Бесхромовая пассивация стали
Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлические поверхности и позволяет получить бесхромовые конверсионные или пассивирующие покрытия на поверхности оцинкованной стали для ингибирования коррозии металлической поверхности и усиления адгезии краски или других наносимых на них покрытий. Способ образования конверсионного или пассивирующего покрытия на поверхности оцинкованной стали и оцинкованной горячим погружением стали, путем взаимодействия упомянутой поверхности с водной обрабатывающей композицией, содержащей пленкообразующий латексный полимер, содержащий акрилатную смолу, фторсодержащую кислоту, фосфорную кислоту и неионогенное полимерное поверхностно-активное вещество, содержащее блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена. Композиция для образования преобразующего или пассивирующего покрытия содержит от 0,01 до 50 мас.% пленкообразующего латексного полимера, от 0,01 до 40 мас.% Н3РO4, от 0,01 до 30 мас.% фторсодержащей кислоты, от 0,01 до 20 мас.% полиоксиэтилен/оксипропилен блочного сополимера, остальное вода, где упомянутая композиция равна 100 мас.%. 3 н. и 13 з.п. ф-лы.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение касается бесхроматных покрытий для металлов. Более конкретно, настоящее изобретение касается бесхроматных покрытий стальных поверхностей с целью улучшения коррозионной стойкости и адгезии красок на поверхности. Изобретение предусматривает высушенное покрытие, которое особенно эффективно при обработке полосы оцинкованной рулонной стали.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Цели образования хромат-преобразующего покрытия на поверхности оцинкованной стали заключаются в обеспечении коррозионной стойкости, улучшении адгезии покрытий и эстетических причинах. Хроматную пассивацию поверхности оцинкованной стали выполняют, чтобы обеспечить коррозионную стойкость, а также в эстетических целях, на материалах, которые не будут окрашиваться. Конверсионное покрытие улучшает адгезию покрывных слоев, таких как краски, чернила, лаки и пластиковые покрытия. Оцинкованную сталь обычно обрабатывают водной композицией, содержащей ионы шестивалентного или трехвалентного хрома с другими добавками, получая хромсодержащее конверсионное покрытие.
Существует растущая обеспокоенность, связанная с загрязнением хроматами, выпускаемыми в реки и водные пути такими процессами. Из-за высокой растворимости и сильного окисляющего действия ионов хрома обычные конверсионные способы, использующие хромат, требуют обширных процедур переработки отходов для регулирования их сброса. Кроме того, устранение твердого осадка от таких процедур переработки отходов представляет собой существенную проблему.
Соответственно в технике существует необходимость обеспечения эффективной бесхроматной обработки, обеспечивающей высушенное конверсионное или пассивирующее покрытие для ингибирования коррозии металлической поверхности и усиления адгезии краски или других покрытий, которые могут наноситься на металлическую поверхность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает способ обработки поверхности металлов, таких как сталь или оцинкованная сталь, обеспечивающий образование покрытия, которое увеличивает коррозионную стойкость и адгезионные свойства поверхности металла. Пассивирующее или конверсионное покрытие, образуемое с помощью настоящего изобретения, может высушиваться или промываться. Способы данного изобретения содержат взаимодействие необходимой металлической поверхности со свободной от хромата, водной обрабатывающей композицией, содержащей: (а) пленкообразующий латексный полимер; (b) фторсодержащую кислоту; (с) фосфорную кислоту; и (d) блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена. Другие цели и преимущества данного изобретения будут видны из последующего описания и формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Изобретатели обнаружили, что улучшенное бесхроматное конверсионное или пассивирующее покрытие можно обеспечить на металлических поверхностях, особенно поверхностях оцинкованной стали, путем взаимодействия данной поверхности с водным покрывным раствором или дисперсией из:
(a) пленкообразующего латексного полимера;
(b) фторсодержащей кислоты;
(c) фосфорной кислоты; и
(d) неионогенного полимерного поверхностно-активного вещества.
