CN102211430B - 水性可自动焊接的车间底漆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性可自动焊接的车间底漆。在单组份的、储存稳定的、可空气干燥的、可乳胶涂布的水性成膜涂料组合物中分散有足够量的传导性材料，从而当涂布到金属构件上时得到可自动焊接的硬化的车间底漆层。可以使用自动弧焊机将经打底的构件焊接到一起，而不必除去焊接场所的涂料组合物。所述传导性材料在焊接期间令人满意地使得底漆蒸发或燃烧很少或者不会引起不安全量的重金属或其他有害物质以空气传播方式排放。

Description

水性可自动焊接的车间底漆
技术领域
本发明涉及一种涂料组合物。
背景技术
大型金属物体诸如货物集装箱通常通过将多个由铁、钢或其他传导性金属制成的单个构件焊接在一起而被装配起来。为了防止各个构件在装配前被腐蚀同时使它们仍能够被焊接在一起，可以对各构件进行清洁(例如通过喷砂法处理、研磨或其他磨蚀或烧蚀过程)，然后用传导性的防腐临时底漆对其进行涂覆。令人希望的，这样打底过的构件被焊穿(例如弧焊)底漆层，而不必除去焊接附近的底漆。焊接后，可以将焊珠(weldbead)附近区域的底漆去除(再次通过喷砂法处理、研磨或其他磨蚀或烧蚀过程)，以进行熔渣的去除和焊接检测。在被检测区域上涂布另一底漆(例如非传导性底漆)，此后迅速在其上涂布适当的面涂层。
可以使用手动或自动焊接装置进行焊接。自动焊接机例如可被便利地用于焊接容器或其他其中重复的装配步骤是标准的标准组件。手动焊接设备例如可被便利地用于焊接船舶或其中重复装配步骤不太标准的其他物体。当待焊表面的传导率沿焊线过度变化时，自动焊接机容易发生故障。由这种故障引起的缺陷可以包括：由高焊接热量灼穿金属而形成的孔洞以及由于金属未被检测导致的形成焊接的局部失效。
当前使用的可焊接临时底漆(有时被称为可焊接车间底漆(shopprimer))通常是溶剂基双组分富锌环氧组合物，其例如以0.005至0.02mm涂层厚度涂覆。在一些范围内使用双组份的水基含锌车间底漆(得自Akzo Nobel的Interplate ZeroTM)。
由上文可见，本领域需要改进的车间底漆。本文已经公开了并且要求保护这种组合物及其使用方法。
发明内容
上述溶剂基双组份富锌环氧车间底漆具有不希望的高挥发性有机化合物(VOC)水平(例如0.5Kg/L或更高)，干燥或硬化缓慢，或者难以从焊珠附近的区域除去。上述Interplate Zero车间底漆在一旦将两组分混合到一起之后就具有有限的贮放期限。锌粉可以与水发生反应，形成氢气，这可能存在爆炸风险。此外，通过锌基底漆焊接还可以导致金属熏烟热(metal fume fever)或其他有害病症。
本发明一方面提供了一种经涂布的金属构件，所述金属构件包含其上具有车间底漆层的可焊接金属基材，所述车间底漆层包含单组分的、储存稳定的、可空气干燥、可乳胶涂布的水性成膜涂料组合物，所述涂料组合物中分散有足够的传导性材料，从而得到可自动焊接的硬化的车间底漆层。
本发明另一方面提供了一种经涂布的金属制件，所述金属制件包含多个其上具有防腐底漆膜的金属构件，所述防腐底漆膜含有其中分散有传导性材料的硬化的水性粘结剂，所述构件通过一个或多个穿过硬化底漆的无缺陷焊接连接到一起，其中，如果所述传导性材料包括传导性锌材料的话，那么其含量足够低，从而使得未硬化的底漆是储存稳定的液态涂料组合物。
本发明另一方面提供了一种装配金属制件的方法，所述方法包括：
a)提供多个其上具有防腐底漆膜的金属构件，所述防腐底漆膜包含硬化的水性粘结剂并且具有分散在其中的足量的传导性材料，从而使得所述构件可穿过所述底漆被自动焊接，其中，如果所述传导性材料包括传导性锌材料的话，那么其含量足够低，使得未硬化的底漆是储存稳定的液态涂料组合物；并且
b)将所述构件焊接到一起。
所公开的车间底漆便于通过焊接、尤其便于通过自动焊接装配金属构件，而不会出现不希望的孔洞或者在焊珠中出现未焊接区域。
附图说明
图1是本发明的对头焊接制件的截面图。
图2是本发明的丁字焊接制件的截面图。
图3是本发明的运输集装箱的透视端面图。
图4是本发明的冷冻运输集装箱的透视端面图。
在附图中的各幅图中，类似标号表示类似元件。附图中的各元件没有按比例。
具体实施方式
由端点限定的数值范围包括在该范围内包含的所有数值(例如，1-5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
本文所使用的“一/一种(a或an)”、“该(the)”、“至少一种”和“一种或更多种”可互换使用。因此，例如，包括“一种”添加剂的涂料组合物是指该涂料组合物可以包含“一种或多种”添加剂。
在针对涂料组合物使用时，术语“可空气干燥的”是指，该组合物在金属基材上的涂覆层可以通过使该组合物在室温空气中不受扰动静置一天来硬化，从而在基材上得到不发粘(tack-free)的连续膜。
在针对涂料组合物使用时，术语“可自动焊接的”是指，被这样的涂料组合物的硬化膜涂布的可焊接金属板可以利用自动弧焊机焊接到一起，而不必为了获得连续的无缺陷焊接而去除焊接场所的涂料组合物。
术语“自动焊接”是指，利用自动弧焊机将被硬化的车间底漆膜涂布的金属板焊接到一起，而不必为了获得连续的无缺陷焊接而去除焊接场所的车间底漆膜。
在针对材料使用时，术语“传导性的”是指，这种材料在水性涂料组合物中的分散体将提供增大的传导率或减小的体积电阻率，结果使得被这种组合物涂布的金属基材是可焊接的或者是更容易焊接的。
