EP2201150A1 - Method for coating zinc-plated steel strips with aqueous formulations of acidic polymers - Google Patents

Method for coating zinc-plated steel strips with aqueous formulations of acidic polymers

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EP2201150A1
EP2201150A1 EP08805018A EP08805018A EP2201150A1 EP 2201150 A1 EP2201150 A1 EP 2201150A1 EP 08805018 A EP08805018 A EP 08805018A EP 08805018 A EP08805018 A EP 08805018A EP 2201150 A1 EP2201150 A1 EP 2201150A1
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EP
European Patent Office
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formulation
polymer
acid
acidic
amount
Prior art date
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Withdrawn
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EP08805018A
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German (de)
French (fr)
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Walter Bertkau
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BASF SE
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BASF SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B05D2350/65Adding a layer before coating metal layer

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for passivating galvanized steel strips with acidic aqueous formulations comprising at least one water-soluble polymer comprising acidic groups.
  • sheet-like workpieces made of steel such as automotive parts, body parts, equipment panels, cladding, ceiling panels or window profiles are used today as raw material usually long steel strips produced by hot rolling and / or cold rolling of steel blocks and for storing and transporting to roles (so-called The steel strips can then be cut up and processed into the desired shaped parts.
  • the steel strips are usually protected by suitable measures against corrosion. These are generally multilevel processes.
  • the steel strips are usually coated with zinc or zinc alloys.
  • the effect of zinc is based on the one hand, that it is less noble than steel and therefore first itself corroded.
  • the steel surface remains intact as long as it is still covered with zinc throughout.
  • a thin oxide layer is formed, which more or less slows down the corrosive attack on the underlying metal, depending on the external conditions.
  • the Zn surfaces are usually subjected to an additional passivation treatment.
  • a portion of the metal to be protected dissolves, and is at least partially incorporated into a film on the metal surface.
  • passivation layer the terms “conversion layer”, “aftertreatment layer” or “pretreatment layer” are also used interchangeably.
  • polymers which can be used in formulations for passivation treatments are strongly acidic, water-soluble polymers, such as for example, polyacrylic acid or copolymers of acrylic acid with other monomers, in particular other acidic monomers such as vinylphosphonic acid, maleic acid or itaconic acid.
  • polyacrylic acid or copolymers of acrylic acid with other monomers in particular other acidic monomers such as vinylphosphonic acid, maleic acid or itaconic acid.
  • the use of such polymers for passivation is disclosed, for example, in WO 2004/074372, WO 2005/042801, WO 2006/021308, 2006/021309, WO 2006/1341 16, WO 2006/1341 17 or WO 2006/134118.
  • the polymers in each case form the main constituent of the formulations, in particular further acids, for example phosphoric acid, are present in the formulation only in small amounts, if at all.
  • the acid groups of the polymer dissolve zinc and possibly other metals with hydrogen formation from the surface.
  • the zinc ions formed on the one hand re-deposit on the surface, but can also crosslink the polymer layer via complex formation with the acid groups of the polymer and optionally other functional groups of the polymer, so that a very dense passivation layer is obtained.
  • the passivation of galvanized steel strips is usually carried out by means of a continuous process, which is shown schematically in Figure (1).
  • a galvanized steel strip (1) is moved by means of drive rollers (not shown) in the direction (2).
  • a spray station (3) By means of a spray station (3), the formulation is sprayed onto the steel strip for passivation and forms a moist film (7).
  • two squeezing rollers (4) and (4 ') excess treatment solution is squeezed off. The result is a thin, damp film (8), which is finally dried in a dryer (6).
  • the squeezed formulation can be collected (5) and used again for coating.
  • This process has a number of disadvantages when passivated with formulations of strongly acidic, water-soluble polymers.
  • the acidic polymers should be used in concentrations of at least 10% by weight with respect to the formulation used.
  • the pH of the formulations is too high so that a sufficiently rapid acid attack on the zinc surface can not take place and poorer passivation layers are obtained.
  • unreacted acidic groups may subsequently react further over time, which may result in white discoloration of the passivation layer (so-called "staining”) .Such discoloration is highly undesirable.
  • Formulations containing more than 10% by weight of strongly acidic, water-soluble polymers have a significantly higher viscosity than formulations which contain predominantly low molecular weight components, for example customary formulations based on Cr (VI), Cr (III) or phosphoric acid.
  • a bead (8) is formed in front of the squeeze roller (FIG. 1, (4)).
  • the formation of a bead is associated with a number of disadvantages: Since the residence time of individual polymer molecules in the bead is not constant but statistically distributed, the passivation reaction in the bead is uncontrolled. As a result of the reaction with the zinc surface, zinc increasingly settles in the bead.
  • the viscosity of the formulation changes in the bead.
  • the squeezed-out formulation becomes contaminated with zinc, which ultimately can not be reused. Due to the viscosity in the bead, there is also an increasing danger that air bubbles will form which, when passing through the squeeze rolls, cause some areas on the strip surface to no longer be covered by a passivation layer. Due to the conditions mentioned, it is very difficult to apply thin homogeneous passivation layers, which ensure good corrosion protection.
  • the dry film thickness of the formed passivation layers is in the illustrated process engineering usually more than 1 micron, the thickness is hard to reduce even by harder rolls.
  • Multi-roll systems for application with 2, 3 or more rolls for applying the lacquer are known (see, for example, "coil coating” in Rompp Lexikon Lacke und Druckmaschine, page 55, Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York, 1998) Multi-roll systems are very complex and expensive.
  • the object of the invention was to provide a continuous process for passivating galvanized steel strips with aqueous formulations of strongly acidic, water-soluble polymers, in which formulations with at least 10% by weight of polymers can be processed satisfactorily into thin passivation layers. It should be as simple as possible process technology with which existing systems for passivation of galvanized steel strips can be easily retrofitted.
  • the polymer X has at least 0.6 mol of acid groups / 100 g of the polymer
  • the amount of all polymers X together amounts to 10 to 30% by weight, based on the amount of all components of the formulation,
  • the acidic aqueous formulation of at least one of the two rolls by means of an applicator device (10) is applied and in the direction of rotation of the roll between the applicator device (10) and the gap (12) at least one doctor blade device (1 1) is arranged, with the by separation excess formulation, the amount of aqueous formulation per unit area of the roll is adjustable,
  • the dried film is dried in a drying device (6) arranged behind the pair of rollers in the running direction (2) of the belt.
  • Fig. 1 Schematic representation of a passivation process according to the prior art
  • Fig. 2 Schematic representation of the passivation process according to the invention for the case of a one-sided passivation
  • Fig. 3 Schematic representation of the passivation process according to the invention for the case of a passivation on both sides More specifically, the following is to be accomplished for the invention:
  • an acidic aqueous formulation which comprises at least one water-soluble, acid group-comprising polymer X.
  • the polymers X used may be homopolymers or copolymers. Of course, mixtures of several different polymers X can be used.
  • the formulation preferably comprises only water. It may also comprise water-miscible organic solvents in small quantities. Examples include monoalcohols such as methanol, ethanol or propanol, higher alcohols such as ethylene glycol or polyether polyols, ether alcohols such as butyl glycol or methoxypropanol and N-methylpyrrolidone.
  • monoalcohols such as methanol, ethanol or propanol
  • higher alcohols such as ethylene glycol or polyether polyols
  • ether alcohols such as butyl glycol or methoxypropanol and N-methylpyrrolidone.
  • the amount of water is at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight and very particularly preferably at least 95% by weight.
  • the data refer to the total amount of all solvents.
  • the polymers X used have at least 0.6 mol of acid groups / 100 g of the polymer. This quantity refers to the free acid groups.
  • the polymers preferably have at least 0.9 mol of acid groups / 100 g, more preferably at least 1 mol / 100 g and very particularly preferably at least 1.2 mol / 100 g.
  • the formulation used according to the invention comprises 10 to 30% by weight, preferably 12 to 30% by weight, more preferably 15 to 30% by weight and most preferably 18 to 28% by weight of the polymers X, based on the amount of all components of the formulation (including the solvents).
  • water-soluble in the context of this invention is intended to mean that the polymer or polymers X used are homogeneously water-soluble.
  • Aqueous dispersions of crosslinked polymer particles of water-insoluble polymers as polymer X do not belong to the scope of this invention.
  • the polymers used X should be completely miscible with water. However, they must be water-soluble at least to such an extent that the stated concentrations in the formulation can be achieved.
  • the formulation used has a pH of not more than 5, in particular a pH of 0.5 to 5, preferably 1, 5 to 3.5.
  • the pH of the preparation naturally depends on the type and concentration of the polymers X used according to the invention. It can still be influenced by other basic or acidic components in the formulation.
  • the formulation used may also contain inorganic or organic acids or mixtures thereof. The choice of such acid is not limited, provided that there are no adverse effects along with the other components of the formulation. The skilled person makes a corresponding selection.
  • acids examples include phosphoric acid, phosphonic acid or organic phosphonic acids, such as 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonic acid (HEDP), 2-phosphono-1-butan-1, 2,4-tricarboxylic acid (PBTC), aminotri (methylenephosphonic acid) ( ATMP), ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) (EDTMP) or diethylenetriaminepenta (methylenephosphonic acid) (DTPMP), sulphonic acids such as methanesulphonic acid, amidosulphonic acid, p-toluenesulphonic acid, m-nitrobenzenesulphonic acid and derivatives thereof, nitric acid, formic acid or acetic acid.
  • Phosphorus-containing acids such as H 3 PO 4
  • phosphonic acid are preferably the organic phosphonic acids mentioned, HNO 3 or methanesulfonic acid. It may preferably be H3PO4 or another phosphorus-containing acid.
  • the acidity of the formulation used should be essentially due to the acid groups of the polymer.
  • the amount of additional acids in addition to the polymers X in the formulation should therefore as a rule not exceed 50% by weight with respect to the amount of all polymers X in the formulation together. Preference should be given to 30% by weight, particularly preferably 20% by weight and most preferably 10% by weight are not exceeded. In a second, particularly preferred embodiment of the invention, no additional acids are present.
  • the acid groups of the polymer X should preferably be present as free acid groups. However, they can also be neutralized to a slight extent by bases such as ammonia, amines, amino alcohols or alkali metal hydroxides. Such partial neutralization can be done for pH adjustment. But it can also inevitably result in the course of the production of the polymer. It is known to the skilled person, for example, that it may be necessary in the course of
  • the degree of neutralization should, however, by no means be too high to ensure good acid attack on the zinc surface. As a rule, therefore, not more than 25 mol% of the acid groups present in the polymer X should be neutralized, preferably not more than 20 mol% and particularly preferably not more than 12 mol%.
  • the acidic groups of the polymers X are generally selected from the group of carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric or phosphonic acid groups. They are preferably carboxyl groups, phosphoric or phosphonic acid groups. pen. With particular preference, the polymer X used is a copolymer of at least two different acid group-containing monomers.
  • homo- or copolymers which comprise (meth) acrylic acid units.
  • the polymer X is one or more water-soluble copolymers X1 of (meth) acrylic acid units (A) and different monoethylenically unsaturated monomers with acidic groups (B).
  • OH-containing (meth) acrylic acid esters (C) and / or further monomers (D) may also be present as structural units. In addition, no further monomers are present.
  • the amount of (meth) acrylic acid (A) in copolymer X1 is from 30 to 90% by weight, preferably from 40 to 80% by weight and more preferably from 50 to 70% by weight, this information based on the sum of all monomers in the polymer is related.
  • the monomer (B) is at least one monoethylenically unsaturated monomer other than (A) but copolymerizable with (A) which has one or more acidic groups. Of course, several different monomers (B) can be used.
  • the acidic groups may preferably be a group selected from the group of carboxyl groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups or sulfonic acid groups. It is preferably a group selected from the group of carboxyl groups, phosphoric acid groups or phosphonic acid groups.
  • Examples of such monomers include crotonic acid, vinylacetic acid, C 1 -C 4 -halocid esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids, styrenesulfonic acid, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), vinylphosphonic acid, monovinyl phosphonate, maleic acid, Fumaric acid or itaconic acid.
  • crotonic acid vinylacetic acid
  • C 1 -C 4 -halocid esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids styrenesulfonic acid
  • vinylsulfonic acid vinylsulfonic acid
  • allylsulfonic acid 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS)
  • AMPS 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid
  • vinylphosphonic acid monoviny
  • the amount of monomers (B) in the copolymer X1 is 10 to 70 wt.%, Preferably 20 to 60 wt.%, And particularly preferably 30 to 50 wt.%, Each based on the sum of all monomers in the polymer.
  • the monomers (B) are monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids having 4 to 7 carbon atoms (B1) and / or monoethylenically unsaturated phosphoric and / or phosphonic acids (B2).
  • monomers (B1) include maleic acid, fumaric acid, methyl fumaric acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, methylenemalonic acid or itaconic acid. If appropriate, the monomers can also be used in the form of the corresponding cyclic anhydrides. Preference is given to maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, particularly preferably maleic acid or maleic anhydride.
  • Examples of monomers (B2) include vinylphosphonic acid, phosphoric acid monovinyl ester, allylphosphonic acid, phosphoric acid monoallylester, 3-butenylphosphonic acid, mono (3-butenyl) phosphoric acid, (4-vinyloxybutyl) phosphoric acid, phosphonoxyethyl acrylate, methacrylic acid (phosphonoxyethyl) esters, mono (- 2-hydroxy-3-vinyloxypropyl) phosphoric acid, phosphoric acid mono- (1-phosphonoxymethyl-2-vinyloxy-ethyl) esters, phosphoric mono (3-allyloxy-2-hydroxypropyl) esters , Mono-2- (allylox-1-phosphonoxymethyl-ethyl) phosphoric acid, 2-hydroxy-4-vinyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole, 2-hydroxy-4-allyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole.
  • the copolymer X1 may optionally contain at least one (meth) acrylic acid ester (C) containing OH groups. Preference is given to monohydroxy (meth) acrylates.
  • the radicals R 2a are radicals of the general formula - (R 3 -O-) n -H.
  • n is a natural number from 2 to 40.
  • n is 2 to 20 and more preferably 2 to 10.
  • the radicals R 3 are each independently of one another for a divalent, straight-chain or branched alkyl radical having 2 to
  • radicals (R 2a ) which have both 1,2-ethylene and 1,2-propylene radicals, the amount of the ethylene radicals being at least 50%, preferably at least 70% and particularly preferably at least 80%, based on the total number of all radicals R is 3 .
  • R 2a examples include -CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 , -CH 2 -CH (CHS) -O-CH 2 -CH (CH 3 ) OH, -CH 2 -CH ( CHS) -O-CH (CHS) -CH2 OH, - CH (CHs) -CH 2 - 0 CH (CHs) -CH 2 OH or -CH (CHS) -CH 2 -O-CH 2 -CH ( CHS) OH.
  • the radicals R 2b are radicals of the general formula -R 4 - (OH) m .
  • m is a natural number of 1 to 6, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3 and for example 1 or 2.
  • the radical R 4 is an (m + 1) -valent, straight-chain or branched alkyl radical 2 to 10 C-atoms, preferably 2 to 6 C-atoms and more preferably 2 to 4 C-atoms.
  • the alkyl radical is substituted with at least one OH group, with the proviso that no more than one OH group X per C atom is present in R 4 .
  • suitable radicals R 2b having OH groups include linear radicals of the general formula - (CH 2 ) m -OH, such as -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH.
  • radicals R 2b for carrying out the invention are radicals selected from the group of -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH (CH 3 ) -OH, -CH (CHs) -CH 2 -OH or -CH 2 -CH (OH) -CH 2 -OH.
  • At least one of the radicals R 2b is a branched alkyl radical of the general formula - R 5 -CH (R 6 ) OH.
  • R 5 and R 6 each represent a linear or branched alkyl radical having 1 to 8 C atoms, preferably 1 to 6 C atoms and particularly preferably 1 to 4 C atoms, with the proviso that the sum of the C atoms in R 5 and R 6 is not more than 9.
  • R 5 and R 6 are each preferably linear alkyl groups.
  • R 6 is particularly preferably a methyl group. For example, it may be -CH 2 -CH (CHs) -OH.
  • the radicals R 2c are mono- or oligosaccharide radicals, preferably monosaccharide radicals. It can in principle be all kinds of saccharides. Preference is given to using radicals derived from pentoses and hexoses, in particular from hexoses. Examples of suitable monosaccharides include glucose, mannose, galactose, fructose or ribose. Preferably, glucose-derived radicals can be used. They may also be derivatives of the saccharides, for example products resulting from the reduction or oxidation of the saccharides. In particular, these may be sugar acids such as, for example, gluconic acid.
  • the amount of the monomers (C) in the copolymer X1 is 0 to 40% by weight, preferably 1 to 30% by weight.
  • optionally 0 to 30% by weight of at least one further ethylenically unsaturated monomer other than (A), (B) and (C) (D. ) are used. In addition, no other monomers are used.
  • the monomers (D) serve to fine-tune the properties of the copolymer X1.
  • monomers (D) can be used. They are selected by the skilled person depending on the desired properties of the copolymer and further with the proviso that they must be copolymerizable with the monomers (A), (B) and (C).
  • copolymers are preferably monoethylenically unsaturated monomers. In special cases, however, small amounts of monomers having a plurality of polymerizable groups can also be used. As a result, the copolymer can be crosslinked to a small extent.
  • Suitable monomers (D) include in particular aliphatic alkyl esters of (meth) acrylic acid, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate or 2-ethylhexyl (meth) acrylate. Also suitable are vinyl or allyl ethers, e.g.
