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Wäßriges Beschichtungsmittel zur Herstellung von aufschmelzbaren Korrosionsschutzüberzügen
Die Erfindung betrifft ein verspritzbares Beschichtungsmittel zur Herstellung korrosionsschützender
Überzüge aus unlöslichem, chemikalienbeständigem, thermoplastischem Kunststoff in
Form einer Dispersion des feinteiligen Kunststoffes, eines Bindemittels und eines
weiteren Zusatzes in Wasser.
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Der Schutz von Metalloberflächen durch korrosionsfeste Kunststoffe
ist bekannt. Alle bisher bekannten Überzüge weisen jedoch zahlreiche Nachteile auf.
Viele sind in Erdöldestillaten oder anderen organischen Lösungsmitteln löslich,
viele werden von Chemikalien, wie Säuren und Basen, angegriffen, andere sind gegen
eine lange Einwirkung wäßriger Lösungen nicht beständig. Für die Beschichtung der
Innenflächen von chemischen Apparaturen und Anlagen muß jedoch gerade in dieser
Hinsicht höchste Widerstandsfähigkeit gefordert werden.
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Es gibt jetzt nun zwar eine Gruppe von thermoplastischen Kunststoffen,
nämlich die chlorierten Polyäther, die nicht nur sehr dimensionsstabil und wasserfest
sind, sondern auch praktisch allen industriell verwendeten aggressiven Chemikalien
widerstehen. Da jedoch die chemikalienbeständigen Chlorpolyäther in allen bekannten
Lösungsmitteln unlöslich sind, kann man auch keine Lösung herstellen, die sich auf
die zu beschichtenden Flächen aufbringen ließe.
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Das bekannte Wirbelsinterverfahren zur Erzeugung haftfester korrosionsschützender
Überzüge von Kunststoffen auf Metall ließe sich bei diesen Chlorpolyäthern zwar
prinzipiell anwenden, hat aber ebenfalls wesentliche Nachteile. Nach diesem Verfahren
wird das zu beschichtende Metallteil erhitzt in ein fluidiertes Bett von feinen
Teilchen des Kunststoffes gehalten, so daß die mit dem Metall in Berührung kommenden
feinen Teilchen an diesem anhaften und einen Überzug darauf bilden. Im allgemeinen
ist eine weitere Erhitzung erforderlich, um die Teilchen zu verschmelzen, damit
sie einen glatten, porenfreien Überzug bilden. Vor allem ist es schwierig, große
Teile, insbesondere Anlagen mit einer größeren Flächenausbildung, zu überziehen,
weil die ganze zu überziehende Oberfläche in das Wirbelbett eingetaucht werden muß.
Ferner muß, damit überhaupt ein Überzug erzeugt werden kann, der zu beschichtende
Gegenstand auf eine Temperatur erhitzt werden, die oberhalb des Schmelzpunktes des
Harzes liegt. Durch die dabei unvermeidlich starke Erwärmung des Harzes während
der Ablagerung wird dieses teilweise abgebaut, so daß ein Überzug entsteht, dessen
physikalische Eigenschaften und Adhäsion weniger gut sind, als für den unbeeinträchtigten
Kunststoa zu erwarten wäre.
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Schließlich ist es auch bereits bekannt, zur Beschichtung wäßrige
Kunststoffdispersionen zu verwenden, die neben dem kolloidal zerkleinerten Kunststoff
gegebenenfalls ein Bindemittel und weitere Zusätze, wie Dispersionsstabilisatoren,
enthalten. Diese Dispersionen werden auf den zu überziehenden Gegenstand aufgebracht
und getrocknet, worauf die so gebildete Schicht durch Schmelzen des Harzes bei kontrollierter
Temperatur in einen zusammenhängenden, nicht porösen Überzug auf der Metalloberfläche
umgewandelt wird.
