DE1646025C3 - Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer Zwischenschicht und einer darauf aufgesinterten Polyäthylenschicht - Google Patents
Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer Zwischenschicht und einer darauf aufgesinterten PolyäthylenschichtInfo
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- B05D2507/00—Polyolefins
- B05D2507/01—Polyethylene
Description
Die Erfindung betrifft Eisenmetallgegenstände mit mindestens einseitig aufgesinterter Polyäthylenschicht
mit einer hohen Bindefestigkeit. Unter dem Ausdruck »Aufsintern« ist hier eine Hitzebehandlung zu verstehen,
die eine Verschmelzung entweder von Polyäthylenteilchen oder eines Polyäthylenfilms mit einer Unterlage
und die Bildung einer porenfreien zusammenhängenden Schicht zur Folge hat. Auf übliche Weise hergestelltes
Polyäthylen haftet häufig nicht beim Aufsintern auf Eisenmetalloberflächen. Infolgedessen wurden viele
Versuche unternommen, um ein Verfahren zu finden, Polyäthylen auf Eisenmetalloberflächen haftbar zu
machen.
So ist es nach dem britischen Patent 8 59 728 bekannt, Polyäthylen mit Stahl mit Hilfe eines klebenden
Gemisches, bestehend aus Polyisobutylen, einem tertiären Amin, einem Polyäthylenglykol und einem Kondensationsprodukt
eines Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesters und eines Polyisocyanats, zu verbinden.
Polyäthylen, das mit anderem Material verbunden werden soll, kann auf bekannte Weise, z. B. durch eine
sogenannte Koronabehandlung oder eine Chromsäure
behandlung, bedruckbar gemacht werden.
In der britischen Patentschrift 8 87 875 wird ein
Verfahren beschrieben, um ein Polyolefinharz mit einer Metalloberfläche zu verbinden, indem sowohl die
Metalloberfläche als auch die Oberfläche des Harzfilmes mit einem härtbaren Polymergemisch überzogen
wird, das ein organisches Peroxid, sowie ein öliges Polymer oder Copolymer von konjugierten Diolefinen
mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen enthält
ίο Das kanadische Patent 5 75 652 beschreibt ein
Verfahren, um Polyäthylen in der Weise mit einer Metalloberfläche zu verbinden, daß zunächst sin dü;,ner
Polyäthylenüberzug auf der Metalloberfläche gebildet, dann der dünne Polyäthylenüberzug oxidiert wird,
indem er über seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, worauf die Hauptmenge des Polyäthylens mit dem aus
oxidiertem Polyäthylen bestehenden dünnen Überzug durch Erhitzen verbunden wird. Der dünne Polyäthylenüberzug
kann einen Oxidationskatalysator enthalten. In dem Patent wird Kobaltnaphthenat als ein geeigneter
Katalysator bezeichnet.
Schließlich wird in der holländischen Patentanmeldung
2 49 726 ein Verfahren beschrieben, um einen Polyäthylenschutzüberzug mit Metall, Holz oder Beton
zu verbinden, indem man zunächst einen Kautschuküberzug und anschließend einen Polyäthylenüberzug
aufbringt. Das Polyäthylen wird vorzugsweise mit der Kautschukzwischenschicht mit Hilfe eines Peroxids, wie
Dicumylperoxid, verbunden.
Gegenstand der Erfindung sind nun Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer
Zwischenschicht und einer darauf aufgesinterten Polyäthylenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgesinterte
Polyäthylen antioxidationsmittelfrei ist und die Zwischenschicht ein dünner Film eines mit der
Oberfläche des Substrates reagierenden Harzes ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei den erfindungsgemäßen Eisenmetallgegenständen die Polyäthylenschicht
auf der Eisenmetalloberfläche sehr fest haftet.
Vor der Polyäthylenschicht wird auf die Metalloberfläche eine Zwischenschicht in einer Dicke von nicht
mehr als 100 μΐη, beispielsweise ein Überzug aus einem
wärmehärtbaren Harz, wie einem phenolischen Epoxidlack, einem phenolischen Lack oder einem Polyurethanlack,
aufgebracht. Bei der Verwendung einer Zwischenschicht wird besonders die Naß-Bindefestigkeit verbessert.
Diese Überzüge können in bekannter Weise durch Sprühen, Gießen oder Tauchen aufgebracht werden.
