BR112020008635A2 - composição aquosa de pré-tratamento, método para preparar uma composição de pré-tratamento de metal e método para revestir uma superfície metálica - Google Patents
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Abstract
Composições aquosas úteis como pré-tratamentos antes de pintar para reduzir a formação de ferrugem na condição não revestida. As composições consistem essencialmente de água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(HxPO4)3, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio. A composição pode ter um pH entre cerca de 1 e cerca de 4. Um processo para tratar uma superfície metálica inclui contatar a superfície com as ditas composições aquosas. As composições e os processos provêm vantagens em comparação com o pré-tratamento metálico com fosfato de zinco considerado ser o padrão na indústria.
Description
“COMPOSIÇÃO AQUOSA DE PRÉ-TRATAMENTO, MÉTODO PARA PREPARAR UMA COMPOSIÇÃO DE PRÉ-TRATAMENTO DE METAL E MÉTODO PARA REVESTIR UMA SUPERFÍCIE METÁLICA” Campo técnico
[001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a composições e ao uso de tais composições para passivar e melhorar a aderência de tinta de superfícies metálicas. Mais particularmente, esta invenção refere-se a uma composição aquosa, adequada para uso como um revestimento seco no local para metais e a métodos para usar essa composição. Histórico da invenção
[002] Os métodos conhecidos para tratamento de superfícies metálicas que visam melhorar a aderência da tinta e a resistência à corrosão das superfícies metálicas pintadas incluem duas classes gerais de químicas. A primeira classe baseia-se nos tipos tradicionais de revestimentos de conversão de substâncias químicas tais como fosfato de zinco, fosfato de ferro, cromato de cromo, fosfato de cromo, etc. A segunda classe baseia-se em desenvolvimentos mais recentes na indústria de pré-tratamento de metais e caracteriza-se pelo que agora é referida como tecnologia “seca no local”. As substâncias químicas tradicionais de revestimento de conversão requerem lavagem do substrato metálico para remover a solução de pré-tratamento aplicada. As substâncias químicas secas no local permitem que as soluções aplicadas sejam secas no substrato metálico ao qual são aplicadas, sem enxaguar antes da aplicação de uma tinta.
[003] No que diz respeito a processos secos no local, é geralmente conhecido o tratamento de superfícies de metais como ferro, zinco, cádmio, alumínio ou suas ligas, com soluções aquosas de cromo hexavalente contendo produtos químicos que dissolvem a superfície do metal e formam películas insolúveis conhecidas como “revestimentos de conversão de cromato”. Estes revestimentos, que contêm cromo hexavalente, são resistentes à corrosão e protegem o metal de vários elementos que causam corrosão. Além disso, sabe-se que revestimentos de conversão de cromato hexavalente têm, geralmente, boas características de ligação de tinta e, portanto, provêm uma base excelente para tinta ou outros acabamentos.
[004] Embora os revestimentos supramencionados melhorem a resistência à corrosão e as propriedades de ligação da tinta, os revestimentos têm uma séria desvantagem. O cromo hexavalente mostra efeitos toxicológicos e foi determinado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA como um risco ao meio ambiente e pela Agência de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA como um risco à saúde. Além disso, as substâncias químicas baseadas em cromo hexavalente são classificadas como cancerígenas por essas agências.
[005] Nas últimas décadas, várias composições e processos, sem depender do cromo hexavalente, foram descritos e utilizados para o tratamento de superfícies metálicas Descreve-se um exemplo na patente U.S. nº 4.169.741 para Rausch et al., que descreve um método seco no local usando uma composição compreendendo, entre outros elementos, cromo trivalente, íon fosfato e sílica dispersa.
[006] É altamente desejável prover revestimentos e processos isentos de cromo hexavalente, mas ainda capazes de melhorar a aderência da tinta e a resistência à corrosão de superfícies metálicas, como o alumínio, comparáveis aos revestimentos convencionais à base de cromo hexavalente. Além disso, é necessário prover revestimentos protetores com excelente resistência à corrosão, com resistividades reduzidas e pesos de revestimentos adequados. Breve sumário da invenção
[007] A presente invenção refere-se a uma composição para tratar uma superfície metálica para melhorar aderência de tinta e resistência à corrosão e/ou manter baixa resistência de contato elétrico. A composição pode ser usada como um tratamento de pré-pintura e se destina a ser usada para tratar uma variedade de metais incluindo cobre, latão, magnésio, alumínio, ferro, zinco, cádmio ou ligas dos mesmos. Numa incorporação, a composição compreende água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(Hx.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio.
