专利名称：作为转化型涂层或作为漆中防腐蚀添加剂的季铵盐的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有非卤素阴离子如碳酸根离子、碳酸氢根离子、磷酸根离子和甘醇酸根离子的季铵作为转化型涂层的活性成分和作为油漆和涂料的添加剂的用途。
背景技术：
在金属表面会与水(无论是液态水或潮湿空气)接触的过程中，总是有腐蚀的危险。当金属本身有腐蚀的倾向且没有被涂布时，该问题尤其严重。有腐蚀倾向的金属的例子发现于由铁合金制造的冲压金属汽车部件，研磨表面如机器加工的钢部件，和由铸铁制造的机器组件中。转化型涂层被用来抑制腐蚀并保障油漆对金属表面(特别是对钢)的良好粘着。裸钢与有机涂料不能形成良好的粘合。为了改善金属/有机涂料的粘合，铬酸盐或磷酸盐转化型涂层与钢进行化学反应而形成具有金属-磷酸盐薄层的粗糙表面结构，该结构提供有机聚合物对金属表面的机械和化学联锁(粘着)。参见，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，应了解转化型涂层表示一种在金属基材表面上的保护性阻隔薄膜或层，其同时具有腐蚀抑制和油漆粘着的能力，且包括(υ有机薄膜，( )由金属蚀刻和再沉积方法得到的无机氧化物，(iii)由真实沉积方法得到的无机氧化物，或(iv)任何来自(i)、(ii)和 (iii)的无机和有机材料的混合物。最广泛使用的转化型涂层是铬酸盐处理、磷铬酸盐处理(phosphochromating)和磷酸锌处理。据信铬酸盐处理产生较好的腐蚀抑制作用，而磷铬酸盐处理产生较好的油漆粘着。在将转化型涂层施加到金属表面之前，必须清理金属表面以除去任何在金属表面上的油脂。然后可通过浸涂或喷涂来施加转化型涂层。铬酸盐和磷铬酸盐转化型涂层是最通常的化学转化型涂层，但是因为健康、安全和环境方面的考虑， 需要其它类型的转化型涂层。发明概述研究发现，含有非卤素阴离子如碳酸氢根离子、碳酸根离子、磷酸根离子和甘醇酸根离子的季铵盐，更具体地，含有作为阴离子的碳酸氢根离子、碳酸根离子、磷酸根离子和甘醇酸根离子的二烷基二甲基铵盐、和它们的各种组合，具有作为金属表面(特别是钢表面)的转化型涂层的适用性。另外，已发现所述季铵盐类物能够产生所需的表面转变，例如所需的表面氧化物(即磁铁矿，Fe3O4)在钢基材上的生长。此氧化物的形成产生粘着至金属基材的明显的微晶区，油漆之类的涂层预期对此区表现出改善的粘着性。另外，所述季铵盐可直接加到油漆中，以提供油漆对金属表面的较好的粘着性，从而提高耐腐蚀性。
季铵碳酸盐和碳酸氢盐的腐蚀抑制性质已揭示于同在申请中的美国专利申请 10/810279号(US 2005/0003978A1)中。此外，业已发现，在抑制剂薄膜下，受保护的钢表面生长出所需的表面氧化物(也就是磁铁矿，Fe3O4)。此氧化物的形成产生一些预期有机涂料如油漆会对其表现出改善的粘着性的区域。发明详述 令人^C喜地发现，某些含有非卤素阴离子的季铵盐，例如碳酸二 -正-癸基二甲基铵，当被涂覆至铁和铁合金如钢的表面时，具有在比先前已知的温和很多的温度条件下在铁和铁合金如钢的表面上产生已知的所需的转变的倾向。虽然钢表面在> 110°c时发生热诱发转变在本领域是已知的，但进行该转变需要高温迄今为止限制了其商业性开发。然而， 上述季铵盐看来能够在低至室温的温度下产生相似的钢表面的转变。另外，上述季铵盐(纯净的或以调配物形式)的独特性质允许在最后涂层涂覆之前进行一步式金属表面处理工艺。