涂覆有暗色富锌底漆和暗色电沉积涂层的金属制品 相关申请的交叉引用
本申请是题目为 “显示耐腐蚀性的涂料组合物、 相关的涂覆制品和方法” 且申请日 是 2006 年 12 月 13 日的美国专利申请系列号 11/610,069 的部分继续申请， 而美国专利申 请系列号 11/610,069 是题目为 “显示耐腐蚀性的涂料组合物、 相关的涂覆制品和方法” 且 申请日是 2006 年 5 月 2 日的美国专利申请系列号 11/415,582 的部分继续申请， 这两个文 献都在此引入作为参考。
发明领域 本发明涉及适于为金属基体提供腐蚀保护的涂料组合物， 例如底漆组合物， 以及 相关的涂覆制品和方法。
背景技术 保护金属使其免于氧化 ( 生锈 ) 和随后腐蚀通常是极为重要的， 例如， 当所述金属 用于构造被结合到汽车、 航空航天器、 建筑、 和其它工业结构和部件中的零件时。已经使用 了多种方法来实现不同水平的腐蚀保护。
在一些情况下， 使用镀锌工艺来赋予金属表面以腐蚀保护作用。该工艺包括在具 有从金属坯料沉积得到的金属膜的金属基体上的热浸渍或电镀应用。 金属膜的金属通常具 有比金属基体的金属更大的电离倾向。结果是， 只要在所述金属膜和所述基体之间保持物 理接触， 所述膜理论上被优先氧化， 同时， 将来自金属膜的电子传递给氧而充当导电体的下 面的基体被保护起来。
不过， 电镀并不是在所有情形下都是理想的。例如， 当利用热浸渍镀锌时， 即使不 是不可能的， 也难以控制金属膜的厚度。 结果是， 在具有复杂形状的相对小金属制品需要腐 蚀保护的情况下， 热浸渍镀锌通常并不适合， 所述相对小金属制品例如为紧固件， 如螺母和 螺栓等。 另一方面， 电镀镀锌虽然经常能在热浸电镀中获得提高的膜厚度控制， 但因此可能 是一种昂贵的方法， 例如由于需要防止 “氢脆化” 。 已知这种现象发生在电镀处理期间， 其中 氢被吸收到涂覆的金属制品中并被捕获。随后， 所述氢可能导致不合格。结果是， 通常要使 用额外的昂贵处理步骤来使得氢脆化最小化或者防止氢脆化。
在一些情况下， 通过使用包含金属颗粒 ( 通常为锌 ) 作为金属颜料的耐腐蚀性底 漆涂层来保护金属基体。 这些涂料组合物产生利用与镀锌得到的金属膜相同的腐蚀保护机 理的涂层。这样的涂料组合物通常称为 “富锌底漆” ， 其往往优于镀锌并且一般通过旋转浸 渍过程施涂到金属基体上。这些组合物通常引入作为金属颜料的锌颗粒、 经常是锌片与有 机粘合剂 ( 例如环氧树脂 ) 和 / 或无机粘合剂 ( 例如硅酸盐 ) 相组合。
虽然之前开发的 “富锌底漆” 适合于许多应用场合， 但是它们确实具有某些缺陷， 这些缺陷可能导致它们在一些情况下不够完善。 例如， 为了有效， 已认为这些组合物应该在 金属基体上沉积金属颜料， 例如锌的连续层。 当使用相对便宜的粉末时， 通常重要的是以相 对大的膜厚度施涂所述组合物， 通常大于 3 密耳 (76.2 微米 )， 以确保沉积成连续的金属颜
料层。从成本角度来看， 当然不希望使用这么厚的膜。当具有复杂形状的相对小的金属制 品 ( 例如紧固件， 如螺母和螺栓等 ) 需要腐蚀保护时， 也可能导致使用这样的组合物是不实 用的。
由于已经认识到这个缺陷， 金属片， 例如锌片经常被用作富锌底漆组合物中的金 属颜料。使用这些薄的板状结构， 即使是在所述组合物以相对低的膜厚度甚至低于 1 密耳 (25.4 微米 ) 沉积时， 也可以产生连续的金属颜料膜的沉积。不过， 这些材料的性质经常导 致所得涂层对金属基体以及随后涂覆的涂层显示不良的粘附作用。因此， 经常在所述底漆 上应用多达四次的溶剂基着色涂料组合物的浸涂操作 ( 黑色是通常希望的颜色 )。 而且， 通 常希望用作腐蚀抑制涂料组合物的水基可电沉积的涂料组合物常常无法粘附到依赖于使 用商业锌片的富锌底漆上。
在富锌底漆组合物中使用无机粘合剂时已经观察到的一个缺点在于， 它们往往是 脆性的， 因此， 所得富锌底漆组合物可能是粉末状并对金属基体显示不良的粘附作用。 当试 图涂覆被大量处理的小部件例如紧固件时， 该缺点尤其是个问题。 在该工艺中， 所述部件通 常互相接触。结果是， 当将脆性的、 较差粘附的膜施加到所述部件上时， 该膜易于在涂覆处 理期间当所述部件相互接触时损坏。所述损坏致使耐腐蚀性能差。 结果是， 希望提供涂料组合物， 甚至当以相对低的膜厚度施涂时， 其也能赋予金属 基体以所需水平的腐蚀保护。 此外， 希望提供这样的涂料组合物， 其是柔韧的并且对金属基 体以及随后施涂的水基可电沉积的涂料组合物粘附良好， 从而提供希望的颜色并为金属制 品提供所需水平的腐蚀保护， 所述金属制品例如是具有复杂形状的小金属部件， 例如紧固 件， 如螺母和螺栓等。
如前所述， 在涂覆过程期间， 例如那些上述的小金属部件往往都是批量处理的。 换 言之， 许多部件都是同时在一个涂覆设备中被涂覆的。许多情况下， 如前所述， 单个部件在 穿过涂覆和干燥系统时开始相互接近或相互接触， 因此当涂层施加到元件并且干燥或硬化 时， 两个或更多部件会在接合点 ( 常常被称作 “接触点” ) 粘附在一起。这些涂覆部件然后 必须用一定程度的力来使其彼此分离， 而这样往往会导致每个部件在接触点或接触点附近 的至少部分涂层的脱除。如果在暗色的， 常常是黑色的 ( 常见的 ) 的电沉积层下沉积了亮 银色 ( 常见的 ) 的富锌底漆， 则暗色电沉积涂层的脱除将暴露出亮的下涂层的存在， 这样通 常是难看和不希望的。 结果是， 希望提供具有如上所述的柔软性和粘附特性的富锌涂层， 而 且其是暗色的， 例如黑色， 从而显示出与随后施加的电沉积层相近的颜色。
发明概述
在某些方面， 本发明涉及包含以下物质的暗色涂料组合物 ： (a) 暗色的金属颗粒 ； 和 (b) 包含杂化有机 - 无机共聚物的成膜粘合剂， 所述共聚物由 ： (i) 钛酸酯和 / 或其部分 水解产物 ； 和 (ii) 含有对钛酸酯和 / 或其部分水解产物的烷氧基呈反应性的官能团的多官 能聚合物形成。
在其它方面， 本发明涉及包含以下物质的暗色富锌涂料组合物 ： (a) 基于所述组 合物的总固体重量至少 25 重量％的暗色锌片 ； 和 (b) 由钛酸酯形成的粘合剂。
在仍然其它方面， 本发明涉及至少部分涂覆有多组分复合涂层的金属制品， 所述 复合涂层包括 ： (a) 暗色的富锌底漆涂层 ； 和 (b) 沉积在至少一部分所述富锌底漆涂层上的 暗色电沉积涂层。当所述富锌底漆涂层和所述电沉积涂层的总组合干燥膜厚度不大于 1.5
密耳 (38.1 微米 ) 时， 本发明的这些制品在曝露 500 小时后是耐腐蚀的。
本发明也涉及提供涂覆金属制品的方法。这些方法包括 ： (a) 在制品的至少一部 分表面上沉积暗色的富锌底漆涂层， 其中所述富锌底漆涂层由包含以下物质的组合物沉 积： (1) 暗色锌颗粒， 其以基于所述组合物的总固体重量为至少 25 重量％的量存在于所述 组合物中， 和 (b) 由钛酸酯形成的粘合剂 ； 和 (b) 在至少一部分所述富锌底漆涂层上电沉积 暗色涂层。在一些实施实例中， 富锌底漆和电沉积涂层的总组合干燥膜厚度不大于 1.5 密 耳 (38.1 微米 )。
附图简述
图 1a 和 1b 分别是实施例 15 中制备的涂覆基体的横截面和表面扫描电子显微照 片 (“SEM” ) 图像 ( 大约 1000x 放大倍数 ) ；
图 2a 和 2b 分别是实施例 16 中制备的涂覆基体的横截面和表面 SEM 图像 ( 大约 1000x 放大倍数 ) ； 和
