JP5510102B2 - 炭素顔料を含有する腐食抵抗性コーティング - Google Patents
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Description
本発明は、腐食抵抗性コーティングに関する。詳しくは、本発明は、炭素を含有する腐食抵抗性コーティングに関する。
コーティングは、数多くの理由によって使用される。一般に、工場では電化製品、自動車、航空機および類似物などの所定の基板または製品に、製品コーティングまたは産業コーティングが塗布される。一般に、航空機産業を含む多くの産業は、腐食保護および改善された性能の両方を提供するコーティングシステムを使用する。
有効腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料を含むコーティング組成物が提供される。一つの実施態様では、腐食抑制炭素顔料は、生成するコーティング膜の腐食抵抗性を高めるために、一つ以上の弱酸性を生じる増量剤(例えば、金属硫酸塩、リン酸塩等)、希土類化合物(例えば、酸化物、酸化物固溶体およびそれらの混合物、塩、希土類錯体および類似物)、アミノ酸およびアミノ酸誘導体、ゼラチンおよびゼラチン誘導体、有機系交換樹脂、およびそれらの組み合わせと組み合わされる。一つの実施態様では、腐食抑制炭素顔料は、表面改質した腐食抑制炭素顔料である。
例えば、本発明は以下を提供する。
(項目1)
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、および
バインダ
を含む、コーティング組成物。
(項目2)
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、および
一つ以上の中性ないし弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤
を含む、コーティング組成物。
(項目3)
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、および
アミノ酸
を含む、コーティング組成物。
(項目4)
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、および
少なくとも一つの希土類化合物
を含む、コーティング組成物。
(項目5)
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、
少なくとも一つの弱酸性を生じる増量剤または酸性を生じる増量剤、および
少なくとも一つの希土類化合物
を含む、コーティング組成物。
(項目6)
バインダ、
一つ以上の腐食抑制炭素顔料、および
一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤
を含む、コーティング組成物。
(項目7)
バインダ、
表面改質した腐食抑制炭素顔料、および
一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤
を含む、コーティング組成物。
(項目8)
バインダ、
腐食抑制炭素顔料、
一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤、および
少なくとも一つは希土類化合物である一つ以上の腐食補助抑制剤
を含む腐食抑制性組成物。
(項目9)
バインダ、
腐食抑制炭素顔料、および
少なくとも一つは希土類化合物である一つ以上の腐食補助抑制剤
を含む、コーティング組成物。
(項目10)
バインダ、
腐食抑制炭素顔料、および
増量剤
を含む、コーティング組成物。
(項目11)
前記腐食抑制炭素顔料は、表面改質した腐食抑制炭素顔料である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目12)
前記表面改質した腐食抑制炭素顔料は、無機分散カーボンブラックである、項目7または11に記載のコーティング組成物。
(項目13)
前記表面改質した腐食抑制炭素顔料は、樹脂分散カーボンブラックまたは界面活性剤分散カーボンブラックである、項目7または11に記載のコーティング組成物。
(項目14)
前記腐食抑制炭素顔料は、導電性炭素顔料または非導電性炭素顔料である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目15)
前記腐食抑制炭素顔料は、アセチレンブラック、ガスブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、骨炭およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目16)
前記腐食抑制炭素顔料は、炭素の元素形である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目17)
