TW592838B - A process for improving the adhesion of an organic coatings to a metal surfaces - Google Patents

Description

五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明係關於一種改良有機塗料（如油漆）對金屬表面 (特別是鋁及鋁合金）之黏附性之方法。此方法淸潔及調 製金屬表面，使得對金屬表面後續塗佈之有機塗料（如 油漆）以優異之方式黏附於金屬表面。 典型之金屬表面淸潔/處理方法通常去除在金屬表面上 發現之殘留表面污垢及天然氧化物層。天然氧化物層然 後隨時間重新形成。此時間視方法中腐蝕抑制劑之存在、 環境、及被處理基質之固有本性而不同。因此，此處理 之淨結果可爲表面污染物之去除。雖然希望如此，不必 大幅強化有機黏著劑或塗料對金屬表面之後續結合。然 而’結合可經由使用明確地影響金屬表面之表面能量， 及形成比天然氧化物層均勻且結構上及化學上安定之表 面層之方法，而更爲強化。在此敘述之本發明據信解決 這些議題而且實質上增加後續有機塗料對經處理金屬表 面之黏附性。 發明槪要 提議之發明教示以一種方法處理金屬表面，特別是銘 或鋁合金表面，其包括： 1 .以黏附促進劑溶液接觸金屬表面，其包括： (a )硝基擴酸，及 (b)視情況地，但是較佳爲二醇醚。 2.繼而將有機塗料塗佈於金屬表面。 本發明之黏附促進劑溶液亦可視情況地，但是較佳爲 592838 五、發明説明（2) 包括硝基磺酸以外之氧化酸、界面活性劑、及/或1 , 2 _ 聯（万-氯乙氧基）乙烷。 發明之詳細說明 發明人在此已發現，以特定方法處理金屬表面，特別是 鋁及鋁合金之表面，大爲改良後續塗佈之金屬塗料對此金 屬表面之黏附性。爲了完成之，發明人提議以下之方法： 1 .以黏附促進劑溶液接觸金屬表面，其包括： (a)硝基磺酸；及 (b )視情況地，但是較佳爲二醇醚。 2.繼而將有機塗料塗佈於金屬表面。 許多種金屬已以本發明之方法處理，但是發明人已發現 ，此方法在調製用於塗刷之鋁及鋁合金特別有效。令人驚 奇及意料外地，已發現提議之方法顯著地增加有機層，如 塗料與底劑，對經處理金屬表面之黏附性，而不必使用鉻 酸鹽交互塗料。雖然鉻酸鹽轉化型塗料可在本發明方法後 塗佈，但是在塗佈有機塗料之前，已令人驚奇地發現，此 塗料爲不必要的。此外，已更令人驚奇地發現，以本發明 方法處理之金屬表面可使用不含鉻物種之塗料底劑（即 ，不含鉻底劑）有效地塗刷。·一般而言，已使用含鉻底劑 改良被塗覆金屬表面之抗腐蝕性，特別是鋁表面。因爲 以此方法可得到增加之黏附性，現在可有效地利用不含鉻 底劑而無腐蝕保護之顯著降低。 黏附促進組成物可含二醇醚。較佳爲，二醇醚爲乙二 醇、丙二醇、聚乙二醇、與聚丙二醇之低碳烷基醚。一些 -4- 592838 五、發明説明（3 ) 適合二醇醚之實例包括乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚、两 二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單正丁醚、二乙 二醇單己醚、三乙二醇單甲醚、其他類似之二醇醚、及以 上任何之混合物。二醇醚之濃度範圍爲2至40重量％，但 是較佳爲1 〇至20重量％ ◦通常以商標名Bu t y 1 Ce 1 1 os ο 1 Ve 上市之乙二醇單丁醚爲較佳之二醇醚。 黏附促進組成物含硝基磺酸。可用之硝基磺酸之實例 包括對-硝基苯磺酸、間-硝基苯磺酸、2 -氯-5 -硝基苯 磺酸、2，4 -二硝基苯磺酸、對-硝基甲苯磺酸、3，5 -二 硝基-對-甲苯磺酸等。硝基磺酸之濃度範圍爲2至1 0重 量％，但是較佳爲3至8重量％。 提議之方法之黏附促進組成物視情況地含0 . 1至1 0重 量％之濃度之1 , 2 -聯（Θ -氯乙氧基）乙烷。較佳爲，1 , 2 -聯（/3 -氯乙氧基）乙烷之濃度爲〇 . 5至2 · 0重量％。1 , 2 -聯 (/3 -氯乙氧基）乙烷僅微溶於水中，然而，可利用二醇 醚或等致物質或溶劑增加1 , 2 -聯（/9 -氯乙氧基）乙烷在黏 附促進組成物之溶解度。 黏附促進組成物可含硝基磺酸以外之氧化酸。如所示 ’組成物亦包括硝基磺酸。硝基磺酸亦可作爲氧化酸。氧 化酸較佳爲硝酸及/或硝基磺酸，但是最佳爲組合使用硝 酸及硝基磺酸。氧化酸之濃度範圍爲0 . 1至20重量％，但 是較佳爲0 · 1至1 〇重量％。如果硝酸組合硝基磺酸使用， 則硝酸（69% )之濃度爲〇.1至2重量％，及硝基磺酸之濃度 爲2至8重量％。 592838 五、發明説明（4 )

