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JP5322115B2 - 金属表面への腐食防止塗膜の塗装方法 - Google Patents

金属表面への腐食防止塗膜の塗装方法 Download PDF

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Description

本発明は、モノマー性構成単位として、ニトリル基含有モノマー、酸基含有モノマー、およびビニル芳香族モノマーを含むコポリマーを使用した、金属面への大気腐食防止塗膜の塗装方法に関する。本発明は、さらに、腐食防止塗膜を塗装するための調製物に関する。
一般的な金属材料から作られた金属製の物品、部品、構築物、または金属建造物は、概して、腐食から保護しなければならない。この腐食防止における重要な位置は、腐食性媒体の作用から金属表面を遮蔽する塗膜によって占められている。好適な腐食防止塗膜系は、通常、一種以上のバインダー、防食顔料、有機腐食防止剤、並びに、所望であれば、さらなる補助剤および添加剤を含む。
腐食防止塗膜を塗装するために、様々な技術を用いることができる。
建物、架橋、電柱、オイルタンク、パイプライン、発電所、または化学プラントなどの定置型金属建造物の場合、腐食防止塗膜は、通常、設置場所において、はけ塗り塗装またはスプレー塗装によって塗装される。この種類の腐食防止塗膜の乾燥および硬化は、大気条件下において、すなわち、周囲温度、空気の存在下、および通常の大気湿度下において実施される。この種の腐食防止は、大気腐食防止とも呼ばれ、多くの場合、腐食暴露の性質に応じて、軽防食、中防食、または重防食とも呼ばれる。
DE2365583およびDE2346651には、最大80質量%までのスチレンもしくはスチレン誘導体と、少なくとも15質量%のエチレン性不飽和ニトリルモノマーと、5〜35質量%の中和されているエチレン性不飽和酸モノマーとから成るターポリマーについて記載されている。この種のターポリマーは、食料品用の缶への塗膜成分として使用されている。このために、当該塗膜は、205℃で60〜90秒間ベーク処理される。
大気腐食防止におけるそのようなコポリマーの使用の可能性についての言及はない。
米国特許第3707516号には、有機溶媒中に5〜50質量%の被膜形成成分を含む塗膜組成物について記載されている。当該被膜形成成分は、10〜75質量%のポリマー性主鎖と9〜25質量%のポリマー性側鎖とを有するグラフトコポリマーから成る。当該ポリマー性主鎖は、アクリロニトリル、メチルメタクリレート、スチレン、およびそれらの混合物、並びに5質量%未満の共重合したエチレン性不飽和カルボン酸のコポリマーから成る。この塗膜組成物は、塩腐食から金属を保護するためのプライマーまたはワニスとして使用してもよい。
特開昭55−066940号には、金属表面の塗膜のための、室温で乾燥する水性塗膜組成物について記載されている。当該塗膜は、優れた耐薬品性、耐候安定性、光沢、および付着性を示している。ポリマーヒドロゾルが、水溶性樹脂中に組み込まれている。当該ポリマーヒドロゾルは、α、β−モノエチレン性不飽和カルボン酸、アルケニル芳香族モノマー、(メタ)アクリル酸エステル、および30質量%の別のα,β−モノエチレン性不飽和モノマー(例えば、アクリロニトリル)の重合によって製造された、約0.1μmの粒径を有する粒子から成る。
この明細書に記載されているコポリマーは、二次的分散液である。「添加剤」と呼ばれるこれらのコポリマーとバインダーとの比率は、95:5〜55:45であって、したがって、塗膜材料の主成分を構成する。
WO91/14722(Henkel、EP311906においても)には、少なくとも1つのカルボキシル基を有しかつ共重合の前に中和されているモノマーと、少なくとも1種の他の疎水性モノマーとの共重合によって得ることができるポリアクリレート水性分散液またはポリアクリレート乳濁液について記載されている。当該混合物は、さらに、乳化剤および少なくとも1種の増粘剤を含む。当該組成物は、硬質表面の一時的な保護のための塗膜材料として使用される。
本発明の目的は、大気腐食防止のための腐食防止塗膜の改良された塗装方法、および改良された腐食防止剤を提供することである。
したがって、バインダー系(A)と、微粉砕された充填剤、顔料、または染料から成る群から選択される成分(B)と、ポリマー性腐食防止剤(C)とを少なくとも含む調製物によって金属表面を処理することによる、腐食防止塗膜を金属表面に塗装する方法であって、上記ポリマー性腐食防止剤が、以下のモノマー性構成単位:
(C1)5〜60質量%の、少なくとも1つ、好ましくは厳密に1つのニトリル基を含有する少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマー、
(C2)10〜70質量%の、少なくとも1つの酸基を含む少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマー、
(C3)20〜80質量%の、少なくとも1種のモノエチレン性不飽和芳香族炭化水素、および
(C4)0〜25質量%の任意の、(C1)〜(C3)とは異なるさらなるエチレン性不飽和モノマー
から構成されるコポリマー(C)であり、
当該量は、それぞれ、コポリマー中の全モノマー性構成単位の総量に対する値であり、続いて、当該腐食防止剤を乾燥し、大気条件下で硬化させる方法を見出した。
この腐食防止剤は、少量でも有効であり、塗膜組成物の他の成分と容易に混合できる。
