EP2665847A1 - VORBEHANDLUNG VON WEIßBLECH VOR EINER LACKIERUNG - Google Patents
VORBEHANDLUNG VON WEIßBLECH VOR EINER LACKIERUNGInfo
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- EP2665847A1 EP2665847A1 EP11808615.6A EP11808615A EP2665847A1 EP 2665847 A1 EP2665847 A1 EP 2665847A1 EP 11808615 A EP11808615 A EP 11808615A EP 2665847 A1 EP2665847 A1 EP 2665847A1
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Classifications
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- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/34—Anodisation of metals or alloys not provided for in groups C25D11/04 - C25D11/32
Definitions
- the present invention relates to a method for corrosion-protective pretreatment of tinplate, in which already in a single process step, a corrosion-protective
- the tinplate is anodically polarized in an electrolyte containing silicates of the composition M 2 O nSiO 2 , where M is an alkali metal ion or quaternary ammonium ion and n is a natural number between 0.8 and 7.
- a subsequent conventional passivation of the tinplate surface can additionally permanently preserve the metallic appearance of the tinplate surface, wherein passivation with an acidic aqueous composition based on water-soluble compound of zirconium and titanium is particularly effective and offers additional advantages.
- Tinplate pretreated in accordance with the invention can be used in particular for the production of food-safe packaging such as beverage cans or cans.
- Tinplate strip is considered in the food industry as a suitable material for the production of packaging units for holding liquids or preserved foods, since tinplate due to the electrochemically noble tin layer even over a prolonged period only small amounts of potentially harmful tin salts in contact with the tin surface Delivers food product. Tinplate strip is therefore an important
- tinplate for can production, which is already provided with an organic topcoat, in order to further minimize the entry of iron salts, which can enter the product if the protective tin layer is damaged and negatively affect the taste of the food.
- lacquered tinplate strip it is necessary to pretreat the tin surface, on the one hand to ensure the adhesion of the paint on the metal surface and on the other hand to build up an additional protection against corrosive infiltration of the paint.
- a suitable pretreatment is the chromating of the tin surface which is still widespread in the state of the art.
- pretreatments of tinplate are known, which include the electrochemical modification of the tin surface and subsequent passivation.
- the aim of this pretreatment methods described in the prior art is in addition to the provision of a suitable Lackhaft groundes to protect against corrosion, in particular the guarantee of color fidelity of pretreated and painted tinplate products in contact with food, the
- the GB 479,746 already describes the problem of discoloration of the inner surfaces of containers made of tinplate, which are in contact with proteinaceous foods, and proposes the
- Tin plate in an ammoniacal electrolyte to impart an anodic current that makes the tin surface insensitive to discoloration by sulfur-containing compounds.
- the anodically oxidized tinplates according to GB 479,746 are then provided with an organic topcoat.
- No. 3,491,001 describes a process for the passivation of tinplates, in which, after an anodic pretreatment in an alkaline electrolyte, a cathodic treatment of the tinplate in an alkaline chromate-containing electrolyte follows.
- An electrolytic process chain as described in US Pat. No. 3,491,001, protects the tin surface against corrosion and before
- the electrolytic chromium-containing passivation also serves as a primer for subsequently applied organic topcoats.
- the object of the present invention is, in particular, to pretreat tinplate products for the production of food packaging in one process step and with as little staining as possible of tin so that an excellent adhesion of organic topcoats to the tinplate with simultaneously durable resistance of the pretreated and painted tin surfaces to discoloration by sulfidic Connections is guaranteed.
- This object is achieved in a process for the electrolytic passivation of tinplate by anodic polarization in an alkaline aqueous electrolyte, wherein the electrolyte contains at least one water-soluble silicate of the composition M 2 0 nSi0 2 , where M is an alkali metal ion or quaternary ammonium ion and n a natural number is between 0.8 and 7.
- Salts which are constituents of the electrolyte in the process according to the invention are considered to be water-soluble in the context of the present invention if their solubility in water at a pH of 8 and a temperature of 20 ° C. is at least 50 g / l, based on the particular salt ,
- water-soluble silicates are compounds of the general empirical formula M 2 O.sub.SiO 2 with M as the alkali metal ion or quaternary ammonium ion and n as the natural number between 0.8 and 7, which at a pH of 8 and a temperature of 20 ° C have a solubility of at least 1 g / l based on Si0 2 .
- the alkali metal ions M of the water-soluble silicates are preferably selected from Li, Na and K.
- quaternary ammonium ions with aliphatic radicals, each having not more than 10 carbon atoms, are equally preferred in electrolytes of the process according to the invention.
- Suitable water-soluble silicates are in particular the so-called water glasses, which are produced by melting Si0 2 with the respective oxide M 2 Q.
- Preferred are such Water glasses whose content of Si0 2 is in the range of 20-40 wt .-%. There are such
- Water glasses are particularly preferred, the molar ratio of Si0 2 : M 2 0 in the range of 2 to 5, in particular in the range of 3 to 4.
- the presence of at least one water-soluble silicate in the electrolyte of the process according to the invention causes a thin silicate layer to be produced on the tinplate during the anodic polarization, which already constitutes a good primer for subsequently applied organic topcoats.
- a thin silicate layer to be produced on the tinplate during the anodic polarization, which already constitutes a good primer for subsequently applied organic topcoats.
- the inventive method thus provides a pretreatment of
- Tinplate products ready, which takes place in a process step and modified tin surfaces suitable to use tinplate as packaging material for food.
- the proportion of water-soluble silicates in the electrolyte of the process according to the invention is preferably at least 0.1% by weight, more preferably at least 1% by weight, particularly preferably at least 2% by weight, but preferably less than 30% by weight preferably less than 20 wt .-% in each case based on the proportion of Si0 second Below a share of
- the layer support based on the element Si, which can be deposited at anodic polarization on the tinplate surfaces is too low to exert a positive effect on the adhesion to subsequently applied organic coating systems.
- the pH of the electrolyte is preferably in a range from 8 to 13, particularly preferably in a range from 10 to 12.
- the tin layer of the tinplates is corroded, while at pH values below 8 the electrolyte is corroded Water solubility of silicates decreases sharply and increasingly Si0 2 is precipitated.
- the electrolyte may additionally contain in the process according to the invention at least one organosilane which, as such, effects improved silicatization of the tinplate surfaces and, moreover, improves adhesion to subsequently applied organic lacquer systems via suitable functionality in the non-hydrolyzable organic radical. It is in the
- organosilanes as constituents of the electrolyte which have at least one hydrolyzable substituent, which is cleaved on hydrolysis as an alcohol having a boiling point below 100 ° C, and at least one non-hydrolyzable substituent, said non-hydrolyzable substituent preferably at least partially having primary amino functions.