在针对通过焊珠连接的焊接构件使用时，术语“无缺陷”是指，焊珠中并不存在由高焊接热量灼穿焊珠而引起的孔洞或者焊珠中并不存在其中未形成焊接的局部区域。
在针对液态涂料组合物中的成分使用时，术语“分散的”是指，该成分悬浮或者以其他方式基本上均匀地分布在整个组合物中。术语“分散的”包括这样的组合物，该组合物如果长时间(例如1个月或更长)静置不加干扰则各组分可能经历中等沉降或其他分离，但通过搅动(例如使用漆料棒、桨或其他手动工具)或通过摇动(使用漆料摇动器)可以返回均匀状态。
在针对涂料组合物使用时，术语“成膜剂”和“成膜”是指，该组合物包含这样的单体、低聚物或聚合物，它们可以涂覆到基材上(如果需要与适当的增塑剂或凝结溶剂一起)并且干燥、交联或其他方式硬化，从而在所述基材上形成不发粘的连续膜。
在针对水性涂料组合物使用时，术语“乳胶”是指，该组合物包含在水或一种或多种第二分散剂或乳化剂(例如表面活性剂、碱性可溶聚合物或其混合物)的存在下形成的聚合物颗粒的分散体或乳液，上述分散剂或乳化剂的存在对于形成分散体或乳液是需要的。在聚合物形成后，第二分散剂或乳化剂通常与聚合物分离。在一些实施方式中，反应性分散剂或乳化剂可以在形成聚合物颗粒时成为聚合物颗粒的一部分。
在针对第一液态涂料组合物使用时，术语“可乳胶涂布的”是指，该组合物，当被涂覆到基材上并且被干燥、交联或以其他方式硬化以在该基材上形成第一不发粘的连续膜之后，可被至少0.03mm(至少1密尔)湿厚的外用乳胶漆(如在对比例1中使用的乳胶漆)层进一步涂布，这种外用乳胶漆层，在空气干燥1天后，将得到不含可见不匀性或其他可见涂层缺陷的第二不发粘的连续膜，并且第二不发粘的连续膜可以充分良好地粘附到所述第一膜上，从而当使用ASTM D3359-02评估时不会出现层间“剥落”失效，其中根据硬化的第二膜的厚度是大于0.013mm(5密尔)还是不大于0.013mm(5密尔)来使用测试方法A或B。
在针对液体涂料组合物使用时，术语“低VOC”是指，该涂料组合物基于液体涂料组合物的总重包含小于约10wt％的挥发性有机化合物、更优选小于约7wt％的挥发性有机化合物，最优选小于约4wt％的挥发性有机化合物。
在针对液体涂料组合物使用时，术语“单组分”是指，该涂料组合物可被原样涂覆到基材上并被硬化，从而在该基材上形成不发粘的连续膜，这无需添加另一种单独包装的组分，诸如交联剂或固化剂。
术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下本发明中可以提供某些益处的实施方式。然而，在相同或其它的情形下，其它的实施方式也可能是优选的。另外，叙述一个或多个优选实施方式并不意味着其它的实施方式是不可用的，并且不意味着将其它的实施方式从本发明范围中排除。
术语“底漆”指这样的涂料组合物，该涂料组合物可被涂覆到金属基材上并且被干燥、交联或以其他方式硬化以形成不发粘的连续膜，所述不发粘的连续膜充分良好地粘附到所述基材上，从而当使用ASTM D3359-02评估时不会出现“剥落”失效，其中根据硬化的底漆膜的厚度是大于0.013mm(5密尔)还是不大于0.013mm(5密尔)来使用测试方法A或B。
术语“车间底漆”(有时也被称为预处理底漆)是指，短期的或临时的底漆组合物，其在最终装配和涂覆永久底漆和永久保护或装置面涂层之前使用在裸金属构件上。如果车间底漆以一层或多层形式被涂覆到裸金属基材上并且未被面涂层涂布，那么该车间底漆可能不能抵挡长期暴露于腐蚀条件(例如喷盐暴露一周)而不出现令人生厌的可见变质或腐蚀，但可以在上述较短时间段内或在典型制造操作中可能出现的不太苛刻的条件下提供适当的防腐性。
在针对液态涂料组合物使用时，术语“储存稳定的”是指，该涂料组合物可以以单组份、即可使用的配制物形式在常规储存温度下储存在有盖容器中至少1个月，优选至少6个月，而不发生不可接受的组分的分离(即该组合物不能通过搅拌(例如使用漆料棒、桨或其他手动工具)或通过摇动(使用漆料摇动器)返回均匀状态)、不可接受的成分间的相互作用、不可接受的粘度变化、不可接受的颜色变化、或对于其希望用途的效力的其他显著损失。
在针对可以在底漆混合物中出现的组分使用时，术语“基本上不含”是指，这种组分的含量基于组合物的重量小于约1wt％。
术语“面涂层”是指如下的涂料组合物：其可以一层或多层形式被涂覆，并且在被干燥或以其他方式被硬化后，在被涂物体上提供保护性或装饰性的最外面末道漆层。
在针对液态涂料组合物的特性或效力的变化使用时，术语“不可接受的”是指，由上述组合物的一般终端用户所设定的或所预期的性能要求。
在针对水性涂料组合物使用时，术语“水分散性的”是指，该组合物包含的聚合物自己能够与水组合而无需使用第二分散剂或乳化剂，从而获得储存稳定至少1个月的聚合物颗粒的水性分散体或乳液。
在针对涂料组合物使用时，术语“水性”是指，该组合物包含(或在被硬化成膜之前，含有)溶解在或分散在水中的固体以及可选的一种或多种其他溶剂或液体载剂，其中，水占这种涂料组合物的非固体部分重量的多数。
在针对金属基材使用时，术语“可焊接的”是指，这种金属基材的板材可以使用手动弧焊机与另一块板材接合。在针对金属基材上的涂料组合物使用时，术语“可焊接的”是指，被这种涂料组合物的硬化的、不发粘的连续膜涂布的这种基材的板材可以利用手动弧焊机与另一块板材接合，而不必为了获得连续的无缺陷焊接而除去焊接场所的涂料组合物。可焊接的涂料组合物还可以被称为“焊穿”涂料组合物。一些可焊接的涂料组合物还是可自动焊接的，但一些不是。
