EP1767665A2 - Method for passivation of coated metal sheets and apparatus thereof - Google Patents
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- EP1767665A2 EP1767665A2 EP06016796A EP06016796A EP1767665A2 EP 1767665 A2 EP1767665 A2 EP 1767665A2 EP 06016796 A EP06016796 A EP 06016796A EP 06016796 A EP06016796 A EP 06016796A EP 1767665 A2 EP1767665 A2 EP 1767665A2
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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
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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
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- C23C22/76—Applying the liquid by spraying
Definitions
- the invention relates to a method for passivating the surface of metal strips coated with a coating, in particular tinned steel strips, which are moved through a coating system at a belt speed, and to a device for applying the passive layer to a metal-coated steel strip, in particular in a strip-tinning plant
- the invention further relates to the use of a substance as a greasing and / or passivating agent in the production of tinned steel strips.
- the coated steel plate (tinplate with tin metal and chromium metal + chromium III hydroxide) is passivated chemically or electrochemically and then greased to make the coated steel sheet resistant to oxidation and to the coefficient of friction to make the coated steel sheet more processable during subsequent processing.
- the passivation is usually carried out using Cr 6+ -containing solutions.
- the passivation here must prevent excessive growth of the tin oxide layer during storage of the food container until painting or until consumption of the preserve.
- the coated metal surface by matt Discoloration or gold coloration are discolored ugly, which may give the consumer the impression that the contents are spoiled.
- the passivation must also ensure the resistance of the painted metal container after filling with food against acids contained in the foods, such as.
- acids contained in the foods such as.
- mercapto-amino-carboxylic acid anions such as cysteine and methionine.
- Such acid anions in the product can cause delamination of the inner coating of the container in case of insufficient passivation.
- the object of the invention is to provide a method and a device for passivating the surface of metal strips coated with a coating, in particular tinned steel strips, which are moved at a belt speed through a coating system, with which an efficient passivation of the Metal belt surface is made possible even at high belt speeds.
- a lubrication should take place simultaneously with the passivation of the metal strip surface, so that an additional post-treatment step to reduce the coefficient of friction of the coated metal strip surface is superfluous.
- the object of the invention is also to provide products for passivation and / or for lubricating the surface of coated metal strips, which can be used in the inventive method.
- an aqueous solution of a surface-active substance is sprayed onto the metal strip moved through the coating system.
- the aqueous solution of the surface-active substance is then squeezed off by means of squeezing rollers and dried. After squeezing and drying, only a thin film of the surface-active substance remains on the surface of the coated metal strip, the support of this thin film generally being between 2 and 15 mg / m 2 .
- the surface-active substances may be a siloxane, in particular a polymethylsiloxane or a polyethylene oxide-containing siloxane.
- the surface-active substance is preferably sprayed on pipes which are arranged at a distance from the coated metal strip surface and have bores through which the aqueous solution reaches the coated metal strip surface.
- at least one tube with such bores is arranged on each side of the metal strip in order to spray both sides of the metal strip with the surface-active substance.
- the substances specified in claim 23 have proven to be particularly suitable. With these substances, the growth of tin oxide on the coated metal strip surface can be greatly reduced. At the same time, in the case of the treatment according to the invention of the metal strip surface with these substances, a lowering of the coefficient of friction of the metal strip surface treated in this way takes place to such low values that subsequent greasing with DOS can be dispensed with.
- the metal strip surfaces treated according to the invention have proven to be very easy to paint.
- the substances mentioned in claim 23 are particularly suitable for use in the method according to the invention, because they have sufficient solubility in water without the addition of an organic solubilizer and therefore can be sprayed as an aqueous solution on the metal strip surface. Furthermore, due to their surface-active properties, these substances can also be used at very high belt speeds of more than 500 m / min as a uniformly thin film deposited on the metal strip surface.
- the section of a strip-tinning plant which is shown schematically in FIG. 1, for the production of tinplate comprises an applicator (not illustrated here).
- the steel strip S is moved through a tinning bath while electrolytically provided with a tin pad.
- the steel strip S is electrolytically degreased before the tinning process, rinsed with demineralized water and then subjected to a pickling and rinsing with demineralized water.
- the thus cleaned steel strip S then passes as a cathode connected in a tinning bath containing the electrolyte and the tin anodes.
- tin surface is flooded after a rinsing process, d. H. in a 20 - 70 ° C warm solution of 1 g / l HCL or 3 g / l zinc chloride / ammonium chloride solution wetted, then squeezed, dried and finally inductively or by resistance heating in a melting tower briefly melted around a visually shiny surface of the tinplate to reach.
- the tin-plated steel strip S is passed over a deflection roller U through a quench tank 1.
- demineralized water deionized water
- the coated steel strip S at a belt speed v which is typically between 200 and 600 m / min over Deflection rollers U passed through a passivation device 2.
- the passivation device 2 is shown in detail in FIG. 2 in a perspective view.
- the Passiviticians worn 2 comprises a vertical tank 5 with a drain 6. In the vicinity of the bottom, a guide roller U is disposed within the vertical tank 5, via which the coated steel strip S is deflected. In the upper region or above the vertical tank 5 are on both sides of the continuous steel strip S tubes 11 are arranged. The tubes 11 run parallel to one another and are perpendicular or at least approximately perpendicular to the strip running direction v (which is directed from the bottom to the top in FIG. 2). In the tubes 11 a plurality of, in the longitudinal direction of the tube spaced holes 13 are provided. These holes 13 are the continuous steel strip S opposite. The tubes 11 are acted upon by a pump 14 with an aqueous solution of a surface-active substance. Between the pump 14 and the tube inlet a flow meter 15 is arranged at each tube 11.