[008] Em outra incorporação, a composição consiste essencialmente de água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs):;, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio.
[009] Em outra incorporação, a composição consiste de água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs):;, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio.
[010] Numa incorporação, o composto de cromo trivalente está presente numa quantidade de cerca de 10% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 10% em peso a cerca de 2,5% empeso, de cerca de 10% em peso a cerca de 1% em peso, ou de cerca de 10% em peso a cerca de 0,5% em peso.
[011] Em outra incorporação da invenção, a sílica está presente numa quantidade menor que 2% em peso, menor que 1,75% em peso ou menor que 1,5% em peso.
[012] Em outra incorporação ainda, a presente invenção é um processo para tratar uma superfície metálica. O processo inclui a etapa de contatar a superfície metálica com uma composição compreendendo água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio.
[013] Numa outra incorporação, a invenção é um processo para tratar uma superfície metálica compreendendo as etapas de: (1) limpar a superfície metálica para formar uma superfície metálica limpa; (2) enxaguar a superfície metálica com água para formar uma superfície metálica enxaguada; e (3) contatar a superfície metálica enxaguada com uma composição compreendendo água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio.
[014] Numa outra incorporação ainda, o processo compreende adicionalmente, após contatar a superfície metálica enxaguada com a composição, enxaguar novamente a superfície metálica com água e depois vedar a superfície metálica.
[015] Adicionalmente, os processos podem compreender, antes da primeira etapa de contato, a etapa de limpar a superfície metálica com um limpador alcalino e enxaguar. Os processos podem compreender ainda, após contatar a superfície metálica com a composição de pré-tratamento, as etapas de enxaguar a superfície metálica com água e depois pintar a superfície metálica. O pH da composição aquosa de pré-tratamento compreendendo água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio, é preferivelmente ácida e mais preferivelmente tem um pH entre cerca de 1 e cerca de 4.
[016] Deve-se entender que tanto a descrição geral acima como a descrição detalhada a seguir, são exemplares, mas não são restritivas da invenção. Breve descrição da figura
[017] A invenção é melhor compreendida a partir da descrição detalhada a seguir, quando lida em conjunto com o desenho anexo. Enfatiza-se que, de acordo com a prática comum, as várias características do desenho não estão em escala. Pelo contrário, as várias características são arbitrariamente expandidas ou reduzidas para maior clareza. Incluiu-se no desenho as seguintes figuras:
[018] A Fig. 1 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 1 em comparação com a composição de Controle para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 250 horas por ASTM B117;
[019] A Fig. 2 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 1 em comparação com a composição de Controle para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 250 horas por ASTM B117;
[020] A Fig. 3 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 1 e da Composição 2 em comparação com a composição de Controle para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 500 horas por ASTM Bl117;
[021] A Fig. 4 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 2 para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 250 horas por ASTM B117;
[022] A Fig. 5 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 1 em comparação com a composição do Exemplo 1 divulgada na patente de Rausch para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 250 horas por ASTM B117; e
[023] A Fig. 6 é uma comparação fotográfica lado a lado dos resultados da Composição 1 em comparação com a composição do Exemplo 1 divulgada na patente de Rausch para painéis rabiscados e expostos a spray de sal neutro por 250 horas por ASTM B117. Descrição detalhada da invenção
[024] A presente invenção refere-se àa composições e processos para tratar uma superfície metálica. As composições de acordo com a presente invenção compreendem, preferivelmente consistem essencialmente de ou muito preferivelmente consistem de água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs):, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio. Os processos de acordo com a presente invenção incluem contatar uma superfície metálica com a composição acima, incluindo: água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio.
[025] As composições aquosas da presente invenção são aplicadas numa superfície metálica após limpeza, mas antes de se aplicar algum revestimento final na superfície metálica, contribuindo para pelo menos um dos seguintes itens: (1) melhorar a aderência de tinta da superfície metálica; (2) melhorar a resistência à corrosão da superfície metálica; e (3) manter ou reduzir a resistividade da superfície metálica. As composições da presente invenção incluem composições que melhoram significativamente uma ou duas destas características, mesmo que pelo menos uma das outras tenha piorado em menor grau. A melhoria pode ser devida às composições sozinhas ou às composições em combinação com outras etapas do processo. Tais composições são aqui referidas oi na indústria de tratamento de metais como composições de pré-tratamento, revestimentos de conversão ou composições de trabalho. Define-se "“resistividade” como resistência por área de superfície unitária; unidades típicas de resistividade são microhms por polegada quadrada.
