用于金属基材的弱碱性薄无机腐蚀防护涂层的制作方法
【专利说明】
[00011 本分案申请是基于申请号为200980123158.5、申请日为2009年5月19日、发明名称 为"用于金属基材的弱碱性薄无机腐蚀防护涂层"的中国专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 无
[0004] 关于联邦资助的研究的声明
[0005] 无
技术领域
[0006] 本发明一般性地涉及金属基材的腐蚀防护，更尤其涉及中性至弱碱性薄无机涂 层，该涂层可以在没有预处理例如磷化溶液的情况下直接地施加到金属基材上并为该金属 基材提供增强的腐蚀防护。
【背景技术】
[0007] 未经处理的金属表面易受腐蚀，这可能导致表面的锈产生、变弱、变色和破坏。因 此，通常通过使表面变得不太反应性和更耐腐蚀的各种方法处理金属基材。此外，经常随后 用装饰性或附加的保护性涂料例如树脂涂料、底漆、油漆及其它表面处理物涂覆金属表面。 经常，金属表面的初步处理包括金属磷酸盐处理，接着含铬洗剂处理。这种处理是有效的， 但是不理想的，因为金属磷酸盐和含铬洗剂产生对环境有害的废料流。处置这些废料流的 成本也持续提高。通常，这些处理要求相当酸性的条件并且此种酸性环境对于许多金属基 材是不理想的。因此，提出为金属基材提供增强的腐蚀防护而没有相关的现有解决方案的 废料流的处理方法和解决方案是希望的。此外，开发一种无机的且能在中性或弱碱性条件 下进行的解决方案将是有益的。最后，提供不会防止过去使用的其它装饰性表面处理的继 续使用的解决方案是希望的。
【发明内容】
[0008] 发明概述
[0009] 概括地说，本发明提供中性或弱碱性无机涂料溶液，它可以在没有磷化预处理的 情况下直接地施涂到金属表面上并提供显著的腐蚀防护。该涂料溶液优选具有大约6-11， 更优选8-10的pH值。该涂料溶液包含元素周期表第IVB族过渡金属元素即锆、钛和铪中至少 一种的源，和元素周期表第VB族过渡金属元素即钒、铌和钽中至少一种的源。优选地，涂料 溶液包括1-7重量％所述第IVB族元素，更优选2-5重量％，最优选3-5重量％，基于所述涂料 溶液的总重量。优选地，所述涂料溶液包括0.2-2.00重量％，更优选0.40重量％-1.00重 量％所述第VB族元素，基于所述涂料溶液的总重量。优选的第IVB族元素是锆，优选作为氧 锆基碳酸铵形式提供。优选的第VB族元素是作为V 205形式提供的钒。涂料溶液是原位干燥转 化涂料并且也是无铬的，因此不具有与铬基涂料相关的环境问题。该涂料是非常通用的，因 为它可以适应添加各种各样的可以直接添加到涂料溶液中的有机涂料树脂，从而消除多步 涂覆过程，适合的树脂是可分散或可溶于水性涂料溶液的那些。作为本领域中已知的术语 的转化涂料是，涂料溶液内的组分与金属基材在涂覆过程期间反应而产生最终原位干燥涂 层。
[0010] 本发明的这些及其它特征和优点将从优选实施方案的详细描述来看对于本领域 技术人员而言更加显而易见。
[0011] 具体地，本发明提供以下技术方案：
[0012] 1.用于金属基材的腐蚀防护性涂料组合物，包含水性转化涂料组合物，该水性转 化涂料组合物包含1-7重量％选自元素周期表第IVB族的至少一种元素，基于该转化涂料组 合物的总重量，和0.2-2.0重量％选自元素周期表第VB族的至少一种元素，基于该转化涂 料组合物的总重量，所述转化涂料组合物具有大约6-11的pH值。
[0013] 2.根据第1项的转化涂料组合物，其中所述第IVB族元素包含钛、锆或其混合物。
[0014] 3.根据第1项的转化涂料组合物，其中所述IVB元素包含所述IVB元素的水性碱性 组合物。
[0015] 4.根据第1项的转化涂料组合物，其中所述第VB族元素包含钒。
[0016] 5.根据第4项的转化涂料组合物，还包含用于将钒还原的还原剂。
[0017] 6.根据第5项的转化涂料组合物，其中所述还原剂包含半胱氨酸、抗坏血酸、Sn2+、 硫代琥珀酸或其混合物。
[0018] 7.根据第1项的转化涂料组合物，还包含可溶或可分散于所述涂料组合物中并且 在碱性pH值下稳定的树脂和其中所述树脂选自环氧树脂、聚二氯乙烯树脂、基于丙烯酸类 的树脂、甲基丙烯酸酯基树脂、苯乙烯基树脂、聚氨酯和它们的混合物。
