DE2312463A1 - Oberflaechenschutzmittel und verfahren zu seiner anwendung - Google Patents
Oberflaechenschutzmittel und verfahren zu seiner anwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenschutzmittel und ein
Verfahren zu seiner Anwendung, insbesondere ein Mittel und ein Verfahren zum Schutz von Metall- und Glasoberflächen
durch Bildung von Überzügen auf diesen Oberflächen.
Zahlreiche Gegenstände des täglichen Lebens, die dekorative Oberflächen aufweisen, wie beispielsweise Springbrunnendecken,
Fassadenplatten von Gebäuden, Verkleidungen aller Art oder Spiegel, sind der Abnutzung und dem Verschleiss
ausgesetzt, so dass ihre Oberflächen unansehnlich, teilweise auch unbrauchbar werden, so dass sie durch Schutzüberzüge
vor den mechanischen und chemischen Umwelteinflüssen geschützt werden müssen. Ungeschützte Oberflächen sind leicht
der Verlcratzung oder der Bildung von Fettschichten ausgesetzt, die beispielsweise bei Berührung mit den Händen durch
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Übertragung der Hautfette entstehen können. Auch sind dekorative
Oberflächen häufig den verschiedensten atmosphärischen Einflüssen und den Einwirkungen von Lösungsmitteln
und anderen Chemikalien ausgesetzt.
Im Bestreben, die dekorativen Oberflächen der genannten Art
durch geeignete Überzüge zu schützen, insbesondere Oberflächen aus Metall oder Glas vor dem Unansehnlichwerden und
vor der Abnutzung zu schützen, sind bereits eine Reihe von Anstrengungen seitens der Industrie unternommen worden. So
ist beispielsweise in der im Jahre 1.970 eingereichten US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 68 789 ein entsprechender
gehärteter Überzug beschrieben, der aus Magnesiumkationen und kettenförmigen Heteropolyanionen aus Chrom-, Sauerstoff-,
Phosphor- und Siliciumatomen bestehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von Oberflächenschutzmitteln der genannten Art und von Verfahren zu deren Anwendung, -durch die Oberflächen, insbesondere
solche aus Metall oder Glas, dauerhaft und wirkungsvoll geschützt v/erden können, wobei die gebildeten Über—
Zugsschutzschichten durchsichtig, dauerhaft, fest auf dem Substrat haftend und praktisch wasserunlöslich sein sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Oberflächenschutzmittel
vorgeschlageni bestehend aus einer Lösung von Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Silicationen
sowie Kationen mindestens eines der Metalle Aluminium, Beryllium, Calcium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Lithium,
Nickel, Kalium, Natrium, Strontium oder Zink in einer Gesamtkoiizentration
der Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen in der Lösung von 0,01 - 1,0 mol/100 ml Lösungsmittel,
davon 8-78 Mo1-% Phosphationen, 2-45 MoI-JO
Chromationen, 1 - 56 Mol-% Ammoniumionen und insgesamt 0,01 55
Mol-% Metallkationen, wobei die Silicationenkonzentration
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in der Lösung 0,01 - 33 Mol-%, bezogen auf die Gesamtkonzentration
an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen, beträgt.
\7eiterhin wird erfindungsgemäss ein Verfahren zur Anwendung
dieser Oberflächenschutzmittel vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die zu schützende Oberfläche
mit einer dünnen Schicht der Schutzmittellösung überzieht und diese Schicht durch Erwärmen der Oberfläche für eine
Dauer von vorzugsweise 2 s - 4 h auf mindestens etwa 204 C härtet.
Die auf diese Weise erhaltenen ausgehärteten Oberflächenschutzüberzüge
bestehen aus den Kationen der genannten Metalle, wobei nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung
für den Fall, dass die Kationen von mindestens zwei Metallen verwendet v/erden, eines dieser Metalle auch Magnesium
sein kann,und aus Heteropolyanionenketten aus Phosphor-, Chrom-, Sauerstoff- und Siliciumatomen. Die gehärteten
Oberflächenschutzschichten sind praktisch wasserunlöslich, klar und durchsichtig und können nach einer
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung gewünsentenfalls
auch durch den Zusatz von Pigmenten oder Farben transparent eingefärbt sein. Vorzugsweise v/erden die Lösungen dabei so
dünn auf die zu schützenden Oberflächen aufgetragen, dass die Dicke der gehärteten Schicht weniger als 13 /um beträgt.