参照图1，对头焊接金属制件100通常包含对接的钢板102和104，它们的下侧分别被含有传导性材料(例如含碳材料)的空气干燥的水性涂料组合物膜(例如胶乳底漆膜)106和108涂布。板材102和104的顶侧分别被含有传导性材料(例如含碳材料)的空气干燥的水性涂料组合物膜(例如胶乳底漆膜)110和112涂布。底漆膜106、108、110和112彼此可以是相同的或不同的，优选彼此是相同的。焊珠114连接板材102和104，并且可以在不必在焊接前从焊接场所处或者紧邻焊接场所的区域去除底漆膜106、108、110和112的情况下形成。底漆膜106、108、110和112令人满意地具有足够高的导电性，从而可以利用自动焊接机实施穿过焊接(through-welding)(即贯穿所述底漆膜的焊接)，而不会有由于局部升高的焊接热量导致的灼穿金属的孔洞缺陷，也不会存在由于金属未被检测导致的形成焊接的局部失效。焊接的热量可以使临近焊珠114的膜106、108、110和112的部分发生一定的蒸发或燃烧。但是，理想的是，底漆，特别是粘结剂具有足够的耐热性，结果上述蒸发或燃料的可见迹象仅限于，从焊珠的任一侧延伸小于50mm或小于25mm的相对狭窄区域。而且，令人希望地，在空气干燥的底漆膜附近或之上的焊接不会导致不安全量的锌和其他重金属或其他有害物质从底漆中以空气传播方式排放。传导性材料令人满意地放出少量或不发出令人生厌的副产物，并且令人满意地不会损害并且甚至可以改善焊珠的质量。焊接后，可以去除焊珠114上或焊珠114附近的底漆膜106、108、110和112的部分和熔渣，从而可以检验焊接缺陷。这可以通过各种技术进行，所述技术包括喷砂法处理、研磨或其他磨蚀或烧蚀过程。检验后，可以采用传导性或非传导性底漆、优选至少提供临时性防腐的底漆对焊接区域或附近脱底漆的区域再打底。完成的装配制件可被适当的保护涂层(例如面涂层)涂布，这种保护涂层可以提供更长期的防腐性或其他所需要的表面或表观特性。
图2示出了丁字焊接的制件200，其包含钢基板202和垂直放置的钢立板(leg plate)204。板材202的下侧可被所公开的传导性车间底漆涂布、可以被传统的非传导性底漆涂布、或者可以未被涂布。图2所示的实施方式具有未被涂布的下侧。板材202的顶侧以及板材204的两个主要表面分别都被含有传导性材料的干燥的(例如空气干燥的)水性涂料组合物底漆膜206、208和210涂布。底漆膜206、208和210彼此可以是相同的或不同的，优选彼此是相同的。焊珠212和214连接板材202和204，并且可以在不必在焊接前去除紧邻焊接场所的底漆膜206、208和210的情况下形成。如图1所示实施方式那样，焊接的热量可以使临近焊珠212和214的膜206、208和210的部分发生一定的蒸发或燃烧，但这仅限于如上所述的焊珠的任一侧的相对窄的区域。焊接后，可以去除焊珠212和214上或焊珠212和214附近的底漆膜206、208和210的部分和熔渣，从而可以如上所述检验焊接缺陷。检验后，可以如上所述对焊接区域或附近脱底漆的区域再打底并用面涂层涂布。
图3和图4示出了本发明的示例性被涂金属制件，即包含侧面302和端门304和306的焊接结构的运输集装箱300以及包含隔热侧面402和其中安装制冷单元406的隔热端板404的焊接结构的冷冻运输集装箱。
各种水性涂料组合物可用在所公开的车间底漆涂层中。优选的水性涂料组合物包括水性乳液聚合物(例如乳胶聚合物)和水分散性的或水稀释性的聚合物。水性涂料组合物优选可被容易地涂覆并且被空气干燥或以其他方式固化或硬化，从而获得可自动焊接的成膜底漆涂层，其中所述成膜底漆涂层包含分散在整个天然或合成粘结剂中的上述传导性材料。示例性的水性乳液组合物可以根据例如美国专利申请公开号US 2007/0259166(Killilea等人)所述制备，或者可由各种商业来源得到。优选的水性乳液聚合物包括丙烯酸类乳液、乙烯-醋酸乙烯酯乳液、聚丁二烯乳液、聚偏乙烯基乳液、苯乙烯丙烯酸类乳液和乙烯基丙烯酸类乳液。上述乳液通常至少包含聚合物颗粒、水和一种或多种乳化剂。水性乳液聚合物颗粒可以包含一种或多种能够与外部交联剂发生反应的官能团，并且上述外部交联剂也可以是所公开的车间底漆组合物的一部分。水性乳液聚合物颗粒可以包含能够与氨基树脂或多异氰酸酯交联剂发生反应的羟基官能团。示例性的上述氨基树脂包括可得自诸如Cytec Industries Inc等供应商的水性涂料可相容的三聚氰胺、脲和甘脲交联剂，包括CYMELTM 328和CYMEL 383氨基塑料树脂。示例性的上述多异氰酸酯包括可得自诸如BayerMaterialScience等供应商的水性涂料可相容的多异氰酸酯交联剂，包括BAYHYDURTM 304和BAYHYDUR 3100多异氰酸酯。水性乳液聚合物颗粒还可以包含能够与水性涂料可相容的多环氧交联剂发生反应的羧基官能团，或者可以包含能够与水性涂料可相容的环氧固化剂(epoxy cursive)发生反应的环氧官能团。示例性的上述环氧固化剂包括得自Air Productsand Chemicals，Inc.的ANQUAMINETM 721水稀释性环氧固化剂和得自Cytec Industries，Inc的BECKOPOXTM EH 2179W/65WA水稀释性环氧固化剂。然而，理想地，本发明所公开的车间底漆组合物并不发生交联或其他固化反应，而仅仅在被涂覆后短时间内凝结成均匀膜并且快速空气干燥(例如由于水损失)。这有助于抑制放气和其他交联或固化副作用，如果在所涂的车间底漆彻底固化之前实施焊接，这些副作用可能导致飞溅或其他焊接缺陷。
