提供改进腐蚀防护的水性涂料、组合物及其方法与流程

文档序号:11409189阅读:203来源:国知局
提供改进腐蚀防护的水性涂料、组合物及其方法发明领域本发明涉及腐蚀抑制剂,更具体而言,用于涂料组合物的腐蚀抑制剂。本发明提供具有改进腐蚀性能,包括在将涂料组合物施用于金属表面期间降低的闪锈以及甚至所得干涂层中改进的防腐蚀的涂料组合物。本发明还提供制备和使用所述组合物及其腐蚀抑制剂的方法。发明背景本发明涉及腐蚀抑制组合物和使用它保护金属表面以防腐蚀的方法,更具体而言,用于涂料组合物的腐蚀抑制剂和包含这类腐蚀抑制剂的涂料组合物。金属表面可能经受非常快的腐蚀,有时甚至在暴露于特定条件下非常短的窗口下。取决于条件,明显的腐蚀可能仅仅在数分钟或数小时内发生,当金属表面与水溶液,特别是酸性溶液,与高度离子溶液,甚至与硬水接触时特别如此。该快速腐蚀在含铁金属表面的情况下通常称为“闪锈”,但同样也是非铁金属表面的问题。如下文所述术语“闪锈”指快速腐蚀,无论涉及的材料是含铁还是非铁的。不是所有闪锈是容易可见的,然而任何这类腐蚀的存在可能是有害的,并且通常在更深入分析时可检测到。闪锈和其它腐蚀形式在生产用于各用途的金属组件中,当组件在制造、组装或者随后的试验或使用期间与水溶液接触时,可能是特别有问题的。仍需要降低,如果可能的话防止发生闪锈。还需要降低其它类型的腐蚀使得表面和部件可持续更久且不经历由于腐蚀相关的损害导致的过早破坏。市售腐蚀抑制剂通常具有低水溶度,例如金属磺酸盐、含有羧酸的重金属盐(例如锌)的颜料组合物、苯甲酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。另外,用亚硝酸盐和硝酸盐形成的闪锈抑制剂具有作为与金属应用有关的长期腐蚀抑制剂的有限用途,因为这些腐蚀抑制剂的毒性使得它们对商业用途而言是较没有吸引力的。另外,尽管与胺混合的亚硝酸盐和硝酸盐是有效的闪锈抑制剂,它们可反应形成N-亚硝胺,其是已知的致癌物。因此,需要提供早期快速生锈防护并且还可提供长期防腐蚀的涂料组合物用腐蚀抑制剂。还需要在涂料组合物中提供所需性能,同时还具有成本效率、不含重金属、不含亚硝酸盐、不含溶剂、不含有毒和/或环境有害材料或其任何组合的腐蚀抑制剂。该腐蚀抑制剂理想地不吸收油并且可直接加入涂料组合物中,使得涂料组合物提供对涂料施用于其上的表面的早期快速生锈防护以及甚至长期防腐蚀。或者CI可就地制备。鉴于以上讨论和遭遇的问题,仍需要相关领域的进步,包括改进的涂层以及处理这些和其它金属组件以降低闪锈或腐蚀以及如果它发生的话处理它的方法。本发明解决了这些需要。发明概述本发明研究包含腐蚀抑制组分的水性涂料组合物,所述腐蚀抑制组分包含含有三烷醇胺的第一络合剂和包含羧酸的第二络合剂。本发明提供包含水、聚合物树脂组分和所述腐蚀抑制组分以及任选容许各种其它添加剂的涂料组合物。本发明还提供腐蚀抑制组分本身,所述腐蚀抑制组分包含含有三烷醇胺的第一络合剂和含有羧酸的第二络合剂。本发明提供在涂层施用于金属表面期间降低快速生锈的方法,所述方法包括如下步骤:(i)制备包含腐蚀抑制组分的涂料组合物,所述腐蚀抑制组分包含含有三烷醇胺的第一络合剂和含有羧酸的第二络合剂;和(ii)将涂料组合物施用于金属表面上;在金属表面上产生降低施用期间快速生锈并提供改进防腐蚀性能的涂层。本发明还提供改进涂层的防腐蚀性能的方法,所述方法包括如上所述相同的步骤。