[026] Quando aqui usado, o termo “composto de cromo hexavalente” significa sais de cromo nos quais o cromo tem uma valência igual a +6. Pode-se usar uma ampla variedade de ânions e também pode-se usar mais que um composto de cromo hexavalente. Preferivelmente, o composto de cromo hexavalente é ácido crômico anidro (CrO0;), ácido crômico (H;CrOs) ou cromato de cromo (Crs012).
[027] Quando aqui usado, o termo “metal” usado, por exemplo, na frase “superfície de metal” ou “superfície metálica” inclui cobre, latão, magnésio, alumínio, ferro, zinco, cádmio ou ligas dos mesmos. Cada metal listado inclui tanto o metal como ligas do mesmo; por exemplo, o termo “alumínio” significa alumínio e ligas de alumínio. O termo “liga” é um metal no qual o elemento principal tem um conteúdo maior do que qualquer outro elemento ou um conteúdo igual ao conteúdo máximo de qualquer outro elemento (por exemplo, uma liga de alumínio é um metal no qual o alumínio está presente em uma quantidade pelo menos igual a de qualquer outro elemento). As ligas de ferro incluem aço laminado a frio, aço eletrogalvanizado e aço galvanizado por imersão a quente. Preferivelmente, as composições da presente invenção são usadas para tratar uma variedade de metais incluindo ligas de cobre, latão, magnésio, alumínio e ferro.
[028] Quando aqui usado, o termo “composição de pré- tratamento” significa qualquer composição que melhora a aderência de tinta, diminui a resistência de contato elétrico e melhora a resistência à corrosão de uma superfície metálica. Composições aquosas de pré-tratamento são usadas como um pré-tratamento antes da pintura e podem ser usadas como um tratamento de passivação para reduzir a formação de corrosão numa condição não revestida (não pintada). Assim, embora a composição possa ser chamada, por conveniência, de uma composição de pré-tratamento, ela é uma composição usada para melhorar a aderência de tinta subsequentemente aplicada e resistir à corrosão da superfície não pintada.
[029] Quando aqui usado, o termo “tratar” significa aplicar um tratamento ou limpeza, enxágue e aplicar um pré- tratamento. O pré-tratamento funciona também como um vedante para vedar a superfície metálica, de modo que o termo “tratar” incluirá, opcionalmente, a etapa de vedar a superfície metálica. Além disso, “tratar” pode incluir, opcionalmente, etapas de processo etapas de processo abrangendo pintura. Por exemplo, etapas de tratamento podem incluir também uma etapa de aplicar um revestimento decorativo, tal como pintura. Após aplicar o pré-tratamento, o pré-tratamento pode ser primeiramente enxaguado ou secado no lugar antes da aplicação da pintura. Cada uma dessas etapas desempenha um papel na capacidade do produto final de resistir à corrosão e minimizar a perda de tinta. Como se mencionou acima, a composição de pré-tratamento pode ser usada como um tratamento pré-pintura.
[030] Quando aqui usado, o termo “composto de cromo trivalente” significa sais de cromo nos quais o cromo tem uma valência igual a +3. Nenhum cromo hexavalente (ou, na pior das hipóteses, quantidade mínima e irrelevante dele) está presente nesses compostos. Pode-se usar uma ampla variedade de ânions, e mais que um composto de cromo trivalente pode ser usado. Preferivelmente, o composto de cromo trivalente é um composto com a fórmula Cr (H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou
2.
[031] Numa incorporação alternativa, a composição da presente invenção consiste essencialmente de água, um composto da fórmula Cr(H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e, opcionalmente, peróxido de hidrogênio. Embora tal composição possa incluir aditivos, ela exclui íons haleto que promovem ranhura. Se ocorrer uma ranhura, poderá ocorrer um desempenho reduzido.
