DE1519207A1 - UEberzugsmischung zum Schutz eisenhaltiger Metalloberflaechen - Google Patents

UEberzugsmischung zum Schutz eisenhaltiger Metalloberflaechen

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DE1519207A1 DE19631519207 DE1519207A DE1519207A1 DE 1519207 A1 DE1519207 A1 DE 1519207A1 DE 19631519207 DE19631519207 DE 19631519207 DE 1519207 A DE1519207 A DE 1519207A DE 1519207 A1 DE1519207 A1 DE 1519207A1
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    • C09D133/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C09D133/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
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Description

oi/ ki.
JL-M.
nerr. Company, Inc. Pittsbur ;h 19 /Pennsylvania /UbA 436 Seventh Avenue
u&ü mischung zum Schutz eisenhaltiger metalloberflächen.
jJie vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schutz von eisenhaltigen Ä'.etalloberflachen durch Kathodenschutz.
Sich verbrauchende Anoden-Überzüge werden häufig verwendet, um Eisen und Stahl vor Korrosion zu schützen. jJie sich verbrauchende Anode ist ein metall, das in der Spannungsreihe an höherer Stelle als Eisen steht, so daß bei elektrochemischen Reaktionen dieses Metall zur Anode und das Eisen zur Kathode wird. Bei solchen fieaktionen wird die Anode verbraucht und die Kathode geschützt, Eine Korrosion des Eisens tritt daher, wenn es durch Zink z.B* in Form einer aufgalvanisierten Schicht geschützt wird, nicht ein.
Da Zinkstaub gegenüber Eisen kathodisch wirkt, schützt es nach, dem Auftragen auf eine eisenhaltige Oberfläche das Metallj in gewissem Masse wirkt der Zinkstaub wie eine Galvanisierung·.
S09861/ieU
Dhs Überziehen des «stalls i..it Zlr±f;taub ist je;uch j
hie !»eisten 'Uior^anischf;;. .in lemit"el al:.Λ nio-.t Leitfähig. , Xj--r.it ''er j i t: odenijchutz stattfinden kam., n/isse:: i;ov,chl 'Λϊ- ::ivjri vt-rora.iohötiaen Ancdenttilchei* vie aur:L dif beiden Lt.talJe, n-·-rr-Liei: *η;αα unri h?-thc'le, in el*·/irische ά\.ν ihr■.;*>.; miteinander treten, jure:: r-.r.c i'.^ir.ische jDerz i,,e konnte jefloch bit·i.er r.cch nicht iie £'ür einen elektrischen Kontakt erforderliche hi'f.tun^ erzielt ν;-;ΐ·αη.
Anorgani.-.che ^inlciberiiü^e sind i:n Handel im allgemeinen als Drei-Komponenten-oyct :3:u erhältlich, die aus 1) Zinkatyub, 2) =ii.em .tl/.;.lisilikat und i) einem hiu*tun>ssmittel bestehen. iJer -Liii'rCKtmib riri xit den, Silikat unmif-^lbar vor dem Auftragen d«r Kischund au! die au schützende Cb^rfl'liche vermischt, dann läßt man die ubtrauge^ischung auf ier Cb«ri'lUahe etv/a eine stunde trocknen und behandelt sie dann- alt dem hfirtun^smittel (normalerweis^ einer bäure), um den überzug unlöslich zu machen.
