DE1902343A1 - Zinkstaubzusammensetzung und Verfahren zum Schutz von Stahloberflaechen - Google Patents

Zinkstaubzusammensetzung und Verfahren zum Schutz von Stahloberflaechen

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Description

Mt* Nf A N WJtIfI DR. E^ WIEGAND DIPUNG. W. NIEMANN 19023 A DR. M. KÖHLER DIPUNG. C GERNHARDT MONCHIN HAMIUIO
53J47« ' . 8000 MÖNCHEN 15,17. Januar I969
TILIORAMMIi KAIPATINT , NUIIIAUMITIAtI111
W. 13 943/68 13/Nle ^
, National Aeronautics and Space Administration
Washington« D.O. (V.St*A.)
Zlnkstaubzueammensetzung und Verfahren zum Schutz von Stahloberflächen
Die Erfindung bezieht sich auf Schutzüberzugsmassen für Metalle« die Zinkstaub, getragen an einem Sillcatträger« enthalten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Zinkstaubzusammensetzungen« in welohen eine Kaliumsilicatlösung der Träger 1st und worin das Verhältnis Yon Siliciumdioxyd zu Kaliumoxyd kritisch geregelt ist« .
0Q9836/12Ö4
Das Interesse für die Verwendung von Zinkstaub in Zusammensetzungen für Metallüberzüge führte zur Entwicklung von zahlreichen Tragersystemen, wobei jedes zur Lösung der sehr zahlreichen Probleme vorgesehen ist, die mit dem Versuch, ein derartiges Material an dem Unterlage- oder Grundmaterial zum Anhaften zu bringen, verbunden sind. Ein besonders ernsthaftes Problem stellt die gleichförmige Anhaftung sowohl vor als auch nach dem Backen dar, wobei Je- W doch auch, andere Probleme, z.B. bezüglich Rißbildung, Haarrißbildung, Witterungsabnutzung und Feuerbeständigkeit, ebenfalls angetroffen werden. Das letztere dieser Probleme kann lediglich mit Hilfe von anorganischen Trägern vollständig gelöst werden, wobei jedoch hierbei andere Probleme eingeführt werden, da anorganische überzüge bekanntlich ein schlechtes Anstrichs- oder überzugsverhalten besitzen.
In der bisherigen Technik gibt es viele Vorschläge für anorganische Materialien, die zur Lösung sämtlicher der beobachteten Probleme dienen sollen. Im allgemeinen soll die Lösung in der Verwendung einer Alkallsillcatlösung als Träger liegen. Bei derartigen besonderen Zusammensetzungen wird die Verwendung von Natrlumsilicat oder Kaliumsilicat in derartigen Lösungen vorgeschlagen, worin das Molverhältnis von Natriumoxyd (Na2O) oder Kaliumoxyd (K2O) zu Siliciumdioxyd (SiO2) größer als das normale Verhältnis- von 1 t 2 1st und insbesondere im Bereich zwischen 1 ι 2,3 und 1 t 5,0 liegt. Selbst mit diesen Abänderungen im Komponentenverhältnie ist es bei der bisherigen Technik erforderlich, daß die Zusammensetzungen Zu-
■· 'O
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satzkomponenten einverleibt werden, um die verlangten Eigenschaften zu erhalten oder diese zu verbessern. Zu der letzteren Klasse gehören derartige Materialien, wie Bleichromat, das vorgesehen ist, um den Überzug unlöslich zu machen, oder Ammoniak oder eine Fettsäure zwecks Ausbreitungsfähigkeit und Haftung. Andere Vorschläge umfassen überzüge mit Säuren zur Sioherstellung der Neutralisation, insbesondere wenn korrodierende Umgebungen in Betracht kommen.
Keiner dieser Vorschläge erwies sich jedoch als völlig zufriedenstellend. Das Hauptproblem beruht darin, daß jedesmal, wenn ein neues Material zur Lösung eines Problems zugegeben wird, dieses ein anderes Problem zu verstärken scheint.
Gemäß der Erfindung wird ein Zinkstaubträger geschaffen, der überwiegend aus einem Material besteht und der nach Trocknen und/oder Backen keinen Problemen bezüglich RIß- öder Haarrißbildung unterworfen ist.
Der Träger gemäß der Erfindung ist feuerfest oder feuerverzögernd (fire retardant) unter Aufrechterhaltung einer ausgezeichneten Haftung, selbst bei Aussetzung an Wltterungs- oder· Korrosionsbedingungen.
Allgemein beruht die Erfindung auf der Feststellung, daß Kaliumsilioat als Bindemittel in Zinkstaubzusammensetzungen wirksam let und deeeen Lösung als ausgezeichne-
