DE2852329C2

DE2852329C2 - Verfahren zur Bildung farbiger holzmaserungsähnlicher Muster auf Aluminium oder seinen Legierungen

Info

Publication number: DE2852329C2
Application number: DE2852329A
Authority: DE
Inventors: Nobushige Toyama Doguchi; Hatsuo Toyama Hirono; Katsuyuki Uozu Toyama Nagata
Original assignee: Yoshida Kogyo KK
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1982-07-08
Also published as: IT7830506A0; CA1137020A; SG19185G; FR2410687B1; JPS5478336A; AU4210478A; GB2008979B; MY8600070A; JPS5721039B2; AU525797B2; NL7811826A; FR2410687A1; HK44687A; PH15471A; DE2852329A1; IT1101182B; GB2008979A; US4210499A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bildung farbiger holzmaserungsähnlicher Muster auf der Oberfläche eines aus Aluminium oder seinen Legierungen hergestellten Erzeugnisses durch Aufbringen eines Maskierungsüberzugs auf die Oberfläche des Erzeugnisses in einem holzmaserungsähnlichen Muster, Bilden eines anodisch erzeugten Oxidfilms im unmaskierten Bereich auf der Oberfläche des Erzeugnisses, anschließendes Entfernen des Maskierungsüberzugs und dann elektrolytisches Färben des Erzeugnisses.

Bislang waren zahlreiche Verfahren zur Bildung farbiger Muster auf den Oberflächen von Aluminium oder seinen Legierungen bekannt. Bei herkömmlichen Verfahren, wie in den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen 4 616/75 und 3 895/77 und der japanischen Offenlegungsschrift 41 735/75 offenbart, wird auf ein Aluminiumwerkstück ein Deckfilm aufgebracht oder aufgedruckt, um geschützte Bereiche in Übereinstimmung mit einem gewünschten Muster zu bilden, das Werkstück wird dann anodisch oxydiert, um einen Oxid-Sperrfilm zu bilden, oder chemisch umgewandelt, um einen chemisch oxydierten Film zu bilden, und nach dem Entfernen des Deckfilms einer zweiten anodischen Oxydation oder chemischen Umwandlung zur Bildung eines Musters eines farbigein Films unterworfen; die bekannten Verfahren umfassen folgende Stufen: Drucken eines Decklackmusters, erste anodische Oxydation (Verstopfen von Poren), Entfernen des Decklackfilms, zweite anodische Oxydation (elektrolytisches Färben) oder Aufdrucken des Decklacks, chemische Oxidfilmbildung, Entfernen des Decklacks und chemische Umwandlung (chemische Bildung farbigen Oxidfilms). Ein weiteres Verfahren, zu dem auch eine Druckerstufe zur Bemusterung gehört, ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 21 022/76 offenbart, bei dem ein TFS-Überzug auf die Oberfläche eines Aluminiumwerkstücks aufgebracht, darauf mit Hilfe des Siebdrucks oder Offsetdrucks ein Musterüberzug aufgebracht und der TFS-Überzug und der Musterüberzug getrocknet und zusammengebacken werden. Diese bekannten Verfahren, zu denen notwendigerweise ein Druckvorgang zum Bemustern gehört, haben jedoch den Nachteil, daß der Druckvorgang teuer ist und viel Zeit erfordert und folglich zu einer verminderten Massenproduktivität oder Produktivität der Verfahren führt, und außerdem macht es der Druckvorgang schwierig, eine große Vielfalt von Mustern jeweils bei relativ geringer Produktion zu schaffen.

