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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtungszusammensetzung, die
zum Beschichten von Metallsubstraten, z.B. Stahl-Substraten, verwendet
werden kann. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Beschichtungszusammensetzung
für halbfertige
Stahlprodukte, die anschließend
durch wärmeintensive
Verfahren angefertigt und überzogen
werden sollen. Solche halbfertigen Stahlprodukte werden in der Schiffsbauindustrie
und bei anderen großtechnischen
Strukturen wie Plattformen der Ölproduktion
verwendet und schließen
Stahlplatten – z.B.
einer Dicke von 6 – 75
mm –,
Stäbe,
Balken und verschiedene Stahlabschnitte ein, die als Versteifungsteile
verwendet werden. Das wichtigste wärmeintensive Verfahren ist
das Schweißen;
im Wesentlichen werden alle derartigen halbfertigen Stahlprodukte
geschweißt.
Andere wichtige wärmeintensive Verfahren
sind das Schneiden, z.B. Oxy-Brennstoff-Schneiden, Plasma-Schneiden
oder Laser-Schneiden
und das Ausrichten unter Erwärmen
(heat fairing), bei dem der Stahl zu einer Form gebogen wird, während er
erwärmt
wird. Diese Stahlprodukte werden während der Lagerung – vor der
Konstruktion und während
der Konstruktion – oft
der Witterung ausgesetzt und werden im Allgemeinen mit einem Überzug beschichtet,
der eine "Fertigungsbeschichtung
(shop primer)" oder
eine "Vor-Konstruktionsbeschichtung" genannt wird, um
zu vermeiden, dass eine Korrosion des Stahls eintritt, bevor die
Stahlkonstruktion, z.B. ein Schiff, mit einer vollständigen Schicht
aus einem antikorrosiven Anstrich versehen ist, wodurch das Problem
vermieden wird, dass Stahlkorrosionsprodukte überstrichen oder entfernt werden
müssen.
In den meisten großen
Schiffswerften wird die Fertigungsbeschichtung als eine von mehreren
Behandlungen aufgetragen, die auf einer Produktionsstrasse durchgeführt werden,
in der der Stahl z.B. vorher erwärmt,
blas- oder sandgestrahlt wird, um Walzzunder und Korrosionsprodukte
zu entfernen, mit einer Fertigungsbeschichtung versehen wird und
durch eine Trockenkabine geführt
wird. Die Fertigungsbeschichtung kann alternativ dazu durch einen
gewerblichen Beschichter oder einen Stahllieferanten aufgetragen
werden, bevor der Stahl der Schiffswerft oder einer anderen Konstruktionsstelle
geliefert wird.
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Obwohl
der Hauptzweck der Fertigungsbeschichtung darin besteht, einen temporären Korrosionsschutz
während
der Konstruktion bereitzustellen, wird es von den Schiffsbauern
bevorzugt, dass ein Entfernen der Fertigungsbeschichtung nicht notwendig
ist, sondern dieselbe während
und nach der Fabrikation auf dem Stahl verbleiben kann. Stahl, der
mit einer Fertigungsbeschichtung beschichtet ist, muss somit schweißbar sein,
ohne dass die Fertigungsbeschichtung entfernt wird, und er muss
mit den Typen von antikorrosiven Schutzschichten überstreichbar
sein, die allgemein bei Schiffen und anderen Stahlkonstruktionen
verwendet werden, wobei eine gute Haftung zwischen dem Primer und
der anschließend
aufgetragenen Beschichtung vorliegen muss. Der mit einer Fertigungsbeschichtung
versehene Stahl sollte vorzugsweise schweißbar sein, ohne dass sich eine
signifikante schädliche
Auswirkung auf die Qualität
der Schweißung
oder auf die Geschwindigkeit des Schweißverfahrens ergibt, und er
sollte ausreichend wärmebeständig sein,
damit die Fertigungsbeschichtung ihre antikorrosiven Eigenschaften
in Bereichen beibehält,
die während
des Ausrichtens oder während
des Schweißens
der gegenüberliegenden
Fläche
des Stahls erwärmt
werden.
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Kommerziell
erfolgreiche Fertigungsbeschichtungen, die heute erhältlich sind,
sind Beschichtungen auf Lösungsmittelbasis,
die auf vorher hydrolysierten Tetraethylorthosilicat-Bindemitteln
und Zinkpulver basieren. Solche Beschichtungen enthalten einen großen Anteil
an flüchtigen
organischen Lösungsmitteln,
typischerweise etwa 650 g/l, um das Anstrich-Bindemittel zu stabilisieren
und um zu ermöglichen,
dass das Produkt als dünner
Film, typischerweise einer Dicke von 20 um, aufgetragen werden kann.
Die Freisetzung von flüchtigem
organischen Lösungsmittel
kann schädlich
für die
Umgebung sein und wird durch die Gesetzgebung in vielen Ländern geregelt.
Es besteht ein Bedarf an einer Fertigungsbeschichtung, die kein
flüchtiges organisches
Lösungsmittel
oder sehr viel weniger flüchtiges
organisches Lösungsmittel
freisetzt. Beispiele solcher Beschichtungen werden in US-A-4,888,056
und JP-A-7-70476 beschrieben.
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JP-A-6-200188
betrifft Fertigungsbeschichtungen und erwähnt die Möglichkeit der Verwendung eines Bindemittels
vom wässrigen
Alkalisilicatsalz-Typ. Beschichtungen, umfassend ein wässriges
Alkalimetallsilicat und Zinkpulver, werden auch in GB-A-1226360,
GB-A-1007481, GB-A-997094, US-A-4,230,496 und JP-A-55-106271 vorgeschlagen.
Alkalisilicat-Bindemittel für
antikorrosive Beschichtungen werden auch in US-A-3,522,066, US-A-3,620,784,
US-A-4,162,169 und
US-A-4,479,824 erwähnt.
Wir haben gefunden, dass Primer-Beschichtungen,
die auf einem wässrigen
Alkalisilicat-Bindemittel, das Zinkpulver enthält, basieren, einen angemessenen
Korrosionsschutz ergeben können
und es ermöglichen,
dass die Stahloberflächen,
die sie bedecken, geschweißt
werden können,
aber Anlass zu Problemen geben, wenn sie überstrichen sind. Die wässrigen
Silicate enthalten eine große
Menge an Alkalimetallkationen, die notwendig sind, um das Silicat
in wässriger
Lösung
zu halten, und diese Ionen liegen noch in der Beschichtung vor,
nachdem die Beschichtung getrocknet wurde. Wir haben gefunden, dass,
wenn Primer-Beschichtungen, die diese großen Mengen an Alkalimetallionen
aufweisen, mit irgendeiner konventionellen organischen Schicht überstrichen
werden und dann in Wasser eingetaucht werden, eine Blasenbildung
(lokale Delaminierung der Beschichtung) auftritt. Wir haben Tests
durchgeführt,
die zeigen, dass dieses Problem reduziert werden kann, wenn die
Außenseite
der Beschichtung einige Zeit dem Wetter ausgesetzt wird, nachdem
die Fertigungsbeschichtung aufgetragen wurde, oder wenn sie vor
dem Überstreichen
gewaschen wird. Diese Verfahren sind jedoch zur Verwendung bei den heutigen
hochproduktiven Schiffswerfen nicht vereinbar.
