JP2001164198A - クロム酸塩を含有しない燐酸塩接着組成物 - Google Patents

クロム酸塩を含有しない燐酸塩接着組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体基体にコーティングを与えるための熱硬
化性接着組成物を提供する。 【解決手段】 固体基体にコーティングを与えるための
熱硬化性接着組成物は、水、燐酸塩イオン、ホウ酸塩イ
オン及びアルミニウムイオンを含む。接着組成物のpH
は約1.4から約2.2の範囲であり、又クロム酸塩イ
オン、モリブデン酸塩イオン及びマグネシウムイオンを
実質的に含有しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には金属基体
(基板)の腐食防止分野に関し、より詳細には発癌性又
は有毒金属を含有しない、又は実質的に含有しない接着
溶液及びコーティング組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】燐酸及びアルミニウム金属を含む組成物
を、第一鉄(鉄(II))表面などの金属表面の腐食防
止に使用することは周知である。このようなコーティン
グ(被覆)組成物においては、粒子金属アルミニウム
を、例えばフレーク(薄片)及び/又は粉末型にて燐酸
接着溶液と組み合わせてコーティング組成物を生成し、
次に、処理される金属表面に塗布する。表面にコーティ
ングを塗布した後に、そのコーティングが本質的に水に
不溶性となるまで、通常500°F(260℃)より上
の第1の温度へとそのコーティングを加熱する。その
後、被覆(コーティング)された表面を通常1000°
F(538℃)を超える第2の温度にて硬化させて最終
的な保護膜を形成する。
【0003】更に、耐熱性を与え、或いは上述したコー
ティング及び接着溶液によってもたらされた防食性を単
に強化するために、付加的な保護バリアを金属面へ具備
させることが望まれることが多い。このような場合、粒
子金属アルミニウムと燐酸接着溶液との組み合わせから
得られたコーティングは、「アンダーコート」又は「ベ
ースコート」と呼ばれる。硬化したアンダーコートに塗
布された付加的な保護層は「トップコート」と呼ばれ
る。トップコートは、アンダーコートに使用されるもの
と同様の接着溶液から形成し得るが、粒子金属を殆ど含
有しないか、全く含有しない。塗布及び硬化の結果、耐
水性、耐熱性及び強化された防食性を付与するガラス
様、セラミック様の層が得られる。斯かるトップコート
組成物は、斯界にて公知なように、クロム酸塩を含有す
ることが多い。トップコート接着組成物は、更にコーテ
ィングに美的特性を付与する顔料を含有することもあ
る。顔料(類)もまた、機能性であり、耐食性、腐食
(侵食)寿命、及び接着強度などの特定の特性を改善し
得る。
【0004】ベースコートコーティング組成物は粒子ア
ルミニウム金属を含有するが、燐酸塩系コーティングの
調製に際し注意が必要である。燐酸接着溶液は、アルミ
ニウムと反応し得る。斯かる反応はかなりの発熱性で非
常に激しくなることがあり、アルミニウム粉末の燃焼又
は爆発さえも引き起す。これらの反応は、金属アルミニ
ウムを種々の塩類へと変換し得る。保護トップコートは
粒子アルミニウム金属を含有しないが、保護トップコー
トが金属アルミニウム含有ベースコートに直接塗布され
るので、同様に金属アルミニウムと反応し易い。いずれ
の場合においても、斯かる反応は適切な保護コーティン
グの形成を妨害する。従って、金属アルミニウムの存在
下におけるコーティングの処方に関する反応安定性は、
最も重要な関心事である。
【0005】アレン(Allen)への米国特許第3,
248,251号は、本質的に溶解した金属クロム酸
塩、二クロム酸塩若しくはモリブデン酸塩、及びリン酸
塩を含有する水性酸性接着溶液中に、固体無機粒子材料
(金属アルミニウムなど)のスラリーを含むコーティン
グ組成物を記載している。アレンは、酸性接着溶液にク
ロム酸塩又はモリブデン酸塩を添加することにより、ア
ルミニウムに対しこの溶液を効果的に不動態化し、又金
属アルミニウムの酸化を抑制して、酸性接着溶液とアル
ミニウムとの間の望ましくない化学反応をさせることな
く、粒子アルミニウムを接着溶液と組み合わせ得ること
を開示している。
【0006】これらの「アレン」コーティングは、第一
鉄金属合金の表面を特に高温における酸化と腐食から保
護する高品質のコーティングを与えるために成功裏に用
いられてきたし、未だに用いられている。又、コーティ
ング組成物にクロム又はモリブデンを含有させることに
より、耐食性ベースコート又は保護トップコートのどち
らに用いられても、耐食性が改善されたコーティングを
与えることも知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロム
酸塩及びモリブデン酸塩は、このようなコーティング組
成物におけるアルミニウムの反応性を減少させるため
に、又コーティングの耐食性を改善するために成功裏に
用いられてきたが、クロム酸塩及びモリブデン酸塩の使
用は環境上の配慮から問題になってきた。クロム酸塩は
発癌性であると考えられている。モリブデン酸塩は有毒
重金属に分類されている。従って、これらの塩溶液の使
用を避けること、或いは少なくともそれらの使用を減少
させることが望ましい。この理由から、酸性燐酸塩接着
溶液とそれに添加される粒子アルミニウムとの間の反応
性の制御にクロム酸塩又はモリブデン酸塩を殆ど、或い
は全く必要としない燐酸塩/アルミニウム耐食性ベース
コート組成物の開発が望まれてきた。同様に、クロム酸
塩又はモリブデン酸塩を殆ど、或いは全く有しない保護
トップコートの開発も同じく望まれてきた。そのような
コーティング組成物は、第一鉄金属合金表面を酸化及び
腐食性環境条件から、特に高温において、所謂アレンコ
ーティングとほぼ同様に、好ましくはより良好に保護す
る必要がある。
【0008】コーティング組成物からクロム酸塩及びモ
リブデン酸塩を排除し、一方で安定した処方を維持する
ための努力がなされてきた。ステッツソン(Stets
on)らへの米国特許第5,242,488号は、接着
溶液と粉末アルミニウムとの間の反応性の制御にクロム
酸塩又はモリブデン酸塩のいずれも必要としない第一鉄
合金のためのベースコートコーティング組成物を記載し
ている。この組成物は本質的に接着溶液とアルミニウム
粉末とのスラリー混合物からなる。接着溶液は本質的に
水、燐酸(H3PO4)及びアルミニウムイオンからな
る。この接着溶液は、溶液中に充分量のアルミニウムイ
オンを含有し、アルミニウム金属顔料に関し実質的に平
衡化されていなければならず、即ち、溶液中のアルミニ
ウムの量は実質的に飽和点でなければならず、これによ
りアルミニウムのその後の添加に関し接着溶液を本質的
に不活性とする。
【0009】このステッツソンの特許は、水性燐酸混合
物を、この混合物のアルミニウムによる平衡化前又は平
衡化後のいずれかにおいて、少なくとも部分的に中和す
るために望ましくはマグネシウムを使用し得ることを教
示している。使用されるマグネシウム化合物は、MgO
或いはMgCO3のいずれかである。この特許において
与えられた例の全てがマグネシウムイオンを利用してい
る。
【0010】ステッツソンらへの米国特許第5,27
9,649号も実質的に同じ組成物を開示しており、こ
の組成物にはバナジウム酸塩を産生するためにV25
添加され、アルミニウム平衡混合物に別の抑制剤を加え
ている。V25の添加は、(米)労働安全衛生局(OS
HA)の極有害物質リストに挙げられ、又「大気浄化法
(Clean Air Act)」及び「総合的環境対策・補償及び
責務に関する法律(CERCLA)」で規制される有害
物質の添加の例である。
【0011】これらのステッツソンコーティング組成物
は、クロム酸塩及びモリブデン酸塩イオンの使用を避け
るために設計され、これらの特許に記述されるように、
接着溶液がアルミニウムの更なる添加に関し平衡化され