Die Zwischenschicht kann auch aus einem Oxydationsmittel
bestehen. Beispiele für Oxydationsmittel sind folgende:
Als Oxydationsmittel wirkende Metallverbindungen, metallorganische Farbtrockner, wie Eisennaphthenat,
und Peroxide. Die Oxidationsmittel, wie die als Oxidationsmittel wirkende Metallverbindung oder der
metallorganische Farbtrockner, können auch der Zwischenschicht einverleibt werden, aus der sie
ausschwitzen und sich auf diese Weise auf der Oberfläche der Zwischenschicht anreichern. Beispiele
für metallorganische Farbtrockner, die der Zwischenschicht einverleibt werden können, sind Eisenoctoat und
Kobaltoctoat Die Trockner werden gewöhnlich als Lösung aufgebracht.
Es ist auch möglich, ein Peroxid als Zwischenschicht aufzubringen. Ein Beispiel für ein Peroxid, das hierfür in
Frage kommt, ist Dicumylperoxid. Die Peroxide können in Form eines Pulvers, das anschließend geschmolzen
wird, aufgebracht werden. Falls ein sehr dünner Film
eines mit der Eisenmetalloberfiäche reagierenden Harzes als einzige Zwischenschicht zwischen der
Eisenmetalloberfiäche und dem Polyäthylen verwendet wird, ist es vorzuziehen, ein Phenolharz als reaktives s
Harz zu verwenden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in der oberen Schicht Di(tert-butylperoxid)-hexan
oder ein anderes Oxidationsmittel mitzuverwenden.
Es hat den Anschein, daß die chemische Widerstandsfähigkeit von mit Stahl verbundenem Polyäthylen in
dem Maße verbessert wird, wie die Dicke des Lackfilms zunimmt; jedoch läßt die Bindefestigkeit von Polyäthylen
auf Stahl mit zunehmender Dicke des Lackfilms nach. Wenn jedoch die Lackoberfläche mit einer
l%i,gen Eisennaphthenatlösung in Aceton vor dem Aufbringen des Polyäthylens gewaschen wird, so wird
die Haftfestigkeit verbessert. Falls Eisennaphthenat dem Lack einverleibt wird, nimmt die Haftfestigkeit
dagegen nur wenig zu.
Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn man dem zo phenolischen Epoxidlack anstelle von Eisennaphthenat
beispielsweise Kobaltoctoat einverleibt, wobei dieser vorzugsweise in einer Dicke von 10 bis 25 μπι auf das
Metall aufgebracht wird. Überraschenderweise scheint das Kobaltoctoat aus dem Lack auszuschwitzen und
eine sehr dünne Schicht auf dem Lack zu bilden, die zu einer beträchtlichen Verbesserung der Haftung von
Polyäthylen auf Eisenmetalloberflächen beiträgt.
In den folgenden Beispielen 1 und 10 wird gezeigt, daß die Anwesenheit von Antioxidantien durch einen
Peroxidüberzug ausgeglichen werden kann. Die Beispiele 2, 6, 11 und 12 zeigen die verbesserte
Naßhaftfestigkeit, die erhalten wird, wenn Stahl mit einem dünnen phenolischen Lack oder phenolischen
Epoxidlack überzogen wird. Die Beispiele 3, 7,13 und 14
zeigen, daß eine gute Haftfestigkeit bei einem dicken Lack erhalten werden kann, indem entweder die
Oberfläche mit einem Eisensalz gewaschen wird, oder der Lack ein besonderes Eisensalz enthält. Das Beispiel
4 wurde gemäß dem kanadischen Patent 5 75 652 ausgeführt und dient zum Vergleich. Beispiel 5 zeigt, daß
die Naßhaftfestigkeit eines unbehandelten, im Handel erhältlichen Polyäthylens auf Stahl gering ist.
Die Beispiele 8 und 9 zeigen, daß eine teilweise Erniedrigung der Antioxidans-Konzentration nicht
ausreicht, um die Naßhaftfestigkeit von Polyäthylen auf Stahl zu verbessern.
Beispiel 15 zeigt, daß die Haftfestigkeit von Polyäthylen auf Stahl auch durch Aufbringen eines
wärmehärtbaren Phenolharzes auf einen Polyäthylenfilm vor dem Aufbringen auf Stahl verbessert werden
kann.
Das verwendete Polyäthylen stammte direkt vom Hersteller. Um die Antioxidantien zu entfernen, wurde
das Polyäthylen in heißem Tetralin gelöst und anschließend durch Zugabe von Butanol und Äthanol
gefällt.
