CN109890912A - 覆盖有涂料层的金属元件及相应的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种元件，所述元件包括：一个金属基体(7)和在所述基体的至少部分上延展的涂料层(13)，所述涂料层的涂料具有包含粘合剂的制剂。所述粘合剂包含或完全由衍生自植物或动物源的可再生的自然资源的材料所构成。本发明适用于铸铁管道元件。

Description

覆盖有涂料层的金属元件及相应的生产方法

本发明涉及一种元件，所述元件具有：

-一金属基体，尤其是铸铁基体。

-在所述基体的至少一部分上延展的涂料层(13)，并且

-涂料层的涂料具有包含粘合剂的制剂。

众所周知，管道元件、道路部件、和水管部件都具有金属基体，尤其是铸铁基体。这些元件上通常都涂有一层涂料，该涂料包含一种衍生自石油产品的粘合剂。

然而，由于这一衍生自石油产品的粘合剂，现知的元件并不完全令人满意。

因此，本发明旨在提供一种涂有更加环保的涂层的金属基体元件。

优选地，本发明的元件能与人类消费的水接触，且同时保持水的可饮用性。

为此，本发明涉及如上定义的元件，其特征在于，该粘合剂包含或完全由植物或动物源的可再生自然资源的材料构成。

本发明涉及的元件可具有以下一或多种特点：

-粘合剂占涂料配方重量的20％-50％，尤其是25％-40％

-粘合剂包含：

-至少一种树脂衍生自可再生的自然资源，优选植物基的资源，和

-至少一种天然油，优选植物基的油，

-树脂是天然的或是天然改性的，树脂包括例如禾木树脂、达玛树脂和松香树脂，并且

-油(脂)选自例如，油菜籽油、向日葵油、大豆油、橄榄油、棕榈油、亚麻籽油、蓖麻油、木材油、核桃油或榛子油、杏仁油、花生油、玉米油、黑麦油、鱼油或牛脂油；

-所述粘合剂有利地衍生自改性或未改性的天然油，例如萜烯树脂，尤其是木材提取物；苯基树脂，尤其是单宁和木质素；衍生自植物油的醇酸树脂；衍生自植物油或多糖的禾木树脂，尤其是纤维素或淀粉；

-即使在微量情况下，粘合剂也不含双酚；

-涂料或者在有机溶剂相中或者在水相中；

-或者，所述涂料在有机溶剂相中，其中，所述有机溶剂至少部分衍生自植物或动物源的可再生的自然资源或至少是部分石油化工源，并且，所述溶剂占制剂的15-40重量％，并且较佳地20-35重量％，

-或者，所述涂料在水相中而水占制剂的30-60重量％，并且较佳地40-55重量％；尤其地，当涂料包含除水之外的至少一种或多种有机溶剂时，共溶剂含量小于制剂的10重量％，并且较佳地小于5重量％；

-有机溶剂选自：脂族溶剂，尤其是烷烃和烯烃；芳族溶剂，尤其是甲苯和二甲苯；醇，尤其是乙醇和甲醇；酮，尤其是丙酮和甲基异丁基酮；醚；卤代溶剂，尤其是氯仿；以及这些溶剂的混合物；

-所述涂料包含填料，尤其应包含至少一种下列成分：硅酸盐，特别是石英、云母、滑石(talc)、滑石(steatite)、长石或高岭土、二氧化硅、磷酸钙、硫酸钡、钡铁氧体、碳酸钙和/或碳酸镁、白云石和白垩，并且

尤其地，无机填料占制剂重量的25％-60％，并且较佳地占制剂重量的30％-50％；

-所述涂料包含至少一种选自下组的添加剂：一种或多种流变剂，一种或多种抗紫外线剂，一种或多种抗真菌剂，一种或多种杀生物剂，一种或多种消泡剂，一种或多种分散剂，一种或多种润湿剂，一种或多种染色颜料和一种或多种抗腐蚀颜料，并且

