用于金屬基材的弱堿性薄無機腐蝕防護涂層的制作方法
【專利說明】
[00011 本分案申請是基于申請號為200980123158.5、申請日為2009年5月19日、發明名稱 為"用于金屬基材的弱堿性薄無機腐蝕防護涂層"的中國專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請
[0003] 無
[0004] 關于聯邦資助的研究的聲明
[0005] 無
技術領域
[0006] 本發明一般性地涉及金屬基材的腐蝕防護，更尤其涉及中性至弱堿性薄無機涂 層，該涂層可以在沒有預處理例如磷化溶液的情況下直接地施加到金屬基材上并為該金屬 基材提供增強的腐蝕防護。
【背景技術】
[0007] 未經處理的金屬表面易受腐蝕，這可能導致表面的銹產生、變弱、變色和破壞。因 此，通常通過使表面變得不太反應性和更耐腐蝕的各種方法處理金屬基材。此外，經常隨后 用裝飾性或附加的保護性涂料例如樹脂涂料、底漆、油漆及其它表面處理物涂覆金屬表面。 經常，金屬表面的初步處理包括金屬磷酸鹽處理，接著含鉻洗劑處理。這種處理是有效的， 但是不理想的，因為金屬磷酸鹽和含鉻洗劑產生對環境有害的廢料流。處置這些廢料流的 成本也持續提高。通常，這些處理要求相當酸性的條件并且此種酸性環境對于許多金屬基 材是不理想的。因此，提出為金屬基材提供增強的腐蝕防護而沒有相關的現有解決方案的 廢料流的處理方法和解決方案是希望的。此外，開發一種無機的且能在中性或弱堿性條件 下進行的解決方案將是有益的。最后，提供不會防止過去使用的其它裝飾性表面處理的繼 續使用的解決方案是希望的。

【發明內容】

[0008] 發明概述
[0009] 概括地說，本發明提供中性或弱堿性無機涂料溶液，它可以在沒有磷化預處理的 情況下直接地施涂到金屬表面上并提供顯著的腐蝕防護。該涂料溶液優選具有大約6-11， 更優選8-10的pH值。該涂料溶液包含元素周期表第IVB族過渡金屬元素即鋯、鈦和鉿中至少 一種的源，和元素周期表第VB族過渡金屬元素即釩、鈮和鉭中至少一種的源。優選地，涂料 溶液包括1-7重量％所述第IVB族元素，更優選2-5重量％，最優選3-5重量％，基于所述涂料 溶液的總重量。優選地，所述涂料溶液包括0.2-2.00重量％，更優選0.40重量％-1.00重 量％所述第VB族元素，基于所述涂料溶液的總重量。優選的第IVB族元素是鋯，優選作為氧 鋯基碳酸銨形式提供。優選的第VB族元素是作為V 205形式提供的釩。涂料溶液是原位干燥轉 化涂料并且也是無鉻的，因此不具有與鉻基涂料相關的環境問題。該涂料是非常通用的，因 為它可以適應添加各種各樣的可以直接添加到涂料溶液中的有機涂料樹脂，從而消除多步 涂覆過程，適合的樹脂是可分散或可溶于水性涂料溶液的那些。作為本領域中已知的術語 的轉化涂料是，涂料溶液內的組分與金屬基材在涂覆過程期間反應而產生最終原位干燥涂 層。
[0010] 本發明的這些及其它特征和優點將從優選實施方案的詳細描述來看對于本領域 技術人員而言更加顯而易見。
[0011] 具體地，本發明提供以下技術方案：
[0012] 1.用于金屬基材的腐蝕防護性涂料組合物，包含水性轉化涂料組合物，該水性轉 化涂料組合物包含1-7重量％選自元素周期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉化涂料組 合物的總重量，和0.2-2.0重量％選自元素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉化涂 料組合物的總重量，所述轉化涂料組合物具有大約6-11的pH值。
[0013] 2.根據第1項的轉化涂料組合物，其中所述第IVB族元素包含鈦、鋯或其混合物。
[0014] 3.根據第1項的轉化涂料組合物，其中所述IVB元素包含所述IVB元素的水性堿性 組合物。
[0015] 4.根據第1項的轉化涂料組合物，其中所述第VB族元素包含釩。
[0016] 5.根據第4項的轉化涂料組合物，還包含用于將釩還原的還原劑。
[0017] 6.根據第5項的轉化涂料組合物，其中所述還原劑包含半胱氨酸、抗壞血酸、Sn2+、 硫代琥珀酸或其混合物。
[0018] 7.根據第1項的轉化涂料組合物，還包含可溶或可分散于所述涂料組合物中并且 在堿性pH值下穩定的樹脂和其中所述樹脂選自環氧樹脂、聚二氯乙烯樹脂、基于丙烯酸類 的樹脂、甲基丙烯酸酯基樹脂、苯乙烯基樹脂、聚氨酯和它們的混合物。
