DE1669235A1 - Alkalisilikatschutzueberzug - Google Patents

Description

Alkalisilikatschutzüberzug

Die Gründung betrifft einen neuen anorganischen Schutzüberzug und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung die Zusammensetzung und das Verfahren zur Herstellung eines dauerhaften, feuerfesten Schutzüberzuges mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Ultraviolettstrahlung und mit guter Lagerbeständigkeitο

Satelliten und andere Raumfahrzeuge werden aufgrund der Umgebangabedindungen, die im Veitraum vorliegen, mit einem Überzug ^ersehen, um die Temperatur, den Solardruck und derglo zu kontrollieren. Insbesondere muss ein Anstrich für einen solchen Zweck notwendigerweise hohe Beständigkeit gegen Rissbildung, Ab« lösen und Abflocken aufweisen, wenn er einem breiten Bereich

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von Temperatur- und Vakuumveränderungen und UV-Strahlung unterworfen wird.

Sa organische Anstriche oder Anstriche mit organischen Bestandteilen im allgemeinen nicht als Überzüge für Raumschiffe anwendbar sind, da sie nioht ausreichend beständig gegen UV-Strah- * lung Und Teilchenbeschuss und auch nioht feuerfest sind, wurden Untersuchungen mit verschiedenen anorganischen Anstrichen vor-' genommen, in der Hoffnung, einen Überzug zu erhalten, der die scharf ta und genauen Anforderungen erfüllt, die für einen An-•t loh erforderlich sind, der zum Schütz für das Xussere von * RftJMOhiffen verwendet werden soll. BIa jetzt haben sich die anorganischen Anstriche, einschliesslloh von Alkali ei lilt at anstrichen, die zum Beschichten von Raumschiffen verwendet wur-• den, nioht alB vollständig zufriedenstellend erwiesen, da sie sohlechte Haftungseigenschaften und schlechte Ausbreitbarkeit und/ oder PoronsQhliee»eigenschaften (begrenzte Menge an erzeugtem Fülle to ff material) haben« Bei einem Versuch, diese Anstriche an die verschiedenen Verwendungen im Raum anpassbar zu machen, damit sie an Raumschiffen besser haften, mussten die zu besohl oh fiend en Oberflächen durch Sandstrahlen, Schmirgelpapier oder dergl» abgeschliffen werden. Die Durchführung dleees Abeohlelfens führte zu erhöhten Kosten, da es mehr Arbeit und Zelt erforderte. Ausserdom zeigte sich in vielen füllen das

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Abschleifen als ungeeignet, da es oft Fite (kleine Löcher), Kratser und andere Fehler auf der eu beschichtenden oder su bestreichenden Oberfläche erzeugt*

Demgemäss ist Ziel der Erfindung ein billiger, nicht-toxischer Alkaliüillkatanetrioh, der ausgeseichnete Beständigkeit gegen Ultraviolettstrahlung hat und auf eine Unterlage bis su einer Dicke in der Gröaaenordnung von etwa 0,1 bis 0,6 mn (4 bis 22 mile) aufgeschichtet werden kann und die Eigenschaft beeitzt, sowohl die Reinigung zu erleichtern als auch gute Haftnerkmale eu besitsen und beständig gegen Verkratsen, Risabll- ' dung, Abkreiden und Oxydation su sein.

Dieses und andere Ziele werden erfindungegenäs8 durch eine neue «morganische Anstrichzaaase erreicht, welche ein Alkalisillkat, vie Kaliumsulfat (E₂SiO^ . nHgO), welches ein YerteilungsmediiuB oder Dispersicneicedium (Träger) ist, und Aluminiumoxyd (Al₂O, Q nH₂0), das sowohl als Pigment als auch als Füllstoff wirkt, enthält« Das Aluminiumoxyd erhöht auch die Flexibilität des Anstriches, wie er auf ein Unterlagenmaterial aufgebracht ist, insbesondere" wenn der Anstrich Kaliumhydroxyd als getrennten Bestandteil enthält. Sollte es erwünscht sein, die Härte (Kratebeständigkeit) des Anstriohes zu erhöhen, können Borsäure (H₅BO₅) und/oder Zinkoxyd (ZnO) zur Maeae zugefügt werden· Weiter uafasst die Erfindung das Verfahren der Bildung der An-