Der verwendete Stahl war gewöhnlicher 20-BG-Flußstahl. Vor der Verwendung wurde er in Trichloräthylendampf
entfettet, 30 Sekunden in 5 η Salzsäure getaucht, dann in mineralfreiem Wasser gespült, wobei
mit einem Baumwollappen der lose Schmutz entfernt wurde. Anschlieöend wurde der Stahl in Methylalkohol
gewaschen und in einem warmen Luftstrom getrocknet.
Die Stahlplatte wurde 10 Minuten auf 2000C erhitzt.
Dann wurden 0,25 g Dicumylperoxid pro 150 cm2 Oberfläche auf die heiße Stahloberfläche gebracht. Das
Dicumylperoxid schmilzt sehr schnell und breitet sich über die Oberfläche aus. Dieser Vorgang, der nur einige
Sekunden dauert, wurde durch Verwendung einer weichen Bürste beschleunigt Die Probe wurde dann
waagerecht gehalten und das Polyäthylenpulver auf seine Oberfläche in einer Dicke von 1 cm aufgebracht
Nach 1 Minute wurde das überschüssige Pulver entfernt und die Platte 10 Minuten bei 2000C gesintert Die
zweite und dritte Folyäthylenschicht wurden in der gleichen Weise und unter den gleichen Bedingungen
durch Sintern aufgebracht Nach dem Abkühlen wurde die Platte 1 Stunde bei 900C in Wasser getaucht, dann
auf Zimmertemperatur abgekühlt und die Haftfestigkeit durch Abziehen bestimmt Die Abzugsfestigkeit des
Films wurde nach der ASTM-Norm D 903-49 bestimmt und betrug 4 kg/cm Breite.
Polyäthylen und ein 18-BG-Stahl wurden wie in
Beispiel 1 vorbehandelt.
Die entfettete Stahlplatte wurde in eine lgew.-%ige Phenollacklösung getaucht. Nach dem Erhitzen auf
230° C in einem Ofen wurde die Platte herausgenommen
und mit gepulvertem Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 2 bei 1900C überzogen. Die mit Polyäthylen
überzogene Platte wurde 10 Minuten auf 2300C erhitzt und dann abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurde die
Platte 1 Stui.de bei 900C in Wasser getaucht, dann auf
Zimmertemperatur abgekühlt und die Haftfestigkeit durch Abziehen bestimmt. Die Abzugsfestigkeit des
Filmes betrug 2,2 kg/cm Breite nach der ASTM-Norm D 903-49.
Polyäthylen und 18-BG-Stahl wurden wie in Beispie! 1
vorbehandelt.
Die entfettete Stahlplatte wurde mit einem phenolischen Epoxidlack, der 2 Gew.-% Eisenoctoat enthielt,
überzogen. Der Überzug wurde 10 Minuten auf 2300C gehalten und dann mit einem gepulverten Polyäthylen
mit einem Schmelzindex von 2 bei 1900C überzogen. Nach dem Sintern des Überzugs für weitere 15 Minuten
bei 2300C wurde abgekühlt und die Platte eine Stunde bei 900C in Wasser getaucht, auf Zimmertemperatur
abgekühlt und die Haftfestigkeit durch Abziehen bestimmt. Die Haftfestigkeit war so gut, daß das
Polyäthylen beim Abziehen zersplitterte.
Eine 15 χ 10 cm große 18-BG-Stahlplatte wurde in
Trichloräthylendampf entfettet und getrocknet. Die Platte wurde dann in eine heiße Lösung von 1,5 g
Polyäthylen in 80 g Xylol (Schmelzviskosität 3000 ps bei 19O0C) getaucht, 3 Minuten lang der Luft ausgesetzt,
jedoch nicht vollständig getrocknet, und in einem Ofen 15 Minuten auf 2500C erhitzt. Die Platte wurde dann aus
dem Ofen herausgenommen und mit Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von 20 beschichtet. Nach
3minütigem Stehenlassen wurde das überschüssige Pulver entfernt und die mit Polyäthylen überzogene
Platte wieder für 10 Minuten bei 230°C in dem Ofen behandelt. Nach dem Abkühlen wurde die Platte
1 Stunde bei 900C in Wasser getaucht, auf Zimmertemperatur
abgekühlt und dann die Haftfestigkeit durch Abziehen bestimmt. Die Abziehfestigkeit betrug
1,3 kg/cm Breite.
