EP1678344B1 - Essentially chromium-free method for passivating metallic surfaces consisting of zn, zn alloys, al or al alloys - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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Definitions
- the invention further relates to a passivation layer on a metallic surface of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys obtainable by the process, metallic surfaces comprising such a passivation layer and a preparation for passivation.
- maleic anhydride units are hydrolyzed directly at the beginning, in parallel or following the polymerization to maleic acid units, preferably with a base such as triethanolamine.
- the type and concentration of the acid in the preparation (Z) is determined by the skilled person according to the desired application and pH. In general, a concentration of 0.01 g / l to 30 g / l, preferably 0.05 g / l to 3 g / l, and more preferably 0.1 g / l to 5 g / l has proven.
- the number average molecular weight M n of the crosslinker is from 112 to about 5000 g / mol, preferably from 150 to 2500 g / mol and more preferably from 200 to 2000 g / mol.
- the at least two crosslinking groups are connected to one another by means of a linking group X comprising at least 2 C atoms.
- a linking group X comprising at least 2 C atoms.
- oxirane and thirane groups it is naturally possible to link only in the 2 or 3 position of the three-membered ring.
- azirane groups the 1-position is also an option. This is also the preferred position.
- Oxirane or azirane crosslinkers are preferred.
- the linking group X may be a straight-chain, branched or cyclic aliphatic, aromatic or araliphatic group, which may also have additional heteroatoms or substituents.
- the linking group is preferably a straight-chain or branched aliphatic group in which non-adjacent carbon atoms may also be replaced by O atoms.
- m is a natural number from 2 to 6.
- R 2 is H and / or a methyl group.
- a cross-linker molecule comprises only the same radicals R 2 in the crosslinking groups, and most preferably, R 2 is a hydrogen atom.
- the radical R 1 O m - is an m-valent, aliphatic alkoxy radical.
- the remainder has at least m O atoms to which m radicals of the general formula (Ia) are connected.
- the azirane groups are thus linked via linking groups with the radical R 1 O m -.
- the aliphatic alkoxy radicals R 1 O m - may have further O atoms or other heteroatoms such as, for example, N in the radical R 1 . They are derived from the corresponding aliphatic alcohols R 1 (OH) m , where m ' ⁇ m.
- the alcohols can also be reacted with ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide to di- or higher functional polyetherols. Preferably, only ethoxylated products are used.
- the alcohols can also be oligomers or polymers of suitable molecular weight which comprise vinyl alcohol units, for example polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol copolymers.
- Preferred for carrying out this invention are glycol, butanediol, glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1,2,4-butanetriol, pentaerythritol, and their polyetherols based on ethylene oxide, particularly preferred is trimethylolpropane.
- crosslinkers of the general formula (I) it is possible first to react an m'-valent alcohol of the general formula R 1 (OH) m 'with (meth) acrylic acid or a suitable (meth) acrylic acid derivative to give a (meth) acrylic acid ester. Not all OH groups of the alcohol have to be reacted as long as at least 2 are reacted.
- (meth) acrylic acid anhydride is suitable for carrying out this reaction.
- the resulting ester is reacted in a second reaction step with azirane or 2-methylazirane, wherein the azirane is added by means of a Michael addition to the double bond of the (meth) acrylic acid unit.
- R 1 O m - has the meaning given above.
- Preferred radicals in the crosslinkers (II) are derived from glycerol, oligoglycerols, in particular di- or triglycerol, glycol or polyethylene glycols of the general formula HO- (CH 2 -CH 2 -O) n -H, where n is preferably from 2 to 25 stands.
- crosslinkers of the formula (II) a polyhydric alcohol of the general formula R 1 (OH) m ' can be reacted with glycidyl chloride. Not all OH groups of the alcohol have to be reacted as long as at least 2 are reacted.
- Crosslinkers of the formula (II) comprising various oxirane groups are commercially available, for example under the trade name Denacol® (Nagase Chemicals Ltd.).
- the water-soluble crosslinkers used according to the invention can be dissolved in the preparation (Z) so that the treatment of the metallic surface with the crosslinker and the treatment with the preparation take place simultaneously.
- crosslinker it is also possible to treat the surface with the crosslinker in a separate step before and / or after the treatment with the preparation.
- the latter is particularly recommendable if the crosslinker is not completely inert in the chosen preparation and the selected passivation conditions, but reacts with the components of the preparation. Adverse reactions are also advantageously avoided by mixing the crosslinker only immediately before use in the preparation.
- the ratio of the crosslinker to the polymer is determined by the person skilled in the art according to the desired properties. As a rule, a weight ratio of polymer to crosslinker of 0.05: 1 to 50: 1, preferably 0.1 to 20: 1 and particularly preferably 0.5: 1 to 10: 1, has proven useful.
- the preparation may optionally further comprise other components via said components.
- the optionally present components may be, for example, transition metal ions and compounds, for example Ce, Ni, Co, V, Fe, Zn, Zr, Ca, Mn, Mo, W, Ti, Zr, Hf, Bi, Cr and /. or the lanthanides act. If Cr is present, the quantities defined above should not be exceeded.
- no Cr (VI) compounds are used, more preferably no chromium compounds at all. They may also be compounds of main group elements, such as Si and / or Al. The compounds can be used for example in the form of the respective aqua complexes.
- ligands such as, for example, fluoride complexes of Ti (IV), Zr (IV) or Si (IV) or oxometalates such as MoO 4 2- or WO 4 2- .
- complexes with typical chelating ligands such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), nitrilotriacetic acid (NTA) or methylglycinediacetic acid (MGDA).
- EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
- DTPA diethylenetriaminepentaacetic acid
- HEDTA hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid
- NTA nitrilotriacetic acid
- MGDA methylglycinediacetic acid
- Other optional components include surface-active compounds, corrosion inhibitors or typical electroplating aids.
- the surface of the metal is treated with the preparation (Z) and with the crosslinker, for example by spraying, dipping or rolling. After a dipping process, you can drain the workpiece to remove excess treatment solution; in the case of metal sheets, metal foils or the like, however, excess treatment solution can also be squeezed off or doctored off, for example.
- the treatment at least parts of the polymer used as well as other components of the preparation are chemisorbed by the surface of the metal, so that a firm bond between the surface and the component comes about. Treatment with the preparation is usually carried out at room temperature without that higher temperatures should be excluded in principle.
- the crosslinking of the polymer by the crosslinker can also be carried out at room temperature.
- the metal surface is heated after the treatment of the metal with the preparation and the crosslinker.
- the treatment of the metal surface with the preparation and the crosslinker may be carried out batchwise or preferably continuously.
- a continuous process is particularly suitable for treating strip metals.
- the metal strip is driven by a pan or a spray device with the preparation and optionally a pan or spray device for the crosslinker and optionally by other pre- or post-treatment stations.
- the duration of treatment will be determined by the skilled person according to the desired properties of the layer, the composition used for the treatment and the technical conditions. It can be significantly less than a second or several minutes. In the continuous process, it has proven particularly useful to contact the surface with the preparation for a period of 1 to 60 seconds.
- crosslinker is added to the preparation or the metal surface treated with the crosslinker in a separate step is decided by the skilled person depending on the desired result and the conditions.
- the use of a preparation which already contains the crosslinker is easier and cheaper to carry out, because a separate second process step is not required.
- the treatment with the preparation and with the crosslinker in two (or three) separate process steps has the advantage that it provides more process-technological degrees of freedom that can be used for special effects.
- the preparation containing the crosslinker can not be heated to elevated temperatures for a relatively long time, since otherwise at least parts of the crosslinker are prematurely and undesirably mixed with the polymer, other constituents of the polymer Preparation or react with yourself. Such unwanted side reactions may degrade passivation layer properties and, in the worst case, even completely unusable results.
- the treatment in this case must therefore usually take place essentially at room temperature.
- the treatment with the crosslinker can be carried out at significantly higher temperatures, for example at 50 to 80 ° C., without fear of undesired reactions of the crosslinker.
- the formation of the passivation layer can be accelerated and / or other properties of the passivation layer, such as, for example, its thickness, can be influenced.
- the treatment with the crosslinker is then carried out in a separate step, for example with a solution of the crosslinker at room temperature. It can be done afterwards, but also before the treatment with the preparation.
- the process according to the invention may optionally also comprise one or more pretreatment steps.
- the metallic surface can be cleaned prior to passivation with the preparation used according to the invention, e.g. to remove fats or oils.
- it can also be pickled prior to passivation to remove oxide scale, scale, temporary corrosion protection and the like.
- the surface must also be optionally rinsed with water after and between such pretreatment steps in order to remove the residues of rinsing solutions or pickling solutions.
- the thickness of the passivation layer is adjusted by the person skilled in the art according to the desired properties of the layer.
- the thickness is 0.01 to 3 ⁇ m, preferably 0.1 to 2.5 ⁇ m, and particularly preferably 1 to 2 ⁇ m.
- the thickness can be influenced, for example, by the type and amount of the applied components as well as the exposure time. Furthermore, it can be influenced by process parameters, for example by doctoring or rolling to over-applied treatment solution.
- the thickness of the layer is determined by differential weighing before and after the action of the composition used according to the invention on the metal surface, assuming that the layer has a specific density of 1 kg / l.
- layer thickness is always understood to mean a size determined in this way, regardless of which specific density the layer actually has.
- a further subject of the present application is a metallic surface which comprises the passivation layer according to the invention.
- the passivation layer is applied directly to the actual metal surface.
- strip metal is made of steel, which comprises a coating of Zn or a Zn alloy, and on which a passivation layer according to the invention is applied.
- the metallic surface with passivation layer can be overcoated in a manner known in principle with one or more color or effect paint layers.
- Typical lacquers, their composition and typical layer sequences in the case of several lacquer coats are known in principle to the person skilled in the art.
- test plates made of galvanized steel (20 microns one-sided zinc coating) were used
- aqueous solutions of the polymer used in each case were homogenized and filled in a dipping bath.
- the solutions also contained 0.1% by weight of HNO 3 or H 3 PO 4 .
- the pre-cleaned sheets were immersed for 10 seconds and at Room temperature dried. Finally, the edges of the passivated sheets were taped to eliminate edge effects.
- the sheets were passivated as described below.
- the thickness of the passivation layer was determined by differential weighing before and after exposure of the composition used according to the invention to the metal surface and assuming that the layer has a specific gravity of 1 kg / l.
- layer thickness is always understood to mean a size determined in this way, regardless of which specific density the layer actually has.
- the layer thickness is 0.6 ⁇ m.
- the residence time until assessment 8 in a 5% salt spray atmosphere at 30 ° C. is ⁇ 2 h in each case.
- the total layer thickness (crosslinker + polymer together) is 2.2 ⁇ m.
- Dwell time up to grade 8 in a 5% salt spray atmosphere at 30 ° C is 19 hours.
- the layer thickness is 1.0 ⁇ m.
- crosslinkers can greatly improve the corrosion resistance of zinc surfaces by chemically stabilizing the passivating polyacrylate layer by reactive crosslinkers.
- highly reactive polyfunctional azirane or Oxiranvernetzer are suitable. Due to their reactivity, the azirane crosslinkers can be used at room temperature and are stronger in their action than the oxirane crosslinkers.
- crosslinker alone gives no effect, and the polymer alone shows a significantly worse effect than the combination of crosslinker and polymer.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein im Wesentlichen Chrom-freies Verfahren zum Passivieren von metallischen Oberflächen aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen durch Behandlung der Oberfläche mit einer sauren, wässrigen Zubereitung welche mindestens ein im wesentlichen unvernetztes, wasserlösliches Polymer oder Copolymer mit mindestens 50 Gew. % (Meth)acrylsäureeinheiten, sowie Wasser oder ein mindestens 50 Gew. % Wasser enthaltendes, wässriges Lösemittelgemisch umfasst sowie durch zusätzliches Behandeln der Oberfläche mit mindestens einem wasserlöslichen Vernetzer, der mindestens 2 vernetzende Gruppen, ausgewählt aus der Gruppe von Aziran-, Oxiran- oder Thiirangruppen umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin Passivierungsschichten, die mittels des Verfahrens erhältlich sind sowie eine für dieses Verfahren geeignete Zubereitung.The present invention relates to a substantially chromium-free process for passivating metallic surfaces of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys by treating the surface with an acidic, aqueous preparation containing at least one substantially uncrosslinked, water-soluble polymer or copolymer at least 50% by weight of (meth) acrylic acid units, as well as water or an aqueous solvent mixture containing at least 50% by weight of water, and by additionally treating the surface with at least one water-soluble crosslinker containing at least 2 crosslinking groups selected from the group of azirane. , Oxirane or thiirane groups. The invention further relates to passivation layers obtainable by the process and to a preparation suitable for this process.