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ter Träger für Zinkstaub dient, vorausgesetzt, daß die Molverhältnisse von Siliciumdioxyd zu Kaliumoxyd auf einem hohen Wert, vorzugsweise im Bereich von 4,8 : 1 bis 5,3 : 1, gehalten werden. Diese, Bereiche übersteigen die normalen üblichen Verhältnisse, derenj Spitzenwerte bei etwa 3,3 : 1 liegen, bei weitem, wobei die normalen^"" in der Technik üblichen Verhältnisse sich als vollständig unwirksam für die vorstehend genannten Zwecke erwiesen haben. Die bevorzugten Verhältnisse von Siliciumdioxyd zu Kaliumoxyd sind für die Entwicklung eines zufriedenstellenden Überzugs wesentlich und niedrigere Verhältnisse alsäie vorstehend angegebenen ergaben einen Überzug, der bei Hitzeanwendung oder Luftalterung einer Riß- oder Haarrißbildung unterworfen ist. Höhere Verhältnisse als die vorstehend angegebenen können zur Anwendung gelangen, führen jedoch zu keinen verbesserten Ergebnissen, da sie von einer vollständigen Hydratation des Siliclumdloxyds in Lösung abzuhängen scheinen und zusätzliches Siliciumdioxyd aufgrund* der verringerten Kaliumoxydmenge offensichtlich in einem derartigen Zustand vorliegt* Die Überzugszusammensetzung gemäß der Erfindung wird im allgemeinen hergestellt, indem man vorzugsweise eine Lösung mit einem Gehalt von 19 bis 23 Gew.-Teilen Kaliumsilicat verwendet. Eine derartige Lösung kann durch die Angabe 19-23K 4,8-5,3'bezeichnet werden, wobei "19-23" die Menge Peststoffe in Prozent in .der Lösung und "4,8-5,3" das Molverhältnis von Silioiumdioxyd zu Kaliumoxyd bezeichnen und *KN das Kallumsilioat darstellt·
1 - -j-' -;■■ %
v' -Λ
ORiGlMAL IiNiSPbCTED
Zinkstaub 1st die andere notwendige Verbindung der Zusammensetzung und kann in einem großen Mengenbereich, bezogen auf die Kaliurasilicatlösung, von etwa'dem 1-bis 6-fachen der prozentualen' Gewichtsmenge der letzteren (dem 6- bis 27-fachen der prozentualen Gewichtsmenge an Silioatfeststoff) vorhanden sein. Die besondere Teilchengröße von Zinkstaub ist ebenfalls nicht kritisch, obgleich vorzugsweise Teilchen verwendet werden, die kleiner als 50 Mikron und insbesondere kleiner als 3 Mikron sind·
Zu dieser Grundmischung kann ein Alkylalkoxysilan . mit niedriger Alkyl- und Alkoxygruppe, vorzugsweise Methyltrimethoxysilan, in Mengen bis zu 3 Gew*-$, bezogen auf die Gesamtmisohung, zugegeben werden, um eine bessere Haftung an Stahlma.terlalien aufgrund einer gleichförmigeren Dehydratation zu ergeben· Die niederen Alkylgruppen können bis zu 8 Kohlenstoffatome enthalten, wobei jedoch, wie angegeben, die Methylgruppe aufgrund ihrer verhältnismäßig größeren Billigkeit und leichten Verfügbarkeit bevorzugt wird.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann auoh'verträgliche Füllstoffe und Farbstoffe für Standardstreckung und Identifizierung enthalten, wobei das einzige Kriterium für den Zusatz dieser Komponenten darin beruht, daß diese die verlangten Eigenschaften nicht beeinflussen.
Die Substrate, auf welche die Zusammensetzung gemäß der Erfindung angewendet werden, sind gewöhnlich metallisch.
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Stahl ist von erster Bedeutung als zu behandelnde Unterlage. Bei derartigen Anwendungen wird der Stahl zunächst einer Reinigung mit Phosphorsäure oder mit Sandgebläse unterworfen. Der Überzug kann nach allen gebräuchlichen Arbeitsweisen aufgebracht werden, wobei ein Aufsprühen für die Erzielung einer gleichförmigen Auftragung bevorzugt wird.
In der nachstehenden Tabelle sind bevorzugte Zusammensetzungsbereiche gemäß der Erfindung angegeben*
Komponente Bereich - Gew.-St
KaliumsilicatlSsung 19-23K4,8-5,3 17,6-41 Methyltrimethbxysilaü . 0,0-3
Zinkstaub 56,0-82
DieJErfindung-wird nachstehend anhand von Beispielen bezüglich spezifischer Zusammensetzungen näher erläutert«
Beispiel 1 Komponente Gew.-Teile Gew.-^
20K5,3 64,5 . 21,0
Methyltrimethoxyeilan 2,0 * 0,6 Zink ;■ 240.0 - 78,4 ~ -.
306,5 100,0
(Nach 4 Stunden Lufttrocknung wurde der Überzug geprüft, wobei 94,4 # Zn * Silicium gefunden wurden.)
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Beispiel 2 240.0 Gew.-Si
Komponente Gew.-Teile 506,5 26
22Κ4,8 64,5 Beispiel 5 74
Zn 180.0 64,5 100
244,5 240,0
Beispiel 5 504,5 21,2
20Κ4,8 . 64,5 Beispiel 6 78.8
Zn 240.0 64,5 100,0
504,5 500,0
Beispiel 4 ' Methyltrimethoxvailan 2,0 ___. 21,2
22Κ4,8 64,5 0,6
Methyltrimethoxysilan 2,0 78.2
Zn 100,0
21,2
20K5,5 78.8
Zn 100,0
17,6
19K5,5 82,0
Zn 0.4
366,5 .100,0
• » . ν
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Jede der vorstehend aufgeführten Zusammensetzungen wurde auf eine Stahloberfläche aufgesprüht, bei Raumtemperatur während 4 Stunden luftgetrocknet und visuell und mikroskopisch geprüft· In jedem Fall wurde ein kräftig anhaftender Film gebildet. OIe das Methyltrimethoxysilan enthaltenden Zusammensetzungen erschienen etwas stärker anhaftend bei Aussetzung an Kratz- oder Schab.· versuche und ergaben einen glänzenderen Anstrloh.

