DE2725619A1

DE2725619A1 - Mittel und verfahren zur bildung nichtmetallischer schichten auf eisen- oder stahlblech

Info

Publication number: DE2725619A1
Application number: DE19772725619
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Chem Dr Marx
Original assignee: Moll & Co R W
Current assignee: Moll & Co R W
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2725619B2; DE2725619C3

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

S KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 31. Mai 1977 Nr. 11/Eg/Fi

Firma R.W. Moll & Co., Chemische Fabrik, 433 Mülheim (Ruhr)

Mittel und Verfahren zur Bildung nichtmetallischer Schichten auf Eisen- oder Stahlblech

Wasserlösliche anorganische Silikate werden seit langem als Anstrich- und Klebemittel für die verschiedensten Materialien verwendet. Wasserlöslich sind solche Silikate, die als Kationen Alkalimetalle, wie Li, Na, K usw. enthalten, wobei für ihre Verwendung neber der Art des Kations dessen Molverhältnis zum Silikatanion entscheidend ist. Von diesen Alkalisilikaten, die häufig als Wassergläser bezeichnet werden, eignen sich für Anstrichzwecke besonders diejenigen, die nach dem Trocknen nicht mehr wasserlöslich sind und daher sogar als wetterfeste Anstriche Verwendung finden. Bei diesen Silikaten ist das Molverhältnis von Silikat zu Alkalimetall, ausgedrückt als SiO-rMe-O,, gleich oder größer als 3, vorzugsweise größer als 3,5.

Alkalisilikate sind ein preisgünstiges und daher in großen Mengen eingesetztes Klebemittel für Papier auf Elektrobleche. Unter Zusatz von Eisenoxidpigmenten werden sie auch zur Bildung isolierender nichtmetallischer Schichten für solche Bleche verwendet .

Nachteilig ist jedoch, daß die nach dem Trocknen an sich wasserunlöslichen Alkalisilikate eine gewisse Menge Feuchtigkeit aufnehmen. Diese Feuchtigkeitsaufnahme ist der jeweiligen Luftfeuchtigkeit proportional, kann aber unter Taupunktbedingungen, z.B. bei zeitweilig abgeschalteten Maschinen, in beachtlicher Größenordnung liegen. Zwar ist die Feuchtigkeits-

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aufnahme reversibel, sie setzt jedoch zumindest zeitweilig die Isolationswirkung der Papierbeschichtung stark herab und verursacht weiterhin Korrosionen, die vom Rande her in die Blechpakete eindringen und sie zerstören.

Die Bleche werden durch Stanzung in die Verwendungsform gebracht, sie müssen deshalb gute Stanzbarkeitseigenschaften haben. Der Isolierlack muß also die Stanzbarkeit im günstigen Sinn beeinflussen, keinesfalls aber darf er diese verschlechtern. Die Schicht muß festhaftend sein, damit an der Schnittkante keine Ablösung erfolgt und ihre Härte muß so groß sein, daß sie sich bei dem auftretenden Druck nicht verändert. Dabei sind Stanzzahlen bis über 1oo ooo notwendig, was einen großen Material-, Lohn- und Werkzeugverbrauch bedingt. Die Verbesserung der Stanzbarkeit infolge des werkzeugschonenden Einflusses der Klebe- und Beschichtungsmittel ist noch wichtiger als ihre Isoliereigenschaften.

Aufgabe der Erfindung war es daher, Mittel zur Bildung nichtmetallischer Schichten auf Eisen- oder Stahlblech zu schaffen, die auch noch in den gewünschten Schichtdicken von 2 bis 2o um den gestellten Anforderungen genügen, insbesondere die Stanzbarkeit günstig beeinflussen und zusätzlich keine Feuchtigkeit aufnehmen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Mittel zur Bildung nichtmetallischer Schichten auf Eisen- oder Stahlblech, das aus einem Alkalisilikat-polyphosphat-Sol besteht, in dem das Molverhältnis von Silikat zu Alkalioxid 3 bis 4:1 und das Molverhältnis von Polyphosphat zum Alkalioxid o,o5 bis o,5:1 beträgt. Hierbei wird das Silikat als SiO₃, das Alkalioxid als Me-O und das Polyphosphat als P₂Oc berechnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mittel werden o,1-o,2 Molteile, berechnet als B₃O₃, einer

anorganischen sauerstoffhaltigen Borverbindung zugegeben.

