用于金屬基材的堿性清洗組合物的制作方法
【專利說明】用于金屬基材的堿性清洗組合物
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月16日向美國專利商標(biāo)局提交的申請?zhí)枮?1/802, 619的 美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)以及權(quán)益，其中全部內(nèi)容引入本文作為參考。
【背景技術(shù)】
[0003] 諸如鋁以及它們的合金之類的金屬在航天、工業(yè)、以及私營工業(yè)中具有許多應(yīng)用。 然而，這些金屬由于它們的氧化還原（氧化還原作用）電位低，在水存在下容易快速腐蝕， 因此嚴(yán)重限制由這些金屬制造物品的使用期限、和/或使保養(yǎng)費(fèi)用增加。這些金屬還有涂 料粘附問題，因?yàn)楫?dāng)形成物品時(shí)金屬表面通常非常光滑。
[0004] 用于航天、工業(yè)、以及民間行業(yè)的金屬的氧化以及降解是嚴(yán)重的以及要花很多錢 才能解決的問題。為防止用于這些應(yīng)用的金屬氧化以及降解，防護(hù)涂層涂布于該金屬表面。 此防護(hù)涂層可以是涂布于該金屬的僅有的涂層、或者可以涂布其它的涂料以進(jìn)一步保護(hù)該 金屬表面。為了提供涂料對于該基材表面的適當(dāng)粘附力以及向金屬基材提供耐腐蝕性，在 涂料涂布之前，可以清洗該基材。一般清洗劑可以包括堿性基清洗劑，其除去潤脂油、油類、 蠟以及從金屬表面除去污垢。此外或者可替換的是進(jìn)行可以酸清洗/蝕刻以除去金屬氧化 物（例如銹、污跡等）以及使得金屬表面呈化學(xué)活性用于緊接著的涂漆步驟。
[0005]當(dāng)基材清洗時(shí)，常規(guī)的清洗劑常常產(chǎn)生污跡，為隨后的涂料提供差的或者不足的 粘附力，需要商業(yè)上不引人注意的步驟，比如額外的清洗、還原和/或密封步驟，和/或需要 利用高溫溶液。分步清洗過程增加的金屬表面處理成本以及增加環(huán)境污染。因此，需要不 產(chǎn)生污跡的堿性金屬清洗劑，其有效增加隨后的涂料在金屬涂漆過程中的粘附力，不需要 分步涂布、和/或可以在室溫下涂布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 按照本發(fā)明的實(shí)施方案，涂布至金屬基材的組合物包含含水載體、氫氧化物陰離 子和/或磷酸陰離子、以及包含唑類化合物、稀土離子、堿土金屬離子、和/或過渡金屬離子 的緩蝕劑。
[0007] 發(fā)明詳述
[0008] 按照本發(fā)明的實(shí)施方案，用于金屬基材的清洗組合物包含堿性偏硅酸鹽配方。在 一些實(shí)施方案中，該組合物包含氫氧化物和/或磷酸鹽、以及緩蝕劑比如鋅鹽和/或唑類 化合物。
[0009] 如本文所用，以下術(shù)語具有下列含義。
[0010] 該術(shù)語"基材"如本文所用，指具有表面的材料。就涂布轉(zhuǎn)化涂料而言，該術(shù)語 〃基材〃指金屬基材比如鋁、鐵、銅、鋅、鎳、鎂、和/或這些金屬任一合金，包括而不限于鋼。 一些作例證的基材包括錯(cuò)以及錯(cuò)合金。額外的作例證的基材包括高含銅量錯(cuò)基材（即，包 括合金的基材，合金包含錯(cuò)以及銅二者，其中在該合金里銅的數(shù)量多，例如銅在該合金里的 量是3-4%)。
[0011] 該術(shù)語〃涂布〃以及類似術(shù)語，如果在本申請作為動(dòng)詞使用，則指涂布組合物的 過程，即，使基材接觸組合物，比如用轉(zhuǎn)化涂料、底漆和/或面漆接觸基材。該術(shù)語〃涂布 〃可與術(shù)語〃涂覆/施用〃互換使用，〃處理/處置〃或者〃預(yù)處理/預(yù)處置〃，以及也可 以用以表明各種形式的涂布或者處理，比如涂刷、噴涂和浸涂，其中基材通過上述涂布方 式與組合物接觸。可以接觸基材全部或者一部分。換言之，本發(fā)明組合物可以涂布于基材 的至少一部分。