Die Oberflächenschutzmittel gemäss der Erfindung haben
in der Lösung eine molare Konzentration von Phosphationen, Chromationen, Ammoniumionen und Kationen mindestens eines
der Metalle Aluminium, Beryllium, Calcium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Lithium, Nickel, Kalium, Natrium, Strontium und
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Zink von 0,01 - 1,0 mol/100 ml Lösungsmittel und Vorzugsweise
von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, wobei die molare Konzentration der Silicationen 0,01 - 33 Mol-'/i,
vorzugsweise 0,5. - 20 Mol-%, bezogen auf die molare Konzentration
der Phosphationen, Chromationen, Ammoniumionen
und Kationen, beträgt.
Die obere Konzentrationsgrenze von 1,0 mol Phosphationen,
Chromationen, Ammoniumionen und Kationen pro 100 ml Lösungsmittel ergibt sich daraus, dass Lösungen mit höheren Konzentrationen
dieser Ionen zu wolkigen und blasigen Überzügen führen. Auf der anderen Seite ist die untere Grenze der Gesamtkonzentration,
dieser Ionen offensichtlich nicht besonders kritisch. Auch stark verdünnte Lösungen werden noch so lange
zu klaren und durchsichtigen und auch dauerhaften Überzügen führen, solange nur die Menge an aufgetragener Lösung entsprechend
erhöht wird. Eine stärkere Verdünnung führt also im wesentlichen lediglich bei gleicher Auftragsstärke der
Lösung zu einer Abnahme der Dicke der ausgehärteten Schutzschicht. Nicht zuletzt kann durch solche Konzentrationsänderungen
die jeweils gewünschte Schutzschichtdicke bequem
eingestellt werden. Für die Zwecke der Praxis hat sich die untere Konzentrationsgrenze von 0,01 mol/100 ml Lösungsmittel
als sinnvoll erwiesen..
Im allgemeinen wird im Rahmen dieser Erfindung Wasser als
Lösungsmittel verwendet werden, jedoch ist die Anwendung auch von organischen Lösungsmitteln möglich und soll nicht
ausgeschlossen werden. Bei der Berechnung der molaren Konzentrationen wird nur das Wasser berücksichtigt, das als
solches direkt zugegeben oder in Verbindung mit den Kationensalzen in Form von Kristallwasser zugegeben wird.
Die proportionalen molaren Anteile der Phosphat-, Chromat-,
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Ammonium- und Metallionen in der Lösung betragen 8-78 Mol-%
Phosphationen, 2-45 Mol-% Chromationen, 1-56 Mol-% Ammoniumionen
und insgesamt 0,01 - 55" Mol-?o Metallkationen, vorzugsweise 33 - 73 Mol-% Phosphationen, 5-27 Mol-%
Chromationen, 4-45 Mol-% Ammoniumionen und 5-50 Mol-%
Metallkationen.
Die Phosphationen werden zum Ansäuern der Lösung benötigt. Der Mindestanteil der Phosphationen von 8 MoI-Jo wird zur
Erzielung einer ausreichenden Löslichkeit der anderen Ionen in der Lösung benötigt. Die obere Grenze für die Phosphationen
von 78 liöl-% ergibt sich daraus, dass die ausgehärteten
Schutzüberzüge bei höheren Phosphatanteilen v/asserlöslich werden.
Die Chromationen fördern die Durchsichtigkeit der erhaltenen Schutzüberzüge und tragen wesentlich zur Wasserunlöslichkeit
der gehärteten überzüge bei. Der Mindestanteil von 2 Mol-%
für die Chromationen in der Lösung ist darauf zurückzuführen, dass Lösungen mit noch geringerem Chromatanteil zu
milchigen und undurchsichtigen Schutzüberzügen führen. Der obere Chromationenanteil in der Lösung von 45 Mol-% ist
dadurch gegeben, dass höhere Chromationenkonzentrationen zu uneinheitlichen, fleckigen und buckligen Überzügen führen,
die darüber hinaus ausserordentlich lange Zeiten zum Härten benötigen.
Durch die Gegenwart der Ammoniumionen wird die Ausbildung klarer und durchsichtiger Überzüge wesentlich gefördert.
Der Mindestanteil der Ammoniumionen in der Lösung ist auf 1 Mol"# festgesetzt worden, da Lösungen mit einem noch geringeren
Anteil an Ammoniumionen zu Überzügen führen, die nach dem Härten wolkig und undurchsichtig sind. Gleicherweise
führen Lösungen mit einem Anteil von Ammoniumionen in der Lösung von über 56 Mol-% zu undurchsichtigen und
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milchig wolkigen Überzügen nach dem Härten.
