DE19539446A1

DE19539446A1 - Beschichtungsmischungen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung für Beschichtungen

Info

Publication number: DE19539446A1
Application number: DE19539446A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr Dipl Chem Mazanek; Karl-Heinz Kaesler; Gebhard Dr Dipl Chem Wagner; Juergen Dr Dipl Chem Herber
Original assignee: WEILBURGER LACKFAB J; Bayer AG
Current assignee: Momentive Performance Materials GmbH
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 1997-02-13
Also published as: KR19990036262A; DE59609801D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmischungen, enthaltend im was serfreien Zustand mindestens ein Polysiloxan, mindestens einen reaktiven anor ganischen Füllstoff, mindestens ein als Schmelze filmbildendes anorganisches Material und mindestens ein reaktionsfähiges (Oligo)silan, ein Verfahren zur Her stellung sowie deren Verwendung.

Bislang ist eine Vielzahl von Mischungen aus mindestens einem Polysiloxan und mindestens einem anorganischen Füllstoff bekannt, die in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden. Mischungen, bestehend aus einem Polysiloxanharz als Polysiloxan und einem Pigment als Füllstoff, sog. pigmentierte Polysiloxan harze, finden sowohl als Lacksysteme als auch in der Beschichtungstechnik Anwendung. Als wärmebeständige Beschichtungen kamen bislang sowohl pigmentierte Polysiloxanharze in organischen Lösemitteln als auch anorganische Beschichtungen aus Email zum Einsatz. Pigmentierte Polysiloxanharze weisen jedoch nur ein gutes Eigenschaftsprofil auf wenn diese in organischen Lösemitteln eingesetzt werden. Anorganische Beschichtungen aus Email zeichnen sich durch eine hohe Wärmebeständigkeit aus. Nachteilig hingegen ist, daß sie spröde sind und erst durch Einbrennen bei Temperaturen von <400°C ihre Endeigenschaften erreichen. Daher sind diese insbesondere in der Transportphase und bis zum Erreichen der notwendigen Temperatur leicht zu beschädigen, so daß Email als Beschichtung in vielen Bereichen nicht eingesetzt werden kann.

Hochtemperaturbeständige Systeme lassen sich bisher nur bei ausschließlicher Ver wendung von lösemittelhaltigen Silikonharzen erzielen, gegebenenfalls unter Zusatz von Silikonölen als Verlaufs- oder Trennmittel. Entsprechende Beschichtungen sind zusammengesetzt aus dem Harz als Bindemittel, Pigmenten, Additiven (Katalysatoren, Emulgatoren, Verlaufsmittel usw.) und verschiedenen Lösemitteln. Die derzeitigen wäßrigen Systeme weisen Nachteile, insbesondere in bezug auf ihr Verhalten nach der Raumtemperaturtrocknung, auf. Mangelnder Korrosionsschutz, zu geringe Härte und Filmfestigkeit (Bindefestigkeit), zu lange Trocknungszeiten (Slurries) und eine zu geringe Lagerstabilität sind weitere Nachteile.

Wärmebeständige Beschichtungen finden vor allem Einsatz beim Schutz von Gegenständen und Anlagen der unterschiedlichsten Art, wie beispielsweise Schall dämpfern, Öfen, Anlagen der petrochemischen Industrie, Gehäuse für Geräte, Ver brennungsanlagen usw.

An wärmebeständige Beschichtungen werden z. B. folgende Anforderungen ge stellt, wie Temperaturbeständigkeit bis 600°C bei Dauer- und Wechselbean spruchung, hohe Beständigkeit bei Temperaturdifferenzen (ΔT-Beständigkeit), hohe Biegefestigkeit, Farbtonbeständigkeit, Beständigkeit gegen korrosive Einflüsse, gute Trocknungseigenschaften, gute Haftung, einfaches Herstellverfahren (hohe Lagerstabilität) und gute Handhabbarkeit und Einsetzbarkeit in den üblichen Ver fahren, wie Spritzen, Walzen, Tauchen oder Streichen.

Die Herstellung eines hochtemperaturbeständigen Korrosionsschutzüberzuges erfolgt z. B. durch Trocknung bei Raumtemperatur und späteres Einbrennen.