Обнаружено, что композиции изобретения обеспечивают агент водной предварительной обработки для обработки оцинкованных металлических поверхностей, который обеспечивает улучшенную коррозионную стойкость и адгезию наносимого латексного покрытия, когда обработанная поверхность высушена.
Что касается пленкообразующего латексного полимерного компонента, то он может быть выбран из широкого многообразия материалов, таких как стирол-бутадиеновые сополимеры, акрилатные смолы, поливинилацетат, уретаны, амидоаминные полимеры и подобные материалы. Некоторые коммерчески доступные латексные материалы включают в себя:
| Описание | Тип |
| "Neocar" (Union Carbide) | виниловый эфир/акриловый |
| "Res 3077" (Rohm & Haas) | винилацетат/акриловый |
| "Airflex" 500 (Air Products) | винилацетат/этилен |
| "Airflex" 4514 (Air Products) | винилхлорид/амид терполимер |
| "Airflex" 4500 (Air Products) | винилхлорид/амид терполимер |
| Flexhane 620 (Air Products) | уретан |
| Vinac 884 (Air Products) | винилацетат |
| Dow 620 (Dow) | SBR |
| "Airflex" 4530 (Air Products) | этиленвинилхлорид |
| Kymene 736 | полиамидоамин |
| U Car Latex 651 | акрилат |
В настоящее время предпочтительно использовать "U Car Latex 651" в качестве пленкообразующего латексного полимерного компонента. Он коммерчески доступен от Union Carbide и представляет собой эмульсию смолы акрилового сополимера, имеющую в качестве основных латексных компонентов полимеры бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты.
Что касается фторсодержащей кислоты, которая присутствует в обрабатывающем составе, она предпочтительно представляет собой фторсодержащую кислоту металла IVB группы или их смесь. Фтортитановая кислота H2TiF6 является предпочтительной в настоящее время, наряду с фторциркониевой кислотой H2ZrF6, также упоминаемой в качестве типичной. Также применимы комбинации данных кислот.
Как указано выше, фосфорная кислота Н3РO4 и ее соли также присутствуют в рецептуре обработки. Используемая здесь фраза "фосфорная кислота" относится к форме кислоты и соли.
Что касается неионогенного полимерного поверхностно-активного вещества, типичным является блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена. Повторяющиеся звенья оксида этилена (ОЭ):оксида пропилена (ОП) сополимеров могут присутствовать в молярном отношении приблизительно от 1:1 до 1:9; предпочтительно от 1:5 до 1:9; наиболее предпочтительно 1:9. Молекулярные массы этих блочных сополимеров лежат в диапазоне приблизительно от 2000 до 4000. Данные сополимеры коммерчески доступны от BASF под торговой маркой "Pluronic". В настоящее время "Pluronic 101" является предпочтительным для использования. Этот конкретный сополимер имеет отношение блоков ОЭ:ОП приблизительно 1:9 и молекулярную массу приблизительно 3300.
Композиции согласно данному изобретению не содержат хромата и включают в себя:
от 0,01 до 50 мас.% пленкообразующего латекса,
от 0,01 до 40 мас.% Н3РO4,
от 0,01 до 30 мас.% фторсодержащей кислоты,
от 0,01 до 20 мас.% неионогенного полимерного поверхностно-активного вещества,
где масса композиции составляет в целом 100 мас.%.
Более предпочтительны композиции, имеющие следующий диапазон (в мас.%) компонентов:
от 1 до 20 мас.% пленкообразующего латекса,
от 1 до 50 мас.% Н3Р04,
от 1 до 40 мас.% фторсодержащей кислоты,
от 0,01 до 15 мас.% неионогенного полимерного поверхностно-активного вещества,
остальное - вода.
Сумма всех компонентов композиции равна 100 мас.%. рН композиций может меняться приблизительно от 1,0 до 2,0.
