Verfahren zum Aufbringen von Fluorkohlenwasserstoffharzen auf Edelstahl

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Aufbringen von Fluorkohlenwasserstoffharzen auf Edelstahl wird zwecks Erhöhung der Haftung des Harzes und der Korrosionsfestigkeit des beschichteten Edelstahles auf den Edelstahl zunächst ein
Aminosilan-Haftvermittler in einer Menge von 1 bis 500 mg/ m² und anschließend das Fluorkohlenwasserstoffharz aufgetragen.
Besonders vorteilhaft ist der Auftrag des Aminosilan-Haftvermittlers in einer Menge von 3 bis 50 mg/m².

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von _Fluorkohlenwasserstoffharzen auf Edelstahl.

[0002] In der Vergangenheit wurden Edelstähle in den seltensten Fällen mit Lack, Farbe und dergl. versehen, weil zum einen Edelstahl selbst hinreichend korrosionsbeständig ist und ein gutes Aussehen besitzt und zum anderen die Haftung von Lack- oder Farbfilmen im allgemeinen schlecht ist. Mit zunehmender Ausweitung des Einsatzgebietes besteht ein steigendes Interesse, auch auf Edelstählen Lack- oder Farbüberzüge aufzubringen, weil sich dadurch der Korrosionswiderstand und das Erscheinungsbild weiter verbessern lassen und auch andere Eigenschaften verstärkt oder geschaffen werden können. In diesem Zusammenhang finden insbesondere Fluorkohlenwasserstoffharze Beachtung. Sie zeichnen sich durch einen hohen Widerstand gegenüber Witterungseinflüssen und Verschmutzung aus, so daß beispielsweise die Verwendung von hiermit beschichteten Fassadenelementen und - wegen des geringen Gleitwiderstandes gegenüber Schnee - Dachelementen mehr und mehr beachtet wird.

[0003] Wegen der hohen chemischen Beständigkeit ist die Haftung von Farbe, Lack und dergl. auf Edelstahl sehr gering. Dies gilt insbesondere für Fluorkohlenwasserstoffharze, die aus den vorgenannten Gründen von besonderem Interesse sind. Mit dem Ziel, die Haftung zu erhöhen, hat man sich physikalischer Aufrauhungsmethoden, wie Strahlen, Schleifen (hair-line finishing) etc., bedient, jedoch blieb der Erfolg aus. Zwar ist die insoweit chemische Behandlung durch Chromatierverfahren wirksam, aber wegen der Toxizität der Chromate entstehen andere Probleme, insbesondere durch die Schutzbestimmungen für Arbeitsplatz und Umwelt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist, die bekannten, insbesondere vorgenannten Nachteile zu beheben und ein Verfahren zum Aufbringen von Fluorkohlenwasserstoffharz auf Edelstählen bereitzustellen, das in verfahrensmäßig einfacher Weise zu festhaftenden Überzügen mit hoher Witterungsbeständigkeit und Ebenheit sowie hohem Staub- bzw. Schmutzabweisungsvermögen führt.

[0005] Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man auf den Edelstahl zunächst einen Aminosilan-Haftvermittler in einer Menge von 1 bis 500 mg/m² und anschließend das Fluorkohlenwasserstoffharz aufträgt.

[0006] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung trägt man einen Aminosilan-Haftvermittler in einer Menge von 3 bis 50 mg/m² auf.

[0007] Die Erfindung ist nicht auf die Behandlung bestimmter Edelstähle beschränkt, sondern universell z.B. für martensitische, ferritische und austenitische Edelstähle, anwendbar.

[0008] Aminosilan-Haftvermittler sind an sich bekannte Verbindungen und besitzen die allgemeine Formel

wobei X z.B. Halogene, gleiche oder verschiedene _Alkoxy- bzw. Alkylgruppen sind und die (CH₂)_n-Kette durch sekundäre Amingruppen unterbrochen sein kann (vgl. z.B. Ullmann, Encyklopädie der techn. Chemie, 4. Aufl., Bd. 21, Seiten 496 ff., insbesondere Seite 497).

[0009] Besonders geeignete Aminosilan-Haftvermittler besitzen die Formel





Zwar ergeben auch andere Silan-Haftvermittler, wie Vinyl-, Methacryloxy- und Epoxysilane, eine gewisse Haftungsverbesseruung, jedoch sind Aminosilane bei der Aufbringung von Fluorkohlenwasserstoffharzen auf Edelstahl von besonders herausragender Eignung.