In bisher bekannten Mischungen für wärmebeständige Beschichtungen konnte weder auf den Einsatz eines organischen Lösemittels verzichtet, noch ein entsprechend optimiertes Email, noch eine optimale Kombination von Polysiloxan und Email bereitgestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung stabiler, löse mittelarmer, möglichst organische-Lösemittel-freier Beschichtungsmischungen auf Polysiloxan-Basis, die insbesondere als wärmebeständige Beschichtungen einsetz bar sind und die sich durch ein verbessertes Eigenschaftsprofil gegenüber dem Stand der Technik auszeichnen.

Es wurde nun gefunden, daß Beschichtungsmischungen, enthaltend im wasser freien Zustand

A) mindestens ein Polysiloxan,
B) mindestens einen reaktiven anorganischen Füllstoff
C) mindestens ein als Schmelze filmbildendes anorganisches Material sowie
D) gegebenenfalls Pigmente und/oder unreaktive Füllstoffen und
E) mindestens ein reaktionsfähiges (Oligo)silan,
F) gegebenenfalls Katalysatoren und
G) weitere Füllstoffe,

in bestimmten Anteilen, überragende Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik aufweisen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit Beschichtungsmischungen, enthaltend im wasserfreien Zustand

A) 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% mindestens eines Polysiloxans,
B) 2 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 2-15 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 10 Gew.-% ganz besonders bevorzugt 5-10 Gew.-% mindestens eines reaktiven anorganischen Füllstoffs,
C) 20 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% mindestens eines als Schmelze filmbildenden anorganischen Materials sowie gegebenenfalls
D) 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 20 Gew.-% eines unreaktiven Füllstoffes und/oder Pigments oder eines Gemisches aus mehreren Füllstoffen und/oder Pigmenten
E) 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-% mindestens eines reaktionsfähigen (Oligo)silans,
F) 0 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-% mindestens eines Katalysators sowie
G) 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-% eines weiteren Zusatzstoffes oder eines Gemisches aus mehreren Zusatzstoffen,

wobei die Summe der Komponenten A) bis G) 100% beträgt.

In den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen beträgt der Gehalt an D) vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% an F), vorzugsweise mindestens 0,05 Gew.-%.

In den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen ist Komponente A) vorzugs weise mindestens ein hydroxy- und/oder alkoxyfunktionelles Polysiloxan, welches mit Wasser oder anderen Lösemitteln im Gemisch mit Wasser Emulsionen ausbildet. Polysiloxane im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Copolymere aus Polysiloxan und Polyester, Polyether und/oder Polyepoxid (bzw. deren Gemische), ebenso wie lineare oder verzweigte Organopolysiloxane. Als Komponente A) wird vorzugsweise ein Polysiloxanharz oder ein Gemisch aus mehreren Polysiloxanharzen eingesetzt, wie sie in EP-A 512 418, S. 3, Zeilen 14-52, beschrieben sind. Besonders bevorzugt sind Polysiloxanharze, die einen Anteil von 10-80, bevorzugt 20-70, besonders bevorzugt 35-60 Gew.-%, an difunktionellen Bausteinen der allgemeinen Formel,

aufweisen, wobei
R einen beliebigen organischen Rest mit Si-C-Verknüpfung bezeichnet.

Besonders bevorzugt sind ebenfalls Kombinationen von verzweigten und linearen Polysiloxanen.

Bevorzugt wird die Komponente A) als wäßrige Emulsion eingesetzt. Der Einsatz von A) in einem organischen Lösemittel ist ebenfalls möglich, er hat lediglich ökologische Nachteile.

Die Komponente A) kann jedoch ebenso als Mischung mehrerer wäßriger Emul sionen vorliegen. Wird die Komponente A) in Form einer wäßrigen Emulsion ein gesetzt, so liegt der Siloxangehalt zwischen 5 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 Gew.-%. Kom ponente A) kann jedoch neben Wasser gegebenenfalls noch weitere Lösemittel enthalten. In diesem Fall sollte vorzugsweise mindestens ein Emulgator und/oder ein rheologisches Additiv, z. B. ein Verdickungsmittel, zugesetzt werden. Als Emulgatoren sind sowohl kationische als auch anionische Emulgatoren einsetzbar. Die in Form einer Emulsion vorliegende Komponente A) kann Emulgatoren, Verdickungsmittel und auch andere Hilfsstoffe in Mengen von 0,5-15 Gew.-%, bevorzugt 1-6 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,5-5 Gew.-%, enthalten.

