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高邊緣陰極環(huán)氧電泳涂料組合物的制作方法

文檔序號(hào):12811067閱讀:288來源:國(guó)知局
高邊緣陰極環(huán)氧電泳涂料組合物的制作方法與工藝
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2014年10月31日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)62/073,367的優(yōu)先權(quán),所述臨時(shí)申請(qǐng)通過引用整體并入本文。發(fā)明背景通常將涂層涂覆到基材上以提供保護(hù)性和/或裝飾性。用于涂覆涂層的一種有效技術(shù)包括電泳涂裝工藝,其通常涉及利用施加的電勢(shì)使組合物沉積到導(dǎo)電基材上。商業(yè)電泳涂裝工藝的早期嘗試使用陰離子電泳涂裝工藝,其中被涂基材充當(dāng)陽(yáng)極。然而,陰極電泳涂裝工藝或陽(yáng)離子電泳涂裝工藝已變得越來越流行,目前是最為普遍的電泳涂裝方法。一種期望的涂層性質(zhì)是耐腐蝕性。使用展示出良好耐腐蝕性的涂層能夠延長(zhǎng)涂料組合物和下面基材的功能和性能。這對(duì)于涂覆到在高腐蝕性環(huán)境中(包括,例如,在重型機(jī)械行業(yè)中)使用的表面或基材上的涂料組合物尤為重要。重型機(jī)械行業(yè)以及其它行業(yè)中的組件或零件通常是激光切割、沖壓或成形的,并且常規(guī)涂布并非總是充分地涂布這種金屬零件的邊緣以提供最佳耐腐蝕性。因此,這些組件或零件遭受邊緣腐蝕和隨后的失效。重型機(jī)械行業(yè)目前將年度索賠中的超過2.5億美元?dú)w因于腐蝕失效,特別是邊緣腐蝕。因此,需要展示出良好耐腐蝕性、尤其是良好耐邊緣腐蝕性的電泳涂料組合物。概述本說明書提供了電泳涂料組合物和由該組合物形成的涂層,以及用所述組合物涂布基材的方法。所述組合物至少包含環(huán)氧樹脂、異氰酸酯官能化合物和二氧化硅基添加劑。本發(fā)明的以上概述并不意欲描述本發(fā)明的每種公開實(shí)施方式或每種執(zhí)行方式。如下描述更具體地以例子形式表示說明性實(shí)施方式。在整篇申請(qǐng)中的幾處,通過實(shí)例列表提供了指導(dǎo),這些實(shí)例可以以各種組合使用。在每種情況下,所述列表僅作為代表性組,不應(yīng)被解釋為排他性列表。在如下附圖和描述中闡述了本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求中,本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)很明顯。附圖簡(jiǎn)介圖1是40個(gè)循環(huán)的循環(huán)腐蝕測(cè)試之后,其上涂覆有常規(guī)涂層的激光切割試驗(yàn)板的視圖的照片描繪。圖2是40個(gè)循環(huán)的循環(huán)腐蝕測(cè)試之后,其上涂覆有本發(fā)明涂層的激光切割試驗(yàn)板的視圖的照片描繪。選擇的定義除非另有說明,本文所用的下列術(shù)語(yǔ)具有如下所提供的含義。在本文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“環(huán)氧官能化合物”是指不含游離環(huán)氧官能團(tuán)的環(huán)氧樹脂,即不存在保持未反應(yīng)的環(huán)氧基團(tuán)。當(dāng)環(huán)氧樹脂上的羥基官能團(tuán)或胺官能團(tuán)與異氰酸酯反應(yīng)時(shí),發(fā)生這種樹脂的固化。該術(shù)語(yǔ)在本文中可與“環(huán)氧樹脂”互換使用。在“涂覆在表面或基材上的涂層”這樣的上下文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“在......上”包括直接地或間接地涂覆到表面或基材上的涂層。因此,例如,涂覆到基材上的底漆層上的涂層被算作是涂覆在基材上的涂層。除非另有說明,術(shù)語(yǔ)“聚合物”包括均聚物和共聚物(即兩種或更多種不同單體的聚合物)二者。在說明書和權(quán)利要求中出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”及其變體時(shí),這些術(shù)語(yǔ)不具有限制性含義。術(shù)語(yǔ)“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指在某些情況下可提供某些益處的本發(fā)明實(shí)施方式。