DE2116715A1 - Verfahren zum Überziehen von Metallgegenständen, insbesondere Dosen mit einem organischen Überzugsmaterial - Google Patents
Verfahren zum Überziehen von Metallgegenständen, insbesondere Dosen mit einem organischen ÜberzugsmaterialInfo
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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Description
PATENTANWÄLTE
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
3521
Continental Can Company, Inc. 633 Third Avenue, New York, N.Y. 10017
Verfahren zum Überziehen von Metallgegenständen, insbesondere
.. Dosen mit einem organischen Überzugsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Metallgegenständen,
insbesondere Dosen mit einem organischen Überzugsmaterial auf elektrophoretischem Wege, bei dem der Metallgegenstand
zunächst in ein elektrophoretisches Bad im wesentlichen aus Teilchen eines einen organischen Film bildenden polymeren
Überzugsmaterial suspendiert in einer wässrigen elektrolytischen Lösung eingetaucht wird, wobei die freien Metallflächen
des Metallgegenstandes als eine Elektrode verwendet wird, worauf ein elektrisches Potential an das Bad angelegt wird, bis
sich eine Schicht niedergeschlagen hat.
Bei der Herstellung von Dosen wird das Blechmaterial normalerweise
in seinem noch flachen Zustand mit einem Überzug versehen. Da die Dosen nach diesem Vorgang verschweißt werden, werden
die Kanten des Zuschnittes oder Blechmaterials gesäubert, so d-aß beim Schweißen sich eine vollständig dichte Verbindungsnaht ergibt. Nach dem Schweißen ist es notwendig, Seitenstreifen
oder Überzüge auf die freiliegenden Schnittkanten der Metallab-
109882/1653 J
schnitte aufzubringen, welche die Seitennaht bilden, um eine
Korrosion und/oder eine Verunreinigung des Doseninhaltes im Bereich der inneren Abschnitte der Dose zu verhindern und die
äußeren Abschnitte des Dosenrumpfes mit einem ästhetischen Aussehen zu versehen.
Eine bisher vorgeschlagene Methode zum Überziehen dieser freiliegenden,
blanken Metallflächenbereiche der Seitennaht von Dosen besteht in einer elektrophoretischen Ablagerung. Bei dieser
Überzugsmethode wird die zu überziehende Metalloberfläche in ein elektrophoretisches Bad.eingetaucht, welches ir wesentlichen
aus Teilchen besteht, die einen organischen Film aus polymerem Überzugsmaterial bilden, und die in einer wässrigen,
elektrolytischen Lösung suspendiert sind. Die freiliegenden, blanken leitfähigen Flächenbereiche der zu überziehenden Oberfläche
dienen als eine Elektrode des elektrischen Überzugsbades. Wenn ein Potential der erforderlichen Polarität zwischen den
freiliegenden Flächenbereichen des zu überziehenden Artikels und einer zweiten Elektrode angelegt wird, welche den elektrischen
Kreis vervollständigt und welche in die wässrige Überzugssuspension eingetaucht ist, lagern sich die Teilchen'des
Überzugsmaterials auf den freiliegenden Metalloberflächen in Form einer gleichförmigen Schicht ab.
Ein elektrophoretisches Niederschlagen wurde bisher jedoch noch nicht für das Überziehen der blanken Schnittkanten von Dosen
mit Längsnähten verwendet, aufgrund der Tatsache, daß die erforderliche
Schichtdicke, die etwa zwischen 0,15 und 0,2 mm
10 9882/1653
liegt, rait den üblichen elektrophoretischen Niederschlagsverfahren
nicht erreicht werden kann. Mit diesen Methoden lassen sich maximal Schichtdicken erhalten, die zwischen 0,05 und 0,1
mm (2 bis 4 mils) liegen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß merklich
größere Schichtdicken erhalten werden können, so daß der Anwendungsbereich dieses Niederschlagsverfahrens wesentlich er- t
weitert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach der Berührung der zu überziehenden Metallfläche mit dem Bad der
Druck über den Wert der Umgebungsatmosphäre angehoben wird.