前記腐食抑制炭素顔料は、炭素の非晶質形である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目18)
前記腐食抑制炭素顔料は、炭素含有混合物である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目19)
前記腐食抑制炭素顔料は、炭素含有混合物である、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目20)
前記コーティング組成物は、約5〜約55の間の顔料体積濃度を有する、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目21)
バインダをさらに含む、項目1〜5のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目22)
前記バインダは、有機バインダである、項目6〜10、または21のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目23)
前記バインダは、無機バインダである、項目6〜10、または21のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目24)
前記バインダは、エポキシ系樹脂バインダである、項目22に記載のコーティング組成物。
(項目25)
前記エポキシ系樹脂バインダは、アミン硬化したエポキシ系樹脂バインダである、項目24に記載のコーティング組成物。
(項目26)
前記エポキシ系樹脂バインダは、水希釈系エポキシ−ポリアミドシステムである、項目24に記載のコーティング組成物。
(項目27)
前記バインダは、非エポキシ系樹脂バインダである、項目22または23に記載のコーティング組成物。
(項目28)
前記非エポキシ系樹脂バインダは、ウレタン、尿素、アクリレート、アルキド、メラミン、ポリエステル、ビニル、ビニルエステル、シリコーン、シロキサン、ケイ酸塩、スルフィド、スルホン、エポキシノビラック、エポキシフェノール、乾性油、炭化水素の各重合体およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目27に記載のコーティング組成物。
(項目29)
一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または酸性を生じる増量剤をさらに含む、項目1、または3〜5、または9に記載のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目30)
前記一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または酸性を生じる増量剤の少なくとも一つは、硫黄、リンまたはケイ素オキシアニオン含有化合物である、項目2、または6〜8、または29に記載のコーティング組成物。
(項目31)
前記硫黄、リンまたはケイ素オキシアニオン含有化合物は、金属陽イオン硫酸塩、金属陽イオン亜硫酸塩、金属陽イオンスルホン酸塩、金属陽イオンプロトン化リン酸塩、陽イオンリン酸塩、金属陽イオン亜ホスホン酸塩、オキシリン酸塩、粘土鉱物カオリンおよびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目30に記載のコーティング組成物。
(項目32)
前記一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤の少なくとも一つは、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目2、または6〜8、または29に記載のコーティング組成物。
(項目33)
前記硫黄、リンまたはケイ素オキシアニオン含有化合物は、硫黄、リンまたはケイ素オキシアニオン含有塩である、項目30に記載のコーティング組成物。
(項目34)
前記一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤の少なくとも一つは、硫酸塩である、項目2、または6〜8、あるいは29のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目35)
前記硫酸塩は、金属硫酸塩である、項目34に記載のコーティング組成物。
(項目36)
前記金属硫酸塩は、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目35に記載のコーティング組成物。
(項目37)
前記一つ以上の弱酸性を生じる増量剤または一つ以上の酸性を生じる増量剤の少なくとも一つは、リン酸塩である、項目2、または6〜8、あるいは29のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目38)
前記一つ以上の中性ないし弱酸性増量剤の少なくとも一つは、プロトン化リン酸カルシウムである、項目2、または6〜8、あるいは29のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目39)