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Wässrige Siliciumdioxid-Sole,
die einen sehr geringen Alkalimetallionen-Gehalt haben, sind im
Handel erhältlich,
aber Beschichtungen, die auf solchen Solen basieren, haben eine
sehr geringe (anfängliche)
Filmfestigkeit in Form der Adhäsion,
Kohäsion,
Härte und
Abriebbeständigkeit
und Wasserbeständigkeit.
Diese schlechten physikalischen Eigenschaften der Beschichtung machen
die Beschichtung während
der Handhabung oder der weiteren Verarbeitung für eine Beschädigung anfällig. Daher
sind möglicherweise
beträchtliche Reparaturen
der Beschichtung erforderlich, und als Folge ergeben sich hohe Kosten.
Vorgeschlagene Verbesserungen für
Siliciumdioxidgel-Beschichtungen werden wie folgt beschrieben: in
US-A-3,320,082, bei dem ein mit Wasser nicht mischbares Amin zugegeben
wird, GB-A-1541022, bei dem ein wasserlösliches Acrylamid-Polymer zugegeben
wird, und GB-A-1485169, bei dem ein quartäres Ammonium- oder Alkalimetallsilicat zugegeben
wird; solche Beschichtungen haben jedoch nicht die physikalischen
Eigenschaften erreicht, die denjenigen von Beschichtungen ähnlich sind,
die auf Alkalimetallsilicaten basieren. Beschichtungen, die auf Siliciumdioxid-Solen basieren, weisen
große
Mengen an Blasenbildung auf, wenn sie überstrichen/eingetaucht werden.
Obwohl der Gehalt an wasserlöslichem
Salz und der osmotische Druck niedrig sind, kann dennoch eine Blasenbildung
erfolgen, weil die Beschichtung aufgrund ihrer schlechten physikalischen
Eigenschaften einen geringen Widerstand gegenüber der Blaseninitiierung/dem
Blasenwachstum aufweist. Weiterhin weisen diese Beschichtungen einen
geringen Abriebwiderstand auf.
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Es
besteht ein Bedarf an einer Fertigungsbeschichtung auf wässriger
Basis mit niedrigem Alkalimetallionen-Gehalt, die eine verbesserte
Haftung an Substrate und eine Filmfestigkeit aufweist, und zwar
in Form der Eigenschaften, die oben diskutiert wurden, um der Blaseninitiierung/dem
Blasenwachstum zu widerstehen.
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Weiterhin
besteht ein Bedarf an einer blasenfreien Fertigungsbeschichtung
auf wässriger
Basis, die eine schnellere Entwicklung der physikalischen Eigenschaften
der Beschichtung nach dem Auftragen der Fertigungsbeschichtung aufweist,
um die Handhabung und weitere Verarbeitung des Substrats zu ermöglichen, ohne
dass sich das Risiko ergibt, die Beschichtung zu beschädigen.
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Die
Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Lösung
für die oben
erwähnten
Probleme und Nachteile bereit. Die Zusammensetzung für die Beschichtung
eines Metallsubstrats, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt und überstrichen
werden soll, umfasst Zinkpulver und/oder eine Zink-Legierung, ein
wässriges
Siliciumdioxid-Sol oder ein Alkalimetallsilicat-Bindemittel mit
einem Stoffmengenverhältnis
von SiO2/M2O von
wenigstens 6:1, wobei M die gesamten Alkalimetall- und Ammoniumionen
darstellt und wobei die Siliciumdioxid-Teilchen eine durchschnittliche
Größe von 10
nm bis kleiner als 10 nm haben.
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Das
Bindemittel basiert am meisten bevorzugt auf einem wässrigen
Siliciumdioxid-Sol.
Solche Sole sind von Akzo Nobel unter dem eingetragenen Warenzeichen "Bindzil" oder von DuPont
unter dem eingetragenen Warenzeichen "Ludox" erhältlich,
obwohl in der Literatur über
dieselben hervorgehoben wird, dass konventionelle Qualitäten von
kolloidalem Siliciumdioxid keine guten Filmbildner sind. Verschiedene
Qualitäten von
Sol sind erhältlich,
die unterschiedliche Teilchengrößen des
kolloidalen Siliciumdioxids haben und verschiedene Stabilisatoren
enthalten. Die Teilchengröße von kolloidalem
Siliciumdioxid kann z.B. im Bereich von 3 – 100 nm liegen. Wir fanden,
dass Beschichtungen mit guten Filmeigenschaften unter Verwendung
von Siliciumdioxid-Teilchen erhalten werden können, die Größen hin
zum unteren Ende dieses Bereichs haben, nämlich 10 nm oder kleiner als
10 nm sind, vorzugsweise im Bereich von 3 – 10 nm, mehr bevorzugt im
Bereich von 5 – 10
nm liegen. Um die Beständigkeit
gegenüber
der Blaseninitiierung und/oder dem Blasenwachstum weiterhin zu verbessern,
hat das Siliciumdioxid-Sol vorzugsweise ein SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis von wenigstens 25:1,
mehr bevorzugt von wenigstens 50:1, und es kann ein SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis von 200:1
oder größer aufweisen.
Weiterhin ist es möglich,
eine Mischung aus zwei oder mehreren Siliciumdioxid-Solen zu verwenden,
die ein unterschiedliches SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis aufweisen, wobei das SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis der
Mischung wenigstens 25:1 ist. Das Sol kann durch Alkali, z.B. Natrium-, Kalium-
oder Lithiumhydroxid oder quartäres
Ammoniumhydroxid oder durch wasserlösliches organisches Amin wie
Alkanolamin stabilisiert werden. Die Beschichtungszusammensetzung
sollte vorzugsweise im Wesentlichen frei von irgendeinem durch Ammonium
stabilisierten Siliciumdioxid-Sol
sein, weil das Vorliegen eines durch Ammonium stabilisierten Sols
ein Gelieren der Zusammensetzung ergeben könnte, insbesondere wenn das
Bindemittel hauptsächlich
aus durch Ammonium stabilisiertem Siliciumdioxid-Sol besteht und
die Beschichtungszusammensetzung auch Zinkpulver enthält.
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Das
Siliciumdioxid-Sol kann mit einem Alkalimetallsilicat, z.B. Lithiumsilicat,
Natriumlithiumsilicat oder Kaliumsilicat, oder mit Ammoniumsilicat
oder einem quartären
Ammoniumsilicat vermischt werden. Andere Beispiele geeigneter Sol-Silicat-Blends oder
-Mischungen können
in
US 4,902,442 gefunden
werden. Die Zugabe eines Alkalimetall- oder Ammoniumsilicats kann
die anfänglichen
filmbildenden Eigenschaften des Siliciumdioxid-Sols verbessern,
die Menge an Alkalimetallsilicat sollte jedoch ausreichend gering
sein, um das SiO
2/M
2O-Stoffmengenverhältnis des
Bindemittels-Sols bei wenigstens 6:1, vorzugsweise wenigstens 8:1
und am meisten bevorzugt bei größer als
15:1 zu halten.