[032] As faixas de concentração apropriadas dos vários componentes dependem de suas solubilidades. Em concentrações muito baixas, há quantidades insuficientes dos constituintes para cobrir a superfície metálica e executar suas funções. Acima dos limites de solubilidade, o soluto pode começar a sair da solução. Numa incorporação da invenção, o composto de cromo trivalente está presente numa quantidade de cerca de 10% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 10% em peso a cerca de 2,5% em peso, de cerca de 10% em peso a cerca de 1% em peso ou de cerca de 10% em peso a cerca de 0,5% em peso. Numa incorporação da invenção, a sílica está presente numa quantidade menor que 2% em peso, menor que 1,75% em peso ou menor que 1,5% em peso.
[033] Numa incorporação da invenção na qual o composto de cromo hexavalente precursor é o ácido crômico anidro (Cr0O;3), o ácido crômico é primeiramente reduzido na presença de ácido fosfórico para criar um composto de cromo trivalente: diidrogeno fosfato de cromo (Cr (H2POs4)3). O peróxido de hidrogênio é o agente redutor. Após o cromo sofrer redução, a sílica é adicionada. Verificou-se que a faixa de pH a seguir é preferida, dadas certas outras condições: 1 a 4.
[034] As composições dadas acima são o banho de trabalho. É desejável, é claro, transportar o produto na forma de um concentrado, ou seja, um aumento de até 10 a 100 vezes na concentração das concentrações de banho de trabalho acima. O limite superior desses concentrados é o limite de solubilidade do primeiro constituinte que atenda ou exceda seu limite de solubilidade.
[035] Quando se usa a composição para tratar aço laminado a frio, o pH da composição é preferivelmente de 1 a 4. Mais preferivelmente, o pH é de cerca de 1,75.
[036] Pode-se preparar as composições de acordo com a invenção misturando os ingredientes em qualquer sequência. Numa incorporação não limitativa onde um composto de cromo hexavalente é um material precursor, o composto de cromo hexavalente é primeiramente reduzido na presença de ácido fosfórico para criar um composto de cromo trivalente: diidrogeno fosfato de cromo (Cr (H2POs)3). O peróxido de hidrogênio é o agente redutor. Após o cromo sofrer redução, a sílica é adicionada. Em outra incorporação não limitativa onde um composto de cromo hexavalente é um material precursor, o composto de cromo hexavalente é medido numa solução contendo ácido fosfórico e peróxido de hidrogênio até que o composto de cromo hexavalente esteja completamente reduzido. Após a redução do cromo, adiciona-se sílica.
[037] Numa incorporação não limitativa, cria-se um concentrado (isto é, mistura-padrão) combinando o composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs):, onde x está entre 1,5 e 2, com água. Depois, pode-se adicionar o composto de sílica na solução. O concentrado pode então ser diluído, preferivelmente com água deionizada, para criar a concentração desejada no tratamento do metal antes de usar.
[038] Numa incorporação não limitativa, após o término da reação pode permanecer algum peróxido de hidrogênio residual. De modo oposto, em outra incorporação não limitativa, oO peróxido de hidrogênio é completamente utilizado. Preferivelmente, após o término da reação, a concentração do peróxido de hidrogênio estará dentro da seguinte faixa: de O a cerca de 0,85 grama de H7O0; (35%) por grama de Cr (H;PO4s)3.
[039] Componentes adicionais bem conhecidos na técnica podem ser incluídos nas composições da presente invenção. Por exemplo, agentes umectantes, tais como tensoativos fluorados, podem ser incluídos para melhorar o umedecimento. Em alguns casos, espessantes também podem ser incluídos se uma aplicação requerer uma viscosidade maior.
[040] No processo da presente invenção, reveste-se uma superfície metálica com uma composição de pré-tratamento da presente invenção. Nesta etapa de revestimento, a composição pode contatar a superfície metálica por vários métodos conhecidos na técnica. Um desses métodos é o revestimento por imersão no qual o metal é imerso no banho de pré-tratamento. Outros métodos conhecidos na técnica incluem pulverização (aspersão), revestimento por rolos ou revestimento por rolos reversos, bem como aplicação manual (por exemplo, escovação). Executa-se a etapa de revestimento por um intervalo de tempo suficiente para atingir o peso de revestimento desejado na superfície metálica, que pode ser determinado empiricamente. Esse peso de revestimento desejado dependerá de um número de fatores bem conhecidos na técnica. Numa incorporação, a quantidade de revestimento é suficiente para deixar de cerca de 0,1 a cerca de 30 miligramas de cromo e fosfato por cada pé quadrado de superfície metálica seca determinado pelo método de pesar-tirar-pesar. Em outra incorporação, a quantidade de revestimento é suficiente para deixar de cerca de 1 a cerca de 10 miligramas de cromo por pé quadrado de superfície metálica seca determinado por fluorescência de raios-X, e muito preferivelmente de cerca de 2,5 a cerca de 3,5 miligramas de cromo por pé quadrado de superfície metálica seca determinado por fluorescência de raios-X. Usando uma solução com uma concentração maior dos elementos incluídos, é possível deixar a quantidade desejada do revestimento seco com tempo de permanência menor.