图 3a 和 3b 分别是实施例 17 中制备的涂覆基体的横截面和表面 SEM 图像 ( 大约 1000x 放大倍数 )。
发明详述
对于以下详细说明而言， 应该理解的是， 除了其中有相反的特别说明， 本发明可以 采取多种可选择的变化形式和步骤顺序。而且， 不同于任何操作实施例中或者除非另有说 明， 所有表示例如说明书和权利要求书中所用成分的量的数值都要理解为在所有情况下由 术语 “大约” 修饰。因此， 除非有相反说明， 否则在以下说明书和所附权利要求书中所述的 数字参数都是近似值， 其可以根据本发明所要获得的性能而改变。 至少， 不旨在限制等同原 则对权利要求书的应用， 每个数字参数都应至少根据所报道的有效数位并通过应用常规舍 入技术而理解。
尽管表达本发明的宽范围的数字范围和参数是近似值， 但是具体实施例中所述的 数值被尽可能精确地报道。不过， 任何数值本质上都包括在它们各自试验测量中发现的由 标准偏差而必然导致的一定误差。
同样应当理解， 本文所述的任何数值范围都意在包括包含于其中的所有子区间。 例如， “1-10” 的范围意在包括在所述的最小值 1 和所述的最大值 10 之间 ( 包括端值 ) 的 所有子区间， 就是说， 最小值等于或大于 1 并且最大值等于或小于 10 的子区间。
在本申请中， 除非另有明确说明， 否则使用单数包括复数， 复数包括单数。 而且， 在 本申请中， 除非另有明确说明， “或” 的使用表示 “和 / 或” ， 尽管在某些情况下可能明确地使 用 “和 / 或” 。
本发明的某些实施方式涉及包含金属颗粒的涂料组合物。 选择加入到本发明的涂 料组合物中的金属颗粒， 以使其具有比要将所述组合物施加到其上的金属基体更大的电离 倾向。因此， 通常的情况是， 当所述金属基体是铁或铁合金例如钢时， 所述金属颗粒一般将 包括锌颗粒、 铝颗粒、 锌 - 铝合金颗粒或它们的混合物。在一些情况下， 所述金属颗粒的纯 度为至少 94wt％， 例如至少 95wt％。
在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物为富锌底漆组合物。 文中所用的术语 “富 锌底漆组合物” 是指包含锌颗粒的组合物， 所述锌颗粒例如是锌粉末、 锌粉尘和 / 或锌片， 其 以至少 50 重量％的量存在于所述组合物中， 在很多情况下为至少 70 重量％， 例如 70-95 重量％， 或者在一些情况下为 85-95 重量％， 所述重量％是基于所述组合物中的固体的总重 量 ( 即， 所述组合物的干燥重量 ) 而言。
所述金属颗粒例如锌颗粒的粒度可以变化。而且， 所述颗粒例如锌颗粒的形状 ( 或形态 ) 可以变化。例如， 可以使用一般球形形态、 以及立方形、 板状或针状 ( 伸长的或 纤维状 ) 颗粒。在一些情况下， 所述金属颗粒包括 “金属粉末” ， 文中所用的 “金属粉末” 是 指平均粒度不大于 20 微米的一般球形颗粒， 例如 2-16 微米。在一些情况下， 所述金属颗粒 包括 “金属粉尘” ， 文中所用的 “金属粉尘” 是指平均粒度为 2-10 微米的金属粉末， 例如锌粉 末。在一些情况下， 金属颗粒包括金属片， 例如锌片， 文中所用的金属片是指具有与粉末或 粉尘不同的长径比 ( 即， 不是一般球形结构 ) 并且具有最高可达 100 微米的伸长的尺寸。 在 一些情况下， 使用金属粉末、 粉尘、 和 / 或片的混合物。
在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物中使用的金属颗粒包含锌粉末和 / 或锌 粉尘。在某些实施方式中， 锌粉末以基于所述涂料组合物中金属颗粒的总重量为至少 25 重 量％的量存在， 例如至少 50 重量％， 在一些情况下为至少 80 重量％， 在其它情况下为至少 90 重量％。
此外， 在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物基本上不合锌片， 或者在一些情况 下完全不合锌片。文中所用的术语 “基本上不合” 意思是所述材料即使有的话也作为偶然 杂质存在。换句话说， 所述物质并不影响其它物质的性质。文中所用的术语 “完全不含” 是 指所述物质根本不存在于其它物质中。 在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物尤其包含金属片， 所述金属片包括锌合 金颗粒， 例如锌 / 铝和 / 或锌 / 锡合金。适用于本发明中的所述材料在美国公开专利申请 号 2004/0206266 的
-
中有述， 所引用的部分通过引用并入本文。事实上本发 明人已惊讶地发现， 基于所述组合物中固体的总重量， 以相对小的量即不大于 10 重量％加 入锌 - 锡合金颗粒可以使得本文中所述的某些涂料组合物的耐腐蚀性显著改善。所述材料 可商业获得， 例如来自 Eckart-Werke 的 STAPA4 Zn Sn 15。
-
中有述， 所引用的部分通过引用并入本文。事实上本发 明人已惊讶地发现， 基于所述组合物中固体的总重量， 以相对小的量即不大于 10 重量％加 入锌 - 锡合金颗粒可以使得本文中所述的某些涂料组合物的耐腐蚀性显著改善。所述材料 可商业获得， 例如来自 Eckart-Werke 的 STAPA4 Zn Sn 15。
如所述的， 本发明的某些实施方式涉及″暗色″的涂料组合物。 在此， ″暗″或″ 暗色″是指材料为黑色以及材料具有在色彩上接近黑色的颜色， 例如包括， 深灰， 深蓝色， 深绿， 深褐色等。在此，″黑色″包括所有暗色的， 光学上的黑色。在此，″光学上黑色 的″这一术语是指在目测检查时材料显示出黑色且不透明。在某些实施方式中， 本发明的 暗色涂料组合物是光学上黑色的。
在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物能够产生具有 CIELAB L* 值不多于 60， 例如不多于 50， 或在一些情况下不多于 40 的涂层。为了实现本发明的目的， 发现材料的 L* 值是利用可从 X-Rite， Incorporated， Grandville， Mich 获得的 X-Rite MA-68 在 45°角条 件下测量的。X-Rite MA-68 仪器是根据 L*a*b 色彩空间理论进行测量的。L*a*b* 色彩空 间理论认为每种颜色都可以在三维空间中标出位置， 这个三维空间中″ L″ ( 垂直 ) 轴为亮 和暗， ″ a″ ( 左到右 ) 轴为红和绿以及″ b″ ( 前到后 ) 轴为黄和蓝。对于亮 - 暗， 其测 量特别参考 L*a*b* 坐标中的 L* 值。
暗色的， 有时光学上黑色的， 本发明的涂料组合物包含暗色的金属颗粒。在此， ″ 暗色的金属颗粒″这一术语指那些如上述的金属颗粒， 它们自身是如上定义的暗色， 有时 是光学上黑色的。 在某些实施方式中， 暗色的金属微粒本身具有不大于 60 的 CIELAB L* 值，
中有述， 所引用的部分通过引用并入本文。事实上本发 明人已惊讶地发现， 基于所述组合物中固体的总重量， 以相对小的量即不大于 10 重量％加 入锌 - 锡合金颗粒可以使得本文中所述的某些涂料组合物的耐腐蚀性显著改善。所述材料 可商业获得， 例如来自 Eckart-Werke 的 STAPA4 Zn Sn 15。