示例性的可商购水性乳液聚合物包括得自Alberdingk Boley，Inc.的ALBERDINGK AC 2514、ALBERDINGK AC 25142、ALBERDINGK AC2518、ALBERDINGK AC 2523、ALBERDINGK AC 2524、ALBERDINGKAC 2537、ALBERDINGK AC 25381、ALBERDINGK AC 2544、ALBERDINGK AC 2546、ALBERDINGK MAC 24和ALBERDINGK MAC34聚合物分散液；得自Hexion Specialty Chemicals的AQUAMAC 720；得自EPS Corp.的EPS 2538丙烯酸类乳胶、EPS 2540苯乙烯丙烯酸类乳胶和EPS 2725丙烯酸乳胶乳液；得自Celanese Emulsion Polymers的RESYNTM7305乙烯基丙烯酸类乳液；得自Rohm and Haas Co.的RHOPLEXTM 3131-LO、RHOPLEX E-693、RHOPLEX E-940、RHOPLEX E-1011、RHOPLEXE-2780、RHOPLEX HG-95P、RHOPLEX HG-700、RHOPLEX HG-706、RHOPLEX PR-33、RHOPLEX TR-934HS、RHOPLEX  TR-3349和RHOPLEX VSR-1050丙烯酸类乳液；得自Rohm and Haas Co.的RHOSHIELDTM 636和RHOSHIELD 3188聚合物分散体；得自BASFResins的JONCRYLTM 538、JONCRYL 1552、JONCRYL 1972、JONCRYL1980、JONCRYL 1982、JONCRYL 1984和JONCRYL 8383丙烯酸乳液；得自DSM NeoResins，Inc.的NEOCRYLTM A-1127、NEOCRYL A-6115、NEOCRYL XK-12、NEOCRYL XK-90、NEOCRYL XK-98和NEOCRYLXK-220丙烯酸类乳胶聚合物；及其混合物。
示例性的水分散性或水稀释性聚合物可以根据例如美国专利申请公开号US 2007/0259188A1(Wu等人)所述制备，或者可由各种商业来源得到。优选的水分散性或水稀释性聚合物包括丙烯酸类、醇酸树脂类、环氧类、聚酯类、聚氨酯类或偏二氯乙烯共聚物。上述水分散性或水稀释性聚合物通常至少包含聚合物颗粒、水和碱(例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氨、三乙胺或二甲基乙醇胺)或酸(例如乙酸、乳酸、甲酸、丙酸)，这些碱和酸可以与所述聚合物上的适当官能团发生反应，从而使其分散到水中或被水稀释。在水分散性聚合物中，上述官能团通常是在聚合物骨架上的酸性基团的形式；而在水稀释性聚合物中，上述官能团通常是在聚合物骨架上的碱性或酸性基团的形式。所述水分散性聚合物颗粒或所述水稀释性聚合物颗粒还可以包含一个或多个能够与外部交联剂发生反应的官能团，上述外部交联剂也可以成为所公开的车间底漆组合物的一部分。示例性的外部交联剂包括上述与水性乳胶相关的交联剂。然而，就像上述水性乳胶那样，理想地，水分散性聚合物并不发生交联或其他固化反应，而仅仅在被涂覆后短时间内凝结成均匀膜并且快速空气干燥(例如由于水损失)，从而抑制可能导致飞溅或其他焊接缺陷的放气作用和其他交联或固化副作用。
示例性的可商购水分散性或水稀释性聚合物包括得自BASFCorporation的JONCRYLTM丙烯酸类共聚物；得自Dow Coating Materials的PARALOIDTM WR-97水稀释性丙烯酸类树脂；得自Reichhold Inc.的AROLONTM 562-G2-70水稀释性丙烯酸类树脂；得自Rohm and Haas Co.的MAINCOTETM HG-54D和RHOPLEXTM WL-96水性丙烯酸类树脂；得自Momentive Specialty Chemicals Inc.的AQUAMACTM热塑性苯乙烯丙烯酸类乳胶树脂；得自Lubrizol Advanced Materials，Inc.的CARBOSETTM CR-760和CARBOSET CR-765热塑性苯乙烯-丙烯酸类共聚物乳液；得自ScottBader Inc.的TEXICRYLTM丙烯酸类和苯乙烯丙烯酸酯分散体；得自ScottBader Inc.的TEXIGELTM分散体；得自EPS Corp.的EPS 6208水稀释性醇酸树脂；得自Air Products and Chemicals，Inc.的ANCAREZTM AR555水稀释性环氧树脂；得自Cytec Industries的BECKOPOXTM EP386W/56WA水稀释性环氧树脂；得自EPS Corp.的EPS 3216水稀释性聚酯树脂；得自EPS Corp.的EPS 4213聚氨酯分散体；得自Bayer MaterialScience的BAYHYDROLTM PR 240聚氨酯分散体和得自Scott Bader Inc的POLIDENETM偏二氯乙烯共聚物乳液。
优选地，所公开的车间底漆包含，基于全部固体，约40至约80wt％、更优选约60至约80wt％的粘结剂固体。如果使用外部交联剂，那么该车间底漆优选包含，基于全部粘结剂固化，约5至约50wt％的交联剂，更优选约10至约30wt％的交联剂。
