Wie werden eloxierte Aluminiumfolien eingefärbt und versiegelt?

Einfärben von anodischen Oxidschichten

Eine frisch eloxierte Folie kann umgehend eingefärbt werden, um das Erscheinungsbild und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Durch das Einfärben und anschließende Versiegeln lassen sich zahlreiche Farbtöne erzielen und die Korrosions- sowie Verschleißfestigkeit verbessern.

Die chemische Färbung von eloxiertem Aluminium beruht auf der Adsorption durch die poröse Schicht. Die Poren haben typischerweise einen Durchmesser von 0,01 bis 0,03 μm, während die in Wasser dispergierten Farbstoffmoleküle eine Größe von 0,0015 bis 0,0030 μm aufweisen. Der Farbstoff wird an den Porenoberflächen adsorbiert, diffundiert und reichert sich in den Poren an und bindet sich über Ionen- und Wasserstoffbrückenbindungen an Aluminiumoxid. Durch die Versiegelung wird der Farbstoff in den Poren fixiert.

Färbung mit anorganischen Pigmenten

Die Färbung mit anorganischen Pigmenten erfolgt hauptsächlich durch physikalische Adsorption: Pigmentmoleküle füllen die Oberflächen der Mikroporen aus und lagern sich dort an. Die Farben sind nicht besonders kräftig und die Haftung auf dem Untergrund ist schlecht, dafür ist die Lichtechtheit gut. Es werden zwei Lösungen verwendet. Nach gründlichem Spülen wird das eloxierte Metall 10 bis 15 Minuten lang in Lösung 1 getaucht, gespült und anschließend 10 bis 15 Minuten lang in Lösung 2 getaucht, bis die Salze innerhalb der Schicht so weit reagiert haben, dass genügend Pigment für den gewünschten Farbton entstanden ist.

Färben mit organischen Farbstoffen

Das Färben mit organischen Farbstoffen beruht auf physikalischer Adsorption und chemischen Reaktionen. Aluminiumoxid kann kovalente Bindungen mit Sulfonsäuregruppen, Wasserstoffbrückenbindungen mit Phenolgruppen oder Komplexe mit Farbstoffmolekülen eingehen. Organische Farbstoffe sorgen für leuchtende Farben und eine breite Farbpalette, weisen jedoch eine geringe Lichtechtheit auf. Destilliertes oder entionisiertes Wasser wird bevorzugt, da Kalzium- und Magnesiumionen im Leitungswasser Komplexe mit den Farbstoffmolekülen bilden und das Färbebad ruinieren können. Der Farbstoff wird in warmem Wasser gelöst, fast bis zum Siedepunkt erhitzt und gefiltert, falls Schwebstoffe oder Sedimente zurückbleiben. Der pH-Wert des Färbebads muss überwacht und angepasst werden. Geeignete Behältermaterialien sind Keramik, Edelstahl und Polypropylen.

Elektrolytische Färbung

Eloxiertes Aluminium wird in einer Metallsalzlösung elektrolytisch behandelt. Durch elektrochemische Reaktionen werden Schwermetallionen, die in die Mikroporen eindringen, zu Metallatomen reduziert, die sich am Boden der Poren in der porösen Schicht ablagern. Unterschiede hinsichtlich der Ionenart, des abgelagerten Metalls, der Partikelgröße und der Verteilung führen zu selektiver Absorption und Reflexion bei verschiedenen Wellenlängen und damit zu unterschiedlichen Farben.

Integrale Färbung

Aluminium und Aluminiumlegierungen können in einem organischen Elektrolyten eloxiert werden, sodass gleichzeitig eine Färbung stattfindet. Entlang der Porenwände verteilte feine Partikel streuen das einfallende Licht und erzeugen unterschiedliche Farben. Die Partikel stammen entweder vom Substrat oder aus Zersetzungsprodukten der organischen Verbindungen im Elektrolyten. Die Farbtiefe steht in direktem Zusammenhang mit der Schichtdicke. Eine hohe anodische Stromdichte und Spannung machen den Prozess energieintensiv.

