-
Neue Epoxidharzemulsion und deren Verwendung für
-
den Korrosionsschutz Die Erfindung betrifft eine neue Epoxidharzemulsion
und deren Verwendung für den Korrosionsschutz, insbesondere von groß" flächiges
Stahlbauteilen, Vor dem Auftragen von Korrosionsschutzmitteln müssen Stahloberflächen
durch Sandstrahlen, Flammstrahlen oder Wasserstrahlen von Korrosionsrückständen
oder sonstigen Verunreinigungen befreit werden.
-
Alle diese Reinigungsverfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen
auf, die bei bestimmten Anwendungen ihre Verwendung stark einschränken oder sogar
verhindern. Die Nachteile werden besonders bei Reparaturen und Neubeschichtung feststehender
Großobjekte, z.B. von Stahlbrücken und ähnlichen Objekten, deutlich. Das Sandstrahlen
ist mit erheb'icher Umweltbelastung durch umherfliegenden Sand und Staub verbunden.
E ne wenig befriedigende Lösung bieten Zelte, die sehr kosteneintensiv sind. Es
sind Bestrebungen im Gange das Sandstrv1lrem von großflächi gen, feststehenden Bauteilen,
wie z.B Brücken, generell zu verbieten.
-
Das Flammstrahlen setzt gut ausgebildetes Bedienungspersonal voraus,
um thermische Schädigungen der Konstruktion zu vermeiden. Besonders bei der Reparatur
von Brücken werden die Korrosionsschutzanstriche auf der Unterseite der Fahrbahntafel
thermisch geschädigt, so daß eine Erneuerung durchgeführt werden muß. Dies setzt
wiederum eine komplette Reinigung der Fahrbahntafelunterseite von Anstrichresten
voraus, bis eine metallisch reine Oberfläche erreicht wird und die entsprechenden
Neuanstriche aufgebracht werden können Das Wasserstrahlverfahren ist ein thermisch
neutrales Verfahren ohne Umweltbeeinträchtigung; allerdings mit dem Nachteil, daß
eine nasse Oberfläche zurückbleibt, auf die konventionelle Korrosionsschutzprimer
auf der Basis eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Epoxidharzes nicht
ai)fetragen werden können, da auf feuchten Oberflächen keine ausreichende Haftung
mit diesen herkömmlichen Primern erzielt wird,und somit mangelhafter Korrosionsschutz
resultiert.
-
Auch mit den bisher üblichen wässerigen Epoxidharzemulsionen auf der
Basis eines Epoxidharzes mit Amin- oder Aminoamidhärtern werden keine brauchbaren
Ergebnisse erzielt; beim Auftragen solcher wässeriger Emulsionen auf die nassen
Oberflächen tritt meist ein Brechen der Emulsionen oder eine Emulsionsumkehr ein,
was zu einem Ausschwimmen der Korrosionsschutzpigmente und damit zu ungenügender
Haftung und Korrosionsschutzwirkung führt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, diese Nacr teile
zu überwinden und ein Korrosionschutzsmittelschutzt , bereitzustellen.
-
das direkt auf rtssse Oberflächen aufgetragen Werden knn'z% dabei
auch zu einer guten Haftung und Korosionsschatzwirkung führt. Diese Aufgabe wird
durch eine wässerige Epoxidharzemulsion geber bestehend aus einem flüssigen Epoxidharz
auf der Basis Bisphenol A und/oder Bisphenol F, einem Reaktivverdünner auf der Basis
einDi- oder Triglycidyläthers, wobei das Gewichsverhältnis von Epoxidharz zu Reaktivverdünner
75 bis 95 m:%i -bis
5 beträgt, einem Härtltngcmittel auf der Basis
eines Aminadduktes aus einem Polyamin, das mindestens zwei primäre oder eine primäre
und eine sekundäre Aminogruppe enthält, und einer Epoxidverbindung, und üblichen
Korrosionschutzpigmenten, Füllstoffen und ggf. Hilfsmitteln.
