JP2004315974A - 水性金属処理組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フェノール化合物とアルデヒド化合物の反応生成物であるフェノール樹脂、及びニトロ化合物、ニトロソ化合物、オキシム化合物及び硝酸塩化合物から選択される少なくとも1つの制御剤からなる自動付着組成物。さらに、自動付着性成分及び制御剤を含有する水性自動付着組成物を表面に塗工する工程をからなる金属表面の処理方法。
【選択図】なし
Description
金属表面は、腐食及び化学的劣化を受けることは、よく知られている。この劣化は、金属表面に対して様々な処理剤を塗工することによって、対抗されている。金属表面の化成処理は、その様な処理の1つである。化成処理は一般的には、金属表面上に、金属リン酸塩、及び/又は、金属酸化物の化成被膜を形成する、化学物質で表面を処理することを必要とする。化成処理により、腐食に対して保護され、次にくるいかなるコーティングの接着性をも高められ得る。リン酸塩処理は、充分に確立された化成処理法である。しかしながら、リン酸塩処理、幾つかの欠点を有する。それは、大きな資本を有する複雑な多工程の方法であり、しっかりと監視することが必要であり、大量の廃棄スラッジを生じさせ得るものである。加えて、リン酸処理は、腐食を促進させてしまう酸化促進剤を必要とするので、従って複数の洗浄工程によって除去されなければならない。従来の無機リン酸塩化成処理はまた、非常に脆く、従って破砕し得るものである。かなりの環境問題が存在する6価のクロムを含有することが多い、密閉コーティングもまた、優れた耐腐食性のために塗工されるのが典型的である。
環境的に許容可能な、優れた耐腐食性及び破壊靭性を有する使いやすい金属処理剤が、非常に望まれているである。
自動付着組成物に制御剤を添加することが、より複雑な表面形状に均一なコーティングを形成させるのを劇的に向上させ、次に塗工される組成物の自動付着を高め、従って耐食性及び全体の強さを向上させることが判った。本発明の組成物によって形成される保護コーティングは、非常に応力及び/又はひずみを受け、その結果基板表面の撓み又は動きが生じる金属基板に対して、耐食性を与えるのに特に有用である。制御剤によってもたらされる優れた付着性のために、制御剤を含有する自動付着性組成物中の活性成分の濃度を、低下させることができる。本発明の他の利点は、いかなる制御剤の残留物であっても、それを除去するために、処理された表面を後洗浄する必要がないことである。更には、制御剤により、周囲ステージング期間が減少、又は、実質的に減少し、従って加工効率が向上する。
本発明の他の実施態様によると、自動付着性成分及び制御剤を含有する水性自動付着組成物を表面に塗工することを含む、金属表面の処理方法が提供される。
他に断りがない限り、化学命名法中の成分の記載は、明細書に特定されている組み合わせに添加する際の成分を指すが、一旦混合されて、混合物の成分間の化学的な相互作用を必ずしも排除するものでなはい。
「プライマー(塗料)」は、次に塗工されるオーバーコートの下のアンダーコートとして、表面に塗工される液状の組成物を意味する。オーバーコートは、接着剤にすることができ、プライマー/接着性オーバーコートは2つの基板を共に接着させるための、接着剤系を形成する。
「コーティング」は、表面上に保護及び/又は美的に喜ばせるコーティング(被膜)を形成させるために、表面に塗工される液状の組成物である。
「フェノール化合物」は、芳香環の炭素原子に結合した少なくとも1つのヒドロキシ官能基を含有する化合物を意味する。例示的なフェノール化合物としては、非置換のフェノール自体、アルキル化フェノール及び多−ヒドロキシフェノール等の置換フェノール、及び、ヒドロキシ−置換多環芳香族等が挙げられる。例示的なアルキル化フェノールとしては、メチルフェノール(クレゾールとしても知られている)、ジメチルフェノール(キシレノールとしても知られている)、2−エチルフェノール、ペンチルフェノール、及び、tert−ブチルフェノール等が挙げられる。「多−ヒドロキシフェノール化合物」は、それぞれの芳香環に1つより多いヒドロキシ基を有する化合物を意味する。