PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3887509T2 01.06.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0346385
Titel HERSTELLUNG EINER VERBESSERTEN PRIMERZUSAMMENSETZUNG.
Anmelder Fina Research S.A., Feluy, BE
Erfinder VAN DER KOLK, Cornelis, E., M., NL-1962 EJ Heemskerk, NL;
VAN DER POEL, Hendrick, NL-1186 XG Amstelveen, NL;
BRAEKEN, Jozef, B-9470 Denderleeuw, BE
Vertreter Ackmann, G., Dr.-Ing., 47053 Duisburg; Menges, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80469 München
DE-Aktenzeichen 3887509
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 11.02.1988
EP-Aktenzeichen 889023743
WO-Anmeldetag 11.02.1988
PCT-Aktenzeichen BE8800003
WO-Veröffentlichungsnummer 8806177
WO-Veröffentlichungsdatum 25.08.1988
EP-Offenlegungsdatum 20.12.1989
EP date of grant 26.01.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.1994
IPC-Hauptklasse C09D 5/10

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer verbesserten Zusammensetzung zur Anwendung als Fertigungsanstrich bzw. überschweißbarer Anstrich in der Stahlindustrie. Mehr im besonderen bezieht sie sich auf eine Fertigungsanstrich-Zusammensetzung für Überzüge, die Schweißarbeiten nicht beeinträchtigen und während dieser Arbeiten keine giftigen Dämpfe abgeben.

Wird bloßer Stahl für Konstruktionszwecke benutzt, dann ist das Strahlputzen und Grundierungsüberziehen an Ort und Stelle auszuführen, was höhere Kosten einschließt. Der gewalzte Stahl wird daher derzeit unter Anwendung automatischer Verfahren strahlgeputzt und unmittelbar mit einem dünnen Fertigungsanstrich überzogen.

Die Fertigungsanstriche müssen mehrere Anforderungen erfüllen:

sie sollten leicht sprühbar sein;

sie sollten ziemlich rasch trocknen;

sie sollten einen guten, obwohl temporären Schutz gegen Korrosion bieten;

die Schicht aus Fertigungsanstrich sollte eine gute mechanische Beständigkeit haben;

der Überzug aus überschweißbarem Anstrich sollte die Schweißbarkeit nicht beeinträchtigen;

während des Schweißens sollte es keine Gesundheitsgefahren geben;

der Überzug aus Fertigungsanstrich sollte mit den weiter benutzten Schutzmitteln verträglich sein.

Die üblichsten Arten von Schweißtechniken in der Schwerstahl-Konstruktionsindustrie beruhen auf der Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens zwischen einer Elektrode und dem Werkstück, wobei der Unterschied in dem Verfahren besteht, das benutzt wird, das Schweißbad gegen Oxidation zu schützen. Die wichtigsten sind:

1. Manuelles Metall-Lichtbogenschweißen (auch als Metall-Lichtbogenschweißen mit umhüllter Elektrode oder Stabelektrode bezeichnet), wobei die geschmolzene Naht durch das Schmelzen des Flußmittels um den Stab herum geschützt wird. Diese Schweißtechnik wird hauptsächlich in einer manuellen Weise benutzt, obwohl auch ein automatisiertes horizontales Stab-Schweißen (auch als Schwerkraft-Schweißen bezeichnet) bekannt ist und benutzt wird. Das manuelle Stab-Schweißen kann in allen Schweißpositionen benutzt werden, wenn auch mit geringer Schweißgeschwindigkeit. Nach dem Schweißen bleibt das Flußmittel als Schlacke auf der Schweißnaht, und es muß vor irgendeinem Überziehen entfernt werden.

2. Schweißen mit verdecktem Lichtbogen (auch als Unterpulverschweißen bezeichnet): diese Technik ist automatisch und gestattet eine hohe Schweißgeschwindigkeit, offensichtlich aber nur für horizontale Schweißungen. Das Pulver schmilzt teilweise und bleibt auf der Schweißnaht; der Rest wird abgesaugt.

3. MIG/MAG-Schweißen (Metall-Inertgas/Metall-Aktivgas- Schweißen), worin ein Gasstrom um den Elektrodenkern herum geschaffen wird, um die geschmolzene Naht zu schützen. Das benutzte Gas ist reines Argon (oder ein anderes Inertgas) im Falle des MIG-Schweißens oder es kann eine Kombination von Argon (oder eines anderen Inertgases) mit Kohlendioxid (manchmal mit Sauerstoff) im Falle des MAG-Schweißens sein. Das MIG/MAG-Schweißen ist häufig bevorzugt, weil es mit Schweißautomaten in horizontalen Schweißpositionen benutzt werden kann, was zu höheren Schweißgeschwindigkeiten als mit anderen Schweißtechniken führt. Weiter ist auch ein manuelles MIG/MAG-Schweißen mit automatischer Elektrodenzufuhr (üblicherweise halbautomatisches Schweißen genannt) möglich; in einem solchen Falle kann die Schweißgeschwindigkeit auch höher sein als mit anderen manuellen Schweißtechniken. Noch ein weiterer Vorteil des MIG/MAG-Schweißens ist, daß die wärmebeeinflußten Zonen kleiner sind als bei einem anderen Schweißverfahren mit elektrischem Lichtbogen.

Beim Schweißen einer T-Verbindung müssen auf jeder Seite zwei Nähte gebildet werden. Beim Anwenden des MIG/MAG-Schweißens erstarrt die Naht jedoch rascher. Beim Bilden der zweiten Naht kann daher ein Gas, das sich durch die Verbrennung des Anstrichstoffes gebildet hat, nicht mehr zwischen den zu verschweißenden Teilen entweichen und verursacht daher wahrscheinlich eine Porenbildung in der Naht.