- each tube 11 has at least one bore or opening, but are preferably - as shown in Figure 2 - provided a plurality of spaced apart in the tube longitudinal direction holes in the pipe jacket.
- each tube 2 to 5 holes with a diameter of 1 to 4 mm, preferably between 2 and 3 mm, on.
- the tubes 11 are charged with an aqueous solution of a surfactant.
- the aqueous solution exits through the bores 13 in the tubes 11 and impinges on the coated and moving steel strip S in the form of liquid jets.
- the liquid jets hit either perpendicular to the steel strip surface or at a decreasing or increasing angle to the strip surface.
- the distance of the tubes 11 to the steel strip S is set and the location of the bores with respect to the direction of movement of the steel strip is such that the liquid jets impinge perpendicular to the steel strip surface or at least within an angular range of ⁇ 45 °, preferably within an angular range of ⁇ 15 ° about the normal (vertical) to the strip surface.
- the pinch roller pairs 12a, 12b arranged in the direction of strip travel about 20 to 100 cm behind the tubes 11 are squeezed off the solution sprayed onto the steel strip surface so that only a layer of the aqueous solution having a few molecular layers, possibly only a single-molecule solution layer, is left the coated steel strip surface remains.
- the excess, and in particular squeezed from the coated steel strip S by the pinch rollers 12 solution collects in the vertical tank 5 and flows through the drain 6 in a arranged under the vertical tank 5 storage tank 4, from where the aqueous solution fed via a pump 8 for reuse in which the solution collected in the storage tank 4 is transferred to the tank 9, where the surfactant concentration can be raised to the desired value and finally pumped back into the tubes 11.
- the coated steel strip S After passing through the passivation device 2, the coated steel strip S finally passes over a deflection roller U into a drying device 10, which is formed, for example, by a hot-air dryer.
- tinned steel strips were treated with various surface-active substances in different concentrations and compositions and investigated with regard to their oxidation resistance and sliding friction values.
- the substances suitable for use in the method according to the invention for passivating the surface of tinplate must have surface-active properties so that they can adhere to the tin surface with the hydrophobic group and at the same time improve the wetting of the lacquer layer to be applied during the subsequent coating of the tin surface with its hydrophilic group.
- the paint surface with its adhesion promoter molecules must be so strong after drying the paint film that they are in the cysteine test (sterilization of the painted tinplate 90 minutes at 121 ° C in a solution of 3.65 g / l KH 2 PO 4 with 7.22 g / l Na 2 HPO 4 * 2H 2 O and 1 g / l cysteine) are not destroyed.
- the substances used should be soluble in distilled water up to a concentration of 2 g / l without the addition of organic solvents, since the use of solubilizers cause too high concentrations of the solvents in the exhaust air and thus make costly cleaning systems for the removal of solvents necessary would.
- Particularly suitable substances have proven to be those substances which are preferably used in practice as additives for the better dispersion of pigments in paints or for improving the wetting and / or the adhesion of paints to metal surfaces.
- These substances are sprayed according to the method of the invention as an aqueous solution on the tinned steel strip and optionally then squeezed off and dried.
- the sliding friction values of the tinplate samples treated according to the invention with the substances indicated in Table 1 are given in Table 1 and are between 0.17 and 0.46.
- tinplate samples treated according to the invention in some cases have a substantially reduced sliding friction compared with untreated tinplate, and even lower sliding friction values could be determined for individual substances than with conventional treatment of the tinplate with DOS.
- Table 1 Chromium-free aftertreatment products for tinplate surfaces, tested in the laboratory trial Sliding friction, product overlay and tin oxide growth on the treated tinplate surfaces Seq.no. manufacturing company product Active ingredient according to manufacturer's instructions Active substance content (%) sliding friction CV 400 ° C value *** (mg / m 2 C) Sn oxide C / m 2 Org. 6 weeks. 1 EFKA EFKA 7310 organ. mod.Siloxan > 95 0.17 2.9 34 88 2 EFKA EFKA 7315 organ.
- Paint adhesion during sterilization test (cross-cut test) Paint A (PPG 3907-301 / A) Lacquer B (competitor product) 3% vinegar. 1% milk. + 2% NaCl cysteine 3% vinegar. 1% milk.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passivierung der Oberfläche von mit einer Beschichtung überzogenen Metallbändern, insbesondere von verzinnten Stahlbändern, welche mit einer Bandgeschwindigkeit durch eine Beschichtungsanlage bewegt werden, sowie eine Vorrichtung für das Aufbringen der Passivschicht auf ein metallisch beschichtetes Stahlband, insbesondere in einer Bandverzinnungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Substanz als Befettungs- und/oder Passivierungsmittel bei der Herstellung von verzinnten Stahlbändern.The invention relates to a method for passivating the surface of metal strips coated with a coating, in particular tinned steel strips, which are moved through a coating system at a belt speed, and to a device for applying the passive layer to a metal-coated steel strip, in particular in a strip-tinning plant The invention further relates to the use of a substance as a greasing and / or passivating agent in the production of tinned steel strips.