Wie weiter unten gezeigt wird, führt der Schritt, das elektrophoretische
Niederschlagen eines synthetischen Polymerharzes bei Drücken größer als Atmosphärendruck auszuführen, zu einem
Überzug von wesentlich größerer Dicke verglichen mit ähnlichen überzogenen Oberflächen, bei denen während des Überzugsvorganges
der Druck nicht angehoben wurde.
Um den elektrischen Überzug auf der Metalloberfläche nach dem vorliegenden Verfahren zu erhalten, wird ein einen synthetischen
Polymerharz enthaltender Elektrolyt mit der Metalloberfläche, die überzogen werden soll, in Berührung gebracht. Um
die Niederschlagung des polymeren Überzugsmaterials aus dem elektrophoretischen Überzugsbad zu erhalten, wird ein elektri-
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scher Strom zwischen der Metalloberfläche, die überzogen.werden
soll, und einer entsprechenden G-egenelektrode erzeugt, die
in dem elektrophoretischen Überzugsbad eingetaucht ist, indem ein Grleichstrompotential zwischen der Metalloberfläche und der
Elektrode angelegt wird. Darauf ..läßt man den elektrischen Strom
so lange fließen, bis die elektrisch leitenden Oberflächenbereiche des zu überziehenden Metalls mit dem aus dem Bad niedergeschlagenen
Polymere überzogen worden sind. Im Falle von Dosenrümpfen, welche vor dem Eintauchen in dem Bad mit.einem
Lacküberzug überzogen worden sind, schlägt sich das elektrophoretisch^
Polymerematerial nur auf denjenigen Bereichen des mit dem Lacküberzug versehenden Dosenrumpfes nieder, in denen
das Metall frei liegt, also an den Schnittkanten der Metallabschnitte,
welche die Seitennaht des Dosenrumpfes bilden. Aufgrund der elektrisch isolierenden Eigenschaften des Lacküber_
zuges wird kein Polymere auf den mit Lack überzogenen Bereichen des Dosenrumpfes auf elektrischem Wege niedergeschlagen.
Während der Aufbringung des Überzugsmaterials auf elektrischem
Wege wird gemäß dem Verfahren nach der Erfindung zum Zwecke der Vergrößerung der Niederschlagsdicke der Druck der Atmosphäre
im Bereich um die Artikeloberfläche, die in das elektrophoretische Bad eingetaucht ist, über den Normaldruck angehoben.
Im allgemeinen wird der Druck zum Erzielen der gewünschten, verbesserten Ergebnisse im Bereich zwischen 0,07 bis 3,52 kg
2
pro cm erhöht, wobei Drücke im Bereich von 0,14 und 1,41 kg
pro cm erhöht, wobei Drücke im Bereich von 0,14 und 1,41 kg
2
pro cm bevorzugt werden.
pro cm bevorzugt werden.
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Das an dem elektrophoretisehen Bad angelegte elektrische Potential
wird so eingestellt, daß es unterhalb desjenigen Wertes verbleibt, in dem ein di-elektrischer Durchschlag des niedergeschlagenen
Überzuges auftritt. Das Potential kann zwischen etwa 20 Volt bis etwa 2000 Volt pro 2,5 cm Elektrodenabstand liegen.
Die erforderliche Zeit zum Erzielen der zur Ausbesserung dienenden
Überzüge ist nicht kritisch, da die Überzüge auf den freiliegenden Bereichen der Metalloberflächen, die überzogen
werden sollen, sich in einem Bruchteil einer Sekunde von dem Zeitpunkt an zu bilden beginnen, in dem der elektrische Kreis
geschlossen wird, während der Niederschlagsvorgang unterbrochen
wird, wenn die isolierende, polymere Schicht niedergeschlagen worden ist. Auf diese Weise kann die zum Ausführen des Niederschlagsvorganges
verwendete Zeit zwischen etwa 1 Sekunde und etwa 100 Sekunden liegen, wobei eine Zeit zwischen 2 und 20
Sekunden bevorzugt wird.
