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Trocknungsverfahren für nichtabsorbierende Oberflächen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen der mit Wasser behafteten Oberflächen von Metallgegenständen und Gegenständen aus anderen Materialien die kein Wasser aufnehmen, sowie von Pulvern aus solchen Materialien mittels organischen Flüssigkeiten.
Beim Elektroplattieren von Metallgegenständen ist es nötig, diese nach der Entfernung aus dem Elektrolyten von allen anhaftenden Salzen zu befreien. Dazu wäscht man die Gegenstände im allgemeinen mit Wasser oder wässerigen Lösungen, gewöhnlich durch Eintauchen in Wasserbehälter. Nach der Waschung werden die Gegenstände vollständig getrocknet. Dies geschieht häufig so, dass man sie erhitzt, üblicherweise in einem heissen Luftstrom. Während des Verdampfens bildet das an der Oberfläche haftende Wasser kleine Tröpfchen, welche, wenn sie schliesslich eingetrocknet sind, Flecken zurücklassen, welche nur in mühsamer und kostspieliger Handarbeit durch Abwischen entfernt werden können.
In einigen Fällen lassen sich die Flecken auch auf diese Weise nicht vollständig entfernen. Dies ist besonders der Fall bei glänzenden elektroplattierten Gegenständen wie Schmucksachen, Glasringen und anderen Uhrenteilen, Kosmetikbehältern, Instrumententeilen usw. Manchmal kann man den Trocknungsprozess dadurch beschleunigen, dass man die gewaschenen Gegenstände in einen flüssigen Chlorkohlenwasserstoff wie Trichloräthylen oder Perchloräthylen eintaucht oder in dessen Dampf aussetzt. In dieser Weise kann man rasch den Hauptteil des Wassers entfernen.
Doch bleiben immer noch zahlreiche kleine Wassertröpfchen übrig, welche Anlass zu Wasserflecken geben können, die sich nur durch manuelles Abwischen beseitigen lassen.
Eine andere Art der Trocknung von mit Wasser behafteten Gegenständen besteht darin, sie in Fässern mit Sägemehl zu wälzen. Diese Methode ist wirksam aber zeitraubend und ungeeignet für grosse Stücke. Ihr Hauptnachteil liegt aber darin, dass sich die behandelten Gegenstände unter Umständen nur sehr schwer vom Sägemehl trennen lassen. Entweder muss man die Gegenstände von Hand herauslesen oder den ganzen Inhalt des Fasses aussieben. In beiden Fällen werden aber von komplizierter geformten Stücken Sägemehlteilchen an relativ unzugänglichen Stellen zurückgehalten und sind schwierig zu entfernen. Auch an einfach geformten Gegenständen bleibt ein sehr feiner Film von Sägestaub haften, welcher manuell weggescheuert werden muss.
Auch dort, wo metallene Gegenstände einer Reinigung mit Wasser und vorbereitenden Prozessen zum späteren Bemalen, Emaillieren, Lackieren oder Firnissen unterzogen werden müssen, ergibt sich die Notwendigkeit einer raschen und wirksamen Trocknung, ohne dass Flecken oder Salzrückstände entstehen.
Unter die vorbereitenden Prozesse fallen beispielsweise chemische Behandlungen wie Abbeizen mit Säure, entrosten mit Laugen, Phosphatieren und Chromatieren. Auch andere Prozesse der Oberflächenbehandlung wie Konturen-Ätzung, Elektroplattie- ren, Anodisieren und Elektropolieren werden in wässerigen Bädern ausgeführt, deren Flüssigkeit man am Schluss von den behandelten Oberflächen abwaschen und diese ausschwenken und trocknen muss.
Auf diesem und anderen Gebieten sind die Anforderungen heute so gross und die Oberflächenbehandlung hat eine derartige Vollkommenheit erreicht, dass nur dann befriedigende Resultate erzielt werden, wenn die abschliessende Reinigung der Oberfläche mit reichlichen Mengen an entsalztem Wasser vorgenommen wird.
Wenn weniger reines Wasser verwendet wird, bleiben unter Umständen, auch wenn die Reinigung durch Behandlung mit einem Lösungsmit-
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tel wie Trichloräthylen ergänzt wird, einzelne Wassertropfen an der Oberfläche haften und bilden beim Eintrocknen örtliche Salzrückstände. Diese stellen die Vollkommenheit eines glänzenden Metallfinishs in Frage oder verursachen die Bildung von Blasen, falls die behandelte Oberfläche anschliessend bemalt, emailliert, lackiert oder gefirnisst wird und dann der Feuchtigkeit oder einer feuchtwarmen Atmosphäre ausgesetzt ist.