Es ist bekannt, Fertigungsanstriche bzw. überschweißbare Anstriche auf der Grundlage organischer Binder zu benutzen, die am häufigsten auf Epoxyharzen oder durch Polyvinylbutyral verstärkten Phenolharzen beruhen. Diese Binder bilden jedoch während des Schweißens Gase, die in einer schweren inneren (d. h. von der Außenseite nicht sichtbaren) und äußeren Porosität der Schweißnaht resultieren. Während des Schweißens wird auch der Anstrichüberzug längs der Schweißnaht und auf der gegenüberliegenden Seite überhitzt, wodurch sogenannte "Rückbrenn"-Zonen gebildet werden, und die nachfolgenden Farbüberzüge auf dem überhitzten Anstrich sind daher weniger wirksam. Die teure Alternative besteht darin, die Anstriche auf der Grundlage organischer Binder vor dem Schweißen aus dem Schweißbereich zu entfernen und vorzugsweise auch von der gegenüberliegenden Seite nach dem Schweißen und vor dem Aufbringen nachfolgender Überzüge, doch vermindern die zusätzlichen Kosten der Entfernung des Anstriches, die sich aus der hohen Schweißgeschwindigkeit ergebenden Vorteile.

Es ist auch bekannt, Fertigungsanstriche auf der Grundlage anorganischer Binder zu benutzen, die üblicherweise auf Silicaten beruhen. Diese Anstriche enthalten jedoch einen großen Zinkanteil, um die antikorrosiven Eigenschaften sicherzustellen, wobei Zink während der Schweißarbeiten bedeutende Gesundheitsrisiken darstellt. Weiter führt das MIG/MAG-Schweißen von Stahl, der mit Anstrichen bedeckt ist, die einen hohen Zinkgehalt aufweisen, während des Schweißens zu einem starken Spritzen. Bei der Ausführung vertikaler Schweißungen kann dieses Spritzen das Schweißen sehr stark beeinträchtigen, insbesondere, weil sich die Spritzer auf der Elektrode ansammeln, was zu einem Kurzschluß und einer mangelnden Kontrollierbarkeit des Schweißbades führt. Da ein vertikales MIG/MAG-Schweißen praktischerweise halbautomatisch aus zuführen ist, verursacht dieses Spritzen auch unannehmbare Arbeitsbedingungen für die Bedienungsperson.

Es gibt daher eine Notwendigkeit auf diesem Gebiet, eine verbesserte Fertigungsanstich- bzw. überschweißbare Anstrich-Zusammensetzung zu schaffen, die eine gute Schweißbarkeit in allen Positionen und ein geringes Spritzen gestattet, keine Gesundheitsgefahren darstellt und kein vorheriges Entfernen des Anstrichüberzuges aus dem Schmelzbereich erfordert. Eine solche Notwendigkeit existiert insbesondere im Schiffbau, wo die Schweißkosten etwa ein Viertel der Baukosten betragen, um den Nutzen der Schweißtechniken mit hoher Geschwindigkeit zu gewährleisten.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Fertigungsanstrich- bzw. überschweißbare Anstrich-Zusammensetzung zu schaffen, die gute korrosionsbeständige Eigenschaften und gute Schweißbarkeit aufweist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer Fertigungsanstrich-Zusammensetzung mit annehmbaren Gesundheitsrisiken während des Schweißens.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fertigungsanstrich-Zusammensetzung herzustellen, die ein Schweißen ohne vorheriges Strahlputzen oder Schleifen des Schweißbereiches gestattet.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines überschweißbaren Anstriches, bei dem keine Zerstörung des Anstriches auf der gegenüberliegenden Seite des zu schweißenden Substrates auftritt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines Fertigungsanstriches, bei dem am überzogenen Werkstück keine Schweißspritzer haften.

Die verbesserte Fertigungsanstrich- bzw. überschweißbare Anstrich-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt:

(i) Füllstoffe und Pigmente, von denen mindestens 25 Gew.-% leitende Eigenschaften haben;

(ii) Zinkpulver, Zinkstaub oder Zinkflocken in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 6 bis 1 : 1 zur Gesamtmenge der Füllstoffe und Pigmente; wobei das genannte Zink, die Füllstoffe und Pigmente zu einer genügenden Feinheit gemahlen sind;

(iii) ein oder mehrere Schwebemittel;

(iv) gegebenenfalls ein oder mehrere Verdickungsmittel;

(v) einen Silicatbinder in einer derartigen Menge, daß das Gewichtsverhältnis des SiO&sub2;-Gehaltes des Binders zur Gesamtmenge von Zink, Füllstoffen und Pigmenten im Bereich von 1 : 4 bis 1 : 16 liegt und

(vi) ein oder mehrere Lösungsmittel.

Die Anmelderin hat gefunden, daß bei Einsatz der Fertigungsanstrich-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung der Überzug mit automatischen Schweißtechniken in allen Positionen, aber auch mit den anderen manuellen Schweißtechniken verträglich ist, die gewöhnlich in der Stahlbauindustrie benutzt werden.

Der Binder ist von Silicattyp. Solche Binder sind bekannt, und sie umfassen die Alkylsilicattypen auf Lösungsmittelbasis (mit oder ohne endständige Silanolgruppen) und die Silicattypen auf Wasserbasis, wobei die Alkylsilicatbinderarten wegen der besseren Eigenschaften beim Auftragen und Wiederüberziehen bevorzugt sind.