黏附促進組成物亦可含界面活性劑或水溶性聚合物。 發明人已發現，非離子性界面活性劑及水溶性聚合物之加 成對於黏附促進組成物之性能爲有利的。特別地，已發現 環氧乙烷及/或環氧丙烷之同元聚合物或共聚物爲有用的 。此外，亦已證明非離子性界面活性劑爲有用的。界面活 性劑及水溶性聚合物在黏附促進組成物中之濃度範圍爲 0 . 5至3重量％，但是較佳爲1至2重量％。 最後，如果黏附促進組成物塗佈於垂直表面，將增稠 劑加入配方中爲有利的。各種增稠劑在此技藝爲已知的， 如發煙矽石。

如所示，雖然在此方法處理後及在塗佈有機塗料之前 可使用鉻酸鹽轉化型塗料，已令人驚奇地發現，上鉻酸 鹽步驟爲不必要的，及無需中間上鉻酸鹽步驟而可得到 增加且可接受之黏附性。由經濟、環境及安全之觀點， 排除上鉻酸鹽步驟爲有利的。然而，如果希望，可使用 中間上鉻酸鹽。如果希望，用於本方法之上鉻酸鹽組成 物可爲任何可有效地在被處理金屬表面上製造鉻酸鹽轉化 型塗料之組成物。關於此點，美國專利2,796,370之教示 在此倂入作爲參考。發明人已發現，得自245 Fret ght St reet，Waterbury，康乃迪克州之 MacDermid Incorporated之I rdite 14-2，關於此點特別有用。 黏附促進組成物及上鉻酸鹽組成物（如果使用）可藉浸 漬、噴灑或同等方法塗佈於金屬表面。組成物較佳爲應 保持接觸金屬表面最少數分鐘。 -6- 592838 五、發明説明（5 ) 雖然不希望受理論限制，據信以黏附促進組成物處理 金屬表面增加被處理表面之表面能量。更相信形成包括金 屬氧化物與有機金屬化合物之均勻且結構堅固之表面層。 硝基磺酸被認爲在這些表面有機金屬物種之形成表現中心 角色，而且這些表面有機金屬物種爲改良有機層對被處理 金屬表面之黏附性之主要原因。以黏附促進組成物處理之 表面在許多狀態爲獨特的。金屬表面上之有機金屬長期維 持經修改表面能量，因此在處理後可有效地塗刷約數個 月。 發明人發現當利用黏附促進組成物及上鉻酸鹽組成物 時，將會發生出人意料之外的協同作用。該協同作用是特 別地出乎意料的，因爲黏附促進組成物及上鉻酸鹽組成物 爲反應性塗料（即，與被處理表面反應產生改質表面）。習 知知識指示，不建議重疊使用兩種反應性塗料，因爲第 一塗料會抑制第二塗料之形成，或第二塗料會壓制及取代 第一塗料。在此情形，兩種塗料間之意料外之協同作用 顯示塗料出乎意料地以某種方式在經處理表面上共存。 發明人已發現，本發明之方法在製備用於塗刷之鋁或 鋁合金特別有用。在此情形，底劑及淸漆塗料一般均塗 佈於經處理表面上。歷史上，含鉻塗料底劑已廣泛地用 於增加腐蝕保護。已令人驚奇地發現，以本發明方法處 理之表面可以不含鉻底劑（即，不含鉻物種之底劑）塗刷 ’而得到相同或類似之腐蝕保護程度。據信因爲有機塗 層（s卩’底劑及塗料）可較佳地濕潤及黏附於以本發明方 592838 五、發明説明（6 ) 法處理之表面，而得到此優點。 以下之實例描述以上之發明，但是不應視爲在任何方 面限制之。 實例I 翼形鋁金屬片經以下之方法處理： 時間 1 ·鹼浸淸潔劑以去除任何油渣 7分鐘 2 .淸潔水洗 2分鐘 3 .黏附促進組成物 1 . 5分鐘 4 .淸潔水洗 5 .乾燥 黏附促進組成物含以下： 2分鐘 物質 濃度（重量％) 乙二醇單丁醚 1 6 對-硝基甲苯擴酸 6 水 7 8 將環氧基底劑及聚酯面漆塗佈於經處理鋁樣本及使之 固化。使用雨水侵蝕法，一種太空工業已知之塗料黏附 性試驗法，檢查塗料之黏附性。在雨水侵蝕法中，水滴以 局速衝擊樣本上經塗刷及未塗刷區域間之界線。此試驗意 圖模擬在以高速移動之飛行器之塗刷表面上之水爆脫色或 侵蝕作用。此試驗之合理之通過-失敗標準需要在塗刷線 前緣之後不發生大於1 /4英吋之侵触。依照此實例調製之 592838 五、發明説明（7) 樣本產生小於丨/ 8英吋侵蝕之通過黏附性値。