  • vinyl esters such as vinyl acetate or vinyl propionate. It is also possible to use basic comonomers, for example acrylamide and alkyl-substituted acrylamides.
  • crosslinking monomers include molecules having a plurality of ethylenically unsaturated groups, for example di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate or poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di (meth) acrylate.
  • di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate
  • poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di (me
  • the amount of all monomers (D) used together amounts to 0 to 30% by weight, based on the total amount of the monomers used. Preferably, the amount is 0 to 20 wt.%, Particularly preferably 0 to 10%. If crosslinking monomers (D) are present, their amount should as a rule not exceed 5%, preferably 2% by weight, based on the total amount of all monomers used for the process. It may be, for example, 10 ppm to 1 wt.%.
  • the copolymer X1 contains, in addition to (A), at least one monomer (B). In addition to the monomers (A) and (B), other monomers (C) or (D) are preferably present.
  • the amount of (A) in this embodiment is preferably 60 to 90% by weight and the amount of (B) 10 to 40% by weight.
  • Particularly preferred in this embodiment is a copolymer X1 of acrylic acid and maleic acid or acrylic acid and itaconic acid in the abovementioned amounts.
  • the copolymer X1 contains (A) at least one monomer (B1) and at least one monomer (B2). Further particularly preferred, apart from the monomers (A), (B1) and (B2), no further monomers (D) are present.
  • the amount of (A) in this embodiment is preferably 50 to 90 wt%, the amount of (B1) 5 to 45 wt%, the amount (B2) 5 to 45 wt%, and the amount of (D) 0 up to 20% by weight.
  • Particular preference is given to a copolymer X1 of acrylic acid, maleic acid and vinylphosphonic acid in the abovementioned amounts.
  • the copolymer X1 contains (A) at least one monomer (B2) and at least one monomer (C).
  • the amount of (A) in this embodiment is preferably 20 to 60 wt%, the amount (B2) is 20 to 60 wt%, the amount of (C) is 1 to 40 wt%, and the amount of (D) is 0 up to 20% by weight.
  • Particular preference is given to a copolymer X1 of acrylic acid, vinylphosphonic acid and hydroxyethyl acrylate and / or hydroxypropyl acrylate.
  • the preparation of the polymers X can be carried out by methods known to the person skilled in the art.
  • the copolymers are preferably prepared by free-radical polymerization of the stated components (A), (B) and optionally (C) and / or (D) in aqueous solution. Details for carrying out a radical polymerization are known to the person skilled in the art. Preparation processes for the copolymers X1 are described, for example, in WO 2006/021308 or in WO 2006/1341 16, page 9, line 38 to page 13, line 24.
  • the synthesized copolymers X1 can be isolated from the aqueous solution by conventional methods known to those skilled in the art, for example by evaporation of the solution, spray drying, freeze drying or precipitation. However, the copolymers X1 are preferably not isolated at all from the aqueous solution after the polymerization, but the solutions of the copolymers obtained are - gf. after addition of further additives, used as such for the process according to the invention. In order to facilitate such direct reuse, the amount of aqueous solvent used for the polymerization should be from the beginning so dimensioned that the concentration of the polymer in the solvent is suitable for the application. It can also be first prepared a concentrate, which only on site with water or optionally diluted with other solvent mixtures to the desired concentration.
  • the molecular weight M w (weight average) of the polymers X or copolymers X1 used for the process according to the invention is determined by the person skilled in the art according to the desired application.
  • polymers having a molecular weight M w of 3000 to 1 000 000 g / mol can be used.
  • the formulation used may optionally contain further components via the polymer X and the acid mentioned.
  • the formulation may optionally include metal ions or metal compounds. If metal ions or metal compounds should be present, however, they are preferably formulations which contain no chromium compounds. Furthermore, preferably no metal fluorides or complex metal fluorides should be present.
  • the passivation according to the invention is therefore preferably a chromium-free passivation, more preferably a chromium- and fluoride-free passivation.
  • the metal ions may be metal ions selected from the group of Zn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ or Al 3+ . It is preferably Zn 2+ or Mg 2+ and most preferably Zn 2+ .
  • the preparation next to it preferably does not comprise any further metal ions.
  • the ions may be present as hydrated metal ions, but they may be in the form of dissolved compounds, for example as complex compounds. In particular, the ions may have complex bonds to the acidic groups of the polymer.
  • the amount of metal ions from the group of Zn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ or Al 3+ is from 0.01% by weight to 20% by weight, preferably from 0.5% to 18% by weight and more preferably 1 to 15% by weight, based in each case on the total amount of all polymers X in the formulation.
  • the formulation may further comprise at least one dissolved phosphate ion.
  • phosphate ions can be all types of phosphate ions.
  • they may be orthophosphates or diphosphates. It is clear to the person skilled in the art that in aqueous solution, depending on the pH and concentration, there may be an equilibrium between the different dissociation stages of the ions.
  • the formulation may include methanesulfonate ions. If phosphate ions are present, the metal ions and phosphate ions can preferably be used in the form of soluble salts containing both ions. Examples of such compounds include Zn3 (PO4) 2, ZnHbPO 4, Mg3 (PO4) 2 or Ca (H2PO4) 2, or corresponding hydrates thereof.
  • the metal ions and phosphate ions can also be added separately to one another.
  • the metal ions can be used in the form of the corresponding nitrates, alkanesulfonates or carboxylates, for example acetates
  • the phosphates can be used in the form of phosphoric acid.
  • insoluble or sparingly soluble compounds such as the corresponding carbonates, oxides, oxide hydrates or hydroxides, which are dissolved under the influence of acid.
  • metal ions and methanesulfonate ions may be used together as metal salts of methanesulfonic acid such as Zn (CH 3 SO 3) 2, or else separately in the form of other metal salts and methanesulfonic acid.
  • the amount of phosphate ion and / or methane sulfonate ion in the formulation will be determined by those skilled in the art according to the desired properties of the formulation. If present, it is generally 0.01% by weight to 20% by weight, preferably 0.5 to 25% by weight, particularly preferably 1 to 25% by weight, in each case calculated as orthophosphoric acid and in each case based on the polymers X.
  • the formulation may further contain at least one wax dispersed in the formulation.
  • wax here encompasses both the actual wax and any auxiliary agents which may be used to form a wax dispersion .
  • Waxes for use in aqueous dispersions are known to the person skilled in the art and suitable choices are made Oxydated polyethylene waxes based on fluorinated polyethylene such as PTFE or other polymers based on C, H and F.
  • polyethylene is also intended to include copolymers of ethylene and other monomers, especially other olefins such as propylene.
  • such ethylene copolymers comprise at least 65 weight percent ethylene.
  • the amount of optionally used waxes is determined by the person skilled in the art according to the desired properties of the passivation layer. As a rule, an amount of from 0.01 to 70% by weight, preferably from 0.5 to 25 and particularly preferably from 1 to 10% by weight, based in each case based on the polymer X, has proven useful.
  • Other optional components for the formulation include surface-active compounds, corrosion inhibitors, complexing agents, typical electroplating aids or also other polymers to be distinguished from the polymers X used according to the invention.
  • the person skilled in the art will make an appropriate selection of the possible optional components as well as their quantities depending on the desired application.
  • the amount of optional components in addition to the polymer X should, however, as a rule not be more than 20% by weight, preferably not more than 10% by weight and more preferably not more than 5% by weight, based on the polymers X.
  • the formulations to be used according to the invention can be obtained by simply mixing the components. If waxes are used, they are preferably first dispersed separately in water and mixed as a dispersion with the other components. Such wax dispersions are also commercially available.
  • galvanized steel strips are used, which are passivated by means of a continuous process in a strip coating plant.
  • Galvanized steel strips usually have a thickness of 0.2 to 3 mm and width of 0.5 to 2.5 m. Galvanized steel strips are commercially available for a wide variety of applications. The person skilled in the art selects a suitable steel strip depending on the intended use.
  • galvanized also includes steel strips coated with Zn alloys, which may be hot dip galvanized or electrolytically galvanized steel strips, Zn alloys for coating steel are known to those skilled in the art, depending on the desired application Typical components of zinc alloys include in particular Al, Mg, Pb, Si, Mg, Sn, Cu or Cd, preferably Al or Mg. These may also be Al-Zn alloys
  • the coatings can be substantially homogeneous coatings or also coatings with concentration gradients, furthermore preferably Zn-Mg alloys Zn-Mg alloy coated steel, for example galvanized steel, or it may be galvanized steel which additionally steamed with Mg. As a result, a surface Zn / Mg alloy can arise. It may be unilaterally the double-sided galvanized bands. For both sides galvanized bands both sides or even one side can be passivated by the method according to the invention.
  • a coil coating system is used.
  • the part of the plant in which the strip is coated is shown schematically in Figure 2.
  • the strip coater in addition to the illustrated parts, also includes other common components, such as a device for unwinding the raw steel strip from roll, a device for winding up the coated strip and a drive device for the strip. It may also optionally include other common ingredients, such as cleaning stations.
  • the steel belts can, for example, be driven through the plant at a speed of 30 to 200 m / s, preferably 50 to 150 m / s.
  • the system used comprises two rollers (4) and (4 ') arranged opposite one another. Between the two rollers (4), (4 ') remains a gap (12), which is adjustable in width.
  • one or both rollers may be provided with a corresponding mechanism for adjusting the roller position.
  • the galvanized steel strip is moved in its longitudinal direction through the adjustable gap (12) between the rolls (4), (4 '). The rollers rotate in the direction (2) of the steel strip.
  • the rollers (4), (4 ') can comprise a steel core in a manner known in principle, which has a plastic coating on its outside.
  • a plastic coating may for example consist of EPDM rubber and ground if necessary.
  • Rollers with a harder surface for example those having a Shore A hardness of at least 60, preferably at least 70 and particularly preferably at least 80, have proven particularly suitable for carrying out the process according to the invention.
  • a roll having 90 to 98 Shore A can be used become.
  • the surface roughness of the rolls can be selected by the skilled person depending on the desired result.
  • the drive of the rollers should preferably be controllable independently of the drive of the steel strip.
  • the rollers can also move at a different speed than the belt, so that a certain slip between the steel belt and the rollers (4), (4 ') is adjustable. Due to the adjustability of the gap (12) between the two rolls, the contact pressure of the rolls can be varied.
  • the formulation described for passivation is applied to at least one of the two application rollers (4) and / or (4 ') by means of a suitable application device (10).
  • Figure 2 shows schematically the case that only one side is passivated. Of course, but can also be applied to both rollers so that both sides of the galvanized steel strip can be passivated.
  • the second roller (4 ') on an applicator device (10') This is shown schematically in Figure 3.
  • the type of application device (10) or (10 ') is not limited in this case.
  • the formulation can be sprayed onto the roll by means of suitable nozzles or transferred to the roll by means of a casting device by means of a casting gap.
  • the formulation can also be transferred to the roll via an open application chamber. Suitable constructions of open application chambers are known to those skilled in the field of coating paper or board webs and are shown, for example, in US Pat. Nos. 2,970,564, DE 34 17 487 A1 or DE 37 35 889 A1.
  • It is also a roller applicator, in which the formulation is removed from a storage vessel by means of a suitable scooping roller and transferred directly or via further rollers to the applicator rollers (4), (4 '). Preference is given to processes in which the formulation is applied directly to the rolls (4), (4 ') and is not transferred indirectly via further rolls from the storage vessel to the applicator rolls (4), (4').
  • the recycling of the formulation may, for example, be accomplished by simply recycling excess formulation separated from the squeegee device (11) back into the applicator, or, for example, by collecting the formulation and returning it to the reservoir, for example by pumping.
  • the amount of formulation per unit area transferred to the roller (4) or (4 ') can, of course, be controlled not only by the squeegee device, but optionally also by the setting of the application device (10) and by further parameters, such as the Speed of the application rollers (4) or (4 ').
  • doctoring devices known to the person skilled in the art can be used as the doctoring device.
  • the doctor device may be made of metal, plastic, coated metal, glass or ceramic.
  • the doctor device (11) can be, for example, a doctor blade or a doctor blade. It may be a smooth blade, or the blade may also have notches on its surface.
  • the amount of formulation which is to remain on the roller (4) or (4 '), in the usual manner by adjusting the gap between the doctor blade and the roller (4) or (4') take place.
  • the doctor device (11) or (1 1 ') comprises at least one cylindrical roller doctor rod.
  • Rolling doctor bars are generally known to the person skilled in the art. They usually have a diameter of a few cm, for example 1 to 3 cm, without the invention being restricted thereto.
  • the roller doctor rod is rotatably mounted in a suitable device and is pressed against the roller (4) or (4 '), wherein the contact pressure is preferably adjustable.
  • the roller doctor rod can be rotated by the rotation of the rollers (4), (4 '), but preferably it is actively driven off. As a result, the speeds of the rollers (4) or (4 ') and the roller doctor rod can be adjusted separately so that a certain slip between the roller and the roller doctor rod is adjustable.
  • the roller doctor bar (1 1) or (11 ') can in the same or - if actively driven - also in the opposite direction of rotation to the rollers (4) and (4') run.
  • the roller doctor bar is preferably in close proximity to the application device (11). Examples of corresponding arrangements can be found in US Pat. No. 2,970,564, DE 34 17 487 A1 or DE 37 35 889 A1, without the invention being restricted to these embodiments. It is possible, for example, that the roller doctor rod is arranged so that the polymer formulation is metered from the top side directly into the cavity formed by the applicator roll and the doctor blade, for example by casting or spraying.
  • the adjustment of the amount of formulation which is to remain on the applicator rollers (4) and (4 '), can be done on the nature of the roller doctor rod.
  • the inserted rotary doctor bar comprises a corrugation in the surface, i.
  • the surface of the roller doctor rod is not flat, but has recesses, for example, line-shaped or punctiform depressions.
  • the type of corrugation such as the type, depth and density of the wells
  • the amount of formulation, which should remain on the roller set.
  • a plurality of different rod rods with different corrugation can be provided and, depending on the type of formulation used for passivating, be installed in the band coating system.
  • the roller doctor rod can also be wound with a wire, or it can be a wire spiral.
  • the film on the roller (4) or (4 ') is completely or partially transferred to the galvanized surface on contact with the galvanized surface of the steel strip.
  • the amount of formulation on the applicator roller (4) or (4 ') tion per unit area is in this case advantageously dimensioned such that no bead or at least no substantial bead forms in front of the gap (12). It should be as complete as possible transfer of the film from the roller (4) or (4 ') carried out on the galvanized surface.
  • the quantity is further calculated so that the desired layer thickness for the respective application results. It has proven useful to use an amount of less than 5 g / m 2 of the aqueous formulation, based on an approximately 20% formulation.
  • the aqueous formulation After application of the aqueous formulation, it reacts with the galvanized surface to form hydrogen.
  • the acidic groups of the polymer anchor the polymer to the surface and the detached Zn 2+ ions crosslink the polymer layer.
  • the wet film is finally dried in a running direction (2) of the tape behind the pair of rollers arranged drying device (6).
  • circulating air dryers or RT rockers can be used here.
  • the drying temperature is set by the skilled person depending on the formulation used and the desired properties of the layer. Proves itself has a temperature of 30 to 95 ° C and preferably 40 to 80 0 C, measured as "peak metal temperature".
  • the temperature of the recirculating air in a convection dryer can in this case be of course also be higher.
  • the time from applying the formulation through the rollers (4) or (4 ') and the entry into the dryer, so the reaction time can be influenced by the skilled worker by the belt speed and / or the distance of the dryer from the application point in principle known ,
  • a dried passivation layer remains on the galvanized steel strip.
  • the dry layer thickness can be determined by the person skilled in the art about the applied amount of the formulation by means of the measures already described. The layer thickness depends on the desired properties of the layer.
  • the device used for the method according to the invention may of course comprise further components.
  • the application rollers (4) or (4 ') each have more than one doctor device (1 1).
  • dry layer thicknesses of less than 1 .mu.m, preferably less than 0.6 .mu.m and particularly preferably 0.01 to 0.4 .mu.m can be achieved, which are nevertheless very uniform and have high corrosion resistance exhibit. Due to the high use concentration, the polymer reacts very quickly, so that the acidic polymer virtually no longer reacts and, therefore, no white discoloration of the passivation layer takes place any more.
  • the device consists of two steel rollers running against each other (total diameter 100 mm, length 350 mm), each of which is provided with a rubber pad (hardness 80 Shore A). The rolls are pressed together with a line pressure of about 10-15 N / mm and rotated at a rotational speed of about 25 m / min.
  • a commercially available steel sheet for test purposes (200 mm ⁇ 100 mm) was completely immersed in the above solution for about 1 s and then squeezed off immediately by means of the squeezing device by inserting the sheet into the gap between the two rollers so that it was transported by the rollers through the gap. The rolls had previously been wetted with the polymer solution. After squeezing, the treated sheet is immediately dried for a few seconds in an oven at a PMT (peak metal temperature) of 50 ° C.
  • PMT peak metal temperature
  • the thickness of the polymer layer on the metal after drying was 370 nm.
  • a smooth roller doctor bar (diameter 12 mm) was attached to the upper of the two rollers.
  • the modified device is shown schematically below.
  • the roller doctor rod is held by a holder such that the contact pressure of the roller doctor rod can be changed to the role.
  • the construction of the roller scraper bar is secured against bending.
  • the polymer solution is metered from the top by means of a metering device directly into the gap between the roller doctor blade and the Abpressrolle in such a way that always a small column of liquid between the rollers, the solution on the other hand does not overflow.
