JP7297092B2 - ビスマスおよびリチウムを含む、導電性基材のディップコーティングのための水性組成物 - Google Patents

ビスマスおよびリチウムを含む、導電性基材のディップコーティングのための水性組成物 Download PDF

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Description

本発明は、(A)中に溶解している形態にある少なくとも1つのカソード析出性のバインダー(A1)、少なくとも1つの架橋剤(A2)、(A)の全質量に対して全量で少なくとも100ppmのBi(A3)、およびさらにリチウム(A4)を含む、水性コーティング組成物(A)に関する。水性コーティング組成物(A)は、特に導電性基材(すなわち、具体的には電着材料としての)を少なくとも部分的にコーティングするのに好適である。本発明はまた、(A)を製造する方法、導電性基材をコーティング組成物(A)でコーティングする方法、およびこの方法によって得ることができるコーティングされた基材に関する。
自動車部門内の通常の要件は、製造に使用される金属部品の腐蝕を防止しなければならないということである。腐蝕の防止に関して実現すべき要件は、非常に厳しい。その理由は、特に、製造会社が、錆による孔あきに対して長年にわたる保証を与える場合が多いからである。かかる腐蝕の防止は、通常、その製造で用いられる部品または基材を目的に適した少なくとも1つのコーティングでコーティングすることによって実現される。
自動車業界内で用いられる公知の方法に特に影響を与える公知のコーティング方法の欠点は、こうした方法が通常、化成被膜工程、例えば前処理としてリン酸塩処理工程を前提とすることであり、この工程では、コーティング用の基材は、十分な腐食防止を保証するために、任意の清浄化工程後で析出コーティング工程の前に化成被膜で提供される。リン酸塩処理の場合、この処理はリン酸亜鉛等の金属リン酸塩を用いる。この前処理は、通常、多様に加熱された複数の多様なディッピングタンクにおける複数の方法内工程の実行を伴う。さらに、かかる前処理の実行中に廃棄物のスラッジが生成するので、これが環境に重荷を負わせ、これを廃棄しなければならない。したがって、環境および経済の立場から、かかる前処理工程を省略しても、公知の方法を使用して実現されるのと少なくとも同程度の腐食防止を実現することを可能にすることが特に望ましい。
欧州特許出願公開第2405035A1号およびJP2011-057944Aは、それぞれ、それぞれ100~1000ppmおよび100~5000ppmの三価ビスマスイオン、ならびにそれぞれの場合三価ビスマスイオンのモル濃度に対してそれぞれ0.5~10倍および0.1~5倍のモル濃度であるアミノポリカルボン酸を含む電気泳動析出性コーティング組成物を開示している。開示されているコーティング組成物内で、三価ビスマスイオンは溶解している形態にある。しかし、欧州特許出願第2405035A1号およびJP2011-057944Aで公知であるコーティング組成物の欠点は、別々の上流の方法の工程において、ビスマス酸化物などの水不溶性ビスマス前駆体化合物から出発して、かつ錯化剤として適したアミノポリカルボン酸から出発して三価ビスマスイオンを放出することができる、対応する水溶性のビスマス含有化合物を製造することが最初に必要なことである。したがって、製造されたこの水溶性のビスマス含有化合物は、次いでコーティング組成物に添加されるのみである。それらの製造に続く、100~400Vの範囲の電圧の印加時に電気泳動析出性であるコーティング組成物中に入れられる、水中の溶液であるこの種類のビスマス塩は、さらに、欧州特許出願第1000985A1号で公知である。米国特許第5908912号も同様に類似のシステムを記載しており、この場合、可溶性Bi含有化合物が、アミノ酸およびアミノ酸前駆体化合物を使用して産生される。
1段階コーティング工程において、適した基材上に析出されうるカソード析出性ビスマス含有コーティング組成物は、例えば国際公開第2009/021719A2号、国際公開第2004/018580A1号、国際公開第2004/018570A2号、欧州特許出願公開第0642558B2号、およびさらに国際公開第95/07319A1号で公知であり、水不溶性の亜硝酸ビスマスの、電気泳動析出性コーティング組成物への添加は、国際公開第2009/021719A2号で公知である。この場合で使用される亜硝酸ビスマスは、架橋触媒として機能する。国際公開第2004/018580A1号で公知なのは、コーティング組成物中での水不溶性次サリチル酸ビスマスの使用である。コーティング組成物中での殺菌剤としての次サリチル酸ビスマスまたはエチルヘキサン酸ビスマスの使用は、国際公開第2004/018570A2号に記載されている。さらに、水溶性ビスマス化合物は、欧州特許出願公開第0642558B2号およびさらに国際公開第95/07319A1号で公知である。
国際公開第2015/070930A1号は、電着材料およびさらに方法、より具体的には導電性基材を電着材料でコーティングするための2段階方法を記載している。この場合の電着材料は、Biを、溶解している形態および溶解していない形態の両方で含む。一般に金属基材で実施され、腐食防止のために義務的であると考えられている化成被膜(通常、リン酸塩処理)の省略にもかかわらず、生成電着システムは、既に非常に良好な腐食阻止効果を示している。
それにもかかわらず、特に前処理として典型的に組み込まれたリン酸塩処理工程を省略することに関して傑出した(特に異なる金属の基材上で)腐食防止効果を呈する、導電性基材を電着材料でコーティングするための電気泳動析出性コーティング組成物への要請が継続している。そのため、その意図は、リン酸塩処理の省略により経済的にかつ環境的に有利なコーティング方法の利点が、国際公開第2015/070930A1号に記載されているシステムにおけるさらなる改善を表す腐食防止と組み合わされるべきであるということである。
国際公開第2010/112605A1号は、低温にて硬化され、かつリチウム塩を含む、コーティング組成物を記載している。リチウム塩の割合は、組成物の全量に対して数質量%の桁で存在する。電気泳動析出性組成物は記載されていない。
欧州特許出願公開第2405035A1号 JP2011-057944A 欧州特許出願第1000985A1号 米国特許第5908912号 国際公開第2009/021719A2号 国際公開第2004/018580A1号 国際公開第2004/018570A2号 欧州特許出願公開第0642558B2号 国際公開第95/07319A1号 国際公開第2015/070930A1号 国際公開第2010/112605A1号
したがって、本発明の目的は、先行技術から公知であるコーティング組成物を超えた利点を呈する導電性基材のコーティングのための、カソード析出性コーティング組成物を提供することである。本発明のより具体的な目的は、利用されている従来技術のコーティング組成物よりも経済的および/または環境的なコーティング方法を可能にするコーティング組成物を提供することである。さらに、具体的には本発明の目的は、従来技術のコーティング方法よりも経済的および/または環境的なコーティングを可能にする方法、すなわち、例えば、通常、析出コーティングの前に金属リン酸塩によって実施されるリン酸塩処理なしで行うことを可能にし、それにもかかわらず、かかる方法が、異なる基材上を含んでさらに改善された腐食防止効果を可能にする方法を提供することである。ここでさらに、組成物のカソード析出が実行しやすく、かつさらに硬化がカソード電着システムに典型的な方法において行われうることが留意されなければならない。
本目的は、特許請求の範囲記載の主題によって、およびまた以下の詳細な説明に記載の主題の好ましい実施形態によって実現される。
したがって、本発明の第1の主題は、導電性基材を電着材料で少なくとも部分的にコーティングするための水性コーティング組成物(A)であって、
(A1)少なくとも1つのカソード析出性の樹脂バインダー、
(A2)少なくとも1つの架橋剤、
(A3)コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマス
を含み、
(A4)リチウムを、(A)中に溶解している形態で含み、前記リチウムが、コーティング組成物(A)の全質量に対して300ppmの割合を超えない、
水性コーティング組成物(A)である。
したがって、本発明の水性コーティング組成物(A)は、特に導電性基材の表面上に電着を生成するために役立つ。
例えば、本発明のコーティング組成物を使用する方法および使用としての、本発明のさらなる主題は、本明細書でのこれ以降の開示から、特に「発明を実施するための形態」および「特許請求の範囲」から明らかである。
驚くべきことに、特に、電着材料を導電性基材にコーティングするための方法で使用される場合に、本発明の水性コーティング組成物(A)によって、析出コーティング、より具体的には電着の前に通常実施が必要な工程、すなわち、基材上に金属リン酸塩コーティングを形成するためにリン酸亜鉛などの金属リン酸塩を少なくとも部分的にコーティングするために導電性基材を前処理する工程を省略することが可能になり、それによって、当該コーティング法が従来の方法より全体として経済的になる、より具体的には短時間になるおよび低コストになるのみならず、環境にやさしくなることが可能になることが判明した。それにもかかわらず、例えば鋼系基材およびアルミニウム系基材の両方の、異なる基材上でさえ達成される腐食防止効果は傑出しており、カソード析出のため、およびカソード析出コーティングの条件下での硬化のための両方の可能性が最適である。
本発明のコーティング組成物を使用して導電性基材をコーティングするための方法、具体的には2段階方法が、上記の利点が特に良く証明されることを可能にすることがさらに見出された。
水性コーティング組成物
本発明のコーティング組成物は水性である。コーティング組成物あるいは分散液との関連における「水性」という用語は、原則として公知である。水性は、溶媒(すなわち流体希釈媒質)としてかなりの割合の水を含む流体システムを指す。しかし、当然ながら、水性システムでさえ、少なくとも少量において、例えば樹脂、顔料または添加剤などの特定の構成成分を安定させるための乳化剤機能を有する共溶媒としての有機溶媒を含むことができる。このことから、本発明の水性コーティング組成物(A)が好ましくは水性分散液または溶液、好ましくは水性分散液であるという結果を生じる。「水性」という用語に関連するさらなる詳細およびさらに好ましい実施は、以下に「発明を実施するための形態」で見出される。
本発明の水性コーティング組成物(A)は、少なくとも1つのカソード析出性の樹脂バインダーを含み、これは、より詳細には、以下に記載される(成分(A1))。したがって、コーティング組成物(A)は、電着の原則を介して、導電性基材をコーティングするのに適し、そのため組成物(A)はカソード析出性である。したがって、好ましくは、コーティング組成物(A)は電着材料である。
成分(A1)および成分(A2)
本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)は、少なくとも1つのカソード析出性の樹脂バインダー(成分(A1))および成分(A2)としての少なくとも1つの架橋剤を含む。
原則において公知である定義に合う樹脂は、有機の構成成分、具体的には有機反応生成物、オリゴマーおよび/またはポリマーを含むである。本文脈における樹脂は、多少なりとも広い分布のモル質量を特徴とし、一般にコーティング組成物中のバインダーとして使用することができる。したがって、基材に適用されたこの種類のコーティング組成物が硬化された後、樹脂はコーティング膜のポリマーネットワークの一部である。明確のために、本発明の文脈における「バインダー」という用語は、カソード析出性の樹脂に関して用いられ、例えば添加剤または架橋剤に関しては用いられない(一般に、かかる添加剤および架橋剤が、コーティング膜の顔料および充填剤を除いて不揮発性画分の一部であると考えられ、したがって、標準的な定義によれば、バインダー画分に属するという事実にもかかわらず)。したがって、用語「樹脂バインダー」と「バインダー」とは、本発明の文脈において同意義である。
本発明のコーティング組成物(A)は、好ましくは、少なくとも1つのカソード析出性のバインダー(A1)および少なくとも1つの架橋剤(A2)を含む水性分散液または水溶液、より好ましくは、少なくとも1つの水性分散液を使用して製造される。(A1)および(A2)を含むこの水性分散液または水溶液は、好ましくは、この水性分散液または水溶液のそれぞれの場合の全質量に対して25~60質量%の範囲、より好ましくは、27.5~55質量%の範囲、非常に好ましくは、30~50質量%の範囲、さらにより好ましくは、32.5~45質量%の範囲、具体的には、35~42.5質量%の範囲の非揮発性画分、換言すれば、固形分を有する。
固形分を決定するための方法は、当業者に公知である。固形分は、好ましくは、DIN EN ISO 3251(日付:2008年6月1日)によって、詳細には、この標準によって180℃で30分間にわたって決定される。
当業者は、カソード析出性のバインダー(A1)について知っている。本発明で用いられるバインダー(A1)は、好ましくは、水中に分散性または溶解性のバインダーである。当業者に公知の通常のカソード析出性のバインダーはすべて、本発明の水性コーティング組成物(A)のバインダー成分(A1)として本明細書において適している。バインダーは、基本的にまたは一定の条件下で官能基を含む場合にカソード析出性であり、正電荷を担持し、このようにして、電圧が印加されると、バインダーがカソードに移行することをもたらし、中和後にそこで析出される。例には、アミノ基を有するバインダーが挙げられ、この場合、pHの適する選択を通してプロトン化を実現することが可能であり、したがって、バインダーの正電荷を実現することが可能である。次いで脱プロトン化によって析出が起こり、したがって、水素の形成と共にアミノ基の中和が起こる。
バインダー(A1)は反応性官能基を有する。これらの基によって、架橋剤での架橋反応が可能となる。したがって、存在するバインダー(A1)および存在する架橋剤(A2)のために、コーティング組成物(A)は熱架橋性(すなわち硬化性)である。好ましくは、存在するバインダー(A1)および存在する架橋剤(A2)は、室温を超えた温度、換言すると18~23℃超に加熱する時に架橋性である。存在するバインダー(A1)および架橋剤(A2)は、好ましくは≧80℃、より好ましくは≧100℃、非常に好ましくは≧125℃、特に好ましくは≧150℃のオーブン温度で架橋性である。コーティング組成物(A)は、好ましくは100~250℃、より好ましくは125~250℃、非常に好ましくは150~250℃の温度で硬化性である。
当業者に公知である任意の通常のコーティング材料の架橋化学が、本明細書において想定される。バインダー(A1)は、好ましくは、任意に置換される第1級アミノ基、任意に置換される第2級アミノ基、置換される第3級アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、カルボキシル基、例えば、ビニル基または(メタ)アクリレート基などの少なくとも1つのC=C二重結合を有する基、およびエポキシド基からなる群から選択される反応性官能基を有し、第1級および第2級アミノ基が、例えば、メチル、エチル、n-プロピルまたはイソプロピルなどのC1~6脂肪族基からなる群から選択される1個または2個または3個の置換基によってそれぞれの場合、互いに独立に置換されることが可能であり、こうしたC1~6脂肪族基が、OH、NH、NH(C1~6アルキル)、およびN(C1~6アルキル)からなる群から選択される1個、2個または3個の置換基によってそれぞれの場合、互いに独立に任意に置換されることが可能である。任意に置換される第1級アミノ基、任意に置換される第2級アミノ基、およびヒドロキシル基からなる群から選択される反応性官能基を有する少なくとも1つのバインダー(A1)が特に好ましく、第1級および第2級アミノ基が、例えば、メチル、エチル、n-プロピルまたはイソプロピルなどのC1~6脂肪族基からなる群から選択される1個または2個または3個の置換基によってそれぞれの場合、互いに独立に任意に置換されることが可能であり、こうしたC1~6脂肪族基が、OH、NH、NH(C1~6アルキル)、およびN(C1~6アルキル)からなる群から選択される1個、2個または3個の置換基によってそれぞれの場合、互いに独立に任意に置換されることが可能である。本明細書の反応性官能基、特に、任意に置換される第1級および第2級アミノ基は、少なくとも部分的にプロトン化形態で任意に存在することができる。
特に好ましくは、バインダー(A1)は、少なくとも部分的にプロトン化形態で任意に存在する第3級アミノ基、非常に好ましくは、少なくとも1個のみヒドロキシル基によってそれぞれ置換される少なくとも2つのC1~3アルキル基をそれぞれの場合、互いに独立に有する、より具体的には、2つのヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、または1つのヒドロキシプロピル基と1つのヒドロキシエチル基をそれぞれの場合、互いに独立に有する第3級アミノ基を有し、バインダー(A1)が、好ましくは、少なくとも1つのポリマー性樹脂である。かかるバインダーは、例えば、JP2011-057944Aに記載されている方法によって取得できる。
コーティング組成物(A1)中に存在するバインダー(A1)は、好ましくは、少なくとも1つのアクリレート系ポリマー性樹脂および/または少なくとも1つのエポキシド系ポリマー性樹脂、より具体的には、少なくとも1つのカチオン性エポキシド系およびアミン修飾樹脂である。この種のカチオン性アミン修飾エポキシド系樹脂の製造は、公知であり、例えば、DE3518732、DE3518770、EP0004090、EP0012463、EP0961797B1、およびEP0505445B1に記載されている。カチオン性エポキシド系アミン修飾樹脂とは、好ましくは、少なくとも1つの任意に修飾されたポリエポキシド、すなわち、2つ以上のエポキシド基を有する少なくとも1つの任意に修飾された化合物と少なくとも1つの好ましくは水溶性アミン、好ましくは、少なくとも1つのかかる第1級および/または第2級アミンとの反応生成物であると理解されよう。特に好ましくは、ポリエポキシドは、ポリフェノールのポリグリシジルエーテルであり、ポリフェノールおよびエピハロヒドリンから製造される。使用できるポリフェノールとして、詳細には、ビスフェノールAおよび/またはビスフェノールFが挙げられる。他の適切なポリエポキシドは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、グリセリン、および2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンなどの多価アルコールのポリグリシジルエーテルである。修飾ポリエポキシドは、いくつかの反応性官能基が少なくとも1つの修飾化合物と反応したようなポリエポキシドである。かかる修飾化合物の例は以下の通りである:
a)カルボキシル基を含有する化合物、例えば飽和または不飽和のモノカルボン酸(例えば安息香酸、アマニ油脂肪酸、2-エチルヘキサン酸、バーサティック酸)、多様な鎖長の、脂肪族、脂環式および/または芳香族ジカルボン酸(例えばアジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸もしくは二量体脂肪酸)、ヒドロキシアルキルカルボン酸(例えば乳酸、ジメチロールプロピオン酸)、およびカルボキシル含有ポリエステル、あるいは
b)アミノ基を含有する化合物、例えばジエチルアミンまたはエチルヘキシルアミンまたは第2級アミノ基を有するジアミン、例えばN,N’-ジアルキルアルキレンジアミン、例えばジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジアルキルポリオキシアルキレンアミン、例えばN,N’-ジメチルポリオキシプロピレンジアミン、シアノアルキル化アルキレンジアミン、例えばビス-N,N’-シアノエチル-エチレンジアミン、シアノアルキル化ポリオキシアルキレンアミン、例えばビス-N,N’-シアノエチルポリオキシプロピレンジアミン、ポリアミノアミド、例えばベルサミド、例えば、特にジアミンのアミノ末端化反応生成物(例えばヘキサメチレンジアミン)、ポリカルボン酸、特に二量体脂肪酸、およびモノカルボン酸、特に脂肪酸、または1モルのジアミノヘキサンの、2モルのモノグリシジルエーテルとの反応生成物、またはモノグリシジルエステル、特にα-分岐状脂肪酸のグリシジルエステル、例えばバーサティック酸、あるいは
c)ヒドロキシル基を含有する化合物、例えばネオペンチルグリコール、ビスエトキシル化ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバル酸ネオペンチルグリコール、ジメチルヒダントイン-N-N’-ジエタノール、ヘキサン-1,6-ジオール、ヘキサン-2,5-ジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、1,1-イソプロピリデンビス(p-フェノキシ)-2-プロパノール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、またはアミノアルコール、例えばトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはヒドロキシル含有アルキルケチミン、例えばアミノメチルプロパン-1,3-ジオールメチルイソブチルケチミンまたはトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンシクロヘキサノンケチミン、およびさらに多様な官能価および分子量の、ポリグリコールエーテル、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクタムポリオール、あるいは
d)ナトリウムメトキシドの存在下、エポキシ樹脂のヒドロキシル基でエステル交換されている飽和または不飽和の脂肪酸メチルエステル。
使用できるアミンの例は、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルブチルアミンなどのモノーおよびジアルキルアミン、例えば、メチルエタノールアミンもしくはジエタノールアミンなどのアルカノールアミン、および例えばジメチルアミノエチルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、もしくはジメチルアミノプロピルアミンなどのジアルキルアミノアルキルアミンである。使用できるアミンはまた、他の官能基も含むことができるが、ただしこうした基がアミンと任意に修飾されたポリエポキシドのエポキシド基との反応を妨害せず、また反応混合物のゲル化をもたらさないという条件下においてである。第2級アミンが、好ましくは、使用される。水との稀釈性および電気的析出のために必要である電荷は、水溶性酸(例えば、ホウ酸、ギ酸、酢酸、乳酸、好ましくは酢酸)によるプロトン化によって生成することができる。カチオン基を任意に修飾されるポリエポキシド内に導入するためのさらなる可能性は、ポリエポキシド中のエポキシド基とアミン塩との反応に存在する。
少なくとも1つのカソード析出性のバインダー(A1)の他に、コーティング組成物(A)は、バインダー(A1)の反応性官能基との架橋反応を可能にする少なくとも1つの架橋剤(A2)を含む。
例えば、フェノール性樹脂、多官能性マンニッヒ塩基、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、エポキシド、遊離ポリイソシアナートおよび/またはブロック化ポリイソシアナート、特にブロック化ポリイソシアナートなどの当業者に公知の通常の架橋剤(A2)はすべて使用することができる。
特に好ましい架橋剤(A2)は、ブロック化ポリイソシアナートである。利用できるブロック化ポリイソシアナートは、例えば、ジイソシアナートなど任意のポリイソシアナートであり、その場合、イソシアナート基は、化合物と反応しており、そのために、形成されたブロック化ポリイソシアナートは、室温、すなわち、18~23℃の温度で詳細には、第1級および/または第2級アミノ基などのヒドロキシルおよびアミノ基に関して安定であるが、例えば、≧80℃、より好ましくは、≧100℃、非常に好ましくは、≧125℃、特に好ましくは、≧150℃で、または80℃~300℃で、または100~250℃で、より好ましくは、125~250℃で、非常に好ましくは、150~250℃のような高温で反応する。
ブロック化ポリイソシアナートの製造では、架橋に適している任意の所望の有機ポリイソシアナートを使用することが可能である。使用されるイソシアナートは、好ましくは、(ヘテロ)脂肪族、(ヘテロ)脂環式、(ヘテロ)芳香族、または(ヘテロ)脂肪族-(ヘテロ)芳香族イソシアナートである。2~36個、より具体的には、6~15個の炭素原子を含むジイソシアナートが好ましい。好ましい例は、1,2-エチレンジイソシアナート、1,4-テトラメチレンジイソシアナート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、2,2,4(2,4,4)-トリメチル-1,6-ヘキサメチレンジイソシアナート(TMDI)、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、1,9-ジイソシアナト-5-メチルノナン、1,8-ジイソシアナト-2,4-ジメチルオクタン、1,12-ドデカンジイソシアナート、ω,ω’-ジイソシアナトジプロピルエーテル、シクロブテン1,3-ジイソシアナート、シクロヘキサン1,3-および1,4-ジイソシアナート、3-イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアナート(イソホロンジイソシアナート、IPDI)、1,4-ジイソシアナトメチル-2,3,5,6-テトラメチルシクロヘキサン、デカヒドロ-8-メチル-1,4-メタノナフタレン-2(または3),5-イレンジメチレンジイソシアナート、ヘキサヒドロ-4,7-メタノ-インダン-1(または2),5(または6)-イレンジメチレンジイソシアナート、ヘキサヒドロ-4,7-メタノインダン-1(または2),5(または6)-イレンジイソシアナート、2,4-および/または2,6-ヘキサヒドロトリレンジイソシアナート(H6-TDI)、2,4-および/または2,6-トリレンジイソシアナート(TDI)、ペルヒドロ-2,4’-ジフェニルメタンジイソシアナート、ペルヒドロ-4,4’-ジフェニルメタンジイソシアナート(H12MDI)、4,4’-ジイソシアナト-3,3’,5,5’-テトラメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’-ジイソシアナト-2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタメチルジシクロヘキシルメタン、ω,ω’-ジイソシアナト-1,4-ジエチルベンゼン、1,4-ジイソシアナトメチル-2,3,5,6-テトラメチルベンゼン、2-メチル-1,5-ジイソシアナトペンタン(MPDI)、2-エチル-1,4-ジイソシアナトブタン、1,10-ジイソシアナトデカン、1,5-ジイソシアナトヘキサン、1,3-ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、1,4-ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、2,5(2,6)-ビス(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(NBDI)、ならびにさらにこれらの化合物の任意の混合物である。より高いイソシアナート官能価を有するポリイソシアナートもまた使用することができる。その例は、三量体化ヘキサメチレンジイソシアナートおよび三量体化イソホロンジイソシアナートである。さらに、ポリイソシアナートの混合物もまた、利用することができる。本発明のために架橋剤(A2)として企図された有機ポリイソシアナートはまた、例えば、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールを含めたポリオールから誘導されるプレポリマーであってよい。2,4-トルエンジイソシアナートおよび/または2,6-トルエンジイソシアナート(TDI)、および/または2,4-トルエンジイソシアナートおよび2,6-トルエンジイソシアナート、および/またはジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)の異性体混合物が特に好ましい。
好ましくは、ポリイソシアナートのブロック化のために、任意の所望の適切な脂肪族、脂環式または芳香族アルキルモノアルコールを使用することができる。その例は、メチル、エチル、クロロエチル、プロピル、ブチル、アミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、3,3,5-トリメチルヘキシル、デシル、およびラウリルアルコールなどの脂肪族アルコール;シクロペンタノールおよびシクロヘキサノールなどの脂環式アルコール;フェニルカルビノールおよびメチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルコールである。他の適切なブロック化剤は、エタノールアミンなどのヒドロキシルアミン、メチルエチルケトンオキシム、アセトンオキシム、およびシクロヘキサノンオキシムなどのオキシム、ならびにジブチルアミンおよびジイソプロピルアミンなどのアミンである。
本発明に従って使用されるコーティング組成物(A)における少なくとも1つのバインダー(A1)と少なくとも1つの架橋剤(A2)の相対的な質量比は、それぞれの場合においてコーティング組成物(A)中の少なくとも1つのバインダー(A1)の固形分および少なくとも1つの架橋剤(A2)の固形分に基づいて、好ましくは、4:1~1.1:1の範囲、より好ましくは、3:1~1.1:1の範囲、非常に好ましくは、2.5:1~1.1:1の範囲、より具体的には、2.1:1~1.1:1の範囲である。
別の好ましい実施形態では、本発明に従って使用されるコーティング組成物(A)における少なくとも1つのバインダー(A1)と少なくとも1つの架橋剤(A2)の相対的な質量比は、それぞれの場合においてコーティング組成物(A)中の少なくとも1つのバインダー(A1)の固形分および少なくとも1つの架橋剤(A2)の固形分に基づいて、4:1~1.5:1の範囲、より好ましくは、3:1~1.5:1の範囲、非常に好ましくは、2.5:1~1.5:1の範囲、より具体的には、2.1:1~1.5:1の範囲である。
既に上に示したように、本発明のコーティング組成物は水性である。コーティング組成物(A)に関連して「水性」という用語は、好ましくは、液体稀釈剤の主成分として、すなわち、液体溶媒および/または分散媒体として水を含む液体コーティング組成物(A)を指す。しかし、勿論、コーティング組成物(A)は、少ない割合で少なくとも1つの有機溶媒を含むことができる。かかる有機溶媒の例として、ヘテロ環式、脂肪族または芳香族炭化水素、モノーもしくは多価アルコール、特にメタノールおよび/またはエタノール、エーテル、エステル、ケトン、および例えば、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン、ジメチルホルムアミドなどのアミド、トルエン、キシレン、ブタノール、エチルグリコールおよびブチルグリコールならびにまたそのアセタート、ブチルジグリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、イソホロン、またはその混合物が挙げられる。こうした有機溶媒の割合は、好ましくは、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中に存在する液体稀釈剤、すなわち、液体溶媒および/または分散媒体の全割合に対して20.0質量%以下、より好ましくは、15.0質量%以下、非常に好ましくは、10.0質量%以下、より具体的に、5.0質量%以下または4.0質量%以下または3.0質量%以下、さらにより好ましくは、2.5質量%以下または2.0質量%以下または1.5質量%以下、最も好ましくは、1.0質量%以下または0.5質量%以下である。
水性コーティング組成物(A)は、好ましくは、それぞれの場合に水性コーティング組成物(A)の全質量に対して5~45質量%の範囲、より好ましくは、7.5~35質量%の範囲、非常に好ましくは、10~30質量%の範囲、さらにより好ましくは、12.5~25質量%の範囲または15~30質量%の範囲または15~25質量%の範囲、より具体的には、17~22質量%の範囲の固形分を有する。固形分を決定するための方法は、当業者に公知である。固形分は、好ましくは、DIN EN IS O3251(日付:2008年6月1日)に従って決定される。
本発明のコーティング組成物(A)は、好ましくは、4.0~6.5の範囲のpHを有する。本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)は、より好ましくは、4.2~6.5の範囲、より具体的には、4.4~6.5の範囲または4.6~6.5の範囲、特に好ましくは、4.8~6.4の範囲、最も好ましくは、5.0~6.2または5.2~6.0または5.5~6.0の範囲のpHを有する。水性組成物中のpH水準を調整するための方法は、当業者に公知である。所望のpHは、好ましくは、少なくとも1つの酸、より好ましくは、少なくとも1つの無機および/または少なくとも1つの有機酸の添加によって設定される。適切な無機酸の例は、塩酸、硫酸、リン酸および/または硝酸である。適切な有機酸の例は、プロピオン酸、乳酸、酢酸および/またはギ酸である。あるいはまたはさらにはおよびまた好ましくは、以下に述べる成分が目的のために適切である、すなわち、例えば、カルボキシル基および/またはフェノール性OH基などの少なくとも1つの脱プロトン性官能基を例えば有するのであれば、pH水準を調整するためにコーティング組成物(A)中に存在する少なくとも1つの成分(A3aa)を使用することも可能である。
成分(A3)
コーティング組成物(A)は、コーティング組成物(A)の全質量に対して(A3)の全量で少なくとも100ppmのビスマスを含む。
コーティング組成物(A)および成分(A3)中のビスマスの全量と特に関連した「ビスマス」という用語の下、本発明は、好ましくは、多様な原子価のカソードビスマス原子を理解する。ビスマスは、本明細書では、三価の形態(Bi(III))にあってよいが、代替的にまたは付加的にさらに、他の酸化状態にあってよい。ビスマスの量は、それぞれの場合にビスマス金属として計算される。
コーティング組成物(A)中のビスマス全量は、好ましくは、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、少なくとも130ppmまたは少なくとも150ppmまたは少なくとも200ppm、より好ましくは、少なくとも300ppm、非常に好ましくは、少なくとも500または少なくとも750ppm、より具体的には、少なくとも1000ppmまたは少なくとも1500ppmまたは少なくとも2000ppmである。本明細書のコーティング組成物(A)中のビスマス全量は、好ましくは、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、それぞれの場合、多くとも20000ppm、より好ましくは、多くとも15000ppm、非常に好ましくは、多くとも10000ppmまたは多くとも7500ppm、より具体的には、多くとも5000ppmまたは多くとも4000ppmである。コーティング組成物(A)中のビスマス全量は、水性コーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは、130ppm~20000ppmの範囲、より好ましくは、150ppm~15000ppmの範囲、非常に好ましくは、200ppm~10000ppmの範囲、特に好ましくは、500ppm~10000ppmの範囲または500ppm~20000ppmの範囲または1000ppm~10000ppmの範囲または1000ppm~5000ppmの範囲または500ppm~3000ppmの範囲である。金属として計算されるビスマスの量は、本願実施例(ICP-OES)に記載の方法によって決定することができる。これは、当然ながら、使用されるビスマス含有構成成分の量が直接公知である場合、および算術的決定が可能である場合、必要でない。
本発明の1つの特定の実施形態では、コーティング組成物(A)は、
(A3a)コーティング組成物(A)の溶液中に存在する形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも30ppmのビスマス、および
(A3b)コーティング組成物(A)中の溶液中に存在しない形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマス
を含む、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも130ppmのビスマスを含む。
