用于改善钢的腐蚀抑制的悬浮液和用于保护钢免受腐蚀的方法以及该悬浮液的用途

摘要

本发明提供用于改善包含钢或由钢构成的基材的腐蚀防护的悬浮液和方法。已经发现，在将膨润土的有机衍生物和改性尿素添加至Zn、Al和/或Mg、或其合金的片的分散体时，得到的悬浮液显示非常适合于涂覆钢基材的流变模式。实际上，本发明的悬浮液实现了具有性能的高度一致性的涂覆。在一次涂覆工艺后，即甚至在浸渍/旋转涂覆工艺仅进行一次后，就已经实现了悬浮液的作用。综上所述，能够以与现有技术相比更经济的方式为钢基材提供高质量的抗腐蚀涂层。

说明书

本发明提供一种用于改善包含钢或由钢构成的基材的腐蚀保护的悬浮液和方法。已经发现，如果将膨润土的有机衍生物和改性尿素添加至Zn、Al和/或Mg、或其合金的片的分散体，则得到的悬浮液显示非常适合于涂覆钢基材的流变模式。实际上，本发明的悬浮液实现了具有性能的高度一致性的涂层。在一次涂覆工艺后，即甚至在浸渍/旋转涂覆工艺仅进行一次后，已经实现了悬浮液的作用。综上所述，能够以与现有技术相比更经济的方式为钢基材提供高质量的抗腐蚀涂层。

根据现有技术，用基于溶剂或基于水的包含锌/铝片的涂料通过浸渍/旋转工艺来涂覆紧固件(例如铁制的螺栓或螺母，或夹子和非螺纹紧固件)以保护它们免受腐蚀。

浸渍/旋转工艺的第一阶段是在容器中放置干固体含量恰当的涂料。在浸渍阶段，将紧固件放入篮子中，将篮子浸没在容器中。在旋转阶段，将湿的经涂覆的紧固件从涂料容器中取出并高速旋转篮子以移除过量的涂料。

然后，将经涂覆的螺栓卸载到带上并驱动螺栓到干燥区域，并最终去烘箱以固化经干燥的涂层。这样将涂层的第一层沉积在每个紧固件上。

通常，在冷却紧固件后以同样的方式浸渍/旋转进行第二次涂覆。

利用这种二次涂覆工艺，通常达到最小值24g/m²的涂层重量。为了测试涂层的性能，盐雾测试是说明抗腐蚀性能的最常规测试。通过使用二次涂覆工艺，获得了良好的盐雾性能，除非紧固件的边缘没有被覆盖。

然而，浸渍/旋转工艺通常具有以下缺点：每次涂覆提供小的涂层重量和紧固件上固化涂层的厚度缺少均匀性。已发现该缺陷的主要原因在于涂料组合物表现出差的流动行为，所述差的流动行为与颜料和连续相之间巨大的密度差相关。因此，得到的涂料在储存中或施用期间表现出差的抗沉降性和紧固件表面上的差的厚度均匀性。

综上所述，没有达到最终使用者、汽车制造商和紧固件制造商所想要的整体性能的一致性。

现有技术的另一个缺点是抗腐蚀性的一致性只有利用二次涂覆工艺并经过涂覆施用流水线才能实现。在流水线上，紧固件被输送并经常被机械损坏。因为流水线上对紧固件的机械损坏，所以现有系统的性能的一致性较差。

因此，本发明的一个目的是提供克服现有技术缺陷的用于改善钢基材的腐蚀抑制的涂料组合物。此外，一个目的是提供用于保护钢基材免受腐蚀的方法。

该目的是通过根据权利要求1所述的用于改善包含钢或由钢构成的基材的腐蚀抑制的悬浮液、用于保护包含钢或由钢构成的基材免受腐蚀的方法、和根据权利要求15所述的本发明的悬浮液的用途来实现的。从属权利要求强调本发明的优选实施方案。

