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Die Erfindung betrifft einen Beschichtungsstoff
für mit
Restrost behaftete Oberflächen
auf Basis luftfeuchtigkeitshärtender
prepolymerer Isocyanatverbindungen und damit nicht verträglicher Öle.
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Bekannt sind eine Vielzahl von Beschichtungsstoffen,
die zur Anwendung auf korrodierten Stahl- und Eisenwerkstoffen vorgesehen
sind. Diese spielen insbesondere bei Instandhaltungsbeschichtungen
eine große
Rolle, da es nicht immer möglich ist,
vor dem Beschichten metallisch blanke Untergründe zu erzeugen. Das heißt, in der
Praxis muß bei Wiederholungsbeschichtungen
von inhomogenen Untergründen
ausgegangen werden. Die aufzubringende Grundierung muß also gleichermaßen auf
metallisch blanken Flächen,
auf Flächen
mit Restrost und auf Altbeschichtungen verschiedenster Art hervorragend
haften und optimalen Korrosionsschutz gewährleisten. Zu dem muß Übersteichbarkeit
mit den vorgesehenen Zwischen- und Endbeschichtungen gewährleistet
sein.
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Trotz eines breiten Angebotes an
Beschichtungsstoffen für
mit Restrost behaftete Oberflächen besteht
Bedarf an geeigneteren Beschichtungsstoffen. Zum einen wird eine
Leistungsfähigkeit
der Beschichtungsstoffe angestrebt, die einem Vergleich mit Beschichtungen
standhält,
die auf rostfreien Untergründen
aufgebracht werden. Zum anderen ist es vordringliches Ziel, umweltfreundliche
Beschichtungsstoffe zu verwenden, die keine toxischen Pigmente und
möglichst
wenig flüchtige
organische Komponenten enthalten.
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Bekannte Beschichtungsstoffe haben
Vor- und Nachteile und können
grob wie folgt gegliedert werden:
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1. Bleimennige Grundierungens
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Nachteile:
- – Toxische
Inhaltsstoffe
- – Lange
Trockenzeit
- – Eingeschränkte Überstreichbarkeit
- – Witterungsabhängige Verarbeitung
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Vorteile:
- – Hervorragende
Schutzwirkung
- – Gutes
Eindringvermögen
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2. Rostumwandler
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Nachteile:
- – Rostumwandlung
erfolgt nur im Ausnahmefall stöchiometrisch
- – Eingeschränkte Überstreichbarkeits
- – Witterungsabhängige Verarbeitung
- – zum
Teil hoher Lösemittelgehalt
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Vorteile:
- – Bedingt
gute Schutzwirkung
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3. Leinölhaltige
Grundierungen
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Nachteile:
- – sehr lange
Trockenzeit
- – Eingeschränkte Überstreichbarkeit
- – Witterungsabhängige Verarbeitung
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Vorteile:
- – herovorragendes
Eindringvermögen
- – gute
Schutzwirkung
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4. 1K-PUR-Grundierungen
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Nachteile:
- – hoher
Lösemittelgehalt
- – Problematisches
Ablaufverhaltens
- – eingeschränkte Verträglichkeit
mit Altanstrichen
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Vorteile:
- – hervorragende
Schutzwirkung
- – witterungsunabhängige Verarbeitung
(Winterbau)
- – uneingeschränkte Überstreichbarkeit
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In der Erfindungsbeschreibung
DE-OS 35 31 370 wird
ein Lacksystem für
eine korrosions- und schlagfeste
Lackierung beschrieben. Dabei basiert die Grundierung auf Epoxidharz/Polyisocyanat,
Epoxidharz/Polyamin oder auf feuchtigkeitshärtendem höhermolekularem Polyisocyanat,
Zinkstaub und Lösemittel.
Dieses Lacksystem ist nicht speziell für rostige Untergründe vorgesehen
und enthält
zudem flüchtige
organische Lösemittel.
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Ein lösemittelfreier Korrosionsschutzlack wird
im Patent
DE 195 07 832 beschrieben.
Dieser wird auf entrosteten Stahl aufgetragen und besteht als Zweikomponentenlack
aus Flüssig-Epoxid, wäßriger Aminvernetzeremulsion
und alkalischem Korrosionsschutzpigment, Aluminosilikat oder Ferrit.