Durch die Gegenwart der Metallkationen werden die ausgehärteten Überzüge vor allem wasserunlöslich und kann die
zum Härten erforderliche Zeit verringert werden. Die obere Grenze der Kationenanteile in der Lösung von 55 Mol-% ist
dabei durch die Löslichkeitsgrenzen für die Zusammensetzungen gemäss der Erfindung gegeben. Es können die Kationen sowohl
nur eines der genannten Metalle als auch Kationen beliebiger Kombinationen mehrerer Metalle der genannten Gruppe verwendet
werden. Darüber hinaus kann für den Fall, dass die Lösungen
■Kationen von mindestens zwei verschiedenen Metallen enthalten, eines dieser Metalle auch Magnesium sein.
Durch die Gegenwart der Silicationen wird vor allem die mechanische
Verschleissfestigkeit der Oberflächenschutzüberzüge erfüllt. Bereits mit einer Konzentration von 0,01 Mo1-$,.
bezogen auf die Konzentration an Phosphat-, Chrornat-, Ammonium- und Metallkationen, reicht zur deutlichen Verbesserung
der mechanischen Festigkeit eine solche Lösung aus. Die obere Konzentrationsgrenze von 33 Mo 1-%, ebenfalls bezogen auf die
Gesamtkonzentration der anderen Ionen,- ergibt sich aus der Grenze der Löslichkeit für Silicate, berechnet als SiOp? in
der Überzugslösung. Der Anteil der Silicate in der Lösung beträgt vorzugsweise 0,5 - 20 Mol-%, bezogen auf die Gesamtkonzentration
von Phosphationen, Chromationen, Ammoniumionen
und Metallkationen.
Eine Übersicht über die unteren und oberen Grenzen des molar.en Konzentrationsanteils der Phosphationen, Chromationen und
Ammoniumionen für die Gegenwart jeweils nur eines der genannten Kationen, ist in der nachstehenden Tabelle I gegeben.
In dieser Tabelle sind ebenfalls die maximalen Anteile der Metallkationen in Mol-% sowie die maximalen molaren Gesamt-
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konzentrationen dieser Ionen in den jeweiligen Systemen angegeben. Wie vorstehend bereits ausgeführt, liegt die
untere Grenze des Konzentrationsanteils für jede der einzelnen Kationenarten bei 0,01 Mol-% und die kleinsten sinnvollen
molaren Gesamtkonzentrationen dieser Ionen bei 0,01 mol/100 ml Lösungsmittel.
Ionen (Mol-%)
Maximale molare Ge samtkonzen-
Phosphat ChFomat Ammonium Kationen . .. ,
Silicat (mol/100 ml Lösungsmittel)
Kationen Max. Min.Max.Min.Max.Min.
Max.
Aluminium | 74 | 35 | 28 | 2 | 33 | 3 | 41 | 0,87 |
Beryllium | 67 | 26 | 32 | 6 | 33 | 8 | 41 | 0,80 |
Calcium | 74 | 17 | 32 | 7 | 34 | 6 | 17 | 0,80 |
Chrom | 74 | 34 | 45 | 2 | 56 | 1 | 41 | 1,00 |
Kobalt | 70 | 27 | 36 | 4 | 37 | 5 | 43 | 0,90 |
Kupfer | 73 | 17 | 32 | 7 | 34 | 7 | 31 | 0,80 |
Eisen | 71 | 18 | 32 | 4 | 37 | 2 | 41 | 0,80 |
Lithium | 71 | 16 | 33 | 6 | 29 | 1 | 36 | 0,80 |
Nickel | 77 | 36 | 39 | 2 | 34 | 1 | 55 | 0,85 |
Kalium % | 67 | 41 | 35 | 8 | 24 | 3 | 36 | 0,80 |
Natrium | 72 | 43 | 41 | 9 | 22 | 3 | 36 | 0,80 |
Strontium | 74 | 8 | 36 | 7 | 35 | 7 | 28 | 0,90 |
Zink | 78 | 29 | 40 | 9 | 33 | 1 | 18 | 1,00 |
Die bevorzugten minimalen und maximalen Anteile an Phosphat-
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ionen, Chromationen und Ammoniumionen in Mol-% und der bevorzugte
maximale "Anteil in MoI-Jo- für jede Kationenart sind
in der nachstehenden Tabelle II dargestellt. Der Mindestgehalt für jede Kationenart ist vorzugsweise 5 MoI-Jo, die bevorzugte mindeste molare Gesamtkonzentration dieser Ionen ohne Silicate liegt im Bereich von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel.
in der nachstehenden Tabelle II dargestellt. Der Mindestgehalt für jede Kationenart ist vorzugsweise 5 MoI-Jo, die bevorzugte mindeste molare Gesamtkonzentration dieser Ionen ohne Silicate liegt im Bereich von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel.