- Organosilane selected from compounds of the following general structural formula (I):
- n and n are each independently integers between 1 and 4 and y is an integer between 0 and 4.
- the proportion of organosilanes in the electrolyte of the process according to the invention is preferably in the range of 0.01 to 5 wt .-%.
- the electrolyte of the process according to the invention may be admixed with water-soluble aluminum salts which do not contain halides, preferably in an amount of at least 0.001% by weight, but preferably not more than 1% by weight in total. on aluminum salts.
- the electrolyte may additionally comprise at least one organic dicarboxylic acid having not more than 6 carbon atoms and / or its water-soluble metal salt, which is preferably selected from succinic acid, malonic acid, oxalic acid, glutaric acid, adipic acid and / or their alkali metal salts, more preferably selected from oxalic acid and / or their alkali metal salts.
- organic dicarboxylic acid having not more than 6 carbon atoms and / or its water-soluble metal salt, which is preferably selected from succinic acid, malonic acid, oxalic acid, glutaric acid, adipic acid and / or their alkali metal salts, more preferably selected from oxalic acid and / or their alkali metal salts.
- the proportion of organic dicarboxylic acids in the electrolyte of the process of the invention is preferably in the range of 0.01 to 2 wt .-%.
- additives which may be present in the electrolyte of the process according to the invention are inert water-soluble salts which ensure adequate conductivity and thus ensure the viability of the electrolytic pretreatment process.
- inert salts do not participate in the electrode processes (tinplate, cathode) in aqueous solution, i. they are not involved in heterogeneous electron transfer reactions, and are used exclusively for the
- Suitable inert water-soluble salts are, for example, carbonates, phosphates, sulfates, nitrates and hydroxides of the alkali metals. Inert salts are the electrolyte in the
- the anodic polarization in the method according to the invention is preferably carried out at a
- anodic current densities above 6 A / dm 2 in the context of the present invention are disadvantageous, since at these current densities due to the semiconducting properties of the tin oxide layer, a large portion of the amount of electricity is applied for the evolution of oxygen.
- this oxygen evolution necessitates a strong reduction of the pH in front of the tinplate surface, resulting in increased corrosive removal of the tin oxide layer and, on the other hand, inhomogeneous oxide layers with local defects, which represent a less suitable primer for organic topcoats, due to the intensive evolution of gas bubbles.
- the duration of the anodic polarization in the process according to the invention is preferably at least 0.2 seconds, more preferably at least one second, since at lower
- the tin surface is mainly capacitively reloaded without a sufficient Faraday current flows, which is able to chemically modify the tin surface.
- a polarization time of more than 300 seconds, even at low current densities, does not improve the properties of the oxide covering layer as a coating adhesion base. Rather, with increasing polarization time, the amorphousness of the oxide layer seems to increase due to a constant repassivation of the surface, so that in processes with long-lasting polarization the
- Lacquer adhesion to the pretreated tinplate thus deteriorated.
- anodic polarization can be chosen freely in the method according to the invention and, for example, be potentiostatic, potentiodynamic, galvanostatic or galvanodynamic.
- the galvanostatic embossing of a current is preferred.
- a galvanostatic method according to the invention is therefore also preferred since fluctuations in the conductivity of the electrolyte or slight changes in the spatial orientation of the tinplate to the cathode do not affect the electrochemical modification of the Tin surface effect. If the method according to the invention is potentiostatic or
- a pulse method in which anodic current or voltage pulses are impressed is also suitable in the method according to the invention, wherein the individual pulse preferably lasts at least 0.2 seconds and the total anodic polarization time, that is to say summed over all anodic pulses, preferably not 300 seconds exceeds.
- cathodic polarization should preferably be avoided in the method according to the invention.
- the contacting of the electrolyte with the tinplate is preferably carried out for anodic polarization
- tinplate strip Insofar as only tinplate strip is treated according to the invention, which originates directly from the electrolytic production process for tin-plated strip material and which has not been oiled for transport purposes or for later forming, cleaning of the tinplate surface prior to carrying out the method according to the invention is not required. However, if the tinplate strip has already been stored and in particular wetted with anticorrosion or forming oils, then a cleaning step for removing organic soiling and salt residues is necessary in most cases before the tinplate can be anodically pretreated according to the invention. Surfactant cleaners known in the art can be used for this purpose.
- Process step can be pretreated so that a tin surface is present with good adhesion to subsequently applied organic topcoats and the tin surface at the same time shows a good resistance to sulfur-related black discoloration on contact with protein-containing foods.
- Both lacquer adhesion and resistance to discoloration may optionally be further improved by conventional post-passivation known to the person skilled in the art following a pretreatment according to the invention, but the advantage of a one-step process is given up in such a process.
- the application of an organic lacquer system immediately after the anodic pretreatment therefore takes place with or without intervening water rinsing and / or drying step.
- a method is preferred in which the anodic pretreatment with or without intervening Wasser Hughes- and / or drying step immediately followed by a Nachpassivitation, according to the anodically polarized tinplate is brought into contact with an acidic aqueous composition, the water-soluble inorganic compounds of the elements Zr, Ti, Hf and / or Si, particularly preferably of the elements Zr, Ti and / or Si, in particular of the elements Zr and / or Contains Ti.
- Suitable water-soluble inorganic compounds of these elements are in particular the respective fluorocomplex salts, fluoro acids and / or salts of the fluoro acids, particularly preferably the respective fluoro acids and / or salts of the fluoro acids.
- the acidic aqueous post-passivation composition comprises at least one water-soluble inorganic compound of the element titanium, which is preferably selected from the respective fluorocomplex salts, fluoro acids and / or salts of the fluoro acids of titanium.
- the proportion of the water-soluble inorganic compounds of the elements Zr, Ti, Hf and / or Si in the acidic aqueous composition of the post-passivation is preferably at least 0.001 wt .-%, particularly preferably at least 0.01 wt .-%, but preferably no more altogether as 0.5 wt .-% based on the respective element Zr, Ti, Hf and / or Si, wherein it is further preferred if at least 0.001 wt .-%, particularly preferably at least 0.01 wt .-% based on the acid composition of water-soluble compounds of the element titanium are included.
- the acidic aqueous post-passivation composition contains phosphate ions, preferably at least 0.01% by weight, more preferably at least 0.1% by weight, of the post-passivation acidic aqueous composition preferably not more than 3% by weight, based on PO 4 .
- the acidic aqueous composition for post-passivation of the anodically pretreated tinplate may contain water-soluble and / or water-dispersible organic polymers such as, for example, polyacrylates, polyisocyanates, polyepoxides, polyalkylamines, polyalkyleneimines or amino-substituted polyvinylphenol derivatives.
- water-soluble and / or water-dispersible organic polymers such as, for example, polyacrylates, polyisocyanates, polyepoxides, polyalkylamines, polyalkyleneimines or amino-substituted polyvinylphenol derivatives.