本发明还提供降低将涂层施用于金属表面期间的快速生锈以及改进涂层的防腐蚀性能的方法,所述方法包括如上所述相同的步骤。本发明提供制备包含腐蚀抑制剂组分的水性涂料组合物的方法,所述方法包括如下步骤:(i)将水、含有三烷醇胺的第一络合剂和含有羧酸的第二络合剂混合在一起以提供腐蚀抑制剂组分;(ii)将腐蚀抑制剂组分加入水性涂料组合物中;其中所得水性涂料组合物(i)降低在涂层施用于金属表面期间的快速生锈,(ii)提供具有改进防腐蚀性能的涂层,或者(iii)(i)和(ii)二者。本发明还提供所述腐蚀抑制组分在水性涂料中作为闪锈抑制剂的用途。本发明进一步提供所述腐蚀抑制组分改进涂层的防腐蚀性能的用途。本发明进一步提供所述腐蚀抑制组分在水性涂料中作为闪锈抑制剂以及改进涂层的防腐蚀性能的用途。在本文所述实施方案中的任一个中,本发明提供第二络合剂的羧酸可以为一种或多种含有3-50个碳原子的二羧酸。第一络合剂的三烷醇胺可以为具有连接在氮原子上的三个相同烷醇基团的叔单胺,其中三烷醇胺包含6-42个碳原子。本发明进一步提供所述涂料组合物,其中第一络合剂为多于80重量%三烷醇胺的胺混合物。第一络合剂可以为一种或多种三烷醇胺的混合物,或者它可以为单一三烷醇胺,基本不含任何其它胺,包括任何其它三烷醇胺。本发明提供在本文所述任何实施方案中,腐蚀抑制剂组分的第一络合剂与第二络合剂的重量比可以为1:9-9:1。发明详述下面通过非限定性阐述描述各优选特征和实施方案。涂料组合物本发明包括含有所述腐蚀抑制组分的涂料组合物。更具体而言,本发明研究包含腐蚀抑制组分的水性涂料组合物。本发明涂料组合物不过度受限,条件是它们包含所述腐蚀抑制组分。在一些实施方案中,本发明涂料组合物为施用于和/或用于金属表面上,所以需要使快速生锈最小化和/或降低,和任选进一步使表面的长期腐蚀最小化和/或降低的那些。本发明涂料组合物任选提供涂料组合物中的所需性能,同时还具有成本效率、不含重金属、不含亚硝酸盐、不含溶剂、不含有毒和/或环境有害材料或其任何组合。在一些实施方案中,本发明涂料组合物包含(i)水,其也可称为稀释剂,(ii)聚合物树脂组分,和(iii)所述腐蚀抑制组分。在一些实施方案中,本发明涂料组合物包含(i)水,(ii)聚合物树脂组分,(iii)所述腐蚀抑制组分和(iv)颜料和/或染料(其中如本文所用,颜料可包括染料)。在一些实施方案中,本发明涂料组合物包含(i)水,(ii)聚合物树脂组分,(iii)所述腐蚀抑制组分和(iv)消泡剂。在一些实施方案中,本发明涂料组合物包含(i)水,(ii)聚合物树脂组分,(iii)所述腐蚀抑制组分和(iv)颜料和/或染料。在一些实施方案中,本发明涂料组合物包含(i)水,(ii)聚合物树脂组分,(iii)所述腐蚀抑制组分,(iv)消泡剂和(v)颜料和/或染料。在这些实施方案中的任一个中,涂料组合物还可包含一种或多种其它添加剂,包括例如流变改进剂、受阻胺光散射体、紫外线抑制剂、润湿剂、流动改进剂、蜡乳液、聚结剂、增塑剂或其组合。在一些实施方案中,本发明涂料组合物为有色和/或染色的且包含颜料和/或染料组分。在一些实施方案中,本发明涂料组合物为未着色和/或未染色的,且基本不含任何颜料和/或染料组分,或者完全不含任何颜料和/或染料组分,或者在其它实施方案中,具有非有意加入的颜料和/或染料组分。在本发明的一些涂料组合物中,为水基漆,例如用于维护金属如桥、船、金属管道和铁轨、地下铁路和类似结构、金属建筑物、输送流体的管道和导管、储罐等的涂层的水基漆。