ることを必要とする。
【0012】これらステッツソンの特許は、それらの処
方が接着溶液とアルミニウムとの間の反応性を制御する
ことを示しているが、ステッツソンの特許のスラリー組
成物が配合されたときに、依然として接着溶液と粉末ア
ルミニウムとの間に幾らかの反応が起こる。
【0013】モセル(Mosser)らへの米国特許第
5,478,413号は、クロム又はモリブデンを含ま
ないコーティング組成物を指向する。これらのコーティ
ングはアルミニウム粉末で着色されており、全ての第一
鉄合金に塗布することができる。これらのコーティング
は、マグネシウムイオンが接着溶液中に存在しておりア
ルミニウム金属に対する安定性を向上させること、及び
組成物のpHが2.0から4.5の間にあることを必要
とする。
【0014】従来技術によるクロム酸塩を含有しないコ
ーティング組成物は、pHが例えば2.0を下回ると、
組成物の安定性が往々にして劇的に減少するという不都
合を被る。このことは、低いpH値が一般的に成分種の
良好な溶解性及び良好な膜形成コーティング組成物を増
進させることから都合が悪い。より許容し得る、より高
いレベル(例えば2.0より大きい)にpHを上げよう
とすると、リスクが逆方向に作用して或るイオン種が溶
液から沈澱する場合がある。
【0015】従って、クロム酸塩及びモリブデン酸塩を
含有しない接着組成物、又はクロム及びモリブデン含量
が減少された組成物であり、該組成物と粒子アルミニウ
ムの両者が組み合わされてコーティング組成物を形成す
る際の粒子アルミニウムとの反応性が減少されるばかり
でなく、低いpH値において安定でもある接着組成物を
処方することが望まれる。このような接着溶液は、硬化
して硬い光沢面を形成する必要もある。又、このような
接着溶液は、変換コーティング(化成被覆:conversion
coating)、或いはFe−燐酸塩層[例えば、フォン・
フラウンホッファー(von Fraunhofer),J.A. 基礎
金属仕上げBasic Metal Finishing)(1976)
(ケミカル・パブリッシング・カンパニー(Chemical P
ublishingCO.):ニューヨーク、146〜151頁)に
記載される。この文献は参照して本明細書に援用す
る。]が形成され得る程度に第一鉄合金と結合するが、
反応はしないことも必要である。本発明はこのような組
成物を提供する。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によると、水、燐
酸塩イオン、ホウ酸塩イオン及びアルミニウムイオンを
含むことを特徴とする、固体基体(基板)にコーティン
グを与えるための熱硬化性接着組成物が提供される。前
記接着組成物のpHは約1.4から約2.2の範囲にあ
り、又前記組成物はクロム酸塩イオン、モリブデン酸塩
イオン及びマグネシウムイオンを実質的に含有しない。
【0017】又、本発明によると、接着組成物に分散さ
れた金属アルミニウム粒子を含む熱硬化性コーティング
組成物であって、前記接着組成物は水、燐酸塩イオン、
ホウ酸塩イオン及びアルミニウムイオンを含み、溶液中
のアルミニウムイオンの量は金属アルミニウム粒子に関
し溶液を平衡化させるのに必要な量より少ないことを特
徴とする熱硬化性コーティング組成物が提供される。前
記組成物のpHは約1.4から約2.2の範囲にあり、
又クロム酸塩イオン、モリブデン酸塩イオン及びマグネ
シウムイオンを実質的に含有しない。
【0018】本発明の一実施態様によると、接着組成物
に分散された金属アルミニウム粒子を含む熱硬化性コー
ティング組成物であって、前記接着組成物は水、燐酸塩
イオン、ホウ酸塩イオン、マグネシウムイオン及びアル
ミニウムイオンを含むことを特徴とする熱硬化性コーテ
ィング組成物が提供される。溶液中のアルミニウムイオ
ンの量は、金属アルミニウム粒子に関し溶液を平衡化さ
せるのに必要な量より少ない。前記組成物のpHは1.
4以上、2.0未満の範囲にあり、又前記コーティング
組成物はクロム酸塩イオン、モリブデン酸塩イオンを実
質的に含有しない。本発明のこのような実施態様におい
ては、前記接着組成物は、金属アルミニウム粒子に関し
環境条件下で少なくとも1時間は安定である。
【0019】本発明の接着組成物は、熱硬化性トップコ
ートコーティング組成物として使用することができる。
本発明の接着組成物は、特にベースコートコーティング
用途のために、熱硬化性組成物中で金属アルミニウム粒
子と組み合わせることができる。
【0020】コーティングを具備する基体(基板)を含
み、前記コーティングは、本発明の熱硬化性コーティン
グ組成物を提供する工程、前記コーティング組成物を前
記基体に塗布する工程、及び前記基体を加熱して熱硬化
されたコーティングをその上に形成する工程を含む方法
によって作製されることを特徴とする製造物品が提供さ
れる。前記コーティング組成物は、トップコートコーテ
ィング組成物であっても、ベースコートコーティング組
成物であってもよい。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳しく説明す
る。
【0022】本発明の熱硬化性接着組成物は、燐酸塩イ
オン、ホウ酸塩イオン及びアルミニウムイオンを含有す
る水溶液を含む。好ましくは、接着組成物のpHは約
1.4から約2.2の範囲にあり、最も好ましくは、約
1.7から約1.9の範囲にある。コーティング組成物
は、更に金属カチオン、例えば、鉄イオン、セリウムイ
オン、コバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオ
ン、クロム(III)(三価クロム、第二クロム)イオ
ン、リチウムイオン、銅イオン及び亜鉛イオンからなる
群より選択される金属カチオンを含み得る。
【0023】マグネシウムイオンは、本発明の好ましい
実施態様から除外される。本明細書で更に考察するが、
マグネシウムイオンは、より低いpH値にて接着組成物
を不安定化させる効果を有する傾向にあることが確認さ
れた。過剰なレベルのマグネシウムイオンを含有する接
着組成物は、例外的な薄膜形成組成物ではない。相当レ
ベルのマグネシウムイオンを含有する接着組成物は、硬
化すると膨脹して粉末状の外観を呈する傾向にある。薄
膜形成はトップコート用途にとって重要な特性であり、
薄膜形成性能がより良いほど組成物のシール特性は良
い。トップコートは、ベースコート(或いは基体(基
板))を腐食又は損傷から保護するために、優れたシー
ル特性を示す必要がある。
【0024】本発明の好ましい接着組成物は、クロム酸
塩イオン、モリブデン酸塩イオン及びマグネシウムイオ
ンを実質的に含有しない。ここで云う「実質的に含有し
ない」とは、上記成分を全く含有しないか、或いは上記
成分を極微量だけ含有することを意味すると理解された
い。ここで云う「極微量」とは、わずかに検出可能であ
り、主題の組成物の機能又は美的特性に利益を与えるこ
とがないレベルの量である。例えば、極微量は、接着組
成物の0.01重量%を占めることもある。本明細書で
用いられる用語「クロム酸塩」とは、クロム酸塩イオ
ン、二クロム酸塩イオン、六価クロム酸塩イオン及びク
ロムが+6の酸化状態若しくは価を有する他の任意のイ
オンを云う。
【0025】本発明の接着溶液は、保護トップコートと
して適用しても良く、第一鉄合金、アルミニウム合金、
ニッケル合金、チタン合金、コバルト合金及びその他の
金属表面のコーティングとしても用いることができる。
又、種々の金属表面、ガラス及びセラミックスに適用す
ることができ、硬化過程に耐える表面能力、及びその表
面がコーティング組成物との反応性を相対的に欠如して
いることによってのみ制約される。本発明に従って形成
されたトップコートは、約0.1ミル(mil)から約
1.0ミル(1ミル=1/1000インチ(in)=
2.54×10-5m)の範囲の厚さを有する。
【0026】本明細書で用いられる用語「トップコー
ト」は、腐食、熱、水などに対する付加的な保護を与え
