DE2262426A1 - Verfahren zum faerben von aluminium oder von aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zum faerben von aluminium oder von aluminiumlegierungenInfo
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Description
DAINIOHISEIKA COLOR * CHEMICALS MFG., CO., LTD.,
Tokyo, Japan
Verfahren zum Färben von Aluminium oder von Aluminiumlegierungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Färben von Aluminium
oder Aluminiumlegierungen durch anodische Oxydation des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung in Gegenwart einer Säure und
Behandlung mit einem Pigment.
Es sind bereits Verfahren zum Färben von Aluminium und von Aluminiumlegierungen
bekannt. Diese seiern im einzelnen im folgenden
diskutiert.
(1) Das japanische Patent Nr. 65742 beschreibt ein Verfahren zum Färben von Aluminium oder von Aluminiumlegierungen
durch anodische Oxydation und nachfolgendes Eintauchen in eine Lösung eines wasserlöslichen oder öllöslichen
Farbstoffs.
(2) Die japanischen Patentanmeldungen 1715/1963 und 16566/1971 beschreiben ein Verfahren zum Färben durch anodische
Oxydation und nachfolgendes Eintauchen in eine wässrige Lösung eines Metallsalzes worauf das Produkt mit Wechselstrom
elektrolysiert wird um das Aluminium mit anorganischem Material einzufärben.
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(3) Die japanische Patentanmeldung Nr. 12566/1969 beschreibt
ein Verfahren sub Einfärben durch anodieche Oxydation in
einer wässrigen Lösung einer Säure oder eines Metallsalzes unter Auebildung einer gefärbtem oxydierten Membran.
(4) Die japanische Patentanmeldung Nr. 21284/1971 beschreibt
ein Verfahren sum Einfärben durch elektrolytisches Färben oder durch natürliches Färben unter Ausbildung einer
gefärbten Membran bei der anodischen Oxydation wobei ein synergis ti scher Sf feiet »wischen einer spesiflachen Aluminiumlegierung einerseits und einer bestimmten Elektrolytlösung andererseits eintritt.
Bei dem Verfahren (1) ist die Lichtechtheit der Farbstoffe sehr
gering und demgemäß ist es schwierig, das so behandelte Aluminium für Außenanwendungen vor ansehen. Gemäß den Verfahren (2)
und (3) ist die Herstellung des Elektrolyten und die Steuerung
der Elektrolytbedingungen recht kompliziert und ein« gleichförmige Sinfärbung ist schwer au eraielen. Ferner sind die Arten
der Färbungen sehr begrenzt. Bei dem Verfahren (4) ist eine
Bpeaifieche Aluminiumlegierung erforderlich um zu einer gleichförmigen Färbung zu kommen, so daß die Kosten für die Ausgangsmaterialien recht hoch sind. Ferner sind auch die Farbarten
begrenzt. > . ' ,,:..^ .:.... : - .
Es ist' ferner folgendes verbessertes Verfahren aus der ;,. ;■.,... ^"
Japanischen Patentanmeldung Nr. 22843/1971 bekannt:
(5) Bei diesem Verfahren wird die Einfärbung dadurch erreioht,
daß man ein organisches Pigment, welches eine größere
Echtheit als Farbstoffe aufweist, in konzentrierter ,.,... '
Schwefelsäure auf löst und diese Lösung but Einfärbung
verwendet. Alternativ kann mit diesem Pigment time Farbe
sum Beschichten des Aluminiums hergestellt werden.
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Da 98-#ige konzentrierte Schwefelsäure bei dem Verfahren (5)
verwendet wird, ist die Handhabung dieses Verfahrens gefährlich
und mit einer großen Anzahl von Nachteilen verbunden. Im Falle einer -Beschichtung mit einer Farbe treten Nachteile
hinsichtlich des Haftvermögens, der (Transparenz und der Klarheit auf» - x
Es ferner ein weiteres Verfahren aus der japanischen Patent- "
anmeldung Nr. 14038/1968 bekannt.
(6) Bei diesem Verfahren wird das Aluminium mit einer anodisch oxydierten Membran versehen. Danach wird das Produkt mit einem feinen anorganischen Pigment durch Elektrophorese
behandelt, worauf das gefärbte Produkt auf 350 0C erhitzt wird um eine hohe Kratzfestigkeit und
eine gute Färbung hervorzurufen.
Das Verfahren (6) ist nicht hinsichtlich der Säure, des Dispersionsmittels
oder des anorganischen Pigments beschränkt. Es wurde jedoch gefunden, daß es unmöglich ist, die Pigmentpartikel in die Hohlräume und Poren der anodisch oxydierten Membran
eindringen zu lassen oder dieselben an der Oberfläche der Membran zu adsorbieren. Die Membran wird unter Verwendung von
Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure oder durch Flammeninjektion gebildet. Dies hat seinen Grund darin, daß die Aktivität
und die Größe der Löcher in der anodisch oxydierten Membran je nach den Bedingungen der Behandlung geändert werden. Die
Aktivität und die Größe der Löcher ist sehr gering wenn mit herkömmlichen Methoden gearbeitet wird.
Darüber hinaus stellt bei herkömmlichen elektrophoretischen.
Methoden das Dispersionsmittel, welches zur Dispergierung des Pigments in Wasser verwendet wird, einen wesentlichen Faktor
dar. Wenn ein anionisches, kationisches oder nichtionischanionisches Dispersionsmittel verwendet wird, so koaguliert
die Pigmentdispersion und eignet sich nicht mehr zum Einfärben von Aluminium.