[041] Um processo para tratar uma superfície metálica para melhorar a resistência à corrosão, melhorar a aderência de tinta e/ou manter baixa resistência de contato elétrico compreende: (1) limpar a superfície metálica para formar uma superfície metálica limpa; (2) enxaguar a superfície metálica limpa com água para formar uma superfície metálica enxaguada; e (3) contatar a superfície metálica enxaguada com uma composição compreendendo água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs);, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio.
[042] A etapa de limpeza pode ser executada de qualquer maneira conhecida na técnica. Os tipos de limpadores para uso na presente invenção variarão com vários fatores, incluindo o metal que está sendo tratado, a aplicação desejada e a quantidade e tipo de impurezas e sujeiras na superfície metálica. Como tal, os limpadores preferidos podem ser determinados empiricamente baseados nesses fatores. Numa incorporação não limitativa, usa-se um limpador alcalino. Um agente de limpeza alcalino que pode ser usado juntamente com a presente invenção é o limpador Bulk Kleenôo 841MC, um limpador líquido alcalino vendido por Bulk Chemicals, Incorporated of Reading, Pa. Em outra incorporação não limitativa, usa-se um limpador de ácido fosfórico. Em geral, a etapa de limpeza, pode ser executada contatando a superfície metálica com um banho de uma solução limpadora alcalina para formar uma superfície metálica limpa. A solução limpadora alcalina pode ser uma solução aquosa de um agente de limpeza alcalino. O banho de limpeza limpa a superfície metálica removendo óleo e outros contaminantes da superfície metálica. O banho de limpeza é eficaz para remover impurezas soltas e sujeiras superficiais. Assim, o banho de limpeza remove sujeiras e determinadas impurezas da superfície metálica. Se a superfície metálica estiver muito suja, um aditivo limpador detergente poderá ser incluído na etapa de limpeza.
[043] Uma superfície metálica que foi contatada por uma solução de limpeza alcalina é aqui referida como uma “superfície metálica limpa”. Ela está limpa no sentido de que foi exposta a um banho de limpeza. No entanto, ela pode não estar completamente limpa no sentido de que substancialmente todas as impurezas foram removidas tal que ela esteja pronta para ser exposta a uma composição de pré-tratamento. Em alguns casos, ela pode estar adequadamente limpa, mas em outros casos, ela dever ser primeiramente enxaguada com água antes de ser contatada com uma composição de pré-tratamento (isto é, substancialmente todas as impurezas são removidas nesse ponto).
[044] A etapa de enxágue é bem conhecida na técnica e, preferivelmente, usa-se água deionizada. O uso de água deionizada evita a introdução de quaisquer íons perniciosos, tais como íons cloreto, no sistema. A etapa de enxágue pode ocorrer duas vezes, com uma primeira etapa de enxágue executada usando água de torneira e depois o enxágue com água deionizada.
[045] Após a etapa (3) acima, contata-se a superfície metálica com a composição, a superfície metálica pode ser enxaguada com água uma vez mais, como é bem conhecido na técnica. A superfície metálica enxaguada pode então ser vedada. Pode-se usar qualquer composição de vedação química bem conhecida na indústria. Numa incorporação preferida, a composição de pré-tratamento inclui apenas uma composição compreendendo água, um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr(H.POs);3, onde x pode ser 1,5 ou 2, um composto de sílica e peróxido de hidrogênio. Quando se usa uma composição vedante, preferivelmente aplica-se uma etapa de enxágue intermediária.