Die alkylsilicatartigen Binder werden hergestellt durch Kondensation von Tetraalkylsilicat-Monomeren bis zu einem hohen Molekulargewicht. Im Stande der Technik können verschiedene Druckschriften gefunden werden, einschließlich (1) US-PS 3 056 684, (2) "The use of ethyl silicate", J.R. Steinmetz, Modern Paint and Coatings, Juni 1983 und (3) "Filmbildung in anorganischen Zinkstaub-Anstrichen", E.V. Schmid, Farbe und Lack, Band 84, 1978.

Alkylsilicatartige Binder können auch als hochmolekulares Kondensat von Tetraalkylsilicat-Monomeren ohne eine Silanolgruppe am Kettenende des Kondensates hergestellt werden. Druckschriften im Stande der Technik schließen ein (1) "Single Package Zinc-Rich Coating", T. Ginsberg und L.G. Kaufman, Modern Paint and Coating, October 1981 und (2) "Zinc-Rich Coating Technology" D.M. Berger, G. Associates Ltd., Metal Finishing, März 1975.

Silicatbinder auf Wassergrundlage sind üblicherweise Alkalisilicate. Diese Alkalisilicate sind im Stande der Technik auch bekannt, wie z. B. in DE-PS 1 669 181 oder in "Alkali Silicates in Surface Coatings" (A. Pass und M.J.F. Meason, in "Amalgamated Oxides").

Im Stande der Technik sind auch quartäre Ammoniumsilicat-Lösungen/Dispersionen in Wasser bekannt. Sie sind kommerziell erhältlich, z. B. von Emmery Industries Inc. (Quram Product Line-Datenblatt, Juni 1980).

Die Fertigungsanstrich-Zusammensetzungen der Erfindung werden allgemein als Zweikomponenten-Systeme hergestellt, so daß sie flexibler und wirtschaftlicher sind, obwohl es auch vorstellbar ist, ein Einkomponenten-System herzustellen, wenn der Silicatbinder auf einem Alkylsilicatkondensat ohne eine Silanolgruppe am Kettenende des Kondensats beruht.

Die vorliegende Erfindung beruht hauptsächlich auf der speziellen Zusammensetzung und dem speziellen Herstellungsverfahren einer speziell ausgewählten Pigmentmischung oder Pigment/Füllstoff-Mischung, z. B. in Form einer Paste, die in verschiedenen Verhältnissen mit einem geeigneten Silicatbinder vermischt wird, was die Eigenschaften des trockenen Films ergibt, die oben erwähnt wurden. Obwohl sie gute Gesamteigenschaften und insbesondere gute Antikorrosionseigenschaften aufweist, ist die Zusammensetzung dieser Mischung durch einen geringen Zinkgehalt charakterisiert. Die Zusammensetzung der Erfindung wird im folgenden in dem besonderen Falle der Ausführungsform detailliert beschrieben, bei der ein Zweikomponenten-Anstrich hergestellt wird.

Die zweite Komponente ist eine Paste, enthaltend Füllstoffe, Pigmente und antikorrosive Mittel zusammen mit Verdickungs- und Schwebemitteln in einer Lösungsmittelmischung. Alle Bestandteile sollten vorzugsweise wasserfrei sein (maximal 0,15 Gew.-% Wasser), insbesondere, wenn Silicatbinder auf Lösungsmittelbasis benutzt werden.

Obwohl kein Wunsch besteht, durch eine Theorie gebunden zu sein, können die Pastenkomponenten gemäß ihren unterstellten Funktionen in verschiedene Arten eingeteilt werden.

Zinkpulver, Zinkstaub oder Zinkflocken werden als antikorrosives Mittel benutzt, das wegen seiner galvanischen Wirkung auf dem Stahlsubstrat wirksam ist.

Die Pigmente oder Füllstoffe umfassen mehrere Arten. Leitende Pigmente/Füllstoffe sind ein wesentlicher Teil der Zusammensetzung: sie verbessern sowohl die antikorrosiven Eigenschaften (indem sie Zinkteilchen elektrisch mit dem Substrat verbinden) als auch die Eigenschaften beim Lichtbogenschweißen. Beispiele von Pigmenten/Füllstoffen, die bekanntermaßen leitende Eigenschaften haben, schließen ein Dieisenphosphid, glimmerartiges Eisenoxid, erhalten aus natürlichen und synthetischen Quellen, Kupferflocken, Nickelflocken, Flocken aus korrosionsbeständigem Stahl, trockene Aluminiumflocken oder eine Aluminiumflockenpaste ein, wobei die glimmerartigen Eisenoxide bevorzugt sind, die zu optimalen Schweiß- und antikorrosiven Eigenschaften der Erfindung führen.

Die in der Zusammensetzung der Erfindung benutzten pigmente/Füllstoffe können gegebenenfalls eine Menge von Materialien umfassen, die mit dem Stahlsubstrat in Wechselwirkung treten kann, die z. B. zu einer gewissen Hemmung oder Passivierung des Substrates führt. Dies verringert angenommenermaßen den Verbrauch des galvanisch aktiven Pigments. Beispiele von Pigmenten/Füllstoffen mit solchen Eigenschaften schließen Chromate, wie Zinkchromat oder Zinkkaliumchromat; Phosphate, wie Calciumdiphosphat, Zinkphosphat, Kaliumphosphat oder Natriumkaliumpolyphosphat, Aluminiumpolyphosphat oder Borate, wie Zinkmetaborat oder Bariummetaborat und Zinkoxid ein.

