CH496103A - Verfahren zur Elektrobeschichtung - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Elektrobeschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines elektrisch leitfähigen Gegenstandes durch anodische Abscheidung eines in einem flüssigen Medium dispergierten Stoffsystems.



   Die Beschichtung von elektrisch leitfähigen Gegenständen durch anodische Abscheidung von in flüssigen Medien dispergierten Stoffsystemen ist bekannt und wird beispielsweise bei der Lackierung von Metallteilen in der Technik durchgeführt (vgl. z.B. britische Patentschrift 455 810). Man bezeichnet dieses Verfahren als    < (Electro-      coatinguy,      aElektrobeschichtung ,     elektrophoretische   Tauchgrundlackierung, >     usw.



   Wie in der inzwischen vorliegenden umfangsreichen Literatur beschrieben wird [vgl. z.B. Translation und Technical Information Service, Bibliographies in Paint Technology, Elektrophoretic Paint Deposition, Printed Oct. 1965, England, K. Weigel, Grundlagen zur Lackelektrophorese, Holzverlag GmbH, D-8905 Mering   1965;    R. J. Deibert, Battelle, Memorial Institute, J. Paint Technology 38, 421-423   (1966);    K.H. Franken, Tenside 3, 253-265 (1966); W. Maisch, Industrie-Lackier-Betrieb, 33, 299-313 (1965) und 34,   515-521(1966)],    benutzt man bei der Elektrobeschichtung in der Regel eine Spannung von etwa 5-500 V. Beispielsweise bei abzuscheidenden Lack -Pigment-Systemen hat man zunächst Spannungen von niedriger Voltzahl angewendet.

  Dann hat man aber gefunden, dass höhere Spannungen in der Technik vorteilhafter sind, weil man dann grössere Elektrodenabständc überwinden und in kürzeren Zeiten die gewünschten Schichtstärken erzielen kann.



   Leider sind nicht alle abzuscheidenden Systeme   für    höhere Spannungen geeignet, weil bei der Spannungserhöhung Nebenreaktionen auftreten, die eine Schädigung des Überzuges verursachen. Zur Ausscheidung schädigender Faktoren und zur Bildung guter Beschichtungen wird empfohlen, zur Elektroabscheidung einen möglichst niedrig gewellten bzw. geglätteten Gleichstrom zu verwenden.



  Vergl. z.B. W. Maisch, Industrie-Lackier-Betrieb, 34, 515-521 (1955) und G. Hestermann, Industrie-Lackier-Betrieb, 34, 216 (1966).



   Ferner wurde in der US-Patentschrift 3 200 058 ein Verfahren   vorgeschlagen,    bei dem, um möglichst saubere Überzüge zu erhalten, der Gleichstromfluss periodisch in bestimmten Zeitabständen umgeschaltet wird. Mit dieser Umschaltung von anodischem auf kathodischen Stromfluss sollen die noch nicht abgeschiedenen Lackteilchen von dem Gegenstand entfernt und der Überzug damit gesäubert werden.



   Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man mit Systemen, die man bei einer vorgegebenen Spannung nicht fehlerfrei oder überhaupt nicht abscheiden kann, durch das erfindungsgemässe Verfahren gute Beschichtungen durch anodische Abscheidung erhält. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man bei dieser Abscheidung periodische Gleichstromimpulse mit Impuls- und Unterbrechungszeiten von jeweils etwa 0,1 bis 10 Sekunden und mindestens 5 Impulse pro Beschichtung anwendet.



   Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert gegen über den gebräuchlichen Verfahren nur die Besonderheit der Anbringung eines Stromunterbrechers herkömmlicher Bauart, der zweckmässigerweise mit einem Zeitrelais oder auch elektronisch gesteuert wird. Die Welligkeit des Gleichstroms übt praktisch keinen Einfluss aus.



  Sie kann also schwach oder stark sein. Bei sehr hohen Spannungen oder auch bei Systemen, die bei der vorgegebenen Spannung nach den gebräuchlichen Verfahren zu Fehlern und Störungen führen bzw. neigen, arbeitet man nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit möglichst kurzen   Impulszeiten - nämlich    vorzugsweise von 0,1 - 1 Sekunde. Die optimale Pausenzeit richtet sich nach dem abzuscheidenden System und muss durch Versuche ermittelt werden. Auch wenn die Pausenzeit kürzer als die Zeit für den vollkommenen Konzentrationsausgleich ist, stellt man schon einen positiven Effekt fest, da jede Pause die Konzentrationsverarmung in der Grenzschicht mindert. Die Zahl der Impulse beträgt in dem neuen Verfahren pro Beschichtung mindestens 5, um einen hinreichenden Effekt zu erzielen.

  Nach oben ist keine Grenze gesetzt. da die bei einer Anwendung gewählte Impulszahl sehr gross sein kann, wenn man sehr kleine Impulszeiten bevorzugt, hohe Schichtstärken erreichen will und abzuscheidende Systeme einsetzt, die eine sehr hohe negative Ladung pro Menge aufweisen. Bei heute in der Tech  nik gebräuchlichen Lacksystemen wählt man beispielsweise vorteilhaft Impulszeiten von jeweils etwa 0,5 bis   1    Sekunde, Pausenzeiten von jeweils etwa 0,5 bis 2 Sekunden und Impulszahlen von etwa 10- 100 pro Beschichtung.