Abgesehen von der Notwendigkeit, den Lack nur auf entrosteten Untergründen anzuwenden,
sind auf Grund des Wassergehaltes bei der Verarbeitung bekannte
Schwierigkeiten bei diesem Korrosionsschutzlack zu erwarten. Temperaturen
unter dem Gefrierpunkt oder relative Luftfeuchte über 85 Prozent beeinflussen
die Filmbildung negativ.
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Ferner wird in
DE 38 06 350 eine Korrosionsbeschichtungsmasse
für Stahl,
insbesondere für
Bewehrungsstahl in Beton beschrieben. Diese Beschichtungsmasse enthält ökologisch
bedenkliche und toxische Inhaltsstoffe und besteht aus den Mischungskomponenten
Leinöl,
Holzöl,
Standöl,
Kalziumstearat, Aluminiumsilikat, Bleimennige, geblasenes Bitumen,
n-Butanol, Cobaltnaphthenat, Lösungsmittel.
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Ein lösemittelfreies, rostverhinderndes
Material wird in der Patentschrift
DE
30 04 741 beschrieben, ist aber nicht für rostige Untergründe vorgesehen.
Es besteht aus zwei Komponenten, wobei Komponente A ein sprühbarer Bestandteil
ist, der im wesentlichen ein flüssiges
Epoxidharz und ein flüssiges Polycarbonsäureanhydrit
enthält.
Komponente B besteht im wesentlichen aus einer primären oder
sekundären
Aminoverbindung und einem Härtungsbeschleuniger.
Mindestens eine der Komponenten enthält ein nichtreaktives Epoxidharz-Verdünnungsmittel.
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Obwohl dem Korrosionsschutz in den
entwickelten Industriestaaten ökonomisch
betrachtet ein hoher Stellenwert zugeordnet wird, stehen für den Instandhaltungsbereich
noch keine Rostbehandlungsmittel zur Verfügung, die folgenden Anforderungen gleichzeitig
umfassend gerecht werden:
- 1. Ökologische
Unbedenklichkeit.
- 2. Ausgezeichnete Schutzwirkung auf mit Restrost belegten und
metallisch blanken Untergründen.
- 3. Gute Verarbeitbarkeit.
- 4. Universelle Verträglichkeit
mit Altanstrichen.
- 5. Überstreichbarkeit
mit allen üblichen
Beschichtungssystemen.
- 6. Witterungsunabhängige
Applikation.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, einen Beschichtungsstoff zu schaffen, der sich im Instandhaltungsbereich
als Grundierung auf mit Restrost behafteten Stahl- und Eisenwerkstücken eignet, ökologisch
unbedenklich ist und eine gute Verträglichkeit mit vorhandenen Altanstrichen
und eine gute Kompatibilität
zu üblichen
Beschichtungssystemen aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen
Beschichtungsstoff gelöst,
der aus einer Komponente B aus feuchtigkeitshärtenden, prepolymeren Isocyanatverbindungen
und einer damit unverträglichen Ölkomponente
A, die gegebenenfalls Pigmente, Reaktiverdünner und Hilfsstoffe enthält, besteht und
die Komponenten A und B erst vor der Verarbeitung miteinander vermischt
werden.
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Die ölhaltige Komponente A enthält im wesentlichen Öle pflanzlichen
Ursprungs, und zwar Leinöl
oder Rüböl oder Ricinusöl oder Mischungen davon.
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Die Komponente B enthält feuchtigkeitshärtende,
prepolymere Isocyanatverbindungen aus den Monomeren Toluendiisocyanat
(TDI) und/oder Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und/oder Hexamethylendiisocyanat
(HDI) und/oder Isophorondiisocyanat (IPDI).
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Erfindungsgemäß ist der Beschichtungsstoff bezogen
auf die Gesamtzusammensetzung, wie folgt zusammengesetzt:
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Komponete A:
5 bis 50 Gewichtsprozent Öl
0
bis 40 Gewichtsprozent Pigmente und Extender
0 bis 20 Gewichtsprozent
Reaktiverdünner
0
bis 5 Gewichtsprozent Hilfsstoffe
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Komponente B:
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10 bis 95 Gewichtsprozent feuchtigkeitshärtende prepolymere
Isocyanatverbindungen.
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Wenn Mischungen aus Öl und feuchtigkeitshärtende prepolymere
Isocyanatverbindungen trübe Flüssigkeiten
ergeben, ist dies ein Hinweis auf Inhomogenität der Mischungen und damit
auf Unverträglichkeit
der Komponenten. Überraschenderweise
zeigen diese unverträglichen
Bindemittelmischungen hervorragende Eigenschaften auf rostigen Untergründen.