Phosphat | . Min. | Ionen (MoI-Jo) | . Min | Ammonium | Min. | Kationen | |
Max, | 40 | Chromat | 5 | . Max. | 7 | Max. | |
Kationen | 68 | 33 | Max, | 8 | 25 | 15 | 25 |
Aluminium | 63 | 33 | 27 | 9 | 29 | 10 | 25 |
Beryllium | 70 | 36 | 27 | VJl | 29 | 4 | 12 |
Calcium | 69 | 40 | 27 | 10 | 45 | 10 | 25 |
Chrom | 68 | 33 | 27 | 10 | 29 | 10 | 25 |
Kobalt | 66 | 33 | 27 | 7 | 27 | 5 | 25 |
Kupfer | 70 | 33 | 27 | 10 | 32 | 5 | 25 |
Eisen | 66 | 38 | 27 | 5 | 27 | 5 | 25 |
Lithium | 73 | 43 | 27 | 10 | .27 | 6 | 50 |
Nickel | 63 | 45 | 27 | 11 | 19 | VJl | 33 |
Kalium | 66 | 33 | 27 | 10 | 19 | 10 | 25 |
Natrium | 69 | 33 | 27 | 12 | 26 | 4 | 25 |
Strontium | 68 | 27 | 25 | 16 | |||
Zink | 27 | ||||||
Der im Rahmen dieser Beschreibung benutzte Ausdruck "Phosphation" bzw. "Phosphat" umfasst alle Ionen, die mit der Phosphorsäure
in wässriger Lösung in Beziehung stehen, eincchliesslich
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der undissoziierten Phosphorsäure, also beispielsweise
HJPO^, HpPO^ , KP°2 un(i P04 sowie alle polymeren Phosphor-Sauerstoff-Anionen,
die im allgemeinen"unter der Sammelbezeichnung
Phosphationen zusammengefasst werden.
In gleicher Weise soll der Ausdruck "Chromationen" bzw.
2— "Chromat" CrOx und die in Lösung vorliegenden Formen CrO/, ,
2- -*
O7 u.s.w. sowie die verschiedenen protonisierten Formen
O7 u.s.w. sowie die verschiedenen protonisierten Formen
dieser Ionen umfassen.
Der Ausdruck "Silicationen" bzw. "Silicate" umfasst im
Rahmen dieser Beschreibung alle Formen komplexer Silicationen, wobei jedoch diese Ionen unabhängig von ihrer tatsächlichen
chemischen Struktur für die Berechnung der Molzahlen als S1O2 berechnet werden.
Die Kationen der Metalle Chrom, Kobalt, Nickel, Eisen und
Kupfer können in mehr als nur einer stabilen Oxidationsstufe auftreten. So ist das Chrom in den Oxidationsstufen
+3 und +6 beständig, wobei als Kationen im Rahmen dieser Erfindung die Chrom(III)-Ionen gemeint sind. Das Chrom in
der Oxidationsstufe +6 liegt in den Lösungen gemäss der Erfindung jedoch auch vor, und zwar, wie vorstehend beschrieben,
als Chromat(Vl).
Das Eisen kann in den kationischen Oxidationsstufen +2 und
+3 auftreten, wobei Jedoch die Ionen der Oxidationsstufe +2 in Gegenwart von Chromat(Vl) rasch zu Eisen(IIl) oxidiert
werden. Überzugslösungen gemäss der Erfindung können also mit zweiwertigem Eisen nicht hergestellt werden. Versuche,
solche Lösungen herzustellen, wurden zu Lösungen führen, die Ionen des dreiwertigen Eisens und des dreiwertigen
Chroms als Kationen enthielten.
In gleicher Weise werden Kupfer(I)-Ionen in Gegenwart von
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Chromat(VI) augenblicklich zu Kupfer(ll) oxidiert, so dass
im Rahmen dieser Erfindung Kupfer(II) verwendet wird»
Auch Nickel und Kobalt können in Lösungen zweiwertig- oder
dreiwertig auftreten, wobei im Gegensatz zu den vorstehend
behandelten Fällen die Oxidations stufen +2 jedoch auch in Gegenwart von Chromat(Vl) nicht in die Oxidationsstufe +3
überführt werden. Abgesehen von' einigen komplexen Oxiden sind auch die Oxidationsstufen +3 für die Metalle Nickel und
Kobalt recht selten. Im Rahmen dieser Erfindung werden die Kobalt- und Nickelionen daher als zweiwertige Kationen verwendet.
