DE2435061A1

DE2435061A1 - Verfahren zur beschichtung von metalloberflaechen mit kunstharzen

Info

Publication number: DE2435061A1
Application number: DE2435061A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Holl; Franz Gottfried Dipl Ch Reuter
Original assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Current assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Priority date: 1974-07-20
Filing date: 1974-07-20
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US4022925A; JPS5111825A

Description

DR. JOACHIMSTEFFtNS

DIPLOM-CHEMIKER UND PATENTANWALT 243 5061

D-8032 LOCHHAM/MONCHEN MOZARTSTRASSE 24 TELEFON. (089) 87 25 51 TELEXi (05) 29830 stoff d

20.-JuIi 1974 Physik-8

Polymer-Physik GmbH & Co. KG, 2844 Lemförde

Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen

mit Kunstharzen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit Kunstharzen, bei denen die Metalloberflächen vor dem Aufbringen des Kunstharzes einer speziellen Vorbehandlung unterworfen werden.

Es ist bekannt, daß man bei Aufdampfprozessen, bei denen beispielsweise eine extrem dünne Metallschicht auf ein Substrat im Vakuum aufgedampft wird, zur Haftverbesserung des Aufdampfgutes die Oberfläche des Substrates vor dem Aufdampfen mit Ionen und Elektronen aus einer Gasentladung beschießt (beglimmt) oder einem reinen Elektronenbeschuß im Vakuum aussetzt. Auf einer

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so vorbehandelten Oberfläche haftet beispielsweise das aufgedampfte Metall oder eine aufgedampfte Dielektrikumschicht erheblich besser als ohne eine solche Vorbehandlung .

Es ist ferner bekannt, daß bei der Beschichtung von Metallblechen mit Kunstharzen immer wieder das Problem auftritt, wie man die Haftfähigkeit der Kunstharze auf den Oberflächen der Metallbleche verbessern kann. Um dieses Problem zu lösen, hat man insbesondere daran gearbeitet, die Lacke bzw. die Kunststoffpulverzusammensetzungen selbst zu verbessern. Natürlich war man auch bemüht, eine Haftverbesserung der Kunstharze auf den Metalloberflächen dadurch zu erreichen, daß man die Metalloberflächen einer chemischen und/oder mechanischen Vorbehandlung unterwarf. Bekannt ist auf diesem Gebiet beispielsweise die Trichloräthylenreinigung, die Phosphatierung bzw. die Chromatierung der Metalloberflächen durch Eintauchen der Metallgegenstände in entsprechende Bäder und anschließendes Spülen. Diese Bäder erfordern jedoch einen erheblichen Aufwand. Insbesondere stellen sie durch ihren Spülwasserverbrauch und die sich daraus ergebende Abwasserverschmutzung eine große Umweltbelastung dar. Zum Beispiel wäre die Beschichtung von Metalloberflächen mit Kunstharzpulvern, bei der man keinerlei Lösungsmittel benötigt, sehr umweltfreundlich, wenn nicht die lästigen Vorbehandlungsstufen in den verschiedenen Bädern notwendig wären.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit Kunstharz zu entwickeln, bei dem das Kunstharz mindestens so gut haftet wie bei den herkömmlichen Beschichtungsverfahren, bei denen die Metalloberfläche einer chemischen und/oder mechanischen Vorbehandlung unterworfen wurde, und bei dem

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die aufwendigen chemischen und/oder mechanischen Vorbehandlungen durch eine einfache, saubere, umweltfreundliche Vorbehandlung ersetzt wird.

Gelöst wurde diese Aufgabe dadurch, daß man die Metalloberflächen vor ihrer Beschichtung mit Kunstharz einer energiereichen Strahlung, z.B. einer Elektronen- und/oder Ionenstrahlung, in Gegenwart einer organischen Substanz und/oder einer Organo-Silicium-Sauerstoff-Verbindung (Silicone), die sich in Form eines dünnen Films auf der Metalloberfläche befindet oder die Metalloberfläche in Form eines Gases berührt, aussetzt.

Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß eine wesentlich bessere Haftung des Kunstharzes auf der Metalloberfläche erreicht wird, wenn man die Metalloberfläche in Gegenwart von organischen Substanzen und/oder Organo-Silicium-Sauerstoff-Verbindungen der energiereichen Strahlung aussetzt. Offenbar entsteht auf diese Weise eine Kontaminationsschicht, die beispielsweise aus Kohlenwasserstoffmolekülen bestehen kann, welche sehr stark auf der Metalloberfläche haftet. Ein Ablösen dieser Schicht mit den üblichen chemischen Mitteln ist nahezu unmöglich. Es müssen hierzu mechanische Methoden angewandt werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit Kunstharzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die zu beschichtenden Metalloberflächen vor dem Aufbringen des Kunstharzes in Gegenwart von organischen Verbindungen und/oder Organo-Silicium-Sauerstoff -Verbindungen mit energiereichen Strahlen bestrahlt und dann erst in üblicher Weise diese Metallobeflachen mit Kunstharz beschichtet.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist "besonders wertvoll für die Beschichtung von kaltgewalzten Blechen, die vom Blechhersteller zum temporären Korrosionsschutz mit einer sehr dünnen Ölschicht, beispielsweise einer Mineralölschicht, überzogen sind. Meist wird hierzu ein Tiefziehöl verwendet, um das Gleiten des Werkzeuges bei der nachträglichen Verformung zu erleichtern. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden diese Bleche nur von Staub oder sonstigen Verunreinigungen mechanisch gesäubert und beispielsweise mit einem Elektronen- und/oder Ionenstrahl an der Luft mit einer Dosis zwischen 5 und 20 MRad beschossen. Anschließend werden die Bleche direkt in der bisher üblichen Weise mit "Pulverlack" oder lösungsmittelhaltigem Lack beschichtet. Messungen der Haftfähigkeit mit Erichsen-Tiefung, Kugelfallprüfung, Dornbiegeprüfung sowie Gitterschnitt ergaben bessere Ergebnisse als bei den konventionell vorbehandelten Blechen, die vor der Beschichtung im Trichloräthylenbad "entfettet" und anschließend phosphatiert oder chromatiert wurden. Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die "Entfettungsstufe" und die anderen Bäderstufen fehlen, wird ein weiterer sehr umweltfreundlicher Beitrag geleistet, da die Anwendung und Überwachung von Trichloräthylenbädern, entsprechenden Phosphatier- bzw. Chromatierbädern sowie Spülbädern nicht mehr notwendig ist und dadurch natürlich auch die Beseitigung bzw. Aufarbeitung des ölgesättigten Trichloräthylens entfällt.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Strahlungsquellen zur Erzeugung energiereicher Strahlung, insbesondere Elektronenbeschleuniger, sind im Handel in den verschiedensten Ausführungsformen erhältlich. Ihr Einbau in bestehende Beschichtungsstraßen ist einfach, wenn man von den gege-

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benenfalls notwendigen Abschirmvorrichtungen einmal absieht. Die Betriebs- und Wartungskosten sind gering. Vorzugsweise arbeitet man an der Atmosphäre mit Elektronenbeschleunigern mit einer Beschleunigungsspannung von 150 bis 400 kV bei einer Leistung von 1 bis 40 kV je nach Scannerbreite und gefördertem Materialdurchsatz. Im Vakuum genügt eine Beschleunigung der Elektronen auf 20 bis 60 kV.

Im allgemeinen arbeitet man gemäß der Erfindung wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist.