Als ein Verfahren, daß keinen Druckvorgang umfaßt, offenbart die japanische Offenlegungsschrift CC' 244/77 ein Verfahren zum elektrolytischen Färben von Aluminium zur Bildung eines Holzfasermusters, wobei ein Aluminiumwerkstück in einem alkalischen Elektroiytbad, das mit einem Sperroxidfiim bildenden Elektrolyten versetzt ist, mit einem Wechselstrom oder einem den gleichen Effekt wie ein Wechselstrom aufweisenden Strom elektrolysiert wird. Die japanische Offenlegungsschriften 3 535/77, 61 139/77 und 70 951/77 offenbaren Verfahren zum Bilden von Mustern auf Aluminiumoberflächen durch elektrolytisches Färben auf dem Weg über eine Kontrolle der elektrolytischen Bildung einer Sperrschicht nach der anodischen Oxydation. Diese Verfahren, bei denen farbige Muster durch elektrolytisches Färben nach dem Modifizieren der Dicke der Sperrschicht gebildet werden, sind jedoch für Werkstükke mit komplizierter Form ungeeignet und von geringer Produktivität, da die Dicke der Sperrschicht nur schwierig modifiziert werden kann. Andererseits ist das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 60 244/77 offenbarte Verfahren auf Werkstücke mit komplizierten Formen anwendbar, wenngleich die bei diesen Verfahren gebildeten Muster längs sich erstrekkende, kurze Ätzfiguren sind, die etwas ähnlich, doch weit entfernt von den geraden Fasern natürlichen Holzes sind, und es ist unmöglich, Holzquer- oder Glattfasern imitierende Muster zu bilden.

Verfahren der eingangs genannten Art sind schließlich auch aus der CH-PS 2 42 411 und aus der Zeitschrift »Die Druckfarbe«, 5. Jahrgang (1963), Nr. 4, S. 233-234, bekannt. Das Aufbringen der Bemusterung, z. B. als Lack bzw. nach dem Batikprinzip, erfolgt hiernach in der seinerzeit üblichen Weise, die den Anforderungen einer modernen Massenfertigung nicht mehr gerecht wird.

In Anbetracht dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bilden eines farbigen Musters, das einer geraden oder Quermaserung natürlichen Holzes stark ähnelt, ohne Verwendung irgendwelcher Farbstoffe oder Pigmente auf der Oberfläche des Aluminiums oder seiner Legierungen zu schaffen; die Erfindung soll zu einem Verfahren zur Bildung eines farbigen hclzmasemngsähnlichen Musters mit stereographischem Effekt auf der Oberfläche von Aluminium oder seiner Legierungen ohne Anwendung eines Druckvorgangs führen und ein Aluminiumerzeugnis mit einem Farbmuster liefern, das geraden oder Querfasern natürlichen Holzes stark gleicht sowie ein farbiges holzmaserungsähnliches Muster mit stereographischem Effekt aufweist.
Die vorstehenden Ziele werden erfindungsgemäß

nach dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen erreicht

Erfindungsgemäß wird nun Aluminium oder seine Legierung, nachfolgend als »Werkstück« bezeichnet, entfettet, gewaschen, getrocknet oder anderweitig in herkömmlicher Weise vorbehandelt und gegebenenfalls geätzt, vom Rückstand oder Schlamm befreit und ähnlichen Spezialbehandlungen unterzogen und dann in ein Oberzugsbad eingetaucht, auf dem ein Oberzugsmaterial in multilinearem oder Vielfachringmuster schwimmt, um darauf ein holzmaserungsähnliches Muster abzuscheiden. Schwimmt das Oberzugsmaterial in multilinearem Muster, bildet sich ein gradfasriges Holzmuster, schwimmt es in Vielfachringmuster oder in einem Muster von Wasserringen, bildet sich ein Holzquer'asermuster. Das Werkstück wird dann aus dem Überzugsbad gezogen und in der Luft oder einer geeigneten Wärmekammer getrocknet, um einen Überzugsfilm in holzmaserungsähnlichem Muster zu bilden. Der auf der Oberfläche des Überzugsbades schwimmende Rest des Überzugsmaterials scheidet sich auf der Oberfläche des Werkstücks ab, wenn es aus dem Bad gezogen wird, aber diese Ablagerungen können leicht durch Behandeln in einem Waschbad entfernt werden, das z. B. mit Luftbewegung arbeitet, weil die Ablagerungen an der nassen Oberfläche des Werkstücks nur leicht haften. Unterbleibt das Waschen mit Wasser, ist es erwünscht, das Werkstück nach dem Entfernen der restlichen Überzugsschicht durch Überlauf des Überzugsbades hochzuziehen.