然而,在相同或其它情況下,其它實(shí)施方式也可能是優(yōu)選的。另外,一種或多種優(yōu)選實(shí)施方式的敘述不意味著其它實(shí)施方式是不可用的,也不旨在將其它實(shí)施方式排除在本發(fā)明范圍外。在本文中使用時(shí),不使用數(shù)量詞限定、“至少一種”和“一種或多種”可互換使用。因此,例如包含添加劑的涂料組合物可被解釋為表示該涂料組合物包含“一種或多種”添加劑。此外在本文中,通過端點(diǎn)對(duì)數(shù)值范圍的陳述包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字(例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等)。另外,一個(gè)范圍的公開包括較寬范圍內(nèi)包括的所有子范圍的公開(例如1到5公開了1到4、1.5到4.5、1到2等等)。詳細(xì)說明在一種實(shí)施方式中,本說明書提供了經(jīng)涂布制品,其包括上方布置有涂層的基材。在一方面,涂層由電泳涂料組合物形成以保護(hù)基材免受腐蝕,特別是邊緣腐蝕。組合物優(yōu)選地至少包含環(huán)氧官能化合物、異氰酸酯官能化合物和二氧化硅基添加劑。所得經(jīng)涂布制品相對(duì)于上方涂覆有常規(guī)涂層的經(jīng)涂布制品顯示出邊緣腐蝕顯著減少。在一種實(shí)施方式中,本文所述電泳涂料組合物優(yōu)選地至少包含環(huán)氧樹脂組分和異氰酸酯官能組分。在優(yōu)選的方面,這些組分交聯(lián)形成涂層??呻姵练e在陰極上的含活性氫的陽(yáng)離子樹脂與固化劑一起構(gòu)成可電沉積組合物的主要載體,所述陽(yáng)離子樹脂可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的陽(yáng)離子樹脂,但優(yōu)選地源自聚環(huán)氧化物。所述陽(yáng)離子樹脂可通過以下方法制備:使聚環(huán)氧化物與選自含醇羥基材料和含酚羥基材料的含多羥基材料一起反應(yīng)以延長(zhǎng)鏈或增加聚環(huán)氧化物的分子量。然后可使反應(yīng)產(chǎn)物與陽(yáng)離子鹽形成基團(tuán)反應(yīng)以產(chǎn)生陽(yáng)離子樹脂。本文方法中使用的聚環(huán)氧化物可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法來制備。合適的環(huán)氧樹脂化合物包括,例如,每分子具有至少兩個(gè)環(huán)氧片段的源自聚環(huán)氧化物的單體、聚合物和共聚物。環(huán)氧官能化合物可包括飽和、不飽和、支化、非支化、脂族、脂環(huán)族、芳族、雜環(huán)的分子及其組合。環(huán)氧樹脂化合物的合適數(shù)均分子量(mn)的實(shí)例為約200至約5000,特別合適的重均分子量為約300至約2000。在一種實(shí)施方式中,環(huán)氧樹脂化合物是一種或多種多元醇的多縮水甘油醚,其中多元醇還可以充當(dāng)擴(kuò)鏈劑以改變環(huán)氧官能化合物分子的分子量(例如,通過羥基-環(huán)氧反應(yīng))。優(yōu)選地,環(huán)氧樹脂化合物是一種或多種環(huán)狀多元醇的多縮水甘油醚,所述環(huán)狀多元醇例如多元酚、脂環(huán)族多元醇、脂族多元醇(包括,例如,簡(jiǎn)單多元醇例如新戊二醇,聚酯多元醇例如美國(guó)專利no.4,148,772中所述那些,聚醚多元醇例如美國(guó)專利no.4,468,307中所述那些,以及氨基甲酸酯二醇例如美國(guó)專利no.4,931,157中所述那些)及其組合。環(huán)氧樹脂化合物可以是,例如,一種或多種多元酚的多縮水甘油醚,其通過多元酚與表鹵代醇(例如表氯醇)或二鹵代醇(例如二氯丙醇)在堿的存在下醚化而形成。用于形成環(huán)氧官能化合物的合適多元酚的實(shí)例包括2,2-雙-(4-羥苯基)乙烷;4,4-二羥基-2,2-二苯基丙烷(即雙酚a);2-甲基-1,1-雙-(4-羥苯基)-丙烷;2,2-雙-(4-羥基-3-叔丁基苯基)-丙烷、1,1-雙-(4-羥苯酚)乙烷;雙-(2-羥基萘基)甲烷;1,5-二羥基-3-萘(1,5-dihydroxy-3-naphthalenel)、間苯三酚、兒茶酚、間苯二酚及其組合。在優(yōu)選的方面,多元酚是雙酚a。