用于金屬基材的弱堿性薄無機(jī)腐蝕防護(hù)涂層的制作方法
【專利說明】
[00011 本分案申請(qǐng)是基于申請(qǐng)?zhí)枮?00980123158.5、申請(qǐng)日為2009年5月19日、發(fā)明名稱 為"用于金屬基材的弱堿性薄無機(jī)腐蝕防護(hù)涂層"的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)
[0003] 無
[0004] 關(guān)于聯(lián)邦資助的研究的聲明
[0005] 無
技術(shù)領(lǐng)域
[0006] 本發(fā)明一般性地涉及金屬基材的腐蝕防護(hù)，更尤其涉及中性至弱堿性薄無機(jī)涂 層，該涂層可以在沒有預(yù)處理例如磷化溶液的情況下直接地施加到金屬基材上并為該金屬 基材提供增強(qiáng)的腐蝕防護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0007] 未經(jīng)處理的金屬表面易受腐蝕，這可能導(dǎo)致表面的銹產(chǎn)生、變?nèi)?、變色和破壞。?此，通常通過使表面變得不太反應(yīng)性和更耐腐蝕的各種方法處理金屬基材。此外，經(jīng)常隨后 用裝飾性或附加的保護(hù)性涂料例如樹脂涂料、底漆、油漆及其它表面處理物涂覆金屬表面。 經(jīng)常，金屬表面的初步處理包括金屬磷酸鹽處理，接著含鉻洗劑處理。這種處理是有效的， 但是不理想的，因?yàn)榻饘倭姿猁}和含鉻洗劑產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的廢料流。處置這些廢料流的 成本也持續(xù)提高。通常，這些處理要求相當(dāng)酸性的條件并且此種酸性環(huán)境對(duì)于許多金屬基 材是不理想的。因此，提出為金屬基材提供增強(qiáng)的腐蝕防護(hù)而沒有相關(guān)的現(xiàn)有解決方案的 廢料流的處理方法和解決方案是希望的。此外，開發(fā)一種無機(jī)的且能在中性或弱堿性條件 下進(jìn)行的解決方案將是有益的。最后，提供不會(huì)防止過去使用的其它裝飾性表面處理的繼 續(xù)使用的解決方案是希望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明概述
[0009] 概括地說，本發(fā)明提供中性或弱堿性無機(jī)涂料溶液，它可以在沒有磷化預(yù)處理的 情況下直接地施涂到金屬表面上并提供顯著的腐蝕防護(hù)。該涂料溶液優(yōu)選具有大約6-11， 更優(yōu)選8-10的pH值。該涂料溶液包含元素周期表第IVB族過渡金屬元素即鋯、鈦和鉿中至少 一種的源，和元素周期表第VB族過渡金屬元素即釩、鈮和鉭中至少一種的源。優(yōu)選地，涂料 溶液包括1-7重量％所述第IVB族元素，更優(yōu)選2-5重量％，最優(yōu)選3-5重量％，基于所述涂料 溶液的總重量。優(yōu)選地，所述涂料溶液包括0.2-2.00重量％，更優(yōu)選0.40重量％-1.00重 量％所述第VB族元素，基于所述涂料溶液的總重量。優(yōu)選的第IVB族元素是鋯，優(yōu)選作為氧 鋯基碳酸銨形式提供。優(yōu)選的第VB族元素是作為V 205形式提供的釩。涂料溶液是原位干燥轉(zhuǎn) 化涂料并且也是無鉻的，因此不具有與鉻基涂料相關(guān)的環(huán)境問題。該涂料是非常通用的，因 為它可以適應(yīng)添加各種各樣的可以直接添加到涂料溶液中的有機(jī)涂料樹脂，從而消除多步 涂覆過程，適合的樹脂是可分散或可溶于水性涂料溶液的那些。作為本領(lǐng)域中已知的術(shù)語(yǔ) 的轉(zhuǎn)化涂料是，涂料溶液內(nèi)的組分與金屬基材在涂覆過程期間反應(yīng)而產(chǎn)生最終原位干燥涂 層。
[0010] 本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述來看對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言更加顯而易見。
[0011] 具體地，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0012] 1.用于金屬基材的腐蝕防護(hù)性涂料組合物，包含水性轉(zhuǎn)化涂料組合物，該水性轉(zhuǎn) 化涂料組合物包含1-7重量％選自元素周期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂料組 合物的總重量，和0.2-2.0重量％選自元素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂 料組合物的總重量，所述轉(zhuǎn)化涂料組合物具有大約6-11的pH值。
[0013] 2.根據(jù)第1項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述第IVB族元素包含鈦、鋯或其混合物。
[0014] 3.根據(jù)第1項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述IVB元素包含所述IVB元素的水性堿性 組合物。
[0015] 4.根據(jù)第1項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述第VB族元素包含釩。
[0016] 5.根據(jù)第4項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，還包含用于將釩還原的還原劑。
[0017] 6.根據(jù)第5項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述還原劑包含半胱氨酸、抗壞血酸、Sn2+、 硫代琥珀酸或其混合物。
[0018] 7.根據(jù)第1項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，還包含可溶或可分散于所述涂料組合物中并且 在堿性pH值下穩(wěn)定的樹脂和其中所述樹脂選自環(huán)氧樹脂、聚二氯乙烯樹脂、基于丙烯酸類 的樹脂、甲基丙烯酸酯基樹脂、苯乙烯基樹脂、聚氨酯和它們的混合物。