Das so mit einem Überzugsfilm in holzmaserungsähnlichem Muster maskierte Werkstück wird nach dem Waschen und anderen möglichen Maßnahmen einem oberflächemodifizierenden Vorgang unterworfen. Dieser Vorgang zielt auf einen Unt· rschied der Oberflächeneigenschaft zwischen den maskierten Bereichen und den unmaskierten Bereichen während der folgenden anodischen Oxydation ab, bei der sich ein oxidierter Film bildet, wie z. B. ein chemisch oxidierter Film, ein anodischer Oxidfilm oder ein gefärbter anodischer Oxidfilm und ein Sperroxidfilm, nach den bekannten Verfahren. Der chemisch-oxidierte Film bildet sich durch Tauchen des Werkstücks in eine Lösung, die Chromat, Phosphat, Acetat, Sulfat, Nitrat, Fluorid usw. enthält Der anodische Oxidfilm bildet sich durch elektrolytisches Oxydieren des Werkstücks in einem sauren Elektrolyten, wie Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure usw, und der gefärbte anodische Oxidfilm bildet sich unter Verwendung eines Elektrolyten, der wenigstens eine der organischen Säuren Oxalsäure, Malonsäure, Sulfosalicylsäure, Sulfophthalsäure, Zitronensäure, Maleinsäure, Weinsäure usw. oder eine Mischlösung anorganischer Säure mit der organischen Säure enthält Der sperrende Oxidfilm bildet sich durch Hochspannungselektrolyse in einem Elektrolyten mit anorgenischer oder organischer Säure, wie Borsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Maleinsäure, Glykolsäure oder deren Salz.

Das Werkstück wird dann nach dem Entfernen des maskierenden Films mit Hiife z. B. eines Lösungsmittels, eo Schwefelsäure oder eines anorganischen Entferners, nach bekannten Verfahren elektrolytisch gefärbt. Eines der elektrolytischen Färbeverfahren erfolgt durch anodische Oxydation in einem gewöhnlichen Elektrolytbad mit einer organischen Säure, wie Oxalsäure, Malonsäure, Zitronensäure, Maleinsäure, Weinsäure, Sulfosalicylsäure usw. Ein anderer elektrolytischer Färbevorgang erfolgt durch anodische Oxidation unter Verwendung eines sauren Elektrolyten, wie Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure usw. und anschließende Elektrolyse unter Verwendung eines sauren Elektrolyten, der ein Metallsalz, wie ein Nitrat Sulfat Phosphat Oxalat Acetat, Tartrat usw. des Nickels, Chroms, Kobalts, Kupfers, Magnesiums, Eisens, Mangans, Molybdäns, Bleis, Zinks usw. enthält Das Werkstück kann, wenn nötig, mit Wasser gewaschen, getrocknet und anderweitig vorbehandelt werden, bevor elektrolytisch gefärbt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Werkstück, nach dem Maskieren mit einem Überzugsfilm in holzmaserungsähnlichem Muster, einem Ätzvorgang als einem cberflächemodifizierenden Vorgang unterworfen. Dieser Ätzvorgang führt zu einem Endprodukt das sich praktisch ebenso wie natürliches Holz anfühlt und ein rauhes Oberflächenaussehen aufweist Die anschließenden Behandlungen erfolgen ebenso, wie oben erwähnt