Es wurde gefunden, dass die genannten Schwierigkeiten überwunden werden können, wenn die nassen Gegenstände aus Metall oder anderen Materialien, die kein Wasser aufnehmen, mit einem Chlorkohlenwasserstoff wie Trichloräthylen, Perchloräthylen, Methylenchlorid oder Tetrachlorkohlenstoff, welches kationaktive Stoffe gelöst enthält, behandelt werden. Bei einer solchen Behandlung wird das anhaftende Wasser vollständig entfernt und eine weitere Trocknung erübrigt sich. Das Lösungsmittel selbst kann leicht durch mässige Erwärmung oder im Gasstrom von der Oberfläche entfernt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Trocknen der mit Wasser behafteten Oberflächen von Gegenständen aller Art sowie von Pulvern, die aus kein Wasser aufnehmenden Materialien bestehen ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Oberflächen mit einem flüssigen Chlorkohlenwasserstoff, welcher einen kationaktiven Stoff gelöst enthält, behandelt.
Es wurde schon vorgeschlagen, mit Wasser benetzte Gegenstände, insbesondere solche aus Metall, dadurch zu trocknen, dass man sie in einen siedenden Chlorkohlenwasserstoff eintaucht, welcher eine geringe Menge eines Mersolats enthält. Dabei beliess man die Gegenstände solange in der kochenden Lösung, bis sich das Wasser von der Oberfläche losgelöst hatte und aus der Lösung mittels azeotro- pischer Destillation entfernt war.
Mersolate sind Natriumsalze hydrolysierter Paraffinwachs-sulfochlo- ride und somit anionaktive Agentien. Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich darin grund- sätzlich von diesem bekannten Verfahren, als dabei kationaktive Stoffe verwendet werden. Dies hat den technischen Vorteil, dass eine azeotropische Destillation überflüssig wird.
Das Wasser wird durch das Lösungsmittel sehr rasch von der Oberfläche des Gegenstands entfernt und es ist unnötig, die Behandlung solange fortzusetzen, bis das Wasser aus dem Bad herausdestilliert ist. Infolgedessen muss das Lö- sungsmittelbad nicht wasserfrei sein.
In seiner einfachsten Ausführung besteht das erfindungsgemässe Verfahren in der Tat nur darin, dass man die mit Wasser behafteten Gegenstände in das Lösungsmit- telbad eintaucht (welches nicht wasserfrei zu sein braucht und sich in. vielen Fällen auf Zimmertemperatur befinden kann), sie einige Sekunden oder höchstens wenige Minuten darin belässt, bis das Wasser in das Lösungsmittel übergegangen ist, sie heraushebt, ausschwenkt und schliesslich den Rest des anhaftenden Lösungsmittels durch mässiges Erwärmen oder mittels eines Gasstromes verdunsten lässt.
Das Bestreben des Wassers, in das Lösungsmittel überzugehen, ist so gross, dass das erfindungsgemässe Verfahren in vielen Fällen selbst dann erfolgreich ist, wenn das Lösungsmittel infolge der Wasseraufnahme mit einer Wasserschicht bedeckt ist, so dass die Gegenstände durch diese Schicht hindurch aus dem Bad gehoben werden müssen. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch mit Erfolg angewandt werden nach Behandlungen in wässerigen Bädern, bei denen die Dampfbildung mit Hilfe des Serseal -Verfah- rens verhindert wird.
In diesem Verfahren wird das Rauchen und Dampfen des Bades (beispielsweise eines Bades zum Phosphatieren, Abbeizen mit Säure, alkalischen Reinigen oder zum Entrosten) dadurch verhindert, dass man dessen Oberfläche mit einer Schicht inerten Materials z. B. mit einem flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoff bedeckt. Gegenstände, die in solchen Bädern behandelt werden, weisen eine nasse, unter Umständen auch ölige Oberfläche auf. Sowohl die wässerige als auch die ölige Phase werden rasch von der Oberfläche entfernt, wenn diese mit der Lösung des kationaktiven Stoffes im Chlorkohlenwasserstoff in Berührung kommt.
Um die grösstmögliche Vollendung einer glänzenden Oberfläche metallener Gegenstände wie Schmucksachen, Uhrenteile, Instrumententeile und dergleichen zu erzielen, geht man wie folgt vor. Man taucht die Gegenstände zuerst in den Chlorkohlenwasserstoff, welcher die kationaktiven Stoffe gelöst enthält.