[0019] 8.根據(jù)第7項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述樹脂包含聚二氯乙烯樹脂且所述第IVB 族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0020] 9.根據(jù)第7項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述樹脂包含苯乙烯基樹脂和基于丙烯酸 類的樹脂的混合物且所述第IVB族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0021] 10.根據(jù)第9項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述樹脂還包含聚二氯乙烯樹脂。
[0022] 11.根據(jù)第7項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述樹脂包含甲基丙烯酸酯基、苯乙烯基 和丙烯酸酯基樹脂的混合物且所述第IVB族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0023] 12.根據(jù)第11項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，還包含用于將釩還原的還原劑。
[0024] 13.根據(jù)第1項(xiàng)的轉(zhuǎn)化涂料組合物，其中所述涂料組合物具有堿性pH值。
[0025] 14.為金屬基材提供腐蝕防護(hù)性涂層的方法，包括以下步驟：
[0026] a)提供金屬基材；
[0027] b)提供水性轉(zhuǎn)化涂料組合物，該水性轉(zhuǎn)化涂料組合物包含1-7重量％選自元素周 期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂料組合物的總重量，和0.2-2.0重量％選自元 素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂料組合物的總重量，所述轉(zhuǎn)化涂料組合物 具有大約6-11的pH值；
[0028] c)將所述轉(zhuǎn)化涂料組合物施涂到所述金屬基材上，然后原位干燥所述涂料組合 物，從而為所述金屬基材提供腐蝕防護(hù)性涂層。
[0029] 15 .采用涂料組合物涂覆的金屬基材，包括:水性轉(zhuǎn)化涂料組合物，該水性轉(zhuǎn)化涂 料組合物包含1-7重量％選自元素周期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂料組合物 的總重量，和0.2-2.0重量％選自元素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉(zhuǎn)化涂料組合 物的總重量，所述轉(zhuǎn)化涂料組合物具有大約6-11的pH值。
[0030] 優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0031] 本發(fā)明涉及裸金屬表面的處理，所述裸金屬表面意指該金屬表面沒有經(jīng)用任何金 屬磷酸鹽溶液、含鉻洗劑或任何其它鈍化處理物預(yù)處理。受益于本發(fā)明方法的金屬表面包 括鋼，冷乳鋼，熱乳鋼，不銹鋼，鋁，涂有鋅金屬或鋅合金的鋼例如電鍍鋅鋼、 ga 1 va 1 ume?、合金化熱鍍鋅鋼(gal vanneal)和熱浸鍍鋅鋼。
[0032]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的處理之前已將金屬表面清潔和去脂。金屬表面的清潔是 本領(lǐng)域中熟知的并且可以包括溫和或強(qiáng)堿性清潔劑。兩種堿性清洗劑的實(shí)例包括 PaiCO? Cleaner ZX-1 和 PafCO? Cl eaner 3 1 5，都可以從 Henke 1 Surface Technologies獲得。在清潔之后，優(yōu)選用水沖洗表面，然后根據(jù)本發(fā)明處理。
[0033]本發(fā)明的腐蝕防護(hù)涂料包含至少一種第IVB族元素和至少一種第VB族元素在去離 子水中在大約6-11的pH值，更優(yōu)選8-10的pH值下的混合物。重要的是，該溶液的pH值保持在 這種范圍中以便涂覆方法有效。優(yōu)選地，所述第IVB族元素按該溶液的大約1-7重量％，更優(yōu) 選大約2-5重量％，最優(yōu)選3-5重量％的量存在，基于該溶液的總重量。涂料組合物可以包 括1-7重量％之間的任何子范圍，基于總重量。優(yōu)選地，第VB族元素在溶液中的量是大約 0.20-2.00重量％，更優(yōu)選大約0.40-1.00重量％，基于該溶液的總重量。涂料組合物可以包 括0.20-2.00重量％之間的任何子范圍，基于總重量。優(yōu)選地，涂料溶液是鋯和釩的混合物。 錯(cuò)的一種優(yōu)選的源是稱作Bacote2.0:?且可以從Flemington New Jersey的MEI獲得的氧錯(cuò) 基碳酸銨。根據(jù)MEI的文獻(xiàn)，Bacote2〇?是含穩(wěn)定化的碳酸銨鋯的陰離子型羥基化鋯聚合 物的透明堿性水溶液。它提供大致20 % w/w的Zr02。它作為紙張和紙板應(yīng)用的交聯(lián)劑銷售。 優(yōu)選的第VB族元素是作為V2〇 5形式提供的釩。任選地，本發(fā)明涂料可以進(jìn)一步適應(yīng)添加各種 類型的有機(jī)涂料樹脂，包括，僅作為舉例:環(huán)氧樹脂類、聚二氯乙烯、基于丙烯酸類的樹脂、 甲基丙烯酸酯基樹脂、苯乙烯基樹脂、聚氨酯分散體和聚氨酯分散體雜化物。這些樹脂的實(shí) 例包括€|3：15〇8的.〇1?760、!^11認(rèn)3116!10-2120、版11讓3116 1^-2989、]\^111。(^6了印1?-15、 Maincote? PR-71、Avanse MV-100、Rhoplex AC 337N和Alberdingk-Boley LV-51136和M-2959。涂料還可以適