Die Stromdichte, die für den elektrophoretischen Niederschlagsvorgang
ausgewählt wird, kann variieren und hängt im allgemeinen von Parametern ab, z.B. von der ausgewählten Spannung, der
Leitfähigkeit des elektrophoretischen Überzugsbades und der Zeit, die für die Bildung des Überzuges benötigt wird, bzw.
zur Verfügung steht. Im allgemeinen variiert die elektrophoretische Verfahrensspannung von etwa 300 bis 900 Volt pro 2,5 cm
Elektrodenabstand, um freiliegende Metalloberflächen innerhalb einer geeigneten Zeit von beispielsweise 2 bis etwa 5 Sekunden
zu überziehen.
109882/16B3.
Die Temperatur des elektroph.oretisch.en Bades ist nicht kritisch,
soweit der Siedepunkt und der Gefrierpunkt der koloidalen Suspension beachtet wird, die als elektrophoretisches Bad verwendet
wird. Für praktische Anwendungsfälle wird es bevorzugt, eine Temperatur im Bereich von etwa 15° bis etwa 6O0C zu verwenden.
Das elektrophoretische Überzugsbad gemäß der Erfindung ist eine
(P koloidale Suspension, welche aus geladenen Teilchen eines synthetischen Polymerharzes besteht, welche in einem geeigneten,
flüssigen Elektrolyten dispergiert sind. Vorzugsweise werden bei dem elektrophoretisehen Überzugsbad gemäß der Erfindung
Harze vom thermoplastischen oder in der Wärme verfestigendem Typ verwendet, welche freie Monocarbonsauregruppen oder Hyd-
~ roxylgruppen enthalten.
Als Beispiele für die Harze mit freien Monocarbongruppen oder fe Hydroxylgruppen zur Verwendung bei dem elektrophoretischen Bad
gemäß der Erfindung mögen die nachfolgend angegebenen Harze dienen: Acrylharze, wie Polyacrylsäure, Polymere der Hydroxy-Alcyl-Ester
von OG^ l·^ -äthylenhaltigen, ungesättigten
Monocarbonsäuren, z.B. als Poly (2-Hydroxy-Äthyl-Acrylat),
Poly (2-Hydroxy-Propyl-Methacrylat), Copolymere des Äthylens
und Q^/ j J -äthylen-ungesättigten Monocarbonsäuren,
z.B. Äthylen/Acrylsäure Copolymere, Äthylen/Methacrylsäure
Copolymere, Polymere der Mono- und Di-Ester von ungesättigten Dicarbonsäuren, z.B. Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, in
welcher wenigstens eine der zur Veresterung dienenden Gruppen
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eine Hydroxylgruppe enthält, z.B. Polymere der Mono (2-Hydroxy-Äthyl)
Maleate, Mono (2-Hydroxyl-Propyl) Fumarate und dgl..
Die oben beschriebenen Harze können weiterhin mit einem Alkoxy-Methyl-Aminoplast
gemischt werden, z.B. einem Methoxy Melamin Ester, Methoxy Methyl Benzoguanamin-Äther oder Butyl Harnstoff/
Formaldehydharz, um einen in der Wärme härtenden Harztyp zu erhalten,
welcher etwa 60 $ bis 95 i° des Monocarbonsäure- oder
Hydroxylgruppen enthaltenden Harzes und etwa 5 i° bis 40 Gw.-$
des Aminoplastharzes enthält. f
Eine stabile Dispersion dieser Harze in Wasser wird in Gegenwart von Ammoniak oder Triäthanolamin hergestellt. Falls notwendig,
kann ein anionisches Oberflächenaktivierungsmittel verwendet werden.
Die Konzentration der Harzfeststoffteilchen in dem elektrophoretischen
Bad kann in weiten Grenzen variieren. Im allgemeinen ist der Feststoffgehalt an synthetischem Polymerharz im Bad zwi- λ
sehen 2 und 15 Gw.-^.
Nachdem das synthetische, polymere Harz elektrophoretisch auf der Metalloberfläche niedergeschlagen worden ist, wird der Artikel
aus dem Bad genommen, mit Wasser abgespült, um die anhaftenden Teilchen der Überzugslösung zu entfernen. Nach dem Spülen
wird der elektrophoretisch überzogene Artikel in einen Ofen
gebracht und bei erhöhter Temperatur, z.B. von etwa 149 bis etwa 2320C, für die Dauer von. einer bis 20 Minuten behandelt, um
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alle flüchtigen Stoffe zu entfernen und das elektrophoretisch niedergeschlagene Material zu einem harten Film auszuhärten.