这些水基漆的实例为乙酸乙烯酯、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、乙酸乙烯酯-氯乙烯、丙烯腈-丁二烯、异戊二烯、偏二氯乙烯-丙烯腈、偏二氯乙烯-乙酸乙烯酯、氯乙烯-丙烯腈的乳液聚合物、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物及其与其它乙烯基单体、羧化合成和天然橡胶等。其它有用且已知的水基漆包括环氧树脂、醇酸树脂、邻苯二甲酸醇酸树脂、乳化干性油、聚苯乙烯等。认为成膜剂和油漆的性质对为任何水基漆的本发明而言不是实质性的,特别是用于铁类金属的涂料可获益于本发明。本发明涂料组合物中的任一种可任选进一步包含一种或多种其它添加剂。这些其它添加剂可包括一种或多种其它稀释剂、分散剂、润湿剂、聚结溶剂、颜料/染料和/或颜料/染料分散剂(如果涂料组合物为有色/染色的)、消泡剂(如果不是已存在的)、填料、增塑剂、溶解助剂、增稠剂、也称为缓冲剂的pH调节剂、紫外线抑制剂或其任何组合。合适的消泡剂例如包括聚乙二醇和硅消泡剂。适用于本发明中的市售聚乙二醇消泡剂包括例如以名称由以及作为Q2-3183A由Dow出售的两种产品。也可得到的合适硅消泡剂的非限定性实例包括如下:二甲基聚硅氧烷水解产物;α-甲基-Ω-甲氧基聚二甲基硅氧烷;聚二甲基硅油;聚(二甲基硅氧烷);甲基封端的聚二甲基硅氧烷;聚氧化(二甲基亚甲硅基)、α-(三甲基甲硅烷基)-Ω-羟基;聚[氧化(二甲基亚甲硅基)]、α-[三甲基甲硅烷基]-Ω-[(三甲基甲硅烷基)氧基];硅油;α-(三甲基甲硅烷基)聚[氧化(二甲基亚甲硅基)]-Ω-甲基;及其混合物。优选的组合物可包含在用于处理金属表面期间足以抑制起泡的变化数目和量的这类消泡剂,无论是在浴、喷雾还是其它施用方法中。这类消泡剂在加入组合物中的各种其它组分如基本组分、咪唑啉组分和唑组分或本文用于组合物中的任何其它组分期间也可以是特别有利的。在所选择的优选实施方案中,这类消泡剂可以以组合物的约0.01至约1.0重量%的量存在以适于实现意欲的有利效果。合适的pH调节剂包括无机碱,例如氢氧化钠和氢氧化钾,以及已知或常用的缓冲剂,例如磷酸盐和硼酸盐。合适的分散剂,也可称为表面活性剂,包括烷基磺酸盐、丙烯酰基磺酸盐、磷酸酯、磺基琥珀酸盐、乙炔二醇、乙氧基化醇及其组合。适用于本发明中的这类表面活性剂的市售实例包括可由LubrizolCorporation得到的SolsperseTM表面活性剂,和来自StepanCompany的NF-12表面活性剂。当包括时,这类表面活性剂可优选以至多1重量%以及0.1-1重量%的量提供。当这样使用时,这类表面活性剂可加入并提供良好的润湿能力以增强金属表面被总组合物的其它成分润湿和其它成分的润湿。在一些实施方案中,涂料组合物为丙烯酸系乳液,包括苯乙烯丙烯酸系乳液。在一些实施方案中,涂料组合物基本不含或者甚至完全不含卤化物如氯化物。在一些实施方案中,涂料组合物不是偏二氯乙烯乳液。上述乳液和涂料组合物通常指单体,例如苯乙烯和亚乙烯。应当理解这些组合物包含聚合材料,所以也可称为聚苯乙烯丙烯酸乳液、聚偏二氯乙烯乳液等。腐蚀抑制剂组分本发明腐蚀抑制组分包含第一络合剂和第二络合剂。第一络合剂包含三烷醇胺。第二络合剂包含羧酸。腐蚀抑制组分还可包含一些量的水以容许络合剂相互形成盐。