Die Korrosionsschutzbehandlung moderner metallischer Materialien erfolgt üblicherweise in mehrstufigen Prozessen, und die Oberfläche behandelter Metalle weist mehrere verschiedene Schichten auf.The corrosion protection treatment of modern metallic materials usually takes place in multi-stage processes, and the surface of treated metals has several different layers.
Der Schutz metallischer Bauteile vor Korrosion besitzt große wirtschaftliche Bedeutung. Gleichzeitig werden auch die Anforderungen an den Korrosionsschutz immer höher. Beispielhaft sei darauf hingewiesen, dass bei neueren Autotypen heutzutage bis zu 12 Jahre Garantie gegen Durchrostung gewährt werden.The protection of metallic components against corrosion has great economic importance. At the same time, the requirements for corrosion protection are becoming ever higher. By way of example, it should be noted that with newer car types nowadays up to 12 years warranty against rust through are granted.
Technisch und wirtschaftlich von besonderer Bedeutung ist insbesondere die Korrosionsschutzbehandlung von Aluminium-Oberflächen sowie der Oberflächen von verzinkten Metallen, insbesondere von galvanisch verzinktem oder feuerverzinktem Eisen bzw. Stahl. Der Korrosionsschutz des Zinks beruht darauf, dass es unedler ist als der metallische Werkstoff selbst und deshalb zunächst selbst korrodiert. Der metallische Werkstoff an sich bleibt unversehrt, solange er noch durchgehend mit Zink bedeckt ist.Particularly important technically and economically is the corrosion protection treatment of aluminum surfaces and the surfaces of galvanized metals, in particular of galvanized or hot-dip galvanized iron or steel. The corrosion protection of zinc is based on the fact that it is less noble than the metallic material itself and therefore first itself corroded. The metallic material itself remains intact as long as it is still covered with zinc throughout.
In Gegenwart von Luftsauerstoff bildet sich auf der Oberfläche von Zn oder Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen zunächst eine dünne Oxidschicht, die den korrosiven Angriff auf das darunter liegende Metall je nach den äußeren Bedingungen mehr oder weniger verlangsamt.In the presence of atmospheric oxygen, on the surface of Zn or Zn alloys, Al or Al alloys, a thin oxide layer initially forms, 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 Al- und Zn-Oberflächen im Regelfalle einer zusätzlichen Passivierungsbehandlung unterzogen. Im Zuge einer derartigen- Behandlung löst sich ein Teil des zu schützenden Metalls auf, und wird gleich darauf wieder in einen oxidischen Film auf der Metalloberfläche eingebaut. Dieser Film ähnelt dem ohnehin vorhandenen Oxidfilm, bietet aber einen stärkeren Schutz. Er wird üblicherweise als Passivierungsschicht bezeichnet. Er verbessert häufig auch die Haftung von auf dem Metall aufgebrachten Lackschichten. Anstelle des Begriffs "Passivierungsschicht" wird daher der Begriff "Konversionsschicht" häufig synonym verwendet, manchmal auch der Begriff "Vorbehandlungsschicht". Passivierungsschichten sind vergleichsweise dünn und weisen üblicherweise eine Dicke von nicht mehr als 3 µm auf.In order to enhance the protective effect of such an oxide layer, Al and Zn surfaces are usually subjected to an additional passivation treatment. In the course of such a treatment, a part of the metal to be protected dissolves, and is then immediately re-incorporated into an oxide film on the metal surface. This movie is similar to the already existing oxide film but offers one stronger protection. It is commonly referred to as a passivation layer. It also often improves the adhesion of paint coatings applied to the metal. Instead of the term "passivation layer", the term "conversion layer" is therefore often used interchangeably, sometimes also the term "pretreatment layer". Passivation layers are comparatively thin and usually have a thickness of not more than 3 μm.
Zur Verstärkung des Korrosionsschutzes werden auf die Passivierungsschicht im Regelfalle zusätzliche (Lack)schichten aufgebracht. Meist handelt es sich um eine Kombination mehrerer Lackschichten, die jeweils unterschiedlichen Zwecken dienen. Sie dienen beispielsweise dazu, die Passivierungsschicht und das Metall vor korrosiven Gasen und/oder Flüssigkeiten aber auch vor mechanischen Beschädigungen, wie beispielsweise Steinschlag zu schützen und natürlich auch ästhetischen Zwecken. Lackschichten sind üblicherweise deutlich dicker als Passivierungsschichten. Typische Dicken reichen von 5 µm bis 400 µm. Die Verwendung von Vernetzern mit Aziran-, Oxiran- oder Thiirangruppen in Beschichtungsstoffen, Lacken oder dergleichen ist bekannt, beispielsweise aus
Die Passivierung kann zum permanenten Korrosionsschutz oder auch nur zum temporären Korrosionsschutz eingesetzt werden. Ein temporärer Schutz wird beispielsweise nur zum Lagern oder Transportieren eines Metallbleches oder sonstigen metallischen Werkstückes eingesetzt und vor der endgültigen Verarbeitung wieder entfernt.The passivation can be used for permanent corrosion protection or even for temporary corrosion protection. A temporary protection is used, for example, only for storing or transporting a metal sheet or other metallic workpiece and removed again before the final processing.
Bisher wurden Passivierungsschichten auf Zink- oder Aluminiumoberflächen üblicherweise durch Behandlung des zu schützenden Werkstücks mit wässrigen, sauren Lösungen von CrO3 erhalten. Der Mechanismus einer derartigen Passivierung ist komplex. Unter anderem wird metallisches Zn oder Al aus der Oberfläche gelöst und fällt in Form von amorphen Zink-Chromoxiden bzw. Aluminium-Chromoxiden wieder aus. Die Schichten können aber auch noch Fremdionen und/oder weitere Komponenten aus der Behandlungslösung enthalten. Insbesondere ist es bei der Behandlung mit Chromsäure nicht zu vermeiden, dass auch ein gewisser Anteil von Cr(VI) in die Passivierungsschicht eingebaut wird.Heretofore, passivation layers on zinc or aluminum surfaces have usually been obtained by treating the workpiece to be protected with aqueous, acidic solutions of CrO 3 . The mechanism of such passivation is complex. Among other things, metallic Zn or Al is released from the surface and precipitates again in the form of amorphous zinc chromium oxides or aluminum chromium oxides. However, the layers may also contain foreign ions and / or further components from the treatment solution. In particular, in the case of treatment with chromic acid, it can not be avoided that a certain amount of Cr (VI) is also incorporated into the passivation layer.
Um die Behandlung mit karzinogenen Cr(VI)-Lösungen zu vermeiden, ist die Behandlungen mit sauren, wässrigen Cr(III)-Lösungen vorgeschlagen worden. Beispielhaft sei auf
Chrom-freie Verfahren zum Passivieren unter Verwendung organischer Polymerer sind prinzipiell bekannt.Chromium-free passivation processes using organic polymers are known in principle.
In unserer noch unveröffentlichten Anmeldung
Neben dem Erreichen eines sehr guten Korrosionsschutzes muss ein Chrom-freies Verfahren zum Passivieren aber auch noch eine Reihe verfahrenstechnischer Anforderungen erfüllen.In addition to achieving very good corrosion protection, a chromium-free passivation process must also meet a number of process engineering requirements.
Die Passivierung wird technisch beispielsweise so vorgenommen, indem man die zu passivierenden Werkstücke in eine passivierende Lösung eintaucht. Lose Werkstücke (z. B. Schrauben) können hierzu in eine Trommel gefüllt und die Trommel eingetaucht werden. Größere Werkstücke können auch auf ein geeignetes Gestell montiert und das Gestell eingetaucht werden. Beim Tauchverfahren kann die Kontaktzeit zwischen der passivierenden Lösung und dem Werkstück vom Fachmann vergleichsweise frei bestimmt werden, und somit können auch recht dicke Passivierungsschichten erhalten werden. Die Kontaktzeit kann durchaus im Bereich von Minuten liegen. Komplexere Werkstücke werden bei dieser Technik üblicherweise erst zusammengefügt, beispielsweise aus Stahlteilen zusammen geschweisst und darin als Ganzes verzinkt und passiviert.For example, passivation is carried out by immersing the workpieces to be passivated in a passivating solution. Loose workpieces (eg screws) can be filled into a drum and the drum submerged. Larger workpieces can also be mounted on a suitable frame and the frame dipped. In the dipping method, the contact time between the passivating solution and the workpiece can be determined comparatively freely by the person skilled in the art, and thus quite thick passivation layers can also be obtained. The contact time can be in the range of minutes. In this technique, more complex workpieces are usually first joined together, for example, welded together from steel parts and galvanized and passivated therein as a whole.
Zur Herstellung von flächigen metallischen Werkstücken wie beispielsweise Automobilteilen, Karosserieteilen, Geräteverkleidungen, Fassadenverkleidungen, Deckenverkleidungen oder Fensterprofilen werden Metallbleche mittels geeigneter Techniken wie Stanzen, Bohren, Falzen, Profilieren und/oder Tiefziehen ausgeformt. Größere Bauteile, wie beispielsweise Automobilkarosserien werden gegebenenfalls durch Verschweißen mehrerer Einzelteile zusammengefügt. Das Rohmaterial hierzu sind üblicherweise lange Metallbänder, die durch Walzen des Metalls hergestellt und zum Lagern und Transportieren zu Rollen (sogenannten "Coils") aufgewickelt werden.For the production of flat metal workpieces such as automotive parts, body panels, equipment panels, cladding, ceiling panels or window profiles metal sheets are formed by means of suitable techniques such as punching, drilling, folding, profiling and / or deep drawing. Larger components, such as automobile bodies are optionally joined together by welding several items. The raw material for this purpose are usually long metal strips, which are produced by rolling the metal and wound into rolls ("coils") for storage and transport.
Das Verzinken und Passivieren derartiger Metallbänder wird großtechnisch in kontinuierlichen Anlagen vorgenommen. Das Metallband wird zunächst zum Verzinken durch eine Vorrichtung zum Verzinken, z.B. eine Wanne mit geschmolzenem Zink gefahren, und anschließend direkt weiter durch eine weitere Vorrichtung zum Passivieren, beispielsweise ebenfalls eine Wanne oder eine Spülvorrichtung. Im Regelfalle werden noch weitere Verfahrensschritte kontinuierlich vorgenommen, beispielsweise Reinigungs- oder Spülschritte oder auch das Aufbringen einer ersten Lackschicht auf die Passivierungsschicht. Typische Geschwindigkeiten, mit denen Metallbänder durch die kontinuierlichen Anlagen gefahren werden, liegen bei 50 bis 100 m/min. Dies bedeutet, dass die Kontakzeit zwischen der metallischen Oberfläche und der zum Passivieren eingesetzten Zubereitung nur kurz ist. Üblicherweise stehen zum Behandeln nur wenige Sekunden zur Verfügung. Ein großtechnisch geeignetes Verfahren muss daher mit nur kurzen Kontaktzeiten dennoch ausreichende Ergebnisse aufweisen.The galvanizing and passivation of such metal strips is made on a large scale in continuous systems. The metal strip is first driven for galvanizing by a device for galvanizing, for example a trough with molten zinc, and then directly on through a further device for passivation, for example, also a tub or a flushing device. As a rule, will be still further process steps continuously made, for example, cleaning or rinsing steps or the application of a first coat of paint on the passivation layer. Typical speeds at which metal belts are driven through the continuous systems are 50 to 100 m / min. This means that the contact time between the metallic surface and the preparation used for passivation is only short. Usually only a few seconds are available to treat. An industrially suitable process must therefore still have sufficient results with only short contact times.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes, im Wesentlichen Cr-freies Verfahren zum Passivieren von metallischen Oberflächen aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen bereit zu stellen, welches gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Korrosionsschutz bietet und bei welchem zu einem zufriedenstellenden Ergebnis dennoch nur kurze Kontaktzeiten zwischen der metallischen Oberfläche und der zum Passivieren eingesetzten Zubereitung erforderlich sind. Insbesondere sollte das Verfahren auch kontinuierlich durchgeführt werden können.The object of the invention was therefore to provide an improved, substantially Cr-free method for passivating metallic surfaces of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys, which offers improved corrosion protection over the prior art and in which Nevertheless, a satisfactory result requires only short contact times between the metallic surface and the preparation used for passivation. In particular, the method should also be able to be carried out continuously.
