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"Korrosi.onsbeständige und korrosionsverhindernde Anstrichmittel"
Die Erfindung-bezieht sich auf die Herstellung von korrosionsbeständigen und korrosionsverhindernden
Anstrichmitteln für Metalle, die Metallpulver, Wie z.B. Aluminium, Blei, Titan,
Eisen und ihre Legierungen, vorzugsweise Jedoch Zink, in wäßrigen organischen Ammoniumsilikatlösungen
in dispergierter Forf enthalten.
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Die Herstellung von korrosiensbeständiben und korrosionsver= hindernden
anorganischen Überzügen für Metalle unter Verwendung von wäßrigen Alkalimetallsilikatläsungen
und feinverteilten Metallpulvern ist seit langem bekannt. Insbesondere haben in
der Praxis Zinkpulver enthaltende Anstrichmittel Anwendung gefunden. Die Nachteile
dieser bekannten Anstrichmittel liegen u.a. darin, daß das "Metallpulver sehr
reaktionsfähig ist und dadurch der Zeitraum für die Verarbeitung (pot-life)
der Anstrichmittel ziemlich begrenzt ist. Die Anstrichfarbe muB erst kurz
vor Anwendung vermischt werden, und das völlige Aushärten dauert meistens,
wenn nicht zusätzliche Maßnahmen erfolgen, recht lange.
Man hat
auch schon vorgeschlagen, organische Silikatester als Bindemittel für derartige
Zwecke zu verwenden, jedoch erhält man hiermit ziemlich weiche Überzüge, die nicht
genügend abriebfest sind.
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Es wurde gefunden, daß man die obigen Nachteile weitgehend vermeiden
kann, wenn man die nachstehend beschriebenen korrosionsbeständigen und korrosionsverhindernden
Anstrichmittel verwendet. Diese sind gekennzeichnet durch einen Gehalt an Metallpulver
und Silikaten organischer Basen mit mindestens zwei Alkanolgruppen am Stickstoffatom.
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Die Silikate organischer Basen mit mindestens zwei Alkanolgruppen
am Stickstoffatom, die zur Anwendung gelangen können, entsprechen der allgemeinen
Formel X(NnRp)20 # YSi02 # ZH20 wobei bedeuten: N = Stickstoffatom, n = ganze Zahl
unter 10, X, Y, Z = die relativen Mengen der einzelnen Teilkomponenten der Verbindung,
R = Alkylradikale mit 1 - 20 Kohlenstoffatomen, wobei mindestens zwei der Alkylradikale
Omega-Hydroxyalkylgruppen sind, p = eine ganze Zahl, mindestens jedoch anzeigend
die Gesamtzahl der R-Gruppen, s = eine ganze Zahl von 1 bis p, anzeigend die Zahl
der verschiedenen Typen der R-Gruppen.
Lisbesondere l:o::iren Produkte
in Betracht, die durch die allge me i ne Formel «x 4 X(tiR#R`R'R )20 # YSi02
- ZH 20, wobei N, X, Y und Z die oben bereits angegebene Bedeutung haben. und R1
- R4 gleiche oder verschiedene Alkanolradikale, enthaltend 1 - 20 Kohlenstoffatome,
darstellen, charakterisiert weiden können.
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Die Tierstellung der genannten Verbindungen,. die im vorliegenden
Fall nicht beansprucht wird, kann auf verschiedene Weise ei-folgen, so beispielsweise
durch Umsetzung von Ammoniak und gegebenenfalls Alkylamin mit Äthylenoxyd und feinverteiltem
Si02 in Hydrat-, Gel- oder Solform. Weiterhin können derartige
Stoffe
erhalten werden, indem natriumfreies 3i02 in organischen Ammoniumsilikaten der oben
genannten Art aufgelöst wird.
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In d£esen Fällen werden insbesondere Verbindungen erhalten, bei denen
der molare Anteil von 3i02 : organischem Rest gewünschtenfalls 50 % und mehr SiO2
betragen kann.
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Schließlich ist es auch möglich, die zur Anwendung gelangenden
organischen Ammoniumsilikate aus entsprechenden Verbindungen,
die
zunächst Alkalimetallionen enthalten, mit Hilfe von ge-
eigneten lonenaustauscherharzen,
die eine Entfernung der Alkalimetallionen ermöglichen, herzustellen.