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Es ist daher Aufgabe der Torliegenden Erfindung, ein Verfahren
der genannten Art zum färben von Aluminium oder Aluminiumlegierungen
mit großer Farbechtheit und Farbechönheit au schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgeaäß dadurch gelöst, daß man die
anodische Oxydation in Gegenwart einer Phosphoreauerstoffeäure
oder einer Säuremischung von einer Fhosphorsauerstoffsäure und
einer anderen Säure zur Ausbildung einer porösen anodisch oxydierten Membran durchfuhrt, welche mit einer wässrigen Dispersion
des Pigments in Berührung* gebracht wird.
Es ist bevorzugt, ein Gemisch einer Phosphorsauerstoffsäure
und einer anderen organischen oder anorganischen Säure einzusetzen um gewisse Nachteile hinsichtlich einer hohen Badspannung
und hinsichtlich einer stark exothermen Reaktion zu vermeiden. Wenn die Säuremischung aus der Phosphorsaueretoffsäure, wie
z. B. Phosphorsäure und der anderen Säure,wie z. B. Schwefelsäure,
verwendet wird, kann man eine leichte Färbung erzielen auch wenn die Membran sehr dick ist. Wenn man eine Phosphorsauerstoff
säure verwendet, so ist es schwierig, eine leichte Färbung zu erzielen, wenn die Membran sehr dick ist.
Bas Aluminium und die Aluminiumlegierungen können in verschiedensten
Formen vorliegen. Legierungen mit Kupfer, Silizium, Eisen, Mangan, Magnesium, Zink, Chrom, Titan, Blei, Nickel
oder Wismuth kommen in Frage, wie z. B. die Aluminiumlegierungen
1S, 2S, 3S, 150 SA, 4S, 52S, 56S, NP 5/6, A 54S, 61S, 63S, US, A 17S, 17S, 24S und 75S oder dergleichen. Im folgenden
werden diese Bezeichnungen für die Aluminiumlegierungen verwendet. Es seien nun einige Tests für Aluminium und die Aluminiumlegierungen
angegeben.
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U.S.A. | JIS | 99,50 a/o Al | normal |
1S | (A 1050) | 99,00 % Al | ■II |
2S | (A 1100) | Al-Mn-Typ | korrosionsbeständig |
3S | (A 3003) | Al-Mg-Typ | Il |
150 SA | (A 5005) | Al-Mg-Typ | Il ■ |
4S | (A 3004) | Al-Mg-Typ | korrosionsbeständig große Festigkeit |
52S | (A 5052) | Al-Mg-Typ | Il |
56S | (A 5056) | Al-Mg-Typ; | Il |
NP 5/6 | (A 5083) | Al-Mg-Typ | Il |
A 54 S | (A 5154) | Al-Mg-Si-Typ ' | korrosionsbeständig wärmebehandelt |
61S | (A 6061) | Al-Mg-Si-Typ | Il |
63S. | (A 6063) | Al-Cu-Typ | -wärmebehandelt große Festigkeit |
14S | (A 2014) | Al-Cu-Typ | Il |
A 17 S | (A 2117) | Al-Cu-Typ | I! |
17S | (A 2017) | Al-Cu (geschichtet) " | |
24S | (A 2024) | Al-Cu (geschichtet) " | |
75S | (A 7075) | ||
Sie poröse anodisch oxydierte Membran des Aluminiums kann feine
Haarlöcher aufweisen, welche dadurch entstehen,, daß ein bestirnter elektrischer Strom in der wässrigen sauren Lösung mit der
Sauerstoffsäure des Phosphors oder dar genannten Säteemisoirang
fließt. Die Sauerstoffsäure des Phosphors kamm aus la Wasser
aufgelösten Phosphoroxyden bestehen, wie z„ B. Orthophosphor«·
säure, Metaphosphorsäure, Pyrophosphorsäure, Poljmetaphosphorsäure
oder Mischungen derselben. Bevorzugt sind Orthophosphorsäuren,
hergestellt durch Zugabe von JP2°5 in Wasser.
Die anderen organischen und anorganischen Säuren,', welche zur
Herstellung der Säuremischung verwendet werden* können Schwefelsäure,
Chromsäure, Borsäure, Oxalsäure, SuIfaminsäure„ Malonsäure, SuIf03alicy!säure, Maleinsäure, Zitronensäure, Weinsäure
Phthalsäure, Benzolsulfonsäure. Bernsteinsäure ©der Milchsäure
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oder dgl. sein. Schwefelsäure und Oxalsäure sind insbesondere bevorzugt.
4 ■
Die Phosphorsauerstoffsäure oder die Säuremisohung liegt vorzugsweise in wässriger Lösung von 0,1 - 30 Gewichtsprozent und
vorzugsweise 2-15 Gewichtsprozent der Säure vor. Wenn eine Säuremischung verwendet wird, so enthält diese vorzugsweise
50 - 150 Gewichtsprozent einer anderen Säure, bezogen auf die Phosphor sauerstoff säure. Es ist möglich, verschiedene Metallsalze wie z. B. Aluminiumsulfat der Säure zuzusetzen ra die
Badstabilität und die Antikorrosionswirkung der anodisch
oxydierten Membran zu verbessern.