尽管不愿受理论束缚,认为与具体类型的所述酸组合用于第一络合剂中的具体胺类型容许通过本发明实现且在不使用所述胺时和/或在使用明显不同的酸时不能得到的改进且令人惊讶的性能。第一络合剂包含三烷醇胺。第一络合剂可以为胺的混合物,例如两种或更多种三烷醇胺的混合物。第一络合剂还可以为包含至少一种三烷醇胺的胺混合物。换言之,包括非三烷醇胺在内的其它胺可存在于第一络合剂中。然而,第一络合剂包含三烷醇胺。在一些实施方案中,第一络合剂为至少50重量%三烷醇胺,在其它实施方案中,第一络合剂为至少60、70、80、90或者甚至95重量%三烷醇胺。在另外的其它实施方案中,第一络合剂基本由一种或多种三烷醇胺组成,且可基本不含任何其它胺。基本不含意指任何其它胺仅以工业材料的典型量存在于第一络合剂中。换言之,如果认为市售工业材料由一种或多种三烷醇胺构成,它可被认为是基本不含任何其它胺,条件是其它胺不是有意加入的和/或其它胺的量不超过由于典型污染物或者由于存在副产物等而存在的量。在一些实施方案中以及如本文所述,如果一种材料包含不多于5、4、2、1或者甚至0.5重量%第二材料,则它可被认为是基本不含第二材料。合适的三烷醇胺包括胺叔单胺,即包含单一氮原子和三个烷醇基团,例如三个含有羟基的烃基,或者在一些实施方案中,三个含有羟基的烷基的胺。这些三烷醇胺可包含总计3-42个碳原子,或者4-30或5-18、6-12、6-9或者甚至恰好6个碳原子。在一些实施方案中,三烷醇胺具有相同的烷醇基团,即三个包含羟基的烃基或烷基是相同的。在一些实施方案中,第一络合剂的该三烷醇胺是具有连接在氮原子上的三个相同烷醇基团的叔单胺,其中三烷醇胺包含3-42个碳原子,或者上述其它范围中的任一种。在一些实施方案中,第一络合剂的三烷醇胺由下式表示:其中R各自独立地为烃基使得胺包含6-42个碳原子,或者6-120、6-18、6-12、6-9或者甚至6个碳原子。在其它实施方案中,R基团可定义为各自包含2-40个碳原子,或者3-39、4-38、5-37或6-36个碳原子。在其它实施方案中,R基团可定义为各自包含2-14个碳原子,或者2-10、2-6、2-4、2-3或者甚至恰好4、3或2个碳原子。在一些实施方案中,上式中的R基团为烷基(确切地说,亚烷基)。在一些实施方案中,上式中的R基团为各自包含相同碳原子数的相同亚烷基。R基团可以为线性或支化的,然而,在一些实施方案中,上式中的R基团为线性亚烷基。适用于本发明中的三烷醇胺的合适实例包括三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三戊醇胺、三己醇胺或其混合物。在一些实施方案中,本发明三烷醇胺为三乙醇胺、三丙醇胺或其一些组合。在其它实施方案中,本发明三烷醇胺为三乙醇胺。在另外的其它实施方案中,本发明三烷醇胺为三丙醇胺或其一些组合。第二络合剂包含羧酸。认为用于本发明中的合适羧酸不过度受限。在一些实施方案中,第二络合剂包含一种或多种二羧酸。在一些实施方案中,第二络合剂包含一种或多种含有3或4至50个碳原子,或者4-40、8-20、10-12或者甚至11-12个碳原子的羧酸。在一些实施方案中,第二络合剂包含一种或多种包含3-50个碳原子,或者4-40、8-20、10-12或者甚至11-12个碳原子的二羧酸。在一些实施方案中,第二络合剂包含至少一种二羧酸。在某些实施方案中,第二络合剂包含2、3或更多种二羧酸的混合物。适用于本发明中的这类二羧酸混合物的一个市售实例以商品名M-1由出售。