DE1275922B

DE1275922B - Verfahren zum Abscheiden von Kunststoffen durch Elektrophorese von Kunststoffdispersionen

Info

Publication number: DE1275922B
Application number: DEH49471A
Authority: DE
Inventors: Juergen Weigel
Original assignee: Hamburger Flugzeugbau GmbH
Current assignee: Hamburger Flugzeugbau GmbH
Priority date: 1963-06-15
Filing date: 1963-06-15
Publication date: 1968-08-22
Also published as: US3544440A; FR1398452A; GB1050172A; US3424663A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B44d

Deutschem.: 75 c-5/04

Nummer: 1275 922

Aktenzeichen: P 12 75 922,7-45 (H 49471)

Anmeldetag: 15. Juni 1963

Auslegctag: 22. August 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung und Gewinnung von Kunststoffen durch Elektrophorese von Kunststoffdispersionen.

Es sind bereits elektrophoretische Verfahren für die Kautschukherstellung und die Niederschlagung von Kautschuk aus Dispersionen auf Metalloberflächen bekannt. Diese elektrophoretisch erzeugten Niederschläge von Kautschuk haben den Nachteil, daß sie schlecht auf der metallischen Unterlage haften und die Schichtdickenausbildung durch die isolierende Wirkung des aufgetragenen Kautschuks begrenzt ist. Außerdem sind diese Niederschläge sehr porös.

Es ist auch vorgeschlagen worden, die Prinzipien der elektrophoretischen Abscheidung auf die Beschichtung mit Kunststoffen anzuwenden. Dieser Vorschlag hatte aber nur einen begrenzten Erfolg, weil unter den Arbeitsbedingungen der elektrophoretischen Beschichtung an der zu beschichtenden Elektrode in der Regel positiv geladene Ionen in Lösung gehen, die sich mit dem im allgemeinen negativ geladenen Kunststoff-Makromolekül verbinden und dadurch eine Ausflockung der Kunststoffpartikeln vor der Elektrode bewirken. Es resultieren dann dicke, schwammige und leicht abwischbare Überzüge. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Nachteile der bekannten elektrophoretischen Verfahren beseitigt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Kunststoffen durch Elektrophorese von Kunststoffdispersionen zwecks Gewinnung der Kunststoffe bzw. zur Herstellung von Kunststoffüberzügen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffdispersionen mit solchen komplexbildenden Zusätzen verwendet werden, die mit den Ionen des Werkstoffs der Abscheidungselektrode Verbindungen bilden, die die gleiche Ladung wie die Kunststoffteilchen der Dispersion besitzen.

Die in der Dispersion enthaltenen festen Kunststoffteilchen bestehen zweckmäßigerweise aus hochmolekularen Verbindungen, die beispielsweise durch Polymerisation, -addition oder -kondensation entstanden sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Kunststoffdispersionen verwendet, die leitende Teilchen enthalten, die den Stromfluß zwischen der Oberfläche des zu beschichtenden leitenden Gegenstandes und der flüssigen Phase aufrechterhalten und dadurch zur Erhöhung der Schichtdicke des Überzuges beitragen.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Anwendung des Verfahrens erfolgt bei einer Abscheidung der Kunststoffteilchen auf Metall, vorzugsweise Aluminium, gleichzeitig mit der Abscheidung eine Oxyd-Verfahren zum Abscheiden von Kunststoffen
durch Elektrophorese von
Kunststoffdispersionen

Anmelder:

Hamburger Flugzeugbau G. m. b. H.,
2103 Hamburg-Finkenwerder, Kreetslag 10

Als Erfinder benannt:

Jürgen Weigel, 2050 Hamburg-Bergedorf

so Schichtausbildung, wobei die die Oxydschicht bewirkenden Metallionen teilweise als Komplexbildner dienen.

Die elektrophoretische Abscheidung erfolgt auf leitenden Stoffen, wie Metallen, beispielsweise Eisen