各种传导性材料可用在所公开的车间底漆中。示例性的传导性材料包括颗粒、纤维、薄片和可以均匀地分散在水性涂料组合物中的其他形状。优选的传导性材料可以例如包括碳、钙、钴、铜、铁、镍和各种其他不那么广泛使用的传导性材料。也可以使用诸如银或锑锡氧化物等更昂贵的材料，但优选将它们涂布在不太昂贵的传导性或非传导性基材上，以降低总成本。也可以使用诸如铝粉或锌粉(即锌尘)的粉末状单质金属，这些粉末状单质金属在水的存在下会产生氢气溢出、粘结剂不稳定或其他问题，因而优选以低用量使用它们或对它们进行涂布或以其他方式的处理，从而减少上述问题发生的可能性。优选的，所选择的传导性材料会减轻或者至少不会加剧经打底或其他未经涂布部件的腐蚀。可以使用传导性材料的混合物。例如含有锌传导性材料或非传导性材料的混合物由于如下原因而受到关注：在当前溶剂性产品和在上面讨论的双组份Interplate Zero产品中的频繁使用，以及终端用户可能预计高锌含量可能是理想(即使是没有根据的或错误的)。然而，在上述组合物中通常以非常高的体积百分比使用锌(例如相对于液态涂料组合物至少约40体积百分比或至少约50体积百分比)。金属锌具有多种缺陷，这包括当被包装在单组份水性配制物中时降低稳定性的趋势(例如通过引起凝胶化)。因此，如果使用锌，它优选作为传导性混合物的一部分与至少一种在给定体积百分比下干燥膜传导性比锌更高的其他传导性材料一起(即与至少一种其传导性质与锌相比具有更高的体积效率的其他传导性材料一起)，或与至少一种在单组份配制物中具有较低引起不稳定性趋势的其他传导性材料一起使用。锌在上述传导性混合物中理想地占传导性材料重量的一半以下，优选地，其用量本身不能获得可自动焊接的组合物，而且如果呈现单质或其他潜在反应性形式，那么其用量优选小于液体涂料组合物的约1wt％，小于液体涂料组合物的约0.5wt％或小于液体涂料组合物的约0.1wt％。锌可以以其他方式添加，例如以反应性较低的形式或非反应性的形式，以半导体形式或非导体形式，诸如氧化锌、硅酸锌或乙基硅酸锌，根据需要使用适当的酸或其他水溶解助剂使它们溶解。
尤其优选含碳传导性材料。示例性的含碳材料包括传导性碳黑，诸如乙炔黑、由油料生产的炉黑、碳纤维、石墨以及组合的含碳材料，诸如经镍涂布的石墨粉末。示例性的可商购含碳材料包括得自AkzoNobelPolymer Chemicals的传导性碳，包括KETJENBLACKTM EC碳黑；得自Asbury Carbons的传导性石墨、碳纤维和碳黑；得自Cabot Corp.的传导性碳，包括VULCANTM KC传导性碳黑；得自Columbian ChemicalsCompany的传导性碳，包括CONDUCTEXTM 975Ultra和CONDUCTEXSC Ultra碳黑；得自Continental Carbon的传导性碳，包括N120，N121.N234，LH30，N326，N330，N339，N343，N351和N550碳黑；得自LionCorporation的传导性碳；得自Timcal Graphite & Carbon的传导性碳，包括ENSACOTM 150G，ENSACO 210G，ENSACO 250G，ENSACO 260G和ENSACO 350G传导性碳黑；和得自Sulzer Metco Canada的E-FILLTM经镍涂布的石墨粉末。示例性的可商购金属材料包括得自Alcoa AluminumPowder、得自Eckart America和得自Silberline Manufacturing Company的铝粉；得自Milliken & Company的锑掺杂的氧化锡粉末，包括ZELECTMECP粉末，诸如ZELEC ECP 1410-T粉末；得自Ferro Corporation的铜粉和铜屑，包括Copper Powder 8ED；得自Sarda Industrial Enterprises的铜粉；得自Bayer Corporation、得自BASF Corporation、得自CathayPigments USA、得自Haubach GmbH、得自Hoover Color Corporation和得自Toho Zinc Co.Ltd.的铁粉；和得自Sulzer Metco Canada的镍粉，包括E-FILLTM镍粉。示例性的可商购经包覆金属材料包括得自Potters Industries的CONDUCT-O-FILTM经包覆的传导性材料。可从Reade AdvancedMaterials得到各种其他的传导性材料。
对于所选定的传导性材料而言，期望导电性和填充水平足以提供可自动焊接的车间底漆组合物。所公开的车间底漆优选不具有或至多具有上述低锌含量，并且优选不含或基本上不含镉或其他当被焊接时可能引起危险气体、令人生厌的蒸发物或燃烧产物的空气式排放、金属熏烟热或焊接污染的有害重金属。
传导性材料可以例如占车间底漆组合物的至少约0.5、至少约1、至少约2或至少约3wt％，并占车间底漆组合物的至多约30、至多约20、至多约10或至多约7wt％。通常，可以使用较低量的含碳传导性材料和较高量的金属传导性材料，其中，期望用量通常根据涂层性能和焊接性能以经验进行选择。以颜料体积含量(PVC)基础表示，传导性材料优选占车间底漆组合物的约2至约20％。
所公开的车间底漆通常包含水作为乳胶或水分散性聚合物的组分，可选包含水作为进一步添加的成分。优选地，涂料组合物包含足够的水，结果当组合物涂覆到基材上时存在约20至约80wt％固体，优选存在约30至约60wt％固体。
所公开的车间底漆可以包含粘结剂和传导性材料，可以基本上由粘结剂和传导性材料组成或者由粘结剂和传导性材料组成，并且如果需要可以包含其他成分。例如，车间底漆可以包含一种或多种腐蚀抑制剂。具有代表性的这种腐蚀抑制剂包括无机或有机材料，包括三磷酸铝、硼磷酸钡、磷硅酸钙、硅酸钙、磷酸锶、磷酸锌、氧化锌及其混合物。优选地，车间底漆包含，基于固体总量，约1至约20wt％、更优选约1至约10wt％的腐蚀抑制剂。
