CN103476879A - 具有防腐蚀性能的涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

防腐蚀涂料组合物，包括粘合剂聚合物和无定形磷酸铝防腐蚀颜料。所述组合物包括约1-25wt%的无定形磷酸铝。该无定形磷酸铝的水吸附势为高达约25wt%的水。该组合物提供的受控释放的磷酸盐约为50-500ppm，优选约100-200ppm。该组合物具有的总可溶物含量约小于1500ppm。该无定形磷酸铝优选基本不含有碱金属。通过结合氢氧化铝与磷酸和铝酸钠来制备所述无定形磷酸铝。处理所述无定形磷酸铝，以减小不想要的可溶物的水平，并在约小于300℃下干燥被处理的无定形磷酸铝。所述组合物可用作顶层、中间层和/或顶层涂料。

Description

具有防腐蚀性能的涂料组合物
技术领域
本发明涉及具有防腐蚀性能的涂料组合物，更具体地，本发明涉及专门设计为含有无定形磷酸铝防腐蚀颜料的涂料组合物及其制备方法。
背景技术
在本领域已知，将涂料组合物制备为包括一种或多种材料，以提供防腐蚀性能，用于在金属基体的表面形成膜层。通过三种不同机理之一，这样的涂料组合物利用已知的材料，提供一定程度的防腐蚀保护。
在涂料组合物中腐蚀控制的第一种机理为通过制剂来提供，在该制剂中，粘合剂组合物与颜料或固体成分结合，其中粘合剂组合物为所得固化膜提供高程度的抗湿气和水分扩散性，颜料或固体成分增强膜组合物的隔离性能，从而提供物理阻隔，防止水分通过固化涂料膜，以保护下层被涂敷的金属基体表面免受腐蚀。在这方面使用的颜料或固体成分包括铝、氧化铁、云母、滑石、硅酸钙、和硫酸钡颗粒和/或薄片。在涂料组合物中腐蚀控制的第二种机理为通过在金属基体表面附近设置理想材料来提供，选择理想材料与通过固化涂料膜的水和氧接触而被牺牲地腐蚀，从而牺牲地被腐蚀来阴极地保护并防止下层金属基体被腐蚀。例如，金属锌是用于这方面一种材料，可作为涂料组合物的成分设置在基体的表面，或者可分开设置在基体表面。
腐蚀控制的第三种机理为，涂料组合物利用防腐蚀材料，例如，防腐蚀颜料，一旦该材料与水分接触，它释放出扩散到基体表面或吸附至基体的材料，以形成影响腐蚀反应的防渗层，或者与金属基体表面形成反应产物，从而防止表面与水、氧气或其他腐蚀材料反应。这使基体表面钝化，从而防止其被腐蚀。已知用于该方面的材料包括磷钼酸锌钙、三聚磷酸铝、磷酸锌、磷酸铁锌、磷硅酸锶锌、磷硅酸钙、磷酸铝锌、含铅的材料、和含铬材料。
虽然本领域已知的防腐蚀涂料组合物提供一定程度的保护，防止不想要的腐蚀，但是这种涂料组合物可能依赖于对环境危险/危害和/或对人的健康或安全危险的材料，基于这些原因，这种涂料组合物的使用已经或正在被受到限制或完全禁止。此外，这种已知的涂料组合物，虽然提供一定程度的防腐蚀，但是不能提供足以满足某些终端应用的理想或所需水平的腐蚀控制。
因此，希望可以通过以下方式制备防腐蚀涂料组合物：在不使用被监管或已知对环境有害/有危险和/或对人造成健康或安全问题的材料时，提供理想程度的腐蚀控制/抵抗。希望该防腐蚀涂料组合物可制备为与已知涂料组合物相比，提供理想的改善程度的耐腐蚀性，从而满足某些终端应用的需要。还希望该防腐蚀涂料组合物由随时可获得材料制备，和/或根据便于制造该涂料组合物的方法来制备，该方法中不需要外来设备，不需要不必要的密集的劳动，并且该方法是经济上可行的。
发明内容
根据本发明原理制备的防腐蚀涂层组合物包括粘合剂聚合物和分散于该粘合剂聚合物中的磷酸铝。该粘合剂聚合物可选自聚氨酯、聚酯、溶剂基环氧树脂、无溶剂环氧树脂、水基环氧树脂、环氧树脂共聚物、丙烯酸树脂、丙烯酸共聚物、硅树脂、硅树脂共聚物、聚硅氧烷、聚硅氧烷共聚物、醇酸树脂及其组合物。磷酸铝包括无定形磷酸铝。在一个优选实施例中，当涂料组合物涂敷至金属基体表面时，磷酸铝为无定形正磷酸铝。该涂料组合物包括约1-25wt%的磷酸铝。
在示例实施例中，无定形磷酸铝为无定形磷酸氢氧化铝，含有连接至铝原子和/或磷原子的羟基官能团。此外，该涂料组合物具有化学系统，其中无定形磷酸氢氧化铝的羟基官能团连接至粘合剂聚合物的官能团。在示例实施例中，无定形磷酸铝具有包括聚合物骨架的化学结构，其中无定形磷酸铝包括在所述聚合物骨架内和外的磷酸盐阴离子。进一步地，无定形磷酸铝的水吸附势为高达约25wt%的水。
在示例实施例中，该涂料组合物受控释放的磷酸盐，例如磷酸盐阴离子，范围约为50-500ppm，优选100-200ppm。在示例实施例中，该涂料组合物的总可溶物含量约小于1500ppm，小于800ppm，优选约小于400ppm，更优选约为100-250ppm。无定形磷酸铝优选基本不含有碱金属。
通过结合包含铝源的初始材料与磷源和碱性溶液，并使得结合的初始材料反应，以形成包括无定形磷酸铝沉淀的溶液来制备防腐蚀涂料组合物。铝源可选自铝酸钠、氢氧化铝、硫酸铝和它们的组合，磷源可以是磷酸或磷酸盐。结合的步骤可包括首先混合氢氧化铝与磷酸，形成酸性磷酸铝，然后将该酸性磷酸铝与铝酸钠结合，以形成无定形磷酸铝。在结合铝酸钠的步骤前，酸性磷酸铝具有P:AL的摩尔比，大于加入铝酸钠之后的摩尔比。
在示例实施例中，处理无定形磷酸铝，以将不想要的可溶物降低至上述水平。该处理步骤可包括将无定形磷酸铝沉淀与选择用于替换无定形磷酸铝的目标离子的碱土金属接触。在示例实施例中，该目标离子为碱金属，例如钠，碱土金属包括钙化合物，例如氢氧化钙，Ca(OH)2。在该处理步骤之后，该沉淀基本不含有碱金属。
在约小于300℃的温度下干燥被处理的无定形磷酸铝，其中干燥的沉淀包括无定形正磷酸铝。将该无定形正磷酸铝与粘合剂聚合物混合，以形成防腐蚀涂料组合物。
根据具体制剂和/或终端应用，这种防腐蚀涂料组合物可用作底层、中间层、和/或顶层涂料。该防腐蚀涂料组合物可涂敷至金属基体，并干燥形成完全的固化膜。在这种情况下，该粘合剂聚合物为溶剂基（solvent-borne），固化膜中的无定形磷酸铝通过吸附和/或吸附进入膜的水分以及提供钝化磷酸盐阴离子，控制底层基体的腐蚀。
本文中公开的防腐蚀涂料组合物通过以下方式来制备：在不使用被监管或已知对环境有害/有危险和/或对人造成健康或安全问题的材料时，提供理想程度的腐蚀控制/抵抗。进一步地，该防腐蚀涂料组合物制备为与已知涂料组合物相比，提供理想的改善程度的耐腐蚀性，从而满足某些终端应用的需要。这种防腐蚀涂料组合物由随时可获得材料制备，和/或根据便于制造该涂料组合物的方法来制备，该方法中不需要外来设备，不需要不必要的密集的劳动，并且该方法是经济上可行的。
具体实施方式
本文公开了防腐蚀涂料组合物及其制备方法。这种防腐蚀涂料组合物制备为包括理想含量的无定形磷酸铝防腐蚀颜料，该无定形磷酸铝防腐蚀颜料设计为具有综合理想特征：最佳量的钝化阴离子，例如磷酸盐阴离子的受控释放（delivery）以抑制腐蚀，和受控量的总可溶物。同样地，这些特征使该防腐蚀涂料组合物为下层金属基体表面提供改善程度的耐腐蚀性，而没有危害膜和复合物的完整性和稳定性，从而与传统防腐蚀涂料组合物相比，提供延长使用寿命的改善的耐腐蚀性。在这些防腐蚀涂料组合物中使用的无定形磷酸铝同样特别设计为具有与各种不同粘合剂聚合物或用于形成该涂料组合物的粘合剂聚合物系统高度的兼容性，从而在制备该防腐蚀涂料组合物中，提供高度的灵活性和选择性，以满足在许多不同终端使用行业中的各种终端应用的需求和条件。