Die anodische Oxydation wird vorzugsweise bei 15 - 35 °C Badtemperatur während 10 - 60 min und bei 0,5 - 2,0 A/dm2 (Stromdichte) durchgeführt. Es ist möglich das Verfahren dahingehend
zu modifizieren, daß das Aluminium zunächst in Gegenwart der Phosphorsauerstoffsäure anodisch oxydiert wird worauf nochmals
in Gegenwart der anderen Säure, wie z. B. der Oxalsäure oder der Schwefelsäure ein zweites Mal anodisch oxydiert wird. Bei
dieser zweistufigen Methode ist die Regelung des anodischen Oxydationsbades leichter als bei Verwendung der Säuremischung.
Die anodische Oxydation kann mit Hilfe eines Säurebades durchgeführt werden, welches die Pigmentdlepersion enthält, so daß
das Pigment an die anodisch oxydierte Membran adsorbiert wird. Das letztere Verfahren hat bestimmte Vorteile. Es muß Jedoch
ein Pigment verwendet werden, welches gegenüber vom Säure und gegenüber Oxydation beständig ist.
Wenn die Zeitdauer zwischen der anodischen Oxydation und der
Berührung mit der wässrigen Pigmentdispersion zu lang ist, so
korrodiert die anodisch oxydierte Membran und wird inaktiv. In diesem fall ist es bevorzugt, eine Versiegelungsbehandlung
mittels Dampf oder dergleichen durchzuführen. Die Aktivität der anodisch oxydierten Membran gegenüber der wässrigem Pigmentdispersion geht nicht verloren, da die Membran durch «modische
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Oxydation in Gegenwart der Phosphorsauerstoffsäure gebildet
wurde. Demgegenüber geht die Adsorbtionsaktivität von Membranen rasch verloren, welche ohne Phosphorsauerstoffsäuren gebildet
wurden. Die Adsorb!tonsaktivitat der erfindungsgemäß gebildeten
Membranen bleibt während etwa 2 Tagen in normaler Stärke aufrechterhalten. Demgemäß ist es bevorzugt, die Behandlung innerhalb
von 2 Tagen nach der anodischen Oxydation in Gegenwart
der Phosphorsauerstoff säure durchzuführen. Die Versiegelungsbehandlung kann durch Anwendung Yon Dampf ,heißem Wasser, Nickelacetat,
KaliumMchr oma t, Natriumsilikat oder dergleichen ausgeführt
werden. .
Wenn bei der anodischen Oxydation eine Säuremischung verwendet wird, so kann die Adsorptionsaktivität der anodisch oxydierten
Membran durch Veränderung des Verhältnisses der Phosphorsauerstoff
säure zu der anderen Säure eingestellt werden. Ferner kann
auf diese Weise auch die Farbtiefe des Endprodukts ausgewählt werden. Ein hoher Gehalt an Phosphorsäure bewirkt eine größere
Farbtiefe des Endprodukts. Wenn es nicht gelingt, anhand der
Auswahl der Bedingungen der Konzentration der Phosphorsauerstoffsäure und der andreren Säure, der Konzentration der wässrigen
Pigmentdispersion und der Pigmentart land anderer Bedingungen die Farbtiefe genügend stark einzustellen, so ist es möglich,
eine größere Farbvertiefung zu bewirken, wenn man einen elektrischen
Strom durch die wässrige Pigmentdispersion schickt. Diese Maßnahme stellt ein Hilfsmittel zur Verstärkung der Adsorption
dar (Elektrophorese). Wenn zusätzliche Elektrophorese angewandt wird, so ist es erforderlich, ein Dispersionsmittel auszuwählen,
welches für die wässrige Pigmentdispersion verwendet wird. Es
wurde gefunden, daß die wässrige Pigmentdispersion bei Verwendung
von anionischen, kationischen oder nichtioniseh-anionisehen
Dispersionsmitteln koaguliert. Eine Koagulation findet jedoch nicht statt, wenn man ein nichtioniseh.es oder ein niehtionisch-".
kationisches Dispersionsmittel verwendet. Darüber hinaus wird
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bei Verwendung dieser Dispersionsmittel die Adsorption dee
Pigments gefördert. Wenn keine Elektrophorese angewendet
wird, so ist die Auswahl der Dispersionsmittel nicht beschränkt» Bas Aluminium kann eingefärbt werden, indem man das Pigment
gemäß vorliegender Erfindung an der Membran adsorbiert. Es ist jedoch auch möglich, die verschiedenen Farbechtheiten, wie z.B.
die Wetterbeständigkeit, die chemische Beständigkeit oder dgl. zu erhöhen, wenn man das gefärbte Aluminiumprodukt mit einem
geeigneten Seschichtungsmaterial, wie z. B. mit einem Harz
überzieht· Sie wässrige Pigmentdispersion kann durch Dispergieren eines in Wasser und öl unlöslichen Pigments mit einem nichtionischen,
anionischen oder kationischen Dispersionsmittel hergestellt werden. Bei der Herstellung der Dispersion kann man alle
bekannten organischen oder anorganischen Pigmente einsetzen, wie PhthaloojMin-Pigmente, Anthraohinon-Pigmente, Perynon-Pigmente,
Perylen-Pigmente, Indigo-Pigmente, fhioindigo-Pigmente,
Dioxadin-Pigmente, Chinacridon-Pigmente, Azokupplungs-Pigmente, Azokondensations-Pigmente, Isoindolenon-Pigmente und Anilinschwarz, Ruß, Titanoxyd, Chromgelb, Molybdänrot, Eisenoxyd,
Chromoxydgrün, Cadmiumgelb, Cadmiumrot, Kobaltblau, Bariumsulfat, transparentes Eisenoxyd oder dergleichen sowie Mischungen
derselben.
