EP1318212A1 - Mittel und Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis - Google Patents
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- EP1318212A1 EP1318212A1 EP02024237A EP02024237A EP1318212A1 EP 1318212 A1 EP1318212 A1 EP 1318212A1 EP 02024237 A EP02024237 A EP 02024237A EP 02024237 A EP02024237 A EP 02024237A EP 1318212 A1 EP1318212 A1 EP 1318212A1
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- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
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- C23C22/34—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides
- C23C22/36—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates
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- C23C2222/00—Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
- C23C2222/10—Use of solutions containing trivalent chromium but free of hexavalent chromium
Definitions
- the invention relates to a technology for producing coatings with zinc or Zinc alloy coated objects using a liquid for surface treatment, that are free of harmful to the human body and the environment hexavalent chromium, which is an excellent corrosion-resistant and executable Coating with an excellent glossy surface delivers.
- Galvanizing is a common method of corrosion protection for metals, in particular for steel materials.
- Corrosion protection and other properties of zinc coatings are covered zinc alloy coatings applied.
- coatings made of zinc or zinc alloys are referred to as “coatings Zinc base".
- Objects provided with zinc-based coatings are usually often covered in further processing steps (e.g. by rolling, bending, Welding, cutting), in order to make it out of protective railings as well as U, H and L steel profiles et al also produce smaller objects such as screws and nuts.
- Molded parts but especially guardrails and U-profiles, are required that the surface of the coatings shines to a high degree.
- Surfaces so far generally with hexavalent chromium in the form of chromic anhydride treated. According to a common procedure, they were covered with a coating Zinc-based objects in a solution from 60 to 80 ° C hexavalent chromium compounds (containing 0.1 to 0.4 g / l sodium dichromate or Treated ammonium dichromate), pulled out of the solution and then dried.
- Alternatives to treatment with chromic anhydride are to impart high gloss and primary corrosion protection technologies have been developed that require treatment in aqueous solutions of water-based resins and subsequent drying provide.
- the concentration improves the corrosion resistance of chromic anhydride, which is a hexavalent chromium compound increased to 0.5 to 2.0 g / l.
- Treatment with solutions with a high chromium content can however disadvantageously cause the surfaces to turn yellow after the treatment and thus tend to give a poorer gloss impression.
- one of the JP-A 2000-234177 hexavalent chromium free and also no fluoride, complex fluoride anions and an aqueous solution for the conversion treatment not containing phosphoric acid anions proposed by zinc or zinc alloy coatings, the one trivalent chromium compound and at least one metal compound selected from Contains titanium, cobalt, tungsten and silicon compounds.
- the technology proposed here does not contain hexavalent chromium, but it does impractical in terms of work, since the treated products after the conversion treatment need to be washed with water. Another disadvantage is in that wastewater treatment is required.
- the object of the present invention is excellent corrosion resistance and excellent Feasibility characterized technology for surface treatment of Zinc-based coatings to be supplied, those provided with zinc-based coatings Provides good protection against rust formation even after long storage, to high-gloss surfaces with a discoloration, especially from Yellowing free appearance leads and their execution with regard to smell, skin and Sludge formation is not a problem.
- the inventors have found that by forming a poorly water soluble coating on the surface of zinc-based coatings using water, which is a trivalent Contains chromium compound and fluorine, excellent corrosion resistance, excellent gloss and excellent feasibility is achieved, i.e. on good protection against rust formation and high-gloss surfaces with one of discoloration, In particular, yellowing-free appearance can be achieved and none Problems with odor, skin and sludge formation occur.
- the object of the invention is thus achieved by an aqueous solution for surface treatment of coatings based on zinc, which is characterized in that its pH is 2.5 to 7.0 and it is a trivalent chromium compound and a fluorine compound contains.
- the pH of the aqueous solution for surface treatment according to the invention must is at least 2.5 for the following reasons: When the pH of the aqueous Solution is less than 2.5 and the liquid is too acidic, zinc becomes larger Amounts etched away, which leads to increased sludge formation. Then it would have to a working step should be provided in which the products are washed with water become. Because in this case the resulting layer is also acidic in large quantities Containing ingredients would also affect the poor solubility of the coating which would lead to poor corrosion resistance.
- the pH of the liquid is at least 3.0 and more preferred Execution of the invention at at least 3.5.
- the upper limit of the pH of the aqueous solution according to the invention results from the following reasons: First, the stability of the aqueous solution increases in one too high pH value, since trivalent chromium compounds then in the form of chromium hydroxide would fail. On the other hand, zinc would be triggered if the pH was too high be, since zinc is a metal that in both acidic and alkaline environments is solved.
- the pH is therefore a maximum of 7, but preferably a maximum of 5 and in an even more preferred embodiment of the invention at a maximum of 4.5.
- acids and alkalis can be used to adjust the pH value be used.
- Such acids or alkalis can be, for example, inorganic Acids, such as phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid or hydrochloric acid, organic acids, such as acetic acid, oxalic acid, succinic acid or maleic acid, and alkaline metal compounds such as sodium or potassium hydroxide can be used. It goes without saying that in cases where these means of discontinuing the pH must not be used, these agents can be omitted.
- trivalent chromium compounds refers to those compounds the trivalent chromium ions, i.e. on trivalent chromium salts.
- Salts are exemplified by salts of inorganic acids, such as phosphate, nitrate, Sulphate and chloride, and salts of organic acids such as acetate, oxalate and succinate.
- Specific examples of such compounds are chromium (III) fluoride, chromium (III) chloride, Chromium (III) nitrate, chromium (III) sulfate and chromium (III) acetate called. Of these will preferably used in particular the chromium (III) fluoride.