防腐蚀涂料组合物包括理想的粘合剂聚合物，该粘合剂聚合物可根据不同的终端应用及其他因素进行选择。例如，粘合剂聚合物包括目前用于制备已知防腐蚀涂料组合物的那些粘合剂聚合物，以及可选自水基聚合物、溶剂基聚合物、它们的组合。例如，用于制备防腐蚀涂料组合物的水基聚合物包括丙烯酸和丙烯酸共聚物、醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、硅树脂和聚硅氧烷聚合物。例如，用于制备防腐蚀涂料组合物的溶剂基和/或非水基聚合物包括丙烯酸和丙烯酸共聚物、环氧树脂、聚氨酯、硅树脂、聚硅氧烷、聚酯和醇酸树脂。优选的粘合剂聚合物包括丙烯酸共聚物乳液、醇酸树脂、聚氨酯、环氧树脂聚合物。
在示例实施例中，防腐蚀涂料组合物包括占所述涂料组合物总质量的质量分数（wt%）约为15-75%，优选约20-60%，更优选20-35%的粘合剂聚合物。含有质量分数约少于15%的粘合剂聚合物的防腐蚀涂料组合物可能包括比需要提供理想程度的耐腐蚀性的量更大的量的防腐蚀颜料。含有质量分数约大于75%的粘合剂聚合物的防腐蚀涂料组合物可能包括不足以提供理想程度的耐腐蚀性的防腐蚀颜料的量。虽然提供了一些含量的粘合剂聚合物，但是应该理解，用于制备防腐蚀涂料组合物的粘合剂聚合物的确切含量将根据使用的粘合剂聚合物的类型、使用的防腐蚀颜料的种类和/或量、和/或具体的终端应用，例如待涂敷的基体和该基体的腐蚀环境等因素变化。
用于制备防腐蚀涂料组合物的防腐蚀颜料包括磷酸盐类化合物（phosphate-containing compounds）。优选的磷酸盐类化合物为磷酸铝。在这方面有用的磷酸铝包括无定形磷酸铝、结晶磷酸铝和它们的组合。优选的磷酸铝为无定形磷酸铝，最优选的磷酸铝为无定形正磷酸铝。使用无定形磷酸铝是优选的，因为当扩散的水分接触涂料中的颜料时，无定形磷酸铝释放的磷酸盐阴离子的量足以为金属基体提供钝化作用。进一步地，已经发现无定形磷酸铝组合物可制备为具有的可溶性物质含量足够低，以使当该膜接触水时，总可溶物不会使固化膜渗透起泡。因此，用于这些防腐蚀涂料组合物的无定形磷酸铝被特别设计，以提供受控释放（或者delivery）的钝化阴离子，例如磷酸盐阴离子以抑制腐蚀，以及具有的总可溶物含量低，以避免渗透起泡。
在示例实施例中，该无定形正磷酸铝为磷酸氢氧化铝。无定形磷酸氢氧化铝是优选的，因为它们在该组合物种提供均匀分散性能，且在该制剂的保质期内该分散保持稳定。该无定形磷酸氢氧化铝内的氢氧根是独特的官能团，其通过提供氢键与该制剂中的粘合剂聚合物的合适的基团结合，例如羧基、氨基、羟基、酸基等，来提供基质的稳定性。该特征是无定形磷酸氢氧化铝所特有的，并不存在于结晶或其它类型的磷酸铝中。通过调整复合物中Al-OH和Al-OP的比例，能够调整在共沉淀过程中加入该材料的第二种成分的释放。这种第二种成分可包括由合成反应产生的磷酸钠盐。
将防腐蚀涂料组合物制备为含有特定含量的防腐蚀颜料，该防腐蚀颜料的量设计为当置于终端应用抑制腐蚀时，提供足够量的钝化阴离子。在示例实施例中，该防腐蚀涂料组合物包括质量分数占该涂料组合物干燥膜的总质量约为3-25%，优选约5-15%，更优选约8-12%的无定形磷酸铝。含有质量分数约少于3%的无定形磷酸铝的防腐蚀涂料组合物可能含有不足以提供理想程度的耐腐蚀性的量。含有质量分数约大于25%的无定形磷酸铝的防腐蚀涂料组合物可能含有大于提供理想程度的耐腐蚀性所需的量，该额外的量可损害固化涂料膜的长期稳定性和/或完整性。虽然提供了一定量的无定形磷酸铝，但是应该理解用于制备防腐蚀涂料组合物的确切含量将根据使用的粘合剂聚合物的类型和/或量、和/或具体的终端应用，例如待涂敷的基体和该基体的腐蚀环境等因素改变。
如上面简单论述的，当该涂料组合物涂敷至金属基体表面，形成固化膜，并放置于腐蚀环境中时，无定形磷酸铝具体设计为一旦与水和氧接触，提供受控释放的一种或多种钝化阴离子。随着时间的推移，水分/湿气迁移或扩散至涂敷的涂料膜，水与膜上的磷酸盐成分接触。这种与水的接触促使以受控的方式从无定形磷酸盐中释放磷酸盐阴离子。这些磷酸盐阴离子与下层金属基体表面或氧化层的铁物种反应在其上形成钝化膜，该钝化膜形成隔离，防止下层金属表面被腐蚀。用于制备这些防腐蚀涂料组合物的无定形磷酸铝的特征为，它们被设计释放受控含量的磷酸盐阴离子。具体地，它被设计为释放一定量的磷酸盐阴离子，该一定量的磷酸盐阴离子计算为提供最佳程度的防腐蚀，而不会损害涂料固化膜其他可能影响有效的膜使用寿命的性能。
在示例实施例中，该无定形磷酸铝设计为当存在与置于终端应用中的固化膜时，释放约50-500ppm，优选100-200ppm的钝化阴离子。释放的钝化阴离子的量根据很多因素改变，例如用于制备防腐蚀组合物的无定形磷酸铝的加载或量，使用的粘合剂聚合物的类型，受保护的金属基体的类型，终端应用中的腐蚀环境的类型。在优选实施例中，其中受保护的金属基体包括铁，腐蚀环境包括水、氧和腐蚀性盐，无定形磷酸铝被设计为释放约160ppm的钝化磷酸盐阴离子。
具有受控释放约小于50ppm的钝化阴离子的无定形磷酸铝可能不能提供足够量的钝化阴离子来防腐蚀。具有受控释放约大于500ppm的钝化阴离子的无定形磷酸铝，虽然提供了足以防腐蚀的水平，但是可能提供了过多的钝化阴离子，这可能导致固化膜上的起泡或其他不想要的效果，这会损害其长期的完整性和稳定性，从而可能降低涂料的有效使用寿命。
防腐蚀涂料组合物设计为具有受控或最小水平的可溶物。本文中使用的术语“可溶物”和“非钝化可溶物”可交替地用于涉及通常作为制备无定形磷酸铝的副产物的、存在于无定形磷酸铝中的材料，可包括碱金属，例如钠、钾和锂，这种阴离子为例如硫酸盐、氯化物和硝酸盐，可以理解的是不包括钝化阴离子。在优选实施例中，非钝化可溶物的含量为零。非钝化可溶物的最大含量为250ppm。
已经发现这种可溶物的存在，如果任其发展，它可损害所述防腐蚀涂料组合物和/或由此形成的固化膜的稳定性和/或完整性，从而影响其预期的使用寿命。例如，当暴露于某些腐蚀环境中，发现该可溶物的存在导致不想要的起泡、与基体的分层、膜下腐蚀，及其他类型不想要的膜损坏，在该腐蚀环境中，膜损坏使下层金属基体表面暴露，使它不再受到保护。
在示例实施例中，希望所述防腐蚀涂料组合物包括约小于1%（或小于10000ppm）的总可溶物，即包括磷酸盐钝化阴离子的可溶物，优选约小于1500ppm的总可溶物，更优选约小于400ppm的总可溶物。在示例实施例中，该防腐蚀涂料组合物的总可溶物的范围约为50-800ppm，优选100-250ppm。包括约小于1500ppm的总可溶物的防腐蚀涂料组合物生产的固化膜，当该固化膜受到最终使用腐蚀环境作用时，没有显示出起泡或其他不想要的膜损坏，从而增强了有效使用寿命。因此，除了提供受控释放的钝化阴离子之外，防腐蚀涂料组合物的特征在于它们具备被设计为具有含量降低的总可溶物，以保证预期使用寿命。
制备方法
