NL8401511A - Werkwijze voor het vormen van een harslaag. - Google Patents

Description

- I - ft ¥ ^ s

Werkwijze voor het vormen van een hars laag.

De uitvinding heeft betrekking op werkwijzen voor het afzetten van een kleurbare harsbekledingslaag op substraten 5 van metaal waarbij tevens een kleurbehandeling kan worden toegepast en op de produkten die met deze werkwijzen worden verkregen.

Het is algemeen bekend om heldere beschermende bekledingslagen van hars aan te brengen pp elektrolytisch afgezette of gepolijste metaaloppervlakken teneinde deze te beschermen 10 tegen corrosie. Dit procédé wordt gewoonlijk aangeduid als lakken, hoewel deze term zowel omvat het vormen van bekledings lagen die worden gehard door polymerisatie of door verknoping en bekledings-lagen die hard worden alleen door verlies van oplosmiddel. Oorspronkelijk werden dergelijke bekledingen aangebracht door spui-15 ten op het substraat of dompelen van het substraat, maar die methoden zijn ongunstig omdat het moeilijk is om een gelijkmatige bekleding van de hars op het substraat te verkrijgen. Ongelijkmatige bekledingen leiden tot gebieden met een geringe bestandheid tegen corrosie en maken ook de behandelingen voor 20 het kleuren van de harslagen minder aantrekkelijk omdat bij ongelijkmatige bekledingslagen ook een corresponderende ongelijkmatige kleur wordt verkregen.

De invoering in de laatste jaren van harsen die langs elektrolytische weg (onder invloed van een elektrisch veld) 25 kunnen worden afgezet betekende dat het mogelijk werd om gelijkmatige hars lagen op een oppervlak aan te brengen. Pogingen om een heldere bekleding van een anodische hars te vormen op een metaalsubstraat zijn echter zonder succes gebleken omdat gekleurde of onvolkomen bekledings lagen werden gevormd.

30 Het gevolg is dat heldere, anodische, langs elektrolytische weg afzetbare lakken niet zijn toegepast voor het bekleden van sterk gepolijste of elektrolytisch met een metaallaagje beklede oppervlakken waar het visuele aanzien belangrijk is, maar anodische langs elektrolytische weg afzetbare lakken slechts werden gebruikt 35 84 0 1 5 1 1 *e - 2 - voor het vormen van een grondlaag of in de vorm van gekleurde harsen waarbij de kleur niet belangrijk is of werden toegepast in gepigmenteerde bekledingslagen.

Gevonden werd nu dat de moeilijkheden bij het 5 verkrijgen van een foutloze heldere bekledingslaag van een ano-dische hars verband houden met de aard van het oppervlak van het substraat en dat heldere bekledingslagen kunnen worden afgezet op oppervlakken die zijn gevormd uit nikkel, roestvast staal of aluminium. Heldere bekledingslagen (blanke bekledingslagen) 10 kunnen niet worden gevormd op andere oppervlakken, bijvoorbeeld op koper, messing, zilver, zink of staal. Volgens een aspekt van de uitvinding wordt derhalve voorzien in een werkwijze voor het vormen van een laag van een anodische hars op een oppervlak van een substraat door elektrolytisch af zetten,, welke werkwijze 15 wordt gekenmerkt doordat het oppervlak is gevormd uit nikkel, roestvast staal of aluminium en dat de hars een heldere hars is.

De werkwijze is bruikbaar voor het afzetten van een heldere harslaag op elk substraat met een oppervlaktelaag 20 van nikkel, roestvast staal of aluminium (of geaiodi seerd aluminium). De oppervlaktelaag is bij voorkeur tenminste 2 ^um en liefst tenminste 4 yum dik. Zo kan elk substraat derhalve worden bekleed met hars als, bijvoorbeeld, het oppervlak eerst wordt bedekt (gepleet) met een oppervlaktelaag van nikkel voor-25 dat de hars wordt afgezet. Oppervlakken gevormd uit andere metalen, bijvoorbeeld staal leiden tot de vorming van gekleurde bekledingslagen en daarom wordt het gehele oppervlak van het substraat bij voorkeur gevormd uit nikkel , roestvast staal of aluminium.