- the electrolyte additionally contains amino-functionalized organosilanes in the anodic pretreatment of the tinplate, preference is given to those water-soluble and / or water-dispersible organic polymers which are present under
- Condensation reactions can be further crosslinked, ie polyisocyanates, polyepoxides and / or mixtures thereof.
- the total proportion of water-soluble and water-dispersible organic polymers in the acidic aqueous composition of the post-passivation in a process according to the invention is preferably in the range from 0.05 to 10% by weight, particularly preferably in the range from 2 to 5% by weight.
- the pH of the acidic aqueous composition which is brought into contact with the anodically pretreated tinplate according to the invention is preferably in the range from 2.5 to 5.5.
- the post-passivation of the anodically pretreated tinplate be free of external current, i. without imprinting a current.
- Composition preferably takes place in the so-called "dry-in-place" process, in which a wet film of the acidic aqueous composition is applied to the tinplate surface, which is dried immediately after application Steel strip material is to be passivated.
- the acidic aqueous composition is applied in Nachpassivi fürsön in the so-called coil coating process.
- running metal strip is continuously coated.
- the acidic aqueous composition can be applied by different methods which are familiar in the prior art. For example, applicator rolls can be used to directly adjust the desired wet film thickness.
- the metal tape may be immersed in the acidic aqueous composition or sprayed with the acidic aqueous composition, after which the desired wet film thickness is adjusted by means of squeeze rolls.
- the thus coated tinplate is heated to the required drying temperature.
- the heating of the coated substrate to the required substrate temperature in the range from 120 to 260 ° C., preferably in the range from 150 to 170 ° C., can take place in a heated continuous furnace Nachpassivitation, however, by infrared radiation, in particular by near infrared radiation, to the corresponding drying or
- a process according to the invention which comprises both the anodic pretreatment in the silicate-containing electrolyte and the subsequent passivation in the acidic aqueous composition is characterized in that, owing to the silicatization of the tin surface already carried out in the anodic pretreatment step, a comparatively lower layer contact based on the elements Zr, Ti, Hf and / or Si must be applied in the post passivation to
- Tinplate in the course of Nachpassivitation a coating layer of at least 0.3 mg / m 2 , more preferably of at least 1 mg / m 2 , but not more than 20 mg / m 2 , more preferably not more than 10 mg / m 2 based on the Elements Zr, Ti, Hf and / or Si results.
- the invention relates to the use of tinplate treated in the method according to the invention for the production of packaging, in particular cans, for
- purified tinplate (tin coating 2.8 g / m 2 ) was first pretreated electrolytically, then rinsed with distilled water and subsequently applied, if necessary, a wet film of a passivating agent by means of Chemcoater ® and dried at 50 ° C for 1 min.
- the corresponding test series are listed in Table 1.
- the whitewares treated in this manner were immersed in a potassium sulfide solution (5 g / LK 2 S + 5 g / L NaOH in water) at 90 ° C. for half a minute without topcoat, rinsed with water and dried.
- a potassium sulfide solution (5 g / LK 2 S + 5 g / L NaOH in water) at 90 ° C. for half a minute without topcoat, rinsed with water and dried.
- Coating layer of titanium 3 mg / m 2 measured by means of X-ray fluorescence analysis (Axios Advanced, Panalytical) corresponds in addition to about 2 mg / m 2 layer coating of zirconium
- Chromating (0.12% by weight CrO 3 );
- Coating chromium 3 mg / m 2 measured by X-ray fluorescence analysis (Axios Advanced, Fa. Panalytical)
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrosionsschützenden Vorbehandlung von Weißblech, bei dem in einem einzigen Verfahrensschritt ein korrosionsschützender Lackhaftgrund aufgebracht wird, der bewirkt, dass bei Kontakt des mit einem Decklack versehenen erfindungsgemäß vorbehandelten Weißblechs mit Flüssigkeiten, die Schwefelverbindungen freisetzen oder enthalten, und proteinhaltigen Lebensmitteln schwarze Verfärbungen der metallisch glänzenden Oberfläche des vorbehandelten Weißblechs effektiv unterdrückt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Weißblech in einem Elektrolyten enthaltend Silikate der Zusammensetzung M2O.nSiO2, wobei M ein Alkalimetall-Ion oder quarternäres Ammonium-Ion und n eine natürliche Zahl zwischen 0,8 und 7 ist, anodisch polarisiert. Erfindungsgemäß vorbehandeltes Weißblech kann insbesondere für die Herstellung von lebensmittelechten Verpackungen wie Getränke- oder Konservendosen verwendet werden.
Description
„Vorbehandlung von Weißblech vor einer Lackierung"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrosionsschützenden Vorbehandlung von Weißblech, bei dem bereits in einem einzigen Verfahrensschritt ein korrosionsschützender
Lackhaftgrund aufgebracht wird, der bewirkt, dass bei Kontakt des mit einem Decklack versehenen erfindungsgemäß vorbehandelten Weißblechs mit Flüssigkeiten, die Schwefelverbindungen freisetzen oder enthalten, und proteinhaltigen Lebensmitteln schwarze Verfärbungen der metallisch glänzenden Oberfläche des vorbehandelten Weißblechs effektiv unterdrückt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Weißblech in einem Elektrolyten enthaltend Silikate der Zusammensetzung M20 nSi02, wobei M ein Alkalimetall-Ion oder quarternäres Ammonium-Ion und n eine natürliche Zahl zwischen 0,8 und 7 ist, anodisch polarisiert. Eine nachfolgende konventionelle Passivierung der Weißblechoberfläche kann das metallische Erscheinungsbild der Weißblechoberfläche zusätzlich dauerhaft konservieren, wobei eine Passivierung mit einer sauren wässrigen Zusammensetzung auf Basis wasserlöslicher Verbindung von Zirconium und Titan besonders effektiv ist und zusätzliche Vorteile bietet. Erfindungsgemäß vorbehandeltes Weißblech kann insbesondere für die Herstellung von lebensmittelechten Verpackungen wie Getränke- oder Konservendosen verwendet werden.