通常，无定形磷酸铝为复合磷酸盐，其中成核阳离子仅为铝，或者为铝与其他多价阳离子，例如钙、镁、钡等的组合。通过将合适摩尔量的盐，例如氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、硫酸铝等溶解于磷酸中，以获得完全溶解的盐，从而制备磷酸复合物。通过与碱性溶液或碱中和，磷酸复合物从酸性溶液中沉淀出，其中碱为例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、铝酸钠、铝酸钾等。所得沉淀固体的构成依赖于金属与磷酸盐阴离子的比率。沉淀复合物，及无定形磷酸铝的性能依赖于在盐溶解于酸的过程中使用的处理参数和沉淀/中和的条件，其中沉淀/中和条件包括中和剂的选择、温度、反应物的添加顺序、反应物的添加速度、搅拌程度和时间。         
因此，在受控释放的材料、温度、搅拌和pH的特定条件下，通过结合选择的含有铝源的初始材料与磷源，来制备作为沉淀产物的、防腐蚀涂料组合物中含有的无定形磷酸铝。选择合适的初始材料和工艺条件，以产生无定形磷酸铝，该无定形磷酸铝所具有的物质含量和化学结构能够产生上述设计的综合性能：理想的钝化阴离子含量、受控释放的钝化阴离子，以及理想减小的总可溶物。
用于通过沉淀法形成无定形磷酸铝的铝源包括铝盐，例如氯化铝、硝酸铝、硫酸铝等。用于通过沉淀法形成无定形磷酸铝的铝源还包括铝化合物，例如铝酸钠及类似物，氢氧化铝，或金属形式的铝。用于通过沉淀法形成的无定形磷酸铝的磷源包括磷酸，和磷盐，例如正磷酸盐和聚磷酸盐。碱性溶液用于控制pH或主要成分的中和反应。在示例实施例中，碱性溶液可包括氢氧化铵、氢氧化钠、碳酸钠和它们的组合。在示例实施例中，氢氧化钠用作碱性溶液。有用的铝源、磷源和碱源包括美国专利申请2006/0045831和2008/0038556中公开的，其全部内容通过参考引入此处。
可通过选择性组合的上述材料制备无定形磷酸铝。提供以下选择的制备方法作为例子，可以理解除了这些具体公开的使用方法，还可以使用其他制备方法。
硫酸铝的制备方法
在示例实施例中，通过将硫酸铝、磷酸和氢氧化钠结合来制备具有上述设计的性能的无定形磷酸铝，如美国专利申请2006/0045831中公开的。在该示例方法的流程步骤包括：制备主要试剂，例如磷酸的稀释液，硫酸铝稀释液，氢氧化钠或氢氧化铵稀释液；将试剂同时并控制地加入配备有搅拌系统的反应装置中，以在该过程中保持混合的均匀；在将试剂加入反应装置时，控制混合液的温度和pH（酸度）以及反应时间。
在该实施例中的主要试剂可按照如下制备。磷源为来自任何来源的、经净化和脱色的化肥级磷酸。例如，含有约54% P2O5 的商业磷酸可被化学处理和/或用处理过的水稀释至浓度约为20%的P2O5。用于该实施例方法的另一种试剂为商业硫酸铝，可通过氧化铝（水合物三氧化二铝）与浓硫酸（98% H2SO4）反应获得，其被净化并存储于浓度约为28%的AI2O3中。为了该反应具有良好的动力学，在约5.0%的AI2O3时用处理过的水稀释硫酸铝。
用市售的不同浓度的氢氧化钠溶液进行中和反应。可购买浓度约为50%的NaOH并稀释。例如，在该反应的第一阶段，当初始试剂混合时，可使用浓度约为25%的NaOH。在该反应的第二阶段，为了微调产物的酸度，可使用浓度约为5.0%的NaOH。氢氧化铵或碳酸钠（纯碱）可作为中和剂的替代物。
在该示例方法中，化学反应导致无定形正磷酸铝或正磷酸铝(Al2(HPO4)3或Al(H2PO4)3)的形成。该反应通过三种试剂的混合而进行，即磷酸溶液、硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液。将试剂施加至通常包括搅拌系统的反应器中，经过约30分钟的时间。在向反应器添加试剂时，混合液的pH控制在4.0-4.5，反应温度控制在35-40℃。在试剂混合约15分钟后，该反应完成。在该时间段，通过加入更多稀释的氢氧化钠，可将混合液的pH调节为5.0。在该示例方法中，温度优选保持在约40℃以下。在反应末端，形成的悬浮液含有的P:Al摩尔比应该为约0.8:1-1.2:1。
如上所述，本文中防腐蚀涂料组合物中使用的无定形磷酸铝的特征在于它被设计为具有减少的总可溶物含量。可通过一种或多种不同加工或处理步骤获得理想的低的总可溶物含量。在示例实施例中，离子交换处理步骤用于减少无定形磷酸铝中不想要的总可溶物的含量。该离子交换步骤可以是在沉淀形成之后进行的独立的步骤，也可以在沉淀形成过程中主要试剂进行原位（in situ）反应的同时进行。
在一个示例实施例中，该离子交换反应在无定形磷酸铝的原位形成过程中进行，在主要试剂结合和/或混合的过程中，将离子交换物质释放至反应器。在示例实施例中，该离子交换物质包括含有碱土金属的化合物，该碱土金属旨在替换或更换无定形磷酸铝中的不想要的目标离子。在示例实施例中，通过这种方法处理的无定形磷酸铝基本不含有碱金属。
已经发现挑选的这种类型的离子交换物质除了减少了不想要的可溶物之外，还影响无定形磷酸铝的化学结构，该结构可影响钝化阴离子的受控释放性能。在示例实施例中，其中无定形磷酸铝中不想要的离子为钠，希望的离子交换物质包括Ca(OH)2。使用Ca(OH)2作为离子交换物质的特征在于钙离子用于替换无定形磷酸铝中的钠离子，这不仅可以减少不想要的可溶物的量，还使得无定形磷酸铝的化学结构发生改变。具体地，二价钙离子的存在有利于和促进无定形磷酸铝中链的延伸，其中希望发生链的延伸，因为这有助于通过在成核过程中聚集更小的颗粒产生更一致的颗粒尺寸，从而在所得固体中产生更小细度。
或者，在沉淀形成后进行离子交换过程。当沉淀作为悬浮液存在于反应器内或外的反应溶液中时，可进行离子交换过程，或者可以在从溶液中分离出沉淀，例如通过过滤过程等，之后进行离子交换反应，或者可以在洗涤过滤的沉淀之后再进行离子交换反应。如上所述，在优选实施例中，Ca(OH)2用作离子交换物质，在离子交换处理步骤，将无定形磷酸铝与离子交换材料接触，以从中去除不想要的可溶物。
在形成无定形正磷酸铝之后，处理以分离含有约6.0-10.0%固体、最大合适温度约为45℃、密度约为1.15-1.25 g/cm3的悬浮液。在示例实施例中，将悬浮液泵入传统压力过滤机中。在该压力过滤机中，将液相（有时也称为“浸液”）从固相（有时也称为“饼”）中分离出。含有约35-45%固体的湿的饼保持在过滤机中，用于洗涤循环。基本为硫酸钠的浓缩溶液的过滤浓缩液从过滤机中被提取出，并存放以供进一步的使用。虽然公开了压力过滤机作为分离技术，但是可以理解可使用其他类型的分离技术。
在示例实施例中，湿饼的洗涤在过滤机自身内进行，并进行多个处理步骤。在第一次洗涤（“置换洗涤”）中，污染饼的过滤物质的最大部分被去除。使用处理过的水在预先选定的流动速度下冲洗该饼，来进行该洗涤步骤。同样使用处理过的水，进行第二洗涤步骤，以进一步减少污染物（如果不能清除）。使用微碱性溶液的第三洗涤步骤可用于中和该饼并将其pH保持在7.0的范围内。可使用压缩空气吹洗该饼一段时间。优选地，湿产物中的固体含量约为35-45%。虽然公开了具体的洗涤技术和顺序，但是可以理解可以使用其他类型的洗涤技术。
可通过以下方式处理饼分散液：通过传送带从压力过滤机中提取湿的、被洗涤的、含有约35%固体的过滤的饼，并转移至反应器/分散器。添加四焦磷酸钠的稀溶液，以协助饼的分散。
在分散步骤之后，当含有约30-50%的固体的磷酸铝“泥”泵入干燥装置中时，干燥产物。在示例实施例中，可利用干燥设备，例如“涡轮机”型，通过向样品中注入优选小于约300℃，优选约40-140℃之间，更优选约小于130℃的热空气流，从物质中去除水。所得干燥的无定形磷酸铝产物的最终含水量约为质量分数为10-20%。虽然公开使用了具体的干燥技术，但是可以理解的是可以使用其他类型的干燥技术。