Claims (8)

Patentansprüche
1. Zinkstaubzusammensetzung Insbesondere zum Schutz von Stahl o.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß sie Im wesentlichen aus einer Kaliumsilicatlösung mit einem SiC^/HgO-Molverhältnis Von etwa' 4,8 t 5,3 und feinteiligen Zinkteilchen bestehen.
2. Zinkstaubzusamraensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung außerdem Methyltrimethoxysilan enthält.
3. Zinkstaubzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Zinkstaub in Mengen von dem 1- bis 6-fachen der Gewichtsmenge in Prozent der Kaliumsilicatlösung vorhanden 1st.
4. Zinkstaubzusammensetzung nach einem der Ansprüche
1 biB 3, dadurch gekennzeichnet, daß Methyltrimethoxysilan in einer Menge von bis zu 3 Gew.-#, bezogen auf das Gewi oht der Gesamtzusammensetzung, vorhanden 1st.
5. Verfahren zum Schutz von Stahloberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man auf diese eine Zusammensetzung auf" bringt, die im wesentlichen aus einer Kaliumailioatlösung mit einem SiOg/KgO-Molverhältnls von etwa 4,8 bis 5,3 und Zinkstaub besteht»
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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stahloberfläche vor dem Aufbringen der Zusammensetzung einer Reinigung mit Phosphorsäure unterwirft.
7· Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung außerdem Methyltrimethoxysllan enthält.
*
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kallumslllcatlösung mit einem Feststoff gehalt von 19 bis 2j5 Gew.-^ verwendet, wobei der Zinkstaub in Mengen von dem 1- bis 6-fachen der Gewichtsmenge in $ von der Kaliumsilicatlösung vorhanden ist.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kaliumsilicatlösung Methyltrimethoxysilan in Mengen bis zu 3 Qew.-£ vorhanden ist.
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