用于形成環(huán)氧樹脂化合物的合適脂環(huán)族多元醇的實(shí)例包括1,2-環(huán)己烷二醇;1,4-環(huán)己烷二醇;1,2-雙-(羥甲基)環(huán)己烷;1,3-雙-(羥甲基)環(huán)己烷;及其組合。用于形成環(huán)氧官能化合物的合適脂族多元醇的實(shí)例包括多元醇例如乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、甘油、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、三丙二醇、新戊二醇、季戊四醇、1,4-丁二醇、三羥甲基丙烷、己二醇及其組合。環(huán)氧樹脂化合物的分子還可以包含取代基,例如鹵素基團(tuán)、羥基片段、醚基團(tuán)和陽(yáng)離子鹽片段。在一個(gè)實(shí)施方式中,環(huán)氧官能化合物可包含一種或多種基于胺的陽(yáng)離子鹽片段,所述陽(yáng)離子鹽片段是通過使環(huán)氧聚合物與胺化合物反應(yīng)而得到的。用于形成基于胺的陽(yáng)離子鹽片段的合適胺化合物的實(shí)例包括伯胺、仲胺、叔胺及其組合。合適的胺包括例如乙胺、甲基乙胺、三乙胺、n-芐基二甲胺、二椰油胺(dicocoamine)和n,n-二甲基環(huán)己胺。此外,二甲基氨基丙胺、n,n-二乙基氨基丙胺、二甲基氨基乙胺、n-氨基乙基哌嗪、氨基丙基嗎啉、四甲基二亞丙基三胺、甲胺、乙胺、二甲胺、二丁胺、乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、二甲基氨基丁胺、二乙基氨基丙胺、二乙基氨基丁胺、二丙胺、甲基丁胺、鏈烷醇胺(例如甲基乙醇胺、氨基乙基乙醇胺、氨基丙基單甲基乙醇胺和二乙醇胺)、二酮亞胺。伯胺和仲胺可以在與環(huán)氧片段反應(yīng)之后被酸化以形成胺鹽片段。叔胺可以在與環(huán)氧片段反應(yīng)之前,以及在與環(huán)氧片段反應(yīng)之后被酸化以形成季銨鹽片段?;诎返年?yáng)離子鹽片段在與異氰酸酯官能化合物反應(yīng)時(shí)可有益于增加交聯(lián)密度。在一個(gè)實(shí)施方式中,胺化合物可以是含羥基胺。合適的含羥基胺的實(shí)例包括鏈烷醇胺、二鏈烷醇胺、三鏈烷醇胺、烷基鏈烷醇胺、芳基鏈烷醇胺、芳基烷基鏈烷醇胺及其組合。合適含羥基胺的具體實(shí)例包括乙醇胺、n-甲基乙醇胺、二乙醇胺、n-苯基乙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、三乙醇胺和n-(2-羥乙基)哌嗪。在一種實(shí)施方式中,本文所述電泳涂料組合物優(yōu)選地至少包含環(huán)氧官能組分、異氰酸酯官能組分。在一個(gè)優(yōu)選的方面,這些組分交聯(lián)形成涂層,其中異氰酸酯官能組分起交聯(lián)劑的作用。合適的異氰酸酯官能組分包括例如脂族異氰酸酯、脂環(huán)族異氰酸酯、芳族異氰酸酯及其組合。異氰酸酯官能組分可包含一個(gè)或多個(gè)異氰酸酯片段,優(yōu)選地包含兩個(gè)或更多個(gè)異氰酸酯片段(例如二異氰酸酯)。用于異氰酸酯官能化合物的具體合適化合物的實(shí)例包括四亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、環(huán)六亞甲基亞甲基環(huán)己基異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、亞甲基二苯基二異氰酸酯、亞甲基二苯基二異氰酸酯、亞苯基二異氰酸酯及其組合。在一個(gè)實(shí)施方式中,可以用封端劑至少部分封端異氰酸酯官能化合物。優(yōu)選地,用封端劑完全封端異氰酸酯官能化合物以使得基本上沒有游離的異氰酸酯片段可用直至在固化過程中暴露于高溫。在一個(gè)方面,異氰酸酯官能化合物是多異氰酸酯。合適的多異氰酸酯還包括源自含有以下基團(tuán)的那些的多異氰酸酯:異氰脲酸酯、縮二脲、脲基甲酸酯、亞氨基惡二嗪二酮、氨基甲酸酯、脲或脲二酮基團(tuán)。例如,通過使一些異氰酸酯基團(tuán)與多元醇(例如,三羥甲基丙烷、新戊二醇和甘油)反應(yīng)來獲得含氨基甲酸酯基團(tuán)的多異氰酸酯。異氰酸酯基團(tuán)與封端劑反應(yīng)。合適封端劑的實(shí)例包括苯酚、甲酚、二甲苯酚、ε-己內(nèi)酰胺、δ-戊內(nèi)酰胺、γ-丁內(nèi)酰胺、丙二酸二乙酯、丙二酸二甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸甲酯、醇類(例如,甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、異丁醇、叔丁醇、丁醇)、二醇單醚(例如,乙二醇單醚或丙二醇單醚)、酸胺(例如,乙酰苯胺)、酰亞胺(例如,琥珀酰亞胺)、胺(例如二苯胺)、咪唑、脲、亞乙基脲、2-惡唑烷酮、乙烯亞胺、肟(例如,甲基乙基酮肟)等?