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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das erfindungsgemäße Mittel noch zusätzlich einen Gehalt von o,2 bis 1 Gewichtsprozent eines schwer verseifbaren Acrylat-Copolymerisats. Die angegebene Menge des Polymerisats ist auf die Trockensubstanz des Sols bezogen. Diese Acrylat-Copolymerisate sind als weichmacher- und lösungsmittelfreie wässrige Dispersionen mit schwach anionaktivem Hilfsstoffsystem mit einem Feststoffgehalt von etwa 5o %, z.B. als Acronal 29o D R im Handel und können auch so für die Bereitung des erfindungsgemäßen Mittels verwendet werden. Entsprechendes gilt für Acronal 17o D R, eine etwa 45 %-ige wässrige Dispersion eines Acrylat-Styrol-Polymerisates, die bei 7o°C zu einem wasserfesten schwer verseifbaren Film auftrocknet.

Als Alkalisilikate werden vorzugsweise Gemische aus Natrium- und Kaliumsilikaten verwendet. Es können aber auch neben Natrium- oder Kaliumsilikaten Lithiumsilikate eingesetzt werden. Andererseits ist es auch möglich, von Kalium- oder Natriumsilikaten allein auszugehen, wenn dafür gesorgt wird, daß ein weiteres Alkaliion in der fertigen Zusammensetzung vorliegt. Dies kann beispielsweise in Form des entsprechenden Alkaliphosphats oder -borats geschehen.

Die Alkaliionen können in äquivalenten Mengen vorliegen. Es hat sich insbesondere bewährt, Kalium gegenüber Natrium im überschuss einzusetzen. Hier ist ein Molverhältnis von Kalium:Natrium wie 2:1 besonders empfehlenswert.

Als Polyphosphate können übliche mit Laugen neutralisierte Polyphosphate in Form ihrer Salze verwendet werden. Es ist aber auch möglich, die Polyphosphorsäure und eine entsprechende Menge einer Lauge zuzusetzen. Als Basen eignen sich dabei besonders Kalium- oder Natronlauge. Mit besonderem Vorteil können als Polyphosphate die in der DT-OS 2 16o 784 beschriebenen sauren Polyphosphate verwendet werden.

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S .

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Als anorganische Borverbindungen werden Sauerstoffverbindungen des Bors, wie z.B. Bortrioxid B₃O₃, Borsäure H,BO, bzw. HBO₂ und die Salze der Borsäure, wie z.B. die Orthoborate, Metaborate oder Polyborate verwendet. Von den Salzen sind besonders Natriummetaborat NaBO- oder Borax Na₂B₄O₇-IoH₃O bevorzugt. Werden die Borverbindungen nicht in Form ihrer Salze eingesetzt, so können sie durch den entsprechenden Zusatz einer Base neutralisiert werden.

Werden die Mittel direkt zur Beschichtung von Blechen verwendet, so enthalten sie vorzugsweise ein oder mehrere anorganische Pigmente und einen oder mehrere anorganische Füllstoffe sowie ein feinverteiltes Wachs, insbesondere ein Amidwachs. Die zu den wachsähnlichen Stoffen gerechneten Amidwachse sind aus einer oder mehreren Fettsäuren und Ammoniak oder organischen Basen gebildete Fettsäureamide, beispielsweise Amide der öl-, Palmitin-, Stearin- und Behensäure, oder Stearinsäureäthylendiamid. Solche Amidwachse sind z.B. als Hoechst-Wachs C im Handel erhältlich.

Als anorganische Pigmente können handelsübliche Produkte eingesetzt werden. Besonders eignen sich Eisenoxid oder Lithopone. Als Füllstoffe können z.B. Glimmer oder Calciumcarbonat zugemischt werden.

Ferner können dem erfindungsgemäßen Mittel vorteilhaft geringe Mengen von Natrium- und/oder Kaliununethylsiliconat als Hydrophobierungsmittel zugesetzt werden.

Wenn man die einzelnen Komponenten zunächst noch ohne die Pigmente oder Füllstoffe unter heftigem Rühren in Wasser löst oder in Form wässriger Lösungen in den für das erfindungsgemäße Mittel vorgeschriebenen Molverhältnissen zusammengibt, entsteht ein Alkalisilikat-polyphosphat-Sol, das über Monate ohne Flockung stabil bleibt. Der pH-Wert dieser viskosen Flüssigkeit sollte nach Möglichkeit mindestens 9 betragen.

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Die Pigmente und Füllstoffe können während der Herstellung des Sols oder anschließend darin fein verteilt werden.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel werden in beliebiger Form auf Bleche oder Bänder aufgebracht und anschließend bei 2oo bis 3oo C, vorzugsweise bei 25o C, eingebrannt. Die aufgetragene Menge wird so bemessen, daß Schichten der gewünschten Dicke von 2 bis 2o um entstehen. Man erzielt so nicht nur wasserfeste, sondern auch nicht-hygroskopische Beschichtungen. Diese bilden bei Temperaturen um 5oo°C ein hochfestes Silikatgitter aus, das dann weiter bis über 8oo°C belastbar ist.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden bei Verwendung als Klebemittel für Isolierpapier auf handelsüblichen Lakier- bzw. Beklebemaschinen anstelle von Wasserglaslösungen eingesetzt. Die Acrylat-Copolymeren geben den erfindungsgemäß erzeugten Schichten von alkalisilikat-, borat- und phosphathaltigen Gläsern eine erhöhte Elastizität und ermöglichen damit beim Schneiden bzw. Stanzen der Bleche eine größtmögliche Schonung des Werkzeuges. Die geringen Zusätze der Dispersion hinterlassen beim Verglühen praktisch keinen Kohlenstoff.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

