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提供改進腐蝕防護的水性涂料、組合物及其方法與流程

文檔序號:11409189閱讀:220來源:國知局
提供改進腐蝕防護的水性涂料、組合物及其方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及腐蝕抑制劑,更具體而言,用于涂料組合物的腐蝕抑制劑。本發(fā)明提供具有改進腐蝕性能,包括在將涂料組合物施用于金屬表面期間降低的閃銹以及甚至所得干涂層中改進的防腐蝕的涂料組合物。本發(fā)明還提供制備和使用所述組合物及其腐蝕抑制劑的方法。發(fā)明背景本發(fā)明涉及腐蝕抑制組合物和使用它保護金屬表面以防腐蝕的方法,更具體而言,用于涂料組合物的腐蝕抑制劑和包含這類腐蝕抑制劑的涂料組合物。金屬表面可能經(jīng)受非??斓母g,有時甚至在暴露于特定條件下非常短的窗口下。取決于條件,明顯的腐蝕可能僅僅在數(shù)分鐘或數(shù)小時內(nèi)發(fā)生,當(dāng)金屬表面與水溶液,特別是酸性溶液,與高度離子溶液,甚至與硬水接觸時特別如此。該快速腐蝕在含鐵金屬表面的情況下通常稱為“閃銹”,但同樣也是非鐵金屬表面的問題。如下文所述術(shù)語“閃銹”指快速腐蝕,無論涉及的材料是含鐵還是非鐵的。不是所有閃銹是容易可見的,然而任何這類腐蝕的存在可能是有害的,并且通常在更深入分析時可檢測到。閃銹和其它腐蝕形式在生產(chǎn)用于各用途的金屬組件中,當(dāng)組件在制造、組裝或者隨后的試驗或使用期間與水溶液接觸時,可能是特別有問題的。仍需要降低,如果可能的話防止發(fā)生閃銹。還需要降低其它類型的腐蝕使得表面和部件可持續(xù)更久且不經(jīng)歷由于腐蝕相關(guān)的損害導(dǎo)致的過早破壞。市售腐蝕抑制劑通常具有低水溶度,例如金屬磺酸鹽、含有羧酸的重金屬鹽(例如鋅)的顏料組合物、苯甲酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽。另外,用亞硝酸鹽和硝酸鹽形成的閃銹抑制劑具有作為與金屬應(yīng)用有關(guān)的長期腐蝕抑制劑的有限用途,因為這些腐蝕抑制劑的毒性使得它們對商業(yè)用途而言是較沒有吸引力的。另外,盡管與胺混合的亞硝酸鹽和硝酸鹽是有效的閃銹抑制劑,它們可反應(yīng)形成N-亞硝胺,其是已知的致癌物。因此,需要提供早期快速生銹防護并且還可提供長期防腐蝕的涂料組合物用腐蝕抑制劑。還需要在涂料組合物中提供所需性能,同時還具有成本效率、不含重金屬、不含亞硝酸鹽、不含溶劑、不含有毒和/或環(huán)境有害材料或其任何組合的腐蝕抑制劑。該腐蝕抑制劑理想地不吸收油并且可直接加入涂料組合物中,使得涂料組合物提供對涂料施用于其上的表面的早期快速生銹防護以及甚至長期防腐蝕?;蛘逤I可就地制備。鑒于以上討論和遭遇的問題,仍需要相關(guān)領(lǐng)域的進步,包括改進的涂層以及處理這些和其它金屬組件以降低閃銹或腐蝕以及如果它發(fā)生的話處理它的方法。本發(fā)明解決了這些需要。發(fā)明概述本發(fā)明研究包含腐蝕抑制組分的水性涂料組合物,所述腐蝕抑制組分包含含有三烷醇胺的第一絡(luò)合劑和包含羧酸的第二絡(luò)合劑。本發(fā)明提供包含水、聚合物樹脂組分和所述腐蝕抑制組分以及任選容許各種其它添加劑的涂料組合物。本發(fā)明還提供腐蝕抑制組分本身,所述腐蝕抑制組分包含含有三烷醇胺的第一絡(luò)合劑和含有羧酸的第二絡(luò)合劑。本發(fā)明提供在涂層施用于金屬表面期間降低快速生銹的方法,所述方法包括如下步驟:(i)制備包含腐蝕抑制組分的涂料組合物,所述腐蝕抑制組分包含含有三烷醇胺的第一絡(luò)合劑和含有羧酸的第二絡(luò)合劑;和(ii)將涂料組合物施用于金屬表面上;在金屬表面上產(chǎn)生降低施用期間快速生銹并提供改進防腐蝕性能的涂層。本發(fā)明還提供改進涂層的防腐蝕性能的方法,所述方法包括如上所述相同的步驟。