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strichmasse selbst« indem das Aluminiumoxyd und das Alkali-Silikat, z.B. Kaliumsilikat, als Wasserlusung, grUndlioh in einem Behälter eine Zeitlang, Je nach der Teilchengröeee des Aluminiumpxyds und der Oberflächentextur, welche der Überzug haben soll, gemischt v/erden. Die besonderen Mengen der verschiedenen im Verfahren benutzten Bestandteile werden ausführlicher anechliessend definiert.

Im allgemeinen umfasst die Grundansteichzusammensetzung ein Alkallsilikat, wie Kaliumsilikat in einer Wasserlösung und gepulvertes Aluminiumoxyd von kleiner Teilchehgröese (vorzugsweise in der Gröseenordnung "von 0,3 bis 2,0 Mikron)· Mit diesen zwei Bestandteilen erhält man einen dauerhaften wasserfesten, gegen UV-Strahlung beständigen, optisch reproduzierbaren weisen Anstrich.·Musterzusammeneetzung I ist eine solche Anstriohmasse, wobei die Grenzen der Bestandteile angegeben sind.

Musterzusaramensetzung I Bestandteile Bereich (Gew.*)

wäßrige Lösung von

Kaliumsilikat 72-90

Aluminiumoxydpulver (Teilchengröße» 0,3 bis 2,0 Mikron) 10-28-

Obwohl Musterzueammeneetsung I zeigt, dass die Beetanteil· Über einen ziemlich weiten Bereich variiert werden können und dooh ein

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ziemlich guter Anstrich gebildet wird", wurde gefunden, daes die maximale Opakität erzielt werden kann, wenn dae Verhältnie Ton Aluminiumoxyd zu Alkalisillkatlöeung etwa 1 : 3 be^ trägtο

Sie Beispiele I und I' sind Anstrichmaesen innerhalb der in Mueterzusammensetzung^I angegebenen Grenzen, wobei das Aluminiumoxydfulver von der Teilchengröeae 0,3 bzw. 1 Mikron ist.

Beispiel I

Beetandteile	Gew *
Kaliuraeilikatlösung (35 1> Feststoffe)	81,1
Aluminiumoxydpulver (Teilchengröße » 0,3 Mikron) -	18,9
Beispiel I1
Bestandteile

Kaliumeilikatlöeung '

(35 £ Feststoffe) 74

AluBlniumoxydpulver (Teilohengröeee r?

1 Mikron) 26

Die in KusterzueammtneetBuiig I oder in den Beispielen X und I* aufgeführten Beetandteile werden in ά·τ nachfolgend angegebenen Veiee verar-

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"beitct, um eine nicht gilbende weiese Anstrichfarbe zu bilden, welche die oben aufgeführten Merkmale hat. Das gepulverte Aluminiumoxyd, vorzugsweise mit einer Teilchengröße se von 0,3 bis 2 Mikron, wird in die wäßrige Lösung des Alkallsilikats, z.B. Kaliumoilikat, eingerührt, und das erhaltene Gemisch wird 5 bis 48 Stunden bewegt,' je nach der Oberflächentextur, welche der Anstrich haben soll. Die Verarbeitungszeit kann auf 15 bis 45 Minuten herabgesetzt werden, indem die Bestandteile gleichzeitig bewegt und auf eine Temperatur zwischen 65 und 104⁰C erhitzt werden. Wenn man jedoch das Verfahren in dieser Weise beschleunigt, hat der Anstrich eine weichere Beschaffenheit als der Anstrich* der durch längeres Bewegen verarbeitet wurde..

