DE3408787A1

DE3408787A1 - Vorbereitung von eisen- oder stahloberflaechen fuer die lackierung

Info

Publication number: DE3408787A1
Application number: DE19843408787
Authority: DE
Inventors: Donald P. Madison Heights Mich. Murphy
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-03-10
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3461653D1; GB8406784D0; JPS59177378A; EP0121155A1; ATE24206T1; GB2136455B; GB2136455A; EP0121155B1

Description

METALLGESELLSCHAFT 8. März 1984

Aktiengesellschaft DROZ/LWÜ/1594P

6000 Frankfurt/Main 1

Prov. Nr. 9135 M Ά*

Vorbereitung von Eisen- oder Stahloberflächen für die Lackierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Eisen- oder Stahloberflächen für die Aufbringung von "highsolids"-Lacken durch Aufbringen einer Phosphatschicht.

Die Eignung von Eisenphosphatüberzügen auf Eisen- oder Stahloberflächen zwecks Verbesserung des Korrosionswiderstandes und der Haftung eines anschließend aufgebrachten organischen Überzuges oder Lackes ist seit langem bekannt. Es ist übliche Praxis, den Alkaliphosphatierverfahren, die derartige Eisenphosphatüberzüge erzeugen, verschiedene anorganische Oxidationsmittel, wie Nitrit, Chlorat, Bromat, Molybdat und Fluorid, zuzusetzen, um damit die Schichtbildungsgeschwindigkeit auf ein wirtschaftlich sinnvolles Maß zu erhöhen und weiterhin die Qualität und Struktur der erzeugten Phosphatschicht zu verbessern im Vergleich zu solchen Alkaliphosphatiersystemen, die ohne Oxidationsmittel arbeiten. Während 'nach der vorgenannten Weise erzeugte Phosphatschichten zufriedenstellend sind, wenn anschließend ein konventioneller, lösungsmittelverdünnter organischer Lack aufgebracht wird, treten Schwierigkeiten in Form von lokalen Oberflächenverfärbungen und/oder Rauhigkeiten und/oder Glanzverlust auf, wenn die Phosphatschicht mit einem sogenannten "high-solids"-Lack versehen wird.

High-solids-Lacke, die üblicherweise einen Feststoffgehalt von bis 60 Gew.-% und mehr aufweisen, gewinnen wegen der verringerten Lösungsmittelemission aus Gründen des Umweltschutzes zu-

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nehmend an Bedeutung. Die beispielsweise zur Spritzanwendung geeignete Viskosität erhalten die high-solids-Lacke durch Polymere, die - gegenüber konventionellen Lacken - niedrigere Molekulargewichte aufweisen. Bedingt durch das geringere Molekulargewicht reagieren derartige Lacke erheblich empfindlicher auf Mängel in der Oberfläche der erzeugten Phosphatschichten und haben eine Tendenz zur Kraterbildung um Fehlstellen in der Schicht. Dies hängt möglicherweise mit der Tendenz derartiger Formulierungen/ während der Lösungsmittelverdampfung eine niedrigere Viskosität zu erreichen und von Erhebungen auf der Oberfläche abzulaufen, zusammen.

Das bei der Verwendung der allgemein üblichen, mit anorganischen Oxidationsmitteln arbeitenden Alkaliphosphatiersystemen vor der Beschichtung mit high-solids-Lacken auftretende Problem ist auch darin begründet, daß im rauhen Betrieb in der Behandlungslinie ein Auftropfen oder Aufspritzen von Phosphatierungslösung auf bereits getrocknete Phosphatschichten nicht gänzlich zu vermeiden ist. Derartige Tropfen oder Spritzer führen zur Bildung lokalisierter Ablagerungen von Salzen auf der phosphatieren Oberfläche, die nach Aufbringung und anschließender Härtung des highsolids-Lackes dazu neigen, durch den Lackaufbau "durchzubluten". Nach der Lackierung führen sie zu deutlich erkennbaren weißen Ringen und zu einem matten Aussehen des Lackes im Inneren der Ringe. Diese Beeinträchtigung der fertigen Lackoberfläche ist häufig so schwerwiegend, daß das Werkstück nach aufwendiger Entfernung der fehlerhaften überzüge zur erneuten Behandlung in den Verfahrensgang zurückgeführt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung von Eisen- oder Stahloberflächen für die Aufbringung von highsolids-Lacken bereitzustellen, das die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist und bei einfacher Durchführungsweise zu einwandfreien high-solids-Lackfilmen führt.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genann-

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ten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die Eisen- oder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung auf Basis Alkaliphosphat in Berührung bringt, die einen pH-Wert von 4,2 bis' 6 aufweist, Dihydrogenphosphat in einer Konzentration von 3 bis 60 g/l und als Beschleuniger meta-Nitrobenzolsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 3,0 g/l enthält, anschließend spült und trocknet.