a5 und Legierungen, Zink, Kadmium, Kupfer, Nickel, Metalloxyd usw., aus einer Kunststoff dispersion durch einen von außen angelegten Stromkreis, ähnlich der Elektrolyse. Die Komplexbildner, die organischer oder anorganischer Natur sein können, überführen die bei der elektrophoretischen Abscheidung in Lösung gehenden Metallionen in eine negative Verbindung, so daß durch den Abstoßungseffekt zwischen den negativ geladenen Kunststoffteilchen und den negativ geladenen Verbindungen keine Zusammenlagerung dieser Teilchen und somit auch keine Ausflockung derselben stattfinden kann. Die Kunststoffmoleküle erreichen unbeeinträchtigt die leitende Oberfläche und lagern sich fest auf ihr ab.
Außer der vorstehend erwähnten anodischen Abscheidung von Kunststoffen ist die kathodische Abscheidung möglich, bei der die positive Ladung des Kunststoffmakromoleküls entweder schon vorhanden ist oder nachträglich erzeugt wird.
Als Komplexbildner kommen z. B, bei Aluminium und Aluminiumlegierungen Ammoniumfluorid, bei Kupfer, Zink, Kadmium Cyanide, bei Eisen Natrium-Äthylendiamintetraessigsäure zur Anwendung. Die kathodische oder anodische Abscheidung von Dispersionsteilchen kann entweder mit Gleichstrom oder auch mit Wechselstrom von hoher oder niedriger Frequenz erfolgen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, pulsierenden Gleichstrom beliebiger Frequenz zu ver-

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wenden. Die notwendige Spannung beträgt je nach Mit diesen Kunststoffen lassen sich Schichten der

den Erfordernissen 0,5 bis 100 Volt, die Stromdichte folgenden physikalischen Eigenschaften erzeugen: 0,01 bis 25 A/dm². Durch die Regelung der Strom-

dichte kann der Aufbau der Schicht beeinflußt werden. ^Ά> Spez Gewicht der

Die durch die Abscheidung erhaltene Schicht baut 5 Schichten 0,8 bis 1,12 g/cm³

sich aus Zellen auf, so daß bei Abschluß des Ver- b) Aussehen transparent, durch-

fahrens an der Schichtoberfläche mitunter offene scheinend, farbig, Zellen vorhanden sind. Um diese Zellen zu schließen opak farbig bzw. auszufüllen, kann nach der elektrophoretischen c) Oberflächen-Abscheidung eine stromlose Tauchbehandlung in io beschaffenheit klebrig, klebfrei, heiß-

einer geeigneten Kunststoffdispersion nachgeschaltet siegelfähig, ver-

werden. Zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffen- schweißbar

heit kann die Schicht einer Wärmebehandlung bis d) Kälte- bzw. Wärme-

200° C unterzogen werden. Die Wärmebehandlung beständigkeit —70 bis+250⁰C

kann wahlweise nach der elektrophoretischen Be- x_{5 e) Liclltbest}ä_ndigkeit gut bis schlecht

schichtung oder im Anschluß an die Nachbehandlung

erfolgen. ^f) Reißfestigkeit 6 bis 1200 kp/cm²

Zur Erzeugung gefärbter Überzüge werden orga- _g) Reißdehnung 3 bis 380%

nische oder anorganische Farbstoffe und/oder Farbpigmente dem Elektrophoresebad oder dem Bad zur 20 Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die

stromlosen Nachbehandlung einverleibt. Erfindung.

Die Beschichtung von Gegenständen mit Kunststoff Beispiel 1 kann für verschiedene Verwendungszwecke erfolgen.

Die Verwendung als Korrosionsschutz ergibt für die Einer wäßrigen Dispersion eines Acrylsäureesterdatnit geschützten Gegenstände eine flexible abrieb- 25 polymerisats mit einem Gehalt von 10 bis 30 Gewichtsfeste Schicht. Die Reibkorrosionsfestigkeit ist z.B. prozentfestenKunststoffteilchenwerden 1,5%Ammovielfach größer als bei bekannten, durch Elektrolyse niumfluorid als Komplexbildner zugegeben. Die Badaufgebrachten Schutzschichten. Bei einer Verwendung temperatur beträgt 15 bis 35° C. als Dichtungsmittel werden die zu verbindenden Teile Ein aus Aluminium bestehendes Werkstück wird vorher mit der erfindungsgemäßen Schicht versehen. 30 als Anode in die Dispersion eingebracht und unter Diese Schicht drückt sich bei der Herstellung der Verwendung einer Zusatzelektrode aus Aluminium bei Verbindung der Teile, z. B. durch Niete oder Schrauben, einer Gleichspannung von 10 Volt und einer Stromnicht heraus, weil sie in der Metalloberfläche fest ver- dichte von 1 A/dm² beschichtet, ankert ist. Versuche haben ergeben, daß Nietverbindungen mit einer elektrophoretisch aufgetragenen 35 Beispiel2 Kunststoffschicht die Reibkorrosion völlig unterbinden