Das obenerwähnte Maskenüberziehen geschieht wie folgt: Ein Überzugsmaterial wird auf die Oberfläche eines Überzugsbades gegossen, das mit langsam strömendem Wasser vom in Strömungsrichtung gesehen vorderen Ende des Bades aufgefüllt wird, um eine Anzahl von auf der Wasseroberfläche schwimmenden Streifen zu bilden. Die Strömung des Bades und die Zufuhr des Überzugsnwierials werden unmittelbar gestoppt bevor die Vorderenden der sich ausdehnenden Streifen am Überlaufende des Bades ankommen, und das längs herabhängende Werkstück wird in das Bad getaucht um auf seinen Oberflächen das schwimmende Überzugsmaterial in einem holzmaserungsähnlichen Muster abzuscheiden. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück vorzugsweise zuvor gut getrocknet und in Längsrichtung nach unten gehängt und die Weite des Überzugsbades beträgt das V₂- bis ²/3fache der Länge des Werkstücks. Reicht die Weite des Überzugsbades nicht aus, sollte das Überzugsmaterial kontinuierlich in das Überzugsbad mit so gesteuerter Geschwindigkeit gegossen werden, daß die kontinuierlichen dünnen Streifen wie Holzmuster auf der Oberfläche des Werkstücks im Hinblick auf die Tauchgeschwindigkeit des Werkstücks gebildet werden. Die schwimmenden Streifen des Überzugsmaterials im Überzugsbad können auch gebildet werden, indem das Überzugsmaterial an dem dem Überlaufende gegenüberliegenden Ende des Überzugsbades zugeführt wird, um es darin anzuhäufen und es gegen das Überlaufende mit Hilfe eines Messers oder einer Rakel mit Kerben in Absiänden in der Bodenkante auszubereiten. Erfolgt der Maskenüberzug auf diese Weise, bildet sich ein Maskenüberzug in einem Muster geradfasrigen Holzes. Zur Bildung eines Musters querfasrigen Holzes wird das Überzugsmaterial auf die Oberfläche eines Überzugsbades getropft, um darauf ein Vielfachringmuster oder ein Muster aus Wasserringen zu bilden, und das Auftropfen des Überzugsmaterials wird mit einer Geschwindigkeit fortgesetzt, die zu der Tauchgeschwindigkeit des Werkstücks paßt.

Wasser wird gewöhnlich zum Aufschwimmen des Überzugsmateriajs verwendet wenngleich die Arbeitsfähigkeit des Überzugsbades durch Zusatz eines grenzflächenaktiven Mittels verbessert wird.

Zum Bemustern in geeigneter Weise verwendete Überzugsmaterialien sind'Acrylharzüberzüge, wie z. B. modifizierte Acrylharzlacke (Acrylharz/Nitroceilulose), Alkydharzüberzüge, wie z. B. Lacke mit hohem Feststoffgehalt (Benzoesäure-modofiziertes Alkydharz/Ni-

trocellulose) und dergleichen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.

Da es zur Erzielung eines fein gefertigten Endmusters notwendig ist, ein Aufbrechen der Streifen des Überzugsmaterials zu verhindern, wird es gelegentlich bevorzugt, die Überzugsschicht durch Einarbeiten einer kleinen Menge eines Mikrofilms zu verstärken.

Wie oben veranschaulicht, kann erfindungsgemäß ein feines holzähnliches Muster oder eine feine Holzmaserung auf die ganze Oberfläche eines Werkstücks aufgebracht werden, indem es längsabwärtsgehängt bearbeitet wird, selbst wenn es von komplizierter Gestalt ist, weil der muster- oder maserungsbildende Maskierungsüberzug in einem Tauchüberzugsverfahren erfolgt Das erfindungsgemäße Verfahren kann als eine Stufe in einer Alumite-Produktionsstrajöe oder einem Alumite-Verfahren durchgeführt werden, wobei Werkstücke längsabwärts aufgehängt bearbeitet werden. Die Werkstücke können durch ein sich anschließendes modifizierendes Verfahren und elektrolytisches Färbeverfahren bronzefarben, bernsteinfarben, silberfarben, goldfarben und in verschiedenen anderen Tönen gefärbt werden.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Farbmuster zeigt ausgezeichnete Dauerhaftigkeit, d.h. ausgezeichnete Bewitterungsbeständigkeit und Korrosionsfestigkeit, wenn es als Außenmaterial von Gebäuden verwendet wird.

Es ist eines der charakteristischen Merkmale der Erfindung, daß, da Maskenüberzug auf dem Werkstück aus einer schwimmenden Schicht eines Überzugsmaterials auf einer Flüssigkeitsoberfläche abgeschieden wird, Farbmuster erzielt werden, die einander sehr ähnlich, aber nicht identisch sind.

