專利名稱：作為轉化型涂層或作為漆中防腐蝕添加劑的季銨鹽的制作方法
技術領域：
本發明涉及含有非鹵素陰離子如碳酸根離子、碳酸氫根離子、磷酸根離子和甘醇酸根離子的季銨作為轉化型涂層的活性成分和作為油漆和涂料的添加劑的用途。
背景技術：
在金屬表面會與水(無論是液態水或潮濕空氣)接觸的過程中，總是有腐蝕的危險。當金屬本身有腐蝕的傾向且沒有被涂布時，該問題尤其嚴重。有腐蝕傾向的金屬的例子發現于由鐵合金制造的沖壓金屬汽車部件，研磨表面如機器加工的鋼部件，和由鑄鐵制造的機器組件中。轉化型涂層被用來抑制腐蝕并保障油漆對金屬表面(特別是對鋼)的良好粘著。裸鋼與有機涂料不能形成良好的粘合。為了改善金屬/有機涂料的粘合，鉻酸鹽或磷酸鹽轉化型涂層與鋼進行化學反應而形成具有金屬-磷酸鹽薄層的粗糙表面結構，該結構提供有機聚合物對金屬表面的機械和化學聯鎖(粘著)。參見，例如，Watson，J. " A refresher :Understandingpretreatment"，Powder Coating 1996，7 (3)禾口 Ferguson，D.； Monzyk,B. ,“ Nonpolluting replacement for chromate conversion coating and zinc phosphatein powder coating applications"，Powder Coating 2001，12(7)。在此禾口下文中，應了解轉化型涂層表示一種在金屬基材表面上的保護性阻隔薄膜或層，其同時具有腐蝕抑制和油漆粘著的能力，且包括(υ有機薄膜，( )由金屬蝕刻和再沉積方法得到的無機氧化物，(iii)由真實沉積方法得到的無機氧化物，或(iv)任何來自(i)、(ii)和 (iii)的無機和有機材料的混合物。最廣泛使用的轉化型涂層是鉻酸鹽處理、磷鉻酸鹽處理(phosphochromating)和磷酸鋅處理。據信鉻酸鹽處理產生較好的腐蝕抑制作用，而磷鉻酸鹽處理產生較好的油漆粘著。在將轉化型涂層施加到金屬表面之前，必須清理金屬表面以除去任何在金屬表面上的油脂。然后可通過浸涂或噴涂來施加轉化型涂層。鉻酸鹽和磷鉻酸鹽轉化型涂層是最通常的化學轉化型涂層，但是因為健康、安全和環境方面的考慮， 需要其它類型的轉化型涂層。發明概述研究發現，含有非鹵素陰離子如碳酸氫根離子、碳酸根離子、磷酸根離子和甘醇酸根離子的季銨鹽，更具體地，含有作為陰離子的碳酸氫根離子、碳酸根離子、磷酸根離子和甘醇酸根離子的二烷基二甲基銨鹽、和它們的各種組合，具有作為金屬表面(特別是鋼表面)的轉化型涂層的適用性。另外，已發現所述季銨鹽類物能夠產生所需的表面轉變，例如所需的表面氧化物(即磁鐵礦，Fe3O4)在鋼基材上的生長。此氧化物的形成產生粘著至金屬基材的明顯的微晶區，油漆之類的涂層預期對此區表現出改善的粘著性。另外，所述季銨鹽可直接加到油漆中，以提供油漆對金屬表面的較好的粘著性，從而提高耐腐蝕性。
季銨碳酸鹽和碳酸氫鹽的腐蝕抑制性質已揭示于同在申請中的美國專利申請 10/810279號(US 2005/0003978A1)中。此外，業已發現，在抑制劑薄膜下，受保護的鋼表面生長出所需的表面氧化物(也就是磁鐵礦，Fe3O4)。此氧化物的形成產生一些預期有機涂料如油漆會對其表現出改善的粘著性的區域。發明詳述 令人^C喜地發現，某些含有非鹵素陰離子的季銨鹽，例如碳酸二 -正-癸基二甲基銨，當被涂覆至鐵和鐵合金如鋼的表面時，具有在比先前已知的溫和很多的溫度條件下在鐵和鐵合金如鋼的表面上產生已知的所需的轉變的傾向。雖然鋼表面在> 110°c時發生熱誘發轉變在本領域是已知的，但進行該轉變需要高溫迄今為止限制了其商業性開發。