如所述的， 本发明的某些实施方式涉及″暗色″的涂料组合物。 在此， ″暗″或″ 暗色″是指材料为黑色以及材料具有在色彩上接近黑色的颜色， 例如包括， 深灰， 深蓝色， 深绿， 深褐色等。在此，″黑色″包括所有暗色的， 光学上的黑色。在此，″光学上黑色 的″这一术语是指在目测检查时材料显示出黑色且不透明。在某些实施方式中， 本发明的 暗色涂料组合物是光学上黑色的。
在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物能够产生具有 CIELAB L* 值不多于 60， 例如不多于 50， 或在一些情况下不多于 40 的涂层。为了实现本发明的目的， 发现材料的 L* 值是利用可从 X-Rite， Incorporated， Grandville， Mich 获得的 X-Rite MA-68 在 45°角条 件下测量的。X-Rite MA-68 仪器是根据 L*a*b 色彩空间理论进行测量的。L*a*b* 色彩空 间理论认为每种颜色都可以在三维空间中标出位置， 这个三维空间中″ L″ ( 垂直 ) 轴为亮 和暗， ″ a″ ( 左到右 ) 轴为红和绿以及″ b″ ( 前到后 ) 轴为黄和蓝。对于亮 - 暗， 其测 量特别参考 L*a*b* 坐标中的 L* 值。
暗色的， 有时光学上黑色的， 本发明的涂料组合物包含暗色的金属颗粒。在此， ″ 暗色的金属颗粒″这一术语指那些如上述的金属颗粒， 它们自身是如上定义的暗色， 有时 是光学上黑色的。 在某些实施方式中， 暗色的金属微粒本身具有不大于 60 的 CIELAB L* 值，
例如不大于 50， 或者， 在一些情况下， 不大于 40。换言之， 这种暗色金属得颗粒使得， 和其存 在的量足够使生成的涂料组合物成为如上定义的暗色涂料组合物。
在某些实施方式中， 暗色的金属颗粒包含黑色锌片， 例如那些可商购得到的， 如 Benda-Lutz Corporation， Independence， 肯塔基的 Blitz Z2031。 实际上， 令人惊奇地发 现， 不同于前面提到其他的锌片的通常情况， 加入上述黑色锌片后， 没有不利地影响本发明 的某些涂料组合物粘附到随后施加的水基可电沉积涂料组合物的能力。 经发现当富锌底漆 的干膜厚度至少为 0.5 密耳 (12.7 微米 ) 时， 尤其是至少 0.7 密耳 (17.8 微米 ) 或更高时， 这种粘附力会有特别显著的改善。结果是， 本发明的暗色涂料组合物适于制备至少部分涂 覆有多组分复合涂层的金属制品， 所述复合涂层包括 ： (a) 暗色的富锌底漆涂层 ； 和 (b) 沉 积在至少一部分所述富锌底漆涂层上的暗色电沉积涂层， 其中当所述富锌底漆涂层和所述 电沉积涂层的总组合干燥膜厚度不大于 1.5 密耳 (38.1 微米 ) 时， 在某些情况下， 至少 1 密 耳 (25.4 微米 )， 该制品在曝露 500 小时后是耐腐蚀的。
在某些实施方式中， 该暗色金属颗粒以至少 25 重量％的量存在， 例如至少 50 重 量％， 在很多情况下为至少 70 重量％， 例如 70-95 重量％， 或者在一些情况下为 85-95 重 量％， 所述重量％是基于所述组合物的固体总重量 ( 即， 所述组合物的干燥重量 ) 而言。 本发明的涂料组合物还包含粘合剂， 例如成膜粘合剂。文中所用的术语 “粘合剂” 是指这样的材料， 所述金属颗粒分布于其中并且其用于将所述涂料组合物结合到裸露的或 预先涂覆的基体上， 例如金属基体。文中所用的术语 “成膜粘合剂” 是指这样的粘合剂， 当 除去可能存在于所述组合物中的稀释剂和 / 或载体时， 其在基体的至少一水平表面上形成 自支撑、 基本连续的膜。
在某些实施方式中， 存在于本发明的涂料组合物中的成膜粘合剂包括杂化有 机 - 无机共聚物。文中所用的术语 “共聚物” 是指通过使两种或更多种起始化合物的混合 物聚合产生的材料。文中所用的术语 “杂化有机 - 无机共聚物” 是指具有无机重复单元和 有机重复单元的共聚物。对于本发明目的而言， 术语 “有机重复单元” 是指包括基于碳和 / 或硅 ( 尽管硅通常不被认为是有机材料 ) 的重复单元， 而术语 “无机重复单元” 是指基于除 了碳或硅之外的一种或多种元素的重复单元。
在某些实施方式中， 在本发明的涂料组合物的某些实施方式中使用的成膜粘合剂 由钛酸酯和 / 或其部分水解产物形成。文中所用的术语 “钛酸酯” 是指包含四个烷氧基的 化合物， 该化合物由式 Ti(OR)4 表示， 其中每个 R 各自是以每一基团计包含例如 1-10 个、 例 如 1-8 个、 或者在某些情况下 2-5 个碳原子的烃基， 例如烷基、 环烷基、 烯基、 芳基、 烷芳基、 芳烷基、 或它们两种或更多种的组合， 即每个 R 可以相同或不同。适用于本发明中的所述材 料在美国专利号 6,562,990 第 4 栏第 63 行至第 5 栏第 9 行中有述， 所述部分通过引用并入 本文中。作为适用于本发明的钛酸酯实例的可商业获得的材料是由 DuPont 出售的以商品 名 TYZOR 的产品， 例如 TYZOR TPT( 其指的是四异丙基钛酸酯 )、 TYZOR TnBT( 其指的是四 正丁基钛酸酯 ) 和 TYZOR TOT( 其指的是四 -2- 乙基己基钛酸酯 )。
在某些实施方式中， 用于制备本发明涂料组合物的某些实施方式中使用的成膜粘 合剂的钛酸酯为螯合钛酸酯。合适的螯合钛酸酯包括， 但不限于， 可从 DuPont 商业获得 的商品名 TYZOR 的产品。合适的螯合钛酸酯还包括， 但不限于， 美国专利号 2,680,108 和 6,562,990 中描述的螯合钛酸酯， 它们通过引用并入本文。在本发明的某些实施方式中， 使
用螯合钛酸酯， 其从包含二羰基化合物的螯合剂的使用来形成。适用于制备在本发明涂料 组合物的某些实施方式中作为粘合剂使用的钛螯合物的二羰基化合物包括， 但不限于， 在 美国专利号 2,680,108 第 2 栏第 13-16 行和美国专利号 6,562,990 第 2 栏第 56-64 行中描 述的物质。
在本发明的某些实施方式中， 所述成膜粘合剂由钛酸酯和 / 或其部分水解产物与 多官能聚合物反应形成， 所述酞酸酯和 / 或其部分水解产物是例如任何前述的钛酸酯和 / 或螯合钛酸酯， 所述多官能聚合物包括与钛酸酯和 / 或其部分水解产物的烷氧基呈反应 性的官能团。文中所用的术语 “聚合物” 旨在包括低聚物以及均聚物和共聚物两者。合适 的聚合物包括例如丙烯酸类聚合物、 聚酯聚合物、 聚氨酯聚合物、 聚醚聚合物和硅基聚合物 ( 即， 在主链上包含一个或多个 -SiO- 单元的聚合物 )。文中所用的术语 “多官能聚合物” 是指具有至少两个官能团的聚合物。文中所用的术语 “由……形成” 是开放性的， 例如 “包 含” 权利要求语言。因此， “由所述成分形成名单形成的” 组合物或物质是指包含至少这些 引用成分的组合物或物质， 并可以在所述组合物或物质形成期间进一步包含其他未提及的 成分。
如所述的， 在制备本发明涂料组合物的某些实施方式的成膜粘合剂中使用的多官 能聚合物包含两个或更多个对所述钛酸酯和 / 或其部分水解产物的烷氧基呈反应性的官 能团。所述官能团的实例是羟基类、 硫醇基类、 伯胺基类、 仲胺基类、 和酸 ( 例如羧酸 ) 基以 及它们的混合物。 在某些实施方式中， 在制备本发明涂料组合物的某些实施方式的成膜粘合剂中使 用的多官能聚合物包括多羟基化合物， 即多元醇。文中所用的术语 “多羟基化合物” 和 “多 元醇” 是指每分子平均具有两个或更多个羟基的物质。合适的多元醇包括， 但不限于， 美国 专利号 4,046,729 第 7 栏第 52 行至第 10 栏第 35 行中描述的那些， 所述部分通过引用并入 本文。