Eine Lösung von Natrium- und Kaliumsilikat, deren Gehalt an SiO₄ 14,4 g (entsprechend o,24 Mol), an Na₃O 1,24 g (entsprechend o,o2 Mol) und an K₃O 3,76 g (entsprechend o,o4 Mol), deren Feststoffgehalt etwa 29 % beträgt, wird unter heftigem Rühren mit o,79 g Natriummetaborat NaBO-(0,006 Mol, berechnet als B₃O₃) und o,328 g Kaliumpolyphosphat (o,oo6 Mol, berechnet als P₂ ⁰S^' ^{das einen} P^H von 5,6 bis 7 aufweist und mittlere Kettenlängen von - 4 besitzt, versetzt.

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Die entsprechende viskose Lösung wird nach Zugabe von o,5 % einer wäßrigen Dispersion eines handelsüblichen Acrylat-Copolymerisats und 1,5 % eines Polyäthylenglykols mit einem Molgewicht von ca. 1o ooo direkt zum Verkleben von Isolierpapier verwendet.

Beispiel 2

Wie in Beispiel 1 wird eine Dispersion aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

95,75 % einer 29 %-igen wäßrigen Alkalisilikat-Lösung, Verhältnis SiO₂:Me₂O = 4,o2
Verhältnis Na:K:Li = 1:2 :o,5

2,oo % H₃BO₃

1,5o % Natriumpolyphosphat, pH 7,ο

o,5o % einer 5o %-igen wäßrigen Dispersion eines Acrylat-Copolymerisats,

o,25 % Kalium-methylsiliconat.

Diese Lösung dient als Klebemittel für Isolierpapier.

Beispiel 3

Zu 7o Gewichtsteilen der nach Beispiel 1 erhaltenen Lösung gibt man 22,5 Gewichtsteile Lithopone, ο,5 Gewichtsteile Polyglykol Mg loo 000, 2,ο Gewichtsteile Wasser und 5 Gewichtsteile einer 5o %-igen Acrylatdispersion. Man erhält eine viskose Masse, die auf Elektroblech aufgetragen und 1 min bei 26o°C eingebrannt wird.

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Beispiel 4

Zu 75 Gewichtsteilen der Bor- und Phosphor-modifizierten Alkalisilikatlösung nach Beispiel 1 gibt man 1o Gewichtsteile Glimmer (Mica)
12,ο Gewichtsteile Lithopone

o,2 Gewichtsteile Stearinamid
•1,3 Gewichtsteile Polyäthylen-Propylenglykol, Mg 5o ooo 1,5 Gewichtsteile Farbstoff Fe₃O₄ (schwarz).

Die erhaltene Masse wird auf Eisenblech aufgebracht und 1 min lang bei 22o°C eingebrannt.

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Claims

- 4,-Patentansprüc h e

1. Mittel zur Bildung nichtmetallischer Schichten auf Eisen- oder Stahlblech, gekennzeichnet durch einen Alkalisilikat-polyphosphat-Sol, in dem das Molverhältnis von Silikat (berechnet als SiO₃), zu Alkalioxid (berechnet als Me₃O) 3-4:1 und das Molverhältnis von Polyphosphat (berechnet als P₂ ⁰C) ^zum Alkalioxid 0,05 - 0,5 : 1 beträgt.

2. Mittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Gehalt von 0,1 bis O,2 Mol einer anorganischen sauerstoffhaltigen Borverbindung (berechnet als B₃O₃).

3. Mittel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Gehalt von etwa 0,2 bis 1 Gewichtsprozent eines schwer verseifbaren Acrylatcopolymerisats, bezogen auf die Trockensubstanz des Sols.

4. Mittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sol verschiedene Alkaliionen enthält.

5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkaliionen Kalium- und Natriumionen im Molverhältnis 2 : 1 vorliegen.

6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Zusatz eines anorganischen Pigments und/oder anorganischen Füllstoffs.

7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Alkalimethylsiliconats.

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8. Mittel nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch den Zusatz eines feinverteilten Wachses.

9. Verfahren zur Bildung nichtmetallischer Schichten auf Eisen- oder Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, daß man das Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf das Blech aufträgt und auf Temperaturen von 2OO - 300 C erhitzt.

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