Versiegelung von anodischen Oxidschichten

Anodische Schichten weisen eine poröse, hochaktive Oberfläche auf. Verunreinigungen und korrosive Substanzen können in die Poren eindringen, während Farbstoffe austreten können, was die Oberflächenleistung beeinträchtigt. Unabhängig davon, ob es sich um farbiges oder farbloses Aluminium handelt, muss eloxiertes Aluminium daher umgehend versiegelt werden. Durch die Versiegelung werden Farbstoffe in den Mikroporen fixiert, ein Ausbluten verhindert und die Verschleißfestigkeit, Lichtechtheit, Korrosionsbeständigkeit sowie die elektrische Isolierung verbessert.

Heißwasserversiegelung

Die Heißwasserversiegelung beruht auf der Hydratation von amorphem Al₂O₃:

[ZU ÜBERPRÜFEN: Hydratationsgleichung fehlt in der Quelle]

Im Quelltext ist n gleich 1 oder 3. Wenn Al₂O₃ hydratisiert zu Aluminiumoxid-Monohydrat, Al₂O₃·H₂O, dessen Volumen um etwa 33% zunimmt. Bildung von Aluminiumoxid-Trihydrat, Al₂O₃·3H₂O verdoppelt das Volumen fast. Hydratisierung von Al₂O₃ auf der Filmoberfläche und an den Porenwänden dehnt das Material daher aus und verschließt die Poren.

Bei der Heißwasserversiegelung wird Wasser mit einer Temperatur von 90 bis 100 °C und einem pH-Wert von 6 bis 7,5 für 15 bis 30 Minuten verwendet. Es muss destilliertes oder entionisiertes Wasser verwendet werden, da Kalk aus Leitungswasser in den Poren adsorbiert werden und die Transparenz sowie die Farbqualität beeinträchtigen kann. Neutrales destilliertes Wasser kann zu einem trüben Erscheinungsbild führen und den Glanz mindern; leicht saures destilliertes Wasser sorgt für eine bessere Versiegelung. Die Dampfversiegelung funktioniert nach dem gleichen Prinzip und ist wirksamer, jedoch teurer.

Dichromatversiegelung

Aluminiumprodukte werden bei erhöhter Temperatur in eine stark oxidierende Kaliumdichromatlösung getaucht, sodass der Oxidfilm mit dem Dichromat reagiert. Wenn ein eloxiertes Teil in die Lösung eintaucht, reagiert das Aluminiumoxid im Film und an den Porenwänden mit wässrigem Kaliumdichromat. [ZU ÜBERPRÜFEN: Reaktionsgleichung fehlt in der Quelle.]

Die dabei entstehenden Niederschläge aus basischem Aluminiumchromat und basischem Aluminiumdichromat verschließen zusammen mit dem durch Heißwasserhydratation gebildeten Aluminiumoxid-Monohydrat und -Trihydrat die Mikroporen. Das Bad enthält 50 bis 70 g/l Kaliumdichromat und wird 15 bis 25 Minuten lang bei 90 bis 95 °C und einem pH-Wert von 6 bis 7 betrieben. Die behandelte Schicht ist gelb und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Das Verfahren eignet sich für die schützende Anodisierung, jedoch nicht für dekorative Farbschichten.

Hydrolyseabdichtung

Wenn sehr verdünnte Nickel- oder Kobaltsalzlösungen vom Film adsorbiert werden, kommt es zur Hydrolyse. [ZU ÜBERPRÜFEN: Hydrolysegleichungen fehlen in der Quelle.] Das entstehende Nickel- oder Kobalthydroxid fällt aus und verschließt die Mikroporen. In geringen Mengen ist es nahezu farblos und transparent, wodurch sich das Verfahren besonders für farbige Schutz- und Dekorfolien eignet. Die Hydroxide bilden zudem Komplexe mit organischen Farbstoffen und verbessern die Lichtechtheit.

Imprägnierung und Versiegelung

Anodische Oxidschichten können auch mit organischen Materialien wie transparentem Lack, geschmolzenem Paraffinwachs, verschiedenen Harzen und Trockenölen versiegelt werden.