DE69603164T2

DE69603164T2 - Wässriger lack für glasscheiben

Info

Publication number: DE69603164T2
Application number: DE69603164T
Authority: DE
Inventors: Premakaran Boaz
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: MX9705361A; CN1173889A; AU708228B2; EP0815176B1; WO1996030450A1; US5660893A; CA2216243A1; EP0815176A1; US5582920A; US5518535A; AU5152496A; DE69603164D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Farbgemische auf Wasserbasis, die besonders nützlich bei der Bereitstellung eines Farbfelds auf Glastafeln sind. Das Farbgemisch · umfaßt Natriumsilikat, Wasser, eine wasserlösliche Lauge, feinverteiltes Metalloxidpigment und Zinkoxid als Haftwirkstoff.
Qualifizierten Handwerkern sind verschiedene Farbgemische zum Färben von Fahrzeug- und Bauglas bekannt. Solche Farben werden beispielsweise benutzt, um opake Ränder um die peripherischen Randflächen von Verglasungen zu erzeugen, die als Windschutzscheiben, Seitenscheibe, oder Heckscheibe benutzt werden.
Im allgemeinen sind diese Gemische keramische Gemische, die sich aus einer Mixtur aus Metalloxiden in einem organischen Bindemittel zusammensetzen. Die Mixtur der Metalloxide wird so eingestellt, daß in der letztendlich hergestellten, eingebrannten, keramischen Farbe eine bestimmte Farbe erreicht wird. Beispielsweise sind die auf Fahrzeugverglasungen eingebrannten, opaken peripherischen Farbstreifen im allgemeinen schwarz und können Oxide wie Chromoxid, Kobaltoxid und Nickeloxid umfassen. Die im allgemeinen in solchen Gemischen enthaltenen organischen Bindemittel, wie zum Beispiel Pineöl, Mineralöle, Erdölfraktionen mit niedrigem Molekulargewicht und dergleichen werden verwendet, um das Auftragen der keramischen Farbe durch Auftragen, Aufstreichen oder Siebdruck zu ermöglichen. Die Metalloxide reagieren nicht miteinander oder mit anderen Materialien wie Glasfritten, die oft in der keramischen Farbe enthalten sind. Diese Glasfritten sind die Substanzen, die letztendlich für das Zusammenschmelzen der keramischen Farbe und für die Verschmelzung mit der Glastafel verantwortlich sind, um so sicherzustellen, daß die keramische Farbe mit der Glastafel verbunden bleibt, nachdem sie auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Wenn diese Substanzen auf eine Glastafel aufgetragen werden, werden sie gewöhnlich auf hohe, über dem Erweichungspunkt des Glases liegende Temperaturen erhitzt, um die Farbe auszuhärten und um die gefärbten Glastafeln für die weitere Handhabung während eines späteren Hochtemperatur-Formgebungsprozesses geeignet zu machen.
Angesichts ökologischer und kommerzieller Gesichtspunkte wäre es wünschenswert, wenn Farben auf Wasserbasis entwickelt werden könnten, die anstatt dieser Farben mit organischen Bindemitteln benutzt werden könnten. Es wäre weiterhin wünschenswert Farben auf Wasserbasis zu entwickeln, die bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ausgehärtet werden könnten, im Gegensatz zu den hohen Temperaturen, die im allgemeinen zum Aushärten der keramischen, auf organischen Bindemitteln basierenden Farben benötigt werden. Die hohen Temperaturen, denen das mit der Farbschicht versehene Glas während dem Aushärten der Farbe ausgesetzt wird, verleiht den Glasscheiben oft unerwünschte optische Verzerrungen. Um die konventionell benutzten Keramikfarben angemessen ersetzen zu können, müßte die Farbe auf Wasserbasis eine gleichmäßige Beschichtung ermöglichen, haltbar sein und auch gut an dem Glas haften.
Es ist ein Gegenstand des vorliegenden Gemischs ein Farbgemisch auf Wasserbasis bereitzustellen, das hervorragende Haftung an Glas aufweist. Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung eine Farbe auf Wasserbasis bereitzustellen, die bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen aushärtbar ist und hervorragende Haltbarkeit aufweist. Vorteilhafterweise erreicht das Farbgemisch auf Wasserbasis der vorliegenden Erfindung diese Ziele und überwindet so die Nachteile der dem vorherigen Stand der Technik entsprechenden, keramischen, auf organischen Bindemitteln basierenden Farben.
Diese Erfindung offenbart ein Farbgemisch auf Wasserbasis, das hervorragendes Haftvermögen an Glas aufweist. Das Gemisch umfaßt:
(i) wasserlösliches Natriumsilikat, das 20 bis 40 Gewichtsprozent des Gemischs ausmacht;
(ii) Wasser, das 5 bis 25 Gewichtsprozent des Gemischs ausmacht;
(iii) wasserlösliche Lauge in ausreichender Menge, um das Gemisch mit einem pH- Wert von mindestens 105 zu versehen;
(iv) feinverteiltes Metalloxidpulver, das aus der Gruppe von Oxiden ausgewählt wird, die Kupfer-, Eisen-, Nickel-, Kobaltoxid und Gemische hieraus umfaßt, das 25 bis 40 Gewichtsprozent des Gemischs ausmacht, und das eine Partikelgröße von weniger als 7 um aufweist; und
(v) Zinkoxid, das 2 bis 10 Gewichtsprozent des Gemischs ausmacht.
Das Gemisch umfaßt vorzugsweise auch Glasfritte in geringen Mengen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Herstellungsprozeß der offenbarten Farbe auf Wasserbasis, der das Mischen und Verbinden der Komponenten umfaßt.
Entsprechend einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt sie eine Glastafel, bei der zumindest ein Teil mit einer ausgehärteten Farbe beschichtet ist, die aus dem oben offenbarten Gemisch hergestellt ist. Entsprechend einer weiteren, anderen Ausführung der Erfindung umfaßt sie eine Methode zur Bereitstellung einer durchgehärteten Schicht der Farbe auf einer Glastafel.
Das Gemisch der vorliegenden Erfindung ist eine Farbe auf Wasserbasis, die als Beschichtung auf Glas, wie sie zum Beispiel in den abgedunkelten Bereichen entlang der Peripherie von Windschutzscheiben zur Anwendung kommt, nützlich ist. Wie oben offenbart umfaßt das Gemisch wasserlösliches Natriumsilikat, Wasser, wasserlösliche · Lauge, feinverteiltes Metalloxidpulver, das der Farbe ihre schwarze bis graue Färbung verleiht, und Zinkoxid als Haftwirkstoff. Jede dieser Komponenten, wie auch optionale Komponenten, werden untenstehend im Detail besprochen.
Wasserlösliche Natriumsilikate machen zwischen 20 und 40 Gewichtsprozent des Gemischs dieser Erfindung aus, vorzugsweise zwischen 30 und 36 Gewichtsprozent des Gemischs, wobei "Gewichtsprozent" in diesem Zusammenhang als Bruchteil des Gesamtgewichts des Gemischs zu verstehen ist. Sie können ein einzelnes Natriumsilikat oder eine Silikat-Mixtur umfassen. Wasserlösliche Natriumsilikate, die in dem Gemisch dieser Erfindung nützlich sind, können durch die Formel SiO&sub2;: Na&sub2;O dargestellt werden, wobei das Molverhältnis der zwei darin befindlichen Oxide zwischen 2 : 1 und 4 : 1 liegt. Zusätzlich zu dem wasserlöslichen Natriumsilikat können dem Gemisch auch wasserlösliche Kaliumsilikate mit ähnlicher Formel beigefügt werden. Wenn sie vorhanden sind, liegen sie im allgemeinen in geringeren Mengen vor - vorzugsweise weniger als 10 Gewichtsprozent, im allgemeinen zwischen 5 und 10 Gewichtsprozent des Gemischs.
Eine weitere benötigte Komponente des Gemischs ist Wasser, das einen Anteil von 5 bis 25 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der Mischung ausmacht, vorzugsweise in einer Größenordnung zwischen 10 und 20 Prozent. Das Gemisch umfaßt weiterhin eine wasserlösliche Lauge, die verwendet wird, um das Farbgemisch mit einem pH- Wert von mindestens 10.5 zu versehen, vorzugsweise über 12.5, besser noch 13.5. Wie durch den benötigten pH-Wert angedeutet wird, muß der pH-Wert auf der basischen Seite liegen. Es ist notwendig, die Farbe mit diesem pH-Wert zu versehen, um der Farbe eine wünschenswerte Lagerbeständigkeit zu verleihen. Für Ausführungen von Farben dieser Erfindung mit einem pH-Wert von über 13 wurde zum Beispiel eine Lagerbeständigkeit von mindestens 3 Monaten ermittelt. Beispiele von wasserlöslichen Laugen, die benutzt werden können, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, wobei Natriumhydroxid bevorzugt wird, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Menge der verwendeten Lauge hängt zum Beispiel von der jeweiligen Lauge und der verwendeten Konzentration ab. Wenn beispielsweise eine 1 N Natriumhydroxidlauge verwendet wird, umfaßt sie im allgemeinen 2 bis 10 Gewichtsprozent des Gemischs, noch besser 3 bis 8 Gewichtsprozent und optimalerweise 3 bis 6 Gewichtsprozent. Dem Fachmann sollten angesichts der vorliegenden Offenbarung optimale Mengen und Arten der verwendbaren Laugen ersichtlich sein.