Die Ionen können der Lösung in den verschiedensten Formen zugesetzt werden. Die Phosphationen werden der Lösung am
geeignetsten als Orthophosphorsäure zugesetzt, können aber auch als Phosphate eines oder mehrerer Kationen, als Ammoniumphosphat
oder als ein Ammoniumphosphat eines oder mehrerer Kationen zugegeben werden. DasChromat kann, als Chromtrioxid,
als Chromat oder als Dichromat des Ammoniums oder eines oder
mehrerer Kationen zugesetzt werden. Die Kationen selbst können in Form ihrer Oxide, Nitrate, Hydroxide, Silicate,
Sulfate, Chloride, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate
oder Chromate eingeführt werden. Die Ammoniumionen können in Form von Ammoniak (NH^), als wässrige Ammoniumhydroxidlösung
oder als Phosphate, Chromate, Carbonate oder Hydrogencarbonate
eingeführt werden. Die Silicationen können in Form beliebiger wasserlöslicher Silicatverbindungen zur Verfügung
gestellt werden, d.h. in Form aller Silicium-Sauerstoff-Verbindungen,
die mit ¥asser eine reine Lösung oder ein Sol bilden. Als Beispiele für wasserlösliche Silicate seien
die Alkalimetallsilicate> insbesondere die Lithiumsilicate,
Natriumsilicate und Kaliumsilicate sowie die kolloidalen
Silicasole genannt.
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Erforderlichenfalls oder gewünschtenfalls kann den Oberflächenschutzmittellösungen
geraäss der Erfindung zur Verbesserung der Benetzbarkeit der zu schützenden Oberflächen,
•insbesondere von Metalloberflächen, ein Benetzungsmittel zugesetzt werden. Der Zusatz solcher oberflächenaktiver
Benetzungsmittel ist wahlweise und nicht unbedingt erforderlich. Als Benetzungsmittel können prinzipiell beliebige
im Handel erhältliche Mittel verwendet werden, beispielsweise "Wetanol" oder »Alkanol HCS".
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Anwendung der Oberflächenschutzmittel
sieht das Auftragen der Lösungen auf die zu schützende Oberfläche, die insbesondere aus Metall oder
Glas bestehen kann, und das anschiiessende Härten des
aufgetragenen Mittels vor, so dass eine in Wasser praktisch unlösliche Schutzschicht auf der Oberfläche erhalten wird.
Zum Auftragen des Oberflächenschutzmittels können die verschiedensten,
an sich bekannten Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten unterschiedlichsten Viskositätsgrades
auf Oberflächen verwendet werden. So kann beispielsweise mit Tauchverfahren oder mit einem Aufgiessen, Aufsprühen
oder Aufwalzen der Lösungen gearbeitet werden.
Das Härten der aufgetragenen Schichten ist zeit- und temperaturabhängig.
Je kürzer die Zeit für das Aushärten wird, um so höher müssen die Temperaturen, bei denen ausgehärtet
wird, sein,bzw. umgekehrt, je langer die zum Härten zur
Verfügung stehende Zeit ist, um so geringer können die Härttemperaturen gewählt werden. Als bevorzugte Richtgrössen
für metallische oder gläserne Oberflächen kommen Temperaturen zwischen 204 0C und der Schmelztemperatur der Oberfläche
in Betracht, wobei die für die Härtung vorzusehende Zeit im Bereich zwischen 2 s und 4 h liegen kann.
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Durch Veränderung der Härttemperatur, der relativen Anteile
der Ionen in der Lösung, der Dicken der nach dem Aushärten erhaltenen Schichten oder durch den-Zusatz von Pigmenten,
Farben oder anderen chemischen Reagenzien können die erhaltenen Schutzschichten in verschiedenen Färbungen erhalten
werden. Auf diese Weise können beispielsweise Glas- oder eine Reihe von Metalloberflächen ohne zusätzlich erforderliche
Spezialverfahren farbig getönt werden. Insbesondere können beispielsweise Oberflächen aus rostfreiem Stahl farbig ausgebildet
werden, ohne"dass ein Einbrennen von Lacken oder irgendein anderes farbgebendes Spezialverfahren zusätzlich
erforderlich wäre. . ■' -
Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten Schutzüberzüge, die ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein
können und praktisch wasserunlöslich sind, sind klar und durchsichtig, dauerhaft und fest und haften entweder direkt
auf der zu schützenden Oberfläche oder über die Vermittlung einer Zwischenschicht. Die ausgehärteten Überzüge aus den
Oberflächenschutzmitteln gemäss der Erfindung bestehen aus den Metallkationen und Heteropolyanionen aus Phosphor-,
Chrom-, Sauerstoff- und Siliciumatomen. Die Dicke der so erhaltenen gehärteten Überzugsschichten ist an sich nicht besonders kritisch, jedoch werden Schichten bevorzugt, die
dünner als 13 /um sind. Schichten, die dicker als 13 /um sind,
erfordern Ungerechtfertigt grosse Mengen an Material und erhalten auch leicht ein reifartiges Aussehen.