るために、硬化したベースコートに塗布される実質的に
粒子金属を含有しない酸性接着組成物を云う。トップコ
ートは、金属基体(基板)に直接塗布されることもあ
る。単なる保護バリアとして金属基体に直接塗布された
トップコート層は、約3.0ミル(7.62×10−5
m)までの厚さとされることもあり、又それ以上の厚さ
とすることも可能である。トップコートは顔料を含有し
ても、含有していなくてもよい。ベースコートとは、金
属基体に直接塗布され、第一鉄金属基体に塗布されたと
きには耐食性を主な機能として有する粒子金属含有酸性
組成物を云うもとのとして理解されたい。
【0027】接着溶液の1つ又はそれ以上の個別成分
は、水又は燐酸水溶液中において低い、或いは低減され
た溶解性又は混和性を有してもよいが、理想的には、組
成物は全体として水溶液でなければならない。しかしな
がら、溶解性又は混和性のより小さな一部の成分が懸濁
又はその他の不溶な形態で存在していてもよい。従っ
て、本発明によれば、用語「水溶液」又は「接着溶液」
とは、その成分の1つ以上が完全に溶解しておらず、そ
の他の形態で存在することもある組成物をも包含するこ
とを意図する。
【0028】本発明のベースコート組成物は、一般的に
は、その中に分散された粒子金属(好ましくはアルミニ
ウム)と組み合わされた本発明の接着溶液を含む。
【0029】燐酸塩イオンは、燐酸の形、金属カチオン
として含まれることが所望される金属又は金属類の燐酸
塩の形、或いはその両方の形で本発明の水性接着溶液中
に導入することができる。如何なる可溶性燐酸塩の供給
源も使用することができるが、その選択は環境上の配慮
及びpHの影響によって限定されることがある。好まし
い燐酸塩イオンの供給源は、燐酸、より詳細には市販の
85%燐酸液である。
【0030】用語「燐酸塩」は、PO4 -3イオンのほか
に、HPO4 -2イオン及びH2PO4 -イオンも包含するも
のとして意図される。これら3つ全てのイオンは、例え
ばH 3PO4の溶液中における解離及びイオン化から得ら
れ、又、通常、水素燐酸塩イオンが本発明の組成物に或
る程度存在する。
【0031】ホウ酸塩イオンは、酸化ホウ素、ホウ酸の
形、或いはその他の酸溶解性ホウ酸塩の形で本発明の水
性接着溶液に導入することができる。酸化ホウ素及びホ
ウ酸が好ましい形態である。
【0032】本発明の接着組成物の好ましい実施態様に
よると、燐酸塩イオンとホウ酸塩イオンのモル数比は、
約3.4:1から約20.3:1であり、好ましくは約
3.4:1から約6.8:1、又最も好ましくは約3.
4:1から約4.1:1である。
【0033】好ましくは、アルミニウムイオン(A
+3)は、本発明の接着組成物に水酸化アルミニウムの
形で導入される。水酸化アルミニウムは乾燥したゲル状
が好ましい。アルミニウムイオンの許容し得る供給源に
は、酸化アルミニウム、金属アルミニウム及び燐酸二水
素アルミニウムが含まれる。如何なるアルミニウムイオ
ンの供給源も、その供給源が酸性接着組成物に可溶であ
り、コーティング組成物に負の影響を与えるアニオンを
産生しない限り許容し得る。
【0034】アルミニウムイオンは、アルミニウムコー
ティング組成物の調製の際に添加可能な任意の粒子アル
ミニウム金属に関し、組成物を平衡化するのに必要な濃
度より少ない濃度で本発明の接着組成物中に存在する。
即ち、接着溶液中に溶解したアルミニウムイオンの量
は、未溶解アルミニウムを許容する量より少ない。本発
明の接着組成物中のアルミニウムイオン濃度はpH依存
性であり、又飽和に到達しない。好ましくは、アルミニ
ウムイオンの濃度は、pH約2.0で約1.3mol/
L(リットル)を超えない。
【0035】本発明の接着組成物又はコーティング組成
物の好ましい実施態様によると、アルミニウムイオンと
燐酸塩イオンとのモル比は、約0.1:1から約0.7
5:1の範囲である。
【0036】本発明の接着組成物又はコーティング組成
物の好ましい実施態様によると、アルミニウムイオン及
びホウ酸塩イオンの合計[Al+3(mol)+BO3 -3
(mol)]と、燐酸塩イオンとのモル比は、約0.2
5:1から約0.85:1の範囲である。
【0037】本発明の接着組成物は更に、少なくとも一
種類の金属カチオンを含むことができ、好ましくは、金
属カチオンは鉄イオン、セリウムイオン、コバルトイオ
ン、クロム(III)イオン、ニッケルイオン、マンガ
ンイオン、リチウムイオン、銅イオン及び亜鉛イオンか
らなる群より選択される。金属カチオンは、最も好まし
くは、亜鉛イオン、ニッケルイオン及びリチウムイオン
からなる群より選択される。これらのイオンは、例え
ば、それぞれのカチオンの炭酸塩、燐酸塩、酸化物、又
は水酸化物として加えられる。遊離金属もまた金属カチ
オンの供給源として酸溶液に導入することができる。ハ
ロゲン化物イオンは本発明の接着組成物に望ましくな
い。
【0038】金属カチオンは接着溶液のpH調節に関与
する。しかし、接着溶液中の金属イオンは「修飾イオ
ン」として作用すると考えられる。これらのイオンは硬
化マトリックス中に形成された燐−酸素鎖の架橋剤とし
て作用し、硬化時に、硬く、滑らかで、光沢のある、水
不溶性コーティングを増進させるものと思われる。これ
らのイオンは、コーティングに特徴的な物理的特性、例
えば粘性、薄膜形成能、熱安定性などに実質的な影響を
及ぼし得る。
【0039】環境上の配慮が溶液に導入する許容し得る
カチオンの選択を制限することがある。例えば、コバル
ト又はニッケルイオンは発癌性物質又は発癌性が疑われ
る物質としてリストされており、配合上から排除される
ことがある。しかし、一部の有毒金属イオンは、そのよ
うな物質としてリストされているにもかかわらず、これ
らのイオンの規制レベルを下回る濃度で接着組成物に含
むことができる。
【0040】通常、水が本発明の接着組成物の残部を構
成する。水は、好ましくは脱イオン水であり、組成物成
分の溶解に充分な量、又所望のpHを達成させるような
量で存在する。
【0041】好ましい実施態様において、本発明の接着
組成物は、pHが好ましくは約1.4から約2.2、最
も好ましくは約1.7から約1.9の範囲に調整され
る。pHは接着溶液の種々の成分の濃度に依存するの
で、接着溶液のpHは特定成分の選択量を添加すること
によってしかるべく調整される。
【0042】通常、pHは接着組成物中の燐酸の量に最
も依存する。接着組成物中の燐酸濃度が低いほど、pH
を所望の範囲とするために必要な、例えば水酸化アルミ
ニウムの量はより少ない。反対に、接着組成物中の燐酸
濃度が高いほど、pHを適当な範囲に増加させるのによ
り多くの水酸化アルミニウムが必要である。
【0043】接着組成物のpHは、酸化ホウ素又はホウ
酸などのホウ酸塩イオン濃度にも依存する。B23を燐
酸と水との溶液に添加すると、pHは減少する傾向があ
り、pHを好適な範囲に調整するためにより多くの水酸
化アルミニウムを必要とする。溶液が飽和し、未溶解酸
化ホウ素が含まれるまで酸化ホウ素を接着組成物に加え
てもよい。
【0044】接着溶液中の全ての可溶性成分は完全に溶
解するものと思われる。
【0045】上述のように、トップコートとして用いら
れる接着溶液は顔料を混和することができる。この場
合、水性接着溶液へ顔料を添加すると、組成物中に顔料
の懸濁が生じる。着色(pigmented)接着溶液は水に不
溶な顔料、顔料の分散を補助する界面活性剤、及び着色
液の噴霧性(sprayability)を増進するための有機溶媒
を含有することができる。水に不溶な如何なる顔料も本
発明の接着溶液に首尾良く加え得ることを意図する。顔
料の選択は美的観点に依存する。酸性接着溶液中で安定
であり、硬化過程に耐え、硬化したコーティングの表面
プロフィール又は滑らかさを特定用途の許容範囲内とす
ることができる充分な小粒子で加えられるかぎり、如何
なる顔料も使用することができる。許容し得る顔料は、
「コーティング技術に関するコーティング技術シリーズ
連合会(Federation of Societiesfor Coating Technol