- the concentration of this trivalent Chromium compounds, calculated as Cr, is preferably 0.05 to 3.0 g / l and more preferably 0.1 to 0.5 g / l.
- fluorine compounds in the invention refers to such compounds which provide fluoride ions. Chromium (III) fluoride, Magnesium (II) fluoride, iron (II) fluoride, cobalt (II) fluoride and nickel (II) fluoride called. Of these, chromium (III) fluoride is particularly preferred.
- the Concentration of these fluorine compounds, calculated as F, is preferably 0.05 to 3.0 g / l, and more preferably 0.1 to 0.5 g / l.
- the surface treatment solution according to the invention provides a further improved Effect if they additionally selected one, two or more metal compounds from manganese, cobalt and nickel compounds.
- manganese, cobalt and Nickel compounds are to be understood here as those compounds which are the cation of the respective Deliver metal.
- Examples of such compounds are manganese, Cobalt and nickel salts called, this can be both inorganic salts Acids (e.g. phosphates, nitrates, sulfates, chlorides) as well as salts of organic acids (e.g. acetates, oxalates, succinates).
- the concentration of manganese compounds, calculated as Mn, is preferably from 0.01 to 3.0 g / l, but more preferably 0.1 to 0.5 g / l, the concentration of nickel compounds, calculated as Ni, preferably at 0.01 to 3.0 g / l, but more preferably at 0.1 to 0.5 g / l, and the concentration of cobalt compounds, calculated as Co, preferably at 0.01 to 3.0 g / l, but more preferably at 0.1 to 0.5 g / l.
- concentration of manganese compounds calculated as Mn
- Ni concentration of nickel compounds
- cobalt compounds calculated as Co
- the treatment solution according to the invention is usually in the form of an aqueous Solution applied.
- a connection used in the invention not be in Dissolve water, i.e. be insoluble or poorly soluble, such as when used Chromium fluoride is the case, it is by using about inorganic or organic acids dissolved.
- inorganic acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid or Hydrochloric acid and organic acids such as acetic acid, oxalic acid, succinic acid or Maleic acid.
- Another conceivable means of solving insoluble compounds is the heating available.
- the treatment solution according to the invention can furthermore be soluble in or soluble in water Contain water-dispersible resins.
- the object of the invention described above is achieved by a method for surface treatment of zinc-based coatings, characterized in that is that a process step in which the surface treatment solution described above of zinc-based coatings in contact with a zinc-based coating is brought, and after this contact step, a drying step is carried out becomes.
- the surface treatment can be carried out under the same conditions as the conventional one Treatment with chromic anhydride (i.e. chromating). So for example, treatment temperatures in a range from 40 to 100 are suitable ° C. However, the treatment temperature is preferably at most 80 ° C. and in an even more preferred embodiment of the invention at 60 to 70 ° C. As treatment times times in a range from 1 to 600 seconds are suitable. Preferably lies however, the treatment time is 10 to 60 seconds and in a more preferred one Execution of the invention at 20 to 30 seconds.
- the treatment is done in general by diving. However, other methods such as spraying or pouring can also be used Find application, i.e. it is sufficient if the treated items after treatment able to dry unexpectedly.
- the treatment liquid preferably stirred, for example by swinging the galvanized molded parts or by compressed air, pumps, agitators or ultrasound. Subsequent heating after natural drying is not a problem.
- the coatings obtained as described are sparingly or insoluble, in particular, in water containing trivalent Cr and F; this applies in particular to coatings with a layer weight, expressed as the Cr content, of 0.5 to 30 mg / m 2 , but in particular with one Layer weight, expressed as Cr content, from 3 to 15 mg / m 2 .
- Such coatings offer the advantages described above.
- the object of the invention is thus achieved by a protective coating on coatings Zinc-based surface coatings, which are characterized are that they are sparingly or insoluble in water and contain trivalent Cr and F. Furthermore, the object of the invention is achieved by such a protective coating surface coatings applied to zinc-based coatings which using the above-described solution for surface treatment of coatings Zinc base have been produced, but especially by poorly water soluble or insoluble surface coatings, which by means of the solution described above Surface treatment of zinc-based coatings have been produced.
- the surface coating for zinc-based coatings according to the invention is a protective layer applied to the surface of zinc-based coatings, which is insoluble or insoluble in water and contains trivalent Cr and F and is produced in particular by means of the surface treatment liquid for zinc-based coatings described above.
- This is in particular a coating which is sparingly or insoluble in water and is produced by means of the surface treatment liquid for zinc-based coatings described above.
- Such coatings have a layer weight, expressed as Cr content, of 0.5 to 30 mg / m 2 , but in particular a layer weight, specified as Cr content, of 3 to 15 mg / m 2 in trivalent Cr and F containing Water hardly or insoluble.
- a protective railing molded part was galvanized (300 g / m 2 ) and, after cooling, immersed for 30 seconds in a surface treatment solution heated to 70 ° C. (aqueous solution of 1 g / l chromium fluoride, pH 3.0, adjusted using ammonia and sulfuric acid). During the treatment, the bath was circulated using a circulation pump. The molded part was then pulled out of the bath and dried in this state in an unforced manner. The layer weight of the coating formed on the surface, as the total chromium content, was 5 to 10 mg / m 2 .
- an aqueous solution of 1 g / l chromium fluoride and 0.5 g / l cobalt nitrate with a pH value of 3.0 (adjusted using ammonia and sulfuric acid), otherwise was used proceed as in exemplary embodiment 1.