本発明のコーティング組成物(A)の成分(A3a)と関連して「溶液中に存在する形態」という用語は、好ましくは、20℃のコーティング組成物(A)の温度での成分(A3a)が、コーティング組成物(A)中に溶解している形態で存在していると理解される。したがって、それがコーティング組成物(A)中に導入される前に、成分(A3a)は、好ましくは少なくとも限定された水溶性の化合物、より具体的には少なくとも限定された水溶性のビスマス塩の一部である。これは、本発明のコーティング組成物が水性であるという事実から当業者には自明である。少なくとも限定された水溶性のビスマス塩をコーティング組成物(A)中に導入することによって、次いでビスマス塩の少なくとも一部は溶解され、そのようにして組成物は次いで成分(A3a)を含む。
成分(A3a)は、好ましくはビスマスの錯化に適する少なくとも二座の錯化剤(A3aa)の付加的な使用を伴って導入される。かかる錯化剤は、一般に、使用される特定のビスマス化合物の水溶性によって指示されたものよりも高い、溶解しているビスマスの割合へと導くことになる。したがって、成分(A3a)および(A3aa)は、好ましくは、コーティング組成物(A)中で錯体の形態にある。したがって、成分(A3a)としてコーティング組成物(A)中に溶解している形態で存在する少なくとも30ppmのビスマスは、コーティング組成物(A)の溶液中のビスマス化合物の形態、より具体的には成分(A3a)および(A3aa)で作り上げている少なくとも1つの錯体の形態にある成分(A3aa)と、好ましくは一緒に存在する。代替的におよび/または付加的に、例えば、成分(A3a)はまた、水和ビスマスの形態にあってよい。三価ビスマスは好ましくは、少なくとも部分的に成分(A3a)として存在する。
成分(A3a)は、ビスマスの、酸化物、塩基性酸化物、水酸化物、カーボネート、ニトラート、塩基性ニトラート、サリチラート、塩基性サリチラート、およびさらにそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのビスマス化合物から好ましくは得ることができる。この場合、少なくとも1つのかかるビスマス化合物は、少なくとも1つの錯化剤(A3aa)の存在下、好ましくは水中で部分的に反応して成分(A3a)を得る。
コーティング組成物(A)は、成分(A3a)として、コーティング組成物(A)の溶液中に存在する形態で、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは少なくとも50ppm、より好ましくは少なくとも75ppm、非常に好ましくは少なくとも100ppmまたは少なくとも200ppm、より具体的には少なくとも250ppmのビスマスを含む。本明細書で検討されている実施形態中のコーティング組成物(A)が、コーティング組成物(A)の溶液中に存在しない形態でコーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマス(A3b)を含むため、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、コーティング組成物(A)が結果としてそれぞれ少なくとも150ppmまたは175ppmまたは200ppmまたは300ppmまたは350ppmのビスマスの全量を含むことが当業者には明らかである。成分(A3a)として溶液中に存在するビスマスの量は、それぞれの場合にビスマス金属として計算される。ビスマス(A3a)の割合または量は、今度は、ICP-OES法(実施例の項を参照されたい)を介して得られる。
本明細書で検討中の実施形態におけるコーティング組成物(A)中の成分(A3b)として溶解していない形態で存在する少なくとも100ppmのビスマスは、好ましくはコーティング組成物(A)中に溶解していないビスマス化合物の形態をとり、より具体的には少なくとも1つの溶解していないビスマス塩、水酸化物および/または酸化物の形態をとる。
コーティング組成物(A)中に含有されているビスマス全量内の、換言すれば、コーティング組成物(A)中に存在するビスマス全量内の成分(A3b)のモル割合は、好ましくは、少なくとも10モル%、より好ましくは、少なくとも20モル%または少なくとも30モル%、非常に好ましくは、少なくとも40モル%または少なくとも50モル%または少なくとも60モル%または少なくとも70モル%である。本明細書におけるコーティング組成物(A)中に含有されているビスマスの全量内の成分(A3b)の割合は、それぞれの場合好ましくは、多くとも98モル%、より好ましくは多くとも97モル%または多くとも96モル%、非常に好ましくは多くとも95モル%である。
コーティング組成物(A)中に存在するビスマス全量内の成分(A3b)のモル%における割合は、好ましくは、成分(A3a)のモル%の割合超である。
本発明のコーティング組成物(A)の成分(A3b)と関連して「溶解せずに存在する形態で」という用語は、20℃のコーティング組成物(A)の温度で、成分(A3b)が、コーティング組成物(A)中に溶解していない形態で存在しているように好ましくは理解される。したがって、それがコーティング組成物(A)中に導入される前に、成分(A3b)は、好ましくは少なくとも限定されていない水溶性のものではない化合物、より具体的には少なくとも限定されていない水溶性のものではないビスマス塩の一部である。








成分(A3b)は、好ましくは、ビスマスの、酸化物、塩基性酸化物、水酸化物、カーボネート、塩基性ニトラート(次硝酸塩)、サリチラートおよび塩基性サリチラート(次サリチル酸塩)、およびさらにそれらの混合物から、より好ましくは次硝酸ビスマスの形態にあるものからなる群から選択されるビスマス化合物の形態をとる。
コーティング組成物(A)は、成分(A3a)として、コーティング組成物(A)中に溶解して存在しない形態での、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは少なくとも150ppm、より好ましくは少なくとも200ppm、非常に好ましくは少なくとも250ppmまたは少なくとも300ppm、より具体的には少なくとも500ppmのビスマスを含む。本実施形態中のコーティング組成物(A)が、コーティング組成物(A)の溶液中に溶解して存在する形態でコーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも30ppmのビスマス(A3a)を含むため、コーティング組成物(A)が、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、結果としてそれぞれ少なくとも180ppmまたは少なくとも230ppmまたは少なくとも280ppmまたは少なくとも330ppmまたは少なくとも530ppmのビスマスの全量を含むことが当業者には明らかである。成分(A3b)として溶液中に溶解して存在しないビスマスの量は、それぞれの場合ビスマス金属として計算される。コーティング組成物(A)中のビスマス(A3b)の割合は、今度は、ICP-OES法(実施例の項を参照されたい)を用いて計算される。
成分(A3a)および(A3b)が、任意に成分(A3aa)の使用を伴って、1つの同じビスマス化合物から導入されてもよいことが上記の結果として生じる。成分(A3aa)およびビスマス化合物の割合を適合させることによって、および/または規定され限定された水溶性を有するビスマス化合物の特定量を適切に選ぶことによって、(A3a)および(A3b)の標的量を得ることが可能である。また、この文脈における利点は、ビスマス化合物および任意に成分(A3aa)がまた、コーティング組成物に直接的にかつ別々の混合の工程なしに添加できることであり、このようにして成分(A3a)および(A3b)は組成物中に非常に効率的に導入することができる。したがって、この手順、すなわち、特に完全には水溶性でないビスマス化合物、または水中にわずかのみ可溶性であるビスマス化合物、およびさらに成分(A3aa)のものを意味するかかるビスマス化合物の、コーティング組成物への直接添加が好ましい。
好ましくはコーティング組成物(A)は、
(A3a)コーティング組成物(A)中溶解して存在する形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマス、および
(A3b)コーティング組成物(A)中溶解して存在しない形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも200ppmのビスマス
を含む、コーティング組成物(A)の全質量に対して全量で少なくとも300ppmのビスマスを含む。
より好ましくはコーティング組成物(A)は、
(A3a)コーティング組成物(A)中溶解して存在する形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも150ppmのビスマス、および
(A3b)コーティング組成物(A)中溶解して存在しない形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも250ppmのビスマス
を含む、コーティング組成物(A)の全質量に対して全量で少なくとも400ppmのビスマスを含む。
非常に好ましくはコーティング組成物(A)は、
または
(A3a)コーティング組成物(A)中溶解して存在する形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも200ppmのビスマス、および
(A3b)コーティング組成物(A)中溶解して存在しない形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも300ppmのビスマス
を含む、コーティング組成物(A)の全質量に対して全量で少なくとも500ppmのビスマスを含む。
成分(A3aa)
本発明の水性コーティング組成物(A)は、好ましくは成分(A3aa)としてビスマスを錯化するのに適した少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤を含み、少なくとも1つの錯化剤(A3aa)が、コーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量に対して好ましくは少なくとも5モル%の割合で水性コーティング組成物(A)中に存在する。既に上に記載したように、本来溶解していないビスマス化合物(成分(A3b)を含む)は、コーティング組成物(A)中の成分(A3aa)の存在を通じて、成分(A3a)へと部分的に転換される。
成分(A3aa)として特に適した錯化剤は、水中で溶液中に存在しないビスマス化合物を、好ましくは10~90℃の範囲内、または20~80℃の範囲内、より好ましくは30~75℃の範囲内の温度で、水溶性の形態(A3a)に転換することができるものである。
ある成分または化学的化合物が少なくとも二座の錯化剤(A3aa)として本発明に従って使用に適するかどうかは、以下の決定方法を通して当業者によって実証することができる:錯化剤を含まないコーティング組成物中に含有されている成分(A3a)および(A3b)またはそれらの割合の総量が確認される。この組成物に添加されるのは、組成物中のこの化合物の、成分(A3a)に対するモル比が正確に1であるような量で、調査中で錯化に適する化学的化合物である。得られる混合物を18~23℃にて24時間にわたって撹拌し、次いで、組成物中に存在する成分(A3a)の量が確認される。成分(A3a)の量が、成分または化合物の添加前に決定された(A3a)の量に対して、少なくとも50%、好ましくは少なくとも100%増加した場合、この成分または化合物は錯化剤(A3aa)として適する。
水性コーティング組成物(A)では、少なくとも1つの錯化剤(A3aa)は、好ましくは、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中のビスマスの全量に対して、少なくとも7.5モル%または少なくとも10モル%の割合、より好ましくは、少なくとも15モル%または少なくとも20モル%の割合、非常に好ましくは、少なくとも30モル%または少なくとも40モル%の割合、より具体的には、少なくとも50モル%の割合で存在する。本発明で利用される錯化剤(A3aa)のそれぞれの量は、本明細書では、例えば、(A3aa)の錯化度(denticity)、および/または成分(A3aa)の錯化強度、および/または成分(A3a)および/または(A3b)の所望の割合量に依存する。少なくとも1つの錯化剤(A3aa)は水性コーティング組成物(A)中に存在するが、コーティング組成物(A)中溶解して存在しない形態での、コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマスがあることを確認するような割合でのみ存在する。
錯化剤(A3aa)は、好ましくは、バインダー成分(A1)ではなく、詳細には、またバインダー(A1)を製造するために使用されない。
錯化剤(A3aa)は、少なくとも二座である。当業者は、「錯化度」という用語について公知である。この用語は、錯化剤(A3aa)1分子によって、錯化すべきビスマス原子および/またはビスマスイオンなど、錯化すべき原子と形成できる可能な結合数を指す。好ましくは、(A3aa)は、二座、三座または四座、より具体的には二座である。
錯化剤(A3aa)は、例えば、有機モノカルボン酸またはポリカルボン酸のアニオンなど、アニオンの形態でありうる。
錯化剤(A3aa)は、好ましくは少なくとも2個のドナー原子、換言すると原子価殻中の少なくとも1つの非共有電子対を有する少なくとも2個の原子を有する。好ましいドナー原子は、N、S、およびO原子、ならびにその混合物からなる群から選択される。特に好ましい錯化剤(A3aa)は、少なくとも1つの酸素ドナー原子と少なくとも1つの窒素ドナー原子とを有する、または少なくとも2つの酸素ドナー原子を有するものである。特に好ましい錯化剤(A3aa)は、少なくとも2つの酸素ドナー原子を有するものである。
錯化剤(A3aa)中にOおよび/またはSドナー原子が存在するところでは、これらの少なくとも2個のドナー原子のそれぞれが、それ自体はドナー原子ではない炭素原子などの異なる担体原子に結合することが好ましい。錯化剤(A3aa)中に少なくとも2個のNドナー原子がある場合、例えばグアニジンまたは尿素の場合のように、これらの少なくとも2個のNドナー原子のそれぞれは、それ自体はドナー原子ではない同じ担体原子に結合してよい。
錯化剤(A3aa)中にOおよび/またはSドナー原子、例えば少なくとも2個のドナー原子が存在するところでは、かつこれらの少なくとも2つのドナー原子のそれぞれが、それ自体がドナー原子ではない炭素原子などの異なる担体原子に結合しているところでは、これらの少なくとも2個の担ドナー原子は、直接互いに結合されてよく、換言すると、例えばシュウ酸、乳酸、ビシン(N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)、EDTAまたはα-アミノ酸の場合のように近接していてもよい。2つのドナー原子、互いに結合した2つの担体原子、および錯化すべき原子および/またはイオンは、5員環を形成することができる。別法では、2個の担体原子はまた、例えばアセチルアセトナートの場合、または1-ヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸についての、担体原子としてのリン原子に関してのように、単一のさらなる原子を介して互いに架橋されてよい。その場合、2つのドナー原子、2つの担体原子、こうした担体原子を架橋する原子、および錯化すべき原子および/またはイオンは、6員環を形成することができる。さらに、少なくとも2個の担体原子は、例えばマレイン酸の場合のように、2個のさらなる原子によって互いに結合されてよい。担体原子を互いに結合する2つの原子の間に二重結合が存在する場合、次いで、2つの担体原子は、錯化すべき原子および/またはイオンとの7員環の形成を可能にするために互いにcis位置になければならない。2個の担体原子が芳香族系の一部であるところでは、またはこれらの担体原子が最大2個のさらなる担体原子によって互いに結合されているところでは、例えば没食子酸の、チロンの、サリチル酸またはフタル酸の場合のように、好ましいのは、芳香族系中の1,2位および1,3位の位である。さらに、ドナー原子はまた、それ自体、例えば、8-ヒドロキシキノリンの場合のように脂肪族または芳香族環系の一部であってもよい。
特に好ましい錯化剤(A3aa)は、少なくとも2つの酸素ドナー原子を有するものである。この場合、少なくとも1つの酸素ドナー原子は、例えば、アセチルアセトナートの場合のように負電荷を有してもよく、または例えば、カルボン酸基、ホスホン酸基、またはスルホン酸基などの酸基の一部であってもよい。任意に、酸基の酸素原子が、カルボキシラート基、ホスホナート基、またはスルホナート基の脱プロトン化および形成の場合など、負電荷を帯びることも同様にまたはあるいは可能である。「少なくとも2個の酸素ドナー原子を有する錯化剤(A3aa)」という表現は、当然ながら、例えば窒素などの他のドナー原子の存在もまた排除するものではない。
少なくとも1つのドナー原子がN原子である場合、次いで、さらなるドナー原子は、好ましくは、負電荷を帯びるO原子であるか、または酸基(カルボン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基など)の一部である。
(A3aa)がドナー原子としてのN原子のみを有する場合、この成分はまた、例えば、1,2-または1,3-ジオキシムアニオンの場合のように、アニオンであってもよい。この場合の好ましい担体原子は、C原子である。ドナー原子としてのN原子は、好ましくは、第1級、第2級、または第3級アミノ基の形態であるか、またはオキシム基の形態である。
(A3aa)がドナー原子としてS原子および/またはO原子のみを有する場合、次いで、この場合の好ましい担体原子は、C原子、S原子、およびP原子、特に、C原子である。ドナー原子としてのO原子は、好ましくは、少なくともごくわずかにアニオン形態で(例えば、アセチルアセトナート)、またはカルボキシラート基、ホスホナート基、またはスルホナート基の形態で存在する。ドナー原子としてのS原子は、好ましくは、例えば、システインでなどのチオールの形態である。
好ましくは、錯化剤(A3aa)は、無窒素の、好ましくは少なくとも単独にヒドロキシルで置換される有機モノカルボン酸、無窒素の、任意に少なくとも単独にヒドロキシルで置換される有機ポリカルボン酸、任意に少なくとも単独にヒドロキシルで置換されるアミノポリカルボン酸、任意に少なくとも単独にヒドロキシルで置換されるアミノモノカルボン酸、およびスルホン酸、およびさらにそれぞれの場合それらのアニオンからなる群から、さらに、好ましくは任意に少なくとも単独にヒドロキシルで置換されるモノアミン、および任意に少なくとも単独にヒドロキシルで置換されるポリアミンからなる群から、少なくとも2個のOドナー原子を含んでこの明細書内に規定されている化合物内に当てはまらない化学的化合物、例えば8-ヒドロキシキノリンおよびアセチルアセトンからなる群から選択される。