本發(fā)明還提供降低將涂層施用于金屬表面期間的快速生銹以及改進涂層的防腐蝕性能的方法,所述方法包括如上所述相同的步驟。本發(fā)明提供制備包含腐蝕抑制劑組分的水性涂料組合物的方法,所述方法包括如下步驟:(i)將水、含有三烷醇胺的第一絡(luò)合劑和含有羧酸的第二絡(luò)合劑混合在一起以提供腐蝕抑制劑組分;(ii)將腐蝕抑制劑組分加入水性涂料組合物中;其中所得水性涂料組合物(i)降低在涂層施用于金屬表面期間的快速生銹,(ii)提供具有改進防腐蝕性能的涂層,或者(iii)(i)和(ii)二者。本發(fā)明還提供所述腐蝕抑制組分在水性涂料中作為閃銹抑制劑的用途。本發(fā)明進一步提供所述腐蝕抑制組分改進涂層的防腐蝕性能的用途。本發(fā)明進一步提供所述腐蝕抑制組分在水性涂料中作為閃銹抑制劑以及改進涂層的防腐蝕性能的用途。在本文所述實施方案中的任一個中,本發(fā)明提供第二絡(luò)合劑的羧酸可以為一種或多種含有3-50個碳原子的二羧酸。第一絡(luò)合劑的三烷醇胺可以為具有連接在氮原子上的三個相同烷醇基團的叔單胺,其中三烷醇胺包含6-42個碳原子。本發(fā)明進一步提供所述涂料組合物,其中第一絡(luò)合劑為多于80重量%三烷醇胺的胺混合物。第一絡(luò)合劑可以為一種或多種三烷醇胺的混合物,或者它可以為單一三烷醇胺,基本不含任何其它胺,包括任何其它三烷醇胺。本發(fā)明提供在本文所述任何實施方案中,腐蝕抑制劑組分的第一絡(luò)合劑與第二絡(luò)合劑的重量比可以為1:9-9:1。發(fā)明詳述下面通過非限定性闡述描述各優(yōu)選特征和實施方案。涂料組合物本發(fā)明包括含有所述腐蝕抑制組分的涂料組合物。更具體而言,本發(fā)明研究包含腐蝕抑制組分的水性涂料組合物。本發(fā)明涂料組合物不過度受限,條件是它們包含所述腐蝕抑制組分。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物為施用于和/或用于金屬表面上,所以需要使快速生銹最小化和/或降低,和任選進一步使表面的長期腐蝕最小化和/或降低的那些。本發(fā)明涂料組合物任選提供涂料組合物中的所需性能,同時還具有成本效率、不含重金屬、不含亞硝酸鹽、不含溶劑、不含有毒和/或環(huán)境有害材料或其任何組合。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物包含(i)水,其也可稱為稀釋劑,(ii)聚合物樹脂組分,和(iii)所述腐蝕抑制組分。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物包含(i)水,(ii)聚合物樹脂組分,(iii)所述腐蝕抑制組分和(iv)顏料和/或染料(其中如本文所用,顏料可包括染料)。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物包含(i)水,(ii)聚合物樹脂組分,(iii)所述腐蝕抑制組分和(iv)消泡劑。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物包含(i)水,(ii)聚合物樹脂組分,(iii)所述腐蝕抑制組分和(iv)顏料和/或染料。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物包含(i)水,(ii)聚合物樹脂組分,(iii)所述腐蝕抑制組分,(iv)消泡劑和(v)顏料和/或染料。在這些實施方案中的任一個中,涂料組合物還可包含一種或多種其它添加劑,包括例如流變改進劑、受阻胺光散射體、紫外線抑制劑、潤濕劑、流動改進劑、蠟乳液、聚結(jié)劑、增塑劑或其組合。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物為有色和/或染色的且包含顏料和/或染料組分。在一些實施方案中,本發(fā)明涂料組合物為未著色和/或未染色的,且基本不含任何顏料和/或染料組分,或者完全不含任何顏料和/或染料組分,或者在其它實施方案中,具有非有意加入的顏料和/或染料組分。