- an aqueous solution of 1 g / l ammonium fluoride, 1.5 g chromium nitrate and 0.5 g / l cobalt sulfate with a pH of 3.5 was carried out as in exemplary embodiment 1.
- a protective railing molding was galvanized analogously to embodiment 1 and, after cooling, immersed in a surface treatment solution (aqueous solution of 0.2 g / l sodium dichromate) heated to 70 ° C. for 30 s. During the treatment, the bath was circulated using a circulation pump. The molded part was then pulled out of the bath and dried in this state in an unforced manner. The layer weight of the coating formed on the surface, as the total chromium content, was 3 to 5 mg / m 2 .
- a surface treatment solution aqueous solution of 0.2 g / l sodium dichromate
- a protective railing mold was galvanized analogously to embodiment 1 and, after cooling, immersed in a surface treatment solution (aqueous solution of 1.5 g / l ammonium dichromate) heated to 70 ° C. for 30 s. During the treatment, the bath was circulated using a circulation pump. The molded part was then pulled out of the bath and dried in this state in an unforced manner. The layer weight of the coating formed on the surface, as the total chromium content, was 15 to 30 mg / m 2 .
- a surface treatment solution aqueous solution of 1.5 g / l ammonium dichromate
- a protective railing molded part was galvanized analogously to embodiment 1 and, after cooling, immersed for 30 s in a surface treatment solution (CEBO # AW-20 [ex Toyo Pharmachemical Co., Ltd]) and water in a ratio of 1: 1. During the treatment the bath was circulated by means of a circulating pump, the molded part was then pulled out of the bath and, in this state, was dried uncured, and the layer weight of the coating formed on the surface was 0.5 to 1.0 g / m 2 .
- a surface treatment solution CEBO # AW-20 [ex Toyo Pharmachemical Co., Ltd]
- the molded parts obtained in the exemplary and comparative examples were used for evaluation the corrosion resistance is subjected to a salt spray test (SST) according to JIS-Z-2371.
- SST salt spray test
- the evaluation was carried out by stating the area shares (%) on which the 24 h or 48 h spray test has formed rust.
- the smell was also assessed.
- the surface treatment fluids heated to 70 ° C and the smell of the liquids assessed.
- the invention provides excellent corrosion resistance and feasibility characterized surface treatment technology using zinc-based coatings provided items with good protection against long-term storage Rust formation and to high-gloss surfaces with a discoloration, leads in particular to yellowing-free appearance and with regard to problems Odor, skin and sludge formation do not occur.
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Abstract
Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis, dadurch gekennzeichnet, daß ihr pH-Wert bei 2,5 bis 7,0 liegt und sie eine dreiwertige Chromverbindung sowie eine Fluorverbindung enthält, entsprechendes Behandlungsverfahren und hiermit erhältliche Oberflächenbeschichtung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Technologie zur Erzeugung von Beschichtungen auf mit Zinkoder
Zinklegierungen überzogenen Gegenständen mittels einer Flüssigkeit zur Oberflächenbehandlung,
die frei von für den menschlichen Körper und die Umwelt schädlichem
sechswertigen Chrom ist, die eine hervorragend korrosionsbeständige und ausführbare
Beschichtung mit hervorragend glänzender Oberfläche liefert.
Das Verzinken ist ein gängiges Verfahren zum Korrosionsschutz für Metalle, insbesondere
für Stahlwerkstoffe. Zur weiteren Verbesserung des von Zinküberzügen vermittelten
Korrosionsschutzes und anderer Eigenschaften von Zinküberzügen werden darüber
hinaus Überzüge aus Zinklegierungen aufgebracht. In der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung werden derartige Überzüge aus Zink bzw. Zinklegierungen als "Überzüge auf
Zinkbasis" bezeichnet.
Mit Überzügen auf Zinkbasis versehene Gegenstände (Formteile) werden üblicherweise
oft weiteren Verarbeitungsschritten überzogen (z.B. durch Walzen, Biegeumformen,
Schweißen, Schneiden), um daraus außer Schutzgeländer sowie U-, H- und L-Stahlprofile
u.a. auch kleinere Objekte wie Schrauben und Muttem zu fertigen.
Da der kathodische Korrosionsschutz durch Überzüge auf Zinkbasis zugleich effektiv und
wirtschaftlich ist, findet diese Technologie in zahlreichen Gebieten, etwa bei Baumaterialien,
im Automobilbau und bei elektrischen Haushaltsgeräten, weite Anwendungsmöglichkeiten.
Beim kathodischen Korrosionsschutz durch Zink bilden die beiden Metalle Zink und Eisen
bei gegenseitigem Kontakt ein galvanisches Element, wobei das unedlere Zink als
Kathode und das Eisen als Anode fungieren. Hierdurch wird der anodische Abtrag
(Lösen) von Eisen bei der Bildung von Eisen-Lokalelementen verhindert und somit die
Korrosion des Stahlwerkstoffs unterbunden. Diese Korrosionsschutzwirkung unterbleibt
daher, wenn das mit dem Stahlwerkstoff in Kontakt stehende Zink verbraucht ist, weshalb
es, um eine langfristige Korrosionsschutzwirkung zu erreichen, erforderlich ist, die Korrosion
der Zinküberzüge zu unterbinden. Als Mittel hierzu wurde bislang nach dem Aufbringen
von Überzügen auf Zinkbasis chromatiert.
