DE2356077A1

DE2356077A1 - Baufrontverkleidungsplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2356077A1
Application number: DE19732356077
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Ing Kragnes
Original assignee: NORDISK ALUMINIUM IND AS
Current assignee: NORDISK ALUMINIUM IND AS
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1974-05-22
Also published as: FR2206187B3; FR2206187A1; GB1419879A

Description

Dipl.-lng. Heinz Bardehle

EHIlnefcsa 22. Hewnslr. IS, Td. 292555 I O O D U / /

Postanschiift München 26, Postfach 4

München, den ' .9· NOV. 1973

Mein Zeichen: P 1839

Anmelder :- A/S Nordisk Aluminiumindustri .

P.O.Box 222

3081 Holmestrand

Norwegen

Baufrontverkleidungsplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Baufrontverkleidungsplatte aus legiertem Aluminium, die sich insbesondere für eine äußere dekorative und Schutzverkleidung an Gebäudekonstruktionen eignet, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Beim Aufbringen von Lacken oder Anstrichen auf Metalloberflächen ist in der Hegel eine Oberflächenbehandlung in irgendeiner Form vor dem Aufbringen des Lacks oder des Anstriches erforderlich, um die notwendige Haftung zu erzielen, und in einer Reihe der angewendeten Verfahren besteht die Oberflächenbehandlung in einer Passivierung, beispielsweise

09821/0834

durch anodische oder chemische Oxydation von Aluminium, um die Korrosionsbeständigkeit des Materials zu erhöhen.

Mit einem Lack überzogenes Aluminium wird heutzutage für die verschiedensten Zwecke verwendet, bei denen hohe Anforderungen an den Schutz gegen Korrosion und/oder an den architektonischen oder dekorativen Effekt gestellt v/erden, beispielsweise beim Verpacken von Material für eingedöste Waren und für Materialien, die als Bauplatten oder iandfrontverkleidungen an Gebäuden, häufig in einer korrosiven industriellen Umwelt, verwendet werden sollen, und diese Materialien werden heute häufig in kontinuierlich betriebenen Beschichtungs- und Behandlungsvorrichtungen, sogenannten Bandlackiervorrichtungen, hergestellt. In diesen Verfahren wird das Material in einem vollständig oberflächenbehandelten Zustand in Form von flachen Bändern oder Platten (Streifen) abgeführt, die danach oder später durch Pressen, Schneiden, Biegen oder ähnliche Operationen in ihre endgültige Form gebracht werden.

Bei diesen Bandlackierverfahren müssen die Oberflächenbehandlungen und Lacktypen so ausgewählt v/erden, daß sie die nachfolgende Deformation und die Gebrauchsspannungen aushalten, ohne daß Hisse oder Sprünge in dem Überzug entstehen oder ohne daß der Überzug abblättert oder seinen Korrosionsschutzeffekt verliert. Es ist klar, daß ein Kor-ros ions schutz nur dann möglich ist, wenn der Überzug auch im deformierten Zustand einen wirksamen Schutz (Sperre) gegen die Diffusion von Ionen ('Wasserdampf und/oder Gase) in die Metalloberfläche darstellt.

Eür die Oberflächenbehandlung von Aluminium, das häufig in Form eines Bandes bearbeitet wird, wird häufig eine kontinuierlich arbeitende Lackiervorrichtung verwendet, die auf EntfettungsStationen folgt, denen in der Üegel Stationen für eine mehrstufige chemische oder anodicche

£09821/0834

Oxydation folgen. Für Baufrontverkleidungsplatten, die im Freien verwendet werden sollen, sind die Anforderungen in bezug auf Witterungsbeständigkeit schwer zu erfüllen, wenn gleichzeitig auch ästhetische Faktoren (Aussehen und dekorativer Effekt) und ein konkurrenzfähiger vorteilhafter Preis (niedrige Herstellungskosten) in Betracht gezogen werden müssen, wobei letzterer durch kontinuierlich arbeitende Anlagen, z.B. Bandlackiervorrichtungen, erzielt werden kann«,