在本發(fā)明的一些涂料組合物中,為水基漆,例如用于維護金屬如橋、船、金屬管道和鐵軌、地下鐵路和類似結(jié)構(gòu)、金屬建筑物、輸送流體的管道和導(dǎo)管、儲罐等的涂層的水基漆。這些水基漆的實例為乙酸乙烯酯、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、乙酸乙烯酯-氯乙烯、丙烯腈-丁二烯、異戊二烯、偏二氯乙烯-丙烯腈、偏二氯乙烯-乙酸乙烯酯、氯乙烯-丙烯腈的乳液聚合物、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物及其與其它乙烯基單體、羧化合成和天然橡膠等。其它有用且已知的水基漆包括環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、鄰苯二甲酸醇酸樹脂、乳化干性油、聚苯乙烯等。認為成膜劑和油漆的性質(zhì)對為任何水基漆的本發(fā)明而言不是實質(zhì)性的,特別是用于鐵類金屬的涂料可獲益于本發(fā)明。本發(fā)明涂料組合物中的任一種可任選進一步包含一種或多種其它添加劑。這些其它添加劑可包括一種或多種其它稀釋劑、分散劑、潤濕劑、聚結(jié)溶劑、顏料/染料和/或顏料/染料分散劑(如果涂料組合物為有色/染色的)、消泡劑(如果不是已存在的)、填料、增塑劑、溶解助劑、增稠劑、也稱為緩沖劑的pH調(diào)節(jié)劑、紫外線抑制劑或其任何組合。合適的消泡劑例如包括聚乙二醇和硅消泡劑。適用于本發(fā)明中的市售聚乙二醇消泡劑包括例如以名稱由以及作為Q2-3183A由Dow出售的兩種產(chǎn)品。也可得到的合適硅消泡劑的非限定性實例包括如下:二甲基聚硅氧烷水解產(chǎn)物;α-甲基-Ω-甲氧基聚二甲基硅氧烷;聚二甲基硅油;聚(二甲基硅氧烷);甲基封端的聚二甲基硅氧烷;聚氧化(二甲基亞甲硅基)、α-(三甲基甲硅烷基)-Ω-羥基;聚[氧化(二甲基亞甲硅基)]、α-[三甲基甲硅烷基]-Ω-[(三甲基甲硅烷基)氧基];硅油;α-(三甲基甲硅烷基)聚[氧化(二甲基亞甲硅基)]-Ω-甲基;及其混合物。優(yōu)選的組合物可包含在用于處理金屬表面期間足以抑制起泡的變化數(shù)目和量的這類消泡劑,無論是在浴、噴霧還是其它施用方法中。這類消泡劑在加入組合物中的各種其它組分如基本組分、咪唑啉組分和唑組分或本文用于組合物中的任何其它組分期間也可以是特別有利的。在所選擇的優(yōu)選實施方案中,這類消泡劑可以以組合物的約0.01至約1.0重量%的量存在以適于實現(xiàn)意欲的有利效果。合適的pH調(diào)節(jié)劑包括無機堿,例如氫氧化鈉和氫氧化鉀,以及已知或常用的緩沖劑,例如磷酸鹽和硼酸鹽。合適的分散劑,也可稱為表面活性劑,包括烷基磺酸鹽、丙烯酰基磺酸鹽、磷酸酯、磺基琥珀酸鹽、乙炔二醇、乙氧基化醇及其組合。適用于本發(fā)明中的這類表面活性劑的市售實例包括可由LubrizolCorporation得到的SolsperseTM表面活性劑,和來自StepanCompany的NF-12表面活性劑。當(dāng)包括時,這類表面活性劑可優(yōu)選以至多1重量%以及0.1-1重量%的量提供。當(dāng)這樣使用時,這類表面活性劑可加入并提供良好的潤濕能力以增強金屬表面被總組合物的其它成分潤濕和其它成分的潤濕。在一些實施方案中,涂料組合物為丙烯酸系乳液,包括苯乙烯丙烯酸系乳液。在一些實施方案中,涂料組合物基本不含或者甚至完全不含鹵化物如氯化物。在一些實施方案中,涂料組合物不是偏二氯乙烯乳液。上述乳液和涂料組合物通常指單體,例如苯乙烯和亞乙烯。應(yīng)當(dāng)理解這些組合物包含聚合材料,所以也可稱為聚苯乙烯丙烯酸乳液、聚偏二氯乙烯乳液等。腐蝕抑制劑組分本發(fā)明腐蝕抑制組分包含第一絡(luò)合劑和第二絡(luò)合劑。第一絡(luò)合劑包含三烷醇胺。第二絡(luò)合劑包含羧酸。腐蝕抑制組分還可包含一些量的水以容許絡(luò)合劑相互形成鹽。