抑制腐蚀的溶胶-凝胶组合物的制作方法
【专利说明】抑制腐蚀的溶胶-凝胶组合物
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求了 2013年03月16日向美国专利和商标局提交的U.S.在先申请系列 No. 61/802, 606的优先权并有益于该在先申请系列，其全部内容通过参考文献并入本发明。
[0003] 发明背景
[0004] 金属例如铝和它们的合金在航天、商业和私营工业中具有许多用途。然而，这些金 属在水的存在下由于它们低的氧化-还原（氧化还原作用）电势而具有快速腐蚀的倾向， 由此显著的限制了由这些金属制备的物品的使用寿命和/活增加了维护成本。这些金属还 具有使用尤其附着作为金属表面，当形成物品时，该表面通常非常光滑的问题。
[0005] 用于航天和汽车、商业以及私营工业的金属氧化和降解是严重的且昂贵的问题。 为了防止或使金属的氧化和降解最小化，将耐腐蚀涂料施用于金属表面。一些涂料还通过 在金属和涂料顶层之间使用溶胶-凝胶薄膜改进了粘附性。涂料为金属基材提供耐腐蚀 性，而提供必要的粘附性则因此是期望的。
[0006] 发明概述
[0007] 根据本发明的实施方案，一种施用于金属基材的组合物包括溶胶_凝胶和包括锂 离子和/或唑类化合物的缓蚀剂。
[0008] 在一些实施方案中，例如，一种施用于金属基材的组合物包括缓蚀剂和硅烷，该缓 蚀剂包括锂离子和/或唑类化合物。
[0009] 在其他的实施方案中，一种施用于金属基材的组合物包括涂料组合物，所述涂料 组合物包含溶胶-凝胶或硅烷和缓蚀剂，所述缓蚀剂包括锂离子和/或唑类化合物。
[0010] 发明详述
[0011] 根据本发明的实施方案，用于涂覆金属表面（本发明也称为金属基材）的耐腐蚀 涂料组合物包括含溶胶-凝胶或其他硅烷的涂料组合物，且其包括锂离子和/或唑类化合 物。该耐腐蚀涂料组合物可以进一步包括额外的第IA族金属离子。如本发明所述，具有锂 离子和/或唑类化合物的溶胶-凝胶基组合物或含硅烷的涂料组合物可以最小化或克服与 已知的溶胶-凝胶和硅烷基涂料组合物相关的问题，特别是对于较高强度的A1合金，例如 已知具有差的耐腐蚀性的铝2024。此外，根据本发明实施方案的溶胶-凝胶和硅烷基涂料 组合物可以获得与后续施用的油漆和底漆之间合适的粘附性。
[0012] 正如本发明中使用的，以下术语具有以下含义。
[0013] 正如本发明中使用的，术语"基材"指的是具有表面的材料。与施用转化涂料相关， 术语"基材"指的是金属基材，例如铝、铁、铜、锌、镍、镁和/或任何这些金属的合金，包括但 不限于钢。一些示例性的基材包括铝和铝合金。其他示例性的基材包括高铜铝基材（即 包括含有铝和铜两者的合金的基材，其中合金中铜的含量较高，例如合金中3到4%的铜含 量）。
[0014] 术语"涂布"以及类似术语，当在本发明中用作动词时，其指的是施用组合物的过 程，即基材与组合物接触，例如使基材与转化涂料、底漆和/或面漆接触。术语"涂布"可以 与术语"施用"、"处理"或"预处理"互换使用，并且还可以用于指代施用或处理的多种形式， 例如涂抹、喷雾和浸渍，其中基材通过这种施用手段与组合物接触。基材的全部或一部分可 以与其接触。即，本发明的组合物可以至少施用于基材的一部分。
[0015] 术语"转化涂布"在本发明中还指的是"转化处理"或"预处理"，其指的是对金属 基材进行的导致金属表面的化学转化为不同表面化学的处理。术语"转化处理"和"转化涂 布"还指的是对金属表面进行的施用或处理，其中金属基材与具有不同元素的金属而不是 基材中包含的金属的水溶液接触。此外，术语"转化涂布"和"转化处理"指的是具有金属 元素的水溶液与不同元素的金属基材接触，其中基材的表面部分地溶解于水溶液中，这导 致涂料在金属基材上沉淀（任选施加外部驱动力以便使涂料在金属基材上沉积）。
[0016] 正如本发明中使用的，术语"第IA族金属离子"或"第1族金属离子"指的是来自 元素周期表（H除外）第1列的元素的离子。通过第IA族或第1族标识的元素的组（H除 外）还已知作为碱金属，并且例如包括Li、Na、K、Rb、Cs和Fr。
