DE2433453A1 - Verfahren zur behandlung der oberflaeche von stahl und zur herstellung von beschichtetem stahlblech - Google Patents

Verfahren zur behandlung der oberflaeche von stahl und zur herstellung von beschichtetem stahlblech

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Stahl, insbesondere Stahlblech, mit dem man in bequemer und kostensparender Weise lackierbare Stahlbleche, beschichtete Stahlbleche und beschichtete Stahlfolien herstellen kann, die eine ausgezeichnete Rostbeständigkeit und gute Lackiereigenschaften besitzen, und mit dem man insbesondere ohne Verwendung irgendwelchen Klebstoffs beschichtete Stahlbleche herstellen kann, die mit einem mit Diallyl-phthalat-harz imprägnierten Papier beschichtet sind.
Bislang wurde die Rostbeständxgkeit von Stahlblechen üblicherweise durch die Verwendung von Rostschutzöl erreicht. Das Rostschutzöl muß jedoch vor dem Lackieren und, Bedrucken entfernt
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werden. Weiterhin ist es bei einem zu lackierenden Stahlblech erforderlich, eine Fettbeseitigungsbehandlung und eine Behandlung mit Phosphat als Vorbehandlung durchzuführen. Die Behandlung des Stahlblechs mit Phosphat erfolgte bislang mittels der folgenden Methoden:
a) Der "wässrigen Methode", bei der das Stahlblech mit einer wässrigen Lösung behandelt wird, die Orthophosphorsäure, Pyrophosphorsäure und ein oder mehrere Salze dieser Säuren sowie Additive wie ein Oxidationsmittel enthält.
b) Der "trockenen Methode", gemäß der das Stahlblech nicht unter
Verwendung von Wasser, sondern eines organischen Lösungsmittels, wie Trichloräthylen und niedrigmolekularen Alkoholen, behandelt wird. ,
Bei diesen Verfahren sind die Filmbildungseigenschaften des Materials schlecht und es sind als Reaktionszeit mehr als einige zehn Sekunden erforderlich, so daß es unmöglich ist, lackierbares Stahlblech mit ausreichender Rostbeständigkeit und Lackiereigenschaften kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit in Form eines Stahlbandes herzustellen.
Zur Lösung dieses Problems wurden elektrolytisch mit Chromsäure behandelte Stahlbleche und galvanisch mit Zink beschichtete Stahlbleche eingesetzt. Jedoch ist das erstere Material kostspielig und zeigt keine ausreichende Haftung für den Lack oder die Farbe, während das letztere Material keine ausreichende Oberflächenglätte aufweist. Daher sind beide Materialien nicht für das Bedrucken oder dergleichen geeignet.
Bei der Herstellung von beschichteten Blechen durch Laminieren von Stahlblech oder Stahlfolien mit Hilfe von mit Diallyl-phthalatharz imprägniertem Papier ist es in der Praxis üblich, zunächst fettige Materialien wie Rostschutzöl vollständig zu entfernen und Flecken von dem Stahlblech oder der Stahlfolie zu beseitigen, bevor man das Stahlblech oder die Folie mit dem imprägnierten Papier über einen dazwischen eingebrachten Klebstoff durch Verpressen in der Hitze verbindet. Wenn die Verbindung jedoch ohne Verwendung eines Klebstoffs erfolgen würde, würden das Stahlblech oder die
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Folie und das imprägnierte Papier kaum aneinander anhaften oder die erreichte Verbindung würde für die praktische Verwendung nicht widerstandsfähig genug sein.