Von Formteilen, insbesondere jedoch von Leitplanken und U-Profilen u.ä., wird gefordert,
daß die Oberfläche der Überzüge in hohem Maße glänzt. Um während der Lagerung bis
zum Einsatz der Formteile einen Schutz gegen Rostbildung zu erreichen, wurden die
Oberflächen bislang im allgemeinen mit sechswertigem Chrom in Gestalt vonChromsäureanhydrid
behandelt. Nach einem gängigen Verfahren wurden die mit einem Überzug
auf Zinkbasis versehenen Objekte in einer auf 60 bis 80 °C temperierte Lösung von
sechswertigen Chromverbindungen (enthaltend 0,1 bis 0,4 g/l Natriumdichromat oder
Ammoniumdichromat) behandelt, aus der Lösung herausgezogen und dann getrocknet.
Alternativ zur Behandlung mit Chromsäureanhydrid sind zur Vermittlung von hohem Glanz
und Primärkorrosionsschutz Technologien entwickelt worden, die eine Behandlung in
wäßrigen Lösungen wasserbasierter Harze und eine sich daran anschließende Trocknung
vorsehen.
In der jüngeren Zeit ist jedoch festzustellen, daß sich die Zeit von Anlieferung der verzinkten
Formteile an ihren Einsatzort bis zu ihrem Verbauen tendenziell verlängert, weshalb
hier mit Chromsäureanhydrid bzw. mit wasserbasierten Harzen behandelte Erzeugnisse
nachteiligerweise anrosten.
Als Gegenmaßnahme hierzu wird zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit die Konzentration
des eine sechswertige Chromverbindung darstellenden Chromsäureanhydrids
auf 0,5 bis 2,0 g/l erhöht. Die Behandlung mit Lösungen mit hohem Chromgehalt kann
jedoch nachteilig dazu führen, daß die Oberflächen nach der Behandlung angilben und
somit einen tendenziell schlechteren Glanzeindruck vermitteln.
Wenn keine Primärkorrosionsschutzbehandlung vorgenommen wird, geht die Temperatur,
da nicht erwärmt wird, üblicherweise auf Zimmertemperatur zurück, es kann hierbei
jedoch nachteilhaft zu einer Zersetzung der wasserbasierten Harze kommen. Um die Korrosionsschutzwirkung
wasserbasierter Harze zu verbessern, werden die in den Harzen
enthaltenen Carbonsäuren durch flüchtiges Ammoniak o.ä. neutralisiert oder alkalisiert;
hierbei ergeben sich jedoch bei höheren Temperaturen der Behandlungsflüssigkeit infolge
langsamer Verflüchtigung verschiedene Nachteile. So ist eine Geruchsbeeinträchtigung
der Arbeitsumgebung festzustellen. Außerdem sind Produktivitätsrückgänge in Hinblick
auf das Aufbringen der Beschichtung auf die Formteile infolge von Hautbildung auf der
Behandlungsflüssigkeit sowie infolge von Koagulation bzw. Ausfällung zu beobachten.
Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Chromatierungslösungen mit sechswertigem
Chrom (in Gestalt von Chromsäureanhydrid) besteht darin, daß im Zinküberzug enthaltendes
Metall, insbesondere Zink, ätzungsbedingt in die Behandlungsflüssigkeit übergeht
und hier letztendlich, u.a. in Gestalt von Zinkchromat, Schlämme bildet, die sich in Wärmetauschem
festsetzen oder auf den verzinkten Erzeugnissen absetzen.
Es ist außerdem bekannt, daß aufgrund der schädlichen Wirkung sechswertiger Chromverbindungen
auf den menschlichen Körper die Abwasserbehandlung bei Einsatz dieser
Chromverbindungen mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist. Zusätzlich ist im Falle
chromatierter verzinkter Stahlerzeugnisse nach deren Entsorgung eine Kontamination der
Umwelt durch aus der Chromatschicht herausgelöstes Chrom zu befürchten.
Es wird daher nach Mitteln für die Konversionsbehandlung verlangt, die keine sechswertige
Chromverbindungen enthalten.
Ausgehend von diesen Gesichtspunkten wurde in der JP-A 2000-234177 eine von
sechswertigem Chrom freie und darüber hinaus keine Fluoride, komplexe Fluoridanionen
und keine Phosphorsauerstoffsäuren-Anionen enthaltende wäßrige Lösung für die Konversionsbehandlung
von Zink- bzw. Zinklegierungsüberzügen vorgeschlagen, die eine
dreiwertige Chromverbindung sowie mindestens eine Metallverbindung, ausgewählt aus
Titan-, Cobalt-, Wolfram- und Siliciumverbindungen, enthält.
Die hier vorgeschlagene Technologie enthält zwar kein sechswertiges Chrom, sie ist jedoch
unter Arbeitsaspekten unpraktisch, da die behandelten Erzeugnisse nach der Konversionsbehandlung
mit Wasser gewaschen werden müssen. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, daß eine Abwasserbehandlung erforderlich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht angesichts dieser Ausgangslage darin,
eine eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit vermittelnde und durch eine hervorragende
Ausführbarkeit charakterisierte Technologie zur Oberflächenbehandlung von
Überzügen auf Zinkbasis zu liefem, die mit Überzügen auf Zinkbasis versehenen
Gegenständen auch bei längerer Lagerung einen guten Schutz gegen Rostbildung vermittelt,
zu hochglänzenden Oberflächen mit einem von Verfärbungen, insbesondere von
Vergilbungen freien Aussehen führt und deren Ausführung in Hinblick auf Geruchs-, Hautund
Schlammbildung unproblematisch ist.