錯化剤(A3aa)として好適なものは、例えば、好ましくは窒素原子(単数又は複数)および/またはそのアニオンを有していない少なくとも1つの有機モノカルボン酸またはポリカルボン酸である。
本発明の意味において「ポリカルボン酸」という用語は、好ましくは、例えば、2、3、4、5、または6つのカルボキシル基など2つ以上のカルボキシル基を有するカルボン酸を指す。より好ましくは、ポリカルボン酸は、2つまたは3つのカルボキシル基を有する。2つのカルボキシル基を有するポリカルボン酸は、ジカルボン酸であり、3つのカルボキシル基を有するポリカルボン酸は、トリカルボン酸である。本発明で利用されるポリカルボン酸は、芳香族、半芳香族、脂環式、半脂環式または脂肪族であってよく、好ましくは脂肪族でありうる。本発明で利用されるポリカルボン酸は、好ましくは2~64個の炭素原子、より好ましくは2~36個、より具体的には3~18個または3~8個の炭素原子を有する。ポリカルボン酸の例は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、酒石酸、クエン酸、粘液酸、およびリンゴ酸である。
本発明の意味において「モノカルボン酸」という用語は、好ましくは、厳密に1つの-C(=O)-OH基を有する好ましい脂肪族モノカルボン酸を指す。本発明に従って使用されるモノカルボン酸は、好ましくは、1~64個の炭素原子、より好ましくは、1~36個、より具体的には2~18個または3~8個の炭素原子を有する。本明細書でのモノカルボン酸は、好ましくは、少なくとも1つのヒドロキシル基を有する。
使用される錯化剤(A3aa)が窒素(単数又は複数)および/またはそのアニオンを有さない少なくとも1つの有機モノカルボン酸またはリカルボン酸である場合、少なくとも1つの有機モノカルボン酸またはポリカルボン酸および/またはそのアニオンは、好ましくは、1~8個の炭素原子を有する有機基に結合している少なくとも1つのカルボキシル基またはカルボキシラート基を有し、有機基は、ヒドロキシル基、エステル基およびエーテル基からなる群から選択される少なくとも1つの、好ましくは少なくとも1つのまたは少なくとも2つの置換基(単数又は複数)によって任意に置換されることが可能である。
有機モノカルボン酸またはポリカルボン酸は、好ましくは、少なくとも1つのカルボキシルおよび/またはカルボキシラート基に対するα-、β-、またはγ-位に1つまたは2つのアルコール性ヒドロキシル基(複数可)またはエステル基(複数可)またはエーテル基(複数可)を有するモノカルボン酸およびポリカルボン酸および/またはそのアニオンからなる群から選択される。かかる酸の例は以下の通り:グリコール酸(ヒドロキシ酢酸)、乳酸、γ-ヒドロキシプロピオン酸、α-メチロールプロピオン酸、α,α’-ジメチロールプロピオン酸、酒石酸、ヒドロキシフェニル酢酸、リンゴ酸、クエン酸、ならびに例えば、グルコン酸および粘液酸などの糖酸である。環式または芳香族カルボン酸は、カルボキシル基に対するヒドロキシル、エステル、またはエーテル基の配置が錯体の形成を可能にする場合に、同様に適している。それらの例は、サリチル酸、没食子酸、ヒドロキシ安息香酸、および2,4-ジヒドロキシ安息香酸である。エーテル基またはエステル基を有する適切なカルボン酸の例は、メトキシ酢酸、メチルメトキシアセタート、イソプロピルメトキシアセタート、ジメトキシ酢酸、エトキシ酢酸、プロポキシ酢酸、ブトキシ酢酸、2-エトキシ-2-メチルプロパン酸、3-エトキシプロパン酸、ブトキシプロパン酸およびそのエステル、ブトキシ酪酸、ならびにα-またはβ-メトキシプロピオン酸である。乳酸などの任意に活性なカルボン酸は、L-型で、D-型で、またはラセミ体として使用することができる。乳酸(光学活性形態で、好ましくは、L-型として、またはラセミ体として)および/またはジメチロールプロピオン酸を使用することが好ましい。
しかし、錯化剤(A3aa)として、窒素原子を有する有機モノカルボン酸またはポリカルボン酸および/またはそのアニオン、特にアミノモノカルボン酸および/またはアミノポリカルボン酸および/またはそれらのアニオンを使用することもまた可能である。
本発明の意味において「アミノポリカルボン酸」という用語は、好ましくは、例えば、2、3、4、5、または6つのカルボキシル基など2つ以上のカルボキシル基を有し、およびまた例えば、少なくとも1つの第1級および/または第2級および/または第3級アミノ基のように少なくとも1つのアミノ基、より具体的には、少なくとも1つのもしくは少なくとも2つの第3級アミノ基を有するカルボン酸を指す。本発明で利用されるアミノポリカルボン酸は、好ましくは2~64個の炭素原子、より好ましくは2~36個、より具体的には3~18個または3~8個の炭素原子を有する。アミノポリカルボン酸の例は、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、アスパラギン酸、メチルグリシン二酢酸(MGDA)、β-アラニン二酢酸(β-ADA)、イミドスクシナート(IDS)、ヒドロキシエチレンイミノジアセタート(HEIDA)、およびN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン-N,N,N’-三酢酸(HEDTA)である。
本発明の意味において「アミノモノカルボン酸」という用語は、好ましくは、厳密に1つのカルボキシル基を有し、例えば、少なくとも1つの第1級および/または第2級および/または第3級アミノ基のように少なくとも1つのアミノ基、より具体的には、少なくとも1つのもしくは少なくとも2つの第3級アミノ基をも有するカルボン酸を指す。本発明で使用されるアミノモノカルボン酸は、好ましくは、2~64個の炭素原子、より好ましくは、2~36個、より具体的には、3~18個または3~8個の炭素原子を有する。アミノモノカルボン酸は、本明細書では、好ましくは少なくとも1つのヒドロキシル基、より好ましくは2つのヒドロキシル基を有する。本発明の文脈で特に好ましいアミノモノカルボン酸の例は、ビシン(N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)である。他の例は、グリシン、アラニン、リシン、システイン、セリン、トレオニン、アスパラギン、β-アラニン、6-アミノカプロン酸、ロイシンおよびジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)およびまたパントテン酸である。
錯化剤(A3aa)として適切であるのはまた、例えば、少なくとも1つのポリアミンまたはモノアミンである。
本発明の意味において「ポリアミン」という用語は、好ましくは、第1級または第2級または第3級アミノ基などの少なくとも2つのアミノ基を有する化合物を指す。アミノ基はまた、オキシム基の形態でも存在してよい。しかし、総じて、ポリアミンが、好ましくは第1級または第2級または第3級アミノ基である、10個以下のアミノ基、すなわち少なくとも2個のアミノ基に加えて、さらに8個以下、すなわち1、2、3、4、5、6、7または8個、好ましくはさらに5個以下のアミノ基を有することが可能である。ポリアミンは、好ましくは、ジアミンまたはトリアミン、より好ましくは、ジアミンである。本発明で使用されるポリアミンは、好ましくは、2~64個の炭素原子、より好ましくは、2~36個、より具体的には、3~18個または3~8個の炭素原子を有する。炭素原子のうちの少なくとも1つは、好ましくは、ヒドロキシル基によって置換される。したがって、ヒドロキシアルキルポリアミンが特に好ましい。ポリアミンの例は、N,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン(THEED)、N,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン(Quadrol)、グアニジン、ジエチレントリアミンおよびジフェニルカルバジド、およびまたジアセチルジオキシムである。
本発明の意味において「モノアミン」という用語は、好ましくは、例えば、厳密に1つの第1級または第2級または詳細には、第3級アミノ基など、厳密に1つのアミノ基を有する好ましくは脂肪族モノアミンを指す。本発明で使用されるモノアミンは、好ましくは、1~64個の炭素原子、より好ましくは、1~36個、より具体的には、2~18個または3~8個の炭素原子を有する。本明細書のモノアミンは、好ましくは、少なくとも1つのヒドロキシル基を有する。そのようなモノアミンの一例は、トリイソプロパノールアミンである。
例えば、少なくとも1つのスルホン酸が、錯化剤(A3aa)としてもまた適切である。適切なスルホン酸の例は、タウリン、1,1,1-トリフルオロメタンスルホン酸、タイロン(tirone)、およびアミドスルホン酸である。
1つの好ましい実施形態では、成分(A3aa)として、ビスマスを錯化するのに適した少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤は、一般式(1):
Figure 0007297092000001
(式中、
は、少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基であり、
mは、0または1であり、
およびRは、それぞれの場合、互いに独立に、H、および任意に少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基からなる群から選択され、
、R、RおよびRは、それぞれの場合、互いに独立に、H、または任意に少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基であり、
nは、1または2であり、
oは、1または2であり、
pは、0、1、2または3であり、
は、C(=O)OH、S(=O)OH、P(=O)(OH)、NR、または少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基であり、
式中、RおよびRは、それぞれの場合、互いに独立して、H、および任意に少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基からなる群から選択され、
ただし、R基およびR基のうちの少なくとも1つが、少なくとも1つのOH基によって置換されるC1~6脂肪族基であることを条件とする)
の化合物、または前記化合物のアニオンである。
本発明の意味において「C~C脂肪族基」という表現は、好ましくはアクリルの、飽和または不飽和の、好ましくは飽和の、脂肪族炭化水素基、すなわちそれぞれが分岐状であっても非分岐状の、に非置換の、または任意に少なくとも1回、例えば2回にまたは3回であるが、好ましくは1回、少なくとも1つの、任意にさらに2つまたは3つのOH基で置換され、1~6個、すなわち1、2、3、4、5または6個の炭素原子を有するC1~6脂肪族基、すなわちC1~6アルカニル、C2~6アルケニルおよびC2~6アルキニルを包含する。アルケニルは、本明細書では、少なくとも1つのC-C二重結合を有し、アルキニルは、本明細書では、少なくとも1つのC-C三重結合を有する。より好ましくはC1~6脂肪族基はC1~6アルカニルである。好ましくは、C1~6脂肪族基は、メチル、エチル、n-プロピル、2-プロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチルおよびn-ヘキシルを包含する群から選択される。特に好ましいのは、エチル、n-プロピル、2-プロピル、n-ブチル、イソブチルおよびsec-ブチル、より具体的にはエチル、n-プロピルおよび2-プロピルを包含する群から選択されるC1~6脂肪族基である。C1~4脂肪族基は、本発明の意味において、この種類のC1~4脂肪族基が1~4個のみの炭素原子、すなわち1、2、3または4個の炭素原子を有するという違いを伴ってC1~6脂肪族基に、およびかかる基のために上に特定された好ましい実施形態に対応する。
より好ましくは、成分(A3aa)は、エチレンジアミンテトラ酢酸、乳酸、N,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシンおよびN,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、非常に好ましくはN,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン(ビシン)からなる群から選択される。
エチレンジアミンテトラ酢酸および/またはそのアニオンが錯化剤(A3aa)として使用される場合、それは、水性コーティング組成物(A)中に、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量に対して、好ましくは<100モル%の範囲、より好ましくは20~60モル%の範囲の割合において存在する。N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシンが錯化剤(A3aa)として使用される場合、それは、水性コーティング組成物(A)中に、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量に対して、好ましくは<900モル%の範囲、より好ましくは100~700モル%の範囲の割合において存在する。N,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシエチルエチレンジアミンが錯化剤(A3aa)として使用される場合、それは、水性コーティング組成物(A)中に、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量に対して好ましくは100~600モル%の範囲の割合において存在する。N,N,N’,N’-テトラキス-2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミンが錯化剤(A3aa)として使用される場合、それは、水性コーティング組成物(A)中に、それぞれの場合にコーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量に対して好ましくは50~300モル%の範囲の割合において存在する。
水性コーティング組成物(A)中に存在する任意の少なくとも1つのアミノポリカルボン酸、より具体的には、成分(A3aa)として使用されるアミノポリカルボン酸のモル割合は、好ましくはそれぞれの場合に水性コーティング組成物(A)の全量に対して、コーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全モル量の、好ましくは、少なくとも1/15または1/20、より好ましくは、少なくとも1/30または1/40または1/50または1/60または1/70または1/80または1/90または1/100または1/1000である。かかる酸の存在は、ディッピング浴内のこれらの化合物の蓄積の結果として、ディッピング浴の安定性および廃水処理に関する問題をもたらす恐れがある。
成分(A4)
本発明のコーティング組成物(A)は、コーティング組成物(A)の全質量に対して300ppm以下の割合で、(A)の溶液中に存在している形態で(「溶解している形態で」とも呼ばれる)リチウム(A4)を含む。
一定の割合のリチウムが改善された腐食防止の達成に必須であることが判明した。しかし、同等に、上に特定された限界値の超過が、今度は、生成されたコーティングのための結果を著しく損なったことが判明した。実際のところ、超過は、不良に条件付けされたコーティング(孔、スペック、不良な接着)が得られたこと、または析出が完全に不可能になることさえ意味する。
溶解して存在する形態」において存在するリチウムを管理する条件および特徴、ならびにその量(金属として計算される)は、本明細書では、原則として、ビスマスについて上で記載した詳細に対応する。さらに、本明細書でも、ビスマスと同様に、「リチウム」という用語は、好ましくはカチオン性リチウム原子を指す。この場合のリチウムは、Li(I)として存在し、換言すると+1の原子価で存在する。
したがって、本発明のコーティング組成物(A)の成分(A4)と関連した「溶液中に存在する形態」という用語は、20℃のコーティング組成物(A)の温度での成分(A4)が、コーティング組成物(A)中に溶解している形態で存在することが好ましくは理解される。したがって、それがコーティング組成物(A)中に導入される前に、成分(A4)は、好ましくは少なくとも限定された水溶性の化合物の一部であり、より具体的には少なくとも限定された水溶性のリチウム塩の一部である。これは、本発明のコーティング組成物が水性であるという事実から当業者には自明である。少なくとも限定された水溶性のリチウム塩をコーティング組成物(A)中に導入することによって、リチウム塩の少なくとも一部は溶解され、次いでそのようにして組成物は成分(A4)を含む。
成分(A4)は、好ましくは少なくとも1つのリチウム塩から、より好ましくは酢酸リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、リン酸リチウム、ギ酸リチウム、サリチル酸リチウム、硫酸リチウム、モリブデン酸リチウム、四ホウ酸リチウムからなる群から選択されるリチウム塩から得ることができる。
コーティング組成物(A)は、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは250ppm以下、より好ましくは200ppm以下、非常に好ましくは150ppm以下または100ppm以下、より具体的には70ppm以下または50ppm以下または40ppm以下または30ppm以下の、(A)中に溶解している形態にあるリチウムを含む。これらの中の好ましい範囲は、それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全質量に対して、2.5~250ppm、5~200ppm、7.5~150ppm、10~100ppm、12.5~70ppm、12.5~50ppmまたは12.5~40ppmまたは12.5~30ppmである。
リチウム(A4)の割合または量は、ICP-OES法(実施例の項を参照されたい)を介して得られる。
当然ながら、コーティング組成物はまた、(A)中に溶解していない形態にある(すなわち、溶液中に存在しない形態にある)リチウムを含んでよい。これは、例えば、利用される割合量の範囲が完全には溶解されておらず、したがって(A)中に部分的に溶解していない形態で存在するリチウム塩を使用する場合である。
本発明のコーティング組成物(A)中に含有されるリチウムと関連して「溶液中に存在しない形態」という用語は、再度、Biについて上に記載された原則と関連する主題である。したがって、それは、好ましくはこのリチウムが、20℃のコーティング組成物(A)の温度の場合に、溶液中に存在しない形態であることを意味する。
