DE4212691A1

DE4212691A1 - Katalytisch wirksame Überzugsmasse

Info

Publication number: DE4212691A1
Application number: DE4212691A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl Ing Voss; Manfred Weigand
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-12-16
Also published as: JPH0649660A; EP0565941B1; JP3263473B2; DE69310989T2; DE69310989D1; EP0565941A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine katalytisch wirksame Überzugsmasse, die sich dadurch auszeichnet, daß sie eine Emailfritte, Inertstoffe und als Oxidationskatalysator ein mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtetes plättchen förmiges Substrat enthält.

Katalytisch wirksame Emails werden insbesondere für die Beschichtung von Metallsubstraten, insbesondere auf email lierfähigem Stahl zur Ausbildung kontinuierlich selbstrei nigender Beschichtungen auf Ofenwandungen von Koch-, Back- und Grillgeräten verwendet.

Selbstreinigende Emailbeschichtungen auf Ofenwandungen auf Basis eines Oxidationskatalysators sind seit langem bekannt und in hohem Maße vorteilhaft, da sie die Entfernung von Fetttropfen bzw. organischen Speiseresten bei den üblicher weise verwendeten Back- und Grilltemperaturen von 180-280°C ermöglichen und somit den separaten Reinigungszyklus, wie z. B. bei pyrolytischen Öfen, bei erhöhter Temperatur erspa ren.

Katalytisch wirksame Überzugsmassen sind seit langem bekannt. Sie weisen aber eine Reihe von technischen, ökonomischen und/ oder ökologischen Nachteilen auf, die ihre allgemeine Ver wendbarkeit mehr oder weniger einschränken. In der Regel enthalten die Überzugsmassen als Oxidationskatalysator eine oder mehrere Sauerstoffverbindungen von Edelmetallen oder Schwermetallen wie Kobalt, Nickel, Kupfer, Chrom oder Mangan. Aus der US 3,266,777 ist eine selbstreinigende Überzugsmasse auf Basis eines Oxidationskatalysators bekannt, die sehr aufwendig herstellbar ist und aufgrund der enthaltenen Edel metalle sehr teuer ist. In der US 3,460,523 wird eine Überzugsmasse für die Beschichtung grundemaillierter Metall substrate beschrieben, die ebenfalls teure katalytisch wirk same Metalle bzw. Metalloxide, wie z. B. Platin, Ruthenium enthält. Diese nicht unbedenklichen Mengen an Edel- oder Schwermetallen sind im nächsten Kontakt mit Back- und Grill waren problematisch.

Es bestand somit ein Bedürfnis, eine katalytische wirksame Überzugsmasse zu finden, die als Oxidationskatalysator kein toxisches Schwermetall/-oxid enthält, aber dennoch eine hohe katalytische Wirksamkeit aufweist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die katalytische Wirkung einer Überzugsmasse, die als Oxidationskatalysator statt der Edel- bzw. Schwermetalloxide ein mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtetes plättchenförmiges Sub strat enthält, signifikant gesteigert werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine katalytisch wirksame Überzugsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Email fritte, Inertstoffe und als Oxidationskatalysator ein mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtetes plättchenförmiges Substrat enthält.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstel lung der Überzugsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Emailfritte vorgemahlen wird, mit den Inertstoffen vermischt und naß aufgemahlen wird und der Oxidationskatalysator zuletzt zugegeben wird.

Das für die Überzugsmasse verwendete erfindungsgemäße Email enthält bevorzugt emailübliche Bestandteile, wie SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, P₂O₅, Fe₂O₃, AI₂O₃, Alkalioxide und Erdalkalioxide.

Zur Oberflächenvergrößerung werden hitzebeständige Inert stoffe wie z. B. Quarz, Feldspat oder Aluminiumoxid verwendet, die mit einem Gewichtsanteil von 20-80 Gew.%, vorzugsweise 40-60 Gew.%, bezogen auf das Trockengewicht der Masse, vor liegen. Die katalytisch wirksame Substanz ist ein mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtetes plättchenförmiges Substrat.

