DE2701869A1

DE2701869A1 - Verfahren zum elektrophoretischen beschichten eines gegenstandes mit einer emailschicht sowie der auf diese weise beschichtete gegenstand

Info

Publication number: DE2701869A1
Application number: DE19772701869
Authority: DE
Inventors: Willem Ewald Van Der Vliet
Original assignee: Ferro BV
Current assignee: Ferro BV
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1977-08-04
Also published as: US4085021A; IT1083342B; NL7601007A

Description

FERRO B.V., Rotterdam/Niederlande Verfahren zum elektrophoretischen Beschichten eines Gegenstandes

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mit einer Emailschicht sowie der auf diese Weise beschichtete Gegenstand.

Es ist bekannt, Stahlgegenstände mit einer Emailschicht zu beschichten mittels Elektrophorese. Die Emailfritte wird dazu im allgemeinen in eine wäßrige Suspension geführt dadurch, daß die Fritte mit Wasser und gegebenenfalls weiteren Zusätzen vermählen wird. In der Suspension sind die gesonderten Fritteteilchen von einer Schicht stark adsorbierter Ionen umgeben,

die . unbeweglich in Bezug auf die Teilchen sind und auch die Ladung des Ganzen mitbestimmen. Rundherum befinden sich entgegengesetzt geladene Ionen und polare Moleküle, welche sich in Bezug auf dieses System bewegen können.

Zwischen den Teilchen im festen Teil dieser Doppelschicht und der Flüssigkeit herrscht eine Potentialdifferenz, das Zeta-Potential. Die Emailfritteteilchen mit der fest adsorbierten Schicht tragen üblicherweise eine negative Ladung, so daß,falls die Flüssigkeit mit einer Kathode versehen wird und der zu beschichtende Gegenstand als Anode funktioniert und dazwischen

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eine Potentialdifferenz angelegt wird, die Teilchen sich in die Richtung des zu beschichtenden Gegenstandes bewegen und darauf niedergeschlagen werden.

Die Teilchengeschwindigkeit wird durch den Vergleich

bestimmt,

worin: { = dielektrische Konstante

E β Feldstärke

μ β Elektroforese Geschwindigkeit

ζ s Zeta-Potential

η s Viskosität

Auf diese Weise können qualitativ hochwertige Beschichtungen aufgebracht werden, welche auch die Innenseite der Löcher und die Ränder mit einer vor Korrosion schützenden Emailschicht abdecken, was wichtig ist für Geräte, welche üblicherweise In einer nassen Umgebung vorhanden sind (Ofen, Waschmaschinen).

Selbstverständlich ist es dabei wichtig, daß Teile des Gegenstandes, welche in unterschiedlichen Abständen von den Elektroden vorhanden sind, trotzdem gleichmäßig mit einer Emailschicht beschichtet werden können. Es treten nämlich Unterschiede in der elektrischen Feldstärke auf, was nach der obigen Gleichung zu entsprechenden Unterschieden in der Elektrophorese-Geschwindigkeit der Teilchen führt. Insbesondere mit kompliziert ausgebildeten Gegenständen, z.B. mit Aussparungen und elektrisch abgeschirmten Stellen hinter Flanschen, wo infolge des Faraday-Effekts eine kleinere Feldstärke herrscht, kann es schwierig sein, ohne Hilfselektroden den ganzen Gegenstand gleichmäßig mit einer Beschichtung zu überziehen. Dennoch ist es praktisch wichtig, ein Überzugsbad mit fest aufgestellten Elektroden zur Bekleidung der unterschiedlich gebildeten Gegenstände zu benutzen.

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Der diesbezügliche Nachteil kann vermieden werden durch Erhöhung des pH-Wertes, wie in der deutschen Patentanmeldung 23 55 011.0 beschrieben. Dabei löst sich aber Eisen des Werkstückes auf beschleunigte elektrolytische Weise, wodurch Weißemail eine Cremeverfärbung erhält aufgrund des darin vorhandenen Ei sens.