Um die Art und Weise zu illustrieren, in welcher die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, werden folgende Beispiele
gegeben. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Beispiele lediglich zur Illustration dienen und nicht die Erfindung beschränken.
Es wurden Zuschnitte aus einem Metallblech herausgeschnitten,
welches mit einem Epoxy-Harnstoff/Formaldehydeharz überzogen worden war. Der Blechzuschnitt wurde in einen offenen Zylinder
überführt, mit einer geschweißten Seitenlängsnaht, zur Bildung
eines Behälterrumpfes, bei dem die mit Lack überzogene Seite des Zuschnittes das Innere des Behälters bildet. Die Schnittkante
der Metallabschnitte, welche die Naht bildete, waren blankes Metall. Der Behälterrumpf wurde an einem Ende mit einem
Deckel aus einem ähnlichen, mit Lack überzogenem Blechmaterial geschlossen, in dem eine Doppelfalznaht als Verbindung zwischen
der Zylinderwand und dem Deckel hergestellt wurde. Der Behälter wurde dann mit einem elektrophoretischen Bad gefüllt, bestehend
aus 5 i° Harzfeststoffen, die in einer wässrigen Triäthanolaminlösung
dispergiert waren. Die Harzfeststoffe bestanden aus einer Mischung von 80 Gw.-$ eines 70-^-igen Hydroxyl-funktionalen
Acrylharzes mit einem ,Molekulargewicht von etwa 30 000.und
20 Gw.-$ eines Melamin/Formaldehydharzes.
1 Ö98 82/165 3 .
Eine Stahlelektrode wurde in dem Behälter in einer Stellung so eingebracht, daß alle Punkte der Elektrodenoberfläche etwa 6 mm
bis 37 mm vom nahesten Punkt der Innenseite des Behälters entfernt
lagen. Der Behälter wurde dann in einen .Druckkessel eingesetzt und der Kessel geschlossen.
Ein Strom mit einem Potential von etwa.465 Volt wurde für die
Dauer von etwa 4 Sekunden durch die Anordnung geschickt, wobei
der Behälter als Anode wirkte. Die Badtemperatur lag bei 430G
und zwar gemessen nach Stromdurchfluß. Danach wurde der Behälter
umgekehrt, um die Badflüssigkeit zu entfernen. Der umgekehrte Behälter wurde mit Wasser gespült und für die Dauer von
2 Minuten bei 1210C und für die Dauer von 4 Minuten bei etwa
1960G in einem Ofen mit ,Zwangsluftumlauf behandelt.
Eine Reihe von in ähnlicher Weise hergestellten Behältern wurden nach dem obigen Verfahren bei Verwendung von Drücken zwi-
sehen 0,14 bis 1,41 kg pro cm mit einem Überzug versehen.
Zum Zwecke des Vergleiches wurde das obige Überzugsverfahren auch bei Atmosphärendruck ausgeführt. Die Überzugsgewichte wurden
in der unten angeführten Tabelle I aufgenommen. Ein Überzugsgewicht von etwa 70 Milligramm ist annähernd äquivalent
einer niedergeschlagenen Überzugsdicke von etwa 0,2 mm.
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- ίο -
| Test-Fr. | 1 | 2 | 3 | 4 | Kontrolle |
| Druck ρ (kg/W) |
0,14 | 0,35 | 0,70 | 1,41 | 0 |
| Überzugs gewicht' (Milligramm) |
45 | 48 | 57 | 70 | 37 |
Unter Bezugnahme auf die Tabelle I wird sofort deutlich, daß Dosen, die auf elektrophoretischem Wege bei erhöhten Temperaturen'
gemäß der Erfindung überzogen worden sind, einen wesentlich größeren Gewinn an Überzugsgewicht zeigen, verglichen mit
ähnlichen Dosen, die bei Umgebungsdruck oder Atmosphärendruck überzogen worden sind.
