用于改进在预处理的金属基底上的可电沉积的涂料组合物的泳透力的树脂基后冲洗的制作方法
【专利摘要】公开的是处理金属基底的方法，包括含铁基底例如冷轧钢和电镀锌钢。该方法包括(a)将该基底与预处理组合物接触，该组合物包括IIIB或者IVB族金属和正电金属，(b)将该基底与后冲洗组合物接触，和(c)将可电沉积的涂料组合物电泳沉积到基底上，其中该后冲洗组合物改进了随后施涂的可电沉积的涂料组合物的泳透力。本发明还涉及由此生产的涂覆的基底。
【专利说明】用于改进在预处理的金属基底上的可电沉积的涂料组合物的泳透力的树脂基后冲洗
[0001]关于联邦资助研究的声明
[0002]本发明是在由ARDEC批准的合同号N0.W15QKN-07-C-0048下由政府支持来进行的。美国政府可以在本发明中具有某些权利。
发明领域
[0003]本发明涉及涂覆金属基底的方法，包括含铁基底例如冷轧钢和电镀锌钢。本发明还涉及涂覆的金属基底。
[0004]背景信息
[0005]在金属基底上使用保护性涂层来改进耐腐蚀性和油漆附着性是普遍的。用于涂覆这样的基底的常规技术包括这样的技术，其包括用磷酸盐转化涂料和含铬洗液来预处理该金属基底。但是，使用这样的磷酸盐和/或含铬酸盐的组合物导致了环境和健康问题。结果，已经开发了无铬酸盐和/或无磷酸盐的预处理组合物。这样的组合物通常基于化学混合物，其以某些方式与基底表面反应和结合到它上来形成保护层。例如基于IIIB或者IVB族金属化合物的预处理组合物最近已经变得更流行。
[0006]在用预处理组合物预处理了该基底之后，通常还随后将该预处理的基底与可电沉积的涂料组合物的接触。阳离子和阴离子电沉积二者是商业上使用的，并且阳离子在期望高水平的腐蚀保护的应用中更流行。对于全部的可电沉积的涂料组合物，非常令人期望的是增加它们各自的泳透力，来使得可电沉积的涂料组合物沉积在预处理基底的凹进区域中，而不对涂覆基底的性能特性产生不利的影响。
【发明内容】
[0007]在某些方面，本发明涉及一种处理金属基底的方法，其包含:(a)将该基底与包含IIIB和/或IVB族金属和正电金属的预处理溶液接触；(b)将该基底与基于阴离子树脂的后冲洗组合物接触；和(C)将可阳离子电沉积的涂料组合物电泳沉积到该基底上。
[0008]在仍然的其他方面，本发明涉及一种处理金属基底的方法，其包含(a)将该基底与包含IIIB和/或IVB族金属和正电金属的预处理溶液接触；(b)将该基底与基于阳离子树脂的后冲洗组合物接触；和(c)将可阴离子电沉积的涂料组合物电泳沉积到该基底上。
【具体实施方式】
[0009] 在下面的【具体实施方式】中，应当理解本发明可以赋予不同的可选择的变化和步骤次序，除了有明确的相反规定之处。此外，除了任何操作实施例或者另有指示之处外，表示例如说明书和权利要求中所用的成分的量的全部数字被理解为在全部的情况中是用术语“大约”修正的。因此，除非有相反的指示，否则下面的说明书和附加的权利要求中阐明的数字参数是近似的，其可以根据本发明所寻求获得的期望的性能而变化。最起码，和并非打算使用等价原则来限制权利要求的范围，每个数字参数应当至少按照所报告的有效数字的数值和通过使用通常的四舍五入技术来解释。
[0010]虽然阐明本发明宽的范围的数字范围和参数是近似的，但是在具体实施例中所述数值是尽可能精确来报告的。但是任何数值本质上包含了由它们各自的测试测量中存在的标准偏差所必然形成的某些误差。
[0011]同样，应当理解这里所述任何数字范围目的是包括处于其中的全部的子范围。例如范围“1-10”目的是包括在所述最小值I和所述最大值10之间(并包括其)的全部子范围，即，具有最小值等于或者大于I和最大值等于或者小于10。
