TWI531679B - 鋼預塗處理組成物 - Google Patents

Description

鋼預塗處理組成物

本發明整體上係關於用於金屬上形成保護、抗蝕塗層之組成物與方法，或以金屬塗布之其他材料。

諸如鋼之金屬，由於其低之氧化還原電位或容易產生氧化物，在水存在的狀況下傾向於快速侵蝕。此外，在塗料黏著方面，鋼亦具有顯著的問題，因為該剛形成的金屬表面典型地非常平滑，並傾向於微弱地形成鍵結表面的氧化物，此一般無法提供隨後施予之塗料固定於其上之堅固基礎。

一種增加鋼之抗蝕性的方法係透過使用轉化塗層，其係一種在金屬之有意暴露於化學反應溶液的期間，所形成之自行回復的抗蝕層。轉化塗層於諸如鋼之金屬的表面處理特別地有幫助。該轉化塗層製程形成一含完整之腐蝕抑制物的黏著表面，可提供針對塗層破壞之保護。該金屬暴露至一種會化學地改變該表面並形成一提供高度抗蝕性之塗層的化合物。從而，一種被施予至一低貴重金屬合金之表面的化學轉化塗層可減少水性腐蝕之廣度與嚴重度，提供長期穩定性，並延長製造標 的之使用壽命。

有效的轉化塗層之一必要特性為在塗層破壞存在之情況下，提供腐蝕保護予基底金屬之能力。轉化塗層可無需從外部施加電位而於該金屬上生長。藉由該金屬表面與該轉化塗層溶液間之化學反應產生該保護薄膜。該薄膜係由在暴露至該轉化塗層溶液的期間所形成之一氧化物與完整的腐蝕抑制物種類兩者所組成。

過去常使用含六價鉻的溶液塗布這些轉化或預處理塗層。儘管這些塗層提供良好之抗腐蝕效果，由於六價鉻具有高毒性並為已知的致癌物質，考量到其對於職業、安全性、健康與環境之影響，故試圖提供更可接受的無鉻酸鹽衍生物之塗層或衍生自三價鉻之塗層。目前此種塗層已發展出各種成果，這些塗層之範例可被發現於如Tanaka等人所發表之美國專利第7,294,362號，Matzdorf等人所發表之美國專利第6,375,726、6,521,029與6,669,764號，以及Sturgill等人所發表之美國專利第7,294,211號專利，上述專利之標的內容藉由參考其全部內容在此併入體現。

該轉化覆蓋之表面可保持赤裸的狀態或藉由額外之薄膜或塗層的施予被提供進一步的保護。轉化塗層需黏著於該基板上，且亦應形成一表面，其將促使與隨後施予之塗層形成一強力鍵結。與隨後施予之塗層之鍵結為一該轉化塗層之型態與化學組成物的功能。促進黏著之表面處理可表現出腐蝕抑制之特性。憑藉該預期之應用，如此處所述，一轉化塗層亦可被視為一”黏著促 進劑”，反之亦然。

轉化塗層通常藉由將一轉化塗層溶液施予至該金屬表面而形成。該溶液可依據該被處理之基板表面的複雜度藉由沉浸、噴塗、噴霧、擦拭或其他類似方法所施予。

儘管目前已有不同的轉化塗層化學性被提出，本發明之發明人認為此仍需要更進一步的改善。

本發明之目的係提供一種改良的轉化塗層組成物，其不含有毒的六價鉻，但可提供金屬表面改良之腐蝕保護。

本發明之另一目的在於提供一種改良的轉化塗層組成物，此提供對於鋼之改良的腐蝕保護，以及增加隨後施予至經如此處理之鋼的塗料之黏著性。

本發明之再一目的在於提供一種轉化塗層組成物，其包含一用以處理金屬基板之穩定溶液。

為了達到目的，本發明整體上關於一種水性之轉化塗層組成物，其包含：a)0g/l至300g/l之鋁離子；b)六氟鋯酸或其鹽；c)至少一種pH調節劑；d)可選擇之一種界面活性劑。

本發明亦關於一種使用該發明之水性轉化塗層組成物之方法，其係用以處理諸如鋼基板之金屬基板，以提供一改良之轉化塗層於該基板上。在一具體實 施例中，該發明之水性轉化塗層組成物實質上較佳地不含磷與/或鉻。本專利之說明書與請求項從頭到尾所使用之”鋼”，意指未經加工的生鋼與被鋅或鋅合金所覆蓋之鋼。

於一具體實施例中，本發明整體上係關於用以預處理金屬(諸如鋼)之酸性水性轉化塗層，與一種用以增進此種金屬基板之防腐蝕性能與隨後施加之塗料的黏著性之程序。

於一具體實施例中，本發明整體上係關於用以預處理鋼基板之組成物，與一種溫度範圍在常溫以上至約200℉之預處理鋼基板程序。這些預處理組成物主要包含一種pH值範圍介於約0.5至約6以及較佳地為約4至5之酸性水性溶液。