所述制剂可包含一种或多种乳液稳定剂，并且添加剂的总量优先小于制剂重量的20％，

所述制剂中每种添加剂的含量小于制剂重量的5％，并且较佳地小于制剂重量的3％；

-所述元件包含位于基体表面上的镀层，尤其是防腐蚀金属，其中具有牺牲金属基料，例如锌或锌合金或伪锌合金，并且所述涂层位于所述镀层的表面上，

-或者，涂层位于基体的表面上；

-该涂料层是多孔的，特别是在所述元件包含有牺牲金属基料的镀层(11)情况下，所述涂料层可以调控或者限制所述镀层的消耗速度；并且

-所述元件是管道元件、道路元件或龙头元件，并且在所述元件是管道元件的情况下，所述元件具体地是软管、连接器或适于在安装或修理管道期间联接软管的连接件。

本发明还涉及一种用于制造如上定义的元件的方法，包括以下连续步骤：

-提供一基体，

-当涂料的温度在20℃到40℃之间，并且当基体温度在40℃到80℃之间以及任选地当镀层(11)的温度也在40℃到80℃之间时，将涂料层涂覆在所述基体上，和

-当涂料在有机溶剂相中，在70℃到90℃温度下干燥所述经涂覆的基体45到90分钟；当涂料在水相中，在70℃到90℃温度下干燥所述经涂覆的基体15到45分钟。

一旦阅读了以下的描述并结合附图后，将更好地理解本发明，其中，这些描述仅作为实例提供：

图1是本发明第一个实施例的元件的横截面的局部示意图。

图2是与图1相似的本发明第二个实施例的元件的横截面的局部示意图。

在下文中列出的一个实施例中所公开的特征，其应用可以与该实施例分离，并且不依赖该实施例中其他所公开的特征，只要这在技术上是可行的。在下文中列出的一个实施例中所公开的特征，还可独立应用或者与其他所有实施例组合应用。

图1显示了一个元件，在本例中是有涂层的管道元件1，它被埋在地面层3中并用来输送流体5，例如饮用水。

这个元件还可以是道路元件或者水管元件。

这个管道元件可以是软管、连接头、或者在装配或者维修管道时用于连接软管的连接件。

这个管道元件1包含：一个基体7和一个位于地面层3和基体7之间的外涂层9，所述外涂层9有利地分布在基体7上，从而将其与地面层3隔开。

基体7是用铁，有利地用球墨铸铁制成。在该所示的例子中，基体7在垂直于所述附图平面的纵向L进行延伸。基体7的仅一部分在图1中被示出。

流体5在基体7中，沿纵向L的方向流动。一个内涂层(未示出)可以存在于基体7的内表面，以便将流体5和基体7隔开。

外涂层9包含了一层金属(镀)层11以及位于(镀)层11之上的涂料层13。

通常，涂料层13覆盖在基体7的至少一部分表面上，或者覆盖在位于基体7上的镀层11之上。

镀层11是一种防腐蚀层，尤其是具有牺牲金属基料。

金属镀层11是多孔的，并且有利地通过电弧金属化而进行沉积。金属镀层11包含或者基本上由锌(例如Zn质量浓度大于或者等于99.9％)、或锌合金、或伪合金构成。所述合金或者伪合金含有至少50重量％的锌，和0.5-40重量％的铝。举个例子，镀层11由85重量％的锌和15重量％的铝组成。

在来自地面的一些腐蚀物的作用下，镀层11被转化成用来保护产品免受腐蚀影响的保护层，所述保护层在其产生的介质中是稳定的。锌/铝合金层相比于生铁而言又可以被称为“阳极”，由于它在铸铁、合金和地面所形成的电化学电池的作用下，通过氧化作用被逐渐转化，从而通过形成保护层，保护下方的或裸露的合金层缺陷处的铸铁。

因为它是通过电弧金属化而沉积的，所以镀层11是由固化的(因而多孔的)金属液滴组成的。通过调整金属化方法来控制孔的大小和涂层的厚度，本领域技术人员可以调整用于形成保护层的条件，尤其是速度方面。已观察到，锌/铝的双相结构有助于捕捉锌制品。

有利的是，镀层11还包含了镁和/或铜和/或银，它们的重量浓度区间是0-5％。这些元素可以以单质或者氧化物的形式加入。

镀层11宜具有在130g/m²和400g/m²之间的表面密度。有利的是，镀层11是通过热喷涂法进行沉积的，从而可以达到上述的表面密度。

根据本发明，涂料层13的涂料可以覆盖于全部或者部分的管道元件1、道路元件或者水管元件的基体，例如当所述涂料被用作防腐屏障时。

有利的是，本发明的所述涂料可以用作防腐金属层11的孔填充物，而所述防腐金属层11是先前形成于基体7的外表面上的。

涂料层13包含了一种涂料，所述涂料的性质和特点会在下文中阐述。

涂料层13是多孔的，它可以填充镀层11上的孔，以确保镀层11所提供的电流保护可正常运行。

在作为孔填充物涂料的应用中，涂料层13可以调控和/或限制防腐金属镀层11的消耗速度。涂料层13是多孔性，足以允许地面层3和金属镀层11(例如用锌制成的)之间的交换。这样，就调控了电解质从地面层3向镀层11的迁移，以及牺牲金属的转化产物(例如，锌的转换产物)从镀层11向地面层3的迁移。然而，涂料层13也不能过于多孔，这样使得镀层(例如锌)不会消耗太快。