Als weiteres Zusatzmittel kann Komponente A) 0-5 Gew.-%, bevorzugt 0-2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0-1 Gew.-% eines Bakterizids oder Fungizids enthalten. Die Komponente A) kann sowohl aus reinen Polysiloxanen und/oder Ölen bestehen als auch in Form entsprechender Emulsionen in Wasser sowie im Gemisch mit Wasser und weiteren Lösungsmitteln vorliegen. Zudem kann die Komponente A) zusätzlich Katalysatoren enthalten. Der Gehalt an Katalysatoren kann bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf die Komponente A), betragen, wobei übliche Kondensationskatalysatoren, wie beispielsweise Organozinnverbindungen, Organo titanverbindungen und Organoaluminiumverbindungen einsetzbar sind.

In den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen umfaßt die Komponente B) alle reaktiven anorganischen oder mit organischen Resten modifizierte anorga nische Verbindungen, die reaktive Gruppen enthalten und die mit sich selbst und/oder anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Mischungen reagieren können. Einige Beispiele für Komponente B) sind Kieselsole, Alkali-Wassergläser, Kieselsäureester, Organosilikonate, wie z. B. Natriummethylsilikonat, Titansäure ester, Aluminate, Zirkonaluminate, Aluminiumhydroxid und organisch modifizierte Füllstoffe jeder Art, die reaktive Gruppen im obengenannten Sinne enthalten, wie z. B. Epoxy-, Amino- oder ungesättigte Gruppen enthaltende Füllstoffe, wie z. B. Quarz, Glas, Talkum, Kreide. Der Begriff Füllstoffe schließt auch Stoffe ein, die nach der erfindungsgemäßen Reaktion als feste Verbindungen bzw. Reaktionsprodukte vorliegen. So können als Edukte z. B. flüssige Titansäureester fungieren, die in die Beschichtungen eingebaut werden.

In den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen ist der reaktive anorganische Füllstoff B) vorzugsweise kolloidale Kieselsäure in Form eines Kieselsols, Alkali-Wassergläserin wäßriger Lösung oder in fester Form, Alkylsilikonat, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus diesen Verbindungen. Als Alkylsilikonat ist Natrium- oder Kaliummethylsilikonat besonders bevorzugt. Die kolloidale Kieselsäure hat dabei vorzugsweise einen Gehalt von von 5-60 Gew.-% SiO₂, bevorzugt 10-40 Gew.-%, SiO₂, besonders bevorzugt 15-35 Gew.-% SiO₂. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist B) ein kolloidales Kieselsol mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 60 Gew.-% und/oder ein Alkali-Wasserglas des Natriums, Kaliums oder Lithiums mit einem Molverhältnis von Me₂O : SiO₂< 1 : 2, mit Me = Na, K oder Li Ein reaktiver anorganischer Füllstoff im Sinne der Erfindung ist ebenfalls pyrogene Kieselsäure in Pulverform sowie kolloidale Kieselsäure in Form von Kieselsolen. Die Kieselsolteilchen können auch nach den bekannten Verfahren oberflächenmodifiziert sein. Ebenfalls bevorzugt wird als Komponente B) gegebenenfalls modifiziertes Kieselsol eingesetzt, wie es in den DE-B 24 08 896, US-A 2 892 797, US-A 2 574 902, US-A 2 457 971, US-A 2 668 149 und US-A 2 650 200 beschrieben ist. Besonders bevorzugt sind Kieselsole mit einer Partikelgröße von 5-100 Nanometer, ganz besonders bevorzugt 10-30 Nanometer.

In den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen kann die Komponente C) jedes anorganische, in der Schmelze filmbildenden Material sein. Das als Schmelze filmbildende Material (C) ist vorzugsweise ein Email und/oder ein niedrigschmelzendes Glas.

Als Email C) im Sinne der Erfindung sind folgende spezielle Zusammensetzungen (in Gew.-%) besonders bevorzugt:

Diese können bis zu 10% mit Farboxiden (Fe₂O₃, CoO, CuO) und bis zu 10% an schmelzwirksamen Substanzen wie SnO, Bi₂O₃ und MoO₃ versetzt werden.

