Индикаторные покрытия для металлических поверхностей

Изобретение относится к композиции покрытия для ингибирования коррозии. Предложенная композиция покрытия содержит ингибирующий коррозию катион металла и соединение с сопряженными двойными связями, содержащее индикаторное соединение, которое меняет цвет при воздействии иона металла, или воздействии щелочным рН, или воздействии кислым рН. Также предложены способ обработки подложки, включающий нанесение, по меньшей мере, на часть подложки композиции покрытия для ингибирования коррозии, и подложка, содержащая слой, осажденный из композиции для ингибирования коррозии. Изобретение позволяет определить полноту охвата покрытия, а также способствует сопротивлению коррозии и/или другим эксплуатационным параметрам покрытия. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 табл., 3 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям покрытий, содержащим катион металла, ингибирующий коррозию, и соединение с сопряженными двойными связями. Способы использования покрытий и подложки, покрытые ими, также входят в объем настоящего изобретения.

Уровень техники

Окисление и разрушение металлов, используемых в аэрокосмической, коммерческой и частной отраслях, представляют собой серьезные и дорогостоящие проблемы. Чтобы свести к минимуму окисление и разрушение металлов, используемых в указанных применениях, неорганическое защитное покрытие может быть нанесено на металлическую подложку. Такое защитное неорганическое покрытие, иногда упоминаемое как конверсионное покрытие, может быть единственным покрытием, нанесенным на металл, или покрытие может быть промежуточным покрытием, на которое нанесены последующие покрытия.

Одна из проблем, с которыми сталкиваются производители при покрытии поверхности металлической подложки, чтобы свести к минимуму коррозию, заключается в том, что поверхность должна быть соответствующим образом покрыта для оптимального выполнения. Это трудно, в частности, при покрытии больших металлических деталей, таких, как в авиационно-космической промышленности, чтобы определить, была ли металлическая подложка надлежащим образом покрыта во всех областях. Поэтому желательны покрытия, которые позволяют пользователю определить полноту охвата покрытия, а также способствовать сопротивлению коррозии и/или другим эксплуатационным параметрам покрытия.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: а) ингибирующий коррозию катион металла; и b) соединение с сопряженными двойными связями. Способы применения таких композиций и подложки, обработанные ими, также входят в объем настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к композициям, содержащим ингибирующий коррозию катион металла и соединение с сопряженными двойными связями. В некоторых вариантах осуществления изобретения композиции дополнительно содержат носитель, такой как, водная среда, так что композиция находится в форме раствора или дисперсии указанного катиона металла, соединения с сопряженными двойными связями и/или других компонентов композиции в носителе. Эти композиции могут быть иногда упомянуты здесь как покрытия, так как они могут быть использованы, чтобы "покрыть" подложку и образовать слой на этой подложке; слой может быть либо непрерывным, либо прерывистым.

Катион металла, используемый согласно настоящему изобретению, может быть любым катионом металла, который способствует устойчивости к коррозии. Например, катион металла может быть редкоземельным элементом, таким как церий, иттрий, празеодим, неодим, или их комбинацией. Другие катионы металлов включают цирконий, катионы металлов группы IA, такие как литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций или катионы металлов группы IIA, такие как бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий, ионы металлов группы 2В, такие как цинк, металлы группы IVB, такие как титан и трехвалентный хром. Как используется в настоящем описании, термин "редкоземельный металл" относится к семнадцати (17) химическим элементам в периодической таблице, которое включают в пятнадцать (15) лантаноидов (пятнадцать [15] элементов с атомными номерами от 57 до 71, от лантана до лютеция) плюс скандий и иттрий. В случае, где это применимо, металл может быть использован сам по себе. В некоторых вариантах осуществления соединение редкоземельного металла используют в качестве источника редкоземельного металла. Как используется в настоящем описании, термин "соединение редкоземельного металла" относится к соединениям, которые содержат по меньшей мере один элемент, который является редкоземельным элементом, как определено выше. Особенно подходящие катионы металлов в соответствии с настоящим изобретением, включают церий, иттрий, празеодим, цирконий, литий и цинк.

В некоторых вариантах осуществления катион металла, используемый в композициях по настоящему изобретению, находится в форме соли металла. Термин "соль" означает ионно-связанное неорганическое соединение и/или ионизированный анион и катион одного или нескольких неорганических соединений в растворе. Подходящие соли включают, например, нитратные, хлоридные и сульфатные соли, а также карбонаты и гидроксиды. Примеры включают хлорид празеодима, нитрат празеодима, сульфат празеодима, хлорид церия, нитрат церия, сульфат церия, нитрат церия, хлорид иттрия, нитрат иттрия, сульфат иттрия, фторид цинка, гексафторцирконат, карбонат лития, гидроксид лития и их комбинации.