コーティング組成物(A)中に溶解していない形態で存在するリチウムの割合は、今度は、ICP-OES法(実施例の項を参照されたい)を使用して計算することができる。
任意の成分(A6)
本発明の1つの好ましい実施形態では、コーティング組成物(A)は、銅を、特に好ましくは(A)中に溶解している形態にある銅(A6a)を任意の率においてさらに含むが、排他的に必要なわけではない。
この手段によって、特にアルミニウム系であるだけではなく鋼系でもある(すなわち、それらの金属タイプの点で異なる領域を有する)基材に関して、腐食阻止の性質におけるさらなる改善を達成することが可能であることが判明した。実際に、かかるコーティング組成物が、金属の両方のタイプに関して傑出した腐食防止を得ることができるという事実は、かかる基材の増加した重要性の観点(軽量構造)において特に有利である。
「溶液中に存在する形態」または「溶解していない形態」において存在する銅、およびそれらの量(金属として計算される)との関連における条件および特徴は、本明細書では、原則としてビスマスおよびリチウムについて上で記載された状況に対応する。さらに、この点でもまた、ビスマスおよびリチウムと同様に、「銅」という用語は、好ましくはカチオン性銅原子を指す。銅は、本明細書では、好ましくはCu(II)として、換言すると+2の価を有するCu(II)として存在する。
銅が含まれている場合、(A)中に溶解している形態で存在する銅(A6a)の割合が、5ppm以上、好ましくは10ppm以上、特に好ましくは15ppmあるいは20ppm以上であることが好ましい(それぞれの場合にコーティング組成物(A)の全量に対して)。さらに好ましいのは、5~1000ppm、好ましくは10~750ppm、より好ましくは15~500ppmあるいは20~250ppmの、溶解している形態で存在する銅の量である。
成分(A6a)は、好ましくは少なくとも1つの銅塩、より好ましくは硝酸銅、硫酸銅および酢酸銅からなる群から選択される銅塩から得ることができる。
銅(A6a)の割合または量は、今度は、ICP-OES法(実施例の項を参照されたい)を介して得られる。
既に上に示したように、コーティング組成物はまた、(A)中に溶解していない形態にある銅もさらに含んでもよい。これは例えば、利用される割合量の範囲において銅塩を使用するときに完全には溶解されず、したがって(A)中に部分的に溶解されてない形態で存在している場合である。この割合もまた同様に、今度はICP-OES法を介して決定されうる。
成分(A5)
より詳細に以下に記載されるように、本発明のコーティング組成物(A)は、好ましくはビスマス系架橋触媒を含む。特にこの場合、本発明の文脈では、コーティング組成物の(A)中に存在するリン(A5)の割合について、コーティング組成物(A)の全質量に対して100ppmの量を超えないことが好ましい。
標準の架橋温度で上に特定した限界値を超えることが、存在するバインダーおよび架橋剤の各成分の一部における著しく低下した架橋能力へと導き、そのためカソード析出のためのコーティング膜中の減少した架橋密度へと導くことが判明した。いかなる特定の理論にも束縛されることは望まないが、リンの、ビスマスとの反応が、コーティング材料から触媒を除去し、そのため非常に高い温度においてのみ十分な架橋が生成されることを可能にすると仮定される。したがって、リンの量(今度は金属として計算される)がこの値を超えないことが好ましい。
好ましくは、コーティング組成物の全量に対して溶解している形態で存在するリンの割合は、75ppmまたは60ppmの量を超えず、より好ましくは45ppmあるいは30ppmの量を超えず、非常に好ましくは20ppmまたは10ppmの量を超えない。
コーティング組成物(A)のさらなる任意の成分
さらに、所望の用途に応じて、本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)は、少なくとも1つの顔料(A7)を含むことができる。
水性コーティング組成物(A)中に存在するこの種の顔料(A7)は、好ましくは、有機および無機、着色および体質顔料からなる群から選択される(後者は、充填剤とも呼ばれる)。
適切な無機着色顔料(A7)の例は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、二酸化チタン、酸化アンチモン、またはリトポンなどの白色顔料;カーボンブラック、鉄マンガンブラック、またはスピネルブラックなどの黒色顔料;コバルトグリーンもしくはウルトラマリングリーン、コバルトブルー、ウルトラマリンブルーもしくはマンガンブルー、ウルトラマリンバイオレットもしくはコバルトバイオレットおよびマンガンバイオレット、赤色酸化鉄、モリブダートレッド、またはウルトラマリンレッドなどのクロム顔料;ブラウン酸化鉄、混合ブラウン、スピネル相およびコランダム相;あるいは黄色酸化鉄、ニッケルチタンイエロー、またはビスマスバナダートである。適切な有機着色顔料の例は、モノアゾ顔料、ジサゾ顔料、アントラキノン顔料、ベンゾイミダゾール顔料、キナクリドン顔料、キノフタロン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン顔料、インダントロン顔料、イソインドリン顔料、イソインドリノン顔料、アゾメチン顔料、チオインジゴ顔料、金属錯体顔料、ペリノン顔料、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料、またはアニリンブラックである。適切な体質顔料または充填剤の例は、チョーク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、タルクまたはカオリンなどのシリケート、シリカ、水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムなどの酸化物、またはテキスタイルファイバ、セルロースファイバ、ポリエチレンファイバまたはポリマー粉末などの有機充填剤である。
水性コーティング組成物(A)の顔料含量は、所期の使用および顔料(A7)の性質に従って変更することができる。その量は、それぞれの場合、水性コーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは、0.1~30質量%の範囲または、0.5~20質量%の範囲、より好ましくは、1.0~15質量%の範囲、非常に好ましくは、1.5~10質量%の範囲、より具体的には、2.0~5.0質量%の範囲、または2.0~4.0質量%の範囲、または2.0~3.5質量%の範囲である。
所望の用途に応じて、コーティング組成物(A)は、1つまたは複数の通常用いられる添加剤(A8)を含むことができる。こうした添加剤(A8)は、好ましくは、湿潤剤、好ましくは成分(A9)を含まない乳化剤、分散剤、界面活性剤などの表面活性剤、流動制御補助剤、可溶化剤、消泡剤、レオロジー補助剤、酸化防止剤、安定剤、好ましくは熱安定剤、加工安定剤、およびUVおよび/または光安定剤、触媒、充填剤、ワックス、可とう化剤、可塑剤、ならびに上記の添加剤の混合物からなる群から選択される。添加剤含量は、意図された使用によって非常に広く変更することができる。量は、水性コーティング組成物(A)の全質量に対して、好ましくは、0.1~20.0質量%、より好ましくは、0.1~15.0質量%、非常に好ましくは、0.1~10.0質量%、特に好ましくは、0.1~5.0質量%、より具体的には、0.1~2.5質量%である。
本発明の文脈では、コーティング組成物がビスマス系架橋触媒(V)を含むと好ましい。本発明の文脈における架橋性触媒(V)は、バインダー(A1)の架橋剤(A2)との架橋を触媒する触媒であり、またはそのため、より正確にそれを表すと、バインダー(A1)の対応する反応性官能基の架橋剤(A2)の相補的な反応性官能基との反応を触媒する触媒である。したがって、官能基の好ましい組合せは、明らかに、バインダー(A1)のイソシアナート反応性基、より好ましくはヒドロキシル基および架橋剤(A2)のイソシアナート基(これは、ブロックされたイソシアナート基の脱ブロック後に好ましくは生じる)からなる。
ビスマス系架橋触媒は、好ましくは、公知の酸化状態にあるビスマスを含む。上に既に示した通り、コーティング組成物は、(A)中に溶解している形態(A3a)にあるビスマスを好ましくは含むビスマスを、いずれの場合も任意の率で既に含んでいる。したがって、このビスマスは、おそらくは、成分(A3b)の、成分(A3aa)との反応を伴った成分(A3a)への移行後にさらに、架橋触媒(V)として役立ちうる。既存のビスマス(A3b)が触媒効果を有することも等しく可能である。
結果から生じるのは、本発明の文脈で、成分(A3)に含まれる、好ましくは、成分(A3a)中に好ましくは任意の率で含まれるが必ずしも排他的ではない、ビスマス系触媒があることである。このことから起こる技術的利点は、いずれにしろ前記触媒が既に存在しているため、別々の架橋触媒を使用する必要がない場合があることである。
コーティング組成物(A)を製造するための方法
本発明の別の主題は、コーティング組成物(A)を製造する方法である。
原則として、製造は、この目的に典型的なシークエンスで、含まれた成分の混合および分散を含む、特にカソード電着材料について常識であり公知である製造方法に従って実施することができる。
本方法は、好ましくは、
任意に本発明のコーティング組成物の少なくとも1つのさらなる成分の存在下での、水不溶性ビスマス化合物の、ビスマスを錯化させるのに適した少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤(A3aa)との部分的反応によって、少なくとも1つの水不溶性ビスマス化合物を、少なくとも1つの水に水溶性なビスマス化合物に部分的に転換して、少なくとも成分(A3a)、(A3b)および(A3aa)を含む混合物を得る工程と、
得られる混合物を、本発明のコーティング組成物の未だ存在していない任意の成分と任意に混合して、コーティング組成物(A)を得る工程と
を含む。
しかし、本方法の文脈において、水不溶性ビスマス化合物および/または水に完全には可溶性でないビスマス化合物が、前記ビスマス化合物と成分(A3aa)とが別々の混合工程において互いに接触することなく、好ましくは成分(A3aa)のさらなる添加を伴ってコーティング組成物の他の構成成分と混合されることが好ましい。
使用される水不溶性ビスマス化合物は、好ましくは、少なくとも1つの顔料(A7)を含む顔料ペーストの一部である。
本発明のコーティング組成物(A)は、好ましくは、成分(A3a)の水溶液の別々の製造の必要なしで得ることができる。これは時間およびコストを節約し、特にコーティング組成物が導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするためのディップコーティング浴中で使用される場合、成分(A3a)のかかる水溶液が添加されるときに起こりうるコーティング組成物(A)の安定性の、ありうる問題を切り抜ける。
さらに好ましくは、本方法は、少なくとも工程(0)、すなわち
(0)少なくとも1つの水不溶性ビスマス化合物の、ビスマスを錯化するのに適している少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤(A3aa)との部分的反応によって、成分(A7)~(A9)のうちの少なくとも1つ、ならびに任意に(A1)および/または(A2)の存在下、少なくとも1つの水不溶性ビスマス化合物を、少なくとも1つの水中の水溶性ビスマス化合物(A3a)に部分転換して、コーティング組成物(A)の少なくとも成分(A3a)、(A3b)および(A3aa)、ならびにさらに成分(A7)~(A9)のうちの少なくとも1つ、および/または任意に(A1)および/または(A2)を含む混合物を得る工程
を含む。
工程(0)を実施した後で、本発明の方法は、任意に少なくとも1つのさらなる工程、すなわち
工程(0)を実施した後に得られた混合物を、任意に成分(A1)と、および任意に成分(A2)と、およびさらに任意に成分(A7)~(A9)のうちの少なくとも1つと、ならびにさらに任意にコーティング組成物のさらなる成分と混合して、コーティング組成物(A)を得る工程
を含む。
工程(0)の期間は、好ましくは、少なくとも2または少なくとも4または少なくとも6または少なくとも8または少なくとも10または少なくとも12または少なくとも14または少なくとも16または少なくとも18または少なくとも20または少なくとも22または少なくとも24時間である。工程(0)は、好ましくは、18~23℃の範囲の温度で撹拌しながら実施される。
本発明の水性コーティング組成物(A)に関連して上に記載された好ましい実施形態はすべてまた、その製造に関連して本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)の好ましい実施形態である。
コーティング組成物の製造において、好ましくは存在する少なくとも1つの顔料(A7)が、成分(A1)および任意に(A2)の少なくとも一部を含む水性の溶液または分散液の構成成分として使用されることが、さらに好ましい。
少なくとも1つの添加剤(A9)が、本明細書では、コーティング組成物(A)を製造するために使用される水性の溶液または分散液の一部として存在してもよく、前記溶液または分散液は、成分(A1)および任意に(A2)を含み、ならびに顔料(A7)が好ましくは存在する。
コーティング組成物のさらなる成分、より具体的には成分(A7)~(A9)のうちの少なくとも1つ、ならびに任意に(A1)および/または(A2)の存在下、例えばリチウム化合物および/または銅化合物、より具体的には塩の、水中での部分的なまたは完全な溶解によって、成分(A4)、および任意に(A6)、特に(A6a)が、製造操作の一部として導入されてもよい。水溶性化合物としての成分(A4)、(A6)または(A6a)が単に水中に溶解され、次いで水溶液としてコーティング組成物中に導入されることが等しく可能である。
導電性基材を本発明のコーティング材料で少なくとも部分的にコーティングする方法
本発明はまた、導電性基材を本発明のコーティング材料で、換言すると具体的には電着材料で、少なくとも部分的にコーティングする方法にも関する。
本発明の水性コーティング組成物(A)と関連して本明細書で上に記載されたすべての好ましい実施形態はまた、導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするための、本明細書に記載されている方法に関して本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)の好ましい実施形態でもある。
導電性基材
本発明に従って使用される適した導電性基材は、日常的に用いられる当業者に公知の導電性基材のすべてである。本発明に従って使用される導電性基材は、好ましくは、鋼、好ましくは冷間圧延鋼、ディップ亜鉛メッキ鋼などの亜鉛メッキ鋼、合金亜鉛メッキ鋼(例えばGalvalume、GalvannealedまたはGalfanなど)およびアルミメッキ鋼からなる群から選択される鋼、アルミニウムおよびマグネシウムからなる群から選択され、特に適しているのは、亜鉛メッキ鋼およびアルミニウムである。さらに、基材として適しているのは、熱間圧延鋼、高強度鋼、Zn/Mg合金、およびZn/Ni合金である。特に適した基材は、自動車生産用の車体の部材または完全車体である。本発明の方法はまた、コイルコーティングにも使用することができる。当該導電性基材が使用される前に、基材は、好ましくは清浄化されおよび/または脱グリースされる。
本発明に従って使用される導電性基材は、少なくとも1つの金属リン酸塩で前処理された基材であってよい。さらに、本発明に従って使用される導電性基材は、クロメート処理基材であってよい。基材が清浄化された後でディップコーティングされる前に通常実施されるリン酸塩処理またはクロメート処理によるかかる前処理は、詳細には、自動車産業内で日常的な前処理工程である。本文脈では、任意に実施される前処理が環境的および/または経済面からみて有利であるように設計されることが特に望ましい。したがって、例えば、通常のトリカチオンリン酸塩処理の代わりにニッケル成分が除外され、代わりにジカチオンリン酸塩処理(亜鉛およびマンガンカチオンを含み、ニッケルカチオンを含まない)が、水性コーティング組成物(A)によるコーティングの前に本発明に従って使用される導電性基材上に実施される任意の前処理工程が可能である。
しかし、本発明の特定の利点は、例えばリン酸亜鉛などの金属リン酸塩によるリン酸塩処理によるか、またはクロメート処理による少なくとも部分的なコーティングのための導電性基材のかかる前処理を省略することが可能になることである。したがって、1つの好ましい実施形態では、本発明に従って使用される導電性基材は、かかるリン酸塩処理またはクロメート処理基材ではない。
本発明の水性コーティング組成物(A)でコーティングされる前に、本発明に従って使用される導電性基材は、少なくとも1個のTi原子および/または少なくとも1個のZr原子を含む少なくとも1つの水溶性化合物を含み、かつ少なくとも1個のフッ素原子を含む、フッ化物イオン源としての少なくとも1つの水溶性化合物を含む水性前処理組成物で前処理されてもよく、あるいは少なくとも1個のTi原子および/または少なくとも1個のZr原子を含む少なくとも1つの水溶性化合物の、少なくとも1個のフッ素原子を含むフッ化物イオン源としての少なくとも1つの水溶性化合物との反応によって得ることができる水溶性化合物を含む水性前処理組成物で前処理されてもよい。
この場合の少なくとも1個のTi原子および/または少なくとも1個のZr原子は、好ましくは、+4の酸化状態を有する。水性前処理組成物が含む成分のために、およびさらに、好ましくは、こうした成分の適切に選択された割合のために、水性前処理組成物は、好ましくは、ヘキサフルオロ金属塩などのフッ素錯体、すなわち、詳細には、ヘキサフルオロチタン酸塩および/または少なくとも1つのヘキサフルオロジルコン酸塩を含む。前処理組成物は、好ましくは、2.5・10-4モル/L以上であるが2.0・10-2モル/Lを超えない元素Tiおよび/またはZrの全濃度を有する。かかる前処理組成物の製造および導電性基材の前処理におけるその使用は、例えば国際公開第2009/115504A1号で公知である。
前処理組成物は、好ましくは、銅イオン、好ましくは銅(II)イオン、およびさらに任意にCa、Mg、Al、B、Zn、MnおよびWならびにさらにその混合物からなる群から選択される少なくとも1つの金属イオンを含む、1つまたは複数の水溶性および/または水分散性化合物、好ましくは、少なくとも1つのアルミノシリケート、より具体的には、少なくとも1:3のAlとSiの原子比を有するものをさらに含む。かかる前処理組成物の製造および導電性基材の前処理におけるその使用は、例えば、国際公開第2009/115504A1号で公知である。アルミノシリケートは、好ましくは、動的光散乱によって決定可能な1~100nmの範囲の粒径を有するナノ粒子の形態で存在する。動的光散乱によって決定可能な1~100nmの範囲のかかるナノ粒子の平均粒径は、DIN ISO 13321(日付:2004年10月1日)に従って決定される。