Als Dispersionsmittel kommen nichtionische, anionische und
kationische Dispersionsmittel in Frage. Die nichtionischen Dispersionsmittel umfassen z. B. Polyäthylenglycole, wie
Polyäthylenglycol-alkyl-ester, Polyäthylenglycol-alkyl-äther,
Polyäthylenglycol-alkylphenyl-äther, Alkylamide und Polyalkoholpartial-ester,
wie Oxyäthyl-oxypropyl Blockcopolymere und Sorbitanhydrid-ester
aliphatischer Säuren.
Die anionischen Dispersionsmittel umfassen Ammoniumsalze, Aminsalze und Alkalimetallsalze von aliphatischen Kohlenwasserstoffsäuren,
Alkylsulfonate, Schwefelsäureester wie
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sulfatierte Öle, Alkylsulfonate, Arylsulfonate und Carbonsäurepolymere
, Alkylphosphonate und Alkylphosphorsäure-ester
oder dergleicheni Als kationisehe Dispersionsmittel kommen Alkylamine von Äthylenoxydderivaten in Frage, wie Polyoxyäthyien-Btearylamin·,
Polyoxyäthylen-oleylämin und Polyoxyäthylenlaurylarain
oder dergleichen.
Wenn das Aluminium in die wässrige Pigmentdispersion eingetaucht
wird und ein elektrischer Strom hindurchgeleitet wird, so ist es
erforderlich, niohtionische oder nichtionisch-kationische
Dispersionsmittel einzusetzen. Um das Pigment mit Hilfe eines
Dispersionsmittels in Wasser zu dispergieren, wird das Pigment
unter Verwendung einer hochtourigen Mühle, Sandstrahlmühle,
Kugelmühle, Walzeismühle oder einer UltrasehallmÜhle zerkleinert.
In der erhaltenen Dispersion hat das Pigment eine !Teilchengröße von weniger als 5 p. und insbesondere von 0,01 - 0,5 si. Die Menge
des "bei der Pigmentdispersion eingesetzten Pigments hängt ;)e
von der Art des Pigments wie z» B. des anorganischen oder
organischen Pigments ab und beträgt gewöhnlich 5 — 70 Gewichtsprozent und insbesondere 10 - 50 Gewichtsprozent, Die Menge des
Dispersionsmittels beträgt gewöhnlich 1 - 500 Gewichtsprozent,
vorzugsweise 1 - 200 Gewichtsprozent bezogen auf die Pigment™
menge. Es ist ferner möglich, ein Schutzkolloid ~ zuzusetzen,,
wie z. B. Methyleellulose9 Polyvinylalkohol oder dergleichen·
Als Dispersionsmittel kommt in der Hauptsache Wasser in Frage,
falls erforderlich kann man ein organisches MeditaHp welches mit
Wasser mischbar ist, zusetzen, wie z. B. Ketone,, wie Aceton
und Methyläthylketon, Diole, wie Ithylenglycol, !Eriolej, wie
Glycerin und Glycolmonoalkyläther, wie Methylglycolo
Wenn die poröse anodisch oxydiert® Membran mit der wässrigen
Pigmentdispersion behandelt wird;, so hängt die-Konzentration
des Pigments von der erforderlichen Farbtiefe abo Vorzugs- .
weise beträgt sie 0,2 - 30 #.
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Die Dispersion wird hergestellt, indem man die konzentrierte Dispersion mit dem 1- bis 1000-fachen an entsalztem Wasser
verdünnt. Die Verfahren zur Aufbringung der Dispersion auf das anodisch oxydierte Aluminium umfassen Tauenmethoden, Sprühmethoden,
Fließbeschiohtungsmethoden, Walzenbeschichtungsmethoden, Bttrstenbeschichtungsmethoden oder dergleichen. Bevorzugt
ist die Tauchmethode. Eine bevorzugte Ausführungsform der Tauohmethode besteht darin, das anodisch oxydierte Aluminium
in die wässrige Pigmentdispersion mit einem pH von veniger als 11 und vorzugsweise von weniger als 8 und bei 0 0C - 100 0C und
vorzugsweise 10 0O- 70 0C während mehr als 1 min und vorzugsweise
während mehr als 3 min einzutauchen.
Zur Förderung der Adsorption des Pigments ist es möglich, einen
elektrischen Strom durch die Dispersion zu schicken. Dieses geschieht vorzugsweise bei 0 0C - 80 0C und insbesondere bei 20 0C
- 40 0C während 10 see bis 10 min und vorzugsweise während 30 see
- 1 min. Nach der Adsorption des Pigments wird das Produkt mit Dampf behandelt, um die feinen Hohlräume zu versiegeln oder
es wird mit einer Beschichtungsmasse beschichtet. Die Beschichtungsmasse
kann durch Auflösung eines Harzes in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel hergestellt werden. Als Harz kommen Acrylharze,
Alkydharze, Melaminharze, Acrylalkylharze, Harnstoffharze,
Vinylharze und Epoxydharze in Frage.
Die Beschichtungsmasse kann auf das gefärbte Aluminium durch Tauchen, Sprühen, Elektrophorese und Walzen aufgetragen werden.