Bei den bisher angewendeten Kombinationen von Oberflächenbehandlungen waren die vorgeschriebenen Oberflächeneigenschaften in Kombination mit einem zufriedenstellenden Aussehen in sogenannten Bandlackiervorrichtungen nur erzielbar durch Anwendung komplizierter und teurer mehrstufiger chemischer Oberflächenbehandlungen vor der Durchführung des Lackierungsvorganges· Solche chemischen Oberflächenbehandlungen bestehen in praktischen Durchführungsverfahren aus einer Reihe von Stufen der Entfettung, Desoxydation, der chemischen Oberflächenoxydation mit "beispielsweise alkalischen Gemischen (Soda und Wasserglas) mit Chromaten_s wie Na^CrO^, wobei zwischen jeder Stufe und der Endtrocknung eine Reinigung und Spülung erfolgt, bevor der dekorative Schutzüberzug aus einem Lack oder.Anstrich auf die ehemisch modifizierte Oberfläche aufgebracht werden kann_o Durch diese kombinierten Oberflächenbehandlungen konnten bisher zufriedenstellende Aluminiumbandmaterialien hergestellt werden, welche die Deformationsspannungen bei der Herstellung der Endplatten ziemlich gut aushielten, ohne daß eine zu große Abnahme der Witterungsbeständigkeit auftrat.

Die früheren Versuche zur Behandlung der Oberfläche von Aluminiumbändern durch eine einfache elektrolytische Passivierung sbehandlung (anodische Oxydation) vor dem Aufbringen des Lacks war nicht besonders erfolgreich, weil die Oxydsclaicht zur Erzielung einer zufriedenstellenden Festigkeit

409821/0834

und Haftung notwendigerweise so dick gemacht werden mußte, daß die Flexibilität darunter litt (die Oxydschicht konnte keiner nachfolgenden Deformation ohne Rißbildung widerstehen), so daß die auf diese Weise hergestellten Produkte nicht genügend witterungsbeständig waren. Deshalb konnte das einfache und billige anodische Oxydationsverfahren nicht auf die Herstellung von beispielsweise Außenfrontverkleidungsplatten mit einer akzeptablen Witterungsbeständigkeit angewendet werden. Es wurde nun jedoch gefunden, daß zufriedenstellende Frontverkleidungsplatten (Verkleidungspaneele) für die Verwendung im Freien Überraschendervreise dadurch hergestellt werden können, daß man zwischen der sehr dünnen Oxydschicht und der dekorativen Oberflächenüberzugsschicht (vorzugsweise einem Acryllack) eine dünne Schutzschicht (Sperrschicht) aus einem speziellen Typ eines polymeren Materials (einem %värmehärtbaren Epoxylack) aufbringt. Diese Schichten haben in dem Endprodukt, sowohl wenn sie einzeln aufgebracht werden als auch wenn sie nacheinander aufgebracht werden, Dicken und Flexibilitäten, welche eine mechanische Deformation des fertigen Bandproduktes erlauben, ohne daß eine Bißbildung auftritt. Die Oxydschioht muß so dünn sein, daß sie deformiert werden kann, ohne daß eine zu stark störende grobe Rißbildung auftritt, sie muß jedoch noch eine ausreichende Haftung der dünnen Schutzbzw. Sperr-Zwischenschicht aus dem Epoxylack gewährleisten, ohne daß eine Rißbildung in der Schutz- bzw. Sperrschicht auftritt. Durch die spezielle Kombination aus einer sehr dünnen Oxydsehicht und einer dünnen Sperrzwischenschicht aus dem Epoxylack ist es somit möglich, das einfache und billige anodische Oxydationsverfahren anzuwenden, das auch den Vorteil hat, daß keine großen Mengen an verunreinigtem Abwasser (Chromate und dgl.) entstehen.

Gegenstand der Erfindung ist daher sowohl dieses neue Produkt als auch das Verfahren zu seiner Herstellung.