В некоторых вариантах осуществления катион металла присутствует в композиции в количестве по меньшей мере 10 ppm металла, например по меньшей мере 100 ppm металла или 150 ppm металла (в расчете на элементарный металл), и не более чем 5000 ppm металла, например не более чем 300 ppm металла или не более чем 250 ppm металла. Количество катиона металла может изменяться внутри диапазона между любым из этих перечисленных значений, включая указанные значения.

"Соединение с сопряженными двойными связями", используемое в настоящем описании, и как будет понятно специалистам в данной области техники, относится к соединению, имеющему две двойные связи, разделенные одинарной связью, например две двойные углерод-углеродные связи с одной углерод-углеродной связью между ними. Любое соединение с сопряженными двойными связями может быть использовано в соответствии с настоящим изобретением. Некоторые «индикаторы» или «индикаторные соединения», названные так потому, что они показывают, например, присутствие химических веществ, таких как ион металла, pH композиции и т.п., являются соединением с сопряженными двойными связями. «Индикатор», «индикаторное соединение» и подобные термины, которые использованы в описании, относятся к соединению, которое изменяет цвет в ответ на какой-то внешний раздражитель, параметр или состояние, такие как присутствие иона металла, или в ответ на конкретный pH или диапазон pH.

Индикаторное соединение, используемое в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может быть любым индикатором известным в данной области техники, которое указывает на присутствие веществ, определенного pH, и тому подобное. Например, подходящим индикатором может быть тот, который изменяет цвет после формирования комплекса металлического иона с определенным ионом металла. Индикатор иона металла, как правило, представляет собой, в общем, органическое соединение с сопряженными двойными связями с высокой степенью. Кроме того, индикаторное соединение может быть соединением, в котором цвет меняется при изменении pH; например, соединение может быть одного цвета при кислом или нейтральном pH и изменить цвет при щелочном pH или наоборот. Такие индикаторы хорошо известны и широко доступны в продаже. Индикатор, который "изменяет цвет при воздействии щелочным pH", следовательно, имеет первый цвет (или является бесцветным) при воздействии кислым или нейтральным pH и изменяется на второй цвет (или переходит от бесцветного до цветного) при воздействии щелочным pH. Аналогичным образом, индикатор, который "изменяет цвет при воздействии кислым pH" переходит от первого цвета/бесцветного до второго цвета/цветного при изменении pH от щелочного/нейтрального до кислого.

Примеры таких индикаторных соединений включают метиловый оранжевый, ксиленовый оранжевый, катехин фиолетовый, бромфенол синий, зеленый и пурпурный, эриохром черный Т, целестин голубой, гематоксилин, калмагит, галлоцианин и их комбинации. Согласно одному варианту осуществления индикаторное соединение содержит органическое индикаторное соединение, которое представляет собой индикатор иона металла. Примеры индикаторных соединений включают соединения, которые приведены в таблице I. Флуоресцентные индикаторы, которые будут излучать свет в определенных условиях, также могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, хотя в некоторых вариантах осуществления использование флуоресцентного индикатора как раз исключено. То есть в некоторых вариантах осуществления соединения с сопряженными двойными связями, которые обладают флуоресценцией, специально исключены. Как используется в настоящем описании, "флуоресцентный индикатор" и тому подобные термины относятся к соединениям, молекулам, пигментам и/или красителям, которые флуоресцируют или иным образом проявляют цвет при воздействии ультрафиолетового или видимого света. Под "флуоресцируют" следует понимать излучение света после поглощения света или другого электромагнитного излучения. Примеры таких индикаторов, часто упоминаемых как "метки", включают в себя акридин, антрахинон, кумарин, дифенилметан, дифенилнафтилметан, хинолин, стильбен, трифенилметан, антрацен и/или молекулы, содержащие любой из этих фрагментов, и/или производные любого из них, такие как родамины, фенантридины, оксазины, флуороны, цианины и/или акридины.

В соответствии с одним из вариантов осуществления соединение с сопряженными двойными связями содержит катехин фиолетовый, как показано в таблице I. Катехин фиолетовый (КФ) представляет собой сульфофталеиновый краситель, полученный за счет конденсации двух молей пирокатехина с одним молем ангидрида о-сульфобензойной кислоты. Было обнаружено, что КФ обладает свойствами индикатора и при введении в коррозионно-стойкие композиции, имеющие ионы металлов, образует комплексы, что делает его полезным в качестве комплексометрического реагента. Поскольку композиция содержит хелаты ионов металлов КФ, как правило, наблюдается цвет от синего до сине-фиолетового.

Согласно другому варианту ксиленовый оранжевый, как показано в таблице I используют в композициях по настоящему изобретению. Было обнаружено, что ксиленовый оранжевый обладает свойствами индикатора ионов металлов и при введении в коррозионно-стойкие композиции, имеющие ионы металлов, образует комплексы, что делает его полезным в качестве комплексометрического реагента. Поскольку композиция содержит хелаты ионов металлов ксиленового оранжевого, раствор ксиленолового оранжевого переходит от красного до синего цвета.