所公开的车间底漆可以包含一种或多种凝结剂，它们可以帮助降低粘度、协助润湿或促进或协助成膜。促进连续膜形成的增塑剂和溶剂是尤其优选的凝结剂。示例性的凝胶剂包括二醇醚类、醇类和美国专利号6,762,230B2(Brandenburger等人)中描述的凝结剂。具有代表性的二醇醚类包括乙二醇、乙二醇甲基醚、乙二醇乙基醚、乙二醇单丁基醚、乙二醇-2-乙基己基醚、丙二醇、丙二醇甲基醚、丙二醇乙基醚、丙二醇单丁基醚、丙二醇-2-乙基己基醚、二乙二醇、二乙二醇甲基醚、二乙二醇乙基醚、二乙二醇单丁基醚、二乙二醇-2-乙基己基醚、二丙二醇、二丙二醇甲基醚、二丙二醇乙基醚、二丙二醇单丁基醚、二丙二醇-2-乙基己基醚、及其混合物。与仅使用一种二醇醚获得的对一些基材的润湿性相比，混合物可以为这些基材提供更好的润湿性。可以根据经验对这些混合物进行选择。优选地，车间底漆包含，基于全部固体，约1至约40wt％、更优选约15至约25wt％的二醇醚或其他凝结剂。
所公开的涂料组合物可选包含一种或多种引发剂、共引发剂或协同剂，诸如美国专利申请公开号2006/0135686A1中描述的那些。示例性的引发剂包括光引发剂、热引发剂和用于自动氧化固化的催化剂。
所公开的车间底漆可以包含各种本领域普通技术人员所熟知的其他佐剂。具有代表性的佐剂在Koleske等人的Paint and Coatings Industry，2003年4月，第12-86页中描述，其可以包括表面活性剂(例如除了可能存在于乳胶粘结剂中的那些以外的)、颜料、着色剂、染料、分散剂、消泡剂、增稠剂(例如疏水性乙氧基化的聚氨酯树脂(HEUR)增稠剂和经疏水改性的碱性可溶或碱性可溶胀乳液(HASE)增稠剂)、热稳定剂、匀化剂、生物杀灭剂、防霉剂、防缩孔剂、固化指示剂、增塑剂、非传导性材料、扩充剂、沉降抑制剂、蜡、紫外光吸收剂、光学增白剂、平光剂、划痕和磨损添加剂等。佐剂的类型和用量通常根据在给定制造场所采用具体涂覆和设备的应用以经验进行选择。
所公开的车间底漆还可以通过如下配制：对包括Akzo Nobel、Chugoku Marine Paints，Ltd.(CMP)、Hempel A/S，Jotun和Kansai Paint Co.Ltd.在内的公司供应的可商购车间底漆配制物进行改性；或者对包括DescoIndustries Inc.、Less EMF Inc.和YSHIELD EMR Protection在内的公司或经销商供应的可商购传导性或电磁屏蔽漆配制物进行调整或进行改性。作为一般性指导，应当根据需要对上述配制物中的粘结剂和溶剂进行调整，从而得到单组份的水性涂料组合物；应当使锌含量(如果存在，尤其在其为金属锌时)足够降低，从而上述单组份组合物是存储稳定的；添加适当的其他可供选择的传导性材料(例如不含锌的传导性材料，优选为较之在相当的重量水平下由金属锌提供的传导性提供一样好或更好的传导性的传导性材料)，其用量足以提供可自动焊接的传导性底漆配制物。
所公开的车间底漆组合物可以涂覆到各种金属基材上，包括钢、铁、铝、锌及其合金。所述组合物可以利用各种本领域技术人员所熟知的方法进行涂覆，所述方法包括喷涂、静电涂布、刷涂、滚涂、流涂和浸涂。所述组合物可以以各种湿膜厚度进行涂覆。优选地，所述湿膜厚度足以提供，对硬化的底漆而言，约1至约100μm、更优选约2至约20μm的干膜厚度。所涂覆的底漆涂层可以利用各种本领域普通技术人员所熟知的干燥技术装置进行硬化，所述干燥技术包括空气干燥和受迫干燥。当使用受迫干燥时，可以使用约30℃至约205℃的示例性烘箱温度和小于60分钟、小于30分钟、小于15分钟、小于10分钟、小于6分钟或小于5分钟的加热时间。例如，加热时间可以为约1至约60分钟。
可以利用本领域普通技术人员所熟知的技术和材料实施焊接。焊接后，所公开的车间底漆可以被保留在原位置，或者可以被至少从焊缝附近的区域处去除(例如通过喷砂法处理)，例如以协助检验所述焊缝。在检验以及任何其他所需构件装配之后，可以例如在经车间底漆涂布的焊接制件上涂覆额外的、典型更稠的腐蚀抑制保护底漆层。具有代表性的上述额外底漆可得自包括Akzo Nobel、Chugoku Marine Paints，Ltd(CMP)、Hempel A/S、Kansai Paint Co.Ltd.、KCC Marine & Protective Coatings和Valspar Corporation在内的供货商。所得经打底的、经涂布的金属制件例如可以具有连续的腐蚀抑制外部底漆涂层，这个涂层接触且平铺在焊珠处的以及由焊珠向两侧延伸小于例如100mm、50mm或25mm的区域中的下层金属上方，并且接触且平铺在这个区域之外的车间底漆上方。经打底的、经涂布的金属制件上可以例如被适当的面涂层组合物进一步涂覆。具有代表性的面涂层可得自包括上述额外底漆供应商在内的那些供应商。
所公开的经涂布制件可用于各种目的。具有代表性的终端应用包括：得自包括China International Marine Containers(CIMC)、GraaffTransportsysteme Gmbh、Maersk Line和本领域普通技术人员所熟知的其他供应商或制造商在内的供应商或制造商的冷冻集装箱和非冷冻运输集装箱(例如干燥货物集装箱)；底盘、拖车(包括半拖车)、轨道车辆、载重车车身、船舶或其他船类(vessel)、桥、建筑骨架和在制造期间需要临时的室内或室外防腐的预制金属制件或现制金属制件。额外的用途包括金属角、通道、梁(例如I型梁)、管道(pipe)、管子(tube)、板材或其他可被焊接成这些或其他金属制件的构件。