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯-官能化合物的合適組合濃度范圍為約50重量%至約90重量%,特別合適的組合濃度范圍為約70重量%至約80重量%。在本文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“總固體重量”是指非水性組分或溶劑基組分(例如水)的總重量。異氰酸酯官能化合物的合適濃度可以基于異氰酸酯官能化合物的異氰酸酯片段與環(huán)氧官能化合物的環(huán)氧片段的比率。合適比率范圍的實(shí)例為每當(dāng)量環(huán)氧片段約0.5當(dāng)量異氰酸酯片段至約當(dāng)量環(huán)氧片段約5當(dāng)量異氰酸酯片段,特別合適的比例范圍為每當(dāng)量環(huán)氧片段約1當(dāng)量異氰酸酯片段至每當(dāng)量環(huán)氧片段約3當(dāng)量異氰酸酯片段。在一個(gè)實(shí)施方式中,環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯官能化合物可以以預(yù)組合樹脂的形式提供。環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯官能化合物的合適預(yù)組合樹脂的實(shí)例包括來自valsparcorporation,minneapolis,minn.以商標(biāo)“950”清澈分散體市售的樹脂,其是胺延伸雙酚a環(huán)氧樹脂和醇封端芳族交聯(lián)劑的陰極環(huán)氧樹脂混合物。在一個(gè)實(shí)施方式中,電泳涂料組合物優(yōu)選地還包含催化劑以幫助環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯官能化合物的交聯(lián)。用于電泳涂料組合物中的合適催化劑包括例如金屬催化劑,例如含錫化合物(例如,二辛基氧化錫和二丁基氧化錫)或鉍化合物。在另一方面,催化劑是不含金屬的催化劑,即不包括基于錫、鉛、鉍和/或其它重金屬的化合物的催化劑?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中催化劑的合適濃度為約0.1重量%至約5.0重量%,合適的濃度為優(yōu)選地約0.5重量%至約3.0重量%,更優(yōu)選地約1.0重量%至約2.0重量%。如上所述,本文的電泳涂料組合物優(yōu)選地至少包含環(huán)氧官能化合物(即,胺官能環(huán)氧樹脂)、異氰酸酯官能化合物和二氧化硅基添加劑。在本文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“二氧化硅基添加劑”是指可用于電泳涂料組合物中以賦予由該組合物形成的涂層期望性質(zhì)的一種或多種試劑。雖然使用術(shù)語(yǔ)“二氧化硅基”,但添加劑不限于二氧化硅或源自二氧化硅的添加劑。合適的添加劑包括例如二氧化硅、粘土、滑石、重晶石、碳酸鈣、硫酸鋇、硅酸鋁、硅酸鉀鋁、硅酸鎂等或其組合和混合物。二氧化硅基添加劑可以呈各種形式,即經(jīng)處理的或未處理的。添加劑可以具有各種粒度。形式和/或粒度的任何組合均可用于添加劑。本文所述組合物中存在的二氧化硅基添加劑的量因由所述組合物形成的涂層的期望性質(zhì)而異。在一個(gè)優(yōu)選的方面,當(dāng)將電泳涂料組合物涂覆到金屬基材上時(shí),添加劑的量足以提供最佳邊緣保護(hù)和顯著減少的邊緣腐蝕。在某些實(shí)施方式中,基于組合物中固體的總重量,添加劑的存在量為約0.1-95重量%,優(yōu)選地0.5-50重量%,更優(yōu)選地1-10重量%。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,添加劑是二氧化硅。二氧化硅的形式不受限制,其可以是但不限于結(jié)晶的、無(wú)定形的、沉淀的或其組合或混合物。二氧化硅可以是經(jīng)處理的、未處理的或其組合或混合物。類似地,二氧化硅的粒度不受限制,并且可以根據(jù)涂層的期望性質(zhì)來選擇不同的粒度。二氧化硅的合適實(shí)例包括,例如,作為(evonikindustriesag)市售的二氧化硅種類,包括ok412、ok412lc、ok500、ok520等。