例示的な多−ヒドロキシフェノールとしては、1,3−ベンゼンジオール(レゾルシノールとしても知られている)、1,2−ベンゼンジオール(ピロカテコールとしても知られている)、1,4−ベンゼンジオール(ヒドロキノンとしても知られている)、1,2,3−ベンゼントリオール(ピロガロールとしても知られている)、1,3,5−ベンゼントリオール及び4−tert−ブチル−1,2−ベンゼンジオール(tert−ブチルカテコールとしても知られている)等が挙げられる。例示的なヒドロキシ−置換多環芳香族としては、4,4’−イソプロピリデンビスフェノール(ビスフェノールAとしても知られている)、4,4’メチリデンビスフェノール(ビスフェノールFとしても知られている)、及び、ナフトール等が挙げられる。
「フェノール樹脂前駆体」は、水相中に分散されたフェノール樹脂を製造するために、芳香族系改質剤と反応する改質されていない又は従来のフェノール樹脂を意味する。
「電気化学的に活性な金属」は、電気化学列の水素よりも活性な、鉄及び全ての金属、並びに、合金を意味する。電気化学的に活性な金属表面の例としては、亜鉛、鉄、アルミニウム、及び、冷間圧延された、研磨された、酸洗いされた、熱間圧延された、及び、亜鉛メッキされたスチール等が挙げられる。
「鉄」は、鉄及び鉄の合金を意味する。
改質剤中の他の重要な官能性部分により、改質剤はフェノール樹脂前駆体と反応するのが可能になる。改質剤は、1つ以上のイオン性ペンダント基、及び、1つ以上の反応を可能にする部分を含有し得る。
連鎖移動剤もまた、当該技術分野において知られている通り、ブタジエン重合体の分子量を制御するために、また得られる重合体の物理的特性を改良するために、乳化重合中に使用してもよい。アルキルメルカプタン及びジアルキルキサントゲンジスルフィド等の、従来の有機系硫黄含有連鎖移動剤であればいかなるものでも、利用し得る。
改質されたフェノール樹脂分散液は、フェノール樹脂の公知の架橋方法によって、硬化させて、非常に架橋された熱硬化性樹脂を形成し得る。架橋機構は、フェノール樹脂分散液の使用及び形態に依存して変り得る。例えば、分散レゾールの実施態様の架橋は、フェノール樹脂分散液に熱を加えることによって成し遂げられ得るのが典型的である。分散されたノボラックの実施態様の架橋は、アルデヒド供与体化合物の添加によって、成し遂げられるのが典型的である。
R10O−(CH2O)n−R11
及び、(4)下記の特徴的な構造を有する、ポリオキシメチレングリコール等が挙げられる。
(式中、R10及びR11は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれが約1〜8、好ましくは1〜4の炭素原子を有するアルキル基であり、R12及びR13は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれが2〜12、好ましくは2〜8の炭素原子を有するアルキレン基である。nは、100より大きく、好ましくは約200〜約2000の範囲である。xは、約0〜8、好ましくは1〜4の範囲であり、少なくとも1つのxが、少なくとも1と等しい。)高分子量のアルデヒド単独重合体及び共重合体は、少なくとも75℃の融点によって、即ちそれらは熱で活性化されるまでフェノール系に対して実質的に不活性であることによって、また融点以下の温度で実質的に水に完全に不溶性であることによって、更に特徴付けられる。アセタール単独重合体及びアセタール共重合体は、よく知られている市販品である。ポリオキシメチレン物質もまた、よく知られており、酸性触媒の存在下で、ポリオキシメチレングリコールと、炭素原子数を1〜8有するモノアルコール又はジヒドロキシグリコール及びエーテルグリコールの反応によって、容易に合成され得る。これらの架橋剤を調製する代表的な方法が、米国特許第2512950号明細書に記載されている。尚、言及することによって本明細書中に組み入れられる。ガンマーポリオキシメチレンエーテルは、潜在的なホルムアルデヒドの一般的に好ましい源であり、本発明を実施する際に使用するのに特に好ましい潜在的なホルムアルデヒドは、2−ポリオキシメチレンジメチルエーテルである。
(R)m−Ar−(NO)2
(式中、Arは、フェニレン及びナフタレンからなる群から選択される。Rは、炭素原子を1〜20有する、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリール、アリールアミン及びアルコキシ基、アミノ、又は、ハロゲンからなる群から選択される1価の有機基であり、好ましくは炭素原子を1〜8有するアルキルである。mは、0、1、2、3又は4であり、好ましくは0である。)