Das Gemisch umfaßt weiterhin feinverteiltes Metalloxidpigment, das aus Kupferoxid, · Eisenoxid, Nickeloxid, Kobaltoxid und Mischungen hieraus ausgewählt wird, wobei die Verwendung von Kupferoxid bevorzugt ist. Dieses Pigment gibt der Farbe ihre schwarze Färbung und macht zwischen 25 und 40 Gewichtsprozent des Gemischs aus, vorzugsweise zwischen 25 und 35 Gewichtsprozent des Gemischs. Das feinverteilte Pulverpigment weist eine Partikelgröße (Durchmesser) von im Durchschnitt weniger als 7 um auf, vorzugsweise zwischen 5 und 7 um und am besten von 5 um. Diese Gemische würden je nach Mixtur und Anteil der Metalloxide farblich von schwarz bis dunkelgrau variieren. Das bevorzugte Kupferoxid stellt ein schwarzes Farbgemisch bereit. Es ist nicht wünschenswert Chromoxid in dem Gemisch zu verwenden, da es das Haftvermögen der Farbe am Glas beeinträchtigt.
Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des Farbgemischs ist eine geringe Menge von Haftwirkstoff, d. h. in der dieser Erfindung entsprechenden Farbe Zinkoxid. Dieser Haftwirkstoff liegt in dem Gemisch in einem Anteil zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent vor, vorzugsweise zwischen 3 und 6 Gewichtsprozent und am besten zwischen 4 und 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Gemischs. Optimal enthält die Mischung 6 Gewichtsprozent Zinkoxid Vorzugsweise liegt das Zinkoxid in dem Farbgemisch in einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen 2 und 3 um vor, wobei die Partikelgröße jedoch nicht kritisch ist. Der Erfinder glaubt - ohne sich an diese Theorie binden zu wollen - daß das Zinkoxid den Ausdehnungskoeffizienten des Silikatfarbgemischs senkt und ihn dem der Glasmasse angleicht. Demzufolge wird während dem Erhitzen und Abkühlen des Glases eine geringere Spannung in der Farbe aufgebaut, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases und der Farbe ziemlich genau übereinstimmen. Es wird angenommen, daß eine geringere Spannung in der Farbe zu gutem Haftvermögen der Farbe an der Glasunterlage führt. Für die Ausführung der Erfindung ist jedoch weder das Verständnis noch die Richtigkeit dieser Theorie notwendig.
Zusätzlich zu den oben benötigten Komponenten umfaßt das Farbgemisch optional, doch vorzugsweise, eine geringe Menge Glasfritte mit einem niedrigen Schmelzpunkt; d. h. im allgemeinen weniger als 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2 und 4 Gewichtsprozent des schwärzlichen Farbgemischs der vorliegenden Erfindung umfassend. Wenn sie beigefügt wird, liegt die Glasfritte mit dem niedrigen Schmelzpunkt in dem Gemisch vorzugsweise in einer Menge von 3 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs vor. Als Glasfritte mit niedrigem Schmelzpunkt wird hier ein Glasmaterial verstanden, das bei Temperaturen unter 704ºC (1300ºF) schmilzt. Beispielhaft für in der vorliegenden Erfindung nützliche, bevorzugte Glasfrittenmaterialien sind öfter als sogenannte Emailfritten bezeichnetes Zinkborosilikatglas und Wismutborosilikatglas und Mixturen hieraus. Weitere Glasfritten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden dem Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung ersichtlich sein. Ich habe festgestellt, daß das Beifügen dieses Frittenmaterials zur Glasmasse das Haftvermögen der Farbe an dem Glas weiter verbessert.
Ein weiterer optionaler, aber wünschenswerter Bestandteil in dem schwarzen Farbgemisch dieser Erfindung ist ein Tensid. Tenside sind wohlbekannte Substanzen und werden Farben oft beigefügt, um die Benetzungseigenschaften der flüssigen Farbe auf der Unterlage zu verbessern, auf die sie aufgetragen wird. Beispielhaft für eine solche Substanz ist das von der Firma 3M hergestellte 'FC-171'. Weitere, andere Tenside sind dem Fachmann bekannt. Wünschenswert macht es 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent des Farbgemischs aus, vorzugsweise etwa 0.25 bis 0.5 Gewichtsprozent.