Соединение с сопряженными двойными связями может присутствовать в композиции в количестве от 0,01 г/1000 г раствора до 3 г/1000 г раствора, например от 0,05 г/1000 г раствора до 0,3 г/1000 г раствора.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения соединение с сопряженными двойными связями, если оно меняет цвет в ответ на определенный внешний раздражитель, обеспечивает преимущество при использовании существующих композиций, в том, что оно может служить в качестве визуальной индикации, что подложка была обработана композицией. Например, композиция, содержащая индикатор, который меняет цвет при контакте с ионом металла, который присутствует в подложке, изменит цвет при комплексообразовании с ионами металлов в этой подложке; это позволяет пользователю видеть, что подложка была введена в контакт с композицией. Подобные преимущества могут быть реализованы путем нанесения щелочного или кислотного слоя на подложку и контактирования подложки с композицией по настоящему изобретению, которая изменяет цвет при воздействии щелочного или кислого pH.

Кроме того, использование определенных соединений с сопряженными двойными связями, в соответствии с настоящим изобретением, может обеспечить подложку с улучшенной адгезией к последующим нанесенным слоям покрытия. Это особенно верно, если соединение с сопряженными двойными связями имеет гидроксильную функциональность. Соответственно, некоторые варианты осуществления композиции по настоящему изобретению, допускают нанесение последующих слоев покрытия на подложку, обработанную в соответствии с настоящим изобретением, без необходимости в слое грунтовки. Такие слои покрытия могут включать уретановые покрытия и эпоксидные покрытия.

В некоторых вариантах осуществления подложка может быть обработана щелочным восстановителем, таким как щелочные восстановители, описанные в заявке США номер 13/235,317, и доступные от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Обработанная подложка, которая может быть алюминиевой, будет иметь остаточный щелочной pH. Когда композицию согласно изобретению, содержащую индикаторное соединение и ингибирующий коррозию ион металла затем приводят во взаимодействие с восстановленной поверхностью металла, поверхность металла будет претерпевать изменение в цвете на пурпурный/синий. Сама по себе коррозионно-ингибирующая композиция станет фиолетовой (пурпурной), при контакте с поверхностью металла, таком как при выливании на металлическую деталь. После того как реакция является "законченной", композиция элюента возвращается к красному, а деталь сохраняет свой фиолетовый/синий цвет. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления нанесенное соединение ингибитора остается активным на поверхности подложки после нанесения. Под воздействием коррозионной среды, ингибитор может мигрировать в интерметаллические катодные центры, чтобы помочь в коррозионной стойкости. Это придает дополнительные преимущества для осмотра поверхности подложек, чтобы определить, подвергается ли подложка воздействию коррозионной среды. В некоторых вариантах осуществления может быть использован индикатор, который вызывает то, что коррозионные центры становятся более ярко-красного цвета, в то время как защищенные области, будут иметь блеклый красный цвет. Конечный результат представляет собой коррозионные центры, являющиеся хорошо видимыми с индикатором красного цвета. Соответственно, коррозионные центры могут быть легко обнаружены и дополнительно обработаны, чтобы поддерживать поверхность свободной от коррозии для продления срока службы детали.

В дополнение к ингибирующему коррозию катиону металла и соединению с сопряженными двойными связями, композиции по настоящему изобретению могут содержать комбинацию двух или более солей металлов с различными анионами и/или катионами. Композиции могут дополнительно содержать другие соли, такие как галогениды, карбонаты, гидроксиды и фосфаты различных металлов. Другие варианты осуществления могут при необходимости содержать окислитель, такой как Н₂О₂. Кроме того, композиции могут дополнительно содержать одну или более дополнительных добавок, которые способствуют стойкости к коррозии или адгезии к металлической подложке, или адгезии последующих покрытий и могут дополнительно содержать добавки, чтобы обеспечить желаемые эстетические или функциональные эффекты. Добавка, если используется, может составлять от примерно 0,01 массового процента до примерно 80 массовых процентов от общей массы композиции покрытия. Подходящие добавки могут включать твердый или жидкий компонент, смешанный с настоящими композициями с целью влияния на одно или несколько свойств композиции. Примеры добавок включают поверхностно-активное вещество, которое может помочь в смачивании металлической подложки, а также другие добавки, которые могут помочь в развитии конкретного свойства поверхности, такого как грубая или гладкая поверхность. Другие примеры подходящих добавок включают агенты контроля текучести, тиксотропные агенты, такие как бентонитовая глина, желатин, целлюлоза, агенты препятствующие газообразованию, обезжиривающие средства, агенты препятствующие образованию пены, смачивающие агенты, органические со-растворители, катализаторы, красители, аминокислоты, соединения на основе мочевины, комплексообразующие агенты, стабилизаторы валентности, ускорители реакций и наполнители, такие как те, которые описаны в параграфах [0035] и [0036] патента США номер публикации 2013/0034742, указанные параграфы которого включены в данное описание посредством ссылки, а также друге обычные вспомогательные добавки. Другие необязательные ингредиенты включают аллантоин, поливинилпирролидон, хелатирующие агенты, такие как EDTA, TEA, лимонную кислоту, гексаметилентетрамин, тиомочевину и/или спирт, такой как этанол и/или изопропанол, или азолы, такие как 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазол, 1Н-бензотриазол, 1Н-1,2,3-триазол, 2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазол и 2-амино-1,3,4-тиадиазол. Другие подходящие добавки, известные в данной области, формирующие поверхностные покрытия могут быть также использованы в композициях в соответствии с настоящим изобретением, как будет понятно специалистам в данной области техники с учетом данного описания.