以如下非限制性实施例对本发明进行进一步阐述，其中所有份和百分比都是基于重量，除非另有声明。
实施例1
将如下表1所示成分以所列顺序组合并混合，从而得到均匀的分散体：
表1
  成分或步骤   用量，份
  苯乙烯丙烯酸乳液(40％固体)   280
  聚醚改性的聚硅氧烷消泡剂(60％固体)   7
  非离子表面活性剂(在2-丁氧基乙醇中，50％)   3.5
  乙二醇单丁基醚   6
  水   62
  VULCANTM XC-72R传导性碳黑   37
  三磷酸铝   37
  (上述成分构成其中添加如下后续组分的粉料)：
  苯乙烯丙烯酸类乳液(40％固体)   331
  水   24
  氨水(26％)   4.5
  酯醇凝结剂   8.5
  消泡剂(100％固体)   4.5
  乙二醇单丁基醚   64
  硝酸钠(10％)   23
将所得传导性黑色底漆喷涂到裸钢基材上并空气干燥待测。通过在底漆上涂覆可阴极沉积的漆料来检验硬化底漆的传导性。这种阴极涂布结果表明，该涂层是充分导电的，因此经涂布的钢板应当可利用自动焊接装置进行自动焊接，而不会有由于金属未被探测导致的形成焊接失效或穿孔。
实施例2
将如下表2所示成分以所列顺序组合并混合，从而得到均匀的分散体：
表2
Figure BSA00000454277500171
将所得传导性白色底漆喷涂到裸钢基材上并空气干燥待测。通过在底漆上涂覆可阴极沉积的漆料来检验硬化底漆的传导性。这种阴极涂布结果表明，该涂层是充分导电的，因此经涂布的钢板应当可利用自动焊接装置进行自动焊接，而不会有由于金属未被探测导致的形成焊接失效或穿孔。
实施例3
可以通过如下对得自Akzo Nobel的Interplate Zero双组份车间底漆进行改性从而得到单组份的车间底漆：用足够的碳黑和分散剂替代B组分中的锌粉，从而在最终配制物中提供约7至10wt％的传导性含碳材料。可以将组分A和B混合，如果观察到过早凝胶，对配制物进行进一步改性。可以将混合物涂覆到裸金属上，并使其干燥，从而得到可焊接的、优选可自动焊接的经涂布的金属制件。
实施例4
可以通过如下对得自Hempel A/S的HEMPELTM ZS 1589硅酸锌车间底漆进行改性：用足够的碳黑和分散剂替代基础组分(Base portion)中的锌粉，从而在最终配制物中提供约7至10wt％的传导性含碳材料。还优选对粘结剂进行改性，并去除溶剂从而使配制物转化成水性配制物。可以将基础组分和液体组分(Liquid portion)混合，涂覆到裸金属上，并使其干燥，从而得到可焊接的、优选可自动焊接的经涂布的金属制件。
实施例5
得自YSHIELD EMR-Protection的YSHIELDTM HSF54EMR屏蔽漆料据称含有水、丙烯酸类粘结剂、石墨、碳黑和碳纤维等等，并且”对许多内部或外部表面和基材(如旧乳液漆层、石膏板、水泥、石膏、砌砖、木材等)提供优异粘附性”。似乎未推荐将其用在金属上，并且未预期如果这样使用会提供电磁辐射屏蔽益处。将0.1至0.15mm厚的漆料膜涂覆到裸钢板上。观察到少量缩孔。通过在漆料上涂覆可阴极沉积的漆料来检验硬化漆料的传导性。这种阴极涂布结果表明，该涂层是充分导电的，因此经涂布的钢板应当可利用自动焊接装置进行自动焊接。
实施例6
得自Jotun的MUKITM AC车间底漆是水性车间底漆，据称其含有双(原磷酸)三锌和氧化锌等等。其是可焊接的，但不可自动焊接。可以通过如下对其进行改性：用足够的碳黑和分散剂替代配制物中的含锌材料，从而在最终配制物中提供约7至10wt％的传导性含碳材料。所述配制物可被涂覆到裸金属上，并使其干燥，从而得到可焊接的、优选可自动焊接的经涂布的金属制件。
实施例7
来自Less EMF Inc.的CuPro-CoteTM传导性漆料据称已被开发作为电子塑料设备壳体的射频干扰(RFI)和电磁场(EMF)的屏蔽。将0.13至0.15mm厚的漆料膜涂覆到裸钢板上，然后涂覆可阴极电沉积漆料或对比例1中使用的外部乳胶漆料。可阴极电沉积漆料被成功涂布，而采用乳胶漆料观察到起泡。该产品可以通过如下改性：根据需要改变粘结剂或者除去防粘附组分，从而使经改性的配制物可乳胶涂布。
对比例1
将棕色的丙烯酸类外部乳胶(得自Valspar Corporation的VALSPARAQUAGUARDTM漆料)称量到加衬的金属漆料罐中。将锌尘以基于涂料组合物的总重0、1、2、6、10、25、50和75wt.％的量轻轻分散到各个容器中。所有含锌组合物在1小时内结皮，并且含有约10wt％或更高量锌的那些组合物完全凝胶化，结果它们的粘度无法再采用Zahn杯测定。漆皮是脆的而不是有弹性的，就像是在经老化的、部分填充的漆罐内所观察到的那样。漆皮厚度甚至在最高的锌水平下未见变化，但具有高锌水平的样品具有显著的灰-黑色外观。当静置过夜后，所有含锌组合物至少有些整体地凝胶了，其中含有约10wt％或更多锌的那些组合物形成至少半固体块。不含锌的组合物甚至在静置整夜后仍不结皮和凝胶。
对比例2
得自Desco Industries Inc.的StatguardTM传导性丙烯酸类漆料据称当当涂覆到混凝土地板或以前漆过的表面上时会产生受控的静电荷耗散。将约0.1mm厚的漆料膜利用数个薄涂层涂覆到裸钢板上，这些涂层中的每一个都具有低固体含量。尝试将可阴极电沉积的漆料涂覆到被涂板材上，但是显然传导性不足，无法实施电沉积。这种漆料膜不可能是可自动焊接的。
