial kostengünstig bereit gestellt werden kann.With the pigment according to the invention is a new highly effective active pigment for use in Coating materials for the production of coatings on metallic Substrates available, due to the use of production waste and recycling material economical can be provided.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass mit Beschichtungen, die als aktives Pigment elementares Silizium enthalten, auf metallischen Substraten wie Stahl gegenüber herkömmlichen aktiven Pigmenten eine höhere Korrosionsschutzwirkung bei gleichzeitig hoher Haftfestigkeit erreichbar ist. Dadurch werden Unterrostungen und Blasenbildungen an Defekten der Beschichtung in der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Substrat weitgehend vermieden.There is an advantage of the solution according to the invention in that with coatings that are elemental as an active pigment Contain silicon on metallic substrates such as steel compared to conventional ones active pigments a higher Corrosion protection effect achievable with high adhesive strength is. This will cause rusting and blistering of defects the coating in the interface largely avoided between coating and substrate.

Vorteilhaft ist auch die Kombination des aktiven Pigmentes aus elementarem Silizium mit anderen vor Korrosion schützenden aktiven Pigmenten, wie beispielsweise Zink. Versuche mit einer Kombination aus Silizium- und Zinkstaubpigmenten haben ergeben, dass sich durch Synergieeffekte zwischen den Pigmenten weitere Verbesserung erzielen lassen. So konnte der bei alleinigem Einsatz von Zinkstaub unter Korrosionsbelastung entstehende Weißrost des Zinks unterbunden werden und die Blasenbildung und Unter rostung gegenüber Zinkstaub allein, aber auch gegenüber Silizium allein noch weiter verbessert werden.The combination is also advantageous the active pigment from elemental silicon with others from corrosion protected active pigments, such as zinc. Try a combination from silicon and zinc dust pigments have shown that through Synergy effects between the pigments achieve further improvement to let. So it was possible to use zinc dust alone The white rust of the zinc that arises from corrosion is prevented and the blistering and rusting against zinc dust alone, but also opposite Silicon alone can be further improved.

Von Vorteil ist weiter, dass mit dem erfindungsgemäßen Pigment ein weiteres ökologisch unbedenkliches und hochwirksames Pigment für die Beschichtung von Metallsubstraten zur Verfügung steht, das aus bisher nicht verwertbaren Produktionsabfällen und Recyclingprodukten hergestellt werden kann.Another advantage is that with the pigment of the invention another ecologically harmless and highly effective pigment for the coating of metal substrates is available that from previously unusable production waste and recycling products can be manufactured.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is as follows Hand of working examples explained in more detail.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Nachstehend werden mehrere Pigmentzusammensetzungen verschiedener Beschichtungsstoffe zur Beschichtung von Metallsubstraten dargestellt. Die Prozentangaben in den einzelnen Beispielen beziehen sich auf die Gesamtzusammensetzung des jeweiligen Beschichtungsstoffes.Below are several pigment compositions various coating materials for coating metal substrates shown. Obtain the percentages in the individual examples on the overall composition of the respective coating material.

Beispiel 1:Example 1:

Pigmentzusammensetzung eines oxidativ trocknenden Beschichtungsstoffes auf Alkydharzbasis: Talkum 11 % Si-Reinstprodukt 12 % Calcit 22 % Titandioxid 8 % Pigment composition of an oxidative drying coating material based on alkyd resin: talc 11% Si Reinstprodukt 12% calcite 22% Titanium dioxide 8th %

Beispiel 2:Example 2:

Pigmentzusammensetzung eines oxidativ trocknenden Beschichtungsstoffes auf Alkydharzbasis: Talkum 11 % Zinkphosphat 8 % Si-Mischprodukt 1 % Calcit 21 % Titandioxid 8 % Pigment composition of an oxidative drying coating material based on alkyd resin: talc 11% zinc phosphate 8th % Si mixed product 1 % calcite 21% Titanium dioxide 8th %

Beispiel 3:Example 3:

Pigmentzusammensetzung eines chemisch härtenden Beschichtungsstoffes auf der Basis Epoxidharz und Polyaminoamid-Härter: Titandioxid 10,0 % Gelbpigmente 2,5 % Blanc fixe 9,0 % Si-Reinstprodukt 12,0 % Talkum 5,5 % Calcit 20,0 % Pigment composition of a chemically curing coating material based on epoxy resin and polyaminoamide hardener: Titanium dioxide 10.0% yellow pigments 2.5% Blanc fixe 9.0% Si Reinstprodukt 12.0% talc 5.5% calcite 20.0%

Beispiel 4:Example 4:

Pigmentzusammensetzung eines chemisch härtenden Beschichtungsstoffes auf der Basis Epoxidharz und Polyaminoamid-Härter: Titandioxid 10,0 % Gelbpigmente 2,5 % Farbenzinkstaub 5,0 % Si-Mischprodukt 16,0 % Talkum 5,5 % Calcit 20,0 % Pigment composition of a chemically curing coating material based on epoxy resin and polyaminoamide hardener: Titanium dioxide 10.0% yellow pigments 2.5% Colors zinc dust 5.0% Si mixed product 16.0% talc 5.5% calcite 20.0%

Beispiel 5:Example 5:

Pigmentzusammensetzung eines physikalisch trocknenden Beschichtungsstoffes auf Acrylatharz-Basis: Talkum 5 % Si-Reinstprodukt 29 % Aluminiumpaste 10 % Pigment composition of a physically drying coating material based on acrylic resin: talc 5% Si Reinstprodukt 29% aluminum paste 10%

Die Wirkung des aktiven elementaren Siliziumpigmentes ist auf der Bildseite dargestellt. Die Abbildungen zeigen die Korrosion an einem Ritz nach Sprühnebel-Belastung. Daraus ist ersichtlich, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Pigmentes ein wesentlich besserer Korrosionsschutz gegenüber herkömmlichen Beschichtungen erreichbar ist.The effect of the active elementary Silicon pigment is shown on the picture page. The illustrations show the corrosion on a scratch after spraying. Out of it can be seen that when using the pigment of the invention much better corrosion protection compared to conventional coatings is.

Claims (5)

Aktives Pigment für Beschichtungsstoffe, die aus organischen Bindemitteln, passiven und/oder aktiven Pigmenten, Füllstoffen, Hilfsstoffen und Lösemitteln bestehen, zur Herstellung von korrosionshemmenden und fest haftenden Beschichtungen auf metallischen Substratmedien dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Pigment elementares Silizium und/oder ein Gemisch aus elementarem Silizium und unterschiedlichen rohstoffbedingten Verunreinigungen ist, wobei das Gemisch wenigstens 60 % elementares Silizium und der Beschichtungsstoff mindestens 2 % elementares Silizium, bezogen auf den Gesamtpigmentgehalt enthält.Active pigment for coating materials, which consist of organic binders, passive and / or active pigments, fillers, auxiliaries and solvents, for the production of corrosion-inhibiting and firmly adhering coatings on metallic substrate media, characterized in that the active pigment consists of elemental silicon and / or a mixture of elemental silicon and different raw material-related impurities, the mixture containing at least 60% elemental silicon and the coating material at least 2% elemental silicon, based on the total pigment content. Aktives Pigment für Beschichtungsstoffe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Pigment ein Gemisch aus Silizium und anderen aktiven Pigmenten, vorzugsweise Zink ist, wobei der Anteil an Silizium und Zink mindestens 3 %, bezogen auf den Gesamtpigmentgehalt im Beschichtungsstoff, beträgt.Active pigment for Coating materials according to claim 1, characterized in that the active pigment is a mixture of silicon and other active Pigments, preferably zinc, the proportion of silicon and Zinc at least 3%, based on the total pigment content in the coating material, is. Aktives Pigment nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Pigment aus Siliziumprodukten wie Reinstsilizium für die Elektronik oder Photovoltaik und/oder aus technischem Silizium sowie aus siliziumhaltigen Produktgemischen, die bei der Verarbeitung der Siliziumprodukte anfallen, wie Staub, Schleifstäube und -schlämme, Bruchstücke, Abschnitte und andere Abfälle sowie Recyclingmaterial, hergestellt ist.Active pigment according to claims 1 and 2, characterized in that that the active pigment from silicon products like high purity silicon for the Electronics or photovoltaics and / or from technical silicon as well from silicon-containing product mixtures used during processing of silicon products such as dust, grinding dust and - sludges, fragments, sections and other waste as well as recycling material. Aktives Pigment nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kompakten Siliziumprodukte zerkleinert und auf Korngrößen < 30 μm gebracht werden.Active pigment according to Claims 1 to 3, characterized in that that the compact silicon products are crushed and brought to grain sizes <30 μm become. Aktives Pigment nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es vorzugsweise in Beschichtungsstoffen zur Beschichtung von metallischen Substraten verwendet wird.Active pigment according to Claims 1 to 4, characterized in that that it is preferably used in coating materials for coating metallic substrates is used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009052040A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Ppg Industries Ohio, Inc. Non-weldable coating compositions exhibiting corrosion resistance properties

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