DE19623962C5

DE19623962C5 - Verwendung von Einkomponenten-Elektrotauchlacken zur Beschichtung von metallischen, elektrisch leitfähigen Schüttgütern in einer kontinuierlichen Durchlauf-Beschichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19623962C5
Application number: DE1996123962
Authority: DE
Original assignee: Ewald Doerken AG
Current assignee: Ewald Doerken AG
Priority date: 1996-06-15
Filing date: 1996-06-15
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2016-06-16
Also published as: DE19623962C2; DE19623962A1; DE19655362B4

Abstract

Verwendung von unverdünnten Einkomponenten-Elektrotauchlacken, bestehend aus
– Bindemitteln,
– Pigmenten,
– Füllstoffen aus der Gruppe der Aluminiumsilikate und der Magnesiumsilikate unterschiedlicher chemischer Struktur sowie Siliciumdioxid und Kaolin, einzeln oder in Kombination,
– Additiven,
– geringen Mengen Lösemittel sowie
– als Lösemittel Wasser und
– Neutralisationsmittel,
wobei diese unverdünnten Lacke Festkörper von 40 bis 80 Gew.-% und Füllstoff in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% im unverdünnten Lack aufweisen, nach anschließender Verdünnung mit Wasser auf Verarbeitungsfestkörper von 8 bis 25 Gew.-% zur Beschichtung von metallischen; elektrisch leitfähigen Schüttgütern in einer kontinuierlichen Durchlauf-Beschichtungsvorrichtung.