此外，涂料层的孔是开孔。

此外，因为其多孔性，涂料层13可以锚定来自镀层11的牺牲金属的转化产物，例如锌的转化产物，其中所述转化产物形成于其上并位于涂料层13和地面层3之间。

所述涂料通常是用例如根据欧盟的允许与食品接触的良性清单(欧洲法规EUno.10/2011)中的化合物所配制成，并且有与人类饮用水放置接触的行政管理批准(例如，法国卫生合格证书(ACS)，或者英文的包装材料WRAS证书)。更有利的是，本发明的涂料是可以直接与人类饮用水接触并且不含有任何双酚，即使在微量状态下。

涂料层13所使用的涂料有以下的特点：

本发明的涂料包括：至少一种来源于植物或者动物的可再生自然资源的生物源的粘合剂。有利的是，所述粘合剂全部都来自于可再生的植物或者动物源的自然资源。

在干燥前，所述涂料或者处于有机溶剂相中，或者处于“水可稀释的”的水性相中，特别是在水性乳液中，其中可不含有或含有有机的共溶剂。所述涂料层13不含有有机的溶剂或者共溶剂，特别是衍生自碳氢化合物的溶剂。

除了粘合剂、有机溶剂、有机共溶剂或者水以外，涂料还可包含无机填料以及任何添加剂，这些会在下文中特别说明。

“制剂”在下文指：在施涂于基体或者镀层11上之前，涂料层13的处于液态的涂料组合物。

更具体地，涂料制剂含有下文所描述的组分。

所述粘合剂基本上或全部含有来自一些植物或动物源的可再生资源，并且在占所述制剂重量的20％-50％，更佳地25％-40％。

在涂料在有机溶剂相中的情况下，所述粘合剂可衍生自至少一种可再生的自然来源(优选植物)的树脂，和至少一种自然来源(优选植物)的油脂。

所述粘合剂中，衍生自可再生的自然资源的树脂含量(按重量)，与自然来源的油脂的含量相比，是占主要部分的。换句话来说，粘合剂中衍生自可再生资源的树脂含量，大于粘合剂中自然来源的油脂含量。

此外，涂料层13的制剂以及相应的涂料层13，是不含碱的。

这些基于植物的可再生的树脂可以是天然的。即，它们从自然资源获得后直接使用，并可任选地进行纯化，或者是改良的，即经化学转化的。这些树脂的例子有禾木树脂、达玛树脂或者松香树脂，可以是天然的或是改性的。这些树脂在例如EP 1,466,878,EP 2,090,623和FR 2,995,891中有所公开。

这些以植物或动物为基础的油脂，可选自例如：菜籽油、向日葵油、大豆油、橄榄油、棕榈油、亚麻籽油、蓖麻油、木材油、核桃油或榛子油、杏仁油、花生油、玉米油、黑麦油、鱼油或牛脂油。这些油脂在例如EP 1,466,878,EP2,090,623和FR 2,995,891中有所公开。

在涂料处于水相中的情况下，所述粘合剂可衍生自至少一种可再生的天然树脂。所述树脂可以处于天然状态。即，它们从自然资源获得后直接使用，并可任选地进行纯化，或者是改良的，即经化学转化的。这类树脂的例子有：萜烯树脂，特别是从木材中提取的萜烯树脂，衍生自植物的醇酸树脂，衍生自植物油或多糖的禾木树脂，尤其是纤维素或淀粉。其他树脂的例子有酚醛树脂，例如单宁和木质酸。

所述溶剂可至少一部分衍生自植物或者动物源的可再生的资源，但是也可以来自于石化产品。在涂料在有机溶剂相中的情况下，有机溶剂占所述制剂重量的15-40％，较佳地20％-35％。

在涂料在水性相中的情况下，水占所述制剂重量的30％-60％，较佳地40％-55％。当一种或多种有机的共溶剂被加入水时，它们小于所述制剂重量的10％，较佳地小于5％。

