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Anstrichfarben für den Korrosionsschutz von Eisen- und Stahlbauteilen
Es sind verschiedene Korrosionsschutzanstriche für Eisenwerkstoffe bekannt, die
einen gewissen Gehalt an Metallpulver, insbesondere Zinkstaub, enthalten. Es zeigte
sich jedoch, daß dieser Korrosionsschutz bei Haarrissen und ähnlichen Oberflächenfehlern
des zu schützenden Gegenstandes nach einer gewissen Zeit seine Wirksamkeit verliert
und es zu schwerer Korrosion kommt.
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Für den Schutz von Stahlbauteilen bei höherer Arbeitstemperatur gegenüber
Atmosphärilien, insbesondere Oxydation, wurden bereits cadmiumhaltige Anstrichfarben
angewandt, z. B. für Wärmeübertragungsflächen, Heizgeräte oder Schornsteinverkleidungen
u. dgl. Hierbei lag der Cadmiumgehalt bei ungefähr 5'%.
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Es ist bekannt, daß Seewasserkorrosion besonders durch die Bildung
von Natriumhydroxyd infolge elektrochemischer Reaktion an den nassen Stellen der
Eisenwerkstoffe hervorgerufen wird. Werden die bei dieser elektrochemischen Reaktion
gebildeten Reaktionsprodukte nicht durch strömendes Wasser entfernt, so kommt es
zu einer örtlichen Anreicherung der Alkalien, es bildet sich ein Lokalelement aus,
und dieses führt zu der sogenannten Lochfraßkorrosion; dies gilt ganz speziell bei
Kapillarrissen und Wassertaschen.
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Die erfindungsgemäßen Anstrichfarben stellen eine wesentliche Verbesserung
gegenüber den bekannten dar. Dies gilt insbesondere bei allen Arten der Korrosion
unter Bildung von Alkalien in Berührung mit dem Eisenwerkstoff. Die Erfindung betrifft
somit cadmiumhaltige zinkstaubpigmentierte Anstrichfarben für den Korrosionsschutz
von Eisen- und Stahlbauteilen und ist dadurch gekennzeichnet, daß im Rostschutzpigment
mindestens 10 Volumprozent Cadmiumpulver, bezogen auf das Volumen des gesamten trockenen,
nicht verdichteten Pigments, vorliegen. Das Anstrichmittel nach der Erfindung kann
gegebenenfalls im Rostschutzpigment auch noch bis etwa 50 Volumprozent Calcium-
und/oder Bariumorthophosphat aufweisen.
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Für die erfindungsgemäßen Anstrichfarben verwendet man übliche, gegenüber
Alkalien beständige Harzgrundstoffe als Bindemittel, z. B. Polystyrol, Epoxyharze,
ungesättigte Polyester-Styrol-Produkte, Mischpolymere von Vinylchlorid und Vinylacetat
oder Methacrylsäurepolyester.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anstrichfarben geschieht auf
übliche Weise, z. B. durch Vermischen der Pigmentkomponenten und Dispergieren des
Gemisches in dem Bindemittel. Das Pigment kann gegebenenfalls vorher mit einem Teil
des erforderlichen Xylols benetzt werden, wird dann in die Harzmasse eingearbeitet
und die restliche für die Einstellung der zur Anwendung geeigneten Viskosität erforderliche
Menge von Xylol anschließend zugesetzt.
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Es ist bekannt, daß es mit den üblichen zinkstaubhaltigen Rostschutzfarben
dann zu einer Verminderung der Korrosionsschutzwirkung kommt, wenn die Zinkteilchen
oberflächlich oxydiert sind und damit der elektrische Kontakt zwischen den Zinkteilchen
und der darunterliegenden, zu schützenden Oberfläche des Eisenwerkstoffs unterbrochen
ist. Sobald dieser elektrische Kontakt gestört ist, beginnt die Bildung von Lokalelementen,
und die Korrosion schreitet ohne Behinderung fort.
