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Dokumentenidentifikation DE69727478T2 16.12.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000898598
Titel KORROSIONSBESTÄNDIGE, SCHWEISSBARE ÜBERZUGSZUSAMMENSETZUNGEN
Anmelder Jotun A/S, Sandefjord, NO
Erfinder FALBERG, Gregg, New York, US
Vertreter Patentanwälte Leifert & Steffan, 40213 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69727478
Vertragsstaaten DE, ES, FI, FR, GB, IE, IT, PT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.05.1997
EP-Aktenzeichen 979235918
WO-Anmeldetag 07.05.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/US97/07767
WO-Veröffentlichungsnummer 9743350
WO-Veröffentlichungsdatum 20.11.1997
EP-Offenlegungsdatum 03.03.1999
EP date of grant 04.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.12.2004
IPC-Hauptklasse C09D 5/10
IPC-Nebenklasse C09D 1/02   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine antikorrosive Überzugszusammensetzung, welche den Schweißvorgang nicht beeinträchtigt. Die Zusammensetzung schließt Zink, Eisenphosphid und eine wässrige Kaliumsilikatlösung ein, die ein hohes Verhältnis von Silikat zu Kalium beinhaltet.

Hintergrund der Erfindung

Im marinen und industriellen Bau ist es normalerweise wünschenswert, Stahl vor der Fertigung mit einem Primer, der reich an Zink ist, vorzustreichen, und viele derartige Überzugszusammensetzungen sind bekannt. Viele dieser Zusammensetzungen schließen Zinkpulver in einem organischen Harz, wie einem Epoxyharz, einem Chlorkautschuk, einem Polystyrenharz oder einem Siliconharz ein. Überzugsmittel, die auf diesen organischen Bindemitteln basieren, sind nicht gut zur Beschichtung von Stahl der letztlich geschweißt werden muss geeignet, da das Bindemittel dazu neigt, sich durch die Hitze der Schweißstelle zu zersetzen, was in beschädigten Beschichtungen und Verlust der Haftung resultiert.

Als Alternative zu Überzugsmitteln, die auf organischen Bindemitteln basieren, sind auch Zink-Überzugsmittel auf Basis von anorganischen Bindemitteln bekannt. Schutt (US Patent 3,620,784) offenbart z. B. eine Überzugszusammensetzung, die Zinkstaub enthält, welcher in einem Silikatvehikel getragen wird. Die spezielle Formulierung, welche von Schutt offenbart wurde, soll viele der üblicherweise bei anorganischen Beschichtungen auftretenden Probleme vermeiden: Verwitterung, Springen, Haarrissbildung und ungleichmäßige Haftung vor und nach dem Brennen.

Dennoch, auch wenn man die mit den physikalischen Charakteristika der aufgebrachten Silikatbeschichtung verbundenen Probleme überwunden hat, wie Schutt es für sich beansprucht, steht man weiterhin dem Problem des Schweißens von Stahl gegenüber, der mit Zinkstaub-Primer in einem Silikatvehikel beschichtet wurde. Während des Schweißens kann das verdampfte Zink in die Schweißwurzel eindringen und eingeschlossen werden, was eine poröse Schweißnaht ergibt. Es ist manchmal möglich, dieses Porositätsproblem teilweise zu überwinden, indem die Schweißgeschwindigkeit ausreichend verringert wird, um es dem Zink zu ermöglichen, vor der Schweißnaht vollständig zu verdampfen. Jedoch auch wenn diese Technik erfolgreich ist, resultiert sie in erhöhten Herstellungskosten durch die verringerte Schweißgeschwindigkeit.

Es ist bekannt, dass ein Teil des Zink in zinkreichen Primern durch Eisenphosphid geeigneter Partikelgröße ersetzt werden kann. Während der resultierende zinkbeschichtete Stahl seine antikorrosiven Eigenschaften behält, kann er leichter und effizienter verschweißt werden.

Als Beispiel dieses Ansatzes haben Makishima et al. (US Patent 4.011.088) eine antikorrosive Überzugszusammensetzung vorgeschlagen, die 5 bis 80% eines Bindemittels, welches entweder Kaliumsilikat oder Ammoniumsilikat ist, und 20 bis 95% einer Pigmentmischung aus Zinkpulver und Eisenphosphid oder Zinkpulver und Nickelphosphid umfasst. In der Ausführungsform, in welcher Kaliumsilikat als Bindemittel verwendet wird, geben Makishima et al. an, dass das Verhältnis von Silikat zu Kalium zwischen 2,5 und 4,0 betragen sollte. Wenn das Molverhältnis kleiner als 2,5 ist, wird die Filmbildungseigenschaft als ungenügend angegeben und wenn das Molverhältnis größer als 4,0 ist, wird die Stabilität des Bindemittels als verringert angegeben.