[046] Após a etapa (3) ou qualquer etapa de vedação subsequente, a superfície metálica pode ser secada, Ou enxaguada e secada, e depois pode-se aplicar nela um revestimento decorativo. Por exemplo, a superfície metálica pode ser pintada ou laqueada, ou primeiro preparada e depois pintada. Tais etapas, preparação e pintura, são conhecidas na técnica como “etapas de acabamento” e quaisquer etapas de acabamento apropriadas e conhecidas podem ser usadas. Tintas apropriadas incluem tintas acrílicas e tintas de fluorocarbonetos, entre outras.
[047] Como se pode inferir, após a etapa (3) acima ou qualquer etapa de vedação subsequente, a superfície metálica pode ser secada e, depois, aplica-se um revestimento decorativo (uma camada de tinta), sem uma etapa de enxágue intermediária entre essas etapas. Este processo alternativo é conhecido como um pré-tratamento “seco no lugar”. Independentemente de o pré-tratamento ser “seco no lugar” ou se houver uma etapa intermediária de enxágue, pode-se empregar qualquer método conhecido de secagem. O revestimento pode ser secado usando, por exemplo, uma estufa de secagem, ar forçado, etc.
[048] É bem conhecida na técnica a determinação dos tempos de tratamentos das superfícies metálicas com os banhos das várias etapas. Os tempos de tratamentos necessitam ser apenas suficientemente longos para permitir um tempo suficiente para limpeza (no caso da etapa de limpeza) ou reação (no caso das etapas de pré-tratamento ou de vedação). Eles podem ser muito curtos ou tão longos quanto trinta minutos e dependem do estágio de tratamento, do tipo de aplicação (por exemplo, imersão, aspersão), do tipo de superfície metálica e do peso de revestimento desejado, entre outros fatores. O tempo de imersão de um substrato na solução da composição variará com o estágio e, geralmente, varia de aproximadamente 1 minuto até cerca de 10 minutos. Os tempos para imersão são tipicamente mais longos quando se usa aspersão (pulverização)
como o método de contato. Os tempos de enxágue podem ser bastante curtos, por exemplo, de 30 segundos a um minuto. Os tempos específicos de tratamento podem variar ao longo de amplas faixas e podem ser rapidamente determinados por um especialista na técnica.
[049] As características desejáveis de desempenho da presente invenção podem ser atingidas pelas etapas de processamento descritas acima para produzir uma superfície metálica pré-tratada com boa aderência de tinta e resistência à corrosão. Portanto, a superfície metálica pré-tratada pode ser usada como produtos não pintados e exibirão resistência à corrosão mesmo se houver um atraso entre as etapas de tratamento e qualquer pintura subsequente.
[050] As composições e processos da presente invenção provêm as vantagens declaradas sem o uso de componentes adicionais que afetem as básicas e novas características da invenção. Quando adicionados na composição em quantidades suficientes, outros componentes podem afetar as novas características. Por exemplo, determinados componentes podem tornar as composições instáveis. Tais componentes pode afetar a validade do tratamento. Outros componentes podem degradar o desempenho da composição e dos processos da presente invenção.
[051] Em resumo, a presente invenção provê composições e processos ambientalmente favoráveis para o tratamento de metais, mantendo uma excelente aderência de tinta e resistência à corrosão. Mais particularmente, a presente invenção evita o uso de cromo hexavalente, e seus riscos para a saúde e problemas de descarte associados. Exemplos
[052] Incluem-se os exemplos seguintes para demonstrar mais claramente a natureza global da invenção. As Figs. 1-6 ilustram os resultados melhorados obtidos quando se empregam as composições aquosas desta invenção. Estes exemplos são exemplares, não restritivos, da invenção.
