DE2654580A1 - METHOD OF APPLYING PROTECTIVE COATING TO ZINC OR ZINC ALLOYS - Google Patents

METHOD OF APPLYING PROTECTIVE COATING TO ZINC OR ZINC ALLOYS

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DE2654580A1
DE2654580A1 DE19762654580 DE2654580A DE2654580A1 DE 2654580 A1 DE2654580 A1 DE 2654580A1 DE 19762654580 DE19762654580 DE 19762654580 DE 2654580 A DE2654580 A DE 2654580A DE 2654580 A1 DE2654580 A1 DE 2654580A1
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zinc
acid
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tannic acid
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Yasunobu Matsushima
Masanori Suzuki
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    • C23C22/48Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
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Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/M., den 29.11.1976METALLGESELLSCHAFT Frankfurt / M., November 29th, 1976

Aktiengesellschaft λ DrBr/LWüAktiengesellschaft λ DrBr / LWü

Prov. Nr. 7992 MProv. No. 7992 M.

Verfahren zum Aufbringen eines Schutz-Überzuges auf Zink oder Zinklegierungen Process for applying a protective coating to zinc or zinc alloys

Oberflächen von Zink sowie von metallischen Materialien, die mit Zink überzogen sind, beispielsweise heißverzinkter oder elektrolytisch verzinkter Stahl, erleiden unter feuchten Bedingungen eine Bildung von weißen Flecken. Das Vorliegen von solchen, auch als "weißer Rost" bezeichneten Flecken auf den Oberflächen verschlechtert das Aussehen der Gegenstände, beeinträchtigt die Korrosionsbeständigkeit und erniedrigt merklich das Haften von Anstrichen, die auf die Oberflächen aufgebracht werden. Wirksame Methoden zur Verhinderung der Bildung von weißen Flecken sind verschiedene Chromatierungsverfahren, bei denen hauptsächlich Lösungen von Chromsäure, BIchromsäure oder deren Salzen verwendet ΐ/erden. Die Chromatierungsverfahren sind nicht aufwendig und vermitteln eine gute Korrosionsbeständigkeit, haben jedoch den Nachteil, daß die Verbindungen des sechswertigen Chroms toxische Wirkungen ausüben können und daher aus Umweltgründen zunehmend strengeren Bestimmungen unterworfen sind. Probleme der Verfahrenskontrolle und der Abwasseraufbereitung haben sich daraus ergeben. Es besteht daher der Wunsch, einen Überzug zur Verfügung zu haben, der einen der mit Chromatierungsverfahren erzielten vergleichbaren Schutz vermittelt, aber zu dessen Aufbringung ohne Anwendung von Chrom-VI-Verbindungen gearbeitet wird.Surfaces of zinc as well as of metallic materials that Coated with zinc, for example hot-dip galvanized or electrolytically galvanized steel, suffer under humid conditions a formation of white spots. The presence of such spots, also known as "white rust", on the Surface deteriorates the appearance of the objects, deteriorates and lowers corrosion resistance noticeable adhesion of paints applied to surfaces. Effective methods of preventing the Formation of white spots are different chromating processes, in which mainly solutions of chromic acid, Chromic acid or its salts are used ΐ / earth. The chromating process are not expensive and provide good corrosion resistance, but have the disadvantage that the compounds of hexavalent chromium have toxic effects can exercise and are therefore subject to increasingly stricter regulations for environmental reasons. Procedural control problems and wastewater treatment have resulted from this. There is therefore a desire to have a cover available, which provides a comparable protection achieved with chromating processes, but without applying it Application of chromium VI compounds is being worked on.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen eines Schutzüberzuges auf Zink oder Zinklegierungen ist dadurch gekennzeichnet,The method according to the invention for applying a protective coating on zinc or zinc alloys is characterized by

709826/1076 - 2 -709826/1076 - 2 -

ORIGINALORIGINAL

daß die Oberflächen mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die 0,1 bis 20 Gew.% Tannin oder Tanninsäure und 0,01 bis 20 Gew.% Kieselsäure und/oder Kieselsol und/oder Aluminiumoxidsol, gerechnet als 0xids enthält, behandelt werden.that the surfaces are treated with an aqueous solution or suspension containing 0.1 to 20% by weight of tannin or tannic acid and 0.01 to 20% by weight of silica and / or silica sol and / or aluminum oxide sol, calculated as oxide s.