Dementsprechend wurde ein im Wesentlichen Chrom-freies Verfahren zum Passivieren von metallischen Oberflächen aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen gefunden, bei dem man die Oberfläche des Metalls mit einer sauren, wässrigen Zubereitung eines Polymers, welches -COOH-Gruppen und/oder deren Salze umfasst, behandelt, wobei die zur Behandlung eingesetzte Zubereitung (Z) mindestens
- (a) mindestens ein im wesentlichen unvernetztes, wasserlösliches Polymer oder Copolymer (A), welches mindestens 50 Gew. % (Meth)acrylsäureeinheiten umfasst, sowie
- (b) Wasser oder ein mindestens 50 Gew. % Wasser enthaltendes, wässriges Lösemittelgemisch (B) umfasst,
- (A) at least one substantially uncrosslinked, water-soluble polymer or copolymer (A) which comprises at least 50% by weight of (meth) acrylic acid units, and
- (b) water or an aqueous solvent mixture (B) comprising at least 50% by weight of water,
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der metallischen Oberfläche um die Oberfläche eines Bandmetalles und weiterhin bevorzugt wird die Passivierung mittels eines kontinuierlichen Verfahrens vorgenommen.In a preferred embodiment of the invention, the metallic surface is the surface of a band metal, and more preferably, the passivation is carried out by means of a continuous process.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Passivierungsschicht auf einer metallischen Oberfläche aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen, die durch das Verfahren erhältlich ist, metallische Oberflächen umfassend eine derartige Passivierungsschicht sowie eine Zubereitung zum Passivieren.The invention further relates to a passivation layer on a metallic surface of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys obtainable by the process, metallic surfaces comprising such a passivation layer and a preparation for passivation.
Zu der Erfindung ist im Einzelnen das Folgende auszuführen:More specifically, the following is to be accomplished for the invention:
Der Begriff "im Wesentlichen Chrom-frei" im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die eigentliche passivierende Wirkung durch das eingesetzte Polymer in Kombination mit dem Vernetzer sowie gegebenenfalls weiteren Komponenten der Zubereitung hervorgerufen wird. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass geringe Mengen von Chrom-Verbindungen zur Feinsteuerung der Eigenschaften der Passivierungsschicht zugegeben werden könnten. Die Menge sollte aber 10 Gew. %, bevorzugt 5 Gew. % und besonders bevorzugt 2 Gew. % bezüglich der Menge von eingesetztem Polymer und Vernetzer zusammen nicht überschreiten, wobei außerdem ein Gehalt von 2 Gew. %, bevorzugt 1 Gew. % und besonders bevorzugt 0,5 Gew. % Chrom bezüglich aller Bestandteile der Zusammensetzung nicht überschritten werden sollte. Falls Chrom-Verbindungen eingesetzt werden sollen, sollten bevorzugt Cr(III)-Verbindungen eingesetzt werden. Der Cr(VI)-Gehalt soll aber in jedem Falle so gering gehalten werden, dass der Cr(VI)-Gehalt auf dem passivierten Metall 1 mg/m2 nicht überschreitet.The term "substantially chromium-free" in the sense of this invention means that the actual passivating effect is caused by the polymer used in combination with the crosslinker and optionally further components of the preparation. However, it should not be excluded that small amounts of chromium compounds could be added for fine control of the properties of the passivation layer. The amount should, however, not exceed 10% by weight, preferably 5% by weight and more preferably 2% by weight, relative to the amount of polymer used and crosslinker together, moreover a content of 2% by weight, preferably 1% by weight and especially preferably 0.5 wt.% Chromium should not be exceeded with respect to all constituents of the composition. If chromium compounds are to be used, Cr (III) compounds should preferably be used. In any case, the Cr (VI) content should be kept so low that the Cr (VI) content on the passivated metal does not exceed 1 mg / m 2 .
Bevorzugt umfasst die zur Passivierung eingesetzte Zubereitung kein Cr(VI) und besonders bevorzugt keinerlei Chromverbindungen, und auch bei keinem anderen Verfahrensschritt werden bewusst Chrom-Verbindungen gleich welcher Oxidationsstufe eingesetzt. Aber selbst in diesem Falle können indirekt und an sich unbeabsichtigt geringe Mengen Chrom in das Verfahren eingeschleppt werden. Sofern nämlich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren Zink- oder Aluminium-Legierungen eingesetzt werden, welche Chrom als Legierungsbestandteil umfassen, oder verzinkter Stahl, bei dem das Eisen mit Chrom legiert ist, ist es immer im Bereich des Möglichen, dass geringe Mengen Chrom im zu behandelnden Metall durch die für das Verfahren eingesetzte Zubereitung gelöst werden und dementsprechend an sich unbeabsichtigt in die Zubereitung gelangen können. Auch beim Einsatz derartiger Metalle und den daraus resultierenden Konsequenzen soll das Verfahren als "im Wesentlichen Chrom-frei" angesehen werden.The preparation used for passivation preferably does not comprise Cr (VI) and particularly preferably no chromium compounds, and no other method step consciously uses chromium compounds, no matter what oxidation state. But even in this case, indirect and intrinsically unintentional small amounts of chromium can be introduced into the process. Namely, if zinc or aluminum alloys comprising chromium as an alloying component or zinc-plated steel in which the iron is alloyed with chromium are used in the method of the present invention, it is always within the range of possible to have small amounts of chromium in the metal to be treated can be solved by the preparation used for the process and accordingly can inadvertently get into the preparation itself. Even when using such metals and the resulting consequences, the process should be regarded as "essentially chromium-free".
Bei den metallischen Oberflächen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens passiviert werden, handelt es sich um Oberflächen aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen. Es kann sich dabei um die Oberflächen von vollständig aus den besagten Metallen bzw. Legierungen bestehenden Körpern beziehungsweise Werkstücken handeln. Es kann sich aber auch um die Oberflächen von mit Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen beschichteten Körpern handeln, wobei die Körper aus anderen Materialien, beispielsweise aus anderen Metallen, Legierungen, Polymeren oder Verbundwerkstoffen bestehen kann. Insbesondere kann es sich um die Oberfläche von verzinktem Eisen oder Stahl handeln. In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich um die Oberfläche eines Bandmetalles, insbesondere um elektrolytisch verzinkten oder heißverzinkten Stahl.The metallic surfaces which are passivated by means of the method according to the invention are surfaces of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys. These may be the surfaces of bodies or workpieces made entirely of said metals or alloys. However, they may also be the surfaces of Zn, Zn alloy, Al or Al alloy coated bodies, which bodies may be made of other materials such as other metals, alloys, polymers or composites. In particular, it may be the surface of galvanized iron or steel. In a particular embodiment of the method is the surface of a strip metal, in particular electrolytically galvanized or hot-dip galvanized steel.
Zn- oder Al-Legierungen 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 Al, Pb, Si, Mg, Sn, Cu oder Cd. Typische Bestandteile von Aluminium-Legierungen umfassen insbesondere Mg, Mn, Si, Zn, Cr, Zr, Cu oder Ti. Es kann sich auch um Al/Zn-Legierungen handeln, bei denen Al- und Zn in annähernd gleicher Menge vorhanden sind. Mit derartigen Legierungen beschichteter Stahl ist kommerziell erhältlich.Zn or Al alloys are known to those skilled in the art. Depending on the desired application, the skilled person will select the type and amount of alloying components. Typical components of zinc alloys include in particular Al, Pb, Si, Mg, Sn, Cu or Cd. Typical constituents of aluminum alloys include in particular Mg, Mn, Si, Zn, Cr, Zr, Cu or Ti. It may also be Al / Zn alloys in which Al and Zn are present in approximately the same amount. Steel coated with such alloys is commercially available.
Die zum Passivieren eingesetzte Zubereitung (Z) umfasst mindestens ein wasserlösliches, unvernetztes Polymer oder Copolymer (A), welches mindestens 50 Gew. % (Meth)acrylsäureeinheiten (a1) umfasst. Die COOH-Gruppen können auch ganz oder teilweise als Salze vorliegen, beispielsweise als Ammonium- oder Na-Salze.The preparation (Z) used for passivation comprises at least one water-soluble, uncrosslinked polymer or copolymer (A) which comprises at least 50% by weight of (meth) acrylic acid units (a1). The COOH groups may also be wholly or partially present as salts, for example as ammonium or Na salts.
Der Begriff wasserlöslich im Sinne dieser Erfindung soll bedeuten, dass das oder die eingesetzten Polymere bzw. Copolymere (A) homogen wasserlöslich sein sollen. Wässrige Dispersionen von vernetzten Polymerpartikeln an sich wasserunlöslicher Polymerer gehören nicht zum Umfange dieser Erfindung.The term water-soluble in the sense of this invention is intended to mean that the polymer or copolymers (A) used should be homogeneously water-soluble. Aqueous dispersions of crosslinked polymer particles of water-insoluble polymers are outside the scope of this invention.
Bevorzugt sollten die eingesetzten (Co)polymere lückenlos mit Wasser mischbar sein, auch wenn dies nicht in jedem Falle absolut notwendig ist. Sie müssen aber zumindest in einem solchen Maße wasserlöslich sein, dass die Passivierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist. Im Regelfalle sollten die eingesetzten (Co)polymere eine Löslichkeit von mindestens 50 g/l, bevorzugt 100 g/l und besonders bevorzugt mindestens 200 g/l aufweisen.Preferably, the (co) polymers used should be completely miscible with water, even if this is not absolutely necessary in every case. But they must be water-soluble at least to such an extent that the passivation by means of the method according to the invention is possible. As a rule, the (co) polymers used should have a solubility of at least 50 g / l, preferably 100 g / l and particularly preferably at least 200 g / l.
Dem Fachmann auf dem Gebiet wasserlöslicher Polymere ist bekannt, dass die Löslichkeit COOH-Gruppen-haltiger Polymere in Wasser vom pH-Wert abhängig sein kann. Als Bezugspunkt soll daher jeweils der für den jeweiligen Einsatzzweck gewünschte pH-Wert gewählt werden. Ein (Co)polymer, welches bei einem bestimmten pH-Wert eine nicht ausreichende Löslichkeit für den vorgesehenen Einsatzzweck hat, kann bei einem anderen pH-Wert eine ausreichende Löslichkeit aufweisen.It is known to the person skilled in the art of water-soluble polymers that the solubility of COOH-group-containing polymers in water can be dependent on the pH. As a reference point, therefore, each of the desired for the particular application pH should be selected. A (co) polymer, which in a certain pH has insufficient solubility for its intended use, may have sufficient solubility at another pH.
Bei dem Polymer oder Copolymer (A) kann es sich um reine Polyacrylsäure oder Polymethacrylsäure handeln.The polymer or copolymer (A) may be pure polyacrylic acid or polymethacrylic acid.
Bevorzugt handelt es sich bei (A) aber um ein Copolymer, welches 50 bis 99 Gew. % (Meth)acrylsäureeinheiten (Aa) sowie zusätzlich 1 bis 50 Gew. % mindestens eines weiteren, von (Meth)acrylsäure verschiedenen, ethylenisch ungesättigten Comonomers umfasst.However, (A) is preferably a copolymer which comprises from 50 to 99% by weight of (meth) acrylic acid units (Aa) and additionally from 1 to 50% by weight of at least one further ethylenically unsaturated comonomer other than (meth) acrylic acid ,
Bevorzugt umfasst das Copolymer 60 bis 95 Gew. %, besonders bevorzugt 65 bis
90 Gew. % und ganz besonders bevorzugt 70 bis 85 Gew. %
(Meth)acrylsäureeinheiten (Aa).Preferably, the copolymer comprises 60 to 95% by weight, more preferably 65 to
90% by weight and most preferably 70 to 85% by weight
(Meth) acrylic acid units (Aa).
Die Comonomere müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen: Sie müssen mit (Meth)acrylsäure sowie ggf. weiteren Comonomeren copolymerisierbar sein. Weiterhin muss auch das Copolymer (A) wasserlöslich sein.The comonomers must meet a number of requirements: they must be copolymerizable with (meth) acrylic acid and optionally other comonomers. Furthermore, the copolymer (A) must be water-soluble.
Bei dem mindestens einen Comonomer handelt es sich insbesondere um mindestens ein von (Meth)acrylsäure verschiedenes Comonomer (Ab), welches über eine ethylenisch ungesättigte Gruppe und über eine saure Gruppe verfügt. Dabei kann es sich ebenfalls um Carboxylatgruppen, aber auch um andere saure Gruppen wie beispielsweise Phosphorsäure-, Phosphonsäure- oder Sulfonsäuregruppen handeln. Die Comonomere können jeweils nur über gleichartige oder auch über verschiedenartige saure Gruppen verfügen. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene Comonomere (Ab) mit sauren Gruppen eingesetzt werden.The at least one comonomer is in particular at least one comonomer (Ab) different from (meth) acrylic acid, which has an ethylenically unsaturated group and an acidic group. These may likewise be carboxylate groups, but also other acidic groups such as, for example, phosphoric acid, phosphonic acid or sulfonic acid groups. The comonomers may each have only the same or different acidic groups. Of course, several different comonomers (Ab) can be used with acidic groups.