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Um einen zufriedenstellenden Überzug aus dem Kunststoff herstellen
zu können, muß man ihn in einen brauchbaren, verspritzbaren Zustand bringen. Gerade
das scheint aber bei den Chlorpolyäthern unmöglich, denn eben die Eigenschaften
dieser Kunststoffe, die für Überzüge daraus höchst wünschenswert sind, nämlich ihre
Unlöslichkeit, Zähigkeit und chemische Unempfindlichkeit, machen die Bildung eines
zerstäubbaren Überzugsmaterials äußerst schwierig. Wegen der Unlöslichkeit in den
üblichen Lösungsmitteln kann man keine Lösung von ausreichender Konzentration herstellen,
um in bekannter Weise ein überzugsmaterial zu bilden. Wegen der chemischen
Beständgkeit
ist es auch unmöglich, ihn in eine lösliche Form überzuführen und diese später in
situ zu rekonstituieren. Wegen der Zähigkeit des Materials schließlich läßt sich
eine Zerkleinerung zu ausreichend feinen Teilchen, die leicht in einem Träger suspendiert
werden könnten, kaum durchführen. Obwohl aber die Herstellung einer Suspension des
überzugsmaterials sehr schwierig ist, scheint diese jedoch derzeit als einzig praktisch
beschreitbarer Weg, zu den gewünschten Überzügen zu gelangen. Aufgabe der Erfindung
ist daher die Herstellung einer stabilen verspritzbaren Chlorpolyäther-Suspension,
welche den Kunststoff in der zur Bildung eines Überzuges erforderlichen Konzentration
enthält.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß für solche Suspensionen
keineswegs eine feinste Zerteilung des Kunststoffes bis kolloidale Größenordnung
Bedingung ist, wie man bisher glaubte, sondern daß bei Zusatz gewisser Stoffe zu
der Suspension, wie weiter unten geschildert, bereits eine sehr viel größere Teilchengröße
genügt. Diese Erkenntnis macht den Einsatz der chlorierten Polyäther für diesen
Zweck erst praktisch möglich.
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Nach dem Aufspritzen dieser Suspension auf die zu beschichtende Oberfläche
muß der gebildete Film genügend zähflüssig sein, um an seinem Platz zu bleiben,
bis er getrocknet werden kann. Nach dem Trocknen muß die Schicht eine ausreichende
mechanische Festigkeit und Haftung aufweisen, damit sie bei der weiteren Handhabung
nicht verletzt wird, bis der aufgebrachte Überzug schließlich geschmolzen und fertiggestellt
wird. Aus diesem Grunde müssen der Suspension Materialien zugesetzt werden, die
dem Film im nassen Zustand ausreichende thixotrope Eigenschaften verleihen, sowie
ein Bindemittel, daß dem trockenen Film vor dem Schmelzen ausreichende Haftfestigkeit
und Kohäsion verleiht.
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Die oberflächenaktiven Stoffe, die gewöhnlich verwendet werden, um
Suspensionen thixotrope Eigenschaften zu verleihen, sind im allgemeinen gegen Korrosion
nicht widerstandsfähig und beeinträchtigen auch, falls sie in wesentlichen Mengen
zugegeben werden, die Oualität des Überzuges. Es muß daher ein Stoff verwendet werden,
der diese unerwünschten Nebenwirkungen nicht aufweist, während der weiteren Behandlung
aus dem Überzug verschwindet, oder aber in so geringer Menge verwendbar ist, daß
er auf den Überzug keinen nennenswerten Einfiuß hat.
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Außer den vorstehend angegebenen Eigenschaften muß jedes Suspensionsmaterial,
das zur Bildung von Überzügen von großer Festigkeit aus korrosionsbeständigen Kunststoffen
geeignet ist, eine solche Zusammensetzung aufweisen, daß beim Einbrennen oder Schmelzen
des aufgebrachten trockenen Filmes die Teilchen zu einem anhaftenden, zusammenhängenden,
kontinuierlichen Film von großer Festigkeit zerschmelzen, ohne daß sie auseinanderlaufen
oder zusammensinken.
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Die oben definierte Aufgabe wird unter Erfüllung auch dieser weiteren
Bedingungen gelöst durch ein verspritzbares Beschichtungsmittel zur Herstellung
aufzuschmelzender Korrosionschutzüberzüge, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es
einen chlorierten Polyäther als thermoplastischen Kunststoff mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent
Pektin, Carboxymethylstärke oder Amylopektinstärke als Bindemittel und 0,4 bis 0,5
Gewichtsprozent eines Flockungsmittels als Zusatz in wäßriger Verteilung enthält.
Vorzugsweise ist das Flockungsmittel ein langkettiges Amin.
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Wie oben bereits gesagt, glaubte man bisher, daß zur Herstellung einer
Suspension von Teilchen eines korrosionsfesten Kunststoffes diese Teilchen so klein
sein müssen, daß sie im Träger dispergiert bleiben. Wenn die Teilchen auf eine Größe
innerhalb des kolloidalen Bereichs reduziert werden können, macht die Herstellung
einer solchen Dispersion keine großen Schwierigkeiten. Es ist aber schwierig und
kostspielig, so zähe, widerstandsfähige Kunststoffe wie die chlorierten Polyäther
zu kollidalen Teilchen zu zerkleinern. Um so wertvoller ist die Feststellung, daß
noch mit Teilchen mit über dem kolloidalen Bereich liegender Teilchengröße etwa
mit der 1- bis 1,3fachen Gewichtsmenge Wasser auf wirtschaftliche Weise Suspensionen
hergestellt werden können.