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Das
Siliciumdioxid kann alternativ oder zusätzlich dazu ein gelöstes oder
dispergiertes organisches Harz enthalten. Das organische Harz ist
vorzugsweise ein Latex, z.B. ein Styrol-Butadien-Copolymer-Latex, ein
Styrol-Acryl-Copolymer-Latex,
ein Vinylacetat-Ethylen-Copolymer-Latex, eine Polyvinylbutyral-Dispersion, eine
Silicon/Siloxan-Dispersion oder eine Latex-Dispersion auf Acrylbasis.
Beispiele geeigneter Latex-Dispersionen, die verwendet werden können, schließen Folgendes
ein: XZ94770 und XZ94755 (beide von Dow Chemicals), Airflex® 500,
Airflex® EP3333
DEV, Airflex® CEF
52 und Flexcryl® SAF34
(alle von Air Products), Primal® E-330DF
und Primal® MV23
LO (beide von Rohm and Haas) und Silres® MP42
E, Silres® M50E
und SLM 43164 (alle von Wacker Chemicals). Wasserlösliche Polymere
wie Acrylamid-Polymere können
verwendet werden, werden aber weniger bevorzugt. Das organische
Harz wird vorzugsweise mit bis zu 35 Gew.-%, vorzugsweise 1 – 20 Gew.-%,
bezogen auf Siliciumdioxid, verwendet. Größere Mengen können während des
anschließenden
Schweißens
eine Porosität
der Schweißstelle
verursachen. Es wurde gefunden, dass die Zugabe eines organischen
Harzes die Adhäsion/Kohäsion, wie
sie im Gitterschnitt-Test gemessen wurde, verbessert.
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Das
Siliciumdioxid-Sol kann alternativ dazu ein Silan-Kupplungsmittel
enthalten, das Alkoxysilan-Gruppen und einen organischen Rest enthält , der
eine funktionelle Gruppe wie eine Amino-, Epoxid- oder Isocyanatgruppe
enthält.
Das Silan-Kupplungsmittel
ist vorzugsweise ein Aminosilan wie γ-Aminopropyltriethoxysilan oder γ-Aminopropyltrimethoxysilan
oder ein partielles Hydrolysat derselben, obwohl ein Epoxysilan wie γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
auch verwendet werden kann. Das Silan-Kupplungsmittel liegt vorzugsweise
mit bis zu 30 Gew.-%, z.B. 1 – 20
Gew.-%, bezogen auf Siliciumdioxid, vor.
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Das
Bindemittel der Primer-Beschichtung kann alternativ dazu eine wässrige Lösung eines
Alkalimetall- oder Ammoniumsilicats umfassen, das durch ein Siliconat
stabilisiert ist, das mit wenigstens einer anionischen Gruppe mit
einem niedrigeren pKa als Kieselsäure substituiert ist, wie einer
Carboxylat- oder Sulfonatgruppe. Ein solches Bindemittel ist vorzugsweise
eine Lösung
mit einem SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis im Bereich
von 8:1 bis 30:1 und einem pH von 7 bis 10,5, das hergestellt wird,
indem man den pH einer Lösung von
Silicat und Siliconat durch Kationenaustausch reduziert. Z.B. kann
das Siliconat in relativ geringen Mengen, z.B. in einem Stoffmengenverhältnis von
1:2 bis 1:20, zu einem konventionellen 3,9:1 SiO2/K2O-Alkalisilicat gegeben werden. Die Feststoffe
können
dann reduziert werden, um die Leichtigkeit der Verarbeitung zu verbessern
und weiterhin die Stabilität
zu verbessern. In diesem Stadium hat die Lösung einen pH von 12 – 12,5.
Die Lösung
wird dann unter Verwendung eines Standard-Ionenaustauschharzes einem Ionenaustausch unterzogen.
K+-Ionen werden durch H+-Ionen
ersetzt, die sowohl den Alkaligehalt des Bindemittels als auch den
pH verringern. Ohne Vorliegen des Siliconats würde das Silicat bei der Herabsetzung
des pH gelieren. Klare stabile Lösungen
mit so niedrigen pH-Werten wie 8 werden erhalten. Das sich ergebende
Bindemittel hat typischerweise ein SiO2/K2O-Stoffmengenverhältnis im
Bereich von 8 – 20:1
und kann erwünschtenfalls
eingeengt werden, um den Feststoffgehalt zu erhöhen. Das Bindemittel ist eine
klare stabile Lösung,
und es ist in Gegenwart von Zink stabil; Beschichtungen, die auf
diesen ionenausgetauschten Bindemitteln basieren, haben aber eine
relativ schlechte Filmfestigkeit, verglichen mit Beschichtungen,
die auf Alkalisilicat-Bindemitteln basieren.
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Die
Primer-Beschichtung enthält
vorzugsweise Zinkpulver, das vorzugsweise eine volumengemittelte Teilchengröße von 2 – 12 μm aufweist,
und am meisten bevorzugt ist es ein Produkt, das im Handel als Zinkstaub
mit einer mittleren Teilchengröße von 2 – 8 μm erhältlich ist.
Das Zinkpulver schützt
den Stahl durch einen galvanischen Mechanismus, und es kann auch
eine Schutzschicht von Zink-Korrosionsprodukten
bilden, die den Korrosionsschutz verstärkt, der durch die Beschichtung
gegeben wird. Das gesamte Zinkpulver oder ein Teil des Zinkpulvers
kann durch eine Zink-Legierung ersetzt werden. Die Menge an Zinkpulver
und/oder an Zinklegierung in der Beschichtung ist im Allgemeinen
wenigstens 10 % und kann bis zu 90 Vol.-% der Beschichtung – auf Trockenfilm-Basis – betragen.
Das Zinkpulver und/oder die Zinklegierung kann im Wesentlichen den
gesamten Teil der Pigmentierung der Beschichtung ausmachen oder
kann z.B. bis 70 %, z.B. 25 – 55
Vol.-% der Beschichtung – auf
Trockenfilm-Basis – umfassen,
wobei die Beschichtung auch einen Hilfs-Korrosionsinhibitor enthält, der
z.B. ein Molybdat, Phosphat, Wolframat oder Vanadat sein kann, wie
in US-A-5,24G,488 beschrieben wird, und/oder einen Füllstoff
wie Siliciumdioxid, calcinierten Ton, Aluminiumoxid-Silicat, Talkum,
Baryte oder Glimmer enthält.
Andere Pigmente können
jedoch in Verbindung mit Pigmenten auf Zinkbasis verwendet werden.
Beispiele dieser anderen Nicht-Zink-Pigmente schließen leitfähige Streckmittel
wie Dieisenphosphid (Ferrophos®), glimmerhaltiges Eisenoxid
usw. ein. Die Verwendung dieser leitfähigen Nicht-Zink-Streckmittel-Pigmente
kann eine Reduktion des Zinkgehalts ermöglichen, während ein effektiver Korrosionsschutz
beibehalten wird. Um optimale Beschichtungseigenschaften zu erreichen,
sollten vorzugsweise Streckmittel mit einer mittleren Teilchengröße von weniger
als 3 μm,
vorzugsweise von weniger als 2 μm,
und Pigmente geringer Größe verwendet
werden.