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w
Bei der zuletzt genannten Methode sind In manchen
Fällen geringe Mengen Alkalimetalle, die ,jedoch höchstens 1 bis 2 Gew.%
betragen, in dem organischen Silikat vorhanden. Diese Menge fällt
in der= Praxis nicht ins Gewicht, so daß unter dem Begriff Silikate organischer
Basen mit mindestens zwei Alkanolgruppen am Stickstoffatom auch diese Ausgangsprodukte
verstanden werden sollen.
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Als besonders leicht zugängliche Silikate organischer Basen
' der genannten Art sind Tetraäthanolammoniumsilikate, Tetraäthanolpyraziniumsilikate,
Dikthanolmorpholiniumsilikate sowie Alkyltriäthanolammoniumsilikate zu nennen. Letztere
haben sich in technischer Hinsicht als besonders geeignet
erwiesen
und werden vorzugsweise in Form von Methyltriäthanolammoniumsilikat
verwendet.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, d$ß solche organischen
Silikate für die genannten Zwecke besonders geeignet sind, bei denen
das
Kolverhältnis von SiO2 s organischem Ammoniumsilikat (0A3) zwischen
4,5 und 13 liegt.
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Als Metallpulver konnten vorzugsweise Zink, jedoch auch Aluminium,
Blei, Titan, Eisen und ihre Legierungen in Betracht.
Ein
f tür die Beständigkeit der wäßrigen Dispersionen ist
der
Zeitraum vom Mischen der Komponenten bis zum Entstehen
der
ersten meßbaren Menge Wasserstoff durch die Reaktion des Binders mit dem metallischen
Zink. Bei Verwendung von Alkalimetallsilikaten beträgt dieser Zeitraum je nach dem
Mischungsverhältnis etwa l - 10 Stunden. Mischungen der oben genannten organischen
Ammoniumsilikate, welche metallisches Zinkpulver enthalten, benötigen hierzu einen
erheblich längeren Zeitraum. So betrug beispielsweise der Zeitraum bis zur ersten
Gasbildung bei Verwendung einer Mischung,, hergestellt aus 20 cm3 wäßrigen organischen
Ammoniumsilikats (.Molverhältnis-Si02 : Methyltriäthanola.maoniumlon - 12 : 1) mit
einer Konzentration von 32 % SiO2 und 60 g Zinkpulver ,je nach der Art des
Zinkpulvers mehrere Tage. Man kann durch .Zusatz von Bleioxyd (fb0) die Verarbeitungszeit
noch zusätzlich erheblich verlängern, sofern dies erwünscht ist. Hierdurch wird
gleichzeitig, insbesondere bei mehrfachen Anstrichen,die Adhäsion verbessert. Es
hat .sich als zweckmäßig erwiesen, etwa 15 - 20 % Pb0, bezogen auf den Si02-Gehalt
des Anstrichmittels, zu verwenden.
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Die erfindungsgemäßen Anstriehmittel können gewünschtenfalls weiterhin
Zusätze wie Eindickungs- und Gelierungsmittel enthalten. Hierfür kommen insbesondere
hydratisierte Magnesium= silikate in Betracht. Es wurde gefunden, daß es vcirteilhaft
ist, derartige Eindickungsmittel nicht direkt hinzuzufügen, sondern erst eine wäßrige
Suspension hiervon herzustellen und diese mit dem Bindemittel zu vermischen. Im
allgemeinen sind dabei bereits kleine Mengen, wie etwa 0,3 - 1 %, bezogen auf
den
5102-Gehalt des Anstrichmittels, hinreichend.
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Derartige Zusätze bewirken, daß man besonders glatte einheitliche
Anstriche erhält, die nicht laufen oder abrutschen. Schließlich können gewünschtenfalls
auch anorganische Füllstoffe und Pigmente zugesetzt werden, wie z.B. Mennige, Zinkoxyd,
Eisenoxyd, Aluminiumoxyd, Titanoxyd oder Zusätze wie Glimmer.
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Die erfindungsgemäßen korrosionsbeständigen und korrosions-.verhindernden
Überzüge werden sehr schnell hart und wasserresistent, wenn sie getrocknet sind.
Die Überzüge sind außerordentlich stabil und haben eine lange Lebensdauer selbst
bei hohen Temperaturen, da man beim Erhitzen einen harten korrosions- und abriebbeständigen
Überzug von Metallsilikat erhält. Die mit den beschriebenen Mitteln erhältlichen
Anstriche widerstehen extremen Wetterbedingungen, wie z.B. Seewasser, und können
deshalb in den Ladebunkern und an Schiffskörpern verwendet werden sowie für Destillationsanlagen,
Metallschornsteine, heiße Motorenteile und ähnliche Oberflächen, die Korrosionseinflüssen
sowie. hohen Temperaturen ausgesetzt sind, eingesetzt werden.