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Es zeigte sich überraschenderweise, daß bei den erfindungsgemäßen
zinkstaubpigmentierten Anstrichfarben mit einem beträchtlichen Gehalt an Cadmiumpulver
der ungestörte elektrische Kontakt zwischen dem Rostschutzpigment und dem Eisenwerkstoff
auch unter solchen Bedingungen gewährleistet ist, unter welchen übliche, lediglich
Zinkstaub aufweisende Anstrichfarben bereits ihre Wirksamkeit verloren haben. Diese
überraschende Wirkung wird jedoch nur erzielt, wenn eine Minimalmenge an Cadmium
innerhalb des zur Anwendung gelangenden Rostschutzpigments vorliegt. Diese Menge
ist relativ hoch im Hinblick auf den beträchtlichen Einstandspreis
von
Cadmiumpulver. Dieser erhöhte Aufwand ist jedoch gerechtfertigt, da die Rostschutzwirkung
durch die erfindungsgemäßen Pigmente auf wesentlich längere Zeiten und unter erschwerten
Bedingungen gewährleistet ist. Diese hervorragende Wirksamkeit der erfindungsgemäßen
Anstrichfarben scheint darauf zu beruhen, daß der elektrische Kontakt auch über
oxydierte Zinkteilchen hinweg von dem Cadmiumpulver sichergestellt ist. Für diese
Kontinuität des elektrischen Kontaktes ist jedoch die Minimalmenge erforderlich.
Diese liegt bei etwa 10 Volumprozent. Bei Unterschreitung dieses Minimalanteils
an Cadmium ist die Kontinuität des elektrischen Kontaktes bei Vorliegen eines beträchtlichen
Anteils an oxydierten Zinkteilchen nicht mehr gewährleistet. Optimale Ergebnisse
erhält man bei einem Cadmiumgehalt von etwa 23 bis 40 Volumprozent.
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Die erwähnten bekannten Anstrichmittel auf Silikonbasis zur Verhinderung
der Verzunderung von korrosionsbeständigen Stählen unter beträchtlichen Arbeitstemperaturen
mit ihrem Gehalt an nur unter 5 Gewichtsprozent Cadmiumpulver in Gegenwart von Zinkstaub
würden in der erfindungsgemäß angestrebten Weise nicht wirken. Ein derartiger Cadmiumgehalt
reicht nicht für die Kontinuität des elektrischen Kontaktes auch bei Anwesenheit
von oxydierten Zinkteilchen aus.
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Die Erfindung wird an Hand folgender Beispiele näher erläutert; die
Mengenangaben beziehen sich auf Volumteile in nicht verdichtetem Pulver. Beispiel
1 Rostschutzpigment: Zinkpulver 4 Teile, Cadmiumpulver 4 Teile, Bariumorthophosphat
2 Teile, Calciumorthophosphat 2 Teile.
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Anstrichfarbe: Pigment 119 g, Polystyrol (26 o/(iig), plastifiziert,
36 g, Xylol 25,8 g.
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Schüttgewichte des verwendeten Zinkpulvers 2,5 g/ cm3, des Cadmiumpulvers
2,02 g/cm3, von Calciumorthophosphat 0,36 g/cm3.
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Beispiel 2 Rostschutzpigment: Zinkpulver 3 Teile, Cadmiumpulver 3
Teile, Bariumorthophosphat 3 Teile, Calciumorthophosphat 3 Teile, Zinkchromat 1
Teil.
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Anstrichfarbe: Rostschutzpigment 115 g, Polystyrol (26b/oig), plastifiziert,
36 g, Xylol 25,8 g.
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Dichte der angewendeten Pulver: Cadmium 3,35 g/ cm3, Bariumorthophosphat
0,57 g/cm3, Zinkchromat 0,47 g/cm3.
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Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Anstrichfarben wurde gegenüber
zwei üblichen Anstrichfarben für den gleichen Zweck untersucht, und zwar die Produkte
Ölfarbe (50 Gewichtsteile Eisenoxyd dispergiert in Leinöl mit 40 Gewichtsteilen
Sikkativ) und ein Anstrichmittel mit 300 Gewichtsteilen Zinkpulver in 60 Gewichtsteilen
Polystyrol (26'o/oig), plastifiziert, und 25,8 Gewichtsteilen Xylol.
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Zur Untersuchung der bei Einwirkung von Alkalien auftretenden Korrosion
wurden rechteckige Prüfstreifen aus Stahl, 13,97 cm Länge, 2,29 cm Breite, angewandt.
