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Beize für Buntmetalle Beim Reinigen und Glätten von Metalloberflächen,
aber auch beim Polieren von Buntmetallen, werden vielfach chemische Beizverfahren
herangezogen. Die Beizbäder enthalten als wesentlichen Bestandteil starke anorganische
Säuren von oxydierendem Charakter und gegebenenfalls weitere Zusätze von anorganischen
Salzen, Ruß usw. Alle diese Rezepturen besitzen den Nachteil, daß man, insbesondere
wenn man die Bäder als Glanzbeize verwenden will, die einmal ausprobierten optimalen
Arbeitsbedingungen peinlichst genau einhalten muß, wenn man eine befriedigende Oberflächenbeschaffenheit
des Metallstückes, insbesondere einen hohen Glanz, erreichen will. Bei zu langer
Einwirkung der Beizbäder »verbrennen« die Metalle, d. h., sie zeigen eine lehmig-matte
Oberfläche. Solche verbrannten Metalle lassen sich mit keinem der bisher bekannten
Verfahren wieder chemisch glänzen, sondern müssen mechanisch poliert werden.
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Es wurde nun gefunden, daß Beizbäder, die kapillaraktive quaternäre
Ammoniumsalze enthalten, diese Nachteile nicht besitzen.
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Als Säuren verwendet man vor allem Salpetersäure, aber auch nichtoxydierende
Säuren, wie z. B. Salzsäure, Schwefelsäure, Orthophosphorsäure oder andere, insbesondere
anhydrische Säuren des Phosphors, wenn man diesen oxydierende Substanzen zugibt.
Als oxydierende Substanz sind außer der Salpetersäure auch Chromsäure oder deren
Salze, Wasserstoffsuperoxyd, Chlor und andere Oxydationsmittel brauchbar. Die Säuren
werden in verhältnismäßig konzentrierter Form, aber auch zum Teil in mäßiger Verdünnung
mit Wasser, angewandt, d. h., das zugesetzte Wasser kann
etwa o
bis 15o Gewichtsprozent der Menge an konzentrierten Säuren ausmachen. Unter konzentrierten
Säuren sind im Falle der Salzsäure und Salpetersäure die handelsüblichen konzentrierten
wäßrigen Lösungen der Säure zu verstehen.
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Erfindungsgemäß brauchbare quaternäre Ammoniumsalze mit kapillaraktiven
Eigenschaften besitzen einen hydrophoben, nicht aromatischen Kohlenwasserstoffrest
von 8 bis 2o, vorzugsweise ia bis 18 Kohlenstoffatomen, der direkt oder über beliebige
organische Reste, die auch Heteroatome oder Heteroatomgruppen enthalten können,
mit dem quaternären Stickstoff verbunden ist. An dem quaternären Stickstoff können
außerdem niedere organische Reste, wie z. B. Methyl-, Äthyl- oder Propylreste, stehen.
Der quaternäre Stickstoff kann auch Teil eines heterocyclischen Ringes sein, wie
das z. B. bei den Alkylpyridiniumsalzen der Fallist.
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Der Gehalt des Bades an quaternären Ammoniumverbindungen kann innerhalb
sehr weiter Grenzen schwanken. In geringen Mengen von i bis 5 °/o -zugesetzt, bewirken
sie eine bessere Benetzung der Metalloberfläche durch das Beizbad und ein schnelles
Eindringen desselben in feine Spalten, was z. B. bei gegossenen oder gestanzten
Ornamenten von Bedeutung ist.
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Bei Erhöhung des Gehaltes an kationaktiver Verbindung wird die Metallbeize
mehr und mehr zur Glanzbeize. Dabei können die Gehalte an kationaktiver Verbindung
innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken. So liegt beispielsweise beim Beizen von
Messing mit Salpetersäure die untere Grenze, bei der gerade noch ein Glanzeffekt
erzielt wird, bei 5 °/a Alkylpyridiniumchlorid und die obere Grenze bei 75 °/o.