Bei der Herstellung von Weißblech, insbesondere in elektrolytisch arbeitenden Bandverzinnungsanlagen wird das beschichtete Stahlblech (Weißblech mit Zinnmetall und Chrom-Metall + Chrom-III-Hydroxid) chemisch oder elektrochemisch passiviert und anschließend befettet, um das beschichtete Stahlblech oxidationsbeständig zu machen und um den Reibwert zu erniedrigen, um das beschichtete Stahlblech bei der nachfolgenden Verarbeitung besser verarbeitbar zu machen. Die Passivierung erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Cr6+-haltigen Lösungen. Im Stand der Technik wurden weiterhin Cr6+-freie Passivierungslösungen vorgeschlagen, beispielsweise in der
Bei der Verwendung von beschichteten Metallen zur Herstellung von Lebensmittelbehältern werden jedoch gegenüber den Anforderungen an die genannten Materialien, die zum Einsatz in der Automobilindustrie vorgesehen sind, andere Anforderungen an die Oxidationsbeständigkeit und damit an die Passivierung der Metalloberfläche gestellt. Insbesondere muss die Passivierung hier ein zu starkes Anwachsen der Zinnoxidschicht bei der Lagerung der Lebensmittelbehälter bis zur Lackierung bzw. bis zum Verbrauch der Konserve verhindern. Weiterhin kann die beschichtete Metalloberfläche durch matte Verfärbung oder Goldfärbung unschön verfärbt werden, was beim Verbraucher den Eindruck erwecken kann, dass das Füllgut verdorben ist. Die Passivierung muss außerdem die Beständigkeit des lackierten Metallbehälters nach der Befüllung mit Lebensmitteln gegen in den Lebensmitteln enthaltenen Säuren gewährleisten, wie z. B. Mercapto-Amino-Karbonsäure-Anionen wie Cystein und Methionin. Derartige Säureanionen im Füllgut können bei nicht ausreichender Passivierung eine Delamination des Innenlacks des Behälters verursachen.When using coated metals for the production of food containers, however, other requirements are placed on the oxidation resistance and thus on the passivation of the metal surface compared to the requirements of the said materials, which are intended for use in the automotive industry. In particular, the passivation here must prevent excessive growth of the tin oxide layer during storage of the food container until painting or until consumption of the preserve. Furthermore, the coated metal surface by matt Discoloration or gold coloration are discolored ugly, which may give the consumer the impression that the contents are spoiled. The passivation must also ensure the resistance of the painted metal container after filling with food against acids contained in the foods, such as. As mercapto-amino-carboxylic acid anions such as cysteine and methionine. Such acid anions in the product can cause delamination of the inner coating of the container in case of insufficient passivation.
Bei der herkömmlichen Herstellung von Weißblech in Bandverzinnungsanlagen wird das Feinstblech nach dem Verzinnen und Aufschmelzen in einem Wasserbad abgeschreckt, anschließend in einer Chromat-Lösung passiviert und schließlich mit vollentsalztem Wasser gespült und thermisch getrocknet. Anschließend erfolgt eine elektrostatische Befettung mit Dioctylsebacat (DOS) oder Acetyltributylcitrat (ATBC). Das auf der Weißblechoberfläche adsorbierte Chromat wird durch Reaktion mit den =Sn=O und =Sn-OH-Gruppen der Zinnoberfläche zu Cr3+ und bei elektrochemischer kathodischer Passivierung außerdem zum Teil zu Chrom-Metall reduziert. Das Cr3+ fällt als Cr3+-Hydroxid aus. Die Passivschicht enthält nach dem Spülen und Trocknen der Weißblechoberfläche keine Cr6+-Ionen mehr.In the conventional production of tinplate in strip-tinning systems, the fines are quenched after tinning and melting in a water bath, then passivated in a chromate solution and finally rinsed with demineralized water and thermally dried. This is followed by electrostatic lubrication with dioctyl sebacate (DOS) or acetyltributyl citrate (ATBC). The chromate adsorbed on the tinplate surface is also reduced to Cr3 + by reaction with the = Sn = O and = Sn-OH groups of the tin surface, and also partly to chromium metal in electrochemical cathodic passivation. The Cr 3+ precipitates as Cr 3+ hydroxide. The passivating layer no longer contains Cr 6+ ions after rinsing and drying the tinplate surface .
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Passivierung der Oberfläche von mit einer Beschichtung überzogenen Metallbändern, insbesondere von verzinnten Stahlbändern, welche mit einer Bandgeschwindigkeit durch eine Beschichtungsanlage bewegt werden, bereit zu stellen, mit denen eine effiziente Passivierung der Metallbandoberfläche auch bei hohen Bandgeschwindigkeiten ermöglicht wird. Darüber hinaus soll gleichzeitig mit der Passivierung der Metallbandoberfläche eine Befettung erfolgen, so dass ein zusätzlicher Nachbehandlungsschritt zur Erniedrigung des Reibwerts der beschichteten Metallbandoberfläche überflüssig wird. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, Produkte zur Passivierung und/oder zur Befettung der Oberfläche von beschichteten Metallbändern bereitzustellen, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommen können.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a method and a device for passivating the surface of metal strips coated with a coating, in particular tinned steel strips, which are moved at a belt speed through a coating system, with which an efficient passivation of the Metal belt surface is made possible even at high belt speeds. In addition, a lubrication should take place simultaneously with the passivation of the metal strip surface, so that an additional post-treatment step to reduce the coefficient of friction of the coated metal strip surface is superfluous. The object of the invention is also to provide products for passivation and / or for lubricating the surface of coated metal strips, which can be used in the inventive method.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 sowie den im Anspruch 23 aufgezeigten Substanzen zur Verwendung als Befettungs- und/oder Passivierungsmittel bei der Herstellung von verzinnten Stahlbändern.These objects are achieved with a method having the features of
