DE2759744B1 - Verfahren zum Schutz von Stahlbauteilen gegen Korrosion - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Ausscheidung ist ein Verfahren zum Schutz von Stahlbauteilen gegen Korrosion.

Vor dem Auftragen von Korrosionsschutzmitteln müssen Stahloberflächen durch Sandstrahlen, Flammstrahlen oder Wasserstrahlen von Korrosionsrückständen oder sonstigen Verunreinigungen befreit werden.

Alle diese Reinigungsverfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die bei bestimmten Anwendungen ihre Verwendung stark einschränken oder sogar verhindern. Die Nachteile werden besonders bei Reparaturen und Neubeschichtung feststehender Groß-Objekte, z. B. von Stahlbrücken und ähnlichen Objekten, deutlich. Das Sandstrahlen ist mit erheblicher Umweltbelastung durch umherfliegenden Sand und Staub verbunden. Eine wenig befriedigende Lösung bieten Zelte, die sehr kostenintensiv sind. Es sind Bestrebungen im Gange, das Sandstrahlen von großflächigen, feststehenden Bauteilen, wie z. B. Brücken, generell zu verbieten.

Das Flammstrahlen setzt gut ausgebildetes Bedienungspersonal voraus, um thermische Schädigungen der Konstruktion zu vermeiden. Besonders bei der Reparatur von Brücken werden die Korrosionsschutzanstriche auf der Unterseite der Fahrbahntafel thermisch geschädigt, so daß eine Erneuerung durchgeführt werden muß. Dies setzt wiederum eine komplette Rei nigung der Fahrbahntafelunterseite von Anstrichresten voraus, bis eine metallisch reine Oberfläche erreicht wird und die entsprechenden Neuanstriche aufgebracht werden können.

Das Wasserstrahlverfahren ist ein thermisch neutrales Verfahren ohne Umweltbeeinträchtigung; allerdings κ mit dem Nachteil, daß eine nasse Oberfläche zurückbleibt, auf die konventionelle Korrosionsschutzprimer auf der Basis eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Epoxidharzes nicht aufgetragen werden können, da auf feuchten Oberflächen keine ausreichende Haftung mit diesen herkömmlichen Primern erzielt wird, und somit mangelhafter Korrosionsschutz resultiert.

Auch mit den bisher üblichen wässerigen Epoxidharz

emulsionen auf der Basis eines Epoxidharzes mit Amin- oder Aminoamidhärtern werden keine brauchbaren Ergebnisse erzielt; beim Auftragen solcher wässeriger Emulsionen auf die nassen Oberflächen tritt meist ein Brechen der Emulsionen oder eine Emulsionsumkehr ein, was zu einem Ausschwimmen der Korrosionsschutzpigmente und damit zu ungenügender Haftung und Korrosionsschutzwirkung führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zu finden zum Schutz von Stahlbauteilen gegen Korrosion, bei dem der Korrosionsschutzprimer auch auf nasse Stahloberflächen aufgetragen werden kann und dabei auch zu einer guten Haftung und Korrosionsschutzwirkung führt

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man sofort nach dem Wasserstrahlen eine Epoxidharzemulsion, bestehend aus einem flüssigen Epoxidharz auf der Basis Bisphenol A und/oder Bisphenol F, einem Reaktivverdünner auf der Basis eines Di- oder Triglycidyläthers, wobei das Gewichtsverhältnis von Epoxidharz zu Reaktiwerdünner 75 bis 95 zu 25 bis 5 beträgt und einem Härtungsmittel auf der Basis eines Aminadduktes aus einem Polyamin, das mindestens zwei primäre oder eine primäre und eine sekundäre Aminogruppe enthält, und einer Epoxidverbindung, auf die noch nasse Oberfläche aufträgt

Die erzielte Korrosionsschutzwirkung ist dabei vergleichbar mit bekannten, handelsüblichen Korrosionsschutzprimern auf der Basis eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Epoxidharzes, die aber nur auf völlig trockene Oberflächen aufgebracht werden können. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Emulsion als Korrosionsschutzprimer vermindern sich auch die Sicherheitsvorkehrungen, da keine Lösungsmittel verwendet werden und somit keine Brand- oder Explosionsgefahr besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schutz von großflächigen Stahlbauteilen, wie z. B. Stahlbrücken, Lagerbehälter, Schiffe u. ä. gegen Korrosion. Zu diesem Zweck werden zunächst der Rost und andere Verunreinigungen mittels Wasserstrahlen, ggf. in Gegenwart von Sand, entfernt und sofort die erfindungsgemäße Emulsion auf die noch nasse Oberfläche aufgetragen.

Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße wäßrige Epoxidharzemulsion das Epoxidharz/Reaktionsverdünner-Gemisch in einem Anteil von 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 40%, die Korrosionsschutzpigmente zu 10 bis 25%, die Füllstoffe zu 25 bis 45%, die Hilfsmittel bis zu 3% und Wasser zu 5 bis 30%, bezogen auf die fertige Emulsion. Als Korrosionsschutzpigmente können die dafür üblichen Pigmente eingesetzt werden, wie z. B. Bleichromat, und vorzugsweise Bleisilichromat und Zink-Phosphor-Oxid-Komplexe. Als Füllstoffe eignen sich z. B. Schwerspat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciummagnesiumcarbonat, Quarzmehl; als Hilfsmittel können z. B. übliche Thixotropiermittel und Verlaufsmittel zugesetzt werden.

Das Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A oder Bisphenol F besitzt ein EÄ von 175 bis 210, vorzugsweise 175—190.

Reaktivverdünner auf der Basis eines Di- oder Triglycidyläthers sind vorzugsweise Verbindungen der Formel I und/oder II.

CH₂ -CH-CH₂-O-R-O-CH₂-CH CH₂ ORIGINAL INSPECTED

Ο—CH₂-CH-

R-O-CH₂-CH CH₂

O O CH₂ CH CH₂

O worin

R -CH₂-CH₂-O^CH₂-CH₂-OiT-CH₂-CH₂-

CH₃

CH₂-C-CH₂ CH₃

-CH₂-CH₂-CH₂-O-CH₂-Ch₂-CH₂-

η eine ganze Zahl von O bis 8 bedeutet, und CH₂-

R CH3 CH2 C OH2 CH₂-

CH₂-CH-CH₂

Die Härtungsmittel auf der Basis eines Aminadduktes aus einem Polyamin und einer Epoxidverbindung werden im üblichen Mengenverhältnis eingesetzt (vgl. Jahn, Epoxidharze, Leipzig 1968, S. 49).
Vorzugsweise werden als Härter Verbindungen der Formel III und/oder IV eingesetzt,

H₂N-R-NH-CH₂-CH-CH₂-O-R' (III)

OH
H₂N-R—NH-CH₂-CH-CH₂-O—R"—O—CH₂-CH-CH₂-NH-R-NH₂ (IV)

OH OH

R -CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂- -CH₂-CH₂-NH-CH₂-Ch₂-NH-CH₂-CH₂-

H₃C CH₂

CH,

CH₂-

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂- oder

CH₃

^-0-CH₂-CH-CH₂-O-X >-C-< 2

bedeutet.

Die Aminaddukte werden durch Umsetzung der entsprechenden Aminkomponente mit der entsprechenden Epoxidkomponente im Verhältnis 1 Mol Amin zu 0,1 bis 2,0 Epoxidäquivalenten, vorzugsweise 1 Mol Amin zu 0,2 bis 1,5 Epoxidäquivalenten, erhalten.

Vorstehend und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozente. GT steht für Gewichtsteile, EÄ für Epoxidäquivalentgewicht

Beispiele Anwendungsbeispiel 1

Auf durch Wasserstrahlen gereinigte und nasse Stahlplatten wird in bekannter Weise mittels Pinsel oder Bürste eine Mischung der folgenden Zusammensetzung aufgetragen und die so hergestellten Prüfplatten bei Raumtemperatur zwischen 18—22°C und 70—90% rel. Feuchte gehärtet

Zusammensetzung der Mischung: Komponente A:

30GT Epoxidharz-Zusammensetzung 1

22GT

38GT

3GT

7GT 100 GT

Bleisilichromat Schwerspat Thixotropierungsmittel (modifizierter Montmorillonit, 3%ig in H₂O)

Wasser

Komponente B:

143GT Härtungsmittel A 5,7GT Wasser 20,0GT

Mischungsverhältnis: Komponente A : Komponente B -100 :20.

Epoxidharz-Zusammensetzung 1:

85 GT Diglycidyläther des Bisphenol A,

EA-175-190 15GT Triglycidyläther des Trimethylolpropan,

EÄ-150-170

Härtungsmittel A

Addukt aus einem cycloaliphatischen Amin und einer Epoxidverbindung mit einem EÄ von ^₀ 175—190 (Diglycidyläther des Bisphenol A). Das Aminaddukt wird mit Benzylalkohol auf Verarbeitungsviskosität verdünnt

Analysedaten: Aminäquivalent: 83,5 Viskosität bei 25° C: ca. 3500 mPa · s Topfzeit: lOOg-Ansatz: 30—35 min

Nach der Aushärtung wurden folgende Eigenschaften gemessen:

Schichtdicke: 40—50 um Farbe des Filmes: orange Trocknung nach DIN 53150:

Tl-2-3h

T7-12h

Gitterschicht nach DIN 53151 nach 24 h: 0 Gitterschicht nach 7 d: 0

Erichsentiefung nach DIN 53156 nach 7 d: 4—5 mm Schlagtiefung nach ASTM D 2794-69 n. 7 d: 50/30 Salzsprühtest nach DIN 50021 nach 7 d:

200 h ohne Beanstandung Kesternichtest nach DIN 50018 nach 7 d:

30 Runden ohne Beanstandung Außenbewitterung Industrieatmosphäre nach 7 d:

3 Monate ohne Beanstandung Haftung auf der Stahloberfläche

nach 4 d: 3,8 N/mm², Kohäsionsbruch 90%

nach 7 d: 4,1 N/mm², Kohäsionsbruch 100%

Zur Bestimmung der Haftung des erfindungsgemäß hergestellten Primers auf der Stahloberfläche wurden Probekörper mit den Abmessungen 5 χ 5 cm mit einem hochwertigen Epoxidharzklebstoff aufgeklebt und nach h die aufgeklebten Probekörper mit einem Herion-Abreißgerät senkrecht zur Oberfläche abgerissen. Dabei wurde die maximale Kraft gemessen und das Bruchbild nach Kohäsions- und Adhäsionsbruch beurteilt

Anwendungsbeispiel 2

Wie Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die beschichteten Probeplatten nach 2 h Härtung zwischen 18—22° C dem Außenklima ausgesetzt wurden.

Bedingungen:

Temperatur nachts zwischen +2— +5⁰C sofortige Regeneinwirkung Temperatur am Tage +5— + 10⁰C mit mindestens 4 h Regeneinwirkung

Lacktechnische Eigenschaften, Salzsprühtest- und Kestemichtestergebnisse wie im Beispiel 1. Haftung auf der Stahloberfläche nach 7d

3,5 N/mm², Kohäsionsbruch ca. 95%. Prüfmethode wie im Beispiel 1 beschrieben.

Anwendungsbeispiel 3

Analog Beispiel 1 wurde die folgende Mischung auf frisch gereinigte, nasse Stahloberflächen aufgetragen, gehärtet und geprüft

Zusammensetzung der Mischung:
Komponente A:

30 GT Epoxidharz-Zusammensetzung 2 22GT

38GT

3GT

7GT
100 GT

Bleisilichromat

Füllstoffe + Pigment wie im Beispiel 3

Thixotropierungsmittel (modifizierter

Montmorillonit 3%ig in H₂O)

Wasser

Komponente B:

15,8 GT Härtungsmittel B
4,2GT Wasser
20,0GT

Mischungsverhältnis A : B= 100 :20. Epoxidharz-Zusammensetzung 2:

85 GT Diglycidyläther des Bisphenol F,

EA= 170-190
15GT Diglycidyläther des Neopentylglycol,

EA = 130-145

Härtungsmittel B

Addukt aus einem aliphatischen Amin und Phenylglycidyläther. Das Aminaddukt wird mit Benzylalkohol auf Verarbeitungsviskosität verdünnt.

Analysendaten:

Aminäquivalent: 92,5

Viskosität bei 25⁰C: ca. 3500 mPa ■ s Topfzeit: lOOg-Ansatz: 20—25 min

Nach der Aushärtung wurden folgende Eigenschaften gemessen:

Schichtdicke: 40—50 μπι

Farbe des Filmes: orange

Lacktechnische Eigenschaften, Salzsprühtest- und Kesternichtestergebnisse wie im Beispiel 1.

Haftung auf der Stahloberfläche: 3,6 N/mm².

Auch unter den Härtungsbedingungen, wie im Beispiel 2 beschrieben, resultieren die gleichen Ergeb

nisse.

Vergleichsbeispiel 1

Zum Vergleich wurde ein handelsüblicher Primer mit folgender Zusammensetzung geprüft:

Komponente A:

20,0 GT Epoxidharz auf Basis bisphenol A EA 450-500, gelöst 75%ig in Xylol

0,5GT Polysulfidpolymer mit einem Molekulargewicht von 1000 und einer trifunktionellen Vernetzung von 2% 10,0GT Zinkchromat

2,0GT Chromgelb

1,0GT Eisenoxidgelb
35,0GT Schwerspat
10,0GT Microtalkum

6,0GT Methylisobutylketon (MlBK) 6,5 GT Xylol-Toluol-Gemisch 4,0GT Thixotropiermittel (modifizierter Montmorillonit 10%ig in Toluol) 95,5 GT

Komponente B:

3,2 GT Härter auf Basis Polyaminoamid

1,3GT MIBK

4,5GT

Mischungsverhältnis: 95,5 GT Komponente A: 4,5 Komponente B. Die Komponenten A und B werden vor dem Verarbeiten homogen gemischt.