Beispiele von Comonomeren (Ab) umfassen COOH-Gruppen aufweisende Säuren der allgemeinen Formel RHC=CH-(CH2)n-COOH mit n=1 bis 8, und R= H oder C1 bis C3 wie beispielsweise Vinylessigsäure, Crotonsäure oder Isocrotonsäure, zwei COOH-Gruppen aufweisende ungesättigte Säuren wie Maleinsäure oder Fumarsäure, Phosphonsäuregruppen aufweisende Säuren wie Vinylphosphonsäure, Allyphosphonsäure oder 3-Butenylphosphonsäure, Phosphorsäuregruppen aufweisende Säu ren wie Phosphorsäuremonovinylester, Phosphorsäuremonoallylester, Phosphorsäure(mono-3-butenyl)ester oder (Meth)acrylsäure(phosphonoxyethyl)ester oder Sulfonsäuregruppen aufweisende Säuren wie Styrolsulfonsäure.Examples of comonomers (Ab) include COOH-containing acids of the general formula RHC = CH- (CH 2 ) n -COOH with n = 1 to 8, and R = H or C 1 to C 3 such as vinylacetic acid, crotonic acid or isocrotonic acid , two COOH-containing unsaturated acids such as maleic acid or fumaric acid, phosphonic acid-containing acids such as vinylphosphonic acid, allyphosphonic acid or 3-butenylphosphonic acids such as Phosphoric acid monovinyl ester, Phosphorsäuremonoallylester, phosphoric acid (mono-3-butenyl) ester or (meth) acrylic acid (phosphonoxyethyl ) esters or sulfonic acid-containing acids such as styrene sulfonic acid.
Beispiele besonders geeigneter Comonomerer (Ab) umfassen Maleinsäure, Fumarsäure und Vinylphosphonsäure.Examples of particularly suitable comonomers (Ab) include maleic acid, fumaric acid and vinylphosphonic acid.
Bevorzugt sind 2 bis 50 und besonders bevorzugt 5 bis 40 Gew. % weiterer Comonomerer (Ab) vorhanden.Preference is given to 2 to 50 and more preferably 5 to 40% by weight of further comonomers (Ab).
Das Copolymer (A) kann weiterhin noch ein oder mehrere Comonomere (Ac) umfassen, welche eine ethylenisch ungesättigte Gruppe, aber keine saure Gruppe umfassen. Beispiele derartiger Monomerer umfassen Olefine wie Ethylen, Propylen oder Styrol, Ester aus Vinylalkohol und Monocarbonsäuren, insbesondere wie Vinylacetat oder Vinylpropionat sowie weiterhin insbesondere (Meth)acrylate mit verschiedensten Alkoholresten wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat oder 2-Ethylhexyl(meth)acrylat. Es kann sich weiterhin auch um OH-Gruppen aufweisende Monomere handeln, wie beispielweise p-Vinylphenol oder insbesondere ethoxylierte oder propoxylierte (Meth)acrylsäure.The copolymer (A) may further comprise one or more comonomers (Ac) which comprise an ethylenically unsaturated group but not an acidic group. Examples of such monomers include olefins such as ethylene, propylene or styrene, esters of vinyl alcohol and monocarboxylic acids, especially such as vinyl acetate or vinyl propionate, and further especially (meth) acrylates having a wide variety of alcohol radicals such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl ( meth) acrylate or 2-ethylhexyl (meth) acrylate. It may also be OH-containing monomers, such as p-vinylphenol or in particular ethoxylated or propoxylated (meth) acrylic acid.
Die Comonomere (Ac) werden zur Feinsteuerung der Eigenschaften eingesetzt. Falls vorhanden, so wird deren Menge je nach den gewünschten Eigenschaften der Polymeren, beispielsweise deren Löslichkeit bestimmt. Die Menge sollte aber im Regelfalle 30 Gew. %, bevorzugt 20 Gew. %, besonders bevorzugt 10 Gew. % und ganz besonders bevorzugt 5 Gew. % nicht übersteigen.The comonomers (Ac) are used to fine-tune the properties. If present, their amount is determined depending on the desired properties of the polymers, for example their solubility. However, the amount should as a rule not exceed 30% by weight, preferably 20% by weight, particularly preferably 10% by weight and very particularly preferably 5% by weight.
Die Copolymere (A) können nach dem Fachmann bekannten Verfahrensweisen hergestellt werden. Bevorzugt werden die Polymere und/oder Copolymere durch radikalische Copolymerisation der genannten Komponenten (Aa) sowie gegebenenfalls (Ab) und/oder (Ac) hergestellt. Monomere mit mehr als einer ethylenisch ungesättigten Gruppe, die entsprechend vernetzend wirken, können in Spezialfällen zur Feinsteuerung der Eigenschaften eingesetzt werden. Sie sollten aber allenfalls in ganz geringer Menge eingesetzt, so dass das Polymer im wesentlichen unvernetzt bleibt. Die Menge eines vernetzenden Monomers sollte im Regelfalle 1 Gew. %, bevorzugt 0,5 Gew. % nicht überschreiten und bevorzugt wird gar keines verwendet.The copolymers (A) can be prepared by methods known to those skilled in the art. The polymers and / or copolymers are preferably prepared by free-radical copolymerization of the abovementioned components (Aa) and, if appropriate, (Ab) and / or (Ac). Monomers having more than one ethylenically unsaturated group, which have a corresponding crosslinking effect, can be used in special cases for the fine control of the properties. However, they should at most be used in a very small amount, so that the polymer remains essentially uncrosslinked. The amount of a crosslinking monomer should as a rule not exceed 1% by weight, preferably 0.5% by weight, and preferably none is used at all.
Die Herstellung der Polymere kann auch erfolgen, indem man im Falle der sauren Monomere zur Polymerisation nicht die freien Säuren einsetzt, sondern in Form von deren Salzen, Estern, Anhydriden oder anderen hydrolysierbaren Derivaten. Freie Säuregruppen lassen sich daraus dann in einem separaten Schritt durch Hydrolyse, ggf. unter Verwendung geeigneter Basen erhalten. Insbesondere Maleinsäure wird üblicherweise in Form von Maleinsäureanhydrid polymerisiert und erst nach der Polymerisation, oder eventuell sogar erst in der Zubereitung hydrolysiert.The preparation of the polymers can also be carried out by using in the case of the acidic monomers for the polymerization not the free acids, but in the form of their salts, esters, anhydrides or other hydrolyzable derivatives. Free acid groups can then be obtained therefrom in a separate step by hydrolysis, if appropriate using suitable bases. In particular, maleic acid is usually polymerized in the form of maleic anhydride and hydrolyzed only after the polymerization, or possibly even in the preparation.
Das mittlere Molekulargewicht der eingesetzten (Co)polymere ist nicht prinzipiell beschränkt, solange die (Co)polymere noch in ausreichendem Maße homogen wasserlöslich sind. Es wird vom Fachmann je nach dem gewünschten Anwendungszweck bestimmt. Durch die Wahl eines bestimmten Molekulargewichtes lässt sich vom Fachmann beispielsweise die Viskosität der Zubereitung beeinflussen und für den gewünschten Zweck gezielt einstellen. Im Allgemeinen beträgt das Gewichtsmittel Mw der Polymere 500 bis 2 000 000 g/mol, bevorzugt 1000 bis 1 000 000, besonders bevorzugt 2000 bis 500 000 g/mol und ganz besonders bevorzugt 3000 bis 300 000 g/mol.The average molecular weight of the (co) polymers used is not limited in principle, as long as the (co) polymers are still sufficiently soluble in water. It is determined by the person skilled in the art according to the desired application. By choosing a specific molecular weight, the person skilled in the art can, for example, influence the viscosity of the preparation and tailor it for the desired purpose. In general, the weight average M w of the polymers is from 500 to 2,000,000 g / mol, preferably from 1,000 to 1,000,000, more preferably from 2,000 to 500,000 g / mol and very particularly preferably from 3,000 to 300,000 g / mol.
Besonders bevorzugt handelt es sich dem Copolymer (A) um eines aufgebaut aus (Meth)acrylsäure und Maleinsäureanhydrid, insbesondere aus 70 bis 80 Gew. % (Meth)acrylsäure sowie 20 bis 30 Gew. % Maleinsäureanhydrid.The copolymer (A) is particularly preferably one composed of (meth) acrylic acid and maleic anhydride, in particular from 70 to 80% by weight of (meth) acrylic acid and from 20 to 30% by weight of maleic anhydride.
Weiterhin bevorzugt kann neben (Meth)acrylsäure und Maleinsäureanhydrid noch Vinylphosphonsäure als weiteres Comonomer in Mengen von 1 bis 30 Gew, %, bevorzugt 1 bis 20 Gew. % und besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew. % eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Copolymer kann beispielsweise aus 70 bis 80 Gew. % (Meth)acrylsäure, 15 bis 25 Gew. % Maleinsäureanhydrid sowie 1 bis 10 Gew. % Vinylphosphonsäure aufgebaut sein.In addition to (meth) acrylic acid and maleic anhydride, vinylphosphonic acid may furthermore preferably be used as further comonomer in amounts of 1 to 30% by weight, preferably 1 to 20% by weight and more preferably 1 to 10% by weight. A preferred copolymer may, for example, be composed of 70 to 80% by weight of (meth) acrylic acid, 15 to 25% by weight of maleic anhydride and 1 to 10% by weight of vinylphosphonic acid.
Die Maleinsäureanhydrideinheiten werden unmittelbar am Beginn, parallel oder im Anschluss an die Polymerisation zu Maleinsäureeinheiten hydrolysiert, bevorzugt mit einer Base wie beispielsweise Triethanolamin.The maleic anhydride units are hydrolyzed directly at the beginning, in parallel or following the polymerization to maleic acid units, preferably with a base such as triethanolamine.
Als Komponente (b) umfasst die für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Zubereitung (Z) bevorzugt nur Wasser oder ein mindestens 50 Gew. % Wasser enthaltendes, wässriges Lösemittelgemisch. Falls ein wässriges Gemisch eingesetzt wird, umfasst das Gemisch bevorzugt mindestens 65 Gew. %, besonders bevorzugt mindestens 80 Gew. % und ganz besonders bevorzugt mindestens 95 Gew. % Wasser. Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Gesamtmenge aller Lösemittel. Weitere Komponenten eines Gemisches sind mit Wasser mischbare Lösungsmittel. Beispiele umfassen Monoalkohole wie Methanol, Ethanol oder Propanol, höhere Alkohole wie Ethylenglykol oder Polyetherpolyole und Etheralkohole wie Butylglykol oder Methoxypropanol.As component (b), the preparation (Z) used for the process according to the invention preferably comprises only water or an aqueous solvent mixture containing at least 50% by weight of water. If an aqueous mixture is used, the mixture preferably comprises at least 65% by weight, more preferably at least 80% by weight and most preferably at least 95% by weight of water. The data refer to the total amount of all solvents. Other components of a mixture are water-miscible solvents. Examples include monoalcohols such as methanol, ethanol or propanol, higher alcohols such as ethylene glycol or polyether polyols and ether alcohols such as butyl glycol or methoxypropanol.
Bevorzugt wird nur Wasser als Lösemittel eingesetzt.Preferably, only water is used as solvent.
Die Konzentration der Polymere oder Copolymere (A) in der Zubereitung wird vom Fachmann je nach dem gewünschten Anwendungszweck bestimmt. Beispielsweise hängt die Dicke der Passivierungsschicht von der gewählten Verfahrenstechnik ab, aber auch beispielsweise von der Viskosität der zum Passivieren eingesetzten Zusammensetzung. Im allgemeinen bewährt hat sich eine Konzentration von 0,01 g/l bis 500 g/l, bevorzugt 0,1 g/l bis 200 g/l, und besonders bevorzugt 0,5 g/l bis 5 g/l. Die angegebenen Konzentrationen beziehen sich auf die einsatzfertige Zubereitung. Es ist im Regelfalle möglich, zunächst ein Konzentrat herzustellen, welches erst vor Ort mit Wasser oder optional anderen Lösemittelgemischen auf die gewünschte Konzentration verdünnt wird.The concentration of the polymers or copolymers (A) in the formulation will be determined by one skilled in the art according to the desired application. For example, the thickness of the passivation layer depends on the chosen process technology, but also, for example, on the viscosity of the composition used for the passivation. In general, a concentration of 0.01 g / l has proven to 500 g / l, preferably 0.1 g / l to 200 g / l, and more preferably 0.5 g / l to 5 g / l. The concentrations given refer to the ready-to-use preparation. As a rule, it is possible first to prepare a concentrate which is first diluted to the desired concentration with water or optionally other solvent mixtures on site.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Zubereitung (Z) ist sauer. Sie weist im Allgemeinen einen pH-Wert von 1 bis 6 auf, wobei je nach Substrat und Applikationsart sowie Einwirkungsdauer der Zubereitung (Z) auf die Oberfläche engere pH-Bereiche gewählt sein können. Beispielsweise stellt man den pH-Wert zur Behandlung von Aluminium-oberflächen vorzugsweise auf den Bereich von 2 bis 4 und bei Behandlung von Zink oder verzinktem Stahl vorzugsweise auf den Bereich von 2 bis 5 ein.The preparation (Z) used according to the invention is acidic. It generally has a pH of 1 to 6, wherein depending on the substrate and method of application and duration of exposure of the preparation (Z) on the surface tighter pH ranges may be selected. For example, the pH for treating aluminum surfaces is preferably set in the range of 2 to 4, and in the case of treating zinc or galvanized steel, preferably in the range of 2 to 5.