ogy's Series on Coatings Technology)」に見出し得
る。
【0046】接着組成物に機能性を付与する水に不溶な
材料は、必ずしも所望の色でなくても、また「顔料」で
あると理解される。例えば、シリカ、ジルコニア、アル
ミナ、炭化ケイ素、ケイ酸アルミニウム及び金属粉など
の耐火性金属化合物を、より高度な耐熱性のために添加
することができる。乾式潤滑剤、例えばグラファイト又
は二硫化タングステンなどもまた組成物に添加すること
ができる。本発明のコーティング組成物は、1つ以上の
滲出性(leachable)腐食抑制剤もまた含むことができ
る。滲出性顔料は、金属基体(基板)の腐食を抑制又は
不動態化し得るものである。滲出性顔料には、好ましく
は、環境的に許容し得る金属、例えば燐酸アルミニウム
亜鉛、及び「無機プライマー顔料(Inorganic Primer P
igments)」(コーティング技術に関する連合会シリー
ズ(Federation Series on Coatings Technology))に
記載されるその他の金属を含む塩である。この文献は、
参照して本明細書に援用する。
【0047】本発明の着色トップコート組成物の調製に
は、ある量の本発明の接着溶液に顔料を添加する必要が
ある。
【0048】界面活性剤溶液を、噴霧性及び薄膜形成能
を増進させるために本発明の接着組成物又はコーティン
グ組成物に添加することができる。例えば、界面活性剤
を使用する場合、界面活性剤溶液を含む、接着溶液の約
10%容積当量が添加される。界面活性剤は溶液と融和
性(コンパチブル)である如何なる市販の界面活性剤で
あってもよい。好ましい界面活性剤は、ユニオンカーバ
イド社のTritonX−100であり、これはオクチ
ルフェノキシポリエトキシエタノール非イオン性界面活
性剤である。界面活性剤は、好ましくは約0.06重量
%の界面活性剤溶液になるように、脱イオン水で稀釈し
て界面活性剤溶液を生成する。セロソルブ酢酸塩(cell
osolve acetate)又はその他の溶媒を噴霧性改善のため
に添加することができる。添加する溶媒によって、25
容量%までの有機溶媒を組成物に添加することができ
る。界面活性剤又は有機溶媒の使用は、本発明のコーテ
ィング組成物を適用するための要件ではない。
【0049】本発明の接着組成物及びコーティングの調
製は、斯界にて周知な通常の方法に従う。接着組成物の
成分は、低剪断力混合条件下で室温にて加え、混合され
る。
【0050】本発明の接着組成物は、粒子アルミニウム
と組み合わせてベースコートコーティング組成物を形成
するのに特に有用である。本発明の接着組成物に粒子ア
ルミニウムを混和する場合、斯かる粒子は、不活性ガス
噴霧(アトマイズ)された球状であるか、空気噴霧(ア
トマイズ)されたものであるか、フレーク状であるか、
フレーク状/噴霧(アトマイズ)されたものの混合物で
あるか、或いはアルミニウム合金とすることができる。
許容し得る粒子サイズは、特に噴霧性を考慮して、当業
者によって理解されよう。アルミニウムに加え、粒子ニ
ッケルもまた本発明のコーティング組成物に受容し得
る。
【0051】本発明の他の好ましい実施態様によると、
接着組成物中に分散した粒子金属アルミニウムを含むコ
ーティング組成物が提供され、このコーティング組成物
において、水性接着組成物は、燐酸塩イオン、ホウ酸塩
イオン及びアルミニウムイオンに加え、マグネシウムイ
オンをpH及び安定性を考慮して決められた量で含有す
る。本発明のこの実施態様においては、接着組成物のp
Hは、好ましくは約1.4から約2.0未満の範囲であ
り、又、好ましくは、コーティング組成物は接着組成物
に粒子アルミニウム金属が導入された後の少なくとも1
時間は安定である。
【0052】このような実施態様においては、接着組成
物中のアルミニウムイオンの量は、好ましくは、組成物
中で唯一最大密度の金属カチオン種を構成する。即ち、
接着組成物中のアルミニウムイオンの量は、全ての金属
カチオン種のイオン濃度中で最大量を構成する。マグネ
シウムイオンは、この実施態様の組成物中に約0.5m
ol/Lを超えない濃度で存在する。
【0053】接着組成物は、酸性接着組成物と粒子金属
との間の反応が環境条件下で観察されない場合、粒子金
属(例えば、アルミニウム粉末)と接触しても安定であ
る。反応の兆候には、泡立ち、体積膨脹、熱発生、粘度
変化、及び究極的には固化が含まれる。環境条件とは大
気圧下、開放状態における室温を云うものとして理解さ
れたい。本発明の接着組成物は、好ましくは、粒子アル
ミニウム金属に関して、環境条件下において、接着組成
物へアルミニウム粉末を導入した後少なくとも1時間、
より好ましくは少なくとも2時間、最も好ましくは少な
くとも4時間安定である。
【0054】本発明のコーティング組成物は、通常の方
法で金属基体(基板)に、或いは保護トップコートの場
合には、硬化されたベースコートに直接塗布される。金
属基体は全て本発明の保護コーティングの候補であるこ
とを意図する。第一鉄金属合金基体は好ましい金属基体
であるが、如何なる固体基体も実際に本発明のコーティ
ングにとって適切な候補であり、固体基体の硬化過程に
耐える能力及びコーティングとの親和(コンパチブル)
性によってのみ制約される。
【0055】本発明の保護トップコートは、通常の方法
で硬化された耐食性ベースコートにも同様に塗布され
る。これらの保護トップコートは、保護の要求が耐食性
を含まない場合に、ベースコートを欠く金属基体に直接
塗布することもできる。
【0056】コーティング組成物を塗布する場合、一般
的に、塗布部分を脱脂し、表面を研磨し、そして本発明
の組成物を任意の適宜な手段、例えばスプレー(噴
霧)、刷け塗り(ブラッシング)、浸漬(ディッピン
グ)、浸漬スピニングなどの手段で塗布することが望ま
しい。コーティングを乾燥させ、その後硬化させる。
「硬化」とは、トップコート組成物を固化させる熱誘導
性の化学変化を云う。本発明のコーティングは、ベース
コート及びトップコート両方共に約175°F(79
℃)で約10から15分間乾燥する。硬化は、好ましく
は、650°F(343℃)で約30分間起こる。硬化
は、より高い温度で(より短時間)、或いはより低温で
より長時間、例えば350°F(177℃)で24時間
起きても良い。硬化したコーティングは化学変換コーテ
ィング(化成被覆:conversion coating)(或いは「燐
酸(phosphating)」処理)と区別される。化学変換コ
ーティングは、保護コーティングを形成するために金属
基体(基板)との化学的相互作用を必要とする。変換コ
ーティングは、コーティング組成物と特定基体表面との
間の化学反応によって形成される。変換コーティング
は、一般的に、上述のような硬化過程に耐えることがで
きない。
【0057】650°F(343℃)で硬化されたベー
スコートは導電性ではなく、従って下部の基体材料の腐
食に対しガルバーニ保護を与えることはできない。しか
し、ガラスビーズによる磨き仕上げ、低い適用圧での研
磨媒体の使用、或いは導電性の電気防食用(sacrificia
l)コーティングを生成するその他の方法による機械的
冷間加工又はMIL−C−81751Bの仕様(参照し
て本明細書に援用する)に指定された加熱によってコー
ティングを導電性にすることができる。この方法による
と、コーティングは、機械的又は熱プロセスによって導
電性とされ、それによって下部の第一鉄合金基体のガル
バーニ保護並びにバリア保護を生成することができる。
望ましくは、第2のベースコートを塗布し、乾燥し、硬
化し、処理して導電性とした後、コーティング表面をト
ップコート接着溶液でシールしてコーティングによって
付与される酸化及び腐食保護を更に増加させ、又使用時
におけるコーティング中のアルミニウムの消費率を減少
させる。トップコートもまたコーティングのプロフィー
ルを減少させ、表面をトップコートの無いときよりも滑
らかにする。トップコートも上述したように乾燥及び硬