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Buntmetalle, bei denen die erfindungsgemäße Beize angewandt wird,
sind Kupfer und seine Legierungen, wie Bronze, Messing, Neusilber, Tombak, Monel
usw. Zweckmäßigerweise werden die Metalle vor dem Behandeln mit den erfindungsgemäßen
Beizbädern von grobem Schmutz und fettigen Verunreinigungen gereinigt, was in an
sich bekannter Weise durch wäßrige Lösungen, organische Fettlösungsmittel oder deren
Emulsionen geschehen kann. Es ist jedoch nicht erforderlich, die Metalle in so peinlich
sauberem Zustand zu verwenden, wie man das bisher im allgemeinen für notwendig gehalten
hat. Schon bei gering bemessenen Zusätzen von i bis 5 °/o an kationaktiven Verbindungen
besitzt das Bad in gewissem Umfang die Fähigkeit, fettige Verunreinigungen von der
Metalloberfläche zu verdrängen. Diese Fähigkeit des Bades kann man durch Zusatz
von elektroneutralen kapillaraktiven Stoffen, insbesondere solchen mit ausgeprägter
Emulgierfähigkeit, und gegebenenfalls durch Zusatz von wasserunlöslichen Öl- und
Fettlösungsmitteln erhöhen. Elektroneutrale kapillaraktive Stoffe stehen beispielsweise
in den Polyäthern zur Verfügung. Es sind Polyglykoläther von Fettalkoholen, Alkylphenolen,
Alkyl- oder Alkylbenzolsulfamiden, Carbonsäureamiden sowie Polyglykolester von Fettsäuren
brauchbar. Als Öl- und Fettlösungsmittel verwendet man insbesondere solche, die
bei der Arbeitstemperatur noch nicht zu flüchtig sind. Bevorzugt kommen natürliche
oder synthetische aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffreaktionen
der verschiedenstenSiede-Bereiche in Frage, wie z. B. Petroleum, Dekahydronaphthalin
oder Mineralöl. Auch halogenierte Kohlenwasserstoffe sind brauchbar.
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Die Behandlungsdauer richtet sich nach der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit,
dem angewandten Metall, der Konzentration und Temperatur des Beizbades. Die Behandlung
kann bei Temperaturen bis zum Siedepunkt des Beizbades vorgenommen werden, vorzugsweise
bei Temperaturen von Raumtemperatur bis zu 8o° C. Unter diesen Umständen läßt man
die Säure etwa 2 Stunden bis 3 Minuten, je nach der Konzentration des Bades, auf
das Metall einwirken, jedoch kann man je nach Lage des Falles von diesen Vorschriften
abweichen. Hierbei zeigt sich ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Behandlungsbäder,
der darin besteht, daß eine Verlängerung der Behandlungszeit nicht so leicht zu
einem Verbrennen des Metalls führt, wie das bei den bisher bekannten Bädern der
Fall ist. Die auf dem Metall erzeugte glatte und gegebenenfalls glänzende Oberfläche
wird durch Anwesenheit des kationaktiven Netzmittels wirksam gegen Verbrennen geschützt.
Sogar durch eine chemische Behandlung verbrannte Buntmetalle lassen sich durch das
erfindungsgemäße Bad wieder glänzen. Bei der Einwirkung des Bades auf das Metall
lösen sich Bestandteile des letzteren in dem Bad auf, das sich im Laufe der Zeit
mehr und mehr mit Metallsalz anreichert. Dadurch wird die Wirksamkeit des Bades
und damit die notwendige Behandlungsdauer verändert. Dies läßt sich teilweise ausgleichen,
wenn man der Beize vorher Metallsalze zusetzt, insbesondere Salze derjenigen Metalle,
die mit dem erfindungsgemäßen Bad behandelt werden sollen.