Das niedrigschmelzende Glas und/oder Email im Sinne der Erfindung sollte einen Erweichungspunkt unterhalb von 600°C, bevorzugt <550°C, besonders bevorzugt <440°C aber nicht unterhalb von 200°C, bevorzugt nicht unterhalb von 300°C und besonders bevorzugt nicht unterhalb von 350°C, aufweisen. Der Wärmeaus dehnungskoeffizient des niedrigschmelzenden Glases und/oder Emails sollte dem jenigen des metallischen Substrats angepaßt sein, so daß es beim Aufheizen nicht zum Abplatzen der Beschichtungen kommt. Der thermische Ausdehnungs koeffizient des niedrigschmelzenden Glases und/oder Emails sollte mindestens 380 × 10^-7/K, bevorzugt< 400 × 10^-7/K, betragen (gemessen kubisch, zwischen 20°C und 400°C), wobei ein Ausdehnungskoeffizient größer 550 × 10^-7/K weniger be vorzugt ist. Bei der Herstellung, Verarbeitung und auch dem Gebrauch des Glases und/oder Emails ist der Einsatz niedrigschmelzender physiologisch bedenklicher oder toxischer Elemente, wie beispielsweise Blei, Cadmium, weniger bevorzugt. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Emails und/oder Gläser werden handelsübliche Emailrohstoffe, wie z. B. Borax (Na₂B₄O₇ × 5H₂O), Quarzmehl, Natriumpolyphosphat, Feldspat, Zirkonsand, Flußspat, Alkali und Erdalkali carbonaten, Titandioxid, Vanadiumpentoxid sowie evtl. Farboxiden (Fe₂O₃, MnO, CoO, CuO usw.) bei Temperaturen von 1100 bis 1260°C geschmolzen und über wassergekühlten Walzen abgeschreckt. Die so entstandenen Flakes werden dann entweder trocknen oder unter Verwendung verschiedener Mühlenzusätze naß vermahlen und weiterverarbeitet. Gegebenenfalls können beim Trockenmahlen Mahlhilfsmittel wie Glykole, Siliconöle oder dergleichen zugesetzt werden.

Komponente D) im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Pigment, Eisenoxid und/oder ein Glimmer. Besonders bevorzugt ist als Komponente D) ein Pigment oder Füllstoff in Form eines anorganischen, organischen und/oder metallischen Stoffes oder deren Gemische, wie z. B. Aluminiumoxid, Magnesium- und Calcium phosphate und/oder -carbonate, -carbide, Nitride, Magnesiumoxid, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Siliciumcarbid, Zinkoxid, Aluminiumbronze, Zinn- und Zinkstaub, Zinkphosphat, Phthalocyaninblau, verschiedene Spinelle, Ruß, Graphit usw. Ganz besonders bevorzugt sind D) anorganische thermostabile Pigmente und/oder mindestens ein anorganischer Füllstoff wie z. B. Eisenoxid, Glimmer und Titandioxid.

Komponente E) im Sinne der Erfindung umfaßt vorzugsweise (Oligo)Silane und/oder deren (Teil)hydrolysate bzw. Gemische von verschiedenen (Oligo)Silanen und/oder deren (Teil)hydrolysate. Sie können in Form ihrer wäßrigen Lösungen und/oder Emulsionen oder Dispersionen vorliegen. Ganz besonders bevorzugt sind Lösungen der Komponente E) in Wasser. Als bevorzugte Komponente E) seien wasserlösliche Teilhydrolysate von funktionellen Silanen, wie z. B. Aminogruppen-, Epoxi- und/oder Hydroxylgruppen enthaltende Silane, wie 3-Aminopropyltris alkoxysilan, Epoxipropyltrisalkoxysilan, 3-Hydroxipropyltrisalkoxysilan sowie carboxylgruppenhaltige Silane genannt.

Als Komponente F) kommen vorzugsweise die Katalysatoren in Frage, die Kondensationsreaktionen beschleunigen. Besonders bevorzugt sind Katalysatoren für die Reaktion von Hydroxylgruppen in Silanolen bzw. für die Reaktion von Silanolen mit Alkoxy-Silangruppen, wie z. B. metallorganische Verbindungen des Zinns. Typische Beispiele für die Komponente F sind Dibutylzinndilaurat oder Dibutylzinndioctoat.