化させる。
【0058】熱硬化可能なコーティングがその上に塗布
された製造物品が提供される。この製造物品は、基体
(基板)に塗布された本発明の接着組成物又はコーティ
ング組成物を有する基体であり、そしてこの塗布された
組成物は熱硬化され、被覆(コーティング)された物品
を形成する。被覆された物品には、本発明のトップコー
トコーティング、本発明のベースコートコーティング、
或いはその両方を用いることができる。基体は如何なる
固体基体であってもよく、硬化過程に耐える能力、及び
コーティングと親和性(コンパチブル)であることのみ
によって制約される。基体は、本発明の熱硬化可能なコ
ーティング組成物を受容する前に、ベースコートをその
上に塗布してもよい。
【0059】特定の接着組成物又はコーティング組成物
が所望するものであるかを評価する場合、種々の定性的
な特性を評価する。接着又はコーティング組成物に関す
る主要な2つの特性は(a)硬化した組成物の薄膜形成
特性、(b)金属又は金属含有基体との接触における未
硬化組成物の安定性である。組成物の安定性は、ベース
コート及び保護トップコート両方の用途に関連がある。
ベースコートでは、粒子アルミニウムとの接触における
未硬化組成物の安定性を知ることが重要である。更に、
保護トップコートが、研磨した粒子アルミニウム含有ベ
ースコートの上に直接塗布され、未硬化トップコートが
高表面積基体上に露出した金属アルミニウムに直接的に
接触することがある。
【0060】ベースコート又はトップコート組成物の噴
霧性もまた重要である。噴霧性は、組成物を基体に機械
的に吹き付け得る容易さの尺度である。噴霧性は、組成
物のレオロジー(流動学)特性に依存し、又このレオロ
ジー特性は、組成物の安定性、成分種の濃度及び温度に
左右される。
【0061】本発明の接着組成物は種々の利点を有す
る。上述したように、これらの組成物はクロム酸塩又は
モリブデン酸塩のイオンを含有しないか、或いは実質的
に含有しない。これが環境上の目標である。より寛容な
環境上の条件が、クロム、モリブデン、ニッケルなどの
ような金属の使用を許容する状況では、このような金属
を接着及び/又はコーティング組成物に使用することが
できる。しかし、本発明の組成物から生成されたコーテ
ィングは、クロム酸塩又はモリブデン酸塩含有コーティ
ングに比べてより良好でなくても、同様に良好な耐食性
を示す。本発明の接着組成物及びコーティング組成物
は、従来から公知のクロム酸塩又はモリブデン酸塩を含
有しない処方に優る薄膜形成特性を示す。本発明の接着
組成物はまた、粒子アルミニウムに対して、従来技術の
クロム酸塩又はモリブデン酸塩を含有しない組成物に比
べてより安定でないにしても、同様に安定である。この
組成物はまた、優れた噴霧性能を示す。
【0062】更に、本発明の接着組成物は、硬化によっ
てクリアで(澄んだ)堅い光沢のあるコーティングを形
成する。用語「光沢のある」とは、ある程度の光沢及び
輝き、殆どサテン様の外観を有する表面を記述するもの
と理解されたい。これらのトップコートは、例えば航空
宇宙用途などにおいて、境界層効果が最小でなければな
らない特定の用途に要求される、極めて滑らかな表面、
或いはプロフィールを与える。本発明のクリアなトップ
コートは、Ra値が0.030インチ(7.62×10
-4m)カットオフで30マイクロインチ(7.62×1
-7m)より小さい表面プロフィールを提供することが
できる。
【0063】以下に記載する例は単に本発明を例証する
ためのものであり、制限を意味するものではない。ここ
で言及する硬化は、175°F(79℃)で約10から
15分間乾燥した後に、650°F(343℃)で約3
0分間起こった。
【0064】以下の例でアルミニウムコーティング組成
物にアルミニウム粉末が用いられる場合、アルミニウム
粉末は4.5〜10μmの平均粒子サイズを有する空気
噴霧(アトマイズ)された粒子を構成する。空気噴霧
(アトマイズ)されたか或いは不活性ガス噴霧(アトマ
イズ)された、4.5μmより小さい平均粒子サイズを
有するアルミニウム粒子もまた、10μmより大きい粒
子同様意図される。
【0065】例1〜5は本発明の接着組成物及びアルミ
ニウムコーティング組成物を例示する。
【0066】例1 接着組成物「A」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 36.8ml 85%燐酸 7.4g Borogard(ボロガード)(登録商標)ZB 1.6g 燐酸第二鉄(鉄(III)) 136.6ml 脱イオン水 14.2g ZPA 15.6g 水酸化アルミニウム 得られた接着組成物のpHは2.0であった。Boro
gard(登録商標)ZB(米国、ボラックス(Bor
ax))はホウ酸塩(2ZnO・3B23・3.5H2
O)の市販されている形態である。Borogard
(登録商標)ZBは酸性溶液中で溶解し、ホウ酸イオン
を産出する。ZPA(Heucophos(登録商標)
ZPA)はオルト燐酸アルミニウム亜鉛水和物である。
酸性溶液中で、ZPAは溶解して亜鉛、アルミニウム及
び燐酸塩のイオンを産出する。次の混合によりアルミニ
ウムコーティング組成物を調製した。 100ml 接着組成物「A」 80g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候は、粉末を接着組成物へ導入した後の24時間に観察
されなかった。反応の兆候には、明白な泡立ち、体積膨
脹、熱発生、粘度変化、及び究極的には固化が含まれ
る。
【0067】例2 接着組成物「B」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 36.8ml 85%燐酸 5.6g 酸化ホウ素 2.8g 酸化亜鉛 17.2g 水酸化アルミニウム 80ml 脱イオン水 得られた接着組成物のpHは2.1であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 100ml 接着組成物「B」 80g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
粉末を接着組成物へ導入した後の6時間に観察されなか
った。
【0068】例3 接着組成物「C」を次の混合により調製した。 160ml 脱イオン水 73.6ml 85%燐酸 15.0g 酸化ホウ素 5.6g 酸化亜鉛 34.4g 水酸化アルミニウム 160ml 脱イオン水 得られた接着組成物のpHは1.9であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「C」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
粉末を接着組成物へ導入した後の4時間に観察されなか
った。
【0069】例4 接着組成物「D」を次の混合により調製した。 160ml 脱イオン水 73.6ml 85%燐酸 11.2g 酸化ホウ素 10.0g 酸化亜鉛 34.4g 水酸化アルミニウム 160ml 脱イオン水 得られた接着組成物のpHは2.2であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「D」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
粉末を接着組成物へ導入した後の36時間に観察されな
かった。
【0070】例5 接着組成物「E」を次の混合により調製した。 100ml 脱イオン水 30ml 85%燐酸 5.0g 酸化ホウ素 10.0g 酸化亜鉛 5.0g 炭酸ジルコニウム 3.0g ZPA 5.0g 水酸化アルミニウム 得られた接着組成物のpHは2.0であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「E」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