铝酸钠的制备方法
在另一种示例方法中，利用铝酸钠作为铝源制备无定形磷酸铝，如美国专利申请2008/0038556中所公开的。在一个实施例中，通过磷酸和氢氧化铝之间的反应制备无定形磷酸铝。该方法还包括中和的步骤，可利用铝酸钠进行该步骤。在某些实施例中，用于制备无定形磷酸铝的方法包括使磷酸、氢氧化铝和铝酸钠进行反应。在一个实施例中，用于制备无定形磷酸铝钠的方法包括使磷酸铝和铝酸钠进行反应。
在一个实施例中，该反应包括两步。在第一步中，在酸性pH下，磷酸与氢氧化铝反应生成磷酸铝。在一个实施例中，无定形磷酸铝被制备为水溶性磷酸铝。在某些实施例中，水溶性无定形磷酸铝的pH约小于3.5。在某些实施例中，该pH约为3、2.5、2、1.5或1。在某些实施例中，该较高的pH下，无定形磷酸铝被制备为精细的固体-液体分散液。在一个实施例中，该pH约为3、4、5或6。
在第二步中，从一步化学步骤得到的酸性溶液磷酸铝水溶液或分散液与铝酸钠反应。在某些实施例中，铝酸钠用作pH约大于10的水溶液。在一个实施例中，铝酸钠水溶液的pH约为11、12或13。在一个实施例中，铝酸钠水溶液的pH约大于12。无定形磷酸铝钠作为固体沉淀被制备。在一个实施例中，该固体磷酸铝钠的P:Al摩尔比约为0.85，Na：Al摩尔比约为0.50。在一个实施例中，固体无定形磷酸铝钠的P：Al摩尔比约为1，Na：Al摩尔比约为0.76。在某些实施例中，可通过相同的步骤得到其他制剂的摩尔比。
在一个实施例中，在第一化学步骤中，将固体水合氢氧化铝加入磷酸中。在另一个实施例中，将固体水合氢氧化铝加入纯化的液体铝酸钠溶液，以形成胶状溶液。在另一个实施例中，在第二反应步骤中，将固体水合氢氧化铝直接加入水中的固体或固体-液体悬浮液。在某些实施例中，在单个步骤中进行该反应。
用于该示例方法的铝酸钠包括那些通过本领域已知的方法获得的铝酸钠。例如，所述铝酸钠可以是溶液形式的标准化学品，该标准化学品获自从铝土矿提取氧化铝（AI2O3）的拜耳法之第一步骤，通常称为“纯化钠母液”。该液体铝酸钠水溶液在环境温度下是饱和的，并用氢氧化钠（NaOH）稳定。它的典型成分为：铝酸钠58-65%质量分数（25 -28%质量分数的AI2O3），氢氧化钠3.5-5.5%质量分数（2.5- 4%质量分数自由的Na2O）。在某些实施例中，它的Na：Al摩尔比约为1.10-2.20，且具有低杂质含量（取决于铝土矿的产地：Fe=40 ppm，重金属=20 ppm，和少量阴离子CI-，SO4 2-）。在某些实施例中，铝酸钠水溶液的Na：Al摩尔比约为1.1 0、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、1.65、1.70、1.75、1.80、1.85、1.90、1.95、2.0、2.05、2.10、2.15 或2.2。在某些实施例中，溶液的颜色为黄褐色。在某些实施例中，溶液的粘度约为100 cP。在某些方面，通过抛光过滤纯化该铝酸钠溶液。在某些实施例中，铝酸钠溶液由固体氢氧化铝和氢氧化铝生成。
可通过本领域已知的方法获得固体水合氢氧化铝。在一个实施例中，氢氧化铝为通过拜耳法生产的工业化学品。该固体水合氢氧化铝可通过冷却溶液而完成的沉淀，从“纯化的铝酸钠母液”获得。在一个实施例中，由此生产的铝酸钠具有低含量的杂质和可变含量的湿度（阳离子约70ppm，氯酸盐约0.85%质量分数，硫酸盐约0.60%质量分数（这些杂质由“纯化的铝酸钠母液”的纯化水平决定）），总的水、水化和湿度约为22.0-23.5%质量分数。一方面，原材料都是标准的初级工业产品，仅经过铝土矿处理的第一步和第二步，（商品）由铝土矿处理器大量生产而得。
在一个实施例中，化学反应导致磷酸铝钠（Al(OH)7Na7(PO4).1.7H2O）的形成。在形成磷酸铝钠之后，含有约6.0%-10.0%固体、最高温度约45℃、密度1.15 -1.25 g/cm3的悬浮液泵入传统压力过滤机。
与之前描述的示例方法类似，该示例方法也包括一个或多个处理步骤，用于提供理想的低的总可溶物含量。在示例实施例中，该方法步骤包括如上所述的离子交换过程。该离子交换步骤可发生在无定形磷酸铝沉淀形成的原位过程中，或者在其之后，以上述涉及硫酸铝的示例方法相同的方式。在示例实施例中，氢氧化钙（Ca(OH)2）用作优选的碱土金属离子交换物质，以减少待处理的无定形磷酸铝中不想要的可溶物含量，从而便于优选的化学结构的形成。
可对从主要试剂的反应得到的含有无定形磷酸铝沉淀的溶液进一步进行，例如分离、洗涤等，如上所述用于硫酸铝的示例方法的处理。
在优选实施例中，利用铝酸钠的方法制备无定形磷酸铝。已经发现铝酸钠方法提供对无定形磷酸铝的基本特征改善程度的控制，而在硫酸铝的方法中不会存在这种效果。
在这种优选实施例中，通过将3至1的P：Al的酸性磷酸铝的水溶液与铝酸钠（NaOH/Al(OH)3）水溶液反应制备无定形磷酸氢氧化铝（hydroxy aluminum phosphate），其中酸性磷酸铝通过将氢氧化铝溶解于磷酸水溶液制得。所得无定形磷酸氢氧化铝的P：Al比率约为0.5: 1-1.5: 1，Na：Al比率约为0.25 : 1-1 : 1。希望无定形磷酸氢氧化铝具有的P:Al比率在该范围，是因为这提供合适的、与目标涂料制剂化学性能兼容的颗粒形貌范围和性能。同样的，在该范围内的这种固体的磷酸盐释放速度提供理想水平的钝化，以防腐蚀。希望无定形磷酸氢氧化铝的Na：Al比率在该范围，因为溶解度和释放速度平衡，以提供膜基体的兼容性和钝化。
将铝酸钠加入酸性磷酸铝溶液，以完成以下两个目标。首先，它加入更多的铝离子，以获得上述目标P：Al比率。第二，铝离子的加入最终导致无定形磷酸氢氧化铝颗粒的絮凝作用。加入该氢氧化铝中的氢氧化钠便于后者的溶解，加速酸性磷酸铝在低温下的反应，便于通过中和反应介质，沉淀出磷酸铝。根据反应条件，通过封顶连接至磷酸基团的磷原子上的氧原子，并通过与溶液中的磷酸盐阴离子结合形成几种可能的水溶性碳酸钠化合物的一种，来将钠加入磷酸氢氧化铝结构中。如上所述，在钠离子的存在下促进的封顶可通过用二价钙离子替代钠离子被控制并转化为链的延长，其中在离子交换过程中提供二价钙离子。
该沉淀包括以下竞争反应：（1）来自铝酸钠的铝离子与酸性磷酸铝溶液中的磷酸盐阴离子反应，产生固体，絮凝的不溶性无定形磷酸氢氧化铝；和（2）来自铝酸钠的钠离子与酸性磷酸铝溶液中的磷酸盐阴离子反应，以形成可溶性磷酸钠盐。
这些反应中任何一个的发生依赖于具体的反应条件，特别是温度和能够将酸性磷酸铝转化为固体磷酸氢氧化铝的铝的浓度。最初，铝阳离子与磷酸盐阴离子配合，最终聚集形成絮凝的颗粒，以及形成不溶性颗粒。形成的任何磷酸钠盐是可溶性的并保持在溶液中。因此，缓慢的加入铝酸钠，长时间搅拌，和高的温度将有利于牺牲可溶性钠盐，而形成磷酸氢氧化铝。因此，以这种方式控制该方法减少了在最终产物中不想要的可溶性盐的水平。或者，向酸性磷酸铝中快速添加铝酸钠将导致随机形成的产物混合物。来自铝酸钠中的钠需要去到某些地方，从而盖在磷酸氢氧化铝的氧基团上，所述钠作为氢氧化钠保持封闭，并与可得到的磷反应形成钠盐，和/或变成磷酸氢氧化铝颗粒表面的抗衡离子。以这种方式控制该方法，可产生高水平的不想要的可溶物。