Weißblechband gilt in der Lebensmittelindustrie als geeignetes Material für die Herstellung von Verpackungseinheiten zur Aufnahme von Flüssigkeiten oder konservierten Lebensmitteln, da Weißblech aufgrund der elektrochemisch edlen Zinnschicht auch über einen längeren Zeitraum nur geringe Mengen an potentiell gesundheitsgefährdenden Zinn-Salzen an das mit der Zinnoberfläche in Kontakt stehende Lebensmittelprodukt abgibt. Weißblechband ist daher ein wichtiges
Ausgangsprodukt der stahlverarbeitenden Industrie für Lebensmittelverpackungen, beispielsweise für die Herstellung von Dosen zur Aufnahme von Getränken und konservierten Suppen-, Fisch- oder Fleisch Produkten. Die Verpackungsindustrie verwendet zur Dosenherstellung meist Weißblech, das bereits mit einem organischen Decklack versehen ist, um den Eintrag von Eisen-Salzen, die bei Beschädigung der Zinnschutzschicht in das Produkt gelangen können und den Geschmack des Lebensmittels gegebenenfalls negativ beeinflussen, weiter zu minimieren. Für die Bereitstellung von lackiertem Weißblechband ist es notwendig, die Zinnoberfläche vorzubehandeln, um einerseits die Haftung des Lackes auf der Metalloberfläche zu gewährleisten und andererseits einen zusätzlichen Schutz vor korrosiver Unterwanderung des Lackes aufzubauen. Eine geeignete Vorbehandlung stellt die im Stand der Technik immer noch weit verbreitete Chromatierung der Zinnoberfläche durch In-
Kontakt-bringen des Weißbleches mit einer sauren Chromsalze enthaltenden wässrigen Zusammensetzung dar.
Bei der Entwicklung alternativer Passivierungsmethoden ist eine weitere Eigenschaft des Weißbleches zu berücksichtigen, die immer dann zum Tragen kommt, wenn proteinhaltige Lebensmittel bevorratet bzw. verpackt werden sollen. So entstehen als Abbauprodukte der Proteine geringe Mengen an niedermolekularen Schwefelverbindungen, die, sobald sie mit der Zinnoberfläche des Weißblechs in Kontakt treten, schwarze Verfärbungen der einst metallischen glänzenden Oberfläche verursachen. Da die niedermolekularen Schwefelverbindungen, beispielsweise H2S, auch durch den organischen Decklack zu diffundieren vermögen, entstehen Schwarzverfärbungen auch auf lackiertem Weißblech. Derartige Verfärbungen der Innenflächen der Weißblechdosen sind, obwohl mit ihnen keine
signifikante Verschlechterung der Lackhaftung einhergeht, von der Lebensmittelindustrie unerwünscht, da sie beim Konsumenten den Eindruck erwecken, das verpackte Lebensmittel sei ungenießbar.
Im Stand der Technik sind Vorbehandlungen von Weißblech bekannt, die die elektrochemische Modifikation der Zinnoberfläche und anschließende Passivierung umfassen. Ziel dieser im Stand der Technik beschriebenen Vorbehandlungsmethoden ist neben der Bereitstellung eines geeigneten Lackhaftgrundes zum Schutz vor Korrosion, insbesondere die Gewährleistung der Farbtreue der vorbehandelten und lackierten Weißblecherzeugnisse bei Kontakt mit Lebensmitteln, die
Schwefelverbindungen freisetzen.
Die GB 479,746 beschreibt bereits das Problem der Verfärbung der Innenflächen von Behältnissen aus Zinnblechen, die in Kontakt mit proteinhaltigen Lebensmitteln stehen, und schlägt vor, dem
Zinnblech in einem ammoniakalischen Elektrolyten einen anodischen Strom aufzuprägen, der die Zinnoberfläche unempfindlich gegenüber Verfärbungen durch schwefelhaltige Verbindungen macht. Die gemäß der GB 479,746 anodisch oxidierten Zinnbleche werden sodann mit einem organischen Decklack versehen.
In der US 3,491 ,001 wird ein Verfahren zur Passivierung von Zinnblechen beschrieben, bei dem nach einer anodischen Vorbehandlung in einem alkalischen Elektrolyten eine kathodische Behandlung des Zinnbleches in einem alkalischen Chromat-haltigen Elektrolyten folgt. Eine elektrolytische Prozesskette, wie in der US 3,491 ,001 beschrieben, schützt die Zinnoberfläche vor Korrosion und vor
Schwarzverfärbungen bei Kontakt mit Lebensmitteln, die schwefelhaltige Verbindungen freisetzen. Die elektrolytische chromhaltige Passivierung dient zudem als Haftgrund für nachträglich aufgebrachte organische Decklacke.
Aus der US 4,448,475 ist eine anodische Vorbehandlung von Zinnblechen in einem sauren wässrigen Anolyten zur Verbesserung der Adhäsion von nachträglich aufgebrachten organischen Decklacken bekannt. Das Verfahren soll insbesondere für die Dosenindustrie anwendbar und von Nutzen sein.
Die EP 0202870 ergänzt die Lehre der US 4,448,475 um solche Anolyte, die Stannide und/oder Stannate enthalten.
Ungeachtet des bereits bestehenden Standes der Technik, der die Modifizierung von Zinnoberflächen zur Konservierung des metallischen Glanzes der Innenflächen von aus Zinnblechen hergestellten Behältnissen bei ständigem Kontakt mit Lebensmitteln betrifft, besteht ein Bedarf, die bekannten Verfahren hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Effizienz weiter zu entwickeln.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, Weißblecherzeugnisse zur Fertigung von Lebensmittelverpackungen in möglichst einem Verfahrensschritt und mit möglichst niedrigem Beizverlust an Zinn so vorzubehandeln, dass eine hervorragende Haftung organischer Decklacke auf dem Weißblech bei gleichzeitig dauerhafter Resistenz der vorbehandelten und lackierten Zinnoberflächen gegenüber Verfärbungen durch sulfidische Verbindungen gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst in einem Verfahren zur elektrolytischen Passivierung von Weißblech durch anodische Polarisation in einem alkalischen wässrigen Elektrolyten, wobei der Elektrolyt zumindest ein wasserlösliches Silikat der Zusammensetzung M20 nSi02 enthält, wobei M ein Alkalimetall-Ion oder quarternäres Ammonium-Ion und n eine natürliche Zahl zwischen 0,8 und 7 ist.
Unter Weißblech werden erfindungsgemäß alle verzinnten oder legierungsverzinnten Stahlbleche verstanden.
Salze, die Bestandteil des Elektrolyten im erfindungsgemäßen Verfahren sind, gelten im Sinne der vorliegenden Erfindung als wasserlöslich, wenn ihre Löslichkeit in Wasser bei einem pH-Wert von 8 und einer Temperatur von 20 °C zumindest 50 g/l bezogen auf das jeweilige Salz beträgt.
Als wasserlösliche Silikate gelten erfindungsgemäß Verbindungen der allgemeinen Summenformel M20 nSi02 mit M als Alkalimetall-Ion oder quarternäres Ammonium-Ion und n als natürliche Zahl zwischen 0,8 und 7, die bei einem pH-Wert von 8 und einer Temperatur von 20 °C eine Löslichkeit von zumindest 1 g/l bezogen auf Si02 besitzen.