Pigmente oder Füllstoffe, von denen angenommen wird, daß sie inaktiv sind, sind offensichtlich nicht wesentlich für die Erfindung, obwohl viele Gründe für ihre Einbeziehung in die Zusammensetzung sprechen, seien es wirtschaftliche Gründe oder, um den Anstrich mit einer geeigneten und/oder erwünschten Farbe zu versehen oder um das Überzugsverfahren zu verbessern (betreffend z. B. Filmbildung, Trocknung oder der Rißbildung im feuchten Zustand entgegenwirkende Eigenschaften). Als Beispiel für die zahlreichen möglichen inaktiven Pigmente/Füllstoffe können Aluminiumsilicate, MgAl-Silicate, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Titandioxid, rote Eisenoxide, gelbe Eisenoxide, Chromoxide, Mangandioxid genannt werden.

Das Verdickungsmittel ist für die Erfindung nicht wesentlich. Es kann irgendein Verdickungsmittel benutzt werden; bevorzugte Beispiele sind Polyvinylbutyral, Melaminformaldehyd, Acrylatpolymere, Nitrocellulose oder Hydroxyethylcellulosepolymere, wobei die letzteren bevorzugt sind. Im Falle des Einsatzes wird ein Verdickungsmittel in sehr geringen Mengen hinzugegeben, üblicherweise bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf die zweite Komponente.

Als Schwebemittel kann irgendein Zusatz benutzt werden, wie tonartige Materialien, Glycerintrihydroxystearat, Polyethylenwachs, polyamidartige Materialien oder deren Mischungen. Die eingesetzte Menge hängt von dem benutzten Schwebemittel ab, und der Fachmann weiß, daß davon nicht zuviel vorhanden sein soll, da der Paste sonst zu starke thixotrope Eigenschaften verliehen werden. Bevorzugte Schwebemittel sind solche vom Tontyp, die üblicherweise in Mengen von 0,2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die zweite Komponente, vorzugsweise von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, hinzugegeben werden.

Als Lösungsmittel für die zweite Komponente wird im allgemeinen eine Lösungsmittelmischung benutzt, die mindestens eines der Lösungsmittel umfaßt, die für die erste Komponente geeignet sind, und gegebenenfalls ein oder mehrere andere weniger polare Lösungsmittel. Beispiele für solche weniger polaren Lösungsmittel schließen Toluol und Xylol ein. Die eingesetzte Menge des Lösungsmittels wird vom Fachmann mit Bezug auf die Zusammensetzung der zweiten Komponente eingestellt. Aus praktischen Gründen ist es bevorzugt, daß die benutzte Menge des Lösungsmittels in beiden Komponenten derart ist, daß bei Vermischen im erwünschten Verhältnis die Fertigungsanstrich-Zusammensetzung fertig zum Aufbringen erhalten wird; es ist weiter bevorzugt, daß die Zusammensetzung so eingestellt wird, daß die Komponenten in etwa gleichen Gewichtsmengen vermischt werden sollten.

Die Menge der Füllstoffe/Pigmente und antikorrosiven Mittel in der zweiten Komponente sollte derart sein, daß nach dem Vermischen mit der ersten Komponente das Gewichtsverhältnis der Gesamtheit der Füllstoffe, Pigmente und antikorrosiven Mittel, einschließlich irgendwelcher benutzter mineralartiger Schwebemittel, zum SiO&sub2;-Gehalt des Silicatbinders im Bereich von 4 : 1 bis 16 : 1, vorzugsweise bei etwa 17 : 2, liegt.

Zusätzlich sollte das Gewichtsverhältnis der Gesamtmenge der antikorrosiven Mittel zur Gesamtmenge der Füllstoffe und Pigmente, einschließlich irgendwelcher mineralartiger Schwebemittel, im Bereich von 1 : 6 bis 1 : 1, vorzugsweise von 1 : 6 bis 2 : 5, liegen.

Die leitenden Füllstoffe/Pigmente sollten mindestens 25 Gew.-% der Gesamtmenge der Füllstoffe/Pigmente ausmachen.

Die oben erwähnten Verhältnisse entsprechen einem Gewichtsverhältnis von Zink zur Gesamtheit von Zink, Füllstoffen, Pigmenten und SiO&sub2; von 4 : 35 bis 16 : 34, vorzugsweise von 8 : 63 bis 20 : 63.

Es wurde weiter beobachtet, daß innerhalb der obigen Bereiche die Schweißeigenschaften verbessert werden, wenn das Gewichtsverhältnis von Zink : Zink + Füllstoffe + Pigmente+ SiO&sub2; 20 : 63 nicht übersteigt.

Das Verfahren zum Herstellen der zweiten Komponente ist wesentlich für die Erfindung. Um ein minimales Spritzen während des Schweißens und verbesserte antikorrosive Eigenschaften zu erhalten, muß der Zinkstaub, das Zinkpulver oder müssen die Zinkflocken gründlich mit (in Abhängigkeit von deren Korngröße) den leitenden Pigmenten und/oder restlichen Füllstoffen und/oder Pigmenten gemahlen werden. Die Verringerung beim Spritzen wird durch die Tatsache bewirkt, daß das gründliche Mahlen verhindert, daß Agglomerate von Zinkstaub, Zinkpulver oder Zinkflocken in dem getrockneten Anstrichfilm vorhanden sind. Zinkteilchen-Agglomerate werden, neben der Zinkkonzentration, als die Hauptursache für das Spritzen während des Schweißens angesehen. Die verbesserten antikorrosiven Eigenschaften werden aufgrund des wirksameren Kontaktes zwischen den optimal dispergierten Zinkteilchen und den leitenden Pigmenten erhalten. Ein verbesserter elektrischer Kontakt zwischen Zinkteilchen, leitendem Pigment und dem eisenartigen Substrat, auf das der Anstrich aufgebracht ist, wird schließlich zum optimalen Nutzen der galvanischen Eigenschaften der Zinkteilchen führen. Werden grobe glimmerartige Eisenoxide oder andere grobe leitende Pigmente benutzt (Feinheit über 45 um), dann ist ein gründliches Mahlen wesentlich, um Pasten mit genügender Feinheit zu erhalten. Dies ist erforderlich, um praktische Probleme bei dem Aufbringen durch Sprühen zu vermeiden. Das Blockieren von Sprühdüsen und der zu große Abrieb von Sprüheinheiten wird beobachtet, wenn Zusammensetzungen mit groben harten Pigmenten verwendet werden.