Ich habe nun einen verbesserten zinkbasierten Primer entdeckt, welcher eine dauerhafte, korrosionsbeständige Beschichtung, in Kombination mit ausgezeichneter Schweißbarkeit liefert. Weiterhin ist die Zusammensetzung wasserbasiert, und vermeidet daher die Umweltprobleme, die mit lösungsmittelbasierten Primern im Zusammenhang stehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine antikorrosive Überzugszusammensetzung, umfassend: (a) 8 bis 40 Gewichtsanteile eines Pigments, wobei besagtes Pigment eine Mischung aus 35 bis 90 Gew.-% Zink und 65 bis 10 Gew.-% Eisenphosphid umfaßt; (b) 2 bis 5 Gewichtsteile eines Kaliumsilikats der Formel K2O·nSiO2, wobei n 4,1 bis 6,0 ist; und (c) 7 bis 12 Gewichtsteile Wasser. Vorzugsweise sind das Zink und das Eisenphosphid von mittlerer Partikelgröße zwischen 2 &mgr;m und 20 &mgr;m; besonders bevorzugt von 3 bis 8 &mgr;m mittlerer Partikelgröße. Das Verhältnis von Silikat zu Kalium in dem Kaliumsilikat der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann von 4,5 bis 6,0 oder 5,0 bis 6,0 betragen; bevorzugter 5,3 bis 6,0; und besonders bevorzugt von 5,0 bis 5,3. Erfindungsgemäße Zusammensetzungen können weiterhin Lithiumsilikate Li2O·pSiO2, wobei p von 3,0 bis 8,0 beträgt, oder Natriumsilikate Na2O·mSiO2, wobei m von 2,0 bis 4,0 beträgt, oder eine Kombination der beiden einschließen. Erfindungsgemäße Zusammensetzungen können weiterhin einen Füllstoff wie Glimmer enthalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung (a) 23 bis 28 Gewichtsteile eines Pigments; (b) 3 bis 4 Gewichtsteile Kaliumsilikat, wobei n von 5,0 bis 5,5 beträgt; und (c) 9 bis 10 Gewichtsteile Wasser. Das Pigment in diesem Fall ist eine Mischung von 45 bis 55 Gew.-% Zink und 45 bis 55 Gew.-% Eisenphosphid.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Überzugszusammensetzung umfasst drei grundlegende Elemente: (a) ein Zink-Eisenphosphid-Pigment; (b) ein Kaliumsilikat Bindemittel; und (c) eine Menge Wasser, welche die geeignete Rheologie verleiht. Die Zusammensetzungen können weiterhin kompatible Füllstoffe und Farbstoffe enthalten, welche jedoch die Dauerhaftigkeit oder Schweißbarkeit der resultierenden Zusammensetzung nicht nachteilig beeinflussen sollten.

Das Zink-Eisenphosphid-Pigment besteht aus einer Mischung von metallischem Zink in Pulver- oder Flockenform und Eisenphosphid-Partikeln von etwa der gleichen Größe. Zinkstaub ist bevorzugt und leicht kommerziell erhältlich. Ich habe gefunden, dass UP6TM Zinkstaub von North American Oxide (Clarksville, Tennessee) mit einer mittleren Partikelgröße von 6 bis 7 &mgr;m für die erfindungsgemäße Zusammensetzung geeignet ist. Eisenphosphid ist ebenfalls kommerziell erhältlich und ich habe gefunden, dass Grad 2131 Ferrophos®, von Occidental Chemical Corporation (Niagara Falls, New York) erhältlich, welches eine mittlere Partikelgröße zwischen 3 und 5 &mgr;m besitzt, für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gut geeignet ist. Ferrophos® besteht im wesentlichen aus Eisenphosphid (Fe2P) mit geringen Mengen von SiO2. Details zu seiner Herstellung und Beschaffenheit können in US Patent 3,562,124 (vergl. Spalte 3, Zeile 45 bis Spalte 4, Zeile 33) gefunden werden, dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.

Der Gewichtsanteil von Zink in dem Pigment sollte größer als 35% sein, um hinreichenden Schutz gegen Korrosion zu bieten, aber er kann nicht größer als 90% sein, ohne poröse Schweißnähte zu verursachen. Andere Pigmente und Füllstoffe können zu der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zugegeben werden, solange die prozentualen Anteile von Zink und Eisenphosphid in dem angegeben Bereich gehalten werden. Beispiele von Füllstoffen, die zugegeben werden könnten, schließen Diatomeenerde, Bentonitton, Kaolinit, Wollastonit, Talk und Glimmer ein.