Eine 20-BG-Flußstahlplatte wurde entfettet und auf 180° C erhitzt Auf die Platte wurde Polyäthylenpulver
aufgebracht und nach 3 Minuten das überschüssige Pulver entfernt Der Überzug wurde dann in einem Ofen
weitere 20 Minuten bei 1800C verschmolzen. Nach dem Abkühlen wurde die Haftfestigkeit von Polyäthylen auf
Stahl nach dem Abziehtest untersucht. Die Platte wurde 1 Stunde bei 900C in Wasser getaucht und nach dem
Abkühlen die Haftfestigkeit untersucht. Die Haftfestigkeit war gering.
Eine Flußstahlplatte von 0,508 mm wurde entfettet und in eine lcbige Lösung eines wärmehärtbaren
Phenollacks getaucht Nach dem Erhitzen auf 1800C wurde die Platte wieder mit Polyäthylenpulver, wie in
Beispiel 5 beschrieben, überzogen. Es wurde gefunden, daß die Haftfestigkeit sowohl nach dem Trocknen als
auch nach dem Eintauchen für 1 Stunde bei 900C in «j
Wasser ausgezeichnet war und in beiden Fällen größer als die Kohäsionsfestigkeit von Polyäthylen.
Eine Flußstahlplatte von 0,508 mm wurde entfettet und mit einem Polyurethanlack, der 2% Eisenoctoat
enthielt, besprüht. Der Überzug wurde 20 Minuten bei 2100C im Ofen erhitzt. Dann wurde Polyäthylenpulver
aufgebracht und nach Entfernen des überschüssigen Pulvers der Überzug 20 Minuten bei 210°C im Ofen
erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde gefunden, daß die
Haftfestigkeit von Polyäthylen auf dem Lack ausgezeichnet war und die Kohäsionsfestigkeit von Polyäthylen
überschritt.
Eine 20-BG-Flußstahlplatte wurde in Trichloräthylendampf
entfettet und auf 1800C erhitzt. Ein Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von 2, das 0,015% des
Antioxidationsmittels 4,4'-Thio-bis(6-tert.-butyl)-m-kresol enthielt, wurde aufgebracht und nach 3 Minuten das
überschüssige Pulver entfernt. Der Überzug wurde dann in einem Ofen weitere 12 Minuten bei 18O0C
verschmolzen. Nach dem Abkühlen wurde die Haftfestigkeit von Polyäthylen auf Stahl mit Hilfe des
Abziehtestes untersucht. Es wurde eine sehr geringe Haftfestigkeit gefunden, die geringer als 0,5 kg/cm
Breite war.
Beispiel 9 ^0
Es wurde durch Verwendung des gleichen Po! iithylens,
wie in Beispiel 8, ein ähnlicher Überzug hergestellt, jedoch mit der Änderung, daß die Konzentration des
Antioxidationsmittels auf 0,0015% vermindert wurde. Die Haftfestigkeit wurde wieder nach dem Abziehtest
bestimmt und gefunden, daß sie größer war als die Kohäsionsfestigkeit von Polyäthylen. Eine entsprechende
Platte wurde bei 900C in Wasser getaucht und nach dem Abkühlen die Haftfestigkeit wieder bestimmt.
Diese war wieder sehr gering, und zwar ungefähr 0,2 kg/cm Breite.
Beispiel 10
Ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 2 und einer Dichte von 0,918, das O,O15c/o 4,4'-Thio-bis(6-tert.-butyl)-m-kresol
wie in Beispiel 8 enthielt, wurde auf ein Flußstahlblech aufgesintert, das mit einer 5%igen
Dicumylperoxidlösung in Toluol besprüht worden war. Die Haftfestigkeit des Polyäthylens auf Stahl wurde
durch die Abziehfestigkeit bestimmt und betrug 3,5 kg/cm Breite. Die Haftfestigkeit betrug jedoch nach
dem Eintauchen bei 90°C in Wasser analog Beispiel 9 nur noch 0,4 kg/cm Breite.