Description

Elektrotauchlacke werden in der industriellen Beschichtungstechnik dort eingesetzt, wo metallisch leitfähige Substrate in hohen Stückzahlen lackiert werden. Das Verfahren beruht darauf, daß in einem Lackbecken die als Anode- bzw. Kathode geschalteten Werkstücke mit Lack beaufschlagt werden. Am Werkstück findet hierbei eine Neutralisation des in Lösung befindlichen Lacksystems und ein Niederschlag auf der Elektrode statt.
Das Verfahren bewährt sich insbesondere zur Beschichtung von Metallartikeln in hohen Stückzahlen. Durch die elektrische Abscheidung können dünne porenfreie Schichten erzielt werden.
Neben den bekannten Anwendungen in der Beschichtung von Automobilkarossen sind eine Reihe von Beschichtungen bekannt die zur Oberflächenveredlung von industriellen Gütern dienen, Beispiele hierfür sind Stahlfelgen, Radiatoren, Hausgeräte und viele andere mehr.
Üblicherweise werden die Teile in automatischen Anlagen in einer Aufhängung, die die Kontaktierung mit der elektrischen Spannung sicherstellt, dem Lackierbecken zugeführt.
Nach der Abscheidung passieren die abgeschiedenen Lackfilme einen Einbrennofen, in dem der abgeschiedene flüssige Film zu festen, duroplastischen Filmen vernetzt wird.
Die eingesetzten Lacke bestehen grundsätzlich, wie alle Lackmaterialien, aus Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und geringen Mengen Lösemitteln sowie als Lösemittel Wasser und Neutralisationsmittel.
Von entscheidender Bedeutung sind normalerweise die Bindemittel. Diese bestimmen in ihrer Zusammensetzung Abscheidung, Umgriff, Spannungsstabilität, Korrosionsschutz, Vernetzung etc. Man unterscheidet nach Abscheidung des Lackes an der Anode anodische Tauchlacke (ATL) und an der Kathode kathodische Tauchlacke (KTL). Die Löslichkeit in Wasser wird bei den Bindemitteln üblicherweise z. B. durch Verwendung von Caboxylgruppen (ATL) oder Aminogruppen (KTL) sichergestellt. Da die Abscheidung mit Hilfe des elektrischen Spannungsfeldes sichergestellt wird, genügen geringe Konzentrationen bzw. Lackfestkörper. Bei der Verabscheidung verarmt die Umgebung der Elektrode an Lack, die Nachlieferung des Lackmaterials aus dem wässerigen Tauchbecken erfolgt durch Diffusion. Entsprechend dem verbrauchten Lackmaterial wird durch Nachfüllware der Badfestkörper auf konstantem Niveau gehalten. Die neben den Bindemitteln verwendeten Lackbestandteile Pigmente, Füllstoffe und Additive haben ähnliche Bedeutung wie in allen anderen Lackanwendungen, wobei insbesondere die Verwendung von Füllstoffen in Elektrotauchlackanwendungen nur in geringem Umfang verwirklicht wird, da die Eigenschaften des Lackfilms im wesentlichen durch die Eigenschaften des verwendeten Bindemittels im Hinblick auf physikalisch-technologische Werte und das Verhalten bei der Abscheidung dargestellt werden.
Da im Allgemeinen dünne Lackfilme mit Schichtdicken von 35 μm und weniger aufgebracht werden, und üblicherweise zur Erzielung gleichmäßiger dünner Schichten geringe Badfestkörper verwendet werden, verbietet sich die Verwendung von großen Füllstoffmengen. Der Stand der Technik mit der Verwendung großer Badvolumina, geringer Festkörper und Spezifikationen, die insbesondere durch bestimmte Bindemittelkombinationen erzielbar werden, verbietet die Verwendung von größeren Mengen Füllstoff im Lack, da hierdurch z. B. das Absetzverhalten des verdünnten Badansatzes negativ beeinflusst würde,
Aus der DE 39 38 883 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten elektrisch leitfähiger Substrate sowie ein katodisch abscheidbarer wässriger Tauchlack bekannt. Es wird dabei wässriger Tauchlack eingesetzt, der 1 bis 15 Gew.-% Ruß und/oder Graphit und bis zu 12 Gew.-% Zinkpulver oder Zink-Flakes enthält, wobei die Gew.-% Angaben auf die im Elektrotauchlack enthaltene Gesamtmenge an Bindemittel und Vernetzungsmittel bezogen ist.
Hierdurch wird ein Verfahren bzw. eine Lackierung zur Verfügung gestellt, die auch ohne oder mit vermindertem Einsatz von blei- und/oder chromhaltigen Pigmenten einen guten Korrosionsschutz bietet.
Bei einem solchen Verfahren, bzw. bei einem solchen Elektrotauchlack wird wiederum Bindemittel und Vernetzungsmittel in einem Gesamtanteil in der Größenordnung von 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht eingesetzt.
Aus der DE 39 42 766 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten elektrisch leitfähiger Substrate sowie ein entsprechender wässeriger Lack und eine Verwendung eines derartigen Lackes angegeben. Es wird dort auch die Verwendung einer Pigmentpaste angegeben, die neben den Pigmenten auch noch Füllstoffe und Netzmittel enthalten kann. Ein solcher Tauchlack ist beispielsweise zur Beschichtung von Automobilteilen oder dergleichen geeignet und bestimmt, wobei insbesondere eine hohe Steinschlagfestigkeit erreicht wird. Diese Wirkung tritt aber erst nach dem Aushärten der Beschichtung auf, so dass bei der Beschichtung von Kleinteilen dennoch ein Klebeeffekt der beschichteten Teile aneinander resultiert sowie auch Schäden an einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung selbst, wobei auch beim Überrollen der Teile Beschädigungen der Beschichtung vorkommen. Zudem können die beschichteten Teile im Aushärteofen aneinander kleben.