30 De bruikbaarheid van een bepaalde anaforetische hars voor het gebruik bij de werkwijze volgens de uitvinding moet empirisch worden bepaald. Elke anaforetische hars is potentieel geschikt en kan voor een proefje worden gekozen. Voorbeelden van harsen die anaforetisch zijn, zijn onder andere acrylharsen, 35 polyesterharsen, epoxyharsen en gemodificeerde alkydharsen (welke 84 0 1 5 1 t C’ - - 3 - harsen ook in combinatie kunnen worden toegepast). De harsen waaraan voor het onderhavige gebruik de voorkeur worden gegeven zijn de acrylharsen of harsen van het acryl/gemodificeerde poly-estertype. De criteria voor het vaststellen van de geschiktheid 5 van deze harsen zijn eenvoudig dat ze afgezet moeten kunnen worden op het substraat onder vorming van een heldere {blanke) gelijkmatige bekleding van hars die vrij is van putjes en andere onvolkomenheden en die na harden de gewenste mechanische eigenschappen geeft. Welke mechanische eigenschappen gewenst zijn, varieert 10 met het beoogde gebruik van het substraat, maar in het algemeen heeft een onvolkomen oppervlak, bijvoorbeeld een oppervlak met een ongelijkmatige dikte of een oppervlak met putjes niet een goede weerstand bijvoorbeeld tegen corrosie.

De dikte van de bekledingslaag van hars die 15 wordt afgezet wordt geregeld al naar het beoogde gebruik van het substraat. Bekledingen van 1-20 yiirn,.bijvoorbeeld 5-10 ^um kunnen geschikt worden opgebracht terwijl dikkere bekledingen worden opgebracht als een grotere bestandheid tegen corrosie nodig is.

De harslaag wordt opgebracht door het substraat 20 anodisch te maken in een bad van de hars. De snelheid waarmee de hars wordt afgezet is evenredig met de stroomdichtheid die wordt een een toegepast en is voor/bepaald bad en voor/bepaald substraat derhalve evenredig met de spanning die wordt aangelegd. Bij een constante spanning neemt de stroom die door het bad gaat af 25 naarmate de dikte van de afgezette laag toeneemt, tot op een bepaald punt het afzetten (van hars) ophoudt. Er wordt de voorkeur aan gegeven om een begin-stroomdichtheid toe te passen 2 van 0,32-0,54 A/dm wat typisch correspondeert met een begin-spanning van 20-30 V. De afzetting van de hars zal in het algemeen 30 gereed zijn binnen een periode van 2 min. Het aanleggen van een hogere beginspanning en dus het door het bad gaan van een stroom met een hogere stroomdichtheid kan ongunstig zijn, omdat de afgezette laag dan weleens niet helder kan zijn en omdat in het bijzonder die omstandigheden kunnen leiden tot de afzetting van 35 gasbevattende harslagen. Als men dit probleem ondervindt dient een 8401511

3» K

- 4 - lagere begin-stroomdichtheid te worden gebruikt. Als een betrekkelijk dikke afzetting van hars wordt gewenst kan de stroomdichtheid worden gehandhaafd door de aangelegde spanning tijdens het afzetproces al naar nodig is te verhogen .· Er wordt de voor-5 keur aan gegeven om niet spanningen toe teppassen van meer dan 50 V, teneinde de kans dat genoemde bezwaren optreden, tot een minimum te beperken. Als de aangelegde spanning betrekkelijk klein is kan de afzetsnelheid afnemen tot een onaanvaardbaar niveau..

10 Daar de kwaliteit van de .laag wordt beïnvloed door de omstandigheden waaronder deze wordt afgezet, moet elk onderzoek voor het beoordelen van de geschiktheid van een bepaalde hars voor gebruik volgens de onderhavige uitvinding worden uitgevoerd, gerelateerd uit de omstandigheden die voor 15 dat afzetten worden toegepast. Als de fouten in de laag niet te ernstig zijn kan het zijn dat aanpassen van de omstandigheden waaronder het afzetten plaatsvindt, bijvoorbeeld een verandering in de aangelegde spanning, een bevredigend produkt oplevert en die bepaalde hars geschikt maken voor gebruik volgens de uit-20 vinding.

Het harsbad is typisch zuur van aard en wordt geneutraliseerd met een amine, bijvoorbeeld triethylamine en wordt geleverd als een oplossing van het zout in een met water mengbaar organisch oplosmiddel. Typische geschikte oplosmiddelen . 25 zijn onder andere de lagere alkoholen, bijvoorbeeld butanol, propanol en ethanol en alkyletheralkoholen, bijvoorbeeld butoxy-ethanol.