Beispiele für die Mahlverfahren sind Kugelmahlen und horizontales oder vertikales Mahlen mit Körnern, Perlen oder Sand. Für praktische Zwecke benutzt ein bevorzugtes Verfahren das Kugelmahlen während etwa 24 Stunden mit Keramikkugeln. Es ist auch möglich, ein schnelles Auflösen zu benutzen, doch ist dann die resultierende Feinheit üblicherweise ungenügend. Das Schwebemittel wird vorzugsweise kurz nach dem Mahlen hinzugegeben.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der überschweißbare Anstrichstoff als eine Einkomponenten-Farbe zubereitet. Der Binder eines Einkomponenten-Anstrichstoffes gemäß der Erfindung muß ein hochmolekulares Kondensat eines Tetraalkylsilicats ohne endständige Silanolgruppe sein, wobei die Alkylgruppen vorzugsweise Ethyl- oder Propylgruppen sind. Die Füllstoffe und Pigmente sowie die antikorrosiven und Schwebemittel sind die oben beschriebenen und in den gleichen Gewichtsverhältnissen zum Binder.

Die Schweißeigenschaften, die mit Ein- oder Zweikomponenten-Anstrichstoffen erhalten werden, sind sehr ähnlich; es wird eine geringe Zunahme in der Korrosionsbeständigkeit beobachtet, doch reicht diese nicht aus, den praktischen (meist wirtschaftlichen) Vorteil der Zweikomponenten-Farben auszugleichen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, die die Erfindung veranschaulichen, den Schutzumfang jedoch nicht begrenzen sollen.

Beispiel 1

a. Herstellung der ersten Komponente

In einen Tank aus korrosionsbeständigem Stahl wurden die folgenden Bestandteile unter Vermischen bei Raumtemperatur eingeführt:

6 Gewichtsteile Isopropylalkohol,

19,9 Gewichtsteile eines vorhydrolysierten Tetraethylsilicatpolymers mit einem SiO&sub2;-Gehalt von 40 Gew.-%,

15,1 Gewichtsteile einer 1,1 gew.-%igen Lösung von Schwefelsäure in einer Wasser/2-Methoxypropanol-Mischung (Gewichtsverhältnis 1 : 4).

Die Mischung wurde während 2 Stunden gerührt, wobei sich die Temperatur langsam bis auf ein Maximum von 35ºC erhöhte. Nach dem Abkühlen wurden weitere 57,2 Gewichtsteile Isopropylalkohol und 1,8 Gewichtsteile Trimethylborat eingeführt.

Die erste Komponente wurde in geeigneten Kunststoffkannen gelagert.

b. Herstellung der zweiten Komponente

In einen trockenen Tank wurden die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge eingefüllt und zur Homogenität vermischt:

19,5 Gewichtsteile Xylol,

0,3 Gewicht steile Hydroxyethylcellulose,

17,0 Gewichtsteile Aluiniumsilicat-Pulver,

7,2 Gewichtsteile gelbes Eisenoxid-Pulver,

17,8 Gewichtsteile Zinkstaub,

22,2 Gewichtsteile glimmerartiges Eisenoxid-Pulver,

4,0 Gewichtsteile einer Aluminiumpaste, enthaltend 65 Gew.-% Aluminiumflocken in Testbenzin (white spirit),

1,6 Gewichtsteile 2-Methoxypropanol und

4,9 Gewichtsteile Isopropylalkohol.

Die homogene Mischung wurde 24 Stunden lang unter Verwendung von Keramikkugeln gemahlen, worauf hin die Feinheit zu 0,040 bis 0,045 mm gemessen wurde. Die Kugelmühle wurde mit 7 Gewicht steilen 2-Methoxypropanol und Isopropylalkohol gespült und es wurden 0,8 Gewichtsteile Bentonit vor dem Lagern der zweiten Komponente in Metallkannen hinzugegeben.

c. Zubereitung und Aufbringen des Fertigungsanstriches

Die beiden Komponenten wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 vermischt. Der Fertigungsanstrich wurde durch Luftsprühen aufgebracht, wobei sich nach dem Trocknen eine 0,025 mm dicke Schicht bildete.

d. Auswertung der Porosität nach dem Schweißen über die Fertigungsanstrichschicht

Die Spezifikationen DVS-0501 (Deutscher Verband für Schweißtechnik, Postfach 2726, Aachenerstraße 172, D-4000 Düsseldorf) wurden befolgt, ausgenommen, wo im folgenden erwähnt.

Das Metallschweißen wurde unter einer Gasmischung, enthaltend 80% Argon und 20% Kohlendioxid, unter automatischer Zuführung der Elektrode ausgeführt. Die benutzten Elektroden waren metallgefüllte CORE WELD 70 NI-Elektroden von 1,2 mm Durchmesser. Die Schweißbedingungen waren die folgenden:

Schweißgeschwindigkeit: 30 cm/min,

Gasströmung: 15 l/min,

Gleichstrom: 30 V, 200 A,

Schweißnahtdicke: 4 mm.

Nach dem Schweißen wurde die äußere Porosität visuell untersucht. Die Schweißstelle wurde dann während des Erhitzens auf 200ºC, zerbrochen, um die innere Porosität zu untersuchen.