然而， 上述季銨鹽看來能夠在低至室溫的溫度下產生相似的鋼表面的轉變。另外，上述季銨鹽(純凈的或以調配物形式)的獨特性質允許在最后涂層涂覆之前進行一步式金屬表面處理工藝。已經發現，金屬暴露于它們的溶液將會在為最后涂層涂覆做準備的同時對金屬表面完成清潔、腐蝕抑制和底漆涂布。這明顯優于現行方法，現行方法是以逐步方式完成下列獨立功能，并且產生大量必須加以處置的工業污水a)用油鈍化原料金屬以防止快速生銹(flash rust)。b)除去且廢棄鈍化油c)在施加最后涂層之前，金屬表面用轉化型涂料溶液(酸性，含重金屬的化學品) 處理且固化。也已經發現根據本發明處理的鋼表面能抵抗快速生銹。當新形成的裸鋼表面暴露于水中且發生反應形成紅色氫氧化鐵銹層時，發生快速生銹。根據本發明處理的板卷型鋼(coiled sheet steel)可抵抗在濕氣冷凝在卷薄板 (coils)邊緣上時發生的邊緣沾染。目前鋼板在儲存或運輸之前先用輕油噴涂。該油必須在進行其它表面處理或涂布之前先除去。根據本發明形成的氧化物薄膜具有作為鋼的底下層油漆(imder-paint)轉化型涂層或底漆的可能性。裸鋼不能與有機涂料形成良好的粘合。為了改善金屬/有機涂料的粘合，鉻酸鹽或磷酸鹽轉化型涂層與鋼進行化學反應，形成具有金屬-磷酸鹽板體的粗糙表面結構，該結構提供有機聚合物對金屬表面的機械和化學聯鎖(粘著)性。還發現本發明的轉化型涂層和防腐蝕漆在刮擦時表現出一定的自行復原性，這意味著即使是刮痕的“裸”金屬表面也顯示一些鈍化作用，這可能是由于季銨鹽從周圍涂料的遷移引起的。在某些情況中，還觀察到永久的氧化物轉變，結果導致刮擦區長期的鈍化。這是一種類似于在鉻涂布的金屬表面上觀察到的自行復原的效果。特別地，本發明涉及一種將轉化型涂層施加到金屬基材表面的方法，該方法包括使基材與一種組合物接觸的步驟，該組合物包含(a)至少一種含有非鹵素陰離子的季銨鹽，和(b)任選地，溶劑。較佳地，季銨鹽的通式如下
權利要求
1.一種防腐蝕漆，其包含(a)至少一種含有非鹵素陰離子的季銨鹽，(b)粘合劑，(c)任選地，溶劑，和(d)任選地，顏料。
2.如權利要求1所述的防腐蝕漆，其特征在于，所述季銨鹽具有以下通式
3.如權利要求1或2所述的防腐蝕漆，其特征在于，所述粘合劑選自下組丙烯酸樹脂、酪蛋白(乳蛋白質)、乙烯基樹脂、乳膠樹脂、乙酸酯樹脂、環氧樹脂和它們的混合物。
4.如權利要求1或2所述的防腐蝕漆，其特征在于，其為乳膠漆。
5.如權利要求1或2所述的防腐蝕漆，其特征在于，其為瓷噴漆。
6.如權利要求1或2所述的防腐蝕漆，其特征在于，其為e_涂布漆。
7.如權利要求1或2所述的防腐蝕漆，其特征在于，其為丙烯酸漆。
8.一種制件，其包括用權利要求1至7中任一項所述的防腐蝕漆涂布的金屬基材。
9.一種具有以下通式的季銨鹽作為油漆或涂料中的防腐蝕添加劑的用途
全文摘要
揭示了作為賦予油漆防腐蝕性質的轉化型涂層或添加劑的含有非鹵素陰離子(例如碳酸根離子、碳酸氫根離子、磷酸根離子、甘醇酸根離子和它們的混合物)的季銨鹽。本發明涉及一種通過施涂包含一或多種季銨碳酸鹽或碳酸氫鹽的組合物來抑制金屬表面腐蝕的方法。本發明還涉及用于金屬基材的包含這些化合物的防腐蝕涂層，以及具有這些防腐蝕涂層的金屬基材。
文檔編號C09D5/08GK102206437SQ20111006136
公開日2011年10月5日 申請日期2005年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者喬瑟夫·金勒, 湯瑪斯·波雷, 湯瑪斯·貝德, 賴瑞·K·荷爾 申請人:隆薩股份有限公司