Die Alkalimetall-Ionen M der wasserlöslichen Silikate sind vorzugsweise ausgewählt aus Li, Na und K. Zudem sind quarternäre Ammonium-Ionen mit aliphatischen Resten, die jeweils nicht mehr als 10 Kohlenstoff-Atome aufweisen, in Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichermaßen bevorzugt.
Geeignete wasserlösliche Silikate sind insbesondere die sogenannten Wassergläser, die durch Aufschmelzen von Si02 mit dem jeweiligen Oxid M2Q hergestellt werden. Bevorzugt sind solche
Wassergläser, deren Anteil an Si02 im Bereich von 20-40 Gew.-% liegt. Dabei sind solche
Wassergläser besonders bevorzugt, deren molares Verhältnis von Si02 : M20 im Bereich von 2 bis 5 insbesondere im Bereich von 3 bis 4 liegt.
Die Anwesenheit zumindest eines wasserlöslichen Silikates im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt, dass während der anodischen Polarisation eine dünne Silikat-Schicht auf dem Weißblech erzeugt wird, die bereits einen guten Haftgrund für nachträglich aufgebrachte organische Decklacke darstellt. Gleichzeitig erfährt das in diesem Elektrolyten anodisch polarisierte und mit einem Decklack versehene Weißblech bei Kontakt mit schwefelhaltigen Verbindungen keine signifikante Schwarzverfärbung und der metallische Glanz der beschichteten Weißblechoberfläche bleibt weitgehend erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also eine Vorbehandlung von
Weißblecherzeugnissen bereit, die in einem Verfahrensschritt erfolgt und Zinnoberflächen geeignet modifiziert, um Weißblech als Verpackungsmaterial für Lebensmittel verwenden zu können.
Der Anteil an wasserlöslichen Silikaten im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise zumindest 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 1 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zumindest 2 Gew.-%, jedoch vorzugsweise weniger als 30 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 20 Gew.-% jeweils bezogen auf den Anteil an Si02. Unterhalb eines Anteils von
0,1 Gew.-% bezogen auf Si02 im Elektrolyten ist die Schichtauflage bezogen auf das Element Si, die bei anodischer Polarisation auf den Weißblechoberflächen abgeschieden werden kann zu gering, um einen positiven Effekt auf die Haftung zu nachträglich aufgebrachten organischen Lacksystemen auszuüben. Ab einem Anteil oberhalb von 30 Gew.-% bezogen auf Si02 erhält man hochviskose Elektrolyte, die für das erfindungsgemäße Verfahren weniger gut geeignet sind, da die Schichtauflage an Si02 deutlich durch den auf der Weißblechoberfläche anhaftenden Elektrolytfilm erhöht wird, so dass das Ergebnis der Vorbehandlung schlecht kontrollierbar wird und beispielsweise zusätzliche Spülschritte oder Trocknungsschritte erforderlich sind, bevor der organische Decklack auf das vorbehandelte Weißblech aufgebracht werden kann.
Der pH-Wert des Elektrolyten liegt im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in einem Bereich von 8 bis 13, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 12. In Elektrolyten mit höherer Alkalinität wird die Zinnschicht der Weißbleche korrodiert, während bei pH-Werten unterhalb von 8 die Wasserlöslichkeit der Silikate stark abnimmt und vermehrt Si02 ausgefällt wird.
Der Elektrolyt kann im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zumindest ein Organosilan enthalten, das als solches eine verbesserte Silikatisierung der Weißblechoberflächen bewirkt und darüber hinaus über eine geeignete Funktionalität im nicht-hydrolysierbaren organischen Rest die Haftung zu nachträglich aufgebrachten organischen Lacksystemen verbessert. Es sind dabei im
erfindungsgemäßen Verfahren solche Organosilane als Bestandteile des Elektrolyten bevorzugt, die
zumindest einen hydrolysierbaren Substituenten aufweisen, der bei Hydrolyse als Alkohol, der einen Siedepunkt unterhalb von 100 °C aufweist, abgespalten wird, und zumindest einen nicht- hydrolysierbaren Substituenten enthalten, wobei dieser nicht-hydrolysierbare Substituent vorzugsweise zumindest teilweise primäre Amino-Funktionen aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist das
Organosilan ausgewählt aus Verbindungen der folgenden allgemeinen Strukturformel (I):
H2N-[(CH2)mNH]y(CH2)n-Si-X3 (I) wobei die Substituenten X jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Alkoxy-Gruppen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen,
wobei m und n jeweils unabhängig voneinander ganze Zahlen zwischen 1 und 4 sind und y eine ganze Zahl zwischen 0 und 4 ist.
Der Anteil der Organosilane im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.-%.
Zur Unterstützung der hydrolytischen Vernetzung der Organosilane auf der Weißblechoberfläche können dem Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens wasserlösliche Aluminiumsalze, die keine Halogenide enthalten, hinzugesetzt werden, vorzugsweise in einer Menge von zumindest 0,001 Gew.-%, jedoch vorzugsweise insgesamt nicht mehr als 1 Gew.-% an Aluminiumsalzen.
Weiterhin kann der Elektrolyt im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich mindestens eine organische Dicarbonsäure mit nicht mehr als 6 Kohlenstoffatomen und/oder deren wasserlösliches Metallsalz enthalten, die vorzugsweise ausgewählt ist aus Bernsteinsäure, Malonsäure, Oxalsäure, Glutarsäure, Adipinsäure und/oder deren Alkalimetallsalze, besonders bevorzugt ausgewählt ist aus Oxalsäure und/oder deren Alkalimetallsalze. Der Zusatz dieser Dicarbonsäuren zum Elektrolyten bewirkt, dass der Weißblechoberfläche im erfindungsgemäßen Verfahren eine erhöhte Resistenz gegenüber Verfärbung bei Kontakt mit proteinhaltigen Lebensmitteln verliehen wird.
Der Anteil der organischen Dicarbonsäuren im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 2 Gew.-%.
Als weitere Zusatzstoffe können im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Verfahrens inerte wasserlösliche Salze enthalten sein, die für eine ausreichende Grundleitfähigkeit sorgen und so die Wrtschaftlichkeit des elektrolytischen Vorbehandlungsverfahrens sicherstellen. Derartige inerte Salze nehmen in wässriger Lösung nicht an den Elektrodenprozessen (Weißblech, Kathode) teil, d.h. sie sind nicht an heterogenen Elektronentransferreaktionen beteiligt, und dienen ausschließlich dem
Stromtransport. Geeignete inerte wasserlösliche Salze sind beispielsweise Carbonate, Phosphate, Sulfate, Nitrate und Hydroxide der Alkalimetalle. Inerte Salze sind dem Elektrolyten im
erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise dann hinzuzufügen, wenn die spezifische Leitfähigkeit
des Elektrolyten unterhalb von 1 mScm liegt und zwar in einer Menge, dass die spezifische
Leitfähigkeit des Elektrolyten nach Zugabe des inerten Salzes oberhalb dieses Wertes liegt.
