DE1571083A1

DE1571083A1 - Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Gegenstaenden

Info

Publication number: DE1571083A1
Application number: DE19651571083
Authority: DE
Inventors: Klaus Kowarik; Rolf Lehmann; Dr Werner Scheiber; Peter Walter
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-10-08
Filing date: 1965-10-08
Publication date: 1970-12-17
Also published as: CH479717A; NL6613455A; GB1157974A; US3476668A; AT282029B

Description

IBTALIiGEoELLbCHAi¹T Frankfurt, den 7. März 1969

ilktienge s ellschaft DrLa/WP

6 Frankfurt (Main)

Reuterweg 14 -

P 15 71 083.5 (altes Aktenzeichen: M 66 881 VIb/75c)

Neue Unterlagen

Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Gegenständen'

Es ist bekannt, Überzüge auf elektrisch leitende Gegenstände aufzubringen, indem man diese in ein wässriges Bad von gelösten oder dispergieren Harzen taucht und eine Spannung anlegt. Die negativ geladenen Lackteilchen wandern unter dem Einfluß des elektrischen leides in der Badflüssigkeit und scheiden sich auf dem als Anode geschalteten Gegenstand in zusammenhängender Form ab. Dieser Vorgang wird mit elektrophoretischer Lackierung bezeichnet.

Das Verfahren hat gegenüber den üblichen Lackiermethoden erhebliche Vorteile. So gelingt es beispielsweise nach dieser Methode, einen festen, wasserunlöslichen Film mit 95 bis 97 Festkörpergehalt in einer Dicke von 20 bis 30 μ, innerhalb von zwei Minuten herzustellen. Der Gegenstand, ist allseitig mi-t einem gut haftenden und porendichten, praktisch wasserfreien Überzug versehen, wobei auch Ecken und Kanten sowie schwer zugängliche Stellen gut bedeckt sind. Ein besonderer

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Vorteil ist die gefahrlose Hantierung mit dem wasserverdünnbaren Lack, der eine Brand- oder Explosionsgefahr weitgehend ausschließt und nicht zu Geruchsbelästigungen führt. Das lackmaterial wird sehr gut ausgenutzt und es besteht nicht die Gefahr der Bildung von sogenannten läufern oder Tropfen, wie sie bei den üblichen Anstrichmethoden auftreten.

Trotz dem technischen Fortschritt, der mit der Einführung der elektrophoretischen Lackierungsweise erzielt worden ist, weist das Verfahren einige Nachteile auf.

Außer den bekannten Nachteilen, daß beim Überschreiten einer oberen Grenzspannung bzw. bei zu hohen Stromdichten Elektrolyse-Erscheinungen und Gasentwicklungen auftreten, die zur Porosität des abgeschiedenen Films führen können, daß auf die Einhaltung einer bestimmten und konstanten Temperatur und eines bestimmten pH-Y/ertes geachtet werden muß, ist es ein weiterer Nachteil, daß die Badflüssigkeit, um Absetzungserscheinungen der spezifisch schweren Lack- und Pigmentteilchen zu verhindern, ständig bewegt, aber nicht zu stark "bewegt werden muß, weil sonst die Schichtdicke des Überzugs bei gleicher Abseheidungsdauer abnimmt.

Besonders schwierig ist es, die ständig an Besdichtungsmaterial abnehmende Badflüssigkeit rechtzeitig und unter Beibehaltung der Viskosität mit neuem Lack zu versehen, und zwar mit einer solchen Menge, daß die Festkörperkonzentration von etwa 10 bis 15 Gew.# eingehalten wird. Ein ebenso schwieriges Problem stellt die Lackierung mit Lacken dar, die aus verschiedenen Harzkomponenten zusammengesetzt sind. Hierbei besteht die Ge-

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fahr, daß die Lackbestandteile nicht gleichmäßig abgeschieden y/erden, wodurch die Zusammensetzung des lackes in der Tauchflüssigkeit in unübersichtlicher Weise geändert wird, schlecht reproduzierende Verhältnisse entstehen und Überzüge gebildet werden, die von der ursprünglichen Lackzusammensetzung erheblich· abweichen. Der Hauptnachteil der' bisher bekanntgewordenen Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung mit Kunststoffen besteht jedoch darin, daß nur relativ dünne Schichtstärken in nur dunklen Farbtönen erhalten werden konnten. Infolgedessen blieb die elektrophoretisch^ Lackierung bisher auf die Herstellung von Einschicht-Überzügen als G-rundierung mit Schichtdicken von bis zu 30 ρ beschränkt.

Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von elektrisch leitenden Gegenständen mit, gegebenenfalls pigmentierten, organischen Kunststoffen auf elektrophoretischem Wege unter Verwendung von in Wasser gelösten oder dispergierten hitzehärtbaren Harzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in diese Lösungen oder Dispersionen darin unlösliches thermoplastisches Kunststoffpulνer suspendiert wird, wobei das Kunststoffpulver eine Korngröße von 0,1 bis 100 μ, vorzugsweise 0,5 bis 20 μ aufweist.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Verwendung von Kunststoffpulvern mit einer Körnung von unter 0,1 μ sich elektrophoretisch nur Filmstärken in der bekannten Größenordnung von 20 bis 30 μ erreichen lassen. Verwendet man hingegen als Suspensionskomponente Kunststoffpulver in einer Körnung von 100 μ und darüber, so werden die Filme uneinheitlich

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und porös, so daß sie trotz der dann erreichten Schichtstärke von ca, 100 μ technisch nicht verwendbar sind. Das Optimum der Korngröße der suspendierten Kunststoffpulver liegt, wie festgestellt werden konnte, zwischen 0,5 und 20 μ. Ks wurde gefunden, daß "bei Verwendung solcher Pulver Filme mit Schichtstärken um 100 u und darüber erreicht werden,' die völlig porenfrei und einheitlich in ihrer Struktur sind.

Nach der Erfindung enthält das Kunststoffpulver o,5 "bis 5 G-ew.$ eines organischen, anorganischen oder metallischen Pigments.

Dieses Pigment kann auch in das Kunststoffpulver homogen eingebaut sein, d.h., daß es entweder bereits dem Monomeren des Kunststoffes vor seiner Polykondensation oder Polymerisation zugesetzt, wurde oder aber in den Schmelzfluß der Thermoplaste vor seiner Verarbeitung zu Pulver homogen eingemischt worden ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung verhält sich das Mischungsverhältnis Kunststoffpulver zur Kunstharzlösung oder Dispersion wie 1 zu 3 bis 1 zu 6.

Im Rahmen der Erfindung werden als Kunststoffpulver vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, insbesondere auf Basis Polyolefine, Cellulose-Ester, Polyurethane, Polyamide, Polystyrole, Polyepoxide, Polyäther, auch halogenierte Kunststoffe und/oder Mischpolymerisate oder Gemische aus diesen Kunststoffen verwendet.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werden der Lösung oder

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Dispersion bis zu 20 Gew.fo eines organischen Lösungsmittels, beispielsweise Alkohols zugesetzt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß der Dispersion Hetzmittel oder Emulgatoren zugesetzt werden können.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, als Träger-Emulsion Lösungen oder Dispersionen von gegebenenfalls pigmentierten Kunststoffen, insbesondere Duroplasten, wie Phenolharze, die modifiziert sein können, Acryl-, Melamin-, Alkydharzen, Epoxidharzen, Polyamiden, Harzen auf Basis Trimellithsäure oder Gemische aus diesen Harzen zu verwenden.