在一個(gè)方面,二氧化硅基添加劑可以包括各種不同粒度的各種類型的二氧化硅的任何組合。在各種實(shí)施方式中,電泳涂料組合物還可包含一種或多種額外組分,例如成膜劑(包括用于溶解和/或分散涂料組合物,最終有助于膜形成的溶劑)、表面活性劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、流變改性劑、著色劑(例如顏料和染料)及其組合。合適的表面活性劑和潤(rùn)濕劑的實(shí)例包括烷基咪唑啉,例如以商標(biāo)“geigyamine”表面活性劑(cibaspecialtychemicals)市售的那些;炔醇,例如以商標(biāo)表面活性劑(由airproducts市售)市售的那些,及其組合。合適消泡劑的實(shí)例包括上述表面活性劑和潤(rùn)濕劑、聚硅氧烷消泡劑(例如甲基烷基聚硅氧烷)及其組合?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中表面活性劑、潤(rùn)濕劑和消泡劑的合適濃度范圍為約0.1重量%至約2.0重量%,特別合適的濃度范圍為約0.1重量%至約0.5重量%。合適流變改性劑的實(shí)例包括觸變材料和填料。合適觸變材料的實(shí)例包括聚酰胺、氧化聚乙烯及其組合。合適的市售觸變性材料的實(shí)例包括系列(kingindustries,inc.,norwalk,conn)的那些。合適填料的實(shí)例包括二氧化硅、滑石、硅灰石、云母、三水合氧化鋁、粘土、石英石、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇、硫酸鈣、硫酸鎂及其組合。合適的市售填料的實(shí)例包括商標(biāo)為(evonikindustriesag)的二氧化硅和系列(elementis-specialties,inc.)的二氧化硅石英填料?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中流變改性劑的合適濃度范圍為約0.01重量%至約0.20重量%,特別合適的濃度范圍為約0.01重量%至約0.1重量%。用于電泳涂料組合物中的合適著色劑的實(shí)例包括顏料,例如氧化鐵、氧化鉛、氧化鋅、鉻酸鍶、銅鉻、炭黑、煤灰、二氧化鈦、硅酸鉛、硫酸鋇及其組合。市售炭黑顏料的實(shí)例包括商標(biāo)為炭黑(evonik)的那些。在一個(gè)實(shí)施方式中,電泳涂料組合物還可以包含一種或多種消光(flattener)顏料,例如以商標(biāo)“”市售的那些?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中顏料和其它著色劑(例如染料)的合適濃度范圍為約1.0重量%至約10.0重量%,特別合適的濃度范圍為約2.0重量%至約5.0重量%。電泳涂料組合物還可以包含一種或多種單體化合物或聚合物化合物(例如,丙烯酸樹脂)以改變所得涂層的顏色。本說明書包括利用本文所述電泳涂料組合物經(jīng)由陰極電鍍工藝形成經(jīng)涂布制品的合適方法。在一種實(shí)施方式中,電泳涂料組合物可以以兩部分體系的形式被提供,所述兩部分體系優(yōu)選地包括顏料膏部分和樹脂部分。因此,本文所述方法首先包括形成電泳涂料組合物的顏料膏部分。顏料膏部分優(yōu)選地至少包含二氧化硅基添加劑。另外,顏料膏部分可包含任何上述額外組分(例如,表面活性劑、顏料等)。在一種實(shí)施方式中,顏料膏部分還可包含環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯官能化合物的一部分,其期望地有助于分散顏料膏部分的組分(例如,二氧化硅基添加劑、表面活性劑、顏料等)。在一個(gè)實(shí)施方式中,電泳涂料組合物還可包含一種或多種酸化合物,其可有益于進(jìn)一步中和環(huán)氧官能化合物,即胺官能化環(huán)氧樹脂。在一個(gè)實(shí)施方式中,環(huán)氧官能化合物可被中和至少約35%,特別適合的中和水平為約35%至約60%。環(huán)氧官能化合物的中和使得環(huán)氧官能化合物具有陽(yáng)離子性和水分散性。合適酸化合物的實(shí)例包括有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸,例如甲酸、乙酸、乳酸、磷酸、氨基磺酸、磺酸及其組合?;陔娪就苛辖M合物的總固體重量,電泳涂料組合物中酸化合物的合適濃度范圍為約0.1重量%至約2.0重量%,特別合適的濃度范圍為約0.2重量%至約1.0重量%。可如下制備顏料膏部分:將各組分(例如,二氧化硅基添加劑、催化劑、顏料等)混合在一起以形成膏體。