Der pH-Wert der Zubereitung kann einerseits durch die Art und Konzentration der COOH-Gruppen aufweisenden Polymere oder Copolymere gesteuert werden und ergibt sich somit automatisch.The pH of the preparation can be controlled on the one hand by the nature and concentration of the COOH-containing polymers or copolymers and thus results automatically.
Die Zubereitung kann aber optional auch noch mindestens eine anorganische oder organische Säure oder deren Mischungen umfassen. Beispiele geeigneter Säuren umfassen phosphor-, schwefel- oder stickstoffhaltige Säuren wie Phosphorsäure, Phosphonsäure, Schwefelsäure, Sulfonsäuren wie Methansulfonsäure, Amidosulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, m-Nitrobenzolsulfonsäure und Derivaten davon, Salpetersäure, Flusssäure, Salzsäure, Borsäure, Ameisensäure, Oxalsäure oder Essigsäure. Bevorzugt wird die Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HNO3, H2SO4, H3PO4, Ameisensäure oder Essigsäure. Besonders bevorzugt sind H3PO4 und/oder HNO3. Selbstverständlich können auch Gemische verschiedener Säuren eingesetzt werden.However, the preparation may optionally also comprise at least one inorganic or organic acid or mixtures thereof. Examples of suitable acids include phosphorus, sulfur or nitrogen-containing acids such as phosphoric acid, phosphonic acid, sulfuric acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid, sulfamic acid, p-toluenesulfonic acid, m-nitrobenzenesulfonic acid and derivatives thereof, nitric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, boric acid, formic acid, oxalic acid or acetic acid. The acid is preferably selected from the group consisting of HNO 3 , H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , formic acid or acetic acid. Particularly preferred are H 3 PO 4 and / or HNO 3 . Of course, mixtures of different acids can be used.
Die Art und Konzentration der Säure in der Zubereitung (Z) wird vom Fachmann je nach dem gewünschten Anwendungszweck und pH-Wert bestimmt. Im allgemeinen bewährt hat sich eine Konzentration von 0,01 g/l bis 30 g/l, bevorzugt 0,05 g/l bis 3 g/l, und besonders bevorzugt 0,1 g/l bis 5 g/l.The type and concentration of the acid in the preparation (Z) is determined by the skilled person according to the desired application and pH. In general, a concentration of 0.01 g / l to 30 g / l, preferably 0.05 g / l to 3 g / l, and more preferably 0.1 g / l to 5 g / l has proven.
Erfindungsgemäß wird für das Verfahren weiterhin mindestens ein wasserlöslicher Vernetzer eingesetzt, wobei der Vernetzer mindestens 2 vernetzende Gruppen, ausgewählt aus der Gruppe von Aziran-, Oxiran- oder Thiirangruppen umfasst. Im Regelfalle weisen die eingesetzten Vernetzer jeweils nur eine Art vernetzender Gruppen auf, auch wenn in Spezialfällen Abweichungen von dieser Regel möglich sein sollen. Ebenso ist es beim Einsatz mehrerer verschiedener Vernetzer bevorzugt, wenn diese nur eine Art vernetzender Gruppen aufweisen.According to the invention, at least one water-soluble crosslinker is furthermore used for the process, where the crosslinker comprises at least 2 crosslinking groups selected from the group of azirane, oxirane or thiirane groups. As a rule, the crosslinkers used have only one type of crosslinking groups, even if deviations from this rule are to be possible in special cases. Likewise, it is preferred when using a plurality of different crosslinkers, if they have only one type of crosslinking groups.
Bevorzugt sollten die eingesetzten Vernetzer lückenlos mit Wasser mischbar sein, auch wenn dies nicht in jedem Falle absolut notwendig ist. Sie müssen aber zumindest in einem solchen Maße wasserlöslich sein, dass die Passivierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist. Die eingesetzten Vernetzer weisen eine Löslichkeit in Wasser von mindestens 10 g/l, bevorzugt 30 g/l und besonders bevorzugt mindestens 60 g/l auf.Preferably, the crosslinkers used should be completely miscible with water, even if this is not absolutely necessary in every case. But they must be water-soluble at least to such an extent that the passivation by means of the method according to the invention is possible. The crosslinkers used have a solubility in water of at least 10 g / l, preferably 30 g / l and particularly preferably at least 60 g / l.
Das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn des Vernetzers beträgt 112 bis ca. 5000 g/mol, bevorzugt 150 bis 2500 g/mol und besonders bevorzugt 200 bis 2000 g/mol.The number average molecular weight M n of the crosslinker is from 112 to about 5000 g / mol, preferably from 150 to 2500 g / mol and more preferably from 200 to 2000 g / mol.
Die mindestens zwei vernetzenden Gruppen sind mittels einer mindestens 2 C-Atome umfassenden verknüpfenden Gruppe X miteinander verbunden. Bei Oxiran- und Thiran-Gruppen ist naturgemäß eine Verknüpfung nur in 2 bzw. 3-Stellung des Dreiringes möglich. Bei Aziran-Gruppen kommt zusätzlich auch die 1-Stellung in Frage. Dies ist auch die bevorzugte Stellung. Bevorzugt sind Oxiran- oder Aziran-Vernetzer.The at least two crosslinking groups are connected to one another by means of a linking group X comprising at least 2 C atoms. In the case of oxirane and thirane groups, it is naturally possible to link only in the 2 or 3 position of the three-membered ring. For azirane groups, the 1-position is also an option. This is also the preferred position. Oxirane or azirane crosslinkers are preferred.
Bei der verknüpfenden Gruppe X kann es sich um eine geradkettige, verzweigte oder cyclische aliphatische, aromatische oder araliphatische Gruppe handeln, welche auch noch zusätzliche Heteroatome oder Substituenten aufweisen kann. Bevorzugt handelt es sich bei der verknüpfenden Gruppe um eine geradkettige oder verzweigte aliphatische Gruppe, bei der nicht benachbarte Kohlenstoffatome auch durch O-Atome ersetzt sein können.The linking group X may be a straight-chain, branched or cyclic aliphatic, aromatic or araliphatic group, which may also have additional heteroatoms or substituents. The linking group is preferably a straight-chain or branched aliphatic group in which non-adjacent carbon atoms may also be replaced by O atoms.
Die Vernetzer umfassen mindestens 2 vernetzende Gruppen. Die Anzahl der vernetzenden Gruppen ist nach oben nicht prinzipiell beschränkt. Bewährt hat sich aber eine Zahl von 2 bis 20, bevorzugt 2 bis 10 und besonders bevorzugt 3 bis 6 vernetzenden Gruppen.The crosslinkers comprise at least 2 crosslinking groups. The number of crosslinking groups is not limited to the top. However, a number of from 2 to 20, preferably from 2 to 10 and particularly preferably from 3 to 6 crosslinking groups has proven useful.
Insbesondere bewährt zur Ausführung der vorliegenden Erfindung haben sich mindestens zwei Aziran-Gruppen aufweisende Vernetzer der allgemeinen Formel (I)
Bei dem Rest R1Om- handelt es sich um einen m-wertigen, aliphatischen Alkoxyrest. Der Rest weist mindestens m O-Atome auf, an die m Reste der allgemeinen Formel (Ia)
Die aliphatischen Alkoxyreste R1Om- können weitere O-Atome oder andere Heteroatome wie beispielsweise N im Rest R1 aufweisen. Sie leiten sich von den entsprechenden aliphatischen Alkoholen R1(OH)m, ab, wobei m' ≥ m ist.The aliphatic alkoxy radicals R 1 O m - may have further O atoms or other heteroatoms such as, for example, N in the radical R 1 . They are derived from the corresponding aliphatic alcohols R 1 (OH) m , where m '≥ m.
Beispiele für geeignete Alkohole umfassen Glykol, Propandiol, Butandiol, Butendiol, Butindiol, Pentandiol, Hexandiol, Diglykol, Triglykol, Oligo- oder Polyethylenglykol, Glycerin, Polypropylenglykol, Neopentylglykol, Polyglycerin, Trimethylolmethan, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Tris(hydroxymethyl)amin, Tris(hydroxyethyl)amin, Tris(hydroxypropyl)amin, Pentaerythrit, Bis(trimethylolpropan) oder Zucker, wie zum Beispiel Glucose oder Sorbitol. Die Alkohole können auch noch mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid zur di- oder höherfunktionellen Polyetherolen umgesetzt werden. Bevorzugt werden ausschließlich ethoxylierte Produkte eingesetzt. Bei den Alkoholen kann es sich auch um Oligomere bzw. Polymere geeigneten Molekulargewichtes handeln, welche Vinylalkoholeinheiten umfassen, wie beispielsweise Polyvinylalkohol bzw. Polyvinylalkohol-Copolymere.Examples of suitable alcohols include glycol, propanediol, butanediol, butenediol, butynediol, pentanediol, hexanediol, diglycol, triglycol, oligo- or polyethylene glycol, glycerol, polypropylene glycol, neopentyl glycol, polyglycerol, trimethylolmethane, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1,2,4-butanetriol, Tris (hydroxymethyl) amine, tris (hydroxyethyl) amine, tris (hydroxypropyl) amine, pentaerythritol, bis (trimethylolpropane) or sugars, such as glucose or sorbitol. The alcohols can also be reacted with ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide to di- or higher functional polyetherols. Preferably, only ethoxylated products are used. The alcohols can also be oligomers or polymers of suitable molecular weight which comprise vinyl alcohol units, for example polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol copolymers.
Bevorzugt zur Ausführung dieser Erfindung eignen sich Glykol, Butandiol, Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Pentaerythrit, sowie deren Polyetherole auf Basis von Ethylenoxid, besonders bevorzugt ist Trimethylolpropan.Preferred for carrying out this invention are glycol, butanediol, glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1,2,4-butanetriol, pentaerythritol, and their polyetherols based on ethylene oxide, particularly preferred is trimethylolpropane.
Zur Herstellung der Vernetzer der allgemeinen Formel (I) kann zunächst ein m'-wertiger Alkohol der allgemeinen Formel R1(OH)m' mit (Meth)acrylsäure oder einem geeignetetn (Meth)acrylsäurederivat zu einem (Meth)acrylsäureester umgesetzt werden. Es müssen nicht alle OH-Gruppen des Alkohols umgesetzt werden, solange zumindest 2 umgesetzt werden. Zur Ausführung dieser Reaktion eignet sich insbesondere (Meth)-acrylsäureanhydrid. Der erhaltene Ester wird in einem zweiten Reaktionsschritt mit Aziran oder 2-Methylaziran umgesetzt, wobei das Aziran mittels einer Michael-Addition an die Doppelbindung der (Meth)acrylsäureeinheit addiert wird. Azirangruppen umfassende Vernetzer von Formel (I) sind auch kommerziell erhältlich, beispielweise als Corial® Härter (Fa. BASF AG) In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben sich mindestens zwei Oxiran-Gruppen aufweisende Vernetzer der allgemeinen Formel (II)
Die Abkürzung R1Om- hat dabei die oben aufgeführte Bedeutung. Bevorzugte Reste in den Vernetzern (II) leiten sich von Glycerin, Oligoglycerinen, insbesondere Di- oder Triglycerin, Glykol oder Polyethylenglykolen der allgemeinen Formel HO-(CH2-CH2-O)n-H ab, wobei n bevorzugt für 2 bis 25 steht.The abbreviation R 1 O m - has the meaning given above. Preferred radicals in the crosslinkers (II) are derived from glycerol, oligoglycerols, in particular di- or triglycerol, glycol or polyethylene glycols of the general formula HO- (CH 2 -CH 2 -O) n -H, where n is preferably from 2 to 25 stands.