實例II 重複實例I，除了僅使用方法之步驟1、2與5 (即，僅將 鋁淸潔、淸洗及乾燥）。使用實例I所到之相同塗料系統 及相同之試驗體系。發現在雨水侵飩法中缺乏黏附性’ 產生1 / 4英吋或更大之最大許可侵蝕。 實例ΙΠ 重複實例I，除了黏附促進組成物包括以下： ΜΜ1ΜΛΛ1 16 6 1 物質 乙二醇單丁醚 對-硝基甲苯磺酸 1 , 2 -聯（yS -氯乙氧基）乙院 硝酸（42BE) 0.4 環氧乙烷同元聚合物（MW- 7700 ) 0.5 乙氧化非離子性界面活性劑 1 水 7 5.1 依照實例I之步驟調製樣本且產生小於1 / 8英吋侵蝕之 通過黏附性値。

實例IV 重複實例I I I，在此情形，在步驟4與5之間塗佈鉻酸鹽 轉化型塗料（Mac.Dermid Indite 14-2鉻酸鹽，得自 M a c D e r m i d I n c o r p o r a t e d , 2 4 5 F r e t g h t S t . , W a t e r b u r y ? 康乃迪克州06 702 )繼而淸潔水洗。此實例之樣本產生小 於1 / 8英吋侵j|虫之通過黏附性値。 -9- 中請百.期 f卞:s , 7 案 號 9〇 / 〇 9 /^〇 類 別 βϋΧ P f/<u (以上各欄由本局填註）

592838 發明 專利說明書⑽年3月修正〕 新型 發明 -、i型名稱 中 文 改良有機塗料對金屬表面之黏附性之方法 英 文 A process for improving the adhesion of an Organic Coatings to a metal surfaces 姓 名 1. 葛拉德嵩傑西克（〇61^1(1〜〇」(：1]〇 2. 梅爾文R.傑恩金思（Melvin R. Jenkins) 一發明 一、創作 國 籍 1.美國 2 .美國 住 、居所 1. 美國康乃狄克州06786-1205湯瑪斯頓布羅斯佩特街429號 2. 美國密西根州8114布萊登北克莉絲汀道8743 姓 名 (名稱） 麥克達米德股份有限公司 (MacDermid，Incorporated) 國 籍 美國 三、申請人 住、居所 (事務所） 美國康乃狄克州06702華特伯里佛萊特街245號 代 姓 表人 名 瑪莉安蒂倫娜 Mary Anne Ti11ona

Claims (1)

1. 592838 ΐ務正 申請專利範圍 93,.3. 18' 第90 1 09 1 40號「改良有機塗料對金屬表面之黏附性之方 法」專利案 (9 3年3月修正） 、申請專利範圍： 1 . 一種改良有機塗料對金屬表面之黏附性之方法，該 方法包括： a )以黏附促進劑組成物接觸由鋁或鋁合金構成之表 面，其包括： 1 . 2到40%之二醇醚；及 2. 2到10%之硝基磺酸， b )繼而將不含鉻塗料底劑塗佈於金屬表面。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中金屬表面包括 選自包括鋁及鋁合金之金屬。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括至少一種選自包括界面活性劑、環氧乙 烷聚合物、環氧丙烷聚合物、氧化酸、1，2 -聯（/3 -氯乙氧基）乙烷、及以上任何之混合物之物質。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括增稠劑。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟（a )之後 但是在步驟（b )之前’金屬表面以上鉻酸鹽組成物接 觸。 6 _如申請專利範圍第5項之方法，其中黏附促進劑組 _L- 六、申請專利範圍 成物亦包括至少一種選自包括界面活性劑、環氧乙 烷聚合物、環氧丙烷聚合物、氧化酸、1 , 2 -聯（Θ -氯乙氧基）乙烷、及以上任何之混合物之物質。 7 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括增稠劑。 8 . —種改良有機塗料對金屬表面之黏附性之方法，該 方法包括： a )以包括之硝基磺酸由2到1 〇%所構成的黏附促進 劑組成物接觸由鋁或鋁合金所構成金屬表面， b )繼而將不含鉻塗料或塗料底劑塗佈於金屬表面。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括至少一種選自包括界面活性劑、環氧乙 烷聚合物、環氧丙烷聚合物、氧化酸、1 , 2 -聯（冷-氯乙氧基）乙院、及以上任何之混合物之物質。 1 0 .如申請專利範圍第8項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括增稠劑。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中在步驟（a )之後 但是在步驟（b )之前，金屬表面以上鉻酸鹽組成物接 觸。 1 2 .如申請專利範圍第8項之方法，其中有機塗料包括 實質上無含鉻物種之塗料底劑。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之方法，其中黏附促進劑組 成物亦包括至少一種選自包括界面活性劑、環氧乙 592838 t、申請專利範圍 烷聚合物、環氧丙烷聚合物、氧化酸、1 , 2 -聯（石-氯乙氧基）乙烷、及以上任何之混合物之物質。 1 4 .如申請專利範圍第9項之方法，其中有機塗料包括 實質上不含鉻物種之塗料底劑。