在形成无定形磷酸氢氧化铝沉淀之后，对该沉淀进行过滤、洗涤、湿研磨、并喷雾干燥以得到白色粉末，该白色粉末具有约0.5-8微米的D50的颗粒尺寸分布。在示例实施例中，希望无定形磷酸氢氧化铝的P：Al比率约为0.9-1，D50的颗粒尺寸分布约为1微米，D90约小于4微米。对于在防腐蚀涂料组合物中的使用，希望无定形磷酸铝的颗粒尺寸约小于20微米，优选约为0.5-10微米，更优选约为1.0-8.0微米。颗粒尺寸约小于0.5微米可影响涂料制剂的加工，并通过增加粘合剂树脂的吸收不利地影响膜性能。
通过调节铝的浓度，可增强对无定形磷酸铝的基本特征的控制，通过调节铝的浓度，来调整和微调所得无定形磷酸铝中的P：Al比率至上述理想量，从而促进形成能提供理想受控释放的钝化阴离子的无定形磷酸铝。此外，铝酸钠的制备方法提供了一种以前没有使用过的控制总可溶物含量的方法，例如，可通过加入铝酸盐溶液中碱的量来控制总的可溶物含量，从而促进具有理想膜稳定性和完整性的涂料组合物的形成。
此外，铝酸钠方法便于调节其他方法变量，例如添加顺序，搅拌速度，在反应器中的停留时间，以及温度控制，共同或单个操作这些变量来获得理想性能的无定形磷酸铝，以用于某些终端使用的防腐应用。可以由这些变量影响的性能包括不想要的可溶物的含量，钝化阴离子的释放速度，无定形磷酸铝的颗粒尺寸分布，以及钝化阴离子的含量。例如，铝酸盐和无定形磷酸铝的添加速度，反应产物在反应器内的停留时间可以控制无序度，无序度涉及上面所述的可能的反应及可能的反应产物。
如上所制备的无定形磷酸铝优选不经受高温干燥或其他热处理，以保持无定形结构，并防止转换为结晶结构。已经发现通过这种方法形成的无定形磷酸铝即使在低温干燥之后仍保持着理想的无定形结构， 且该结构为用作防腐蚀颜料提供显著有益性/特征。与结晶磷酸铝相比，这种无定形磷酸铝表现出明显增加的水吸附势或再水合程度，这使得这种无定形磷酸铝一旦干燥脱水，可以再水合包含约25%质量分数的水。当该无定形磷酸铝与含有非水基聚合物的防腐蚀涂料组合物一起使用时，该特征特别有用。在这种涂料组合物中，该无定形磷酸铝除了作为防腐蚀颜料之外，还作为除水剂，不仅防止水分缓慢进入固化膜，还阻止水分扩散穿过该固化膜。因此，该水吸附特征提供了另一种腐蚀控制的防水机理。该效果的有益性已经通过电阻抗谱（EIS）得到证明。
利用上述铝酸盐方法制备的无定形磷酸铝具有独特的化学结构，该化学结构允许次要成分（掺杂剂）的加入，提供在终端应用条件下，受控释放的这些成分。具体地，通过铝酸盐方法制备的无定形磷酸铝具有化学结构，该化学结构包括在无定形磷酸铝的骨架结构内和外存在的钝化阴离子。
如上所述，铝酸盐方法可以小心操作试剂，来产生受控释放的组合物，其中无定形磷酸铝对具体的钝化阴离子载体，例如磷酸盐起作用。该特征使得通过将碱性无定形磷酸铝和封装可溶性磷酸盐（encapsulated soluble phosphates）的释放性能结合，来调整钝化磷酸盐阴离子的释放速度。因此，所得无定形磷酸铝不是两种固体的简单混合，而是制备方法的结果，其中可溶性盐与无定形磷酸铝的骨架结构同时密切地被制备。该铝酸盐方法使得选择性的在离子簇之间创建铝桥，这反过来根据P:Al比率决定产品的形貌特征。
根据上述方法制备的无定形磷酸铝的比表面积（通过BET法测量的）大于20 m2/g，但是约小于80 m2/g。在示例实施例中，该比表面积的范围约为20-60 m2/g，更优选约为20-30 m2/g。
通过结合可选择的粘合剂聚合物与上述含量的无定形磷酸铝制备防腐蚀涂料组合物。可根据制剂条件或偏好，为组合物制剂提供干燥粉末形式或浆状或液体悬浮液形式的无定形磷酸铝。
表1展示了通过以上方法制备的环氧树脂-聚酰胺底层组合物形式的防腐蚀涂料组合物，以供参考。
表1-示例环氧树脂基防腐蚀涂料组合物
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在该实施例中，第一环氧树脂为基于二缩水甘油醚或双酚A的液体环氧树脂，如EPON828 （Hexion Chemical）；添加剂为便于在膜形成中流出的聚合物（Cytec）；颜料分散剂为添加剂，例如Anti-terra U (BykChemie)；溶剂1为芳烃溶剂，例如甲苯或二甲苯；溶剂2为乙二醇醚；防沉淀添加剂为触变胶（thixatrope），如膨润土SD；底层彩色颜料为红氧化铁；防腐蚀颜料为通过如上所述的方法制备的无定形磷酸铝，并且为干燥的粉末形式；体质颜料1为硫酸钡；体质颜料2为硅酸镁；体质颜料3为云母；第二环氧树脂与第一添加剂相同；第三溶剂为二甲苯；固化剂为聚酰胺树脂，例如EPIKURE 3175 (Hexion)。该实施例中，无定形磷酸铝的质量约占该组合物总质量的10%。此外，在无定形磷酸铝的加载量为质量分数5-15%时，制备不同的该实施例的制剂。
这些示例环氧树脂基组合物涂敷至钢基体，并形成完全的固化膜。使膜样品经受根据ASTM D 5894-05的暴露实验、连续盐雾测试（prohesion testing）、和ASTM B 117盐雾暴露。根据ASTM D 610、D 714和D 1454评价样品。在这些测试中的每一个中，环氧树脂基样品表现出至少与传统防腐蚀涂料组合物一样好或超越传统防腐蚀涂料组合物，例如含有如铬酸锌、钼酸锌和磷酸锌的传统防腐蚀颜料。
除了上述视觉测试，利用电阻抗谱（EIS）研究环氧树脂基示例样品。在EIS测试中，暴露在5%的氯化钠溶液中2000小时后，含有传统样品的磷酸锌和钼酸锌表现了阻抗的明显减少，表明膜的阻隔性能已经被破坏，与对照组相比，膜已经被电介质饱和，腐蚀过程已经开始。这是一个令人惊讶和惊人的观察，因为它意味着在这些已确认的防腐蚀颜料存在的时候，防腐蚀过程已经发生。在失效机理的下一步为膜与基体之间的粘附键的破坏，从而释放出额外的部位，以发生积极腐蚀。
EIS测试预料不到的结果是观察到质量分数约为5-15%的无定形磷酸铝加载的环氧树脂基样品证明与对照组相比环氧树脂膜中的阻抗增加了一个数量级。该结果表明这些样品中的无定形磷酸铝通过作为除水剂，从基体去除扩散的水，提高了环氧树脂的隔离性能。
当水渗入膜时，它被吸引至或聚集在存在于膜内的无定形磷酸铝上。水优选被无定形磷酸铝吸引，且仅当发生局部颗粒饱和时，水才会继续穿过膜中的该位置。当发生这种情况时，无定形磷酸铝的下一层将吸收水分。这显著减慢了水穿过膜的扩散，从而增加了膜的使用寿命。进一步地，再水合、饱和的无定形磷酸铝颗粒周围存在的水将导致磷酸盐阴离子释放至迁移的水中。因此，即使使用寿命足够长，使水通过膜扩散至基体，到达基体的水溶液将含有钝化磷酸盐阴离子，从而防止钢基体的腐蚀。
进一步地，无定形磷酸铝释放抑制数量的磷酸盐阴离子的能力在膜的物理缺陷或损坏部位提供防腐蚀性。该发现使无定形磷酸铝作为隔离增强剂实际添加入中间层和顶层，而不单在底层。传统的防腐蚀颜料仅仅在底层中有价值，因为它们仅提供腐蚀控制的钝化机理。本发明的无定形磷酸铝和含有无定形磷酸铝的涂料组合物通过双重机理防腐蚀：水吸收增强隔离性能和钝化阴离子的释放。
表2展示了通过以上方法制备的丙烯酸乳液底层组合物形式的防腐蚀涂料组合物，以供参考 
表2 示例丙烯酸乳液基防腐蚀涂料组合物