Das erfindungsgemäße Farbmuster kann durch Aufbringen eines Klarlacks in einem Sprüh-, Tauchoder Elektroabscheidungs-Überzugsverfahren noch korrosions- und wetterbeständiger gemacht werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele noch weiter veranschaulicht.

Beispiel 1

Ein stranggepreßtes Aluminiumblech, A-6063s, mit einer Länge von 20 cm und einer Breite von 5 cm, das zuvor entfettet, geätzt und entschlammt worden war, wurde getrocknet. Ein schwarz modifizierter AcrylharziAcrylharz/NitrocelluIoseJ-Einbrennlack, mit einem Verdünnungsmittel auf eine IHS-Becher-Konsistens von 11 Sekunden verdünnt, wurde an fünf Stellen auf die Oberfläche langsam in einer Richtung fließenden Wassers gegossen, um so fünf dünne Streifen des Einbrennlacks zu bilden, die sich in Strömungsrichtung des Wassers ausdehnten. Das Fließen des Wassers und das Ausgießen des Emaillacks wurden beendet unmittelbar bevor die Vorderenden der Emaillackströme das Überlaufende erreichten. Das getrocknete Aluminiumblech wurde langsam eingetaucht, um den Emaillack in einem Holzfasermuster auf den Oberflächen abzuscheiden. Das Blech wurde hochgezogen und 10 min bei 100° C getrocknet. Es wurde in einem Elektrolytbad mit Borsäure in einer Stärke von 20 g/l und Ätznatron in einer Konzentration von 1 g/l bei 20°C gehalten, eingeweicht, und ein elektrischer Strom einer Stromdichte von 2 A/dm² wurde 40 Sekunden zwischen dem Blech und einer Gegenelektrode aus rostfreiem Stahl (SUS 304) zur Bildung eines Sperrfilms hindurchgeschickt. Nach dieser Oberflächenmodifizierung wurde das Blech mit einem organischen Farbentferner zum

Elektrolytbad:	30 g/l
Nickelsulfat (Hexahydrat)	15 g/I
Magnesiumsulfat (Heptahydrat)	20 g/l
Borsäure	30 g/l
Ammoniumsulfat	0.5 g/l
Natriumdithionit	5,6
pH-Wert	20° C
Temperatur

Entfernen des gemusterten Maskenüberzugs behandelt, mit Wasser gewaschen und dann in einem 17^gew7 vol.-°/oigen Schwefelsäureelektrolytbad eingeweicht, dem ein elektrischer Strom einer Stromdichte von 1,2 A/dm² 35 min zwischen dem Blech und einer Aluminiumkathode zugeführt wurde, um in den Oberflächen des Blechs einen anodischen Oxidfilm 7\\ bilden. Das Blech wurde dann nach dem Waschen mit Wasser mit Wechselstrom einer Spannung von 18 V

ίο 3 min in einem Bad folgender Zusammensetzung elektrolysiert:

Es entstand ein hoizmaserungsäh' iiches Muster mit

dunklen Bereichen entsprechend den durch Oberflächemodidizierung maskierten Bereichen und mit hell-bronzefarbenen Bereichen entsprechend den unmaskierten Bereichen.

Beispiel 2

Das gleiche Aluminiumblech, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde anstelle der Oberflächenmodifizierung durch Elektrolyse zur Sperrfilmbildung in 3orsäure-Ätznatron-Bad des Beispiels 1 einer Oberflächenmodifizierung durch einminütige Elektrolyse in einem 15 g/l Schwefelsäure enthaltenden Bad bei 20° C mit Hilfe von 23 V Gleichstrom zwischen Blech und einer Aluminiumkathode unterworfen. Das Blech wurde dann mit einem organischen Farbentferner, Saprotite P-19, zum Entfernen des gemusterten Maskenüberzugs behandelt, mit Wasser gewaschen und in einem 17,5 gew7vol.-°/oigen Schwefelsäure-Elektrolytbad eingeweicht, dem elektrischer Strom zuerst mit 21 V 20 Sekunden und dann mit einer Gleichstromdichte von 1,2 A/dm² 35 min zwischen dem Blech als Anode und einer AIuminium-Gegenelektroda als Kathode zur anodischen Oxydation zugeführt wurde. Das Blech wurde dann wie in Beispiel 1 behandelt, um ein holzmaserungsähnliches Muster mit dunkelmaskierten Bereichen und hell-bronzefarbenen unmaskierten Bereichen zu erhalten.