粉末を接着組成物へ導入した後の8時間に観察されなか
った。
【0071】例6 接着組成物「G」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 36.8ml 85%燐酸 2.8g 酸化亜鉛 1.6g 燐酸第二鉄 24g 炭酸マグネシウム 48ml 脱イオン水 5.0g ホウ酸 88.6ml 脱イオン水 14.2g ZPA 16.5ml 85%燐酸 得られた接着組成物のpHは2.0であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「G」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、粉末を接着組成物へ導入した5分後に観察され
た。低pH値において、マグネシウムイオンは接着組成
物とアルミニウム粉末との間の反応速度を促進する。
【0072】例7 接着組成物「H」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 36.8ml 85%燐酸 7.4g Borogard(登録商標)ZB 1.6g 燐酸第二鉄 136.6ml 脱イオン水 14.2g ZPA 13.4g 水酸化アルミニウム/炭酸マグネシウム (2:1重量比(wt/wt比)) 得られた接着組成物のpHは2.0であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「H」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した4時間
後に観察された。接着組成物「H」は、炭酸マグネシウ
ムを含む点で接着組成物「A」(例1)とは異なってお
り、接着組成物「H」に基づくアルミニウムコーティン
グ組成物では、有意に減少された安定性が観察される。
【0073】例8〜13は、炭酸マグネシウムと対照的
に、接着組成物中の水酸化アルミニウムによって増強さ
れた、2.0未満のpH値におけるアルミニウム粉末に
対する安定性を例示する。
【0074】例8 接着組成物「I」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 8.2g 水酸化アルミニウム 得られた接着組成物のpHは1.8であった。接着組成
物「I」は本発明の接着組成物である。次の混合により
アルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「I」 16g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した後の6時間に
観察されなかった。
【0075】例9 接着組成物「J」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 8.1g 炭酸マグネシウム 接着組成物「J」は本発明の接着組成物ではない。接着
組成物「J」のpHは1.8であった。次の混合により
アルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「J」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した5分後
に観察された。
【0076】例8と9の比較から、コーティングの調製
に用いた低pH(pH=1.8)接着組成物においてア
ルミニウムイオンをマグネシウムイオンで置換すると、
アルミニウムコーティング組成物で不安定な結果が得ら
れることを実証する。
【0077】例10 本発明の接着組成物「K」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 8.0g 水酸化アルミニウム 接着溶液のpHは1.6であった。次の混合によりアル
ミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「K」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の兆候は、
アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した後の少なくと
も100分間に観察されなかった。
【0078】例11 接着組成物「K」の水酸化アルミニウムを炭酸マグネシ
ウムで置換して、本発明に従わない接着組成物「L」を
調製した。接着組成物「L」を次の混合により調製し
た。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 6.5g 炭酸マグネシウム 得られた接着組成物のpHは1.6であった。次の混合
によりアルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「L」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した4分後
に観察された。pH1.6では、接着溶液中のマグネシ
ウムはアルミニウム粉末に対する安定性を許容しなかっ
た。
【0079】例11と10の比較から、低pH(pH=
1.6)接着組成物でアルミニウムイオンをマグネシウ
ムイオンで置換すると、アルミニウムコーティング組成
物で不安定な結果が得られることを実証する。
【0080】例12 接着組成物「M」を次の混合により調製した。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 6.0g 水酸化アルミニウム 得られた接着組成物「M」のpHは1.3であった。次
の混合によりアルミニウムコーティング組成物を調製し
た。 20ml 接着組成物「M」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した21分
後に観察された。
【0081】例13 接着組成物「M」の水酸化アルミニウムを炭酸マグネシ
ウムで置換して、本発明に従わない接着組成物「N」を
調製した。接着組成物「N」を次の混合により調製し
た。 80ml 脱イオン水 13.4ml 85%燐酸 1.7g 酸化ホウ素 5.2g 炭酸マグネシウム 接着溶液のpHは1.3であった。次の混合によりアル
ミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「N」 16.0g アルミニウム粉末 反応の明白な兆候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ
導入した5分後に観察された。
【0082】例12と13の比較は、調査した全てのp
Hにおいてマグネシウムイオンの存在は不安定性を増進
するように見えるが、極めて低いpH値では系の安定性
が溶液中のマグネシウムイオンの存在の有無にかかわら
ず弱くなることを実証する。
【0083】例14 本発明に従わない接着組成物「Q」を次の混合により調
製した。 100ml 脱イオン水 2.0ml 85%燐酸 9.2g 水酸化アルミニウム 接着組成物のpHは1.9であった。次の混合によりア
ルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「Q」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した35分
後に観察された。
【0084】例15 本発明に従わない接着組成物「R」を次の混合により調
製した。 100ml 脱イオン水 20ml 85%燐酸 8.2g 水酸化アルミニウム 3.0g 炭酸亜鉛 接着組成物のpHは1.9であった。次の混合によりア
ルミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「R」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した22分
後に観察された。
【0085】例16 本発明に従わない接着組成物「S」を次の混合により調
