DE7729899U1

DE7729899U1 - Stahlrohr mit korrosionsschutzbeschichtung

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Publication number: DE7729899U1
Application number: DE19777729899
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1979-05-10

Description

Karl Heinz Vahlbrauk

3353 Bad Ganderehelm, 22 . Febr, 1979 Postfach 129 HohenhSfen 6 Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm Unsere Akten-Nr. 2149/162

Karl Heinz Vahlbrauk Kriegerweg 1

3353 Bad Gandersheim

Stahlrohr mit Korrosionsschutzbeschichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stahlrohr mit Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für Trinkwasser- und Kondensatleitungen, mit wenigstens einer auf die Stahloberfläche aufgebrachten, Feinstzinkpartikel enthaltenden Grundschicht und einer darauf aufgebrachten Deckschicht aus Kunststoff.,

Es ist bekannt, Trinkwasserleitungen feuerzuverzinken. Solche Feuerverzinkungen unterliegen jedoch bei vielen Trinkwasserzusammensetzung en starker Korrosion und sind auch physiologisch bedenklich, da gemäß Trinkwasser-Verordnung gewisse Grenzwerte der Zink-Verunreinigung des Trinkwassers nicht überschritten werden dürfen, dies jedoch bei den bekannten Feuerverzinkungen in den meisten Fällen nicht erreicht werden kann, zumal nach neuerer Erkenntnis prozeßbedingt Eleikonzentrationen an der Zinkoberfläche auftreten können. Feuerverzinkungen sind auch durch im Trinkwasser mitgeführte Kupfer- und andere Metallionen gefährdet, die insbesondere in weichen Wässern Lochfraßkorrosion durch galvanische Elementbildung hervorrufen. Eine warmwasserbeständige

Kunststoffbeschichtung auf derartigen Feuerverzinkungen hat sich ■ als außerordentlich schwierig und in vielen Fällen als un-' möglich erwiesen.

Es ist ferner bereits ein Stahlrohr der eingangs angegebenen Art bekanntgeworden (DT-AS 2 612 154), bei dem auf die Stahloberfläche in einen Kunststoffträger eingebettete Feinst- ! zinkpartikel und auf diese Kunststoff-Partikel-Schicht wenigstens eine Kunststoffdeckschicht derart aufgebracht werden, daß die latente kathodische Schutzwirkung der Kunststoff-Partikel-Schicht und die anodische Schutzwirkung der Kunststoffdeckschicht einander ergänzen. Hierdurch wird für viele Anwendungsfälle eine ausgezeichnete Korrosionsschutzwirkung erzielt. Für den Bereich warmgehender Leitungen und insbesondere der Trinkwasser- und Kondensatleitungen sind jedoch komplexere Bedingungen einzuhalten, und es hat sich in diesen Anwendungsbereichen gezeigt, daß die bekannte Korrosionsschutzbeschichtung nicht ausreicht, um alle Bedingungen zu erfüllen* Insbesondere bietet die physiologische Unbedenklichkeit einerseits und zum anderen die Standzeit bei den bekannten Beschichtungen Schwierigkeiten. Für alle bekannten Korrosionsschutzbedingungen haben sich Dauerlas tbeanspruchungen von 65⁰C und fünf Jahren Standzeit als kritisch erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stahlrohr für Trinkwasser- und Kondensatleitungen zu schaffen, das allen Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und der physiologischen Unbedenklichkeit und schließlich auch der Standzeiten gewachsen sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Beschichtung eines Rohres, an das die geschilderten Anforderungen gestellt werden, und insbesondere die Innenbeschichtung eines Trinkwasser- und Kondensatrohres einen mehrschichtigen metallischen und anorganischen und durch Kunststoffe ergänzten Aufbau haben sollte, damit insgesamt die jeweiligen Beschichtungswerkstoffe in ihrer Wirkung einander ergänzen und einander durchdringen und so sämtliche an Leitungen

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gestellte Forderungen und Bedingungen erfüllt werden können, insbesondere bei warmgehenden Leitungen und dort insbesondere bei Trinkwasser- und Kondensatleitungen. Durch die Erfindung soll daher insbesondere eine optimale Innenbeschichtung von Trinkwasser- und Kondensat Ie itungenjges chaff en werden.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Grundschicht aus Feinstzink- und Feinstchrompartikeln und die Deckschicht aus einem aus allylveräthertem Leiterpräpolymer gebildeten hochpolaren Leiterpolymer, pigmentiert mit einem nicht an die Oberfläche ausschwimmenden Aluminiumpulver, bestehen und daß zwischen Grund- und Deckschicht eine Zwischenschicht aus modifiziertem Phenol-Formaldehyd angeordnet ist.