[0012] 該術(shù)語〃轉(zhuǎn)化涂布〃，在本申請中也稱為〃轉(zhuǎn)化處理〃或者〃預(yù)處理〃，指金屬基 材處理，引起金屬表面化學(xué)性質(zhì)改變?yōu)椴煌谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)。該術(shù)語〃轉(zhuǎn)化處理〃以及〃 轉(zhuǎn)化涂布"也指涂布或者處理金屬表面，其中金屬基材和具有與在基材內(nèi)所包含金屬不同 的元素金屬的水溶液接觸。另外，該術(shù)語〃轉(zhuǎn)化涂布〃以及〃轉(zhuǎn)化處理〃指水溶液具有金 屬元素與不同元素的金屬基材接觸，其中該基材表面部分溶于該水溶液，導(dǎo)致涂料沉淀在 金屬基材上（任選利用外部的驅(qū)動(dòng)力將該涂料沉積在金屬基材上）。
[0013] 該術(shù)語〃金屬酸鹽（metallate)"，如本文所用，指包含連接至幾個(gè)原子或者小基 團(tuán)的金屬的配位陰離子。
[0014] 該術(shù)語〃偏硅酸鹽〃，如本文所用，指偏硅酸H2Si03的鹽，比如，舉例來說，偏硅 酸鈉、鈣、和/或鋇。
[0015] 該術(shù)語〃稀土元素〃如本文所用，指元素周期表IIIB族元素（或者鑭系）或者釔。 被稱為稀土元素的元素族包括，例如元素57-71 (即，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy， Ho, Er，Tm，Yb以及Lu)以及釔。在一些實(shí)施方案中，然而，如下記載，該術(shù)語稀土元素可 以指La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho, Er，Tm，Yb，Lu以及Y。
[0016] 該術(shù)語"IA族金屬離子〃或者"1族金屬離子〃如本文所用，指該周期表第一行元 素的離子或者多個(gè)離子（H除外）。通過IA族或者1族確定的元素組（除氫外）又名堿金 屬，并且包括，例如，Li，Na，K，Rb，Cs，以及Fr。
[0017] 該術(shù)語〃IIA族金屬離子〃或者〃2族金屬離子〃如本文所用，指來自周期表第二 行元素的離子或者多個(gè)離子。標(biāo)識(shí)為族ΠΑ或2族的元素族或者又名堿土金屬，以及包括， 例如，Be，Mg，Ca，Sr，Ba以及Ra。
[0018] 該術(shù)語〃過渡金屬酸鹽"，如本文所用，指包含過渡金屬的金屬酸鹽化合物。被稱 為過渡金屬的元素族包括Sc，Ti，Zr，Hf，Rf，V，Nb，Ta，Db，Cr，Mo, W，Sg，Mn，Tc，Re，Bh，F(xiàn)e， Ru，0s，Hs，Co,Rh，Ir，Mt，Ni，Pd，Pt，Ds，Cu，Ag，Au，Rg，Zn，Cd，Hg以及Cn。
[0019] 該術(shù)語〃鹽"，如本文所用，指離子鍵無機(jī)化合物和/或在溶液中一種或多種無機(jī) 化合物離子化的陰離子以及陽離子。
[0020] 如本說明書所用，該術(shù)語〃包含〃以及該術(shù)語變體，比如〃包含〃以及〃包含〃 不是要把其它的添加劑、組分、整體成分（integers ingredients)或者步驟排除。
[0021] 本申請公開的全部數(shù)量是按在25°C以及一個(gè)大氣壓壓力下占該組合物總重量的 重量百分?jǐn)?shù)給出，除非另有說明。