409821 /0834

Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Baufrontverkleidungsplatte aus legiertem Aluminium, die sieh insbesondere für äußere Dekorations- und Schutzplatten an Gebäudekonstruktionen eignet, die aus einer geformten Aluminiumplatte besteht, die durch Oberflächenmodifikation mit einer Oxydschicht versehen und anschließend mit einem dekorativen und/oder Schutzüberzug auf Basis eines polymeren Materials versehen worden ist.-

Das charakteristische Merkmal der erfindungsgemäßen Verkleidungsplatte (panel sheet) besteht darin, daß die Oxydschicht durch anodische Oxydation aufgebracht worden ist und eine Dicke von 0,01 bis 0,7 Mikron aufweist, wobei der Schutzüberzug auf Basis eines polymeren Materials aus einer Kombination aus einer Sperrschicht aus einem wärmegehärteten Epoxylack mit einer Dicke von 0,1 bis 10,0 Mikron und einer dekorativen Oberflächenüberzugsschicht auf Basis eines polymeren Materials, vorzugsweise aus einem Acryllack, besteht. -

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baufrontverkleidungsplatte und das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auf die Aluminiumoberfläche gewünschtenfalls nach einer vorhergehenden Entfettungsbehandlung eine Oxydschicht einer Dicke von 0,01 bis 0,7 Mikron aufgebracht wird, worauf auf die so erhaltene Oxydschicht eine Schutz- bzw. Sperrschicht aus einer wärmehärtbaren Epoxyschieht einer Dicke von 0,1 bis 10,0 Mikron im gehärteten Zustand und schließlich eine Oberflächenüberzugsschicht auf Basis eines polymeren Materials, vorzugsweise auf Basis einesÄcryllacks oder -Anstriches aufgebracht wird, wonach die Verkleidungsplatte dann auf ihre endgültige Form oder Gestalt verformt wird·

Die verwendeten Epoxyverbindungen, die im flüssigen Zustand aufgebracht werden, gewährleisten itt Kombination mit der

409021/0834

dünnen Oxydschicht eine gute Haftung und eine gute Diffusionsundurchlässigkeit auch nach der mechanischen Verformung der Platten.

Eine mögliche, Erklärung für den erfindungsgemäß erzielten besonders guten Schutz und die gute Haftung an der darunterliegenden sehr dünnen Oxydschicht ist die Cooperation zwischen den polaren Molekülgruppen des Oxydfilmes und den polaren OH-Gruppen und Epoxygruppen in der Epoxyschicht ·

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein mit Magnesium legiertes Aluminium verwendet.

Es wurde experimentell gefunden, daß auch, eine mit Mn-Cu legierte Aluminiumverkleidungsplatte, die nach dem erfindungsgemäßen, vorteilhaften Verfahren hergestellt worden ist, eine Haltbarkeit aufweist, die mindestens doppelt so hoch ist wie die unter Anwendung üblicher Verfahren erzielte Haltbarkeit. Für mit Magnesium legierte Materialien! wird eine Haltbarkeit erzielt, die mehr als 6 mal größer ist als die nach den bisher angewendeten Verfahren erzielbare Haltbarkeit. Diese Haltbarkeitsdaten (Dauerhaftigkeitsdaten) ergaben sich aus Tests, die in einer Vorrichtung zur Durchführung eines beschleunigten Korrosionstests ("Säuresalz— sprühtest") durchgeführt wurden, wobei/sich dabei um einen der Tests handelt, denen Verkleidungsplatten dieses Typs unterzogen werden und die ein sehr zuverlässiges Anzeichen für den Grad der Haltbarkeit (Dauerhaftigkeit) oder Witterungsbeständigkeit darstellen, der bzw. die bei dem beschleunigten Test erhalten werden kann.

Nachfolgend sind einige Versuche und Tests beschrieben, welche die Erfindung näher erläutern sollen.

In einer Reihe von Versuchen wurden Verkleidungsplatten

3.1ZS

(panel sheets)/einer für den erfindungsgemäßen Zweck häufig

409821/0834

verwendeten Aluminiumlegierung, d.iu einer solchen mit einem Mn-Gehalt von 1 Gew.-% und einem Gu-Gehalt von 0,15 Gew.-%, die unter der Bezeichnung "D 3 S" bekannt ist, verwendet, während in einer anderen Reihe von Versuchen Platten aus einer Aluminiumlegierung mit einem Mg-Gehalt von 1,4 Gew.-% verwendet wurden, die unter der Bezeichnung "Mg 14" bekannt ist.

