涂覆基材的金属表面的方法和根据该方法涂覆的物件的制作方法

涂覆基材的金属表面的方法和根据该方法涂覆的物件的制作方法
【专利说明】涂覆基材的金属表面的方法和根据该方法涂覆的物件
[0001]本发明涉及涂覆表面的方法、相应的涂层以及根据该方法涂覆的物件的用途。为了在尤其是金属的表面上借助于浸渍法产生均匀涂层，存在众多方法。在此优选使用以下技术用于尤其产生主要由有机基质或/和有机或/和无机添加组分组成的防腐涂层。
[0002]传统方法基于对所用配制品的流变性能的应用，以实现接合的工件的完整涂层。虽然在浸渍过程之后通过持续旋转有关工件可减少涂覆材料在临界位置的积聚，但是通过该方法不可能实现完全均匀的涂层。此外，在干燥或/和交联过程中在具有较高涂料含量的位置可出现缺陷如鼓泡和凹坑(kocher)，其损害整个涂层的品质。
[0003]电泳法通过使用电流避免这些问题，以使均匀涂层在浸渍时沉积。使用该方法在金属工件上成功产生均匀涂层。沉积的涂层在湿状态下显示出与金属基底的特别好的粘附，这允许在随后的冲洗步骤中处理工件而不使涂层剥离。这导致，工件上的上文提及的难接近位置免除过量的涂漆溶液，和因此在干燥过程中不会出现缺陷。该技术具有缺点，即除了导致成本提高的所需量的电能和合适的浸渍槽外，还出现所谓的边缘流失(Kantenf lucht)，因为在宏观边缘处不均匀地形成电场并不均匀和可能甚至不完整地涂覆边缘。在构建工件时，还必须避免空腔，因为在这些位置出现与法拉第笼现象可比拟的效应。由于为了沉积所需的电场强度的减小，通过所述方法在工件上的这类区域处不能施涂或仅能施涂极少的涂层(包覆问题)，这导致涂层品质的损害。此外，该技术在电浸涂(ETL)时例如在阴极浸涂(KTL)时表现出以下缺点:相应的浸渍浴与温度管理、供电和电绝缘的所有电气和机械设备、循环设备和包括清除电解涂覆时产生的阳极电解液-酸和具有用于漆料再循环的超过滤的附加设备以及控制设备的建造均是非常复杂的。还由于大的电流强度和能量以及在均衡(VergleichmSfiigung)浴体积中的电气参数时和在精确调节所有工艺参数时以及在保养和清洁装置时，该工艺方式需要非常高的技术支出。
[0004]已知的自泳法基于由对所用基材表面的酸洗侵蚀构成的无电流概念，其中金属离子从表面溶解出，并且乳状液由于在生成的界面上的金属离子浓度而凝结。虽然该方法不具有电解方法在法拉第笼效应方面的上述限制，但在该过程中产生的涂层必须在第一活化步骤之后在复杂的多步浸渍法中固定。此外，所述酸洗侵蚀导致活性区由于金属离子的不可避免的污染，所述金属离子必须从所述区去除。此外，所述方法基于化学沉积过程，其不能自调节并且必要时不能例如在电解方法中那样通过切断电流来中断。由此，在金属基材在活性区内停留较长时间的情况下，形成过高的层厚是不可避免的。
[0005]在浸渍过程中有效并且经济地形成均匀涂层是长期追求的期望，以由此制备尽可能封闭并且基本上平坦的具有较大厚度的涂层。
[0006]因此，目的在于涂覆基材的金属表面的方法，所述方法包括以下步骤或由以下步骤组成:
1.提供具有净化过的金属表面的基材，
I1.用呈分散体或/和悬浮体形式的含水组合物接触并涂覆金属表面，
II1.任选地冲洗有机涂层和
IV.干燥或/和烘烤所述有机涂层或 V.任选地使所述有机涂层干燥并且在干燥或/和烘烤之前用同类或其它的涂料组合物涂覆，
