DE2807698C2 - Korrosionsschutzüberzugsmittel - Google Patents

Korrosionsschutzüberzugsmittel

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Description

Gegenstand der Erfindung sind Korrosionsschutzüberzugsmittel für Metalloberflächen, insbesondere für Eisen, die neben sonst üblichen Bestandteilen Zink- und/oder Bleisalze organischer Verbindungen als Korrosionsinhibitoren enthalten.
Um Metalle vor Korrosion zu schützen, werden die Metalloberflächen üblicherweise mit Grundierungen oder Lacken beschichtet, die Korrosionsinhibitoren als wirksame Komponente enthalten, um den Korrosionsvorgang zu hemmen oder möglichst vollständig zu unterbinden. Seit langem ist es nun bekannt, als Korrosionsinhibitoren für Korrosionsschutzüberzugsmittel beispielsweise Zinkkaliumchromat, Zinktetrahydroxychromat, Strontiumchromat, Bariumchromat oder auch Bleimennige einzusetzen. In letzter Zeit hat sich jedoch die Aufmerksamkeit der Lackrohstoffhersteller mehr und mehr dem Umweltverhalten derartiger Korrosionsinhibitoren zugewandt, mit dem Ergebnis, daß z. B. so bewährte Inhibitoren wie das Zinkkaliumchromat in zunehmendem Maße durch umweltfreundlichere Korrosionsinhibitoren — wie beispielsweise das Zinkphosphat — ersetzt werden.
Nun beruht die korrosionsinhibierende Wirkung des Zinkphosphats auf der Ausbildung von Schutzschichten in anionischen Bereichen. Elektrochemische Reaktionen wie im Falle des Zinkkaliumchromats treten beim Zinkphosphal nicht auf, so daß bislang stets eine Kombination des Zinkphosphats mit elektrochemisch wirksamen Korrosionsschutzpigmenten empfohlen wurde (Deutsche Farben-Zeitschrift (defazet) 29 (1975) 13-17).
Als elektrochemisch wirksame Korrosionsinhibitoren kommen beispielsweise Zink- und/oder Bleisalze der 3-Nitrophthalsäure, 4-Nitrophthalsäure, 5-Nitroisophthalsäurc bzw. der Mono-Nitroterephthalsäure — wie sie in den deutschen Auslegeschriften DE-AS 22 04 985 und DE-AS 25 02 781 beschrieben sind — in Frage. Wenngleich derartige Substanzen zum Teil eine verbesserte korrosionsinhibierende Wirkung (Korrosionsschutzwert) gegenüber herkömmlichen Inhibitoren /eigen, so erweist sich bei ihrem Einsatz in üblichen Bindemiuclformulierungen bzw. Lacken, daß die mit solchen Korrosionsinhibitoren versehenen Lacke eine nur geringe Stabilität hinsichlich des Sedimcntationsverhaltcns aufweisen. In Lacken, d.h. in Korrosionsschut/.überzugsmitteln, neigen die genannten Substanzen zur schnellen Sedimentation sowie zur Ausbildung eines festen Bodensalzes, wodurch die praktische
20 Verarbeitung derartiger Lacke wesentlich erschwert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, solche Korrosionsinhibitoren für Korrosionsschutzüberzugsmittel bereitzustellen, die einerseits eine möglichst weitgehende Korrosionsinhibierung bewirken sowie andererseits die Sedimentationsstabilität der Mittel nicht negativ beeinflussen, und ein gutes Dispergiervermögen aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind somit Korrosionsschutzüberzugsmittel für Metalloberflächen auf Basis üblicher Bestandteile sowie Zink- und/oder Bleisalzen organischer Verbindungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie Zink- unaVoder Bleisalze von ein- oder mehrkernigen s-Triazinderivaten, die mindestens eine Hydroxyl- oder Mercaptogruppe am Triazii.-ing aufweisen, als Korrosionsinhibitoren enthalten.
Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß Zink- und/oder Bleisalze von ein- oder mehrkernigen s-Triazinderivaien, die mindestens eine Hydroxyl- oder Mercaptogruppe am Triazinring aufweisen, in üblichen Bindemittelformulierungen für Korrosionsschutzüberzugsmittel sowohl eine ausgezeichnete korrosionsinhibierende Wirkung zeigen als auch zu stabilen Korrosionsschutzüberzugsmitteln hinsichtlich des Sedimentationsverhaltens führen.
Darüber hinaus weisen derartige Korrosionsinhibitoren gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten elektrochemisch wirksamen Inhibitoren noch weitere Vorteile auf: Die extrem niedrigen Löslichkeitswerte der erfindungsgemäßen Salze in Wasser — die Löslichkeit der Zinksalze in Wasser ist bei 200C kleiner oder gleich 0,1%: die der Bleisalze ist kleiner oder gleich 0,01% — bewirken eine verbesserte Beständigkeit der damit erzeugten Korrosionsschutzüberzüge oder Lackfilme, da diese Salze nicht so leicht aus dem gebildeten Lackfilm ausgewaschen werden können. Die nur geringe Wasserlöslichkeit der erfindungsgemäßen Inhibitoren ist auch hinsichtlich des Umweltverhaltens, d. h. im Hinblick auf eine verminderte Toxizität, positiv zu bewerten.
Beispiele für einkernige s-Triazinderivate, die mit Zink und/oder Blei erfindungsgemäße Salze bilden, sind nachstehend angeführt:
Cyanursäure
(2,4,6-Trihydroxy-s-triazin),
Monothiocyanursäurc
(2,4-Dihydroxy-6-mercapto-s-tri&zin),
Dithiocyanursäure
(2-Hydroxy-4,6-dimercapto-s-triazin),
Trithiocyanursäure
(2,4,6-Trimercapto-s-triazin),
Allantoxaidin
(2,4-Dihydroxy-s-triazin).
Der Triazinring kann jedoch außer Hydroxyl- oder Mercaptogruppen auch noch weitere Substituenten aufweisen. Entsprechende einkernige Verbindungen sind beispielsweise:
Ammelid
(2,4-Dihydroxy-6 -amino-s-triazin),
Monothioammelicl
(2-Hydroxy-4-inercapto-6-amino-s-triazin),
Dithioammelid
(2,4-Dimercapio-6-amino-s-triazin).
Ammelin
(2-Hydroxy-4,6-(liamino-s-triai'.in),
Thioammelin
(2-Mercapto-4,6-diamino-s-triazin),
Acetothioguanid
(2-Mercapto-4-amino-6-methyl-s-triazin),
Acetoguanamid
(2,4-Dihydroxy-6-methyl-s-triazin),
o-Carboxybenzoguanid
(2-Hydroxy-4-amino-6-(o-carboxyphenyl)-
s-triazin),
Oxonsäure
(2,4-Dihydroxy-6-carboxy-s-triazin),
2-Hydroxy-4,6-dimethoxy-s-triazin,
2,4-Dihydroxy-6-(p-nitrophenyl)-s-triazin,
2,4-Dihydroxy-6-allyloxy-s-triazin
Neben derartigen einkernigen s-Triazinderivateri kommen ferner auch mehrkernige s-Triazinderivate für die erfindungsgensäßen Zink- und/oder Bleisalze in Betracht, sofern sie pro Triazinring mindestens eine Hydroxyl- oder Mercaptogruppe aufweisen. Hierzu zählen z. B. oligomere Kondensationsprodukte des Ammelins oder des Thioammelins mit Formaldehyd oder aber über Disulfidbrücken gekoppelte Oligomere und Polymere der Thiocyanursäure.
Schließlich fallen auch Zink- und/oder Bleisalze mehrkerniger kondensierter s-Triazinringsysteme mit Hydroxyl- und/oder Mercaptogruppen — wie beispielsweise die Cyamelursäure (2,5,8-Trinydroxy-tri-s-triazin) — in den Rahmen der erfindungsgemäßen Korrosionsinhibitoren.