顏料膏部分還可包含水以幫助組分的混合??梢岳酶鞣N混合系統(tǒng)(例如,介質(zhì)研磨機(jī)和高速分散器)將組分混合在一起。期望地,至少持續(xù)混合直至各組分充分混合,從而使各組分(包括二氧化硅基添加劑)分散在顏料膏部分中。然后可以將顏料膏部分與樹脂部分組合以形成電泳涂料組合物。期望地,樹脂部分包含電泳涂料組合物的可交聯(lián)組分的至少一部分,例如環(huán)氧官能化合物和異氰酸酯官能化合物。在一個(gè)實(shí)施實(shí)施方式中,樹脂部分還可包含一種或多種上述額外組分。期望地,在含有水性介質(zhì)(例如,去離子水)的反應(yīng)容器中組合顏料膏部分和樹脂部分。期望地,這允許顏料膏部分和樹脂部分混合并懸浮(例如,分散、溶解和/或乳化)在水性介質(zhì)中。如上所述,顏料膏部分可包含酸組分,所述酸組分期望地中和樹脂部分和/或顏料膏部分所提供的環(huán)氧官能化合物(即,胺官能環(huán)氧樹脂),從而期望地使得環(huán)氧官能化合物具有水溶性。因此,電泳涂料組合物可分散在水性介質(zhì)中以期望地在水性介質(zhì)中形成穩(wěn)定的水性分散體。在本文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)定的水性分散體”是指不攪拌時(shí)持續(xù)至少30分鐘不從水性介質(zhì)中沉淀出來的分散體。期望地,該分散體還在利用溫和攪拌時(shí)可再分散。在一個(gè)實(shí)施方式中,電泳涂料組合物能夠在水性介質(zhì)中以約20重量%或更低的總固體濃度形成穩(wěn)定的水性分散體,所述重量%基于水性分散體的總重量。水性分散體在電泳涂裝工藝中是有益的,因?yàn)楫?dāng)誘導(dǎo)電勢(shì)通過水性分散體時(shí),其允許電泳涂料組合物向陰極基材移動(dòng)。顏料膏部分、樹脂部分和水性介質(zhì)的合適進(jìn)料重量比范圍為約1∶2∶10(即1份顏料膏部分,2份樹脂部分,10份水性介質(zhì)部分,按重量計(jì))至約1∶5∶20。水性分散體中合適的固體比率范圍為約5重量%至約20重量%,特別地分散體中的固體比率范圍為約8重量%至約15重量%。水性分散體可以在攪拌條件下保持在反應(yīng)容器中以降低沉降風(fēng)險(xiǎn),并且還可以維持在高溫下以輔助電泳涂裝工藝。合適高溫的實(shí)例為約27℃(80°f)至約43℃(110°f),特別合適的高溫為約32℃(90°f)至約35℃(95°f)。然后可以使基材在反應(yīng)容器中經(jīng)受電泳涂裝工藝以在基材上形成涂層。這可以包括將導(dǎo)電陽(yáng)極放置為與水性分散體接觸。然后可將基材浸入水性分散體中并與導(dǎo)電載體相連,從而使基材起陰極的作用。然后可以誘導(dǎo)電勢(shì)通過水性分散體和基材,從而使電泳涂料組合物沉積到基材上。電泳涂裝工藝可以進(jìn)行足以在基材上形成達(dá)到期望厚度的電泳涂料組合物涂層的持續(xù)時(shí)間。涂層厚度可以取決于多種因素,例如電泳涂料組合物的組成、水性分散體的固體濃度、基材的表面積和電勢(shì)的強(qiáng)度。合適電勢(shì)的實(shí)例在約50伏至約500伏的范圍內(nèi),特別合適的電勢(shì)在約100伏至約350伏的范圍內(nèi)。電泳涂裝工藝之后,可以沖洗經(jīng)涂布基材以期望地除去電泳涂料組合物的任何非結(jié)合部分。合適的沖洗流體的實(shí)例包括去離子水和/或從反應(yīng)容器中過濾的滲透物,其可以包含水、酸、溶劑、離子和低分子量樹脂。然后可以加熱經(jīng)涂布基材以固化涂層。在一個(gè)實(shí)施方式中,可以將經(jīng)涂布基材放置于保持在高溫下的烘箱中持續(xù)足夠的時(shí)間以固化涂層。溫度優(yōu)選地足夠高以從異氰酸酯官能化合物中除去封端劑,從而使環(huán)氧官能化合物與異氰酸酯官能化合物交聯(lián)。用于固化電泳涂料組合物的合適溫度的實(shí)例為約150℃(約300°f)至約200℃(約400°f),特別合適的溫度為約175℃(約350°f)至約190℃(約380°f)。在合適的溫度和特別合適的溫度下基本固化涂層的合適持續(xù)時(shí)間的實(shí)例為約10分鐘至約60分鐘,特別合適的持續(xù)時(shí)間為約15分鐘至約30分鐘。在一個(gè)實(shí)施方式中,可以以連續(xù)方式進(jìn)行電泳涂裝工藝,其中在電泳涂裝工藝期間,基材的連續(xù)部分可以進(jìn)入和離開反應(yīng)容器。