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Wie außerdem gefunden wurde, können die erfindungsgemäßen Anstrichmittel
auch zunächst in Form trockener Pulver der Komponenten zusammengemischt und für
lange Zeit gelagert
z.erden, ohne daß diese sich zersetzen, Die
entsprechenden organischen Silikate kann man beispielsweise auf dem Wege der Sprühtrocknung
oder Vakuumtrocknung entsprechender Lösungen herstellen. Die trockenen M:schu:gen
dieser Anstrichmittel werden vor Gebrauch mit Wasser disrergiert. Man erhält Anstrichmittel,
die eine gilnstige Verarbeitungszeit besitzen sowie hart, gut haftend und selbsthärtend
sind und'die genannten guten Korrosionseigenschaften besitzen.-Beispiel 1s
Es
wurde eine Anzahl von Anstrichmitteln hergestellt, die jeweils pro 20
im' der organischen Ammoniumsilikatlösung 65 g Zinkstaub enthielten. Der
verwendete Zinkstaub enthielt 97 % metallisches Zink, 215 i6 Zinkoxyd und
0,1 % Blei. Die TeilchengröEe betrug 9 p. Der Si02-Gehalt der Ammoniums ilikatlösung
betrug etwa 32 %. Das Kolverhältnis von organischem Ammoniunion (CAS) : SIC2 sowie
die Eigenschaften dar damit erhaltenen Überzüge sind in der nachstauenden Tabelle
angegeben.
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Bei den unter Ziffer 1, s und 5 verwendeten organischen Ammoniumsilikaten
bestand das organische Ammcniumsilikät-Füticn (OAS) aus Tetraäthanclammoniumion,
in den unter Ziffer 2 und t` angegebenen Fällen aus Methyltr iUttanclammoniumion.
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Die Adhäsion Wurde mit demigoffman ScratchyHardneas Tester bestimmt.
| No. Verhältnis Adhäsion Wasserbe- Stabj1itUt |
| OAS-Kation ständigkcit d.Anstrier,- |
| ' : 3i02 :ii tte: s |
| Tagen |
| r.r.rr .r@rrr |
| 1 1 : 13.05 1 Anstrich - 300 kann nicht abge- 2 |
| 2 " - 400 rieben werden |
| 2 1 :-12,5 1 Anstrich - 400 kann nicht abge- 1 |
| 2 " - - 700 rieben werden |
| ä 1 : 9.69 1 Anstrich - 200 kann nicht abge- 1,25 |
| 2 " - 400 rieben werden |
| 4 1 s 9,54 1 Anstrich - 00 kann nicht abge- 115L |
| 2 " - 900 rieben werden |
| 5 1 : 4,48 1 Anstrich - 100 kann mit sehe- i, 25 |
| 2 " - 300 harte Reiben |
| abgerieben werden |
Beispiel 2s
r.r_rrm
r
Arbeitet man in gleicher Weise,
jedoch unter Zusatz von 1,5 g Bleioxyd
zu den angegebenen Mengen organischem
Ammoniumsilikat
und Zinkstaub,
so erhält man
bei Messung der Adhäsion
nach
dem zweiten
Anstrich etwa um 30 -
50 i6
erhöhte Werte.
Die
unter Verwendung von Tetraäthanolammoniumsilikat
hergestellten
Anstriche
können bei sehr hartem Reiben etwas abgerieben werden,
während
dies bei den
mit Methyltriäthanolammoniumsilikaten hergestellten Anstrichmitteln nicht der Fall
ist.