前記一つ以上の中性ないし弱酸性増量剤は、約45%〜約75%の間の重量パーセントで加えられる、項目6〜8、または29のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目40)
前記増量剤は、可溶性である、項目10に記載のコーティング組成物。
(項目41)
一つ以上の腐食補助抑制剤をさらに含む、項目1〜7、または10、あるいは40のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目42)
前記一つ以上の腐食補助抑制剤の少なくとも一つは、希土類化合物である、項目40に記載のコーティング組成物。
(項目43)
前記希土類化合物は、希土類含有化合物の塩、希土類含有化合物の水酸化物、希土類含有化合物の酸化物またはそれらの組み合わせである、項目42に記載のコーティング組成物。
(項目43)
前記希土類化合物は、酸化セリウム、水酸化セリウム、セリウム固溶体混合酸化物、酸化セリウム混合物、セリウム塩、酸化ネオジム、ネオジム水酸化物、ネオジム固溶体混合酸化物、酸化ネオジム混合物、ネオジム塩、酸化プラセオジム、水酸化プラセオジム、プラセオジム固溶体混合酸化物、酸化プラセオジム混合物、プラセオジム塩、酸化イッテルビウム、水酸化イッテルビウム、イッテルビウム固溶体混合酸化物、酸化イッテルビウム混合物、イッテルビウム塩、酸化イットリウム、水酸化イットリウム、イットリウム固溶体混合酸化物、酸化イットリウム混合物、イットリウム塩、酸化テルビウム、水酸化テルビウム、テルビウム固溶体混合酸化物、酸化テルビウム混合物、テルビウム塩およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、項目41に記載のコーティング組成物。
(項目44)
前記希土類化合物は、プラセオジム混合酸化物、プラセオジム(III)酸化物、プラセオジム(III)水酸化物、プラセオジム(IV)酸化物およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれるプラセオジム化合物である、項目41に記載のコーティング組成物。
(項目45)
前記希土類化合物は、プラセオジム(III/IV)化合物である、項目41に記載のコーティング組成物。
(項目46)
前記希土類化合物は、プラセオジム(III)硫酸塩またはプラセオジム(III/IV)酸化物である、項目41に記載のコーティング組成物。
(項目47)
前記腐食抑制炭素顔料は、約0.1〜約100%の重量パーセント範囲で加えられる、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目48)
前記腐食抑制炭素顔料は、約3〜約25%の重量パーセント範囲で加えられる、項目1〜5、または8〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
(項目49)
前記一つ以上の腐食抑制炭素顔料の少なくとも一つは、結晶性炭素である、項目6に記載のコーティング組成物。
(項目50)
少なくとも二つの補助抑制剤を含む、項目8または9に記載のコーティング組成物。
(項目51)
前処理基板に塗布した腐食抑制炭素顔料を有効な腐食抑制量含むコーティング
を含むコーティングシステム。
(項目52)
トップコートと、基板に塗布され前処理基板を形成する一つ以上の前処理コーティングとをさらに含む、項目51に記載のコーティングシステム。
(項目53)
基板に塗布され前処理基板を形成する一つ以上の前処理コーティング、および
弱酸性を生じる増量剤または酸性を生じる増量剤と組み合わせた腐食抑制炭素顔料を有効な腐食抑制性量含むコーティングであって、前記前処理基板に塗布されるコーティングを含むコーティングシステム。
(項目54)
基板に塗布され前処理基板を形成する一つ以上の前処理コーティング、および
少なくとも一つの希土類化合物と組み合わせた腐食抑制炭素顔料を有効な腐食抑制量含むコーティングであって、前記前処理基板に塗布されるコーティング
を含むコーティングシステム。
(項目55)
基板に塗布され前処理基板を形成する一つ以上の前処理コーティング、および
増量剤、一つ以上の希土類化合物、一つ以上の添加剤およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる材料と組み合わせた腐食抑制炭素顔料を有効な腐食抑制量含むコーティングであって、前記前処理基板に塗布されるコーティング
を含むコーティングシステム。
(項目56)
前記腐食抑制炭素顔料は、表面改質した腐食抑制炭素顔料である、項目51〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目57)
トップコートをさらに含む、項目51〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目58)