Die Erfinder haben gefunden, daß durch Bilden einer schwerwasserlöslichen Beschichtung
auf der Oberfläche von Überzügen auf Zinkbasis mittels Wasser, das eine dreiwertige
Chromverbindung und Fluor enthält, eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit,
ein hervorragender Glanz und eine hervorragende Ausführbarkeit erreicht wird, d.h. ein
guter Schutz gegen Rostbildung und hochglänzende Oberflächen mit einem von Verfärbungen,
insbesondere von Vergilbungen freien Aussehen erreicht werden und keine
Probleme hinsichtlich Geruchs-, Haut- und Schlammbildung auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit gelöst durch einewäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung
von Überzügen auf Zinkbasis, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr pH-Wert
bei 2,5 bis 7,0 liegt und sie eine dreiwertige Chromverbindung sowie eine Fluorverbindung
enthält.
Der pH-Wert der erfindungsgemäßen wäßrigen Lösung zur Oberflächenbehandlung muß
aus den folgenden Gründen bei mindestens 2,5 liegen: Wenn der pH-Wert derwäßrigen
Lösung unter 2,5 liegt und die Flüssigkeit damit zu sauer eingestellt ist, wird Zink in größeren
Mengen abgeätzt, was zu einer vermehrten Schlammbildung führt. Dahermüßte dann
ein Arbeitsschritt vorgesehen werden, in dem die Erzeugnisse mit Wasser gewaschen
werden. Da in diesem Fall die resultierende Schicht zudem in größeren Mengen saure
Bestandteile enthielte, würde außerdem die Schwerlöslichkeit der Beschichtung beeinträchtigt
werden, was zu einer mangelhaften Korrosionsbeständigkeit führen würde. Vorzugsweise
liegt der pH-Wert der Flüssigkeit bei mindestens 3,0 und in einer noch bevorzugteren
Ausführung der Erfindung bei mindestens 3,5.
Die Obergrenze des pH-Wertes der erfindungsgemäßen wäßrigen Lösung ergibt sich aus
den folgenden Gründen: Zum einen nimmt die Stabilität derwäßrigen Lösung bei einem
zu hohen pH-Wert ab, da dreiwertige Chromverbindungen dann in Form von Chromhydroxid
ausfallen würden. Zum anderen würde bei einem zu hohen pH-Wert Zink ausgelöst
werden, da Zink ein Metall ist, daß sowohl in saurem als auch in alkalischem Milieu
gelöst wird. Der pH-Wert liegt daher maximal bei 7, vorzugsweise jedoch bei höchstens 5
und in einer noch bevorzugteren Ausführung der Erfindung bei höchstens 4,5.
Zum Einstellen des pH-Wertes können je nach Bedarf sowohl Säuren als auch Alkalien
eingesetzt werden. Als derartige Säuren bzw. Alkalien können beispielsweise anorganische
Säuren, etwa Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure,
organische Säuren, etwa Essigsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure oder Maleinsäure, sowie
alkalische Metallverbindungen wie Natrium- oder Kaliumhydroxid eingesetzt werden. Es
versteht sich von selbst, daß in solchen Fällen, in denen diese Mittel zur Einstellung des
pH-Wertes nicht verwendet werden müssen, ein Einsatz dieser Mittel unterbleiben kann.
In der Erfindung bezieht sich der Begriff dreiwertiger Chromverbindungen auf solche Verbindungen,
die dreiwertige Chromionen liefem, d.h. auf dreiwertige Chromsalze. Als derartige
Salze werden beispielhaft Salze anorganischer Säuren, etwa Phosphat, Nitrat,
Sulfat und Chlorid, und Salze organischer Säuren, etwa Acetat, Oxalat und Succinat, genannt.
Konkrete Beispiele für derartige Verbindungen sind Chrom(III)-fluorid, Chrom(III)-chlorid,
Chrom(III)-nitrat, Chrom(III)-sulfat und Chrom(III)-acetat genannt. Von diesen wird
bevorzugt insbesondere das Chrom(III)-fluorid verwendet. Die Konzentration dieser dreiwertigen
Chromverbindungen liegt, gerechnet als Cr, vorzugsweise bei 0,05 bis 3,0 g/l
und noch bevorzugter bei 0,1 bis 0,5 g/l.
Der Begriff der Fluorverbindungen bezieht sich in der Erfindung auf solche Verbindungen,
die Fluoridionen liefern. Als Beispiele für derartige Verbindungen werden Chrom(III)-fluorid,
Magnesium(II)-fluorid, Eisen(II)-fluorid, Cobalt(II)-fluorid und Nickel(II)-fluorid genannt.
Von diesen wird bevorzugt insbesondere das Chrom(III)-fluorid verwendet. Die
Konzentration dieser Fluorverbindungen liegt, gerechnet als F, vorzugsweise bei 0,05 bis
3,0 g/l und noch bevorzugter bei 0,1 bis 0,5 g/l.