[0012]在本申请中，单数的使用包括复数和包含单数的复数，除非另有明确规定。另外，在本申请中，使用“或者”表示“和/或”，除非另有明确规定，即使在某些情况中可以明确使用“和/或”。
[0013]如前所述，本发明的某些实施方案涉及处理金属基底的方法。用于本发明的合适的金属基底包括那些，其经常用于车体部件，汽车零件和其他制品例如小的金属零件，包括紧固件，即，螺母，螺栓，螺杆，销钉，钉子，夹子，按钮等中。合适的金属基底具体的例子包括但不限于冷轧钢，热轧钢，用锌金属、锌化合物或者锌合金涂覆的钢，例如电镀锌钢，热浸镀锌钢，镀锌钢，和锌合金电镀的钢。同样可以使用铝合金，镀铝钢和铝合金电镀的钢基底。其他合适的非铁金属包括铜和镁，以及这些材料的合金。此外，打算通过本发明的方法涂覆的裸露金属基底可以是基底的切割边缘，其是在它的其余表面上处理和/或涂覆的。根据本发明的方法涂覆的金属基底可以处于例如金属片或者制作的零件的形式。
[0014]打算用本发明方法处理的基底可以首先清洁来除去油脂、脏物或者其他异物。这通常是使用中等或者强碱性清洁剂来进行的，例如是市售的和通常用于金属预处理方法的。适用于本发明的碱性清洁剂的例子包括Chemkleenl63, Chemkleenl77和Chemkleen490MX,其每个市售自PPGIndustries, Inc。这样的清洁剂经常在水冲洗之后和/或之前。
[0015]如前所述，本发明的某些实施方案涉及处理金属基底的方法，其包含将该金属基底与包含IIIB和/或IVB族金属的预处理组合物接触。作为此处使用的，术语“预处理组合物”指的是这样的组合物，其通过与基底接触而与基底表面反应和化学改变该基底表面，并且结合到它上来形成保护层。
[0016]经常的，该预处理组合物包含载体，经常是含水介质，以使得该组合物处于IIIB或者IVB族金属化合物在载体中的溶液或分散体的形式。在这些实施方案中，溶液或者分散体可以通过任何的多种已知技术来与基底接触，例如浸涂或者浸没，喷涂，间歇喷涂，浸涂，随后嗔涂，嗔涂随后浸涂，刷涂或者棍涂。在某些实施方案中，该溶液或者分散体当施涂到金属基底上时处于60-150 °F (15-65°C )的温度。接触时间经常是10秒-5分钟，例如30秒-2分钟。
[0017]作为此处使用的，术语“IIIB和/或IVB族金属”指的是如Handbook of Chemistryand Physics，第63版(1983)中所示的CAS元素周期表的IIIB族或者IVB族的元素。在可应用之处，可以使用该金属本身。在某些实施方案中，使用IIIB和/或IVB族金属化合物。作为此处使用的，术语“IIIB和/或IVB族金属化合物”指的是这样的化合物，其包括CAS元素周期表的IIIB族或者IVB族的至少一种元素。
[0018] 在某些实施方案中，预处理组合物中所用的IIIB和/或IVB族金属化合物是锆、钛、铪、钇、铈的化合物或者其混合物。合适的锆的化合物包括但不限于六氟锆酸，其碱金属和铵盐，碳酸铵锆，硝酸氧锆，羧酸锆和羟基羧酸锆，例如氢氟锆酸，乙酸锆，草酸锆，乙醇酸铵锆，乳酸铵锆，柠檬酸铵锆及其混合物。合适的钛化合物包括但不限于氟钛酸和它的盐。合适的铪化合物包括但不限于硝酸铪。合适的钇化合物包括但不限于硝酸钇。合适的铈化合物包括但不限于硝酸铈。
[0019]在某些实施方案中，IIIB和/或IVB族金属化合物在预处理组合物中的存在量是至少1ppm金属,例如至少10ppm金属，或者在一些情况中至少150ppm金属。在某些实施方案中，IIIB和/或IVB族金属化合物在预处理组合物中的存在量不大于5000ppm金属，例如不大于300ppm金属，或者在一些情况中不大于250ppm金属。IIIB族和/或IVB族金属在预处理组合物中的量可以是所述值的任何组合，包括所述值。