Beispiel 11
Eine Flußstahlplatte von 0,508 mm wurde in Trichloräthylendampf entfettet und in eine 1 %ige Lösung eines
wärmehärtbaren Phenolharzes getaucht. Nach dem Erhitzen auf 2000C wurde die Platte mit einem
Polyäthylen, das kein. Antioxidans enthielt, wie in Beispiel 9 beschrieben, überzogen und in einem Ofen 10
Minuten auf 2000C erhitzt. Es wurde gefunden, daß die
Haftfestigkeit sowohl nach dem Trocknen als auch nach einstündigem Eintauchen bei 900C in Wasser ausgezeichnet
und größer war als die Kohäsionsfestigkeit des Polyäthylens.
Beispiel 12
Die Flußstahlplatte wurde nach dem Entfetten in Trichloräthylendampf mit einem 0,0127 mm Überzug
eines phenolischen Epoxidlackes einer Type besprüht, die gewöhnlich als Innenüberzug von Stahl-Schiffsbehältern
verwendet wird. Die Stahlplatte wurde 10 Minuten auf 2300C erhitzt und dann wurde ein
Polyäthylen, das wenig oder kein Antioxidationsmittel enthielt, analog Beispiel 9 aufgebracht. Die Platte wurde
dann 10 Minuten weiter bei 230°C nacherhitzl. Beim Abkühlen wurde eine Haftfestigkeit von Polyäthylen auf
die Lackoberflache gefunden, die so niedrig war, daß sie nicht mehr gemessen werden konnte.
Beispiel 13
Das Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Änderung,
daß dem phenolischen Epoxidlack zusätzlich 5% Eisenoctoat zugesetzt wurden. Die Haftfestigkeit
sowohl in der Nässe als auch nach dem Eintauchen in Wasser, wie oben beschrieben, war größer als die
Kohäsionsfestigkeit des Polyäthylens.
Beispiel 14
Eine Flußstahlplatte wurde, wie oben beschrieben, entfettet und mit einem 0,0254 mm Überzug eines
wärmehärtbaren Polyurethanlackes besprüht. Der Überzug wurde 20 Minuten auf 2100C erhitzt und dann
abgekühlt. Dieser Überzug wurde dann mit einer 10%igen Eisennaphtenatlösung in Toluol besprüht und
wieder auf 2100C erhitzt. Ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 7, das 0,003% 4,4'-Thio-bis(6-tert.-butyl)-m-kresol
enthielt, wurde dann aufgebracht. Es wurde gefunden, daß die Haftfestigkeit von Polyäthylen
auf Polyurethanlack nach dem Trocknen und nach dem Eintauchen in Wasser, wie oben beschrieben, größer als
3,5 kg/cm Breite war.
Beispiel 15
Die Versuche in Beispiel 11 wurden wiederholt mit
der Änderung, daß, anstatt die l%ige Lösung eines wärmehärtbaren Phenolharzes auf die Stahloberfläche
aufzubringen, diese 1 %ige Lösung auf einen Polyäthylenfilm aufgebracht wurde, indem die Lösung auf den
F1Im gegossen und nach dem Ablaufen der Lösung der Film getrocknet wurde. Nach dem Aufbringen auf Stahl,
wie in Beispiel 11, wurde gefunden, daß die Haftfestigkeit größer als die Kohäsionsfestigkeit von Polyäthylen
war.
Claims (8)
1. Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer Zwischenschicht und einer darauf
aufgesinterten Polyäthylenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgesinterte Polyäthylen
antioxidationsmittelfrei ist und die Zwischenschicht ein dünner Film eines mit der Oberfläche des
Substrates reagierenden Harzes ist
2. Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer Zwischenschicht und einer darauf
aufgesinterten Polyäthylenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein dünner Film
eines mit der Oberfläche des Substrates reagierenden Harzes ist, das ein Oxidationsmittel in einer
Menge enthält, welche für die Aufhebung der Wirkung des im Polyäthylen enthaltenen Antioxidationsmittels
bemessen ist.
3. Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein phenoliseher
Lack, ein phenolischer Expoxidlack oder ein Polyurethanlack ist.
4. Schichtkörper, bestehend aus einem Eisenmetall als Substrat, einer Zwischenschicht und einer darauf
aufgesinterten Polyäthylenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem
Oxidationsmittel besteht.
5. Schichtkörper nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel als solche
wirkende Metallverbindungen, metallorganische Farbtrockner oder Peroxide sind.
6. Schichtkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als metallorganischer Farbtrockner
Eisennaphthenat, Eisenoctoat oder Kobaltoctoat enthalten ist.
7. Schichtkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxid Dicumylperoxid
enthalten ist.
8. Schichtkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der Zwischenschicht bis zu 100 μίτι beträgt.
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