Die Verwendung des Elektrotauchlackverfahrens für Kleinteil (metallische Schüttgüter) verbietet sich in der industriellen Praxis dadurch, dass der Aufwand zur Aufhängung (elektrische Kontaktierung) der Kleinteile in keinem Verhältnis zu den dadurch entstehegden Kosten pro Teil steht. Aus diesem Grunde hat die Beschichtung von Kleinteilen erst zögernd Einzug in die industrielle Lackiertechnik gefunden.
Es sind Verfahren bekannt, mit denen Kleinteile im Durchlaufverfahren beschichtet werden, z. B. das der archimedischen Schraube, in der eine kontinuierliche Beschichtung im Elektrotauchlackverfahren von Kleinteilen möglich ist. Die Teile werden nicht einzeln aufgehängt, sondern in einem Schneckenförderer durch das Lackbecken geführt Eine derartige Vorrichtung ist in der EP 0 627 022 B1 beschrieben.
Der elektrische Kontakt wird hier durch einzelne elektrische Kontakte und die gegenseitige Kontaktierung der Teile in der Schüttung durchgeführt. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist die Möglichkeit, in kurzen Zeiträumen große Mengen von Kleinteilen kontinuierlich zu beschichten. Im Anschluß an die kontinuierliche Teilbeschichtung werden die Teile als Schüttgut in einem Durchlaufofen, auf einem Ofenband aufgeschüttet, der Einbrennung und Aushärtung des Lackfilmes zugeführt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sowohl im Durchlaufautomaten als auch im Einbrennofen die Teile gegenseitig kontaktieren und durch die Überwälzung der Teile und den gegenseitigen Kontakt von Lackfilm gegen Lackfilm sowohl Beschädigungen der Lackfilme, als auch beim Einbrennen ein Verkleben der Lackfilme beim Viskositätsabfall während des Einbrennprozesses und anschließende Fixierung durch die Vernetzung auftreten. Eine breite Verwendung dieses Verfahrens ist daher nur möglich, wenn der Anteil der Beschädi gungen des abgeschiedenen Lackfilms sowie der Beschädigungen und Verklebungen während des Einbrennens minimiert werden.
Um dieses zu erreichen, schlägt die Erfindung die in den Patentansprüchen angegebene Lösung vor. Es zeigt sich, daß entgegen dem Stand der Technik die Verwendung von größeren Mengen Füllstoffen in den eingesetzten Elektrotauchlacken die oben beschriebenen Beschädigungen der Lackfilme deutlich auf ein tolerierbares Maß herabsenken.
Den gewünschten Effekt ergeben Füllstoffe mit mittleren Korngrößen von 0,2–2 μm, vorzugsweise 0,3–0,7 μm, entsprechend 1–20%, vorzugsweise 2–10% der Schichtdicken des abzuscheidenden Films, die Dichten der Füllstoffe liegen zwischen 1,5 und 4,5 entsprechend vorzugsweise 1,6–3,5 g/cm³.
Ebenso beeinflußt die Art des Füllstoffes ganz wesentlich den positiven Effekt als sogenannter Abstandhalter sowie das Verhalten im Absetzen im Lackbecken. Es wurde festgestellt, daß insbesondere die Verwendung von strukturbildenden Füllstoffen, z. B. von Aluminiumsilikaten, Magnesiumsilikaten unterschiedlicher chemischer Struktur sowie Siliziumdioxid und Kaolin, einzeln oder in Kombination, in bestimmten Korngrößenverteilungen, wie oben beschrieben, deutliche Verbesserungen in Oberflächenbeschädigungen bzw. -verklebungen ergibt.
Die beschriebenen unverdünnten Lackmaterialien beim Einsatz als IK-System weisen Festkörper von 40–80%, vorzugsweise 50–75% auf und werden für die Verarbeitung mit Wasser auf Verarbeitungsfestkörper von 8–25%, vorzugsweise 10–30%, verdünnt (alle % Angaben in Gewichtsprozent).
Die erfindungsgemäßen Mengen Füllstoff sind 10 bis 25%, im unverdünnten Lack, vorzugsweise 15–23%.
Als weiteres Maß für die Höhe des Füllgrades im unverdünnten Lackmaterial dient die Pigmentvolumenkonzentration PVK. Die üblichen, dem Stand der Technik entsprechenden PVK sind < 10.
Die erfindungsgemäß verwendeten Pigment-Volumen-Konzentrationen liegen zwischen 10,0 und 40, vorzugsweise zwischen 12–35.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen typischen Rezepturen, die dem Stand der Technik entsprechen. Beispiel 1: Eine anodische Tauchlackrezeptur und Beispiel 2: eine kathodische Tauchlackrezeptur.
Beispiele 3 und 4 zeigen entsprechende Rezepturen für anodische und kathodische Abscheidung mit Bindemittel-Füllstoff-Verhältnissen wie sie der Erfindung entsprechen, in denen beschädigungsarme schwarze Elektrolackierungen von Kleinteilen durchgeführt wurden.
Beispiel 1