Как указано выше, композиции по настоящему изобретению могут быть водными композициями покрытий. В одном варианте осуществления композиции по настоящему изобретению содержат водный носитель, который при необходимости содержит один или несколько органических растворителей. Подходящие растворители включают пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, низкомолекулярные спирты и тому подобное.

В одном варианте осуществления композиции по настоящему изобретению дополнительно содержат носитель, который представляет собой поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор по типу моющего средства, присутствующий в композиции в количестве от примерно 0,02 массовых процента.

В одном варианте осуществления композиции по настоящему изобретению содержат поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор по типу моющего средства, и композиция пригодна для использования на стадии очищения металлической подложки и стадии нанесения конверсионного покрытия в одном процессе. В другом варианте осуществления композиция конверсионного покрытия, содержащая поверхностно-активное вещество, смесь поверхностно-активных веществ или водный раствор по типу моющего средства может дополнительно содержать окислитель, как было описано выше.

В некоторых вариантах осуществления композиция по настоящему изобретению является, по существу, или, в некоторых случаях, полностью свободной от хроматов и/или фосфатов тяжелых металлов. Как используется в настоящем описании, термин "по существу свободный" при использовании со ссылкой на отсутствие хромата и/или фосфата тяжелых металлов, такого как фосфат цинка, в композиции предварительной обработки означает, что эти вещества не присутствуют в композиции до такой степени, что они вызывают нагрузку на окружающую среду. То есть они по существу не используются, и образование осадка, такого как фосфат цинка, образуемого в случае использования обрабатывающего агента на основе фосфата цинка, устраняется. Для целей настоящего изобретения композиция предварительной обработки, содержащая менее чем 1 массовый процент хромата и или фосфата тяжелых металлов, где массовый процент рассчитан на общую массу композиции предварительной обработки, считается "по существу свободной" от хромата и/или фосфата тяжелых металлов. Композиция, не содержащая хромат и/или фосфат тяжелых металлов, является "совершенно свободной" от таких соединений.

Настоящее изобретение также относится к способам обработки подложки. Способы обычно включают нанесение по меньшей мере на часть подложки, любой из композиций, описанных выше. Любая подложка может быть обработана в соответствии с настоящим изобретением. Подложка может быть такой, которая уже обработана каким-либо образом, например, для придания визуального и/или цветового эффекта.

В частности, пригодными подложками являются неметаллические и/или металлические подложки. Подходящие неметаллические подложки включают полимерные, пластиковые (пластмассовые), полиэфирные, полиолефиновые, полиамидные, целлюлозные, полистирольные, полиакрилатные, поли(этилен-нафталатные), полипропиленовые, полиэтиленовые, нейлоновые, EVOH, из полимолочной кислоты, другие «зеленые» полимерные подложки, поли(полиэтилентерефталатные) ("ПЭТ"), поликарбонатные, поликарбонатакрилобутадиенстирольные ("PC/ABS"), полиамидные, деревянные, фанерные, деревянные композиты, древесно-стружечную плиту, древесно-волокнистую плиту средней плотности, цемент, камень, стекло, бумагу, картон, текстиль, кожу, как синтетическую, так и натуральную, и другие неметаллические подложки. Подходящие металлические подложки для использования в настоящем изобретении, включают подложки, которые часто используются в сборке автомобильных кузовов, автомобильных деталей, аэрокосмических деталей и других изделий, таких как мелкие металлические детали, включая крепежные детали, то есть, гайки, болты, винты, штифты, гвозди, зажимы, кнопки и тому подобное. Конкретные примеры подходящих металлических подложек и подложек из металлических сплавов также включают в себя, но не ограничиваются ими, холоднокатаную сталь, горячекатаную сталь, сталь с покрытием из цинка, соединения цинка или цинковых сплавов, такие как сталь полученная электролитическим цинкованием, сталь оцинкованная горячим способом, отожженная оцинкованная сталь и стали с покрытием из цинкового сплава. Кроме того, подложки из алюминиевых сплавов, стальные, покрытые алюминием, и стальные, покрытые алюминиевым сплавом могут быть использованы. Другие подходящие металлы, не содержащие железо, включают медь и магний, а также сплавы этих материалов. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления подложка может быть чисто металлической подложкой, такой как обрезная кромка подложки, которая иным образом обработана и/или покрыта по остальной части своей поверхности. Металлическая подложка, обработанная в соответствии со способами настоящего изобретения, может быть в форме, например, листа металла или изготовленной детали.