   Das Verfahren führt man zweckmässigerweise wie folgt aus: Man taucht den zu beschichtenden Gegenstand in ein das abzuscheidende System und eine bzw. bei grösseren Gegenständen mehrere Kathoden enthaltendes Becken ein. Es braucht dabei keine Spannung und auch keine Nebenspannung, wie sie in der Literatur bei den herkömmlichen Verfahren empfohlen wird (vgl. z.B. W.



  Maisch, Industrie-Lackier-Betrieb,   3d,    515-521 [1966]), angelegt zu sein. Man schaltet sie also erst nach dem Eintauchen ein. Durch einen gesteuerten Stromunterbrecher werden dabei die periodischen   Gleichstromim-    pulse erzeugt. Die Abschaltung erfolgt vorteilhaft auch automatisch. Der Gegenstand wird dann stromlos aus   dem    Bad herausgezogen, gespült, getrocknet und je nach den Anforderungen des angewandten Systems eingebrannt   bzw.    durch eine andere Nachbehandlung verfestigt.



   Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich vorteilhaft zur Abscheidung aller Systeme verwenden, mit denen evtl. farbige organische oder anorganische Schutz überzüge auf den elektrischen Strom leitenden Gegenständen abgeschieden werden sollen. U. a. können folgende Systeme aufgetragen werden:
Wässrige Systeme mit leitfähigen organischen oder metallorganischen Lackbindemitteln, z.B. Alkydharze, Melaminharze, Siliconharze, Epoxyharze, die so modifiziert sind, dass sie in der wässrigen Suspension zur Anode wandern und dort abgeschieden werden.



   Wässrige Systeme mit leitfähigen organischen oder metallorganischen Lackbindemitteln und Zusätzen anorganischer oder organischer Pigmente bzw. Füllstoffe, z.B. Titandioxid, Chromoxid, Eisenoxid, Russ, Ton, Glimmer usw.



   Wässrige Systeme mit anorganischen Festkörpern beispielsweise Boride, Nitride, Tone,   Feldspat,    Alkalialumosilicate, Alkaliborosilicate, gebräuchliche Emailfritten - die beim Einbrennen sintern bzw. glasartige Überzüge ergeben oder sich durch andere Nachbehandlungen verfestigen.



   Wässrige Systeme mit anorganischen Festkörpern, die beim Einbrennen sintern bzw. glasartige Überzüge ergeben oder sich durch andere Nachbehandlung verfestigen und weiteren   Zusatzstoffen - beispielsweise    kristalline Oxide, Karbide, Boride, Nitride, Sulfide, gebräuchliche Email- oder   Keramikfarbkörper - die    von den Überzügen umhüllt werden.



   Als Dispergiermittel für die abzuscheidenden Schutzschichten auf organischer bzw. anorganischer Basis können Flüssigkeiten mit einer Dielektrizitätskonstanten von etwa 1,8 bis 80 verwendet werden. Bevorzugt wird Wasser verwendet. Es ist jedoch möglich, zumindest einen Teil des Wassers durch organische Flüssigkeiten oder Gemische derselben zu ersetzen. So können z.B. ein- oder mehrwertige Alkohole, vorzugsweise Isopropanol oder Äthylenglycol, Entwässerungsprodukte dieser Alkohole, vorzugsweise Dioxan, Aminoalkohole, vorzugsweise Tri äthanolamin, Amine, vorzugsweise Cyclohexylamin, Ketone, vorzugsweise Cyclohexanon, Aldehyde, vorzugsweise   2,4,6-Trimethyl-1,3,5-Trioxan    verwendet werden.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zeigt gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:
Die bei einem abgeschiedenen System ohne Beschichtungsfehler erreichbare maximale Spannung kann um ein   Vielfaches    überschritten werden.



   Die Stromdichte und damit die pro Zeiteinheit abgeschiedene Substanzmenge ist während der Stromimpulse selbst bei gleicher Spannung um ein Vielfaches höher.



   Die Gesamtzeit einschliesslich der Unterbrechungszeiten für die Bildung einer bestimmten Schichtstärke des Überzuges ist selbst bei gleicher Spannung kürzer.



   Die   Eindringtiefe - beispielsweise    auf Flächen, denen keine besondere Gegenelektrode zugeordnet ist ist grösser.



   Die Qualität der Überzüge ist besser. Insbesondere ist die Homogenität der abgeschiedenen Oberfläche besser und die Neigung zu Porenbildung, Rissen und schwammigen Ablösungen geringer bzw. praktisch ausgeschaltet.



   Die Abscheidung kann zu höheren und auch bei niedrigeren Konzentrationen des abzuscheidenden Systems in dem flüssigen Medium erfolgen.



   Die Mindestkonzentration an störenden Fremdionen in dem flüssigen Medium kann höher sein.



   Durch Unterdrückung von Nebenreaktionen ist der Strombedarf pro in der Zeiteinheit abgeschiedener Überzugsmenge geringer.