[0017] 正如本发明中使用的，术语"溶胶_凝胶"指的是用作用于离散颗粒或1、2或3-维 聚合性基质网络的整合网络（或凝胶）前体的胶体溶液（溶胶）。典型的前体包括金属烷 氧化物和金属盐，其经受不同形式的水解和缩聚反应。在示例性的物种中，金属化合物在溶 液中浓缩（胶体化）以形成混合的有机/无机聚合物。取决于反应条件，聚合物可以缩合 成胶体粒子或者它们可以生长以形成网络凝胶。可以控制聚合物基质中有机物种与无机物 种的比以调整用于不同应用的性能。
[0018] 正如本说明书中使用的，术语"包括"和该术语的变形，例如"包含"和"含有"并不 意在排除其他添加剂、组分、整数成分或步骤。
[0019] 本发明中公开的所有量都以25°C和1个大气压下组合物总重量的重量百分数的 形式给出，除非另有说明。
[0020] 根据本发明的一些实施方案，施用于金属基材的组合物包括溶胶-凝胶和包括锂 离子和/或唑类化合物的缓蚀剂。该缓蚀剂可以进一步包括其他第IA族（或第1族）金 属呙子。
[0021] 在一些实施方案中，溶胶_凝胶可以是有机硅烷基溶胶-凝胶。合适的有机硅烷 基溶胶-凝胶可以包括这些化合物，例如烯丙基三甲氧基硅烷，n-(2-氨基乙基）-3-氨基 丙基三甲氧基硅烷，对氨基苯基硅烷，3-氨基丙基三乙氧基硅烷，3-氨基丙基三甲氧基硅 烷，缩水甘油氧基-(C2-C6烷基）三烷氧基硅烷，包括3-缩水甘油氧基丙基二异丙基乙氧 基硅烷，3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷， 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙 氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷，n-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯 基三甲氧基硅烷以及它们的混合物。例如，在一些实施方案中，溶胶-凝胶可以包括3-缩 水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷并且还包括有机金属化合物，例如烷氧基锆盐。其他合适的 溶胶-凝胶的说明例如可以在US专利Nos. 6, 579, 472 (例如第2列第62行至第7列第65 行）；7, 153, 898 (例如第2列第28行至第19列第17行）；以及7, 141，306 (例如第3列第 51行至第8列第23行）中找到，其引用部分的内容通过参考文献并入本发明。
[0022] 在一些实施方案中，有机硅烷包括有机金属化合物，例如，烷氧基金属化合物，例 如举例来说有烷氧基锆化合物。合适的锆化合物的非限定性实例包括具有通式Zr(0R)d9 化合物，其中每个R都独立的为低级脂肪族碳基团，或者是支化的脂肪族、脂环族或芳香族 基团。正如本发明中使用的，术语"低级脂肪族碳基团"指的是具有1到6个碳原子的脂肪 族碳基团。合适的有机金属化合物（其包括烷氧基金属化合物）的一些非限定性实例，包括 三乙醇铝，异丙醇铝，仲丁醇铝，三叔丁醇铝，三氟乙酰基乙酮镁，甲醇镁，乙醇镁，甲醇钛， 乙醇钛，异丙醇钛，丙醇钛，丁醇钛，乙基乙醇钛，（三乙醇氨合）异丙醇钛，二（乙基乙酸乙 酯基）二异丙醇钛，二（2, 4-戊烷二酯基）二异丙醇钛，乙醇锆，异丙醇锆，丙醇锆，仲丁醇 锆，叔丁醇锆，二-仲丁氧基乙基丙酮铝，甲氧基乙醇钙，甲醇钙，甲氧基乙醇镁，乙醇铜，甲 氧基乙氧基乙醇铜，丁醇锑，戊醇铋，异丙醇铬，乙醇锡，甲氧基乙醇锌，正壬醇钛，氧化三正 丙醇钒，氧化三异丁醇钒，乙醇铁，乙醇钨，异丙醇钐，乙氧基乙醇镧以及它们的联合。
[0023] 根据本发明实施方案的合适溶胶-凝胶的非限定性实例包括稳定化的烷氧基 锆有机金属盐，例如正丙醇锌，以及有机硅烷偶联剂，例如3-缩水甘油氧基丙基三甲 氧基硅烷（GTMS)。可商购获得的溶胶-凝胶的一些非限定性实例包括由PRC-DeSoto International,Inc.Sylmar，CA获得的以商品名DesoGel?出售的那些。
[0024] 根据本发明实施方案的组合物可以进一步包括缓蚀剂。该缓蚀剂包括锂离