Das erfindungsgemäß hergestellte gefärbte Aluminium enthält
das Pigment als färbendes Material, so daß die Farbe nicht beeinträchtigt
wird, wenn der Aluminiumgegenstand während einer längeren Zeitdauer auSer Haus verwendet wird. Es wird ein feines
Pigment verwendet, so daß die Pigmentteilchen vollständig in der porösen anodisch oxydierten Membran des Aluminiums adsorbiert werden. Die Farbtönung ist klar und transparent und das
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Pigment fällt nicht ab. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden
unter Verwendung organischer Pigmente in konzentrierter Schwefelsäure (Verfahren (5)) ist das Färbeverfahren gemäß
vorliegender Erfindung recht einfach und es ist möglich, anorganische Pigmente zu verwenden, welche in Schwefelsäure unlöslich
sind, sowie organische Pigmente, welche durch Schwefelsäure zerstört würden« Auf diese Weise können die verschiedensten
gefärbten Aluminiumerzeugnisse hergestellt werden. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, einen elektrischen Strom
durch die Dispersion zu schicken, oder es ist zumindestens
nur erforderlich, den elektrischen Strom während einer sehr
kurzen Zeitdauer durch die Dispersion zu schicken, so daß eine Koagulation des Pigments und damit eine Beeinträchtigung der
anodisch oxydierten Membran nicht auftreten kann.
Bisher wurde angenommen, daß ein Pigment eine nur geringe Affinität zu einem Substrat und insbesondere einem Metallsubstrat
hat. Mit vorliegender Erfindung wird dieses Vorurteil durchbrochen. Es wurde gefunden, daß das dispergierte
Pigment eine sehr hohe Affinität zu den porösen anodisch oxydierten Membranen des Aluminiums hat, wenn eine Phosphor sauerstoff
säure oder eine Säuremischung mit dieser Phosphorsauerstoff säure verwendet wird. Dieses Ergebnis ist überraschend.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich,
einen elektrischen Strom durch die Dispersion zu schicken. Es ist jedoch möglich, einen elektrischen Strom zur Förderung der
Absorption des Pigments je nach den Bedingungen der anodisch oxydierten Membranen, der wässrigen Pigmentdispersion und der
Art des Pigments anzuwenden. Das gefärbte Produkt kann ohne
weitere Beschichtung angewandt werden. Es ist jedoch bevorzugt,
die Witterungsbeständigkeit, die chemische Beständigkeit und die Alkalibeständigkeit sowie die Säurebeständigkeit und
andere Echtheiten durch Beschichten mit einer Beschiehtungsmasse
zu verbessern. ·
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Bei den herkömmlichen Produkten, welche durch elektrische Abscheidungemethoden oder Beschichtungemethoden erhalten
werden, ist das Pigment in einer aufgetragenen Kunetharzechieht nthalten, so daß die Haftung und die Transparenz
beeinträchtigt sind. Wenn der beschichtete film rerletst
wird oder durch eine Beeinträchtigung des Kunstharzes abgezogen wird, so wird auch das Pigment entfernt und die nichtgefärbte Metalloberfläche wird freigelegt.
Bei vorliegender Erfindung bleibt die Färbung erhalten und
die metallische fläche wird nicht freigelegt, selbst wenn der beschichtete film abgezogen wird. Demgemäß ist es leicht
möglich, den Beschiohtungsfilm zu reparieren. Gemäß einer
AuefUhrungeform der vorliegenden Erfindung kann die wässrige
Pigmentdispersion separat von der Besohichtungsmasse aufgebracht werden, so daß die Gesamtregelung des Verfahrens recht
einfach ist. Pie nach dieser AusfUhrungsform hergestellten gefärbten Produkte haben eine erste Schicht mit den Pigmentteilchen, welche an dem Aluminium oder an der Aluminiumlegierung adsorbiert sind, sowie eine zweite Schicht aus aufgetragenem Film aus der Beschiohtungsmasse.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. In den Beispielen bedeuten alle Teil- und
Prozentangaben Gewichtsprozentangaben und Gewichtsteilangaben.
Eine Platte aus 52S-Alumini.ua mit 80 mm Länge, 40 mm Breite
und 1 mm Dicke wird in eine 4%ige wässrige Phosphorsäurelösung als Anode eingetaucht und mit einer Stromdichte von
1,0 A/dm2 bei 30 0C während 60 min anodisch oxydiert.
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Andererseits werden 20 Teile Perylenrot (CI Vat Red 29),
8,0 Teile Polyoxyäthylen-stearylamin (E,0* 20 Mole) und 72
Teile Wasser gerührt und durch eine hochtourige MUhIe gegeben,
um eine wässrige rote Pigmentdispersion herzustellen.
200 Teile der roten Pigmentdispersion werden mit 800 Teilen entsalztem Wasser versetzt, wobei eine wässrige rote Pigmentdispersion von pH 7,3 entsteht. Diese wird auf 40 0G erhitzt.
Die anodisch oxydierte Platte wird mit Wasser gewaschen und danach in die wässrige Pigmentdispersion während 10 min eingetaucht.
Danach wird die Platte mit Wasser gewaschen. Man erhält bei diesem Verfahren eine gefärbte Aluminiumlegierung-Platte
mit klar roter Färbung. Die Farbtiefe kann folgendermaßen
variiert werden: -
Bedingungen der anodischen Oxydation |
Dicke der oxydierten Membran |
Färbungs bedingungen |
Farb tiefe |
Zeitdauer der ano dischen Oxydation |
Op
3 3 7 |
Zeitdauer des Ein tauchens in die Dispersion |
|
0 min 30 30 60 |
120 min 5 10 30 |
farblos blass mittel tief |
|
Beispiel 2 | • |
Eine Platte aus 63S-Aluminium mit 100 mm Länge, 50 mm Breite
und 2 mm Dicke wird in eine 10$ige wässrige Phosphorsäurelösung
eingetaucht und unter Anwendung eines Gleichstroms mit einer Stromdichte von 2,0 A/dm bei Zimmertemperatur während 40 min
anodisch oxydiert.