Die Komponente G) kann ebenfalls jeder Zusatzstoff der zur Herstellung von Lacken und Farben bekannt ist, sein, wie z. B. Füllstoffe und Pigmente, Glimmer, Lackadditive, wie Dispergier-, Verlauf-, Verdickungs-, Entschäumungs- und andere Hilfsmittel, Fungizide, Bakterizide, Stabilisatoren, Inhibitoren sowie Katalysatoren. G) kann aber auch ein Polymer oder ein Gemisch aus mehreren Polymeren sein, wie beispielsweise Cellulose, Polyether, Polyacrylate, Polyurethane, Weichmacher sowie verschiedene anorganische Harze.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen können als Komponente G) auch organische, metallorganische und/oder anorganische Korrosionsinhibitoren enthalten, wie z. B. Phosphorsäurederivate, diverse Amine, substituierte Benzoltri azole, Nitrosophthalsäuresalze, Talmin, Zinksalze organischer Stickstoffsäuren, wie z. B. Alcophor®827 der Firma Henkel), substituierte Phenole oder ähnliches oder auch Netzmittel.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind zudem Beschichtungsmischungen, erhältlich durch:

- Vorlegen von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% mindestens einer Komponente B) als wäßrige Dispersion,
- Einrühren von 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0.01 bis 0.5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0.1 bis 0.3 Gew.-% Netzmittel (Komponente G), 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 20 Gew.-% Komponente D) 20 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% mindestens einer Komponente C),
- anschließende Zugabe von 0.1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0.5 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-% mindestens eines reaktionsfähigen (Oligo)siloxans (Komponente E) und gegebenenfalls weiteren Kompo nenten G) unter Rühren und
- Zugabe von 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% mindestens einer Komponente A) und 0 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0.01 bis 0.5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0.1 bis 0.3 Gew.-% der Komponente F) sowie gegebenenfalls weiteren Kompo nenten G), wobei die Summe aller Komponenten G) 0 bis 5 Gew.-% beträgt, unter Rühren.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen, wonach in den erfindungsge mäßen Mengen

- die Komponente B) als wäßrige Dispersion vorgelegt wird,
- gegebenenfalls Netzmittel als Komponente G), gegebenenfalls nicht reaktive anorganische Pigmente, Füllstoffe und mindestens eine Kompo nente C) in die wäßrige Dispersion aus Komponente B) eingerührt werden und anschließend vorzugsweise 5 bis 60 Minuten verrührt werden,
- Komponente E) und gegebenenfalls weitere Komponenten G) unter Rühren zugegeben werden und anschließend mindestens eine Komponente A) und gegebenenfalls Komponente F) sowie gegebenenfalls weitere Komponenten G), wobei die Summe aller Komponenten G) 0 bis 5 Gew.-% beträgt, unter Rührt zudosiert werden.

Besonders bevorzugt werden die Beschichtungsmischungen nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren verbessert sowohl die Eigen schaften der Beschichtungen als auch auf die Qualität der Lacke/Farben, aus denen die erfindungsgemäßen Beschichtungen hergestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in den erfindungsgemäßen Mengen

1) wäßriges Kieselsol als Komponente B) vorgelegt, weiterhin werden
2) in der nachfolgenden Reihenfolge Netzmittel (Komponente G)), nicht reaktive anorganische Pigmente (Komponente D)) und Komponente C) unter Rühren zugegeben und anschließend 5 bis 60 min., bevorzugt 10 bis 30 min. intensiv dispergiert,
3) anschließend wird reaktionsfähiges (Oligo)silan aus 3-Aminopropyltris ethoxisilan (Komponente E)) und gegebenenfalls weitere Komponenten G) unter Rühren zugegeben und 5 bis 60 min., bevorzugt 10 bis 30 min. dispergiert und
4) schließlich Komponente A) und gegebenenfalls Katalysator (Komponente F)) und gegebenenfalls weitere Komponenten G), wobei die Summe aller Komponenten G) 0 bis 5 Gew.-% beträgt, zugegeben und 5 bis 60 min., bevorzugt 10 bis 30 min. gerührt.