[053] Nos experimentos abaixo, primeiramente, sintetizou-se uma batelada de Cr(H.POs); via a combinação das matérias- primas identificadas na Tabela 1 abaixo. Tabela 1 Matéria-prima Massa (9) Cro; (40%) 63,5 29,1 H;PO, (75%) 299,5 H202 (35%)
[054] Sintetizou-se um total de 87,l g de diidrogeno fosfato de cromo (Cr(H.POs);). Adicionou-se mais água à solução e a concentração final da mistura-padrão foi de 39,2% em peso. Esta mistura-padrão foi ainda diluída com água para criar duas composições separadas identificadas na Tabela 2 abaixo. Tabela 2 Composição 1 Composição 2 (identificada como (identificada como t4 nas figuras) t6 nas figuras) Matéria-prima % em peso|% de ativo|% em peso|% de ativo) CrímPo: (39,28) | 22/96 | 9,00 | 15,31 | 6,00 | Água 63,84 89,42 75,89 92,94 Aerodisp W7512S 13,20 1,58 8,80 1,06 (12%) Preparação de painéis de teste - Composição 1
[055] Painéis de aço laminados a frio foram tratados via o seguinte processo de aspersão. Em primeiro lugar, os painéis foram limpos com uma solução a 3% v/v de Bulk Kleen&G841MC por segundos a 73,9ºC (165ºF). Bulk Kleen0841MC é um limpador alcalino projetado para limpar peças de aço, zinco e alumínio. Em segundo lugar, os painéis foram enxaguados em temperatura ambiente por 30 segundos. Em terceiro lugar, os painéis foram novamente limpos com Bulk KleenG841MC a 3% v/v por 5 segundos a 73,9ºC (165ºF). Em quarto lugar, os painéis foram enxaguados com água deionizada em temperatura ambiente por 30 segundos. Em quinto lugar, aplicou-se a Composição 1 nos painéis usando um rolo de revestimento. Em sexto lugar, os painéis foram secados usando ar quente. Em sétimo lugar, todos os painéis foram pintados usando uma única camada de um poliéster branco de alta refletância com uma espessura de película seca de 0,7-0,8 milipolegadas. Preparação dos painéis de teste - Composição 2
[056] Painéis de aço laminados a frio foram tratados via o seguinte processo de aspersão. Em primeiro lugar, os painéis foram limpos com uma solução a 3% v/v de Bulk Kleen&0841MC por segundos a 73,9ºC (165ºF). Em segundo lugar, os painéis foram enxaguados em temperatura ambiente por 30 segundos. Em terceiro lugar, os painéis foram novamente limpos com Bulk KleenG841MC a 3% v/v por 5 segundos a 73,9ºC (165ºF). Em quarto lugar, os painéis foram enxaguados com água deionizada em temperatura ambiente por 30 segundos. Em quinto lugar, aplicou-se a Composição 2 nos painéis usando um rolo de revestimento. Em sexto lugar, os painéis foram secados usando ar quente. Em sétimo lugar, todos os painéis foram pintados usando uma única camada de um poliéster branco de alta refletância com uma espessura de película seca de 0,7-0,8 milipolegadas. Preparação de painéis de teste - Fórmula de Controle
[057] Painéis de aço laminados a frio foram tratados via o seguinte processo de aspersão. Em primeiro lugar, os painéis foram limpos com uma solução a 3% v/v de Bulk Kleen&0841MC por segundos a 73,9ºC (165ºF). Em segundo lugar, os painéis foram enxaguados em temperatura ambiente por 30 segundos. Em terceiro lugar, os painéis foram novamente limpos com Bulk Kleen0841MC a 3% v/v por 5 segundos a 73,9ºC (165ºF). Em quarto lugar, os painéis foram enxaguados com água deionizada em temperatura ambiente por 30 segundos. Em quinto lugar, aplicou-se Bulk Bond6e780 a 12% v/v a 73,9ºC (165ºF) num lavador por pulverização por 8 segundos. Depois os painéis foram enxaguados com água deionizada. Em sexto lugar, os painéis foram secados usando ar quente. Em sétimo lugar, os painéis de controle foram vedados com Bulk BondGNP250 a 35% v/v usando um rolo de revestimento. Bulk BondONP250 é um produto líquido de cromo/sílica projetado para ser aplicado moído como passivação/pré-tratamento para superfícies multimetálicas. Em oitavo lugar os painéis foram secados e pintados usando uma única camada de um poliéster branco de alta refletância com uma espessura de película seca de 0,7- 0,8 milipolegadas.