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20 feile Ruß (Channel-Typ), 5 feile eine· Hatriumaalses
einer aliphatischen Carbonsäure und 75 feile Wasser werden
Bit einer hoohtourigen HUhIe gerührt, wobei eine wässrige
schwarze Pigmentdispersion erhalten wird. 100 feile der schwarzen Pigmentdispersion werden mit 900 feilen entsalztem
Wasser vermischt, wobei eine wässrige schwarze Pigmentdispersion erhalten wird. Die anodisch oxydierte Platte wird mit
Wasser gewaschen und in die Dispersion während 10 min eingetaucht und danach wiederum mit Wasser gewaschen. Sodann wird
die Platte mit heißem Wasser behandelt um die Hohlräume zu versiegeln, wobei eine schwarz-gefärbte Aluminiumlegierung mit
großer Lichtechtheit erhalten wird,
Bine Aluminiumplatte (2S-Aluminium) von 100 mm Länge, 50 mm
Breite und 1 mm Dicke wird in eine 8£ige wässrige Phosphorsäurelueung eingetaucht und mit Gleichstrom mit einer Stromdichte von 1,0 A/dm bei 28 0C während 30 min anodisch oxydiert. Andererseits werden 50,9 feile Kupferphthalocyaninpaste (39»3 % Festkörpergehalt), 8 feile Polyoxyäthylen-nonylphenyl-äther (HLB 14,2) und 41,1 feile Wasser in einer hochtourigen Kühle gerührt, wobei eine wässrige blaue Pigmentdispersion erhalten wird.
200 feile der blauen Dispersion werden mit 800 feilen entsalztem Wasser vermischt und sodann mit Ameisensäure versetzt,
wobei eine wässrige blaue Pigmentdispersion von pH 5 entsteht. Die anodisch oxydierte Platte wird mit Wasser gewaschen und
während 5 min in die Dispersion getaucht. Ein Gleichstrom von
20 mA/dm wird zwishen die Anode und die Kathode aua Edelstahl angelegt. Die Kathode ist eine Platte von 100 mm Länge,
50 mm Breite und 1 mm Dioke. Das ganze geschieht bei Zimmertemperatur während 30 min und die erhaltene gefärbte Platte
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wird gewaschen und mit heißem Wasser behandelt» um die Hohlräume
gemäß Beispiel 2 zu versiegeln«, Man erhält" eine Aiuminiumlegierung-Platte
ton flauer F&rTrang· Die FSsinmg ist
transparent, klar und gleichförmig rad die Lichteehtheit 1st
groß,
Anstelle der Yersiegeltmgslnehamdliaag wisd die blau gefasste
Aluminiumlegierungs-Platte gemäß Beispiel 5 Mit finer 15$igen
wässrigen Lösung eines wasseslSsliehea Ae^rl&asses "Wasser
SOL S-710", hergestellt dur©M Dainippo&.'lak Ce „ t ^©handelt.
Dies geschieht unter Hindiarelileitea eines &l@i@h@trome.
25 0C Badtemperatmr und bei 120 ¥ ifäfcremt 3 Mm zwischen der
genannten Platte und der Edelsta&Lplatt© genii-Beispiel 3»
Die erhaltene gefärbte Platte trisö mit tfegs©s· g©im®ehen und
durch Hitzebehandliaag fixiert, w©^©i saa ©Im© llnaiiiiiiMlegierungs-Platte
erhält^ weleh® 'gleichf^ssaig; Mau g@fixbt ist
und. gleichförmig imprägniert Iets Di© Di'ek© der Mes&ran beträgt
21 ρ (Permaskop-¥ert)«,
Andererseits wird die anodisch oxyiderte Alumiidumlegierungs-Platte
mit einer Masse aus einem wasserlöslichen Acrylharz
und dem Pigment beschichtet. Die Eigenschaften des Beschichtungsfilms
waren ähnlich dem des vorherigen Beispiels. Wenn jedoch der Beschichtungsfilm von der Platte entfernt wird»
so wird das Aussehen der Platte beeinträchtigt. Die zuerst
hergestellte Platte wird jedoch dabei nicht verändert, da
die Platte selbst gefärbt ist. Die Eigenschaften der Beschichtungsfilme
der beiden Versuche sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
3 09828/1026
Eigenschaf
ten
ten
Testverfahren
festergebnisse
anodiBche Oxydationanodische
+ Färbung Oxydation + Beschichtung + Färbungs-(Erfindung)
beschichtung
(Vergleich"
Filmdicke | Permaskopwert | 21 /U | 22 ja |
5 mm Extrudierung und Abziehen mit Klebefolie Nr.610 |
gut | gut | |
Schlag festig keit |
Dupon-Typ 1/2" 0 500 g - 50 cm Abziehen mit Klebeband Nr. 610 |
gut | gut |
Säurefestig
keit
keit
Eintauchen in 10 bei Zimmer
temperatur während 24 h
gut
gut
Alkali- Eintauchen in 2 % bestän- HaOE bei Zimmertemdigkeit
peratur während 24 h
gut
gut
Farbdiffe- Beschädigung mit renz des einem Hesser und
abgezoge- einerRaspel nen Teils
gut
gefärbte Platte
liegt frei
schlecht ungefärbte Platte liegt fiel
Transparenz
ausgezeichnt
gut
Eine Aluminium-Platte (52S-Aluminium) von 100 mm Länge, 50 mm
Breite und 1 mm Dicke wird in eine wässrige Säuremischung mit 6 $>
Phosphorsäure und 7 ί> Schwefelsäure eingetaucht und durch
Hindurchschicken eines Gleichstroms mit einer Stromdichte von 1,0 A/dm2 bei 28 0C während 60 min anodisch oxydiert.