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Solche Suspensionen sind jedoch nicht unbegrenzt stabil, da der Kunststoff
beträchtlich schwerer ist als Wasser (sein spezifisches Gewicht beträgt ungefähr
1,4) und danach trachtet, sich in einer verhältnismäßig dichten Schicht auf dem
Boden des Behälters abzusetzen, wenn die Suspension mehr als einige Stunden stehengelassen
wird. Um dem entgegenzuwirken, wird erfindungsgemäß ein vorzugsweise kationisches
Flockungsmittel zugesetzt, z. B. ein langkettiges Amin einer Menge von 0,4 bis 0,5
Gewichtsprozent. Das Flockungsmittel bewirkt, daß sich die suspendierten Teilchen
zu losen Klumpen zusammenballen. Während es zuerst scheinen mag, als ob dadurch
das Absetzungsproblem verstärkt werden würde, hat sich in der Praxis gezeigt, daß
so im Gegenteil eine stabilere verspritzbare Suspension erhalten wird. Wenn sich
eine solche ausgeflockte Suspension absetzt, geschieht dies nämlich in einer lockeren
Masse von zusammengeballten Teilchen statt in einer harten, dichten Schicht von
feineren Teilchen. Diese lockere Masse läßt sich durch einfaches Umrühren wieder
suspendieren, so daß die Suspension lange Zeit gelagert und durch einfaches Umrühren
für die sofortige Verwendung brauchbar gemacht werden kann, was ohne Flockungsmittel
nicht möglich ist. Bekanntlich verlieren jedoch die oberflächenaktiven Stoffe bei
sehr langer Lagerung allmählich ihre Wirksamkeit, weil die aktiven Teile der Moleküle
dieser Stoffe große Affinität zueinander zeigen und sich im Laufe der Zeit gegenseitig
absättigen. Ist dies der Fall, so kann die abgesetzte Suspension durch einfaches
Umrühren nicht wiederhergestellt werden. Es wurde jedoch gefunden, daß sich dies
durch erneute Zugabe des oberflächenaktiven Stoffes rückgängig machen und die ausgeflockte
Suspension wieder in den zerstäubbaren Zustand überführen läßt.
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Die so zusammengesetzten Suspensionen lassen sich nicht nur durch
einfaches Umrühren für Zerstäubungszwecke genügend homogen halten, sondern bilden
nach dem Zerstäuben auf der besprühten Oberfläche einen kontinuierlichen anhaftenden
Film, der ausreichende thixotrope Eigenschaften aufweist, um selbst auf einer senkrechten
oder nach unten gerichteten Fläche des zu überziehenden Gegenstandes an seinem Platz
zu bleiben. Diese thixotrope Eigenschaft wird durch das Flockungsmittel unterstützt,
das beim Auftragen des Materials einen Film von beträchtlicher Viskosität entstehen
läßt; dieses thixotrope Verhalten bleibt bestehen, bis der Film getrocknet ist.
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Wenn der Film getrocknet ist, muß er, wie gesagt, ausreichende mechanische
Festigkeit bewahren, um
den Zusammenhang des Überzuges während der
darauffolgenden Behandlungen vor dem Erhitzen aufrechtzuerhalten. Es wurde gefunden,
daß hierzu ein Bindemittel mit folgenden Eigenschaften erforderlich ist: Es muß
in einer sehr kleinen Menge verwendet werden können, es muß während des Brennens
verschwinden, oder es muß selbst in ausreichendem Maße korrosionsfest sein, damit
die Widerstandsfähigkeit des Überzuges gegen Korrosion nicht vermindert wird.
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Geeignet sind für diesen Zweck Pektin, Carboxymethylstärke und Amylopektinstärke.
Der Zusatz eines dieser Stoffe zur ursprünglichen Suspension (100 Gewichtsteile
Kunststoff und 100 bis 130 Gewichtsteile Wasser) in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen
verleiht dem Film genügende Festigkeit im nassen Zustand beim Trocknen und ebenso
dem getrockneten Film vor dem Erhitzen. Es ist nicht bekannt, ob diese Bindemittel
zerfallen und während des Brennens des Überzuges durch Verdampfen oder auf andere
Weise verschwinden oder ob sie einfach keine schädlichen Wirkungen auf den Überzug
ausüben; es war bisher unmöglich, ihr Vorhandensein oder ihr Fehlen im Überzug festzustellen.