Ss wurde beobachtet, dass bei der Zugabe eines Alkalihydroxyde, z.B. Kaliumhydroxyd, als getrenntem Bestandteil zur AnBtrlohloaase oioh die Farbe gut zur Verwendung auf einer Unterlage eignet, die Beanspruchung bzw. Spannung ausgesetzt ist, beispielsweise einer Biegung. Husterzusammensetzung II let eine solche Anst.richraaese, wobei die Grenzen der Bestandteile aufgeführt sind und das Kaliumhydroxyd eine 27n-Lösung ist.

Hubterzusammensetzung II

Bestandteile	• Bereich	(Gew.«)
Kaliuoailikatlöaung	71 -	89
Alumini .lmoxydpulver (Teiloiungroaee «0,3 ·■· 2,0 Mikron)	10 -	25 ;
Kali>amhydroxyd (27n)	1 —	4
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Beiaplel II ist eine Farbe, die innerhalb der in Mustersu-

sammensätzung II aufgeführten Grensen hergestellt ist.

Beieplel II Beatandteile Bereich Kaliumsilikatlösung

(35 * Feststoffe) 79,4

Aluminiumoxydpulver

(üttilohsngröese »0,3 Mikron) 18,4

Kaliumhydroxyd (27n) .2,2

Die in Musterzusammenaetzung II oder Beispiel II aufgeführte Anatrichzusammeneetzung wird verarbeitet, indem die Bestandteile miteinander in einem Behälter 2 bis 16 Stunden gerührt werden. He 1st *u beobachten, dass die Zugabe von Kaliumhydroxyd nicht nur den überzug biegsamer nacht, sondern auch das Verfahren selbst beschleunigt* Wie oben in Verbindung alt Beispiel I erwähnt, kann die Zeit der Bewegung auf 15-45 Minuten verringert werden, Indem die Bestandteile auf eine Temperatur ewlsohen 65 und 104⁰O erhitzt werden.

Durch Zugabe von Borsäure but Anstriohmasse kann die Haftung dts Anstriches an eine Unterlage verbessert und gleichseitig die Bär* te de· Anstriches erhöht werden. Dies gilt insbesondere, wenn dl· Verarbeitung ein Brhitsen einaohlieset. Muatereueafflnensetzung XtX ist - .

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ein Beispiel eines solchen Überzuges, wobei die Grenzen der

Bestandteile aufgeführt sind.

MuBterzuBamnensetzung III Bestandteile Bereich (Gew,#)

Kal.lumsilikatlÖsung 40-74 Alumi iftumoxydpulver

(Teilchengröese =0,3 bis 2,0 Mikron) 10·- 28

BorsäurelÖBung 5-43 Kaliumhydroxyd 0-3

Beispiel III ist eine Anstrichmasse innerhalb der in MuBterzugaomensetzung III aufgeführten Grenzen.

Beispiel III Beatandteile Qew.# Kai iumsililc at lösung

(35 $> Peststoffe) 61,7

Aluminiumoxydpulver

(TeilchengrtJsse «0,3 Mikron) 24,7

Borsäure (3$Lge Löeung) 12,3 Kaliumhydroxyd (27n) . 1_f3

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Die Pestandteile von Musterzusammensetzung III oder Beispiel III werden miteinander bei Umgebungsbedingungen 1 bis 16 Stunden * gerührt, um die Anstrichmaese au bilden.