Het harsbad wordt geschikt gevormd door een geschikte hoeveelheid van een dergelijke harsoplossing toe te 30 voegen aan gedeioniseerd water onder vorming van een suspensie. Het bad zal bij voorkeur 5-10 gew.% vaste stof bevatten . Een te kleine concentratie aan hars zal de snelheid waarmee hars wordt afgezet verlagen tot een onaanvaardbaar niveau, terwijl een te hoge concentratie de viscositeit van het bad zal verhogen 35 tot onaanvaardbare waarden. Het harsbad bevat bij voorkeur een 8401511 jr. -w - 5 - met water mengbaar organisch oplosmiddel, als hoedanig hij voorkeur het oplosmiddel dient waarin de'hars wordt opgelost. Het bad zal bij voorkeur 1-10 gew.% van een dergelijk oplosmiddel bevatten wat geschikt kan worden bereikt door de hars aan het 5 bad toe te voegen in de vorm van een oplossing in een dergelijk oplosmiddel.

Het.bad kan ook andere conventionele toevoegsels bevatten zoals een vloeiregelend toevoegsel bijvoorbeeld decanol.

De samenstelling van het bad wordt bij voorkeur tijdens het 10 gebruik bewaard en indien nodig bijgesteld. Bijvoorbeeld moet de pH worden gehandhaafd op een waarde die geschikt is voor de betreffende hars en moet de concentratie aan vaste stof en oplosmiddel van het bad binnen de voorkeursgrenzen worden gehouden. Gevonden werd dat toevoeging van kleine hoeveelheden van 15 een bevochtigingsmiddel helpt om de afzetting van een gelijkmatige laag van de hars te bewerkstelligen; toevoeging van dergelijke middelen aan het harsbad vormt dan ook een voorkeursaspekt van de uitvinding. Elk anionogeen of bij voorkeur niet-ionogeen bevochtigingsmiddel kan normaliter in kleine hoeveelheden, bij-20 voorbeeld van 10-200 dpm berekend op het bad, worden toegepast.

Voorbeelden van geschikte bevochtigingsmiddelen zijn onder andere nonylfenolethoxylaten en vetalkoholethoxylaten.

Het substraat wordt bij voorkeur voorbereid voor het afzetten van een harslaag door het te reinigen en in twee 25 trappen af te spoelen, eerst met water en daarna met een waterige oplossing van een oplosmiddel, bij voorkeur het oplosmiddel dat aanwezig is in het bad voor het afzetten van hars.

De bekledingslaag van hars wordt op de normale wijze gehard, hoewel het beklede substraat ook kan worden onder-30 worpen aan verdere behandelingen, bijvoorbeeld een behandeling voor het kleuren van de laag zoals hierna wordt beschreven, voordat de laag wordt gehard. Afhankelijk van het harssysteem vindt harding in het algemeen plaats door moffelen bij verhoogde temperaturen bijvoorbeeld 100-250° C gewoonlijk 150-200° C. Er 35 wordt bij de uitvinding echter niet uitgesloten om harssystemen 8401511 i?* -¾ -βίε gebruiken die buiten deze temperatuursgrenzen gehard kunnen worden.

De mechanische eigenschappen van de geharde laag kunnen worden getest me-t verschillende bekende technieken (gewoon-5 lijk destructieve technieken). Tot de gangbare technieken die worden gebruikt behoren een hardheidsproef waarbij gebruik wordt gemaakt van potloden van verschillende hardheid onder standaardomstandigheden om vast te stellen met potlood van welke hardheid een merkteken op het oppervlak achterblijft, een 10 proef ter bepaling van de bestandheid tegen oplosmiddelen die wordt uitgevoerd door over het oppervlak te wrijven met een doek die is bevochtigd met oplosmiddel onder standaardomstandigheden ook om vast te stellen of de laag bestand is tegen (dat) oplosmiddel, of een brosheidsproef die wordt uitgevoerd door het 15 substraat in bepaalde mate te buigen om vast te stellen of de laag gaat barsten. Zoals hiervoor opgemerkt zullen de eigenschappen die in een bepaald geval aanvaardbaar zijn variëren met het beoogde gebruik van het substraat. Een onvolmaakte bekledings-laag zal normaliter duidelijk slechtere eigenschappen te zien 20 geven bij een of meer van de genoemde proeven.

De afgezette harslaag wordt bij voorkeur afgespoeld tot hij vrij is van aanhechtende harsoplossing direkt na de afzettrap. Ook deze behandeling wordt bij voorkeur in twee trappen uitgevoerd, waarbij eerst een waterige oplossing van een 25 met water mengbaar oplosmiddel wordt gebruikt, bij voorkeur een oplossing van het oplosmiddel dat aanwezig was in het harsbad en in de tweede trap gedeioniseerd water wordt gebruikt. Gevonden werd dat deze afspoeltrap verrassend gunstig is omdat daarmee de laag van niet geharde hars blijkt te worden geegaliseerd en 30 kleine onvolmaaktheden in de harslaag kunnen worden verwijderd.