Für Vergleichszwecke wurden die gleichen Auswertungstests mit zwei kommerziellen überschweißbaren Anstrichsstoffen ausgeführt, die auch auf Alkylsilicaten beruhten, aber etwa 70 Gew.-% Zink im trockenen Film enthielten. Diese kommerziellen Anstrichsstoffe werden als A und B bezeichnet.

Die visuelle Untersuchung der äußeren Porosität über eine Länge von 10 cm der Schweißnaht zeigte 4 Löcher mit dem Anstrichsstoff nach der Erfindung, 5 Löcher mit dem Anstrichsstoff A und 6 Löcher mit dem Anstrichsstoff B.

Die Ergebnisse der Bestimmung der inneren Porosität waren die folgenden:

Diese Erfindung: 24 Löcher/10 cm; gesamte Schnittfläche: 5,6 mm²,

Anstrichsstoff A: 55 Löcher/10 cm; gesamte Schnittfläche: 13,1 mm²,

Anstrichsstoff B: 47 Löcher/10 cm; gesamte Schnittfläche: 10,8 mm².

Beispiel 2

a) Herstellung der ersten Komponente: siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 1 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurden die inaktiven Füllstoffe nicht mit kugelgemahlen, weil sie bereits eine genügend feine Korngröße aufwiesen. Dies führte zu einem effizienteren und wirtschaftlicheren Herstellungsverfahren ohne merkbaren Einfluß auf die Schweiß- und Antikorrosionseigenschaften.

In einen trockenen Tank wurden die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge eingefüllt und zur Homogenität vermischt:

19,5 Gewichtsteile Xylol,

0,3 Gewichtsteile Hydroxyethylcellulose,

22,2 Gewichtsteile glimmerartiges Eisenoxid-Pulver (grobe Qualität),

17,8 Gewichtsteile Zinkstaub,

4,0 Gewichtsteile Aluminiumpaste, enthaltend 65% Aluminiumflocken in Testbenzin.

Die homogene Mischung wurde unter Verwendung von Keramikkugeln 24 Stunden gemahlen, woraufhin die Feinheit zu 0,040 bis 0,045 mm gemessen wurde. Die Kugelmühle wurde mit 4,7 Gewichtsteilen 2-Methoxypropanol und Isopropylalkohol gespült.

Die kein Kugelmahlen erfordernden Rohmaterialien wurden zusammen mit Bentonit hinzugegeben und mit einem Hochgeschwindigkeits-Auflöser (dissolver) fein dispergiert.

17,0 Gewicht steile Aluminiumsilicatpulver,

7,2 Gewichtsteile gelbes Eisenoxid-Pulver,

0,8 Gewichtsteile Bentonit,

1,6 Gewichtsteile 2-Methoxypropanol,

4,9 Gewichtsteile Isopropylalkohol.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1, Punkt c.

Beispiel 3

a) Herstellung der ersten Komponente: siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurde der inaktive Füllstoff (Aluminiumsilicat-Pulver) durch den aktiven Füllstoff Zinkoxid ersetzt. Dieser Austausch führte zu verbesserten antikorrosiven Eigenschaften mit Bezug auf die Beispiele 1 und 2, ohne merklichen Einfluß auf die Schweißbarkeit.

In einen trockenen Tank wurden die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge gefüllt und zur Homogenität vermischt:

19,5 Gewichtsteile Xylol,

0,3 Gewichtsteile Hydroxyethylcellulose,

17,8 Gewichtsteile Zinkstaub,

22,2 Gewichtsteile glimmerartiges Eisenoxid-Pulver (grobe Qualität)

4,0 Gewichtsteile Aluminiumpaste, enthaltend 65 Gew.-% Aluminiumflocken in Testbenzin,

3,0 Gewicht steile Isopropylalkohol.

Die homogene Mischung wurde unter Verwendung von Keramikkugeln 24 Stunden lang gemahlen, woraufhin die Feinheit zu 0,040 bis 0,045 mm gemessen wurde. Die Kugelmühle wurde mit 4,7 Gewichtsteilen 2-Methoxypropanol und Isopropylalkohol gespült. Die neuen Materialien, die nicht kugelgemahlen werden mußten, wurden zusammen mit dem Bentonit hinzugegeben und mit einem Hochgeschwindigkeits- Auflöser fein dispergiert.

14,0 Gewichtsteile Zinkoxid (bleifreie Qualität),

3,0 Gewicht steile Aluminiumsilicat-Pulver,

7,2 Gewichtsteile gelbes Eisenoxid-Pulver,

0,8 Gewichtsteile Bentonit,

1,6 Gewichtsteile 2-Methoxypropanol,

1,9 Gewichtsteile Isopropylalkohol.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 4

a) Herstellung der ersten Komponente: siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurden 6,1 Gewicht steile des inaktiven Füllstoffes (Aluminiumsilicat-Pulver) durch Bariummetaborat ersetzt, das kommerziell als Butrol 11 M1 von Buckman Laboratories S.A. erhältlich ist. Dieser Austausch führte zu verbesserten antikorrosiven Eigenschaften mit Bezug auf die Beispiele 1 und 2, hatte jedoch leicht nachteilige Wirkungen auf die Schweißbarkeit.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 5

a) Herstellung der ersten Komponente Siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung. Es wurden jedoch 15,7 Gewichtsteile des inaktiven Füllstoffes Aluminiumsilicat-Pulver durch Aluminiumpolyphosphat ersetzt, das kommerziell als K-white 84 von Teikoku Kako Co Ltd. erhältlich ist. Dieser Austausch führte zu geringfügig verbesserten antikorrosiven Eigenschaften, mit Bezug auf die Beispiele 1 und 2, hatte jedoch keine merklichen Auswirkungen auf die Schweißbarkeit.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 6

a) Herstellung der ersten Komponente Siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurden anstelle von Zinkstaub im Handel als Zinkpulver ECKA NP 31129/G von den Eckhart-Werken erhältliche Zinkflocken benutzt. Dieser Austausch führte zu geringfügig verbesserten antikorrosiven Eigenschaften, mit Bezug auf die Beispiele 1 und 2, hatte jedoch keine merklichen Auswirkungen auf die Schweißbarkeit.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 7

a) Herstellung der ersten Komponente Siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurde anstelle des groben glimmerartiger Eisenoxid- Pulvers, das aus natürlichen Quellen stammte, synthetisches glimmerartiges Eisenoxid-Pulver feiner Qualität (mittlere Feinheit < 0,030 mm), im Handel als Laminox F von den MPLC Laboratories Limited erhältlich, benutzt.