Nach der Erfindung wird das Gemisch Trägeremulsion/unlösliches Kunststoffpulver soweit mit entsalztem Wasser verdünnt, daß die Suspension einen Pestkörper-Anteil von 8 bis 20 Gew.^, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.fo aufweist„

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt innerhalb eines gewissen Spannungsbereiches eine einwandfreie Lackierung, wobei ein Absetzen der Pigmentteilchen auch bei nur mäßiger Rührung nicht zu befürchten ist. Der Ersatz des verbrauchten Lackmaterials durch Zugabe neuen Beschichtungsmaterials ist ohne Komplikationen möglich, weil sich das Konzentrat sehr gut in der Badflüssigkeit verteilen läßt. Durch die gute Umhüllung der Pigmentteilchen und des feinen Kunststoffpulvers durch die- im Wasser gelösten oder dispergieren Harze wird eine gleichmäßige Wanderung der Bestandteile zur Anode und eine gleichmäßige Abscheidung ohne Trennung der Komponenten bewerkstelligt, wodurch eine weitgehende Übereinstimmung der Zusammensetzung des Pestkörper-Gehaltes der Badflüssigkeit mit dem erhaltenen PiIm gewährleistet ist«.

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Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Schichtdicken, wie sie bisher noch nicht erhalten werden konnten. Es gelang die Herstellung von Einschicht-Überzügen mit gleichmäßigen Schichtstärken von 50 bis 100 μ, auch an den Ecken und Kanten des Werkstückes. Die Überzüge zeichnen sich durch hohe Haftkraft, weitgehende Porenfreiheit und höchste Lösungsmittel- und Chemikalienfestigkeit aus. Nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren hergestellte Überzüge sind, weil sie Deckschichten dar stellen, somit besonders für den Korrosionsschutz geeignet und benötigen keine weiteren Überzüge. Fach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelang auch die Herstellung hellfarbiger Deckschichten.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beschrieben:

Beispiel 1:

30 Gew.Teile fein gepulvertes Polyundecanamid, das 1 Gew.$ Titandioxid vom Rutiltyp als Pigment enthielt, mit einer Korngröße von 0,5 bis 5 μ und einer Dichte von 1,04 g/cm , wurden in 100 Gew.Teilen einer Dispersion von 60 Gew.Teilen eines vinylmodifizierten wasserlöslichen Phenolharzes in 100 Gew.Teilen reinen Wassers unter Zugabe von 1O.Gew,Teilen Methanols sorgfältig verrührt und weitere 600 Gew.Teile entsalzten Wassers sowie 0,5 Gew.Teile eines Emulgators vom Äthoxypolyglykol-Typ, zugegeben. In einer Elektrophorese-Apparatur wurde bei einer Gleichstromspannung von 80 Volt

ρ
und einer Stromstärke von 20 Amp/m bei einer Temperatur von 21° 0 und einem mit wässrigem Ammoniuaihydroxid eingestellten Wert der Badflüssigkeit von 8,0 innerhalb von 90 Sekunden auf einem als Anode dienenden, 1,5 mm starken PluBstanlbleoh, das

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vorher auf übliche Weise entfettet und leicht aufgerauht worden war, ein zusammenhängender Überzug abgeschieden. Nach der Herausnahme aus dem Bad wurde das beschichtete Probeblech mehrmals mit Wasser und zuletzt mit voll entsalztem Wasser abgespült und mit Warmluft abgeblasen, um die anhängenden Wassertröpfchen zu entfernen. Anschließend wurde derProbekörper in einem Umluft-Trockenofen 10 Minuten auf 250 ( Erhitzt.

Der erhaltene Überzug hatte eine überall gleichmäßige Stärke von 80 μ, auch an den Kanten und zeichnete sich durch große Haftkraft und Porenfreiheit sowie gute mechanische Eigenschaften und hervorragende Chemikalienfestigkeit aus-

Beispiel 2:

40 Gew.Teile feinstgepulvertes Polyäthylen, das mit 2 G-ew. Teilen Eisenoxidrot als Pigment fein vermischt worden war und eine Korngröße von 0,5 bis 1,0 μ und eine Dichte von 0,94 g/cm aufwies, wurden mit 120 G-ew.Teilen einer wässrigen, 60 Gew.^igen Lösung eines viny!modifizierten Acrylharzes sorgfältig verrührt und mit einem Gemisch von 650 Gew.Teilen voll entsalzten Wassers und 50 Gew.Teilen Isopropanol vermischt. Bei 90 Volt Gleichstromspannung, einer Badtemperatur von 22° 0 und einem pH-Y/ert der Lösung von 7,9 wurden innerhalb 2 Minuten auf ein phosphatiertes Probeblech aus Plußeisen, dessen Oberfläche mit einer ca. 2 μ starken Zinkphosphatschicht bedeckt war, eine 100 μ starke Kunststoffschicht abgeschiedene Nach Abspülen und Entfernen des Wassers durch erwärmte Preßluft wurde der Überzug 15 Minuten