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Die
Pigment-Volumenkonzentration der Primer-Beschichtung ist vorzugsweise
wenigstens gleich der kritischen Pigment-Volumenkonzentration, wie
es für
Zinksilicat-Primer üblich
ist, z.B. beträgt
sie das 1,0fache bis 1,5fache der kritischen Pigment-Volumenkonzentration.
Die Pigment-Volumenkonzentration (PVC) sind die Vol.-% an Pigment
in dem trockenen Lackfilm. Die kritische Pigment-Volumenkonzentration
(CPVC) ist normalerweise als die Pigment-Volumenkonzentration definiert, bei
der gerade genug Bindemittel vorliegt, um eine vollständig adsorbierte
Bindemittelschicht auf den Pigment-Oberflächen bereitzustellen und alle
Zwischenräume
zwischen den Teilchen in einem dicht gepackten System aufzufüllen. Die
kritische Pigment-Volumenkonzentration kann bestimmt werden, indem
man trockenes Pigment mit einer gerade ausreichenden Menge an Leinöl imprägniert,
um eine kohärente
Masse zu bilden. Dieses Verfahren ergibt einen Wert, der als "Ölabsorption" bekannt ist, aus dem die kritische
Pigment-Volumenkonzentration berechnet werden kann. Das Verfahren zur
Bestimmung der Ölabsorption
wird in British Standard 3483 (BS3483) beschrieben.
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Der
Feststoffgehalt der Primer-Beschichtung beträgt im Allgemeinen wenigstens
15 Vol.-% und vorzugsweise liegt er im Bereich von 20 – 40 Vol.-%,
mehr bevorzugt im Bereich von 25 – 35 Vol.-%. Der Feststoff-Volumengehalt
ist der theoretische Wert, der auf der Basis aller Komponenten berechnet
wird, die in der Beschichtungszusammensetzung vorliegen. Die Beschichtung
hat vorzugsweise eine derartige Viskosität, dass sie durch herkömmliche
Beschichtungsauftragsgerätschaften,
wie Sprühen,
insbesondere luftfreies Sprühen,
oder durch Niederdruckauftragsgerätschaften mit großem Volumen
(HVLP) leicht aufgetragen werden kann, um eine Beschichtung mit
einer Trockenfilmdicke von weniger als 40 μm, vorzugsweise zwischen 12 μm und 25 – 30 μm zu ergeben.
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Gegebenenfalls
kann die Beschichtungszusammensetzung weitere Additive umfassen,
die dem Fachmann wohlbekannt sind, wie z.B. Viskositätsregler
(Organotone, Xanthangummi, Cellulose-Verdickungsmittel usw.), Entschäumungsmittel
(insbesondere wenn Latex-Modifizierungsmittel vorliegen) und Verlängerungsmittel
der Topfzeit wie Chromate (z.B. Natriumdichromat). Wenn keine Verlängerungsmittel
der Topfzeit vorliegen, hat die Beschichtungszusammensetzung normalerweise
eine Topfzeit zwischen 2 und 4 Stunden. Üblicherweise ist es ausreichend,
nur eine geringe Menge (0,0125 – 0,025
Gew.-%, bezogen auf den flüssigen
Anstrich) Natriumdichromat zuzugeben, um eine Topfzeit von mehr
als 24 Stunden zu erhalten. Größere Mengen
führen normalerweise
zu schlechten Eigenschaften der Beschichtung. Normalerweise wird
das Beschichtungssystem als ein Zwei (oder Mehr)-Komponentensystem
bereitgestellt.
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Es
ist möglich,
die Beschichtungszusammensetzung kurz vor dem Auftragen der Beschichtung
herzustellen, z.B. indem man kurz vor dem Auftragen alle Komponenten
der Beschichtungszusammensetzung zugibt und gründlich vermischt. Ein solches
Verfahren kann auch als On-line-Vermischen der Komponenten, die in
der Beschichtungszusammensetzung vorliegen, bezeichnet werden. Dieses
Verfahren ist besonders für
Beschichtungszusammensetzungen geeignet, die eine eingeschränkte Topfzeit
haben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Fertigungsbeschichtung auf wässriger Basis für das Beschichten
von Stahlsubstraten, die gefertigt und überzogen werden sollen, wobei
die Zusammensetzung einen Feststoffgehalt von 20 – 40 Vol.-% hat,
umfassend:.
- – ein wässriges Siliciumdioxid-Sol-
oder Alkalimetallsilicat-Bindemittel, das ein SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis von wenigstens 6:1 hat,
wobei M die gesamten Alkalimetall- und Ammoniumionen darstellt und
die Siliciumdioxid- oder
Silicat-Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von gleich
oder kleiner als 10 nm haben,
- – 10 – 90 Vol.-%,
bezogen auf die Beschichtung auf Trockenfilm-Basis, Zinkpulver und/oder
einer Zink-Legierung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich
von 2 bis 12 μm,
- – 0 – 35 Gew.-%,
bezogen auf Siliciumdioxid oder Silicat, eines organischen Harzes,
- – 0 – 30 Gew.-%,
bezogen auf Siliciumdioxid oder Silicat, eines Silan-Kupplungsmittels,
- – gegebenenfalls
ein Nicht-Zink-Pigment (Nicht-Zink-Pigmente) mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von weniger
als 3 μm,
und
- – gegebenenfalls
ein Streckmittel der Topfzeit.
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Es
wurde gefunden, dass die Vorteile der Beschichtungszusammensetzung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
nämlich
die verbesserte Haftung an ein Substrat, die Filmfestigkeit und/oder
die schnellere Entwicklung physikalischer Eigenschaften der Beschichtung
nach dem Auftragen, durch die Behandlung der Beschichtung mit einer
filmverstärkenden
Lösung,
sobald die Beschichtung in dem Maße getrocknet ist, dass sie
beim Anfühlen
trocken ist, erläutert
werden können.
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Für den Zweck
der vorliegenden Erfindung ist eine filmverstärkende Lösung eine Lösung, die die Filmfestigkeit
einer Primer-Beschichtung verstärkt
und/oder die Entwicklung der Filmfestigkeit im Laufe der Zeit beschleunigt.
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Die
Zeitspanne bis zum trockenen Anfühlen
beträgt
im Allgemeinen etwa 10 – 15
Minuten bei Umgebungstemperaturen von 15 – 20 °C oder 3 – 4 Minuten bei 40 °C für eine Beschichtung
einer Trockenfilmdicke (dft) von 15 – 20 μm. Die Trocknungszeit hängt auch
vom Luftstrom und der Filmdicke ab. Bei 35 °C und einem Luftstrom von 0,5
m/s beträgt
die Trocknungszeit für
eine Beschichtung einer Trockenfilmdicke von 20 μm etwa 2 Minuten. Die Zeitspanne
kann weiter reduziert werden, indem man die Lufttemperatur erhöht.
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Im
Allgemeinen kann die Trocknungszeit reduziert werden, indem man
die Substrattemperatur erhöht, die
Lufttemperatur erhöht,
einen Luftstrom verwendet oder durch irgendeine Kombination derselben
verwendet.