  • the pressure between the two rollers and their speed of rotation remained as above.
  • a galvanized steel sheet was inserted into the nip between the two rolls so that it was transported by the rolls through the nip. Subsequently, the sheet was dried as above.

Abstract

The invention relates to a continuous method for passivating zinc-plated steel strips using acidic aqueous formulations that comprise at least one water-soluble polymer containing acidic groups.

Description

Verfahren zum Beschichten von verzinkten Stahlbändern mit wässrigen Formulierungen saurer Polymere Process for coating galvanized steel strips with aqueous formulations of acidic polymers
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Passivieren verzinkter Stahlbänder mit sauren wässrigen Formulierungen, welche mindestens ein wasserlösliches, saure Gruppen umfassendes Polymer umfassen.The invention relates to a continuous process for passivating galvanized steel strips with acidic aqueous formulations comprising at least one water-soluble polymer comprising acidic groups.
Zur Herstellung von flächigen Werkstücken aus Stahl, wie beispielsweise Automobilteilen, Karosserieteilen, Geräteverkleidungen, Fassadenverkleidungen, Deckenverkleidungen oder Fensterprofilen werden als Rohmaterial heutzutage üblicherweise lange Stahlbänder eingesetzt, die durch Heißwalzen und/oder Kaltwalzen von Stahlblöcken hergestellt und zum Lagern und Transportieren zu Rollen (so genannten „Coils") auf- gewickelt werden. Die Stahlbänder können anschließend zerteilt und zu den gewünschten Formteilen verarbeitet werden.For the production of sheet-like workpieces made of steel, such as automotive parts, body parts, equipment panels, cladding, ceiling panels or window profiles are used today as raw material usually long steel strips produced by hot rolling and / or cold rolling of steel blocks and for storing and transporting to roles (so-called The steel strips can then be cut up and processed into the desired shaped parts.
Die Stahlbänder werden in der Regel mittels geeigneter Maßnahmen vor Korrosion geschützt. Hierbei handelt es sich im Regelfalle um mehrstufige Prozesse. In einem ersten Schritt werden die Stahlbänder üblicherweise mit Zink oder Zinklegierungen beschichtet. Die Wirkung von Zink beruht einerseits darauf, dass es unedler ist als Stahl und deshalb zunächst selbst korrodiert. Die Stahloberfläche bleibt unversehrt, solange sie noch durchgehend mit Zink bedeckt ist. Weiterhin bildet sich in Gegenwart von Luftsauerstoff auf der Oberfläche von Zn oder Zn-Legierungen eine dünne Oxid- schicht aus, die den korrosiven Angriff auf das darunter liegende Metall je nach den äußeren Bedingungen mehr oder weniger verlangsamt.The steel strips are usually protected by suitable measures against corrosion. These are generally multilevel processes. In a first step, the steel strips are usually coated with zinc or zinc alloys. The effect of zinc is based on the one hand, that it is less noble than steel and therefore first itself corroded. The steel surface remains intact as long as it is still covered with zinc throughout. Furthermore, in the presence of atmospheric oxygen on the surface of Zn or Zn alloys, a thin oxide layer is formed, which more or less slows down the corrosive attack on the underlying metal, depending on the external conditions.
Um die schützende Wirkung einer solchen Oxidschicht zu verstärken, werden die Zn- Oberflächen im Regelfalle einer zusätzlichen Passivierungsbehandlung unterzogen. Im Zuge einer derartigen- Behandlung löst sich ein Teil des zu schützenden Metalls auf, und wird zumindest teilweise in einen Film auf der Metalloberfläche eingebaut. Anstelle des Begriffs „Passivierungsschicht" werden auch die Begriffe „Konversionsschicht", „Nachbehandlungsschicht" oder „Vorbehandlungsschicht" synonym verwendet.In order to enhance the protective effect of such an oxide layer, the Zn surfaces are usually subjected to an additional passivation treatment. In the course of such treatment, a portion of the metal to be protected dissolves, and is at least partially incorporated into a film on the metal surface. Instead of the term "passivation layer", the terms "conversion layer", "aftertreatment layer" or "pretreatment layer" are also used interchangeably.
Es ist bekannt, eine derartige Passivierung durch Behandlung der verzinkten Stahloberfläche mit sauren Cr(VI) und/oder Cr(lll)-Lösungen vorzunehmen. Zunehmend kommen hierzu aber auch chromfreie Formulierungen zum Einsatz, z.B. phosphathalti- ge Formulierungen oder auch Formulierungen, welche verschiedene Polymere enthalten.It is known to perform such a passivation by treating the galvanized steel surface with acidic Cr (VI) and / or Cr (III) solutions. Increasingly, chromium-free formulations are also used for this purpose, e.g. phosphate-containing formulations or formulations containing various polymers.
Eine wichtige Klasse von Polymeren, welche in Formulierungen für Passivierungsbe- handlungen eingesetzt werden können, sind stark saure, wasserlösliche Polymere, wie beispielsweise Polyacrylsäure oder Copolymere von Acrylsäure mit anderen Monomeren, insbesondere anderen sauren Monomeren wie Vinylphosphonsäure, Maleinsäure oder Itaconsäure. Die Verwendung derartiger Polymere zur Passivierung ist beispielsweise in WO 2004/074372, WO 2005/042801 , WO 2006/021308, 2006/021309, WO 2006/1341 16, WO 2006/1341 17 oder WO 2006/134118 offenbart. Die Polymere bilden jeweils den Hauptbestandteil der Formulierungen, insbesondere sind weitere Säuren wie beispielsweise Phosphorsäure wenn überhaupt nur in geringen Mengen in der Formulierung vorhanden. Im Zuge der Passivierung werden durch die Säuregruppen des Polymers Zink sowie ggf. weitere Metalle unter Wasserstoffbildung von der Oberfläche abgelöst. Die gebildeten Zinkionen scheiden sich einerseits wieder auf der Oberfläche ab, können aber auch über Komplexbildung mit den Säuregruppen des Polymers sowie ggf. anderen funktionellen Gruppen des Polymers die Polymerschicht vernetzen, so dass eine sehr dichte Passivierungsschicht erhalten wird.An important class of polymers which can be used in formulations for passivation treatments are strongly acidic, water-soluble polymers, such as for example, polyacrylic acid or copolymers of acrylic acid with other monomers, in particular other acidic monomers such as vinylphosphonic acid, maleic acid or itaconic acid. The use of such polymers for passivation is disclosed, for example, in WO 2004/074372, WO 2005/042801, WO 2006/021308, 2006/021309, WO 2006/1341 16, WO 2006/1341 17 or WO 2006/134118. The polymers in each case form the main constituent of the formulations, in particular further acids, for example phosphoric acid, are present in the formulation only in small amounts, if at all. In the course of passivation, the acid groups of the polymer dissolve zinc and possibly other metals with hydrogen formation from the surface. The zinc ions formed on the one hand re-deposit on the surface, but can also crosslink the polymer layer via complex formation with the acid groups of the polymer and optionally other functional groups of the polymer, so that a very dense passivation layer is obtained.
Die Passivierung von verzinkten Stahlbändern wird üblicherweise mittels eines kontinuierlichen Verfahrens vorgenommen, was schematisch in Abbildung (1) dargestellt ist. Ein verzinktes Stahlband (1 ) wird mittels Antriebsrollen (nicht gezeigt) in Richtung (2) bewegt. Mittels einer Sprühstation (3) wird die Formulierung zum Passivieren auf das Stahlband aufgesprüht und bildet einen feuchten Film (7). Mittels zweier Abquetsch- walzen (4) und (4') wird überschüssige Behandlungslösung abgequetscht. Es entsteht ein dünner, feuchter Film (8), der schließlich in einem Trockner (6) getrocknet wird. Man erhält ein verzinktes Stahlband mit Passivierungsschicht (9). Die abgequetschte Formulierung kann aufgefangen (5) und erneut zur Beschichtung verwendet werden.The passivation of galvanized steel strips is usually carried out by means of a continuous process, which is shown schematically in Figure (1). A galvanized steel strip (1) is moved by means of drive rollers (not shown) in the direction (2). By means of a spray station (3), the formulation is sprayed onto the steel strip for passivation and forms a moist film (7). By means of two squeezing rollers (4) and (4 '), excess treatment solution is squeezed off. The result is a thin, damp film (8), which is finally dried in a dryer (6). This gives a galvanized steel strip with passivation layer (9). The squeezed formulation can be collected (5) and used again for coating.
Dieses Verfahren weist beim Passivieren mit Formulierungen stark saurer, wasserlöslicher Polymere eine Reihe von Nachteilen auf: Um ein zufrieden stellendes Passivie- rungsergebnis zu erreichen, sollten die sauren Polymere in Konzentrationen von mindestens 10 Gew. % bezüglich der eingesetzten Formulierung eingesetzt werden. Bei geringeren Konzentrationen ist der pH-Wert der Formulierungen zu hoch, so dass kein hinreichend schneller Säureangriff auf die Zinkoberfläche erfolgen kann, und es werden qualitativ schlechtere Passivierungsschichten erhalten. Weiterhin können nach dem Aufbringen der Passivierungsschicht noch nicht umgesetzte saure Gruppen im Laufe der Zeit nachreagieren, wodurch es zu einer Weißverfärbung der Passivierungsschicht (so genanntes „staining") kommen kann. Eine derartige Verfärbung ist höchst unerwünscht.This process has a number of disadvantages when passivated with formulations of strongly acidic, water-soluble polymers. To achieve a satisfactory passivation result, the acidic polymers should be used in concentrations of at least 10% by weight with respect to the formulation used. At lower concentrations, the pH of the formulations is too high so that a sufficiently rapid acid attack on the zinc surface can not take place and poorer passivation layers are obtained. Furthermore, after the application of the passivation layer, unreacted acidic groups may subsequently react further over time, which may result in white discoloration of the passivation layer (so-called "staining") .Such discoloration is highly undesirable.
Formulierungen mit mehr als 10 Gew. % stark saurer, wasserlöslicher Polymere weisen eine deutlich höhere Viskosität auf als Formulierungen, welche überwiegend niedermolekulare Komponenten enthalten, wie beispielsweise übliche Formulierungen auf Cr(VI)-, Cr(III)- oder Phosphorsäurebasis. Bei der Verwendung derartiger, hochviskoser Formulierungen bildet sich vor der Abquetschwalze (Abb. 1 , (4)) ein Wulst (8) aus. Die Ausbildung eines Wulstes ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verknüpft: Da die Aufenthaltszeit einzelner Polymermoleküle im Wulst nicht konstant sondern statistisch verteilt ist, verläuft die Passivierungsreaktion im Wulst unkontrolliert. Durch die Reaktion mit der Zinkoberfläche pegelt sich zunehmend Zink im Wulst auf. Da Zink über die Komplexbildung mit den Säuregruppen des Polymers die Polymerformulierung zunehmend vernetzt, ändert sich die Viskosität der Formulierung im Wulst. Außerdem wird die abgequetschte Formulierung mit Zink verunreinigt, wodurch sie schließlich nicht mehr wiederverwendet werden kann. Aufgrund der Viskosität im Wulst besteht auch zunehmend die Gefahr, dass Luftblasen entstehen, welche beim Passieren der Abquetschwalzen dazu führen, dass manche Stellen auf der Bandoberfläche nicht mehr von einer Passivierungsschicht bedeckt sind. Aufgrund der genannten Bedingungen ist es sehr schwierig, dünne homogene Passivierungsschichten aufzubringen, welche einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Die Trockenfilmdicke der gebildeten Passivierungsschichten beträgt bei der dargestellten Verfahrenstechnik in aller Regel mehr als 1 μm, wobei die Dicke auch durch härtere Walzen kaum zu verringern ist.Formulations containing more than 10% by weight of strongly acidic, water-soluble polymers have a significantly higher viscosity than formulations which contain predominantly low molecular weight components, for example customary formulations based on Cr (VI), Cr (III) or phosphoric acid. When using such highly viscous formulations, a bead (8) is formed in front of the squeeze roller (FIG. 1, (4)). However, the formation of a bead is associated with a number of disadvantages: Since the residence time of individual polymer molecules in the bead is not constant but statistically distributed, the passivation reaction in the bead is uncontrolled. As a result of the reaction with the zinc surface, zinc increasingly settles in the bead. Since zinc increasingly cross-links the polymer formulation via complex formation with the acid groups of the polymer, the viscosity of the formulation changes in the bead. In addition, the squeezed-out formulation becomes contaminated with zinc, which ultimately can not be reused. Due to the viscosity in the bead, there is also an increasing danger that air bubbles will form which, when passing through the squeeze rolls, cause some areas on the strip surface to no longer be covered by a passivation layer. Due to the conditions mentioned, it is very difficult to apply thin homogeneous passivation layers, which ensure good corrosion protection. The dry film thickness of the formed passivation layers is in the illustrated process engineering usually more than 1 micron, the thickness is hard to reduce even by harder rolls.
Im Bereich der Bandbeschichtung mit Lacken sind Mehrwalzensysteme zum Aufbringen mit 2, 3 oder mehr Walzen zum Aufbringen des Lackes bekannt (siehe beispielsweise „Bandbeschichtung" in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Seite 55, Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York, 1998). Derartige Mehrwalzensysteme sind aber sehr aufwändig und teuer.In the area of coating with lacquers, multi-roll systems for application with 2, 3 or more rolls for applying the lacquer are known (see, for example, "coil coating" in Rompp Lexikon Lacke und Druckfarben, page 55, Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York, 1998) Multi-roll systems are very complex and expensive.
Im Bereich der Papierbeschichtung sind Vorrichtungen bekannt, mit denen man Papierstreichmassen, wie beispielsweise Klebeschichten, auf eine Beschichtungswalze aufbringt und noch vor dem Kontaktieren mit dem Papier mittels einer geeigneten Rakelvorrichtung überschüssiges Material abrakelt. Beispielhaft sei auf DE 37 35 889 A1 , DE 198 00 955 A1 oder US 2,970,564 verwiesen. Die Verwendung derartiger Techniken zur Passivierung von verzinkten Stahlbändern mit Formulierungen stark saurer Polymere war bislang nicht bekannt.In the field of paper coating devices are known, with which one applies paper coating slips, such as adhesive layers, on a coating roller and even before contacting the paper by means of a suitable squeegee device scraps off excess material. For example, reference is made to DE 37 35 889 A1, DE 198 00 955 A1 or US Pat. No. 2,970,564. The use of such techniques for the passivation of galvanized steel strips with formulations of strongly acidic polymers has not hitherto been known.
Aufgabe der Erfindung war es, ein kontinuierliches Verfahren zum Passivieren von verzinkten Stahlbändern mit wässrigen Formulierungen stark saurer, wasserlöslicher Polymere bereitzustellen, bei dem auch Formulierungen mit mindestens 10 Gew. % Polymeren zufriedenstellend zu dünnen Passivierungsschichten verarbeitet werden können. Hierbei sollte es sich um eine möglichst einfache Verfahrenstechnik handeln, mit der auch vorhandene Anlagen zur Passivierung von verzinkten Stahlbändern leicht nachrüstbar sind.The object of the invention was to provide a continuous process for passivating galvanized steel strips with aqueous formulations of strongly acidic, water-soluble polymers, in which formulations with at least 10% by weight of polymers can be processed satisfactorily into thin passivation layers. It should be as simple as possible process technology with which existing systems for passivation of galvanized steel strips can be easily retrofitted.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich aus dem Bereich der Papier- und Kartonbahnbeschichtung bekannte Techniken auch zum Aufbringen von Passivierungsschichten auf verzinkte Stahlbänder eignen. Hierdurch lassen sich auch sehr dünne Passivierungsschichten mit hoher Qualität aufbringen. Dementsprechend wurde ein kontinuierliches Verfahren zum Passivieren von verzinkten Stahlbändern gefunden mit einer sauren wässrigen Formulierung umfassend mindestens ein wasserlösliches, saure Gruppen umfassendes Polymer X, wobeiSurprisingly, it has been found that known techniques from the field of paper and board web coating are also suitable for applying passivation layers to galvanized steel strips. As a result, it is also possible to apply very thin passivation layers of high quality. Accordingly, a continuous process has been found for passivating galvanized steel strips with an acidic aqueous formulation comprising at least one water-soluble, acidic group-containing polymer X, wherein
• das Polymer X mindestens 0,6 mol Säuregruppen / 100 g des Polymers aufweist,The polymer X has at least 0.6 mol of acid groups / 100 g of the polymer,
• der pH-Wert der Formulierung nicht mehr als 5 beträgt, und• the pH of the formulation is not more than 5, and
• die Menge aller Polymere X zusammen 10 bis 30 Gew. % bezogen auf die Menge aller Komponenten der Formulierung beträgt,The amount of all polymers X together amounts to 10 to 30% by weight, based on the amount of all components of the formulation,
und das verzinkte Stahlband in seiner Längsrichtung durch einen verstellbaren Spalt (12) zwischen zwei sich in Laufrichtung (2) des Stahlbandes drehenden, gegenüber angeordneten Walzen (4), (4') bewegt wird, und wobeiand the galvanized steel strip is moved in its longitudinal direction through an adjustable gap (12) between two opposing rolls (4), (4 ') rotating in the running direction (2) of the steel strip, and wherein
die saure wässrige Formulierung auf mindestens eine der beiden Walzen mittels einer Auftragsvorrichtung (10) aufgetragen wird und in Drehrichtung der Walze zwischen der Auftragsvorrichtung (10) und dem Spalt (12) mindestens eine Rakelvorrichtung (1 1 ) angeordnet ist, mit der durch Abtrennung überschüssiger Formulierung die Menge der wässrigen Formulierung pro Flächeneinheit der Walze einstellbar ist, the acidic aqueous formulation of at least one of the two rolls by means of an applicator device (10) is applied and in the direction of rotation of the roll between the applicator device (10) and the gap (12) at least one doctor blade device (1 1) is arranged, with the by separation excess formulation, the amount of aqueous formulation per unit area of the roll is adjustable,
der auf der Walze befindliche Film beim Kontakt mit der verzinkten Oberfläche des Stahlbandes ganz oder teilweise auf die verzinkte Oberfläche übertragen wird, und the film on the roller is completely or partially transferred to the galvanized surface on contact with the galvanized surface of the steel strip, and
der feuchte Film in einer in Laufrichtung (2) des Bandes hinter dem Walzenpaar angeordneten Trockenvorrichtung (6) getrocknet wird. The dried film is dried in a drying device (6) arranged behind the pair of rollers in the running direction (2) of the belt.