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在该实施例中，颜料分散剂为Surfynol CT-131；防腐蚀颜料为通过上述方法制备的无定形磷酸铝，且为粉末形式的；消泡剂为Drewplus L-475；成膜助剂1为Eastman EB；成膜助剂2为Dowanol DPnB；成膜助剂3为Texanol醇酯；分散剂/表面活性剂为Surfynol DF 210；增塑剂为Santicizer 160；闪绣抑制剂为苯甲酸铵盐；缔合型（HASE）增稠剂为Acrysol TT 615。在该制剂中无定形磷酸铝的加入量约为占该组合物总质量的4.6%。
将如上所述的丙烯酸乳液基防腐蚀涂料组合物涂敷至如上所述用于环氧树脂基组合物的钢基体（溶剂冲洗冷轧钢板和喷砂处理钢材），并使之固化形成保护膜。使所得样品经受根据ASTM D 5894-05的盐雾和连续盐雾测试。该测试表明丙烯酸乳液基防腐蚀涂料组合物优于使用或未使用约23%的闪绣抑制剂的传统防腐蚀涂料组合物。不使用闪绣抑制剂的优越的性能是令人惊讶和意外的，且归因于在包括应用周期内的涂料使用寿命所有阶段的受控释放的磷酸盐阴离子。
如上所证明的，本发明的实施例提供了含有无定形磷酸铝的新型防腐蚀涂料组合物。虽然本发明已经描述了有限数量的实施例，一个实施例的具体特征不应该归因于本发明的其他实施例。没有一个实施例可代表本发明的全部。在一些实施例中，组合物或方法可包括本文中未提到的多种化合物或步骤。在其它实施例中，这些组合物或方法不包括，或基本不含有本文未列举的任何化合物或步骤。
例如，如果需要，除了无定形磷酸铝外，防腐蚀涂料组合物可制备为包含已知的具有防腐蚀值的一种或多种成分，例如阳离子，如锌、钙、锶、铬酸盐、硼酸盐、钡、镁、钼以及它们的组合。其它成分的加入可增加或补充该涂料组合物的防腐蚀效果。
此外，虽然本文中所述防腐蚀涂料组合物设计为包括无定形形式的磷酸铝，可以理解的是本文中所述的防腐蚀组合物可包含已知结晶形式的磷酸铝。例如，这种结晶磷酸铝可存在的含量不能影响或损害设计的防腐蚀机理和/或涂料组合物的性能。
存在从上述实施例的变更和修改。描述了制备该涂料组合物和/或无定形磷酸铝的方法包括多个行为或步骤。除非另有说明，否则这些步骤或行为可以任何顺序或次序进行。最后，文中公开的任何数字应该解释为近似，不管是否使用“约”或“大致”来描述该数字。所附权利要求旨在覆盖落入本发明范围内的所有的修改和变更。

Claims (87)

1.防腐蚀涂料组合物，包括：
粘合剂聚合物；
分散在所述粘合剂聚合物中的磷酸铝，其中，当所述涂料组合物涂敷至金属基体上时，所述磷酸铝基本上由无定形磷酸铝构成；
其中，所述涂料组合物包括约1-25 wt%的磷酸铝，其中当涂敷至金属基体、且与水和氧接触时，所述涂料组合物提供约50-500ppm的受控释放的磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述涂料组合物的总可溶物含量约小于1500ppm。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，该涂料组合物的总可溶物含量约小于400ppm。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述涂料组合物的总可溶物含量约为100-250ppm。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述粘合剂聚合物选自水基和溶剂基聚合物和无溶剂聚合物。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述粘合剂聚合物选自该聚氨酯、聚酯、溶剂基环氧树脂、无溶剂环氧树脂、水基环氧树脂、环氧树脂共聚物、丙烯酸树脂、丙烯酸共聚物、硅树脂、硅树脂共聚物、聚硅氧烷、聚硅氧烷共聚物、醇酸树脂及其组合。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述受控释放的磷酸盐约为100-200ppm。
8.根据权利要求1所述的涂料组合物，还包括选自锌、钙、锶、铬酸盐、硼酸盐、钡、镁、钼的成分。
9.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述无定形磷酸铝基本不含有碱金属。
10.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述磷酸铝具有的水吸附势为高达约25wt%的水。
11.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，该无定形磷酸氢氧化铝含有连接至铝原子的羟基官能团。
12.根据权利要求11所述的涂料组合物，还包括化学系统，通过该化学系统所述无定形磷酸氢氧化铝的羟基官能团与粘合剂聚合物的官能团键合在一起。
13.根据权利要求11所述的涂料组合物，其特征在于，所述羟基官能团包括P-OH。
14.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述无定形磷酸铝包括磷酸盐阴离子，其中磷酸盐的受控释放包括磷酸盐阴离子的释放。
15.根据权利要求1所述的涂料组合物，其特征在于，所述无定形磷酸铝具有包括聚合物骨架的化学结构，其中所述无定形磷酸铝包括位于所述聚合物骨架内和外的磷酸盐阴离子。
16.由权利要求1所述的涂料组合物形成的底层涂料，其特征在于，所述底层涂料设置于金属基体上。
17.由权利要求1所述的涂料组合物形成的中间层或顶层涂料系统，其特征在于，所述中间层或顶层与所述金属基体或者设置在金属基体上的底层接触。
18.用于提供防腐蚀保护的系统，包括涂敷至金属基体、并能够固化以形成膜的涂料组合物，所述固化的涂料组合物包括粘合剂聚合物，该粘合剂聚合物具有分散于其中的无定形磷酸铝防腐蚀颜料，其特征在于，所述无定形磷酸铝包括无定形磷酸氢氧化铝，所述涂料组合物含有占所述涂料组合物总质量的约1-25%的无定形磷酸铝，所述涂料组合物具有约小于500ppm的受控释放的磷酸盐阴离子。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述防腐蚀颜料由无定形磷酸铝构成。
20.根据权利要求18所述的系统，还包括介入所述涂料组合物和所述金属基体表面之间的钝化膜，其特征在于所述钝化膜为由存在于所述无定形磷酸铝中的磷酸钠盐与金属基体形成的反应产物。
21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述粘合剂聚合物包括环氧树脂，且所述无定形磷酸铝吸收和/或吸附了高达约25wt%的水到所述固化膜中。
22.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物具有的总可溶物含量约小于1500ppm。
23.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物具有的总可溶物含量约小于800ppm。
24.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物具有的总可溶物含量约为100-250ppm。