Beispiel 3

Ein Aluminiumblech, das mit einem Maskenüberzug in Holzfasermuster nder Holzmaserung ebenso wie in B* ispiel 1 versehen war, wurde 3 min bei 60° C in einem

70 g/l Ätznatron enthaltenden Bad zum Ätzen unmaskierter Bereiche geätzt, um einen Unterschied im metallischen Glanz zwischen maskierten und unmaskierten Bereichen zu erzielen. Das Blech wurde dann wie in Beispiel 1 bearbeitet, um ein fertig bearbeitetes Blech mit eine· Holzmaserung mit stereographischem Effekt zusätzlich zu dem Aussehen ähnlich Beispiel 1 zu erzielen.

Beispiel 4

Ein Aluminiumblech wurde wie in Beipsiel 1 bis zum Entfernen des Maskenüberzugs behandelt und dann der anodischen Oxydation in einem Elektrolyten mit 5 g/l Schwefelsäure und 100 g/l Sulfosalicylsäure bei 20°C,

einer Stromdichte von 2 A/dm², 35 min unter Verwendung einer Aluminium-Gegenelektrode als Kathode unterzogen, um ein fertig bearbeitetes Blech mit einem holzmaserungsähnlichen Muster mit dunklen maskierten Bereichen und hell-bernsteinfarbenen unmaskierten Bereichen zu erhalten.

Beispiel 5

Über die Oberflächenmodifizierung bis zum Entfernen des Maskenüberzugs wurde die Arbeitsweise des Beispiels 3 wiederholt, und dann wurde das so behandelte Blech ebenso wie in Beispiel 4 bearbeitet, um eine hol/ähnliche Maserung zu erzielen, die zusätzlich

zu einem Aussehen, wie es in Beispiel 4 erzielt wurde, einen stereographischen Effekt zeigt.

Beispiel 6

j Die Arbeitsweise des Beispiels 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß zum Modifizieren der Oberfläche ein Bad mit 20 g/l Oxalsäure bei einer Flüssigkeitstemperatur von 20⁰C anstelle eines Bades mit 15 g/l Schwefelsäure verwendet wurde, um eine

in holzähnliche Maserung zu erhalten, bei der maskierte Bereiche dunkel und unmaskierte Bereiche hell-bronzefarben sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bildung farbiger holzmaserungsähnlicher Muster auf der Oberfläche eines aus Aluminium oder seinen Legierungen hergestellten Erzeugnisses durch Aufbringen eines Maskierungsüberzugs auf die Oberfläche des Erzeugnisses in einem holzmaserungsähnlichen Muster, Bilden eines anodisch erzeugten Oxidfilms im unmaskierten Bereich auf der Oberfläche des Erzeugnisses, anschließendes Entfernen des Maskierungsüberzugs und dann elektrolytisches Färben des Erzeugnisses, gekennzeichnet durch das Eintauchen des Erzeugnisses in ein Bad mit einem in Form von multilinearen oder Vielfachringmustern darauf schwimmenden Oberzugsmaterial aus Acryl- oder Alkydharzen zur Ausbildung eines farbigen holzmaserungsähnlichen Musters auf der Oberfläche des Erzeugnisses.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unmaskierte Bereich der Oberfläche des Erzeugnisses, anstatt auf ihm den anodischen Oxidfilm auszubilden, mit einer alkalischen Lösung geätzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial auf Wasser schwimmt

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein grenzflächenaktives Mittel in das Wasser eingebracht wird.