本發明之預處理組成物為一種水性溶液，其主要包含：a)0g/l至300g/l之鋁離子；b)六氟鋯酸或其鹽；c)至少一種pH調節劑；d)可選擇之一種界面活性劑。

該組成物較佳地實質上不含六價鉻與鋅的螯合劑。該組成物亦較佳地不含所有含鉻化合物。

該組成物較佳地含鋁離子。在一較佳具體實 施例中，該鋁離子的來源為氫氧化鋁。雖然氫氧化鋁為一般較佳，但諸如六氟化鋁酸鈉之鹼性六氟化鋁酸鹽亦可被用來實施本發明。在另一個較佳具體實施例中，鋁離子的來源為被用來與六氟鋯酸結合之純鋁粉末，藉此該鋁粉末因而藉由六氟鋯酸的酸性被溶解於溶液中。於組成物中之鋁離子的濃度可為0g/l至300g/l，但較佳地為1g/l至50g/l。

該組成物亦包含六氟鋯酸或其鹽類。典型的為水溶性之鉀、鈉、鋰或這些陰離子之銨鹽，較佳的為這些陰離子銨鹽。

該pH調節劑可包括一或多種鹼性金屬氫氧化物、氫氧化銨、重碳酸銨、碳酸銨、碳酸鈉、重碳酸鈉與前述一或多種化合物之組合。其他化合物亦為在該領域之熟練者所知悉。較佳地該組成物之pH值維持在0.5至6，最佳地為4至5。

該組成物亦包含一種界面活性劑。本發明人等已知可使用以下之界面活性劑：TRITON® DF12、環氧乙烷-環氧丙烷共聚物、DOWFAX® 63N10、聚丙二醇、聚乙二醇與乙氧基化醇類，諸如LUTENSOL®系列之界面活性劑。

依據本發明可有益地被包括於一些調配物中的另一選擇性的成分為一防腐劑。一種較佳的防腐劑為六氫-1,3,5-三(2-羥乙基)-s-三(hexahydro-1,3,5-tris(2-hydroxyethyl)-s-triazine)，以商標名為Surcide P販售(可購自Surety Laboratories,Cranford,NJ)。其他類 似的防腐劑亦為在該領域之熟練者所知悉。

表1敘明根據本發明所製備之配方A之較佳組成物。

加入氫氧化銨(37%)至pH4.5

用於本發明方法中之金屬基板可為任何具有金屬表面之基板。可用之基板實例包括具有由鋼或塗布鋅或鋅合金之鋼所製成之表面者。特別較佳者為鋼片基板。

鋼片基板之實例包括熱浸鍍鋅之鋼片、電鍍鋅鋼片、鍍鋅鐵合金之鋼片、鍍鎳鋅合金之鋼片、鍍鋁鋅合金之鋼片及其相似物。亦可作為鋼片基板使用係鍍鋅系金屬之鋼片，其係已經過諸如鉻酸鹽處理、磷酸鋅處理或複合氧化物薄膜處理之化學轉化處理。此外，一種鋼片組件可作為一種鋼片基板應用。

本發明之該塗層組成物可藉由任何已知製程被施予至一金屬基板，諸如浸泡塗布、噴淋塗布、噴灑塗布、滾動塗布與電塗布。接觸期間約為30秒至5分鐘 之範圍，但是若溶液較淡或溶液的溫度相對地低則需要更長的接觸。該水性溶液溫度一般低於100℃，例如在15℃至75℃的範圍，以及更佳地為約50℃。

整體而言，較佳地該組成物係藉由使基板達到最高溫約60至250℃的狀況下加熱約2秒至約30分鐘的方式乾燥。

在執行該預處理之前，該基板可被清潔與/或活化處理係如該領域中一般所知悉。該基質接著可與本發明之組成物接觸一段足夠在基板表面形成一轉化塗層的時間，然後使其乾燥。

此處所提供之處理組成物，整體上於鋼上製造一具有很好的抗腐蝕性以及與隨後施予塗布層之黏著性的藍色轉化塗層。

然而上述發明與其提及用以參考之特別具體實施例，顯而易見的任何不違背此處揭露本發明概要之變更、修改與變化可被實行。因此，本發明欲包含所有此種落入該附屬項精神與概括範圍之變更、修改與變化。本文所引用之所有專利申請案、專利案與其他公開文獻，藉由參考其整體均被併入。

Claims (8)

1. 一種水性轉化塗層組成物，其包含：a)0g/l至50g/l之鋁離子；b)六氟鋯酸或其鹽；c)至少一種pH調節劑；d)界面活性劑；及e)防腐劑，其中當該水性轉化塗層組成物接觸鋼基板時，該水性轉化塗層組成物能在該鋼基板上產生藍色轉化塗層。
2. 如請求項1之水性轉化塗層組成物，其中該轉化塗層組成物不含鉻，或鋅之螯合劑。
3. 如請求項1之水性轉化塗層組成物，其中該pH調節劑包含氫氧化銨。
4. 如請求項1之水性轉化塗層組成物，其中該鋁離子係源自於一包含氫氧化鋁之來源。
5. 一種處理一鋼基板以在其上形成一轉化塗層之方法，該方法包含下列步驟：a)使該鋼基板與一處理組成物接觸，該處理組成物包含：i)0g/l至50g/l之鋁離子；ii)六氟鋯酸或其鹽；iii)至少一種pH調節劑；iv)可選擇含有之一種界面活性劑。b)之後，乾燥該經處理之鋼表面，其中該處理組成物在該鋼基板上，產生藍色轉化塗層。
6. 如請求項5之方法，其中該轉化塗層組成物不含鉻，或鋅之螯合物。
7. 如請求項5之方法，其中該pH調節劑包含氫氧化銨。
8. 如請求項5之方法，其中該鋁離子係源自於一包含氫氧化鋁之來源。