Preparação de painéis de teste - Fórmula de Rausch
[058] Painéis de aço laminados a frio foram tratados via o seguinte processo de aspersão. Em primeiro lugar, os painéis foram limpos com uma solução a 3% v/v de Bulk Kleen&0841MC por 5 segundos a 73,9ºC (165ºF). Em segundo lugar, os painéis foram enxaguados em temperatura ambiente por 30 segundos. Em terceiro lugar, os painéis foram novamente limpos com Bulk Kleen0841MC a 3% v/v por 5 segundos a 73,9ºC (165ºF). Em quarto lugar, os painéis foram enxaguados com água deionizada em temperatura ambiente por 30 segundos. Em quinto lugar, aplicou-se a composição descrita no Exemplo 1 da patente de
Rausch et al. nos painéis usando um rolo de revestimento. Em sexto lugar, os painéis foram secados usando ar quente. Em sétimo lugar, todos os painéis foram pintados usando uma única camada de um poliéster branco de alta refletância com uma espessura de película seca de 0,7-0,8 milipolegadas.
[059] Todos os painéis de teste foram então expostos a spray de sal neutro por um período de 250 ou 500 horas por ASTM Bll7. Comparações fotográficas dos resultados obtidos estão mostradas nas Figs. 1-6. Como se pode observar, Composição 1 e Composição 2 proveram proteção comparável à da fórmula de controle (isto é, Bulk Bond&6780) e superaram a da fórmula de Rausch et al. Especificamente, Composição 1 e Composição 2 exibiram corrosão e microfissuração semelhantes às da fórmula de controle, enquanto que a fórmula de Rausch et al., exibiram corrosão e microfissuração aumentadas.
[060] Sem estar limitado por nenhuma teoria específica, acredita-se que a Composição 1 e Composição 2 superaram a da fórmula de Rausch et al., por causa dos íons adicionais, além de cromo, fosfato e sílica, presentes na fórmula de Rausch et al.
[061] Embora ilustrada e descrita acima com referência a determinadas incorporações e exemplos, no entanto, a presente invenção não se destina a ser limitada aos detalhes mostrados. Pelo contrário, várias modificações podem ser feitas nos detalhes dentro da abrangência e faixa de equivalentes das reivindicações e sem se afastar do espírito da invenção. Pretende-se expressamente, por exemplo, que todos as faixas amplamente descritas neste documento incluam em sua abrangência todas as faixas mais estreitas que se enquadram nas faixas mais amplas. Também se pretende expressamente que as etapas dos métodos de utilização das várias composições divulgadas acima não se restrinjam a nenhuma ordem particular.
Claims (18)
1. Composição aquosa de pré-tratamento, para tratar uma superfície metálica, caracterizada pelo fato de compreender: água; sílica; um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs4)3, onde x pode ser 1,5 ou 2.
2. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser ácida.
3. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter um pH entre cerca de 1 e cerca de 4.
4, Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender ainda peróxido de hidrogênio.
5. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o composto de cromo trivalente estar presente numa quantidade de cerca de 10% em peso a cerca de 0,5% em peso.
6. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de x ser 1,5.
7. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de x ser 2.
8. Composição aquosa de pré-tratamento, para tratar uma superfície metálica, caracterizada pelo fato de consistir de: água; sílica; um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs4)3, onde x pode ser 1,5 ou 2.
9. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de ser ácida.
10. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de ter um pH entre cerca de 1 e cerca de 4.
11. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de consistir ainda de peróxido de hidrogênio.
12. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o composto de cromo trivalente estar presente numa quantidade de cerca de 10% em peso a cerca de 5% em peso.
13. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de x ser 1,5.
14. Composição aquosa de pré-tratamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de x ser 2.
15. Método para preparar uma composição de pré-tratamento de metal, caracterizado pelo fato de consistir de: reduzir um composto de cromo hexavalente, com peróxido de hidrogênio, na presença de ácido fosfórico para criar um composto de cromo trivalente com a fórmula Cr (H.POs):, onde x pode ser 1,5 ou 2, num pH entre cerca de 1 e cerca de 4; e adicionar sílica após o composto de sílica hexavalente ter sido completamente reduzido.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a sílica ser Aerodisp W7512S.
17. Método para revestir uma superfície metálica, caracterizado pelo fato de compreender: revestir por rolos a superfície metálica com a composição conforme definida pela reivindicação 1; pulverizar a superfície metálica com a composição conforme definida pela reivindicação 1 por um período de até cerca de 300 segundos; ou imergir a superfície metálica por um período de até cerca de 300 segundos na composição conforme definida pela reivindicação 1.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a superfície metálica ser selecionada do grupo consistindo de zinco, ligas de zinco, alumínio, ligas de alumínio, aço, aço revestido com zinco e liga de alumínio com zinco.
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