Anschliessend bringt man sie mit dem reinen Lösungsmittel in flüssiger Form oder als Dampf in Kontakt. Durch diesen zweiten Schritt verhindert man die Bildung der sehr geringen Rückstände des kationischen oberflächenaktiven Stoffes auf der Oberfläche. Schliesslich setzt man die Gegenstände der Luft aus, wobei das anhaftende Lösungsmittel verdunstet und die metallenen Gegenstände glänzend und frei von Wasser und Wasserflecken zurücklässt.
In den meisten Fällen kann man die Behandlung mit der Lösung, die den kationaktiven Stoff enthält, heiss oder kalt ausführen, und die Flüssigkeit kann mit den Gegenständen in Berührung gebracht werden durch Eintauchen, Bespritzen oder Abbürsten.
An kleinen Gegenständen wird das erfindungs- gemässe Verfahren bequem mittels einer Vorrichtung ausgeführt, welche einem zweistufigen Standard- Entfettungsgerät sehr ähnlich ist. Die Vorrichtung besteht aus einem offenen Behälter, dessen unterer Teil zwei Abteile aufweist, welche beide mit einer Heizvorrichtung versehen sind. Im oberen Teil des Behälters befindet sich eine Kondensations-Oberflä- che, welche gewöhnlich aus einem spiralig gewundenen Rohr besteht, das an die Wände des Behälters anschliesst.
Die tiefem Teile der beiden Abteile sind miteinander durch Röhren verbunden. Unmittelbar unterhalb der Kondensationsspirale sind die beiden Abteile durch eine Öffnung untereinander verbunden. Bei der normalen Verwendung der Vorrichtung befindet sich in jedem der beiden Abteile von dem Lösungsmittel (z. B. Trichloräthylen), welches am
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Sieden gehalten wird. Der entsprechende Dampf kondensiert an der Spirale, und das Kondensat fliesst je nach Wunsch in eines der beiden Abteile zurück.
Wenn ein derartiges Gerät zur Ausführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens verwendet wird, wird vorteilhafterweise ein Wasser-Niederschlags-Gefäss zwischen der Verbindungsöffnung und dem Gefässboden eingeschaltet. Im Betrieb enthält das eine Abteil nur den Chlorkohlenwasserstoff wie Trichloräthylen.oder Perchloräthylen und das andere Abteil dasselbe Lösungsmittel, worin ein geringer Anteil des kationakti- ven Stoffes gelöst ist. In beiden Gefässen wird das Lösungsmittel am Sieden gehalten.
Der Dampf schlägt sich an der Spirale nieder, und die kondensierte Flüssigkeit fliesst durch den Wasser-Abtrenner hindurch in das erste Abteil zurück. Dieses wird somit dauernd mit destilliertem Lösungsmittel gespiesen und ist so angeordnet, dass das Lösungsmittel in das zweite Gefäss, welches den kationaktiven Stoff gelöst enthält, überfliesst. Die zu behandelnden Gegenstände werden kurze Zeit in die Lösung des zweiten Abteils eingetaucht, herausgehoben und abtropfen gelassen, in das Lösungsmittel des ersten Abteils eingetaucht, wieder herausgezogen, abtropfen gelassen und getrocknet. Das erfindundungsgemässe Verfahren ist indessen in seiner Anwendung nicht auf kleine Gegenstände beschränkt.
Es hat sich als besonders nützlich erwiesen zum Trocknen grosser Metalltafeln oder von aus solchen bestehenden Gegenständen, welche chemisch vorbehandelt sind, z. B. in einem Phosphatier-Bad, und vor dem Emaillieren getrocknet werden müssen, wie beispielsweise Kühlschränke, Spültröge und andere Küchenausrüstungen. In gewissen Fällen ist es zweckmässig, die Gegenstände bei relativ niedrigen Temperaturen zu behandeln, wobei das Lösungsmittel vielleicht warm aber nicht siedend gehalten wird. Die Lösung eines kationaktiven Stoffes in dem Chlorkohlenwasserstoff wird durch Bürsten oder Bespritzen aufgebracht, gesammelt, vom Wasser befreit und von neuem verwendet.
Die behandelten Tafeln werden mässig erhitzt, so dass das anhaftende Lösungsmittel verdampft, und sind dann bereit zum Bemalen oder Emaillieren.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind diejenigen flüssigen Chlorkohlenwasserstoffe geeignet, die üblicherweise zur Entfettung von Metallen verwendet werden. Solche sind beispielsweise Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthy- len und Perchloräthylen. Davon werden besonders die beiden letzteren vorgezogen, weil sie nur schwach giftig sind und andererseits geeignete physikalische Eigenschaften aufweisen wie z. B. günstige Siedepunkte. Geeignete kationaktive Stoffe sind z.