Подложка, подлежащая обработке в соответствии со способами согласно настоящему изобретению, может быть сначала очищена от смазки, грязи или других посторонних веществ. Это часто делается с использованием мягких или сильных щелочных моющих средств, таких как коммерчески доступные и обычно используемые в способах предварительной обработки металлических поверхностей. Примеры щелочных очистителей, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают CHEMKLEEN 163, CHEMKLEEN 177, CHEMKLEEN 2010LP и CHEMKLEEN 490МХ, каждый из которых коммерчески доступен от компании PPG Industries, Inc. Такие очистители являются часто используемыми с последующей и/или предшествующей промывкой водой.

В некоторых конкретных вариантах осуществления способы включают выполнение стадии щелочного обезжиривания с последующей необязательной стадией промывки, после чего наносят композицию по настоящему изобретению. В таких вариантах осуществления использование соединения с сопряженными двойными связями, которое является индикаторным соединением, в частности соединением, которое изменяет цвет при переходе от кислого/нейтрального pH до щелочного pH может быть использовано. Таким образом, часть подложки, на которой присутствует щелочная обезжиривающая композиция, изменит цвет при нанесении настоящей композиции покрытия. Это позволяет пользователю видеть, какая часть подложки была покрыта как щелочным обезжиривателем, так и композицией по настоящему изобретению, а какая часть не была покрыта.

В то время как выше описан один конкретный вариант осуществления, в котором используют щелочной обезжириватель, много других стадий может быть использовано в пределах объема настоящего изобретения. Например, щелочное обезжирание может сопровождаться необязательной стадией промывания, за которой затем может быть последующее осуществление стадии щелочного травления, необязательная стадия промывания и нанесение конверсионного покрытия. Стадия щелочного травления может быть выполнена любым способом, известным специалистам в данной области техники, и может включать, например, время выполнения операции без промывания в течение 7-10 минут с необязательной стадией промывания, выполняемой после этого. Конверсионное покрытие может быть любым конверсионным покрытием известным в данной области, таким как анодиризированная обработка, конверсионное покрытие на основе редкоземельных элементов, конверсионное покрытие на основе перманганата, цирконатов, титанатов или покрытиями на основе трехвалентного хрома. Кроме того, может быть выполнено кислотное деоксидирование, вместо стадии щелочного травления. Стадия нанесения конверсионного покрытия может быть с последующей необязательной стадией промывания и стадией уплотнения. Стадия уплотнения может включать в себя применение любой из композиций по настоящему изобретению, из которых в качестве примера представлены композиции ниже в таблице II. Композиции, приведенные в таблице II, приведены только в качестве примера, и другие ионы металлов могут быть использованы в композициях по настоящему изобретению, как будет понятно специалистам в данной области техники с учетом данного описания.

Любая одна или более из указанных выше стадий обработки может быть выполнена, как известно в данной области техники, например, путем погружения, распыления, кистью, пером и тому подобное. После нанесения композиций настоящего изобретения пленочное покрытие остатка обычно находится в диапазоне от 1 до 1000 мг на квадратный метр, например от 10 до 400 миллиграммов на квадратный метр. Толщина композиции может варьироваться, но, как правило, является тонкой, часто имеющей толщину менее чем 1 микрометр, а в некоторых случаях от 1 до 500 нанометров, и в других случаях от 10 до 300 нанометров.

После контакта с композицией по настоящему изобретению, подложка может, при желании, быть промыта водой и высушена.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, после того как подложка провзаимодействует с композициями по настоящему изобретению, тогда подложку приводят в контакт с композицией покрытия, содержащей пленкообразующую смолу. Любой подходящий способ может быть использован для взаимодействия подложки с такой композицией покрытия, включая, например, нанесение кистью, окунанием, покрытие потоком, распылением и тому подобное. В некоторых вариантах осуществления такое контактирование включает стадию нанесения покрытия электроосаждением, где электроосаждаемую композицию наносят на металлическую подложку путем электролитического осаждения. В процессе электролитического осаждения, металлическую подложку, подлежащую обработке, служащую в качестве электрода, и электропроводящий противоэлектрод размещают в контакте с ионной электроосаждаемой композицией. После прохождения электрического тока между электродом и противоэлектродом, когда они находятся в контакте с электроосаждаемой композицией, прилипшая пленка электроосаждаемой композиции будет размещаться по существу непрерывным образом на металлической подложке. Методы электроосаждения, хорошо известны в данной области техники.