Die Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt den Scanner 1, das Elektronenstrahlaustrittsfenster 2 sowie den Fensterflansch 5 eines Elektronenbeschleunigers. Die im evakuierten Scanner 1 beschleunigt ankommenden Elektronen treten durch das Elektronenstrahlaustrittsfenster 2 an Luft aus und wirken auf das Bestrahlungsgut 3 ein. Das Bestrahlungsgut wird durch eine Transporteinrichtung 4 senkrecht zur Scannrichtung und senkrecht zum Elektronenstrahl bewegt. Das Bestrahlungsgut kann beispielsweise ein kaltgewalztes Stahlblech, ein Aluminiumblech, ein Edelstahlblech, ein verzinktes Blech, ein Weißblech usw. sein, das zum Korrosionsschutz mit einem sehr dünnen Mineralölfilm bedeckt ist. Selbstverständlich kann man auch diese Bleche bei Atmoshärendruck unter einer gasförmigen organischen Substanz bestrahlen, z.B. durch Anblasen der Bleche mit einem Kohlenwasserstoff am Ort der Bestrahlung. Auch ist es möglich, die vorstehend beschriebenen beiden Verfahrensvarianten im Vakuum durchzuführen, beispielsweise durch Einschleusen des ebenen Blechstreifens durch sogenannte Druckstufen in eine Vakuumkammer. In diesem Fall sind dann zum Bestrahlen Elektronen mit einer Beschleunigungsspannung von nur 20 kV oder mehr oder weniger notwendig.

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Als organische Verbindungen kommen insbesondere Mineralöle und gasförmige Kohlenwasserstoffe in Frage. Selbstverständlich eignen sich auch fette Öle, Fette und Wachse sowie alle flüssigen und gasförmigen Derivate der aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffe, einschließlich der Heterocyclen. Als Silicone können insbesondere die öligen Silicone angewandt werden. Grundsätzlich sei jedoch bemerkt, daß gemäß der Erfindung anstelle der organischen und/oder Silicon-Verbindungen auch solche Verbindungen anderer Elemente eingesetzt werden können, die sich unter dem Einfluß der energiereichen Strahlung unter Bildung einer Kontaminationsschicht auf der zu beschichtenden Metalloberfläche zersetzen.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Beschichtung der erfindungsgemäß vorbehandelten Metalloberfläche in üblicher Weise mit Kunststoffpulver oder Kunststofflackzubereitungen. Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung ein Epoxydharzpulver, insbesondere ein solches mit einer Teilchengröße von 12 bis 50/i, eingesetzt.

Im übrigen wird an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, daß gemäß der Erfindung auch überraschenderweise gefunden wurde, daß man durch eine Bestrahlung von Stahloberflächen, die zum temporären Korrosionsschutz mit einem dünnen Film einer organischen oder Silicon-Verbindung überzogen sind, mit energiereichen Strahlen, insbesondere mit Elektronen- und/oder Ionenstrahlen, eine Verlängerung des temporären Korrosionsschutzes erreicht. Beispielsweise wurden aus einem kaltgewalzten Blech, das vom Blechhersteller zum temporären Korrosionsschutz mit einem dünnen Ölfilm (Tiefziehöl) überzogen ist, 20 Probebleche herausgeschnitten. 10 dieser "eingeölten" Probebleche wurden

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mit Elektronen bestrahlt und 10 nicht. Alle 20 Proben wurden dann zwei Wochen lang in ein Leitungswasserbad gehängt. Die unbestrahlten Probebleche waren nach dieser Zeit bereits stark verrostet, während die bestrahlten Probebleche nur an vereinzelten Stellen kleine Rostansätze zeigten. Durch diese erfindungsgemäße Behandlung läßt sich der temporäre Korrosionsschutz "eingeölter" Bleche von ca. 4 Wochen auf ca. 4 Monate verlängern.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Beispiel 1

Ein kaltgewalztes Stahlblech, das mit einem dünnen Film eines Tiefziehöls überzogen ist, wird nach mechanischer Säuberung von Staub und sonstigen Verunreinigungen zu einem Kühlschrankverkleidungselement gebogen, gefalzt und dann mit Elektronen eines Elektronenbeschleunigers bestrahlt, der eine Beschleunigungsspannung von 300 kV, einen Elektronenstrom von 50 mA und eine Scannerlänge von 1,30 m aufweist. Die Vorschubgeschwindigkeit des zu bestrahlenden, gebogenen und gefalzten Elements beträgt 6 m pro Minute. Die Elemente werden dabei hängend am horizontal aufgestellten Elektronenbeschleuniger mit Scanner vorbeigeführt. Die Reichweite der Elektronen an Luft ist so groß, daß auch parallel zum Elektronenstrahl verlaufende Flächen genügend Dosis erhalten. Eventuell im Schatten des Elektronenstrahls liegende Stellen können durch Anbringung eines Bleireflektors, an welchem die Elektronen reflektiert werden, auch bestrahlt werden.