Verzeichnis der Abbildungen:List of pictures:
Abb. 1 : Schematische Darstellung eines Passivierungsverfahrens gemäß Stand der TechnikFig. 1: Schematic representation of a passivation process according to the prior art
Abb. 2: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Passivierungsverfahrens für den Fall einer einseitigen PassivierungFig. 2: Schematic representation of the passivation process according to the invention for the case of a one-sided passivation
Abb. 3: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Passivierungsverfahrens für den Fall einer beidseitigen Passivierung Zu der Erfindung ist im Einzelnen das Folgende auszuführen:Fig. 3: Schematic representation of the passivation process according to the invention for the case of a passivation on both sides More specifically, the following is to be accomplished for the invention:
Zur Passivierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine saure wässrige Formulierung eingesetzt, welche mindestens ein wasserlösliches, saure Gruppen um- fassendes Polymer X umfasst. Bei den eingesetzten Polymeren X kann es sich um Homopolymere oder um Copolymere handeln. Selbstverständlich können auch Gemische mehrerer verschiedener Polymere X eingesetzt werden.For passivation by means of the process according to the invention, an acidic aqueous formulation is used which comprises at least one water-soluble, acid group-comprising polymer X. The polymers X used may be homopolymers or copolymers. Of course, mixtures of several different polymers X can be used.
Als Lösemittel umfasst die Formulierung bevorzugt nur Wasser. Sie kann daneben noch mit Wasser mischbare organische Lösemittel in geringen Mengen umfassen. Beispiele umfassen Monoalkohole wie Methanol, Ethanol oder Propanol, höhere Alkohole wie Ethylenglykol oder Polyetherpolyole, Etheralkohole wie Butylglykol oder Methoxy- propanol und N-Methylpyrrolidon. Im Regelfalle beträgt die Menge des Wassers aber mindestens 80 Gew. %, bevorzugt mindestens 90 Gew. % und ganz besonders bevor- zugt mindestens 95 Gew. %. Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Gesamtmenge aller Lösemittel.As a solvent, the formulation preferably comprises only water. It may also comprise water-miscible organic solvents in small quantities. Examples include monoalcohols such as methanol, ethanol or propanol, higher alcohols such as ethylene glycol or polyether polyols, ether alcohols such as butyl glycol or methoxypropanol and N-methylpyrrolidone. As a rule, however, the amount of water is at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight and very particularly preferably at least 95% by weight. The data refer to the total amount of all solvents.
Erfindungsgemäß weisen die eingesetzten Polymere X mindestens 0,6 mol Säuregruppen / 100 g des Polymers auf. Diese Mengenangabe beziehen sich auf die freien Säuregruppen. Bevorzugt weisen die Polymere mindestens 0,9 mol Säuregruppen / 100 g auf, besonders bevorzugt mindestens 1 mol / 100 g und ganz besonders bevorzugt mindestens 1 ,2 mol / 100g.According to the invention, the polymers X used have at least 0.6 mol of acid groups / 100 g of the polymer. This quantity refers to the free acid groups. The polymers preferably have at least 0.9 mol of acid groups / 100 g, more preferably at least 1 mol / 100 g and very particularly preferably at least 1.2 mol / 100 g.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Formulierung umfasst 10 bis 30 Gew. %, bevorzugt 12 bis 30 Gew. %, besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew. % und ganz besonders bevorzugt 18 bis 28 Gew. % der Polymere X, bezogen auf die Menge aller Komponenten der Formulierung (einschließlich der Lösemittel).The formulation used according to the invention comprises 10 to 30% by weight, preferably 12 to 30% by weight, more preferably 15 to 30% by weight and most preferably 18 to 28% by weight of the polymers X, based on the amount of all components of the formulation (including the solvents).
Der Begriff wasserlöslich im Sinne dieser Erfindung soll bedeuten, dass das oder die eingesetzten Polymere X homogen wasserlöslich sind. Wässrige Dispersionen von vernetzten Polymerpartikeln an sich wasserunlöslicher Polymere als Polymer X gehören nicht zum Umfange dieser Erfindung. Bevorzugt sollten die eingesetzten Polymere X lückenlos mit Wasser mischbar sein. Sie müssen aber zumindest in einem solchen Maße wasserlöslich sein, dass die genannten Konzentrationen in der Formulierung erreicht werden können.The term water-soluble in the context of this invention is intended to mean that the polymer or polymers X used are homogeneously water-soluble. Aqueous dispersions of crosslinked polymer particles of water-insoluble polymers as polymer X do not belong to the scope of this invention. Preferably, the polymers used X should be completely miscible with water. However, they must be water-soluble at least to such an extent that the stated concentrations in the formulation can be achieved.
Die eingesetzte Formulierung weist einen pH-Wert von nicht mehr als 5 auf, insbesondere einen pH-Wert von 0,5 bis 5, bevorzugt 1 ,5 bis 3,5. Der pH-Wert der Zubereitung hängt naturgemäß von der Art und Konzentration der erfindungsgemäß verwendeten Polymere X ab. Er kann noch durch weitere basische oder saure Komponenten in der Formulierung beeinflusst werden. So kann die eingesetzte Formulierung neben den sauren Polymeren noch anorganische oder organische Säuren oder Mischungen davon enthalten. Die Auswahl derartiger Säure ist nicht begrenzt, vorausgesetzt, es treten keine negativen Effekte zusammen mit den anderen Komponenten der Formulierung auf. Der Fachmann trifft eine entsprechende Auswahl. Beispiele geeigneter Säuren umfassen Phosphorsäure, Phosphonsäure oder organische Phosphonsäuren wie 1-Hydroxyethan-1 ,1-diphos- phonsäure (HEDP), 2-Phos-phonobutan-1 ,2,4-tricarbonsäure (PBTC), Aminotri(me- thylenphosphonsäure) (ATMP), Ethylendiamintetra(methylenphosphonsäure) (EDTMP) oder Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure) (DTPMP), Sulfonsäuren wie Me- thansulfonsäure, Amidosulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, m-Nitrobenzolsulfonsäure und Derivate davon, Salpetersäure, Ameisensäure oder Essigsäure. Bevorzugt sind phosphorhaltige Säuren wie H3PO4, Phosphonsäure die genannten organischen Phosphonsäuren, HNO3 oder Methansulfonsäure. Bevorzugt kann es sich um H3PO4 oder eine andere phosphorhaltige Säure handeln.The formulation used has a pH of not more than 5, in particular a pH of 0.5 to 5, preferably 1, 5 to 3.5. The pH of the preparation naturally depends on the type and concentration of the polymers X used according to the invention. It can still be influenced by other basic or acidic components in the formulation. Thus, in addition to the acidic polymers, the formulation used may also contain inorganic or organic acids or mixtures thereof. The choice of such acid is not limited, provided that there are no adverse effects along with the other components of the formulation. The skilled person makes a corresponding selection. Examples of suitable acids include phosphoric acid, phosphonic acid or organic phosphonic acids, such as 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonic acid (HEDP), 2-phosphono-1-butan-1, 2,4-tricarboxylic acid (PBTC), aminotri (methylenephosphonic acid) ( ATMP), ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) (EDTMP) or diethylenetriaminepenta (methylenephosphonic acid) (DTPMP), sulphonic acids such as methanesulphonic acid, amidosulphonic acid, p-toluenesulphonic acid, m-nitrobenzenesulphonic acid and derivatives thereof, nitric acid, formic acid or acetic acid. Phosphorus-containing acids such as H 3 PO 4, phosphonic acid are preferably the organic phosphonic acids mentioned, HNO 3 or methanesulfonic acid. It may preferably be H3PO4 or another phosphorus-containing acid.
Die Acidität der eingesetzten Formulierung sollte aber im Wesentlichen durch die Säuregruppen des Polymers hervorgerufen werden. Die Menge an zusätzlichen Säuren neben den Polymeren X in der Formulierung sollte daher in der Regel 50 Gew. % bezüglich der Menge aller Polymere X in der Formulierung zusammen nicht überschrei- ten. Bevorzugt sollten 30 Gew. %, besonders bevorzugt 20 Gew. % und ganz besonders bevorzugt 10 Gew. % nicht überschritten werden. In einer zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind keine zusätzlichen Säuren vorhanden.However, the acidity of the formulation used should be essentially due to the acid groups of the polymer. The amount of additional acids in addition to the polymers X in the formulation should therefore as a rule not exceed 50% by weight with respect to the amount of all polymers X in the formulation together. Preference should be given to 30% by weight, particularly preferably 20% by weight and most preferably 10% by weight are not exceeded. In a second, particularly preferred embodiment of the invention, no additional acids are present.
Die Säuregruppen des Polymers X sollten bevorzugt als freie Säuregruppen vorliegen. Sie können jedoch auch in geringem Maße mittels Basen, wie beispielsweise Ammoniak, Amine, Aminoalkohole oder Alkalimetallhydroxiden neutralisiert werden. Eine derartige teilweise Neutralisierung kann zur pH-Anpassung vorgenommen werden. Sie kann sich aber auch zwangsläufig im Zuge der Herstellung des Polymers ergeben. Es ist dem Fachmann beispielsweise bekannt, dass es notwendig sein kann, im Zuge derThe acid groups of the polymer X should preferably be present as free acid groups. However, they can also be neutralized to a slight extent by bases such as ammonia, amines, amino alcohols or alkali metal hydroxides. Such partial neutralization can be done for pH adjustment. But it can also inevitably result in the course of the production of the polymer. It is known to the skilled person, for example, that it may be necessary in the course of
Herstellung von säuregruppenreichen Polymeren einen Teil der Säuregruppen zu neutralisieren, um einen Einbau der Monomere in das Polymer zu forcieren.Preparation of acid group-rich polymers to neutralize a portion of the acid groups to force incorporation of the monomers into the polymer.
Der Neutralisationsgrad sollte aber keineswegs zu hoch sein, um einen guten Säure- angriff auf die Zinkoberfläche zu gewährleisten. Im Regelfalle sollten daher nicht mehr als 25 mol % der im Polymer X vorhanden Säuregruppen neutralisiert sein, bevorzugt nicht mehr als 20 mol % und besonders bevorzugt nicht mehr als 12 mol %.The degree of neutralization should, however, by no means be too high to ensure good acid attack on the zinc surface. As a rule, therefore, not more than 25 mol% of the acid groups present in the polymer X should be neutralized, preferably not more than 20 mol% and particularly preferably not more than 12 mol%.
Die sauren Gruppen der Polymere X werden in der Regel aus der Gruppe von Carbo- xylgruppen, Sulfonsäuregruppen, Phosphor- oder Phosphonsäuregruppen ausgewählt. Bevorzugt handelt es sich um Carboxylgruppen, Phosphor- oder Phosphonsäuregrup- pen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem eingesetzten Polymer X um ein Copolymer aus mindestens zwei verschiedenen säuregruppenhaltigen Monomeren.The acidic groups of the polymers X are generally selected from the group of carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric or phosphonic acid groups. They are preferably carboxyl groups, phosphoric or phosphonic acid groups. pen. With particular preference, the polymer X used is a copolymer of at least two different acid group-containing monomers.
Besonders bevorzugt werden zur Ausführung der Erfindung Homo- oder Copolymere eingesetzt, welche (Meth)acrylsäureeinheiten umfassen.Particularly preferred for carrying out the invention homo- or copolymers are used which comprise (meth) acrylic acid units.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Polymer X um eines oder mehrere wasserlösliche Copolymere X1 aus (Meth)- acrylsäureeinheiten (A) und davon verschiedenen monoethylenisch ungesättigten Mo- nomeren mit sauren Gruppen (B). Optional können weiterhin OH-Gruppen aufweisende (Meth)acrylsäureester (C) und/oder weitere Monomere (D) als Baueinheiten vorhanden sein. Darüber hinaus sind keine weiteren Monomere vorhanden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the polymer X is one or more water-soluble copolymers X1 of (meth) acrylic acid units (A) and different monoethylenically unsaturated monomers with acidic groups (B). Optionally, OH-containing (meth) acrylic acid esters (C) and / or further monomers (D) may also be present as structural units. In addition, no further monomers are present.
Die Menge an (Meth)acrylsäure (A) im Copolymer X1 beträgt 30 bis 90 Gew. %, bevor- zugt 40 bis 80 Gew. % und besonders bevorzugt 50 bis 70 Gew. %, wobei diese Angabe auf die Summe aller Monomere im Polymer bezogen ist.The amount of (meth) acrylic acid (A) in copolymer X1 is from 30 to 90% by weight, preferably from 40 to 80% by weight and more preferably from 50 to 70% by weight, this information based on the sum of all monomers in the polymer is related.
Bei dem Monomer (B) handelt es sich um mindestens ein von (A) verschiedenes, aber mit (A) copolymerisierbares, monoethylenisch ungesättigtes Monomer, welches eine oder mehrere saure Gruppen aufweist. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene Monomere (B) eingesetzt werden.The monomer (B) is at least one monoethylenically unsaturated monomer other than (A) but copolymerizable with (A) which has one or more acidic groups. Of course, several different monomers (B) can be used.
Bei den sauren Gruppen kann es sich bevorzugt um eine Gruppe ausgewählt aus der Gruppe von Carboxylgruppen, Phosphorsäuregruppen, Phosphonsäuregruppen oder Sulfonsäuregruppen handeln. Bevorzugt handelt es sich um eine Gruppe ausgewählt aus der Gruppe von Carboxylgruppen, Phosphorsäuregruppen oder Phosphonsäuregruppen.The acidic groups may preferably be a group selected from the group of carboxyl groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups or sulfonic acid groups. It is preferably a group selected from the group of carboxyl groups, phosphoric acid groups or phosphonic acid groups.
Beispiele derartiger Monomere umfassen Crotonsäure, Vinylessigsäure, Ci - C4 HaIb- ester monoethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren, Styrolsulfonsäure, Vinylsulfon- säure, Allylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methyl-1-propansulfonsäure (AMPS), Vinyl- phosphonsäure, Phosphorsäuremonovinylester, Maleinsäure, Fumarsäure oder Ita- consäure.Examples of such monomers include crotonic acid, vinylacetic acid, C 1 -C 4 -halocid esters of monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids, styrenesulfonic acid, vinylsulfonic acid, allylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), vinylphosphonic acid, monovinyl phosphonate, maleic acid, Fumaric acid or itaconic acid.
Die Menge der Monomere (B) im Copolymer X1 beträgt 10 bis 70 Gew. %, bevorzugt 20 bis 60 Gew. %, und besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew. %, jeweils bezogen auf die Summe aller Monomere im Polymer.The amount of monomers (B) in the copolymer X1 is 10 to 70 wt.%, Preferably 20 to 60 wt.%, And particularly preferably 30 to 50 wt.%, Each based on the sum of all monomers in the polymer.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Monome- ren (B) um monoethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen (B1) und/oder monoethylenisch ungesättigte Phosphor- und/oder Phosphonsäu- ren (B2). Beispiele für Monomere (B1 ) umfassen Maleinsäure, Fumarsäure, Methylfumarsäure, Methylmaleinsäure, Dimethylmaleinsäure, Methylenmalonsäure oder Itaconsäure. Die Monomere können gegebenenfalls auch in Form der entsprechenden cyclischen Anhydride eingesetzt werden. Bevorzugt sind Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, besonders bevorzugt sind Maleinsäure bzw. Maleinsäureanhydrid.In a preferred embodiment of the invention, the monomers (B) are monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids having 4 to 7 carbon atoms (B1) and / or monoethylenically unsaturated phosphoric and / or phosphonic acids (B2). Examples of monomers (B1) include maleic acid, fumaric acid, methyl fumaric acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, methylenemalonic acid or itaconic acid. If appropriate, the monomers can also be used in the form of the corresponding cyclic anhydrides. Preference is given to maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, particularly preferably maleic acid or maleic anhydride.