   Die fehlerfreie Abscheidung kann bei wässrigen Medien in einem breiteren pH-Bereich erfolgen.



   Die fehlerfreie Abscheidung kann in einem breiteren Temperaturbereich erfolgen.



   Nachstehend wird das erfindungsgemässe Verfahren durch Beispiele erläutert:
Beispiel I (Stand der Technik)
Eine wässrige Suspension, die 186 g eines wasserverdünnbaren, mittelöligen, mit Rizinenöl modifizierten Alkydharzes, 19 g Hexamethoxymethylmelamin und 100 g   CrO2-Pigment    enthält, wird in einen zylinderförmigen aus Kunststoff bestehenden Behälter, der eine Höhe von etwa 200 mm und einen Innendurchmesser von etwa
150 mm aufweist, von einem Kühlmantel umgeben ist und in den eine zylinderförmige Kathode aus Chromnickel stahl mit einer Höhe von etwa 180 mm und einem Innendurchmesser von etwa 130 mm eingeführt ist, gefüllt.



  In die Mitte des Gefässes wird nun ein gebeiztes und   entfettetes    Eisenblech mit einer Höhe von etwa 140 mm und einer Breite von etwa 100 mm etwa 110 mm weit eingetaucht. Die Suspension wird mit einem am Boden des Gefässes befindlichen Magnetrührer gerührt. Mit Hilfe eines Thermostaten wird die Temperatur der Suspension auf 200C gehalten. Nun wird an das Eisenblech als Anode und an die Kathode eine Gleichspannung von 40 Volt mit einer Welligkeit von etwa 5% gelegt.

 

   Nach 120 Sekunden wird die Spannung abgeschaltet.



  Das beschichtete Eisenblech wird aus dem Bad herausgenommen, mit Wasser abgespült, etwa 15 Minuten bei etwa 500C in einem warmen Luftstrom getrocknet und etwa 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 1500C eingebrannt.



   Die Strom-Zeit-Kurve ist aus Abb. 1 zu ersehen. Wie darau zu entnehmen ist, hat die Endstromdichte einen Wert von etwa 0,5 mA/cm2.



   Die auf einer Fläche von etwa 223   cm5    abgeschiedene    Überzugsmenge    beträgt etwa 570 mg. Die Qualität des  Überzuges ist gerade noch befriedigend. Durch Erhö hung der Spannung auf 50 Volt und bei sonst gleichen
Bedingungen tritt eine Schädigung des Überzuges ein.  



   Beispiel 2 (erfindungsgemässes Verfahren)
Ausführung wie in Beispiel 1 angegeben. Anstelle der konstanten Gleichspannung von 40 Volt werden 51 Gleichstromimpulse, die mit Hilfe einer automatisch arbeitenden Unterbrecheranlage aus einem konstanten Gleichstrom von 120 Volt mit ca. 5% Welligkeit erzeugt werden und   Impulszeiten    von jeweils 0,91 Sekunden sowie Unterbrechungszeiten von jeweils 1,42 Sekunden aufweisen, angewendet.

 

   Die Strom-Zeit-Kurve ist aus Abb. 2 zu ersehen. Wie daraus zu entnehmen ist, hat die Endstromdichte einen Wert von etwa 2,6 mA/cm2. Dieser Wert ist also um mehr als das Fünffache grösser als bei Beispiel 1. Die auf einer Fläche von etwa 237 cm2 abgeschiedene Überzugsmenge beträgt etwa 820 mg. Sie ist damit bei einer Gesamtspannungszeit von 46,4 Sekunden und der Summe aus Gesamtspannungs- und   Gesamtunterbrechungs-    zeit von etwa 120 Sekunden mehr als 1,4fach grösser als bei Beispiel 1 mit einer Gesamtspannungszeit von 120 Sekunden. Die Qualität des Überzuges ist gut, auch wenn die Spannung auf etwa 150 Volt erhöht wird. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Beschichtung eines elektrisch leitfähigen Gegenstandes durch anodische Abscheidung eines in einem flüssigen Medium dispergierten Stoffsystems, dadurch gekennzeichnet, dass man bei dieser Abscheidung periodische Gleichstromimpulse mit Impuls- und Unterbrechungszeiten von jeweils etwa 0,1 bis 10 Sekunden und mindestens 5 Impulse pro Beschichtung anwendet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als abzuscheidendes Stoffsystem einen organischen oder metallorganischen, dispergierten und anodisch abscheidbaren Lack, gegebenenfalls unter Zusatz von Pigmenten bzw. Füllstoffen, anwendet.

   2. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als abzuscheidendes Stoffsystem einen anorganischen dispergierten und anodisch abscheidbaren Festkörper, gegebenenfalls auch mehrere dieser Festkörper sowie auch unter Zusatz von Pigmenten bzw. sonstigen Zusatzstoffen, verwendet.

   3. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als flüssiges Medium Wasser oder organische Flüssigkeiten mit einer Dielektrizitätskonstanten von etwa 1,8 bis 80, gegebenenfalls auch Gemische dieser Substanzen, benutzt.