製した。 100ml 脱イオン水 20ml 85%燐酸 2.0g 酸化ホウ素 12.0g 炭酸ニッケル(II)(第一ニッケル) 接着溶液のpHは1.6であった。次の混合によりアル
ミニウムコーティング組成物を調製した。 20ml 接着組成物「S」 16.0g アルミニウム粉末 接着組成物とアルミニウム粉末との間の反応の明白な兆
候が、アルミニウム粉末を接着組成物へ導入した10分
後に観察された。
【0086】例14、15及び16は、アルミニウムイ
オンとホウ酸塩イオンとの間にコーティング組成物中の
粒子アルミニウム金属に対する安定性を増進する関係が
あることを示す。例14及び15(アルミニウムイオン
を含有するがホウ酸塩イオンを含まない)と例16(ホ
ウ酸塩イオンを含有するが、アルミニウムイオンを含有
しない)は不満足なコーティング組成物を生じる。例1
〜5に対する例14〜16の比較はこの関係を強調す
る。
【0087】例17〜19はベースコートされた基体
(基板)に塗布された、本発明の接着組成物に基づくト
ップコートコーティング組成物の調製を例示する。
【0088】例17 接着組成物「T」を次の混合により調製した。 234.6ml 脱イオン水 70.4ml 85%燐酸 4.7g 酸化ホウ素 11.7g 酸化亜鉛 27.0g 水酸化アルミニウム 接着組成物のpHは1.6であった。接着組成物「T」
10部を、2−エトキシ酢酸エチル(噴霧助剤:sprayi
ng aid)と水溶性オクチルフェノキシポリエトキシエタ
ノール非イオン性界面活性剤の稀釈溶液(噴霧助剤)の
それぞれ1部とに混合することでトップコート組成物を
調製した。
【0089】得られたトップコート組成物を、米国特許
第5,478,413号のコーティング組成物(その例
2)でベースコートした軟鋼パネルにスプレー塗布し、
650°F(343℃)で30分間硬化させた。
【0090】ホームルワークT500型(Hommelwerke
Model T500)プロフィールメータ装置を用いて、0.0
30インチ(7.62×10-4m)カットオフでRa値
(マイクロインチ:×2.54×10-8m)を得た。硬
化したトップコートの表面仕上げは、0.030インチ
(7.62×10-4m)カットオフで<23マイクロイ
ンチ(5.84×10-7m)(平均)であると測定され
た。これは低い表面仕上げ値であり、バインダー内の高
いレベルの薄膜形成を示す。
【0091】例18 接着組成物「U」を次の混合により調製した。 200ml 脱イオン水 60ml 85%燐酸 4.0g 酸化ホウ素 10.0g 酸化亜鉛 2.0g 炭酸リチウム 20.0g 水酸化アルミニウム 接着組成物のpHは1.6であった。接着組成物「U」
10部を、2−エトキシ酢酸エチル(噴霧助剤)と水溶
性オクチルフェノキシポリエトキシエタノール非イオン
性界面活性剤の稀釈溶液(噴霧助剤)のそれぞれ1部に
混合させてトップコート組成物を調製した。
【0092】得られたトップコート組成物を、米国特許
第5,478,413号のコーティング組成物(その例
2)でベースコートした軟鋼パネルにスプレー塗布し、
650°F(343℃)で30分間硬化させた。硬化し
たトップコートは滑らかなコーティングであった。この
例は、リチウムイオンを接着組成物に、特にトップコー
ト用に有効に使用し得ることを実証する。
【0093】例19 接着組成物「V」を次の混合により調製した。 100ml 脱イオン水 30ml 85%燐酸 2.0g 酸化ホウ素 7.5g 酸化亜鉛 8.5g 水酸化アルミニウム 接着組成物のpHは1.6であった。接着組成物「V」
10部を、2−エトキシ酢酸エチル(噴霧助剤)と水溶
性オクチルフェノキシポリエトキシエタノール非イオン
性界面活性剤の稀釈溶液(噴霧助剤)のそれぞれ1部に
混合させてトップコート組成物を調製した。
【0094】得られたトップコート組成物を、米国特許
第5,478,413号のコーティング組成物(その例
2)をベースコートした軟鋼パネルにスプレー塗布し、
650°F(343℃)で30分間硬化させた。硬化し
たトップコートは滑らかな表面を与えるガラス様の光沢
を提供した。
【0095】例20 本発明の接着組成物に基づく硬化コーティングの性能を
調査するために一連の試験を実施した。試験及びその結
果を表I(表1)に示す。本発明の接着組成物(特に、
例1、4及び8の接着組成物)を所定の基体にスプレー
塗布して硬化させた。本発明の接着組成物に基づく硬化
コーティングを、従来技術の接着組成物に基づく硬化コ
ーティングと比較した。より詳細には、従来技術の接着
組成物はアレン(Allen)‘251(その例7)の
クロム酸塩含有組成物及びモッサー(Mosser)ら
の米国特許第5,478,413号のクロム酸塩を含有
しない組成物(その例2)であった。結果を表I(表
1)に示す。
【0096】この結果は、本発明の接着組成物が従来技
術のコーティングよりも、より良好ではないとしても、
同様に良好な硬化コーティングを成長させ得ることを実
証する。
【0097】
【表1】
【0098】例21 一連の接着組成物を調製して、アルミニウムイオン、マ
グネシウムイオン及びホウ酸塩イオンの間の関係、及び
アルミニウム粉末に対する接着組成物の安定性に及ぼす
これらのイオン類の影響を調査した。表II(表2)に
示す処方に従って接着組成物の3系列を6点の異なるp
H値で調製した。即ち、アルミニウムイオンとホウ酸塩
イオンとを含有するが、マグネシウムイオンを含まない
組成物(A系列)、マグネシウムイオンとホウ酸塩イオ
ンとを含有するが、アルミニウムイオンを含まない組成
物(B系列)、ホウ酸塩イオン及びマグネシウムイオン
の両方除外して、アルミニウムイオンを含有する組成物
(C系列)。
【0099】
【表2】
【0100】各接着組成物の試料(20ml)にアルミ
ニウム粉末(16g)を加え、接着組成物とアルミニウ
ム粉末との間の反応が観察されるまでの時間を測定し
た。結果を図1に示す。
【0101】図1によると、アルミニウムイオンとホウ
酸塩イオンとを用いる接着組成物(A系列)は、2.0
を下回るpH値において、添加されたアルミニウム粉末
に対してB及びC系列の接着組成物よりも安定であっ
た。pHが1.1から約1.9に上がるにつれ、アルミ
ニウムイオン/ホウ酸塩イオンを含有する接着組成物
(A系列)は、アルミニウム粉末と反応する以前の時間
が増加することによって実証されるように、アルミニウ
ム粉末に対する安定性が殆ど指数関数的に増加すること
を示す。対照的に、B及びC系列の接着組成物(アルミ
ニウムイオンとホウ酸塩イオンを一緒に含まない)は同
じpH範囲において、添加されたアルミニウム粉末に対
する評価し得る程度の安定性の増加を示さない。図1の
結果は、アルミニウムイオンとホウ酸塩イオンの組み合
わせにて、2.0を下回るpH値で達成された予想外の
安定性を示す。
【0102】例22 本発明の接着組成物ストック「X」を次の混合により調
製した。 500ml 脱イオン水 100ml 85%燐酸 12.5g 酸化ホウ素 55.0g 水酸化アルミニウム 本発明に従わない接着組成物ストック「Y」を次の混合
により調製した。 500ml 脱イオン水 100ml 85%燐酸 12.5g 酸化ホウ素 50.0g 炭酸マグネシウム 種々の量の接着組成物「X」と、種々の量の接着組成物
「Y」とを組み合わせて7種類の一連の接着組成物を調
製した。表III(表3)に処方、及び組み合わせ接着
組成物中で得られたマグネシウムイオン濃度(mol/
L)を示す。組み合わせ接着組成物のpHは1.71と
1.75の間であった。
【0103】
【表3】
【0104】各接着組成物1〜7の試料20mlに、ア
ルミニウム粉末(16g)を加えた。接着組成物とアル
ミニウム粉末との間に反応が観察されるまでの時間を測
定した。結果を図2に示す。
【0105】図2によると、接着組成物中のマグネシウ
ムイオン量の増加は、アルミニウム粉末に関する安定性
レベルの減少を増進させる。しかし、図2はまた、溶液
中のより低レベルのマグネシウムイオン、例えば約0.