B. langket- tige Alkyltrimethylammonium-Verbindungen oder -pyridiniumchloride oder -bromide wie Cetylpyridi- niumbromid oder Cetyltrimethylammoniumbromid, langkettige Dialkyldimethylammoniumchloride oder -bromide, z.
B. Dicetyldimethylammoniumbromid und langkettige Alkyldimethylbenzylammoniumchloride wie Cetyldimethylbenzylammoniumchlonid. Alle diese Verbindungen sind quaternäre Ammoniumsalze, welche einen langkettigen Alkylsubstituenten tragen ; dies sind im allgemeinen die vorzugsweise verwendeten Stoffe. Indessen können auch andere Arten ka- tionaktiver Substanzen verwendet werden, so beispielsweise die Substanz, die bei Kondensation von Octadecylamin mit Äthylenoxyd in einem molekularen Verhältnis von 1 : 4,6 entsteht.
Schon sehr kleine Mengen dieser Stoffe sind wirksam. So erwies sich beispielsweise eine Konzentration von weniger als 0,001% noch als genügend wirksam. Wenn die Konzentration der kationaktiven Substanz zu gross ist, kann das Wasser die unerwünschte Tendenz haben, vom Lösungsmittel emulgiert zu werden. Dieser Effekt tritt in gewissen Fällen dann ein, wenn die Konzentration des oberflächenaktiven Stoffes mehr als 1'0/0 beträgt. Besonders vorteilhaft erwies sich eine Konzentration zwischen 0,1 und 0,3 %.
Aber auch grössere und kleinere Konzentrationen kommen in Frage. Im allgemeinen erzielt man keinen weiteren Vorteil, wenn man die Konzentration über 0,5% erhöht.
Wie oben erwähnt, kann man das. erfindungsge- mässe Verfahren kalt oder bei einer beliebigen Temperatur bis hinauf zum Siedepunkt des Lösungsmittels ausführen. Die für die Behandlung erforderliche Zeit ist erstaunlich kurz und kann wenige Sekunden bis wenige Minuten betragen. Selten ist es nötig, die Behandlungsdauer über 5 Minuten auszudehnen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf metallene Gegenstände aller Art angewandt werden, z. B. auf metallene Tafeln und Zusammenbauten, Press-Stücke, Prägestücke und maschinell bearbeitete Teile aller Art.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch angewandt werden zur Trocknung von Metallpulvern und von nichtmetallischen Gegenständen, welche inert sind und kein Wasser aufnehmen wie z. B. glasierte Keramik, Glas in verschiedener Form wie geblasenes Glas, optische Linsen und Prismen, sowie entsprechende Gegenstände aus Kunststoffen wie beispielsweise aus Nylon und Polyestern und weiteren Polymerisaten und Polykondensaten, welche durch ein kurzes Eintauchen in Chlorkohlenwasserstoffen nicht angegriffen werden.
Beispiel 1 Verchromte, 3,75 cm lange Möbelscharniere, mit Drähten zu Bündeln von 5 Gros zusammengehalten, wie sie vom Verchromungs-Prozess herkommen, werden während 30 Sekunden in siedendes Trichloräthy- len mit 0,251% Cetylpyridiniumbromid eingetaucht, abtropfen gelassen und während weiterer 30 Sekunden in ein Bad reinen siedenden Trichloräthylens gehalten. Nach dem Trocknen an der Luft sind sie glänzend und weisen keine Flecken auf.
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Beispiel 2 In diesem Beispiel wird das Trocknungsverfahren an Ölfiltern demonstriert.
Die Filter bestehen aus einem 120 Maschen aufweisenden Messing-Drahtge- flecht in der Form eines 3,75 cm langen und 1,9 cm weiten Zylinders, welches zwischen Endstücken aus Messing befestigt ist. Die Filter werden in einen Drahtmaschenkorb mit den Abmessungen 40 cm X 15 cm X 5 cm gepackt. Die Filter werden in der üblichen Weise zum Glänzen gebracht, indem man sie in Säurelösung taucht und dann mit fliessendem Wasser abspült. Dabei wird aber ein Teil des Wassers in dem feinmaschigen Geflecht zurückgehalten.