Von besonderer Bedeutung im Sinne der Erfindung sind die Zink- und/oder Bleisalze der Cyr^ursäure sowie der Thiocyanursäure, da mit Korrosionsschutzüberzugsmitteln auf Basis dieser Salze hervorragende Korrosionsschutzwerte erzielt werden und sich auch über längere Zeiträume hinweg kein Bodensatz in derartigen Korrosionsschutzüberzugsmitteln bildet.
Die Herstellung von Blei- und/oder Zinksalzen der angeführten s-Triazinderivate ist auf verschiedenen Wegen leicht durchführbar und wird nachstehend am Beispiel der Cyanursäure erläutert:
Herstellungsweg I:
Blei- und/oder Zinkcarbonat wird mit Cyanursäure in kochenden Wasser umgesetzt; unter Kohlendioxid-Entwicklung bilden sich die entsprechenden Metallcyanurate.
Herstellungsweg 2:
Blei- und/oder Zinknitrat, -chlorid, oder -acetal wird in wäßriger Lösung bei Raumtemperatur mit einer wäßrigen Lösung des Trinatrium- oder Trikaliumsalzes der Cyanursäure versetzt; die entsprechenden Metallcyanurate fallen aus der wäßrigen Lösung aus.
Herstellungswcg J:
Zink- und/oder Bleioxid wird mit Cyanursäure in kochendem Wasser umgesetzt, wobei vorteilhafterweise ein geringer Zusatz von Essigsäure als Katalysator dient; es bilden sich die entsprechenden Metallcyanurate.
Die erfindungsgemäßen Salze lassen sich gut in die für Korrosionsschutzüberzugsmiltel üblichen Bindemittelformulicrungen durch Einrühren cinarbeilen. Im allgemeinen reichen schon geringe Mengen dieser Salze zur Erzielung der beschriebenen Effekte aus; d. h. die Salze werden in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise I bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, derartigen Bindemittelformulierungen zugesetzt. Als Bindemittel für derartige Lacke kommen die für solche Zwecke gebräuchlichen Harze in Betracht, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst und mit den hierfür bekannten Pigmenten und Füllstoffen versetzt werden.
Die nachstehenden Beispiele zeigen die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Korrosionsschutzüberzugsmittel, sowohl im Hinblick auf die hiermit erzielten Korrosionsschutzwerte (KW) als auch im Hinblick auf das verbesserte Absetzverhalten derartiger Lacke. Zum Vergleich wurden den erfindungsgemäßen Mitteln solche gegenübergestellt, die als Korrosionsinhibitoren Zink und Zink-/Bleisalze der Nitroisophthalsäure sowie ferner Zinkkaliumchromat und Zinkphosphat alleine enthielten.
Zur Ermittlung der in den Beispielen wiedergegebenen Werte wurden die nachfolgend geschilderten Prüfmethoden angewandt:
A) Korrosionsverhalten
Korrosionsschutzüberzugsmittel gemäß der im jeweiligen Beispiel angeführten Rezeptur wurden mit Hilfe eines Lackschicht-Schleudergerätes (Typ 334/11 der Firma Erichsen, Bundesrepublik Deutschland) auf rostfreie und entfettete Stahlbleche der Größe 150 χ 70 χ 1 mm in der Weise aufgetragen, daß Trockenfilmstärken im Bereich von 30 bis 33 μιτι resultierten. Nach erfolgter Trocknung der gebildeten Lackfilme — 2 Stunden bei 60°C sowie 8 Tage bei Raumtemperatur — wurden für jeden getesteten Korrosionsinhibitor jeweils zwei mit Korrosionsschutzüberzugsmittel beschichtete Stahlbleche dem Salzsprühtest gemäß ASTM B 117-64 (Dauersprühbelastung mit einer 5%igen Kochsalzlösung bei 35°C) für die Dauer von 200 Stunden unterworfen.
Eins der Prüfbleche blieb unverletzt, das zweite wurde jeweils vor dem Salzsprühtest mit einem sogenannten Andreaskreuz versehen (Andreaskreuz= Kreuzschnitt mit einer Klinge von 0,1 mm durch den Lackfilm bis auf den Untergrund).