Das Verfahren nach dem ersten Beispiel wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß in dem elektrophoretischen Bad ein Acrylharz verwendet
wurde mit einem Molekulargewicht von etwa 15 000. In der Testreihe wurde außerdem der Einfluß von Drücken unterhalb des
Atmosphärendruckes auf die Mederschlagsgeschwindigkeit untere
sucht. Das Ergebnis dieser Reihe von Testen ist in Tabelle II aufgeführt. Kontrollteste bei Umgebunsdruck, sowie Teste bei
Drücken unterhalb Atmosphärendruck sind durch das Symbol "G"
näher bezeichnet.
T 09882/185 3-
| Test er. 5 |
6 | 7 | C1 | C2 | °3 | °4 |
| Druck 0,7Q kg/cm |
1,41 2 kg/cm |
1,412 kg/cm |
0 2 kg/cm |
0 2 kg/cm |
50*cm Queck silber säule |
25*cm Queck silber säule |
| Überzugs gewicht s- gewinn 111 (Milligramm) |
127 | 140 | 54 | 81 | 26 | 51 |
* Druck unterhalb der Atmosphäre.
Das Verfahren nach dem ersten Beispiel wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Shell DX-31, das Reaktionsprodukt eines Epoxy-Harzes,
Bisphenol A, Benzoesäure und einer Leinsamenöl-Fettsäure
als Harzträger in dem elektrophoretischen Bad mit einem Feststoffgehalt von 9,8 $ verwendet wurde. Das Ergebnis der
Testserie gibt nachfolgend Tabelle III wieder.
| Test-Nr. | 8 | 9 | 10 | 11 | C5 |
| Druck 9 (Wcm^) |
0,35 | 0,70 | 1,41 | 3,52 | o |
| Überzugs- gewichts- gewinn (Milligramm) |
62 | 66 | 76 | 98 | 54 |
109882/1653
Patentansprüche
Claims (5)
- - 12 Patentansprüche/1 . y Verfahren zum Überziehen von Metallgegenständen, insbesondere Dosen mit einem organischen Überzugsmaterial auf elektrophoretischem Wege, bei dem der Metallgegenstand zunächst in ein elektrophoretisches Bad, im wesentlichen aus Teilchen eines organischen, filmbildenden polymeren Überzugmaterials, suspendiert in einer wässrigen, elektrolytischen lösung, eingetaucht wird, wobei die freie iwetallf lache des Metallgegenstandes als eine Elektrode verwendet wird, worauf ein elektrisches Potential an das Bad angelegt wird, bis sich eine Überzugsschicht niedergeschlagen hat, dadurch gekennzeichnet , daß nach Kontakt der zu überziehenden Metallfläche mit dem Bad der Druck über den Wert der Umgebunstemperatur angehoben wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf Werte zwischen etwa 0,07 und etwa 7,03 kg/cm angehoben wird.
- ' 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß als organisches Überzugsmaterial ein thermoplastischer Harz verwendet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Überzugsmaterial ein in der Wärme härtender Harz verwendet wird.10 9882/1663
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die auf elektrophoretischem V/ege mit dem in der Wärme härtenden Harz überzogene Oberfläche erhitzt wird, um den elektrophoretisch niedergeschlagenen Überzug auszuhärten.109882/1653
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|---|---|---|---|
| US5169270A | 1970-07-01 | 1970-07-01 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3304940A1 (de) * | 1983-02-12 | 1984-08-16 | Herberts Gmbh, 5600 Wuppertal | Verfahren zum beschichten einseitig offener hohlkoerper |
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1970
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- 1970-11-09 CA CA097769A patent/CA926813A/en not_active Expired
- 1970-11-12 ZA ZA707663A patent/ZA707663B/xx unknown
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1971
- 1971-04-06 DE DE19712116715 patent/DE2116715A1/de active Pending
- 1971-07-01 AU AU30710/71A patent/AU3071071A/en not_active Expired
- 1971-07-01 JP JP46047720A patent/JPS5110258B1/ja active Pending
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| DE3304940A1 (de) * | 1983-02-12 | 1984-08-16 | Herberts Gmbh, 5600 Wuppertal | Verfahren zum beschichten einseitig offener hohlkoerper |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5110258B1 (de) | 1976-04-02 |
| CA926813A (en) | 1973-05-22 |
| AU3071071A (en) | 1973-01-04 |
| US3668100A (en) | 1972-06-06 |
| ZA707663B (en) | 1972-06-28 |
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