Die anodische Polarisation im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise bei einer
Stromdichte von zumindest 0,005 A/dm2, besonders bevorzugt von zumindest 0,1 A/dm2, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 6 A/dm2, besonders bevorzugt nicht mehr als 4 A/dm2. Stromdichten unterhalb von 0,005 A/dm2 vermögen es nicht, die Zinnoberfläche geeignet zu modifizieren, d.h. auf der Oberfläche vorhandenes Mischoxid bestehend aus Zinn in den Oxidationsstufen +II und +IV in eine Oxidschicht umzuwandeln, die mehrheitlich aus Zinn(IV)oxid/hydroxid besteht, und die Zinnoberfläche gleichzeitig zu silikatisieren. Umgekehrt sind anodische Stromdichten oberhalb von 6 A/dm2 im Sinne der vorliegenden Erfindung nachteilig, da bei diesen Stromdichten aufgrund der halbleitenden Eigenschaften der Zinnoxidschicht ein Großteil der Strommenge für die Sauerstoffentwicklung aufgebracht wird. Diese Sauerstoffentwicklung bedingt zum einen eine starke pH-Erniedrigung vor der Weißblechoberfläche, so dass ein erhöhter korrosiver Abtrag der Zinnoxidschicht resultiert, und zum anderen aufgrund der intensiven Gasblasenentwicklung inhomogene oxidische Deckschichten mit lokalen Defekten entstehen, die einen weniger geeigneten Haftgrund für organische Decklacke darstellen. Es ist daher wie bereits beschrieben besonders vorteilhaft Stromdichten im Bereich von 0,5 bis 4 A/dm2 im erfindungsgemäßen Verfahren einzustellen, um die Korrosion der Zinnbeschichtung einerseits niedrig zu halten und andererseits dennoch eine hinreichende pH-Verschiebung unmittelbar vor der Zinnoberfläche zu erzeugen, die ausreichend ist, gelöstes Silikat als Si02 niederzuschlagen und so eine Silikatisierung der Oberfläche herbeizuführen.
Die Dauer der anodischen Polarisation beträgt im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zumindest 0,2 Sekunden, besonders bevorzugt zumindest eine Sekunde, da bei geringeren
Polarisationszeiten die Zinnoberfläche hauptsächlich kapazitiv umgeladen wird, ohne dass ein hinreichender faradayscher Strom fließt, der die Zinnoberfläche chemisch zu modifizieren vermag. Eine Polarisationsdauer von mehr als 300 Sekunden bringt auch bei niedrigen Stromdichten keine Verbesserung der Eigenschaften der oxidischen Deckschicht als Lackhaftgrund. Vielmehr scheint mit steigender Polarisationszeit die Amorphizität der Oxidschicht aufgrund einer ständigen Repassivierung der Oberfläche zuzunehmen, so dass sich in Verfahren mit langanhaltender Polarisation die
Lackhaftung auf den auf diese Weise vorbehandelten Weißblechen verschlechtert.
Die Art der anodischen Polarisation kann im erfindungsgemäßen Verfahren frei gewählt werden und beispielsweise potentiostatisch, potentiodynamisch, galvanostatisch oder galvanodynamisch erfolgen. Bevorzugt wird jedoch wegen der einfacheren Prozessierbarkeit die galvanostatische Aufprägung eines Stromes. Ein galvanostatisches Verfahren ist erfindungsgemäß auch daher bevorzugt, da sich Schwankungen in der Leitfähigkeit des Elektrolyten oder geringe Änderungen in der räumlichen Orientierung des Weißbleches zur Kathode nicht auf die elektrochemische Modifizierung der
Zinnoberfläche auswirken. Wird das erfindungsgemäße Verfahren potentiostatisch oder
potentiodynamisch durchgeführt, so sind die allgemein bevorzugten Stromdichten jeweils als zeitlich gemittelte Stromdichten anzusehen.
Auch die Durchführung eines Pulsverfahrens, bei dem anodische Strom- oder Spannungspulse aufgeprägt werden, ist im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet, wobei der einzelne Puls vorzugsweise zumindest 0,2 Sekunden andauert und die anodische Polarisationszeit insgesamt, also über alle anodischen Pulse summiert, vorzugsweise 300 Sekunden nicht überschreitet. Während des Kontakts des Weißblechs mit dem Elektrolyten ist im erfindungsgemäßen Verfahren eine kathodische Polarisation vorzugsweise zu vermeiden. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das In-Kontakt- bringen des Elektrolyten mit dem Weißblech zur anodischen Polarisation bevorzugt durch
vollständiges Eintauchen des Weißbleches in den Elektrolyten.
Insofern nur Weißblechband erfindungsgemäß behandelt wird, das unmittelbar dem elektrolytischen Herstellprozess für verzinntes Bandmaterial entstammt und das zu Transportzwecken oder für einen spätere Umformung noch nicht beölt wurde, ist eine Reinigung der Weißblechoberfläche vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich. Ist das Weißblechband jedoch bereits gelagert worden und insbesondere mit Korrosionsschutz- oder Umformölen benetzt, so ist ein Reinigungsschritt zur Entfernung von organischen Verschmutzungen und Salzrückständen in den meisten Fällen notwendig, bevor das Weißblech erfindungsgemäß anodisch vorbehandelt werden kann. Hierfür können im Stand der Technik bekannte tensidische Reiniger eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Weißblech für die Verwendung als Verpackungsmaterial in der Lebensmittelindustrie in nur einem einzigen
Verfahrensschritt so vorbehandelt werden kann, dass eine Zinnoberfläche mit guter Haftung zu nachträglich aufgebrachten organischen Decklacken vorliegt und die Zinnoberfläche gleichzeitig eine gute Resistenz gegenüber schwefelbedingten Schwarzverfärbungen bei Kontakt mit proteinhaltigen Lebensmitteln zeigt. Sowohl Lackhaftung als auch Resistenz gegenüber Verfärbungen können gegebenenfalls mit einer der erfindungsgemäßen Vorbehandlung nachfolgenden konventionellen, dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Nachpassivierung weiter verbessert werden, jedoch wird im in einer solchen Verfahrweise der Vorteil eines Ein-Schritt-Verfahrens aufgegeben. In einem erfindungsgemäß besonders bevorzugten Verfahren erfolgt daher mit oder ohne dazwischenliegendem Wasserspül- und/oder Trocknungsschritt die Aufbringung eines organischen Lacksystems unmittelbar nach der anodischen Vorbehandlung.