Aufgrund der feinen Qualität gab es keine Notwendigkeit, das glimmerartige Eisenoxid zusammen mit den Zinkteilchen kugelzumahlen, und es wurde erst nach dem Kugelmahlen zusammen mit den inaktiven oder aktiven Füllstoffen und Pigmenten hinzugegeben.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 8

a) Herstellung der ersten Komponente Siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

In dieser Zusammensetzung wurde die Zinkmenge erhöht. Zusätzlich wurde der aktive Füllstoff Zinkoxid statt des inaktiven Aluminiumsilicat-Pulvers benutzt. Die Zusammensetzung wurde formuliert, um langzeitige antikorrosive Eigenschaften bei verringerter Dicke des trockenen Filmes zu erhalten.

In einen trockenen Tank wurden die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge eingefüllt und zur Homogenität vermischt:

19,5 Gewichtsteile Xylol,

0,3 Gewicht steile Hydroxyethylcellulose,

32,7 Gewichtsteile Zinkstaub,

20,5 Gewichtsteile glimmerartiges Eisenoxid-Pulver (grobe Qualität),

4,0 Gewichtsteile Aluminiumpaste, enthaltend 65 Gew.-% Aluminiumflocken in Testbenzin,

2,3 Gewichtsteile Isopropylalkohol.

Die homogene Mischung wurde unter Verwendung von Keramikkugeln 24 Stunden lang gemahlen, woraufhin die Feinheit zu 0,040 mm bis 0,045 mm gemessen wurde. Die Kugelmühle wurde mit 4,4 Gewichtsteilen 2-Methoxypropanol und Isopropanol gespült. Die nicht notwendigerweise kugelzumahlenden Rohmaterialien, wurden zusammen mit dem Bentonit hinzugegeben und mit einem Hochgeschwindigkeits-Auflöser fein dispergiert:

6,7 Gewichtsteile Zinkoxid (bleifreie Qualität),

7,2 Gewichtsteile gelbes Eisenoxid-Pulver,

0,8 Gewichtsteile Bentonit,

1,6 Gewichtsteile 2-Methoxypropanol.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1, doch betrug die Dicke des aufgebrachten trockenen Films 0,015 mm.

Beispiel 9 (Vergleich)

a) Herstellung der ersten Komponente Siehe Beispiel 1.

b) Herstellung der zweiten Komponente

Die benutzte Zusammensetzung war identisch der in Beispiel 2 beschriebenen zweiten Zusammensetzung, doch wurde der Zinkstaub nicht kugelgemahlen, sondern zusammen mit inaktiven Füllstoffen und Pigmenten zugesetzt. Dieses Beispiel soll zeigen, daß das Mahlen von Zinkstaub, Zinkpulver oder Zinkflocken zu einer genügenden Feinheit wesentlich ist, um die verbesserte Schweißbarkeit und die verbesserten antikorrosiven Eigenschaften zu erhalten.

c) Zubereitung und Aufbringen des Anstrichsstoffes Siehe Beispiel 1.

Beispiel 10

In einen trockenen Tank wurden die folgenden Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge eingefüllt und zur Homogenität vermischt:

9,05 Gewichtsteile Xylol,

1,15 Gewicht steile Polyvinylbutyral,

6,9 Gewichtsteile Quarzpulver,

3,7 Gewichtsteile gelbes Eisenoxid-Pulver,

8,55 Gewichtsteile Zinkstaub,

14,45 Gewichtsteile Dieisenphosphid

0,8 Gewichtsteile Xylol und

5,2 Gewicht steile Isopropylalkohol.

Die homogene Mischung wurde unter Verwendung von Keramikkugeln 24 Stunden lang gemahlen. Die Feinheit der resultierenden Mischung wurde zu etwa 0,040 bis 0,045 mm gemessen.

Nach dem Überführen in einen Tank wurde die Mühle mit 33,3 Gewichtsteilen Toluol gespült, die auch in den Tank überführt wurden.

Die folgenden Bestandteile wurden dann hinzugegeben und zur Homogenität vermischt:

0,5 Gewichtsteile Bentonit,

15,7 Gewichtsteile eines Silicatbinders ohne endständige Silanolgruppen am Kettenende des Kondensats, enthaltend 35 Gew.-% SiO&sub2; und

0,7 Gewichtsteile Triethanolamin.

Die resultierende Ein-Komponenten-Anstrichzusammensetzung wurde, fertig zum Aufbringen (ausgenommen hinsichtlich Viskositätseinstellungen), in Metallkannen gelagert.

Der Anstrichsstoff wurde auf gesandstrahlte Stahlplatten, wie nach Beispiel 1, Punkt c, aufgebracht.