Требуемая металлическая поверхность может вступать в контакт посредством нанесения распылением, погружением или покрытием валиком. Обработанный объект затем сушат, и данная металлическая поверхность готова для окрашивания или нанесения других покрытий.
Конверсионная и пассивирующая обработка настоящего изобретения выполняется с получением массы преобразующего покрытия больше, чем приблизительно 1 миллиграмм на квадратный фут обрабатываемой поверхности, причем масса от 2 до 150 миллиграммов на квадратный фут является более предпочтительной. Для использования в коммерческих применениях рабочие растворы, содержащие приблизительно от 3 до 100, предпочтительно от 10 до 100 мас.% концентрации вышеуказанной "более предпочтительной" рецептуры, применяют для взаимодействия с нужными металлическими поверхностями.
ПРИМЕРЫ
Изобретение будет теперь описано в соединении с последующими примерами, которые рассматриваются как иллюстрации определенных вариантов осуществления данного изобретения, но не должны рассматриваться как ограничение области данного изобретения.
Пример 1. Рецептуры обработки
Одна тестовая рецептура обработки "А" представляла собой латексную эмульсию, включающую в себя следующие компоненты:
| 1) U Car Latex 651 | 5,8 мас.% (65% actives) |
| 2) Н3РO4 | 22,0 мас.% |
| 3) Фтортитановая кислота | 10 мас.% |
| 4) Pluronic 101 | 0,5 мас.% |
5) Остальное - вода
U Car Latex 651 представляет собой эмульсию смолы такрилового сополимера, имеющую вязкость при 20°С сП (Brookfield, LVT #3,50 об/мин) 400 и размер частиц 0,45 (в микронах). Она доступна от Union Carbide Corporation of Danbury, Connecticut. Ее основными компонентами являются 1) полимеры бутилацетата, метилметакрилата, метакриловой кислоты в количестве <65 мас.%;
2) вода - 35%; 3) гликоли, полиэтилен, моно[(1,1,3,3-тетраметилбутил)фениловый] эфир в количестве менее чем 2%; и 4) аммиак в количестве 0,2 мас.%. Она представляет собой белую жидкость.
Pluronic 101 представляет собой бифункциональное блок-сополимерное поверхностно-активное вещество, оканчивающееся первичными гидроксильными группами и доступное от BASF Corporation in Mount Olive, New Jersey. Это блочный сополимер, имеющий гидрофобные повторяющиеся звенья оксида пропилена (ОП) и гидрофильные повторяющиеся звенья оксида этилена (ОЭ) в молярном отношении около 9:1. Полная молекулярная масса сополимера составляет около 3300.
Тестовые панели для примеров готовили следующим образом:
тестовые панели G70/70 из оцинкованной стали горячего погружения, полученные от ACT Laboratories, очищали распылением 3%-ного водного раствора продукта, содержащего щелочное поверхностно-активное вещество, и затем промывали дистиллированной водой, и затем покрывали тестовыми рецептурами обработки путем нанесения покрытия центрифугированием с последующей принудительной воздушной сушкой.
A. РНС - тест распыления нейтральной соли согласно ASTM В 117 и оцениваемый согласно ASTM D-1654 (% белой ржавчины).
В. Водостойкость - ASTM D 4584 - водостойкость покрытий с использованием регулируемой конденсации, где конденсация создается путем обработки одной поверхности покрытого образца нагретой насыщенной смесью воздуха и водяного пара, тогда как обратная сторона образца подвергается воздействию охлаждения до комнатной температуры (% белой ржавчины).
С. Водостойкость покрытий в 100%-ной относительной влажности согласно ASTM 2247-97 (% белой ржавчины).