Besteht jedoch ein Bedarf für eine weitergehende Verbesserung der zuvor genannten
Oberflächeneigenschaften, so ist in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bevorzugt, bei dem der anodischen Vorbehandlung mit oder ohne dazwischenliegendem Wasserspül- und/oder Trocknungsschritt unmittelbar eine Nachpassivierung nachfolgt, bei der das gemäß den
vorherigen Ausführungen anodisch polarisierte Weißblech mit einer sauren wässrigen Zusammensetzung in Kontakt gebracht wird, die wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si, besonders bevorzugt der Elemente Zr, Ti und/oder Si, insbesondere der Elemente Zr und/oder Ti enthält. Als wasserlösliche anorganische Verbindungen dieser Elemente eignen sich insbesondere die jeweiligen Fluorokomplexsalze, Fluorosäuren und/oder Salze der Fluorosäuren, besonders bevorzugt die jeweiligen Fluorosäuren und/oder Salze der Fluorosäuren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die saure wässrige Zusammensetzung der Nachpassivierung zumindest eine wasserlösliche anorganische Verbindung des Elements Titan, die vorzugsweise ausgewählt ist aus den jeweiligen Fluorokomplexsalzen, Fluorosäuren und/oder Salzen der Fluorosäuren von Titan.
Der Anteil der wasserlöslichen anorganischen Verbindungen der Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si an der sauren wässrigen Zusammensetzung der Nachpassivierung beträgt insgesamt vorzugsweise zumindest 0,001 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 0,01 Gew.-%, jedoch insgesamt vorzugsweise nicht mehr als 0,5 Gew.-% bezogen auf das jeweilige Element Zr, Ti, Hf und/oder Si, wobei es weiterhin bevorzugt ist, wenn zumindest 0,001 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 0,01 Gew.-% bezogen auf die saure Zusammensetzung an wasserlöslichen Verbindungen des Elements Titan enthalten sind.
Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die saure wässrige Zusammensetzung der Nachpassivierung Phosphat-Ionen enthält, vorzugsweise mit einem Anteil an der sauren wässrigen Zusammensetzung der Nachpassivierung von zumindest 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 0,1 Gew.-%, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 3 Gew.-% bezogen auf P04.
Weiterhin kann die saure wässrige Zusammensetzung zur Nachpassivierung des anodisch vorbehandelten Weißblechs wasserlösliche und/oder wasserdispergierbare organische Polymere wie beispielsweise Polyacrylate, Polyisocyanate, Polyepoxide, Polyalkylamine, Polyalkylenimine oder aminosubstituierte Polyvinylphenolderivate enthalten. Bevorzugt sind, wenn der Elektrolyt in der anodischen Vorbehandlung des Weißbleches zusätzlich Amino-funktionalisierte Organosilane enthält, solche wasserlöslichen und/oder wasserdispergierbaren organischen Polymere, die unter
Kondensationsreaktionen weiter vernetzt werden können, also Polyisocyanate, Polyepoxide und/oder deren Mischungen.
Der Gesamtanteil an wasserlöslichen und wasserdispergierbaren organischen Polymeren in der sauren wässrigen Zusammensetzung der Nachpassivierung liegt in einem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 Gew.-%.
Der pH-Wert der sauren wässrigen Zusammensetzung, die erfindungsgemäß mit dem anodisch vorbehandelten Weißblech in Kontakt gebracht wird, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2,5 bis 5,5.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Nachpassivierung des anodisch vorbehandelten Weißblechs außenstromlos, d.h. ohne Aufprägung eines Stromes erfolgt.
Das In-Kontakt-bringen des anodisch vorbehandelten Weißblechs mit der sauren wässrigen
Zusammensetzung erfolgt vorzugsweise im sogenannten„Dry-in-Place" Verfahren, bei dem auf die Weißblechoberfläche ein Nassfilm der sauren wässrigen Zusammensetzung aufgebracht wird, der unmittelbar nach dem Auftragen eingetrocknet wird. Ein solches Verfahren ist insbesondere für erfindungsgemäße Verfahren geeignet, bei denen vorbehandeltes verzinntes Stahlbandmaterial nachpassiviert werden soll.
Vorzugsweise wird also die saure wässrige Zusammensetzung in Nachpassivierungsschritt im so genannten Coil-Coating-Verfahren aufgebracht. Hierbei wird laufendes Metallband kontinuierlich beschichtet. Die saure wässrige Zusammensetzung kann dabei nach unterschiedlichen Verfahren aufgetragen werden, die im Stand der Technik geläufig sind. Beispielsweise können Auftragswalzen verwendet werden, mit denen sich direkt die erwünschte Nassfilm-Dicke einstellen lässt. Alternativ hierzu kann man das Metallband in die saure wässrige Zusammensetzung eintauchen oder es mit der sauren wässrigen Zusammensetzung besprühen, wonach man mit Hilfe von Abquetschwalzen die erwünschte Nassfilmdicke einstellt.
Nach dem Auftragen der sauren wässrigen Zusammensetzung wird das so beschichtete Weißblech auf die erforderliche Trocknungstemperatur erwärmt. Das Erwärmen des beschichteten Substrats auf die erforderliche Substrattemperatur („Peak-metal-temperature" = PMT) im Bereich von 120 bis 260 °C, vorzugsweise im Bereich von 150 bis 170 °C kann in einem aufgeheizten Durchlaufofen erfolgen. Die saure wässrige Zusammensetzung zur Nachpassivierung kann jedoch auch durch Infrarotstrahlung, insbesondere durch nahe Infrarotstrahlung, auf die entsprechende Trocknungs- bzw.
Vernetzungstemperatur gebracht werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das sowohl die anodische Vorbehandlung im Silikat-haltigen Elektrolyten als auch die nachfolgende Passivierung in der sauren wässrigen Zusammensetzung umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der bereits im anodischen Vorbehandlungsschritt erfolgten Silikatisierung der Zinnoberfläche eine vergleichsweise geringere Schichtauflage bezogen auf die Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si in der Nachpassivierung aufgebracht werden muss, um
ausgezeichnete Eigenschaften der Oberfläche als Lackhaftgrund zu erzielen.
Dementsprechend sind solche erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, bei denen auf dem
Weißblech im Zuge der Nachpassivierung eine Schichtauflage von zumindest 0,3 mg/m2, besonders bevorzugt von zumindest 1 mg/m2, aber nicht mehr als 20 mg/m2, besonders bevorzugt nicht mehr als 10 mg/m2 bezogen auf die Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si resultiert.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von im erfindungsgemäßen Verfahren behandeltem Weißblech für die Herstellung von Verpackungen, insbesondere Dosen, zur
Aufbewahrung von Lebensmitteln.