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Die
Anwendung einer Behandlungslösung,
bevor sich der Primer trocken anfühlt, ergibt keine Film-Verstärkung.
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Die
Lösung,
die die Filmfestigkeit der Primer-Beschichtung erhöht, kann
im Allgemeinen eine wässrige Lösung eines
anorganischen Salzes oder eine Lösung
eines Materials sein, das reaktive siliciumhaltige Gruppen aufweist.
Die Zunahme der Filmfestigkeit kann durch einen signifikanten Anstieg
der Härte,
der Abriebbeständigkeit
und üblicherweise
der Haftung nachgewiesen werden. Die Härte kann gemäß dem Bleistiftritzhärte-Test
British Standard 3900, Teil E19 (1999) (Härte des Bleistifts, die notwendig
ist, um die Beschichtung zu durchstechen), gemessen werden. Die
Abriebbeständigkeit
kann unter Verwendung eines Tests des zweifachen Reibens gemessen
werden, bei dem die Beschichtung automatisch gerieben wird, und
derselbe kann trocken oder wasserfeucht durchgeführt werden. Obwohl eine signifikante
Zunahme entweder der Trocken- oder der Nassabriebbeständigkeit
als eine Zunahme der Filmfestigkeit der Primer-Beschichtung angesehen
werden würde,
haben wir gefunden, dass die Behandlung gemäß der Erfindung im Allgemeinen
sowohl die Trocken- als auch die Nassabriebbeständigkeit erhöht. Die
Haftung kann durch einen Gitterschnitt-Test gemessen werden, wie
er in British Standard 3900, Teil E6 (1992) beschrieben wird.
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Die
Menge an filmverstärkender
Lösung,
die auf die Primer-Beschichtung aufgetragen wird, liegt im Allgemeinen
im Bereich von 0,005 – 0,2
l/m2, vorzugsweise von 0,01 – 0,08 l/m2 mit Primer beschichteter Oberfläche (l/m2) für
Beschichtungen, die mit einer Standard-Trockenfilmdicke (15 – 20 μm) aufgetragen
werden. Eine solche Menge an Lösung
kann zweckmäßigerweise
durch Sprühen
aufgetragen werden. Es ist überflüssig, zu
erwähnen,
dass die Konzentration oder das Volumen der Nachbehandlungslösung erhöht werden
sollte, wenn die Beschichtung mit einer größeren Dicke aufgetragen wird,
d.h. mit einer Trockenfilmdicke von >20 μm.
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Obwohl
es nicht erwünscht
ist, sich auf irgendeine Theorie festzulegen, die die Filmverstärkung erklärt, scheint
es doch so zu sein, dass, wenn die Behandlungslösung eine wässrige Lösung eines anorganischen Salzes
ist, entweder ein Lösen
und Ausfällen
von Siliciumdioxid stattfindet oder das Salz als Verstärkungsmittel zwischen
den Sol-Teilchen wirkt. Wenn die Behandlungslösung reaktive Siliciumdioxid-Spezies
enthält,
können
diese zwischen den Siliciumdioxidsol-Teilchen abgeschieden werden,
um die Bindung der Solteilchen zu verbessern. Wir haben gefunden,
dass die gleichen verstärkenden
Materialien, wenn sie zur Primer-Beschichtung
gegeben werden, und zwar beim Auftragen oder vor dem Auftragen auf
ein Substrat, den gebildeten Primer-Beschichtungsfilm nicht verstärken.
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Wenn
die filmverstärkende
Lösung
eine wässrige
Lösung
eines anorganischen Salzes ist, hat sie im Allgemeinen eine Konzentration
von wenigstens 0,01 M und vorzugsweise von wenigstens 0,03 M. Die
Konzentration der Lösung
des anorganischen Salzes kann bis zu 0,5 M oder 1 M oder sogar höher sein.
Das anorganische Salz kann Folgendes sein: das Salz eines einwertigen
Kations wie ein Alkalimetall- oder Ammoniumsalz, das Salz eines
zweiwertigen Kations wie Zink, Magnesium, Calcium, Kupfer(II) oder
Eisen(II), das Salz eines dreiwertigen Kations wie Aluminium oder
Cer(III) oder das Salz eines vierwertigen Kations wie Cer(IV), und
eines einwertigen Anions wie eines Halogenids, z.B. Fluorid, Chlorid
oder Bromid, oder Nitrat, oder eines mehrwertigen Anions wie Sulfat
oder Phosphat. Mischungen der oben erwähnten Salze können auch
verwendet werden. Beispiele von Lösungen anorganischer Salze,
die sich als wirksam erwiesen haben, sind Magnesiumsulfat, Zinksulfat,
Kaliumsulfat, Aluminiumsulfat, Eisensulfat, Cer(IV)sulfat, Kupfersulfat,
Natriumchlorid und Kaliumchlorid, obwohl Chloride, wegen ihrer Tendenz
zur Förderung
der Korrosion möglicherweise
nicht bevorzugt werden. Die Konzentration der Lösung des anorganischen Salzes,
ausgedrückt
als Gewicht, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 – 20 Gew.-%.
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Ein
Beispiel eines Materials, das aktive siliciumhaltige Gruppen aufweist,
ist ein Silicat. Die Filmverstärkungslösung kann
z.B. eine Lösung
eines Alkalimetallsilicats, z.B. eines Kaliumsilicats oder Lithiumsilicats oder
eine Ammoniumsilicat-Lösung
sein, oder sie kann ein Alkalimetallsiliconat sein, z.B. eine Alkylsiliconat-Lösung. Die
bevorzugte Konzentration einer solchen Lösung liegt im Bereich von 0,5 – 20 Gew.-%.
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Wenn
die Filmverstärkungslösung eine
Lösung
eines anorganischen Salzes oder eines Alkalimetallsilicats ist,
erhöht
das zugefügte
Material den Salzgehalt der Zinksilicat-Primerbeschichtung. Dies
führt häufig zu
einer Zunahme der osmotischen Triebkraft, wenn der Überzug überstrichen
wird, und somit zur Möglichkeit der
osmotischen Blasenbildung, wenn das beschichtete Substrat eingetaucht
wird. Die Menge an aufgetragenem anorganischen Alkalimetallsilicat-Salz ist vorzugsweise
ausreichend gering, so dass das SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis der Primer-Beschichtung
oberhalb von 6:1, vorzugsweise oberhalb von 8:1 und am meisten bevorzugt
oberhalb von 10:1 gehalten wird. Um dies zu erreichen, beträgt die Menge
an aus der Filmverstärkungslösung aufgetragenem
anorganischen Salz oder Alkalimetallsilicat vorzugsweise weniger
als 10 g/m2 auf Trockengewichtsbasis, am
meisten bevorzugt weniger als 5 g/m2, für eine Beschichtung
mit einer Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm.
-
Ein
alternatives Beispiel eines Materials, das reaktive siliciumhaltige
Gruppen aufweist, ist ein Alkoxysilan oder ein Acyloxysilan, z.B.