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Passivierung der Oberfläche von mit einer Metallschicht überzogenen Metallbändern ist vorgesehen, dass nach der Zinnabscheidung auf das durch die Beschichtungsanlage bewegte Metallband eine wässrige Lösung einer oberflächenaktiven Substanz aufgespritzt wird. Bevorzugt wird die wässrige Lösung der oberflächenaktiven Substanz danach mittels Quetschrollen abgequetscht und getrocknet. Nach dem Abquetschen und Trocknen verbleibt lediglich noch ein dünner Film der oberflächenaktiven Substanz auf der Oberfläche des beschichteten Metallbands, wobei die Auflage dieses dünnen Films in der Regel zwischen 2 und 15 mg/m2 beträgt. Bei den oberflächenaktiven Substanzen kann es sich um ein Siloxan, insbesondere ein Polymethylsiloxan oder ein polyethylenoxidhaltiges Siloxan handeln. Alternativ kann es sich auch um ein Copolymer, insbesondere ein Acrylatcopolymer, handeln. Die oberflächenaktive Substanz wird bevorzugt über Rohre aufgesprüht, welche im Abstand zur beschichteten Metallbandoberfläche angeordnet sind und Bohrungen aufweisen, durch welche die wässrige Lösung auf die beschichtete Metallbandoberfläche gelangt. Bevorzugt ist auf jeder Seite des Metallbandes mindestens ein Rohr mit solchen Bohrungen angeordnet, um beide Seiten des Metallbandes mit der oberflächenaktiven Substanz zu bespritzen.According to the method according to the invention for passivating the surface of metal strips coated with a metal layer, it is provided that, after tin deposition, an aqueous solution of a surface-active substance is sprayed onto the metal strip moved through the coating system. Preferably, the aqueous solution of the surface-active substance is then squeezed off by means of squeezing rollers and dried. After squeezing and drying, only a thin film of the surface-active substance remains on the surface of the coated metal strip, the support of this thin film generally being between 2 and 15 mg / m 2 . The surface-active substances may be a siloxane, in particular a polymethylsiloxane or a polyethylene oxide-containing siloxane. Alternatively, it can also be a copolymer, in particular an acrylate copolymer. The surface-active substance is preferably sprayed on pipes which are arranged at a distance from the coated metal strip surface and have bores through which the aqueous solution reaches the coated metal strip surface. Preferably, at least one tube with such bores is arranged on each side of the metal strip in order to spray both sides of the metal strip with the surface-active substance.
Zur Verwendung als oberflächenaktive Substanzen in dem vorgenannten Verfahren haben sich die im Anspruch 23 angegebenen Substanzen als besonders geeignet erwiesen. Mit diesen Substanzen kann das Zinnoxid-Wachstum auf der beschichteten Metallbandoberfläche stark reduziert werden. Gleichzeitig erfolgt bei der erfindungsgemäßen Behandlung der Metallbandoberfläche mit diesen Substanzen eine Erniedrigung des Reibwerts der so behandelten Metallbandoberfläche auf derart niedrige Werte, dass auf eine nachfolgende Befettung mit DOS verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäß behandelten Metallbandoberflächen haben sich als sehr gut lackierbar erwiesen. Die im Anspruch 23 genannten Substanzen sind für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet, weil sie eine ausreichende Löslichkeit in Wasser ohne Zusatz eines organischen Lösevermittlers aufweisen und deshalb als wässrige Lösung auf die Metallbandoberfläche aufgespritzt werden können. Weiterhin können diese Substanzen aufgrund ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften auch bei sehr hohen Bandgeschwindigkeiten von mehr als 500 m/min als gleichmäßig dünner Film auf die Metallbandoberfläche abgeschieden werden.For use as surface-active substances in the abovementioned process, the substances specified in claim 23 have proven to be particularly suitable. With these substances, the growth of tin oxide on the coated metal strip surface can be greatly reduced. At the same time, in the case of the treatment according to the invention of the metal strip surface with these substances, a lowering of the coefficient of friction of the metal strip surface treated in this way takes place to such low values that subsequent greasing with DOS can be dispensed with. The metal strip surfaces treated according to the invention have proven to be very easy to paint. The substances mentioned in claim 23 are particularly suitable for use in the method according to the invention, because they have sufficient solubility in water without the addition of an organic solubilizer and therefore can be sprayed as an aqueous solution on the metal strip surface. Furthermore, due to their surface-active properties, these substances can also be used at very high belt speeds of more than 500 m / min as a uniformly thin film deposited on the metal strip surface.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand von Vergleichsversuchen näher erläutert, wobei Bezug genommen wird auf die begleitenden Zeichnungen. Diese zeigen:
- Figur 1:
- Schematische Darstellung einer Bandverzinnungsanlage zur Herstellung von Weißblech, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;
- Figur 2:
- Perspektivische Darstellung einer Passivierungseinrichtung der Bandverzinnungsanlage von
Figur 1.
- FIG. 1:
- Schematic representation of a strip tinning plant for the production of tinplate, in which the method according to the invention can be carried out;
- FIG. 2:
- Perspective view of a Passivierungseinrichtung the strip tinning system of Figure 1.