De eerste spoeloplossing bevat bij voorkeur 0,2-10,0 gew.% van het oplosmiddel dat ook aanwezig was in het afzettingsbad.

De nieuwe werkwijzen volgens de uitvinding vinden in het bijzonder toepassing bij het vormen van gelijkmatig 35 gekleurde hars lagen op substraten van metaal. Daar de bekleding

84 0 1 5 1 T

*9“ -¾ * - 7 - helder (transparant) is en gelijkmatig wordt afgezet over het oppervlak van het substraat kan kleuren (van de laag) plaatsvinden met conventionele kleurtechnieken. Zo kan kleuren plaatsvinden door opneraen van een geschikte in water oplosbare kleur-5 stof in de oplossing van de hars voordat afzetting op het substraat plaatsvindt; door kleuren van de niet geharde afgezette bekledings-laag van hars in een geschikt kleurhad en vervolgens harden van de gekleurde hars of door kleuren van de geharde harslaag in een geschikt kleurhad. De methode waaraan de voorkeur wordt ge-10 geven is kleuren van de niet geharde hars met daaropvolgend harden van de gekleurde hars omdat laatstgenoemde methode vereist dat het kleuren wordt uitgevoerd bij verhoogde temperatuur terwijl de eerstgenoemde methode vereist dat voor elke kleur die moet worden toegepast een afzonderlijk harsbad wordt aangemaakt.

15 Voorbeelden van geschikte kleurstoffen voor gebruik bij het kleuren van de harslagen zijn de in water oplosbare basische kleurstoffen die in oplossing gekleurde kationen vormen. Voorbeelden van geschikte kleurstoffen zijn bepaalde azo-kleurstoffen en bepaalde methinekleurstoffen.

20 De werkwij zaïvolgens de uitvinding zijn ook waarde- vol als trap in de vervaardiging van een bewerkt metaalsubstraat waarbij het substraat elektrolytisch met metaal wordt bekleed, wordt bekleed met een harslaag en wordt gekleurd. Daar al deze bewerkingen worden uitgevoerd door het substraat te dompelen 25 in een waterige vloeistof kan het substraat worden gemonteerd op een enkele mal of frame en van het ene bad naar het andere worden overgebracht waardoor de werking van de gehele produktie-lijn wordt vergemakkelijkt omdat het niet nodig om het substraat tussen de ''verschillende trappen van het totale produktieproces 30 van de ene mal of het ene frame af te halen en/of te plaatsen op een andere mal of frame.

De uitvinding wordt geïllustreerd door de volgende voorbeelden.

35 84 0 1 5 1 1 5* 'v - 8 -jt

Voorbeeld X

Een voorwerp uit gegoten messing werd gereinigd en elektrolytisch bekleed met nikkel tot een nikkellaagje was 5 gevormd met een dikte van 8 ^um. Het met nikkel beklede voorwerp werd eerst afgespoeld in gedeioniseerd water en daarna in een 0,5 % oplossing van 2-butoxymethanol in water die 0,5 g/1 vaste stoffen van een "verf" bevatte en waarvan de pH was ingesteld op 8,0 met triethylamine.

10 Daarna werd het onderdeel gedompeld in een wate rige vloeistof die 80 g/1, berekend als vaste stof bevatte van een polyester/acrylhars (in de vorm van een oplossing van hars in butoxyethanol met een vaste stofgehalte van 67 gew.%).

Er werd gedurende 30 s een spanning aangelegd van 20 V tussen 15 het te bekleden voorwerp als anode en een roestvast stalen kathode. Er werd over het gehele oppervlak van h£t voorwerp een harslaag afgezet met een dikte van ca 4 ^um.

Het beklede voorwerp werd afgespoeld, eerst in een 0,5 % oplossing van 2-butoxyethanol die 0,5 g/1 vaste stoffen 20 van de "verf" bevatte en waarvan de pH was ingesteld op 8,0 met triethylamine en daarna met gedeioniseerd water dat 200 ml/1 van een geethoxyleerde nonylfenol (oppervlakteaktief middel) bevatte.

Het afgespoelde, beklede voorwerp werd gedurende 1 min gedompeld in een waterige kleurstofoplossing (gedeioniseerd 25 water dat 1 g/1 Sandocryl Golden Yellow B-RLN Dye, 9 ml/1 azijnzuur, 1 g/1 natriumacetaat bevatte en waaraan 5 vol.% 2-butoxyethanol was toegevoegd) welke oplossing op een temperatuur van 25° C werd gehouden.