Die zu schützenden dekorativen Oberflächen können prinzipiell aus beliebigen Materialien bestehen, wobei jedoch Oberflächen
aus Glas oder Metall vorzugsweise in Betracht kommen werden, und zwar aus den Metalloberflächen insbesondere solche aus
rostfreiem Stahl, Messing, Aluminium, Silber, Zink, Kupfer, einfachem Kohlenstoffstahl, Blei, Chrom, Nickel, Gold und
Walzgold sowie Golddublee, Schwarzchrom und Platin. Aufgrund seiner grossen Verbreitung und wirtschaftlichen Bedeutung
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wird der wichtigste Anwendungsbereich jedoch der Schutz von dekorativen Oberflächen aus rostfreiem Stahl sein.
Aus diesem Grund sind die nachstehend beschriebenen Beispiele mit solchem Stahl durchgeführt worden; Darüber hinaus
sind bekannterweise insbesondere polierte Oberflächen aus Edelstahl empfindlich gegen Kratzer und Abnutzungsspuren,
die ohne eine Beeinträchtigung des einheitlichen Aussehens der gesamten Oberfläche nicht entfernbar sind, es sei denn,
dass man unter erheblichem Aufwand die gesamte in Frage •stehende Oberfläche aufarbeitete.
Die Erfindung ist zum besseren Verständnis nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Durch Mischen von 85 %-iger Orthophosphorsäure mit Chromtrioxid,
konzentriertem Ammoniumhydroxid und Salzen der entsprechenden Kationen sowie Kaliumsilicat in V/asser wurden
die Oberflächenschutzmittellösungen gemäss der Erfindung
hergestellt. Die Analysen der so hergestellten Lösungen sind in der Tabelle III zusammen mit einer Übersicht über die
verwendeten Salze dargestellt. Bei der Berechnung der molaren Konzentrationen der Ionen wurde das Wasser der konzentierten
wässrigen Ammoniumhydroxidlösung und der Phosphorsäure ausser acht gelassen, ebenso das durch die Neutral!
sationsreakt ion entstandene Wasser. Dagegen wurde das Kristallwasser der Salze berücksichtigt.
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O (O OO
Salz | Phos phat |
Ionen | (Mo 1-96) | tionen | Molare Kon zentration der Ionen in der Lösung (mol/100 ml Wasser) |
• | Molare Kon zentration der Silicat- ionen in Mo1-% der an deren, Ionen |
fO | |
Kationen | Al (NO3) 3-9H2O | 53 | Chromat | Ammo nium Kai |
11 | 0,711 | 2,0 | 12463 | |
Aluminium | Be (NO3 )2· 3H2O | 62 | 10 | 26 | 12 | 0,517 | 1,7 | ||
Beryllium | Ca(NO3)2-2H2O | 29 | 10 | 15 | 14 ' | 0,301 | 7,7 - | ||
Calcium | Cr(NO3)3-9H2O | 70 | 28 | 29 | 14 | 0,546 | 3,6 | ||
Chrom | Co (NO3)2·6H2O | 65 | 15 | 1 | 5 | 0,335' | 3,3'' | ||
Kobalt | Cu(NO3)2·3H2O | 45 | 13 | 16 | 11 | 0,459· | 6,0 | ||
Kupfer | Fe(NO,),·9H2O | 68 | 21 | 22 | 12 | 0,505 | 3,1 | ||
Eisen | •■r «^ ^"* ,I11 I.. 1. Λ \j \J « |
16 | 10 | 10 | 22 | 0,253 | 6,7 | ||
Lithium | Ni(Np3)2·6H2O | 36 | 33 | 29 | 50 | 0,183 | 2,6' | ||
Nickel | KOH | 52 | 8 | 6 | 33 | 0,450 | 2,2 | ||
Kalium | NaOH | 62 | 11 | 4 | 18 | 0,641 | 2,0 | ||
Natrium | Sr(NO3)2 | - 55 | 11 | 9 | 19 | 0,617 | 3,6 | ||
Strontium | ZnO | 29 | 14 | 13 | 15 | 0,417 . | 7,3 | ||
Zink | 31 | 25 | • | ||||||
Proben aus Edelstahl wurden mit.den verschiedenen in der
Tabelle IH im einzelnen angeführten Lösungen überzogen und anschliessend ausgehärtet. Der Überzug wurde durch Eintauchen
mit einer Geschwindigkeit von 7,6 cm/min aufgebracht. Lediglich die Kobaltionen enthaltende Lösung wurde
mit einer Walze aufgetragen,und die Nickelionen enthaltende
Lösung wurde auf die zu überziehende Oberfläche aufgesprüht. Das Härten wurde in einem Ofen durchgeführt, der eine Temperatur
von 316 0C hatte, lediglich für die Kobalt enthaltende Schicht wurde bei einer Ofentemperatur von 427 °C gehärtet.