Auf Basis Alkaliphosphat bedeutet, daß der überwiegende Teil der in Lösung befindlichen Kationen Alkali- oder Ammoniumionen sind. Die Bezeichnung Dihydrogenphosphat schließt Gemische von Orthophosphat und Pyrophosphat ein.

Zwar ist in der GB-PS 715 607 ein Verfahren zur Aufbringung von Phosphatschichten mittels Lösungen, die Alkali-, anorganisches oder organisches Ammoniumphosphat enthalten und die unter anderem mit meta-Nitrobenzolsulfonat beschleunigt werden können, beschrieben und die Eignung dieser Phosphatschichten als Basis für Farben, Lacke und dergl. erwähnt. Hierbei handelte es sich jedoch um - aus heutiger Sicht - konventionelle Färb- bzw. Lacksysteme mit vergleichsweise geringen Feststoffgehalten, deren Verlaufseigenschaften - verglichen mit denen von high-solids-Lacken - gänzlich verschieden sind. Es war daher keineswegs vorhersehbar, daß sich aus der Vielzahl der unterschiedlichen Alkaliphosphatierverfahren, insbesondere hinsichtlich der eingesetzten Beschleuniger, gerade das im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende Alkaliphosphatierverfahren in besonderer Weise für die Vorbereitung von Eisen- oder Stahloberflächen für die anschließende Aufbringung von high-solids-Lacken eignen würde.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, die Eisenoder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Berührung zu bringen, die einen pH-Wert von 4,5 bis 5,5 aufweist bzw. die Dihydrogenphosphat in einer Menge von 4 bis 10 g/l bzw. die meta-Nitrobenzolsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 1,5 g/l enthält.

Die Phosphatierungslösungen können mit einer Temperatur eingesetzt werden, die üblicherweise über 21 ⁰C liegt und Werte erreichen kann, bei denen eine Zersetzung des meta-Nitrobenzolsulfonats beginnt. Normalerweise liegt jedoch die obere Grenze der Temperatur der Phosphatierungslösung bei ca. 49 °C.

Die Applikation der Phosphatierungslösung kann auf übliche Weise, z.B. durch Spritzen, Tauchen oder Fluten, erfolgen. Je nach Form der Applikation und erwünschter Beschaffenheit der Phosphatschicht, z.B. hinsichtlich Schichtdicke, kann die Behandlungsdauer 5 Sekunden bis einige Minuten betragen. Das Schichtgewicht der erzeugten Phosphatschicht liegt im allgemeinen zwischen 0,1

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und 1,0 g/m .Je nach Behandlungsbedingungen können auch höhere Schichtgewichte erreicht werden. Sofern eine gesonderte pH-Wert-Einstellung erforderlich ist, erfolgt sie im allgemeinen mit Phosphorsäure.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Phosphatierungslösung kann Tenside oder Emulgiermittel unterschiedlichster Art, z.B. die auch bei der Metallreinigung Verwendung finden, enthalten. Sie müssen selbstverständlich mit der Phosphatierungslösung und dem organischen Beschleuniger verträglich sein, damit auch bei der Phosphatierung ihre gleichzeitig reinigende Funktion erhalten: bleibt.

Vor und nach der Stufe der Phosphatierung können die üblichen Behandlungsmaßnahmen ergriffen werden. So werden die Metalloberflächen üblicherweise zuvor mit einer Reinigungsbehandlung zur Entfernung von Fett und Schmutz, z.B. mit Hilfe eines alkalischen Reinigers, unterworfen. Sofern nötig, kann sich eine Beizbehandlung zur Entfernung von Rost anschließen. Zwischen Reinigen, gegebenenfalls Beizen, und Phosphatieren wird in der Regel gründlich mit Wasser gespült.

Nach der Phosphatierung findet im allgemeinen eine Wasserspülung

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und eine Nachbehandlung mit beliebigen Nachspülmitteln, wie ChromCvD/ChromdlD-Lösungen statt. Nach einer gegebenenfalls erneuten Wasserspülung wird die Metalloberfläche schließlich getrocknet.

Als abschließende Behandlung erfolgt die Aufbringung des high-solids-Lackes, an die sich gegebenenfalls die Aufbringung eines weiteren Lackaufbaues anschließt. Nach der Lackierung oder den einzelnen Lackierstufen wird üblicherweise eingebrannt.