Die bif-'her bekannten Zinkstaub-überzü^e litten unter bestimmten Nachteilen. Err^en? müsöen die Überzüge aufv/eiöes" Metall aufgetragen werden, d.h. auf eine sorgfältig gereinigte und mit einem Sandstrahlgebläse behandelte Oberfläche, die keinerlei Verunreinigungen, wie Host, Hammer3chiag und dgl, aufweist. Sonst wird nur eine schlechte Haftung dea Überzuges erzielt, und der Schutzüberzug versagt entweder sofort durch mangelnde Haftung oder durch frühzeitigen Verlust der Spannungs kraft, die den Schutz für das Metall liefert. Die Kosten
BAD ORlGlNAL 009861/181*
der Oberflächenbehandlung Hieben häufig genauso hoch v;ie die Koste.- des uchutsübea-^uoes. «-..eitens ist der se erhaltene überzug G«..la!:t:e ^e^niber ieuchti^kfiit empfindlich, biü er mit der tiiiur« t;ehärlt-t worden art. Kennet Hf; daher, bevor der UhUrZM1: vollständig ausgehärtet ißt (was mehreie Stunden dauern kann) , t-v. muli der gesamte Jb^rzujj entfernt, die LberflKche erneut mit t-i.iern ..- :idi;1rM!il,j"bI;:i-i behandelt und das ganze Veri'a.'.i-f!; -.wiederholt r^rlen.
Ho v.urdu nun ei i:c u^e. aui·· wei iZi-mr.on-enten bestehende ÜberzugE mischui:,. jefundm, die öint: i:ici. verbrauchende ^node enthält, Diese i^on.ponentpi: wurden vermischt und als Schutzüberzug auf eifc-en]:p.ltif.:e ketaloj rfläc.'.Mi auigetra^en. Mn besonderer Vorzug dieser cb«r;<u:f.üi rcLun^ bestellt darin, da*'· die Oberfläche, pui dio i?if; ^uifjetra^en werden κοίΐ, keiner besonderen \l or Im- reit u;;., ::<-.u:r-i.» Sie mui.· lediglich frei von ovett sein, üo wurde ?>,B. iest. ;est-ilt, da», der er- Lnuun^sge:::::i;e Lber^Ut-auc]; aui v-oliurteia Stahl auk-eror dent .'.ich „ut i.:\.i\n\\ et: ist nicht notij,, ·\ιχα nie Ober: lochen, vie birj.er f.r: (.rderlici:, rauh undiriöcii vcrbereitet einö. Aul.'ftrse:i. :ual; ? ■■ τ n'Iir.dun.^r-,;e:iiäi?en Lischunj keine dritte komroi.ente suci;set?.t werden, und eie braucht auch keine abschließende lieLvιλ\Iunt;. Lie l.'iisellung häi'tet nach dem Auftragen rasch aus, ist innerhalb von 1o Limiten berihrun^sunemi-findlich und bereits nach 15 IMinuten vollständig Y/asseriBst·
iJie erste komponente, die sich verbrauchende Anode, ist ein nämlioh
t, rr g. iinkstaub oder eine pulverisierte binäre
• 909851/1614 bad or,ginaL
Magnesium-Zink-Legierung. Der erfindung3gemäße Zinkctaub ist ein im Handel in pulverisierter Form erhältliches metallisches Zinkpigment. Es tsollte in möglichst leinzerteilter Form angewendet werden und weist vorzugsweise eine maximale Teilchengröße von 5/*- und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 2u auf. Die binäre Legierung besteht aus 3o bis 15 view.-% Magnesium und 7o bis 85 Gew.-Jö Zink. Auch die Legierung muß in Form eines feinzerteilten Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als 15ou und vorzugsweise weniger als 5oi\ verwendet werden.
Die zweite Komponente, das Bindemittel oder der Träger, wird bis zur Verwendung der Mischung von der ersten Komponente getrennt gehalten. Die zweite Komponente ist eine milchähnliche Flüssigkeit und besteht aus einem Alkalisilikat, einer Acrylsäureharz-Mulsion und destilliertem »Vasser,
Als Alkalisilikat sind natriumsilikat, Kaliumsilikat oder eine Mischung dieser Silikate in Form einer wässrigen Lösung geeignet. Die Alkalisilikatlösung sollte ein hohes Verhältnis von Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd aufweisen; das geringste Molverhältnis bei Verwendung von Kaliumsilikat (KpO: SiO«) beträgt 1 » 3,9, und bei «atriumsilikat (Ka2O : SiO2) 1 : 3,75. Derartige Lösungen sind z.B. von der Philadelphia Quartz Company als "Kasil No. 1" und "S 35" erhältlich. Die Silikate als Feststoffe machen im allgemeinen etwa 27 Grew.-% der wässrigen Lösung aus.