Результаты тестов
| Тест и результат | |||
| Обработка | ASTM B117/D1654 | ASTM D4585 | ASTM D2247-97 |
| 48 часов РНС | 240 часов QCT | 100 отн.% | |
| влажность | |||
| А | 1 | 0 | 0 |
| С-1 | 1 | 0 | 0 |
| С-2 | 100 | 1 | 10 |
| С-1 | представляет собой текущее состояние техники, | ||
| хромсодержащая пассивация шестивалентным хромом. | |||
| С-2 | представляет собой коммерчески доступную бесхромовую пассивацию. |
Хотя данное изобретение описано относительно конкретных вариантов его осуществления, ясно, что другие многочисленные формы и модификации данного изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники. Формулу изобретения и данное изобретение в целом следует понимать как покрывающие все такие очевидные формы и модификации, которые находятся внутри и области настоящего изобретения и составляют его сущность.
1. Способ образования конверсионного или пассивирующего покрытия на поверхности оцинкованной стали или оцинкованной горячим погружением стали путем взаимодействия упомянутой поверхности с водной обрабатывающей композицией, содержащей пленкообразующий латексный полимер, содержащий акрилатную смолу, фторсодержащую кислоту, фосфорную кислоту и неионогенное полимерное поверхностно-активное вещество, содержащее блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена.
2. Способ по п.1, в котором упомянутая акрилатная смола содержит полимеры бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты.
3. Способ по п.1, в котором упомянутая фторсодержащая кислота содержит фторсодержащую кислоту металла IVB группы.
4. Способ по п.1, в котором упомянутый блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена содержит молярное отношение групп оксида этилена (ОЭ) к оксиду пропилена (ОП) приблизительно от 1:1 до 1:9.
5. Способ по п.4, в котором упомянутое молярное отношение ОЭ:ОП составляет приблизительно от 1:5 до 1:9.
6. Способ по п.5, в котором упомянутый блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена имеет молекулярную массу приблизительно от 2000 до 4000.
7. Способ по п.1, в котором упомянутая обрабатывающая композиция не содержит хромата.
8. Способ по п.1, дополнительно содержащий сушку упомянутого металла после того, как упомянутое покрытие вступило в контакт с упомянутым металлом, затем окрашивание упомянутого металла.
9. Композиция для обработки поверхности оцинкованной стали или оцинкованной горячим погружением стали с образованием на них преобразующего или пассивирующего покрытия, причем упомянутая композиция содержит пленкообразующий латексный полимер, содержащий акрилатную смолу, фторсодержащую кислоту металла IVB группы, фосфорную кислоту и неионогенное полимерное поверхностно-активное вещество, содержащее блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена, и воду.
10. Композиция для обработки поверхности оцинкованной стали или оцинкованной горячим погружением стали с образованием на них преобразующего или пассивирующего покрытия, причем упомянутая композиция содержит
от 0,01 до 50 мас.% пленкообразующего латексного полимера,
от 0,01 до 40 мас.% Н3РO4,
от 0,01 до 30 мас.% фторсодержащей кислоты,
от 0,01 до 20 мас.% полиоксиэтилен/оксипропилен блочного сополимера,
остальное вода, где упомянутая композиция равна 100 мас.%.
11. Композиция по п.10, где упомянутая композиция лишена хромата, причем блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена содержит молярное отношение групп оксида этилена (ОЭ) к оксиду пропилена (ОП) приблизительно от 1:1 до 1:9.
12. Композиция по п.11, в которой упомянутое молярное отношение ОЭ:ОП составляет приблизительно от 1:5 до 1:9, и в которой блочный сополимер полиоксиэтилена/оксипропилена имеет молекулярную массу приблизительно от 2000 до 4000.
13. Композиция по п.12, в которой упомянутое молярное отношение ОЭ:ОП составляет приблизительно 1:9 и упомянутая молекулярная масса равна приблизительно 3300.
14. Композиция по п.10, в которой упомянутая фторсодержащая кислота содержит фтортитановую кислоту.
15. Композиция по п.10, в которой упомянутый пленкообразующий латексный полимер содержит акрилатную смолу.
16. Композиция по п.15, в которой упомянутая акрилатная смола содержит полимеры бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты.