しかし、1つの好ましい実施形態では、本発明に従って使用される導電性基材は、かかる前処理組成物のいかなるものによっても前処理されていない基材である。
本発明のコーティング材料組成物の利点は、達成された一般に良好な腐食防止効果のみならず、さらに、異なる基材への効果の、最適化された適用を設定し達成することが可能であることである。この意味において、それらの金属タイプが異なる領域、詳細にはアルミニウム系および鋼系の両方の領域を有する基材が、1つの同じコーティング組成物でコーティングされ、合計して、換言するとすべての基材領域において、傑出した腐食防止効果をもたらすことができるのは特に有利である。したがって、好ましい基材は、それらの金属タイプが異なる領域、詳細にはアルミニウム系および鋼系の領域の両方を有するものである。
導電性基材を本発明のコーティング組成物、したがって特に電着材料で、少なくとも部分的にコーティングする方法は、少なくとも1つの工程(1):
(1)カソードとして連結された導電性基材を、本発明の水性コーティング組成物(A)と接触させる工程
を含む。
本発明のさらなる主題は、少なくとも1つの工程(1):
(1)カソードとして接続された導電性基材を本発明の水性コーティング組成物(A)と水性コーティング組成物を接触させる工程であって、
工程(1)が少なくとも2つの連続する段階(1a)および(1b):
(1a)少なくとも5秒間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧での段階、および
(1b)50~400Vの範囲の印加電圧での段階であり、ただし、段階(1b)で印加される電圧が段階(1a)で印加される電圧より少なくとも10V高いことを条件とする段階
を含む、導電性基材を電着材料で少なくとも部分的にコーティングするための方法である。
本発明の水性コーティング組成物(A)に関連して上に記載された好ましい実施形態はすべてまた、導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするための本発明の方法の工程(1)におけるその使用に関連して本発明に従って使用される水性コーティング組成物(A)の好ましい実施形態である。
工程(1)
導電性基材を、特に、電着材料で少なくとも部分的にコーティングするための本発明の方法は、少なくとも1つの工程(1)を含み、これは、カソードとして接続された導電性基材を水性コーティング組成物(A)と接触させる工程である。
本発明の意味において「接触させる工程」は、好ましくは、コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングすることを意図して基材を使用される水性コーティング組成物(A)内に浸漬する工程、コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングすることを意図して基材にスプレーする工程、またはコーティング組成物(A)で基材を少なくとも部分的にコーティングすることを意図して基材へのロール適用工程を指す。より具体的には、本発明の意味において「接触させる工程」という用語は、コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングすることを意図して基材を使用される水性コーティング組成物(A)内に浸漬する工程を指す。
本発明の方法は、好ましくは、自動車製造においておよび/またはそのために導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするための方法である。その方法は、例えば、コイルコーティング法においてなどストリップコーティング操作の形態で連続的に、または不連続的に実施することができる。
本発明の方法の工程(1)の場合、基材は、このコーティング組成物の基材表面上への電気泳動析出によって本発明の水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされる。
工程(1)は、基材と少なくとも1つの対電極の間に電圧を印加することによって実施される。本発明の方法の工程(1)は、好ましくは、ディップコーティング浴で実施される。この場合、対電極は、ディップコーティング浴内に位置することができる。あるいはまたはさらに、対電極はまた、ディップコーティング浴と別個に、例えば、アニオンに対して透過性であるアニオン交換膜を介して存在することもできる。この場合、ディップコーティング中に形成されるアニオンは、コーティング材料から膜を通ってアノード液内に輸送され、それによって、ディップコーティング浴中のpHを調整または一定に維持することが可能になる。対電極は、好ましくは、ディップコーティング浴とは別個にある。
本発明の方法の工程(1)では、好ましくは、基材全表面上へ完全に電気泳動析出させることによって基材が水性コーティング組成物(A)によって完全にコーティングされる。
好ましくは、本発明の方法の工程(1)では、少なくとも部分的なコーティングが意図された基材は、ディップコーティング浴内に、少なくとも部分的に、好ましくは完全に導入され、工程(1)は、このディップコーティング浴内で実施される。
本発明の方法の工程(1)の目的は、水性コーティング組成物(A)の少なくとも部分的な電気泳動析出による基材の少なくとも部分的なコーティングである。この場合の水性コーティング組成物(A)は、基材表面上に電着材料として析出する。
本発明の水性コーティング組成物(A)は、好ましくは、導電性アノードおよびカソードとして接続された導電性基材と接触する。あるいは、水性コーティング組成物(A)は、アノードが、例えば、ディップコーティング浴と別個に、例えば、アニオンに対して透過性であるアニオン交換膜を介して存在する場合、導電性アノードと直接接触する必要はない。
アノードとカソードの間の電流の通過は、カソード上、すなわち、基材上への固く接着した塗膜の析出を伴う。
本発明の方法の工程(1)は、好ましくは、20~45℃の範囲、より好ましくは、22~42℃の範囲、非常に好ましくは、24~41℃の範囲、特に好ましくは、26~40℃の範囲、より特に好ましくは、例えば、28~38℃の範囲などの27~39℃の範囲のディップ浴温度で実施される。本発明の方法の別の好ましい実施形態では、工程(1)は、40℃以下、より好ましくは、38℃以下、非常に好ましくは、35℃以下、特に好ましくは、34℃以下または33℃以下または32℃以下または31℃以下または30℃以下または29℃以下または28℃以下のディップ浴温度で実施される。
本発明の方法の工程(1)では、本発明の水性コーティング組成物(A)は、好ましくは、生成電着膜が、5~40μm、より好ましくは、10~30μm、特に好ましくは、20~25μmの範囲の乾燥膜厚を有するように適用される。
工程(1)内の段階(1a)および(1b)
本発明の方法の工程(1)は、以下のような少なくとも2つの連続する段階(1a)および(1b):
(1a)好ましくは少なくとも5秒間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧での段階、および
(1b)50~400Vの範囲の印加電圧での段階であり、ただし、段階(1b)で印加される電圧が段階(1a)で印加される電圧より少なくとも10V高いことを条件とする段階で実施される。
本発明の方法の工程(1)内の段階(1a)および(1b)は、好ましくは、コーティング組成物(A)を含む使用されるディップコーティング浴内で実施される。
段階(1a)
段階(1a)の実行中、ビスマスで、およびさらには好ましくは銅で富化された対応する層が形成され、導電性基材上の予備析出層と呼ばれてもよく、これは、例えばX線蛍光分析によって検出可能であり定量可能である。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、リチウムもまたこの層の一部であると仮定される。ビスマス、リチウム、および好ましくは銅は、本明細書では、好ましくは金属ビスマス(0)、リチウム(0)、好ましくは銅(0)であるが、代替的にまたは付加的に、それらの対応する公知の酸化状態で存在してもよい。この予備析出層は、具体的には、コーティング組成物中に存在する成分(A1)および(A2)および/または(A3aa)および/または(A7)を、主に含まない。
段階(1a)は、好ましくは、1~45Vの範囲または1~40Vの範囲または1~35Vの範囲または1~30Vの範囲または1~25Vの範囲または1~20Vの範囲または1~15Vの範囲または1~10Vの範囲または1~5Vの範囲の印加電圧で実施される。別の好ましい実施形態では、段階(1a)は、2~45Vの範囲または2~40Vの範囲または2~35Vの範囲または2~30Vの範囲または3~25Vの範囲または3~20Vの範囲または3~15Vの範囲または3~10Vの範囲または3~6Vの範囲の印加電圧で実施される。
段階(1a)で印加される電圧は、少なくとも5秒、好ましくは、少なくとも10または少なくとも15または少なくとも20または少なくとも25または少なくとも30または少なくとも40または少なくとも50秒、より好ましくは、少なくとも60または少なくとも70または少なくとも80または少なくとも90または少なくとも100秒、非常に好ましくは、少なくとも110または少なくとも120秒の期間にわたって印加される。本明細書での期間は、好ましくは、300秒以下、より好ましくは、250秒以下、より具体的には、150秒以下である。この期間は、それぞれの場合、当該の電圧が段階(1a)の実行中に維持される時間間隔を指す。
好ましい実施形態では、段階(1a)で印加される電圧は、少なくとも5~500秒または5~500秒または10~500秒または10~300秒または少なくとも20~400秒または少なくとも30~300秒または少なくとも40~250秒または少なくとも50~200秒の範囲、より好ましくは、少なくとも60~150秒または少なくとも70~140秒または少なくとも80~130秒の範囲の期間にわたり印加される。
少なくとも10秒間にわたり段階(1a)の実行中に印加される1~50Vの範囲の電圧は、定電流的(一定に調整された電流)に設定することができる。あるいは、この設定はまた、定電位的(一定に調整された電圧)に実施することもできるが、段階(1a)は、析出電流で、または1~50Vの範囲の対応する電圧に対応する析出電流範囲で実施することもできる。この種の析出電流は、好ましくは、20~400mAの範囲、より好ましくは、30~300mAの範囲または40~250mAの範囲または50~220mAの範囲、より具体的には、55~200mAの範囲である。段階(1a)内のかかる析出電流は、好ましくは、300~500cm、より具体的には、350~450cmまたは395~405cmの範囲の表面積を有する基材を用いる場合に使用される。
段階(1a)の析出電流密度は、好ましくは、少なくとも1A/m、より好ましくは、少なくとも2A/m、より具体的には、少なくとも3A/m、しかし好ましくは、それぞれの場合、20A/m以下、より好ましくは、それぞれの場合、10A/m以下である。
析出電流密度または本明細書での段階(1a)の析出電流は、好ましくは、少なくとも5または少なくとも10秒、好ましくは、少なくとも15または少なくとも20または少なくとも25または少なくとも30または少なくとも40または少なくとも50秒、より好ましくは、少なくとも60または少なくとも70または少なくとも80または少なくとも90または少なくとも100秒、非常に好ましくは、少なくとも110または少なくとも120秒間にわたり印加される。本明細書での期間は、好ましくは、300秒以下、より好ましくは、250秒以下、より具体的には、150秒以下である。別の好ましい実施形態では、析出電流密度または段階(1a)で印加される析出電流は、少なくとも10~500秒または少なくとも20~400秒または少なくとも30~300秒または少なくとも40~250秒または少なくとも50~200秒の範囲、より好ましくは、少なくとも60~150秒または少なくとも70~140秒または少なくとも80~130秒の範囲の期間にわたり印加される。
電圧または析出電流または析出電流密度は、本明細書において記載の期間中一定に維持することができる。しかし、あるいは、電圧または析出電流または析出電流密度は、1~50Vの範囲の記載の最小および最大値内で段階(1a)内の析出期間中に多様な値をとることもでき、例えば、最小から最大析出電圧まで往復しながら振れることができるまたは傾斜(ramp)形態でもしくは段階形態で上昇することができる。
段階(1a)の実行中における電圧または析出電流または析出電流密度の設定は、「突然に」、換言すれば、例えば、整流器に適切に切り替えることによって実施することができるが、これには、標的電圧に到達するためにある種の技術的に関連する最小期間が必要である。あるいは、設定は、傾斜形態で、換言すれば、少なくとも概略連続的におよび好ましくは直線的に、例えば、最大10、20、30、40、50、60、120、または300秒の期間などの選択可能な期間にわたって実施することもできる。最大120秒、より好ましくは、最大60秒の傾斜が好ましい。段階的な電圧増加も本明細書で可能であり、その場合、好ましくは、例えば、1、5、10、または20秒の電圧のある種の保持時間が、こうした電圧段階のそれぞれに対して観察される。傾斜と段階の組合せもまた可能である。
段階(1a)における電圧または析出電流または析出電流密度の設定はまた、無電流の時間を備えたまたは2つのパルスの間の最小レベル未満の電圧を備えたパルス形態で調整することもできる。パルス期間は、例えば、0.1~10秒の範囲に存在することができる。したがって、析出のための「期間」は、好ましくは、段階(1a)を実行する場合、析出電圧が前述の最大と最小値内にある期間の総和であるとみなされる。傾斜とパルスはまた、互いに合わせることもできる。
段階(1a)の実行中、錯化剤(A3aa)は、好ましくは、少なくとも部分的に、より具体的には、完全に、再度放出される。その理由は、(A3aa)によって錯化された成分(A3a)が析出するからである。コーティング組成物(A)中の成分(A3b)の好ましい存在の観点から、放出された錯化剤(A3aa)は、成分(A3b)を少なくとも部分的に(A)中の溶液形態に転換するために利用することができる、つまり、(A3aa)は、(A3a)の適切な貯留の存在を保証する目的で(A3a)を連続的に生成するために使用することができる。
段階(1b)
段階(1b)の実行中では、実際のディップワニスコーティングが、ディップワニス成分、より具体的には、(A1)および(A2)および好ましくは(A7)の析出によって、段階(1a)後に得られた予備析出層上に形成される。このコーティングも、ビスマスを含み、例えば、このビスマスは、公知の酸化状態で存在してもよい。このビスマスは、本発明の方法の下流の任意の硬化工程または架橋工程(6)における触媒として働くことができる。したがって、コーティング組成物(A)の製造において、好ましくは、別個の触媒の組み込みを省略することも可能である。
段階(1b)は、好ましくは、55~400Vの範囲または75~400Vの範囲または95~400Vの範囲または115~390Vの範囲または135~370Vの範囲または155~350Vの範囲または175~330Vの範囲または195~310Vの範囲または215~290Vの範囲の印加電圧で実施される。
段階(1b)では、好ましくは、段階(1a)の実行の終了後0~300秒の範囲の間の間隔で、好ましくは不活性対電極に対して、ただし、段階(1b)で印加されるこの電圧が段階(1a)でその前に印加された電圧より少なくとも10V高いという条件で、50~400Vの範囲の電圧が印加される。段階(1b)を実行する間、この電圧は、好ましくは、10~300秒の範囲、好ましくは、30~240秒の範囲の間、上に記載の条件で、50~400Vの記載の電圧範囲内の値以上で維持される。
段階(1b)で印加される電圧は、好ましくは、少なくとも10秒または少なくとも15または少なくとも20または少なくとも25または少なくとも30または少なくとも40または少なくとも50秒、より好ましくは、少なくとも60または少なくとも70または少なくとも80または少なくとも90または少なくとも100秒、非常に好ましくは、少なくとも110または少なくとも120秒の期間にわたって印加される。本明細書での期間は、好ましくは、300秒以下、より好ましくは、250秒以下、より具体的には、150秒以下である。この期間は、それぞれの場合、当該の電圧が段階(1b)の実行中に維持される時間間隔を指す。
一つの好ましい実施形態では、段階(1b)で印加される電圧は、少なくとも10~500秒または少なくとも20~400秒または少なくとも30~300秒または少なくとも40~250秒または少なくとも50~200秒の範囲、より好ましくは、少なくとも60~150秒または少なくとも70~140秒または少なくとも80~130秒の範囲の期間にわたり印加される。
段階(1a)から段階(1b)への電圧増加は、「突然に」、換言すれば、例えば、整流器に適切に切り替えることによって実施することができるが、これには、標的電圧に到達するためにある種の技術的に関連する最小期間が必要である。あるいは、電圧増加は、傾斜形態で、換言すれば、少なくとも概略連続的に、例えば、最大10、20、30、40、50、60、120、または300秒などの選択可能な期間にわたって実施することもできる。好ましい傾斜は最大120秒、より好ましくは、最大60秒である。段階的な電圧増加も可能であり、その場合、好ましくは、例えば、1、5、10、または20秒の電圧のある種の保持時間が、こうした電圧段階のそれぞれに対して観察される。傾斜と段階の組合せもまた可能である。
50~400Vの範囲の段階(1b)における電圧の印加に対する、例えば、10~300秒の範囲の期間などの期間の指示は、この電圧が記載の期間中一定に保持されることを意味する。しかし、あるいは、その電圧はまた、50~400Vの範囲の記載の最小および最大値内で段階(1b)内の析出期間中に多様な値をとることもでき、例えば、最小から最大析出電圧まで往復で振れることができるまたは傾斜でもしくは段階で上昇することができる。
段階(1b)における電圧、すなわち、析出電圧はまた、無電流の時間を備えたまたは2つのパルスの間の最小レベル未満の電圧を備えたパルス形態で調整することもできる。パルス期間は、例えば、0.1~10秒の範囲に存在することができる。したがって、析出に対する「期間」は、好ましくは、段階(1b)を実行する場合、析出電圧が前述の最大と最小値内にある期間の総和であるとみなされる。傾斜とパルスはまた、互いに合わせることもできる。