Als Tannin oder Tanninsäure können hydrolysierbare oder kondensierte Tannine oder partiell^ Abbauprodukte davon verwendet werden, wie beispielsweise Depsidtannin, Gallotannin, chinesische Tanninsäure, türkische Tanninsäure, Hamamelitanninsäure, Tanninsäure von Acer Ginnala, Chebulinsäure, Sumach-Tannin, chinesisches Gallotannin, Ellagitannin, Catechin, Catechintanninsäure, Quebrachotannin. Bei einer Konzentration von weniger als 0,1 Gew.% wird die Wirksamkeit des Tannin unzureichend. Eine Konzentration von über 20 Gew.% ist aus Gründen der Bearbeitbarkeit und Wirtschaftlichkeit unvorteilhaft.As tannin or tannic acid can hydrolyzable or condensed tannins or partially ^ degradation products thereof are used, such as Depsidtannin, tannic acid, Chinese tannic, Turkish tannic acid, Hamamelitanninsäure, tannic Acer ginnala, chebulinic, sumac tannin, Chinese tannic acid, ellagitannins, catechol, Catechintanninsäure , Quebracho tannin. If the concentration is less than 0.1% by weight, the effectiveness of the tannin becomes insufficient. A concentration of more than 20% by weight is disadvantageous for reasons of machinability and economy.

Als Kieselsäure kann handelsübliches festes SiOp verwendet werden, wie beispielsweise die unter den Warenzeichen "Aerosil" von der Nihon Aerosil Co., Ltd., oder "Siloid" von der Fuji Devison Co., Ltd., erhältlichen Produkte. Als Kieselsol bzw. -gel kann eine Lösung, die durch Entfernen von Natriumionen aus einer Natriumsilikatlösung mittels Ionenaustauscher erhalten wird, verwendet werden oder handelsübliches Kieselsol, das SiO2 in einer Menge von etwa 20 bis 30% enthält, wie beispielsweise das unter dem Warenzeichen "Snowtex" von der Nissan Chemicals Co., Ltd., erhältliche Produkt. In jedem Fall sollte das SiO2 homogen dispergiert im kolloidalen Zustand in dem wäßrigen Medium sein. Es kann auch eine wäßrige Lösung oder Dispersion von Kieselsäure oder Kieselsol, der in bekannter Weise Lithiumoxid zugesetzt ist, verwendet werden, wie beispielsweise das unter dem Warenzeichen "Lithium Silicate" von der Nissan Chemicals Co., Ltd., erhältliche Produkt. Als Aluminiumoxidsol kann handelsübliches Al2O-*- SoI, dispergiert in Wasser, verwendet werden. Beispielsweise ist das von der Nissan Chemicals Co., Ltd., erhältliche Produkt, welches Al2O-, in einer Menge von über 10% enthält und stabilisiert ist bei einem pH-Wert von 2·Ν,5 bis 6 mit einer anorganischen oder organischen Säure, bequem zu handhaben.Commercially available solid SiOp, such as those available under the trademarks "Aerosil" from Nihon Aerosil Co., Ltd., or "Siloid" from Fuji Devison Co., Ltd., can be used as the silica. A solution obtained by removing sodium ions from a sodium silicate solution by means of an ion exchanger can be used as the silica sol or gel, or commercially available silica sol containing SiO 2 in an amount of about 20 to 30%, such as that under the trademark " Snowtex "product available from Nissan Chemicals Co., Ltd.. In any case, the SiO 2 should be homogeneously dispersed in the colloidal state in the aqueous medium. It is also possible to use an aqueous solution or dispersion of silica or silica sol to which lithium oxide is added in a known manner, such as, for example, the product available from Nissan Chemicals Co., Ltd. under the trademark "Lithium Silicate". Commercially available Al 2 O - * - Sol, dispersed in water, can be used as the aluminum oxide sol. For example, the by Nissan Chemicals Co., Ltd., commercially available product which contains Al 2 O, in an amount of over 10% and is stabilized at a pH value of 2 · Ν, 5 to 6 with an inorganic or organic acid, convenient to use.