30982 8/102
Andererseits werden 20 Teile^ EupferphtälöcyaningrUn.i-i-ieile
Palyoxyäthylen^stearylarain (E*0* 20 Mole) und 66 Teile -Wasser
in eine^ HdchgescüwindigkeitsmUhle gerührt, wobei eine wässrige
grüne jPigmentdispersiOn erhalten wird. 200 Teile der Dispersion
werden mit 800 Teilen entsalztem Wasser vermischt, wobei eine wässrige grüne Pigmentdispersion von pH 7*3 entsteht.
Die anodisch oxydierte Platte wird mit Wasser gewaschen und
während 30 min in die Dispersion eingetaucht und danach wiederum mit Wasser gewaschen, wobei eine grün gefärbte Aluminiumlegierungs-Platte
entsteht. Die Earbtiefe kann gemäß folgender Tabelle
variiert werden: '
Bedingungen der Oxydation |
anodischen | M | Färbungs- bedingungen , |
Farb- tief e |
Zeitdauer d. anod.Oxydation |
Dicke d. Membran |
Dauer des Eintauchens in die Dispersion I . ■ . . . , . - |
||
0 | 0 ρ | 120 | farblos .» | |
15 | 3,5 | 10 | blass | |
15 | 3,5 | 30 | blass bis mittel |
|
30 | 7 | 30 | mittel | |
30 | 7 | 6jO | tief | |
Beispiele 6 bis |
Die folgenden anodischen Öxydatiönsbäder gemäß Beispiel 5
wurden angewandt und die Aluminiumlegierungs-Platte wird
anodisch oxydiert, wobei eine Stromdichte von 1,0 A/dm bei
einer Temperatur von 28 0O wahrend 50 min aufrecht erhalten
wird. Die Platte wird in die wässrige grUne Pigmentdispersion
gemäß Beispiel 5 während 5 aiin eingetaucht* Die-Spannung» die
Membrandicke und die farbtiefe variieren $e nach der Änderung
der Ba&bedingungen,
226?4?6
Bsp. | Bad | Phosphorsäure (10%) | Spannung | Dicke | Farbtiefe>,,^ |
6 | Phosphorsäure (10%) + Schwefelsäure (10%) |
Phosphorsäure (15%) | 18 V | 7,0 ρ 7,5 |
■Mfm-..,-, |
7 | Phosphorsäure (10%) + Malonsäure (5%) |
Beispiel 15 | 65 | 6 | , tief . .'. |
8 | Phosphorsäure (10%) + Sulfaminsäure (1%) |
68 | 9 | tief | |
9 | Phosphorsäure (10%) + Borsäure (3%) |
80 | 6 | mittel | |
10 | Pho sphorsäure (10%) + Zitronensäure (1%) |
70 , | 7 | Mittel | |
11 | Phosphorsäure (10%) + Zitronensäure (3%) |
75 | 7,5 | Mittel | |
12 | Phosphorsäure (10%) + Oxalsäure (1%) |
68 | 10,0 | tief | |
13 | Phosphorsäure (10%) + Oxalsäure (2%) |
75 | 14 | tief | |
14 | Phosphorsäure (3%) + Oxalsäure (7%) + Schwefelsäure (0,6%) |
45 | tief | ||
Vergleich | 7,5 | ||||
1 | 75 | 3,5 | tief | ||
2 | 58 | tief | |||
50,9 !feile (39,3 % Festkörpergehalt) einer Kupferphthalocyaninblaupaste,
8 Teile Polyoxyäthylen-nonylphenyl-äther (HLB 14,2)
und 41,1 Teile Vase er werden mit einer HochgeechwindigkeitBmiilile
gemahlen, wobei eine wässrige blaue Pigmentdispersion erhalten wird. 300 Teile der Dispersion werden mit 700 Teilen entsalztem
Wasser vermischt und die erhaltene wässrige blaue Pigmentdisperslon
wird auf die anodisch oxydierte Aluminitunlegierung gemäß Beispiel 1 während 20 min aufgesprüht. Danach wird die Platte
mit Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet. Sodann wird die Platte in eine Lösung eines Acrylharzes in Trichlen bei
70 0C während 30 see eingetaucht und sodann einer Hitsebehandlung
3 0 9 8 2 8/1026
unterzogen, wobei man eine Aluminiumlegierungs-Platte mit einer .klaren tiefblauen Färbung erhält»
100 Teile einer wässrigen Pigmentdispersion gemäß Beispiel 1 werden mit 900 Teilen einer 10bigen wässrigen Phosphorsäurelösung
vermischt, wobei ein färbendes anodisches Oxydations- > bad entsteht. Eine entfettete Platte aus 2S-Aiuminium von
100 mm Länge, 50 mm Breite und 1 mm Dicke wird in das Bad eingetaucht
und durch Hindurchleiten eines Gleichstroms von 1,0 A/dm2 (Stromdichte) bei 28 0C während 40 min anodisch
oxydiert. Danach wird die Platte mit Wasser gewaschen und mit heißem Wasser behandelt, um die Hohlräume zu versiegeln, wobei
eine Aluminiumlegierungs-Platte mit einer klarroten Färbung erhalten wird.