Der noch nasse Korb mit den Filtern wird während 30 Sekunden in eine siedende Lösung von Trichlor- äthylen und 0,25% Cetylpyridiniumbromid einge- taucht, abtropfen gelassen, während weiterer 30 Sekunden in reines siedendes Trichloräthylen eingetaucht, abtropfen und trocknen gelassen. Das Filter ist gänzlich wasserfrei, rein und glänzend und weist keine Flecken auf.
Beispiel 3 Eine 36 kg wiegende Spule aus 1 mm dickem Messingdraht wird mit Säure zum Glänzen gebracht und mit Wasser gereinigt, wie es in Beispiel 2 beschrieben ist. Die Spule wird 2 Minuten lang in 0,25'% Cetylpyridiniumbromid enthaltendes sieden- des Trichloräthylen eingetaucht. Man lässt sie abtropfen und taucht sie während weiterer 2 Minuten in siedendes reines Trichloräthylen ein. Schliesslich wird sie langsam aus dem Bad gehoben (mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/sec.), so dass das zurückgehaltene Lösungsmittel abtropfen und der in der Spule enthaltene Lösungsmitteldampf durch Luft ersetzt werden kann.
Beim Abwickeln der Spirale zeigt sich, dass kein Wasser mehr in der Spule vorhanden ist. Der Draht ist auch in den inneren Lagen sauber, glänzend und fleckenfrei.
Beispiel 4 Ein Quantum nasses Eisenpulver wird in ein Trichloräthylenbad gerührt. Das Bad enthält 0,250/0 Cetylpyridiniumbromid und befindet sich auf Zimmertemperatur. Die Flüssigkeit wird ausgegossen und das Pulver mehrmals mit reinem Trichloräthylen gewaschen und auf Teebrettern ausgebreitet, wo es innerhalb weniger Minuten bei Zimmertemperatur trocknet. Das Produkt ist unoxydiert und fliesst ungehindert.
Beispiel 5 Ein nasses Stück aus poliertem rostfreiem Stahl wird in eine kalte 0,5'%-ige Lösung eines kationakti- ven Stoffs in Trichloräthylen eingetaucht. Der kation- aktive Stoffe ist durch Kondensation von Methylocta- decylamin mit Äthylenoxyd im molekularen Verhältnis 1 : 4,6 hergestellt worden. Im Laufe von 5 Sekunden ist das Wasser von der Metalloberfläche verschwunden.
Das Probestück wird danach entfernt und mit reinem Trichloräthylen abgespült. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels bleibt eine saubere, glänzende und fleckenfreie Metalloberfläche zurück. Beispiel 6 Leichte Stahltafeln werden in Trichloräthylen- dampf entfettet und mit einem Phosphatüberzug versehen. Dazu taucht man sie in eine Zinkphosphatlö- sung ein, welche entweder (a) Nitrat- und Nitrit-Beschleuniger oder (b) Chloratbeschleuniger enthält. Hierauf werden die Tafeln mit kaltem Wasser abgespült.
Die Tafeln werden in drei Gruppen aufgeteilt und wie folgt behandelt 1. Gruppe: Trocknung im Ofen.
2. Gruppe: Abspülen mit heissem Wasser, das 0,025 % Chromsäure und 0,025 0/0 Phosphorsäure enthält, Trocknung im Ofen.
3. Gruppe: Trocknung durch Eintauchen in eine Lösung von 0,25,% Cetylpyridinium- bromid in Trichloräthylen, Abtropfenlassen und Verdunsten des Lösungsmittels an der Luft.
Für sämtliche Phosphatierungs- und Abspüllösun- gen wird Leitungswasser verwendet (gesamte Härte auf CaCO.; umgerechnet: 320 Teile pro Million, temporäre Härte, auf CaCOs umgerechnet: 280 Teile pro Million). Sämtliche Tafeln werden dann mit einer Schicht vernetzter Vinyl-Acryl-Emaille überzogen. Die emaillierten Tafeln werden während 30 Minuten im 150,1 C warmen Ofen gehalten und anschlies- send in Wasser von 40 C eingetaucht, wo man sie 50 Stunden lang belässt. In dieser Weise wird der Farbüberzug gründlich auf seine Hitze- und Nässe- Beständigkeit geprüft.
Alle Tafeln der Gruppe 1 weisen nach dieser.Behandlung Schwellungen in Form von Flut-Zeichen auf. Auch dlie Tafeln der Gruppe 2 zeigen Schwellungen, jedoch sind sie kleiner und von geringerer Zahl. Einzig die Tafeln von Gruppe 3 sind vollständig frei von Schwellungen. Die Prüfungen werden vierfach ausgeführt.