Zwei weitere beschichtete Stahlbleche — jeweils pro getestetem Korrosionsinhibitor — wurden nach DIN 50 018 ohne Andreaskreuz dem Kesternich-Test für die Dauer von 12 Zyklen (1 Zyklus = 8 Stunden bei 40°C in einer feuchten Atmosphäre, die 0,21 Schwefeldioxid enthält; Entlüften und weitere 16 Stunden ohne Belastung) unterworfen.
Die Beurteilung der belasteten Prüfbleche erfolgte nach einer Rostgradskala gemäß DIN 53 210. Entsprechend der von Ruf angegebenen Methode (Farbe und Lack 75 [1969], 943—949) wurde aus den gewonnenen Einzelergebnissen der sogenannte Korrosionsschutzwert (KW) errechnet.
B) Absetzverhalten
Zur Untersuchung des Absetzverhaltens der Pigmente bzw. Korrosionsinhibitoren wurden 250-ml-Weithalsglasflaschen mit Proben der in den Beispielen beschriebenen Korrosionsschutzüberzugsmittel gefüllt. Durch vorsichtiges manuelles Abtasten mit einem 3 mm breiten Stahlspachtel wurde jeweils nach bestimmten Zeitabsländen die Struktur des vorliegenden Bodensatzes ermittelt. Die Beurteilung der Struktur des Bodensatzes erfolgte hierbei nach einer Bewertungsskala mit Kennznhlen von 0 bis 4. Dieser Bewertungsskala lag folgender Schlüssel zugrunde:
Kennzahl
Bodensatz
lsi das Pigment aufrührbar?
lsi der Lack für die Praxis brauchbar?
0 kein ja
1 leichter leicht ja
2 mäßiger mäßig bedingt
3 sijiker schwer kaum
4 sehr starker nein, zementiert nein
Beispiel
Zusammensetzung der verwendeten Bindemittelformulierung:
34,0 Gewichtsteile kurzöliges, harzmodifiziertes Alkydharz mit 44% Leinöl/Holzöl, 60%ig in Xylol 9,0 Gewichtsteile Xylol
5,6 Gewichtsteile Benzin, Kp: i *5 bis 200cC
2,3 Gewichtsteile Äthylglykol
2,3 Gewichtsteile Dekalin
0,2 Gewichtsteile Calciumnaphthenat,4% Ca
0,4 Gewichtsteile Kobaltnaphthenat, 6% Co
0,1 Gewichtsteile BIeinaphthenai,24°/o Pb
0,3 Gewichtsteile Methyläthylketoxim
6,8 Gewichtsteile Titandioxid, Rutil
4,5 Gewichtsteile Mikrotalkum
23,7 Gewichtsteile Schwerspat
8,5 Gewichtsteile Zinkphosphat
97,7 Gewichtsteile Lack
Diesem Lack wurden jeweils 2,3 Gewichtsteile der nachfolgend genannten Korrosionsinhibitoren zugesetzt; die Beispiele 1,1 bis 1,7 betreffen erfindungsgemäße Salze, 1,8 bis 1,11 Inhibitoren gemäß dem Stand der Technik, wobei in Beispiel 1,11 Zinkphosphat alleine ohne weiteren Inhibitorzusatz vorlag.