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Beispiel -:
Es wurde ein Anstrichmittel
hergestellt, welches pro 20 cm'
Methsltriäthanolammoniumsilikatlösung (SiG2-Antell
32 @, Molverhältnis OAS-Kation : 810 2 = 1 : 12,5) 1,5 9 Bleioxyd,
3
g Talkum und 60 g Zinkstaub enthielt. Auf mit Sandstrahl gereinigte Metalloberflächen
aus Eisen wurde mit einem Pinsel das Anstrichmittel aufgetragen und bei Zimmertemperatur
für eine halbe Stunde getrocknet und dann in einem Ofen für eine weitere halbe Stunde
auf 500°C erhitzt. Der so erhaltene Anstrich konnte im Hoffman Seratch-Hardness
Tester nur sehr schwierig mit einem Gewicht von "2000 g eingekratzt werden, welches
die vorzügliche Brauchbarkeit der Anstriehmittel für solche Metallteile zeigt, die
hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
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Beispiel 4:
Trockene Mischungen von metallischem Zinkpulver
und organischem Ammoniumsilikat der in der nachstehenden Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung
wurden hergestellt. Die organischen Ammoniumsilikate können entweder sprühgetrocknete
Pulver oder vakuumgetrocknet sein. Durch Zugabe der in der Tabelle angegebenen Wassermenge
wurde ein Anstrichmittel hergestellt und die Eigenschaften überprüft.
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Die unter Ziffer 1 und 4 verwendeten Tetraäthanolammonium-Silikate
haben eine Zusammensetzung, welche dem unter Ziffer 3 im Beispiel 1 verwendeten
Ammoniumsilikat entspricht. Die unter Ziffer 2 und 3 verwendeten Methyltriäthanolammonium-Silikate
entsprechen in der Zusammensetzung den unter Ziffer 2 bzw. Ziffer 4 in der Tabelle
1 des Beispiels 1 angegebenen Produkten.
| m a b o 1 1 e 2 |
| No. Menge Menge Menge Wasser Adhäsion |
| an org. an an in g res i s t enz d . Ans t r i c::- |
| Silikat Blei- Zink- nach Ein- r"itrelt 'r |
| oxyd staub tauchen f. Tag3n |
| 1 Std. |
| 1 11.4g - 65g 14.2 ml 2 Anstriche -5GC kann nicht 1 |
| abgerieben |
| ...-erden |
| 2 1i#55 g - 65g 14.0 ml 2 Anstrich = 340O abgerieben |
| werden |
| 3 11.55 g 1.5g..65 g 14.0 ml 1 Anstrich - 200 kann nicht 7 |
| 2 " - 500 abgerieben |
| werden |
| 4 11.4 g 1.5g 65g 14.2 ml 1 Anstrich - 200 kann abge- 7 |
| 2 " - 500 rieben werden |
Beispiel 5:
Die erfindungsgemäßen Zinkanstriche können gewünschtenfalls mit
weiteren Anstrichen versehen werden. Der zweite Anstrich und gegebenenfalls weitere
Anstriche können mit den erfindungsgemäßen organischen Ammoniumsilikat-Anstrichmitteln
oder mit einer Farbe, welche einen organischen Binde: enthält, oder beidem erfolgen.
Bei Verwendung organischer Bindemittel wird die beste Verträglichkeit und Adhäsion
mit Vinyl-, Epoxyd- oder Butadiensystemen erhalten.
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Die äußere Metalloberfläche eines industriellen Sprühtrockenturms
wurde mit einer Drahtbürste abgebürstet und dann mit
einem Itberzug
der in der Tabelle 2 im Beispiel 4 unter
l.itfer 3 angegebenen
Zusammensetzung versehen. Der GrundanstrI-ch wurde gewaschen und ein weiterer
Anstrich mit einer pigmentierten Farbe aufgebracht, welche pro
1000 cm3 Metnyltriäthanolammvniumsilikatleaung (ß102-Anteil 32 JK, Molverhältnis
OAS : 3102 1 : 1e",5) 75 g Bleioxyd, 200 g
Talkur.,
50 g btagnssiumdioxyd und 150 g Titandioxyd enthielt. , Sei
einer Prüfung nach 7 Monaten zeigten sich keine Korro-
sionserscheinungen
auf der Metalloberfläche des Trockners
sowie auf den Aluminiumauspuffrohren.
Beispiel 6:
Ein Auspuffverteilerrohr an einem Automotor wurde mit
einem
Anstrichmittel, welches pro 20 cm3 Methyltriäthanolammonium- -silikatlösung
der im: Beispiel 5 genannten Zusammensetzung sowie 1,5 g Bleipulver
und 25 g Zinkpulver enthielt, ange-
strichen. Die Metalloberfläche war
in keinster Weise vor-
behandelt. Nach ;C 0C0 km
Fahrt in den Wintermonaten war
der Überzug immer noch in ausgezeichnetem
Zustand und völlig
unverändert. Wasser, Schnee und Salz, welche an
das heiße
Verteilerrchr hochgespritzt waren, hatten den Überzug
nicht
beeinflußt.