25.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝包括含有钠的化学结构。
26.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝包括含有钙的化学结构。
27.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸氢氧化铝的羟基键合至所述粘合剂聚合物的合适的基团，以为所述涂料组合物提供基体的稳定性和增强的防潮阻隔性能。
28.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝具有包括聚合物骨架的化学结构，其中所述无定形磷酸铝包括位于所述聚合物骨架内和外的磷酸盐阴离子。
29.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述粘合剂聚合物选自该聚氨酯、聚酯、溶剂基环氧树脂、无溶剂环氧树脂、水基环氧树脂、环氧树脂共聚物、丙烯酸树脂、丙烯酸共聚物、硅树脂、硅树脂共聚物、聚硅氧烷、聚硅氧烷共聚物、醇酸树脂及其组合。
30.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物包括占所述涂料组合物的总质量约5-15%的无定形磷酸铝，具有的总可溶物含量约小于400ppm。
31.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝为正磷酸盐。
32.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝基本不含有碱金属。
33.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述无定形磷酸铝具有的水吸附势为高达约25wt%的水。
34.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物为设置在所述金属基体上的底层涂料。
35.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物为设置在金属基体或金属基体的底层的中间层或顶层涂料。
36.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述涂料组合物具有的受控释放的磷酸盐阴离子为100-200ppm。
37.用于制备防腐蚀涂料组合物的方法，包括以下步骤：
通过将含有铝源的初始材料与磷源和碱性溶液结合，并将所述结合的初始材料进行反应来形成含有无定形磷酸铝沉淀的溶液，从而来制备无定形磷酸铝防腐蚀颜料；
处理所述无定形磷酸铝沉淀，以将总可溶物减小至约小于1500ppm；
在约小于300℃下干燥所述沉淀，其中所述干燥的沉淀包括无定形正磷酸铝；和
将所述无定形正磷酸铝与粘合剂聚合物混合，以形成涂料组合物，其中所述涂料组合物包括约小于所述涂料组合物总质量的25%的无定形正磷酸铝。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，该处理步骤包括使所述无定形磷酸铝沉淀与选择的用于替换所述无定形磷酸铝中的目标离子的碱土金属接触。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述目标离子为碱金属。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述目标离子为钠，所述碱土金属包括钙化合物。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述钙化合物为氢氧化钙，Ca(OH)2。
42.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，在该处理步骤之后，所述沉淀基本不含有碱金属。
43.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述铝源选自铝酸钠、氢氧化铝、硫酸铝和它们的组合。
44.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述磷源为磷酸。
45.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，该结合步骤包括首先混合氢氧化铝和磷酸，以形成酸性磷酸铝，然后将酸性磷酸铝与铝酸钠结合，以形成无定形磷酸铝。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，在结合铝酸钠的步骤前，所述酸性磷酸铝的P:Al摩尔比大于加入铝酸钠之后的P:Al摩尔比。
47.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，在处理步骤之后，无定形磷酸铝沉淀的总可溶物含量约小于400ppm。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，所述涂料组合物的受控释放的磷酸盐阴离子为50-500ppm。
49.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述无定形正磷酸铝为无定形正磷酸氢氧化铝，其中所述无定形正磷酸氢氧化铝具有含有聚合物骨架的化学结构，其中所述无定形正磷酸氢氧化铝包括位于聚合物骨架内和外的钝化磷酸盐阴离子。
50.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，在干燥步骤之后，所述无定形正磷酸铝的水吸附势为高达约25wt%的水。
51.根据权利要求37所述的方法，还包括将所述防腐蚀涂料组合物涂敷至金属基体，并使涂敷的涂料组合物形成完全的固化膜的步骤，其中所述粘合剂聚合物为溶剂基的，在所述固化膜中的无定形正磷酸铝通过吸附和/或吸附进入膜的水及提供钝化的磷酸盐阴离子来控制下面基体的腐蚀。
52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述粘合剂聚合物包括环氧树脂。
53.由权利要求37所述的方法制备的防腐蚀涂料组合物形成的底层涂料，其特征在于，所述底层设置在金属基体上。
54.由权利要求37所述的方法制备的防腐蚀涂料组合物形成的中间层或顶层涂料，其特征在于，所述中间层或顶层设置在金属基体或位于所述金属基体的底层上。
55.用于制备防腐蚀涂料组合物的方法，包括步骤：
通过结合包括铝酸钠的初始材料，磷酸和氢氧化钠，以形成含有正磷酸铝沉淀的溶液，从而来制备无定形正磷酸铝防腐蚀颜料；
处理该沉淀，以将总可溶物的水平减少至小于1500ppm；
在约小于300℃的温度干燥所述沉淀，其中所述干燥的沉淀包括无定形正磷酸铝；
定型所述干燥的无定形正磷酸铝，以具有约0.01-25微米的颗粒尺寸；和
混合所述无定形正磷酸铝与粘合剂聚合物，以形成涂料组合物，其中所述涂料组合物包括约小于所述涂料组合物总质量的25%的无定形正磷酸铝。
56.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述粘合剂包括溶剂基聚合物，所述涂料组合物涂敷至金属基体，并使涂敷的涂料组合物形成完全的固化膜，其中所述无定形正磷酸铝通过吸附和/或吸附进入膜的水及产生钝化的磷酸盐阴离子来控制腐蚀。