709826/1076 _ 3_709826/1076 _ 3 _

Ή'Ή '

Die Zusammensetzung der wäßrigen Lösung oder Suspension richtet sich in gewissem Maße nach der Arbeitsweise zur Bildung des Schutzüberzuges, wie z.B. durch Tauchen, Walzenauftrag, Fluten, Sprühen, elektrostatischen Auftrag, Aufbürsten. Die obengenannten Konzentrationen sind jedoch einzuhalten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Gewichtsverhältnis von Tannin oder Tanninsäure zu Kieselsäure und/oder Kieselsol und/oder Aluminiumoxidsol im Bereich von 100:1 bis 1:100 liegt. Wenn Tannin oder Tanninsäure in einer höheren Menge vorliegt, besteht die Gefahr einer Blasenbildung nach der Lackierung. Wenn die Oxide in einer höheren Menge vorliegen, besteht die Gefahr, daß der gebildete Überzug brüchig wird.The composition of the aqueous solution or suspension depends to a certain extent on the method used to form the Protective coating, e.g. by dipping, roller application, flooding, spraying, electrostatic application, brushing on. The above However, concentrations must be observed. It has proven to be useful if the weight ratio of tannin or Tannic acid to silica and / or silica sol and / or aluminum oxide sol is in the range from 100: 1 to 1: 100. If tannin or Tannic acid is present in a higher amount, there is a risk of blistering after painting. When the oxides are in a higher amounts are present, there is a risk that the coating formed will become brittle.

Da die stabilen pH-Bereiche von den Arten des verwendeten Tannins oder der Tanninsäure und der verwendeten Kieselsäure oder Oxidsole abhängen, kann es zweckmäßig sein, den pH-Wert der wäßrigen Lösung oder Suspension einzustellen. Hierzu können eine anorganische oder organische Säure oder deren Salze verwendet werden, wie z.B. Phosphorsäure, Schwefelsäure, Flußsäure, Oxalsäure, Zitronensäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Essigsäure. Es kann auch eine alkalische Verbindung, wie Alkalihydroxid oder Amin, zur pH-Wert-Einstellung benutzt werden. Da ein restlicher Gehalt von wasserlöslichen Salzen in dem Überzug sich jedoch nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit auswirken kann, sollten solche Salze auf eine minimale Menge beschränkt werden.Because the stable pH ranges depend on the types of tannin or tannic acid used and the silica or oxide brine used Depending on, it may be useful to adjust the pH of the aqueous solution or suspension. For this purpose, an inorganic or organic acid or its salts are used, such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, oxalic acid, citric acid, Maleic acid, phthalic acid, acetic acid. It can also use an alkaline compound, such as alkali hydroxide or amine, for pH adjustment to be used. However, since a residual content of water-soluble salts in the coating adversely affects the Corrosion resistance, such salts should be limited to a minimum amount.

Der wäßrigen Lösung bzw. Suspension kann auch zusätzlich ein wasserlösliches, emulgierbares oder dispergierbares organisches polymeres Harz zugesetzt werden, um die Haftfestigkeit des Überzuges auf der Metalloberfläche zu verbessern oder den Überzug geschmeidiger zu machen.The aqueous solution or suspension can also be a water-soluble, emulsifiable or dispersible organic polymeric resin can be added to improve the adhesive strength of the coating on the metal surface or the coating to make it smoother.