根据本发明，与有机溶剂相中的、与涂料一起使用的有机溶剂例子包括：脂族溶剂(烷烃、烯烃)、芳烃(甲苯、二甲苯)、醇类(乙醇、甲醇等)、酮类(丙酮、甲基异丁基酮等)、醚类、卤代溶剂(氯仿等)、或类似溶剂，以及这些溶剂的混合溶剂。

填料可包括：无机填充物例如石英、云母、滑石(talc)、滑石(steatite)、长石、高岭石及硅酸盐、磷酸钙、硫酸钡、钡铁氧体、碳酸钙和/或碳酸镁、白垩、二氧化硅及白云石。它们占所述制剂重量的25％-60％，较佳地30％-50％。

在涂料处于有机溶剂相中的情况下，所述制剂可包含一种或者多种添加剂。这些添加剂可含有或由下列的本领域技术人员所熟知的添加剂组成：流变剂、抗紫外线剂、抗真菌剂、杀菌剂、消泡剂、分散剂、润湿剂、染色剂、和防腐颜料。

在涂料处于水相中的情况下，所述制剂还可包含一种或者多种用来稳定乳液的试剂。

这些添加剂的总含量，小于所述制剂重量的20％，其中制剂中每种添加剂的含量小于所述制剂重量的5％，较佳地少于3％。

图2显示了本发明第二个实施例的元件。这个实施例与图1中的实施例的仅有区别在下文描述。相似的部件具有相同的标号。

涂料层13是直接沉积于基体7的外表面上。所以金属镀层11被省略了并且外包覆层9是由涂料层13组成的。

此外，内涂料层14位于基体7的内表面上。该涂料层14与基体7的内表面接触并且构成元件1的内表面，所述内表面与在元件1中流道的流体5接触。

内涂料层14的涂料组合物，与涂料层13的涂料组合物是一样的。

根据本发明，制造元件的方法包括下列步骤：

首先，制造并且提供基体7，例如在模具中制造一个基体。

接着，如果适用，将镀层11包覆于基体7的表面。

然后，加热基体7，使温度为40℃到80℃之间，其中如果合适，所述基体7可具有金属镀层11。

接着，当涂料温度在20℃到40℃之间，并且当基体以及镀层11的温度在40℃到80℃之间时，将所述涂料施涂于基体7上，或施涂于到镀层11。

最后，在70℃到90℃对涂料层13进行干燥从而进行沉积，其中，若涂料处于有机溶剂相时，干燥45到90分钟；若涂料处于水性相时，干燥15到45分钟。

可以通过使用喷枪喷洒进行喷涂(优选无空气法(airless method))，通过在涂料浴中浸涂、或者通过涂刷，来施涂本发明的涂料。

当涂料被用作防腐屏障直接施涂在管道元件、道路元件或者水管元件的金属基体上时，例如图2例子中所示的涂料层13和14的情况下，涂料层的厚度将会在200μm到500μm之间，较佳地在250μm到400μm之间。

当涂料作为预先包覆于管道元件上的防腐金属镀层的孔填充物时，例如图1实施例中所示的涂料层13的情况下，涂料层的厚度将会在70μm到200μm之间，较佳地在80μm到150μm之间。

所述涂料的组分使得元件是环保的，同时也保证了长期的可接受的保持性能。

本发明还可以总体包括以下的步骤：

-提供一个元件，所述元件包含基体7(特别是由铸铁制成的)和包覆(或延展)于所述基体的至少一部分上的涂料层13，

-所述元件包含位于基体7表面上的防腐金属镀层11，特别是具有牺牲金属基料例如锌、锌合金或者伪锌合金，

-所述涂料层13位于所述镀层11的表面上，并且

-通过涂料层的孔大小，调控或限制所述防腐金属镀层11的消耗速度。

Claims (15)