Acetoxysilan. Dies kann z.B. ein Tetraalkoxysilan (Alkylorthosilicat)
wie Tetraethoxysilan oder Tetraisopropoxysiian oder ein Trialkoxysilan
wie Methyltrimethoxysilan (MTMS von Aldrich) oder Bistrimethoxysilanethan
sein. Das Alkoxysilan kann zusätzliche
funktionelle Gruppen enthalten, z.B. kann ein Trialkoxysilan die
Formel RSi(OR1)3 haben,
in der jede R1-Gruppe C1-3-Alkyl
ist und R eine Alkyl- oder Arylgruppe ist, die mit einer Amino-,
Alkylamino-, Dialkylamino-, Amid-, Halogen-, Carbamat-, Epoxid-,
Isocyanat-, Aziridin-, Sulphonat-, Carboxylat-, Phosphat- oder Hydroxylgruppe
substituiert ist. Bevorzugte Beispiele sind Aminosilane wie Triethoxysilylpropylamin
(Aminosilane A1100 von Witco), Trimethoxysilylpropylamin (Aminosilane
A1110 von Witco), Trimethoxysilylpropylethylendiamin (Aminosilane
A1120 von Witco), Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin (Aminosiiane
A1130 von Witco) oder Bistrimethoxysilylpropylethylendiamin. Weiterhin kann
das Alkoxysilan ein Bis(trialkoxysilan) sein, z.B. eine Alkylen-
oder Polydimethylsilan-Kette,
die mit -SiOR'3-Gruppen bestückt sind. Das Alkoxysilan kann
wenigstens teilweise hydrolysiert sein, z.B. können ein teilweise hydrolysiertes
Tetraalkoxysilan oder ein hydrolysiertes Alkyltrialkoxysilan oder
ein Aminoalkyltrialkoxysilan verwendet werden. Das Alkoxysilan wird
vorzugsweise aus wässriger
Lösung
aufgetragen, obwohl die wässrige
Lösung
ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel enthalten kann,
z.B. einen Alkohol wie Ethanol.
-
Weiterhin
wurde gefunden, dass auch Orthosilicate sehr wirksame Eigenschaftsverbesserer
in dem Nachbehandlungsverfahren sind. Wässrige Lösungen von Tetramethylorthosilicat
(TMOS) und Tetraethylorthosilicat (TEOS) sind wirksame Nachbehandlungsmittel.
Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn TMOS oder TEOS bei einem
pH von 1 – 2
hydrolysiert werden. Bei diesem pH kann die Topfzeit der Nachbehandlungslösung sogar
7 Tage überschreiten.
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Die
Konzentration an Alkoxsilan oder an Orthosilicaten in der Behandlungslösung liegt
vorzugsweise im Bereich von 1 – 25
Gew.-%.
-
Die
Verwendung von Alkoxsilanen und/oder Orthosilicaten in der Nachbehandlungslösung wird
bevorzugt, weil diese Verbindungen der Fertigungs beschichtung einen
tatsächlichen
Gehalt an wasserlöslichen
Salzen von Null hinzufügen.
-
Das
Auftragen der Behandlungslösung
und vorzugsweise auch das Trocknen der behandelten Primer-Beschichtung,
bis die Beschichtung sich wieder trocken anfühlt, können als ein On-line-Verfahren
nach dem Beschichten des Stahls mit Primer und dem Trocknen der
Primer-Beschichtung, bis sie sich trocken anfühlt, durchgeführt werden.
Die Menge an filmverstärkender
Lösung,
die aufgetragen wird, beträgt
vorzugsweise 0,005 – 0,2
l/m2 der mit Primer beschichteten Oberfläche, am
meisten bevorzugt 0,08 l/m2 oder weniger, wenn
die Beschichtung behandelt und on-line getrocknet wird, für eine Beschichtung
mit einer Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm. Die Trocknungszeit für diese
Beschichtung, die mit einer derartigen Menge an filmverstärkender
Lösung
behandelt wurde, ist im Allgemeinen etwa 5 – 10 Minuten bei 15 – 20 °C oder etwa
1,5 – 2
Minuten bei 40 °C.
Die Trocknungszeit kann weiterhin reduziert werden, indem man das
mit Primer versehene Substrat in einem Luftstrom anordnet.
-
Im
Allgemeinen kann die Trocknungszeit reduziert werden, indem man
entweder die Substrattemperatur erhöht oder die Lufttemperatur
erhöht,
einen Luftstrom verwendet oder irgendeine Kombination derselben verwendet.
-
Die
Behandlungslösung
kann durch eine Standardauftragsgerätschaft, z.B. luftfreies Sprühen oder HVLP-Sprühen, oder
durch ein einfaches Feinstäubungssprühen aufgetragen
werden, indem man einfach eine zweite Sprühkanone weiter abwärts der
Fertigungsbeschichtungsstrasse von der Sprühkanone, die den Primer aufträgt, montiert.
Alternativ dazu kann die Lösung
unter Verwendung einer Nebel-Beschichtungsauftragstechnik aufgetragen
werden. Die Behandlungslösung
kann auf beide Seiten eines Substrats aufgetragen werden, z.B. auf
beide Seiten einer Stahlplatte, die zum Schiffsbau verwendet wird,
wobei die Orientierung des Substrats egal ist; das Volumen an Lösung, das
erforderlich ist, um den Film zu verstärken, ist derartig, dass die
Lösung
auf die Unterseite einer Platte ohne Herunterlaufen oder Abtropfen
aufgetragen werden kann. Andere Auftragsverfahren wie das Auftragen
durch eine Walze sind möglich,
werden aber nicht bevorzugt. Die behandelte Primer-Beschichtung
muss nur noch auf dem Substrat trockenen gelassen werden und benötigt kein
weiteres nachfolgendes Waschen oder Erwärmen; sobald der behandelte
Primer trocken ist, kann das beschichtete Produkt normal gehandhabt
werden.
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Das
Behandlungsverfahren in Kombination mit der Beschichtungszusammensetzung
gemäß der Erfindung
erhöht
die Härte,
die Kohäsion
und die Abriebbeständigkeit
der Fertigungsbeschichtung, ohne dass der Nachteil der Blasenbildung – wenn überstrichen
wird – eingeführt wird.
Weiterhin beschleunigt das Behandlungsverfahren die Ausbildung dieser
Eigenschaften. Dies verbessert die Beständigkeit gegenüber einer
Beschädigung
während
der. Handhabung und Fabrikation auf einer Schiffswerft oder einem
Stahlwerk. Zusätzlich zu
diesen Vorteilen zeigt das nachbehandelte, mit Fertigungsbeschichtung
versehene Substrat die Leistungskennwerte, die auf dem Markt der
Fertigungsbeschichtung erforderlich sind, nämlich eine Korrosionsbeständigkeit
von 6 Monaten bei Freiluftbewitterung, ausgezeichnete Schweiß/Schneide-Eigenschaften
und eine ausgezeichnete Überstreichbarkeit
bei einem breiten Bereich von Primer-Beschichtungen ohne Blasenbildung oder
Nadelstichbildung.
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Wenn
z.B. eine Zink-gefüllte
Siliciumdioxidsol-Beschichtung mit einer die Filmfestigkeit verstärkenden Lösung nachbehandelt
wird, erhöht
sich die Abriebbeständigkeit
wenigstens auf das fünffache
und die Nass-Abriebbeständigkeit
erhöht
sich üblicherweise
auf das zehnfache oder mehr. Die Bleistiftritzhärte verändert sich typischerweise von
2B nach H oder härter.