Zur Herstellung der Dispersionen aus Komponenten A) bis F) werden die zu Herstellung von Lacken angewandten Methoden, wie Kugelmühlen und andere intensive Mischverfahren bevorzugt. Der Einsatz verschiedener Hilfsstoffe, insbesondere Dispergiermittel, wie Polyacrylsäurederivate, Polyphosphate, Phos phonocarbonsäurederivate ist bei der Herstellung dieser Beschichtungsmischungen bevorzugt. Zur Stabilisierung der erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme und deren Komponenten und zum Schutz vor Sedimentation können verschiedene organische und anorganische Verbindungen, wie beispielsweise Bentonite, Cellulosen, Polyacrylate oder Polyurethanverdicker, eingesetzt werden.

Die Dispersionen aus den erfindungsgemäßen Mischungen enthalten 20-90 Gew.-%, bevorzugt 40-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 50-70 Gew.-% Feststoff. Die wäßrige Phase kann gegebenenfalls organische Lösemittel enthalten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen aus den erfindungsgemäßen Beschichtungsmischungen, wobei die Beschichtungsmischungen auf das zu beschichtende Material aufgebracht, gegebe nenfalls bei Raumtemperatur vorgetrocknet und anschließend 1 bis 120 Minuten Temperaturen von 150 bis 750°C, vorzugsweise 150 bis 700°C ausgesetzt werden.

Vorzugsweise werden die Beschichtungsmischungen in Form einer wäßrigen Dispersion eingesetzt.

Als zu beschichtende Materialien können nahezu alle wärmebeständigen Stoffe eingesetzt werden, wie beispielsweise Stahl, Aluminium und auch andere Metalle und deren Legierungen, emaillierte Materialien sowie metallisch beschichtete Stähle. Diese Materialien können je nach Art und Anwendungszweck vorbehandelt oder unvorbehandelt eingesetzt werden. Eine etwaige Vorbehandlung kann nach allen bekannten Verfahren, wie beispielsweise der Strahlbehandlung, durchgeführt werden.

Das Aufbringen der erfindungsgemaßen Beschichtungsmischungen auf eine feste Unterlage erfolgt bevorzugt nach der Spritz-, Tauch-, Rollen- und Streichtechnik. Je nach Anforderungen können auf diese Weise Beschichtungen mit Schichtdicken von 5-300 µm, bevorzugt 10-150 µm, besonders bevorzugt 15-75 µm, hergestellt werden.

Die aufgetragenen Beschichtungsmischungen können auch bei höherer Temperatur vorgetrocknet werden. Die bei Raumtemperatur vorgetrockneten Beschichtungsmi schungen besitzen als Beschichtung auf der festen Unterlage bereits ausreichende mechanische Festigkeit, um transportiert, verformt und/oder anders gehandhabt zu werden. Die endgültigen anwendungstechnischen Eigenschaften werden jedoch erst nach thermischer Behandlung erreicht. Dabei kann entweder eine kurzzeitige Behandlung bei höherer Temperatur oder aber sinngemäß eine längere Behandlung bei tiefer Temperatur erfolgen. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 150 und 700°C, bevorzugt zwischen 200 und 600°C. Die Dauer der thermischen Behandlung kann zwischen 1-120 min, bevorzugt 5-60 min. betragen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zudem die Verwendung der er findungsgemäßen Beschichtungsmischungen zur wärmebeständigen Beschichtung von Öfen, Schalldämpfern, Industrieanlagen und wärmebelasteten Gegenständen beliebiger Art. Diese wärmebeständigen Beschichtungen stellen je nach vorheriger thermischer Behandlung weiche bis sehr harte Schichten dar und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften grundlegend von denen der eingesetzten Rohstoffe, da diese so gewählt wurden, daß sie je nach Temperaturbereich in unterschiedlichem Maße miteinander reagieren können. Das Eigenschaftsprofil der hergestellten Be schichtungen ist sehr stark von der gewählten Temperatur abhängig. Es ist daher möglich, über die Temperatur für jeden Anwendungsbereich maßgeschneiderte Beschichtungen herzustellen.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen zeichnen sich vor allem durch eine hohe Biege-, Temperatur- und Temperaturdifferenzbeständigkeit sowie Beständigkeit gegen Korrosion aus, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.