Zur Behandlung von Metalloberflächen sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen ein Behandlungsmittel eingesetzt wird, das man durch Versetzen organischer makro-molekularer Verbindungen mit entweder einem Phosphat oder einem Chromat oder beidem erhält. So ist'zum Beispiel vorgeschlagen worden, Metall mit einer wässrigen, ein hydrophobes Harz enthaltenden Dispersion, zum Beispiel einer Mischung aus einem Butadien-Styrol-Mischpolymerisat und einer Chromverbindung, zu beschichten (vgl. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 514/1962), Metall mit einer Lösung zu beschichten, die ein Ammoniumsalz oder ein Aminsalz eines Mischpolymerisats, das Acrylsäure oder Methacrylsäure oder niedrigmolekulare Alkylester davon aufweist, und eine wasserlösliche Chromatverbindung enthält (vgl. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2892/1967), Metall mit einer wässrigen Lösung zu beschichten, die einen Teil-Phosphorsäureester von Polyvinylalkohol enthält (vgl. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 24968/1967) und die Metalloberfläche mit einer Behandlungsflüssigkeit zu behandeln, die überwiegend aus einer Emulsion einer in Wasser dispergierbaren organischen makro-molekularen Verbindung (z.B. einer Acrylsäure-Mischpolymerisat-Emulsion) einer wasserlöslichen Chromverbindung und Phosphorsäureionen besteht (vgl. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 12973/1968).
Bei jedem der obigen Verfahren zur Behandlung der Metalloberfläche sind jedoch ein langes Eintauchen und/oder Fixieren bei hoher Temperatur während langer Zeit unerläßlich, was erhebliche Vorrichtungskosten verursacht und eine Schädigung des Materials zur Folge hat. Daher sind diese Verfahren absolut ungeeignet zur kontinuierlichen Herstellung grundierter Stahlbleche, insbesondere Stahlbänder, mit hoher Geschwindigkeit.
Es ist daher ein erstes Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Stahlblech, Stahlband und dergleichen
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-Ά -
bereitzustellen, mit dem die genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können und bei dem simplere Vorrichtungen eingesetzt werden können und der Betrieb vereinfacht werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Stahl/ das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mindestens eine Oberfläche des Stahls mit einem Behandlungsmittel behandelt, das mindestens einen Vertreter einer Phosphorsäure, kondensierte Phosphorsäure, Chromsäure und Salze dieser Säuren umfassenden Gruppe anorganischer Säureverbindungen, eine in saurer Lösung stabile organische makro-molekulare Verbindung und ein bei niedriger Temperatur verdampfendes Lösungsmittel enthält, und das erhaltene System sofort während sehr kurzer Zeit bei einer Temperatur von 65 C bis 150C thermisch trocknet.
Erfindungsgemäß wird somit die Oberfläche des Stahls dadurch behandelt, daß man mindestens eine Oberfläche des Stahls, den man zuvor zur Entfernung von Fettmaterialien gewaschen hat, mit einer dünnen Schicht eines Behandlungsmittel versieht, das aus 10 bis 30 Gew.-% Phosphorsäure, kondensierter Phosphorsäure, Chromsäure und/oder Salzen dieser Säuren, 5 bis 35 Gew.-% einer in saurer Lösung bzw. sauren Flüssigkeiten stabilen organischen makro-molekularen Verbindung und zum Rest aus einem bei niedriger Temperatur verdampfenden Lösungsmittel besteht, wonach man das behandelte Material augenblicklich während einer kurzen Zeit, zum Beispiel 2 bis 10 Sekunden, thermisch trocknet, was beispielsweise durch Erhitzen mit heißer Luft erfolgt.
Bei dem obigen Verfahren wird als Behandlungsmittel eine flüssige Mischung verwendet, die man durch Zugabe einer in saurer Lösung stabilen organischen makro-molekularen Verbindung zu einem oder mehreren Vertretern einer Phosphorsäure, kondensierte Phosphorsäure, Chromsäure und Salze dieser Säuren umfassenden Gruppe und Lösen der erhaltenen Mischung i"n einem bei niedriger Temperatur verdampfenden Lösungsmittel, wie einem Alkohol,erhält.