在該實(shí)施方式中,可以將顏料膏部分、樹脂部分和水性介質(zhì)連續(xù)地或間歇地裝入反應(yīng)容器中以維持期望的濃度比?;牡倪B續(xù)部分優(yōu)選地在反應(yīng)容器中具有足夠的停留時(shí)間以形成具有期望厚度的涂層。使用上述操作條件的連續(xù)電泳涂裝工藝的合適停留時(shí)間的實(shí)例為約60秒至約180秒,特別合適的停留時(shí)間為約90秒至約120秒。此外,沖洗步驟和固化步驟也可以在單個(gè)裝配線中以連續(xù)方式進(jìn)行,從而減少形成經(jīng)涂布制品的時(shí)間。期望地,所得經(jīng)涂布制品包含涂層,所述涂層提供優(yōu)異的腐蝕保護(hù),特別是在基材邊緣處,或在通過激光切割和/或其它制造工藝產(chǎn)生的尖銳區(qū)域中。不限于理論,相對(duì)于常規(guī)涂料組合物,二氧化硅基添加劑控制電泳涂料組合物的流動(dòng)并使涂料不從邊緣流走。利用包含二氧化硅基添加劑的電泳涂料組合物形成的涂層顯示出顯著改善的邊緣腐蝕。在一個(gè)方面,用本文所述電泳涂料組合物涂布的制品相對(duì)于用常規(guī)電泳涂料組合物(即,不含二氧化硅基添加劑的電泳涂料組合物)涂布的制品顯示出邊緣腐蝕減少40%,優(yōu)選地邊緣腐蝕減少50%,更優(yōu)選地邊緣腐蝕減少70%。實(shí)施例通過以下實(shí)施例闡釋本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解,特定實(shí)例、材料、量和程序應(yīng)根據(jù)本文所述的本發(fā)明的范圍和精神進(jìn)行廣義解釋。除非另有說明,所有份、比率和百分比均按重量計(jì),所有分子量均為重均分子量。除非另有說明,使用的所有化學(xué)品均是從下述供應(yīng)商獲得的或者可購(gòu)得的,或者可以通過常規(guī)方法合成。在以下實(shí)施例中使用以下組成縮略語(yǔ):“環(huán)氧樹脂”:胺延伸的雙酚a環(huán)氧樹脂和醇封端芳族氨基甲酸酯交聯(lián)劑的陰極環(huán)氧樹脂混合物,其可作為950清澈分散體從valsparcorporation商購(gòu)獲得?!碍h(huán)氧鹽”:氨基延伸的雙酚a環(huán)氧樹脂,其可得自valsparcorporation?!岸趸杌砑觿保杭?xì)粒后處理沉淀二氧化硅,其可作為ok412從evonikindustriesag商購(gòu)獲得?!板a催化劑”:二丁基氧化錫催化劑,其可作為4203催化劑從arkema商購(gòu)獲得?!?04-a表面活性劑”:潤(rùn)濕劑表面活性劑和消泡劑,其可作為104-a從airproductsandchemicals商購(gòu)獲得?!皊ynfac8009表面活性劑”:可從millikenchemical商購(gòu)獲得的潤(rùn)濕劑表面活性劑?!癳eh溶劑”:乙二醇2-乙基己基醚,可從eastman商購(gòu)獲得的溶劑?!皊olsperse41000”:可從lubrizol商購(gòu)獲得的分散劑?!岸趸琛保嚎勺鳛閞-972二氧化硅從evonik商購(gòu)獲得的sio2顆粒?!?50”:可從columbiachemicals商購(gòu)獲得的炭黑顏料?!皌r93”:可從hunstman商購(gòu)獲得的白色顏料。實(shí)施例1和對(duì)比例a的經(jīng)涂布制品各自通過利用電泳涂料組合物在鋼基材上形成涂層來制備,然后使其經(jīng)受如下所示的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)方法除非另有說明,在以下實(shí)施例中使用以下試驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕試驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)方法(即,汽車工程師協(xié)會(huì)(sae)表面車輛標(biāo)準(zhǔn)j2334外涂層腐蝕實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn))檢驗(yàn)循環(huán)腐蝕。該試驗(yàn)本質(zhì)上是循環(huán)的,即使試驗(yàn)樣品暴露于隨時(shí)間變化的氣候。如本文所用,使試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)方法中提供的溫度下經(jīng)受40次重復(fù)的暴露于水/濕度、鹽霧和空氣干燥的循環(huán)。實(shí)施例1:制備電泳涂料組合物(本發(fā)明的實(shí)施例)用于形成經(jīng)涂布制品的電泳涂料組合物被制備為包含顏料膏部分和樹脂部分的兩部分體系。