[0020]在某些实施方案中，该预处理组合物还包含正电金属。作为此处使用的，术语“正电金属”指的是这样的金属，其的正电性大于金属基底。这意味着在本发明中，术语“正电金属”包括了相比于金属基底的金属不太容易氧化的金属。作为本领域技术人员所理解的，金属被氧化的倾向被称作氧化势，以伏特表示，并且是相对于标准氢电极(其被主观规定为O的氧化势)来测量的。下表给出了几种元素的氧化势。如果下表中一种元素的电压值E*大于与之相比的元素，在该元素相比于该另一种元素不太容易氧化。
[0021]
【权利要求】
1.一种涂覆基底的方法，其包括: (a)将该基底与预处理溶液接触，该溶液包含IIIB族金属和/或IVB族金属和正电金属； (b)将该基底与包含阴离子树脂的基于阴离子树脂的后冲洗组合物接触；和 (c)将可阳离子电沉积的涂料组合物电泳沉积到该基底上。
2.权利要求1的方法，其中所述阳离子树脂包括亚磷化的环氧树脂。
3.权利要求1的方法，其中步骤(a)在步骤(b)之前进行，和其中步骤(b)在步骤(C)之前进行。
4.权利要求1的方法，其中所述IIIB族金属和/或IVB族金属包括锆。
5.权利要求1的方法，其中与没有步骤(b)而施涂到基底上的所述可阳离子电沉积的涂料组合物的泳透力相比，该可阳离子电沉积的涂料组合物的泳透力增加了至少6%。
6.权利要求1的方法，其中所述IIIB族金属和/或IVB族金属包括IIIB族金属化合物和/或IVB族金属化合物。
7.权利要求6的方法，其中所述IVB族金属化合物包括锆化合物。
8.权利要求1的方法，其中步骤(b)包括: 将该基底浸入包含基于阴离子树脂的后冲洗组合物的浴液中； 从所述浴液中取出该基底；和 用水冲洗该基底。
9.权利要求1的方法，其中步骤(b)包括: 用基于阴离子树脂的后冲洗组合物喷涂该基底；和 在步骤(C)之前，干燥该基底上的基于阴离子树脂的后冲洗组合物。
10.一种基底，其是根据权利要求1的方法涂覆的。
11.一种涂覆基底的方法，其包括: (a)将该基底与预处理溶液接触，该溶液包含IIIB族和/或IVB族金属和正电金属； (b)将该基底与包含阳离子树脂的基于阳离子树脂的后冲洗组合物接触；和 (c)将可阴离子电沉积的涂料组合物电泳沉积到该基底上。
12.权利要求11的方法，其中所述阳离子树脂包括三氨基环氧树脂。
13.权利要求11的方法，其中步骤(a)在步骤(b)之前进行和其中步骤(b)在步骤(c)之前进行。
14.权利要求11的方法，其中所述IVB族金属包括锆。
15.权利要求11的方法，其中所述IIIB族金属和/或IVB族金属包括IIIB族金属化合物和/或IVB族金属化合物。
16.权利要求15的方法，其中所述IVB族金属化合物包括锆化合物。
17.权利要求11的方法，其中步骤(b)包括: 将该基底浸入包含基于阳离子树脂的后冲洗组合物的浴液中； 从所述浴液除去该基底；和 用水冲洗该基底。
18.权利要求11的方法，其中与没有步骤(b)而施涂到基底上的所述可阴离子电沉积的涂料组合物的泳透力相比，该可阴离子电沉积的涂料组合物的泳透力增加了至少6%。
19.权利要求11的方法，其中所述阳离子树脂包含环氧树脂的胺加成物。
20.一种涂覆的基 底，其是根据权利要求11的方法涂覆的。
【文档编号】C23C28/02GK104053826SQ201280067286
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年10月9日 优先权日:2011年12月13日
【发明者】N·J·西尔弗奈尔, S·D·佩里内, M·J·鲍里克, R·F·卡拉宾 申请人:Ppg工业俄亥俄公司