Der in Figur 1 schematisch dargestellte Abschnitt einer Bandverzinnungsanlage zur Herstellung von Weißblech umfasst eine hier nicht zeichnerisch dargestellte Auftragseinrichtung. Darin wird das Stahlband S durch ein Verzinnungsbad bewegt und dabei elektrolytisch mit einer Zinnauflage versehen. Das Stahlband S wird hierzu vor dem Verzinnungsprozess elektrolytisch entfettet, mit vollentsalztem Wasser gespült und anschließend einem Beiz- und Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser unterzogen. Das so gereinigte Stahlband S gelangt dann als Kathode geschaltet in ein Verzinnungsbad, das den Elektrolyten und die Zinnanoden enthält. Unter laufender Überwachung und Regelung der Verzinnungsbedingungen wird bei hoher Stromdichte ein fest haftender, dichter und gleichmäßiger Zinnniederschlag auf dem Stahlband erzeugt. Anschließend an die Elektrolyse wird nach einem Spülvorgang die Zinnoberfläche gefluxt, d. h. in einer 20 - 70° C warmen Lösung von 1 g/l HCL oder 3 g/l Zinkchlorid/Ammoniumchlorid-Lösung benetzt, anschließend abgequetscht, getrocknet und schließlich induktiv oder durch Widerstandsheizung in einem Aufschmelzturm kurz aufgeschmolzen, um eine optisch glänzende Oberfläche des Weißblechs zu erreichen.The section of a strip-tinning plant, which is shown schematically in FIG. 1, for the production of tinplate comprises an applicator (not illustrated here). In it, the steel strip S is moved through a tinning bath while electrolytically provided with a tin pad. The steel strip S is electrolytically degreased before the tinning process, rinsed with demineralized water and then subjected to a pickling and rinsing with demineralized water. The thus cleaned steel strip S then passes as a cathode connected in a tinning bath containing the electrolyte and the tin anodes. Under constant monitoring and regulation of the tin plating conditions, a strongly adhering, dense and uniform tin deposit is produced on the steel strip at high current density. Subsequent to the electrolysis, the tin surface is flooded after a rinsing process, d. H. in a 20 - 70 ° C warm solution of 1 g / l HCL or 3 g / l zinc chloride / ammonium chloride solution wetted, then squeezed, dried and finally inductively or by resistance heating in a melting tower briefly melted around a visually shiny surface of the tinplate to reach.
Danach wird das verzinnte Stahlband S über eine Umlenkrolle U durch einen Abschrecktank 1 geleitet. In dem Abschrecktank 1 befindet sich vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) mit einer Temperatur von 70 - 95° C. Anschließend wird das beschichtete Stahlband S mit einer Bandgeschwindigkeit v, welche typischerweise zwischen 200 und 600 m/min beträgt, über Umlenkrollen U durch eine Passivierungseinrichtung 2 geleitet. Die Passivierungseinrichtung 2 ist in Figur 2 in einer perspektivischen Darstellung im Detail gezeigt.Thereafter, the tin-plated steel strip S is passed over a deflection roller U through a
Die Passivierungseinrichtung 2 umfasst einen Vertikaltank 5 mit einem Ablauf 6. In der Nähe des Bodens ist innerhalb des Vertikaltanks 5 eine Umlenkrolle U angeordnet, über welche das beschichtete Stahlband S umgelenkt wird. Im oberen Bereich oder oberhalb des Vertikaltanks 5 sind beidseitig des durchlaufenden Stahlbandes S Rohre 11 angeordnet. Die Rohre 11 verlaufen parallel zueinander und stehen senkrecht oder zumindest annähernd senkrecht zur Bandlaufrichtung v (welche hier in Figur 2 von unten nach oben gerichtet ist). In den Rohren 11 sind mehrere, in Längsrichtung des Rohres im Abstand zueinander angeordnete Bohrungen 13 vorgesehen. Diese Bohrungen 13 liegen dem durchlaufenden Stahlband S gegenüber. Die Rohre 11 werden über eine Pumpe 14 mit einer wässrigen Lösung einer oberflächenaktiven Substanz beaufschlagt. Zwischen der Pumpe 14 und dem Rohreinlass ist bei jedem Rohr 11 ein Durchflussmesser 15 angeordnet.The
In Bandlaufrichtung v hinter den Rohren 11 (also in Figur 2 oberhalb der Rohre 11) sind zwei Quetschrollenpaare 12a, 12b angeordnet. Der Abstand des ersten Quetschrollenpaars 12a zu den Rohren 13 in Bandlaufrichtung beträgt etwa zwischen 20 und 100 cm. Der Abstand der Rohre 11 zu dem beschichteten Stahlband S beträgt typischerweise zwischen 1 und 50 cm und liegt bevorzugt zwischen 5 bis 15 cm. Jedes Rohr 11 weist mindestens eine Bohrung oder Öffnung auf, bevorzugt sind jedoch - wie in Figur 2 gezeigt - eine Mehrzahl von im Abstand zueinander in Rohrlängsrichtung angeordnete Bohrungen im Rohrmantel vorgesehen. Bevorzugt weist jedes Rohr 2 bis 5 Bohrungen mit einem Durchmesser von jeweils 1 bis 4 mm, bevorzugt zwischen 2 und 3 mm, auf. Es können jedoch auch Rohre mit nur einer Bohrung oder auch mit noch mehr Bohrungen, beispielsweise bis zu 50 Bohrungen, verwendet werden.In strip running direction v behind the tubes 11 (ie in Figure 2 above the tubes 11) two pairs of
Die Rohre 11 werden mit einer wässrigen Lösung einer oberflächenaktiven Substanz beaufschlagt. Die wässrige Lösung tritt durch die Bohrungen 13 in den Rohren 11 aus und trifft in Form von Flüssigkeitsstrahlen auf das beschichtete und bewegte Stahlband S auf. Je nach Abstand der Rohre 11 vom Stahlband S und der Lage der Bohrungen bezüglich der Bewegungsrichtung des Stahlbandes S treffen die Flüssigkeitsstrahlen entweder senkrecht auf die Stahlbandoberfläche oder unter einem abfallenden oder ansteigenden Winkel auf die Bandoberfläche auf. Bevorzugt wird der Abstand der Rohre 11 zum Stahlband S so eingestellt und die Lage der Bohrungen bezüglich der Bewegungsrichtung des Stahlbandes so gewählt, dass die Flüssigkeitsstrahlen senkrecht auf die Stahlbandoberfläche auftreffen oder zumindest innerhalb eines Winkelbereichs von ± 45°, bevorzugt innerhalb eines Winkelbereichs von ± 15° um die normale (senkrechte) auf die Bandoberfläche.The