在本发明的某些实施方式中， 多元醇由包含以下的反应物形成 ： (i) 含有芳基的 多元醇， 例如二醇 ( 每分子具有两个羟基的材料 )， 和 (ii) 环氧烷。在这些实施方式中， 含 有芳基的多元醇例如二醇可以包含一个或多个芳环， 如果存在大于一个的环， 所述环可以 是稠合的和 / 或未稠合的。适用于本发明的含有芳基的二醇实例为双酚， 例如双酚 A、 F、 E、 M、 P 和 Z。在这些实施方式中， 所述多元醇通过与环氧烷的反应进行扩链。环氧烷的亚烷基 部分可以具有任何数目的碳原子并且可以是支化的或未支化的。 合适的环氧烷的非限定性 实例是那些具有 1-10 个碳原子的环氧烷， 例如那些具有 2-4 个碳原子的环氧烷。这样的化 合物可广泛地商业获得。
在这些实施方式中， 所述多元醇可以与环氧烷采用任何合适的摩尔比反应。 例如， 芳族二醇与环氧烷的比例可以为 1 ∶ 1-1 ∶ 10， 或者甚至更高。可以使用标准反应程序使 环氧烷与所述多元醇的一个或多个羟基发生反应， 并进一步使环氧烷基相互连接而进行额 外的扩链。 作为选择， 合适的物质可商业获得， 例如从 BASF 以它们的 MACOL 系产品获得。 一 种合适的产品是其中 6 摩尔环氧乙烷与 1 摩尔双酚 A 反应得到的物质， 其可作为 MACOL 98B 商业获得。
结果是， 如由上述可以看出， 在本发明涂料组合物的某些实施方式中使用的成膜 粘合剂包括以下通式表示的结构 ：
其中 P 为多官能聚合物的残基， 例如多元醇， 例如由含有芳基的多元醇与环氧烷 的反应形成的多元醇 ； 每个 n 为 1 或更大的整数， 例如 1-10， 或在一些情况下， n 为 1， 并且 每个 n 可以相同或不同。应当理解为了获得其中 n 大于 1 的前述结构， 可以将水加入到所 述钛酸酯中以形成部分水解产物。这可以在加入多官能聚合物之前进行， 或在加入多官能 聚合物期间进行， 或者在加入多官能聚合物之后进行。 另外， 可以使用可商业获得的部分水 解产物， 例如 TYZOR BTP( 正丁基聚钛酸酯 )。
本文中的实施例说明了用于制备在本发明涂料组合物的某些实施方式中使用的 成膜粘合剂的合适方法。在某些实施方式中， 所述粘合剂通过使钛酸酯与多官能聚合物以 下述重量比反应而制备， 所述重量比为根据在所得粘合剂中的理论 TiO2 含量测得的 1-6、 例如 3-5 重量份钛酸酯相对于 1 重量份多官能聚合物。事实上， 已惊讶地发现， 使用包括由 所述反应形成的杂化有机 - 无机共聚物的成膜粘合剂可以产生其中有机物质的量最小化
的富锌底漆组合物， 同时仍获得所希望的膜性能， 据认为这是由于所述有机重复单元的存 在所致。据认为所述有机物质的最小化是有益的， 因为所述物质可以充当锌颗粒之间的绝 缘体， 由此降低它们的牺牲活性。 还认为， 本发明组合物中所述有机物种的最小化可以使得 所述组合物适合用于旨在于相对高温度场合下使用的金属部件， 其中所述有机物质可能降 解， 所述部件例如汽车消声器等。
在某些实施方式中， 所述成膜粘合剂以 2-10 重量％的量存在于本发明的涂料组 合物中， 例如 3-7 重量％， 所述重量％基于所述组合物中固体的总重量， 即所述组合物的干 重。
如果需要的话， 本发明的涂料组合物可以包含其他物质。例如， 在某些实施方式 中， 本发明的涂料组合物包含稀释剂， 以使得所述组合物具有通过常规涂覆技术进行施涂 所希望的粘度。 合适的稀释剂包括， 但不限于 ： 醇， 例如那些具有至多约 8 个碳原子的醇， 例 如乙醇和异丙醇， 和二醇的烷基醚， 例如 1- 甲氧基 -2- 丙醇， 和乙二醇、 二甘醇和丙二醇的 单烷基醚 ； 酮， 例如甲基乙基酮、 甲基异丁基酮和异佛尔酮 ； 酯和醚， 例如乙酸 2- 乙氧基乙 基酯和 2- 乙氧基乙醇 ； 芳族烃， 例如苯、 甲苯和二甲苯 ； 和由石油产生的芳族溶剂共混物， 例如以商标 SOLVESSO 市售的那些。稀释剂的量可根据涂覆方法、 粘合剂成分、 金属颗粒 与粘合剂的比例、 和任选成分 ( 例如下述那些成分 ) 的存在而变化。
除了上述成分之外， 本发明的涂料组合物可以含有例如次要树脂、 增稠剂、 触变 剂、 悬浮剂、 和 / 或吸湿剂， 包括美国专利号 4,544,581 第 3 栏第 30 行至第 4 栏第 64 行中 所述的那些物质， 所述部分通过引用并入本文。其他任选的物质包括增量剂 ( 例如铁氧化 物和铁磷化物 )、 流动调节剂 ( 例如脲醛树脂 ) 和 / 或脱水剂 ( 例如二氧化硅、 石灰或硅酸 铝钠 )。
在某些实施方式中， 所述组合物中可以包含其他颜料， 例如碳黑、 硅酸镁 ( 滑石 ) 和氧化锌。在某些实施方式中， 本发明的涂料组合物还包含有机颜料， 例如偶氮化合物 ( 单偶氮、 二偶氮、 β- 萘酚、 萘酚 AS、 偶氮沉淀色淀、 苯并咪唑酮、 二偶氮缩合物、 金属复合物、 异二氢吲哚酮、 异二氢吲哚 )， 和多环 ( 酞菁、 喹吖啶酮、 苝、 苝酮、 二酮基吡咯并吡咯、 硫靛、 蒽醌、 靛蒽醌、 蒽素嘧啶、 黄烷士林、 皮蒽酮、 蒽嵌蒽醌、 二噁嗪、 三芳基碳鎓、 喹酞酮 ) 颜料， 以及它们的混合物。
本发明的涂料组合物基本上不含、 在一些情况下完全不含重金属， 例如铬和铅。 因 此， 本发明某些实施方式涉及 “不含铬” 的涂料组合物， 即不包括含铬物质的组合物。
本发明涂料组合物的某些实施方式的一个优点在于， 不同于很多现有技术的富锌 底漆组合物， 它们可以表现为单组分即单包装 (one package) 涂料组合物。因此， 本发明的 某些实施方式的涂料组合物可以容易地制备、 储存和运输。
本发明的涂料组合物可以通过多种典型施涂方法中的任一种涂覆到基体上， 例如 浸涂技术包括滴挂式浸涂和浸渍 - 旋转过程 ( 在浸渍之后， 将所述制品旋转以通过离心力 驱散任何过量涂料材料 )、 幕涂技术、 辊涂技术、 刷涂技术或喷涂技术。
任何制品都可以用本发明的涂料组合物进行涂覆， 例如由陶瓷或塑料构成的那些 制品。 不过， 在很多情况下， 所述制品是金属制品， 因此在这些实施方式中， 所述涂料组合物 被施涂到金属基体上， 例如含锌或铁的基体， 例如钢基体。文中所用的术语 “锌基体” 是指 锌或锌合金基体， 或涂覆有锌或锌合金的金属， 例如钢， 以及在金属间混合物中包含锌的基 体。同样， 所述基体的铁可以为合金或金属间混合物形式。 在某些实施方式中， 待涂覆本发明的涂料组合物的金属制品是 “小部件” 。文中所 用的术语 “小部件” 旨在包括 (i) 紧固件， 例如螺母、 螺栓、 螺钉、 针、 钉、 夹和纽扣， (ii) 小型 冲压件， (iii) 铸件， (iv) 金属丝制品， 和 (v) 五金件。在某些实施方式中， 所述小部件是在 汽车和 / 或航空航天应用中使用的紧固件。
在某些实施方式中， 所述金属基体包括裸露的未涂覆或未处理的表面。 不过， 在其 他情况下， 将本发明的涂料组合物施涂到已经涂覆的金属基体上， 例如已经用铬酸盐或磷 酸盐预处理的金属基体上。在一些情况下， 可以对所述基体进行预处理， 以具有例如 50 到 2 2 100mg/ft 量的磷酸铁涂层或 200-2000mg/ft 量的的磷酸锌涂层。