Als allylveräthertes Leiterpräpolymer wird dabei verstanden ein Leiterpräpolymer auf Basis von Allyläther-Resolen von methylolgruppenhaltigen, mehrkernigen, aromatischen Komplexen in Verbindung mit Bisphenol A-Epichlorhydrin-Kondensaten ohne endständige Epoxidgruppen, aus denen sich das entsprechende hochpolare Leiterpolymer aus einer Aneinanderreihung von cyclischen Strukturen in Form einer Leiter ergibt.

Es hat sich gezeigt, daß hierdurch eine Beschichtung des Stahlrohres und insbesondere eine Innenbeschichtung von Trinkwasser- und Kondensatleitungen geschaffen wird, die sowohl bei aggressivem und Metallionen führendem Trinkwasser wie auch in Temperaturbereichen bis 90⁰C Dauerlast-Standzeiten erreicht, die das Zehnfache entsprechender Werte der bekannten Beschichtungen ausmachen. Untersuchungen im Thermoosmosetest, also im Temperaturdifferenztest, haben gezeigt, daß die Beschichtung keinerlei Blasenbildung aufweist und selbst an etwaigen Schnittkanten keinerlei Korrosion im Salzsprühtest auftrat. Die Beschichtung erwies sich als vollständig physiologisch unbedenklich. Im einzelnen sind diedirch die geweiligen erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten erzielten Wirkungen theoretisch bisher nicht ausreichend deut- und begründbar. Jedoch sind die vorstehen! angegebenen und im folgenden ge-

schilderten Wirkungen empirisch zu bestätigen. Die Grundschicht aus Feinstzink und Feinstchrom bringt eine außerordentlich starke Verbesserung der Schutzwirkung gegen Wasserstoffionenwanderung durch Verwendung von als Barriere wirkendem Chrom mit sich, das an die Stahloberfläche durch Salzbindung gebunden ist. Mit dieser Wirkung verbindet sich die bekannte latente kathodische Schutzwirkung des Feinstzinks. Die Zwischenschicht aus dem modifiziertem Phenolharz sichert die Stahloberfläche gegen den Angriff durch Säuren und Laugen und ist physiologisch einwandfrei. Die gekennzeichnete Deckschicht dient im Zusammenhang mit ihrer Pigmentierung dem erhöhten mechanischen Schutz und als Barriere insbesondere gegen Viasserdampf- und Sauerstoffdiffusion zum Stahl. Die aufgebrachten i Schichten wirken daher einander ergänzend zusammen, um sämtliche erkannte Korrosionswirkungen auszuschließen. Die speziellen j Wirkungen als jeweilige Barrieren verbinden sich mit der auf- j einander abgestimmten Gesamtwirkung zum bestmöglichen Korrosionsschutz und zugleich zur geschilderten Wärmebeständigkeit j mit erhöhten Dauerlast-Standzeiten. Die Erfindung eignet sich j daher ganz besonders für die Innenbeschiclltung von warmgehenden Trinkwasser- und Kondensatleitungen, kann aber mit entsprechendem Vorteil auch für die Außenbeschichtung und die allseitige Beschichtung von Rohren ^e nach den Betriebsbedingungen eingesetzt werden.

Die Grundadaicht aus Feinstzink- und Feinstchrompartikelr isij; auf die metallisch blanke oder vorzugsweise auf eine Dicke von etwa 0,5 bis 1 /um phophatierte, insbesondere unlöslich kristal-' lin phosphatierte Stahl.oberfläche aufgebracht. Das Aufbringen der Grundschicht erfolgt zweckmäßig im Tauchverfahren in einem die Feinstzink- und Feinstchrompartikel enthaltenden Chromsäurebad. Über die Chromsäure wird die Verklammerung der Feinst+ zink- und Feinstchrompartikel mit der Stahloberfläche eingeleitet, die dann durch einen nachfolgenden Einbrennvorgang abgeschlossen wird. Wird danach die Zwischenschicht aus dem modifizierten Phenolharz aufgebracht und eingebrannt, so er-