Um das Gemisch herzustellen, werden die Komponenten gewöhnlich zusammengefügt und dann mit einer Kugelmühle vermahlen, bis eine im wesentlichen einheitliche Vermischung der Komponenten erreicht ist. Dieses Vermischen wird im allgemeinen bei Raumtemperatur durchgeführt. Oft wird die Lauge nach dem Vermahlen in der Kugelmühle oder im letzten Stadium des Mahlens zugefügt. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis, das eine schwarze Silikatfarbe auf Wasserbasis dieses Typs ist und das Alkalisilikat, Wasser Lauge und Pigmente wie Kupferoxid enthält, nämlich CERAMVUETM (CV1-112 Black, Industrial Control Development, Inc. Vancouver, WA), ist kommerziell erhältlich. Wenn man das Zinkoxidpulver in den oben angedeuteten Mengen diesem Farbgemisch beifügt, haftet dieses Gemisch, nachdem es ausgehärtet ist, besser an Glastafeln, auf die es aufgetragen wird.
Nachdem ein dem Erfindungsgegenstand entsprechendes Farbgemisch hergestellt worden ist, kann es auf eine Unterlage, insbesondere eine Glasunterlage, durch eine beliebige Methode aufgetragen werden. Die Glastafel kann aus jeder beliebigen Glassorte hergestellt werden, die in der Glasmacherkunst allgemein bekannt ist. Typische Glastafeln, die zur Verwendung entsprechend der vorliegenden Erfindung in Betracht kommen, sind Fahrzeug- und Bauverglasungen aus Natron-Kalk-Silikatglas, die gewöhnlich durch das bekannte Floatglas-Verfahren hergestellt werden.
In der Anwendung wird die Farbe durch eine konventionelle Methode der Farbauftragung in einem vorbestimmten Muster in gleichmäßiger Schicht auf eine Oberfläche der Glastafel aufgetragen, zum Beispiel durch Siebdruck, wobei die Farbe durch ein Gummirakel über das Sieb verteilt wird, um die Farbe durch das Muster auf die Glastafel zu drücken. In der Farbverarbeitung ist es eine wohlbekannte Methode, durch Seidenschablonendruck einen Farbstreifen auf die Oberfläche von Fahrzeugverglasungen aufzutragen. In einer solchen Situation ist es besonders wünschenswert während des Siebdruckvorgangs um die Farbe eine feuchte Umgebung aufrecht zu erhalten. Optimalerweise wird die feuchte Umgebung bei Anwendung bevorzugter Farbgemische der vorliegenden Erfindung bei ungefähr 80+5% relativer Luftfeuchtigkeit gehalten. Das Aufrechterhalten dieser feuchten Umgebung erlaubt eine längere Verwendung des Siebsystems für den Farbauftrag, indem der Feuchtigkeitsgehalt der Farbe bei einer zur Auftragung wünschenswerten Viskosität gehalten wird. Diese Umgebung kann zum Beispiel am besten durch die von Boaz in der US-Patentanmeldung Nr. 08/295,574 vom 25. August 1994 niedergelegten Erfindung bereitgestellt werden, und die allgemein mit dieser Erfindung in Zusammenhang gebracht wird. Sie trägt den Titel "Vorrichtung und Verfahren zum Auftragen einer Beschichtung auf Glas".
Das vorbestimmte Muster, in dem die Farbe auf eine Glasscheibe aufgetragen werden kann, kann zum Beispiel einen opaken Abdeckstreifen umfassen, der sich auf einer peripheren Randfläche einer Fahrzeugverglasung befindet. Der Nutzen eines solchen Abdeckstreifens, nämlich um die aus der Sonneneinstrahlung resultierende Zersetzung der Klebstoffe zu vermeiden, mit denen die Verglasungen in der Fahrzeugöffnung befestigt werden, ebenso wie die Abdeckung von Beschlagteilen und Konstruktionsteilen, die unter den Rändern der Verglasungen liegen, ist auf dem Gebiet der Fahrzeugverglasung wohlbekannt. Der Streifen reicht gewöhnlich bis zu den Kanten der Verglasungen und ist breit genug, um das darunter liegende Klebemittel und die darunter liegenden Konstruktionsteile zu verbergen, ist aber schmal genug, um Fahrzeuginsassen maximale Sicht zu ermöglichen. Offensichtlich können beim Auftragen verschiedener Farbfelder auf Glasoberflächen andere vorbestimmte Muster benutzt werden, abhängig von dem letztendlichen Zweck des ausgehärteten Farbfelds.
Im Fall von Beschichtungen, die zum Abdunkeln auf Fahrzeugglas aufgetragen werden, wird die Beschichtung vorzugsweise in einer Stärke von ungefähr 12-16 um bereitgestellt. Die Beschichtung kann in jeder beliebigen Stärke aufgetragen werden, die optimale Stärke wird jedoch durch die genau erwünschte Verwendung bestimmt. Nachdem die aushärtbaren Gemische der Erfindung auf eine Unterlage aufgetragen worden sind, können sie leicht ausgehärtet werden, indem sie bei erhöhter Temperatur · eine zum Verdampfen des Wassers ausreichende Zeit eingebrannt werden, wodurch die Beschichtung ausgehärtet wird. Dieser Schritt kann bei jeder Temperatur durchgeführt werden, bevorzugt wird jedoch eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Glases. Da diese Wasserverdampfung und Trocknung vorzugsweise bei mäßigen Temperaturen, zum Beispiel unter 400ºC, sogar zwischen ungefähr 100ºC und 200ºC, durchgeführt werden kann, wird das gefärbte Glas keiner Erweichung ausgesetzt und somit wird verhindert, daß das Glas während der mäßigen Temperaturerhöhung deformiert wird.