本发明的涂料组合物可以以任何希望的膜厚度沉积在基体上。不过， 在很多情况 下， 所希望的是相对薄的膜， 即干燥膜厚度不大于 0.5 密耳 (12.7 微米 )， 在一些情况下不 大于 0.2 密耳 (5.1 微米 )。为了本发明目的而言， 通过涡流原理 (ASTM B244) 使用例如 FISHERSCOPE MMS 厚度仪 ( 由 Fisher Instruments 生产 ) 并使用对于涂覆基体材料合适 的探针来测量涂层或组合涂层的干燥膜厚度。
在某些实施方式中， 制备和沉积本发明的涂料组合物以使得产生包含非球形金属 颗粒的多孔涂层， 例如富锌涂层。 已惊讶地发现， 当所述多孔涂层沉积在金属基体如上述的 裸露金属基体或预处理的金属基体上时， 所述涂层粘附到如下所述的随后涂覆的涂层 ( 例 如电沉积涂层 ) 上的能力得以显著提高， 而耐腐蚀性不会受到不利影响并且在一些情况下 实际上还可以得到提高。在某些实施方式中， 多孔涂层对随后涂覆的涂层的粘附性得到提 高以使得当曝露 500 小时后根据 ASTMB117 测试时， 所得多组分复合涂层是耐腐蚀的， 在一 些情况下曝露 700 小时， 或者在另一些情况下曝露 1000 小时， 如下文更详细描述的。
文中所用的术语 “多孔涂层” 是指具有不连续表面的涂层， 其对于涂覆到多孔涂层 上的其它涂料组合物， 例如电沉积的涂料组合物是可渗透的。 换句话说， 多孔涂层包含足够
的通道以使得随后涂覆的涂料组合物至少部分地渗透到多孔涂层的外表面下方。 在某些实 施方式中， 如文中实施例中所述， 当观察多孔涂层横截面的扫描电子显微照片 ( 大约 1000x 放大倍数 ) 时， 所述通道是可见的。
已经发现， 所述多孔涂层可以通过包括以下的方法来制备 ： (a) 制备包含以下的 组合物 ： (i) 一般球形金属颗粒， (ii) 成膜粘合剂 ； 和 (iii) 溶剂 ； 和 (b) 在所述粘合剂和 稀释剂存在下将至少一些、 优选基本上全部一般球形颗粒转化成非球形金属颗粒。文中所 用的术语 “基本上全部” 意思是， 转化步骤后残留在所述组合物中的一般球形颗粒量不足以 不利地影响所得多孔涂层的性能。
文中所用的术语 “非球形颗粒”是指不为一般球形的颗粒， 即它们的长径比大 于 1， 在一些情况下所述长径比为 2 或更大。在不被任何理论束缚的情况下， 据认为本发 明方法导致一般球形金属颗粒转化成具有不同长径比和尺寸的非球形金属颗粒， 以使得 当所述组合物以文中所述相对薄即不大于 0.5 密耳的膜沉积在基体上时， 可以产生多孔 涂层， 如实施例中所见。反之， 也如同在实施例中显见的， 如果使用常规锌片， 例如可从 Eckart-America. 获得的 Zinc 8 糊状物， 所述锌片颗粒使其自身取向以形成具有连续且相 对光滑的外表面的非多孔涂层， 这可能是由于所述颗粒显示的相对均匀性和大的长径比所 致。 根据本发明前述方法制备包含以下的组合物 ： (i) 一般球形金属颗粒， (ii) 粘合 剂； 和 (iii) 稀释剂。在某些实施方式中， 所述组合物为本文中所述的本发明组合物， 其中 所述一般球形金属颗粒包含具有比将所述组合物施加到其上的金属基体更大的电离倾向 的金属， 如前所述 ； 所述粘合剂包括由以下形成的杂化有机 - 无机共聚物 ： (a) 钛酸酯和 / 或其部分水解产物 ； 和 (b) 具有对所述钛酸酯和 / 或其部分水解产物的烷氧基呈反应性的 官能团的多官能聚合物， 如前所述， 所述稀释剂包含一种或多种前述稀释剂。
在本发明的这些方法中， 在所述粘合剂和稀释剂存在下将至少一些、 优选基本上 全部一般球形颗粒转化成非球形金属颗粒。 任何合适技术可以用于进行所述转化， 不过， 在 一些实施方式中， 使用研磨方法， 例如实施例中所述的。在某些实施方式中， 所述研磨使用 直径 0.5-3.0 毫米的球 ( 例如由锆陶瓷构成 ) 在介质研磨机中进行。在一些情况下， 使用 其中所述磨机装载有其量为磨机内容积的 50-60％的球的介质研磨方法。 在一些情况下， 使 用其中含有占磨机内容积 50-75％的一般球形金属颗粒的组合物的介质研磨方法。可以提 供冷却以维持介质研磨机中的内部温度低于 140 ℉， 例如低于 110 ℉。研磨时间根据所用 磨机的类型和尺寸变化， 但是经常为 2-15 小时。在某些实施方式中， 通过比较平坦钢板上 的刮涂体 (drawdowns) 的外观与从先前可接受的材料产生的标准样品来判断所述研磨方 法的完成。
已发现前述方法的另一优点在于， 所述研磨方法可以在基本或完全不存在常规润 滑剂下进行， 例如高级脂肪酸， 包括硬脂酸和油酸。在不被任何理论所束缚的情况下， 认为 所述润滑剂的存在可能不利地影响所得涂层对随后涂覆的涂层的粘附能力。因此， 在某些 实施方式中， 本发明方法包括在基本不存在、 或在一些情况下完全不存在矿物油精、 长链脂 肪酸 ( 例如硬脂酸和油酸 )、 氟碳树脂、 小片铝箔、 和 / 或任何其他常规润滑剂的情况下， 将 一般球形金属颗粒转化成非球形金属颗粒。
在某些实施方式中， 另外的涂层被沉积在至少一部分前述涂层上。 具体而言， 在本
发明的某些实施方式中， 通过电沉积方法将可电沉积的涂料组合物沉积在至少一部分前述 涂层上。
根据本发明， 可以使用任何合适的电沉积方法和可电沉积的涂料组合物。如本领 域技术人员会理解的， 在施涂可电沉积的涂料组合物的过程中， 将所述组合物的水分散体 与导电性阳极和阴极接触放置。借助阳极和阴极之间的电流通过， 可电沉积组合物的粘附 性膜以基本连续的方式沉积在基体上， 所述基体依据所述组合物是可阴离子电沉积还是可 阳离子电沉积而充当阳极或阴极。
在某些实施方式中， 所述可电沉积的涂料组合物包含分散于水基介质中的树脂 相。所述树脂相包含成膜有机成分， 所述有机成分可以包括阴离子型成膜有机成分或阳离 子型成膜有机成分。在某些实施方式中， 所述可电沉积的涂料组合物包含含有活性氢基团 的离子型树脂和具有对所述离子型树脂的活性氢呈反应性的官能团的固化剂。
阴离子型可电沉积的涂料组合物的非限定性实例包括含有未胶凝的、 可水分散的 可电沉积的阴离子型成膜树脂的那些。 适用于阴离子型电沉积涂料组合物中的成膜树脂的 实例是碱增溶的含羧酸的聚合物， 例如干性油或半干性脂肪酸酯与二羧酸或酸酐的反应产 物或加合物 ； 以及脂肪酸酯、 不饱和酸或酸酐和任何其它不饱和改性物质的反应产物， 其进 一步与多元醇发生反应。另外适合的是不饱和羧酸的羟基 - 烷基酯、 不饱和羧酸和至少一 种其他烯属不饱和单体的至少部分中和的互聚物。 另一种适用的可电沉积的阴离子型树脂 包括醇酸 - 氨基塑料载体， 即含有醇酸树脂和胺 - 醛树脂的载体。另一种阴离子型可电沉 积的树脂组合物包括树脂多元醇的混合酯。这些组合物在美国专利号 3,749,657 第 9 栏第 1 行至第 10 栏第 13 行中有详细描述， 所述部分通过引用并入本文。 “未胶凝的” 表示所述聚合物基本上无交联， 并且当溶解于合适的溶剂中时具有特 性粘度。聚合物的特性粘度是其分子量的指标。因为其具有基本上无限高的分子量， 胶凝 聚合物将具有过高以至于不能测量的特性粘度。