Sollte es erwünscht sein, einen Anstrich mit extremer Härte und besserer Haftung an der Unterlage zu bilden, dann iet eine Zunahme in der Menge an Borsäure über die vorher angegebene erforderlich, und das Verfahren sollte in folgender Welse abgeändert werden. Die Borsäurelösung und Kaliumhydroxydlöung werde) in einen Behälter mit 50 $ der erforderlichen Menge an Aluminiumoxydpulver und etwa 20 % der erforderlichen Kaliumsilikatlö'sung gemischt. Diese Bestandteile werden gleichzeitig bewegt und auf 65 - 104⁰C erhitzt, bis das erhaltene Gewicht der vereinigten Bestandteile sich um etwa 50 $ durch das Verdampfen eines Teils de· Wassers verringert hat· Der Inhalt des Behälters wird dann auf Zimmertemperatur' abgekühlt, wonach der Rest des Aluminiumoxyde und des Kaliumsilikats in das Gemisch gerührt wird. Die gesamte Masse wird dann 30 Minuten bis 3 Stunden bewegt, je nach der Oberflächentextur, welche der Anstrich haben soll-, Beispiel III' 1st eine Zusammensetzung, die auf diet«

Weise hergestellt 1st.

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Beispiel III¹

Bestandteile Gew.

Kaliumgilikatlösung 4.1,3 Aluminiuraoxydpulver (Teilchen-

grösse = 0,3 Mikron) 16,6

Borsäurelösung (3#ige Lösung) 41,3

P Kaliuehydroxyd (2In) 0,8

Ea wurde gefunden, dass die Zugabe von Zinkoxyd zur Zusammensetzung die Kratzfeatigkeit des Anstriches vergrössert. Musterzu» ammensetzung IV ist ein Beispiel eines solchen Anstriches, wöbe: die Grenzen der Bestandteile aufgeführt sind»

IY

Bestandteile Bereich (Gew.^)

Kaliumuilikatlöeung 40 Aluminiumoxydpulver (Teilchen-

gröeee = 0,3 bis 2 Mikron) 10-28

Borsäure . · 5-43

Zinkoxyd '. 2-10

Kaliunhydroxyd 0 -

Beispiel IV ist eine Farbmasse Innerhalb der in Muster zusammen setzung IV angegebenen Grenzen.

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Beispiel IY

Bestandteile Kaliumeillkat

(35 1> Feststoffe) 58,1

Aluminiumoxydpulver

(Teilchengrösse = 1 Mikron) 23,3

Borsäure ( 3$ige Lösung) 11t6

Zinkoxyd 5,8

Kaliumhydroxyd 112

Die Bestandteile von Musterzusammensetzung IV oder Beispiel IV werden in einem Behälter unter dauernder Bewegung vereinigt. Zu dem Alkalisilikat, z.B. Kaliumsilikat, wird langsam die Borsäurelöeung zugegeben_f um die Bildung von Niederschlägen zu verhindern. Die Kaiiumhydroiiydlösung, das Aluminiumoxyd und das Zinkoxyd werden in der angegebenen Reihenfolge zugefügt. Das erhaltene Gemisch wird dann dauernd 1 bis 10 Stunden lang gerührt, je nach der Oberflächentextur, welche der Anstrich haben soll.

Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf Kaliumsilikat als Alkalisilikatträger beschrieben, doch soll dies die Erfindung keineswegs beschränken, da zahlreiche andere Alkalisilikate, wie liatriumsilikat, Lithiumsilikat und dergl. oder Gemische äolcher Silikate als Träger für die Überzugsmasse verwendet wenden können, So ist beispielsweise eine Anstrichprobe,

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Musteraueammensetzung V_f bei welcher Natriumsilikat als Träger verwendet ist, wie folgt:

Musterzusammensetzung V bestandteile Bereich (Gew.$)

Natriumsilikatlösung 72 - 90

Aluniniumoxydpulver (Teilchengröße =0,3 bis 2 Kikron) 10-28

Beispiel V ist eine besondere Anstrichmasse, v/elche die in der Musterzusammensetsung V angegebenen Bestandteile innerhalb der t-ngegetenen Grenzen enthält-

Beispiel V

Bestand ot ile Gew. ^

Natriumsillkatlösung

(50 /S Iöotötoffe) 75

AIvminiumoxydpulver (Teilchen-

gröese - 0,3 Mikron) 25

Es 3st wichtig festzustellen, dass die bei der Herstellung der verachiedenen oben aufgeführten Anstriche bzw. Farben benutzten Bestandteile kommerziell erhältliche Bestandteile sind und wieder auar.chliesslich für den Zweck oder die Verwendung nooh gemfifss irgenöv/elchen besonderen Normvorschriften