Die nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise auf Oberflächen von Zink oder dessen Legierungen aufgebrachten Schutzüberzüge ergeben einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand und eine vorzügliche Grundlage für Anstriche mit hoher Haftfestigkeit.The protective coatings applied to surfaces of zinc or its alloys in accordance with the procedure according to the invention result excellent corrosion resistance and an excellent base for paints with high adhesive strength.

In den nachstehenden Beispielen sind die Vorteile der Erfindung näher darge^t.In the following examples, the advantages of the invention are shown in more detail.

703020/1078 " 4 ~703020/1078 " 4 ~

-ζ'-ζ '

Beispiel 1example 1

Heißverzinkte Stahlbleche (100 χ 300 χ 0,3 mm), die temporär mitChromsäure behandelt worden waren, wurden dreifach nach dem nassen Schleifbürsten-Verfahren bearbeitet, um anhaftende Chromsäure von der Oberfläche zu entfernen. Durch Dispergierung und Lösung von 30 g chinesischem Gallotannin (Handelsprodukt der Fuji Chemical Industries Co. Ltd. "Tannic Acid AL") und 30 g Kieselsäure-Pulver (Handelsprodukt der Nihon Aerosil Co. Ltd. "Aerosil 380") in etwa 500 ml entionisiertem Wasser und Auffüllen mit reinem Wasser auf 1000 g wurde eine Behandlungssuspension hergestellt. Der pH-Wert der Suspension betrug etwa 3,5. Die gereinigten verzinkten Stahlbleche wurden mit der Suspension beschichtet durch das Naßfilmziehverfahren (bar coating; bar Nr. 6) und zur Bildung des Schutzüberzuges 1 Minute bei 1200C in einem Ofen mit umlaufender Heißluft getrocknet.Hot-dip galvanized steel sheets (100 × 300 × 0.3 mm) that had been temporarily treated with chromic acid were processed three times by the wet grinding brush method in order to remove adhering chromic acid from the surface. By dispersing and dissolving 30 g of Chinese gallotannin (commercial product of Fuji Chemical Industries Co. Ltd. "Tannic Acid AL") and 30 g of silica powder (commercial product of Nihon Aerosil Co. Ltd. "Aerosil 380") in about 500 ml of deionized Water and making up to 1000 g with pure water, a treatment suspension was prepared. The pH of the suspension was about 3.5. The purified zinc-plated steel sheets were coated with the suspension by the Naßfilmziehverfahren (bar coating; bar # 6.) And dried to form the protective coating 1 minute at 120 0 C in an oven with circulating hot air.

Ein Teil der Bleche wurde dann dem Standard-Salzsprühtest (JIS-Z--2371) unterworfen. Bis zum Auftreten von weißen Flecken vergingen etwa 200 bis 240 Stunden. Der Überzug vermittelte daher eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.Some of the panels were then subjected to the standard salt spray test (JIS-Z - 2371) subject. It took about 200 to 240 hours for white spots to appear. The coating was therefore excellent Corrosion resistance.

Auf einen anderen Teil der Bleche wurde wärmehärtbarer Alkydlack (ein Lack zur Beschichtung der rückwärtigen Oberfläche von gefärbten galvanisierten Stahlblechen) durch das Naßfilmziehverfahren (Ziehgerät Nr, 12) aufgebracht, getocknet und 50 Sek. bei 2800C in einem Ofen mit umlaufender Heißluft eingebrannt, Die Überzüge hatten eine Dicke von 6 Mikron. Die/Lackierten Bleche wurden dann linear durch die Lackschicht bis zum Metallgrund mittels einer Rasierklingenkante eingeschnitten und dann dem Standard-Salzsprühtest (JIS-Z-2371) für 240 Std. unterworfen. Die beschichteten Oberflächen wurden dann mit Cellophan-Klebeband versehen und das Klebeband schnell abgezogen. Das Ausmaß der eingetretenen Korrosion war weniger als 3 mm auf beiden Seiten der Schnittlinie. Auf der glatten Oberfläche des Lackfilms wurden keine Blasen festgestellt. . %In another part of the sheet was thermoset alkyd varnish (a varnish for coating the rear surface of colored galvanized steel sheets) applied by the Naßfilmziehverfahren (coater No. 12), getocknet and baked 50 sec. At 280 0 C in an oven with circulating hot air, The coatings were 6 microns thick. The lacquered panels were then cut linearly through the lacquer layer down to the metal base using a razor blade edge and then subjected to the standard salt spray test (JIS-Z-2371) for 240 hours. The coated surfaces were then taped with cellophane tape and the tape quickly peeled off. The extent of the corrosion that occurred was less than 3 mm on either side of the cutting line. No bubbles were found on the smooth surface of the paint film. . %