已知各种阳离子型聚合物， 它们可以用于本发明中， 只要所述聚合物是 “可水分散 的” 即可， 即适合于在水中被溶解、 分散、 或乳化。所述可水分散的树脂本质上是阳离子型 的， 就是说， 所述聚合物含有赋予正电荷的阳离子型官能团。通常而言， 所述阳离子型树脂 还含有活性氢基团。
合适的阳离子型树脂的非限定性实例是含有鎓盐基的树脂， 例如含有三价锍盐基 的树脂和含有季磷鎓基的树脂， 例如在美国专利号 3,793,278 和 3,984,922 中分别描述的 那些。其他合适的含鎓盐基的树脂包括含季铵盐基的树脂， 例如由有机聚环氧化物与叔胺 盐反应形成的那些， 如美国专利号 3,962,165 ； 3,975,346 ； 和 4,001,101 中所述。另外合适 的是含胺盐基的树脂， 例如聚环氧化物和伯胺或仲胺的酸增溶反应产物， 例如美国专利号 3,663,389 ； 3,984,299 ； 3,947,338 和 3,947,339 中所述的那些产物。
在某些实施方式中， 上述含盐基的树脂与封端型异氰酸酯固化剂组合使用。所述 异氰酸酯可以是完全封端的， 如美国专利号 3,984,299 中所述， 或者所述异氰酸酯可以是 部分封端的并与所述树脂主链发生反应， 例如美国专利号 3,947,338 中所述。
同样， 如美国专利号 4,134,866 和 DE-OS No.2,707,405 中所述的单组分组合物可 以用作阳离子型树脂。除所述环氧 - 胺反应产物之外， 树脂还可以选自阳离子型丙烯酸类 树脂， 例如美国专利号 3,455,806 和 3,928,157 中描述的那些。同样， 可以使用经酯交换固
化的阳离子型树脂， 例如欧洲申请号 12463 中所述的。此外， 可以使用从曼尼希碱制备的阳 离子型组合物， 例如美国专利号 4,134,932 中所述的。另外有用的是含有伯胺基和 / 或仲 胺基的带正电荷树脂， 例如美国专利号 3,663,389 ； 3,947,339 ； 和 4,115,900 中所述的。
在某些实施方式中， 所述阳离子型树脂以 1-60 重量％的量存在于可电沉积的涂 料组合物中， 例如 5-25 重量％， 所述重量％基于所述组合物的总重量。
如前所述， 在本发明中有用的可电沉积的涂料组合物通常进一步包含固化剂， 所 述固化剂含有对所述离子型树脂的活性氢基团呈反应性的官能团。 通常用作阴离子型可电 沉积的涂料组合物的固化剂的合适的氨基塑料树脂， 可从 American Cyanamid Co. 以商标 CYMEL 和从 Monsanto Chemical Co. 以商标 RESIMENE 商业获得。在某些实施方式中， 所 述氨基塑料固化剂联合含有活性氢的阴离子型可电沉积的树脂以 5-60 重量％、 例如 20-40 重量％的量使用， 基于可电沉积的涂料组合物中树脂固体的总重量。 封端的有机多异氰酸酯通常用作阳离子型可电沉积的涂料组合物的固化剂和可 以是完全封端的或部分封端的， 如上所述。 具体实例包括芳族和脂族多异氰酸酯， 包括环脂 族多异氰酸酯， 例如二苯基甲烷 -4， 4′ - 二异氰酸酯 (MDI)、 2， 4- 或 2， 6- 甲苯二异氰酸酯 (TDI)( 包括它们的混合物 )、 对亚苯基二异氰酸酯、 四亚甲基和六亚甲基二异氰酸酯、 二环 己基甲烷 -4， 4′ - 二异氰酸酯、 异佛尔酮二异氰酸酯、 苯基甲烷 -4， 4′ - 二异氰酸酯和聚 亚甲基聚苯基异氰酸酯的混合物， 以及高级多异氰酸酯， 例如三异氰酸酯， 和与多元醇的异 氰酸酯预聚物， 所述多元醇例如新戊二醇和三羟甲基丙烷， 以及与聚合多元醇的异氰酸酯 所述多 预聚物， 所述聚合多元醇例如聚己酸内酯二醇和三醇 ( 其中 NCO/OH 当量比大于 1)。 异氰酸酯固化剂通常联合所述阳离子型树脂以 1-65 重量％、 例如 5-45 重量％的量使用， 基 于所述涂料组合物中全部树脂固体的重量而言。
本发明中使用的可电沉积的涂料组合物典型为水分散体形式。术语 “分散体” 是 指两相透明、 半透明或不透明的树脂体系， 其中所述树脂为分散相， 水为连续相。所述树脂 相一般具有小于 1 微米、 例如小于 0.5 微米、 或者在一些情况下小于 0.15 微米的平均粒度。
在某些实施方式中， 所述树脂相在水基介质中的浓度基于所述水分散体的总重量 为至少 1 重量％、 例如 2-60 重量％。当所述组合物为树脂浓缩物形式时， 它们通常具有基 于所述水分散体的重量为 20-60 重量％的树脂固体含量。
此外， 所述水基介质可以含有聚结溶剂。 有用的聚结溶剂包括烃类、 醇类、 酯类、 醚 类和酮类。如果有的话， 所述聚结溶剂的量一般基于所述水基介质的总重量为 0.01-25 重 量％、 例如 0.05-5 重量％。
所述颜料组合物中， 如果需要的话， 在分散体中可以含有多种添加剂， 例如表面活 性剂、 润湿剂或催化剂。所述颜料组合物可以是常规类型的， 包括颜料例如铁氧化物、 铬酸 锶、 碳黑、 煤粉、 二氧化钛、 滑石、 硫酸钡， 以及彩色颜料， 例如镉黄、 镉红、 和铬黄等。在某些 实施方式中， 可电沉积的涂料组合物包含着色剂， 其导致暗色的， 例如光学上黑色的可电沉 积涂料组合物的生成。在某些实施方式中， 暗色的可电沉积的涂料组合物能产生具有不大 于 40 的 CIELAB L* 值， 例如不大于 30， 或， 在某些情况下， 不大于 20 的涂层。
所述分散体的颜料含量通常表示为颜料与树脂的比例。在某些实施方式中， 当使 用颜料时， 所述颜料与树脂的比例通常在 0.02-1 ∶ 1 的范围内。上述其他添加剂通常在分 散体中的量基于所述组合物中树脂固体的重量为 0.01-3 重量％。
在本发明的某些实施方式中， 将可电沉积的涂料组合物沉积在基体上， 以产生 相对薄的膜， 即干燥膜厚度不大于 0.5 密耳 (12.7 微米 )， 在一些情况下不大于 0.2 密耳 (5.1 微米 )。可以使用任何合适的设备将所述组合物施涂到金属基体上， 例如在美国公 开 专 利 申 请 号 2006/0032751A1 ； 2006/0032748A1 ； 2006/0049062A1 ； 2006/0051512A1， 和 2006/0051511A1 中的所述方法和 / 或设备之一。
已惊讶地发现， 可以生产涂覆有多组分复合涂层的金属制品， 所述复合涂层包括 (i) 暗色的富锌底漆涂层和 (ii) 沉积在至少一部分所述富锌底漆涂层上的暗色的电沉积 涂层， 甚至当使用相对低的膜厚度时， 所述制品也可以显示优异的粘附性和耐腐蚀性。 文中 所用的术语 “暗色的富锌底漆涂层” 是指由暗色的富锌底漆组合物沉积得到的暗色的涂层。 文中所用的术语 “暗色的电沉积涂层” 是指通过电沉积工艺从水基可电沉积的组合物沉积 得到的暗色的涂层。如文中所用， 当提及涂层被 “沉积” 在另一涂层上时， 其是指包括其中 直接将所述涂层直接施涂到另一涂层上而不存在中间涂层的情形， 以及其中中间涂层将所 述分两涂层分开的情形。 不过， 在本发明的某些实施方式中， 所述暗色的电沉积涂层被直接 沉积在至少一部分所述暗色的富锌底漆涂层上， 而不存在中间涂层。