Eine entfettete Platte aus 2S-Aluminium mit 10 min Länge, 50 mm
Breite und 1 mm Dicke wird in eine 10%ige wässrige Phosphorsäurelösung
eingetaucht und die anodische Oxydation wird bei einer Stromdichte von 1,0 A/dm2 (70 V) bei 28 0G während 30min
oxydiert und sodann mit Wasser gewaschen, worauf die Platte, weiter mit 15#iger wässriger Schwefelsäure bei'25 °G bei Gleichstrom
anodisch oxydiert wird. Dabei wird eine konstante Spannung
von 12 V angewandt. Die anfängliche Stromdichte ist 5 mA/dm und
die laufende Stromdichte wurde nach 15 min auf 100 mA/dm und
nach 20 min auf 1 A/dm erhöht und danach wurde der Gleichstrom
bei einer Stromdichte von 1 A/dm während 10 min hindurcl%eschickt,
wobei.man eine anodisch oxydierte Platte mit einer Dicke von 10 berhielt. .
Gemäß Beispiel 5 wird /di^se platte ,in die wässrige Pigmentdispersion
eingetaucht,,jtopßL.eine, klar blassgrün gefärbte
309'82g/1026
Aluminiumlegierungs-Platte erhalten wird. Die Farbtiefe
und die Dicke der anodisch oxydierten Membran hängen Von den folgenden Bedingungen ab:
Bedingungen der anodischen Oxydation | Dicke ( u) |
sekundäre anod. Gesamtdicke Oxydation d. Membran 2 4 ( ii) ■ Dauer (min) ' |
Färbungsbe dingungen |
Farb tiefe |
primäre anod. Oxydation 10 5&UP0. |
2,5 | 25 9 | Dauer d. Eintauchens in-dl«'Dis persion (min) |
|
Dauer (min) |
2,5 | M 9 | 6 | |
10 | 4,5 | " 11 | 30 | blass |
10 | 4,5 | N -J1 | 6 | mittel |
20 | 7,0 | η 13 | 30 | blass- mittel |
20 | 7,0 | " · 13 | 6 | tief |
30 | 7,0 | 7 | 30 | mittel |
30 | 6 | tief | ||
30 | tief |
Wenn Schwefelsäure durch Oxalsäure ersetzt wird, so werden ähnliche Ergebnisse erzielt.
Die anodisch oxydierte Aluminiumplatte gemäß Beispiel 1 wird mit heißem Wasser behandelt um die Löcher zu versiegeln und
danach wird die Platte in die wässrige Pigmentdispersion gemäß Beispiel 1 eingetaucht, wobei eine klar rot gefärbte Aluminiumlegierungs-Platte
erhalten wird.
309828/ 1 026
Claims (13)
1. Verfahren zum Färben von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch anodische Oxydation des Aluminiums oder der
Legierung in Gegenwart einer Säure und durch Behandlung mit einem Pigment, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Oxydation
in Gegenwart einer Phosphorsauerstoffsäure oder einer
Säüremischung der Phosphorsauerstoffsäure und einer anderen
Säure unter Ausbildung einer porösen anodisch oxydierten Membran durchgeführt wird, welche mit einer wässrigen Pigmentdispersion
in Berührung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein elektrischer Strom durch die wässrige Pigmentdispersion geschickt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die poröse anodisch oxydierte Membran nach der
anodischen Oxydation versiegelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die poröse anodisch oxydierte Membran nach der Behandlung mit der wässrigen Pigmentdispersion versiegelt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich eine Beschichtung mit einer Beschichtungsmasse
anschließt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die anodische Oxydation gleichzeitig mit der Pigmentadsorption in einer die Pigmentdispersion enthalten
den Säurelösung durchgeführt wird.
3 0 9 8 2 8/1026
-22- 226242G
7. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die anodische Oxydation in erster Stufe in Gegenwart der Phosphorsauerstoffsäure und in zweiter Stufe in
Gegenwart einer anderen Säure durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aluminiumlegierung aus Aluminium und Kupfer, Silizium, Eisen, Hangan, Magnesium, Zink, Chrom, Titan,
Blei, Nickel, Wismuth oder einer Mischung derselben besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis β, dadurch gekennzeichnet,
daß als Phosphorsauerstoffsäure Orthophosphorsäure,
Metaphosphorsäure, Pyrophosphorsäure oder Polymetaphosphorsäure
eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet,
daß die Säuremischung Schwefelsäure, Chromsäure, Borsäure, Oxalsäure, SuIfaminsäure, Malonsäure, Sulfosalieyleäure,
Maleinsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Phthalsäure, Benzoleulfonsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure oder Mischungen
derselben enthält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die wässrige Pigmentdispersion Wasser, das Pigment, ein Dispersionsmittel und gegebenenfalls ein organisches
Lösungsmittel enthält.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des Pigments im Bereich von 0,2 - 30 f>
liegt und daß das Pigment einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,01 - 3,0 u hat und daß der pH-Wert
der wässrigen Pigmentdispersion im Bereich von 1-11 liegt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die wässrige Pigmentdispersion durch Tauchen oder Sprühen aufgebracht wird.
309828/1026
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