Ausführungsbeispiele

Folgende Substanzen werden in den Beispielen eingesetzt:

I) als Polysiloxane
Ia) 47%ige wäßrige Emulsion eines hydroxyfunktionellen Methylsiliconharzes der mittleren Zusammensetzung T₂₁₀D₂₃M₄ mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 12 000
II) als reaktive anorganische Füllstoffe:
IIa) 30%ige wäßrige kolloide Kieselsäuresuspension mit einer BET-Oberfläche von 100 m²/g und einem pH-Wert von 10
III) als Email:
IIIa) VP-AI 61-1167 M: Emailfritte der Firma Email Brügge
IIIb) AT 6115®: Emailfritte der Firma Email Brügge
IV) als Pigmente:
IVa) Bayferrox 303T®: Eisenoxidschwarz der Firma Bayer AG
IVb) Echtschwarz®: Spinellschwarz der Firma Bayer AG
V) als (Oligo)silan:
Va) Aminopropylsilan, 20%ig in Wasser
VI) als Katalysator:
VIa) 10%ige wäßrige Emulsion von Dibutylzinndilaurat
VII) als Verflüssiger:
VIIa) Bayhibit S®: Natriumsalz einer trifunktionellen Phosphoncarbon säure der Firma Bayer AG

Vergleichsbeispiel 1

Vorschrift zur Herstellung des Beschichtungsmaterials (Mengenangabe s. Tabelle 1, Prüfergebnisse, s. Tabelle 2):
Wasser wird vorgelegt und unter Rühren die Komponenten IIIb, IVa und IVb zü gegeben und mit dem Dissolver bei ca. 1000 upm gerührt. Anschließend wird die Komponente VII zugesetzt und weitere 60 Minuten bei 1800 upm gerührt. Diese wäßrige Slurry wird dann den vorgemischten Komponenten I und IIa zugefügt. Anschließend wird die Mischung 10 Minuten bei 1800 upm gerührt.

Beispiel 1a (erfindungsgemäß)

Herstellverfahren wie Vergleichsbeispiel 1, jedoch mit der in Tabelle 1 angegebe nen Zusammensetzung, Prüfergebnisse, siehe Tabelle 2):

Beispiele 2a bis 2g

Allgemeine Vorschrift zur Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmate rials (Mengenangaben s. Tabelle 1, Prüfergebnisse siehe Tabelle 2):

1) die Komponente IIa wird vorgelegt, weiterhin werden
2) in der nachfolgenden Reihenfolge Komponente VII, die Komponenten IV und die Komponente III unter Rühren zugegeben und anschließend 20 Minuten intensiv bei ca. 3000 upm dispergiert,
3) anschließend wird die Komponente IIb unter Rühren zugegeben und 20 Minuten dispergiert,
4) schließlich werden Komponente I und Komponente VI zugegeben und weitere 20 Minuten gerührt.

Tabelle 1

Einwaage der Komponenten

(Angaben in Gewichtsanteilen)

Tabelle 2

Prüfergebnisse

Meßgrößen und Testbedingungen zur Beurteilung wärmebeständiger Beschichtungen Temperaturbelastung

Meßgröße ist der abgeplatzte Filmteil in % nach thermischer Behandlung bei festgesetzter Zeit und Temperatur.

Temperaturschocktest

Die beschichtete und vorgetrocknete Platte wird 1 Stunde einer Temperatur von 600°C ausgesetzt und anschließend direkt in 20°C kaltem Wasser abgeschreckt. Meßgröße: Abgeplatzter Filmteil in %.