Die Proben wurden zum Härten so lange im Ofen gelassen, dass die mit dem Überzug versehenen Oberflächen
zumindest eine Minute lang etwa Ofentemperatur hatten. Anschliessend wurden die Proben aus dem Ofen genommen, abgekühlt
und untersucht.
Sämtliche auf diese Weise erhaltenen Oberflächenschutzüberzüge waren klar und durchsichtig und wasserbeständig. Die
Dicken der Schichten betrugen 0,5 - 1,6 /um. DiejSchichten
zeigten eine feste Haftung auf der Substratoberfläche und eine gute Beständigkeit gegen mechanische und chemische
Einflüsse.
309840/ 1172
Claims (1)
- Patentansprüche1. Oberflächenschutzmittel, bestehend aus einer Lösung von Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Silicationen sowie Kationen mindestens eines der Metalle Aluminium, Beryllium, Calcium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Lithium, Nickel, Kalium, Natrium, Strontium oder Zink'in einer Gesamtkonzentration der Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen in der Lösung von 0,01 - 1,0.mol/100 ml Lösungsmittel, davon 8-78 Mol-% Phosphationen, 2 Moi-% Chromationen, 1-56 Mol-% Ammoniumionen und insgesamt 0,01 - 55 Mol-% Metallkationen, wobei die SiIicationenkonzentration in der Lösung 0,01 - 33 Mol-%, bezogen auf die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen, beträgt.2. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gesam'tkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen von-0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 73 Mol-%'Phosphationen, 5-27 Mol-% Chromationen, 4-45 Mol-% Ammoniuraionen und insgesamt 5-50 Mol-% Metallkationen, wobei die Silicationenkonzentration in der Lösung 0,5 - 20 Mol-%, bezogen auf die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Metallionen, beträgt.3. Oberflächenschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Gegenwart der Kationen von mindestens zwei der um Magnesium erweiterten Gruppe der in Anspruch 1 genannten Metalle.4. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Aluminium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und309840/1172Aluminiumionen in der Lösung 0,01 - 0,87 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 35 - 74 Mo 1-5& Phosphationen, 2-28 Mol-% Chromationen, 3-33 MoI-^ Ammoniumionen und 0,01 - 41 Mo1-% Aluminiumionen.Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Aluminiumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 40 - 68 Mol-% Phosphationen, 5-27 Mol-% Chromationen, 7 - 25 Mo1-% Ammoniumionen und 5 25 Mo1-% Aluminiumionen.Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Beryllium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Berylliumionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 26 - 76 Mo1-% Phosphationen,· 6-32 Mol-$6 Chromationen, 8 - 33.MoI-Jo Ammoniumionen und 0,01 - 41 MoI-Jo Berylliumionen.7. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Berylliumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 63 Mol-% Phosphationen, 8-27 Mol~i& Chromationen, 15 - 29 Mol-% Ammoniumionen und 5-25 MoI-Ji Berylliumionen.8. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Calcium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Calciumionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 17-74 Fiol-% Phosphationen, 7-32 Mo1-% Chromationen, 6-34 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 17 Mol-% Calciumionen.309840/11729. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Calciumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 70 MoI-^o Phosphat ionen," 9 - 27 Mol-% Chromationen, 10 - 29 Mol-% Ammoniumionen und 5-12 VSol-% Calciumionen.10. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Chrom ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Chromionen in der Lösung 0,01 - 1,00 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 34 - 74 Mol-% Phosphat ionen, 2 - 45 Viol-% ■ Chromationen, 1-56 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 41Mo 1-% Chromionen.11. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Chromioneri von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 36 - 69 Mo 1~%. Phosphationen, 5 - 27MbI-SA Chromationen, 4 - 45 Mol-% Ammoniumionen und 5 - 25 Fiol-% Chromionen. · ·12. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kobalt ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Kobaltionen in der Lösung 0,01 - 0,90 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 27 - 70 Mol-% Phosphationen, 4-36 Mol-# Chromationen, 5-37 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 43 Mol-% Kobaltionen.13. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat— , Ammonium- und Kobaltionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 40 - 68 Mol-% Phosphationen, 10 - 27309840/1172Mol-% Chromationen, 10 - 29 Mol-% Ammoniumionen und 5-25 Mol-% Kobaltionen.14. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Kupferionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 17 - 73 Mol-# Phosphationen, 7-Mol-?o Chromationen, 7-34 Mol-% Ammoniumionen und0,01 - 31 Mol-56 Kupferionen.15. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Kupferionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 -66 MoI-Ji Phosphationen, 10-27 Vlol-% Chromationen, 10-27 Mo 1-?