Dies steht im Gegensatz zu konventionellen Farben mit organischen Bindemitteln, die auf Temperaturen über dem Erweichungspunkt des Glases erhitzt werden müssen, um durchgehärtet zu werden. Auf Glastafeln aufgetragene Farbgemische werden gewöhnlich zuerst durchgehärtet, um das Glas für weitere Verarbeitung, d. h. Biegung der gestrichenen Glastafel in eine gewünschte endgültige Form, zugänglich zu machen. Das Erhitzen des Glases auf Temperaturen über dem Erweichungspunkt des Glases zum Trocknen von Farben mit organischen Bindemitteln gibt dem Glas Gelegenheit Verzerrungen anzunehmen. Darauffolgendes Biegen des gefärbten Glases bei einer zweiten Brennung, wiederum bei diesen hohen Temperaturen, stellt eine zweite Möglichkeit zum Einbringen von Verzerrungen in das Glasprodukt dar. Da die Farbe der vorliegenden Erfindung bei vergleichsweise geringen Temperaturen unter dem Erweichungspunkt des Glases durchhärtet, minimiert sie so wünschenswert die Gelegenheit, Verzerrungen in das Glasprodukt einzubringen.
Dieses Trocknen und Durchhärten des schwarzen Farbgemischs auf Wasserbasis kann auf beliebige Art und Weise durchgeführt werden. Zwei besonders bevorzugte Verfahren umfassen das Bestrahlen der auf das Glas aufgetragenen Farbe mit Infrarotstrahlung (IR) oder Mikrowellenstrahlung wie in einem Mikrowellenofen. Letzteres wird ganz besonders bevorzugt, da es als kompaktes Gerät verhältnismäßig geringer Größe bereitgestellt werden kann, weniger Energie verbraucht und im allgemeinen weniger Wartung benötigt.
Im Falle einer windschutzscheibenartigen Probe von 30 cm · 30 cm (12" x 12"), bei der ein Teil der Oberfläche mit einer Ausführung des Farbgemischs der Erfindung in Form eines Abdunkelungsstreifens versehen wurde, stellte man fest, daß die Beschichtung während ungefähr einer Minute bei 150ºC in einem IR-Ofen oder während ungefähr einer Minute in einem Mikrowellenofen (4 KW Leistung) ausgehärtet werden konnte. Die spezifische Ausführung des verwendeten Farbgemischs und die beschichtete Fläche legen die jeweils optimal nützlichen Parameter zum Aushärten der Farbe dieser · Erfindung nahe.
Es ist offensichtlich, daß die durch mäßige Temperaturen durchhärtbaren Gemische der vorliegenden Erfindung von beträchtlichem Vorteil sind, da sie wesentliche Einsparung von Energie im Vergleich zu Gemischen ermöglichen, die wesentlich erhöhte Temperaturen zum Durchhärten erfordern. Zusätzlich können, wenn die Unterlage wie oben besprochen Glas ist, optische Verzerrungen in der Glastafel auftreten, wenn sie wesentlich erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, wie dies beim Aushärten von konventionellen Glasbeschichtungen mit organischen Bindemitteln notwendig sind. Das Gemisch der vorliegenden Erfindung überwindet diesen Nachteil von Beschichtungen, die dem vorherigen Stand der Technik entsprechen und zum Aushärten der Farbe erhöhte Temperaturen erfordern. Während die Farbe sich auf Glas als, wie obenstehend beschrieben, besonders nützlich herausstellt, kann sie auch benutzt werden, um andere Unterlagen - einschließlich zum Beispiel Metall oder Plastik - zu streichen.
Im allgemeinen wird beschichtetes Fahrzeugglas nachfolgend einem Formgebungsprozeß unterzogen, der beinhaltet, daß das Glas in einem Kühlofen hohen Temperaturen der Größenordnung von 550ºC oder mehr ausgesetzt wird. Dies wird es der Beschichtung erlauben weiter auszuhärten, obwohl dies nicht nötig ist, um eine haltbare und haftende Beschichtung auf einer Unterlage bereitzustellen.
Die folgenden Beispiele werden zur Beschreibung der Erfindung dargeboten, und um die dem Erfinder am geeignensten scheinende Methode darzustellen, sie sollen aber keineswegs als einschränkend gedeutet werden.