Zur Herstellung der Vernetzer der Formel (II) kann ein Polyalkohol der allgemeinen Formel R1(OH)m' mit Glycidylchlorid umgesetzt werden. Es müssen nicht alle OH-Gruppen des Alkohols umgesetzt werden, solange zumindest 2 umgesetzt werden. Verschiedene Oxirangruppen umfassende Vernetzer der Formel (II) sind kommerziell erhältlich, beispielsweise unter der Marke Denacol® (Fa. Nagase Chemicals Ltd.).To prepare the crosslinkers of the formula (II), a polyhydric alcohol of the general formula R 1 (OH) m ' can be reacted with glycidyl chloride. Not all OH groups of the alcohol have to be reacted as long as at least 2 are reacted. Crosslinkers of the formula (II) comprising various oxirane groups are commercially available, for example under the trade name Denacol® (Nagase Chemicals Ltd.).
Der Fachmann trifft unter den prinzipiell möglichen Vernetzern eine geeignete Auswahl je nach den gewünschten Passiverungsbedingungen und den gewünschten Eigenschaften der Passivierungsschicht.The person skilled in the art makes a suitable choice among the crosslinkers which are possible in principle, depending on the desired passivation conditions and the desired properties of the passivation layer.
Die erfindungsgemäß eingesetzten wasserlöslichen Vernetzer können in der Zubereitung (Z) gelöst sein, so dass die Behandlung der metallischen Oberfläche mit dem Vernetzer und die Behandlung mit der Zubereitung gleichzeitig erfolgen.The water-soluble crosslinkers used according to the invention can be dissolved in the preparation (Z) so that the treatment of the metallic surface with the crosslinker and the treatment with the preparation take place simultaneously.
Es ist aber auch möglich, die Oberfläche mit dem Vernetzer in einem separaten Schritt vor und/oder nach der Behandlung mit der Zubereitung zu behandeln. Letzteres ist insbesondere empfehelenswert, wenn der Vernetzer in der gewählten Zubereitung und den gewählten Passivierungsbedingungen nicht völlig inert ist, sondern mit den Komponenten der Zubereitung reagiert. Unerwünschte Reaktionen werden auch vorteilhaft vermieden, indem man den Vernetzer erst unmittelbar vor der Anwendung in die Zubereitung einmischt.However, it is also possible to treat the surface with the crosslinker in a separate step before and / or after the treatment with the preparation. The latter is particularly recommendable if the crosslinker is not completely inert in the chosen preparation and the selected passivation conditions, but reacts with the components of the preparation. Adverse reactions are also advantageously avoided by mixing the crosslinker only immediately before use in the preparation.
Das Verhältnis des Vernetzers zum Polymer wird vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften bestimmt. Bewährt hat sich im Regelfalle ein Gewichtsverhältnis von Polymer zu Vernetzer von 0,05 : 1 bis 50 : 1, bevorzugt 0,1 bis 20:1 und besonders bevorzugt 0,5:1 bis 10:1.The ratio of the crosslinker to the polymer is determined by the person skilled in the art according to the desired properties. As a rule, a weight ratio of polymer to crosslinker of 0.05: 1 to 50: 1, preferably 0.1 to 20: 1 and particularly preferably 0.5: 1 to 10: 1, has proven useful.
Die Zubereitung kann über die genannten Komponenten noch optional weitere Komponenten umfassen.The preparation may optionally further comprise other components via said components.
Bei den optional vorhandenen Komponenten kann es sich beispielsweise um Übergangsmetallionen und -verbindungen, beispielsweise des Ce, Ni, Co, V, Fe, Zn, Zr, Ca, Mn, Mo, W, Ti, Zr, Hf, Bi, Cr und/oder der Lanthaniden handeln. Falls Cr vorhanden ist, sollten die eingangs definierten Mengen nicht überschritten werden. Bevorzugt werden keine Cr(VI)-Verbindungen eingesetzt, besonders bevorzugt überhaupt keine Chrom-Verbindungen. Es kann sich auch um Verbindungen von Hauptgruppenelementen handeln, wie beispielsweise Si und/oder Al. Die Verbindungen können beispielsweise in Form der jeweiligen Aqua-Komplexe eingesetzt werden. Es kann sich aber auch um Komplexe mit anderen Liganden handeln, wie beispielsweise Fluorid-Kom plexe von Ti(IV), Zr(IV) oder Si(IV) oder Oxometallate wie beispielsweise MoO4 2-oder WO4 2-. Weiterhin können auch Komplexe mit typischen chelatbildenden Liganden wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Hy droxyethylethylendiamintriessigsäure (HEDTA), Nitrilotriessigsäure (NTA) oder Methylglycindiessigsäure (MGDA) eingesetzt werden.The optionally present components may be, for example, transition metal ions and compounds, for example Ce, Ni, Co, V, Fe, Zn, Zr, Ca, Mn, Mo, W, Ti, Zr, Hf, Bi, Cr and /. or the lanthanides act. If Cr is present, the quantities defined above should not be exceeded. Preferably, no Cr (VI) compounds are used, more preferably no chromium compounds at all. They may also be compounds of main group elements, such as Si and / or Al. The compounds can be used for example in the form of the respective aqua complexes. However, they can also be complexes with other ligands, such as, for example, fluoride complexes of Ti (IV), Zr (IV) or Si (IV) or oxometalates such as MoO 4 2- or WO 4 2- . Furthermore, it is also possible to use complexes with typical chelating ligands, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), nitrilotriacetic acid (NTA) or methylglycinediacetic acid (MGDA).
Weitere optionale Komponenten umfassen oberflächenaktive Verbindungen, Korrosionsinhibitoren oder typische Galvanohilfsmittel.Other optional components include surface-active compounds, corrosion inhibitors or typical electroplating aids.
Der Fachmann trifft unter den prinzipiell möglichen optionalen Komponenten sowie ihren Mengen je nach der gewünschten Anwendung eine entsprechende Auswahl.The person skilled in the art will make an appropriate selection of the optionally possible optional components and their quantities depending on the desired application.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Passivieren metallischer Oberflächen wird die Oberfläche des Metalls mit der Zubereitung (Z) sowie mit dem Vernetzer behandelt, beispielsweise durch Sprühen, Tauchen oder Aufwalzen. Nach einem Tauchprozess kann man zum Entfernen überschüssiger Behandlungslösung das Werkstück abtropfen lassen; bei Blechen, Metallfolien oder dergleichen lässt sich überschüssige Behandlungslösung aber beispielsweise auch abquetschen oder abrakeln. Bei der Behandlung werden zumindest Teile des eingesetzten Polymers sowie weitere Komponenten der Zubereitung von der Oberfläche des Metalls chemisorbiert, so dass eine feste Bindung zwischen Oberfläche und dem Komponenten zustande kommt. Die Behandlung mit der Zubreitung erfolgt im Regelfalle bei Raumtemperatur ohne dass damit höhere Temperaturen prinzipiell ausgeschlossen werden sein sollen.In the method according to the invention for passivating metallic surfaces, the surface of the metal is treated with the preparation (Z) and with the crosslinker, for example by spraying, dipping or rolling. After a dipping process, you can drain the workpiece to remove excess treatment solution; in the case of metal sheets, metal foils or the like, however, excess treatment solution can also be squeezed off or doctored off, for example. In the treatment, at least parts of the polymer used as well as other components of the preparation are chemisorbed by the surface of the metal, so that a firm bond between the surface and the component comes about. Treatment with the preparation is usually carried out at room temperature without that higher temperatures should be excluded in principle.
Falls der Vernetzer nicht in der Zubereitung enthalten ist, wird der Vernetzer bevorzugt ebenfalls in Wasser gelöst, und durch beispielsweise Sprühen, Walzen oder Tauchen vor und/oder nach der Behandlung mit der Zubereitung ohne Vernetzer auf die Metalloberfläche aufgebracht. Selbstverständlich kann auch ein Teil des Vernetzers in der Zubereitung enthalten sein, während ein zweiter Teil des Vernetzers in einem separaten Schritt aufgebracht wird.If the crosslinker is not contained in the preparation, the crosslinker is preferably also dissolved in water, and applied to the metal surface by, for example, spraying, rolling or dipping before and / or after the treatment with the preparation without crosslinker. Of course, a part of the crosslinker may be included in the preparation, while a second part of the crosslinker is applied in a separate step.
Es kann sich bei der Behandlung um einen sogenannten "No-rinse" Prozess handeln, bei dem die Behandlungslösung unmittelbar nach dem Aufbringen ohne Abspülen direkt in einem Trockenofen eingetrocknet wird.The treatment may be a so-called "no-rinse" process, in which the treatment solution is dried directly in a drying oven immediately after application without rinsing.
Es ist aber auch möglich, die Oberfläche nach der Behandlung mit einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere mit Wasser, nachzuspülen, um Reste der erfindungsgemäß eingesetzten Zubereitung von der Oberfläche zu entfernen.However, it is also possible to rinse the surface after the treatment with a cleaning liquid, in particular with water, in order to remove residues of the preparation used according to the invention from the surface.
Die Vernetzung des Polymers durch den Vernetzer kann auch bei Raumtemperatur erfolgen. Bevorzugt wird aber nach der Behandlung des Metalles mit der Zubereitung sowie dem Vernetzer die Metalloberfläche erwärmt. Bewährt hat sich hierbei eine Temperatur von 30°C bis 120°C, bevorzugt 40°C bis 100°C und besonders bevorzugt 50°C bis 80°C.The crosslinking of the polymer by the crosslinker can also be carried out at room temperature. Preferably, however, the metal surface is heated after the treatment of the metal with the preparation and the crosslinker. A temperature of 30 ° C. to 120 ° C., preferably 40 ° C. to 100 ° C., and particularly preferably 50 ° C. to 80 ° C., has proven useful.
Die Behandlung der Metalloberfläche mit der Zubereitung und dem Vernetzer kann diskontinuierlich oder bevorzugt kontinuierlich erfolgen. Ein kontinuierliches Verfahren eignet sich insbesondere zum Behandeln von Bandmetallen. Das Metallband wird hierbei durch eine Wanne oder eine Sprühvorrichtung mit der Zubereitung sowie optional eine Wanne oder Sprühvorrichtung für den Vernetzer sowie optional durch weitere Vor- oder Nachbehandlungsstationen gefahren.The treatment of the metal surface with the preparation and the crosslinker may be carried out batchwise or preferably continuously. A continuous process is particularly suitable for treating strip metals. The metal strip is driven by a pan or a spray device with the preparation and optionally a pan or spray device for the crosslinker and optionally by other pre- or post-treatment stations.
Die Behandlungsdauer wird vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften der Schicht, der zur Behandlung eingesetzten Zusammensetzung und den technischen Rahmenbedingungen festgelegt werden. Sie kann deutlich weniger als eine Sekunde oder mehrere Minuten betragen. Beim kontinuierlichen Verfahren hat es sich besonders bewährt, die Oberfläche mit der Zubereitung für eine Dauer von 1 bis 60 s in Kontakt zu bringen.The duration of treatment will be determined by the skilled person according to the desired properties of the layer, the composition used for the treatment and the technical conditions. It can be significantly less than a second or several minutes. In the continuous process, it has proven particularly useful to contact the surface with the preparation for a period of 1 to 60 seconds.
Ob man den Vernetzer der Zubereitung zugibt oder die Metalloberfläche in einem separaten Schritt mit dem Vernetzer behandelt, wird vom Fachmann je nach dem gewünschten Ergebnis sowie den Verhältnissen entschieden. Die Verwendung einer Zubereitung, welche den Vernetzer bereits enthält, ist einfacher und billiger durchzuführen, weil ein separater zweiter Verfahrensschritt nicht erforderlich ist.Whether the crosslinker is added to the preparation or the metal surface treated with the crosslinker in a separate step is decided by the skilled person depending on the desired result and the conditions. The use of a preparation which already contains the crosslinker is easier and cheaper to carry out, because a separate second process step is not required.
Die Behandlung mit der Zubereitung und mit dem Vernetzer in zwei (oder drei) separaten Verfahrensschritten hat auf der anderen Seite den Vorteil, dass damit mehr verfahrenstechnische Freiheitsgrade gewonnen werden, die für besondere Effekte genutzt werden können.The treatment with the preparation and with the crosslinker in two (or three) separate process steps, on the other hand, has the advantage that it provides more process-technological degrees of freedom that can be used for special effects.
Die den Vernetzer enthaltende Zubereitung kann im Regelfalle zumindest nicht für längere Zeit auf höhere Temperaturen erhitzt werden, weil ansonsten zumindest Teile des Vernetzers vorzeitig und unerwünscht mit dem Polymer, anderen Bestandteilen der Zubereitung oder mit sich selbst reagieren. Durch derartige unerwünschte Nebenreaktionen können sich Eigenschaften der Passivierungsschicht verschlechtern und im ungünstigsten Falle sogar völlig unbrauchbare Ergebnisse erhalten werden. Die Behandlung muss in diesem Falle daher üblicherweise im wesentlichen bei Raumtemperatur stattfinden.As a rule, the preparation containing the crosslinker can not be heated to elevated temperatures for a relatively long time, since otherwise at least parts of the crosslinker are prematurely and undesirably mixed with the polymer, other constituents of the polymer Preparation or react with yourself. Such unwanted side reactions may degrade passivation layer properties and, in the worst case, even completely unusable results. The treatment in this case must therefore usually take place essentially at room temperature.