-
Im Gegensatz zu den bisher üblichen wässerigen Epoxidharzemulsionen
hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Emulsionen sehr
gut geeignet sind, direkt auf nasse Oberflächen, wie sie z.B. nach dem Wasserstrahlen
von Stahlflächen vorliegen, aufgebracht zu werden. Die erzielte Korrosionsschutzwirkung
ist dabei vergleichbar mit bekannten, handelsüblichen Korrosionsschutzprimern auf
der Basis eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Epoxidharzes, die aber
nur auf völlig trockene Oberflächen aufgebracht werden können. Durch den Einsatz
der erficdungsgemäßen Emulsion als Korrosionsschutzprimer vermindern sich auch die
Sicherheitsvorkehrungen, da keine Lösungsmittel verwendet werden und somit keine
Brand- oder Explosionsgefahr besteht.
-
Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch die Verwendung der erfindungsgemäßen
wässerigen Epoxiaharzemulsion als Rorrosionsschutzprimer, insbesondere für großflächige
Stahlbauteile, und ein Verfahren zum Schutz von Stahlbauteilen, wie z.B. Stahlbrücken,
Lagerbehålter, Schiffe u.ä., gegen Korrosion durch Entfernen von Rost und anderen
Verunreinigungen mittels Wasserstrahlen, ggf. in Gegenwart von Sand, und nachfolgendes
Aufbringen eines Korrosionsschutzpriiiiers. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,daßman
sofort nach dem Wasserstrahlen die erfindungsgemäße Epoxidharzemulsion auf die noch
nasse Oberfläche aufträgt. Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße wässerige
Epoxidharzemulsion das Epoxidharz/Reaktionverdünner-Gemisch in einem Anteil von
10 bis 50 %, insbesondere 20 bis 40 %, die Korrosionsschutzpigmentgizsu 10 bis 25
%, die Füllstoffe zu 25 bis 45 4/0, die Hilfsmittel /zu 3 % und Wasser zu 5 bis
50 %, bezogen auf die fertige Emulsion. Als Korrosionsschutzpigmente können die
dafür üblichen Pigmente eingesetzt werden, wie z.B. Bleichromat, und vorzugsweise
Bleisilichromat
und Zink-Phosphor-Oxid-Komplexe. Als Füllstoffe
eignen sich z.B. Schwerspat X Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciummagnesiumcarbonat,
Quarzmehl; als Hilfsmittel können z.B.
-
übliche Thixotropiermittel und Verlaufsmittel zugesetzt werden.
-
Das Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A oder Bisphenol F besitzt
ein EX von 175 bis 210, vorzugsweise 175- 190.
-
Reaktivverdünner auf der Basis eines Di- oder Triglycidyläthers sind
vorzugsweise Verbindungen der Formel I und/oder II.
-
worin R -CH2-CH2-O-[CH2-CH2-O]n-CH2 CH2-,
oder -CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-CH2 und n eine ganze Zahl von 0 bis 8 bedeutet, und
R'
oder CH2-CH-CHi ist.
-
Die Härtungsmittel auf der Basis eines Aminadduktes aus einem Polyamin
und einer Epoxidverbindung werden im üblichen Mengenverhältnis eingesetzt (vgl.
Jahn, Epoxidharze, Leipzig 1968, s. 49).
-
Vorzugsweise werden als Härter Verbindungen der Formel III und/oder
IV eingesetzt,
worin R -CH2-CH2-NH-CH2-CH2-, -CH2-CH2-NH-CH,-CH,-NH-CH,-CH,
, CH 3-CH2-CH2-CH2- , oder
bedeutet.
-
Die Bmigaddukte werden durch Umsetzung der entsprechenden Aminkomponente
mit der entsprechenden Epoxidkomponente im Verhältnis 1 Mol Amin zu 0,1 bis 2,0
Epoxidäquivalenten, vorzugsweise 1 Mol Amin zu 0,2 bis 1,5 Epoxidäquivalenten, erhalten.
-
Vorstehend und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozente.
GT steht für Gewichtsteile, EA für Epoxidäquivalentgewicht.