已经发现，金属暴露于它们的溶液将会在为最后涂层涂覆做准备的同时对金属表面完成清洁、腐蚀抑制和底漆涂布。这明显优于现行方法，现行方法是以逐步方式完成下列独立功能，并且产生大量必须加以处置的工业污水a)用油钝化原料金属以防止快速生锈(flash rust)。b)除去且废弃钝化油c)在施加最后涂层之前，金属表面用转化型涂料溶液(酸性，含重金属的化学品) 处理且固化。也已经发现根据本发明处理的钢表面能抵抗快速生锈。当新形成的裸钢表面暴露于水中且发生反应形成红色氢氧化铁锈层时，发生快速生锈。根据本发明处理的板卷型钢(coiled sheet steel)可抵抗在湿气冷凝在卷薄板 (coils)边缘上时发生的边缘沾染。目前钢板在储存或运输之前先用轻油喷涂。该油必须在进行其它表面处理或涂布之前先除去。根据本发明形成的氧化物薄膜具有作为钢的底下层油漆(imder-paint)转化型涂层或底漆的可能性。裸钢不能与有机涂料形成良好的粘合。为了改善金属/有机涂料的粘合，铬酸盐或磷酸盐转化型涂层与钢进行化学反应，形成具有金属-磷酸盐板体的粗糙表面结构，该结构提供有机聚合物对金属表面的机械和化学联锁(粘着)性。还发现本发明的转化型涂层和防腐蚀漆在刮擦时表现出一定的自行复原性，这意味着即使是刮痕的“裸”金属表面也显示一些钝化作用，这可能是由于季铵盐从周围涂料的迁移引起的。在某些情况中，还观察到永久的氧化物转变，结果导致刮擦区长期的钝化。这是一种类似于在铬涂布的金属表面上观察到的自行复原的效果。特别地，本发明涉及一种将转化型涂层施加到金属基材表面的方法，该方法包括使基材与一种组合物接触的步骤，该组合物包含(a)至少一种含有非卤素阴离子的季铵盐，和(b)任选地，溶剂。较佳地，季铵盐的通式如下
权利要求
1.一种防腐蚀漆，其包含(a)至少一种含有非卤素阴离子的季铵盐，(b)粘合剂，(c)任选地，溶剂，和(d)任选地，颜料。
2.如权利要求1所述的防腐蚀漆，其特征在于，所述季铵盐具有以下通式
3.如权利要求1或2所述的防腐蚀漆，其特征在于，所述粘合剂选自下组丙烯酸树脂、酪蛋白(乳蛋白质)、乙烯基树脂、乳胶树脂、乙酸酯树脂、环氧树脂和它们的混合物。
4.如权利要求1或2所述的防腐蚀漆，其特征在于，其为乳胶漆。
5.如权利要求1或2所述的防腐蚀漆，其特征在于，其为瓷喷漆。
6.如权利要求1或2所述的防腐蚀漆，其特征在于，其为e_涂布漆。
7.如权利要求1或2所述的防腐蚀漆，其特征在于，其为丙烯酸漆。
8.一种制件，其包括用权利要求1至7中任一项所述的防腐蚀漆涂布的金属基材。
9.一种具有以下通式的季铵盐作为油漆或涂料中的防腐蚀添加剂的用途
全文摘要
揭示了作为赋予油漆防腐蚀性质的转化型涂层或添加剂的含有非卤素阴离子(例如碳酸根离子、碳酸氢根离子、磷酸根离子、甘醇酸根离子和它们的混合物)的季铵盐。本发明涉及一种通过施涂包含一或多种季铵碳酸盐或碳酸氢盐的组合物来抑制金属表面腐蚀的方法。本发明还涉及用于金属基材的包含这些化合物的防腐蚀涂层，以及具有这些防腐蚀涂层的金属基材。
文档编号C09D5/08GK102206437SQ20111006136
公开日2011年10月5日 申请日期2005年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者乔瑟夫·金勒, 汤玛斯·波雷, 汤玛斯·贝德, 赖瑞·K·荷尔 申请人:隆萨股份有限公司