Wenn die Lackoberfläche mit einer Kupfermünze gekratzt wurde, konnten bis zur Zinkschicht herankommende Kratzer nur schwierig erzielt werden. 7Q9826/1076 "5"When the paint surface was scratched with a copper coin, scratches reaching the zinc layer were difficult to achieve. 7Q9826 / 1076 " 5 "

Zum Vergleich wurden weitere gleiche, heißverzinkte Stahlbleche, wie oben angegeben, dreifach nach dem nassen Schleifbürsten-Verfahren gereinigt und als Probebleche benutzt:For comparison, further identical, hot-dip galvanized steel sheets, as indicated above, were threefold using the wet grinding brush method cleaned and used as test panels:

In der Vergleichsserie a) wurden die gereinigten, von Chrom-r säure freien verzinkten Stahlbleche als solche eingesetzt;In the comparison series a) the purified, chromium-r acid-free galvanized steel sheets used as such;

in der Vergleichsserie b) wurden die gereinigten Bleche mit einer 1 Gew.# Chromsäure enthaltenden, wäßrigen Lösung in entsprechender ¥eise, wie oben angegeben, beschichtet und getrocknet;In the comparative series b) the cleaned sheets were treated with an aqueous solution containing 1% by weight of chromic acid in the corresponding ¥ ice, as stated above, coated and dried;

in der Vergleichsserie c) wurden die gereinigten Bleche mit einer durch Lösen von 30 g chinesischem Gallotannin in etwa 500 ml entionisiertem Wasser und Auffüllen mit entionisiertem Wasser auf , 1000 g hergestellten Lösung in entsprechender Weise, wie oben angpgeben, beschichtet und getrocknet;In the comparative series c) the cleaned sheets with a dissolving of 30 g of Chinese gallotannin in about 500 ml deionized water and topping up with deionized water to 1000 g of the prepared solution in a corresponding manner, as indicated above, coated and dried;

in der Vergleichsserie d) wurden die gereinigten Bleche mit einer durch Dispergierung von 30 g Kieselsäure-Pulver ("Aerosil 380") in etwa 500 ml entionisiertem Wasser mittels eines Schnellrührers hergestellten wäßrigen Suspension, wie oben angegeben, beschichtet und getrocknet.in the comparative series d) the cleaned sheets were treated with a by dispersing 30 g of silica powder ("Aerosil 380") in about 500 ml of deionized water by means of a high speed stirrer prepared aqueous suspension, as indicated above, coated and dried.

Ein Teil der Bleche der Vergleichsserien a) bis d) wurde ohne Lackierung, wie die erfindungsgemäß behandelten Bleche, dem Salzsprühtest unterworfen. Ein anderer Teil der Bleche wurde, wie oben angegeben, mit dem wärmehärtbaren Alkydlack beschichtet und dann getestet.Some of the sheets of the comparative series a) to d) were subjected to the salt spray test without painting, like the sheets treated according to the invention subject. Another part of the sheets was coated with the thermosetting alkyd varnish as indicated above and then tested.