根据本发明，提供一种用于改善包含钢或由钢构成的基材的腐蚀抑制的悬浮液，其中悬浮液包含以下组分或由以下组分组成：

a)液体；

b)包含Zn、Al和/或Mg、或其合金的片或者由Zn、Al和/或Mg、或其合金构成的片；

c)包含膨润土的有机衍生物的第一流变添加剂或由膨润土的有机衍生物构成的第一流变添加剂；

d)包含改性尿素的第二流变添加剂或由改性尿素构成的第二流变添加剂。

本发明的悬浮液具有以下优点：仅在涂层的一次涂覆工艺后，即甚至在仅使用浸渍/旋转工艺一次后就能实现性能的高度一致性。因此，以更快即更经济的方式实现腐蚀防护。

总之，本发明的悬浮液与现有技术的产品相比具有以下优点：

·优良的抗沉降性：在本发明的悬浮液中，片浓度不随时间变化，这对腐蚀性能的一致性具有正面影响。在储存后，悬浮液不必搅拌很久以获得使涂覆者的工作容易的均匀悬浮液；

·在一次涂覆工艺后(＝仅一个涂层)高的涂层重量：不需要二次涂覆工艺，这大幅降低了涂覆时间和价格，这是因为涂覆工艺比液体涂料本身花费得更多；

·良好的厚度均匀性：更一致地实现期望的腐蚀性能。防止了在现有技术的涂料组合物的情况下观察到的抗腐蚀性能降低。此外，良好的厚度均匀性改善了摩擦行为(例如在紧固件的多次拧紧中)。

在流变性方面，与现有技术溶液相比本发明的悬浮液的性能可以总结为如下：

·增加的低剪切黏度；

·在中等剪切速率区域和高剪切速率区域中具有更高黏度值的强的剪切变稀特性；

·在高剪切应力后的快速黏度恢复，具有减慢的触变性以允许在打上接触标志后重建的湿膜。

以上流变行为是通过本发明的第一流变改性剂和第二流变改性剂的组合实现的。就这一点而言，已经发现膨润土的有机衍生物在中等剪切黏度值至高剪切黏度值中使流动曲线升高，而同时改性尿素在低剪切速率黏度区域中使黏度值增加很多。其结果是用于钢基材的涂料悬浮液的理想流变模式。

根据本发明的一个优选实施方案，液体包含以下溶剂或由以下溶剂构成：非极性溶剂、中等极性溶剂和/或极性溶剂，优选芳香族溶剂和/或羟基化溶剂，更优选黏合剂溶液。

本发明的悬浮液可以包含30重量％至60重量％浓度范围的片。

优选地，片具有5μm至50μm长的尺寸和/或平行六面体(片层)的形状。片，特别是平行六面体(片层)形状的片的优点是颗粒与其他颗粒形状如球形相比具有更高的面积体积比。

在本发明的另一优选实施方案中，第一流变添加剂包含颗粒、优选具有小于1μm的尺寸的颗粒，或者由颗粒、优选具有小于1μm的尺寸的颗粒构成。

膨润土的有机衍生物可以具有

a)1.2至1.6g/cm³、优选1.3至1.5g/cm³、更优选1.4至1.5g/cm³的密度；和/或

b)0.2至0.3g/cm³、优选0.22至0.26g/cm³、更优选0.23至0.25g/cm³的堆密度。

第一流变添加剂优选为层状硅酸盐黏土，优选将其改性以增加在有机溶剂中的溶解度。

特别优选地，第一流变添加剂包含以下成分或由以下成分构成：(ElementisSpecialities的)家族的至少一个成员、或其等同物，优选SD-1或SD-3。

第二流变添加剂可以包含纤维。优选地，第二流变添加剂具有增强触变性的性能。

在一个优选实施方案中，第二流变添加剂包含BYK-410(BYKAdditives&Instruments的商标)或由BYK-410构成。

在一个特别优选的实施方案中，本发明的悬浮液包含

a)0.2重量％至2.0重量％、优选0.6重量％至1.8重量％、更优选1.0重量％至1.6重量％、最优选1.2重量％至1.4重量％的第一流变添加剂；和/或

b)0.1体积％至3.0体积％、优选0.3体积％至2.0体积％、更优选0.6体积％至1.6体积％、最优选0.8体积％至1.2体积％的第二流变添加剂。

此外，提供一种用于保护包含钢或由钢构成的基材免受腐蚀的方法，其中方法包括以下步骤或由以下步骤组成：

a)用本发明的悬浮液至少部分地涂覆包含钢或由钢构成的基材；

b)干燥涂层；和

c)固化经干燥的涂层。

优选地，在步骤a)中，通过使基材至少部分地与本发明的悬浮液接触、然后移除过量的悬浮液来涂覆基材，优选地通过以20g至40g的力旋转来移除过量的悬浮液。

可以通过用悬浮液喷涂基材和/或将基材浸渍到悬浮液中来进行涂覆，优选地之后旋转基材和/或使基材沥干。

在步骤c)中，涂层的固化可以在220℃至280℃、优选230℃至250℃、更优选230℃至240℃的温度下进行10至40分钟、优选20至30分钟。

最后，建议使用本发明的悬浮液来涂覆基材、优选涂覆紧固件、更优选涂覆螺栓、螺母、夹子和/或非螺纹紧固件。

参照以下的实施例和附图，旨在更详细地说明根据本发明的主题，而不希望将所述主题限制于在此示出的具体实施方案。

图1示出与基于本发明的悬浮液但既不含膨润土的有机衍生物也不含改性尿素的悬浮液样品(下文称为：“参照产品”)(-·-)相比，本发明的悬浮液的两个不同样品(-ο-和)的相对于剪切速率的黏度流动曲线的比较。