53,0% Resydrol SWY 326
20,0% Cymel 1130
5,5% Amin-Lösung
8,0% Iso-Butanol
5,0% Talkum
2,0% Farbruss
6,5% Wasser
PVK = 5,0

Beispiel 2

46,5% E45K Luhydran
10,0% Cymel 1130
8,0% Iso-Butanol
1,2% Essigsäure
5,0% Talkum
2,0% Iso-Decanol
25,3% Wasser
2,0% Farbruss
PKV = 7,1

Beispiel 3

43,5% Resydrol SWY 326
12,0% Cymel 1130
5,5% Amin-Lösung
8,0% Iso-Butanol
2,0% Farbruss
15,0% ASP 600
7,5% mod. synth. Wachs
6,5% Wasser
PVK = 13,1

Beispiel 4

32,3% E45K
7,0% Cymel 1130
8,0% Iso-Butanol
1,2% Essigsäure
2,0% Farbruss
15,0% ASP 600
7,5% mod. synth. Wachs
27,0% Wasser
PVK = 18,5

Dabei bedeuten:
Bindemittel

Resydrol SWY 326: Acrylharz
Luhydran E 45 K: Kondensationsprodukt aus Expoxidharz und aliphatischem Amin

Härter

Cymel 1130: Methylierter, butylierter Melamin-Formaldehyd Vernetzer

Neutralisationsmittel

Amin-Lösung: 2-Dimethylamino-Ethanol
Essigsäure: CH₃COOH

Pigment (Farbgebung)

Farbruß: Kohlenstoff, armoph
Füllstoff:
Talkum: Magnesiumsilikathydrat
ASP 600: Aluminim-Hydro-Silikat
Mod. synthetischer Wachs: Polyethylen /halogenierter Kohlenwasserstoff

Lösemittel

Iso-Butanol: 2-Methylpropanol-1
Iso-Decanol: Isomergemisch aus C10H21OH
Wasser: H₂O.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäß verwendeten Elektrotauchlackes sind, daß die Füllstoffzugabe den Klebeeffekt der zu beschichtenden Teile aneinander vermindert und auch Schäden in der Beschichtungsvorrichtungs, insbesondere Trommel etc. weitgehend mindert
Zudem wird das Aneinanderkleben der beschichteten Teile im Aushärteofen weitgehend unterbunden. Auch mechanische Beschädigungen der beschichteten Teile durch Überrollen oder dergleichen in der Trommel werden durch den hohen Füllstoffanteil vermieden.

Claims

Verwendung von unverdünnten Einkomponenten-Elektrotauchlacken, bestehend aus – Bindemitteln, – Pigmenten, – Füllstoffen aus der Gruppe der Aluminiumsilikate und der Magnesiumsilikate unterschiedlicher chemischer Struktur sowie Siliciumdioxid und Kaolin, einzeln oder in Kombination, – Additiven, – geringen Mengen Lösemittel sowie – als Lösemittel Wasser und – Neutralisationsmittel, wobei diese unverdünnten Lacke Festkörper von 40 bis 80 Gew.-% und Füllstoff in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% im unverdünnten Lack aufweisen, nach anschließender Verdünnung mit Wasser auf Verarbeitungsfestkörper von 8 bis 25 Gew.-% zur Beschichtung von metallischen; elektrisch leitfähigen Schüttgütern in einer kontinuierlichen Durchlauf-Beschichtungsvorrichtung.
Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoff in einer Menge von 15 bis 23 Gew.-% enthalten ist.
Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffe mit einer mittleren Korngröße von 0,2 bis 2 μm eingesetzt sind.
Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffe mit einer mittleren Korngröße von 0,3 bis 0,7 μm eingesetzt sind.
Elektrotauchlack nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der Füllstoffe 1 bis 20% der Schichtdicke des abzuscheidenden Lackfilms entspricht.
Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der Füllstoffe 2 bis 10% der Schichtdicke des abzuscheidenden Lackfilms entspricht.
Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Füllstoffe zwischen 1,5 und 4,5 g/cm³ liegt.
Elektrotauchlack nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Füllstoffe zwischen 1,6 und 3,5 g/cm³ liegt.
Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentvolumenkonzentration zwischen 10 bis 40 Vol% liegt.
Elektrotauchlack nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentvolumenkonzentration 65 zwischen 12 und 35 Vol% liegt.
Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel carboxylhaltige oder aminogruppenhaltige Verbindungen eingesetzt sind.
Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Lack Festkörper in der Größenordnung von 50 bis 75 Gew.-% aufweist.
Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Lack auf Verarbeitungsfestkörper von 10 bis 20 Gew.-% verdünnt ist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei als Durchlaufbeschichtungsvorrichtung eine Trommel verwendet wird.