前記トップコートは、ウレタントップコートである、項目57に記載のコーティングシステム。
(項目59)
前記コーティングシステムは、樹脂システムである、項目51〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目60)
前記コーティングシステムは、UVコーティングシステム、電解コーティングシステム、アップリケ、粉体コーティングシステムおよびマイクロ波コーティングシステムからなる群から選ばれる、項目51〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目61)
前記前処理基板は、スプレー塗布、ブラシ塗布、ローラー塗布および浸漬塗布からなる群から選ばれる方法によって被覆される、項目51〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目62)
前記基板は、コンポジット基板である、項目52〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目63)
前記基板は、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金からなる群から選ばれる、項目52〜55のいずれか1項に記載のコーティングシステム。
(項目64)
塗料調合物を調製する工程、および
コーティング組成物を製造するために有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料を塗料調合物に添加する工程
を含む、コーティング組成物を調製する方法。
(項目65)
分散剤を用いて前記腐食抑制炭素顔料を予め分散させる工程をさらに含む、項目64に記載の方法。
(項目66)
前記腐食抑制炭素顔料は、表面改質した腐食抑制炭素顔料である、項目64または65に記載の方法。
(項目67)
酸性増量剤、中性増量剤、一つ以上の希土類化合物、一つ以上の添加剤およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる材料を前記塗料調合物に添加する工程をさらに含む、項目64〜66のいずれか1項に記載の方法。
(項目68)
コーティングされる基板を準備する工程、および
有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料を有するコーティング組成物を前記基板にコーティングする工程
を包含する、方法。
(項目69)
前記コーティング組成物は、増量剤、一つ以上の希土類化合物、一つ以上の添加剤およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる材料をさらに含む、項目53に記載の方法。
(項目70)
前記増量剤は、弱酸性を生じる増量剤または酸性を生じる増量剤である、項目69に記載の方法。
(項目71)
前記基板は前処理基板である、項目69または70に記載の方法。
(項目72)
前記前処理基板は、スプレー塗布、ブラシ塗布、ローラー塗布および浸漬塗布からなる群から選ばれる方法によって被覆される、項目69〜71のいずれか1項に記載の方法。
(項目73)
ウレタントップコートを塗布する工程をさらに含む、項目69〜72のいずれか1項に記載の方法。
以下の詳細な説明では、当業者が本発明を実施することができるように、十分詳細に実施態様を説明する。その他の実施態様を利用してもよく、本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく構造、論理およびその他の変化を施してもよい。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。以下の詳細な説明は、用語に関するセクションで始まり、炭素に関する概論および本発明のさまざまな実施態様の説明がそれに続く。その後で一連の実施例を提示し、それから短い結論を示す。
本明細書で用いられる用語「基板」は、固有の性質を提供するために清浄にし、および/または保護し、および/または改質することができる表面を有する構造物を指す。腐食抑制コーティングを塗布することについては、そのような基板は一般に金属であるが、「基板」はいかなる特定の種類の物質にも限定されない。しかし、腐食抑制コーティングは、重合体基板(例えば被覆金属基板)などのその他の基板に塗布してもよい。腐食抑制コーティングは、炭素繊維およびエポキシ樹脂で作られた基板などのコンポジット基板に塗布してもよい。コンポジット基板は腐食しないが、それでも、コーティングは基板材料と適合しなければならない制約はあるものの、表面保護および/またはその他の固有の性質を基板に提供するために、コンポジット基板で腐食抑制コーティングを用いてもよい。いくつかの場合には、基板の主な部分はコンポジット材料から作られ、従って腐食からの保護を必要としないが、所望のコーティング区域内の他の金属表面、例えば金属リベットの存在のために、腐食抑制コーティングの使用が必要である。