Beispiele für Monomere (B2) umfassen Vinylphosphonsäure, Phosphorsäuremonovi- nylester, Allylphosphonsäure, Phosphorsäuremonoallylester, 3-Butenylphosphonsäure, Phosphorsäure(mono-3-butenyl)ester, Phosphorsäuremono-(4-vinyloxybutyl)ester, Acrylsäure(phosphonoxyethyl)ester, Methacrylsäure(phosphonoxyethyl)ester, Phosphorsäure mono-(-2-hydroxy-3-vinyloxy-propyl)ester, Phosphorsäuremono-(1 -phospho- noxymethyl-2-vinyloxy-ethyl)-ester, Phosphorsäuremono-(3-allyloxy-2-hydroxypropyl)- ester, Phosphorsäure mono-2-(allylox-1-phosphonoxymethyl-ethyl)ester, 2-Hydroxy-4- vinyloxymethyl-1 ,3,2-dioxaphosphol, 2-Hydroxy-4-allyloxymethyl-1 ,3,2-dioxaphosphol. Bevorzugt handelt es sich um Vinylphosphonsäure, Phosphorsäuremonovinylester oder Allylphosphonsäure, besonders bevorzugt ist Vinylphosphonsäure.Examples of monomers (B2) include vinylphosphonic acid, phosphoric acid monovinyl ester, allylphosphonic acid, phosphoric acid monoallylester, 3-butenylphosphonic acid, mono (3-butenyl) phosphoric acid, (4-vinyloxybutyl) phosphoric acid, phosphonoxyethyl acrylate, methacrylic acid (phosphonoxyethyl) esters, mono (- 2-hydroxy-3-vinyloxypropyl) phosphoric acid, phosphoric acid mono- (1-phosphonoxymethyl-2-vinyloxy-ethyl) esters, phosphoric mono (3-allyloxy-2-hydroxypropyl) esters , Mono-2- (allylox-1-phosphonoxymethyl-ethyl) phosphoric acid, 2-hydroxy-4-vinyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole, 2-hydroxy-4-allyloxymethyl-1,3,2-dioxaphosphole. Preference is given to vinylphosphonic acid, phosphoric acid monovinyl ester or allylphosphonic acid, particularly preferably vinylphosphonic acid.
Das Copolymer X1 kann darüber hinaus optional mindestens einen OH-Gruppen aufweisenden (Meth)acrylsäureester (C) enthalten. Bevorzugt handelt es sich um Mono- hydroxy(meth)acrylsäureester.In addition, the copolymer X1 may optionally contain at least one (meth) acrylic acid ester (C) containing OH groups. Preference is given to monohydroxy (meth) acrylates.
Bevorzugt handelt es sich bei den Monomeren (C) um mindestens einen (Meth)acryl- säureester der allgemeinen Formel H2C=CHR1-COOR2, wobei R1 in prinzipiell bekannter Art und Weise für H oder Methyl steht und R2 aus der Gruppe von R2a, R2b oder R2c ausgewählt wird.The monomers (C) are preferably at least one (meth) acrylic acid ester of the general formula H 2 C =CHR 1 -COOR 2 , where R 1 is in a manner known in principle to be H or methyl and R 2 is selected from the group R 2a , R 2b or R 2c is selected.
Bei den Resten R2a handelt es sich um Reste der allgemeinen Formel -(R3-O-)n-H. Hierbei steht n für eine natürliche Zahl von 2 bis 40. Bevorzugt steht n für 2 bis 20 und besonders bevorzugt für 2 bis 10. Die Reste R3 stehen jeweils unabhängig voneinan- der für einen zweiwertigen, geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 2 bisThe radicals R 2a are radicals of the general formula - (R 3 -O-) n -H. Here, n is a natural number from 2 to 40. Preferably, n is 2 to 20 and more preferably 2 to 10. The radicals R 3 are each independently of one another for a divalent, straight-chain or branched alkyl radical having 2 to
4 C-Atomen. Beispiele umfassen insbesondere 1 ,2-Ethylenreste, 1 ,2-Propylenreste, 1 ,2-Butylenreste sowie 1 ,4-Butylenreste. Selbstverständlich kann es sich auch um Gemische verschiedener Reste handeln. Bevorzugt handelt es sich um 1 ,2-Ethylen- und/oder 1 ,2-Propylenreste. Besonders bevorzugt handelt es sich ausschließlich um 1 ,2-Ethylenreste. Weiterhin bevorzugt sind Reste (R2a), die sowohl 1 ,2-Ethylen- und 1 ,2-Propylenreste aufweisen, wobei die Menge der Ethylenreste mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 % und besonders bevorzugt mindestens 80 % bezogen auf die Gesamtanzahl aller Reste R3 beträgt. Beispiele von Resten R2a umfassen -CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH3, -CH2-CH(CHS)-O-CH2-CH(CH3)OH, -CH2-CH(CHS)-O-CH(CHS)-CH2OH, - CH(CHs)-CH2- 0-CH(CHs)-CH2OH oder -CH(CHS)-CH2-O-CH2-CH(CHS)OH. Bei den Resten R2b handelt es sich um Reste der allgemeinen Formel -R4-(OH)m. Hierbei steht m für eine natürliche Zahl von 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 3 und beispielsweise 1 oder 2. Der Rest R4 steht für einen (m+1)-wertigen, ge- radkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 2 bis 10 C-Atomen, bevorzugt 2 bis 6 C-Atomen und besonders bevorzugt 2 bis 4 C-Atomen.4 C atoms. Examples include in particular 1, 2-ethylene radicals, 1, 2-propylene radicals, 1, 2-butylene radicals and 1, 4-butylene radicals. Of course, it may also be mixtures of different radicals. It is preferably 1, 2-ethylene and / or 1, 2-propylene radicals. Particularly preferred are only 1, 2-ethylene radicals. Preference is furthermore given to radicals (R 2a ) which have both 1,2-ethylene and 1,2-propylene radicals, the amount of the ethylene radicals being at least 50%, preferably at least 70% and particularly preferably at least 80%, based on the total number of all radicals R is 3 . Examples of R 2a include -CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 , -CH 2 -CH (CHS) -O-CH 2 -CH (CH 3 ) OH, -CH 2 -CH ( CHS) -O-CH (CHS) -CH2 OH, - CH (CHs) -CH 2 - 0 CH (CHs) -CH 2 OH or -CH (CHS) -CH 2 -O-CH 2 -CH ( CHS) OH. The radicals R 2b are radicals of the general formula -R 4 - (OH) m . Here, m is a natural number of 1 to 6, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3 and for example 1 or 2. The radical R 4 is an (m + 1) -valent, straight-chain or branched alkyl radical 2 to 10 C-atoms, preferably 2 to 6 C-atoms and more preferably 2 to 4 C-atoms.
Der Alkylrest ist mit mindestens einer OH-Gruppe substituiert, mit der Maßgabe, dass nicht mehr als eine OH-Gruppe X pro C-Atom in R4 vorhanden ist. Beispiele geeigneter Reste R2b mit OH-Gruppen umfassen lineare Reste der allgemeinen Formel -(CH2)m-OH wie -CH2-CH2-OH, -CH2-CH2-CH2-OH, -CH2-CH2-CH2-CH2-OH oder -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH.The alkyl radical is substituted with at least one OH group, with the proviso that no more than one OH group X per C atom is present in R 4 . Examples of suitable radicals R 2b having OH groups include linear radicals of the general formula - (CH 2 ) m -OH, such as -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH.
Besonders bevorzugte Reste R2b zur Ausführung der Erfindung sind Reste ausgewählt aus der Gruppe von -CH2-CH2-OH, -CH2-CH2-CH2-OH, -CH2-CH2-CH2-CH2-OH, -CH2-CH(CH3)- OH, -CH(CHs)-CH2-OH oder -CH2-CH(OH)-CH2-OH.Particularly preferred radicals R 2b for carrying out the invention are radicals selected from the group of -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - OH, -CH 2 -CH (CH 3 ) -OH, -CH (CHs) -CH 2 -OH or -CH 2 -CH (OH) -CH 2 -OH.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei mindestens einem der Reste R2b um einen verzweigten Alkylrest der allgemeinen Formel - R5-CH(R6)OH. Hierbei stehen R5 und R6 jeweils für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen, bevorzugt 1 bis 6 C-Atomen und besonders bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen, mit der Maßgabe, dass die Summe der C-Atome in R5 und R6 nicht mehr als 9 beträgt. Bevorzugt handelt es sich bei R5 und R6 jeweils um lineare Alkyl- gruppen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei R6 um eine Methylgruppe. Beispielsweise kann es sich um -CH2-CH(CHs)-OH handeln. Bei derartigen verzweigten (Meth)acrylsäureestern ist die Tendenz der OH-Gruppe zur Bildung weiterer Esterbindungen mit anderen COOH-haltigen Monomeren deutlich herabgesetzt. Ganz besonders bevorzugt sind -CH2-CH(CHs)-OH und/oder -CH(CHs)-CH2-OH, insbesondere ein Gemisch aus beiden Resten. (Meth)acrylsäureester mit derartigen Resten können auf einfache Art und Weise, z. B. durch Veresterung von (Meth)acrylsäure mit 1 ,2-Propy- lenglykol erhalten werden.In a further preferred embodiment of the invention, at least one of the radicals R 2b is a branched alkyl radical of the general formula - R 5 -CH (R 6 ) OH. Here, R 5 and R 6 each represent a linear or branched alkyl radical having 1 to 8 C atoms, preferably 1 to 6 C atoms and particularly preferably 1 to 4 C atoms, with the proviso that the sum of the C atoms in R 5 and R 6 is not more than 9. R 5 and R 6 are each preferably linear alkyl groups. R 6 is particularly preferably a methyl group. For example, it may be -CH 2 -CH (CHs) -OH. In such branched (meth) acrylic acid esters, the tendency of the OH group to form further ester bonds with other COOH-containing monomers is significantly reduced. Very particularly preferred are -CH 2 -CH (CHs) -OH and / or -CH (CHs) -CH 2 -OH, in particular a mixture of the two radicals. (Meth) acrylic acid esters with such radicals can in a simple manner, for. B. by esterification of (meth) acrylic acid with 1, 2-propylene glycol.
Bei den Resten R2c handelt es sich um Mono- oder Oligosaccharidreste, bevorzugt um Monosaccharidreste. Es kann sich prinzipiell um alle Arten von Sacchariden handeln. Bevorzugt können von Pentosen und Hexosen, insbesondere von Hexosen abgeleitete Reste eingesetzt werden. Beispiele geeigneter Monosaccharide umfassen Glucose, Mannose, Galaktose, Fruktose oder Ribose. Bevorzugt können von Glukose abgeleitete Rest eingesetzt werden. Es kann sich auch um Derivate der Saccharide handeln, beispielsweise um durch Reduktion oder Oxidation aus den Sacchariden hervorgehende Produkte. Insbesondere kann es sich um Zuckersäuren wie beispielsweise Glucon- säure handeln. Die Menge der Monomere (C) im Copolymer X1 beträgt 0 bis 40 Gew. %, bevorzugt 1 bis 30 Gew. %.The radicals R 2c are mono- or oligosaccharide radicals, preferably monosaccharide radicals. It can in principle be all kinds of saccharides. Preference is given to using radicals derived from pentoses and hexoses, in particular from hexoses. Examples of suitable monosaccharides include glucose, mannose, galactose, fructose or ribose. Preferably, glucose-derived radicals can be used. They may also be derivatives of the saccharides, for example products resulting from the reduction or oxidation of the saccharides. In particular, these may be sugar acids such as, for example, gluconic acid. The amount of the monomers (C) in the copolymer X1 is 0 to 40% by weight, preferably 1 to 30% by weight.
Neben den Monomeren (A), (B), (C) sowie gegebenenfalls (D) können optional 0 bis 30 Gew. % mindestens eines weiteren, von (A), (B) und (C) verschiedenen, ethylenisch ungesättigten Monomers (D) eingesetzt werden. Darüber hinaus werden keine anderen Monomere eingesetzt.In addition to the monomers (A), (B), (C) and optionally (D), optionally 0 to 30% by weight of at least one further ethylenically unsaturated monomer other than (A), (B) and (C) (D. ) are used. In addition, no other monomers are used.
Die Monomere (D) dienen zur Feinsteuerung der Eigenschaften des Copolymers X1. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene Monomere (D) eingesetzt werden. Sie werden vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften des Copolymers ausgewählt und weiterhin mit der Maßgabe, dass sie mit den Monomeren (A), (B) und (C) copolymerisierbar sein müssen.The monomers (D) serve to fine-tune the properties of the copolymer X1. Of course, several different monomers (D) can be used. They are selected by the skilled person depending on the desired properties of the copolymer and further with the proviso that they must be copolymerizable with the monomers (A), (B) and (C).
Bevorzugt handelt es sich um monoethylenisch ungesättigte Monomere. In besonderen Fällen können aber auch geringe Mengen von Monomeren mit mehreren polymerisier- baren Gruppen eingesetzt werden. Hierdurch kann das Copolymer in geringem Umfange vernetzt werden.They are preferably monoethylenically unsaturated monomers. In special cases, however, small amounts of monomers having a plurality of polymerizable groups can also be used. As a result, the copolymer can be crosslinked to a small extent.
Beispiele geeigneter Monomere (D) umfassen insbesondere aliphatische Alkylester der (Meth)acrylsäure, wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat oder 2-Ethylhexyl (meth)acrylat. Weiterhin geeignet sind Vinyl- oder Allylether wie z.B. Me- thylvinylether, Ethylvinylether, Propylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether, Vinylcyclohexy- lether, Vinyl-4-hydroxybutylether, Decylvinylether, 2-(Diethyl-amino)ethylvinylether, 2-(Di-n-butyl-amino)ethylvinylether oder Methyldiglykolvinylether bzw. die entsprechenden Allylverbindungen. Ebenfalls eingesetzt werden können Vinylester wie beispielsweise Vinylacetat oder Vinylpropionat. Es können auch basische Comonomere, wie beispielsweise Acrylamid und alkylsubstituierte Acrylamide eingesetzt werden.Examples of suitable monomers (D) include in particular aliphatic alkyl esters of (meth) acrylic acid, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate or 2-ethylhexyl (meth) acrylate. Also suitable are vinyl or allyl ethers, e.g. Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, vinylcyclohexyl ether, vinyl 4-hydroxybutyl ether, decyl vinyl ether, 2- (diethylamino) ethyl vinyl ether, 2- (di-n-butylamino) ethyl vinyl ether or methyl diglycol vinyl ether or the corresponding allyl compounds. Also used may be vinyl esters such as vinyl acetate or vinyl propionate. It is also possible to use basic comonomers, for example acrylamide and alkyl-substituted acrylamides.
Beispiele für vernetzende Monomere umfassen Moleküle mit mehreren ethylenisch ungesättigten Gruppen, beispielsweise Di(meth)acrylate wie Ethylenglykoldi(meth)- acrylat oder Butandiol-1 ,4-di(meth)acrylat oder Poly(meth)acrylate wie Trimethylolpro- pantri(meth)acrylat oder auch Di(meth)acrylate von Oligo- oder Polyalkylenglykolen wie Di-, Tri- oder Tetraethylenglykoldi(meth)acrylat. Weitere Beispiele umfassen Vinyl- (meth)acrylat oder Butandioldivinylether.Examples of crosslinking monomers include molecules having a plurality of ethylenically unsaturated groups, for example di (meth) acrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate or butanediol-1,4-di (meth) acrylate or poly (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate or di (meth) acrylates of oligo- or polyalkylene glycols such as di-, tri- or tetraethylene glycol di (meth) acrylate. Other examples include vinyl (meth) acrylate or butanediol divinyl ether.
Die Menge aller eingesetzten Monomere (D) zusammen beträgt 0 bis 30 Gew. % bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomere. Bevorzugt beträgt die Menge 0 bis 20 Gew. %, besonders bevorzugt 0 bis 10 %. Falls vernetzende wirkende Mo- nomere (D) anwesend sind, sollte deren Menge im Regelfalle 5 %, bevorzugt 2 Gew. % bezogen auf die Gesamtmenge aller für das Verfahren eingesetzten Monomere nicht überschreiten. Sie kann beispielsweise 10 ppm bis 1 Gew. % betragen. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Copolymer X1 neben (A) mindestens ein Monomer (B). Bevorzugt sind neben den Monomeren (A) und (B) bei weiteren Monomere (C) oder (D) vorhanden. Die Menge von (A) beträgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt 60 bis 90 Gew. % und die Menge von (B) 10 bis 40 Gew. %. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dieser Ausführungsform um ein Copolymer X1 aus Acrylsäure und Maleinsäure oder Acrylsäure und Itaconsäure in den vorstehend genannten Mengen.The amount of all monomers (D) used together amounts to 0 to 30% by weight, based on the total amount of the monomers used. Preferably, the amount is 0 to 20 wt.%, Particularly preferably 0 to 10%. If crosslinking monomers (D) are present, their amount should as a rule not exceed 5%, preferably 2% by weight, based on the total amount of all monomers used for the process. It may be, for example, 10 ppm to 1 wt.%. In a first preferred embodiment of the invention, the copolymer X1 contains, in addition to (A), at least one monomer (B). In addition to the monomers (A) and (B), other monomers (C) or (D) are preferably present. The amount of (A) in this embodiment is preferably 60 to 90% by weight and the amount of (B) 10 to 40% by weight. Particularly preferred in this embodiment is a copolymer X1 of acrylic acid and maleic acid or acrylic acid and itaconic acid in the abovementioned amounts.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Copolymer X1 neben (A) mindestens ein Monomer (B1 ) und mindestens ein Monomer (B2). Weiterhin besonders bevorzugt sind neben den Monomeren (A), (B1) und (B2) keine weiteren Monomere (D) vorhanden. Die Menge von (A) beträgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt 50 bis 90 Gew. %, die Menge von (B1) 5 bis 45 Gew. %, die Menge (B2) 5 bis 45 Gew. % und die Menge von (D) 0 bis 20 Gew. %. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Copolymer X1 aus Acrylsäure, Maleinsäure und Vinylphosphonsäure in den vorstehend genannten Mengen.In a second preferred embodiment of the invention, the copolymer X1 contains (A) at least one monomer (B1) and at least one monomer (B2). Further particularly preferred, apart from the monomers (A), (B1) and (B2), no further monomers (D) are present. The amount of (A) in this embodiment is preferably 50 to 90 wt%, the amount of (B1) 5 to 45 wt%, the amount (B2) 5 to 45 wt%, and the amount of (D) 0 up to 20% by weight. Particular preference is given to a copolymer X1 of acrylic acid, maleic acid and vinylphosphonic acid in the abovementioned amounts.