Die bei den Prüfungungen erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt:The results obtained from the tests are shown below Table compiled:

709826/1076709826/1076

'Korrosionsbestän- Korrosionsprüfung Kratzfestigkeit digkeit der un- der lackierten bei Münzprobe lackierten Bleche Bleche 240 Std. (Kupfermünze) im Salzsprühtest Salzsprühtest'' Corrosion resistance Corrosion test, scratch resistance durability of the un- lacquered sheets painted in the coin test sheets 240 hours (copper coin) in the salt spray test salt spray test

(Std.) Korrosi- Blasenonsweite bildung(Hours) Corrosive bladder formation

(mm)(mm)

ErfindungsgemäßAccording to the invention

behandelte Blecte 200 - 240treated Blecte 200 - 240

keineno

gutWell

Vergleichsserie a)Comparative series a)

mehr als Blasen 10 auf der ganzen Oberfl.more than 10 bubbles all over the surface.

geringsmall amount

VergleichsserJe b) 120 - 240Comparative series b) 120 - 240

geringe Blasenbildung low blistering

geringsmall amount

Vergleichsserie c) 48-72Comparative series c) 48-72

mehr alsmore than Blasenblow 1010 auf deron the ganzenentire Oberfl.Surface mehr alsmore than Blasenblow 1010 auf deron the ganzenentire Oberfl.Surface

geringsmall amount

Vergleichsserie d)Comparative series d)

2424

gutWell

Aus den Versuchsergebnissen geht somit hervor, daß die erfindungsgemäße Behandlung zu erheblichen Vorteilen führt.From the test results it can be seen that the inventive Treatment leads to significant benefits.

Beispiel 2Example 2

Heißverzinkte Stahlbleche, die in entsprechender Weise wie in Beispiel 1 gereinigt worden waren, wurden mit einer Suspension, die durch Lösen von 30 g chinesischem Gallotannin in etwa 500 ml entionisiertem Wasser, dann^ JDispergierung von 100 g Aluminiumoxid-SoI (Handelsprodukt der Nissan Chemicals Co. Ltd. "Alumina Sol 100")Hot-dip galvanized steel sheets, which had been cleaned in a corresponding manner as in Example 1, were treated with a suspension, by dissolving 30 g of Chinese gallotannin in about 500 ml of deionized water, then dispersing 100 g of aluminum oxide sol (Commercial product of Nissan Chemicals Co. Ltd. "Alumina Sol 100")

709826/1076709826/1076

und Auffüllen auf 1000 g mit entionisiertem Wasser hergestellt worden war, in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschichtet und getrocknet. Bei Durchführung des in Beispiel 1 angegebenen Korrosionstestes dauerte es 200 bis 240 Stunden bis zum Auftreten von weißen Flecken.and made up to 1000 g with deionized water was coated and dried in the same manner as in Example 1. When carrying out the specified in Example 1 Corrosion tests took 200 to 240 hours for white spots to appear.

- 8 - Patentansprüche- 8 - Claims

709826/1076709826/1076

Claims (2)

2654530 Patentansprüche2654530 claims 1. Verfahren zum Aufbringen eines Schutzüberzuges auf Zink oder Zinklegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die 0,1 bis 20 Gew.% Tannin oder Tanninsäure und 0,01 bis 20 Gew.% Kieselsäure und/oder Kieselsol und/oder Aluminiumoxidsöl ? gerechnet als Oxid, enthält, behandelt werden.1. A method for applying a protective coating to zinc or zinc alloys, characterized in that the surfaces with an aqueous solution or suspension containing 0.1 to 20% by weight of tannic acid or tannic acid and 0.01 to 20% by weight of silica and / or Silica sol and / or alumina oil ? calculated as an oxide that contains. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß2. The method according to claim 1, characterized in that ' in der Suspension das Gewichtsverhältnis von Tannin oder Tanninsäure zu Kieselsäure und/oder Kieselsol und/oder Aluminiumoxidsol im Bereich von 100:1 bis 1:100 liegt.'in the suspension the weight ratio of tannin or Tannic acid to silica and / or silica sol and / or aluminum oxide sol is in the range from 100: 1 to 1: 100. 709-826/1076709-826 / 1076
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