图2示出与参照产品(-·-)相比的本发明的悬浮液的两个不同样品(-ο-和)的黏度恢复曲线的比较。

图3示出参照产品的四个样品(-Δ-、-ο-和-·-)的黏度恢复曲线的比较，其中四个样品的区别在于样品制备，即区别在于在组合物容器内取样的位置和从容器中取样的不同时间。

图4示出本发明的悬浮液的两个样品()的黏度恢复曲线的比较，其中两个样品区别在于在组合物容器内取样的位置和从容器中取样的不同时间。

实施例1：本发明的悬浮液和参照产品的黏度

分别记录本发明的涂料悬浮液或参照产品的流动曲线(参见图1)。该实验证明在0.001至100s^-1的剪切速率测试范围内，本发明的溶液的黏度明显高于参照产品的黏度。

综上所述，在所有测试的剪切速率下本发明的悬浮液的黏度都明显高于参照产品的黏度。

实施例2：本发明的悬浮液和参照产品的黏度的恢复

分别记录本发明的涂料悬浮液或参照产品的黏度恢复曲线(参见图2)。在该实验中，将黏度在约0.02Pa·s的低值保持30秒，然后使黏度恢复。

因为从恢复开始在30秒内(在图2和图3中30秒的时间点处)由于在涂料施用中的干固体增加而发生下垂，所以仅会考虑图2A和图2B中最多到60秒的数据点。

从该实验可以看出，对于本发明的悬浮液和参照产品两者，约0.02Pa·s的起始黏度都急剧上升。然而，在约30秒的恢复时间时(即在60秒的时间点处)，参照产品仅恢复至约20Pa·s的黏度，而本发明的悬浮液恢复至约400Pa·s的黏度(参见图2)。

图3强调样品制备和年龄对参照产品的结果有强烈影响(参见图3)。在30的恢复时间后获得的绝对值为约20Pa·s、60Pa·s、100Pa·s和200Pa·s。因此，参照产品黏度恢复后的绝对值以约10的系数变化。

综上所述，该实验有力地表明参照产品在储存容器内随着时间显示强的不均匀性。

图4证明本发明的悬浮液的黏度恢复不随着空间和时间而不同。在不同的时间点(即在去结构化、恢复和静置的不同剪切历史后)从取样容器中的不同点获取本发明的悬浮液的两个样品，然后测量其黏度恢复。图4示出两个样品在30秒的恢复后黏度都为约400Pa·s。

综上所述，该实验有力地表明本发明的悬浮液在储存容器内随着时间显示强的均匀性。

实施例3：在用本发明的悬浮液或用参照产品的一次涂覆涂层工艺后产生的涂层重量

分别采用本发明的悬浮液或参照产品利用一次涂覆工艺来涂覆紧固件。在所述工艺中，将紧固件分别在本发明的悬浮液或参照产品中浸渍相同的时间段(约10至15秒或如果紧固件具有凹头则稍长的时间)。

在旋转过程中，以220转每分钟(离心力为约20至25g)旋转紧固件8秒。结果表明，与参照产品相比，当紧固件用本发明的悬浮液涂覆时每处理面积的涂层重量高得多(约高10g/m²)。

表1

实施例4：用本发明的悬浮液或用参照产品涂覆的紧固件的抗腐蚀性

一组紧固件用本发明的悬浮液以一次涂覆工艺涂覆以具有约24.6g/m²的每单位面积涂层重量。

为了比较大约相等的涂层厚度，另一组紧固件用参照产品以二次涂覆工艺处理，并最终具有约20至21g/m²的每单位面积涂层重量。

两个组均进行720小时的盐雾测试。测试后，用本发明的悬浮液以一次涂覆工艺涂覆的紧固件显示如同用参照产品以二次涂覆工艺涂覆的紧固件显示大致相同的抗腐蚀性能。