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909861/1IU
Als Acrylsäureharz-Emulsionen können die wässrigen jJispersionen eines wasserunlöslichen Interpolymerisates verwendet werden, die ein wasserlösliches nioht-ionisches Polyäthoxyäthanol-Emul&iermittel enthalten und einen ph-'rfert zwischen 8 und 1o besitzen. iJns Interpolymerisat besteht aus 1) Einheiten, die Carboxylatgruppen wenigstens einer polymerisierbaren g(,ß-ungesättigten Vinylidencarbonsäure aufweisen} 2) Einheiten wenigstem eines polymerisierbaren Esters, der selbst weiche Polymerisate
nämlioh
bildet, . ·ά» Ester aus Acrylsäure und primären Alkanolen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Ester aus Acrylsäure und sekundären Alkanolen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Lster aus Methacrylsäure und primären Alkanolen mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen, Ester aus Methacrylsäure und sekundären Alkanolen mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen} und 3) Einheiten wenigstens einer polymerisierbaren Monovinylidenverbindung, die selbst ein hartes Polymerisat bildet, nämlich Alkylmethaorylate, bei denen die Alkylgruppe 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist, tertiäres Amylmethaorylat, tertiäres Butylacrylat, tertiäres Amylacrylat, Cyolohexylacrylat und Cyclohexylmethaorylat. Die Garboxylat-Einheiten machen o,5 bis 2,5 1> des Interpolymerisates ausj der Anteil der Einheiten von weiohen Polymerisaten bildendem Ester reicht aus, um zu bewirken, daß die Diapereion des Interpolymerisates bei Aufbringungstemperaturen von etwa 35° gut haftende film bildet; und das Verhältnis der Einheiten dieses Esters zu den Einheiten der Vinylidenverbindung liegt zwischen 9x1 und 1 ι 2o.
Beispiele für die oben beschriebenen Acrylsäureharz -Emulsionen
»0985.1/tit*
Sind ζ.3. die unter den Bezeichnungen "Rhoplex AC-O 3 w und "Rhoplex AC-55" erhältlichen Lmul^ionen. "Rhorlex AC-33" ist eine milchartige Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von etwa 46 0M es hat eine Viskosität von 6o bis aο ku bei 25 » ein spezifisciies Gewicht von 1,o4 bis 25 ; wie^t etwa 1,o5 kg pro Liter und besitzt einen pK-Wert von 9 bis 9,5· "Bhoplex AG-55" hat einen Feststoff gehalt von 54 eis 55 "}'■>, ein spezifisches Gewicht von 1,08 und ist ebenfalls eine milcharti^e Flüssigkeit.
Die Materialien zur herstellung der erfindungsgeraaisen anorganischen Anoden-üinküberzüge können in folger.den mengen verwendet werden (jeweils bezogen auf 100 'iew,»jS aer fertigen Mischung)»
sich verbrauchendes Anodenpulver 5o bis 75 $>
Alkalisilikat 1o bis 25 ti (wässriges
i-edium)
Acryl säureharz-Emulsion 2 bis 1o ?5 (wässriges
Medium;
Destilliertes Wasser genug, um die Viskosität
dem Auftrageverfahren anzupassen.