Beide Legierungen wurden mit und ohne Sperr- bzw_e Schutzschicht aus einem Epoxylack getestet und für alle diese vier verschiedenen Kombinationen wurden Tests durchgeführt mit

(A) einer anodischen Gleichstromoxydation bzw.

(B) einer anodischen Wechselstromoxydation_o

Die elektrolytische Erzeugung der Oxydschicht einer Dicke von OjO1 bis 0,7 Mikron kann entweder durch kalte anodische Oxydationsbehandlung oder bei etwa 50⁰C mit einer vorhergehenden Entfettungsbehandlung mittels Wechselstrom oder Gleichstrom bei Stromdichten von M- bis 8 A/dm. oder durch anodische Oxydation bei erhöhter temperatur von 70 bis 100⁰G₉ gewünschtenfalls ohne πede vorhergehende Entfettungsbehandlung, mittels

- ρ

Wechsel- oder Gleichstrom bei Stromdichten von 7 his 22 A/dm erfolgen. Als Elektrolytbäder wurde Schwefelsäure in Konzentrationen von 7 bis 20 Gew'₀-% verwendet« Bei den durchgeführten Versuchen wurden bei der anodischen Oxydation bei erhöhter Temperatur Badtemperaturen von 70 bis 90⁰G und Behandlungszeiten von 3 bis 7»5 Sekunden angewendet« Durch korünuierliche Behandlung bei 90°C war es bei der Herstellung der meisten dünnen Oxydschichtea bis herab auf 0,01 Mikron möglich, die Behandlungszeiten bis auf 1 bis 2 Sekunden zu verringern

In allen Fällen wurde als Oberflächenüberzugsschicht ein weißer, seidenglänzender Acryllack verwendet, der sich für die Be- · schichtung von Aluminiumbändern für die Verwendung für dekorative oder architektonische Bauzwecke besonders gut eignet.

409821/Q834-

Die Acrylüberzugsschichtproben ohne Sperrschicht waren 25 Mikron dick und auf den Proben mit einer Zwischensperrschicht war die Acrylüberzugsschicht 22 Mikron dick (im letzteren lalle war die Epoxyschicht 3 Mikron dick). In den verschiedenen Versuchen wurde die gleiche Gesamtschichtdicke für Sperrschicht plus Oberflächenüberzugsschicht angestrebt, Der Standard, der für die Haltbarkeit (Dauerhaftigkeit) solcher Überzüge innerhalb dieses,speziellen Anwendungsgebietes angewendet wurde, war die Bedingung, daß die Verkleidungsplatten gegen eine beschleunigte Korrosion von 5OO Stunden in einer Kammer beständig sein mußten, in der eine Atmosphäre aus Säure und Salz, insbesondere Wasser mit 1 % Essigsäure und 5 % Natriumchlorid, versprüht wurde, und die Verkleidungsplatten durften, um den Test zu bestehen, nicht mehr als einen vorher festgelegten Grad einer Blasenbildung aufweisen (ASTM Hr. 8) und bei einem Test mit einem Klebestreifen durfte sich der Überzug über eine Strecke von 1,5 mm an beiden Seiten einer angegebenen Bruchlinie nicht ablösen.

In der folgenden Tabelle I sind die mit einer Al-Legierung "D 3 S" bei verschiedenen Behandlungen erhaltenen Testergebnisse angegeben.

Tabelle I ("D 3 S"-Legierung)

Behandlung Qualitätsversagen

nach der Testzeit in Std,

1. Oxydschicht + Acrylschicht

A) anodische Gleichstromoxydation Ί20

B) anodische Wechselstromoxydation I30 - 200

2. Oxydschicht +- Sperrschicht +
Acrylschicht

A) anodische Gleichstromoxydation 690 - 740

B) anodische Wechselstromoxydation 690 - 740

A09821/0834

Aus der vorstehenden Tabelle I ist zu ersehen, daß keine der Verkleidungsplatten aus der Legierung "D 3 S" den 300-stündigen Test bestand, wenn nicht die Sperrzwischenschicht auf sie aufgebracht worden war. Die Verkleidungsplatten, bei denen zwischen der Oxydschicht und der Oberflächenüberzugsschicht aus dem Acryllack eine Epoxyschicht aufgebracht worden war, bestanden nicht nur alle den Test, sondern sie bestanden auch für alle Vorbehandlungen den Test mit einem Zeitfaktor von etwa 2,5 im Vergleich zu den Verkleidungsplatten ohne die Sperrzwischenschicht.