5mol/Lより少ないようなマグネシウムイオンは、
少なくとも1時間の安定レベルを可能とすることを示
す。従って、アルミニウム粉末に関する安定性の満足で
きるレベルは、pHが約1.7であり、燐酸塩イオン、
ホウ酸塩イオン、アルミニウムイオン及びマグネシウム
イオンを含有する水性接着組成物で達成することができ
る。この結果は、2.0を下回るpHを有し、マグネシ
ウムイオンを含有しない接着組成物が好ましいが、それ
でもなお幾らかのレベルのマグネシウムイオンが実用的
目的のために許容されることを実証する。
【0106】本発明は、本明細書に示し、説明した特定
の実施態様に限定されるものでなく、種々の変化及び修
正を本発明の範囲及び精神から逸脱することなく行ない
得るものであることを理解されたい。
【0107】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
クロム酸塩及びモリブデン酸塩を含有しない接着組成
物、又はクロム及びモリブデン含量が減少された組成物
であり、該組成物と粒子アルミニウムの両者が組み合わ
されてコーティング組成物を形成する際の粒子アルミニ
ウムとの反応性が減少されるばかりでなく、低いpH値
において安定でもある接着組成物を処方することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】異なる接着組成物における、アルミニウム粉末
に関する安定性とpHとの関係を示すグラフ図である。
【図2】接着組成物における、アルミニウム粉末に関す
る安定性とマグネシウムイオン濃度との関係を示すグラ
フ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク エフ モッサー アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 118074 パーキオメンビル ディープ ク リーク ロード 2211 (72)発明者 ケビン ビー エディンガー アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 19525 ギルバーツビル シーダ レーン 2324 (72)発明者 ロナルド イー マイアズ アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 19465 ポツタウン イー スクールキル ロード 200 ビー−6 ハノーバ ガ ーデンズ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体基体をコーティングするための熱硬
    化性接着組成物であって、 a.水と、 b.燐酸塩イオンと、 c.ホウ酸塩イオンと、 d.アルミニウムイオンと、 を含み、前記組成物は約1.4から約2.2の範囲のp
    Hを有し、又前記組成物はクロム酸塩イオン、モリブデ
    ン酸塩イオン及びマグネシウムイオンを実質的に含有し
    ないことを特徴とする接着組成物。
  2. 【請求項2】 固体基体をコーティングするための熱硬
    化性接着組成物であって、 a.水と、 b.燐酸塩イオンと、 c.ホウ酸塩イオンと、 d.マグネシウムイオンと、 e.アルミニウムイオンと、 を含み、前記接着組成物は1.4以上、2.0未満の範
    囲のpHを有し、又コーティング用の前記組成物はクロ
    ム酸塩イオン及びモリブデン酸塩イオンを実質的に含有
    しないことを特徴とする接着組成物。
  3. 【請求項3】 前記接着組成物中のアルミニウムイオン
    の量は、全金属カチオン種中の最大量を構成する請求項
    2の接着組成物。
  4. 【請求項4】 溶液のpHは約1.7から約1.9の範
    囲である請求項1、2又は3の接着組成物。
  5. 【請求項5】 更に、亜鉛イオン、ニッケルイオン又は
    リチウムイオンからなる群より選択される金属イオンを
    含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記
    載の接着組成物。
  6. 【請求項6】 燐酸塩イオンとホウ酸塩イオンとのモル
    比は、約3.4:1から約20.3:1の範囲である請
    求項1〜5のいずれかの項に記載の接着組成物。
  7. 【請求項7】 アルミニウムイオンと燐酸塩イオンとの
    モル比は、約0.1:1から約0.75:1の範囲であ
    る請求項1〜6のいずれかの項に記載の接着組成物。
  8. 【請求項8】 アルミニウムイオン及びホウ酸塩イオン
    の合計と、燐酸塩イオンとのモル比は、約0.25:1
    から約0.85:1の範囲である請求項1〜7のいずれ
    かの項に記載の接着組成物。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかの項に記載の接
    着組成物に分散された金属アルミニウム粒子を含み、溶
    液中のアルミニウムイオンの量は前記金属アルミニウム
    粒子に関し溶液を平衡化するのに必要な量より少なく、
    接着溶液がマグネシウムイオンを含有する場合、前記接
    着組成物は前記金属アルミニウム粒子に関し環境条件下
    で少なくとも1時間安定であることを特徴とする熱硬化
    性コーティング組成物。
  10. 【請求項10】 マグネシウムイオンを含み、マグネシ
    ウムイオンの濃度は0.5mol/リットルを超えない
    請求項9の熱硬化性コーティング組成物。
  11. 【請求項11】 請求項1〜8のいずれかの項に記載の
    接着組成物を含むことを特徴とする熱硬化性トップコー
    トコーティング組成物。
  12. 【請求項12】 請求項9又は10の熱硬化性コーティ
    ング組成物を塗布すること、及びその上に前記コーティ
    ング組成物が塗布された前記基体を加熱して熱硬化され
    たコーティングを形成させることを含むことを特徴とす
    る基体をコーティングする方法。
  13. 【請求項13】 基体と、請求項9又は10の組成物か
    ら形成された熱硬化されたコーティングと、を含むこと
    を特徴とする製造物品。
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