Die Mengenverhältnisse sind innerhalb der obengenannten Bereiche von entscheidender Bedeutung. So wurde z.B. gefunden, daß, wenn der Anteil an Anodenmetall zu gering ist, die Metalliietall-Berührung, d.h. der Kontakt zwischen Anode und Anoden- ■ teilchen und Anodenteilchen und Eisen, nicht ausreicht; 1st der Anteil jedoch zu hoch, so ist nicht genügend Bindemittel
BAD ORIGINAL
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hnMden, um die Anodeiiteilchen aneinander und an dem Kathoden!aetf>ll halten zu lassen. Weiterhin wurue festgesteilt, da!.- das Material um su besser ist, je höher das Verhältnis von üiliciumoxyd zu Allcalioxyd im Alkali silikat ist. ISn wurde auch festgestellt, daß, wenn das Verhältnis des Alkalisilikats und der Acrylsaureharz-iniulsion nicht inn<>rhalo der obengenannter: irenzen liegt, das Material nicht gut an dor Oberfläche haftet, brüchtig wird, absplittert und v~o;Ti>r wasst-rempfindlich werden kann.
Eine typische i..ischung kam: z.B. hergestellt v/erden, indem 75 xeile Zinksteub mit 1o Teilsn eines 27 fagen wässrigen Kaliumsililcats,- 2 Teilen einer wässrigen Aery I saure harz-Emulsion mit einem Fest stoff gehalt von 46 56 und 13 Teilen ',i'asser vermischt werden. Eine andere geeignete Mischung kann aus 5o Teilen Zinkstaub und 25 Teilen einer 27/oigen wässrigen Kaliumsilikatlösung, 1o Teilen wässriger Acrylsäureharzümulsion mit einem Feststoff gehalt von 46 und 15 Teilen Wasser bestehen.
Bis zur Verweildung werden die Komponenten der erfindungsgemäßen Iuischung in getrennten Behältern aufbewahrt, die Anodenteilchen in einem Behälter und das Bindemittel in eiiiem anderen. Dann werden die beiden Komponenten vermischt und die Mischung auf übliche weise in Form eines hellgrauen Films auf das Lletall •-"iui^etragen. Jiβ erfindungsgemäße Mischung eignet sich besonders zum. Auf spr Üien. So muß innerhalb von 5 Stunden nach Ver- :i:. e^'-en der beiden Komvaenten aufgetragen werden, da nach
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dieser Zeit die Anodenteilchen leicht angegriffen werden und offensichtlich eine gewisse Wasserstoffentwicklung eintritt.
Vorzugsweise wird die Mischung in einem Arbeitsgang in Form eines Filmes aufgetragen, der eine Dicke von weniger als o,15 mm und vorzugsweise etwa o,o5 bis o,o75 mm aufweist. Der Überzugsfilm ist hellgrau. Der getrocknete Film enthält etwa 96 bis 87 ?t des sich verbrauchenden Anoden-metalls, 2 bis 8 i> Alkali silikat und 1 bis 5 ^ Acrylsäureharz. Gegebenenfalls kann der erfindungsgemäße Überzug mit einem gegenüber Alkali widerstandsfähigen organisohen Überzug versehen werden, wie z.B. mit einem Überzug auf der Basis von Epoxyd, Urethan oder chloriertem Kautsohuk.
Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung. - ·
Beispiel 1
Es wurde ein Bindemittel hergestellt, indem 15»1 Teil· Kaliumsilikat mit einem Molverhältniß von X2O t SiO2 von 1,39 ("Kasil No. 1) mit 5,6 Teilen einer Acrylsäureharz-Emulsion ("Bhoplex AG-33) und 11,3 Teilen destilliertem Wasser vermischt wurden. Darauf wurden 60 Teile Zinketaub mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 α mit dem Bindemittel verrührt. Auf diese Weise wurden I00 Teile einer Überzugsmischung erhalten, die dann auf fettfreie Platten
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aus Flußstahl in einer Dicke von o,o75 mm aufgesprüht wurde. Her Überzug war innerhalb von 1o Minuten berührungsunempfindlioh und nach 15 Minuten wasserunlöslich.