Bevorzugte plättchenförmige Substrate sind insbesondere Schichtsilikate und Oxide oder mit Oxiden beschichtete Materialien, da sie an der Oberfläche reaktive OH-Gruppen besitzen. Beispiele sind hierfür einerseits Glimmer, Talkum, Kaolin oder andere vergleichbare Mineralien, andererseits auch plättchenförmiges Eisenoxid und Wismutoxychlorid sowie Aluminiumplättchen oder metalloxidbeschichtete Aluminium plättchen. Als Oxidationskatalysator eignen sich insbesondere Perlglanzpigmente auf Glimmerbasis. Perlglanzpigmente sind Glimmerplättchen mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 200 µm und einer Dicke von etwa 0,1 bis 5 µm, die mit einer Be schichtung von farbigen oder farblosen Metalloxiden, insbe sondere TiO₂, Fe₂O₃, SnO₂, Cr₂O₃, ZnO und anderen Metalloxiden, allein oder in Mischung, in einer einheitlichen Schicht oder in aufeinanderfolgenden Schichten versehen sind.

Solche Pigmente sind in zahlreichen Patenten und Patentanmel dungen beschrieben, wie z. B. den deutschen Patentschriften 14 67 468, 19 59 998, 20 09 566, 21 06 613, 22 14 545, 22 15 191, 22 44 298, 23 13 331, 24 29 762, 25 22 572, 31 37 808, 31 37 809, 31 51 343, 31 51 354, 31 51 355, 32 11 602 und 32 35 017, und können nach den dort beschrie benen Verfahren hergestellt werden. Solche Pigmente bestehen in der Regel zu etwa 20 bis 60 Gew.% aus Glimmer, wobei die Metalloxide im wesentlichen den Rest ausmachen.

Insbesondere katalytisch wirksame Emailbeschichtungen, die titan- und/oder eisenhaltige Perlglanzpigmente als Oxida tionskatalysator enthalten, zeichnen sich gegenüber herkömm lichen Emails durch eine erhöhte Selbstreinigungsfähigkeit aus.

Das erfindungsgemäße Email enthält 1 bis 50 Gew.%, vorzugs weise 3 bis 30 Gew.% und insbesondere 5 bis 20 Gew.% an Oxidationskatalysator.

Die für das Email benötigten Emailfritten werden aus handels üblichen Emailrohstoffen wie Quarzmehl, Borax, Feldspat, Natriumpolyphosphat, Zirkonsand, Soda und Kalk bei Temperatu ren von 1200 bis 1400°C geschmolzen und über wassergekühlte Stahlwalzen bzw. durch Ablassen in Wasser abgeschreckt. Die so hergestellten Emailfritten werden trocken auf eine Mahl feinheit von 0,1-300 µm, vorzugsweise 10-20 µm vermahlen, mit den Inertstoffen vermischt und naß vermahlen. Das Email wird auf eine Mahlfeinheit von 1-3 cm³ auf einem Sieb mit 3600-16 900 Maschen/cm² aufgemahlen. Zuletzt wird der Oxidati onskatalysator untergemischt.

Zur Prüfung der Selbstreinigungseigenschaften wird die Überzugsmasse auf Prüfbleche aufgebracht, evtl. getrocknet und bei Temperaturen von 560 bis 840°c eingebrannt. Die so hergestellten Emailbeschichtungen haben eine Schichtdicke von 100 bis 500 µm, vorzugsweise von 200 bis 400 µm.

Die Beurteilung der Selbstreinigungsfähigkeit der Emails erfolgt nach DIN ISO 8291 (Öltest). Im Vergleich zu den herkömmlichen Emails ca. 7 Zyklen nach DIN ISO 8291, zeigt das erfindungsgemäße Email eine erhöhte Zyklenzahl.

Die Überzugsmasse kann nach den üblichen Auftragsverfahren wie Spritzen, Fluten oder Tauchen auf der Metalloberfläche aufgetragen werden. Gegenstand der Erfindung ist somit auch, daß die Überzugsmasse in Form einer wäßrigen Suspension im Zweischicht-Zwei-Brand-Verfahren oder im Zweischicht-Ein- Brand-Verfahren auf das Metallsubstrat aufgetragen wird.

Das Email wird zur Ausbildung selbstreinigender Beschichtung en auf Ofenwandungen von Koch-, Back- und Grillgeräten ver wendet.