以上已经描述了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将认识到本文的教导可应用于所附权利要求书范围内的其他实施方式。

Claims (25)

1.一种经涂布的金属构件，所述金属构件包含其上具有车间底漆层的可焊接金属基材，所述车间底漆层包含单组分的、储存稳定的、可空气干燥、可乳胶涂布的水性成膜涂料组合物，所述涂料组合物中分散有足以得到可自动焊接的硬化的车间底漆层的传导性材料，其中所述涂料组合物包含小于1wt％的锌。
2.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物包含水性乳液聚合物。
3.如权利要求2所述的经涂布的金属构件，其中，所述乳液聚合物包括丙烯酸类聚合物制品、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物制品、聚丁二烯聚合物制品、聚偏乙烯基聚合物制品、苯乙烯丙烯酸类聚合物制品或乙烯基丙烯酸类聚合物制品。
4.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物包括水分散性聚合物。
5.如权利要求4所述的经涂布的金属构件，其中，所述水分散性聚合物包括丙烯酸类聚合物颗粒、醇酸树脂聚合物颗粒、环氧聚合物颗粒、聚酯聚合物颗粒或聚氨酯聚合物颗粒。
6.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物并不经历交联或其他固化反应，而是在被涂覆后短时间内凝结成均匀膜，并且快速空气干燥。
7.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述传导性材料包括含碳材料。
8.如权利要求7所述的经涂布的金属构件，其中，所述含碳材料包括颗粒、纤维或薄片。
9.如权利要求7所述的经涂布的金属构件，其中，所述含碳材料包括碳黑、石墨或碳纤维。
10.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述传导性材料包括钙、钴、铜、铁、镍或其混合物。
11.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物包含，基于固体总量，约40至约80重量％的水性乳胶或水分散性粘结剂固体，并且包含，基于所述涂料组合物的总重，约1至约20重量％的传导性材料。
12.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物包含足够的水，使得所述涂料组合物中存在约20至约80重量％的固体。
13.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物还包含至少一种腐蚀抑制剂。
14.如权利要求13所述的经涂布的金属构件，其中，所述腐蚀抑制剂包括三磷酸铝、硼磷酸钡、磷硅酸钙、硅酸钙、磷酸锌或其混合物。
15.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述涂料组合物还包含至少一种凝结剂。
16.如权利要求15所述的经涂布的金属构件，其中，所述凝结剂包括二醇醚或醇。
17.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述基材包括钢、铁、铝、锌或其合金。
18.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述构件包括在制造期间需要临时防腐的预制金属制件。
19.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述构件包括冷冻集装箱或非冷冻集装箱、底盘、拖车、轨道车辆、载重车车身或船。
20.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述构件包括桥或建筑骨架。
21.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，所述构件包括金属角、通道、梁、管道、管子或板材。
22.如权利要求1所述的经涂布的金属构件，其中，在所述底漆层空气干燥后在该层附近或上方进行焊接不会引起不安全量的重金属或其他有害物质从所述底漆中以空气传播方式排放。
23.如权利要求22所述的经涂布的金属构件，其中，利用自动焊接机进行焊接不会引起由局部高焊接热量灼穿金属而形成的孔洞缺陷或不会引起由于金属未被检测导致的形成焊接的局部失效。
24.一种经涂布的金属制件，所述金属制件包含多个其上具有防腐底漆膜的金属构件，所述防腐底漆膜含有其中分散有传导性材料的硬化的水性粘结剂，所述构件通过一个或多个穿过硬化底漆的无缺陷焊接连接到一起，其中，如果所述传导性材料包括传导性锌材料的话，那么其含量小于1wt％，使得未硬化的底漆是储存稳定的液态涂料组合物。
25.一种装配金属制件的方法，所述方法包括：
a)提供多个其上具有防腐底漆膜的金属构件，所述防腐底漆膜包含硬化的水性粘结剂，并且具有分散在其中的足量传导性材料，从而使得所述构件可穿过所述底漆被自动焊接，其中，如果所述传导性材料包括传导性锌材料的话，那么其含量小于1wt％，使得未硬化的底漆是储存稳定的液态涂料组合物；并且
b)将所述构件焊接到一起。
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