ο Der Überzug konnte Temperaturen zwischen -1io und +800 aus-' halten und schützte eine Steinoberfläche wenigstens zwei Jahre lang, wenn diese vollständig in eine leitfähige flüssigkeit eingetaucht war; der durch den Überzug bewirkte kathodisohe Schutz dauert wesentlich länger, wenn die Oberfläche der Atmosphäre ausgesetzt war oder nur periodisch mit einer leitfähigen flüssigkeit in Berührung kam· Eine Probe des eo überzogenen Stahls (der Überzug wurde auf die vonfetten befreite, kaltgewalzte Oberfläche aufgebracht) zeigte nach I000 Stunden in einem "Salz-Nebel-Kabinett? keine Sohädigung der Oberfläche, und das Metall rostete nicht. Wurde das überzogene Metall um einen Winkel von 18o° über einen etwa 0,6 cm dicken Dorn gebogen, naohdem der Überzug drei Tage getrocknet war, zeigten sich in dem Überzug keine Bisse, Bei den üblichen Schlagfestigkeits-Versuchen, bei denen ein etwa 0,9 kg schweres Gewicht aus einer Höhe von etwa 2,5 m fallengelassen wird, wurde der Film nicht zerstört. Diese Haftung ist für einen anorganischen Überzug sehr bemerkenswert.
Die Überzugsmischung wurde dann alt einer Menge von etwa
0,1 l/m (1 gal/4oo sq ft) auf eine Platte aus flußstaiil aufgetragen; die Dicke des films betrug o,o75 nun. Das Zink war etwa in einer Menge von etwa 3oo g/a* (1 ounoe/sq ft) an- '
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wesend. Zu Vergleichszweoken wurde eine auf übliche «eise galvanisierte stahlplatte herangezogen, deren Zinkgehalt
ο
ebenfalls etwa 3oo g/m (1 ounce/sq ft) betrug. Die Oberfläohen beider Proben wurden mit einer etwa o,8 ram breiten Kerbe versehen. Nach 1ooo Stunden in einem "ASTM-Salz-Kabinett" zeigte die galvanisierte Probe in der Kerbe eine starke Rostbildung, während sioh auf der eri'indungsgemüß überzogenen Probe kein Host gebildet hatte. Die durch den erfindungsgemäüen Überzug hervorgerufenen Korrosionsprodukte heilten vielmehr die Kerbe durch Abscheidung einer grauweißen Zinkoxyd-^ilikatJMaese, wodurch das weitere Abströmen der Spannung aus dem Anodenmetall verhindert wurde.
Beispiel 2
Es wurde ein Bindemittel hergestellt, indem 47,2 Gew.-Teile Kaliumsilikßtlösung (29 £ Peststoffe) mit einem Molverhältnie von KgO ι SiOg von 1 ι 3,92 mit 1%5^ew.-Teilen einer Acrylaftureharz-Emuleion ("fihoplex AG-55") und 53,3 tfew.-Teilen destilliertem Wasser vermischt wurden. Dann wurden 32 (Jew,-Teil« dieses Bindemittels mit 68 lew.-Teilen Zinkstaub verrührt, dessen Teilchengröße 2 bis 3A betrug; die erhaltene Mischung wurde auf eine saubere Stahlplatte aufgetragen. Uer 8&t dem Stahl gekuppelt*? getrocknete PiIm erzeugte eine KathodenspannuiVi von me.hr als 7o J6 des mit einer reinen Zinkochleht erhaltenen Wertes, der übevzwg härtete rase;: -*u· (eine Stund« bei i,A^blß ? i,;:.nvt ν -si 49°), Vx- ΐ.-;-,ι· Lr: allen bekeiinteri c.rga.ni er->·**:· v.·: --..n,^-.-.,it -.t-Jji unlöslich, trviimtß
BAD ORIGINAL
nicht, haftete an allen normalen Stahloberflächen und war aulierde:i. temperaturbeständig.
Beispiel 3
U-emäß dem Verfahren des Beispiels 2 wurde ein Bindemittel hergestellt. i,.it 3o Gew.-Teilen dieses Bindemittels wurden 7o Jew.-Teile einer pulveiisierten binären Zink-Magnesiumlegierung (hergestellt nach dem Verfahren der USA-Patentschrift 2 877 126), die 75 3ev.'.-# Zink und 25 ttew.-# Llagnesium enthielt, vermischt. Der Vorteil dieser kischung ist der hohe Kathodenstrom, der zum Schütze der eisenhaltigen Oberflächen erzeugt wird.