因此， 在某些实施方式中， 本发明涉及至少部分涂覆有多组分复合涂层的金属制 品， 所述复合涂层包括 ： (a) 暗色的富锌底漆涂层 ； 和 (b) 沉积在至少一部分所述暗色的富 锌底漆涂层上的暗色的电沉积涂层， 其中当所述暗色的富锌底漆涂层和所述的暗色的电沉 积涂层的总组合干燥膜厚度为 1.5 密耳 (38.1 微米 ) 或更低时， 在一些情况下为 1 密耳 (25.4 微米 ) 或更低时， 在曝露 500 小时后根据 ASTM B117 测试时所述制品是耐腐蚀的， 在 一些情况下曝露 700 小时后， 在另一些情况下曝露 1000 小时后。如文中所用， 当提及制品 是 “耐腐蚀的” 时， 其是指根据 ASTM B117 曝露规定时间后， 涂覆有多组分复合涂层的制品 的部分没有肉眼可见的红锈， 其中所述制品置于保持恒温的室中， 在那里所述制品经受 5％ 盐溶液的精细喷淋 ( 雾 )、 水漂洗和干燥。而且， 当本申请中提及制品 “曝露 500 小时后” 是 耐腐蚀的时， 其是指当如此测试刚好 500 小时时所述制品是耐腐蚀的以及当曝露大于 500 小时的选择时间后如此测试时制品是耐腐蚀的， 例如 500 和 1000 小时之间的选择时间。同 样， 当在本申请中提及制品 “曝露 700 小时后” 或 “曝露 1000 小时后” 是耐腐蚀的时， 其是 指当如此测试刚好 700 小时或 1000 小时时所述制品是耐腐蚀的以及当曝露大于 700 小时 或 1000 小时的选择时间后如此测试时制品是耐腐蚀的。
还已经发现 . 所述多组分复合涂层相互粘附并粘附到金属基体上。对于本发明 目的而言， 粘附作用通过使用划格法粘附试验进行测量， 其中使用多仞切割机 ( 可从 Paul N.Gardner Co.， Inc. 商业获得 )， 涂覆基体被划痕两次 ( 以 90°角 )， 确保所述仞切割经 过所有涂层进入基体。涂层粘附性使用 Nichiban L-24 带 ( 以 90°拉四次 ) 来测量。对 于本发明目的而言， 如果该试验后至少 80％、 在某些情况下 90％或更多的涂层粘附到基体 上， 那么认为所述涂层 “粘附到金属基体上” 。
成功地将暗色的富锌底漆涂层和暗色的电沉积涂层一起使用 ( 在某些实施方式 中富锌底漆涂层和电沉积涂层之间 L* 值的区别不大于 40， 例如不大于 30， 或， 在某些情况 下， 不大于 25 单位 )， 本发明在多数情况下， 克服了与上述难看的″接触点″相关的问题。 特别是， 不同于如果是亮银色的富锌底漆涂层 ( 常见的 ) 沉积在暗色的电沉积涂层下 ( 常 见的 ) 的情况， 当具有″接触点″的被涂覆部件在彼此分离使得至少一些暗色电沉积涂层从该部件或在接触点附近脱除时， 富锌底漆涂层， 它也是暗色的， 可以不是特别显著引人注 目的。
应理解， 文中所述的涂覆制品还可以包括施涂到前述的暗色富锌底漆涂层或多组 分复合涂层上的装饰性和 / 或保护性外涂层。所述外涂层可以由汽车 OEM 组合物、 汽车整 修组合物、 工业涂料、 建筑涂料、 电涂料、 粉末涂料、 卷材涂料、 和航空 / 航天涂料应用中使 用的任何常规类型的组合物沉积得到。所述组合物典型包含成膜树脂， 例如美国专利号 6,913,830 第 3 栏第 15 行到第 5 栏第 8 行中所述的材料， 所述引用部分通过引用并入本文。 所述涂料组合物可以使用任何常规涂覆技术并利用本领域技术人员容易确定的条件施涂。
本发明还涉及提供金属制品的方法， 所述制品包括在曝露 500 小时后根据 ASTM B117 测试时为耐腐蚀的表面。所述方法包括 ： (a) 在至少一部分表面上沉积暗色的富锌底 漆涂层， 其中所述暗色的富锌底漆涂层由暗色的富锌底漆组合物沉积得到， 所述组合物包 含： (i) 暗色的锌片， 其以基于所述组合物的总重量为至少 25 重量％的量存在于所述组合 物中， 和 (ii) 由钛酸酯形成的粘合剂 ； 和 (b) 在至少一部分所述暗色的富锌底漆涂层上电 沉积暗色的涂层， 其中所述暗色的富锌底漆涂层和所述暗色的电沉积涂层的总组合干燥膜 厚度不大于 1.5 密耳 (38.1 微米 )。 从前述还应显然的是， 本发明还涉及至少部分涂覆有多组分复合涂层的金属制 品， 所述复合涂层包括 ： (a) 暗色的富锌底漆涂层 ； 和 (b) 沉积在至少一部分所述暗色的富 锌底漆涂层上的暗色的电沉积涂层， 其中所述暗色的富锌底漆涂层和所述的暗色的电沉积 涂层的总组合干燥膜厚度不大于 1.5 密耳 (38.1 微米 )， 所述制品在曝露 500 小时后根据 ASTM B117 测试时是耐腐蚀的。
以下实施例用于说明本发明， 但并不认为本发明限于它们的细节。实施例中以及 说明书全文中， 除非另有说明所有份数和％都是以重量计的。
实施例 实施例 1
将来自表 1 的进料 2 和 3 一起预混合， 然后在搅拌下在 5 分钟的时间内加入到圆 底烧瓶内的进料 1 中， 所述圆底烧瓶装备有搅拌桨、 冷凝器、 馏出物收集器、 和连续氮供料。 30 分钟后， 升高温度， 直至发生蒸馏。 除去 24 克馏出物后， 加入进料 4。 所得物料为琥珀色， 在室温下是可倾注的。
表1
钛酸四正丁基酯， 可从 E.I.duPont de Nemours and Co. 商业获得
双酚 A- 环氧乙烷二醇， 可从 BASF 商业获得 3
可从 Exxon Chemicals America 商业获得
实施例 2
将来自表 2 的进料 1 与进料 4 和一半进料 5 混合， 直至均匀。然后在搅拌下加入 进料 3。将混合物加热到 120 ℉， 保持 15 分钟。在搅拌下缓慢加入进料 2， 直至良好并入并 且不含块状物。加入剩余的进料 5 并混合 1 小时。
表2
21
4平均粒度为 2.5-4.5 微米的锌粉末， 可从 U.S.Zinc. 商业获得16102046735 A CN 102046739
5 6说明书15/23 页流变性添加剂， 可从 Elementis Specialties， Inc. 商业获得
可从 Hercules Co. 商业获得
实施例 3
将来自表 3 的进料 1 与进料 2 混合， 在搅拌下使混合物混合至反应完全， 由混合物 变澄清为证。加入进料 5 和一半进料 6， 混合至均匀， 并使得进料 5 完全溶解。然后在搅拌 下加入进料 3。将混合物加热到 120 ℉， 保持 15 分钟。在搅拌下缓慢加入进料 4， 直至良好 并入并且不含块状物。加入剩余的进料 5， 混合 1 小时。
表3
钛酸四 2- 乙基己基酯， 可从 E.I.duPont de Nemours and Co. 商业获得
实施例 4
将来自表 4 的进料 1 与进料 2 混合， 在搅拌下使混合物混合， 直至反应完全， 由混 合物变澄清为证。加入进料 3， 搅拌 15 分钟。然后在搅拌下缓慢加入进料 4 和进料 5， 直至 良好并入并且不含块状物。然后加入进料 6， 混合 1 小时。
表4
7
8 9流变性添加剂， 可从 BYK-Chemie. 商业获得锌 / 锡合金片糊状物， 可从 Eckhart-Werke. 商业获得
比较实施例 C1
将来自表 5 的进料 1 与进料 2 混合， 在搅拌下使混合物混合， 直至反应完全， 由混 合物变澄清为证。加入进料 5 和一半进料 6， 混合至均匀， 并使得进料 5 完全溶解。然后在 搅拌下加入进料 3。将混合物加热到 120 ℉， 保持 15 分钟。在搅拌下缓慢加入进料 4， 直至 良好并入并且不含块状物。加入剩余的进料 5， 混合 1 小时。
表5
18102046735 A CN 102046739
10说明书17/23 页锌 / 铝合金片糊状物， 可从 Eckhart-Werke. 商业获得
实施例 5-11