Es wurde jedoch gefunden, daß der Zusatz dieser Stoffe in den angegebenen Mengen
keine nennenswerte Wirkung auf die physikalischen oder chemischen Eigenschaften
und insbesondere die Korrosionsfestigkeit des fertigen Überzuges hat.
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Ein Verhältnis von ungefähr 100 Gewichtsteilen pulverförmigem Kunststoff
auf ungefähr 100 bis 130 Gewichtsteile Wasser ergibt ein Material, das als Film
von ausreichender Festigkeit in solcher Stärke aufgebracht werden kann, daß nach
Entfernung des Wassers durch Verdunsten der zurückbleibende Kunststoff einen Überzug
von ungefähr 0,127 bis 0,508 mm Dicke bildet. Gewünschtenfalls können auch dünnere
Suspensionen verwendet werden. Je dünner die Suspension ist, desto dünner ist auch
der fertige Überzug, und umgekehrt. Es wurde jedoch gefunden, daß die vorstehend
genannte Konzentration praktisch nahe dem Maximum zur Erzeugung einer frei fließenden
verspritzbaren Suspension liegt. Wenn ein dickerer Überzug gewünscht wird, kann
dieser durch Aufbringen mehrerer Überzüge übereinander erzielt werden.
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Nachdem die Suspension in der beschriebenen Weise aufgebracht und
gründlich getrocknet worden ist, kann der Überzug fertiggestellt werden, indem auf
eine Temperatur erwärmt wird, die etwas oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes
liegt. Die Chlorpolyäther beginnen bei ungefähr 187° C zu erweichen, sind aber bei
dieser Temperatur nicht leicht fließfähig, und die Teilchen verschmelzen nicht genügend,
um einen kontinuierlichen Überzug mit der gewünschten hohen Festigkeit zu bilden.
Aus diesem Grund wird der überzogene Gegenstand verhältnismäßig kurze Zeit (vorzugsweise
5 bis 60 Minuten) auf eine Temperatur von ungefähr 243° C erhitzt und dann so rasch
wie möglich abgekühlt, um eine Verminderung der Korrosionsfestigkeit des Kunstharzes
zu verhindern. Eine Erhitzung auf eine Temperatur von mehr als 243° C beeinträchtigt
die chemische Widerstandsfähigkeit des Überzuges und die Verbindung mit der Metalloberfläche.
Wenn der Überzug während eines längeren Zeitraumes auf dieser Temperatur gehalten
wird, ergibt sich die gleiche Wirkung. Es ist daher wichtig, daß der überzug in
einer möglichst kurzen Zeit bei einer Temperatur geschmolzen wird, die 243° C nicht
übersteigt, und daß der Überzug dann so rasch wie möglich abgekühlt wird, um einen
übermäßigen thermischen Abbau des Kunststoffes zu verhindern, der die Korrosionsfestigkeit
des Überzuges beeinträchtigen würde.
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Wenn zur Erzielung einer größeren Filmdicke mehrere Überzüge nacheinander
aufgespritzt, getrocknet und eingebrannt werden, können der zweite Überzug und die
folgenden Überzüge bei niedrigeren Temperaturen befriedigend geschmolzen werden,
und zwar bei ungefähr 221° C, jedoch muß die Einbrenntemperatur in jedem Fall über
187° C liegen, wenn ein glatter Überzug entstehen soll.
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Auf diese Weise erhält man einen dichten, harten, korrosionsschützenden
Überzug von großer Festigkeit.
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Es wurde gefunden, daß der Zusatz von weniger als etwa 1/2'% Flockungsmittel
zur Dispersion keine nennenswerte Wirkung auf die Festigkeit des überzuges hat,
da die Menge zu gering ist. Auch hat die Verwendung des Bindemittels in Mengen von
ungefähr 1% (und in jedem Fall von weniger als 5%) keinen schädlichen Einfluß auf
die Widerstandsfähigkeit des fertigen Überzuges gegen Korrosion.
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Man kann auch andere Flockungsmittel als das vorgenannte langkettige
Amin verwenden, nicht nur um Suspensionen mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen,
sondern auch um dem Überzug verschiedene Eigenschaften zu verleihen. Der Zusatz
beispielsweise von kolloidaler Kieselsäure, kolloidalem Graphit, Titandioxyd usw.
ist möglich, jedoch können diese Stoffe den fertigen Überzug brüchig machen, während
sie auf die Korrosionsfestigkeit nur einen sehr geringen Einfluß haben.