親水性レゾールのF/P比は少なくとも1.0であるのが典型的である。本発明によると、F/P比が1.0よりかなり大きい親水性レゾールは、上手く分散され得る。例えば、理論的F/P比の限界である、F/P比が少なくとも2で3に近づく親水性レゾールの水性分散液を製造することは、可能である。
有機ニトロ化合物は、有機部分に結合したニトロ基(−NO2)を含有する物質である。好ましくは、有機ニトロ化合物は、水溶性であるか、又は不溶性である場合には、水に分散され得るものである。例示的な有機ニトロ化合物としては、ニトログアニジン;ニトロ又はジニトロベンゼンスルホネート等の芳香族ニトロスルホネート、及び、それらのナトリウム、カリウム、アミン又はいかなる1価の金属イオン等の塩(特には、3,5−ジニトロベンゼンスルホネートのナトリウム塩);ナフトールイエローS;及び、ピクリン酸(トリニトロフェノールとしても知られている)等が挙げられる。ニトログアニジン及びニトロベンゼンスルホン酸ナトリウムからなる混合物が、商業的に利用可能であり、標準的である理由で、特に好ましい。
6,7−ジヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸のナトリウム塩(Andrew Chemicals社から入手可能)40g、水溶性レゾール(ホルムアルデヒド及びフェノールから製造されたものであり、F/P比2.3、固形分80%であり、商品名HRJ11722で、Schenectady International社から商業的に入手可能である)136g、tert−ブチルカテコール50g、及び、水50gを共に混合し、混合物が非常に粘性になるまで、約3時間半蒸気加熱した。レゾルシノール220g及び水220gを、添加し、続いて水20g中のリン酸6gを添加した。更に40分間蒸気加熱を続けた。次いで、蒸気加熱を続けながら、ホルマリン70gを添加したところ、濃縮物を得た。濃縮物を濾過し、水1730gを添加して、自己分散させた。
6,7−ジヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸のナトリウム塩(Andrew Chemicals社から入手可能)160g、HRJ11722の水溶性レゾール1000g、及び、水50gを共に混合し、約3時間蒸気加熱したところ、非常に濃厚な濃縮物が得られた。水3600gを、濃縮物に添加し、次いでそれを自己分散させて、濾過した。
6,7−ジヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸のナトリウム塩(Andrew Chemicals社から入手可能)80g、HRJ11722の水溶性樹脂272g、tert−ブチルカテコール100g、及び、水50gを共に混合し、混合物が非常に粘性になるまで、約3時間半蒸気加熱した。レゾルシノール440g及び水440gを、添加し、続いて水25g中のリン酸12gを添加した。更に40分間蒸気加熱を続けた。次いで、蒸気加熱を続けながら、ホルマリン130gを添加したところ、濃縮物を得た。濃縮物を濾過し、水3085gを添加して、自己分散させた。
下記の成分を表示湿潤重量グラムで共に混合して、金属処理剤を得た。
実施例1の水性ノボラック分散液 400g
リン酸 34g
水 3100g
カーボンブラック 7g
ZnO 60g
実施例2の水性レゾール分散液 125g
ポリビニルアルコールで安定化されたレゾール(BKUA2370) 200g
ジクロロブタジエン単独重合体(VERSA TL/DOWFAXで安定化された) 150g
水 300g
下記の成分を示された湿潤重量グラムで共に混合して、自動付着性コーティング/プライマーを得た。
カーボンブラック 21g
ZnO 180g
実施例2の水性レゾール分散液 400g
ポリビニルアルコールで安定化されたレゾール(BKUA2370) 600g
ジクロロブタジエン単独重合体(VERSA TL/DOWFAXで安定化された) 450g
水 1000g
実施例3の水性ノボラック分散液 600g
リン酸 400g
水 2700g