Mit den in Bandlaufrichtung etwa 20 bis 100 cm hinter den Rohren 11 angeordneten Quetschrollenpaaren 12a, 12b wird die auf die Stahlbandoberfläche aufgespritzte Lösung abgequetscht, so dass lediglich noch eine wenige molekulare Schichten aufweisende Schicht der wässrigen Lösung, möglicherweise lediglich eine nur noch einmolekulare Lösungsschicht, auf der beschichteten Stahlbandoberfläche verbleibt.The
Die überschüssige und insbesondere die von den Quetschrollen 12 von dem beschichteten Stahlband S abgequetschte Lösung sammelt sich in dem Vertikaltank 5 und fließt über den Ablauf 6 in einem unter dem Vertikaltank 5 angeordneten Vorratstank 4, von wo die wässrige Lösung über eine Pumpe 8 einer Wiederverwendung zugeführt wird, in dem die in dem Vorratstank 4 gesammelte Lösung in den Tank 9 überführt wird, in dem die Tensid-Konzentration auf den Sollwert angehoben werden kann und schließlich in die Rohre 11 zurückgepumpt wird.The excess, and in particular squeezed from the coated steel strip S by the
Nach Durchlauf der Passivierungseinrichtung 2 läuft das beschichtete Stahlband S schließlich über eine Umlenkrolle U in eine Trocknungseinrichtung 10, welche beispielsweise von einem Heißluftrockner gebildet ist.After passing through the
In der vorbeschriebenen Passivierungseinrichtung 2 wurden verzinnte Stahlbänder mit verschiedenen oberflächenaktiven Substanzen in unterschiedlichen Konzentrationen und Zusammensetzungen behandelt und hinsichtlich ihrer Oxidationsbeständigkeit und ihrer Gleitreibwerte untersucht.In the
Die zur Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren zur Passivierung der Oberfläche von Weißblech geeigneten Substanzen müssen oberflächenaktive Eigenschaften haben, damit diese mit der hydrophoben Gruppe auf der Zinnoberfläche haften können und gleichzeitig mit ihrer hydrophilen Gruppe die Benetzung der beim anschließenden Lackieren der Zinnoberfläche aufzubringenden Lackschicht zu verbessern. Die Bindung zwischen der funktionellen Gruppe an der Zinnoberfläche und den funktionellen Gruppen der Lackoberfläche mit ihren Haftvermittlermolekülen muss nach dem Trocknen des Lackfilms so stark sein, dass sie beim Cystein-Test (Sterilisation des lackierten Weißblechs 90 min bei 121° C in einer Lösung von 3,65 g/l KH2PO4 mit 7,22 g/l Na2HPO4 * 2H2O und 1g/l Cystein) nicht zerstört werden. Weiterhin sollten die verwendeten Substanzen ohne Zugabe von organischen Lösemitteln in destilliertem Wasser bis zu einer Konzentration von 2 g/l löslich sein, da der Einsatz von Lösevermittlern zu hohe Konzentrationen der Lösemittel in der Abluft verursachen und damit kostspielige Reinigungsanlagen für die Beseitigung der Lösemittel erforderlich machen würde. Als besonders geeignete Substanzen haben sich solche Substanzen erwiesen, die in der Praxis vorzugsweise als Additive für die bessere Dispergierung von Pigmenten in Lacken bzw. zur Verbesserung der Benetzung und/oder der Haftung von Lacken auf Metalloberflächen eingesetzt werden.The substances suitable for use in the method according to the invention for passivating the surface of tinplate must have surface-active properties so that they can adhere to the tin surface with the hydrophobic group and at the same time improve the wetting of the lacquer layer to be applied during the subsequent coating of the tin surface with its hydrophilic group. The bond between the functional group on the tin surface and the functional groups of the The paint surface with its adhesion promoter molecules must be so strong after drying the paint film that they are in the cysteine test (sterilization of the painted tinplate 90 minutes at 121 ° C in a solution of 3.65 g / l KH 2 PO 4 with 7.22 g / l Na 2 HPO 4 * 2H 2 O and 1 g / l cysteine) are not destroyed. Furthermore, the substances used should be soluble in distilled water up to a concentration of 2 g / l without the addition of organic solvents, since the use of solubilizers cause too high concentrations of the solvents in the exhaust air and thus make costly cleaning systems for the removal of solvents necessary would. Particularly suitable substances have proven to be those substances which are preferably used in practice as additives for the better dispersion of pigments in paints or for improving the wetting and / or the adhesion of paints to metal surfaces.
Als besonders geeignet haben sich folgende Substanzen erwiesen:
- a) ein Polymer mit einer chemischen Zusammensetzung von Polymethylsiloxan mit Polyetherseitenketten mit einem Brechungsindex von 1,456 bis 1,466 und einer Dichte bei 20°
C von 1,09-1,13 g/cm3, - b) ein Polymer mit einer chemischen Zusammensetzung von einem sauren Polyether mit einer
Dichte von 1,20-1,30 g/cm3 und einem Säurewert von 270-310 mg KOH/g, und - c) ein Polymer das enthält:
- i) 0-80 Mol % von einem oder mehreren Monomeren der Formel
- ii) 0-70 Mol % von einem oder mehreren Monomeren der Formel
- iii) 5-50 Mol % von einem oder mehreren Monomeren, enthaltend eine heterocyclische Gruppe mit mindestens einem basischen Ringstickstoffatom, oder an das bzw. an die eine derartige heterocyclische Gruppe sich nach einer Polymerisation befindet,
- iv) 0-10 Mol % von einem oder mehreren Monomeren, enthaltend eine oder mehrere Gruppen, die für Vernetzung oder Kupplung reaktiv sind, und
- v) 0-20 Mol % von einem oder mehreren Monomeren, die nicht in die Gruppen i) - iv) fallen, wobei die Menge der Monomere von Gruppe i) zusammen mit Monomeren, die eine Acrylatgruppe enthalten, mindestens 20 Mol % beträgt, sowie organische Salze davon.