盡管不愿受理論束縛,認為與具體類型的所述酸組合用于第一絡(luò)合劑中的具體胺類型容許通過本發(fā)明實現(xiàn)且在不使用所述胺時和/或在使用明顯不同的酸時不能得到的改進且令人驚訝的性能。第一絡(luò)合劑包含三烷醇胺。第一絡(luò)合劑可以為胺的混合物,例如兩種或更多種三烷醇胺的混合物。第一絡(luò)合劑還可以為包含至少一種三烷醇胺的胺混合物。換言之,包括非三烷醇胺在內(nèi)的其它胺可存在于第一絡(luò)合劑中。然而,第一絡(luò)合劑包含三烷醇胺。在一些實施方案中,第一絡(luò)合劑為至少50重量%三烷醇胺,在其它實施方案中,第一絡(luò)合劑為至少60、70、80、90或者甚至95重量%三烷醇胺。在另外的其它實施方案中,第一絡(luò)合劑基本由一種或多種三烷醇胺組成,且可基本不含任何其它胺。基本不含意指任何其它胺僅以工業(yè)材料的典型量存在于第一絡(luò)合劑中。換言之,如果認為市售工業(yè)材料由一種或多種三烷醇胺構(gòu)成,它可被認為是基本不含任何其它胺,條件是其它胺不是有意加入的和/或其它胺的量不超過由于典型污染物或者由于存在副產(chǎn)物等而存在的量。在一些實施方案中以及如本文所述,如果一種材料包含不多于5、4、2、1或者甚至0.5重量%第二材料,則它可被認為是基本不含第二材料。合適的三烷醇胺包括胺叔單胺,即包含單一氮原子和三個烷醇基團,例如三個含有羥基的烴基,或者在一些實施方案中,三個含有羥基的烷基的胺。這些三烷醇胺可包含總計3-42個碳原子,或者4-30或5-18、6-12、6-9或者甚至恰好6個碳原子。在一些實施方案中,三烷醇胺具有相同的烷醇基團,即三個包含羥基的烴基或烷基是相同的。在一些實施方案中,第一絡(luò)合劑的該三烷醇胺是具有連接在氮原子上的三個相同烷醇基團的叔單胺,其中三烷醇胺包含3-42個碳原子,或者上述其它范圍中的任一種。在一些實施方案中,第一絡(luò)合劑的三烷醇胺由下式表示:其中R各自獨立地為烴基使得胺包含6-42個碳原子,或者6-120、6-18、6-12、6-9或者甚至6個碳原子。在其它實施方案中,R基團可定義為各自包含2-40個碳原子,或者3-39、4-38、5-37或6-36個碳原子。在其它實施方案中,R基團可定義為各自包含2-14個碳原子,或者2-10、2-6、2-4、2-3或者甚至恰好4、3或2個碳原子。在一些實施方案中,上式中的R基團為烷基(確切地說,亞烷基)。在一些實施方案中,上式中的R基團為各自包含相同碳原子數(shù)的相同亞烷基。R基團可以為線性或支化的,然而,在一些實施方案中,上式中的R基團為線性亞烷基。適用于本發(fā)明中的三烷醇胺的合適實例包括三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三戊醇胺、三己醇胺或其混合物。在一些實施方案中,本發(fā)明三烷醇胺為三乙醇胺、三丙醇胺或其一些組合。在其它實施方案中,本發(fā)明三烷醇胺為三乙醇胺。在另外的其它實施方案中,本發(fā)明三烷醇胺為三丙醇胺或其一些組合。第二絡(luò)合劑包含羧酸。認為用于本發(fā)明中的合適羧酸不過度受限。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含一種或多種二羧酸。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含一種或多種含有3或4至50個碳原子,或者4-40、8-20、10-12或者甚至11-12個碳原子的羧酸。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含一種或多種包含3-50個碳原子,或者4-40、8-20、10-12或者甚至11-12個碳原子的二羧酸。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含至少一種二羧酸。在某些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含2、3或更多種二羧酸的混合物。