「0026」トップコート、自己プライマトップコート、および強化自己プライマトップコートは、時間とともに乾燥または硬化、すなわち溶媒が蒸発するウェットまたは「十分に硬化していない」状態で基板に塗布してよい。コーティングは、膜または「硬化した」塗料を作製するために、自然にまたは加速手段、例えば紫外線硬化システムによって乾燥してよい。コーティングは、接着剤などの半硬化状態または十分硬化した状態で塗布してもよい。
周期律表の第IV族に位置する原子量12の元素炭素は、有機および無機化学用途の主要構成元素である。高い融点および沸点は、望ましいレベルの安定性を提供し、原子構造は、等極性および異極性両方の固有の結合のさまざまな機会を提供する。固体炭素の主な形は、ダイヤモンド、結晶性および非晶質である。主な結晶相は、炭素原子のシート型配置からなる黒鉛である。炭素シートは剥離できるが、容易には破れない。このシートの中で、炭素原子は、ベンゼン型配置で結合し、シート同士は、ファンデルワールス力によって保持される。シートに平行な電気伝導率は、垂直な方向より何桁も大きい。シートの間隔は、さまざまな化学種のインターカレーションを可能にする距離3.4Åである。インターカレーションした化学種は、その後、炭素の化学的挙動において活性となることがある。「フラーレン」など、特定のカテゴリーに当てはまらないその他の非常に特別な構造形も製造された。
組成物
一つの実施態様では、本発明は、生成するコーティング膜の腐食抵抗性を改善するために、腐食抑制炭素顔料をさまざまな濃度で含むコーティングを提供する。一つの実施態様では、コーティングは、液体、例えば塗料として塗布される水系または溶剤系コーティング組成物である。他の実施態様では、コーティングは、粉体またはペースト(例えばゾルゲル)の形で塗布される。さらに他の実施態様では、コーティングは、シーラント、導電性重合体または類似物である。
本発明は、さらに上記コーティング組成物を調製し使用するプロセスに関する。塗料を製造する任意の従来法を用いてよい。そのような方法の例は、圧縮空気または電気によって動力を供給されるボール盤、適切な粉砕媒体を用いるサンドミルおよび類似物の使用を含むが、それらに限定されない。そのような方法は、当業者に既知であり、本明細書では詳細に説明しない。
一つの実施態様では、コーティング組成物は、自己プライマトップコート組成物または強化自己プライマトップコート組成物である。これらのコーティング組成物は、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム鋳物、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、亜鉛、亜鉛被覆鋼、亜鉛合金、亜鉛−鉄合金、亜鉛−アルミニウム合金、無垢および電解鋼、ステンレス鋼、酸洗い鋼、鉄化合物、マグネシウム合金などの金属、例えばクロム系化成皮膜、陽極処理コーティング、コバルト系化成皮膜、リン酸塩系化成皮膜、シリカ系化成皮膜、希土類系化成皮膜およびステンレス金属前処理などの金属前処理を有する基板、および重合体、重合体/金属コンポジット、コンポジット、塗布基板、および類似物に用いてよい。
練り顔料調合物の例
炭素顔料を含むポリアミド/エポキシ水希釈系プライマ練り顔料調合物を調製した。一つの実施例調合物を下の表2に示す。その他の調合物も試験した。
表2.プライマ練り顔料調合物
成分:
ポリアミド樹脂ブレンド 397g
分散剤 6g
2−ブタノール溶媒 83g
炭素または炭素ブレンド 514g
練り顔料合計: 1000g。
上記の練り顔料調合物から調製したポリアミド/エポキシ水希釈系プライマは、さらにエポキシ触媒および水を含む。すなわち、三部調合物である。上記で説明した練り顔料中に適切な量のエポキシ触媒を撹拌することによって、ポリアミド/エポキシ水希釈系プライマ例を適切に調製した。試験したポリアミド/エポキシ水希釈系プライマ調合物用のエポキシ触媒の一つの例は、デフト社から市販されているエポキシ/ニトロエタン溶液「44WO16CAT」である。練り顔料に対するエポキシ触媒の量は、生成するプライマ塗膜の適当な硬化および架橋を保証するためにこのコーティングシステムの供給者が推奨する量に依存する。
練り顔料調合物および試験組成物の例
さまざまな炭素顔料を、オプションとして、ポリアミド/エポキシ水希釈系プライマ練り顔料調合物中の着色顔料をさらに含む以下の酸性または中性増量剤、塩基性増量剤、金属リン酸塩、希土類化合物、アミノ酸およびアミノ酸誘導体、ゼラチンおよびゼラチン誘導体、直線形および環状デキストリン、有機系交換樹脂、およびそれらの組み合わせの一つ以上と組み合わせた。一つの実施例調合物を下の表3に示す。その他の調合物も試験した。
表3.プライマ練り顔料調合物
成分 質量(g)
ポリアミド樹脂ブレンド 332
分散剤 5
2−ブタノール溶媒 69
増量剤 384
炭素または炭素ブレンド 48
腐食抑制剤* 162
練り顔料合計: 1000
*希土類化合物、アミノ酸およびアミノ酸誘導体、ゼラチンおよびゼラチン誘導体、有機系交換樹脂、およびまたは類似物の組み合わせを指す。