- i) 0-80 Mol % von einem oder mehreren Monomeren der Formel
- a) a polymer having a chemical composition of polymethylsiloxane having polyether side chains with a refractive index of 1.456 to 1.466 and a density at 20 ° C of 1.09-1.13 g / cm 3 ,
- b) a polymer having a chemical composition of an acidic polyether having a density of 1.20-1.30 g / cm 3 and an acid value of 270-310 mg KOH / g, and
- c) a polymer containing:
- i) 0-80 mol% of one or more monomers of the formula
- ii) 0-70 mol% of one or more monomers of the formula
- iii) 5-50 mole% of one or more monomers containing a heterocyclic group having at least one basic ring nitrogen atom or to which such heterocyclic group is located after polymerization,
- iv) 0-10 mole% of one or more monomers containing one or more groups reactive for crosslinking or coupling, and
- v) 0-20 mol% of one or more monomers which do not fall into groups i) -iv), the amount of monomers of group i) together with monomers containing an acrylate group being at least 20 mol%, and organic salts thereof.
- i) 0-80 mol% of one or more monomers of the formula
Diese Substanzen werden gemäß dem Verfahren nach der Erfindung als wässrige Lösung auf das verzinnte Stahlband aufgespritzt und ggf. anschließend abgequetscht und getrocknet.These substances are sprayed according to the method of the invention as an aqueous solution on the tinned steel strip and optionally then squeezed off and dried.
In Tabelle 1 sind mehrere grundsätzlich geeignete Substanzen aufgelistet, welche im Rahmen von Labortests in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz gekommen sind. In den Labortests wurden Feinstblechtafeln verzinnt, mit entsalztem Wasser gespült und der Wasserfilm mit einer Lackschleuder abgeschleudert, wonach sich lediglich noch ein Wasserfilm mit einer Auflage von 5 g/m2 auf der Weißblechoberfläche befand. Wässrige Lösungen der in Tabelle 1 angegebenen Substanzen wurden mit einer Konzentration von 1 g/l auf die Weißblechprobegegossen, abgequetscht und anschließend mit Warmluft getrocknet. An den so behandelten Weißblechproben wurden anschließend folgende Untersuchungen durchgeführt:
- Erfassung der Zinn- und Zinnoxid-Auflage mittels coulombmetrischer Zinnoxid-Bestimmung (wobei der Stromverbrauch für die Reduktion des Zinnoxids pro m2 in Coulomb/m2 angegeben wird),
- Erfassung der Gleitreibung mit dem Drei-Kugelspurtest,
- Bestimmung des Kohlenstoffgehalts der aufgespritzten, abgequetschten und getrockneten Auflage der wässrigen Lösung auf der Weißblechoberfläche mit einem CV-Gerät (Firma Leco),
- Lagerung der behandelten Weißblechproben über 6 Wochen bei 40°C und 80 % rel. Luftfeuchte und Erfassung der Zinnoxidbildung nach dieser Lagerung.
- Detection of the tin and tin oxide coating by coulombmetric tin oxide determination (the power consumption for the reduction of the tin oxide per m 2 is given in Coulomb / m 2 ),
- Detecting the sliding friction with the three-ball track test,
- Determination of the carbon content of the sprayed, squeezed and dried coating of the aqueous solution on the tinplate surface with a CV apparatus (Leco),
- Storage of the treated tinplate samples over 6 weeks at 40 ° C and 80% rel. Humidity and detection of tin oxide formation after storage.
Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind in Tabelle 1 angegeben.The results of this series of experiments are given in Table 1.
Tafeln des erfindungsgemäß hergestellten und nachbehandelten Weißblechs wurden mit 5 g/m2 Konservendosenlack PPG 3907-301/A (Lack A) oder einem Epoxidharz-Lack (Lack B) lackiert. An diesen lackierten Weißblechtafeln wurden Untersuchungen zur Sterilisationsbeständigkeit durchgeführt, wobei die Sterilisationsbeständigkeit gegenüber folgenden Substanzen erfasst wurde:
- 3 % Essigsäure (100°C/30 Minuten)
- 1 % Milchsäure + 2 % NaCl (121°C/30 Minuten)
- Phosphatpuffer* + 0,5 1/Cystein (121°C/90 Minuten)
- Phosphatpuffer* + 1,0 l/Cystein (121°C/90 Minuten)
- 3% acetic acid (100 ° C / 30 minutes)
- 1% lactic acid + 2% NaCl (121 ° C / 30 minutes)
- Phosphate buffer * + 0.5 l / cysteine (121 ° C / 90 minutes)
- Phosphate buffer * + 1.0 l / cysteine (121 ° C / 90 minutes)
Die Ergebnisse dieser Versuche zur Sterilisationsbeständigkeit der mit den beiden Lacken (A und B) lackierten Weißblechtafeln sind in Tabelle 2 angegeben.The results of these tests for sterilization resistance of the tinplate panels coated with the two paints (A and B) are shown in Table 2.