High-solids-Lacke, feststoffreiche bzw. lösungsmittelarme Lacke weisen üblicherweise Feststoffgehalte von 50 bis 60 Gew.-% und mehr auf und gewinnen wegen der verringerten Lösungsmittelemission aus Gründen des Umweltschutzes zunehmend an Bedeutung. Ihre z.B. zur Spritzanwendung geeignete Viskosität erhalten sie durch Polymere, die - gegenüber konventionellen Lacken - niedrigere Molekulargewichte aufweisen. Zur Technologie der Beschichtung mit feststoffreichen Lacken wird verwiesen auf: R.N. Price, "High-Solids Coatings: Past, Present, Future", American Paint and Coatings Journal, June 21, 1982; J.C. Dean, "High-Solids Coatings", Modern Paint and Coatings, March 1982; D.E. Brody, "Trends in Water-Borne, High-Solids Coatings", American Paint and Coatings Journal, July 12, 1982, and R.R. Kuhn et al., "High- Solids Acrylic Resins for Baking Enamels", Modern Paint and Coatings, April 19:81.

Die besonderen Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß Spritzer oder Tropfen der Phosphatierungslösung auf bereits getrockneten und phosphatieren Metalloberflächen keine Probleme, z.B. in Form einer Verfärbung der Lackschicht, verursachen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Zwei gereinigte Stahlbleche wurden mit einer Phosphatierungslösung, die aus

9,5 g/l NaH₂PO₄ und 5,2 g/l NaClO₃

angesetzt worden war und einen pH-Wert von ca. 5 aufwies, bei einer Temperatur von 71 ⁰C eine Minute lang im Spritzverfahren behandelt. Diese Bleche wurden anschließend wassergespült und mit Luft trockengeblasen.

Um die in der Produktion üblicherweise herrschenden Betriebsbedingungen zu simulieren, wurde ein Tropfen der vorgenannten Phosphatierungslösung auf die Bleche aufgebracht und die Bleche in horizontaler Lage 10 Minuten durch Umlauft von 49 ⁰C getrocknet.

Anschließend v/urde auf das erste Blech ein lösungsmittelverdünnter Einschicht-high-solids-Lack (der Firma PPG Inc., mit der Bezeichnung Duracron 200) und auf das zweite Blech ein Einschicht-high-solids-Schwarzlack (der Firma Sherwin-Williams, mit der Bezeichnung 4653), jeweils im Spritzen, aufgebracht. Beide Lackfilme wurden mit Umluft von 163 ⁰C während 15 Minuten eingebrannt.

In beiden Fällen war an der Auftropfstelle der Phosphatierungslösung ein durch den Lack scheinender weißer Ring sichtbar. Im Inneren des Ringes war der Lack matt.

Beispiel 2

Es wurde die gleiche Arbeitsweise, wie in Beispiel 1 angegeben, wiederholt, jedoch eine Phosphatierungslösung eingesetzt, die aus

-2-

9,5 g/1 NaH₂PO₄ und

1,3 g/l Natrium-meta-Nitrobenzolsulfonat

angesetzt worden war

Es wurden Bleche erhalten, die weder einen feststellbaren Ring noch eine irgendwie geartete Verfärbung des Lackes aufwiesen.

Beispiel 3

Ebenfalls nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 und Beispiel 2 wurde mit einer Phosphatierungslösung gearbeitet, die neben den Bestandteilen der Phosphatierungslösung des Beispiels 2 zusätzlich

0,7 g/l Tensid

enthielt. Auch in diesem Fall waren weder Ringe noch Verfärbungen im Lack erkennbar.

Claims

Patentansprüche

1. .Verfahren zur Vorbereitung von Eisen- oder Stahloberflächen J für die Aufbringung von high-solids-Lacken durch Aufbringen einer Phosphatschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisen- oder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung auf Basis Alkaliphosphat in Berührung bringt, die einen pH-Wert von 4,2 bis 6 aufweist, Dihydrogenphosphat in einer Konzentration von 3 bis 60 g/l und als Beschleuniger meta-Nitrobenzolsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 3,0 g/l enthält, anschließend spült und trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisen- oder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Berührung bringt, die einen pH-Wert von 4,5 bis 5,5 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisen- oder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Berührung bringt, Dihydrogenphosphat in einer Menge von 4 bis 10 g/l enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisen- oder Stahloberfläche mit einer Phosphatierungslösung in Berührung bringt, die meta-Nitrobenzolsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 1,5 g/l enthält.