練り顔料調合物例
さまざまな炭素顔料を、ポリアミド/エポキシ水希釈系プライマ練り顔料調合物中で酸性または中性増量剤、あるいは塩基性増量剤、および/または金属リン酸塩、および/またはアミノ酸およびアミノ酸誘導体、および/またはゼラチンおよびゼラチン誘導体、および/または有機系交換樹脂と組み合わせた。いくつかの調合物は、着色剤(例えば二酸化チタン)などのその他の添加剤を含む。一つの実施例調合物を下の表5に示す。その他の調合物も試験した。
表5.プライマ練り顔料調合物
成分 質量(g)
ポリアミド樹脂ブレンド 332
分散剤 5
2−ブタノール溶媒 69
増量剤 384
炭素化合物 48
腐食抑制剤追加分* 162g
練り顔料合計: 1000
*希土類化合物、アミノ酸およびアミノ酸誘導体、ゼラチンおよびゼラチン誘導体、有機系交換樹脂、およびまたは類似物の組み合わせを指す。
コーティング例に対する試験結果
これまでの実施例中に記した調合物の多くについて、さまざまな基質上で腐食抵抗性を試験した。用いた腐食評点スケールを表6に示す。調製して評価したプライマ調合物の実施例を表7〜9に示す。
デフトSrCrプライマ(44GN072)は、カリフォルニア州アーバインに事業所を有するデフト社から入手した。上記のように、レーベン材料およびウルトラII材料は、ジョージア州マリエッタに事業所を有するコロンビア化学社から得た。LHD、U47およびPLD材料は、オハイオ州シンシナティに事業所を有するサン・ケミカルから入手した。Pr6O11は、カリフォルニア州マウンテンパス(Mountain Pass,California)に事業所を有するモリコープ社(Molycorp,Inc.)か、マサチューセッツ州ウォードヒルに事業所を有するアルファ・イーザー社の両方かから入手した。導電性炭素、非導電性炭素、および活性炭は、マサチューセッツ州ウォードヒルに事業所を有するアルファ・イーザーから入手した。骨炭は、ミシガン州メルビンデールに事業所を有するエボネックス社から入手した。ジェット・ブラックは、イリノイ州フェアビューハイツに事業所を有するエレメンティス・ピグメンツ社から入手した。CaSO4・2H2Oはイリノイ州シカゴのUSギプサム社から入手した。SrSO4は、テキサス州ヒューストン(Houston,TX)のエクスカリバー(Excalibar)から入手した。
種々の金属基板上にコーティングをスプレー塗布し、自然に時間をかけて乾燥(硬化)させた。一般に、これに一週間を要した。試料の辺および背面にテープを貼り、ASTM B117の手順に従って前面に「X」パターンをケガキした。ASTM B117手順に従って、500時間または3000時間のどちらかの試験を実施し、表7に示すケラー(Keller)腐食評点スケールによって結果を評価した。
表6:ケラー腐食評点スケール(ボーイング−セントルイス)、すなわち表8で使用する3000および500時間塩霧評点コード ケガキ線評点説明
1. ケガキ線黒ずみ始めるかまたはケガキに光沢
2. ケガキ線の>50%が黒ずむ
3. ケガキ線黒色
4. ケガキ線中に局所的ないくつかの白い塩の部位
5. ケガキ線中に多数の局所的な白い塩の部位
6. 白い塩がケガキ線を満たす
7. ケガキ線中に暗色の腐食部位
8. ケガキ線に沿ってプライマの下にわずかな水膨れ(<12)
9. ケガキ線に沿ってプライマの下に多数の水膨れ
10. ケガキ線に沿って若干の浮き上がり
11. ケガキに沿ってコーティングのめくれ上がり
12. 有機コーティング表面にピンポイント部位/孔食(直径1/16から1/8インチ−−約0.16cm(0.06インチ)〜約0.32cm(0.13インチ)
13. ケガキから離れた表面に一つ以上の水膨れ
14. ケガキから離れたプライマの下に多数の水膨れ
15. 表面全体で水膨れ開始
ケガキ線活動度(ケガキからの腐食表面移動)
A. 表面移動なし
B. 0から1/64インチ−−約0cm(インチ)〜約0.04cm(0.02インチ)
C. 1/64から1/32インチ−−約0.04cm(0.02インチ)〜約0.08cm(0.03インチ)
D. 1/32から1/16インチ−−約0.08cm(0.03インチ)〜約0,16cm(0.06インチ)
E. 1/16から1/8インチ−−約0.16cm(0.06インチ)〜約0.32cm(0.13インチ)
F. 3/16から1/4インチ−−約0.2cm(0.48インチ)〜約0.5cm(0.25インチ)
G. 1/4から3/8インチ−−約0.6cm(0.25インチ)〜約0.95cm(0.38インチ)
自己プライマトップコート基材調合物の例
金属硫酸塩、金属リン酸塩、金属硝酸塩、および/または金属ケイ酸塩および類似物などの一つ以上のIA族またはIIA族、および/またはイットリウム、および/またはランタニド化合物、およびオプションとして、一つ以上の希土類化合物、金属酸化物、ホウ酸塩、メタホウ酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、アニリン、ポリアニリンおよび類似物などの補助抑制剤を含む自己プライマ化トップコート基材調合物を調製した。調合物の例を下の表10に示す。その他の調合物も調製し試験した。