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bei 160° C in einem Wärmeschrank erhitzt,

Die erhaltene Kunststoffschicht haftete außerordentlich fest und zeichnete sich durch hervorragende Korrosionsfestigkeit und geringe Gasdurchlässigkeit aus.

Beispiel 3:

50 Gew.Teile feingepulvertes Polystyrol mit einer Korngröße von 1 "bis 3 μ, einem Erweichungspunkt von 92° C, einer Dichte von 1,05 g/cm und einem k-Wert von ca, 80 wurden in 300 Gew. Teilen einer Dispersion, bestehend aus 40 Gew.Teilen Alkyd-Melamin-Harz in 100 Gew.Teilen reinen Wassers sorgfältig Suspendiert und weitere 900 Gew.Teile entsalztes Wasser zugefügt. Bei gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 2 angegeben, wurde auf ein gereinigtes Kupferblech eine Kunststoffschicht abgeschieden. Nach wiederholtem Abspülen, zuletzt mit vollentsalztem \
erhitzt.

salztem V/asser, wurde das Probeblech 10 Minuten auf 160° C

Der erhaltene Überzug war an allen Stellen 90 μ stark. Der Überzug war porenfrei, zeigte eine sehr gute Wasserresistenz und besaß gute elektrische Eigenschaften.

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Claims

PAOTTANSPRÜCHE

1, Verfahren zur Beschichtung von elektrisch leitenden Gegenständen mit, 'gegebenenfalls pigmentierten, organischen Kunststoffen auf elektrophoretischem Wege unter Verwendung von' in Wasser gelösten oder dispergierten hitzehärtbaren Harzen, dadurch gekennzeichnet, daß in diese Lösungen oder Dispersionen darin unlösliches thermoplastisches Kiins/tstoffpulver. ..suspendiert wird, wobei das Kunststoffpulver eine Korngröße von Q-,1 bis 100 μ, vorzugsweise 0,5 bis 2.0 Ji, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffpulver 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines organischen, anorganischen oder metallischen Pigmentes enthält. . .

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis Kunststoffe pulver zur Kunstharzlösung oder Dispersion sich wie 1 zu 3 bis 1 zu 6 verhält.

4·. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß als Kunststoffpulver insbesondere Thermoplaste auf Basis Polyolefine, Oellulose-Ester, Polyurethane, Polyamide, Polystyrole, Polyepoxide, Polyäther, auch halogenierte Kunststoffe und/oder Mischpolymerisate oder Gemische aus diesen Kunststoffen verwendet werden.

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BAD ORIGiNAL

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5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lösung oder Dispersion "bis zu 20 Gewichtsprozent eines organischen Lösungsmittels,, "beispielsweise Alkohols, zugesetzt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 5_f dadurch gekennzeichnet, daß der Dispersion Netzmittel oder Emulgatoren zugesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger-Emulsion Losungen oder Dispersionen von gegebenenfalls pigmentierten Duroplasten wie Phenolharzen, die modifiziert sein können, Acryl-, Alkyd-, Melaminharzen, Epoxidharzen, Polyamiden, Harzen auf Basis Trimellithsäure oder Gemische aus diesen Harzen verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch Trägeremulsion - unlösliches Kunststoffpulver soweit mit entsalztem Wasser verdünnt wird, daß die Suspension einen Festkörper-Anteil von 8 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 15 Gewichtsprozent aufweist.

9. Verfahren nach Anspruoh 2₁ dadurch, gekennzeichnet _t daß vor der Polymerisation oder Polykondensation oder iia Schmelzfluß homogen pigmentiertes Kunststoff pulver verwendet wird.

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