[0019] 8.根据第7项的转化涂料组合物，其中所述树脂包含聚二氯乙烯树脂且所述第IVB 族元素包含锆且所述第VB族元素包含钒。
[0020] 9.根据第7项的转化涂料组合物，其中所述树脂包含苯乙烯基树脂和基于丙烯酸 类的树脂的混合物且所述第IVB族元素包含锆且所述第VB族元素包含钒。
[0021] 10.根据第9项的转化涂料组合物，其中所述树脂还包含聚二氯乙烯树脂。
[0022] 11.根据第7项的转化涂料组合物，其中所述树脂包含甲基丙烯酸酯基、苯乙烯基 和丙烯酸酯基树脂的混合物且所述第IVB族元素包含锆且所述第VB族元素包含钒。
[0023] 12.根据第11项的转化涂料组合物，还包含用于将钒还原的还原剂。
[0024] 13.根据第1项的转化涂料组合物，其中所述涂料组合物具有碱性pH值。
[0025] 14.为金属基材提供腐蚀防护性涂层的方法，包括以下步骤：
[0026] a)提供金属基材；
[0027] b)提供水性转化涂料组合物，该水性转化涂料组合物包含1-7重量％选自元素周 期表第IVB族的至少一种元素，基于该转化涂料组合物的总重量，和0.2-2.0重量％选自元 素周期表第VB族的至少一种元素，基于该转化涂料组合物的总重量，所述转化涂料组合物 具有大约6-11的pH值；
[0028] c)将所述转化涂料组合物施涂到所述金属基材上，然后原位干燥所述涂料组合 物，从而为所述金属基材提供腐蚀防护性涂层。
[0029] 15 .采用涂料组合物涂覆的金属基材，包括:水性转化涂料组合物，该水性转化涂 料组合物包含1-7重量％选自元素周期表第IVB族的至少一种元素，基于该转化涂料组合物 的总重量，和0.2-2.0重量％选自元素周期表第VB族的至少一种元素，基于该转化涂料组合 物的总重量，所述转化涂料组合物具有大约6-11的pH值。
[0030] 优选实施方案的详细描述
[0031] 本发明涉及裸金属表面的处理，所述裸金属表面意指该金属表面没有经用任何金 属磷酸盐溶液、含铬洗剂或任何其它钝化处理物预处理。受益于本发明方法的金属表面包 括钢，冷乳钢，热乳钢，不锈钢，铝，涂有锌金属或锌合金的钢例如电镀锌钢、 ga 1 va 1 ume?、合金化热镀锌钢(gal vanneal)和热浸镀锌钢。
[0032]优选地，在根据本发明的处理之前已将金属表面清洁和去脂。金属表面的清洁是 本领域中熟知的并且可以包括温和或强碱性清洁剂。两种碱性清洗剂的实例包括 PaiCO? Cleaner ZX-1 和 PafCO? Cl eaner 3 1 5，都可以从 Henke 1 Surface Technologies获得。在清洁之后，优选用水冲洗表面，然后根据本发明处理。
[0033]本发明的腐蚀防护涂料包含至少一种第IVB族元素和至少一种第VB族元素在去离 子水中在大约6-11的pH值，更优选8-10的pH值下的混合物。重要的是，该溶液的pH值保持在 这种范围中以便涂覆方法有效。优选地，所述第IVB族元素按该溶液的大约1-7重量％，更优 选大约2-5重量％，最优选3-5重量％的量存在，基于该溶液的总重量。涂料组合物可以包 括1-7重量％之间的任何子范围，基于总重量。优选地，第VB族元素在溶液中的量是大约 0.20-2.00重量％，更优选大约0.40-1.00重量％，基于该溶液的总重量。涂料组合物可以包 括0.20-2.00重量％之间的任何子范围，基于总重量。优选地，涂料溶液是锆和钒的混合物。 错的一种优选的源是称作Bacote2.0:?且可以从Flemington New Jersey的MEI获得的氧错 基碳酸铵。根据MEI的文献，Bacote2〇?是含稳定化的碳酸铵锆的阴离子型羟基化锆聚合 物的透明碱性水溶液。它提供大致20 % w/w的Zr02。它作为纸张和纸板应用的交联剂销售。 优选的第VB族元素是作为V2〇 5形式提供的钒。任选地，本发明涂料可以进一步适应添加各种 类型的有机涂料树脂，包括，仅作为举例:环氧树脂类、聚二氯乙烯、基于丙烯酸类的树脂、 甲基丙烯酸酯基树脂、苯乙烯基树脂、聚氨酯分散体和聚氨酯分散体杂化物。这些树脂的实 例包括€|3：15〇8的.〇1?760、!^11认3116!10-2120、版11让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。涂料还可以适