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Erfindungsgemäß wird somit das Behandlungsmittel gleichförmig und in dünner Schicht auf das Stahlblech oder das Stahlband durch Aufwalzen oder durch Aufsprühen aufgetragen, wonach man das Material augenblicklich während einer sehr kurzen Zeit von etwa 2 bis 10 Sekunden mit heißer Luft bei 65°C bis 1500C thermisch trocknet. In dieser Weise kann man für das überziehen geeignete Stahlbleche und für das Beschichten geeignete Stahlbleche und -bänder in sehr einfacher Weise, mit geringen Kosten und mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich herstellen.
Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung beschichteter Stahlbleche oder beschichteter Stahlfolien durch Verbinden eines mit einem hitzehärtbaren Harz imprägnierten Papiers mit den genannten vorbehandelten Stahlblechen oder -folien ohne Verwendung irgendeines Klebstoffs.
Gegenstand dieser Ausfuhruhgsform der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Stahlbleche ohne Verwendung irgendeines Klebstoffs, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf das in der obigen Weise behandelte Stahlblech ein mit einem hitzehärtbaren Harz imprägniertes Papier auflegt und das Ganze mit Hilfe einer Heizpresse verbindet.
Erfindungsgemäß beträgt der Gehalt der Behandlungsflüssigkeit, mit der das Stahlblech oder die Stahlfolie beschichtet wird, an Phosphorsäure, kondensierter Phosphorsäure, Chromsäure und/oder den Salzen dieser Säuren 10% bis 30%. Sind diese Materialien in geringerer Menge vorhanden, sind die Verbindungsbildungseigenschaften unzureichend. Wenn andererseits der Gehalt dieser' Materialien oberhalb des angegebenen Bereiches liegt, besteht eine Neigung dafür, daß in der Behandlungsflüssigkeit durch Gelbildung Materialien ausgefällt werden, was zur Folge hat, daß die Stabilität in unerwünschter Weise nachläßt.
Weiterhin liegt die Menge der in der sauren Lösung vorhandenen stabilen organischen makro-molekularen Verbindung, wie einem Polyvinyl-butyral-harz oder einem Acryl-latex, zwischen 5% und 35%. Bei einem Gehalt unterhalb dieses Bereiches sind die Rost-
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tieständigkeitseigenschaften und die Verbindungsbildungseigenschäften unzureichend. Ein überschreiten dieses Bereiches ist andererseits unerwünscht, da keine Verbesserung der Effekte, sondern Lediglich eine Steigerung der Kosten erreicht wird. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern.
Beispiel 1
Ein aus 10 Gew.-% Polyvinyl-butyral-harz, 15 Gew.-% Bleitrimethacrylat, 5 Gew.-% Zink-ultraphosphat, 7 Gew.-% Blei-chromat, 50 Gew.-% Äthanol und 1 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels und zum Rest aus Wasser bestehendes Behandlungsmittel wird mit Hilfe einer Walzenauftragvorrichtung auf ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 0,4 mm aufgetragen, das zuvor zur Beseitigung von Fett gewaschen worden ist. Dann wird das mit dem Überzug versehene Stahlblech während 5 Sekunden mit heißer Luft bei 8O C'getrocknet, wodurch man ein vorbehandeltes Stahlblech erhält. Die Dicke des trockenen Überzugs beträgt 1,3 bis 1,5 u. Der überzug ist farblos, transparent und sehr glatt. .
Die folgende Tabelle I zeigt die Verarbeitbarkeit, die Rostbeständigkeit und die Lackierbarkeit des erfindungsgemäß behandelten Stahlblechs im Vergleich zu einem Stahlblech, das nach einem vorbekannten Verfahren mit einer organischen makro-molekularen Verbindung behandelt worden ist.
Aus der folgenden Tabelle I ist zu ersehen, daß das erfindungsgemäß behandelte Stahlblech überlegene Eigenschaften besitzt.