Beispiel Korrosionsinhibitor : Zusammensetzung: 30 34,1 Gewichtsteile kurzöliges, harzmodifiziertes Alkyd- KW in Bodens--.".z nach 21 Tagen
0/b 3 Tagen 0
1,1 Zinktrithiocyanurat harz mit 44% Leinöl/Holzöl, 60%ig 83 0
(34,2% Zn) 0
1,2 Bleitrithiocyanurat 90 0
(55,6% Pb) 0
1,3 Zink-Blei-Cyanurat 85 0
(61,2% Pb; 3,9% Zn) 0
1,4 Bleicyanurat 90 0
(66,10/0 Pb) 0
1,5 Zinkcyanurat 80 0
(31,7% Zn) 0
1,6 Thioammelin-Bleisalz 78 0
(41,2% Pb) 0
1,7 Thioammelin-Zinksalz 73 0
(18,9% Zn) <;
1.8 5-Nitroisophthalsaures Zink 73 2
(44,1% Zn) 2
1,9 5-Nitroisophthalsaures Zink/Blei 83 1
(31,0% Zn; 19,1% Pb) 0
1,10 Zinkkaliumchromat, bleihaltig nach DIN 55 902 70 0 0
1,11 Schwerspat (d. h. Zinkphosphat allein) 55 0
(KW = Korrosionsschutzwert) Calciumnaphthenat, 4% Ca
0,2 Gewichtsteile Kobaltnaphthenat, 6% Co
0,4 Gewichtsteile Bleinaphthenat,24% Pb
0,1 Gewichtsteile Methyläthylketoxim
Beispiel / 0,3 Gewichtsteile Titandioxid, Rutil
Es wurde eine dem Beispiel 1 analoge Bindemittelfor 9,1 Gewichtsteile Mikrotalkum
mulierung, jedoch ohne einen Zusatz von Zinkphosphat, 9,1 Gewichtsteile Schwerspat
verwendet 25,0 Gewichtsteile Lack
α7,Γ Gewichtsteile
in Xylol 9.1 Gewichtsteile Xylol 5,7 Gewichtsteile Benzin, Kp: 145 bis 200°C 2,3 Gewichtsteile Äthylglykol 2,3 Gewichtsteile Dekalin
Diesem Lack wurden gleichfalls jew eüs 2,3 Gewichtsteile der nachfolgend genannten Korrosionsinhibi'oren zugesetzt; die Beispiele 2,1 und 2,2 betreffen erfindungsgemäße Salze, 2,3 und 2,4 Vergleichsverbindungen.
Beispiel Korrosionsinhibitor KW in Bodensatz nach 21 Tagen
% 3 Tagen 0
2.1 Bleicyanurat 83 0
(66,1% Pb) 0
2,2 Zinkcyanurat 73 0
(31,7% Zn) 2
2,3 j Nitroisophthalsaures Zink/Blei 75 1
(31,0% Zn; 19,1% Pb) 0
2,4 Zinkkaliumchromat, bleihaltig nach DIN 55 902 50 0
Die PVK-Werte (Pigmentvolumenkonzentration) der Korrosionsschutzüberzugsmittel der Beispiele I und 2 lagen im Bereich von 39,4% bis 39,8%.
Der mit den erfindungsgemäßen Korrosionsschutzüberzugsmitteln verbundene Effekt eines verbesserten Abset/vcrhaltcns wird in den nachfolgenden Beispielen an zwei weiteren Bindemittelformulierungen aufgezeigt, wobei die Antiabsetzwirkung der s-Triazinsalze nach der Erfindung deutlich in Erscheinung tritt.
Beispiel 3
Zusammensetzung der verwendeten Einbrcnngrundicrung auf Basis eines Epoxyharzesters:
400 Gewichtsteile Lpoxyharz-Kicinensäureester mit einem Fettsäuregehall von 42%. 6()"/oig in Xylol
110 Gewichtsteile
120 Gewichtsteile
80 Gewichtsteile
193.5 Gewichtsteile
15 Gewichtsteile
15 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
110 Gewichtsteile
110 Gewichtsteile
200_ Gewichtsteile
1373.5 Gewichtsteile
Zinkphosphat
Mikrotalkum
Titandioxid. Rutil
Schwerspat
Äthylglykol
n-Butanol
Tetralin
höhere Aromaten
nicht plastifiziertes Harnstoff-
harz, 65%igin η Butanol
Xylol
Lack
Diesem Lack wurden jeweils 26,5 Gewichtsleile tier nachfolgend genannten Korrosionsinhibitoren zugesetzt; wobei in Beispiel 3,4 Zinkphosphat ohne weiteren Inhibitorzusatz vorlag. Die Pigmentvolumcnkonzentraiion (PVK) betrug ca. 34%.