Die in den Vergleichsversuchen untersuchten Weißblechproben wurden schließlich hinsichtlich ihres Gleitreibwerts vor und nach der erfindungsgemäßen Behandlung mit einem Drei-Kugelspurtest untersucht. Hierbei wurden folgende Gleitreibwerte für elektrochemisch passiviertes Weißblech mit 2,8 g/m2 Zinnauflage ermittelt:
- ohne Gleitmittel: µ = 0,40
mit 4 mg/m2 Dioctylsebacat
(DOS, gemäß herkömmlicher Behandlung): µ = 0,20
- without lubricant: μ = 0.40
- with 4 mg / m 2 dioctyl sebacate
(DOS, according to conventional treatment): μ = 0.20
Die Gleitreibwerte der erfindungsgemäß mit den in Tabelle 1 angegebenen Substanzen behandelten Weißblechproben sind jeweils in Tabelle 1 angegeben und betragen zwischen 0,17 und 0,46.The sliding friction values of the tinplate samples treated according to the invention with the substances indicated in Table 1 are given in Table 1 and are between 0.17 and 0.46.
Die erfindungsgemäß behandelten Weißblechproben weisen zum Teil eine gegenüber unbehandeltem Weißblech wesentlich verringerte Gleitreibung auf, wobei bei einzelnen Substanzen sogar geringere Gleitreibwerte ermittelt werden konnten als bei herkömmlicher Behandlung des Weißblechs mit DOS.The tinplate samples treated according to the invention in some cases have a substantially reduced sliding friction compared with untreated tinplate, and even lower sliding friction values could be determined for individual substances than with conventional treatment of the tinplate with DOS.
Im Gegensatz zur herkömmlichen elektrostatischen Befettung der Weißblechoberflächen mit Esthern, wie DOS, wurde jedoch darüber hinaus bei den erfindungsgemäß behandelten Weißblechproben kein produktionsbedingter Zinnstaub beobachtet. Insbesondere bei nach herkömmlichen Verfahren mit DOS-befettetem Weißblech ist dagegen produktionsbedingt oft ein Staubbelag zu beobachten, der problematisch ist, weil er nur durch geeignete, aufwendige Pflegemaßnahmen an den Anlagen beseitigt werden kann. Die Ursache der Staubfreiheit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann möglicherweise auf die Spülwirkung der wässrigen Lösung bei der Applikation zur Passivierung zurückgeführt werden, sowie auf die bessere Haftung des Weißblechs auf den Oberflächen der nicht angetriebenen Umlenkrollen im zweiten Schlaufenturm der Bandverzinnungsanlagen. Durch den geringeren Schlupf des Weißblechs mit den Umlenkrollen im Schlaufenturm wird im Gegensatz zur Befettung mit herkömmlichen Substanzen, wie DOS, offensichtlich kein Zinnabrieb gebildet.In contrast to the conventional electrostatic lubrication of the tinplate surfaces with esters, such as DOS, however, no production-related tin dust was observed in the tinplate samples treated according to the invention. In particular, in the case of conventional methods with DOS-greased tinplate, however, production-related often a dust covering is observed, which is problematic because it can only be eliminated by appropriate, complex care measures on the plants. The cause of the dust-free nature of the process according to the invention can possibly be attributed to the rinsing action of the aqueous solution during the passivation application, as well as to the better adhesion of the tinplate to the surfaces of the non-driven deflection rollers in the second loop tower of the strip-tinning plants. Due to the lower slippage of the tinplate with the pulleys in the loop tower, unlike the greasing with conventional substances, such as DOS, obviously no tin abrasion is formed.
Die erfindungsgemäße Behandlung von Weißblech reduziert ferner das Zinnoxid-Wachstum, beispielsweise während der Lagerung des Weißblechs und vor dessen Lackierung. Handelsübliches Weißblech, das nach herkömmlichen Verfahren hergestellt und nachbehandelt wurde, hat nach 6 Wochen Lagerung unter feucht-warm-Bedingungen (40°C und 80 % relativer Luftfeuchte) folgende Zinnoxid-Auflagen:
- nicht passiviert: 100 C/m2
- tauchpassi viert: 40 C/m2
- elektrochemisch passiviert: 20 C/m 2
- not passivated: 100 C / m 2
- Diving passivated: 40 C / m 2
- electrochemically passivated: 20 C / m 2
Die erfindungsgemäß nachbehandelten Weißblechproben hatten dagegen nach entsprechender Lagerung die in Tabelle 1 angegebenen Werte.By contrast, the tinplate samples post-treated according to the invention had the values indicated in Table 1 after appropriate storage.
Aus einer Gesamtschau der Ergebnisse der Vergleichsversuche lässt sich erschließen, dass die im Anspruch 23 angegebnen Substanzen bzw. Substanzklassen bei der Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Passivierung der Oberfläche von Weißblech die besten Ergebnisse hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit und der Gleitreibung des beschichteten und erfindungsgemäß nachbehandelten WeißOblechs ergeben. Die Substanzen "EFKA 3580" (Siloxantensid mit Polyethylenoxid-Ketten), "EFKA 4560" (modifiziertes Acrylat mit Polyethylenoxid-Ketten) "EFKA 8512" und "EFKA 3570" (teilfluoriertes Acrylat mit Polyethylenoxid-Ketten) ergeben hinsichtlich beider Eigenschaften (niedrige Gleitreibwerte und niedriges Zinnoxid-Wachstum) die besten Resultate.
**DOS = Dioctylsebacat
*** CV-Wert gemessen an einseitig in der Lackschleuder nachbehandelten Weißblechproben
**DOS = Dioctylsebacat Lackhaftung schlecht: - , entsprechend Gt 3 - G t5
** DOS = dioctyl sebacate
*** CV value measured on one-side in the spin coater post-treated tinplate samples
** DOS = dioctyl sebacate paint adhesion bad: -, according to Gt 3 - G t5
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