Beispiel 4
Eine Lischung, die gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 unter Verwendung von Latriumsilikat mit einem Mol-Verhältnis (La2O : SiO2) von 1 ί 3,75 ("S-35") anstelle des Kaliumsilikats hergestellt wurde, lieferte vergleichbare Ergebnisse.
Erfindungsgemäß können reines Magnesiumpulver oder Legierungen, die mehr als 4-0 ?j kagnesium enthalten, nicht verwendet werden, da diese Materialien zu stark mit dem Silikat reagieren.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß ein neuer sich verbrauchender Anodenüberzug geschaffen wurde, der ohne besondere Vorbereitungen auf eisenhaltige !»letalljoberflächen aufgetragen werden kann, gut an diesen Oberflächen haftet, biegsam, temperaturbeständig und widerstandsfähig gegenüber Chemikalien ist und die Metalloberfläche sehr lange Zeit
909851/1614 \n
v/irksan: schützt. BAD

Claims (5)

I- a t e η t a η .° ι· r ü ehe
1. überzu£smi;ioL u; zum Schütze ei,c:cnlialt.i :-<fV i.ptnlloberi'lüchon, be.stehenu a>-:: e'V.er Liückung von z.'ti Ιίοη;_··οιιβπΐβη, ν;üb ei die eine I.ompCi.t-.ri e ein 1 einzerteiltf-s, ;n.üh verbrauchendes Anodenmetall wit ώίΊΐ oder eine binilre λ.iiii---l»'.r?.c,neriui;i-L';i'_i:ierun^, die 15 bis 3o iev.·.-^ lüe^ne .?ium und ■"_■!; lii: To Jew.-'/j Zink enthält, und die pmlfi1'; Komponente eine i'i;':.-r--i;.-;keit aus einem iilkalisili:.;t, f-::.fir /icrylsäurehörz-^mul.'; j.·...i; und destilliertem ,/asser irt. *
2, Üher^u^öiii-ro'-Uii nacli Ar.ruruch 1, -iauurch ,jelennzeichnet, da.V sie aus 5o bi;.? 75 'iev.;.-io der üiiode'ilfc^ierin:,;:·, Ic bis 25 liew.-;'' Alkalisilü-a.t, .-. bis 1o iev»'.-/j eier ior,"ir-Kureijarz-iünulfc-ion und 1? bis 15 'ie\v.--,j deptillitrten. \,r-xcp.v besteht.
3. Überzujf?rt!.i rc:.. ,. nach Ar.rjruoi: 1 v:. i L'. -: ad arch gekennzeichnet, daß das Aii:nJ.i?5 ii-:«t in 1'1OM; einer wässrigen Lösung mit einem VprhaltrJ. ε ν«.-:, alkali ox ^j 2,u biliziumox^d von v/enigstens
4. ü'ber-u^fv"·"-■"'--'-^- i'-ach Aiifpruc?: 1 bis "-, dadurch gekennzeichnet, da... rig ε .!.-""oer^etoll Ziiii:sta h
Teuere!^ rV .■- v»:i 2u int.
BAD ORIGINAL
90985 1 /16H
5. Verfahren zum üchutze eisenhaltiger Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine eifsenhalti .je ; etalloberfläche mit der sich verbrauchenden Anoden-tbersugsmischung gemäß Anspruch 1 bis 4 überzogen wird.
6« Verfahren nach Anspruch 5} dpdurcl·. i;e^ep.i.z^AeiJiht, dsß die Letalloberfläche mit einem getrockneten ^iIm versehen wird, der etwa 96 bis b? ,-> ^nodenmetall, 2 bis ö fi eines Alkali Silikats und 1 bis 5 )> ^c r vl saure harz enthält.
Der Patentanwalt
BAD ORIGINAL
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