其中在步骤II中，用呈分散体或/和悬浮体形式的含水组合物进行涂覆，该含水组合物包含2.5至45重量％的至少一种非离子稳定化的粘合剂和0.1至2.0重量％的胶凝剂，其中所述含水组合物具有0.5至7的pH值，并且与在预处理步骤中或/和在步骤II中的接触过程中从金属表面溶解出来的阳离子形成基于离子凝胶的涂层。
[0007]根据本发明所使用的非离子稳定化的粘合剂借助于下文描述的测试来选择:
1)制备由去呙子(VE)水、0.5重量%的胶凝剂和10重量%的待试验的分散体组成的含水混合物；
2)借助于六氟锆酸调节所述混合物的pH为2至3;
3)将净化过的基材在上文所述的溶液中在室温下浸渍5分钟；
4)在沉积的情况下，进行对比试验(不含胶凝剂)，为此制备由去离子水、10重量%和待试验的分散体组成的混合物；
5)在4)中制备的混合物使用六氟锆酸再次调节pH为2至3，并且
6)重复在3)中所述的试验。
[0008]若在3)中在基材上出现有机沉积物并且在6)(不含胶凝剂)中没有出现沉积物，则所述非离子稳定化的粘合剂适合于本发明的方法。
[0009]本发明的涂层显示单层结构，其中形成或可存在或多或少均匀的涂层或其中(聚合物)颗粒在靠近金属表面处稍更强烈富集的涂层。
[0010]根据本发明，如下理解待涂覆的具有金属表面的基材:金属、金属涂覆的表面或用底漆预处理的金属表面，从其中仍可溶解出金属阳离子。特别地，术语“待涂覆的表面(一种或多种)”在本申请的意义上包括金属物件或/和金属颗粒的表面，其可任选地例如用例如基于锌或锌合金的涂层或/和用至少一个例如基于铬酸盐、Cr3+、T1-化合物、Zr-化合物、硅烷/硅烷醇/硅氧烷/聚硅氧烷或/和有机聚合物的预处理或处理组合物的涂层预涂覆。
[0011]针对金属材料，基本上所有类型的金属材料是可行的，尤其是由铝、铁、铜、钛、锌、锡或/和具有一定含量的铝、铁、钢、铜、镁、镍、钛、锌或/和锡的合金制成的这类，其中还可相邻或/和相继地使用它fl]。材料表面还可任选地被预涂覆或/和是经预涂覆的，例如用锌或含铝或/和锌的合金。
[0012]作为待涂覆的物件，基本上可使用所有类型的物件，其由金属材料构成或具备至少一个金属涂层。特别优选的物件尤其是带材(卷材)、板材、部件例如小部件、接合的组件、复杂成型的组件、型材、棒材或/和线材。
[0013]术语“无电流涂覆”在本申请的意义上指的是与用于制备后续涂层的已知电解方法相反，在用包含溶液或/和分散体(=悬浮体或/和乳状液)的组合物涂覆时，由外部施加小于100 V的电压。
[0014]本发明优选涉及方法，其中所述胶凝剂包含以下组分或由以下组分组成:a)至少一种多糖，其基于糖原、直链淀粉、支链淀粉、愈创葡聚糖、琼脂、藻胶、藻酸盐、果胶、角叉菜胶、纤维素、甲壳素、壳聚糖、凝结多糖、葡聚糖、果聚糖、胶原、吉兰糖胶、阿拉伯胶、淀粉、黄原胶、黄蓍胶、刺梧桐胶(Karayanen)、刺云实胶(Tarakernmehlen)和葡甘露聚糖;b)至少一种天然来源的胶凝剂，其基于聚氨基酸、胶原、多肽、木质素和/或c)至少一种合成的胶凝剂，其基于聚氨基酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸-共聚物、丙烯酰胺-共聚物、木质素、聚乙烯基磺酸、多聚羧酸、多聚磷酸或聚苯乙烯。
[0015]所述胶凝剂特别优选地包含至少一种基于果胶和/或吉兰糖胶的多糖或由其组成。