さらなる任意の方法工程
本発明の方法は、任意に、上に記載されたように2つの段階、(1a)および(1b)を伴う、好ましくは、工程(1)に続く以下のような工程(2):
(2)析出したコーティング組成物(A)を硬化する前に、コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた基材を水性ゾル-ゲル組成物に接触させる工程
をさらに含む。
当業者は、「ゾル-ゲル組成物」、「ゾル-ゲル」という用語、ならびにゾル-ゲル組成物およびゾル-ゲルの製造について、例えば、D.Wangら、Progress in Organic Coatings 2009年、64、327~338頁またはS.Zhengら、J.Sol-Gel.Sci.Technol.2010年、54、174~187頁から公知である。
本発明の意味において水性「ゾル-ゲル組成物」は、好ましくは、加水分解および縮合によって少なくとも1つの出発化合物を水と反応させることによって製造される水性組成物であり、この出発化合物は、例えばMおよび/またはMなどの少なくとも1つの金属原子および/または準金属原子を有し、例えば2つの加水分解性基Xなどの少なくとも2つの加水分解性基を有し、さらに、任意に、例えば、Rなどの少なくとも1つの非加水分解性有機基を有する。本明細書での少なくとも2つの加水分解性基は、好ましくは、それぞれの場合単結合によって、少なくとも1つの出発化合物に存在する少なくとも1つの金属原子および/または少なくとも1つの準金属原子にそれぞれ直接結合する。例えば、Rなどの非加水分解性有機基が存在するために、本発明に従って使用されるこの種のゾル-ゲル組成物はまた、「ゾル-ゲル混成組成物」とも呼ばれる。
任意の工程(2)で本発明に従って使用される水性ゾル-ゲル組成物は、好ましくは、
少なくとも1つの化合物Si(X(R
[式中、その中のRは、第1級アミノ基、第2級アミノ基、エポキシド基、およびエチレン性不飽和二重結合を有する基からなる群から選択される少なくとも1つの反応性官能基を有する非加水分解性有機基である]、
より具体的には、少なくとも1つの化合物Si(X(R
[式中、その中のRは、反応性官能基として少なくとも1つのエポキシド基を有する非加水分解性有機基であり、Xは、例えば、O-C1~6アルキル基などの加水分解性基である]、およびさらに、
任意に少なくとも1つのさらなる化合物Si(X(R
[式中、その中のRは、第1級アミノ基および第2級アミノ基からなる群から選択される少なくとも1つの反応性官能基を有する非加水分解性有機基であり、Xは、例えば、O-C1~6アルキル基などの加水分解性基である]、
および任意に少なくとも1つの化合物Si(X
[式中、Xは、例えば、O-C1~6アルキル基などの加水分解性基である]、
および任意に少なくとも1つの化合物Si(X(R
[式中、その中のRは、例えば、C1~10アルキル基などの反応性官能基を有さない非加水分解性有機基であり、Xは、例えば、O-C1~6アルキル基などの加水分解性基である]、
および任意に少なくとも1つの化合物Zr(X
[式中、Xは、例えば、O-C1~6アルキル基などの加水分解性基である]と水との反応
によって得ることができる。
本発明の方法は、好ましくは、工程(1)および任意で(2)に好ましくは続く、以下のような工程(3):
(3)工程(1)または工程(2)の後に得ることができる、水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた基材を水および/または限外ろ過液ですすぐ工程
をさらに含む。
具体的には電着コーティングに関連しての「限外ろ過液」または「限外ろ過」という用語は、当業者におなじみであり、例えば、Roempp Lexikon、Lacke und Druckfarben、Georg Thieme Verlag 1998年で定義されている。
工程(3)の実行によって、工程(1)後に少なくとも部分的にコーティングされた基材上に存在する本発明で用いる水性コーティング組成物(A)の過剰な構成成分をディップコーティング浴内に循環することが可能になる。
本発明の方法は、好ましくは、工程(1)、任意に(2)、好ましくは(3)に続く任意の工程(4)、
(4)工程(1)または(2)または(3)後に得ることができる水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた基材を、好ましくは30秒から最長1時間にわたって、より好ましくは、30秒から最長30分間にわたって水および/または限外ろ過液と接触させる工程
をさらに含むことができる。
本発明の方法は、例えば、工程(1)、より具体的には、段階(1b)、または(2)または(3)または(4)に続く任意の工程(4a)、
(4a)工程(1)または工程(2)または工程(3)または工程(4)後に得ることができる水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた基材を、水溶液または水性分散液、好ましくは、少なくとも1つの架橋触媒(V)、好ましくは、バインダー(A1)の反応性官能基を架橋するのに適している少なくとも1つの架橋触媒(V)、より具体的には、バインダー(A1)として使用されるエポキシド系ポリマー樹脂および/またはアクリレート系ポリマー樹脂の水溶液と接触させる工程
をさらに含むことができる。
少なくとも1つの架橋触媒(V)の水溶液は、好ましくは、例えば、3価のビスマス含有化合物を含む水溶液などのビスマス化合物の水溶液である。任意の工程(4a)の実行中、アノードに対するカソード電圧は、好ましくは、使用される導電性基材に対して、より好ましくは、4V~100Vの範囲で印加される。工程(4a)を実施することによって、工程(1)の段階(1a)の実行後に成分(A3a)の量がコーティング組成物中に少ししか残留していないので段階(1b)で析出できない場合に効果的な架橋が可能になる。しかし、実際に、架橋触媒が成分(A3)、好ましくは(A3a)を介して既に存在しているため、原則において可能である任意の工程(4a)は好ましくなく、そのため別々の架橋触媒の添加なしでできるという利点が存在する。
本発明の方法の1つの好ましい実施形態では、工程(1)および/または(2)および/または(3)および/または(4)および/または(4a)に好ましくは続くが、好ましくは任意の工程(6)の後に実施される、以下に記載する少なくとも1つの工程(5)、すなわち
(5)少なくとも1つのさらなるコーティング膜を、本発明で使用され、かつ工程(1)および/または(2)および/または(3)および/または(4)および/または(4a)の後に得ることができる水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた基材に適用する工程
をさらに含む。
工程(5)によって、1つまたは複数のさらなるコーティング膜が、コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされ、工程(1)および/または(2)および/または(3)および/または(4)および/または(4a)後に得ることができる基材に適用することが可能である。2つ以上のコーティングを適用しなければならない場合、工程(5)は、しばしば適切に繰り返すことができる。適用するためのさらなるコーティング膜の例は、例えば、ベースコート膜、表面膜および/または単一のトップコート膜もしくは複数のトップコートである。任意に、工程(2)における水性ゾル-ゲル組成物による続いてのすすぎおよび/または水および/または限外ろ液による任意のすすぎ(工程(3)における)にかけた後に、および/または工程(4)および/または工程(4a)を実施した後に、工程(1)によって適用される水性コーティング組成物(A)は、硬化することができ、この硬化は、ベースコート膜、表面膜および/または単一のトップコート膜もしくは複数のトップコート膜などのさらなるコーティングが適用される前に、工程(6)で以下に記載されるように好ましくは実施される。しかし、あるいは、任意に、工程(2)における水性ゾル-ゲル組成物による続いてのすすぎおよび/または水および/または限外ろ液による任意のすすぎ(工程(3)における)にかけた後におよび/または工程(4)および/または工程(4a)を実施した後に、工程(1)によって適用される水性コーティング組成物(A)は、硬化しなくてもよいが、代わりに、最初に、ベースコート膜、表面膜および/または単一のトップコート膜もしくは複数のトップコートなどのさらなるコーティングを適用することもできる(「ウェットオンウェット法」)。この場合、このもしくはこれらのさらなるコーティング(複数可)の適用に続いて、こうして得られた全体のシステムは、硬化されるが、この硬化は、好ましくは工程(6)に従って以下に記載のように実施することが可能である。
好ましい実施形態では、本発明の方法は、以下のような少なくとも1つの工程(6):
(6)工程(1)および/または任意に(2)および/または(3)および/または(4)および/または(4a)の後に基材に少なくとも部分的に適用された水性コーティング組成物(A)、または工程(1)および/または任意に(2)および/または(3)および/または(4)および/または(4a)および/または(5)の後に基材に少なくとも部分的に適用されたコーティングを硬化する工程
をさらに含む。
本発明の方法の工程(6)は、工程(1)または任意に(2)の後に、または任意に少なくとも1つのさらなる工程(5)のみの後に、好ましくは焼き固めることによって実施される。工程(6)は、好ましくは、オーブンで実施される。本明細書での硬化は、好ましくは、140℃~200℃の範囲、より好ましくは、150℃~190℃の範囲、非常に好ましくは、160℃~180℃の範囲の基材温度で実施される。工程(6)は、好ましくは、少なくとも2分~2時間の期間にわたって、より好ましくは、少なくとも5分~1時間の期間にわたって、非常に好ましくは、少なくとも10分~30分の期間にわたって実施される。
少なくとも部分的にコーティングされた基材
本発明のさらなる主題は、本発明の水性コーティング組成物(A)で少なくとも部分的にコーティングされた導電性基材、または本発明のコーティング組成物で、すなわち好ましくは電着材料で導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするための本発明の方法によって得ることができる、少なくとも部分的にコーティングされた導電性基材である。
本発明のさらなる主題は、好ましくは、それぞれ少なくとも1つの上記基材から製造される金属部品または好ましくは金属物品である。
かかる物品は、例えば、金属片であってよい。しかし、この種の部品はまた、かつ好ましくは本発明の文脈では、例えば、自動車、トラック、オートバイ、バス、および長距離バスなどの車両の車体および車体部品、ならびに家庭用電気製品の部品、または装置の金属被覆材、ファサード金属被覆材、天井金属被覆材、または窓枠の分野での部品であってよい。
本発明はこれ以降、いくつかの実施例によって説明される。
決定の方法
1.DIN EN ISO 9227 NSSによる塩スプレーミスト試験
塩スプレーミスト試験を、基材上のコーティングの耐食性を決定するために使用した。DIN EN ISO 9227 NSS(日付:2017年6月)に従って、塩スプレーミスト試験を、対応するコーティングした導電性基材、すなわち冷間圧延鋼(CRS)に実施した。本明細書での調査のための試料を、6.5~7.2の範囲の制御されたpHを有する5%の通常の塩溶液での温度35℃での連続ミストがあるチャンバ中に1008時間にわたって置いた。ミストは調査中の試料上で析出し、塩水の腐食性膜で試料を被覆した。
基材がDIN EN ISO 9227 NSS塩スプレーミスト試験中に切れ目線に沿って腐食するので、DIN EN ISO 9227 NSSによる塩スプレーミスト試験の前に、調査中の試料上のコーティングをブレードした切り込みで基材まで切れ目を入れ、試料をDIN EN ISO 4628-8(日付:2013年3月1日)により、それらの膜下腐食(劣化)レベルについて調査することを可能にする。腐食の進行過程の結果として、コーティングは、試験中に大なり小なり劣化を起こった。[mm]での劣化度はコーティングの耐食性の尺度であった。以下に結果において記述する平均劣化レベルは、評価した3~5つの異なるパネルからの個別の値の平均値を表し、1つのパネルについての各個別の値は、今度は、パネル上の11個の測定ポイントにおける劣化レベルの平均値であった。
2.VDA DIN EN ISO 11997-1 (2018年 1月、サイクルB)によるVDA交互気候試験
この交互気候試験は、基材上のコーティングの耐食性を決定するのに使用される。交互気候試験を、対応するコーティングされた基材、すなわち冷間圧延鋼(CRS)に実施した。本明細書の交互気候試験を、10サイクル実施した。本明細書の1サイクルは、全部で168時間(1週間)からなり、
a)DIN EN ISO 9227 NSS(日付:2012年12月1日)に従った24時間の塩スプレーミスト試験、
b)続いての8時間の2005年9月、AHT法のDIN EN ISO 6270-2による加熱を含めた貯蔵、
c)続いての16時間の2005年9月、AHT法のDIN EN ISO 6270-2による冷却を含めた貯蔵、
d)b)およびc)の3回の繰り返し(したがって全部で72時間)、および
e)48時間の2005年9月、AHT法のDIN EN ISO 6270-2による通気気候チャンバを用いる冷却を含めた貯蔵
を包含した。
基材が交互気候試験の実行中に切れ目線に沿って腐食するので、交互気候試験の実行前に、調査中の試料上のそれぞれのコーティングを、ブレードした切り込みで基材まで切れ目を入れ、試料をDIN EN ISO 4628-8(日付:2013年3月1日)による膜下腐食(劣化)のそれらのレベルについて調べることを可能にする。腐食の進行過程の結果として、コーティングは試験中に多かれ少なかれ劣化した。[mm]での劣化度はコーティングの耐食性の尺度であった。以下に結果において記述する平均劣化レベルは、評価した3~5つの異なるパネルからの個別の値の平均値を表し、1つのパネルについての各個別の値は、今度は、パネル上の11個の測定ポイントでの劣化レベルの平均値であった。
3.交互気候試験PV 1210
この交互気候試験PV 1210は、基材上のコーティングの耐食性を決定するのに使用した。交互気候試験は、溶融亜鉛メッキ鋼(HDG)から構成される対応するコーティングされた導電性基材で実施した。交互気候試験は、本明細書では30サイクルで行った。1サイクル(24時間)は、本明細書では、DIN EN ISO 9227 NSS(2017年6月)に従った4時間の塩スプレーミスト試験、2005年9月のDIN EN ISO 6270-2(AHT法)に従った冷却を含む4時間の保存、および2005年9月のDIN EN ISO 6270-2、AHT法に従った40±3℃および100%の大気湿度における加温を含む16時間の保存からなった。5サイクルが終わるごとに、2005年9月のDIN EN ISO 6270-2、AHT法に従った冷却を含む48時間の休止があった。したがって30サイクルは全部で42日の期間に相当する。
基材が交互気候試験の実行中に切れ目線に沿って腐食するので、交互気候試験の実行前に、調査中の試料上のそれぞれのコーティングを、ブレードした切り込みで基材まで切れ目を入れ、試料をDIN EN ISO 4628-8(日付:2013年3月1日)による膜下腐食(劣化)のそれらのレベルについて調べることを可能にする。腐食の進行過程の結果として、コーティングは試験中に多かれ少なかれ劣化を起こった。[mm]での劣化度はコーティングの耐食性の尺度であった。以下に結果において記述する平均劣化レベルは、評価した3~5つの異なるパネルからの個別の値の平均値を表し、1つのパネルについての各個別の値は、今度は、パネル上の11個の測定ポイントでの劣化レベルの平均値であった。
4.DIN EN ISO 9227 CASSによる銅促進酢酸塩スプレーミスト試験
銅促進酢酸塩スプレーミスト試験も同様に、基材上のコーティングの耐食性を決定するのに用いる。銅促進酢酸塩スプレーミスト試験は、DIN EN ISO 9227CASSに従って、対応するコーティングされたアルミニウムの導電性基材(AA6014(ALU))で実施した。調査中の試料を、制御されたpHの5%の通常の塩溶液を有する連続ミストがあるチャンバ中に、塩溶液に塩化銅および酢酸を添加して、温度50℃にて240時間にわたって置いた。調査中の試料上にミストが析出し、塩水の腐食性膜でそれらを被覆した。
基材がDIN EN ISO 9227 CASS銅促進酢酸塩スプレーミスト試験中に切れ目線に沿って腐食するので、DIN EN ISO 9227CASSに従った銅促進酢酸塩スプレーミスト試験の前に、調査中の試料上のそれぞれのコーティングを、ブレードした切り込みで基材まで切れ目を入れ、試料をDIN EN ISO 4628-8による膜下腐食(劣化)のそれらのレベルについて調べることを可能にした。腐食の進行過程の結果として、コーティングは試験中に多かれ少なかれ劣化を起こった。[mm]での劣化度はコーティングの耐食性の尺度である。以下に結果において記述する平均劣化レベルは、評価した3~5つの異なるパネルからの個別の値の平均値を表し、1つのパネルについての各個別の値は、今度は、パネル上の11個の測定ポイントでの劣化レベルの平均値であった。
劣化に加えて、パネルの全体表面上の層間剥離の数もまた報告した(これらは、コーティングの剥離が起きた核形成点であった)。この数も同様に、3~5つの個別のパネルからの個別の数の平均として記述している。
5.(A3a)、(A3b)、(A4)、(A5)、(A6)、例えば特に(A6a)の量を決定するための原子発光分光法(ICP-OES)
例えば、ビスマス含量などの調査下の試料中のある種の元素量を、DIN EN ISO 11885(日付:2009年9月1日)に従って誘導結合プラズマ原子発光分光法(ICP-OES)を使用して決定した。
本明細書では、コーティング組成物(A)中に溶解している形態で存在する成分(例えば(A3a))と、(A)中に溶解していない形態で存在する成分(例えば(A3b))との間で、基本的に区別している。次いで、コーティング組成物(A)中の元素、例えばビスマスの全割合を、溶解している形態で存在する元素と溶解していない形態で存在する元素との総和から得た。溶解している形態で存在する元素は、以下のように限外ろ過液から決定した。限外ろ過は、コーティング組成物(A)上で温度20℃にて6時間行った(回路における限外ろ過;限外ろ過メンブラン:Nadir、PVDF、RM-UV 150T)。試料は浸透液または限外ろ過液から採取した。この試料は、高周波場によって発生するアルゴンプラズマ中の熱励起にかけられ、電子遷移のための発光が、対応波長のスペクトル線として可視化され、光学系を使用して分析した。本明細書では発光強度と当該元素濃度の間には直線関係が存在する。実行する前に、公知の元素標準(参照標準)を使用して、較正測定を、調査下の特定試料の関数として実施した。これらの較正は、限外ろ過液中の(A3a)または(A4)の量の濃度などの未知の溶液の濃度を決定するのに使用することができる。(A)中に溶解している形態で存在する成分が、限外ろ過液中へ完全に移されると本明細書では仮定する。