Beispiele

Die folgenden drei Beispiele sind Ausführungen von Farbgemischen, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Alle Mengenangaben der Komponenten sind in Gewichtsprozent des gesamten Farbgemisches gemacht.
Ein Farbgemisch (Nr. 4) wurde entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem Zinkoxid und Tensid (FC-171, 3M) in den folgenden Mengen in Gewichtsprozent des gesamten Gemischs einer kommerziell erhältlichen Silikatfarbe (CB-555-195, A. O. Smith Company) beigegeben wurden: 93.54 Silikatfarbe, 6.0 Zinkoxid und 0.51 Tensid.
Die obenstehenden Farbgemische wurden durch Siebdruck in einer Stärke von 12 um auf (Natron-Kalk-Silikat)Glasscheiben aufgetragen und in einem IR-Ofen drei Minuten lang bei 120ºC ausgehärtet.
Die schwarze, getrocknete Farbe wies eine gleichmäßige Schicht und hervorragendes Haftvermögen auf, was demonstriert wurde, indem das gefärbte Glas 5 Tage lang bei 60ºC einem Heißwasserbad ausgesetzt wurde, was keine Delamination der Farbe verursachte. Ähnliche Farbgemische ohne den Zinkoxid-Haftwirkstoff (damit nicht entsprechend der vorliegenden Erfindung) weisen unter ähnlichen Testbedingungen Delamination auf.
Die Farben wurden auch auf ihr Haftvermögen bezüglich urethanartiger Klebstoffe durch den nachfolgend beschriebenen Test geprüft, da diese Klebemittel beim Einbau in Fahrzeuge oft in Verbindung mit Glas kommen.