В данном описании термин "пленкообразующая смола" относится к смолам, которые могут образовывать самоподдерживающуюся непрерывную пленку по меньшей мере на горизонтальной поверхности подложки после удаления каких-либо разбавителей или носителей, присутствующих в композиции, или после отверждения при комнатной или повышенной температуре. Обычные пленкообразующие смолы, которые могут быть использованы, включают, без ограничения, полимеры, обычно используемые для автомобильных композиций OEM покрытий, автомобильных композиций полирующих покрытий, промышленных композиций покрытия, архитектурных композиций для нанесения покрытий, композиции покрытий катушек, а также композиций аэрокосмической покрытий, среди других.

В некоторых вариантах осуществления композиция покрытия содержит термореактивную пленкообразующую смолу. Как используется в настоящем описании, термин "термореактивный" относится к смолам, которые "отверждаются" необратимо при отверждении или сшивании, при этом полимерные цепи полимерных компонентов соединены вместе с помощью ковалентных связей. Это свойство обычно ассоциируется с реакцией сшивания компонентов композиции часто индуцированной, например, путем нагрева или излучения. Реакции отверждения или сшивания также могут проводиться в условиях окружающей среды. После отверждения или сшивания, термореактивная смола не расплавиться при приложении тепла и не растворится в растворителях. В других вариантах осуществления композиция покрытия содержит термопластичную пленкообразующую смолу. Как используется в настоящем описании, термин "термопластичный" относится к смолам, которые содержат полимерные компоненты, которые не соединены ковалентными связями и, таким образом, могут подвергаться жидкому течению при нагревании и растворяться в растворителях.

Соответственно, настоящее изобретение дополнительно относится к подложке, содержащей осажденную на ней многослойную систему покрытия. В таких многослойных системах по меньшей мере один слой будет осажден из композиций по настоящему изобретению. Любое количество обработок, промываний и/или слоев может быть нанесено перед нанесением слоя из предложенных композиций. Аналогично, любое количество слоев может быть нанесено после нанесения слоя из настоящих композиций. Например, настоящее изобретение дополнительно относится к подложке, содержащей слой, нанесенный из любых композиций по настоящему изобретению, а затем один или более дополнительных слоев покрытия, нанесенных на по меньшей мере часть подложки. Как отмечалось выше, эти слои покрытия могут быть любыми стандартно известными в данной области техники из различных отраслей промышленности, включая, например, аэрокосмическую промышленность. Эти материалы, как правило, представляют собой полимерные полиолы, такие как те, которые получают полимеризацией этиленненасыщенных мономеров, включая этилен-ненасыщенные мономеры, содержащие активные группы водорода, такие как гидроксильные группы. Эти полимеры обычно известны как акриловые полимеры, содержащие гидроксильные группы. Примеры других подходящих полимерных полиолов представляют собой сложные полиэфирные полиолы и простые полиэфирные полиолы. Полимерные полиолы могут быть использованы в сочетании с полиизоцианатными отвердителями. Как полимерный полиол, так и полиизоцианат могут быть получены из (цикло)алифатических материалов. Другие композиции для нанесения покрытий основаны на полиэпоксидах в сочетании с полиамиными отвердителями. Примеры особенно подходящих покрытий для использования в авиационно-космической промышленности, включают, но не ограничиваются ими, эпоксидные покрытия и уретановые покрытия. В некоторых вариантах осуществления такие покрытия образуют верхние покрытия. Термин "верхнее покрытие" относится к слою покрытия в одинарной или многослойной системе покрытия, чья наружная поверхность подвергается воздействию атмосферы или окружающей среды, и его внутренняя поверхность находится в контакте с другим слоем покрытия или подложкой. Примеры подходящих верхних покрытий включают покрытие, выполненное в соответствии с MIL-PRF-85285D, такие как номера кода продукта Deft 03W127A и Deft 03GY292, доступные от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Пример верхнего покрытия представляет собой покрытие с улучшенными характеристиками, например, номера кода продукта Defthane® ELT™ 99GY001 и 99W009, доступные от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Примеры других подходящих верхних покрытий представляют собой покрытия коммерчески доступные от PRC-DeSoto International, Inc. под товарным знаком DESOTHANE, включая, но не ограничиваясь, полиуретановые верхние покрытия, включают любые из DESOTHANE HS СА 8000 полиуретановых верхних покрытий, коммерчески доступных от PRC-DeSoto International, Inc. Другие верхние покрытия и верхние покрытия с улучшенными характеристиками могут быть использованы в системе покрытия в соответствии с настоящим изобретением, как будет понятно специалистам в данной области техники с учетом данного описания.

Согласно еще одному варианту система многослойного покрытия содержит грунтовочное покрытие. Композиции по настоящему изобретению совместимы с обычным грунтовочным покрытием на основе хромата, например код продукта 44GN072, доступный от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. С другой стороны, грунтовочное покрытие может быть свободным от хроматов грунтовочным покрытием, таким как композиции для нанесения покрытий, описанные в патентах США №№ 7601425 и 7759419, а также другие свободные от хрома грунтовки, которые известны в данной области техники, такие как те, которые могут подходить военному требованию MIL-PRF-85582 Класс N или MIL-PRF-23377 Класс N, может также быть использован с настоящим изобретением. Грунтовки доступны от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА, номера кода продукта Deft 02GN083 или Deft 02GN084. Грунтовочное покрытие может быть нанесено на слой, сформированный из композиции настоящего изобретения, или с, или без какой-либо промежуточной обработки и/или покрытия; верхнее покрытие или другой слой или слои покрытия могут быть нанесены на грунтовочное покрытие.