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Auf die auf diese V/eise vorbehandelten Elemente wird dann das Epoxydharzpulver elektrostatisch aufgetragen und in einem Durchlaufofen bei 200 C innerhalb von 5 Minuten gesintert und ausgehärtet. Die erhaltene Beschichtung zeigt eine ausgezeichnete Haftfestigkeit.

Beispiel 2

Ein endloses Aluminiumblech, das für Fassadenverkleidung verwendet werden soll, wird in eine unter Teilvakuum stehende Kammer eingeschleust und mit Elektronen bestrahlt. Am Ort der Bestrahlung wird gasförmiges Benzol auf die Blechoberfläche geblasen. Da es sich hier um flaches Blechmaterial handelt, genügt ein Elektronenbeschleuniger mit folgenden Daten: Beschleunigungsspannung 150 kV, Elektronenstrahlstrom 100 mA, Scannerlänge 1,30 m. Die Vorschubgeschwindigkeit des Aluminiumblechs beträgt 20 m pro Minute. Das endlose Aluminiumblech läuft hierbei horizontal unter dem vertigal stehenden Elektronenbeschleuniger durch. Zur Bestrahlung von der Rückseite (falls dort auch beschichtet werden soll) kann ein zweiter Elektronenbeschleuniger mit den gleichen Kenndaten verwendet werden.

Auf das auf diese Weise vorbehandelte endlose Blech wird das EpoxydharzpulVer elektrostatisch aufgetragen und in einem Durchlaufofen bei 200° C innterhalb von 5 Minuten gesintert und ausgehärtet. Die erhaltene Beschichtung zeigt ebenfalls eine ausgezeichnete Haftfestigkeit.

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Claims

Patentansprüche

1.,) Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit Kunstharzen, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu beschichtenden Metalloberflächen vor dem Aufbringen des Kunstharzes in Gegenwart von organischen Verbindungen mit energiereichen Strahlen bestrahlt und dann erst die Metalloberflächen in üblicher Weise mit Kunstharz beschichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberfläche an der Atmosphäre mit Elektronen, die eine Energie von 150 bis 400 kV aufweisen, und im Vakuum mit Elektronen, die eine Energie von 20 bis 60 kV aufweisen, bestrahlt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit Elektronen bestrahlten Metalloberflächen mit Kunstharzpulvern, insbesondere mit Epoxydharzpulver, die vorzugsweise eine Teilchengröße von ca. 12 bis 50/ti aufweisen, beschichtet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung der zu beschichtenden Metalloberfläche an der Atmosphäre stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bestrahlung der zu beschichtenden Metalloberfläche im Vakuum durchführt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bestrahlung fett- und ölfreier Metalloberflächen in Gegenwart von gasförmigen organischen Verbindungen, insbesondere aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, durchführt.

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7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man kaltgewalzte Stahlbleche, die zum temporären Korrosionsschutz mit einer sehr dünnen Mineralölschicht, vorzugsweise einer Schicht aus Tiefziehöl, als organische Verbindung überzogen sind, bzw. daraus hergestellt Elemente mit Elektronen bestrahlt und dann direkt in üblicher Weise mit Kunstharz beschichtet.

8. Verfahren zur Verlängerung des temporären Korrosionsschutzes von mit einem dünnen Film aus organischen Verbindungen und/oder Siliconen über Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit dem dünnen Film überzogenen Metalloberflächen mit einergiereichen Strahlen, insbesondere mit Elektronen- und/oder Ionenstrahlen, bestrahlt.

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