$ Ammoniumionen und 5 25 Mol-% Kupferionen.16. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Eisen ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Eisenionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 18-71 Mol-% Phosphationen, 4-32 Mol-# Chromationen, 2-37 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 41 Mo1—% Eisenionen.17. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Eisenionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 70 Mol-?6 Phosphationen, 7 - 27 Mol-% Chromationen, 5-32 Mol-% Ammoniumionen und 5-25 Mo1-% Eisenionen.18. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn-30 9 840/1172zeichnet, dass das Metall Lithium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Lithiumionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 16-71 Mol-% Phosphationen, 6-33 Mol-%· Chromationen,.1-29 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 36 Mol-% Lithiumionen.19. Oberflächensehutzmittel nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-,-Ammonium- und Lithiumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 66 Mol-% Phosphationen, 10 - 27 Mol-% Chromationen, 5-27 Mol-% Ammoniumionen und 5 Mol-% Lithiumionen.20. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Nickel ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Nickelionen in der Lösung 0,01 - 0,85 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 36 - 77 Mol-% Phosphationen, 2-39 Mol-% Chromationen, T - 34- Mol-% Ajnmoniumionen und 0,01 55 Mol-% Nickelionen.21. Oberflächensehutzmittel nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Nickelionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 38 - 73 Mol-% Phosphationen, 5- 27 Mol-% Chromationen, 5 - 27 Mol-% Ammoniumionen und 5-50 Mol-% Nickelionen.22. Oberflächensehutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kalium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Kaliumionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 41 - 67 Mol-% Phosphationen, 8-35 Mol-% Chromationen,· 3 - 24 Mol-% Ammoniumionen und 0,01 - 36 Mol-%3 0 9 8 4 0/1172Kaliumionen.23. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Kaliumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 43 - 63 Mol-% Phosphationen, 10-27 -^ Chromationen, 6-19 Mol-% Ammoniumionen und 5-33 Jb Kaliumionen.24. Oberflächerischutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Natrium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Natriumionen in der Lösung 0,01 - 0,80 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 43 - 72 Mol-$> Phosphationen, 9-41 Mol-% Chromationen, 3-22 MoI-^ Ammoniumionen und 0,01 - 36 MoI-Jo Natriumionen.25. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 24, gekennzeichnet durdieine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Natriumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 45 - 66 Mol-% Phosphationen, 11-27 Mol~S6 Chromationen, 5-19 Mol-% Ammoniumionen und 5-25 Mol-% Natriumionen.26. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Strontium ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Strontiumionen in der Lösung 0,01 - 0,90 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 8-74 MoI-^o Phosphationen, 7-36 Mol-% Chromationen, 7-35 Mo1-% Ammoniumionen und 0,01 - 28 Mol-% Strontiumionen.27. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Strontiumionen von 0,2 - 0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 69 Mol-% Phosphationen, 10 -309840/1172Mol-% Chromationen, 10-26 Mol-% Ammoniumionen und 5-25 Mol-% Strontiumionen.28. Oberflächenschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch- gekennzeichnet, dass das Metall Zink ist und die Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Zinkionen in der Lösung 0,01 - 1,00 mol/100 ml Lösungsmittel beträgt, davon 29 - 78 Mol-# Phosphationen, 9 - 40 Mol-% Chromationen, 1 - 33 MoI-^b Ammoniumionen und 0,01-18 Mo 1-% Zinkionen. .29. Oberflächenschutzrnittel nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Phosphat-, Chromat-, Ammonium- und Zinkionen von 0.,2 -.0,6 mol/100 ml Lösungsmittel, davon 33 - 68 MoI-JO Phosphationen, 12 - 27 Uol-% Chromationen, 4-25 Mol-% Ammoniumionen und 5 - 16 Mol-% Zinkionen.30. Verfahren zur Anwendung des Oberfläehenschutzmittels nach einem der Ansprüche 1 - 29» dadurch gekennzeichnet dassjman die zu schützende Oberfläche, insbesondere Glasoder Metalloberfläche, insbesondere eine Oberfläche aus rostfreiem Stahl, Messing, Silber oder Aluminium, mit einer dünnen Schicht der Lösung überzieht und diese Schicht durch Erwärmen der Oberfläche für eine Dauer von vorzugsweise 2 s bis 4- h auf vorzugsweise mindestens 204 0C härtet.31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch, gekennzeichnet, dass man dem-Obe.rflächensciiixtsmittel Pigmente oder Farben zusetzt·.32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 3I, dadurchgekennzeichnet, dess man die ÖberfläeJaenseiiixtzmittel-309*40/1172schicht bo dünn aufträgt, dass die gehärtete Schicht eine Dicke von weniger als 13 /um hat.309840/1172
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