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Die behandelten Metalle werden nach dem Herausnehmen aus dem Bad durch
Spülen mit heißem `'Wasser oder mit einer alkalischen Behandlungslösung von Resten
noch vorhandener Säure gereinigt. Die Metalle können dann, falls erwünscht, weiteren
Behandlungen zugeführt werden. Sie eignen sich z. B. zum galvanischen Aufbringen
von Metallüberzügen.
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Beispiel i Ein Beizbad, das sich zur Behandlung von Messing, Kupfer,
Neusilber und Tombak eignet, setzt sich aus 5o Gewichtsteilen konzentrierter Salpetersäure,
i2,5GewichtsteilenDodecylpyridiniumchlorid(iool)/oig) und 37,5 Gewichtsteilen Wasser
zusammen. Mit Hilfe dieses Bades lassen sich gestanzte Rohlinge aus Messingblech,
z. B. Gabeln, vor dem Aufbringen eines Silberüberzuges durch 30 Sekunden
bis 2 Minuten langes Tauchen bei Raumtemperatur glänzen. Anschließend wird mit Wasser
gut nachgespült.
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Beispiel 2 Ein Beizbad, das vor allen Dingen zum Glätten oder Glänzen
von Bronzeoberflächen geeignet ist, besteht aus 4o Gewichtsteilen konzentrierter
Salpetersäure, io Gewichtsteilen konzentrierter Salzsäure, io Gewichtsteilen eines
Anlagerungsproduktes von 12 Mol Äthylenoxyd an ein Gemisch von Fettalkoholen mit
12 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül, 2o Gewichtsteilen Cetyltrimethylammoniumchlorid
(ioo°/oig) und 2o Gewichtsteilen Wasser.
An Stelle des Fettalkoholpolyglykoläthers
läßt sich auch die gleiche Gewichtsmenge eines Alkylphenolpolyglykoläthers mit io
bis 15 Kohlenstoffatomen im Alkylrest und etwa achtzehn Glykolätherresten verwenden.
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Beispiel 3 An Stelle des Beizbades nach Beispiel i läßt sich zum gleichen
Zweck ein Bad verwenden, das 5o Gewichtsteile konzentrierte Salpetersäure, 25 Gewichtsteile
Dodecylpyridiniumchlorid (ioo°/oig), 15Gewichtsteile Wasser, 5 Gewichtsteile eines
Anlagerungsproduktes von 26142o1 Äthylenoxyd an ein Fettalkoholgemisch mit 12 bis
18 Kohlenstoffatomen im Molekül und, zur gleichzeitigen Reinigung des Metalls von
fettigen Verunreinigungen, 5 Gewichtsteile Mineralöl enthält. Die Metalle werden
bei 7o° C 2 bis io Sekunden lang getaucht und anschließend in einer warmen, alkalischen
Lösung neutralisiert.
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Beispiel 4 Zur Erzielung matter Oberflächen auf Neusilber verwendet
man ein Gemisch von 3o Gewichtsteilen konzentrierter Salpetersäure und io Gewichtsteilen
eines 5o°/oigen Alkylpyridiniumchlorids mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest.
Zur besseren Emulgierung von öligen oder fettigen Verunreinigungen kann man dem
Bad noch 5 Gewichtsteile eines Gemisches von Fettsäurepolyglykolestern zusetzen,
das 14 bis 16 Kohlenstoffatome im Fettsäurerest und sechs bis zwölf Glykolätherreste
in der Polyätherkette enthält.
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Beispiel 5 Taucht man Neusilber io Sekunden lang in ein Gemisch aus
2o Gewichtsteilen konzentrierter Salpetersäure und 2o Gewichtsteilen Wasser, so
wird die Oberfläche verbrannt, d. h., sie erhält einen unansehnlichen, lehmigen
bis grauen Belag. Eine derartige Oberfläche kann man wieder glänzen, wenn man das
verbrannte Metall 15 Sekunden lang in ein Gemisch aus 5o Gewichtsteilen Salpetersäure,
25 Teilen Dodecylpyridiniumchlorid und 25 Teilen Wasser taucht.