Beispiel Korrosionsinhibitor
3.1 Zinkcyanurat
(31,7% Zn)
3.2 Nitroisophthalsaures Zink
(44.1% Zn)
3.3 Nitroisophthalsaures Zink/Blei
(31.0% Zn; 19,1% Pb)
3.4 Schwerspat, d. h. Zinkphosphat allein
ßodcnsal/ nach Tagen
3 7 14
3-4
3-4
0-1
0 0
4 4
4 4
2 3-4
21 0 4 4 4
30
4 4 4
Beispiel 4
Zusammensetzung der verwendeten lufttrocknenden Grundierung:
370 Gewichtsteile Leinölalkyd mit einem ölgehalt von 38% und mit 20% Harz modifiziert 60%ig in Xylol
80 Gpwirlmipilr '/inknhnsnhnt
UOGf '-'.steile Mikrotalkum
168Ge asteile Schwerspat
V)Ge- .ntsteile Titandioxid, Rutil
20 Gewichtsteile Dekalin
i 5 Gewichtsteile Äthylglykol
1 Gewichtsteil
4 Gewichtsteile
I Gewichtsteil
56 Gewichtsteile
3 Gewichtsteile
190 Gewichtsteile
4(1 1078 Gewichtsteile
Koballnaphthenat,6% Co
Bleinaphthenat,24% Pb
Mangannaphthenat, 6% Mn
höhere Aromaten
Methyläthylketoxim
Xylol
Lack
Diesem Lack wurden jeweils 22 Gewichtsteile der nachfolgend genannten Korrosionsinhibitoren zugesetzt: wobei in Beispiel 4,3 Zinkphosphat ohne weiteren Inhibitorzusatz vorlag. Die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) betrug ca. 38%.
Beispiel Korrosionsinhibitor
Bodensatz nach Tagen
3 7 14
30
4.1 Zinkcyanurat
(31,7% Zn)
4.2 5-Nitroisophthalsaures Zink
(44,1% Zn)
4.3 Schwerspat, d. h. Zinkphosphat allein
0 0 0 0 0 0-1
1 1-2 2 2 2-3 3-4
0 0 0 0 0 0-1
Beispiel 5
Im Hinblick auf das durch die erfindungsgemäßen Salze bedingte, erwiesenermaßen verbesserte Absetzverhalten der Korrosionsschutzüberzugsmittel wurde der mittlere Teilchendurchmesser d einiger der verwendeten Korrosionsinhibitoren mit Hilfe des sogenannten Coulter-Counter-Gerätes bestimmt. Dieses Gerät arbeitet nach einem Verfahren, bei dem eine verdünnte und elektrisch leitende Suspension durch eine Blende (20 bis 400 um) strömt. Beim Durchtritt eines Teilchens durch diese Blende ändert sich die elektrische Leitfähigkeit proportional zum Volumen des Teilchens. Die so erhaltenen Impulse werden gezählt und bezüglich ihrer Höhe analysiert (vgl. H. Kittel, Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen, Band II, Colomb, Berlin 1974. Seite 512 sowie T. C. Pat ton. Pigment Handbook, Volume III, Wiley, New York 1973, Seite 101-106).
Die folgenden Werte wurden ermittelt:
ίο
Korrosionsinhibitor Mittlerer Teilchen
durchmesser <7in cm
Zinkcyanurat 10,0
(3t,7% Zn)
5-Nitroisophthalsaures Zink 5,0
(44,1% Zn)
5-Nitroiscphthalsaures 8,5
Zink/Blei
(J 1,0% Zn; 19,1% Pb)
Die überraschend gute Antjabsetzwirkung des Zinkcyanurals ist mithin nicht durch die Teilchengröße bedingt, da alle ermittelten Werte für <l in der gleichen Größenordnung liegen.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Korrosionsschutzüberzugsmittel für Metalloberflächen auf Basis üblicher Bestandteile sowie Zink- und/oder Bleisalzen organischer Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zink- und/oder Bleisalze von ein- oder mehrkernigen s-Triazinderivaten, die mindestens eine Hydroxyl- oder Mercaptogruppe am Triazinring aufwei- in sen, enthalten.
2. Korrosionsschutzüberzugsmittel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie Zink- und/oder Bleisalze der Cyanursäure enthalten.
3. Korrosionsschutzüberzugsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zink- und/oder Bleisalze der Thiocyanursäure enthalten.
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