フェノールノボラック樹脂水性分散液を、6,7−ジヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸のナトリウム塩160g、水溶性レゾール(ホルムアルデヒド及びフェノールから製造されたものであり、F/P比2.3、固形分80%であり、商品名HRJ11722で、Schenectady International社から商業的に入手可能である)544g、カテコール200g、及び、水200gを共に混合し、反応混合物が非常に粘性になり、透明な分散液を与えるまで、約2時間蒸気加熱することによって調製した。レゾルシノール880g及び水500gを、添加し、続いて水10g中のリン酸12gを添加した。更に15分間蒸気加熱を続けた。次いで、蒸気加熱を続けながら、ホルマリン(18.5%の水溶液)640gを添加したところ、樹脂濃縮物を得た。濃縮物を濾過し、水5900gを添加して、自己分散させた。このノボラック分散液は、下記に記載される通り、金属処理組成物を製造するのに使用された。
本発明による水性金属処理組成物を、表1に示される乾燥重量(g)の下記成分を、室温で共に混合することによって調製した。上記に記載されるフェノールノボラック樹脂水性分散液(固形分20%)、水溶液のリン酸(固形分5%)、アクリロニトリル−ブタジエンラテックス(商品名HYCAR 1578X1でB.F.Goodrich社から入手可能である。固形分50%)、ニトログアニジン(“NGD”)(固形分0.6%)、ニトロベンゼンスルホン酸ナトリウム(“NBS”)(固形分2.50%)、及び水。添加された水の量は、合計の固形分含量6%又は8%を有する組成物を生じさせた。
本発明による水性金属処理組成物を、下記表3に示される湿潤重量(g)で各成分を、室温で共に混合することによって、調製した。水性フェノール樹脂分散液は、実施例6〜14と共に記載されているノボラック分散液であった。
本発明による水性金属処理組成物を、湿潤重量(g)で下記成分を室温で、共に混合することによって調製した。実施例6〜14に共に記載されている、水性ノボラック分散液360g、リン酸360g、水950g、ジニトロベンゼンスルホネート(遊離の酸)152g、及び柔軟剤72g。実施例18における柔軟剤は、商品名TYLAC 97924でReichold Chemical社から商業的に入手可能な、スチレン−ブタジエンゴムエマルジョンであった。実施例19は、商品名HYP605でLord社から商業的に入手可能なクロロスルホン化されたポリエチレンラテックスであった。実施例20は、塩素化天然ゴムラテックスであった。
Q−パネル及び脱脂された冷間圧延されたスチール製クーポンを、それぞれの実施例の金属処理組成物(固形分8%)中に、10秒間浸漬させ、次いで93℃で通風乾燥させた。次いで、処理されたQ−パネル及びクーポンを実施例6〜14に共に上記に記載されている自動付着性プライマー中に、10秒間即座に浸漬させた。次いで、Q−パネル及びクーポンを、93℃で5分間乾燥させ、次いで160℃で15分間焼成した。
レゾルシノール200g、ピロガロール20g、リン酸12g(855水溶液)、及び、水220gを、共に混合して、95℃まで加熱した。95℃に到達した際に、ホルマリン(18.5%の水溶液)250gを30分かけて反応混合物に供給した。更に15分間、蒸気加熱を続け、その時点で混合物は僅かに濁っており、低粘度であった(水を用いて希釈したところ、溶液から試料が沈殿した)。次いで、2−ホルミルベンゼンスルホン酸(ナトリウム塩、75%の水分の固形)32g及びホルマリン更に40gを、添加した。1時間15分の蒸気加熱後、樹脂は非常に粘性であった。水580gを樹脂混合物に添加し、樹脂が完全に分散性になるまで、蒸気加熱を続けた。本質的に同じ手順を使用して、5−ホルミル−2−フランスルホネート及び1−ジアゾ−2−ナフトール−4−スルホネートで安定化された(即ち、2−ホルミルベンゼンスルホン酸で置換された)レゾルシノール/ピロガロールノボラック水性分散液を調製した。
Claims (27)
- フェノール化合物とアルデヒド化合物の反応生成物であるフェノール樹脂;及び、
ニトロ化合物、ニトロソ化合物、オキシム化合物及び硝酸塩化合物から選択される、少なくとも1つの制御剤からなる自動付着組成物。 - 前記フェノール樹脂が、下記(i)〜(iii)の反応生成物を含有するフェノールノボラック樹脂の水性分散液から成る請求項1記載の組成物:
(i)フェノール樹脂前駆体、
(ii)(a) 改質剤がフェノール樹脂前駆体と反応するのを可能にする少なくとも1つの官能部分;
(b)少なくとも1つのイオン部分、
を含有する改質剤;及び
(iii)少なくとも1つの多−ヒドロキシフェノール化合物。 - 前記制御剤が有機ニトロ化合物からなる、請求項2記載の組成物。
- 前記制御剤がニトログアニジン及び芳香族ニトロスルホネートである請求項1記載の組成物。
- 前記芳香族ニトロスルホネートが、ニトロ又はジニトロベンゼンスルホネートから成る請求項4記載の組成物。
- さらに、リン酸成分からなる、請求項2記載の組成物。
- さらに、柔軟剤成分から成る請求項2記載の組成物。
- 前記柔軟剤成分が、ハロゲン化ポリオレフィン、ニトリルゴム及びスチレン−アクリル共重合体から選択される請求項7記載の組成物。
- 前記制御剤は、前記組成物中の不揮発性成分の全重量を基準にして、20重量%までの量で存在する請求項2記載の組成物。
- 前記改質剤が、スルホン化ナフタレン、スルホン化ホルミル基を含有する化合物、又は、スルホン化ジアゾ化合物から選択される請求項2記載の組成物。
- 前記改質剤が、ジヒドロキシナフタレンスルホネートから成る請求項2記載の組成物。
- 前記フェノール樹脂前駆体が、レゾールから成り、前記多−ヒドロキシフェノール化合物が、レゾルシノール、ピロカテコール、ハイドロキノン、ピロガロール、1,3,5−ベンゼントリオール、又はtert−ブチルカテコールから選択され、前記制御剤が有機ニトロ化合物から成り、さらにリン酸及び柔軟剤から成る請求項2記載の組成物。
- 下記の成分(a)と(b)を混合することによって生成する水性自動付着組成物:
(a)フェノール化合物とアルデヒド化合物の反応生成物であるフェノール樹脂;及び、
(b)ニトロ化合物、ニトロソ化合物、オキシム化合物及び硝酸塩化合物から選択される少なくとも1つの制御剤。 - 水性自動付着組成物を金属表面に塗布する工程から成り、該水性自動付着組成物が次の成分から成ることを特徴とする金属表面に保護被膜を提供する方法:
(a)フェノール化合物とアルデヒド化合物の反応生成物であるフェノール樹脂;及び、
(b)ニトロ化合物、ニトロソ化合物、オキシム化合物及び硝酸塩化合物から選択される少なくとも1つの制御剤。 - 前記水性自動付着組成物が金属表面に保護被膜を自動付着するように金属表面を該水性自動付着組成物の浴に浸漬する請求項14記載の方法。
- さらに、第2の自動付着組成物を塗布する後続の工程から成る請求項14記載の方法。
- さらに、定着剤又は接着保護被膜を接着剤プライマー又は接着剤オーバーコートを塗布する後続の工程から成る請求項14記載の方法。
- 前記制御剤が有機ニトロ化合物から成る請求項14記載の方法。
- ニトログアニジン及び芳香族ニトロスルホネートが、前記制御剤である請求項14記載の方法。
- 前記芳香族ニトロスルホネートが、ニトロ又はジニトロベンゼンスルホネートから成る請求項19記載の方法。
- 前記水性自動付着組成物が、さらにリン酸成分から成る請求項14記載の方法.
- 前記水性自動付着組成物が、さらに柔軟剤成分からなる請求項14記載の方法。
- 前記柔軟剤成分が、ハロゲン化ポリオレフィン、ニトリルゴム及びスチレン−アクリル共重合体から選択される請求項22記載の方法。
- 前記制御剤が、前記組成物中の非揮発性成分の全重量を基準にして、20重量%までの量で存在する請求項14に記載の方法。
- 前記改質剤が、スルホン化ナフタレン、スルホン化ホルミル基含有化合物又はスルホン化ジアゾ化合物から選択される請求項14記載の方法。
- 前記改質剤が、ジヒドロキシンアフタレンンスルホネートから成る請求項25記載の方法。
- 前記フェノール樹脂前駆物質がレゾールから成り、前記多−ヒドロキシフェノール化合物がレソルシノール、ピロカテコール、ヒドロキノン、ピロガロール、1,3,5−ベンゼントリオール又はtert−ブチルカテコールから選択され、前記制御剤が有機ニトロ化合物から成り、さらにリン酸及び柔軟剤から成る請求項14記載の方法。
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