-
Beispiele Epoxidharz-Zusammensetzung 1: 85 GT Diglycidyläther des
Bisphenol A EÄ = 175-190 15 GT Triglycidyläther des Trimethylolpropan EZi = 150-170
Epoxidharz-Zusammens et zunR 2: 85 GT Diglycidyläther des Bisphenol F E11 = 170-190
15 GT Diglycidyläther des Neopentylglycol EA = 130-145 Härtungsmittel A Rütapox
VE 2883 der Bakelite GmbH, Letmathe (vgl. Firmenschrift vom Jan.1977 ), ein Addukt
aus einem cycloaliphatischen Amin und einer Epoxidverbindung mit einem EA von 175-190
(Diglycidyläther des Bisphenol A). Das Aminaddukt wird mit Benzylalkohol auf Verarbeitungsviskosität
verdünnt.
-
Analysendaten: Aminäquivalent: 83,5 Viskosität bei 25°C: ca 3 500
mPa.s Topfzeit: 100 g-Ansatz: 30 - 35 min Härtungsmittel B Rütapox VE 2873 der Bakelite
GmbH, Letmathe (vgl. Firmenschrift vom Nov.1976 ), ein Addukt aus einem aliphatischen
Amin und Phenylglycidyläther. Das Aminaddukt wird mit Benzylalkohol auf Verarbeitungsviskosität
verdünnt.
Analysendaten: Aminäquivalent: 92,5 Viskosität bei 250C:
ca 3 500 mPa.s Topfzeit: 100 g-Ansatz: 20 - 25 min Beispiel 1 Zusammensetzung des
Primers Komponente A: 30 GT Epoxidharz-Zusammensetzung 1 22 GT Bleisilichromat 38
GT Schwerspat 3 GT Thixotropierungsmittel (Bentone EW, 3 %ig in H2O,(vgl.Römpp,
Chemie-Lexikon, 7 GT Wasser 7.Aufl., S. 328) 100 GT Komponente B: 14,3 GT Härtungsmittel
A 5,7 GT Wasser 20,0 GT Mischungsverhältnis: Komponente A : Komponente B = 100 :
20 Die Komponente A und Komponente B werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis
homogen gemisch. Zur Verbesserung der Verarbeitungsviskosität können ca 5 GT Wasser
zugesetzt werden.
-
Die so vorbeireitete Mischung wird auf die durch Wasserstrahlen gereinigte
und nasse Stahloberfläche in bekannter Weise mittels Pinsel oder Bürste aufgetragen.
Die so hergestellten Prüfplatten wurden bei Raumtemperatur zwischen 18-22 0C und
70-90 % rel. Feuchte gehärtet.
-
Folgende Eigenschaftswerte wurden gemessen: Schichtdicke: 40 - zu
50 Farbe des Filmes orange Trocknung nach DIN 53150: T 1 = 2 r 3 h L= 12 h
Gitterschicht
nach DIN 53151 nach 24 h O Gitterschicht nach 7 d O Erichsentiefung nach DIN 53156
nach 7 d 4-5 mm Schlagtiefung nach ASTM D 2794-69 nach 7 d 50/30 Salzsprühtest nach
DIN 50021 nach 7 d 200 h ohne Beanstandung Resternichtest nach DIN 50018 nach 7
d 30 Runden o.Beanstandung Außenbewitterung Industrieatmosphäre nach 7 d 3 Monate
o.Beanstandung Haftung auf der Stahloberfläche nach 4 d 39 kp/cm2 Kohäsionsbruch
90% nach 7 d 42 kp/cm2 Rohäsionsbruch 100 % Zur Bestimmung der Haftung des erfindungsgemäß
hergestellten Primers auf der Stahloberfläche wurden Probekörper mit den Abmessungen
5 x 5 cm mit einem hochwertigen Epoxidharzklebstoff aufgeklebt und nach 24 h die
aufgeklebten Probekörper mit einem senkrecht zur Oberflache Heriongeraagerissen.
Dabei wurde die maximale Kraft gemessen und das Bruchbild nach Kohäsions- und Adhäsionsbruch
beurteilt.