適用于本發(fā)明中的這類二羧酸混合物的一個市售實例以商品名M-1由出售。合適的羧酸包括線性羧酸、支化羧酸或其組合,以及在一些實施方案中,線性二羧酸、支化二羧酸或其組合。在一些實施方案中,羧酸為脂族的,即它們不包含任何芳族基團。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑可包含一種或多種下式表示的二羧酸:其中n為2-48。在一些實施方案中,n為3-38,或者6-18、7-10、8-10或者甚至9-10。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑如上所定義基本不含或者甚至完全不含單羧酸。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑如上所定義基本不含或者甚至完全不含支化羧酸,即支化單羧酸、支化二羧酸或二者。合適的酸包括丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸或其一些組合。在一些實施方案中,酸包含癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸或其一些組合。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑包含癸二酸、癸烷二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、2-十二碳烯二酸、3-叔丁基己二酸、1,1-環(huán)己烷二乙酸,和這些相同酸的混合物和/或鹽。在一些實施方案中,上述水性涂料組合物包含(i)包含三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三戊醇胺、三己醇胺或其一些組合的第一絡(luò)合劑,和(ii)包含丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸或其一些組合的第二絡(luò)合劑。在上述實施方案中的任一個中,第一絡(luò)合劑可以為包含一種或多種三烷醇胺的胺混合物。在這些實施方案中的一些中,胺混合物為多于80重量%三烷醇胺,或者多于85、90或者甚至95重量%三烷醇胺。在上述實施方案中的任一個中,第一絡(luò)合劑可以為包含一種或多種三烷醇胺的胺混合物,其中胺的烷醇基團為線性的。在這些實施方案中的一些中,胺混合物為多于80、85、90或者甚至95重量%的這些三烷醇胺。在上述實施方案中的任一個中,第一絡(luò)合劑可以為包含一種或多種三烷醇胺的胺混合物,其中胺的烷醇基團為相同線性烷醇基團。在這些實施方案中的一些中,胺混合物為多于80、85、90或者甚至95重量%的這些三烷醇胺。在所述水性涂料組合物中,第一絡(luò)合劑與第二絡(luò)合劑的重量比可以為1:9-9:1。在一些實施方案中,第一絡(luò)合劑與第二絡(luò)合劑的重量比為1:5-5:1、1:4-4:1、2:3-3:2或者甚至約3:2、約1:1或約2:3。在所述水性涂料組合物中,腐蝕抑制組分可以以基于總組合物0.1-30重量%,或者0.1或0.25或0.5至20或10或5重量%或者甚至0.1-2.0,或者0.25-2.0,或者0.5-1.5或者甚至約1.0重量%存在。在一些實施方案中,在所述水性涂料組合物中,第二絡(luò)合組分可以以至多15重量%,或者0.1或0.2或0.5至15或10或5或2重量%存在于總組合物中。類似地,在一些實施方案中,第一絡(luò)合組分可以以至多15重量%,或者0.1或0.2或0.5至15或10或5或2重量%存在于總組合物中。在一些實施方案中,第一絡(luò)合劑和/或總腐蝕抑制組分基本不含或者甚至完全不含亞硝酸鈉鹽。在一些實施方案中,第二絡(luò)合劑和/或總腐蝕抑制組分基本不含或者甚至完全不含含硫羧酸,例如芳基磺酰氨基羧酸。...
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