Die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungslösung liefert eine weiter verbesserte
Wirkung, wenn sie zusätzlich eine, zwei oder mehrere Metallverbindungen, ausgewählt
aus Mangan-, Cobalt- und Nickelverbindungen, enthält. Unter Mangan-, Cobalt- und
Nickelverbindungen sind hier solche Verbindungen zu verstehen, die das Kation des jeweiligen
Metalls liefern. Als Beispiele für derartige Verbindungen werden Mangan-,
Cobalt- und Nickelsalze genannt, hierbei kann es sich sowohl um Salze anorganischer
Säuren (z.B. Phosphate, Nitrate, Sulfate, Chloride) als auch um Salze organischer Säuren
(z.B. Acetate, Oxalate, Succinate) handeln. Diese Verbindungen bewirken eine verbesserte
Korrosionsbeständigkeit bei bleibendem Oberflächenglanz, vermutlich weil sie mit in
die aus einer dreiwertiges Cr und F enthaltenden Zusammensetzung bestehenden Beschichtung
eingebaut werden und hier als eine Art Opferkathode fungieren. Die Konzentration
von Manganverbindungen liegt, gerechnet als Mn, vorzugsweise bei 0,01 bis
3,0 g/l, noch bevorzugter jedoch bei 0,1 bis 0,5 g/l, die Konzentration von Nickelverbindungen,
gerechnet als Ni, vorzugsweise bei 0,01 bis 3,0 g/l, noch bevorzugter jedoch bei
0,1 bis 0,5 g/l, und die Konzentration von Cobaltverbindungen, gerechnet als Co, vorzugsweise
bei 0,01 bis 3,0 g/l, noch bevorzugter jedoch bei 0,1 bis 0,5 g/l. Bei geringeren
Konzentrationen dieser Verbindungen wird die Beschichtung kaum mit einer zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit geeigneten Schichtdicke aufgebaut, während bei zu
hohen Konzentrationen der Glanz der Überzugsoberflächen leidet und ihr Aussehen tendenziell
in Form von Verfärbungen beeinträchtigt wird.
Die erfindungsgemäße Behandlungslösung wird üblicherweise in Form einerwäßrigen
Lösung angewendet. Sollte sich eine in der Erfindung verwendete Verbindung nicht in
Wasser lösen, d.h. unlöslich oder schwerlöslich sein, wie es beispielsweise bei Einsatz
von Chromfluorid der Fall ist, wird sie durch Verwendung etwa von anorganischen oder
organischen Säuren gelöst. Zum Lösen unlöslicher Verbindungen eignen sich beispielsweise
anorganische Säuren wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder
Salzsäure und organische Säuren wie Essigsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure oder
Maleinsäure. Als weiteres denkbares Mittel zur Lösung unlöslicher Verbindungen steht
das Erwärmen zur Verfügung.
Die erfindungsgemäße Behandlungslösung kann des weiteren in Wasser lösliche oder in
Wasser dispergierbare Harze enthalten.
Weiterhin wird die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren
zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Verfahrensschritt, in welchem die oben beschriebene Lösung zur Oberflächenbehandlung
von Überzügen auf Zinkbasis in Kontakt mit einem Überzug auf Zinkbasis
gebracht wird, und nach diesem Kontaktschritt ein Trocknungsschritt vorgenommen
wird.
Die Oberflächenbehandlung kann unter den gleichen Bedingungen wie bei der herkömmlichen
Behandlung mit Chromsäureanhydrid (d. h. einer Chromatierung) erfolgen. So
eignen sich beispielsweise Behandlungstemperaturen in einem Bereich von 40 bis 100
°C. Vorzugsweise liegt die Behandlungstemperatur jedoch bei höchstens 80 °C und in
einer noch bevorzugteren Ausführung der Erfindung bei 60 bis 70 °C. Als Behandlungszeiten
eignen sich Zeiten in einem Bereich von 1 bis 600 Sekunden. Vorzugsweise liegt
die Behandlungszeit jedoch bei 10 bis 60 Sekunden und in einer noch bevorzugteren
Ausführung der Erfindung bei 20 bis 30 Sekunden. Die Behandlung erfolgt im allgemeinen
durch Tauchen. Es können jedoch auch andere Verfahren, etwa Sprühen oder Gießen
Anwendung finden, d.h. es reicht aus, wenn die behandelten Gegenstände nach der Behandlung
unforciert trocknen können. Im Falle von Tauchverfahren wird die Behandlungsflüssigkeit
vorzugsweise gerührt, etwa durch Schwingen der verzinkten Formteile oder
durch Druckluft, Pumpen, Rührwerke oder Ultraschall. Ein Nachschalten von Erwärmen
nach natürlicher Trocknung ist unproblematisch.
Die wie beschrieben erhaltenen Beschichtungen sind insbesondere in dreiwertiges Cr und
F enthaltendem Wasser schwer- bzw. unlöslich, dies gilt besonders für Beschichtungen
mit einem Schichtgewicht, angegeben als Cr-Gehalt, von 0,5 bis 30 mg/m2, insbesondere
jedoch mit einem Schichtgewicht, angegeben als Cr-Gehalt, von 3 bis 15 mg/m2. Derartige
Beschichtungen bieten die oben geschilderten Vorzüge.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit gelöst durch als Schutzbeschichtung auf Überzügen
auf Zinkbasis aufgebrachte Oberflächenbeschichtungen, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß sie in Wasser schwer- oder unlöslich sind und dreiwertiges Cr sowie F enthalten.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch solche als Schutzbeschichtung
auf Überzügen auf Zinkbasis aufgebrachte Oberflächenbeschichtungen, die
mittels der oben beschriebenen Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf
Zinkbasis erzeugt worden sind, insbesondere jedoch durch in Wasser schwerlösliche oder
unlösliche Oberflächenbeschichtungen, die mittels der oben beschriebenen Lösung zur
Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis erzeugt worden sind.
Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung für Überzüge auf Zinkbasis ist eine auf
der Oberfläche von Überzügen auf Zinkbasis aufgebrachte Schutzschicht, die in Wasser
schwer- bzw. unlöslich ist und dreiwertiges Cr und F enthält und wird insbesondere mittels
der oben beschriebenen Oberflächenbehandlungsflüssigkeit für Überzüge auf Zinkbasis
erzeugt. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine mittels der oben beschriebenen
Oberflächenbehandlungsflüssigkeit für Überzüge auf Zinkbasis erzeugte, in Wasser
schwer- bzw. unlösliche Beschichtung. Derartige Beschichtungen sind bei einem Schichtgewicht,
angegeben als Cr-Gehalt, von 0,5 bis 30 mg/m2, insbesondere jedoch bei einem
Schichtgewicht, angegeben als Cr-Gehalt, von 3 bis 15 mg/m2 in dreiwertiges Cr und F
enthaltendem Wasser schwer- bzw. unlöslich.
Diese durch Oberflächenbehandlung auf Überzügen auf Zinkbasis erzeugten Beschichtungen
verleihen, wie anschließend anhand von Ausführungsbeispielen belegt wird, Überzügen
auf Zinkbasis eine Korrosionsbeständigkeit, die herkömmlichen Beschichtungen
auf Basis sechswertigen Chroms und solchen aus wasserbasierten Harzen gleichkommt
bzw. diese noch übertrifft.
In meeresnahen bzw. maritimen Bereichen mit besonders anspruchsvolien Einsatzbedingungen
ist mitunter eine besonders starke Korrosionsbeständigkeit erforderlich. In diesen
Fällen kann eine weitere Verbesserung des Leistungsspektrums durch Lackieren erzielt
werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- und Vergleichsbeispielen
illustriert.
Ein Schutzgeländer-Formteil wurde verzinkt (300 g/m2) und nach Abkühlung 30 Sekunden
in eine auf 70 °C temperierte Oberflächenbehandlungslösung (wäßrige Lösung von 1 g/l
Chromfluorid, pH 3,0, eingestellt mittels Ammoniak und Schwefelsäure) getaucht.
Während der Behandlung wurde das Bad mittels Umlaufpumpe umgewälzt. Anschließend
wurde das Formteil aus dem Bad herausgezogen und in diesem Zustand unforciert getrocknet.
Das Schichtgewicht der auf der Oberfläche gebildeten Beschichtung lag, als
Chrom-Gesamtgehalt, bei 5 bis 10 mg/m2.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 1 g/l Chromfluorid und 0,5 g/l Cobaltnitrat mit einem pH-Wert
von 3,0 (eingestellt mittels Ammoniak und Schwefelsäure) verwendet, ansonsten wurde
verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 1 g/l Chromfluorid, 0,5 g/l Nickelsulfat und 0,5 g/l Cobaltnitrat
mit einem pH-Wert von 3,5 (eingestellt mittels Ammoniak und Schwefelsäure) verwendet,
ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 1 g/l Ammoniumfluorid, 1,5 g Chromnitrat und 0,5 g/l Cobaltsulfat
mit einem pH-Wert von 3,5 (eingestellt mittels Salpetersäure) verwendet, ansonsten
wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 1 g/l Ammoniumfluorid, 0,5 g Chromphosphat und 0,5 g/l Mangansulfat
mit einem pH-Wert von 3,0 (eingestellt mittels Schwefelsäure) verwendet, ansonsten
wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 2 g/l Kaliumfluorid, 1 g/l Chromsulfat und 0,5 g/l Manganchlorid
mit einem pH-Wert von 3,0 (eingestellt mittels Schwefelsäure) verwendet, ansonsten
wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Ein Schutzgeländer-Formteil wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 verzinkt und nach
Abkühlung 30 s in eine auf 70 °C temperierte Oberflächenbehandlungslösung (wäßrige
Lösung von 0,2 g/l Natriumdichromat) getaucht. Während der Behandlung wurde das Bad
mittels Umlaufpumpe umgewälzt. Anschließend wurde das Formteil aus dem Bad herausgezogen
und in diesem Zustand unforciert getrocknet. Das Schichtgewicht der auf der
Oberfläche gebildeten Beschichtung lag, als Chrom-Gesamtgehalt, bei 3 bis 5 mg/m2.
Ein Schutzgeländer-Formtell wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 verzinkt und nach
Abkühlung 30 s in eine auf 70 °C temperierte Oberflächenbehandlungslösung (wäßrige
Lösung von 1,5 g/l Ammoniumdichromat) getaucht. Während der Behandlung wurde das
Bad mittels Umlaufpumpe umgewälzt. Anschließend wurde das Formteil aus dem Bad
herausgezogen und in diesem Zustand unforciert getrocknet. Das Schichtgewicht der auf
der Oberfläche gebildeten Beschichtung lag, als Chrom-Gesamtgehalt, bei 15 bis 30
mg/m2.
Ein Schutzgeländer-Formteil wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 verzinkt und nach
Abkühlung 30 s in eine auf 70 °C temperierte Oberflächenbehandlungslösung (CEBO
#AW-20 [ex Toyo Pharmachemical Co., Ltd] und Wasser im Verhältnis 1:1 getaucht.
Während der Behandlung wurde das Bad mittels Umlaufpumpe umgewälzt. Anschließend
wurde das Formteil aus dem Bad herausgezogen und in diesem Zustand unforciert getrocknet.
Das Schichtgewicht der auf der Oberfläche gebildeten Beschichtung lag bei 0,5
bis 1,0 g/m2.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 2 g/l Chromfluorid, 0,5 g/l Chromsulfat und 0,5 g/l Manganchlorid
mit einem pH-Wert von 2,0 verwendet, ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel
1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 0,3 g/l Chromfluorid, 0,2 g/l Chromsulfat und 0,5 g/lCobaltsulfat
mit einem pH-Wert von 7,5 verwendet, ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel
1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 0,2 g/l Chromsulfat und 0,5 g/l Cobaltsulfat mit einem pH-Wert
von 3,0 verwendet, ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 0,2 g/l Ammoniumfluorid und 0,5 g/l Mangansulfat mit einem
pH-Wert von 4,0 verwendet, ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 0,2 g/l Mangansulfat und 0,005 g/l Cobaltchlorid mit einem pH-Wert
von 4,5 verwendet, ansonsten wurde verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1.