-
Beispiel 2 Wie Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die beschichteten
Probeplatten nach 2 h Härtung zwischen 18 - 22 0C dem Außenklima ausgesetzt wurden.
-
Bedingungen: Temperatur nachts zwischen +2 - +5 0C sofortige Regeneinwirkung
Temperatur am Tage +5 - +10 0C mit mindestens 4 h Regeneinwirkung Lacktechnische
Eigenschaften, Salzsprühtest-und Kesternichtestergebnisse wie im Beispiel 1.
-
Haftung auf der Stahloberfläche nach 7 d 36 kp/cm2 Kohäsionsbruch
ca 95% Prüfmethode wie im Beispiel 1 beschrieben.
-
Beispiel 3 ZusammensetzunR des Primers Komponente A: 30 GT Epoxidharz-Zusammensetzung
1 12 GT TiO2-Pigment 10 GT Zink-Phosphor-Oxid-Komplex 36 GT Schwerspat 3 GT Thixotropierungsmittel
(Bentone EW 3 %ig in1120; vgl.Bsp.1) 9 GT Wasser 100 GT Komponente B: wie Beispiel
1 Mischungsverhältnis: Komponente A : Komponente B = 100 : 20 Weitere Arbeitsweise
wie im Beispiel 1 beschrieben.
-
Schichtdicke: 40 - 50Xr Farbe des Filmes: weiß Lacktechnische Eigenschaften,
Salzsprühtest- und Kesternichtestergebnisse wie im Bsp. 1, Haftung auf der Stahloberfläche:
38 kp/cm2 Auch unter den Härtungsbedingungen, wie im Beispiel 2 beschrieben, resultieren
die gleichen Ergebnisse.
-
Beispiel 4 ZusammensetzunR des Primers Komponente A: 30 GT Epoxidharz-Zusammensetzung
2 22 GT Bleisilichromat 38 GT Füllstoffe + Pigmente wie im Bsp. 3 3 GT Thixotropierungsmittel
(Bentone EW 3 %ig in H20, vgl. Bsp. 1) 7 GT Wasser 100 GT Komponente B: 15,8 GT
Härtungsmittel B 4,2 GT Wasser 20 X 0 GT
Mischungsverhältnis: Komponente
A : Komponente B = 100 : 20 Weitere Arbeitsweise wie im Beispiel 1 beschrieben.
-
Schichtdicke: 40 - 50µ Farbe des Filmes orange Lacktechnische Eigenschaften,
Salzsprühtest- und Kesternichtestergebnisse wie im Bsp. 1 Haftung auf der Stahloberfläche:
36,5 kp/cm2 Auch unter den Härtungsbedingungen, wie im Beispiel 2 beschrieben, resultieren
die gleichen Ergebnisse.
-
Vergleichsbeispiel 1: Zum Vergleich wurde ein handelsüblicher Primer
mit folgender Zusammensetzung geprüft: Komponente A: 20,0 GT Epoxidharz auf Basis
Bisphenol A 450-500, gelöst 75 %ig in Xylol 0,5 GT Thiokol LP-3 (Thiokol GmbH, Mannheim,
vgl.
-
Firmenschrift vom Juni 1973) 10,0 GT Zinkchromat 2,0 GT Chromgelb
1,0 GT Eisenoxidgelb 35,0 GT Schwerspat 10,0 GT Microtalkum 6,0 GT Methylsiobutylketon
(MIBK) 6,5 GT Shellsol A (Shell AG, Leverkusen), ein Xylol-Toluol-Gemisch 4,0 GT
Bentone 27, 10 %ig (Titangesellschaft, Leverkusen, vgl. Ròmpp, Chemie-Lexikon, 7.
Aufl., S. 328) 95,5 GT Komponente B: 3,2 GT Härter auf Basis Polyaminoamid 1,3 GT
MIBK 4,5 GT Mischungsverhältnis: 95 GT Komponente A : 4,5 GT Komponente B.
-
Die Komponenten A und B werden vor dem Verarbeiten homogen gemischt.