通過以下方法形成顏料膏部分:以表1所示的量混合各種組分以形成中間研磨膏。然后利用高速分配器混合研磨膏,并使其通過介質(zhì)研磨機(jī)以分散固體材料。表1制備研磨膏之后,通過將研磨膏與溶劑和去離子水混合來制備組合物的顏料膏部分。表2列出了電泳涂料組合物的顏料膏部分的所得組分濃度。表2顏料膏組分量(重量%)環(huán)氧鹽14.6104-a表面活性劑0.2乳酸2.2去離子水47.2錫催化劑2.6分散劑2.5炭黑0.6二氧化鈦20.7二氧化硅基添加劑5.5成膜劑0.6溶劑3.4然后將顏料膏部分、樹脂部分和去離子水加入反應(yīng)容器中以維持約7.4重量份的顏料膏部分、20.3重量份的樹脂部分和72.3重量份的去離子水的濃度比。這提供了總固體濃度為約10重量%的電泳涂料組合物的水性分散體。表3列出了基于總固體重量的電泳涂料組合物的組分濃度。表3電泳涂料組合物組分量(重量%)環(huán)氧鹽1.08104-a表面活性劑0.02乳酸0.16錫催化劑0.19分散劑0.19炭黑0.04二氧化鈦1.54二氧化硅基添加劑0.41成膜劑0.05溶劑0.25環(huán)氧樹脂20.32去離子水75.77將水性分散體維持在32℃(90°f)至35℃(95°f)的溫度下,并在反應(yīng)容器中保持充分?jǐn)嚢枰员3止腆w分散在水性介質(zhì)中。然后如下進(jìn)行陰極電泳涂裝工藝:將導(dǎo)電陽(yáng)極放置為與水性分散體接觸。然后將鋼基材浸入水性分散體中,并與導(dǎo)電載體相連以起到陰極的作用。然后誘導(dǎo)100伏的電流通過水性分散體和鋼基材,從而使電泳涂料組合物沉積到鋼基材上。電泳涂裝工藝持續(xù)進(jìn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間以形成期望厚度的電泳涂料組合物的涂層。完成之后,用去離子水和滲透物沖洗經(jīng)涂布基材,然后將其置于維持在185℃(365°f)的烘箱中20分鐘以固化涂層。這提供了實(shí)施例1的經(jīng)涂布制品,其中涂層包含分散在交聯(lián)基質(zhì)中的氧化鋁和聚乙烯蠟。實(shí)施例2.制備電泳涂料組合物(對(duì)比例)以類似于上文關(guān)于實(shí)施例1的經(jīng)涂布制品所述的方式將用于形成實(shí)施例2的經(jīng)涂布制品的電泳涂料組合物制備為兩部分體系。然而,針對(duì)實(shí)施例2的電泳涂料組合物而制備的研磨膏不包含二氧化硅基添加劑。因此,在對(duì)比例a的經(jīng)涂布制品的基材上得到的涂層在交聯(lián)基質(zhì)中不包含二氧化硅基添加劑。實(shí)施例3.腐蝕試驗(yàn)測(cè)量實(shí)施例1和2的經(jīng)涂布制品的耐腐蝕性,特別是邊緣耐腐蝕性。利用激光切割插件制備由冷軋鋼制成且尺寸為4英寸×8英寸的試驗(yàn)板。將板用磷酸鐵和去離子水沖洗預(yù)處理,然后根據(jù)上述方法用實(shí)施例1的本發(fā)明組合物或?qū)嵤├?的對(duì)比組合物進(jìn)行電泳涂裝。之后根據(jù)saej2334循環(huán)腐蝕試驗(yàn)程序中所述程序通過使板暴露于腐蝕性環(huán)境來評(píng)估涂層的耐腐蝕性。然后測(cè)量每塊試驗(yàn)板的腐蝕程度。如圖1所示,實(shí)施例1的經(jīng)涂布制品相對(duì)于如圖2所示的實(shí)施例2的經(jīng)涂布制品(約80%邊緣腐蝕)顯示出顯著較少的腐蝕,包括邊緣腐蝕(僅約10%邊緣腐蝕)。因此,包含二氧化硅基添加劑的電泳涂料組合物能夠獲得良好的耐邊緣腐蝕性和相對(duì)于不含二氧化硅基添加劑的電泳涂料組合物顯著改善的耐邊緣腐蝕性。本文引用的所有專利、專利申請(qǐng)和出版物以及電子可得材料的完整公開內(nèi)容通過引用并入。前面的詳細(xì)描述和實(shí)施例僅僅是為了清楚理解而給出的。不應(yīng)從中理解不必要的限制。本發(fā)明不限于所示出和描述的確切細(xì)節(jié),因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的變化包括在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明內(nèi)。在一些實(shí)施方式中,在缺乏本文未具體公開的任何要素的情況下,可以適當(dāng)?shù)貙?shí)施本文說明性公開的本發(fā)明。當(dāng)前第1頁(yè)12
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