Wird die Behandlung mit dem Vernetzer in einem separaten Schritt durchgeführt, dann kann die Behandlung mit der Zubereitung bei deutlich höheren Temperaturen vorgenommen werden, beispielsweise bei 50 bis 80°C, ohne dass unerwünschte Reaktionen des Vernetzers zu befürchten sind. Dadurch können die Ausbildung der Passivierungsschicht beschleunigt und/oder andere Eigenschaften der Passivierungsschicht, wie beispielsweise deren Dicke beeinflusst werden. Die Behandlung mit dem Vernetzer erfolgt dann in einem separaten Schritt, beispielsweise mit einer Lösung des Vernetzers bei Raumtemperatur. Sie kann danach, aber auch vor der Behandlung mit der Zubereitung erfolgen.If the treatment with the crosslinker is carried out in a separate step, the treatment with the preparation can be carried out at significantly higher temperatures, for example at 50 to 80 ° C., without fear of undesired reactions of the crosslinker. As a result, the formation of the passivation layer can be accelerated and / or other properties of the passivation layer, such as, for example, its thickness, can be influenced. The treatment with the crosslinker is then carried out in a separate step, for example with a solution of the crosslinker at room temperature. It can be done afterwards, but also before the treatment with the preparation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional auch noch einen oder mehrere Vorbehandlungsschritte umfassen. Beispielsweise kann die metallische Oberfläche vor dem Passivieren mit der erfindungsgemäß eingesetzten Zubereitung gereinigt werden, z.B. um Fette oder Öle zu entfernen. Weiterhin kann sie vor dem Passivieren auch gebeizt werden, um oxidische Beläge, Zunder, einen temporären Korrosionsschutz und dergleichen zu entfernen. Weiterhin muss die Oberfläche nach und zwischen derartigen Vorbehandlungsschritten auch gegebenenfalls mit Wasser gespült werden, um die Reste von Spüllösungen oder Beizlösungen zu entfernen.The process according to the invention may optionally also comprise one or more pretreatment steps. For example, the metallic surface can be cleaned prior to passivation with the preparation used according to the invention, e.g. to remove fats or oils. Furthermore, it can also be pickled prior to passivation to remove oxide scale, scale, temporary corrosion protection and the like. Furthermore, the surface must also be optionally rinsed with water after and between such pretreatment steps in order to remove the residues of rinsing solutions or pickling solutions.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Passivierungsschicht auf einer metallischen Oberfläche aus Zn, Zn-Legierungen, Al oder Al-Legierungen erhältlich. Die genaue Struktur und Zusammensetzung der Passivierungsschicht ist uns nicht bekannt. Sie umfasst aber neben den üblichen amorphen Oxiden des Aluminiums oder Zinks sowie ggf. weiterer Metalle auch die Reaktionsprodukte des Polymers sowie des Vernetzers sowie ggf. weitere Komponenten der Schicht. Die Zusammensetzung der Passivierungsschicht ist nicht homogen, sondern die Komponenten scheinen Konzentrationsgradienten aufzuweisen.By means of the method according to the invention, a passivation layer on a metallic surface of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys is obtainable. The exact structure and composition of the passivation layer is unknown to us. However, in addition to the customary amorphous oxides of aluminum or zinc and, if appropriate, further metals, it also comprises the reaction products of the polymer and of the crosslinker and optionally further components of the layer. The composition of the passivation layer is not homogeneous, but the components appear to have concentration gradients.
Die Dicke der Passivierungsschicht wird vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften der Schicht eingestellt. Im Regelfalle beträgt die Dicke 0,01 bis 3 µm, bevorzugt 0,1 bis 2,5 µm, und besonders bevorzugt 1 bis 2 µm. Die Dicke lässt sich beispielsweise über die Art und Menge der aufgetragenen Komponenten sowie die Einwirkzeit beeinflussen. Weiterhin lässt sie sich durch verfahrenstechnische Parameter beeinflussen, beispielsweise durch Abrakeln oder Abwalzen zu viel aufgebrachter Behandlungslösung.The thickness of the passivation layer is adjusted by the person skilled in the art according to the desired properties of the layer. As a rule, the thickness is 0.01 to 3 μm, preferably 0.1 to 2.5 μm, and particularly preferably 1 to 2 μm. The thickness can be influenced, for example, by the type and amount of the applied components as well as the exposure time. Furthermore, it can be influenced by process parameters, for example by doctoring or rolling to over-applied treatment solution.
Die Dicke der Schicht wird dabei durch Differenzwägung vor und nach Einwirkung der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung auf die Metalloberfläche unter der Annahme, dass die Schicht eine spezifische Dichte von 1 kg/l aufweist, ermittelt. Im Folgenden wird unter "Schichtdicke" immer eine derartig ermittelte Größe verstanden, unabhängig davon, welche spezifische Dichte die Schicht tatsächlich aufweist. Diese dünnen Schichten genügen, um einen hervorragenden Korrosionsschutz zu erzielen. Durch solche dünnen Schichten ist die Maßhaltigkeit der passivierten Werkstücke gewährleistet.The thickness of the layer is determined by differential weighing before and after the action of the composition used according to the invention on the metal surface, assuming that the layer has a specific density of 1 kg / l. In the following, "layer thickness" is always understood to mean a size determined in this way, regardless of which specific density the layer actually has. These thin layers are sufficient to achieve excellent corrosion protection. Such thin layers ensure the dimensional accuracy of the passivated workpieces.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine metallische Oberfläche, welche die erfindungsgemäße Passivierungsschicht umfasst. Die Passivierungsschicht ist unmittelbar auf der eigentlichen Metalloberfläche aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich Bandmetall aus Stahl, welches eine Beschichtung aus Zn oder einer Zn-Legierung umfasst, und auf der eine erfindungsgemäße Passivierungsschicht aufgebracht ist.A further subject of the present application is a metallic surface which comprises the passivation layer according to the invention. The passivation layer is applied directly to the actual metal surface. In a preferred embodiment, strip metal is made of steel, which comprises a coating of Zn or a Zn alloy, and on which a passivation layer according to the invention is applied.
Die metallische Oberfläche mit Passivierungsschicht kann in prinzipiell bekannter Art und Weise mit einer oder mehreren farb- oder effektgebende Lackschichten überlackiert werden. Typische Lacke, deren Zusammensetzung sowie typische Schichtfolgen bei mehreren Lackschichten sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.The metallic surface with passivation layer can be overcoated in a manner known in principle with one or more color or effect paint layers. Typical lacquers, their composition and typical layer sequences in the case of several lacquer coats are known in principle to the person skilled in the art.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines wasserlöslichen Vernetzers lässt sich die Wirksamkeit der Passivierungsschicht gegenüber Schichten ohne Vernetzer deutlich steigern.The use of a water-soluble crosslinker according to the invention makes it possible to markedly increase the effectiveness of the passivation layer over layers without crosslinker.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher illustrieren:The following examples are intended to illustrate the invention in more detail:
Für die Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden Prüfbleche aus verzinktem Stahl (20 µm einseitige Zinkauflage) eingesetztFor the examples and comparative examples test plates made of galvanized steel (20 microns one-sided zinc coating) were used
In den Beispielen wurde folgende Blech-Vorbehandlung gewählt:
- Unpassivierte Stahlbleche wurden 10 s in eine Reinigungslösung aus 0,5% HCl und
- 0,1 % eines Alkylphenolethoxylats mit 10 Ethylenoxid-Einheiten getaucht, sofort mit Wasser abgespült und anschließend mit Stickstoff getrocknet.
- Unpassivated steel sheets were placed in a cleaning solution of 0.5% HCl and 10 s for 10 s
- 0.1% of an alkylphenol ethoxylate dipped with 10 ethylene oxide units, rinsed immediately with water and then dried with nitrogen.
Jeweils 5%ige wässrige Lösungen des jeweils eingesetzten Polymere wurden homogenisiert und in ein Tauchbad gefüllt. Die Lösungen enthielten außerdem 0,1 Gew. % von HNO3 oder von H3PO4. Die vorgereinigten Bleche wurden 10 s eingetaucht und bei Raumtemperatur getrocknet. Abschließend wurden die Ränder der passivierten Bleche abgeklebt, um Randeffekte auszuschließen.In each case 5% aqueous solutions of the polymer used in each case were homogenized and filled in a dipping bath. The solutions also contained 0.1% by weight of HNO 3 or H 3 PO 4 . The pre-cleaned sheets were immersed for 10 seconds and at Room temperature dried. Finally, the edges of the passivated sheets were taped to eliminate edge effects.
Die Bleche wurden wie weiter unten beschrieben passiviert.The sheets were passivated as described below.
Die Dicke der Passivierungsschicht wurde durch Differenzwägung vor und nach Einwirken der erfindungsgemäß eingesetzten Zusammensetzung auf die Metalloberfläche und unter der Annahme, dass die Schicht eine spezifische Dichte von 1 kg/l aufweist, ermittelt. Im Folgenden wird unter "Schichtdicke" immer eine derartig ermittelte Größe verstanden, unabhängig davon, welche spezifische Dichte die Schicht tatsächlich aufweist.The thickness of the passivation layer was determined by differential weighing before and after exposure of the composition used according to the invention to the metal surface and assuming that the layer has a specific gravity of 1 kg / l. In the following, "layer thickness" is always understood to mean a size determined in this way, regardless of which specific density the layer actually has.
Die korrosionsinhibierende Wirkung wurde mittels eines Salzsprühtests nach DIN 50021 ermittelt. Je nachdem welche Art von Korrosionsschaden beobachtet wird, wird die Standzeit im Korrosionstest unterschiedlich definiert.
- Bilden sich weiße Flecken von im Allgemeinen mehr als 1 mm Durchmesser (Zn-oder Al-Oxid, sogenannter Weißrost), so wird die Standzeit als die Zeit angegeben, nach der das Schadbild dem Bewertungsgrad 8 in DIN EN ISO 10289 vom April 2001, Anhang B, Seite 19, entspricht.
- Bilden sich schwarze Flecken von im Allgemeinen weniger als 1 mm Durchmesser bevor sich Weißrostflecken bilden, so wird die Standzeit als die Zeit angegeben, nach der das Schadbild dem Bewertungsgrad 8 in DIN EN ISO 10289 vom April 2001, Anhang A, Seite 9, entspricht.
- If white spots of generally more than 1 mm in diameter are formed (Zn or Al oxide, so-called white rust), the service life is given as the time after which the damage pattern corresponds to the evaluation level 8 in DIN EN ISO 10289 of April 2001, Appendix B, page 19.
- If black spots of generally less than 1 mm in diameter are formed before white rust spots form, the lifetime is reported as the time after which the damage pattern corresponds to the evaluation level 8 in DIN EN ISO 10289 of April 2001, Appendix A, page 9.
Einmaliges Tauchen für 10 s in eine 5 Gew.% ige ethanolischen Lösung von Trimethylolpropantris-(beta-aziridino)-propionat (Löslichkeit des Vernetzers in Wasser 60 g/l). Die Schichtdicke beträgt 0,6 µm.Dispense once for 10 s into a 5% strength by weight ethanolic solution of trimethylolpropane tris (beta-aziridino) propionate (solubility of the crosslinker in water 60 g / l). The layer thickness is 0.6 μm.
Anschließend nochmaliges Tauchen für 10 s bei RT in eine 5%ige wässrige Lösung von Poly(acrylsäure-co-maleinsäure) in 0,1 %iger HNO3 mit einer gewichtsbezogenen Monomerenzusammensetzung von 80:20 und einem mit Triethanolamin eingestellten pH-Wert von 3,5. Das Blech zeigt nach 5-minütiger Abtrocknung/Härtung bei Raumtemperatur keine Veränderungen hinsichtlich der Farbe und des metallischen Glanzes zum Ursprungsblech. Die Schichtdicke beträgt 1,8 µm (Polymer + Vernetzer zusammen).Subsequent dipping for 10 seconds at RT in a 5% aqueous solution of poly (acrylic acid-co-maleic acid) in 0.1% HNO 3 with a weight-based monomer composition of 80:20 and adjusted with triethanolamine pH of 3 ; 5. The sheet after 5 minutes of drying / curing at room temperature shows no changes in color and metallic luster to the original sheet. The layer thickness is 1.8 μm (polymer + crosslinker together).