gi"bt sich eine physiko-chemische Verklammerung mit der Zink-Chrom-Schicht und ein guter Haftgrucd für die folgende Deckschicht. Diese Deckschicht wird zunächst als allylveräthertes Leiterpräpolymer aufgebracht. Nach einem Einbrennen ergibt sich das hochpolare Leiterpolymer, das den innigen Verbund mit der Zwischenschicht eingeht. Es hat sich gezeigt, daß so auch ein vollständiger Schutz gegen Porenbildung innerhalb der Korrosionsschutzbeschichtung erreicht wird und oberflächlich eindiffundierende Gase auch wieder austreten können, so daß Blasenbildung und Wassertropfenbildung ausgeschlossen sind.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Grundschicht aus 80 Volumen^ Chrom und 20 Volumen-% Zink. Diese Zusammensetzung der Grundschicht hat sich für die geschilderte Schutzwirkung, insbesondere auch hinsichtlich der Wirkung als Barriere gegen Metall- und Wasserstoffionenwanderung als besonders zweckmäßig erwiesen.

Ferner hat sich als besonders zweckmäßig für die Wirkung j der Deckschicht gezeigt, wenn in weiterer Ausbildung der Er- i findung die Deckschicht aus einem allylverätherten Leiterpräpolymer mit einer Zusammensetzung gebildet ist, deren Elemen- : taranalyse lautet i

73,0% = C
19,9% = 0
7,1% = H, ^:

ergänzt durch Allyläthergruppen in Makromolekülform.

Als Lösemittel für das Aufbringen dieser Deckschicht, also für das geschilderte Leiterpräpolymer, können folgende Stoffe verwendet werden:

Ketone - wie Cyclohexanon, Isophoron, |

Methyläthylketon

Alkohole - wie Athylenglycolmonoathylather .

Ester - wie Athylenglycolmonoathylather-

c · ■ ·

■ ·

■ ... ■

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Halogen-Wasserstoffe

Aromaten

acetat

- wie 1-1-2 Trichlor 1-2-2 Trifluoräthan

- wie Xylol

Außerdem hat sich hinsichtlich der Deckschicht für die geschilderte ¥irkung des Aluminiumpulvers zur Pigmcntierung als zweckmäßig erwiesen, wenn die Deckschicht mit einem nicht an die Oberfläche ausschwimmenden Aluminiumpulver im 325 Mesh-Bereich nach ASTM-E-11-61-Norm der Vereinigten Staaten von Amerika pigmentiert ist.

Schließlich hat sich als zweckmäßig eine Korngröße für die Feinstzink- und Feinstchrompartikel der Grundschicht von kleiner als 5 (am gezeigt.

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert, die einen Querschnitt durch ein innen und außen gemäß der Erfindung beschichtetes Stahlrohr zeigt. Die Beschichtungen sind in der Zeichnung der größeren Deutlichkeit wegen in stark vergrößerter Dicke wiedergegeben. So beträgt die tatsächliche Dicke der Grundschicht 2 ^e nach der Korngröße nur wenige pm.

Auf die metallisch blanke Oberfläche des Stahlrohres I 1 ist innen und außen eine metallische Grundschicht aus Feinst-; zink- und Feinstchrompartikeln du?ch Tauchen in ein Chromsäure-· bad aufgebracht. Durch diesen Prozeß wird das bis dahin giftige 6-wertige Chrom (Cr6+) Im Wege eines chemischen Umwandlungs- ; prozesses durch Abscheidung von HpO in ungiftiges Chromid (FeOCr₂O:*) umgewandelt, so daß im Ergebnis eine Schicht aus Feinstzinkplattierung und Chromid entsteht, die sowohl gegen Diffusion von Wasser wie von Sauerstoff widerstandsfähig ist. Der pH-Wert der wäßrigen Lösung ist kleiner als pH 3. Diese Grundschicht 2 wird in zwei Stufen bei Temperaturen von etwa

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230⁰C und 315°C iiir die Dauer von etwa 20 Minuten eingebrannt. Nach dem Abkühlen der Grundschicht 2 ist auf dieser eine Zwischenschicht 3 aus modifiziertem Phenol-Formaldehyd ai^f-

die
gebracht, ebenfalls eingebrannt wird, und zwar bei einer Temperatur von etwa 300 bis 320°C und wiederum für eine Dauer von etwa 20 Minuten.