さらに、コーティング組成物(A)中の元素の全割合を決定するために、上記の決定方法を使用することができる。この場合の試料製造において、コーティング組成物(A)の試料を採取し、この試料をマイクロ波によって分解してICP-OES分析に従いうる試料溶液を得た:ここで、コーティング組成物(A)の(あるいは比較組成物の)試料を秤量し、この試料の揮発性構成成分を、1時間にわたり18℃~130℃までの直線的な温度上昇による加熱によって除去した。この生成試料の最大0.5gの量を、硝酸(強度65%)と硫酸(96%)(前記酸のそれぞれ5ml)の1:1混合物と混合し、次いでBerghof(Speedwave IV instrument)からの装置を用いてマイクロ波分解を実施した。分解中に、試料混合物を20~30分にわたり温度250℃まで加熱し、この温度を10分間維持した。分解後、残留試料混合物は、固形分のない清澄な溶液であるべきである。DIN EN ISO 11885に従ってICP-OESを使用し、次いで試料中のそれぞれの元素の全量を決定することが可能である。
溶解している形態で存在する割合をこの全割合から差し引き、溶解している割合は上に説明した通りに決定した場合、結果は、溶解していない形態で存在する成分の割合であった。
当然ながら、定量化のための元素を含む、使用される構成成分の量が直接公知であるところでは、全含量の算術的決定もまた可能である。
6.製造したコーティングの表面構造の実証
表面構造または表面品質を目視で実証した。この場合、基材上に配置したコーティングを、コーティングの均一性について、当業者が目視検査した。わずかな凹凸のみを含有するまたは凹凸を含有しない滑らかな表面に1のスコアを授けた。限定的な程度までの斑点をおそらくは含む軽度から中程度までの凹凸に3の評価を授ける。もはや許容されないレベルを有する、より著しい凹凸に3の評価を与える。
7.動的機械分析(DMA)
DMA分析をを使用して、対応するコーティング組成物(A)についての「オンセット温度」(架橋が開始する温度)およびオフセット時間(架橋の終了までの時間)を決定した。この方法は、試料の動的機械的(より正確には粘弾性の)性質が、肉眼で見える架橋に応じて変化するという事実を活用した。特に、前述したパラメータを、損失係数tanδにおけるおよび/または貯蔵弾性率E’における変化に基づいて誘導した。
コーティング組成物を炭素繊維ネット(CW245)に適用した。試料片をこれらのネットから切断し、10mm×20mmの自由面積を伴って留めた。DMA測定は、「伸張モード-引張オフ」モードにおいて実施した(測定条件:振幅0.006mm、周波数1Hz、オンセット温度:2℃/分で室温~110℃、1℃/分で110℃~200℃/オフセット時間:(a)22℃/分で25℃~135℃、5℃/分で135℃~160℃、60分等温160℃、(b)25℃/分で25℃~150℃、5℃/分で150℃~175℃、60分等温175℃、(c)28℃/分で25℃~165℃、5℃/分で165℃~190℃、60分等温190℃)。
評価を以下の通り行った:オンセット温度:tanδプロファイルからのネットワーク構造の、推定したオンセット温度。オフセット時間:直線プロット中のE’プロファイルからのネットワーク構造の推定したオフセット時間[分]。
8.ガラス転移温度
さらに調べたのは、基材上に製造したコーティングのガラス転移温度であった(MDSC TA Instruments Q2000、0℃~160℃、調節1℃、60秒、3℃/分、パージガス:窒素50ml/分、評価:rev.HF曲線の中間点からのガラス転移温度[℃])。規定条件下で硬化したコーティング膜のガラス転移温度から、架橋密度、したがってコーティング膜の架橋の品質を知ることが可能にした。
続く実施例は、本発明を説明するのに役立つが、いかなる制限をも課すものではない。
別段の指定がない限り、百分率における数字は、本明細書で以降、それぞれの場合、質量%である。
本発明の実施例および比較例
1a.発明の水性コーティング組成物および比較コーティング組成物の製造
例示的な本発明のコーティング組成物および以下の比較コーティング組成物V1を製造するのに使用するBASFからのCathoGuard(登録商標)800顔料ペーストは、次硝酸ビスマスを含む。当業者であれば、例えば独国特許出願第102008016220A1号(7頁、表1、変形B)からのかかる顔料ペーストの製造を知っている。
比較コーティング組成物(A)V1
2129gのバインダーおよび架橋剤の水性分散液(BASFからの市販製品CathoGuard(登録商標)800、固形分38.0質量%)、302gの顔料ペースト(BASFからの市販製品CathoGuard(登録商標)800、固形分65.5質量%)、1258gの水、および1309.5gのビシン(N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)の水溶液(59.5gのビシン+1250gの水)を合わせて、比較のコーティング組成物(A)V1を形成した。この場合、ビシン溶液を最初に製造し、次いでバインダーおよびペーストを含む初期装填物に添加した。混合物を18~23℃で24時間撹拌した。
コーティング組成物(A)E1
コーティング組成物(A)E1を、追加で250gの酢酸リチウム二水和物の水溶液(892.8gの水中の7.2gの酢酸リチウム二水和物、次いで250gのこの溶液)を混合し、添加した水の量を対応して250g低減させた以外、(A)V1と同様に製造した。したがって、(A)E1中のリチウム(A4)の割合は、(A)E1の全量に対して27ppmの割合に相当した。
コーティング組成物(A)E2
コーティング組成物(A)E2を、追加で250gの硝酸銅(II)三水和物の水溶液(7.6gの硝酸銅(II)三水和物+992.4gの水、次いで250gのこの溶液)を添加混合し、添加した量の水を対応して250g低減させた以外、(A)E1と同様に製造した。したがって、(A)E2中の銅(A6a)の割合は、(A)E2の全量に対して100ppmの割合に相当する。
3つの記述したコーティング組成物のすべてについて、溶解しているリチウム(A4)の量、溶解しているリン(A5)(対照のため)の量、溶解している銅の量、ならびにビスマス(A3a)および(A3b)の量について決定した。表1aは、生成した本発明のコーティング組成物(A)E1および(A)E2の概要、およびさらに比較コーティング組成物(A)V1の概要を提供している。適切なところでさらに記述しているのはpHおよび導電率である。決定するのであれば、20℃の領域における温度で、表1aのそれぞれのpH値および導電率をそれぞれ確認した。
Figure 0007297092000002
1b.リチウム(A4)の多様な割合を有するさらなるコーティング組成物の製造
さらなるコーティング組成物を(A)E2と同様に製造したが、リチウム(A4)の割合を多様にした。この目的では、上記の酢酸リチウム二水和物の水溶液(892.8gの水中7.2gの酢酸リチウム二水和物)を、対応して異なる量で添加混合した。添加する水の割合を多様にすることによって、生成した試料の全量を再度一定に保った。
表1bは、製造したコーティング組成物の概要を提供している。比較をより容易にするために、コーティング組成物(A)E1もまた示している。
Figure 0007297092000003
1c.リチウムおよびリンの多様な割合を有するさらなるコーティング組成物の製造
さらなるコーティング組成物を(A)E1と同様に製造したが、酢酸リチウム二水和物の水溶液の代わりにリン酸リチウムを使用した。リン酸リチウムは、本明細書では、顔料ペーストの構成成分として粉砕によって組み込んだ。表1cは、これらのコーティング組成物の概要を提供している。比較をより容易にするために、コーティング組成物(A)E1もまた示している。
Figure 0007297092000004
2.コーティング組成物(A)の1つによるコーティングされた導電性基材の製造
1の下に記載した水性コーティング組成物を、それぞれディップコーティングとして多様な基材に適用した。組成物のそれぞれを、本明細書では、上に記載したように、その製造直後に多様な基材に適用した。
3種類の金属試験パネルを使用し、これらは、T1(溶融亜鉛メッキ鋼(HDG))およびT2(アルミニウム(ALU))さらにまたT3(冷間圧延鋼(CRS))であった。
これらのパネルは、第一に、それぞれ、Chemetallからの市販製品Gardoclean S5160、およびさらに水(97.7質量%)を含む水溶液を含む浴中への浸漬によって、60℃の温度で2分間にわたり清浄化した。
このようにして清浄化した基材を続いて水ですすいだ。
その直後に、本発明で用いた水性コーティング組成物のうちの一つを、それぞれ、それぞれのパネルT1、T2、またはT3に適用したが、それぞれのパネルを組成物のうちの一つを含む対応するディップコーティング浴に浸漬した。このディップコーティング浴は、それぞれ30℃の温度を有した。
ディップコーティング浴中のコーティングを、本明細書では、2段階析出工程およびコーティング工程によって実施し、これは、2段階(1a)および(1b)を提供し、第一に、定電流電着で0.02~0.32Aの範囲の電流強度、または等電位的に電圧4Vをそれぞれの場合120秒にわたり印加した(段階(1a)に相当する)。
これに続き、段階(1a)の後で得た基材のために、本発明の方法の段階(1)の段階(1b)を実施し、等電位的に4Vの電圧か、または定電流電着で0.12~0.28Aの範囲の電流強度かを印加し、これは、それぞれの場合、傾斜電圧によって30秒間にわたり、それぞれの場合、段階(1b)内で200~220Vの範囲の電圧に連続的に直線的に増加した。次いで、このそれぞれの電圧を90秒(保持時間)にわたり維持し、(続く硬化の後に)17~22マイクロメートルの乾燥膜厚のそれぞれの基材のコーティングを得た。試験パネルを、続いてオーブン中25分間硬化した(別段の指定が明白にない限り175℃)。
3.コーティングされた基材の腐食防止効果の調査
コーティング組成物の1つでコーティングした基材を、上で先に記載した測定方法によって調査した。
3a 表1aに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングの調査
表1aに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングを、それらの耐食性について調査した。傑出した耐性が、約1mmの平均的劣化で達成されることが指摘されるべきである。さらに、絶対範囲の約1mmの差異は技術的に評価するのが困難であり、したがって意味はない。表3aは結果を示している。
Figure 0007297092000005
結果は、B(A)E1システムが、B(A)V1システムと比較して、鋼基材上のわずかに改善した耐食性を呈することを示している。アルミニウム上の劣化の性質はB(A)E1およびB(A)V1の両方で非常に良好であるが、B(A)V1の場合のパネル上の層間剥離点の数は極めて多く、これは、さらなる腐食攻撃について多数の核があることを意味する。これとは対照的に、B(A)E1システムにおけるかかる層間剥離点の数は極めて少ない。本発明のB(A)E2は、腐食阻止の性質に関してさらに改善されている。
総じて、本発明のシステムが理想的に、通常の金属タイプ、鋼およびアルミニウムの両方に関して傑出した腐食防止を得るのに適することが見出され、したがって、そこに両方のタイプの金属が存在する基材に理想的に適している。
3b 表1bに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングの調査
表1bに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングを、それらの表面構造/表面品質について調べた。表3bはその結果を示している。
電気泳動析出コーティングの方法によってコーティング組成物(A)V2を析出することは実に可能であった。しかし、結果は、許容されない多くの孔を有する乱れた表面であった。
Figure 0007297092000006
さらに、コーティングB(A)V1の表面品質を調べ、1のスコアで評価した。
さらに、代表的に、3aの下に記載した多くのの耐食性の調査もまた、コーティングB(A)E2、B(A)E3、B(A)E4およびB(A)E5についても実施した。結果は、それぞれの耐食性がコーティングB(A)E1の領域内にあり、したがって、コーティングB(A)V1の耐食性よりも良好であることを示した。
総じて、結果は、リチウム(A4)をコーティング組成物に添加すると、一方では著しく改善した耐食性へをもたらすことを示している。他方で、(A4)の割合の増加は、低下した表面品質をもたらした。388ppmの(A4)の割合にて、電気泳動析出を実施することはもはや可能ではなかった。
3c 表1cに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングの調査
表1cに列挙しているコーティング組成物を使用して製造したコーティングを、それらの架橋の性質について調べた。表3cはその結果を示している。
Figure 0007297092000007
結果は、ビスマス系触媒を含むコーティング組成物(A)の好ましいシステムについて、組成物中に存在するリンの割合が好ましくは極端に低くあるべきであることを示している。その理由は、リンの割合が高いほど架橋性が悪くなるからである(高いオンセット温度、長いオフセット時間、低いガラス転移温度から明らかである)。

Claims (15)

  1. 導電性基材を電着材料で少なくとも部分的にコーティングするための水性コーティング組成物(A)であって、
    (A1)少なくとも1つのカソード析出性の樹脂バインダー、
    (A2)少なくとも1つの架橋剤、および
    (A3)
    (A3a)前記コーティング組成物(A)中に溶解して存在する形態での、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも100ppmのビスマス、および
    (A3b)前記コーティング組成物(A)中に溶解せずに存在する形態での、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して少なくとも200ppmのビスマス
    を含む、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して全量で少なくとも300ppmのビスマス、を含むビスマス(A3)
    を含み、
    (A4)リチウムを、(A)中に溶解している形態で含み、前記リチウム(A4)の割合が、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して2.5~250ppmである水性コーティング組成物(A)。
  2. リチウム(A4)の割合が、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して、12.5~70ppmある、請求項1に記載の水性コーティング組成物(A)。
  3. ビスマス系架橋触媒を含む、請求項1または2に記載の水性コーティング組成物(A)。
  4. (A5)リンの割合が、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して100ppmの量を超えない、請求項3に記載の水性コーティング組成物(A)。
  5. (A6)銅を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の水性コーティング組成物(A)。
  6. (A6a)銅が、(A)に溶解している形態で含まれ、(A6a)の量が、前記コーティング組成物(A)の全質量に対して5~1000ppmである、請求項に記載の水性コーティング組成物(A)。
  7. 前記コーティング組成物(A)中に存在するビスマスの全量が、少なくとも500ppm~20000ppmの範囲であり、前記コーティング組成物(A)が、ビスマスを錯化するのに適した少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤(A3aa)を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の水性コーティング組成物(A)。
  8. 導電性基材を電着材料で少なくとも部分的にコーティングする方法であって、少なくとも工程(1)、
    (1)カソードとして連結された導電性基材を請求項1からのいずれか一項に記載の水性コーティング組成物(A)と接触させる工程
    を含み、
    工程(1)が、少なくとも2つの連続する段階(1a)および(1b)、すなわち
    (1a)少なくとも5秒間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧での段階、および
    (1b)50~400Vの範囲の印加電圧での段階であり、ただし、段階(1b)で印加される電圧が、段階(1a)で印加される電圧より少なくとも10V高いことを条件とする、段階で実施される方法。
  9. 段階(1a)で印加される前記電圧が、少なくとも5~300秒の範囲にわたり印加され、50~400Vの範囲で段階(1b)で印加される前記電圧が、段階(1a)の実行後に0~300秒の時間間隔で実施され、50~400Vの前記電圧範囲内の値で10~300秒の範囲の期間で持続される、請求項に記載の方法。
  10. 前記導電性基材が、金属のタイプに関して異なる領域を有する、請求項またはに記載の方法。
  11. 前記導電性基材が、アルミニウム系および鋼系の両方の領域を有する基材である、請求項8または9に記載の方法。
  12. 前記水性コーティング組成物(A)が、(A)中に溶解している形態にあるリチウム(A4)、および(A)中に溶解している形態にある銅(A6a)を含み、(A4)の割合が、12.5~70ppmであり、(A6a)の割合が、20~250ppmである、請求項10または11に記載の方法。
  13. 請求項から12のいずれか一項に記載の方法によってコーティングされた基材。
  14. 請求項13に記載のコーティングされた基材を含む、構成要素または物品。
  15. 請求項13に記載のコーティングされた基材を含む自動車車体。
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