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Vermutlich basiert die gute Haftung
des erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffes
auf der Inhomogenität
der Bindemittelmischung bzw. Mischungslücken der verschiedenen Bindemittel.
Wahrscheinlich härtet
die PUR-Komponente der Mischung relativ schnell mit Luftfeuchtigkeit
bzw. mit Wasser aus dem Rost des Untergrundes und sichert gute Überstreichbarkeit
und mechanische Festigkeit des Beschichtungsstoffes. Die Öl-Komponente
der Mischung hat vermutlich auf Grund einer relativ langsamen Trocknung
genügend
Zeit, in die Poren des Rostes bis zum festhaftenden Untergrund zu
gelangen.
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Die Viskosität der Mischung kann gegebenenfalls
mit sogenannten Reaktivverdünnern,
die beim Aushärtungs-
und Trocknungsprozeß mit
in die Bindemittelmatrix eingebaut werden, eingestellt werden. Damit
wird eine Emission organischer Lösemittel
praktisch vermieden.
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Mit bekannten nichttoxischen Korrosionsschutzpigmenten,
farbgebenden Pigmenten und Extendern können die typischen lacktechnischen
Eigenschaften pigmentierter Grundbeschichtungen formuliert werden.
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Übliche
Hilfsstoffe, wie Sikkative, Verlaufmittel, Antiabsetzmittel, Korrosionsinhibitoren,
Entschäumer,
Hautverhinderungsmittel, Netzmittel, Thixotropiermittel, Stabilisatoren
können
der Gestaltung optimaler Eigenschaften dienen.
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Anhand nachfolgender Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher
beschrieben werden.
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Ausführungsbeispiel 1
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Der Beschichtungsstoff ist wie folgt
zusammengesetzt, die Gewichtsteile sind auf das Gesamtsystem bezogen: Komponente
A
| 19,5 Leinöl | (Riesaer Ölwerke GmbH, Riesa) |
| 5,0 Zinkphosphat PZ 20 | (Nordmann Rassmann GmbH & Co., Hamburg) |
| 19,5 Millicarb | (OMYA GmbH, Köln) |
| 0,5 Gasruß Orga S | |
| 5,0 Talkum AT 1 | (Norwegian Talk Minerals) |
| 8,9 Zoldine RD 20 | (Angus Chemie GmbH, Ibbenbühren) |
| 0,1 Additol XL 270 | (Vianova Resins GmbH, Mainz-Kastel) |
| 2,5 Zusatzmittel OF | (Bayer AG, Leverkusen) |
Komponente
B
| 39,0 Desmodur E 23 | (Bayer AG, Leverkusen) |
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Die Komponenten A und B werden bis
zur Verarbeitung getrennt aufbewahrt und erst vor der Verarbeitung
miteinander gemischt.
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Die Mischung erfolgt zweckmäßigerweise durch
sorgfältiges
Einrühren
der Komponente B in die Komponente A im vorgeschriebenen Mischungsverhältnis. Das
Mischungsverhältnis
der Komponenten A und B ist gegenüber herkömmlichen zweikomponentigen
Beschichtungsstoffen variabler, d.h. Qualitätsmängel aus Mischungsfehlern sind
weitgehend ausgeschlossen.
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Nachfolgende Tabelle gibt die wesentlichen Eigenschaften
des Beschichtungsstoffes nach Ausführungsbeispiel 1 wieder. Tabelle
1 Eigenschaften
des flüssigen
Beschichtungsstoffes
| Verstreichbarkeit | gut |
| Verträglichkeit
mit Altanstrichen | sehr gut |
| Topfzeit | > 4
h |
| Kornfreiheit nach DIN ISO 1524 | 5 μm |
| Überarbeitbar | nach 1 d |
| Lagerstabilität der Komponenten | > 6
Monate |
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Eigenschaften
der Beschichtungsfilme im System
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Basis bildete ein Jahr lang freibewitterter kaltgewalzter
Stahl ST 1203, der lediglich mittels einer Kunststoffbürste von
losem Rost befreit wurde. Das untersuchte System bestand aus folgenden Schichten:
- 1. Schicht: Beschichtungsstoff nach Ausführungsbeispiel
1 Pinselauftrag, ca 40 μm
Trockenschicht
- 2. Schicht: AK-Deckbeschichtung Pinselauftrag, ca 40 μm Trockenschicht
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Die beschichteten Proben wurden unterschiedlich
belastet.