Anstelle der in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzten Oberflächenbehandlungslösung wurde
eine wäßrige Lösung von 45 g/l Chromsulfat-9-Wasser, 2 g/l 62,5%iger Schwefelsäure
und 2 g/l Natriumfluorid mit einem pH-Wert von 1,0 verwendet, ansonsten wurde verfahren
wie in Ausführungsbeispiel 1.
Die in den Ausführungs- und Vergleichsbeispielen erhaltenen Formteile wurden zur Bewertung
der Korrosionsbeständigkeit einem Salzsprühtest (SST) nach JIS-Z-2371 unterzogen.
Die Bewertung erfolgte durch Angabe der Flächenanteile (%), auf denen sich nach
24 h bzw. 48 h Sprühtest Rost gebildet hat.
Außerdem wurde der Glanz der Oberflächen geprüft. Die Bewertung des Oberflächenglanzes
erfolgte im Vergleich zu einem unbehandelten Formteil Bewertungskriterien
Zur Bewertung der Stabilität der Behandlungsflüssigkeiten wurden verzinkte Formteile
(Blech, Maße: 7 cm x 15 cm) nach 8 h Eintauchen bei Zimmertemperatur aus dem Bad
genommen und anschließend ein anderes Blech eingetaucht. Dies wurde wiederholt aus
geführt und dabei mit bloßem Auge die Niederschlagsbildung mitverfolgt. Bewertungskriterien:
Außerdem wurde der Geruch bewertet. Hierzu wurden die Oberflächenbehandlungsflüssigkeiten
auf 70 °C erwärmt und der Geruch der Flüssigkeiten beurteilt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Korrosionsbeständigkeit (%) | Oberflächenglanz | Stabilität | Geruchsbildung | ||
nach 24 h | nach 48 h | ||||
A1 | 10 | 20 | 1 | 1 | nein |
A2 | 7 | 15 | 1 | 1 | nein |
A3 | 6 | 14 | 1 | 1 | nein |
A4 | 5 | 5 | 1 | 1 | nein |
A5 | 10 | 15 | 1 | 1 | nein |
A6 | 5 | 10 | 1 | 1 | nein |
V1 | 50 | 100 | 1 | 1 | nein |
V2 | 20 | 50 | 3 | 1 | nein |
V3 | 20 | 70 | 2 | 2 | ja |
V4 | 10 | 15 | 1 | 2 | nein |
V5 | 8 | 12 | 1 | 2 | nein |
V6 | 25 | 40 | 1 | 1 | nein |
V7 | 30 | 35 | 1 | 1 | nein |
V8 | 40 | 50 | 1 | 1 | nein |
V9 | 30 | 50 | 3 | 1 | nein |
V10 | 100 | 100 | - | - | - |
Die Erfindung liefert eine durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Ausführbarkeit
charakterisierte Oberflächenbehandlungstechnologie, die mit Überzügen auf Zinkbasis
versehenen Gegenständen auch bei längerer Lagerung einen guten Schutz gegen
Rostbildung vermittelt und zu hochglänzenden Oberflächen mit einem von Verfärbungen,
insbesondere von Vergilbungen freien Aussehen führt und bei der Probleme hinsichtlich
Geruchs- Haut- und Schlammbildung nicht auftreten.
Claims (10)
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis, dadurch gekennzeichnet, daß ihr pH-Wert bei 2,5 bis 7,0 liegt und sie eine dreiwertige Chromverbindung sowie eine Fluorverbindung enthält.
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr pH-Wert bei 3,0 bis 5,0 liegt.
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach Anspruch 1, in welcher als dreiwertige Chromverbindung eine, zwei oder mehrere Chromverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die Chromfluorid, Chromchlorid, Chromnitrat, Chromsulfat und Chromacetat umfaßt, verwendet werden.
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach Anspruch 1, in welcher als Fluorverbindung eine, zwei oder mehrere Chromverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, die Chromfluorid, Magnesiumfluorid, Eisenfluorid, Cobaltfluorid und Nickelfluorid umfaßt, verwendet werden.
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach Anspruch 1, in welcher als dreiwertige Chromverbindung und als Fluorverbindung Chromfluorid verwendet wird.
- Wäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine, zwei oder mehrere Metallverbindungen, ausgewählt aus Mangan-, Cobalt- und Nickelverbindungen, enthält.
- Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verfahrensschritt, in welchem einewäßrige Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Kontakt mit einem Überzug auf Zinkbasis gebracht wird (Kontaktschritt), und nach diesem Kontaktschritt ein Trocknungsschritt vorgenommen wird.
- Als Schutzbeschichtung auf Überzügen auf Zinkbasis aufgebrachte Oberflächenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Wasser schwer- oder unlöslich ist und dreiwertiges Cr sowie F enthält.
- Als Schutzbeschichtung auf Überzügen auf Zinkbasis aufgebrachte Oberflächenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels einer wäßrigen Lösung zur Oberflächenbehandlung von Überzügen auf Zinkbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugt worden ist.
- Als Schutzbeschichtung auf Überzügen auf Zinkbasis aufgebrachte Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Wasser schwer- bzw. unlöslich ist.
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