57.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述粘合剂聚合物包括环氧树脂聚合物。
58.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，处理步骤包括利用碱土金属进行离子交换的过程。
59.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述碱土金属为钙化合物。
60.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在处理步骤之后，所述沉淀基本不含有碱金属。
61.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，通过进一步向所述初始材料中加入氢氧化铝，减少P：Al比率。
62.根据权利要求61所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，通过添加额外的氢氧化钠，减少产生的总可溶物的量。
63.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，所述沉淀磷酸铝为无定形正磷酸氢氧化铝。
64.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在混合步骤中，所述无定形磷酸铝为正磷酸盐。
65.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述无定形正磷酸铝包括加入其化学结构中的一种或多种碱金属。
66.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约60秒至1小时的时间段缓慢加入铝酸钠。
67.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约15-60分钟的时间段，一块混合所述初始材料。
68.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，所述初始材料经受约25-200℃的温度。
69.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约10秒至30分钟的时间段缓慢加入铝酸钠，然后经过约1-30分钟的时间段混合在一起，并经受约25-200℃的温度。
70.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在混合步骤中，所述无定形正磷酸铝的羟基与所述粘合剂聚合物中合适的官能团结合，以形成稳定的基质，该基质包括均匀分散于所述粘合剂聚合物中的无定形正磷酸铝。
71.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，在混合步骤中，所述粘合剂聚合物选自该聚氨酯、聚酯、溶剂基环氧树脂、无溶剂环氧树脂、水基环氧树脂、环氧树脂共聚物、丙烯酸树脂、丙烯酸共聚物、硅树脂、硅树脂共聚物、聚硅氧烷、聚硅氧烷共聚物、醇酸树脂及其组合。
72.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，该结合步骤包括首先形成酸性正磷酸铝，然后将铝酸钠加入酸性正磷酸铝中，以减少P:Al的摩尔比。
73.根据权利要求55所述的方法，其特征在于，所述无定形磷酸铝为无定形正磷酸氢氧化铝，其中所述无定形磷酸氢氧化铝具有含有聚合物骨架的化学结构，所述无定形正磷酸氢氧化铝包括位于聚合物骨架内和外的钝化磷酸盐阴离子。
74.用于制备防腐蚀涂料组合物的方法，包括步骤：
通过结合包括铝酸钠，磷酸和氢氧化钠，并使结合的初始材料反应，同时处理反应产物，以形成含有正磷酸铝沉淀的溶液，来制备无定形正磷酸铝防腐蚀颜料；
在约小于300℃的温度干燥所述沉淀，其中所述干燥的沉淀包括无定形正磷酸铝；
定型所述干燥的无定形正磷酸铝，以具有约0.01-25微米的颗粒尺寸；和
混合所述无定形正磷酸铝与粘合剂聚合物，以形成涂料组合物，其中所述涂料组合物包括约小于所述涂料组合物总质量的25%的无定形正磷酸铝。
75.根据权利要求72所述的方法，其特征在于，所述处理步骤包括从所述沉淀中去除总的可溶物。
76.根据权利要求75所述的方法，其特征在于，所述处理步骤包括利用碱土金属进行离子交换过程，以去除沉淀中的目标离子。
77.根据权利要求76所述的方法，其特征在于，所述碱土金属为钙化合物，所述目标离子包括碱金属。
78.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，所述正磷酸铝沉淀为无定形正磷酸氢氧化铝。
79.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在处理步骤之后，所述沉淀基本不含有碱金属。
80.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在制备步骤中，首先制备酸性正磷酸铝，然后将铝酸钠加入其中，以减少P：Al摩尔比。
81.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约60秒至30分钟的时间段缓慢加入铝酸钠。
82.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约15-30分钟的时间段将初始材料混合在一起。
83.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，所述初始材料经受约25-200℃的温度。
84.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在结合步骤中，经过约为10秒-30分钟的时间段缓慢加入铝酸钠，且经过约1-30分钟进行混合，然后经受25-200℃的温度。
85.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在混合步骤中，将无定形正磷酸铝的羟基与粘合剂聚合物中合适的官能团结合，以形成稳定的基质，该基质包括均匀分散于所述粘合剂聚合物中的无定形正磷酸铝。
86.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，在混合步骤中，所述粘合剂聚合物选自该聚氨酯、聚酯、溶剂基环氧树脂、无溶剂环氧树脂、水基环氧树脂、环氧树脂共聚物、丙烯酸树脂、丙烯酸共聚物、硅树脂、硅树脂共聚物、聚硅氧烷、聚硅氧烷共聚物、醇酸树脂及其组合。
87.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，所述无定形正磷酸氢氧化铝具有含有聚合物骨架的化学结构，其中所述无定形磷酸铝包括位于聚合物骨架内和外的钝化磷酸盐阴离子。
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