在表 6 的实施例 5-11 中， 证实了钛酸酯材料的有机改性或杂化的影响。对于实施 例 5-11， 通过在 25℃下机械搅拌来混合物料， 直至反应完全， 由澄清、 均匀产物为证。对于 实施例 7-11， 在开始时混合物混浊模糊， 大约 1 小时的反应时间后变澄清。 所有在室温下都 是流体。
表6
正丁基聚钛酸酯， 可从 E.I.DuPont de Nemours and Co. 商业获得
聚四亚甲基醚二醇， 可从 INVISTA. 商业获得
应用和测试
将实施例 2、 3、 4 和 C1 的组合物， 通过浸渍旋转方法在半径为 4cm 的篮中以 350rpm 的速度在 15 秒内涂覆到清洁、 喷砂螺栓上。然后在 200℃烘烤所述螺栓 20 分钟。而且， 将 所述组合物通过刮涂棒方法涂覆到清洁冷轧钢板上， 在 200℃下烘烤 20 分钟。所得膜厚度 为大约 8 微米。随后， 将涂覆的螺栓通过电沉积用 Powercron 6100XP( 黑色阳离子型双酚 A 环氧基电涂料， 可从 PPG Industries， Inc. 商业获得 ) 进行外涂覆， 对于加上外涂层的全 部底涂层膜厚度为大约 16 微米， 如上述根据 ASTM B244 使用 FISHERSCOPE MMS 厚度仪测 得。类似地， 每一涂覆底涂层的钢板用电涂料在其一半表面上进行外涂覆。所述电涂料通 过在 180℃烘烤 30 分钟而固化。
所述螺栓被安装在塑料板上并放置于适合 ASTM B117 标准的盐喷室中。每个实施 例以一套十个螺栓进行测试。不合格点定义为在一套 10 个螺栓中大于两个的螺栓上产生 任何红锈斑点的可见外观所需的曝露小时数。
粘附性测试通过上述划格法进行。 划格法只在底涂层上以及在底涂层加上上述平 钢板上涂有电涂覆的外涂层上进行。
将实施例 5-11 的产物通过常规刮涂方法施涂到平坦、 清洁的冷轧钢板上， 然后在 200℃下烘烤 20 分钟。所得干燥膜厚度为大约 4-5 微米。对所得膜进行以下评价， 膜完整 目测检查、 指甲划痕、 浸渍丙酮抹布的摩擦、 和当通过扫描电子显微镜 (SEM) 以 500X 放大倍 数进行检验时膜开裂程度的目测评价。
结果列于表 7 和表 8 中。
1211
表8实施例 12-14
在表 9 的实施例 12-14 中， 证实了用硅基聚合物改性或杂化钛酸酯物质的影响。 对 于实施例 13 和 14， 混合物需要大约 8 小时进行反应并变澄清。所有在室温下都是流体。
表9
硅烷醇官能的有机硅树脂， 可从 Dow Corning. 获得
聚酯有机硅树脂， 可从 Degussa. 获得
将实施例 12-14 的产物通过常规刮涂方法涂覆到平坦、 清洁的冷轧钢板上， 然后 在 200℃下烘烤 20 分钟。所得干燥膜厚度为大约 4-5 微米。对所得膜进行以下评价， 膜完 整目测检查、 指甲划痕、 浸渍丙酮抹布的摩擦、 和当通过扫描电子显微镜 (SEM) 以 500X 放大 率进行检验时膜开裂程度的视觉评价。结果列于表 10 中。
表 10
1413
实施例 15-17 由表 11 中所列成分进行实施例 15 和 17。 表 1115 矿物油精中的锌片糊状物， 可从 Eckart-America. 获得
以类似实施例 3 的方式制备实施例 15。将来自表 11 的进料 1 与进料 2 混合， 然 后在搅拌下使混合物混合， 直至反应完全， 由混合物变澄清为证。加入进料 6a 和一半进料 6， 混合至均匀， 使得进料 6a 完全溶解。然后在搅拌下加入进料 3。然后将混合物加热至 120 ℉， 保持 15 分钟。在搅拌下缓慢加入进料 4， 直至良好并入并且不含块状物。加入剩余 的进料 6， 混合 1 小时。
以类似于实施例 C1 的方式制备实施例 17。将来自表 11 的进料 1 与进料 2 混合， 然后在搅拌下使混合物混合， 直至反应完全， 由混合物变澄清为证。 然后在搅拌下加入进料 3， 随后加入进料 6， 然后加入进料 5， 然后加入进料 7， 然后加入进料 8。连续搅拌 30 分钟。
通过以下方式制备实施例 16 ： 在介质研磨 (Chicago Boiler L-3-J) 中处理 1700 克实施例 15 中制备的组合物， 所述磨机装有 2400 克 1.7-2.4 毫米的陶瓷锆介质。将其在 90 ℉以 2400rpm 研磨 3 小时。所述材料从暗灰色转为完全银色， 表明形成非球形锌颗粒。
实施例 15-17 的应用和测试
将实施例 15、 16、 和 17 的组合物通过常规刮涂方法涂覆到平坦、 清洁的含磷酸锌 冷轧钢板上， 然后在 200℃烘烤 20 分钟。所得干燥膜厚度为大约 6-8 微米。随后， 涂覆的板 通过电沉积用 Powercron XP( 黑色阳离子型双酚 A 环氧基电涂料， 可从 PPG Industries， Inc. 商业获得 ) 根据厂商说明进行外涂覆， 得到加上外涂层的全部底涂层膜厚度为大约 15-17 微米， 与上述根据 ASTM B244 使用 FISHERSCOPE MMS 厚度仪测量一致。类似地， 每 一底涂层涂覆的钢板都在其一半表面积上用电涂料进行外涂覆。所述电涂料通过在 180℃ 下烘烤 30 分钟而固化。
将所得板置于适合 ASTM B117 标准的盐喷室中。 粘附性测试通过上述划格法进行。
划格法仅在底涂层上以及在底涂层加电涂层上进行。结果列于表 12 中。
图 1-3 的 SEM 图像显示， 实施例 16 中所用的研磨处理产生具有明显不同于实施例 17 的可商业获得片状物的形状的非球形颗粒。 此外， 显然从实施例 16 的组合物产生的涂层 比实施例 17 的组合物产生的涂层具有更多孔的表面。
表 12
实施例 18-20 实施例 18 和 19 是用表格 13 中所列的成分制备的。 表 13
实施例 18 是按照与实施例 15 相似的方式依次混合其成分来制备的。然后按照实 施例 16 的方式加工 1700 克的组合物。
实施例 19 是依次混合其成分并且利用 Cowles 搅拌桨分散 1 小时制备的。
实施例 20 通过混合 565.0 重量份的实施例 18 的产物和 550.0 重量份的实施例 19 的产物， 利用 Cowles 搅拌桨分散 1 小时来制备。
实施例 18-20 的应用和测试
实施例 18， 19， 和 20 的组合物通过传统的刮涂方法施加到平坦清洁的锌 - 磷酸盐 化的冷轧钢板上， 再在 200℃下烘烤 20 分钟。测量厚度和颜色后， 按照厂家的知指导， 将板 用 Powercron XP( 黑色阳离子型双酚 A 环氧基电涂料， 可从 PPG Industries， Inc. 商购得 到 ) 以电沉积方式进行外涂覆。所述电涂层通过在 180℃烘烤 30 分钟而固化。
所得到的板被放置于适合 ASTM B117 标准的盐喷室中。通过使用具有 2mm 间隔的 5 齿划格法测验仪进行粘附性测试， 以及随后的胶带粘附性测试。 结果列于表 14 中， 以外涂 层损失的百分比来表示。
表 14
根据 ASTM B244 使用 FISHERSCOPE MMS 厚度仪测得
利用 X-Rite， Incorporated， Grandville， Mich 产的 X-Rite MA-68 在 45°角条 件下测量的
本领域技术人员会理解， 在不偏离本发明主要构思的情况下， 可以对上述实施方 式进行改变。 因此应当理解， 本发明并不限于所述特定实施方式， 而是意欲包括本发明精神 和范围内的变化形式， 如所附权利要求书所限定。
1716