抑制腐蝕的溶膠-凝膠組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】抑制腐蝕的溶膠-凝膠組合物
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求了 2013年03月16日向美國(guó)專利和商標(biāo)局提交的U.S.在先申請(qǐng)系列 No. 61/802, 606的優(yōu)先權(quán)并有益于該在先申請(qǐng)系列，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考文獻(xiàn)并入本發(fā)明。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 金屬例如鋁和它們的合金在航天、商業(yè)和私營(yíng)工業(yè)中具有許多用途。然而，這些金 屬在水的存在下由于它們低的氧化-還原（氧化還原作用）電勢(shì)而具有快速腐蝕的傾向， 由此顯著的限制了由這些金屬制備的物品的使用壽命和/活增加了維護(hù)成本。這些金屬還 具有使用尤其附著作為金屬表面，當(dāng)形成物品時(shí)，該表面通常非常光滑的問(wèn)題。
[0005] 用于航天和汽車、商業(yè)以及私營(yíng)工業(yè)的金屬氧化和降解是嚴(yán)重的且昂貴的問(wèn)題。 為了防止或使金屬的氧化和降解最小化，將耐腐蝕涂料施用于金屬表面。一些涂料還通過(guò) 在金屬和涂料頂層之間使用溶膠-凝膠薄膜改進(jìn)了粘附性。涂料為金屬基材提供耐腐蝕 性，而提供必要的粘附性則因此是期望的。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，一種施用于金屬基材的組合物包括溶膠_凝膠和包括鋰 離子和/或唑類化合物的緩蝕劑。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，例如，一種施用于金屬基材的組合物包括緩蝕劑和硅烷，該緩 蝕劑包括鋰離子和/或唑類化合物。
[0009] 在其他的實(shí)施方案中，一種施用于金屬基材的組合物包括涂料組合物，所述涂料 組合物包含溶膠-凝膠或硅烷和緩蝕劑，所述緩蝕劑包括鋰離子和/或唑類化合物。
[0010] 發(fā)明詳述
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，用于涂覆金屬表面（本發(fā)明也稱為金屬基材）的耐腐蝕 涂料組合物包括含溶膠-凝膠或其他硅烷的涂料組合物，且其包括鋰離子和/或唑類化合 物。該耐腐蝕涂料組合物可以進(jìn)一步包括額外的第IA族金屬離子。如本發(fā)明所述，具有鋰 離子和/或唑類化合物的溶膠-凝膠基組合物或含硅烷的涂料組合物可以最小化或克服與 已知的溶膠-凝膠和硅烷基涂料組合物相關(guān)的問(wèn)題，特別是對(duì)于較高強(qiáng)度的A1合金，例如 已知具有差的耐腐蝕性的鋁2024。此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的溶膠-凝膠和硅烷基涂料 組合物可以獲得與后續(xù)施用的油漆和底漆之間合適的粘附性。
[0012] 正如本發(fā)明中使用的，以下術(shù)語(yǔ)具有以下含義。
[0013] 正如本發(fā)明中使用的，術(shù)語(yǔ)"基材"指的是具有表面的材料。與施用轉(zhuǎn)化涂料相關(guān)， 術(shù)語(yǔ)"基材"指的是金屬基材，例如鋁、鐵、銅、鋅、鎳、鎂和/或任何這些金屬的合金，包括但 不限于鋼。一些示例性的基材包括鋁和鋁合金。其他示例性的基材包括高銅鋁基材（即 包括含有鋁和銅兩者的合金的基材，其中合金中銅的含量較高，例如合金中3到4%的銅含 量）。
[0014] 術(shù)語(yǔ)"涂布"以及類似術(shù)語(yǔ)，當(dāng)在本發(fā)明中用作動(dòng)詞時(shí)，其指的是施用組合物的過(guò) 程，即基材與組合物接觸，例如使基材與轉(zhuǎn)化涂料、底漆和/或面漆接觸。術(shù)語(yǔ)"涂布"可以 與術(shù)語(yǔ)"施用"、"處理"或"預(yù)處理"互換使用，并且還可以用于指代施用或處理的多種形式， 例如涂抹、噴霧和浸漬，其中基材通過(guò)這種施用手段與組合物接觸?；牡娜炕蛞徊糠挚?以與其接觸。即，本發(fā)明的組合物可以至少施用于基材的一部分。
[0015] 術(shù)語(yǔ)"轉(zhuǎn)化涂布"在本發(fā)明中還指的是"轉(zhuǎn)化處理"或"預(yù)處理"，其指的是對(duì)金屬 基材進(jìn)行的導(dǎo)致金屬表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化為不同表面化學(xué)的處理。術(shù)語(yǔ)"轉(zhuǎn)化處理"和"轉(zhuǎn)化涂 布"還指的是對(duì)金屬表面進(jìn)行的施用或處理，其中金屬基材與具有不同元素的金屬而不是 基材中包含的金屬的水溶液接觸。此外，術(shù)語(yǔ)"轉(zhuǎn)化涂布"和"轉(zhuǎn)化處理"指的是具有金屬 元素的水溶液與不同元素的金屬基材接觸，其中基材的表面部分地溶解于水溶液中，這導(dǎo) 致涂料在金屬基材上沉淀（任選施加外部驅(qū)動(dòng)力以便使涂料在金屬基材上沉積）。