Das Bindemittel ist Kaliumsilikat mit einem Molverhältnis von Silika zu Kaliumoxid über 4,0. Wässrige Lösungen von Kaliumsilikat sind kommerziell erhältlich und werden nach dem Verfahren hergestellt, welches in US Patent 4,162,169 offenbart ist, dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Ich habe gefunden, dass das kommerziell erhältliche K-SilikateTM von Polyset Chemical Co. (Mechanicville, New York) gut für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet ist. Dieses Material besteht aus etwa 23–28 Gew.-% Kaliumsilikat in Wasser (d. h. 23–28% Feststoffgehalt), und das Molverhältnis von Silikat zu Kalium beträgt etwa 5,2.

Während sie nicht notwendig sind, um erfindungsgemäße Überzugszusammensetzungen herzustellen, können andere Alkalimetallsilikate zu dem Bindemittel zugegeben werden. In dieser Hinsicht kann man Lithiumsilikat (Li2O·pSiO2, wobei p 3,0 bis 8,0 ist) und Natriumsilikat (Na2O·mSiO2, wobei m 2,5 bis 4,0 ist) jeweils einzeln oder gemeinsam zugeben.

Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung wird durch Mischen von 3,17 kg UP6 Zinkpulver mit 3,17 kg 2131 Ferrophos® (Eisenphosphid) in einem Hochgeschwindigkeits-Mischer bis zur Homogenität hergestellt. Die homogene Mischung wird mit 3,31 kg K-SilicateTM (Kaliumsilikat) kombiniert und gerührt, so dass 3,78 l einer homogenen erfindungsgemäßen Mischung erhalten werden.

Wie oben diskutiert, würde, wenn ein Füllstoff wie Glimmer zugegeben werden soll, dieser vor dem Mischen mit dem Silikatvehikel zusammen mit dem Zink und Eisenphosphid vermischt. Entsprechend würde, wenn ein Lithiumsilikat oder Natriumsilikat zu der Zusammensetzung zugegeben werden soll, dieses mit dem wässrigen Kaliumsilikatvehikel gemischt bevor es mit dem Pigment kombiniert wird.

Die Substrate, auf welche die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen aufgebracht werden, werden im allgemeinen Metalle sein. Tatsächlich wird der Hauptvorteil der vorliegenden Zusammensetzungen – Schweißbarkeit – beobachtet, wenn das Substrat Stahl ist. Bei Stahlsubstraten wird das Substrat üblicherweise direkt vor der Applikation des Überzugsmittels mit Phosphorsäure oder durch Sandstrahlen gereinigt. Das Überzugsmittel wird auf das Substrat mit herkömmlichen Techniken gesprüht, gestrichen oder gerollt. Es verteilt sich gut, und haftet gleichmäßig. Die resultierende Beschichtung widersteht Korrosion und Abrieb; sie springt nicht, und zeigt gute Witterungsbeständigkeit.


Anspruch[de]
  1. Eine antikorrosive Überzugszusammensetzung umfassend:

    (a) 8 bis 40 Gewichtsteile eines Pigments, wobei besagtes Pigment eine Mischung aus 35 bis 90 Gew.-% Zink und 65 bis 10 Gew.-% Eisenphosphid umfaßt;

    (b) 2 bis 5 Gewichtsteile eines Kaliumsilikats der Formel K2O·nSiO2, wobei n 4,1 bis 6,0 ist; und

    (c) 7 bis 12 Gewichtsteile Wasser.
  2. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, in welcher besagtes Zink und besagtes Eisenphosphid eine mittlere Teilchengröße zwischen 2 &mgr;m und 20 &mgr;m besitzen.
  3. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 2, in welcher besagtes Zink und Eisenphosphid eine mittlere Teilchengröße von 3 bis 8 &mgr;m besitzen.
  4. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin n 4,5 bis 6,0 ist.
  5. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin n 5,0 bis 6,0 ist.
  6. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin n 5,3 bis 6,0 ist.
  7. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin n 5,0 bis 5,3 ist.
  8. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, die zusätzlich Lithiumsilikat Li2O·pSiO2 umfaßt, worin p 3,0 bis 8,0 ist.
  9. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, die zusätzlich Natriumsilikat Na2O·mSiO2 umfaßt, worin m 2,0 bis 4,0 ist.
  10. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, die zusätzlich einen Füllstoff umfaßt.
  11. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 10, worin besagter Füllstoff Glimmer ist.
  12. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 umfassend:

    (a) 23 bis 28 Gewichtsteile eines Pigments, wobei besagtes Pigment eine Mischung aus 45 bis 55 Gew.-% Zink und 45 bis 55 Gew.-% Eisenphosphid umfaßt;

    (b) 3 bis 4 Gewichtsteile eines Kaliumsilikats der Formel K2O·nSiO2, wobei n 5,0 bis 5,5 ist; und

    (c) 9 bis 10 Gewichtsteile Wasser.
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