1.一种元件，所述元件具有：

-一个金属基体(7)，尤其是铸铁基体，

-在所述基体的至少部分上延展的涂料层(13)，

-涂料层的涂料具有包含粘合剂的制剂，

其特征在于,所述粘合剂包含或完全由衍生自植物或动物源的可再生的自然资源的材料所构成。

2.如权利要求1所述的元件，其中，所述粘合剂占所述涂料制剂重量的20％-50％，并且优先占制剂重量的25％-40％。

3.如权利要求1或者2所述的元件，其中，所述粘合剂包含：

-至少一种树脂衍生自可再生的自然资源，优选植物基资源，和

-至少一种天然油，优选植物基的油。

4.如权利要求3所述的元件，其中

-树脂是天然的或是天然改性的，树脂包括例如禾木树脂、达玛树脂或松香树脂，并且

-油选自例如油菜籽油、向日葵油、大豆油、橄榄油、棕榈油、亚麻籽油、蓖麻油、木材油、核桃油或榛子油、杏仁油、花生油、玉米油、黑麦油、鱼油或牛脂油。

5.如权利要求1或2所述的元件，其中，所述粘合剂有利地衍生自改性或未改性的天然油，例如萜烯树脂，尤其是木材提取物；苯基树脂，尤其是单宁和木质素；衍生自植物油的醇酸树脂；衍生自植物油或多糖的禾木树脂，尤其是纤维素或淀粉。

6.如权利要求1到5中的任一项所述的元件，其中，即使在微量情况下，粘合剂也不含双酚。

7.如权利要求1到6中的任一项所述的元件，其中，涂料或者在有机溶剂相中或者在水相中。

8.如权利要求7所述的元件，其中，

或者所述涂料在有机溶剂相中，其中，所述有机溶剂至少部分衍生自植物或动物源的可再生的自然资源或至少是部分石油化工源，并且，所述溶剂占制剂的15-40重量％，并且较佳地20-35重量％，

或者，所述涂料在水相中而水占制剂的30-60重量％，并且较佳地40-55重量％；尤其地，当涂料包含除水之外的至少一种或多种有机溶剂时，共溶剂含量小于制剂的10重量％，并且较佳地小于5重量％。

9.如权利要求8所述的元件，其中，有机溶剂选自：脂族溶剂，尤其是烷烃和烯烃；芳族溶剂，尤其是甲苯和二甲苯；醇，尤其是乙醇和甲醇；酮，尤其是丙酮和甲基异丁基酮；醚；卤代溶剂，尤其是氯仿；以及这些成分的混合物。

10.如权利要求1到9中的任一项所述的元件，

其中，所述涂料包含填料，尤其应包含至少一种下列成分：硅酸盐，特别是石英、云母、滑石(talc)、滑石(steatite)、长石或高岭土、二氧化硅、磷酸钙、硫酸钡、钡铁氧体、碳酸钙和/或碳酸镁、白云石和白垩，并且

其中，尤其地，无机填料占制剂重量的25％-60％，并且较佳地占制剂重量的30％-50％。

11.如权利要求1到10中的任一项所述的元件，其中，

所述涂料包含至少一种选自下组的添加剂：一种或多种流变剂，一种或多种抗紫外线剂，一种或多种抗真菌剂，一种或多种杀生物剂，一种或多种消泡剂，一种或多种分散剂，一种或多种润湿剂，一种或多种染色颜料和一种或多种抗腐蚀颜料，并且其中

所述制剂可包含一种或多种乳液稳定剂，并且添加剂的总量优先小于制剂重量的20％，

所述制剂中每种添加剂的含量小于制剂重量的5％，并且较佳地小于制剂重量的3％。

12.如权利要求1到11中的任一项所述的元件，其中

所述元件包含位于基体(7)表面上的镀层(11)，尤其是防腐蚀金属，其中具有牺牲金属基料，例如锌或锌合金或伪锌合金，并且所述涂层(13)位于所述镀层(11)的表面上，

或者，涂层(13，14)位于基体(7)的表面上。

13.根据上述权利要求中的任一项所述的元件，其中，涂料层(13)是多孔的，特别是在所述元件包含有牺牲金属基料的镀层(11)情况下，所述涂料层可以调控或者限制镀层的消耗速度。

14.根据上述权利要求中的任一项所述的元件，其中，所述元件是管道元件(1)、道路元件或龙头元件，并且在所述元件是管道元件的情况下，所述元件具体地是软管、连接器或适于在安装或修理管道期间联接软管的连接件。

15.一种制备如上述权利要求中任一项所述的元件的方法，其特征在于，所述方法包含了以下的连续步骤：

-提供一基体，

-当涂料的温度在20℃到40℃之间，并且当基体温度在40℃到80℃之间以及任选地当镀层(11)的温度也在40℃到80℃之间时，将涂料层涂覆在所述基体上，和

-当涂料在有机溶剂相中，在70℃到90℃温度下干燥所述经涂覆的基体45到90分钟；当涂料在水相中，在70℃到90℃温度下干燥所述经涂覆的基体15到45分钟。