Gegenstand der Erfindung ist somit auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Emails für die Beschichtung von Metallsub straten zur Ausbildung kontinuierlich selbstreinigender Beschichtungen von Koch-, Back- und Grillgeräten. Geeignetes Metallsubstrat ist vorzugsweise emaillierfähiger Stahl.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Bei spiele:

Beispiel 1

Eine handelsübliche Emailfritte (transparente Mattemail fritte, MT 7520, Fa. Wendel GmbH) mit einem Erweichungspunkt von 815°C wurde in einer Kugelmühle trocken auf eine Mahl feinheit von durchschnittlich 10 bis 200 µm vorgemahlen. Die vorgemahlene Fritte wurde anschließend mit Inertstoffen trocken zum Katalytikemail 1 vermischt und nach Mühlen formel 1 naß aufgemahlen.

Der Katalytikemail 1 setzt sich folgendermaßen zusammen:
MT 7250 vorgemahlen 28
Quarzsand 39
Gesteinsmehl 28
Borphosphat 4,5
Methylcellulose 0,5
Mühlenformel 1
Katalytikemail 1 80
Ton weiß 500*
Blauton 530/N*
Borsäure 0,15
Magnesiumcarbonat 0,15
Natriumnitrit 0,15
Wasser 50.
(Fa. Müllenbach & Thewald).

Das Email wurde auf eine Mahlfeinheit von 3 cm³ auf einem Sieb mit 3600 Maschen/cm² aufgemahlen.

Dem aufgemahlenen Katalytikemail, nach der Mühlenformel 1, wurden dann
10 Teile Iriodin 153 (mit TiO₂ beschichtetes Glimmer pigment der Teilchengröße 30-100 µm, der Fa. E. Merck. Darmstadt)
zugegeben und kurz untergemischt.

Diese Überzugsmasse wurde auf ein grundemailliertes Stahl muster aufgespritzt, bei ca. 80°C getrocknet und bei 820°C 4 Minuten eingebrannt. Die Schichtdicke betrug 350 µm. Das fertig emaillierte Muster, nach ISO 8291 getestet, zeigte eine Selbstreinigungsfähigkeit von 19 Zyklen bis zum Ver lacken.

b) Dem aufgemahlenen Katalytikemail, nach der Mühlenformel 1, wurden

10 Teile Iriodin 163 (mit TiO₂ beschichtetes Glimmerpigment der Teilchengröße 40-200 µm, der Fa. E. Merck, Darmstadt)
zugegeben. Die Überzugsmasse wurde analog Beispiel a auf ein grundemailliertes Stahlmuster aufgetragen. Bei einer Schichtdicke von 400 µm wurde eine Selbstreinigungs fähigkeit von 17 Zyklen erreicht.

c) Dem aufgemahlenen Katalytikemail, nach der Mühlenformel 1, wurden

Die Schichtstärke betrug 300 µm. Das fertig emaillierte Muster, nach ISO 8291 getestet, zeigte eine Selbstreini gungsfähigkeit von 14 Zyklen.

Claims

1. Katalytisch wirksame Überzugsmasse, dadurch gekennzeich net, daß sie eine Emailfritte, Inertstoffe und als Oxida tionskatalysator ein mit ein oder mehreren Metalloxiden beschichtetes plättchenförmiges Substrat enthält.

2. Verfahren zur Herstellung der Überzugsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emailfritte vorgemah len wird, mit den Inertstoffen vermischt und naß aufge mahlen wird und der Oxidationskatalysator zugegeben wird.

3. Überzugsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Oxidationskatalysator bezogen auf das Email 1 bis 50 Gew.% beträgt.

4. Verwendung der Überzugsmasse nach Anspruch 1 für die Beschichtung von Metallsubstraten zur Ausbildung kontinu ierlich Selbstreinigender Beschichtungen auf Ofenwandun gen von Koch-, Back- und Grillgeräten.

5. Selbstreinigende beschichtete Metallsubstrate, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Überzugsmasse nach Anspruch 1 beschichtet sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Substrates nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsmasse in Form einer wäßrigen Suspension im Zweischicht-Zwei-Brand- oder im Zweischicht-Ein-Brand-Verfahren auf das Metallsubstrat aufgetragen wird.