Urethanklebstoff/Farbe/Glas - Haftvermögentest

Die Oberfläche einer Glastafel wird gestrichen und die Farbe wird vollständig durchgehärtet, indem sie durch einen Ofen geleitet wird, der das Glas auf über 550ºC erhitzt. Ein Teil (Streifen) der gestrichenen Oberfläche wird auf Urethanhaftung vorbereitet, indem zuerst eine Schicht Essex Glasgrundierung - Präparat Nr. 43519 - aufgetragen wird. Auf diese präparierte Oberfläche wird eine weitere Schicht Essex Glasgrundierung Nr. 43520A aufgetragen. Man läßt die Grundierung ungefähr 10 Minuten bei Raumtemperatur trocknen, und dann wird ein "Tropfen" Essex Urethanpolymerklebstoff auf die Grundierungsschichten aufgetragen. Eine zweite Glastafel wird auf die gleiche Art und Weise vorbereitet, mit der Ausnahme daß der Urethanklebstoff nicht aufgetragen wird. Die zwei Glasscheiben werden so aufeinander gepreßt, daß der Urethanklebstoff die Grundierung der zweiten Platte berührt, wodurch · ungefähr 0.25' Raum zwischen den beiden gestrichenen Oberflächen der Platten bleibt. Man läßt das Paar für 72 Stunden an der Luft aushärten. Um den Haftungstest zu bestehen, muß das Urethan und nicht die Haftfläche brechen, wenn die Platten gegeneinander verdreht werden. Die Zuverläßigkeit der Haftung wird getestet, nachdem das aneinander haftende Paar für einen gewählten Zeitraum in Wasser von 150ºC eingetaucht wurde.
Die obenstehenden Farbgemische zeigten alle hervorragendes Haftvermögen und bestanden den Urethan-Hafttest erfolgreich.
Die Farbgemische der folgenden Beispiele, jeweils entsprechend Ausführungen der vorliegenden Erfindung (#6 und #7), und vergleichbare (#4 und #5), wurden auf Haftung an Urethanpolymerklebstoff wie obenstehend beschrieben und auch an Polyvinylbutyral (als Zwischenschicht bei Windschutzscheiben benutzt) wie folgt getestet:

Vinyl/Farbe/Glas-Haffungs-'Prügel-Test'

In einem geschichteten Paar Glasscheiben wird ein 3" breiter Streifen einer Farbe bereitgestellt wobei sich die Farbe auf einer Oberfläche in Kontakt mit einer Polyvinylbutyral-Zwischenschicht befindet. Das Laminat wird gekühlt und bei -10ºC für vier Stunden stabilisiert. Nach den vier Stunden wird das Laminat schnell entfernt und der gestrichene Teil wird über einem Amboss plaziert, wonach der Abschnitt einer fünf Minuten andauernden Serie von Schlägen mit einem schweren Hammer ausgesetzt wird. Bei dieser Temperatur ist das Vinyl hart und weist geringes Haftvermögen an den zermalmten Glaspartikeln auf. Die Haftung der Glaspartikel an dem Vinyl wird durch Vergleich mit Standards eingeordnet, die von #1 bis #10 definiert sind, wobei #1 vollständigen Verlust der Haftung zwischen Vinyl/Farbe/Glas andeutet und #10 vollständige Haftung von Vinyl/Farbe/Glas andeutet.
Die folgenden Farben #4, #5, #6 und #7 enthielten verhältnismäßig die gleichen Mengen an Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Wasser und Pigmentkomponenten.
Zusätzliche Bestandteile sind bei den spezifischen Beispielen angegeben (Gewichtsprozent).
Farbe #4: Grundlegende Zusammensetzung: Natriumsilikat und Kaliumsilikat, Wasser und Pigment (Kupferoxid). Vergleichendes Beispiel, nicht entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, da es kein Zinkoxid enthält.
Farbe #5: Grundlegende Zusammensetzung mit 2% Zink-Borosilikatfritte.
Vergleichendes Beispiel, nicht entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, da es kein Zinkoxid enthält.
Farbe #6: Grundlegende Zusammensetzung mit 2% Zink-Borosilikatfritte und 5% Zinkoxid, entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Farbe #7: Grundlegende Zusammensetzung mit 5% Zinkoxid, entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Ergebnisse von prügelgetestetem Vinyl/Farbe/Glas Ergebnisse des Urethan/Farbe/Glas-Haftvermöcientest nach:
Es ist aus den obenstehenden Testergebnissen ersichtlich, daß die Zugabe von Zinkoxid das Haftvermögen der Farbe bedeutsam verbessert hat, welches weiterhin durch die Zugabe der Zink-Borosilikatfritte verbessert wird.