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Tabelle I
A: Erfindungsgemäß behandeltes Stahlblech
B: Nach dem Stand der Technik unter Verwendung einer organischen makromolekularen Verbindung behandeltes Stahlblech
Behandlungsbedingungen
OO O CO
Rostbeständigkeit (durch Bewitterung im Freien während 9 Monaten ermittelt) Lackierbarkeit (Acrylharz-Lack, 20 yu)
Schachbrett-Cellophanband-
Abreißtest Schachbrett-Cellophanband-
Abreißtest,nach
dem Benetzungstest durchgeführt
Schachbrett-Cellophanband- Abreißtest nach dem Eintauchen in eine 3%ige wässrige Kochsalzlösung
Während bis 10 Sekunden bei 65°C bis 150°C getrocknet
während 45 Sekunden bei 25O°C bis 300°C getrocknet
Die Oberfläche nimmt in 30 Tagen eine geringfügig bräunliche Färbung an
nach 20 Tagen läßt sich Röstbildung feststellen
zufriedenstellend
zufriedenstellend
zufriedenstellend zufriedenstellend
geringfügig abgeblättert
abgeblättert
Beispiel 2
Durch Aufsprühen beschichtet man ein galvanisch verzinktes Stahlblech mit einer Dicke von 0,4 mm mit einem Behandlungsmittel, das aus 15 Gew.-% Phenolharz, 5 Gew.-% Polyvinyl-butyral-harz,
10 Gew.-% Chrom-tetramethacrylat, 5 Gew.-% Zink-ultraphosphat,
AO Gew.-% Äthanol, 20 Gew.-% Aceton, 1 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels und als Rest aus Wasser besteht, wonach man das Stahlblech während 6.Sekunden mit heißer Luft bei 900C trocknet und ein vorbehandeltes Stahlblech erhält. Die Dicke des trockenen Überzugs beträgt 1,1 bis 1,3 ^u.
In diesem Fall erzielt man im wesentlichen dieselben Ergebnisse wie die in Tabelle I angegebenen.
Beispiel 3
Auf das gemäß Beispiel 1 erhaltene, als Grundlage verwendete
vorbehandelte Stahlblech bringt man ein mit einem Diallylphthalat-harz imprägniertes, im Handel unter der Bezeichnung
"Dapon impregnated paper" erhältliches Papier auf und verbindet die beiden Materialien bei einer Temperatur von 130 C bis 140°C
und einem Druck von 10 bis 12 kg/cm während 7 Minuten in einer Heizpresse. In der folgenden Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchung des Bindevermögens des erfindungsgemäß erhaltenen
beschichteten Stahlblechs und eines mit. Hilfe anderer Verfahren erhaltenen, zum Vergleich verwendeten beschichteten Stahlblechs angegeben. Die Untersuchung erfolgt dadurch, daß man die Bleche bei 7O°C in heißes Wasser einbringt und während 3 Stunden bei 60°C trocknet und dann das Ausmaß des Abblätterns an den Kanten
beobachtet. Das Entfernen des Fetts von dem in der Tabelle angegebenen blanken Stahlblech erfolgt durch Besprühen mit Alkali.
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- 9 Tabelle II
Stahlblech
Bindevermögen
Erfindungsgemäß behandeltes Stahlblech
Kein Abblättern
Mit einem Klebstoff beschich- - Kein Abblättern tetes blankes Stahlblech
Mit Zink-phosphat behandeltes Stahlblech
Blankes Stahlblech
Teilweises Abblättern Vollständiges Abblättern
Aus den obigen Untersuchungsergebnissen ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäß behandelte Stahlblech das gleiche ausgezeichnete Bindevermögen aufweist, wie das mit einem Klebstoff beschichtete Stahlblech.
Beispiel 4
In gleicher Weise wie in Beispiel 3 beschrieben verbindet man das gemäß Beispiel 2 vorbehandelte Stahlblech mit dem mit einem Diallyl-phthalat-harz imprägnierten Papier (Dapon impregnated paper). In der folgenden Tabelle III sind die Ergebnisse von Untersuchungen hinsichtlich des Bindevermögens angegeben, die nach der in Beispiel 3 beschriebenen Weise durchgeführt wurden, und wobei das gemäß diesem Beispiel erhaltene beschichtete Stahlblech und ein beschichtetes Vergleichsstahlblech, das mit einem anderen Verfahren erhalten worden war, eingesetzt werden.