Het gekleurde, beklede voorwerp werd afgespoeld 30 met water en daarna met een 1 vol.% oplossing van 2-butoxyethanol in water die was ingesteld op pH 8 met triethylamine.

Het schone voorwerp werd daarna 20 min bij 160° C gemoffeld waarbij de hars volledig werd uitgehard. Er werd een gekleurde hekledingslaag met een uitstekende helderheid ver-35 kregen die geen variaties in kleur te zien gaf op welk punt van 840151f ' \y - 9 - het voorwerp ook en die het aanzien had van een gelakt, met messing bekleed voorwerp.

Voorbeeld II 5

Drie identieke substraten waarvan de oppervlakken respektievelijk waren bekleed met een nieuwe laag van elektro-lytisch afgezet glanzend nikkel, een nieuwe laag van elektro-lytisch afgezet glanzend zink uitgaande van een cyanidebad en 10 schone messing, werden behandeld en bekleed met een lak, zoals werd gebruikt in voorbeeld I.

De substraten werden gemoffeld en hun uiterlijk werd vergeleken met de volgende resultaten:

Op het met nikkel beklede substraat was een 15 heldere foutvrije laag met een dikte van ca 5 ^um gelijkmatig op het oppervlak afgezet.

Het met zink beklede substraat vertoonde enkele zwarte vlekjes.

Het messingsubstraat was bekleed met een laag 20 met een dikte van slechts 1-2 ^um en vertoonde enige aantasting op het oppervlak van het substraat en de harsbekledingslaag was enigszins troebel. 1 84 0 1 5 1 t

Claims (19)

1. Werkwijze voor het vormen van een heldere laag van een anaforetisehe hars op het oppervlak van een metaal-substraat door middel van elektrolytisch afzetten met het kenmerk dat het oppervlak bestaat uit nikkel, roestvast staal of aluminium 5 en dat de hars een heldere hars is-

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het oppervlak bestaat uit nikkel of roestvast staal.

3. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het substraat bestaat uit een ander 10 metaal dan nikkel, roestvast staal of aluminium met op het oppervlak daarvan afgezet een laag van nikkel, roestvast staal of aluminium.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk dat het oppervlak van de laag een dikte heeft van tenminste 2 15 ^um.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de hars wordt gekozen uit de groep omvattende acrylharsen, polyesterharsen en gemodificeerde alkyd-harsen, epoxyharsen en combinaties van deze harsen.

6. Werkwijze vólgens conclusie 5 met het kenmerk dat de hars een acrylhars of een acryl/gemodificeerde polyester-hars is.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat het afzetten (van de harslaag) plaatsvindt 25 door het substraat in een harsbad te brengen en anodisch te maken.

8. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk dat het harsbad een kleine hoeveelheid van een met water mengbaar organisch oplosmiddel bevat.

9. Werkwijze volgens conclusie 8 met het kenmerk dat het oplosmiddel butoxyethanol is.

10.Werkwijze volgens een der conclusies 7-9 8401511 Ί^·· -W*V* 9 -11- λ met het kenmerk dat het harsbad een niet-ionogeen hevochtigings-middel bevat.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 7-10 met het kenmerk dat de spanning die over het harsbad wordt aange- 5 legd lager is dan de spanning waarbij de afgezette harslaag een wezenlijke hoeveelheid ingesloten gas bevat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11 met het kenmerk dat over het harsbad een spanning wordt aangelegd van 20-30 V.

13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclu- 10 sies met het kenmerk dat de afgezette harslaag wordt afgespoeld direkt na de behandeling waarin de harslaag werd afgezet. ¥

14. Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk dat de harslaag eerst wordt afgespoeld met een waterige oplossing van een met water mengbaar oplosmiddel en daarna met gedeioniseerd 15 water.

15. Werkwijze volgens conclusie 14 met het kenmerk dat het oplosmiddel dat in de spoeltrap wordt toegepast gelijk is aan het oplosmiddel dat aanwezig was in het harsbad.

16. Werkwijze volgens een der voorgaande 20 conclusies met het kenmerk dat het beklede substraat vervolgens wordt gekleurd onder toepassing van een basische kleurstof.

17. Werkwijze volgens conclusie 16 met het kenmerk dat het beklede substraat wordt gekleurd door het in een kleurbad te dompelen voordat de hars wordt gehard.

18. Werkwijzen, in hoofdzaak als beschreven in de beschrijving en/of de voorbeelden.

19. Voorwerp met een bekleed oppervlak, verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies. 30 8401511