表10. 自己プライマトップコート基材調合物
成分 質量(g)
ポリエステル樹脂ブレンド(バインダ ) 307
分散剤 2
ケトンおよびエステル溶媒 123
添加剤 7
着色顔料 265
中性ないし酸性増量剤および/または 29
腐食抑制顔料
基材合計: 1000。
強化自己プライマトップコート基材調合物
金属硫酸塩、金属リン酸塩、金属硝酸塩および/または金属ケイ酸塩およびその類似物などのIA族またはIIA族、および/またはイットリウム、および/またはランタニド化合物、およびオプションとして、希土類化合物、金属酸化物、ホウ酸塩、メタホウ酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、アニリン、ポリアニリン、その他類似物などの一つ以上の補助抑制剤を含む強化自己プライマトップコート基材剤形を調製した。調合物の例を下の表11に示す。
表11.強化自己プライマトップコート基材調合物
成分 質量(g)
ポリエステル樹脂ブレンド(バインダ) 130
フッ素化樹脂ブレンド(バインダ) 240
分散剤 6
ケトン溶媒 77
VOC除外溶媒 5
着色顔料 45
腐食抑制顔料 310
増量顔料 74
基材合計: 1000。
試験するコーティング組成物を種々の金属基板に吹き付け、時間をかけて、一般に約1週間自然に乾燥(硬化)させた。試料の辺および背面にテープを貼り、ASTM B117の手順に従って前面に「X」パターンをケガキした。結果を表12〜14に示す。
本明細書で示したように、腐食抑制炭素顔料を添加すると、さまざまなコーティング組成物の腐食抑制性が改善される。腐食抑制炭素顔料が機能する正確な機構は不明であるが、腐食抑制炭素顔料が存在すると、ほとんどの場合に、コーティングシステムの腐食抵抗性が改善されることを見いだした。特定の界面活性剤で分散したカーボンブラックおよび/または樹脂で分散したカーボンブラックも有益なことがあるが、それらの存在が他の顔料成分を分散させる助けとなることもある。
化学的および機械的安定性、良好な伝導性、表面反応速度に合わせられる広範な構造形の利用可能性、表面を化学的に改質できることおよび比較的低いコストのために、炭素は、電解プロセスで陽極または陰極として効果的に使用できることも知られている。電極として用いられることが報告されている炭素のいくつかの形は、さまざまなグレードおよび空げき率の黒鉛、ガラス状炭素および熱分解黒鉛、網状炭素、炭素繊維、球体およびフレーク、表面改質炭素および層間化合物炭素を含む。
従って、腐食からの直接の化学的または電気化学的な保護を炭素が提供するとは期待されないし、実際、この点に関しては有害であり得る(米国特許第4,544,581号明細書を参照)と思われていたのであるが、本発明は、適当な状況では、炭素は金属表面の長期腐食抑制性に顕著な援護を与える適当な環境を提供することがあり得ることを初めて実証する。クロム酸塩、ナルザンTM、ブサンTM、ハロックスTM、モリホワイトTM、導電性重合体、および類似物などの従来の塗料抑制剤とともに存在するとき、このことが特に成立することがある。全体的な腐食抑制活性を改善することが塗料中の成分としての炭素の主な役割である。本発明は、クロム酸ストロンチウム等などのクロム酸塩を有しないという一層の利点を提供し、従って、現在知られているクロム含有コーティングシステムより環境的に優れている。
Claims (19)
- 結晶形炭素顔料、非晶質形炭素顔料、炭素球体、表面改質炭素顔料、界面活性剤および/または樹脂分散炭素顔料、カーボンブラック分散液、骨炭からなる群から選ばれる1種又は2種以上の有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、
酸化セリウム、水酸化セリウム、酸化ネオジム、水酸化プラセオジム、プラセオジム固溶体混合酸化物、酸化プラセオジム混合物、酸化イッテルビウム、酸化イットリウム、酸化テルビウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる1種又は2種以上の希土類化合物からなる腐食補助抑制剤、
硫酸カルシウム、硫酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、またはこれらの組み合わせからなる群から選ばれる1種又は2種以上の無機増量剤、ならびに
一つ以上のバインダを含む、クロム酸塩類非含有コーティング組成物。 - 一つ以上のアミノ酸をさらに含む、請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記一つ以上のバインダのうちの少なくとも一つは、エポキシ系樹脂バインダである、請求項1または2に記載のコーティング組成物。
- 前記エポキシ系樹脂バインダは、アミン硬化したエポキシ系樹脂バインダである、請求項3に記載のコーティング組成物。