Tabelle III
Stahlblech
Erfindungsgemäß behandeltes Stahlblech
Mit einem Klebstoff beschichtetes verzinktes Stahlblech
Mit Chromat behandeltes, verzinktes Stahlblech
Bindevermögen
Keine Ablösung Keine Ablösung
Vollständige Ablösung
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- ΊΟ -
Beispiel 5
Das in Beispiel 1 verwendete Behandlungsmittel wird durch Eintauchen auf eine 50 u starke Stahlfolie, die zuvor zur Entfernung des Fettes gewaschen worden war, aufgebracht, wonach man das Material während 5· Sekunden mit heißer Luft bei 800C trocknet und wobei man eine vorbehandelte Stahlfolie erhält. Die Dicke des trockenen Überzugs beträgt 1,3 bis 1,4 u.
Dann verbindet man in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise diese vorbehandelte Stahlfolie mit dem mit einem Diallyl-phthalat-harz imprägnierten Papier (Dapon impregnated paper). In der folgenden Tabelle IV sind die Ergebnisse der gemäß Beispiel 3 durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich des Bindevermögens angegeben, die mit der nach diesem Beispiel erhaltenen beschichteten Stahlfolie und einer blanken Stahlfolie, die mit einem Klebstoff beschichtet worden war, durchgeführt wurden. Die Entfernung des Fettes von der in der folgenden Tabelle angegebenen blanken Stahlfolie erfolgte durch Eintauchen in Trichloräthylen.
Tabelle IV
„ ,- „ . ,, . . Untersuchung durch
Grundlage Schachbrett- L u £ .Iej
L u £ .
jellophanband- und Verbiegeu um
Abreißtest 180°
Erfindungsgemäß behandel- Keine Ablösung Keine Ab Losung te Stahlfolie
Blanke, mit einem Kleb- Keine Ablösung Keine AbLösung stoff beschichtete Stahlfolie
Aus den obigen Testergebnissen ist zu ersehen, daß erfin selbst im Pall der Stahlfolie ein ausgezeLchnehes Bindevermögen erreicht werden kann. —
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    (1. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Oberfläche des Stahls mit einem Behandlungsmittel behandelt, das mindestens einen Vertreter einer Phosphorsäure, kondensierte Phosphorsäure, Chromsäure und Salze dieser Säuren umfassenden Gruppe anorganischer Säureverbindungen, eine in saurer Lösung stabile organische makro-molekulare Verbindung und ein bei niedriger Temperatur verdampfendes Lösungsmittel enthält, und das erhaltene System sofort während sehr kurzer Zeit bei einer Temperatur von 65°C bis 150°C thermisch trocknet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Behandlungsmittel aus 10 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vertreters der Gruppe der anorganischen Säureverbindungen, 5 bis 35 Gew.-% der organischen makro-molekularen Verbindung und zum Rest aus dem bei niedriger Temperatur verdampfenden Lösungsmittel besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als bei niedriger Temperatur verdampfendes Lösungsmittel ein Alkohol- und/oder Keton-Lösungsmittel verwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem thermischen Trocknen eine Trocknungszeit von 2 bis 10 Sekunden eingehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel auf mindestens einer Oberfläche des Stahls mit einer Dicke von 1,1 bis 1,5 u aufgetragen wird.
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  6. 6\ Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Stahlblechs, !dadurch gekennzeichnet, daß man ein mit einem hitzehärtbaren Harz imprägniertes Papier direkt auf das ' gemäß Anspruch 1 hergestellte vorbehandelte Stahlblech aufträgt und das Papier mit Hilfe einer Heizpresse mit dem Stahl verbindet.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als mit dem hitzehärtbaren Harz imprägniertes Papier ein mit einem Diallyl-phthalat-harz imprägniertes Papier verwendet und die Behandlung in der Heizpresse während 7 Minuten bei einer Temperatur von 130°C bis 140 C und einem Druck von 10 bis 12 kg/cm durchführt.
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