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Zyklisch wechselnde Belastung
nach VDA-Prüfblatt 621-415
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Ein Zyklus umfaßt
- – 1d Salzsprühnebel nach
DIN 50021-SS
- – 4
d Kondenswasser-Wechselklime nach DIN 50017-KFW
- – 2
d Raumtemperatur 18 °C – 28 °C nach DIN 50014
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Belastung im Kondenswasser-Wechselklima
nach DIN 50017-KFW
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Ein Zyklus umfaßt
- – 8 h 40 °C, 100 %
relative Luftfeuchte
- – 16
h 18 °C – 28 °C, max. 75
% Luftfeuchte
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Belastung im Kondenswasser-Wechselklima
mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre nach DIN 50018-KFW O.2S
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Ein Zyklus umfaßt
- – 8 h 40 °C, 100 %
relative Luftfeuchte mit 0,067 Vol. % SO2
- – 16
h 18 °C – 28 °C, max. 75
% relative Luftfeuchte
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Die Ergebnisse der Kennwerte nach
der Belastung sind nachfolgend aufgeführt. Gitterschnitt-Kennwerte
nach DIN EN ISO 2409 (ohne Klebebandabriß / mit Klebebandabriß)
| Ausgangswert | 0/1–2 |
| 6 Zyklen VDA 621-415 | 0/2 |
| 15 Zyklen KFWDIN 50017 | 0/2 |
| 40 Zyklen KFW DIN 50017 | 0/1 |
| 15 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | 0/0 |
| 40 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | 0/1 |
| Abreißfestigkeit
(MPa) nach DIN EN 24624 | |
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Bruchbildcharakteristik bedeutet:
A/B
Adhäsionsbruch
zwischen Substrat und 1. Schicht
B Kohäsionsbruch in 1. Schicht
B/C
Adhäsionsbruch
zwischen 1. und 2. Schicht
C Kohäsionsbruch in der 2. Schicht
C/Y
Adhäsionsbruch
zwischen 2. Schicht und dem Klebstoff
| Ausgangswert | 2,7 C |
| 6 Zyklen VDA 621-415 | 3,4 C |
| 15 Zyklen KFWDIN 50017 | 4,1 C |
| 40 Zyklen KFW DIN 50017 | 3,8 C |
| 15 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | 6,6 C |
| 40 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | 5,4 C |
Visuelle
Bewertung des Blasengrades nach DIN 53209
| 6 Zyklen VDA 621-415 | m5/gl |
| 15 Zyklen KFWDIN 50017 | m0/g0 |
| 40 Zyklen KFW DIN 50017 | m2/g2 |
| 15 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | m0/g0 |
| 40 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | m0/g0 |
Visuelle
Bewertung des Rostgrades nach DIN 53210
| 6 Zyklen VDA 621-415 | Ri 2 |
| 15 Zyklen KFWDIN 50017 | Ri 0 |
| 40 Zyklen KFW DIN 50017 | Ri 1 |
| 15 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | Ri 0 |
| 40 Zyklen KFW 0,2 S – DIN 50018 | Ri 0 |
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Ausführungsbeispiel 2
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Der Beschichtungsstoff ist wie folgt
zusammengesetzt, die Gewichtsteile sind auf das Gesamtsystem bezogen:
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Komponente A
15,0 Ricinusöl
10,0
Zoldine RD 4
15,0 Leinöl
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Komponente B
60,0 Desmodur E
21
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Die Komponenten A und B werden bis
zur Verarbeitung getrennt aufbewahrt und erst vor der Verarbeitung
miteinander gemischt.
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Ausführungsbeispiel 3 Der Beschichtungsstoff
ist wie folgt zusammengesetzt, die Gewichtsteile sind auf das Gesamtsystem
bezogen:
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Komponente A
17,0 Leinöl
6,0
Bayferrox 130
13,0 Blank fixe micro
1,0 Methoxypropylacetat
0,1
Additol XL 270
5,0 Rüböl
4,0
Talkum AT 1
7,0 Zoldine RD 20
1,0 Octa Soligen Trockner
173
1,9 Zusatzmittel OF
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Komponente B
4,0 Desmodur E
14
40,0 Desmodur E 21
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Die Komponenten A und B werden bis
zur Verarbeitung getrennt aufbewahrt und erst vor der Verarbeitung
miteinander gemischt.