Ausführungsbeispiele:
Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gereinigtes Weißblech (Zinnauflage 2,8 g/m2) zunächst elektrolytisch vorbehandelt, anschließend mit destilliertem Wasser abgespült und nachfolgend ggf. ein Nassfilm eines Passivierungsmittels mittels Chemcoater® aufgebracht und bei 50 °C für 1 min getrocknet. Die entsprechenden Versuchsreihen sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
Die auf diese Weise behandelten Weißbleche wurden ohne Decklack für 1 min bei 90 °C zur Hälfte in eine Kaliumsulfidlösung eingetaucht (5 g/L K2S + 5g/L NaOH in Wasser), mit Wasser abgespült und getrocknet.
Die Schwarzfärbung der Weißbleche wurde optisch gemäß folgender Skala bewertet:
0: keine Verfärbung; metallischer Glanz
1 : vereinzelte Schwarzverfärbungen; <10% der Oberfläche
2: fleckige Schwarzverfärbungen; <30% der Oberfläche
3: fleckige Schwarzverfärbungen; <50% der Oberfläche
4: fleckige Schwarzverfärbungen > 50 % und fast vollständiger Verlust des metallischen Glanzes 5: fleckige Schwarzverfärbungen > 50% und vollständiger Verlust des metallischen Glanzes
Die Ergebnisse hinsichtlich der Schwarzverfärbungen nach Kontakt der Bleche mit der Kaliumsulfid- Lösung („Sulfid-Test") sind in Tabelle 2 aufgelistet.
Tab.2 Ergebnisse des Sulfid-Testes
Versuchsnummer Sulfid-Test / Skala 0-5
B1 2
B2 0
B3 2
VB1 3
VB2 1
VB3 3
VB4 5
Aus der Tabelle 2 geht hervor, dass im direkten Vergleich von erfindungsgemäßen Verfahren, die eine anodische Polarisation in Elektrolyten enthaltend Wasserglas betreffen, mit solchen Verfahren, deren Elektrolyt wasserglasfrei ist, stets das erfindungsgemäße Verfahren das bessere Ergebnis im Sulfid- Test liefert (siehe B1 -VB1 , B2-VB2 und B3-VB3). Zudem wird deutlich, dass in einem
erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine Nachpassivierung unterbleibt (B1) bereits eine bessere Resistenz gegenüber Schwarzverfärbungen resultiert als in Verfahren zur Vorbehandlung von Weißblech, die im Stand der Technik vorbeschrieben sind (VB3). Der Vergleichsversuch VB4 belegt die Notwendigkeit der anodischen Polarisation auch in Wasserglas-haltigen Elektrolyten.
Tab. 1 Versuchsreihen zur anodischen Polarisation von Weißblech (Zinnauflage 2,8 g/m2) und anschließender Passivierung
Passivierung mit 7 Gew.-%iger Granodine 1456® (Fa. Henkel) entspricht 770 ppm Ti und 500 ppm Zr;
Schichtauflage Titan: 3 mg/m2 gemessen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (Axios Advanced, Fa. Panalytical) entspricht zusätzlich ca. 2 mg/m2 Schichtauflage an Zirconium
Chromatierung (0,12 Gew.-% Cr03);
Schichtauflage Chrom: 3 mg/m2 gemessen mit Röntgenfluoreszenzanalyse (Axios Advanced, Fa. Panalytical)
Claims
Patentansprüche
1 . Verfahren zur elektrolytischen Passivierung von Weißblech durch anodische Polarisation in einem alkalischen wässrigen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zumindest ein wasserlösliches Silikat der Zusammensetzung M20 nSi02 enthält, wobei M ein Alkalimetall-Ion oder quarternäres Ammonium-Ion und n eine natürliche Zahl zwischen 0,8 und 7 ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation für zumindest 0,2 Sekunden, vorzugsweise für zumindest eine Sekunde, aber insgesamt nicht länger als 300 Sekunden erfolgt.
3. Verfahren gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation bei einer Stromdichte von zumindest 0,005 A/dm2, jedoch nicht mehr als 6 A/dm2, vorzugsweise nicht mehr als 4 A/dm2 erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation galvanostatisch erfolgt.
5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anteil an wasserlöslichen Silikaten im Elektrolyten zumindest 0,5 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 2 Gew.-%, jedoch weniger als 30 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.-% jeweils bezogen auf Si02 beträgt.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich zumindest ein Organosilan mit zumindest einem hydrolysierbaren Substituenten, der bei Hydrolyse als Alkohol, der einen
Siedepunkt unterhalb von 100 °C aufweist, abgespalten wird, und zumindest einen nicht- hydrolysierbaren Substituenten enthält, der vorzugsweise zumindest teilweise primäre Amino-Funktionen aufweist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass solche Organosilane
enthalten sind, die der allgemeinen Strukturformel (I) entsprechen:
H2N-[(CH2)mNH]y(CH2)n-Si-X3 (I)
wobei die Substituenten X jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Alkoxy- Gruppen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen,
wobei m und n jeweils unabhängig voneinander ganze Zahlen zwischen 1 und 4 sind und y eine ganze Zahl zwischen 0 und 4 ist.
8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich wasserlösliche Aluminiumsalze enthält, die keine Halogenide enthalten, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 1 Gew.-% an wasserlöslichen Aluminiumsalzen bezogen auf den Elektrolyten.
9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich organische Dicarbonsäuren und/oder deren Salze mit nicht mehr als 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Oxalsäure und/oder deren Alkalimetallsalze enthält.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der anodischen Polarisation im alkalischen wässrigen Elektrolyten mit oder ohne dazwischenliegendem Wasserspül- und/oder Trocknungsschritt eine Nachpassivierung durch In-Kontakt-bringen des Weißbleches mit einer sauren wässrigen Zusammensetzung enthaltend wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si folgt.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die saure wässrige
Zusammensetzung als wasserlösliche anorganische Verbindungen der Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si deren Fluorosäuren und/oder deren Salze enthält, vorzugsweise die Fluorosäuren und/oder die Salze der Fluorosäuren der Elemente Zr und/oder Ti.
12. Verfahren gemäß einem oder beiden der Ansprüche 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die saure wässrige Zusammensetzung zusätzlich Phosphat-Ionen enthält.
13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass auf dem Weißblech im Zuge der Nachpassivierung eine
Schichtauflage von zumindest 0,3 mg/m2, vorzugsweise zumindest 1 mg/m2, aber nicht mehr als 20 mg/m2, vorzugsweise nicht mehr als 10 mg/m2 bezogen auf die Elemente Zr, Ti, Hf und/oder Si resultiert.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierung durch Auftragen eines Nassfilms der sauren wässrigen Zusammensetzung auf die
Weißblechoberfläche erfolgt, der unmittelbar nach dem Auftragen eingetrocknet wird.
15. Verwendung von gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche behandeltem Weißblech zur Herstellung von Verpackungen, vorzugsweise Dosen, zur Aufbewahrung von Lebensmitteln.
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