[0016]优选地，本发明的方法是这样的方法，其中含水组合物或/和由其制备的有机涂层包含至少一种类型的阳离子，该阳离子选自基于起阳离子作用的盐的这类，该盐选自三聚氰胺盐、亚硝基盐、氧鑰盐、铵盐、具有季氮阳离子的盐、铵衍生物的盐和41、83&、0&、(^、(:0、01小6、!^、111、1(、1^、]\%、]\111、]\10、恥、他、祖、？13、511、了3、11、￥、1211或/和21的金属盐。
[0017]术语“共聚物”在本申请的意义上描述了由两种或更多种不同类型的单体单元组成的聚合物。此处，如借助于由两种不同的共聚单体A和B构成的二元共聚物那样，可将共聚物分为5类，说明如下:
I.无规共聚物，其中这两种单体在链中的分布是随机的(AABABBBABAABBBABBABAB...)；
2.梯度-共聚物，其原则上与无规共聚物类似，但在链的走向上具有可变的单体部分(AAAAAABAABBAABABBBAABBBBBB)；
3.交替或更替共聚物，其沿链具有规则排列的单体(ABABABABABABABABABAB...);
4.嵌段共聚物，其由各种单体的较长序列或嵌段组成(AAAAAAAAABBBBBBBBBBBB...)，其中根据嵌段的个数，又称为二嵌段、三嵌段、多嵌段共聚物；
5.接枝共聚物，其中单体的嵌段接枝到另一种单体的骨架(主链)上。
[0018]术语“衍生物”在本申请的意义上表示其结构与相应的基本物质相似的衍生物质。衍生物是其分子具有另一原子或另一原子团代替H-原子或官能团或者其中去除一个或多个原子/原子团的物质。
[0019]术语“聚合物(一种或者多种)”在本申请的意义上指的是单体(一种或者多种)、低聚物(一种或者多种)、聚合物(一种或者多种)、共聚物(一种或者多种)、嵌段共聚物(一种或者多种)、接枝共聚物(一种或者多种)、它们的混合物和它们基于有机或/和基本上有机基础的配混物。通常在本申请意义上的“聚合物(一种或者多种)”主要或完全作为聚合物(一种或者多种)或/和共聚物(一种或者多种)存在。
[0020]本发明的方法特别优选是这样的方法，其中使所述含水组合物或/和由其制备的有机涂层具有一定含量的基于聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚环氧化物和/或它们的杂化物的成膜粘合剂。
[0021]所谓的聚丙烯酸酯-聚氨酯杂化树脂可从类型上区分为通过各种分散体的单纯混合所产生的杂化体系(共混物或配制品)、在不同聚合物类型之间具有化学键和的这类，以及其中不同的聚合物种类形成互穿网络(IPN)的这类。
[0022]这类聚氨酯-聚丙烯酸酯杂化分散体通常通过乙烯基聚合物(“聚丙烯酸酯”)在含水聚氨酯分散体中的乳液聚合来制备。然而，也可以将聚氨酯-聚丙烯酸酯-杂化分散体作为二次(SekundSr)分散体来制备。
[0023]含水聚丙烯酸酯-聚环氧化物杂化分散体通常通过双官能的环氧化物与双官能的胺单体基本单元的加成反应和随后与具有足够的羧基官能的聚丙烯酸酯的反应来制备。可如在聚氨酯二次分散体的情况中那样，在此例如通过羧酸盐基团(其与胺转变为阴离子基团和随后分散于水中)实现可水分散性。
[0024]用于在基材上形成层的杂化分散体除了聚氨酯和聚环氧化物成分以外，还可优选含有基于聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸丁酯和/或其它丙烯酸酯的有机聚合物和/或共聚物。丙烯酸酯是衍生自丙烯酸(CH2=CH-COOH)和因此具有官能团(CH