В еще одном варианте осуществления многослойная система покрытия содержит самогрунтующееся верхнее покрытие, или верхнее покрытие с повышенным самогрунтованием. Термин "самогрунтующееся верхнее покрытие", также называемое как покрытие "прямо на подложку" или покрытие "прямо на металл", может, как следует из названия, быть нанесено на подложку, например подложку, обработанную композицией по настоящему изобретению, без необходимости в грунтовке. Термин "верхнее покрытие с повышенным самогрунтованием," также рассматриваемый как "повышенное покрытие непосредственно к подложке" относится к такому покрытию, которое содержит смесь функционализированных фторированных связующих, таких как фторэтилен-алкилвиниловый эфир в целом или частично с другим связующим(и). Самогрунтующиеся верхние покрытия включают те, которые соответствуют ТТ-Р-2756А. Примеры самогрунтующихся верхних покрытий представляют собой продукты с кодовыми номерами 03W169 и 03GY369, доступные от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Примеры верхних покрытий с повышенным самогрунтованием включают DEFTHANE ELT/ESPT, доступные от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Пример самогрунтующегося верхнего покрытия - код продукта номер 97GY121, доступный от PRC-DeSoto International, Inc., Irvine, СА. Другие самогрунтующиеся верхние покрытия и верхние покрытия с повышенным самогрунтованием могут быть использованы в системе покрытия в соответствии с настоящим изобретением, как будет понятно специалистам в данной области техники с учетом данного описания.

Последующие слои покрытия, нанесенные поверх слоя, нанесенного из композиции по настоящему изобретению, такие как грунтовка, верхнее покрытие, самогрунтующийся верхний слой, и верхний слой с повышенным самогрунтованием и тому подобные могут быть нанесены на обработанную подложку, при либо влажном или "не полностью отвержденном" состоянии, чтобы высыхало или затвердевало с течением времени, то есть, при испарении растворителя и/или наличии химической реакции. Покрытия могут высыхать или отверждаться естественным путем или с помощью ускоряющих средств, например системы отверждения ультрафиолетовым светом с образованием пленки или "отвержденной" краски. Покрытия также могут быть нанесены в полу- или полностью затвердевшем состоянии.

Термин "конверсионное покрытие", также называемое как "конверсионная обработка" или "предварительная обработка", означает завершающий процесс обработки металла, который включает в себя нанесение покрытия (путем распыления, погружения, проката, и т.д.) на металлическую поверхность, при этом полученное покрытие представляет собой сочетание обоих металла(ов) в растворе, а также металла(ов) металлической подложки. Эти термины включают в себя обработку металлической поверхности, где металлическая подложка по меньшей мере частично контактирует с раствором, который может быть водным раствором, содержащим металл, который является другим элементом, чем металл, содержащийся в подложке. Водный раствор, содержащий металлический элемент в контакте с металлической подложкой из другого элемента, в котором подложка растворяется, приводит к осаждению покрытия (при необходимости с помощью внешней движущей силы для нанесения покрытия на металлическую подложку), также находится в пределах значений терминов "конверсионное покрытие", "конверсионная обработка" и "предварительная обработка".

Все количества, раскрытые в данном описании, приведены в массовых процентах от общей массы композиции при 25°C и давлении в одну атмосферу, если не указано иное.

В данном описании, если иное прямо не указано, все числа, такие как те, которые выражают значения, диапазоны, количества или проценты, могут быть прочитаны, как если бы им предшествовало слово «приблизительно», даже если это слово явно не указано. Любой численный диапазон, приведенный в настоящем описании, предполагает включение всех поддиапазонов, входящих в него. Множественное число включает в себя единственное и наоборот. Например, в то время как изобретение было описано в терминах ингибирующий коррозию катион металла, соединение с сопряженными двойными связями, индикаторное соединение и т.п., смеси указанных и других компонентов могут быть использованы. Кроме того, как используется здесь, термин "полимер" предназначается для обозначения форполимеров, олигомеров и как гомополимеров, так и сополимеров; префикс «поли» относится к двум или более. Когда даны диапазоны, либо конечные значения этих диапазонов и/или чисел в пределах этих диапазонов могут быть объединены в объеме настоящего изобретения. "В том числе", "такие как", "например" и подобные термины означают "включая /например/, например, но не ограничиваясь".