[0016] 正如本發(fā)明中使用的，術(shù)語(yǔ)"第IA族金屬離子"或"第1族金屬離子"指的是來(lái)自 元素周期表（H除外）第1列的元素的離子。通過(guò)第IA族或第1族標(biāo)識(shí)的元素的組（H除 外）還已知作為堿金屬，并且例如包括Li、Na、K、Rb、Cs和Fr。
[0017] 正如本發(fā)明中使用的，術(shù)語(yǔ)"溶膠_凝膠"指的是用作用于離散顆?；?、2或3-維 聚合性基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的整合網(wǎng)絡(luò)（或凝膠）前體的膠體溶液（溶膠）。典型的前體包括金屬烷 氧化物和金屬鹽，其經(jīng)受不同形式的水解和縮聚反應(yīng)。在示例性的物種中，金屬化合物在溶 液中濃縮（膠體化）以形成混合的有機(jī)/無(wú)機(jī)聚合物。取決于反應(yīng)條件，聚合物可以縮合 成膠體粒子或者它們可以生長(zhǎng)以形成網(wǎng)絡(luò)凝膠?？梢钥刂凭酆衔锘|(zhì)中有機(jī)物種與無(wú)機(jī)物 種的比以調(diào)整用于不同應(yīng)用的性能。
[0018] 正如本說(shuō)明書中使用的，術(shù)語(yǔ)"包括"和該術(shù)語(yǔ)的變形，例如"包含"和"含有"并不 意在排除其他添加劑、組分、整數(shù)成分或步驟。
[0019] 本發(fā)明中公開的所有量都以25°C和1個(gè)大氣壓下組合物總重量的重量百分?jǐn)?shù)的 形式給出，除非另有說(shuō)明。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，施用于金屬基材的組合物包括溶膠-凝膠和包括鋰 離子和/或唑類化合物的緩蝕劑。該緩蝕劑可以進(jìn)一步包括其他第IA族（或第1族）金 屬咼子。
[0021] 在一些實(shí)施方案中，溶膠_凝膠可以是有機(jī)硅烷基溶膠-凝膠。合適的有機(jī)硅烷 基溶膠-凝膠可以包括這些化合物，例如烯丙基三甲氧基硅烷，n-(2-氨基乙基）-3-氨基 丙基三甲氧基硅烷，對(duì)氨基苯基硅烷，3-氨基丙基三乙氧基硅烷，3-氨基丙基三甲氧基硅 烷，縮水甘油氧基-(C2-C6烷基）三烷氧基硅烷，包括3-縮水甘油氧基丙基二異丙基乙氧 基硅烷，3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷， 3-巰基丙基三乙氧基硅烷，3-巰基丙基三甲氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙 氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷，n-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯 基三甲氧基硅烷以及它們的混合物。例如，在一些實(shí)施方案中，溶膠-凝膠可以包括3-縮 水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷并且還包括有機(jī)金屬化合物，例如烷氧基鋯鹽。其他合適的 溶膠-凝膠的說(shuō)明例如可以在US專利Nos. 6, 579, 472 (例如第2列第62行至第7列第65 行）；7, 153, 898 (例如第2列第28行至第19列第17行）；以及7, 141，306 (例如第3列第 51行至第8列第23行）中找到，其引用部分的內(nèi)容通過(guò)參考文獻(xiàn)并入本發(fā)明。
[0022] 在一些實(shí)施方案中，有機(jī)硅烷包括有機(jī)金屬化合物，例如，烷氧基金屬化合物，例 如舉例來(lái)說(shuō)有烷氧基鋯化合物。合適的鋯化合物的非限定性實(shí)例包括具有通式Zr(0R)d9 化合物，其中每個(gè)R都獨(dú)立的為低級(jí)脂肪族碳基團(tuán)，或者是支化的脂肪族、脂環(huán)族或芳香族 基團(tuán)。正如本發(fā)明中使用的，術(shù)語(yǔ)"低級(jí)脂肪族碳基團(tuán)"指的是具有1到6個(gè)碳原子的脂肪 族碳基團(tuán)。合適的有機(jī)金屬化合物（其包括烷氧基金屬化合物）的一些非限定性實(shí)例，包括 三乙醇鋁，異丙醇鋁，仲丁醇鋁，三叔丁醇鋁，三氟乙?；彝V，甲醇鎂，乙醇鎂，甲醇鈦， 乙醇鈦，異丙醇鈦，丙醇鈦，丁醇鈦，乙基乙醇鈦，（三乙醇氨合）異丙醇鈦，二（乙基乙酸乙 酯基）二異丙醇鈦，二（2, 4-戊烷二酯基）二異丙醇鈦，乙醇鋯，異丙醇鋯，丙醇鋯，仲丁醇 鋯，叔丁醇鋯，二-仲丁氧基乙基丙酮鋁，甲氧基乙醇鈣，甲醇鈣，甲氧基乙醇鎂，乙醇銅，甲 氧基乙氧基乙醇銅，丁醇銻，戊醇鉍，異丙醇鉻，乙醇錫，甲氧基乙醇鋅，正壬醇鈦，氧化三正 丙醇釩，氧化三異丁醇釩，乙醇鐵，乙醇鎢，異丙醇釤，乙氧基乙醇鑭以及它們的聯(lián)合。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的合適溶膠-凝膠的非限定性實(shí)例包括穩(wěn)定化的烷氧基 鋯有機(jī)金屬鹽，例如正丙醇鋅，以及有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑，例如3-縮水甘油氧基丙基三甲 氧基硅烷（GTMS)?？缮藤?gòu)獲得的溶膠-凝膠的一些非限定性實(shí)例包括由PRC-DeSoto International,Inc.Sylmar，CA獲得的以商品名DesoGel?出售的那些。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的組合物可以進(jìn)一步包括緩蝕劑。該緩蝕劑包括鋰離