Die so vorbereitete Mischung wird auf die durch Wasserstrahlen gereinigte und nasse Stahloberfläche mittels Pinsel oder Bürste in bekannter Weise aufgetragen. Die so hergestellten Prüfplatten wurden bei Raumtemperatur zwischen 18—22⁰C und 70—90% relativer Luftfeuchte gehärtet.

Folgende Eigenschaftswerte wurden gemessen:

Schichtdicke: 40—45 μπι
Farbe des Films: rotbraun
Aussehen:

Verlaufsstörungen, hervorgerufen durch den

nassen Untergrund
Gitterschicht nach DIN 53151

nach 24 g: 0

nach 7 d: 0

Erichsentiefung nach DIN 53156 nach 7 d: 3—4 mm Schlagtiefung nach ASTM D 2794-69 nach 7 d:

60/20
Salzsprühtest nach DIN 50021 nach 7 d:

200 h, Rostgrad: ca. 3
Kesternichtest nach DIN 50018 nach 7 d:

30 Runden, starke Ausbleichung
Außenbewitterung Industrieklima nach 7 d:

3 Monate ohne Beanstandung
Haftung auf der Stahloberfläche

nach 4d: 1,2 N/mm² mit Schwankungsbreite

±50%

nach 7 d: 1,8 N/mm² mit Schwankungsbreite

±35%

Zur Messung der Haftung siehe Beispiel 1.

Zum weiteren Vergleich wurden Prüfplatten unter den gleichen Eigenschaften, wie im Beispiel 2 beschrieben, gehärtet. Durch die starke Regeneinwirkung wurde die Aushärtung gestört, es resultierte eine klebrige Oberfläche, die eine sehr schlechte Verfilmung zeigte. Aufgrund dieses Befundes war eine Prüfung der Haftung nicht möglich.

Durch die Oberflächenstörung, hervorgerufen durch Regeneinwirkung, zeigte sich bei dem Salzsprühtest schon zwischen 60—80 h eine starke Blasenbildung mit Unterrostung.

Vergleichsbeispiel 2

Hierzu wurde ein Polyaminoamid-Härter eingesetzt, der insbesondere für Epoxidharzemulsionen empfohlen wird.

Zusammensetzung des Primers
Komponente A:

35 GT Epoxidharz-Zusammensetzung 1
23,5GT Bleisilichromat
23,5GT Schwerspat
_fe5 0,2 GT Thixotropierungsmittel (modifizierter

Montmorillonit, 3%ig in H₂O)
17,8GT Wasser

100 GT

030 138/328

Komponente B:

23 GT Härter auf Basis Polyaminoamid

Mischungsverhältnis: Komponente A : Komponente B= 100:23.

Die Komponenten A und B werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis homogen gemischt Zur Verbesserung der Verarbeitungsviskosität können noch bis zu 15 GT Wasser zugesetzt werden.

Die so vorbereitete Mischung wird auf die durch Wasserstrahlen gereinigte und nasse Stahloberfläche mittels Bürste oder Pinsel in bekannter Weise aufge-

tragen. Dabei wird das auf der Oberfläche vorhandene Wasser durch die starke Walkwirkung des Pinsels oder der Bürste in die Emulsion eingearbeitet Dies hat zur Folge, daß durch das große Wasser-Angebot von der durch das Strahlen aufgerauhten Oberfläche die Korrosionsschutzpigmente und Füllstoffe ausschwimmen und kein zusammenhängender Korrosionsschutzfilm resultiert* .,Verstärkt wurde diese nachteilige Erscheinung noch ^durch Regeneinwirkung innerhalb der Antröclcn\flig&phase. Aus diesem Grunde konnten bei diesem Vergleichsversuch weder Salzsprühbeständigkeit noch Haftung auf dem Untergrund bestimmt werden.

OWGINAL INSPECTED

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Schutz von Stahlbauteilen gegen Korrosion durch Entfernen von Rost und anderen Verunreinigungen mittels Wasserstrahlen, gegebenenfalls in Gegenwart von Sand, und nachfolgendes Aufbringen eines Korrosionsschutzprimers, dadurch gekennzeichnet, daß man sofort nach dem Wasserstrahlen eine Epoxidharzemulsion, bestehend aus einem flüssigen Epoxidharz auf der Basis Bisphenol A und/oder Bisphenol F, einem Reaktivverdünner auf der Basis eines Di- oder Triglycidyläthers, wobei das Gewichtsverhältnis von Epoxidharz zu Reaktiwerdünner 75 bis 95 zu 25 bis 5 beträgt und einem Härtungsmittel auf der Basis eines Aminadduktes aus einem Polyamin, das mindestens zwei primäre oder eine primäre und eine sekundäre Aminogruppe enthält, und einer Epoxidverbindung, auf die noch nasse Oberfläche aufträgt