In der folgenden.Tabelle II sind die mit der Al-Legierung "Mg 14" für die nachfolgend angegebenen verschiedenen Alternativbehandlungen erhaltenen Ergebnisse angegeben*

• Tabelle II (Legierung "Mg 14")

Behandlung Qualitätsversagen - .. · . nach der Testzeit in Std,

1.) Oxydschicht + Acrylschicht

A) anodische Gleichstromoxydation 110

B) anodische Wechselstromoxydation 130 - 240

2.) Oxydschicht + Sperrschicht + Acryllack

A) anodische Gleichstromoxydation ) der Test wurde abge-

B) anodische Viechseistromoxydation ^

Versagen festzustellen war

Aus der verstehenden Tabelle II geht hervor, daß keine der Verkleidungsplatten aus "Mg 14" den Test bestand mit Ausnähme derjenigen, auf welche die Sperrzwischenschicht aus dem Epoxylack aufgebracht worden war* Darüber hinaus bestanden diese den Test mit einem Zeitfaktor von mehr als 6-fach im Vergleich zu den Verkleidungsplatten ohne eine Sperrschicht zwischen der Oxydschicht und der Oberflächenüberzugsschicht

409821/0834

aus einem Acryllack (dabei handelte es sich bei diesem Zeitfaktor um einen Minimalfaktor, da die Tests nach 1880 Stunden abgebrochen wurden, ohne daß irgendeine Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung der überzogenen Verkleidungsplatten zu beobachten war). Diese Faktoren waren auf dem Hintergrund von Betrachtungen der erwarteten Haltbarkeit dieser Überzüge weder allein noch in der angewendeten Kombination vorhersehbar.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

40982 1/083

Claims

Patentansprüche

Baufrontverkleidungsplatte aus legiertem Aluminium, die sich insbesondere als äußere Dekorations- und Schutzplatte an Gebäudekonstruktionen eignet und aus einer geformten Aluminiumplatte besteht, die durch Oberflächenmodifikation mit einer Oxydschicht versehen und anschließend mit einem Dekorations« und/oder Schutzüberzug auf Basis eines polymeren Materials versehen worden ist₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht durch anodische Oxydation aufgebracht worden ist und eine Dicke von O₅OI bis 0_?7 Mikron aufweist, wobei der Schutzüberzug auf Basis eines polymeren Materials aus einer !Combination aus einer Schutz- bzw„ Sperrschicht aus einem wärmegehärteten Epoxylack mit einer Dicke von O5I bis 1O₉O Mikron und einer dekorativen Oberflächenüberzugsschicht auf Basis eines polymeren Materials, vorzugsweise auf Basis eines Acryllacks, bestehtο

2· Verkleidungsplatte nach Anspruch 1_S dadurch gekenn-^λ zeichnet, daß sie aus mit Mg oder Mn legiertem Aluminium besteht.

3« Verkleidungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperr- bzw. Schutzschicht aus einem wärmegehärteten Epoxylack auf Basis eines Epoxyphenols oder Epoxymelamins besteht.

4. Verfahren zur Herstellung einer Baufrontverkleidungsplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Aluminiumoberfläche, gewünschtenfalls nach einer vorherigen Entfettungsbehandlung, eine Oxydschicht einer Dicke von 0,01 bis 0,7 Mikron aufgebracht wird, wonach auf die so erhaltene Oxydschicht eine Sperrschicht aus einer wärmehärtbaren Epoxyschicht einer Dicke von 0,1 bis 10,0 Mikron im gehärteten Zustand und schließlich eine Oberflächenüberzugsschicht auf Basis eines polymeren

A09Ö21 /0834

Materials, vorzugsweise ein Lack oder Anstrich auf Acrylbasis,aufgebracht werden_tund daß die Verkleidungsplatte dann zu'ihrer endgültigen Form oder Gestalt verformt wird.

409821 / 083