In einer dritten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Copolymer X1 neben (A) mindestens ein Monomer (B2) und mindestens ein Monomer (C). Die Menge von (A) beträgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt 20 bis 60 Gew. %, die Menge (B2) 20 bis 60 Gew. %, die Menge von (C) 1 bis 40 Gew. % und die Menge von (D) 0 bis 20 Gew. %. Besonders bevorzugt handelt es um ein Copolymer X1 aus Acrylsäure, Vinylphosphonsäure und Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxypropylacrylat.In a third, preferred embodiment of the invention, the copolymer X1 contains (A) at least one monomer (B2) and at least one monomer (C). The amount of (A) in this embodiment is preferably 20 to 60 wt%, the amount (B2) is 20 to 60 wt%, the amount of (C) is 1 to 40 wt%, and the amount of (D) is 0 up to 20% by weight. Particular preference is given to a copolymer X1 of acrylic acid, vinylphosphonic acid and hydroxyethyl acrylate and / or hydroxypropyl acrylate.
Die Herstellung der Polymere X kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt werden die Copolymere durch radikalische Polymerisation der genannten Komponenten (A), (B) und optional (C) und/oder (D) in wässriger Lösung hergestellt. Einzelheiten zum Durchführen einer radikalischen Polymerisation sind dem Fachmann bekannt. Herstellverfahren für die Copolymere X1 sind beispielsweise in WO 2006/021308 oder in WO 2006/1341 16 Seite 9, Zeile 38 bis Seite 13, Zeile 24 beschrieben.The preparation of the polymers X can be carried out by methods known to the person skilled in the art. The copolymers are preferably prepared by free-radical polymerization of the stated components (A), (B) and optionally (C) and / or (D) in aqueous solution. Details for carrying out a radical polymerization are known to the person skilled in the art. Preparation processes for the copolymers X1 are described, for example, in WO 2006/021308 or in WO 2006/1341 16, page 9, line 38 to page 13, line 24.
Die synthetisierten Copolymere X1 können aus der wässrigen Lösung mittels üblicher, dem Fachmann bekannter Methoden isoliert werden, beispielsweise durch Eindampfen der Lösung, Sprühtrocknen, Gefriertrocknen oder Fällung. Bevorzugt werden die Copolymere X1 nach der Polymerisation aber überhaupt nicht aus der wässrigen Lösung isoliert, sondern die erhaltenen Lösungen der Copolymere werden -ggf. nach Zugabe weiterer Zusatzstoffe- als solche für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt. Um eine solche direkte Weiterverwendung zu erleichtern, sollte die Menge des zur Polyme- risation verwendeten wässrigen Lösemittels von Anfang an so bemessen werden, dass die Konzentration des Polymers im Lösemittel für die Anwendung geeignet ist. Es kann auch zunächst ein Konzentrat hergestellt werden, welches erst vor Ort mit Wasser oder optional anderen Lösemittelgemischen auf die gewünschte Konzentration verdünnt wird.The synthesized copolymers X1 can be isolated from the aqueous solution by conventional methods known to those skilled in the art, for example by evaporation of the solution, spray drying, freeze drying or precipitation. However, the copolymers X1 are preferably not isolated at all from the aqueous solution after the polymerization, but the solutions of the copolymers obtained are - gf. after addition of further additives, used as such for the process according to the invention. In order to facilitate such direct reuse, the amount of aqueous solvent used for the polymerization should be from the beginning so dimensioned that the concentration of the polymer in the solvent is suitable for the application. It can also be first prepared a concentrate, which only on site with water or optionally diluted with other solvent mixtures to the desired concentration.
Das Molekulargewicht Mw (Gewichtsmittel) der für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Polymere X bzw. Copolymere X1 wird vom Fachmann je nach der gewünschten Anwendung festgelegt. Eingesetzt werden können beispielsweise Polymere mit einem Molekulargewicht Mw von 3000 bis 1 000 000 g/mol. Bewährt haben sich insbesondere Polymere mit 5000 g/mol bis 500 000 g/mol, bevorzugt 10 000 g/mol bis 250 000 g/mol, besonders bevorzugt 15 000 bis 100 000 g/mol und ganz besonders bevorzugt 20 000 bis 75 000 g/mol.The molecular weight M w (weight average) of the polymers X or copolymers X1 used for the process according to the invention is determined by the person skilled in the art according to the desired application. For example, polymers having a molecular weight M w of 3000 to 1 000 000 g / mol can be used. Polymers having from 5000 g / mol to 500 000 g / mol, preferably from 10 000 g / mol to 250 000 g / mol, more preferably from 15 000 to 100 000 g / mol and very particularly preferably from 20 000 to 75 000 g, have proven particularly useful / mole.
Die eingesetzte Formulierung kann über das Polymer X sowie die genannte Säure optional noch weitere Komponenten enthalten.The formulation used may optionally contain further components via the polymer X and the acid mentioned.
Die Formulierung kann beispielsweise optional Metallionen oder Metallverbindungen umfassen. Falls Metallionen oder Metallverbindungen anwesend sein sollten, handelt es sich aber bevorzugt um Formulierungen, welche keine Chromverbindungen enthalten. Weiterhin sollten bevorzugt keine Metallfluoride bzw. komplexen Metallfluoride anwesend sein. Die erfindungsgemäße Passivierung ist also bevorzugt eine chromfreie Passivierung, besonders bevorzugt eine chrom- und fluoridfreie Passivierung.For example, the formulation may optionally include metal ions or metal compounds. If metal ions or metal compounds should be present, however, they are preferably formulations which contain no chromium compounds. Furthermore, preferably no metal fluorides or complex metal fluorides should be present. The passivation according to the invention is therefore preferably a chromium-free passivation, more preferably a chromium- and fluoride-free passivation.
Bei den Metallionen kann es sich um Metallion, ausgewählt aus der Gruppe von Zn2+, Mg2+, Ca2+ oder Al3+ handeln. Bevorzugt handelt es sich um Zn2+ oder Mg2+ und ganz besonders bevorzugt um Zn2+. Bevorzugt umfasst die Zubereitung daneben keine wei- teren Metallionen. Die Ionen können als hydratisierte Metallionen vorliegen, sie können aber in Form von gelösten Verbindungen vorliegen, beispielsweise als Komplexverbindungen. Insbesondere können die Ionen Komplexbindungen zu den saueren Gruppen des Polymers aufweisen.The metal ions may be metal ions selected from the group of Zn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ or Al 3+ . It is preferably Zn 2+ or Mg 2+ and most preferably Zn 2+ . The preparation next to it preferably does not comprise any further metal ions. The ions may be present as hydrated metal ions, but they may be in the form of dissolved compounds, for example as complex compounds. In particular, the ions may have complex bonds to the acidic groups of the polymer.
Falls vorhanden beträgt die Menge der Metallionen aus der Gruppe von Zn2+, Mg2+, Ca2+ oder Al3+ 0,01 Gew. % bis 20 Gew. %, bevorzugt 0,5 bis 18 Gew. % und besonders bevorzugt 1 bis 15 Gew. %, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge aller Polymere X in der Formulierung.If present, the amount of metal ions from the group of Zn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ or Al 3+ is from 0.01% by weight to 20% by weight, preferably from 0.5% to 18% by weight and more preferably 1 to 15% by weight, based in each case on the total amount of all polymers X in the formulation.
Die Formulierung kann weiterhin mindestens ein gelöstes Phosphation umfassen. Hierbei kann es sich um alle Arten von Phosphationen handeln. Beispielsweise kann es sich um Orthophosphate oder um Diphosphate handeln. Für den Fachmann ist klar, dass in wässriger Lösung je nach pH-Wert und Konzentration ein Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Dissoziationsstufen der Ionen vorliegen kann. Weiterhin kann die Formulierung Methansulfonationen umfassen. Sofern Phosphationen anwesend sind, können die Metallionen und Phosphationen bevorzugt in Form von löslichen Salzen eingesetzt werden, welche beide Ionen enthalten. Beispiele derartiger Verbindungen umfassen Zn3(PO4)2, ZnHbPO4, Mg3(PO4)2 oder Ca(H2PO4)2 bzw. entsprechende Hydrate davon.The formulation may further comprise at least one dissolved phosphate ion. These can be all types of phosphate ions. For example, they may be orthophosphates or diphosphates. It is clear to the person skilled in the art that in aqueous solution, depending on the pH and concentration, there may be an equilibrium between the different dissociation stages of the ions. Furthermore, the formulation may include methanesulfonate ions. If phosphate ions are present, the metal ions and phosphate ions can preferably be used in the form of soluble salts containing both ions. Examples of such compounds include Zn3 (PO4) 2, ZnHbPO 4, Mg3 (PO4) 2 or Ca (H2PO4) 2, or corresponding hydrates thereof.
Die Metallionen und Phosphationen können aber auch getrennt voreinander zugegeben werden. Beispielsweise können die Metallionen in Form der entsprechenden Nitrate, Alkansulfonate oder Carboxylate, bespielsweise Acetate eingesetzt werden, und die Phosphate können in Form von Phosphorsäure eingesetzt werden. Es ist auch mög- lieh, unlösliche- oder schwerlösliche Verbindungen, wie beispielsweise die entsprechenden Carbonate, Oxide, Oxidhydrate oder Hydroxide einzusetzen, welche unter dem Einfluss von Säure gelöst werden.However, the metal ions and phosphate ions can also be added separately to one another. For example, the metal ions can be used in the form of the corresponding nitrates, alkanesulfonates or carboxylates, for example acetates, and the phosphates can be used in the form of phosphoric acid. It is also possible to use insoluble or sparingly soluble compounds, such as the corresponding carbonates, oxides, oxide hydrates or hydroxides, which are dissolved under the influence of acid.
Analog können Metallionen und Methansulfonationen gemeinsam als Metallsalze von Methansulfonsäure, wie beispielsweise Zn(CHsSO3)2 eingesetzt werden, oder auch getrennt in Form anderer Metallsalze und Methansulfonsäure.Similarly, metal ions and methanesulfonate ions may be used together as metal salts of methanesulfonic acid such as Zn (CH 3 SO 3) 2, or else separately in the form of other metal salts and methanesulfonic acid.
Die Menge der Phosphationen und/oder Methansulfonationen in der Formulierung wird vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften der Formulierung festgelegt. Sofern vorhanden beträgt sie im Regelfalle 0,01 Gew. % bis 20 Gew. %, bevorzugt 0,5 bis 25 Gew. %, besonders bevorzugt 1 bis 25 Gew. %, jeweils gerechnet als Orthophosphorsäure und jeweils bezogen auf die Polymere X.The amount of phosphate ion and / or methane sulfonate ion in the formulation will be determined by those skilled in the art according to the desired properties of the formulation. If present, it is generally 0.01% by weight to 20% by weight, preferably 0.5 to 25% by weight, particularly preferably 1 to 25% by weight, in each case calculated as orthophosphoric acid and in each case based on the polymers X.
Optional kann die Formulierung weiterhin mindestens ein in der Formulierung disper- giertes Wachs enthalten. Selbstverständlich können auch Gemische verschiedener Wachse eingesetzt werden. Der Begriff „Wachs" umfasst hier sowohl das eigentliche Wachs wie auch zur Bildung einer Wachsdispersion gegebenenfalls verwendete Hilfsmittel. Dem Fachmann sind Wachse zum Einsatz in wässrigen Dispersionen bekannt, und er trifft eine geeignete Auswahl. Bei den Wachsen kann es sich beispielsweise um Montanwachse, Polyethylenwachse, Wachse auf Basis von oxidiertem Polyethylen, auf Basis von fluoriertem Polyethylen wie PTFE oder anderen, auf C, H und F basierenden Polymeren handeln. Der Begriff „Polyethylen" soll außerdem Copolymere aus Ethylen und anderen Monomeren, insbesondere anderen Olefinen wie beispielsweise Propylen umfassen. Bevorzugt umfassen derartige Ethylencopolymere mindestens 65 Gew. % Ethylen. Durch den Zusatz von Wachsen kann die Reibung der Oberfläche mit der Oberfläche der zum Umformen eingesetzten Werkzeuge vorteilhaft herabgesetzt werden.Optionally, the formulation may further contain at least one wax dispersed in the formulation. Of course, mixtures of different waxes can be used. The term "wax" here encompasses both the actual wax and any auxiliary agents which may be used to form a wax dispersion .Waxes for use in aqueous dispersions are known to the person skilled in the art and suitable choices are made Oxydated polyethylene waxes based on fluorinated polyethylene such as PTFE or other polymers based on C, H and F. The term "polyethylene" is also intended to include copolymers of ethylene and other monomers, especially other olefins such as propylene. Preferably, such ethylene copolymers comprise at least 65 weight percent ethylene. By the addition of waxes, the friction of the surface with the surface of the tools used for forming can be advantageously reduced.
Die Menge von optional eingesetzten Wachsen wird vom Fachmann je nach den ge- wünschten Eigenschaften der Passivierungsschicht bestimmt. Bewährt hat sich im Regelfalle eine Menge von 0,01 bis 70 Gew. %, bevorzugt 0,5 bis 25 und besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew. %, jeweils bezogen auf das bezogen auf das Polymer X. Weitere optional einsetzbare Komponenten für die Formulierung umfassen oberflächenaktive Verbindungen, Korrosionsinhibitoren, Komplexbildner, typische Galvanohilfsmittel oder auch weitere, von den erfindungsgemäß verwendeten Polymeren X zu unterscheidende Polymere.The amount of optionally used waxes is determined by the person skilled in the art according to the desired properties of the passivation layer. As a rule, an amount of from 0.01 to 70% by weight, preferably from 0.5 to 25 and particularly preferably from 1 to 10% by weight, based in each case based on the polymer X, has proven useful. Other optional components for the formulation include surface-active compounds, corrosion inhibitors, complexing agents, typical electroplating aids or also other polymers to be distinguished from the polymers X used according to the invention.
Der Fachmann trifft unter den prinzipiell möglichen optionalen Komponenten sowie hinsichtlich ihrer Mengen je nach der gewünschten Anwendung eine entsprechende Auswahl. Die Menge optionaler Komponenten neben dem Polymer X sollte aber im Regelfalle nicht mehr als 20 Gew. %, bevorzugt nicht mehr als 10 Gew. % und besonders bevorzugt nicht mehr als 5 Gew. % bezogen auf die Polymere X betragen.The person skilled in the art will make an appropriate selection of the possible optional components as well as their quantities depending on the desired application. The amount of optional components in addition to the polymer X should, however, as a rule not be more than 20% by weight, preferably not more than 10% by weight and more preferably not more than 5% by weight, based on the polymers X.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Formulierungen können durch einfaches Mischen der Komponenten erhalten werden. Falls Wachse verwendet werden, werden diese bevorzugt zunächst separat in Wasser dispergiert und als Dispersion mit den anderen Komponenten gemischt. Derartige Wachsdispersionen sind auch kommerziell erhältlich.The formulations to be used according to the invention can be obtained by simply mixing the components. If waxes are used, they are preferably first dispersed separately in water and mixed as a dispersion with the other components. Such wax dispersions are also commercially available.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden verzinkte Stahlbänder eingesetzt, welche mittels eines kontinuierlichen Verfahrens in einer Bandbeschich- tungsanlage passiviert werden.To carry out the method according to the invention, galvanized steel strips are used, which are passivated by means of a continuous process in a strip coating plant.
Verzinkte Stahlbänder weisen üblicherweise eine Dicke von 0,2 bis 3 mm und bei Breite von 0,5 bis 2,5 m auf. Verzinkte Stahlbänder sind für verschiedenste Anwendungen kommerziell erhältlich. Der Fachmann wählt je nach dem gewünschten Verwendungszweck ein geeignetes Stahlband aus.Galvanized steel strips usually have a thickness of 0.2 to 3 mm and width of 0.5 to 2.5 m. Galvanized steel strips are commercially available for a wide variety of applications. The person skilled in the art selects a suitable steel strip depending on the intended use.