[0019] 8.根據第7項的轉化涂料組合物，其中所述樹脂包含聚二氯乙烯樹脂且所述第IVB 族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0020] 9.根據第7項的轉化涂料組合物，其中所述樹脂包含苯乙烯基樹脂和基于丙烯酸 類的樹脂的混合物且所述第IVB族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0021] 10.根據第9項的轉化涂料組合物，其中所述樹脂還包含聚二氯乙烯樹脂。
[0022] 11.根據第7項的轉化涂料組合物，其中所述樹脂包含甲基丙烯酸酯基、苯乙烯基 和丙烯酸酯基樹脂的混合物且所述第IVB族元素包含鋯且所述第VB族元素包含釩。
[0023] 12.根據第11項的轉化涂料組合物，還包含用于將釩還原的還原劑。
[0024] 13.根據第1項的轉化涂料組合物，其中所述涂料組合物具有堿性pH值。
[0025] 14.為金屬基材提供腐蝕防護性涂層的方法，包括以下步驟：
[0026] a)提供金屬基材；
[0027] b)提供水性轉化涂料組合物，該水性轉化涂料組合物包含1-7重量％選自元素周 期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉化涂料組合物的總重量，和0.2-2.0重量％選自元 素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉化涂料組合物的總重量，所述轉化涂料組合物 具有大約6-11的pH值；
[0028] c)將所述轉化涂料組合物施涂到所述金屬基材上，然后原位干燥所述涂料組合 物，從而為所述金屬基材提供腐蝕防護性涂層。
[0029] 15 .采用涂料組合物涂覆的金屬基材，包括:水性轉化涂料組合物，該水性轉化涂 料組合物包含1-7重量％選自元素周期表第IVB族的至少一種元素，基于該轉化涂料組合物 的總重量，和0.2-2.0重量％選自元素周期表第VB族的至少一種元素，基于該轉化涂料組合 物的總重量，所述轉化涂料組合物具有大約6-11的pH值。
[0030] 優選實施方案的詳細描述
[0031] 本發明涉及裸金屬表面的處理，所述裸金屬表面意指該金屬表面沒有經用任何金 屬磷酸鹽溶液、含鉻洗劑或任何其它鈍化處理物預處理。受益于本發明方法的金屬表面包 括鋼，冷乳鋼，熱乳鋼，不銹鋼，鋁，涂有鋅金屬或鋅合金的鋼例如電鍍鋅鋼、 ga 1 va 1 ume?、合金化熱鍍鋅鋼(gal vanneal)和熱浸鍍鋅鋼。
[0032]優選地，在根據本發明的處理之前已將金屬表面清潔和去脂。金屬表面的清潔是 本領域中熟知的并且可以包括溫和或強堿性清潔劑。兩種堿性清洗劑的實例包括 PaiCO? Cleaner ZX-1 和 PafCO? Cl eaner 3 1 5，都可以從 Henke 1 Surface Technologies獲得。在清潔之后，優選用水沖洗表面，然后根據本發明處理。
[0033]本發明的腐蝕防護涂料包含至少一種第IVB族元素和至少一種第VB族元素在去離 子水中在大約6-11的pH值，更優選8-10的pH值下的混合物。重要的是，該溶液的pH值保持在 這種范圍中以便涂覆方法有效。優選地，所述第IVB族元素按該溶液的大約1-7重量％，更優 選大約2-5重量％，最優選3-5重量％的量存在，基于該溶液的總重量。涂料組合物可以包 括1-7重量％之間的任何子范圍，基于總重量。優選地，第VB族元素在溶液中的量是大約 0.20-2.00重量％，更優選大約0.40-1.00重量％，基于該溶液的總重量。涂料組合物可以包 括0.20-2.00重量％之間的任何子范圍，基于總重量。優選地，涂料溶液是鋯和釩的混合物。 錯的一種優選的源是稱作Bacote2.0:?且可以從Flemington New Jersey的MEI獲得的氧錯 基碳酸銨。根據MEI的文獻，Bacote2〇?是含穩定化的碳酸銨鋯的陰離子型羥基化鋯聚合 物的透明堿性水溶液。它提供大致20 % w/w的Zr02。它作為紙張和紙板應用的交聯劑銷售。 優選的第VB族元素是作為V2〇 5形式提供的釩。任選地，本發明涂料可以進一步適應添加各種 類型的有機涂料樹脂，包括，僅作為舉例:環氧樹脂類、聚二氯乙烯、基于丙烯酸類的樹脂、 甲基丙烯酸酯基樹脂、苯乙烯基樹脂、聚氨酯分散體和聚氨酯分散體雜化物。這些樹脂的實 例包括€|3：15〇8的.〇1?760、!^11認3116!10-2120、版11讓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。涂料還可以適