-
Die so vorbereitete Mischung wird auf die durch Wasserstrahlen gereinigte
und nasse Stahloberfläche mittels Pinsel oder Bürste in bekannter Weise aufgetragen.
Die so hergestellten Prüfplatten wurden bei Raumtemperatur zwischen 18- 220C und
70-90 96 relat. Luftfeuchte gehärtet.
-
Folgende Eigenschaftswerte wurden gemessen: Schichtdicke: 40 - 45>zv
Farbe des Films: rotbraun Aussehen: Verlaufsstörungen, hervorgerufen durch den nassen
Untergrund.
-
Gitterschicht nach DIN 53151 nach 24 h O nach 7 d 0 Erichsentiefung
nach DIN 53156 nach 7 d 3-4 mm Schlagtiefung nach ASTM D 2794-69 nach 7 d 60/20
Salzsprühtest nach DIN 50021 nach 7 d 200 h, Rostgrad: ca 3 Kesternichtest nach
DIN 50018 nach 7 d 30 Runden, starke Ausbleichung Außenbewitterung Industrieklima
nach 7 d 3 Monate ohne Beanstandung Haftung auf der Stahloberfläche: nach 4 d 12,5
kp/cm2 mit Schwankungsbreite + 50 % nach 7 d 18 kp/cm2 mit Schwankungsbreite + 35
96 Zur Messung der Haftung siehe Beispiel 1.
-
Zum weiteren Vergleich wurden Prüfplatten unter den gleichen Eigenschaften,
wie im Beispiel 2 beschrieben, gehärtet.
-
Durch die starke Regeneinwirkung wurde die Aushärtung gestört, es
resultierte eine klebrige Oberfläche, die eine sehr schlechte Verfilmung zeigte.
Aufgrund dieses Befundes war eine Prüfung der Haftung nicht möglich.
-
Durch die Oberflächenstörung, hervorgerufen durch Regeneinwirkung,
zeigte sich bei dem Salzsprühtest schon zwischen 60-80 h eine starke Blasenbildung
mit Unterrostung.
-
Vergleichsbeispiel 2: Hierzu wurdeein Polyaminoamid-Härter eingesetzt,
der insbesondere für Epoxidharzemulsionen empfohlen wird.
-
Zusammensetzung des Primers Komponente A: 35 GT Epoxidharz-Zusammensetzung
1 23,5 GT Bleisilichromat 23,5 GT Schwerspat 0,2 GT Thixotropierusgsmittel (Bentone
EW 3 %ig in H2O; vgl. Bsp.1) 17,8 GT Wasser 100 GT Komponente B: 23 GT Härter auf
Basis Polyaminoamid (Handelsbezeichnung Casamid 360 der Fa. Akzo) Mischungsverhältnis:
Komponente A : Komponente B = 100 : 23 Die Komponenten A und B werden in dem angegebenen
Mischungsverhältnis homogen gemischt. Zur Verbesserung der Verarbeitungsviskosität
können noch bis zu 15 GT Wasser zugesetzt werden.
-
Die so vorbereitete Mischung wird auf die durch Wasserstrahlen gereinigte
und naße Stahloberfläche mittels Bürste oder Pinsel in bekannter Weise aufgetragen.
Dabei wird das auf der Oberfläche vorhandene Wasser durch die starke Walkwirkung
des Pinsels oder der Bürste in die Emulsion eingearbeitet mit dem Erfolg, daß die
Emulsion von einer Wasser-in-Öl-Emulsion in eine Öl-in-Wasser-Emulsion übergeht.
Dies hat zur Folge, daß durch das große Wasser-Angebot von der durch das Strahlen
aufgerauhten Oberfläche die Korrosionsschutzpigmente und Füllstoffe ausschwimmen
und kein zusammenhängender Korrosionsschutzfilm resultiert. Verstärkt wurde diese
nachteilige Erscheinung noch durch Regeneinwirkung innerhalb der Antrocknungsphase.
Aus diesem Grunde konnten bei diesem Vergleichsversuch weder Salzsprühbeständigkeit
noch Haftung auf dem Untergrund bestimmt werden.