Das SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis der
Primer-Beschichtung kann z.B. von 50 – 200 auf 15 – 35 reduziert
werden, wenn die aufgetragene filmverstärkende Lösung eine Lösung eines anorganischen Salzes
oder eine Alkalimetallsilicat-Lösung
ist, bei einer normalen Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm für Fertigungsbeschichtungen
liegt dies aber noch oberhalb des Gehaltes, bei dem eine signifikante
Blasenbildung auftritt. Das SiO2/M2O-Stoffmengenverhältnis kann bei einem noch höheren Gehalt
gehalten werden, wenn die filmverstärkende Lösung eine Alkoxysilan-Lösung ist.
Die behandelten Primer-Beschichtungen können mit einem Amin-gehärteten Epoxyharz-Überzug oder
irgendeinem anderen hochbelastbaren Überzug wie einem Polyurethan überstrichen
werden, und zwar mit einer Filmdicke von 100 μm oder 200 μm, und nach dem siebentägigen Härtenlassen
können
sie während
einer Zeitspanne von 4 Monaten bei 40 °C ohne Blasenbildung in Süß- oder
Meerwasser eingetaucht werden.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erklärt. Diese
sollten die Erfindung erläutern,
sind aber nicht beabsichtigt, den Umfang derselben in irgendeiner
Weise einzuschränken.
-
Die
Verbindungen; die als Ausgangsmaterial in den Beispielen verwendet
werden, haben den folgenden Ursprung:
- Ludox® SM
- ein Siliciumdioxid-Sol
einer Konzentration von 30 Gew.-%, Teilchengröße 7 nm, SiO2/Na2O-Stoffmengenverhältnis 50:1 von DuPont
- XZ 94770
- ein organischer Styrol/Butadien-Latex
mit 50 Vol.-% Feststoffen von Dow Chemicals.
- Huber 90C
- ein calciniertes Aluminiumsilicat-Verstreckungsmittelpigment
einer mittleren Teilchengröße von 0,7 μm von JM
Huber/Marlow Chemicals
- Satintone® W
- ein calciniertes Aluminiumsilicat-Verstreckungsmittelpigment
einer mittleren Teilchengröße von 1,4 μm von Lawrence
Industries
- Zinkstaub
- ein Metallpulver einer
mittleren Teilchengröße von 7 μm von Trident
Alloys.
-
Beispiel 1
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 74,6 %, was das 1,3fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,3) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 27,3 |
| Wasser | 15,8 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 48,2 |
| Satintone | 8,6 |
-
Ein
Primer wurde hergestellt, indem man Siliciumdioxid-Sol mit Wasser
und Thixotrop vermischte, und das sich ergebende Bindemittel wurde
mit den Pigmenten kurz vor dem Auftragen auf den Stahl vermischt,
wie dies bei Zinksilicat-Beschichtungen üblich ist. Die erhaltene Primer-Beschichtung
wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen.
Man ließ den
Primer in einem Luftstrom von 0,5 m/s bei 30 °C, 30 % relativer Feuchtigkeit
(RH) trocknen, und als die Platten sich trocken anfühlten, wurden
sie on-line mit 0,3 g verschiedener Lösungen besprüht.
-
Die
behandelten Platten ließ man
bei 25 °C,
75 % RH trocknen, und die physikalischen Eigenschaften derselben
wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der verschiedenen
Lösungen
getestet.
-
Die
behandelten Platten wurde auf die Bleistiftritzhärte (British Standard 3900,
Teil E19 = BS 3900:E19), die Gitterschnitthaftung (British Standard
3900, Teil E6 = BS 3900:E6) auf einer Skala von 0 (keine Haftung)
bis 5 (100%ige Haftung) und die Abriebbeständigkeit (zweifacher Reibetest)
getestet. In dem zweifachen Reibetest wird die behandelte Oberfläche mit
einigen Wassertropfen befeuchtet (falls ein zweifaches Reiben im
nassen Zustand durchgeführt
wird), dann wird mit einem Baumwolllappen unter leichtem Druck gerieben.
Eine Hin- und Herbewegung ist ein zweifacher Reibevorgang. Die Ergebnisse
werden als die Anzahl der zweifachen Reibevorgänge bis zum Entfernen der Beschichtung
ausgedrückt.
Wenn die Beschichtung 100 zweifache Reibevorgänge überlebt, wird die abschließende Trockenfilmdicke
(dft) mit dem anfänglichen
Wert verglichen. Wenn die Trockenfilmdicke um mehr als 25 % reduziert
wird, wird das Ergebnis als >100
ausgedrückt.
Wenn die Trockenfilmdicke um weniger als 25 % reduziert wird, wird das
Ergebnis als »100
ausgedrückt.
Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 1A und 1B aufgeführt.
-
-
-
Beispiel 2
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 74,6 %, was das 1,3fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,3) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 22,0 |
| XZ
94770 | 1,5 |
| Wasser | 19,1 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 48,6 |
| Satintone | 8,6 |
-
Ein
Primer wurde hergestellt, indem man Siliciumdioxid-Sol mit Wasser
und Thixotrop vermischte, und das sich ergebende Bindemittel wurde
mit den Pigmenten kurz vor dem Auftragen auf den Stahl vermischt,
wie dies bei Zinksilicat-Beschichtungen üblich ist. Die erhaltene Primer-Beschichtung
wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen.
Man ließ den
Primer in einem Luftstrom von 0,5 m/s bei 30 °C, 30 % relativer Feuchtigkeit
(RH) trocknen, und als die Platten sich trocken anfühlten, wurden
sie on-line mit 0,3 g verschiedener Lösungen besprüht.
-
Die
behandelte Beschichtung ließ man
bei 25 °C,
75 % RH trocknen, und die physikalischen Eigenschaften derselben
wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der verschiedenen
Lösungen
getestet. Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 2A und 2B
aufgeführt.
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-
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Beispiel 3
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 68,4 %, was das 1,2fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,2) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 27,6 |
| XZ
94770 | 1,8 |
| Wasser | 15,1 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 48,9 |
| Satintone | 6,4 |
-
Ein
Primer wurde hergestellt, indem man Siliciumdioxid-Sol mit Wasser
und Thixotrop vermischte, und das sich ergebende Bindemittel wurde
mit den Pigmenten kurz vor dem Auftragen auf den Stahl vermischt,
wie dies bei Zinksilicat-Beschichtungen üblich ist. Die erhaltene Primer-Beschichtung
wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen.
Man ließ den
Primer in einem Luftstrom von 0,5 m/s bei 30 °C, 30 % relativer Feuchtigkeit
(RH) trocknen, und als die Platten sich trocken anfühlten, wurden
sie on-line mit 0,3 g verschiedener Lösungen besprüht.
-
Die
behandelte Beschichtung ließ man
bei 25 °C,
75 % RH trocknen, und die physikalischen Eigenschaften derselben
wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der verschiedenen
Lösungen
getestet. Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 3A und 3B
aufgeführt.