[0022] 按照本發(fā)明實(shí)施方案，涂布至金屬基材的組合物可以是堿性的以及包含氫氧化 物、磷酸鹽和/或偏硅酸鹽、以及包含金屬陽離子（比如，舉例來說，鋅陽離子）和/或唑類 化合物的緩蝕劑。該組合物可以是含水的，也就是說，該組合物可以進(jìn)一步包含含水載體、 例如水。該含水載體可以任選地包含一種或多種有機(jī)溶劑。上述溶劑的非限制性適合實(shí)例 包括丙二醇、乙二醇、甘油、低分子量醇等。如果使用，則該有機(jī)溶劑在該組合物含量可以 為30克溶劑每12公升的組合物至400克溶劑每12公升的組合物，及該載體的余量是水。 例如，在一些實(shí)施方案中，該有機(jī)溶劑在該組合物含量可以為100克溶劑每12公升的組 合物至200克溶劑每12公升的組合物，例如107克溶劑每12公升組合物，該載體的余量是 水。然而，在一些實(shí)施方案中，該含水載體主要是水，例如，去離子水。該含水載體的提供 數(shù)量足夠?yàn)樵摻M合物提供如上所述金屬離子以及唑類化合物的濃度。
[0023] 在一些實(shí)施方案中，該氫氧化物離子在該組合物中含量可以為0. 05_25g/1000g 溶液，例如18_20g/1000g溶液。在具有磷酸鹽的組合物中，該磷酸鹽可以包含磷酸鹽 (P〇4)3，磷酸二氫鹽（Η2Ρ04)，和/或焦磷酸鹽（P207)4，例如，磷酸鹽（P04)3和/或焦磷酸 鹽（P207)4。在該組合物中該磷酸鹽含量可以為50g/1000g溶液至10g/1000g溶液，例如 70g/1000g溶液至90g/1000g溶液。磷酸鹽其它非限制性適合實(shí)例包括有機(jī)的磷酸鹽，比如 從Monsanto (St. Louis，M0)獲得的Dequest?。
[0024] 在該緩蝕劑（如果包括）中金屬陽離子可以包含具有抑制腐蝕特性的各種金屬 陽離子。例如，在一些實(shí)施方案中，該金屬陽離子可以包含稀土元素、比如，舉例來說，La， Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho,Er，Tm，Yb，Lu。在一些實(shí)施方案中，該稀土元素包含 La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho,Er，Tm，Yb，Lu和 / 或Y。例如，在一些實(shí)施方案中， 該稀土元素包含Ce，Y，Pr和/或Nd，以及在一些實(shí)施方案中，該稀土元素包含Ce，Pr和/ 或Nd。其它的合適的金屬陽離子包括ΙΑ族或者IIA族金屬陽離子（即，該堿金屬以及堿 土金屬）或者過渡金屬陽離子（例如，Ζη)。在一些實(shí)施方案中，例如，該金屬陽離子可以 包含稀土離子、堿土金屬離子、過渡金屬離子、Li離子、Κ離子、Rb離子、Cs離子和/或Fr 離子。在一些實(shí)施方案中，例如，該金屬陽離子可以包含Ce，Y，Pr，Nd，Zr，Zn，Li，K和/或 Mg。在一些實(shí)施方案中，該金屬離子可以是Cr，然而，在其它的實(shí)施方案中，該組合物可以 基本上無鉻。如本文所用，該術(shù)語〃基本上〃作為近似化術(shù)語使用而不作為程度術(shù)語使用。 另外，該術(shù)語"基本上無鉻"作為近似化術(shù)語使用以表示在該組合物中鉻的數(shù)量可以忽略 不計(jì)的，以至于如果鉻在組合物中真的存在的話，則它是附帶的雜質(zhì)。
[0025] 該金屬陽離子在組合物中的濃度可以為O.Olg每公升的組合物至25g每公升的組 合物，例如，0.05g每公升的組合物至25g每公升的組合物。例如，在一些實(shí)施方案中，該金 屬陽離子在組合物中的濃度可以為〇. 〇5g每公升的組合物至16g每公升的組合物。在一些 實(shí)施方案中，例如，該金屬陽離子在組合物中的濃度可以為〇.lg每公升的組合物至l〇g每 公升的組合物。例如，在一些實(shí)施方案中，該金屬陽離子在組合物中的濃度可以為l