Claims

1. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis, das hervorragendes Haftvermögen an Glas aufweist, und folgendes umfaßt:

(1) wasserlösliches Natriumsilikat, das 20 bis 40 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht;

(ii) Wasser, das 5 bis 25 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht;

(iii) wasserlösliche Lauge in ausreichender Menge, um dieses Gemisch mit einem pH- Wert von mindestens 10.5 zu versehen;

(iv) feinverteiltes Metalloxidpulver, ausgewählt aus der Gruppe, die aus den Oxiden von Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt und Mischungen hieraus besteht; und das 25 bis 40 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht und eine Partikelgröße von weniger als 7 um aufweist; und

(v) Zinkoxid, das 2 bis 10 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht.

2. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis nach Anspruch 1, worin dieses Gemisch weiterhin Glasfritte mit weniger als 10 Prozent des Gesamtgewichts dieses Gemischs enthält.

3. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis nach Anspruch 1, worin dieses Gemisch weiterhin Kaliumsilikat umfaßt.

4. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis nach Anspruch 1, worin diese wasserlösliche · Lauge Natriumhydroxid ist.

5. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis nach Anspruch 1, worin dieses Gemisch weiterhin 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent Tensid umfaßt.

6. Ein Farbgemisch auf Wasserbasis, das hervorragendes Haftvermögen an Glas aufweist, und folgendes umfaßt:

(i) wasserlösliches Natriumsilikat, das 30 bis 36 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht;

(ii) Wasser, das 10 bis 20 Gewichtsprozent des gesamten Gemischs ausmacht;

(iv) feinverteiltes Kupferoxidpulver, das 25 bis 35 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht und das eine Partikelgröße zwischen 3 und 7 um aufweist;

(v) Zinkoxid, das 4 bis 6 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht; und

(vi) Tensid, das 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht.

7. Eine Glastafel, die auf wenigstens einem Teil eine durchgehärtete Beschichtung eines Farbgemischs auf Wasserbasis nach einem der vorstehenden Ansprüche trägt.

8. Ein Verfahren zur Herstellung eines Farbgemischs auf Wasserbasis mit hervorragendem Haftvermögen an Glas, die folgende Schritte umfaßt:

das Zusammenmischen folgender Bestandteile:

(i) wasserlösliches Natriumsilikat, das 20 bis 40 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht,

(ii) Wasser, das 5 bis 20 Gewichtsprozent des gesamten Gemischs ausmacht;

(iv) feinverteiltes Metalloxidpulver, ausgewählt aus der Gruppe, die aus den Oxiden von Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt und Mischungen hieraus besteht, und das 25 bis 40 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht und eine Partikelgröße von weniger als 7 um aufweist; und

(v) Zinkoxid, das 2 bis 10 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht; und das Vermahlen dieser Bestandteile in einer Kugelmühle, um dieses Farbgemisch zu erhalten.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, die weiterhin das Beifügen von Glasfritte zu diesen Komponenten in einer Größenordnung von weniger als 10 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts dieses Gemischs umfaßt.

10. Ein Verfahren zur Herstellung einer ausgeformten Verglasung zur Verwendung in Fahrzeugen oder zu Bauzwecken mit einem ausgehärteten Farbfeld auf Wasserbasis, das auf dieser Verglasung haftet, wobei diese Methode die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellung einer Glasscheibe mit einer Oberfläche;

Auftragen eines Farbgemischs auf Wasserbasis auf wenigstens einen Abschnitt dieser Oberfläche, das folgendes umfaßt:

(i) wasserlösliches Natriumsilikat, das 20 bis 40 Gewichtsprozent dieses Gemischs umfaßt;

(ii) Wasser, das 5 bis 25 Gewichtsprozent des gesamten Gemischs ausmacht;

(v) Zinkoxid, das 2 bis 10 Gewichtsprozent dieses Gemischs ausmacht;

das Erhitzen der Glasscheibe und dieser darauf befindlichen Farbe auf Wasserbasis mittels Mikrowellen- oder Infrarot-Strahlung auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt dieser Glastafel, die ausreichend ist, um im wesentlichen alles Wasser zu entfernen, das in diesem Farbgemisch vorhanden ist, und dieses Farbgemisch auszuhärten und eine haftende Beschichtung bereitzustellen;

das Abkühlen dieser Glastafel; und

das Erhitzen dieser gestrichenen Glastafel auf eine ausreichende Temperatur, um dieser Glasscheibe eine gewünschte Form geben zu können.