-
-
-
Beispiel 4
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 71,5 %, was das 1,4fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,4) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 24,7 |
| XZ
94770 | 1,6 |
| Wasser | 17,2 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 48,7 |
| Huber
90C | 7,6 |
-
Ein
Primer wurde hergestellt, indem man Siliciumdioxid-Sol mit Wasser
und Thixotrop vermischte, und das sich ergebende Bindemittel wurde
mit den Pigmenten kurz vor dem Auftragen auf den Stahl vermischt,
wie dies bei Zinksilicat-Beschichtungen üblich ist. Die erhaltene Primer-Beschichtung
wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen.
Man ließ den
Primer in einem Luftstrom von 0,5 m/s bei 30 °C, 30 % relativer Feuchtigkeit
(RH) trocknen, und als die Platten sich trocken anfühlten, wurden
sie on-line mit 0,3 g verschiedener Lösungen besprüht.
-
Die
behandelte Beschichtung ließ man
bei 25 °C,
75 % RH trocknen, und die physikalischen Eigenschaften derselben
wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der verschiedenen
Lösungen
getestet. Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 4A und 4B
aufgeführt.
-
-
-
Beispiel 5
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 76,0 %, was das 1,4fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,4) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 20,7 |
| XZ
94770 | 1,3 |
| Wasser | 19,9 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 48,3 |
| Huber
90C | 6,1 |
| "Molywhite" Molybdat-Pigment | 3,5 |
-
Ein
Primer wurde hergestellt, indem man Siliciumdioxid-Sol mit Wasser
und Thixotrop vermischte, und das sich ergebende Bindemittel wurde
mit den Pigmenten kurz vor dem Auftragen auf den Stahl vermischt,
wie dies bei Zinksilicat-Beschichtungen üblich ist. Die erhaltene Primer-Beschichtung
wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen.
Man ließ den
Primer in einem Luftstrom von 0,5 m/s bei 30 °C, 30 % relativer Feuchtigkeit
(RH) trocknen, und als die Platten sich trocken anfühlten, wurden
sie on-line mit 0,3 g verschiedener Lösungen besprüht.
-
Die
behandelte Beschichtung ließ man
bei 25 °C,
75 % RH trocknen, und die physikalischen Eigenschaften derselben
wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der verschiedenen
Lösungen
getestet. Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 5A und 5B
aufgeführt.
-
-
-
Beispiel 6
-
Eine
Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration von 25 Vol.-%
wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt. Die Primer-Beschichtung
hatte eine Pigment-Volumenkonzentration von 74,6 %, was das 1,3fache
der kritischen Pigment-Volumenkonzentration (λ = 1,3) darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 25,8 |
| Wasser | 20,4 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Zinkstaub | 45,5 |
| Satintone | 8,1 |
-
Um
die Auswirkung der Zugabe eines Verlängerungsmittels der Topfzeit
auf die Beschichtungseigenschaften, basierend auf der obigen Primer-Beschichtung,
zu bestimmen, wurden Fertigungsbeschichtungen hergestellt, die einen
unterschiedlichen Gehalt an Natriumdichromat haben. Die Primer-Beschichtungen
wurden auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm mit einer Trockenfilmdicke
von 15 – 20 μm aufgetragen
und sobald sie sich trocken anfühlten,
wurden sie mit einer 5 gewichtsprozentigen ZnSO4-Lösung nachbehandelt.
Die Platten wurden dann bei 20 °C,
70 % RH gelagert. Die physikalischen Eigenschaften wurden 1 Stunde
nach dem Auftragen der ZnSO4-Lösung gemessen.
Die Ergebnisse des Tests sind in der Tabelle 6 aufgeführt.
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Die
Zusammensetzungen, welche ein die Topfzeit verlängerndes Mittel umfassen, hatten
alle eine Topfzeit von mehr als 24 Stunden. Eine vergleichbare Zusammensetzung,
die kein Verlängerungsmittel
der Topfzeit aufweist, hat im Allgemeinen eine Topfzeit zwischen
2 Stunden und 4 Stunden.
-
-
Beispiel 7 (Vergleich)
-
Eine
zinkfreie Primer-Beschichtung mit einer Feststoff-Konzentration
von 28 Vol.-% wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt.
Die Primer-Beschichtung hatte eine Pigment-Volumenkonzentration
von 68,0 %, was das 1,3fache der kritischen Pigment-Volumenkonzentration
(λ = 1,3)
darstellt.
| Komponente | Gew.-% |
| Ludox® SM | 42,5 |
| Wasser | 13,5 |
| Bentonit-Ton-Thixotrop | 0,2 |
| Baryte
(FB11) | 33,9 |
| Satintone | 9,9 |
-
Die
Primer-Beschichtung wurde auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm
mit einer Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm aufgetragen, und sobald sie
sich trocken anfühlte,
wurde sie mit unterschiedlichen Lösungen nachbehandelt. Die Platten
wurden dann bei 20 °C,
70 % RH gelagert. Die physikalischen Eigenschaften derselben wurden
10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der Lösungen getestet. Die Ergebnisse
der Tests sind in den Tabellen 7A und 7B aufgeführt.
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Beispiel 8
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Primer-Beschichtungen
mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-% wurden analog zur
Formulierung des Beispiels 1 hergestellt, wobei man Siliciumdioxid-Sole
mit unterschiedlicher mittlerer Teilchengröße, nämlich Ludox® SM
(mittlere Teilchengröße 7 nm),
Ludox® HS30
(mittlere Teilchengröße 12 nm)
und Bindzil 40/170® (mittlere Teilchengröße 20 nm)
verwendete.
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Die
Primer-Beschichtungen wurden auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm
mit einer Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm aufgetragen, und sobald sie
sich trocken anfühlte,
wurde sie mit unterschiedlichen Lösungen nachbehandelt. Die Platten
wurden dann bei 30 °C,
30 % RH gelagert. Die physikalischen Eigenschaften derselben wurden
10 Minuten und 1 Stunde nach dem Auftragen der Lösungen getestet. Die Ergebnisse
der Tests sind in den Tabellen 8A und 8B aufgeführt.
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-
-
Beispiel 9
-
Primer-Beschichtungen
mit einer Feststoff-Konzentration von 28 Vol.-% wurden analog zur
Formulierung des Beispiels 2 hergestellt, wobei man Siliciumdioxid-Sole
mit unterschiedlicher mittlerer Teilchengröße, nämlich Ludox® SM
(mittlere Teilchengröße 7 nm),
Ludox® HS30
(mittlere Teilchengröße 12 nm)
und Bindzil 40/170® (mittlere Teilchengröße 20 nm)
verwendete.
-
Die
Primer-Beschichtungen wurden auf Stahlplatten von 15 cm × 10 cm
mit einer Trockenfilmdicke von 15 – 20 μm aufgetragen, und sobald sie
sich trocken anfühlten,
wurden sie mit unterschiedlichen Lösungen nachbehandelt. Die Platten
wurden dann bei 20 °C,
50 % RH (durchschnittliche Bedingungen) gelagert. Die physikalischen
Eigenschaften derselben wurden 10 Minuten und 1 Stunde nach dem
Auftragen der Lösungen getestet.
Die Ergebnisse der Tests sind in den Tabellen 9A und 9B aufgeführt.
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