Es wurde ein Salzsprühtest bis zur Beurteilung 8 in einer 5% igen Salzsprühnebelatmosphäre bei 35°C durchgeführt. Die Verweilzeit/Standzeit bis Bewertung 8 war 50 h.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.A salt spray test was performed until Grade 8 in a 5% salt spray atmosphere at 35 ° C. The residence time / life up to rating 8 was 50 h.
The results are summarized in Table 1.
Einmaliges Tauchen für 10 s bei RT in eine 5%ige wässrige Formulierung aus Lösung 1 (85 Gew.% Trimethylolpropantris-(beta-aziridino)-propionat, 7,5% Diacetonalkohol und 2,5 % Triethylendiamin) und Trocknen des Bleches bei Raumtemperatur.Dispense once at RT for 10 sec into a 5% aqueous formulation of solution 1 (85 wt% trimethylolpropane tris (beta-aziridino) propionate, 7.5% diacetone alcohol and 2.5% triethylenediamine) and dry the plate at room temperature ,
Anschließend nochmaliges Tauchen in Lösung 2 (5%ige wässrige Poly(acrylsäure-comaleinsäure)lösung wie in Beispiel 1). Das Blech zeigt nach 5-minütiger Abtrocknung/Härtung bei Raumtemperatur keine Veränderungen hinsichtlich der Farbe und des metallischen Glanzes zum Ursprungsblech. Die Schichtdicke beträgt insgesamt 1,65 µm.Subsequent dipping in solution 2 (5% aqueous poly (acrylic acid-comaleic acid) solution as in Example 1). The sheet after 5 minutes of drying / curing at room temperature shows no changes in color and metallic luster to the original sheet. The layer thickness is 1.65 μm in total.
Es wurde ein Salzsprühtest wie oben beschrieben durchgeführt. Die Verweilzeit war 50 h. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.A salt spray test was performed as described above. The residence time was 50 h. The results are summarized in Table 1.
Einmaliges Tauchen für 10 s bei RT in eine 5%ige wässrige Lösung einer Poly(acrylsäure-co-maleinsäure)lösung mit einer gewichtsbezogenen Monomerenzusammensetzung von 80:20 und einem mit Triethanolamin eingestellten pH-Wert von 3,5 sowie des Vernetzers Glycerindigylcidylether (Denacol® 313, Löslichkeit der Vernetzers in Wasser 100 g/l) in 0,1%iger HNO3. Das Gewichtsverhältnis von Polymer zu Vernetzer beträgt 32: 68.Single immersion for 10 seconds at RT in a 5% aqueous solution of a poly (acrylic acid-co-maleic acid) solution having a weight-based monomer composition of 80:20 and a pH adjusted to 3.5 with triethanolamine and the crosslinker glycerol diglycidyl ether (Denacol ® 313, solubility of the crosslinker in water 100 g / l) in 0.1% HNO 3 . The weight ratio of polymer to crosslinker is 32:68.
Das Blech zeigt nach 5-minütiger Abtrocknung/Härtung bei 80°C keine Veränderungen hinsichtlich der Farbe und des metallischen Glanzes zum Ursprungsblech. Die Schichtdicke beträgt 1,4 µm.The plate shows after 5 minutes of drying / curing at 80 ° C, no changes in color and metallic luster to the original sheet. The layer thickness is 1.4 μm.
Es wurde ein Salzsprühtest wie oben beschrieben durchgeführt. Die Verweilzeit war 29 h. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.A salt spray test was performed as described above. The residence time was 29 h. The results are summarized in Table 1.
Einmaligen Tauchen für 10s bei 40°C in eine 5%ige wässrige Poly(acrylsäure-comaleinsäure)lösung mit einer gewichtsbezogenen Monomerenzusammensetzung von 80:20 und einem mit Triethanolamin eingestellten pH-Wert von 3,5. Das Blech zeigt nach 5-minütiger Abtrocknung/Härtung bei 70°C keine Veränderungen hinsichtlich der Farbe und des metallischen Glanzes zum Ursprungsblech. Die Schichtdicke beträgt 1,1 µm.Discrete dipping for 10 sec. At 40 ° C in a 5% aqueous poly (acrylic acid-co-maleic acid) solution having a weight-based monomer composition of 80:20 and a pH of 3.5 adjusted with triethanolamine. After 5 minutes of drying / hardening at 70 ° C., the sheet shows no changes in color and metallic luster to the original sheet. The layer thickness is 1.1 μm.
Verweilzeit bis zur Beurteilung 8 in einer 5%igen Salzsprühnebelatmosphäre bei 30°C ist 21 h.Residence time up to grade 8 in a 5% salt spray atmosphere at 30 ° C is 21 h.
Behandlung des Metalles nur mit HNO3 (Bsp. 2) oder H3PO4 (Bsp. 2a)Treatment of the metal only with HNO 3 (Ex 2) or H 3 PO 4 (Ex. 2a)
Einmaligen Tauchen für 10s bei RT in eine 0,1 % ige wässrige Phosphorsäure- oder SalpetersäurelösungSingle immersion for 10 sec at RT in a 0.1% aqueous solution of phosphoric acid or nitric acid
Die Verweilzeit bis zur Beurteilung 8 in einer 5%igen Salzsprühnebelatmosphäre bei 30°C ist jeweils < 2 h.The residence time until assessment 8 in a 5% salt spray atmosphere at 30 ° C. is <2 h in each case.
Einmaliges Tauchen für 10s bei RT in eine 5 Gew.% ige ethanolischen Lösung aus Bisphenol-A-diglycidether. Die Schichtdicke beträgt 1,6 µm.Single immersion for 10 sec at RT in a 5% strength by weight ethanolic solution of bisphenol A diglycidyl ether. The layer thickness is 1.6 μm.
Einmaliges Tauchen für 10s bei 40°C in eine 5%ige wässrige Poly(acrylsäure-comaleinsäure)lösung mit einer gewichtsbezogenen Monomerenzusammensetzung von 80:20 und einem mit Triethanolamin eingestellten pH-Wert von 3,5 in 0,1%iger HNO3. Das Blech zeigt nach 5-minütiger Abtrocknung/Härtung bei 70°C fleckige und dunkle Veränderungen hinsichtlich der Farbe und des metallischen Glanzes zum Ursprungsblech.Dispense once at 40 ° C for 10 sec. Into a 5% poly (acrylic acid-co-acrylic acid) aqueous solution having a weight average monomer composition of 80:20 and a triethanolamine pH of 3.5 in 0.1% HNO 3 . The sheet shows after 5 minutes of drying / hardening at 70 ° C spotty and dark changes in color and metallic luster to the original sheet.
Die gesamte Schichtdicke (Vernetzer + Polymer zusammen) beträgt 2,2 µm.The total layer thickness (crosslinker + polymer together) is 2.2 μm.
Verweilzeit bis zur Beurteilung 8 in einer 5%igen Salzsprühnebelatmosphäre bei 30°C ist 19 h.Dwell time up to grade 8 in a 5% salt spray atmosphere at 30 ° C is 19 hours.
Einmaliges Tauchen für 10s in eine 5 Gew.%ige ethanolischen Lösung von Trimethylolpropantris-(beta-aziridino)-propionat. Die Schichtdicke beträgt 1,0 µm.Dispense once for 10 sec into a 5 wt% ethanolic solution of trimethylolpropane tris (beta-aziridino) propionate. The layer thickness is 1.0 μm.
Verweilzeit bis zur Beurteilung 8 in einer 5%igen Salzsprühnebelatmosphäre bei 30°C ist <2 h.
Die vorliegenden Beispiele zeigen, dass sich durch den Einsatz von Vernetzern die Korrosionsbeständigkeit von Zinkoberflächen extrem verbessern lässt, indem die passivierende Polyacrylatschicht durch reaktive Vernetzer chemisch stabilisiert wird. Dazu sind hoch reaktive polyfunktionelle Aziran- oder Oxiranvernetzer geeignet. Die Aziranvernetzer lassen sich aufgrund ihrer Reaktivität schon bei Raumtemperatur einsetzen und sind in ihrer Wirkung stärker als die Oxiran-Vernetzer.The present examples show that the use of crosslinkers can greatly improve the corrosion resistance of zinc surfaces by chemically stabilizing the passivating polyacrylate layer by reactive crosslinkers. For this purpose, highly reactive polyfunctional azirane or Oxiranvernetzer are suitable. Due to their reactivity, the azirane crosslinkers can be used at room temperature and are stronger in their action than the oxirane crosslinkers.
Der Vernetzer alleine ergibt keine Wirkung, und das Polymer alleine zeigt eine deutlich schlechtere Wirkung als die Kombination aus Vernetzer und Polymer.The crosslinker alone gives no effect, and the polymer alone shows a significantly worse effect than the combination of crosslinker and polymer.
Mit nicht wasserlöslichen Oxiran-Vernetzern vom Bisphenol A-Typ wird nur eine inhomogene Schicht erhalten. Sie weist trotz deutlich größerer Schichtdicke sogar eine Verschlechterung im Vergleich zu einem Versuch ohne Verwendung von Vernetzer auf.With non-water-soluble bisphenol A-type oxirane crosslinkers, only an inhomogeneous layer is obtained. Despite having a significantly greater layer thickness, it even shows a deterioration in comparison to a test without the use of crosslinking agents.
Claims (24)
- A substantially chromium-free process for passivating metallic surfaces of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys by treating the surface with an acidic aqueous formulation of a polymer comprising -COOH groups and/or salts thereof, wherein the formulation (Z) used for the treatment at least comprises(a) at least one substantially noncrosslinked, water-soluble polymer or copolymer (A) comprising at least 50% by weight of (meth)acrylic acid units, and(b) water or an aqueous solvent mixture (B) comprising at least 50% by weight of water,and the surface is further treated with at least one water-soluble crosslinker, the crosslinker comprising at least 2 crosslinking groups selected from the group consisting of azirane, oxirane, and thiirane groups and joined to one another by means of a linking group (X) comprising at least 2 carbon atoms, the number-average molecular weight Mn of the crosslinker being from 112 to 5000 g/mol, the solubility of the crosslinker in water being at least 10 g/l, and the treatment with the crosslinker being carried out before, after or simultaneously with the treatment with the formulation (Z).
- The process according to claim 1, wherein the treatment with the crosslinker and with the formulation (Z) is carried out simultaneously and the crosslinker is present in the formulation (Z).
- The process according to claim 1 or 2, wherein (Z) further comprises an organic or inorganic acid.
- The process according to claim 3, wherein the acid is H3PO4 and/or HNO3.
- The process according to claim 5 or 6, wherein m is a natural number from 2 to 6.
- The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the water-soluble polymer (P) comprises (meth)acrylic acid.
- The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the water-soluble polymer (P) is a copolymer which in addition to the (meth)acrylic acid units further comprises at least one comonomer which comprises acidic groups but is other than (meth)acrylic acid.
- The process according to any one of claims 1 to 9, wherein the weight ratio of polymer to crosslinker is from 0.5 : 1 to 50 : 1.
- The process according to any one of claims 1 to 10, wherein the solvent is water.
- The process according to any one of claims 1 to 11, wherein subsequently the metal surface is heated after the treatment.
- The process according to any one of claims 1 to 12, wherein the treatment takes place by means of rolling, spraying or dipping methods.
- The process according to any one of claims 1 to 13, wherein the metal surface is the surface of a strip metal.
- The process according to claim 14, wherein the strip metal is electrolytically galvanized or hot-dip galvanized steel.
- The process according to claim 14 or 15, wherein the treatment is carried out by means of a continuous process.
- The process according to any one of claims 14 to 16, wherein the surface is contacted with the formulation for a time of from 1 to 60 s.
- A passivating layer on a metallic surface of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys, obtainable by a process according to any one of claims 1 to 17.
- The passivating layer according to claim 18, whose thickness is from 0.01 to 3 µm.
- A metallic surface comprising a passivating layer according to claim 18 or 19.
- The metallic surface according to claim 20, wherein atop the passivating layer there are one or more paint layers.
- A strip metal of steel comprising a coating of Zn or a Zn alloy which has a surface according to claim 20 or 21.
- An acidic, substantially chromium-free formulation for passivating metallic surfaces of Zn, Zn alloys, Al or Al alloys, comprising at least(a) at least one substantially noncrosslinked, water-soluble polymer or copolymer (A) which comprises at least 50% by weight of (meth)acrylic acid units,(b) water or an aqueous solvent mixture (B) comprising at least 50% by weight of water, andwhere m is a natural number from 2 to 6, R1Om- is an m-valent alkoxy radical, and R2 is H or methyl, and the number-average molecular weight Mn of the crosslinker is from 112 to 5000 g/mol, and the solubility of the crosslinker in water is at least 10 g/l.
- The formulation according to claim 23, further comprising H3PO4 and/or HNO3.
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