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für den beabsichtigten Zweck bezogen wurden. Ausserdem wurden zwar die Küster mit einer gegebenen Konzentration der Kaliumsilikatlösung hergestellt, doch iet dies kein beschränkender Faktor, da Wasser als getrennter Bestandteil je nach dem Feststoffgehalt des Kaliumsilikats zugegeben oder weggelassen werden kann _a

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird anschliessend eine ausführlichere Beschreibung bevorzugter Aueführungsformen der Anetriciunaaeen und deren Herstellung angegeben, wobei, insbesondere die Hasse zur Kontrolle der Temperatur τοη Satelliten und/oder Raumfahrzeugen verwendet wird.

Anetriohmasse	Insgesamt:	HtratellunÄ	Gewicht in κ
Beetandteile
Kaliumsilikatlösung	100
(35 i* Feststoffe)	40
Aluminiumoxydpulver (1 Mikron)	20
Borsäure (3#ige -Lösung)	2
Kaliurohyiroxyd (27n)	162

DIf 20 α der Boreäurelöeung werden in die 100 g der Kalium» eilifcatlösung eingerührt. Danach werden die 40 g Aluminiuaoxyd

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und die 2 g Kaliumhydroxyd zugegeben. Sie gesamte Masse wird dann etwa 90 Minuten lang bewegt«

Obwohl der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung im Anstrich von Satelliten besteht, kann die Zusammensetzung auch als Farbe für allgemeine Zwecke verwendet werden, da sie sich gut verhält, . wenn sie direkt auf Unterlagen aus Aluminium, Stahl, Kunststoffen, Zenentprodukten, keramisohen Materialien, Cejlulosematerialien und d«rgl. aufgebracht wird. Beim Aufbringen des Anstriches auf verschiedene Unterlagen können die Arbeitsweisen bezüglich der Oberflächenbehandlung, des Grundierene, des Härtens und des Porenschliessens angewandt werden, wie sie in der Patentanmeldung der gleichen Anmelderin vom gleichen Tag mit dem Titel "Alkalisiliftatschutzüberzüge¹*, internes Aktenzeichen HASA Case Hr. 4-119,^% angegeben sind, wenn dies geeignet ist·

W Es wurde beobachtet, dass der Anstrich die Eigenschaften hat,

dauerhaft und farbeoht während extremer Temperaturänderungen zu sein, beginnend bei -196⁰C und bis zu mindestens 982⁰C. Der Anstrich zeigt kein Vergilben bei höheren Temperaturen, wie dies charakteristisch für viele bekennte weisse Farben ist. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäsee Farbe für das Beschichten von Solarsonden anwendbar«

Patent

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Claims (7)

1. NASA 4799 3. Mai 1966

   Patentansprüche

   1* Anstrichmittel, gekennzeichnet durch einen Alkali β ill katträger und Aluminiumoxid.
2. 2. Anotrichmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« dass der Alkalieillkatträger ein Kalium- oder Natriumsilikat ist.
3. 3. Anstrichmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» dass ee auch eine Alkalihydroxydlösung enthält.
4. 4. Anstrichmittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Borsäurelösung enthält.
5. 5. Anstrichmittel nach Anspruch 1 hie 4» dadurch gekennzeichnet! dass sie weiterhin Zinkoxyd enthalt.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Anstrichmittels nach Anspruch 1 bie 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wäßrige Alkali-Blllkatlueung nit Aluminiumoxyd unter Bildung eines Gemisches rereinigt und dieses Gemisch bis zu 48 Stunden, je nach der geirtlneohten Textur dee Anstriches, rührt,

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   Al. IHSPECTED

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7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man 15 bie 45 Minuten lang auf eine Temperatur von 65 bis 104⁰C erhitzt.

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