und die Lebensdauer bei dynamisch beanspruchten In einer wäßrigen Dispersion, die 10 bis 40 Ge-Verbindungen auf ein Vielfaches gegenüber bisher wichtsprozent Polyvinylidenchlorid und 1 Gewichtsüblichen Verbindungsmethoden heraufsetzen. Die prozent Kaliumcyanid enthält, werden Werkstücke Schichten lassen sich auch so einstellen, daß sie bei Ver- 40 aus Kupfer oder Zink behandelt. Die Abscheidung bindung der Teile unter Druck zusammenschweißen. erfolgt bei einer Spannung von 8 V und 0,8 A/dm^a Eine weitere Anwendung erfolgt als Haftgrund für sowie bei einer Badtemperatur von 15 bis 35° C. Klebeverbindungen. Dabei läßt sich mit der elektrophoretischen Schicht gegenüber bekannten Haft- Beispiel 3 gründen ein Vielfaches an Scherfestigkeit der Ver- 45

bindungen erzielen. Die Schichten gehen dabei auch veranschaulicht die elektrophoretische Beschichtung eine dem Verschweißen ähnliche Verbindung ein. Ein einer Titanoxydoberfläche. Hierzu wird die Titananderer Verwendungszweck ist darin zu sehen, daß oberfläche zunächst nach dem Verfahrensgang auf Drähte oder Kabel eine elektrophoretisch abgeschiedene Schicht zur Isolierung aufgebracht wird. 50 1· Abkochentfettung, Gegenüber dem bekannten Tauchverfahren mit mehr- 2. Spülen in Wasser (kalt), maliger Trocknung wird eine Arbeitsvereinfachung und „ _, , , . , _ , . Verbesserung der Schichtgüte erzielt. ³· ^ff^^ ^Oxy^{datlon m}

Zur Gewinnung von Kunststoffen, die mit üblichen 60g/l Oxalsäure,

Verfahren aus einer Dispersion schwierig abzuscheiden 55 ,in°r< ⁴'

sind, bietet das erfindungsgemäße Verfahren wesent- ^Jr ~"»

liehe Vorteile. So kann z. B. die Gewinnung in der ²^ ^' _a

Weise erfolgen, daß man auf einer drehenden Trommel, j* tu- '

die nur zum Teil in die Dispersion eintaucht, eine Minuten,

Kunststoffschicht elektrophoretisch abscheidet und _6o 4. Spülen in Wasser (warm),

laufend, z. B. durch Abstreifer, ablöst. r Trocknen

Die Auswahl der Kunststoffe für die Beschichtung

nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren ergibt sich oxydiert.

aus dem Verwendungszweck. Folgende Kunststoffe Die eigentliche Beschichtung erfolgt mit einer Di-

sind besonders geeignet: Polyacrylsäureester, Poly- 65 spersion, die 12 Gewichtsprozent Polymethacrylsäure-

vinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, Polyvinyläther, ester mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 μ,πι und

Polyisobutylen, Polyvinylpropionat, Polystyrol, Poly- einem spezifischen Gewicht von 1,08 g/cm³, 5 g/l KF,

vinylazetat, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyridin. 1 g/l Hydrazin, 5 g/l Farbstoff enthält und einen

pH-Wert von 8 aufweist. Die als Anode geschaltete Titanoxydoberfläche wird bei einer Gleichspannung von 90 V, einer Anfangsstromdichte von 15 A/dm² und einer Badtemperatur von 25° C beschichtet.

Zur Nachbehandlung wird mit kaltem Wasser gespült und bei 200⁰C innerhalb 10 Minuten eingebrannt. Die erzeugte Schicht weist eine Dicke von 10 [Am auf und ist glatt.

Beispiel 4

Mit dem im Beispiel 3 angegebenen Elektrophoresebad erfolgt die Beschichtung von Reinaluminium. Zur Abscheidung dient eine Wechselspannung von 90 V. Die Stromdichte beträgt 6 A/dm².

Nach einer Kaltwasserspülung und einer Einbrennbehandlung bei 200⁰C während 10 Minuten werden 10 μΐη dicke Überzüge mit glattem Aussehen erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abscheiden von Kunststoffen durch Elektrophorese von Kunststoffdispersionen

zwecks Gewinnung der Kunststoffe bzw. zur Herstellung von Kunststoffüberzügen, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffdispersionen mit solchen komplexbildenden Zusätzen verwendet werden, die mit den Ionen des Werkstoffs der Abscheidungselektrode Verbindungen bilden, die die gleiche Ladung wie die Kunststoffteilchen der Dispersion besitzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Teilchen enthaltende Kunststoffdispersion verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kunststoff beschichteten Gegenstände durch Eintauchen in eine Kunststoffdispersion stromlos nachbehandelt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 218 927;
Krause, »Galvanotechnik«, 1937, S. 245;
Industrie-Lakier-Betrieb, 1964, S. 71;
Farbe und Lack, 1966, S. 223;
Corrosion Technology, April 1963, S. 100.