[0010] Die Aminosilan-Haftvermittler können durch Tauchen oder Spritzen elektrostatisch, durch Rollen- oder Bürstenauftrag appliziert werden. Um das geforderte Schichtgewicht von 1 bis 500 mg/m , vorzugsweise 3 bis 50 mg/m , zu erzielen, wird in einfacher Weise eine verdünnte Lösung aufgetrocknet, deren Verdünnungsgrad derart gewählt ist, daß man 1 bis 5 g/m² Lösung aufbringen kann.

[0011] Die Auftrocknung der Lösung dient lediglich der Entfernung des Lösungsmittels. Dies kann - bei Verwendung hinreichend niedrigsiedender Lösungsmittel - an der Luft erfolgen. Im allgemeinen empfiehlt sich jedoch Erwärmung auf eine Temperatur von 80 bis 200°C für die Dauer von 10 sec bis 30 min, je nach Lösungsmittel und gewählter Temperatur.

[0012] Der Auftrag des Aminosilan-Haftvermittlers in der geforderten Menge ist insofern von Bedeutung, als bei Mengen unter 1 mg/m eine ausreichende Haftvermittlung nicht erreichbar ist. Bei Auftragsmengen von mehr als 500 mg/m2 kehrt sich der haftverbessernde Effekt um, d.h. die Haftvermittlung wird wieder schlechter.

[0013] Vor dem Auftrag des Aminosilan-Haftvermittlers ist die _Edelstahloberfläche gründlich zu reinigen, z.B. mit einem Entfettungsmittel.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren ist für sämtliche auf dem Markt befindlichen Fluorkohlenwasserstoffharze geeignet. Diese Harze können in Form von Lack oder Farbe, aber auch in Form einer zuvor erzeugten Folie aufgebracht werden.

[0015] Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.

Beispiele

[0016] Edelstahlbleche der Qualität SUS 304 (JIS) wurden zunächst geschliffen (hair-line finished), dann mit einem stark alkalischen Reiniger auf Silikatbasis entfettet, mit Wasser gespült und getrocknet.

[0017] Eine Partie dieser Bleche wurde mit einer Lösung von Aminosilan-Haftvermittler behandelt, die durch Auflösung von 1 Gew.-Teil gamma-Aminopropyltriethoxysilan (^H₂^NC₃^H₆^SI(OC₂H₅)₃) in 99 Gew.-Teilen Wasser mit einem Gehalt von 1 Gew.-% Ethanol erhalten worden war. Die Aufbringung erfolgte durch Tauchen, wobei ein Flüssigkeitsfilm von 1,5 g/m ² an der Edelstahloberfläche haften blieb. Nach dem Trocknen bei 100°C während 3 min im Umluftofen resultierte ein Aminosilan-Überzug mit einem Schichtgewicht von 15 mg/m².

[0018] Danach wurden fünf verschiedene handelsübliche Lacke auf Basis Fluorkohlenwasserstoffharz nach konventionellen Methoden und unter Berücksichtigung der Angaben der jeweiligen Lackhersteller aufgebracht. Anschließend erfolgte die Bewertung der Lackhaftung nach den weiter unten beschriebenen Methoden.

[0019] Die Ergebnisse dieser mit 1 bis 5 bezeichneten Beispiele sind in der Tabelle wiedergegeben. Die eingesetzten Fluorkohlenwasserstoffharz-Lacke sind mit A bis E bezeichnet.

[0020] Eine zweite Partie von Edelstahlblechen wurde lediglich mit den Fluorkohlenwasserstoffharz-Lacken A bis E in identischer Weise wie oben behandelt. Das heißt, die Applikation des Aminosilan-Haftvermittlers unterblieb. Die Versuchsergebnisse sind in der gleichen Tabelle unter den Nummern 6 bis 10 angegeben.

[0021] In einem Versuch 11 wurde der gleiche Aminosilan-Haftvermittler wie bei den Versuchen 1 bis 5 aufgebracht, jedoch aus einer derart verdünnten Lösung, daß ein Schichtgewicht von lediglich 0,5 mg/m² resultierte. Die Art der Aufbringung und die anschließende Lackbehandlung waren identisch mit der des Beispiels 4.

[0022] In einem weiteren Versuch 12 erfolgte die Aufbringung des Aminosilan-Haftvermittlers aus einer wesentlich höher konzentrierten Lösung, so daß das Schichtgewicht 600 mg/m² betrug. Die weiteren Bedingungen entsprachen denen des Beispiels 4.

[0023] Die Haftergebnisse für beide Versuche sind ebenfalls in der folgenden Tabelle aufgeführt.