Der Begriff „verzinkt" umfasst selbstverständlich auch Stahlbänder, welche mit Zn- Legierungen beschichtet sind. Es kann sich hierbei um feuerverzinkte oder um elektro- lytisch verzinkte Stahlbänder handeln. Zn-Legierungen zum Beschichten von Stahl sind dem Fachmann bekannt. Je nach dem gewünschten Anwendungszweck wählt der Fachmann Art und Menge von Legierungsbestandteilen aus. Typische Bestandteile von Zink-Legierungen umfassen insbesondere AI, Mg, Pb, Si, Mg, Sn, Cu oder Cd, bevorzugt AI oder Mg. Es kann sich auch um Al-Zn-Legierungen handeln, bei denen AI- und Zn in annähernd gleicher Menge vorhanden sind. Bei den Beschichtungen kann es sich um weitgehend homogene Beschichtungen oder auch um Konzentrationsgradienten aufweisende Beschichtungen handeln. Weiterhin bevorzugt kann es sich um Zn-Mg-Legierungen handelt. Hierbei kann es sich um mit einer Zn-Mg-Le- gierung beschichteten Stahl handeln, bspw. feuerverzinkten Stahl, oder es kann es sich um verzinkten Stahl handeln, der zusätzlich mit Mg bedampft wurde. Hierdurch kann oberflächlich eine Zn/Mg-Legierung entstehen. Es kann sich um einseitig der beidseitig verzinkte Bänder handeln. Bei beidseitig verzinkten Bändern können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beide Seiten oder auch nur eine Seite passiviert werden.Of course, the term "galvanized" also includes steel strips coated with Zn alloys, which may be hot dip galvanized or electrolytically galvanized steel strips, Zn alloys for coating steel are known to those skilled in the art, depending on the desired application Typical components of zinc alloys include in particular Al, Mg, Pb, Si, Mg, Sn, Cu or Cd, preferably Al or Mg. These may also be Al-Zn alloys The coatings can be substantially homogeneous coatings or also coatings with concentration gradients, furthermore preferably Zn-Mg alloys Zn-Mg alloy coated steel, for example galvanized steel, or it may be galvanized steel which additionally steamed with Mg. As a result, a surface Zn / Mg alloy can arise. It may be unilaterally the double-sided galvanized bands. For both sides galvanized bands both sides or even one side can be passivated by the method according to the invention.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Bandbeschichtungsan- lage verwendet. Der Teil der Anlage, in dem das Band beschichtet wird, ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt. Die Bandbeschichtungsanlage umfasst über die dargestellten Teile hinaus selbstverständlich noch weitere übliche Bestandteile, wie beispielsweise eine Vorrichtung zum Abrollen des rohen Stahlbandes von Rolle, eine Vor- richtung zum Aufwickeln des beschichteten Bandes sowie eine Antriebsvorrichtung für das Band. Sie kann darüber hinaus optional noch weitere übliche Bestandteile, wie beispielsweise Reinigungsstationen umfassen. Die Stahlbänder können beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 200 m/s, bevorzugt 50 bis 150 m/s durch die Anlage gefahren werden.For carrying out the method according to the invention, a coil coating system is used. The part of the plant in which the strip is coated is shown schematically in Figure 2. Of course, the strip coater, in addition to the illustrated parts, also includes other common components, such as a device for unwinding the raw steel strip from roll, a device for winding up the coated strip and a drive device for the strip. It may also optionally include other common ingredients, such as cleaning stations. The steel belts can, for example, be driven through the plant at a speed of 30 to 200 m / s, preferably 50 to 150 m / s.
Zur Beschichtung umfasst die eingesetzte Anlage zwei einander gegenüber angeordnete Walzen (4) und (4'). Zwischen den beiden Walzen (4), (4') verbleibt ein Spalt (12), welcher in seiner Breite verstellbar ist. Hierzu können eine oder auch beide Walzen mit einer entsprechenden Mechanik zur Verstellung der Walzenposition versehen sein. Zur Ausführung des Verfahrens wird das verzinkte Stahlband in seiner Längsrichtung durch den verstellbaren Spalt (12) zwischen den Walzen (4), (4') hindurch bewegt. Die Walzen drehen sich hierbei in der Laufrichtung (2) des Stahlbandes.For coating purposes, the system used comprises two rollers (4) and (4 ') arranged opposite one another. Between the two rollers (4), (4 ') remains a gap (12), which is adjustable in width. For this purpose, one or both rollers may be provided with a corresponding mechanism for adjusting the roller position. To carry out the method, the galvanized steel strip is moved in its longitudinal direction through the adjustable gap (12) between the rolls (4), (4 '). The rollers rotate in the direction (2) of the steel strip.
Die Walzen (4), (4') können dabei in prinzipiell bekannter Art und Weise einen Stahl- kern umfassen, welcher auf seiner Außenseite eine Kunststoffbeschichtung aufweist. Eine Kunststoffbeschichtung kann beispielsweise aus EPDM-Kautschuk bestehen und bei Bedarf geschliffen werden. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bewährt haben sich Walzen mit einer härteren Oberfläche, beispielsweise solche mit einer Shore-A-Härte von mindestens 60, bevorzugt mindestens 70 und be- sonders bevorzugt mindestens 80. Beispielweise kann eine Walze mit 90 bis 98 Shore A eingesetzt werden. Die Oberflächenrauigkeit der Walzen kann vom Fachmann je nach dem gewünschten Ergebnis gewählt werden. Der Antrieb der Walzen sollte bevorzugt unabhängig von Antrieb des Stahlbandes regelbar sein. Auf diese Art und Weise können sich die Walzen auch mit anderer Geschwindigkeit bewegen als das Band, so dass ein gewisser Schlupf zwischen dem Stahlband und den Walzen (4), (4') einstellbar ist. Durch die Verstellbarkeit des Spaltes (12) zwischen den zwei Walzen lässt sich der Anpressdruck der Walzen variieren.The rollers (4), (4 ') can comprise a steel core in a manner known in principle, which has a plastic coating on its outside. A plastic coating may for example consist of EPDM rubber and ground if necessary. Rollers with a harder surface, for example those having a Shore A hardness of at least 60, preferably at least 70 and particularly preferably at least 80, have proven particularly suitable for carrying out the process according to the invention. For example, a roll having 90 to 98 Shore A can be used become. The surface roughness of the rolls can be selected by the skilled person depending on the desired result. The drive of the rollers should preferably be controllable independently of the drive of the steel strip. In this way, the rollers can also move at a different speed than the belt, so that a certain slip between the steel belt and the rollers (4), (4 ') is adjustable. Due to the adjustability of the gap (12) between the two rolls, the contact pressure of the rolls can be varied.
Erfindungsgemäß wird die beschriebene Formulierung zum Passivieren mittels einer geeigneten Auftragsvorrichtung (10) auf mindestens eine der beiden Auftragswalzen (4) und/oder (4') aufgetragen. Abbildung 2 zeigt schematisch den Fall, dass nur eine Seite passiviert wird. Selbstverständlich kann aber auch auf beide Walzen aufgetragen werden, so dass beide Seiten des verzinkten Stahlbandes passiviert werden können. In diesem Falle weist auch die zweite Walze (4') eine Auftragsvorrichtung (10') auf. Dies ist schematisch in Abbildung 3 gezeigt.According to the invention, the formulation described for passivation is applied to at least one of the two application rollers (4) and / or (4 ') by means of a suitable application device (10). Figure 2 shows schematically the case that only one side is passivated. Of course, but can also be applied to both rollers so that both sides of the galvanized steel strip can be passivated. In this case, the second roller (4 ') on an applicator device (10'). This is shown schematically in Figure 3.
Die Art der Auftragsvorrichtung (10) bzw. (10') ist hierbei nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Formulierung mit Hilfe von geeigneten Düsen auf die Walze aufgesprüht oder mittels einer Gießvorrichtung mittels eines Gießspalts auf die Walze übertragen werden. Weiterhin kann die Formulierung auch über eine offene Auftragskammer auf die Walze übertragen werden. Geeignete Konstruktionen offener Auftrags- kammern sind dem Fachmann aus dem Bereich der Beschichtung von Papier- oder Kartonbahnen bekannt und beispielsweise in US 2,970,564, DE 34 17 487 A1 oder DE 37 35 889 A1 dargestellt. Es sich auch um ein Walzenauftragswerk handeln, bei dem die Formulierung mittels einer geeigneten Schöpfwalze einem Vorratsgefäß entnommen und direkt oder über weitere Walzen auf die Auftragswalzen (4), (4') übertra- gen wird. Bevorzugt sind Verfahren, bei denen die Formulierung direkt auf die Walzen (4), (4') aufgebracht wird und nicht indirekt über weitere Walzen vom Vorratsgefäß auf die Auftragswalzen (4), (4') übertragen wird.The type of application device (10) or (10 ') is not limited in this case. For example, the formulation can be sprayed onto the roll by means of suitable nozzles or transferred to the roll by means of a casting device by means of a casting gap. Furthermore, the formulation can also be transferred to the roll via an open application chamber. Suitable constructions of open application chambers are known to those skilled in the field of coating paper or board webs and are shown, for example, in US Pat. Nos. 2,970,564, DE 34 17 487 A1 or DE 37 35 889 A1. It is also a roller applicator, in which the formulation is removed from a storage vessel by means of a suitable scooping roller and transferred directly or via further rollers to the applicator rollers (4), (4 '). Preference is given to processes in which the formulation is applied directly to the rolls (4), (4 ') and is not transferred indirectly via further rolls from the storage vessel to the applicator rolls (4), (4').
Erfindungsgemäß umfasst die verwendete Bandbeschichtungsanlage in Drehrichtung der Walze (4) bzw. (4') zwischen der Auftragsvorrichtung (10) und dem Spalt (12) mindestens eine Rakelvorrichtung (1 1 ) bzw. (11 '), mit der durch Abtrennung überschüssiger Formulierung die Menge der wässrigen Formulierung pro Flächeneinheit der Walze einstellbar ist. Hierbei wird gleichzeitig ein gleichmäßigerer Film auf der Walze erzielt. Die abgetrennte, überschüssige Formulierung kann wieder zur Beschichtung rückge- führt werden. Weil die Formulierung in diesem Stadium des Verfahrens noch keinen Kontakt zur Zinkoberfläche hat, ist die rückgeführte Formulierung auch nicht mit abgelöstem Zink verunreinigt und somit in ihren rheologischen Eigenschaften unverändert. Dies ist ein großer Vorteil im Gegensatz zu den oben beschriebenen Passivierungsver- fahren gemäß dem Stand der Technik. Die Rückführung der Formulierung kann bei- spielsweise erfolgen, indem von der Rakelvorrichtung (11 ) abgetrennte, überschüssige Formulierung einfach in die Auftragsvorrichtung zurückläuft, oder beispielsweise, indem die Formulierung aufgefangen und in den Vorratsbehälter zurück befördert wird, beispielsweise durch Pumpen. Die Menge der auf die Walze (4) bzw. (4') übertragenen Formulierung pro Flächeneinheit kann selbstverständlich nicht nur durch die Rakelvor- richtung gesteuert werden, sondern gegebenenfalls auch durch die Einstellung der Auftragsvorrichtung (10) sowie durch weitere Parameter, wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Auftragswalzen (4) bzw. (4').According to the invention, the strip coater used in the direction of rotation of the roller (4) or (4 ') between the application device (10) and the gap (12) at least one doctor device (1 1) or (11'), with by separating excess formulation the amount of aqueous formulation per unit area of the roller is adjustable. At the same time a more uniform film is achieved on the roller. The separated, excess formulation can be recycled back to the coating. Because the formulation at this stage of the process still has no contact with the zinc surface, the recycled formulation is also not contaminated with detached zinc and thus unchanged in its rheological properties. This is a great advantage in contrast to the passivation methods according to the prior art described above. The recycling of the formulation may, for example, be accomplished by simply recycling excess formulation separated from the squeegee device (11) back into the applicator, or, for example, by collecting the formulation and returning it to the reservoir, for example by pumping. The amount of formulation per unit area transferred to the roller (4) or (4 ') can, of course, be controlled not only by the squeegee device, but optionally also by the setting of the application device (10) and by further parameters, such as the Speed of the application rollers (4) or (4 ').
Als Rakelvorrichtung können prinzipiell die dem Fachmann bekannten Rakelvorrich- tungen eingesetzt werden. Die Rakelvorrichtung kann aus Metall, Kunststoff, beschichtetem Metall, Glas oder Keramik bestehen. Bei der Rakelvorrichtung (11 ) kann es sich beispielsweise um ein Rakelmesser bzw. eine Rakelklinge handeln. Es kann sich um eine glatte Klinge handeln, oder die Klinge kann auch Einkerbungen auf ihrer Oberfläche aufweisen. Die Menge der Formulierung, welche auf der Walze (4) bzw. (4') verbleiben soll, kann in üblicher Art und Weise durch Einstellung des Spaltes zwischen dem Rakelmesser und der Walze (4) bzw. (4') erfolgen.In principle, doctoring devices known to the person skilled in the art can be used as the doctoring device. The doctor device may be made of metal, plastic, coated metal, glass or ceramic. The doctor device (11) can be, for example, a doctor blade or a doctor blade. It may be a smooth blade, or the blade may also have notches on its surface. The amount of formulation which is to remain on the roller (4) or (4 '), in the usual manner by adjusting the gap between the doctor blade and the roller (4) or (4') take place.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rakelvorrichtung (11 ) bzw. (1 1 ') mindestens einen zylindrischen Rollrakelstab (doctor rod). Rollrakelstäbe sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Sie weisen üblicherweise einen Durchmesser von wenigen cm auf, beispielsweise 1 bis 3 cm, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt sein soll. Der Rollrakelstab ist rotierbar in einer geeigneten Vorrichtung gelagert und wird gegen die Walze (4) bzw. (4') gedrückt, wobei der Anpressdruck bevorzugt einstellbar ist. Der Rollrakelstab kann durch die Rotation der Walzen (4), (4') in Rotation versetzt werden, bevorzugt ist er aber aktiv abgetrieben. Dadurch lassen sich die Geschwindigkeiten der Walzen (4) bzw. (4') sowie des Rollrakelstabes getrennt voneinander einstellen, so dass ein gewisser Schlupf zwischen der Walze und dem Rollrakelstab einstellbar ist. Der Rollrakelstab (1 1 ) bzw. (11 ') kann in der gleichen oder -sofern aktiv angetrieben- auch in der entgegen gesetzten Rotationsrichtung zu den Walzen (4) bzw. (4') laufen. Der Rollrakelstab ist bevorzugt in enger Nachbarschaft zu der Auftragsvorrichtung (11 ). Beispiele für entsprechende Anordnungen sind US 2,970,564, DE 34 17 487 Al oder DE 37 35 889 A1 zu finden, ohne dass die Erfindung damit auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll. Es ist beispielsweise möglich, dass man den Rollrakelstab so anordnet, dass man die Polymerformulierung von der Oberseite her direkt in den von Auftragswalze und Rollrakelstab gebildeten Hohlraum dosiert, beispielsweise durch Gießen oder Sprühen.In a preferred embodiment of the invention, the doctor device (11) or (1 1 ') comprises at least one cylindrical roller doctor rod. Rolling doctor bars are generally known to the person skilled in the art. They usually have a diameter of a few cm, for example 1 to 3 cm, without the invention being restricted thereto. The roller doctor rod is rotatably mounted in a suitable device and is pressed against the roller (4) or (4 '), wherein the contact pressure is preferably adjustable. The roller doctor rod can be rotated by the rotation of the rollers (4), (4 '), but preferably it is actively driven off. As a result, the speeds of the rollers (4) or (4 ') and the roller doctor rod can be adjusted separately so that a certain slip between the roller and the roller doctor rod is adjustable. The roller doctor bar (1 1) or (11 ') can in the same or - if actively driven - also in the opposite direction of rotation to the rollers (4) and (4') run. The roller doctor bar is preferably in close proximity to the application device (11). Examples of corresponding arrangements can be found in US Pat. No. 2,970,564, DE 34 17 487 A1 or DE 37 35 889 A1, without the invention being restricted to these embodiments. It is possible, for example, that the roller doctor rod is arranged so that the polymer formulation is metered from the top side directly into the cavity formed by the applicator roll and the doctor blade, for example by casting or spraying.
Die Einstellung der Menge der Formulierung, welche auf den Auftragswalzen (4) bzw. (4') verbleiben soll, kann über die Art des Rollrakelstabes erfolgen. Bevorzugt umfasst der eingesetzte Rollrakelstab eine Riffelung in der Oberfläche, d.h. die Oberfläche des Rollrakelstabes ist nicht eben, sondern weist Vertiefungen auf, beispielsweise linien- förmige oder punktförmige Vertiefungen. Über die Art der Riffelung, wie beispielsweise Art, Tiefe und Dichte der Vertiefungen lässt sich die Menge der Formulierung, welche auf der Walze verbleiben soll, einstellen. Es können hierzu mehrere verschiedene RoII- rakelstäbe mit verschiedener Riffelung vorgehalten werden und je nach der Art der zum Passivieren verwendeten Formulierung in die Bandbeschichtungsanlage eingebaut werden. Alternativ kann der Rollrakelstab auch mit einem Draht umwickelt sein, öder es kann sich um einer Drahtspirale handeln.The adjustment of the amount of formulation which is to remain on the applicator rollers (4) and (4 '), can be done on the nature of the roller doctor rod. Preferably, the inserted rotary doctor bar comprises a corrugation in the surface, i. The surface of the roller doctor rod is not flat, but has recesses, for example, line-shaped or punctiform depressions. About the type of corrugation, such as the type, depth and density of the wells, the amount of formulation, which should remain on the roller, set. For this purpose, a plurality of different rod rods with different corrugation can be provided and, depending on the type of formulation used for passivating, be installed in the band coating system. Alternatively, the roller doctor rod can also be wound with a wire, or it can be a wire spiral.