合适的羧酸包括线性羧酸、支化羧酸或其组合,以及在一些实施方案中,线性二羧酸、支化二羧酸或其组合。在一些实施方案中,羧酸为脂族的,即它们不包含任何芳族基团。在一些实施方案中,第二络合剂可包含一种或多种下式表示的二羧酸:其中n为2-48。在一些实施方案中,n为3-38,或者6-18、7-10、8-10或者甚至9-10。在一些实施方案中,第二络合剂如上所定义基本不含或者甚至完全不含单羧酸。在一些实施方案中,第二络合剂如上所定义基本不含或者甚至完全不含支化羧酸,即支化单羧酸、支化二羧酸或二者。合适的酸包括丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸或其一些组合。在一些实施方案中,酸包含癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸或其一些组合。在一些实施方案中,第二络合剂包含癸二酸、癸烷二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、2-十二碳烯二酸、3-叔丁基己二酸、1,1-环己烷二乙酸,和这些相同酸的混合物和/或盐。在一些实施方案中,上述水性涂料组合物包含(i)包含三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三戊醇胺、三己醇胺或其一些组合的第一络合剂,和(ii)包含丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸或其一些组合的第二络合剂。在上述实施方案中的任一个中,第一络合剂可以为包含一种或多种三烷醇胺的胺混合物。在这些实施方案中的一些中,胺混合物为多于80重量%三烷醇胺,或者多于85、90或者甚至95重量%三烷醇胺。在上述实施方案中的任一个中,第一络合剂可以为包含一种或多种三烷醇胺的胺混合物,其中胺的烷醇基团为线性的。在这些实施方案中的一些中,胺混合物为多于80、85、90或者甚至95重量%的这些三烷醇胺。在上述实施方案中的任一个中,第一络合剂可以为包含一种或多种三烷醇胺的胺混合物,其中胺的烷醇基团为相同线性烷醇基团。在这些实施方案中的一些中,胺混合物为多于80、85、90或者甚至95重量%的这些三烷醇胺。在所述水性涂料组合物中,第一络合剂与第二络合剂的重量比可以为1:9-9:1。在一些实施方案中,第一络合剂与第二络合剂的重量比为1:5-5:1、1:4-4:1、2:3-3:2或者甚至约3:2、约1:1或约2:3。在所述水性涂料组合物中,腐蚀抑制组分可以以基于总组合物0.1-30重量%,或者0.1或0.25或0.5至20或10或5重量%或者甚至0.1-2.0,或者0.25-2.0,或者0.5-1.5或者甚至约1.0重量%存在。在一些实施方案中,在所述水性涂料组合物中,第二络合组分可以以至多15重量%,或者0.1或0.2或0.5至15或10或5或2重量%存在于总组合物中。类似地,在一些实施方案中,第一络合组分可以以至多15重量%,或者0.1或0.2或0.5至15或10或5或2重量%存在于总组合物中。在一些实施方案中,第一络合剂和/或总腐蚀抑制组分基本不含或者甚至完全不含亚硝酸钠盐。在一些实施方案中,第二络合剂和/或总腐蚀抑制组分基本不含或者甚至完全不含含硫羧酸,例如芳基磺酰氨基羧酸。...
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