Die Prüfstreifen wurden mit den zu untersuchenden Anstrichen überzogen und dann
zwei Striche, die im rechten Winkel zueinander standen, eingeritzt. Diese Ritzmarkierung
ging bis auf die Stahloberfläche. Die so vorbereiteten Prüfstreifen wurden in einen
mit Seewasser gefüllten Behälter getaucht, das Seewasser reichte bis über die horizontale
Markierung auf dem Prüfstreifen.' Das Ganze würde nun ohne Bewegung in einen Thermostaten
von 25° C eingebracht. Durch die Anodenreaktion bildete sich Eisen(II)-chlorid,
und zwar im Bereich des beschädigten Überzugs der horizontalen Markierung und dem
unteren Teil der vertikalen Markierung. Eine Kathodenreaktion unter Bildung von
Alkali erfolgte fast ausschließlich nur an der vertikalen Markierung im Bereich
der Wasserkante. Nur dort ist der für die Kathodenreaktion benötigte Sauerstoff
verfügbar.
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Bei dem bekannten ölfarbenanstrich beobachtete man innerhalb von wenigen
Tagen an dieser Stelle, also im Bereich des Zutritts von Luftsauerstoff, eine Korrosion.
Nach einer Versuchszeit von 1 Monat zeigte der Ölanstrich eine starke Erweichung
und löste sich von der gesamten eingetauchten Fläche ab. Die so freigelegte Metalloberfläche
war stark korrodiert.
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Bei den bekannten zinkstaubhaltigen Korrosionsschutzanstrichen beobachtete
man eine Abschälung des Überzugs in einem beträchtlichen Bereich oberhalb der Wasserkante.
Es trat darunter keine Korrosion der Stahloberfläche auf. Der Zinkstaub bewirkte
eine ausreichende Schutzwirkung gegenüber üblicher Lochfraßkorrosion. Das Zinkpulver
selbst zeigte jedoch während dieser Beanspruchung eine weitgehende Oxydation und
deutete damit an, daß die Schutzwirkung nur noch begrenzt sein kann.
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Die mit den erfindungsgemäßen Anstrichfarben versehenen Prüfplättchen
zeigten einen sehr schwachen Angriff. Die Produkte nach Beispiel 1 schälten nur
in einem geringen Bereich über der Wasserkante ab. Die Produkte nach Beispiel 2
hafteten und zeigten keine Beschädigung. Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen
Produkte ist damit deutlich.
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Zur Untersuchung der erfindungsgemäßen Produkte gegenüber den bekannten
Produkten auf ihre Tendenz zum Blasenziehen wurde ein Gummistempel verwendet und
damit zwei im rechten Winkel zueinander stehende Markierungen aufgetragen. Als Markiertinte
diente Eisen(II)-sulfat in Form einer Lösung, die ungefähr 20'% der Sättigungskonzentration
entspricht. Sobald die Markiertinte trocken war, bestand sie aus mikroskopisch kleinen
Kristallen von Eisen(II)-sulfat. Die auf diese Weise vorbereiteten Prüfstreifen
wurden 3 Tage über Wasser mit 25° C gehalten. Es zeigte sich, daß an den Markierstellen
sich Rost gebildet hat. Es wurde nun Korrosionsschutzanstrich aufgetragen und nach
dessen Trocknung der Prüfstreifen 1 Monat über Wasser mit 25° C gehalten. Der mit
Eisenoxydölfarbe versehene Prüfstreifen zeigte deutliche Blasen entlang den Markierungen,
wohingegen die Prüfstreifen mit den erfindungsgemäßen Anstrichmitteln keine oder
nur geringfügige Blasenbildung zeigten. Bei lediglich zinkpigmentierten Anstrichmitteln
stellte man eine weiße Verbindung, wohl Zinkoxyd, im Bereich der Markierung fest,
es erfolgte jedoch keine Blasenbildung.
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In Abwandlung dieses Versuchs wurde als Markierflüssigkeit eine Lösung
von Natriumchlorid und Ammoniumchlorid zusammen mit Eisen(II)-sulfat angewandt.
Nun wurde ein Schachbrettmuster markiert, und zwar abwechselnd Vierecke markiert
und nicht markiert. Die so vorbehandelten Prüfstreifen wurden 6 Monate der Bewitterung
ausgesetzt, und zwar einer Atmosphäre von Wasserdampf bei 25° C. Unter diesen Prüfbedingungen
zeigte ein üblicher
Eisenoxyd-ölanstrich deutlich Blasen. Bei den
erfindungsgemäßen Produkten wurde keine Blasenbildung festgestellt, jedoch zeigte
sich eine geringfügige Rostbildung.
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Die Anwendung von Calcium- und/oder Bariumorthophosphat innerhalb
der erfindungsgemäßen Rostschutzanstrichmittel dient in erster Linie zu einer gewissen
Inaktivierung von gegebenenfalls vorhandenem Eisen(II)-sulfat.