[0024] Schließlich wurde in einem Vergleichsversuch 13 anstelle des Aminosilan-Haftvermittlers ein Chromatüberzug erzeugt. Hierzu diente eine herkömmliche Chromatierungslösung mit einem Gehalt an Kieselsäure und einer Gesamtkonzentration von 100 g/l. Die Chromatierungslösung wurde bei 130°C während 2 min aufgetrocknet. Das Schichtgewicht lag bei 30 mg/m². Die anschließende Lackierung geschah wie bei

Beispiel 4.

[0025] Die Lackhaftung wurde nach 6 Verfahren ermittelt.

[0026] Gitterschnitt-Test:

Hierzu wurden die Bleche nach Lagerung von einer Woche bei Raumtemperatur bis auf die Metalloberfläche derart geritzt, daß Felder von 1 mm² Kantenlänge entstanden. Anschließend wurde Cellophan-Klebeband aufgedrückt und wieder abgezogen. Die Bewertung erfolgte für eine Fläche von 10 x 10 mm (= 100 Felder) unter Angabe der Zahl von Feldern, deren Lackfläche unversehrt geblieben ist (maximaler Wert: 100).

[0027] Gitterschnitt/Erichsen-Test:

Bei diesem Text wurden die wie vorstehend mit einem Gitterschnitt versehenen Bleche zusätzlich durch Eindrücken einer Kugel bis auf eine Wölbung von 5 mm Höhe verformt. Dann erfolgte die Bewertung der Lackhaftung, wie beim Gitterschnitt-Test angegeben.

[0028] Kochwasser-Test:

Hierbei wurden sowohl mit einem Gitterschnitt als auch zusätzlich wie beim Gitterschnitt/Erichsen-Test verformte Bleche eine Stunde in siedendes vollentsalztes Wasser getaucht und unmittelbar danach nach der Klebebandmethode bewertet.

[0029] Warmwasser-Test:

Der Test geschah ähnlich dem vorgenannten Kochwassertest, jedoch erfolgte die Tauchbehandlung in vollentsalztem Wasser von 40°C für die Dauer von 20 Tagen.

[0030] Aus den Tests folgt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Edelstahlbleche gegenüber den nicht mit Aminosilan-Haftvermittler vorbehandelten Blechen hervorragende Haftungsergebnisse aufwiesen. Vielfach wird der maximal mögliche Wert von 100 erzielt.

[0031] Die Beispiele 6 und 7 veranschaulichen, daß das Schichtgewicht des aufgebrachten Aminosilan-Haftvermittlers von wesentlicher Bedeutung ist. Insbesondere unter den schwereren Testbedingungen des Gitterschnitt/Erichsen-Testes und der Wasser-Tests werden bei zu niedrigen, aber auch bei zu hohen Schichtgewichten die optimalen Ergebnisse nicht mehr erreicht.

[0032] Wie vorstehend dargelegt, gelingt es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, auf Edelstahl Fluorkohlenwasserstoffharze mit hervorragender Haftung aufzubringen. Darüber hinaus gelingt es, Überzüge zu erzeugen, die das Aussehen der Edelstahloberfläche nicht beeinträchtigen und deren Witterungsbeständigkeit, Schmutzabweisevermögen und Oberflächenglätte überragend sind.

[0033] Auch wenn anstelle von geschliffenem (hair-line finished) Edelstahl solcher eingesetzt wird, der blankgeglüht oder anderweitig vorbehandelt worden ist, erhält man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine beträchtliche Verbesserung der Haftung von Fluorkohlenwasserstoffharzen, bei zuvor eingefärbten Edelstahloberflächen zudem von hohem Glanz. Hierdurch wird der Einsatzbereich von Edelstahl erweitert und kann sich auch auf Erzeugnisse von ästhetischem Äußeren erstrecken.

[0034] Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auf die bislang übliche Aufrauhung der Edelstahloberfläche, z.B. durch Schleifen oder Strahlen, zwecks Verbesserung der Lackhaftung verzichtet werden kann, so daß beispielsweise bei der Herstellung von Fassaden- oder Dachelementen für den Bausektor ein beträchtlicher fertigungstechnischer Rationalisierungseffekt erzielbar ist. Infolge der Chromatfreiheit der beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommenden Chemikalien sind zudem keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen am Arbeitsplatz oder bei der sonstigen Handhabung der Verfahrensprodukte erforderlich.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aufbringen von Fluorkohlenwasserstoffharzen auf Edelstahl, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den Edelstahl zunächst einen Aminosilan-Haftvermittler in einer Menge von 1 bis 500 mg/m² und anschließend das Fluorkohlenwasserstoffharz aufträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Aminosilan-Haftvermittler in einer Menge von 3 bis 50 mg/m² aufträgt.