Nach dem Abkühlen von Stahlrohr 1, Grundschicht 2 und Zwischenschicht 5 wird auf die Zwischenschicht 3 eine Deckschicht aus allylveräthertem Leiterpräpolymer aufgebracht und j durch erneutes Einbrennen bei einer Temperatur von etwa 315 bis! 320 C für eine Dauer von etwa 30 Minuten in das entsprechende hochpolare Leiterpolymer überführt. Die große Temperaturbeständigkeit wird durch eine Aneinanderreihung von cyclischen Strukturen erreicht. Diese Deckschicht ist bei 4&i der , Zeichnung dargestellt. Das allylverätherte Leiterpräpolymer ist} mit einem nicht an die Oberfläche ausschwimmenden, sogenannten ι Non-Leafing-Alu liniumpulver pigmentiert. Die Korngröße der j Feinstzink- und Feinstchrompartikel der Grundschicht 2 beträgt i weniger als 5 jum. Die zweckmäßigerweise verwendete Zusammen- j setzung des allylverätherten Leiterpräpolymers entspricht den j weiter oben angegebenen Daten, wobei eines oder mehrere der > eben dort angegebenen Lösemittel verwendet werden. Die Korngröße des Aluminiumpulvers zur Pigmentierung der Deckschicht liegt zweckmäßig im 325 Mesh-Bereich.

Die Korrosionsschutzbeschichtung nach der Erfindung kann allseitig auf ein Stahlrohr aufgebracht sein. Es kann aber _s auch die Korrosionsschutzbeschichtung nach der Erfindung mit anderen und zusätzlichen Beschichtungen kombiniert werden. \ Insbesondere ist es möglich, die Korrosionsschutzbeschichtung nach der Erfindung für die Innenbeschichtung von Trinkwasser- und Kondensatleitungen zu verwenden und deren Außenwandung mit ; einer für den jeweiligen Betriebs- und Anwendungsfall anders

gearteten Kunststoffbeschichtung zu versehen oder entsprechend zu ummanteln. Auch für die Deckschicht 4 kann, wenn dies der

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Anwendungsfall als zweckmäßig erscheinen läßt, eine weitere Kunststoffschicht aufgebracht werden..

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Claims

Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badganderviielm Karl Heinz Vahlbrauk Schutzansprüche

1. Stahlrohr mit Korrosionsschutzbeschichtung mit wenigstens einer auf die Stahloberfläche aufgebrachten, Feinstzinkpartikel enthaltenden GrundscMcht und einer darauf aufgebrachten Deckschicht aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundsehieht (2) aus Feinstzink- und Feinstchrompartikeln und die Deckschicht (4) aus einem aus allylverethertem Leiterpräpolymer gebildeten hochpolaren Leiterpolymer, pigmentiert ,mit einem nicht an die Oberfläche ausschwimmenden Aluminiumpulver, bestehen und daS zwischen Grund- und Deckschicht eine Zwischenschicht (3) aus modifiziertem Phenol-Formaldehyd angeordnet ist.

2. Stahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläehe unter der Grunäschicht (2) phosphatiert ist.

3. Stahlrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierung eine Dicke von 0,5 bis 1 /ΤΐΥϊΐ aufweist.

4. Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (2) aus 80 Volumen- #Chrom und 20 Volumen-^Zink besteht.

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Bankkonto: Norddeutsche UamJflsVank.FtllolejOaij Gändeis'he|ir{,'Ktp.-Nr.22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715

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5. Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (4) aus einem allylveräthertem Leiterpräpolymer mit einer Zusammensetzung gebildet ist, deren Elementaranalyse lautet

73,0 % = C
19,9 % = 0

7,'1 Ji-^-H,
ergänzt durch Allyläthergrupp en in Makromoleküliorm.

6. Stahlrohr r^ach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (4) mit einem nicht an die Oberfläche ausschwimmenden Aluminiumpulver mit einer im 325 Mesh-Bereich nach ASTM-E-11-61-Norm liegenden Korngröße pigmentiert ist.

7. Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstzink- und Feinstchrompartikel der Grundschicht (2) eine Korngröße von kleiner als 5 pm aufweisen.