Zur Vorbeugung dieser Verfärbung sind auch wieder unterschiedliche Methoden bekannt, z.B. das Aufbringen einer Kupferschicht auf das Werkstück (deutsche Patentanmeldung 2^ 55 011.0 einer Zinkschicht (deutsche Auslegeschrift 2 0^5 265), oder das nachfolgende Entfernen des Eisens durch Eintauchen in eine starke Säure ( deutsche Patentanmeldungen 23 55 011.0 und 25 52 516).

Beim elektrophoretischen Aufbringen einer gefärbten Emailschicht, wobei man auf übliche Weise anorganische Farbstoffe zu der Suspension von Emailfrittenteilchen hinzufügt, haben die Farbstoffteilchen in der Suspension ein anderes Zeta-Potential und demzufolge während des Elektrophorese-Prozesses gemäß der oben erwähnten Gleichung eine andere Migrationsgeschwindigkeit.

Dies verursacht, daß die aufgebrachte Deckschicht einen anderen Prozentsatz Farbstoff enthält als das Bad.

Während der Beschichtung einer großen Reihe von Gegenständen in einem Bad wird also der Prozentsatz an Farbstoff im Bad sich allmählich ändern und folglich auch die Farbe der darin behandelten Gegenstände.

Die Erfindung beabsichtigt, die beiden obigen Nachteile zu verringern und bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrophoretischen Aufbringen einer gefärbten Emailschicht auf einen Gegenstand, wobei man zu der Suspension aus Emailfritteteilchen

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und anorganischen Farbstoffteilchen, woraus die Beschichtung abgetrennt wird, eine oder mehrere Sorten positiver Ionen hinzufügt in einer Konzentration, welche sich auf 10 bis 95 % der Konzentration' beläuft, die erforderlich ist, um beim gleichen gegenseitigen Verhältnis der verschiedenen Ionensorten das Zeta-Potential der elektrophoretisch zu trennenden Teilchen auf Null zurückzuführen.

Diese positiven Ionen werden üblicherweise in Form von Salzen hinzugefügt,die bei der Lösung in dem zu suspendierenden Medium in positive und negative Ionen dissoziieren, z.B. Chloride, Sulfate, Nitrate, Nitrite, Acetate usw..

Diese Salze werden derart gewählt, daß sie die verlangten positiven Ionen in Lösung bringen,und daß die gleichzeitig vorhandenen negativen Ionen keinen schädlichen Einfluß auf das Verfahren ausüben.

Die diesbezügliche Suspension kann weiter übliche Zusätze enthalten, z.B. Ton, Quarz, andere Mineralien und kleine Mengen organischen Materials, z.B. Gummi, Harz, Harnstoff oder Cellulosederivate.

Vorzugsweise werden die positiven Ionen hinzugefügt in einer Konzentration, die sich auf 40 bis 60 % der Konzentration beläuft, die erfoderlich ist, um beim gleichen gegenseitigen Verhältnis der verschiedenen Ionensorten das Zeta-Potential auf Null zurückzuführen.

Der pH-Wert der Suspension wird in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung üblicherweise kaum beeinflußt.

überraschenderweise ergab sich, daß bestimmte Ionen den Einfluß von anderen Ionen sensibilisieren. Es entsteht ein synergistischer

Effekt und es kann also vorteilhaft sein, statt einer Sorte positiver Ionen, eine Kombination mehrerer Sorten hinzuzufügen.

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Gegenstände, die nach dem Verfahren der Erfindung emailliert sind, zeigen neben der üblichen guten Oberflächenqualität eine beträchtlich bessere Beschichtung an den den Elektroden nicht zugewandten Seiten der Gegenstände als Gegenstände, die in einem Bad emailliert sind, ohne die für die vorliegende Erfindung kennzeichnenden Zusätze. Außerdem werden mit dem Verfahren gemäß der Erfindung die Unterschiede in der Niederschlagsgeschwindigkeit zwischen Emailfritte- und Farbstoffteilchen nivelliert, wodurch die Farbkonstante und die Badstabilität wesentlich verbessert werden, was insbesondere wichtig ist, wenn Reihen von Gegenständen nacheinander emailliert werden in einem anorganische Farbstoffe enthaltenen Bad.