Der auf der Walze (4) bzw. (4') befindliche Film wird beim Kontakt mit der verzinkten Oberfläche des Stahlbandes ganz oder teilweise auf die verzinkte Oberfläche übertragen wird. Die Menge der sich auf der Auftragswalze (4) bzw. (4') befindlichen Formulie- rung pro Flächeneinheit wird hierbei vorteilhaft so bemessen, dass sich vor dem Spalt (12) kein Wulst oder zumindest kein wesentlicher Wulst bildet. Es sollte eine möglichst vollständige Übertragung des Films von der Walze (4) bzw. (4') auf die verzinkte Oberfläche erfolgen. Die Menge wird weiterhin so bemessen, dass die für die jeweilige An- wendung gewünschte Schichtdicke resultiert. Bewährt hat es sich, eine Menge von weniger als 5 g/m2 der wässrigen Formulierung, bezogen auf eine ca. 20% Formulierung einzusetzen.The film on the roller (4) or (4 ') is completely or partially transferred to the galvanized surface on contact with the galvanized surface of the steel strip. The amount of formulation on the applicator roller (4) or (4 ') tion per unit area is in this case advantageously dimensioned such that no bead or at least no substantial bead forms in front of the gap (12). It should be as complete as possible transfer of the film from the roller (4) or (4 ') carried out on the galvanized surface. The quantity is further calculated so that the desired layer thickness for the respective application results. It has proven useful to use an amount of less than 5 g / m 2 of the aqueous formulation, based on an approximately 20% formulation.
Nach dem Auftragen der wässrigen Formulierung reagiert diese mit der verzinkten Oberfläche unter Bildung von Wasserstoff. Die sauren Gruppen des Polymers verankern das Polymer auf der Oberfläche und die abgelösten Zn2+-lonen vernetzen die Polymerschicht.After application of the aqueous formulation, it reacts with the galvanized surface to form hydrogen. The acidic groups of the polymer anchor the polymer to the surface and the detached Zn 2+ ions crosslink the polymer layer.
Der feuchte Film wird schließlich in einer in Laufrichtung (2) des Bandes hinter dem walzenpaar angeordneten Trockenvorrichtung (6) getrocknet. Hierbei können z.B. Umlufttrockner oder I R-T rockner eingesetzt werden. Die Trockentemperatur wird vom Fachmann je nach der verwendeten Formulierung und den gewünschten Eigenschaften der Schicht eingestellt. Bewährt hat sich eine Temperatur von 30 bis 95°C und bevorzugt 40 bis 800C, jeweils gemessen als „Peak-Metal-Temperatur". Die Temperatur der Umluft in einem Umlufttrockner kann dabei selbstverständlich auch höher sein.The wet film is finally dried in a running direction (2) of the tape behind the pair of rollers arranged drying device (6). For example, circulating air dryers or RT rockers can be used here. The drying temperature is set by the skilled person depending on the formulation used and the desired properties of the layer. Proves itself has a temperature of 30 to 95 ° C and preferably 40 to 80 0 C, measured as "peak metal temperature". The temperature of the recirculating air in a convection dryer can in this case be of course also be higher.
Die Zeit vom Auftragen der Formulierung durch die Walzen (4) bzw. (4') und dem Eintreten in den Trockner, also die Reaktionszeit, kann vom Fachmann durch die Bandgeschwindigkeit und/oder den Abstand des Trockners von der Auftragsstelle in prinzipiell bekannter beeinflusst werden.The time from applying the formulation through the rollers (4) or (4 ') and the entry into the dryer, so the reaction time can be influenced by the skilled worker by the belt speed and / or the distance of the dryer from the application point in principle known ,
Nach dem Passieren des Trockners verbleibt eine getrocknete Passivierungsschicht auf dem verzinkten Stahlband. Die Trockenschichtdicke kann vom Fachmann über die aufgetragene Menge der Formulierung mittels der bereits geschilderten Maßnahmen bestimmt werden. Die Schichtdicke richtet sich jeweils nach den gewünschten Eigenschaften der Schicht.After passing through the dryer, a dried passivation layer remains on the galvanized steel strip. The dry layer thickness can be determined by the person skilled in the art about the applied amount of the formulation by means of the measures already described. The layer thickness depends on the desired properties of the layer.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Vorrichtung kann selbstverständlich noch weitere Bauelemente umfassen. So ist es prinzipiell möglich, dass die Auf- tragswalzen (4) bzw. (4') jeweils über mehr als eine Rakelvorrichtung (1 1) verfügen. Weiterhin ist es möglich, zwischen den Auftragswalzen (4), (4') um dem Trockner noch weitere Vorrichtungen zum Glätten der Passivierungsschicht vorzusehen, beispielsweise zusätzliche Rakel und/oder Walzen.The device used for the method according to the invention may of course comprise further components. Thus, it is in principle possible for the application rollers (4) or (4 ') each have more than one doctor device (1 1). Furthermore, it is possible to provide further devices for smoothing the passivation layer between the application rollers (4), (4 ') around the dryer, for example additional squeegees and / or rollers.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Trockenschichtdicken von weniger als 1 μm, bevorzugt weniger als 0,6 μm und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,4 μm erreichbar, welche dennoch sehr gleichmäßig sind und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Das Polymer reagiert aufgrund der hohen Einsatzkonzentration sehr schnell, so dass das saure Polymer praktisch nicht mehr nachreagiert und auch daher auch keine Weißverfärbung der Passivierungsschicht mehr stattfindet.By means of the method according to the invention, dry layer thicknesses of less than 1 .mu.m, preferably less than 0.6 .mu.m and particularly preferably 0.01 to 0.4 .mu.m can be achieved, which are nevertheless very uniform and have high corrosion resistance exhibit. Due to the high use concentration, the polymer reacts very quickly, so that the acidic polymer virtually no longer reacts and, therefore, no white discoloration of the passivation layer takes place any more.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:The following examples are intended to explain the invention in more detail:
Verwendete Polymerlösung:Used polymer solution:
Für die Versuche wurde eine 25 % ige Lösung eines Copolymers aus 70 Gew. % Ac- rylsäure und 30 Gew. % Vinylphosphonsäure in Wasser eingesetzt.For the experiments, a 25% solution of a copolymer of 70% by weight of acrylic acid and 30% by weight of vinylphosphonic acid in water was used.
Vergleichsbeispiel:Comparative Example:
Für den Vergleichsversuch wurde eine handelsübliche Abquetschvorrichtung für das Labor verwendet.For the comparative experiment, a commercial squeezing device for the laboratory was used.
Die Vorrichtung besteht aus zwei gegeneinander laufenden Stahlrollen (Gesamtdurchmesser 100 mm; Länge 350 mm), welche jeweils mit einer Gummiauflage (Härte 80 Shore A) versehen sind. Die Walzen werden mit einem Liniendruck von ca. 10-15 N/mm aneinander gepresst und mit einer Umlaufgeschwindigkeit von ca. 25 m / min gedreht.The device consists of two steel rollers running against each other (total diameter 100 mm, length 350 mm), each of which is provided with a rubber pad (hardness 80 Shore A). The rolls are pressed together with a line pressure of about 10-15 N / mm and rotated at a rotational speed of about 25 m / min.
Für den Beschichtungsversuch wurde ein handelsübliches Stahlblech für Testzwecke (200 mm x 100 mm) für ca. 1 s vollständig in die obige Lösung eingetaucht und anschließend sofort mittels der Abquetschvorrichtung abgequetscht, indem man das Blech in den Spalt zwischen den zwei Rollen einführte, so dass es von den Walzen durch den Spalt transportiert wurde. Die Walzen waren zuvor mit der Polymerlösung benetzt worden. Nach dem Abquetschen wird das behandelte Blech sofort für einige Sekunden in einem Ofen bei einer PMT (Peak-Metal-Temperatur) von 50 0 C getrocknet.For the coating test, a commercially available steel sheet for test purposes (200 mm × 100 mm) was completely immersed in the above solution for about 1 s and then squeezed off immediately by means of the squeezing device by inserting the sheet into the gap between the two rollers so that it was transported by the rollers through the gap. The rolls had previously been wetted with the polymer solution. After squeezing, the treated sheet is immediately dried for a few seconds in an oven at a PMT (peak metal temperature) of 50 ° C.
Die Dicke der Polymerschicht auf dem Metall nach dem Trocknen betrug 370 nm. The thickness of the polymer layer on the metal after drying was 370 nm.
Erfindungsgemäße Beispiele:Examples according to the invention:
Für die erfindungsgemäßen Beispiele wurde an die obere der beiden Walzen ein glatter Rollrakelstab ( Durchmesser 12 mm) angebaut. Die modifizierte Vorrichtung ist nachfolgend schematisch dargestellt.For the examples according to the invention, a smooth roller doctor bar (diameter 12 mm) was attached to the upper of the two rollers. The modified device is shown schematically below.
Der Rollrakelstab wird von einer Halterung derart gehalten, dass der Anpressdruck des Rollrakelstabs an die Rolle verändert werden kann. Von der Konstruktion her ist der Rollrakelstab gegen Durchbiegen gesichert. Die Polymerlösung wird von der Oberseite her mittels einer Dosiervorrichtung direkt in den Spalt zwischen dem Rollrakelstab und der Abpressrolle dosiert und zwar so, dass immer eine kleine Flüssigkeitssäule zwischen den Rollen steht, die Lösung andererseits aber auch nicht überläuft. Der Druck zwischen den beiden Walzen sowie deren Umdrehungsgeschwindigkeit blieben wie oben.The roller doctor rod is held by a holder such that the contact pressure of the roller doctor rod can be changed to the role. The construction of the roller scraper bar is secured against bending. The polymer solution is metered from the top by means of a metering device directly into the gap between the roller doctor blade and the Abpressrolle in such a way that always a small column of liquid between the rollers, the solution on the other hand does not overflow. The pressure between the two rollers and their speed of rotation remained as above.
Zur Beschichtung wurde ein verzinktes Stahlblech in den Spalt zwischen den beiden Walzen eingeführt, so dass es von den Walzen durch den Spalt transportiert wurde. Anschließend wurde das Blech wie oben getrocknet.For coating, a galvanized steel sheet was inserted into the nip between the two rolls so that it was transported by the rolls through the nip. Subsequently, the sheet was dried as above.
Es wurden 3 Versuche bei verschiedenen Anpressdrücken des Rollrakelstabes durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.There were 3 tests carried out at different contact pressures of the rotary doctor bar. The results are summarized in the table below.
Die Beispiele zeigen, dass sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich dünnere Polymerschichten erreichen lassen, als bei dem konventionellen Verfahren durch direktes Aufbringen und Abquetschen der überflüssigen Menge. Weiterhin kann zusätzlich mittels unterschiedlich oberflächlich strukturierter Rakelstäbe ein weiter Schichtauflagenbereich sehr fein gesteuert werden. The examples show that by means of the process according to the invention significantly thinner polymer layers can be achieved than in the conventional process by direct application and squeezing of the superfluous amount. Furthermore, by means of differently superficially structured doctor bar a further layer contact area can be very finely controlled.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum kontinuierlichen Passivieren eines verzinkten Stahlbandes mit einer sauren wässrigen Formulierung umfassend mindestens ein wasserlösli- ches, saure Gruppen umfassendes Polymer X, wobeiA process for continuously passivating a galvanized steel strip with an acidic aqueous formulation comprising at least one water-soluble, acidic group-containing polymer X, wherein
• das Polymer X mindestens 0,6 mol Säuregruppen / 100 g des Polymers aufweist,The polymer X has at least 0.6 mol of acid groups / 100 g of the polymer,
• der pH-Wert der Formulierung nicht mehr als 5 beträgt, und • die Menge aller Polymere X zusammen 10 bis 30 Gew. % bezogen auf die• the pH of the formulation is not more than 5, and • the amount of all polymers X together 10 to 30 wt.% Based on the
Menge aller Komponenten der Formulierung beträgt,Amount of all components of the formulation is,
und wobei das verzinkte Stahlband in seiner Längsrichtung durch einen verstellbaren Spalt (12) zwischen zwei sich in Laufrichtung (2) des Stahlbandes drehen- den, gegenüber angeordneten Walzen (4), (4') bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,and wherein the galvanized steel strip is moved in its longitudinal direction by an adjustable gap (12) between two rollers (4), (4 ') rotating in the running direction (2) of the steel strip, characterized
dass die saure wässrige Formulierung auf mindestens eine der beiden Walzen mittels einer Auftragsvorrichtung (10) aufgetragen wird und in Drehrich- tung der Walze zwischen der Auftragsvorrichtung (10) und dem Spalt (12) mindestens eine Rakelvorrichtung (1 1) angeordnet ist, mit der durch Abtrennung überschüssiger Formulierung die Menge der wässrigen Formulierung pro Flächeneinheit der Walze einstellbar ist, that the acidic aqueous formulation is applied to at least one of the two rolls by means of an application device (10) and at least one doctor device (11) is arranged in the direction of rotation of the roll between the application device (10) and the gap (12) in that the quantity of aqueous formulation per unit area of the roller can be set by removal of excess formulation,
■ der auf der Walze befindliche Film beim Kontakt mit der verzinkten Oberfläche des Stahlbandes ganz oder teilweise auf die verzinkte Oberfläche übertragen wird, und■ the film on the roller is completely or partially transferred to the galvanized surface on contact with the galvanized surface of the steel strip, and
der feuchte Film in einer in Laufrichtung (2) des Bandes hinter dem Walzen- paar angeordneten Trockenvorrichtung (6) getrocknet wird. the moist film is dried in a drying device (6) arranged in the running direction (2) of the strip behind the pair of rolls.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dass es sich bei der Rakelvorrichtung (1 1) um eine mindestens einen Rollrakelstab umfassende Vorrichtung handelt.2. Method according to claim 1, characterized in that the squeegee device (11) is a device comprising at least one roller doctor rod.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollrakelstab eine Riffelung in der Oberfläche aufweist.3. The method according to claim 2, characterized in that the roller doctor rod has a corrugation in the surface.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der4. The method according to claim 1, characterized in that it is in the
Rakelvorrichtung (1 1) um eine mindestens ein Rakelmesser umfassende Vorrich- tung handelt. Doctor blade device (1 1) around a device comprising at least one doctor blade.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels von der Rakelvorrichtung (1 1) abgetrennte Formulierung wieder zum Beschichten zurückgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that by means of the doctor device (1 1) separated formulation is returned to the coating again.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Menge der wässrigen Formulierung pro Flächeneinheit der Walze so einstellt, dass sich vor dem Spalt (12) kein Wulst bildet.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one sets the amount of aqueous formulation per unit area of the roller so that no bead forms before the gap (12).
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der gebildeten, getrockneten Passivierungsschicht weniger als 1 μm beträgt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the thickness of the formed, dried passivation layer is less than 1 micron.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den sauren Gruppen des Polymers X um Gruppen ausgewählt aus der Gruppe von Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen, Phosphorsäuregruppen und Phosphonsäuregruppen handelt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is the acidic groups of the polymer X is selected from the group of carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups and phosphonic acid groups.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den sauren Gruppen des Polymers X um Gruppen ausgewählt aus der Gruppe von Carboxylgruppen, Phosphorsäuregruppen und Phosphonsäuregruppen handelt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is the acidic groups of the polymer X is selected from the group of carboxyl groups, phosphoric acid groups and phosphonic acid groups.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet bei dem sauren, wasserlöslichen Polymer X um ein (Meth)acrylsäureeinheiten um- fassendes Homo- oder Copolymer handelt.10. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the acidic, water-soluble polymer X is a (meth) acrylic acid comprehensive homo- or copolymer.
1 1. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem sauren, wasserlöslichen Polymer X um ein Copolymer X1 handelt, welches aus den folgenden monomeren Einheiten -jeweils bezogen auf die Menge aller in das Copolymer einpolymerisierten Monomere- aufgebaut ist:1 1. A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is the acidic, water-soluble polymer X is a copolymer X1, which consists of the following monomeric units - in each case based on the amount of all monomers copolymerized in the copolymer- is constructed:
(A) 30 bis 90 Gew. % (Meth)acrylsäure,(A) 30 to 90% by weight of (meth) acrylic acid,
(B) 10 bis 70 Gew. % mindestens eines weiteren, von (A) verschiedenen- mo- noethylenisch ungesättigten Monomers, welches eine oder mehrere saure(B) 10 to 70% by weight of at least one further monomethylenically unsaturated monomer other than (A) which has one or more acidic monomers
Gruppen aufweist, sowieHas groups, as well
(C) optional 0 bis 40 Gew. % mindestens eines OH-Gruppen aufweisenden (Meth)acrylsäureesters,(C) optionally 0 to 40% by weight of at least one OH group-containing (meth) acrylic ester,
(D) optional 0 bis 30 Gew. % mindestens eines weiteren -von (A), (B) oder (C) verschiedenen- ethylenisch ungesättigten Monomers. (D) optionally 0 to 30% by weight of at least one other ethylenically unsaturated monomer other than (A), (B) or (C).
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Monomeren (B) um Monomere ausgewählt aus der Gruppe von12. Process according to claim 1 1, characterized in that the monomers (B) are monomers selected from the group of
(B1 ) monoethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen, und/oder(B1) monoethylenically unsaturated dicarboxylic acids having 4 to 7 carbon atoms, and / or
(B2) monoethylenisch ungesättigten Phosphor- und/oder Phosphonsäuren(B2) monoethylenically unsaturated phosphoric and / or phosphonic acids
handelt.is.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge von Monomer (C) 1 bis 30 Gew. % beträgt.13. The method according to claim 1 1 or 12, characterized in that the amount of monomer (C) 1 to 30 wt.% Is.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mehr als 25 mol % der Säuregruppen des Polymers X neutralisiert sind.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that not more than 25 mol% of the acid groups of the polymer X are neutralized.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Säuren in der Formulierung 20 Gew. % bezüglich der Menge aller Polymere X zusammen nicht überschreitet.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the amount of acids in the formulation 20 wt.% With respect to the amount of all polymers X does not exceed together.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Formulierung keine zusätzlichen Säuren neben dem Polymer X umfasst. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the formulation comprises no additional acids in addition to the polymer X.
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