ПРИМЕРЫ

Примеры композиций, которые могут быть выполнены и которые находятся в пределах объема настоящего изобретения, представлены ниже. Следует иметь в виду, что эти примеры не являются исчерпывающими, и другие композиции также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Пример 1

Некоторые варианты осуществления настоящих композиций могут включать в себя индикаторное соединения и один или более ионов редкоземельных элементов. Согласно этому варианту осуществления композиция может содержать водный носитель, индикаторное соединения, и первую и вторую соли редкоземельных элементов, каждая соль содержит анион и катион, анион первой и второй солей являются различными, и катион первой и второй солей являются одинаковыми или различными, при этом каждый катион, индивидуально, представляет собой редкоземельный элемент. Было обнаружено, что соли редкоземельных элементов, такие как соли празеодима, церия, неодима, самария и тербия, при введении в конверсионные композиции покрытий, где указанные соли представляют собой смеси нескольких анионов, таких как галогенид, и нитрат, являются значительно влияющими на параметры осаждения, получаемых покрытий с редкоземельным элементом, включая получаемую морфологию покрытия и характеристики, хотя изобретатель не желает быть связанным этой теорией. Композиции в соответствии с данным вариантом осуществления содержат индикаторное соединение по меньшей мере одну соль редкоземельного элемента, такого как церий или как церий и иттрий, и комбинацию нитратных и галоидных ионов, и, необязательно, окислитель, такой как Н₂О₂. Композиции будут иметь нейтральный pH.

Пример 2

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения композиции могут содержать водный носитель, индикаторное соединения и ион металла, содержащий ионы циркония, такие как нитрат цирконила и гексафторцирконат или их комбинации. Другие соли, в частности, нитраты металла, такого как иттрий, могут быть добавлены к композиции в соответствии с данным вариантом осуществления. Добавки для этой композиции включают в себя источник галогенида, поверхностно-активные вещества и поливинилпирролидон. Композиции в соответствии с данным вариантом осуществления показаны в следующей таблице.

Пример 3

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения композиции могут содержать водный носитель, индикаторное соединение, и ион металла, содержащий ионы металлов группы IA, такие как литий, натрий и калий, или их комбинацию. Композиции покрытия на основе элементов группы IA могут дополнительно содержать противоионы, такие как гидроксид, галогенид, фосфат и карбонат-ионы или их комбинацию. В одном варианте осуществления композиция может содержать водный носитель, индикаторное соединение и ион лития, такой как карбонат лития. Композиции в соответствии с данным вариантом осуществления могут дополнительно содержать источник галогенида, такой как источник фторида, например фторид цинка. Примеры композиций приведены в таблице ниже.

В то время как конкретные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше с целью иллюстрации, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что многочисленные вариации деталей настоящего изобретения могут быть сделаны без отступления от сущности изобретения, которая определена в прилагаемой формуле изобретения.

1. Композиция покрытия для ингибирования коррозии, содержащая:

a) ингибирующий коррозию катион металла и

b) соединение с сопряженными двойными связями, которое содержит индикаторное соединение, меняющее цвет при воздействии иона металла, или при воздействии щелочным рН, или при воздействии кислым рН.

2. Композиция по п. 1, в которой ингибирующий коррозию катион металла содержит соль редкоземельного элемента.

3. Композиция по п. 2, в которой соль редкоземельного элемента содержит соль празеодима, церия и/или иттрия.

4. Композиция по п. 1, в которой ингибирующий коррозию катион металла содержит соль лития.

5. Композиция по п. 1, которая дополнительно содержит азольное соединение.

6. Композиция по п. 1, в которой соединение с сопряженными двойными связями содержит катехин фиолетовый, и/или ксиленовый оранжевый, и/или гематоксилин.

7. Композиция по п. 1, в которой соединение с сопряженными двойными связями не содержит флуоресцентный индикатор.

8. Композиция по п. 1, которая дополнительно содержит окислитель и/или поливинилпирролидон.

9. Композиция по п. 1, которая по существу не содержит хромат и/или фосфат тяжелых металлов.

10. Композиция по п. 1, которая является полностью свободной от хромата и/или фосфата тяжелых металлов.

11. Способ обработки подложки, включающий нанесение на по меньшей мере часть подложки композиции по п. 1.

12. Способ по п. 11, который дополнительно включает стадию подщелачивания по меньшей мере части поверхности подложки перед нанесением упомянутой композиции.

13. Способ по п. 11, который дополнительно включает стадию подкисления по меньшей мере части поверхности подложки перед нанесением упомянутой композиции.

14. Способ по п. 11, который дополнительно включает нанесение конверсионного покрытия на подложку перед нанесением упомянутой композиции.

15. Способ по п. 11, в котором подложка содержит металл.

16. Способ по п. 11, в котором подложка является неметаллической.

17. Подложка, полученная обработкой в соответствии со способом по п. 11.

18. Подложка, содержащая:

a) слой, осажденный из композиции по п. 1, и

b) слой покрытия, осажденный по меньшей мере на часть слоя а).

19. Подложка по п. 18, в которой слой покрытия компонента b содержит эпоксидную смолу.

20. Подложка по п. 18, в которой слой покрытия компонента b содержит уретан.