Ohne die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung kennzeichnenden Zusätze können Unterschiede auftreten im Prozentsatz an Farbstoff in dem Bad und in den auf das Werkstück niedergeschlagenen Schichten bis auf 50 % des in dem Bad vorhandenen Prozentsatzes.

Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist darin zu finden, daß das Sediment aus einer solchen Suspension üblicherweise weich ist und einfach wieder in Suspension gebracht werden kann.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert.

Beispiel

Ein semitransparentes Bor-Titan-Weißemail wurde auf bekannte Weise geschmolzen und gefrittet. Die Zusammensetzung ist in der folgenden Tabelle A angegeben.

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	TABELLE A	GevichtsTtroz ent	η
V₃	18.51	η	η
ZnO	4,14	Il	η
Na₂O	9,82	η	η
κ₂ο	6,56	η
Li₂O	0,95	η
TiO₂	10,12
P₂O₅	2,66
SiO₂	44,20
MrO	0,16
P	4,99

Danach wurde eine wässrige Suspension mit den festen Stoffen

Fritte (Tabelle A) 100,0 Gewichtsprozent Aerosil 1,0 "

Bentonit 0,1 "

GoO.Al₃O₃ (Kobalt-Aluminium Farbstoff) 2,2 "

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Die Suspension wurde auf ein spez. Gewicht von 1,50 g/ccm gebracht, wonach 0,06 Gew.-% Carboxymethylcellulose hinzugefügt wurde bezogen auf die Fritte. In dieser Suspension wurden eine in an sich bekannter Weise für die elektrophoretische Direktweißemaillierung vorbehandelte Quadratplatte aus kohlenstoffarmer Stahlqualität als Anode und eine rostfreie Quadratstahlkathode, beide mit einer Seitenabmessung von 10 cm in gegenseitigem Abstand von 6,5 cm, angeordnet. Während 15 Sek. wurde eine Spannung von 50 Volt angelegt. Darauf wurde die Platte mit V/asser abgespült, um die losen anhaftenden Teilchen zu entfernen, getrocknet und in bekannter Weise in einem Ofen bis auf 820⁰C erhitzt, um eine Emailschicht zu bekommen. Die Analyse der aufgebrachten Schicht, bevor der Brennprozess stattgefunden hat, zeigte, daß der Farbstoffgehalt 2,9 # war, d.h. beträchtlich höher war als im Bad.

Die unbedeckte Oberfläche nach dem Brennen an der von der Kathode abgewandten Seite der Platte ist ein Maßstab für das Vermögen, auch jene Teile des Werkstückes, welche weit entfernt von der Kathode liegen oder elektrisch abgeschirmt sind, mit einer gleichmäßigen Emailschicht zu bedecken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden 0,27 Gew.-% CaCIp bezogen auf die Menge Fritte dem Bad hinzugefügt. Eine zweite Platte wurde dementsprechend mit einer Emailschicht bedeckt.

Der Prozentsatz Farbstoff in der Schicht war nach der Analyse nahezu dem Prozentsatz in dem Bad gleich. Die unbedeckte Oberfläche an der Seite der Platte, die von der Kathode abge- «andt ist, ist beträchtlich kleiner.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum elektrophoretischen Aufbringen einer gefärbten Emailschicht auf einen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß man zu der Suspension aus Emailfritteteilchen und anorganischen Farbstoffteilchen, woraus die Beschichtung abgetrennt wird, eine oder mehrere Sorten positiver Ionen hinzufügt in einer Konzentration, die sich auf 10 bis 95 % ^der Konzentration beläuft, welche erforderlich ist, um in dem gleichen gegenseitigen Verhältnis der verschiedenen Ionensorten das Zeta-Potential der elektrophoretisch zu trennenden Teilchen auf Null zurückzuführen.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der positiven Ionen sich auf 40 bis 60 % der Konzentration beläuft, die erforderlich ist, um das Zeta-Potential auf Null zurückzuführen.
J.)Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens zwei Sorten positiver Ionen hinzufügt.
4.) Gegenstand, emailliert nach dem Verfahren einer der vorhergehenden Ansprüche.

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ORIGINAL INSPECTED