- 前記コーティング組成物は、5〜55%の間の全顔料体積濃度を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 前記腐食抑制炭素顔料は、全顔料濃度の3%〜25%の重量パーセント範囲で前記組成物中に存在する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 前記希土類化合物が、全顔料濃度の0.4%〜26%の間の重量%で前記組成物中に存
在し;前記腐食抑制炭素顔料が、全顔料濃度の3%〜25%の間の重量%で該組成物中に存在し、そして前記無機増量剤が、全顔料濃度の25%〜98%の間の重量%で該組成物中に存在する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のコーティング組成物。 - 無機増量剤である前記硫酸カルシウムが、水和硫酸カルシウム、無水硫酸カルシウム、またはこれらの組み合わせである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
- 少なくとも二つの腐食補助抑制剤を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 希土類化合物からなる腐食補助抑制剤が、プラセオジム固溶体混合酸化物、プラセオジム(III)酸化物、プラセオジム(III)水酸化物、プラセオジム(III/IV)酸化物、プラセオジム(IV)酸化物およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれるプラセオジム化合物である請求項1〜9のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 基板に塗布され前処理基板を形成する一つ以上の前処理コーティング層および上記前処理基板上に塗布された請求項1〜10のいずれか1項に記載のコーティング組成物からなるコーティング層を含むクロム酸塩類非含有コーティング。
- 前記コーティング組成物からなるコーティング層および前記一つ以上の前処理コーティング層が、各々独立して、自然に硬化するか、または熱、UVエネルギー、マイクロ波エネルギー、もしくはこれらの組み合わせへの曝露により硬化する、請求項11に記載のコーティング。
- 前記前処理基板は、スプレー塗布、ブラシ塗布、ローラー塗布および浸漬塗布からなる群から選ばれる方法によって前処理コーティング層が被覆される、請求項11または12に記載のコーティング。
- 前記コーティング組成物からなるコーティング層、前記一つ以上の前処理コーティング層、またはこれらの両方が、電解コーティング方法により前記基板上に形成される、請求項11〜13のいずれか1項に記載のコーティング。
- 前記コーティングが、トップコート層をさらに含む、請求項11〜14のいずれか1項に記載のコーティング。
- 前記トップコート層がウレタントップコート層である、請求項15に記載のコーティング。
- 前記基板が、コンポジット基板である、請求項11〜16のいずれか1項に記載のコーティング。
- 前記基板が、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金からなる群から選ばれる、請求項11〜17のいずれか1項に記載のコーティング。
- クロム酸塩類非含有コーティング組成物を調製する方法であって、
一つ以上のバインダを有するミルベースを調製する工程、
該ミルベースに、結晶形炭素顔料、非晶質形炭素顔料、炭素球体、表面改質炭素顔料、界面活性剤および/または樹脂分散炭素顔料、カーボンブラック分散液、骨炭からなる群
から選ばれる1種又は2種以上の有効な腐食抑制量の腐食抑制炭素顔料、および硫酸カルシウム、硫酸水素カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、またはこれらの組み合わせからなる群から選ばれる1種又は2種以上の無機増量剤を添加する工程であって、該実質的に不溶性の増量剤は、pH4〜8を生じさせる増量剤、pH2〜4を生じさせる増量剤、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、工程、ならびに
該ミルベースに、酸化セリウム、水酸化セリウム、酸化ネオジム、水酸化プラセオジム、プラセオジム固溶体混合酸化物、酸化プラセオジム混合物、プラセオジム塩、酸化イッテルビウム、酸化イットリウム、酸化テルビウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれる1種又は2種以上の希土類化合物からなる腐食補助抑制剤、および必要に応じて、一つ以上の添加剤、またはこれらの組み合わせを添加して、コーティング組成物を製造する工程、を包含するクロム酸塩類非含有コーティング組成物を調製する方法。
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