Salzsprühtest

Meßgröße: Rostwert nach DIN 53 210, dabei werden die Vergleichsbeispiele und andere Beschichtungen, die nach thermischer Belastung bereits Platzstellen zeigten, nicht geprüft. Die Meßwerte bedeuten dabei:

Claims

1. Beschichtungsmischungen, enthaltend im wasserfreien Zustand

A) 20 bis 40 Gew.-% mindestens eines Polysiloxans,
B) 2 bis 20 Gew.-% mindestens eines reaktiven anorganischen Füllstoffs,
C) 20 bis 40 Gew.-% mindestens eines als Schmelze filmbildenden anorganischen Materials sowie gegebenenfalls
D) 0 bis 40 Gew.-% eines Pigmentes und/oder unreaktive Füllstoffes oder eines Gemisches aus mehreren unreaktiven Füllstoffen und/oder Pigmenten,
E) 0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines reaktionsfähigen (Oligo)silans,
F) 0 bis 1 Gew.-% mindestens eines Katalysators sowie
G) 0 bis 5 Gew.-% eines weiteren Zusatzstoffes oder eines Gemisches aus mehreren Zusatzstoffen,

wobei die Summe der Komponenten A) bis G) 100% beträgt.

2. Beschichtungsmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A) mindestens ein hydroxy- und/oder alkoxyfunktionelles Polysiloxan ist, welches mit Wasser oder anderen Lösemitteln im Gemisch mit Wasser Emulsionen ausbildet.

3. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der reaktive anorganische Füllstoff B) kolloidale Kiesel säure in Form eines Kieselsols, Alkali-Wassergläser in wäßriger Lösung oder in fester Form, Alkylsilikonat, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus diesen Verbindungen ist.

4. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der reaktive anorganische Füllstoff B) kolloidales Kieselsol mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 60 Gew.-% und/oder ein Alkali-Wasserglas mit einem Verhältnis Me₂O : SiO₂< 1 : 2 ist.

5. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das als Schmelze filmbildende anorganische Material C) mindestens ein Email und/oder ein niedrigschmelzendes Glas ist.

6. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktionsfähige (Oligo)silan E) ein (Teil)hydro lysat von 3-Aminopropyl-, 1,2-Epoxipropyl und/oder 3-Hydroxipropyltris alkoxysilan ist.

7. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Zusatzstoffe G) vorzugsweise Pigmente, Eisenoxide und/oder Glimmer sind.

8. Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an F) mindestens 0,05 Gew.-% beträgt.

9. Beschichtungsmischungen, erhältlich durch

- Vorlegen von 5 bis 20 Gew.-% mindestens einer Komponente B) als wäßrige Dispersion
- Einrühren von 0 bis 5 Gew.-% Netzmitteln als Komponente G), 0 bis 40 Gew.-% Komponente D) und 20 bis 40 Gew.-% mindestens einer Komponente C) unter Rühren und vorzugsweise anschlie ßendes 5 bis 60 minütiges Rühren
- anschließende Zugabe von 0.1 bis 10 Gew.-% mindestens einer Komponente E) gegebenenfalls weiterer Komponenten G) unter Rühren und
- Zugabe von 20 bis 40 Gew.-% mindestens einer Komponente A) und 0 bis 1 Gew.-% der Komponente F) sowie gegebenenfalls weiteren Komponenten G), wobei die Summe aller Komponenten G) 0 bis 5% beträgt, unter Rühren.

10. Verfahren zur Herstellung von Beschichtungsmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- 5 bis 20 Gew.-% mindestens einer Komponente B) als wäßrige Dispersion vorgelegt wird,
- 0 bis 5 Gew.-% Netzmittel, 0 bis 40 Gew.-% Komponente D) und 20 bis 40 Gew.-% mindestens einer Komponente C) in die wäßrige Dispersion aus Komponente B) eingerührt werden,
- 0.1 bis 1 Gew.-% mindestens einer Komponente E) und gege benenfalls weitere Komponenten G) unter Rühren zugegeben werden und
- anschließend 20 bis 40 Gew.-% mindestens einer Komponente A) und 0 bis 1 Gew.-% der Komponente F) und 0 bis 5 Gew.-% der Komponente G), wobei die Summe aller Komponenten G) 0 bis 5 Gew.-% beträgt, unter Rühren dosiert werden.

11. Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen aus Beschichtungsmischun gen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf das zu beschichtende Material aufgebracht, gegebenenfalls bei Raumtemperatur vorgetrocknet und anschließend 1 bis 120 Minuten Temperaturen von 150 bis 750°C ausgesetzt werden.

12. Verwendung der Beschichtungsmischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur wärmebeständigen Beschichtung von Öfen, Schalldämpfern, Industrieanlagen und wärmebelasteten Gegenständen beliebiger Art.