Auswertung der Ergebnisse des MIG/MAG-Schweißens der Beispiele 1 bis 10 Experimentielles

In jedem Beispiel wurden 2 Platten unter Bildung einer T-Verbindung zusammengesetzt und auf beiden Flächen, die als vordere (1.) Seite und als rückwärtige (2.) Seite bezeichnet sind, geschweißt. Die MIG/MAG-Schweißexperimente wurden für 2 Positionen, die 2F-Position und die 3F-Position, ausgeführt. Das Schweißen in der horizontalen 2F-Position wurde völlig automatisch ausgeführt. Der Brenner wurde mittels einer als "Schienenführung" bekannten Vorrichtung längs der T-Verbindungsseite entlangtransportiert. Das Schweißen in der vertikalen 3F- Position erfolgte manuell nach unten (halbautomatisches MIG/MAG-Schweißen).

Allgemeine Information

MIG-Schweißvorrichtung : ESAB LAH 500

Drahteinheit : ESAB A 10 MEC 44

Abschirmgas : 80% Argon, 20% CO&sub2; (Handelsname AGAmix 20, geliefert durch AGA-Gas - Holland)

Strömung : 15 l/min.

Schweißplatten : gesandstrahlter Stahl Größe 400 · 120 · 10 mm

2F-Position (siehe Tabelle 1)

Schweißgeschwindigkeit : 40 bis 60 cm/min.

Schweißstrom : 280 bis 320 A

Schweißspannung : 32 V

Drahtart : massiver Draht, SG2 (DIN 8555) Durchmesser 1,2 mm

3F-Position - nach unten (siehe Tabelle 2)

Schweißgeschwindigkeit : 30 bis 60 cm/min.

Schweißstrom : 200 bis 220 A

Schweißspannung : 2,7 V

Drahtart : massiver Draht, SG2 (DIN 8555) Durchmesser 1,0 mm

Tabelle Ergebnisse des MIG/MAG-Schweißens in der 2F-Schweißposition
Beispiel Nr. Lichtbogen Stabilität Ausmaß des Spritzens (1) Visuelle Porosität Vorn Hinten (2) Verborgene Porosität gut keine annehmbar 3 Poren instabil

Bemerkungen

(1) Skala 0 bis 10

0 bedeutet: Ausmaß des Spritzens, wie beobachtet, wenn man sandgestrahlten Stahl unter identischen Bedingungen MIG/MAG-schweißt

10 bedeutet: sehr starkes Spritzen, kein Schweißen möglich

(2) Der Prozentsatz ist das Verhältnis:

Porenfläche/gesamte Schweißnahtfläche · 100

Tabelle 2 Ergebnisse des MIG/MAG-Schweißens in der 3F-Position nach unten
Beispiel Nr. Lichtbogen Stabilität Ausmaß des Spritzens (1) Visuelle Porosität Vorn Hinten (2) Verborgene Porosität gut keine annehmbar 2 Poren instabil Bemerkungen: (1) und (2) siehe Tabelle 1

Bewetterungstest im Freien gemäß der ASTM D 1104 Spezifikation.

Die Testplatten (150 · 150 · 10 mm) wurden bis zu einer mittleren Rauheit von 0,045 mm gesandstrahlt. Der Anstrichstoff wurde bis zu einer Trockenfilmdicke gemäß Punkt 1.c der vorher beschriebenen Beispiele aufgebracht. Die überzogenen Platten wurden im Freien in 450 gemäß ASTM D 1104 in Uithoorn, Niederlande, nach Süden weisend aufgestellt. Nach 2 Monaten wurde die Korrosion gemäß der in ASTM D 610 (siehe Tabelle 3) offenbarten Rostskala abgeschätzt.

Tabelle 3: Ergebnisse der Exponierung im Freien gemäß der ASTM D 1104 Spezifikation

Beispiel Nr. Rostgrad (ASTM D 610)

1 7

2 7

3 9-10

4 8-9

5 8

6 7-8

7 6-7

8 9-10

9 2

10 7-8


Anspruch[de]

1. Ein Verfahren zum Herstellen einer Fertigungsanstrich-Zusammensetzung umfassend:

(a) Mischen von fein zerteiltem zinkhaltigen leitenden Pigment/Füllstoff-Zusatz, von dem mindestens 25 Gew.-% leitende Eigenschaften aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus leitenden Füllstoffen, leitenden Pigmenten, nicht leitenden Füllstoffen, nicht leitenden Pigmenten und deren Mischungen, in einem Gewichtsverhältnis von Zink zu Pigment/Füllstoff zwischen etwa 1 : 16 und 1 : 1 und

(b) Mahlen der Mischung von (a), um eine gemahlene Mischung mit einer Korngröße von nicht mehr als etwa 0,045 mm herzustellen, um bei der Fertigungsanstrich-Zusammensetzung die antikorrosiven Eigenschaften zu verbessern und die Verspritzeigenschaften zu vermindern, worin die resultierende Zusammensetzung auch mindestens ein Schwebemittel, mindestens ein Lösungsmittel und einen Silicatbinder in einer derartigen Menge enthält, daß das Gewichtsverhältnis von SiO&sub2; in dem genannten Binder zum Zink- und Pigment/Füllstoff-Zusatz zwischen 1 : 4 und 1 : 16 liegt.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der genannte Silicatbinder in einem Teil des Lösungsmittels gelöst und mit der Zusammensetzung nach Stufe (b) kombiniert wird.

3. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin das Verfahren eine Einkomponenten-Zusammensetzung eines Fertigungsanstriches erzeugt und der genannte Silikatbinder ein hochmolekulares Kondensat eines Tetraalkylsilicats ohne eine endständige Silanolgruppe ist.

4. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin Stufe (b) ein etwa eintägiges Kugelmahlen unter Verwendung von Keramikkugeln umfaßt.

5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das genannte Schwebemittel kurz nach der Mahlstufe (b) hinzugegeben wird.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com