他の腐食対照条件と比べた場合、大気腐食条件における塗膜および塗膜組成物における課題の違いは、大気腐食防止では、塗膜は、実質的に他の塗装条件より膜厚が厚く、かつ大気温度で乾燥および硬化する、すなわち、乾燥および硬化に実質的により長い時間を必要とすることである。さらに、通常および好ましくは、腐食防止塗膜は、大気条件下で塗装される。塗装期間中は、未硬化の湿潤した塗膜は、例えば、水しぶきまたは天候の作用に影響されやすく、そのために、塗膜材料に課された要件は、他の腐食防止塗料に課されたものとは大幅に異なっている。
本発明において、本方法は、大気腐食防止の方法であって、大気条件下で硬化可能なバインダー系を使用し、塗膜の層が塗装後に大気条件下で硬化する方法である。
さらなる態様において、本発明は、最初に定めたコポリマーを含む腐食防止塗膜を塗装するための配合物を提供する。
驚くべきことに、本発明のコポリマーによって、大気腐食防止のための改善された腐食防止塗膜が得られることが見出された。当該コポリマーは、効果的な腐食防止および効果的な接着を表面に付与し、さらには塗膜の機械的特性を大きく改善し得る。追加的なヒドロキシル官能基および/またはアミノ官能基を導入することによって、バインダー系に対する当該コポリマーの結合性を向上させることができる。その上、当該コポリマーは、ある特定の両親媒性を有し、例えば塗膜材料における金属/塗膜界面、塗膜/環境界面、疎水/親水性界面などの界面を安定化させ得る。
発明の詳細な説明を以下に示す。
コポリマー(C)
本発明のコポリマー(C)は、モノマー(C1)、(C2)、(C3)、および場合によりモノマー(C4)から合成され、当然のことながら、それぞれ、2種以上の異なるモノマー(C1)、(C2)、(C3)、および/または場合によりモノマー(C4)を使用してもよい。(C1)、(C2)、(C3)、および適切であれば(C4)の外に、他のモノマーは含まれない。
モノマー(C1)
当該モノマー(C1)は、少なくとも1つの、好ましくは厳密に1つのニトリル基を含有する少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマーを含む。
これらのモノマー(C1)は、好ましくは、ニトリル基およびモノエチレン性不飽和基以外の官能基を有さない。
ニトリル基の数は、1〜2つ、好ましくは厳密に1つである。
モノマー(C1)の例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロジニトリル、およびマレイジニトリルが挙げられ、好ましくは、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルである。
非常に特に好ましくは、モノマー(C1)は、アクリロニトリルを含む。
本発明において、全モノマー(C1)の総量は、コポリマー(C)中の全モノマー性構成単位の総量に対して5〜60質量%である。当該量は、好ましくは、5〜45質量%であり、より好ましくは10〜35質量%である。
モノマー(C2)
モノマー(C2)は、少なくとも1つの酸基を含有するモノエチレン性不飽和モノマーである。当該酸基は、遊離酸基の形態であってもよいし、完全にまたは部分的に塩の形態であってもよい。
当該酸基は、好ましくは、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基、およびスルホン酸基から成る群から選択される少なくとも1つの基を含む。
COOH基を有するモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、またはイソクロトン酸が挙げられる。対象となるモノマーは、2つのCOOH基を有するモノマーであってもよい。その例としては、マレイン酸、フマル酸、メチルフマル酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、および適切であれば、これらに対応する環状無水物が挙げられる。COOH基を有する好ましいモノマーは、(メタ)アクリル酸およびイタコン酸である。
リン酸基および/またはホスホン酸基を含有するモノマーの例としては、ビニルホスホン酸、モノビニルホスフェート、アリルホスホン酸、モノアリルホスフェート、3−ブテニルホスホン酸、モノ−3−ブテニルホスフェート、モノ(4−ビニルオキシブチル)ホスフェート、ホスホンオキシエチルアクリレート、ホスホンオキシエチルメタクリレート、モノ−(2−ヒドロキシ−3−ビニルオキシプロピル)ホスフェート、モノ−(1−ホスホンオキシメチル−2−ビニルオキシエチル)ホスフェート、モノ(3−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロピル)ホスフェート、モノ−2−(アリルオキシ−1−ホスホンオキシメチルエチル)ホスフェート、2−ヒドロキシ−4−ビニルオキシメチル−1,3,2−ジオキサホスホール、または2−ヒドロキシ−4−アリルオキシメチル−1,3,2−ジオキサホスホールが挙げられる。リン酸基および/またはホスホン酸基を含有する好ましいモノマーは、ビニルホスホン酸である。
スルホン酸基を含有するモノマーの例としては、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、スチレンスルホネート、ビニルスルホン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、または2−(メタクリロイル)エチルスルホン酸が挙げられる。スルホン酸基を含有する好ましいモノマーは、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸である。
大気腐食防止の場合、使用される特に好ましいモノマー(C2)は、COOH基およびスルホン酸基を含有するモノマーを含み、非常に特に好ましいのは、イタコン酸である。
本発明において、全モノマー(C2)の総量は、コポリマー(C)中の全モノマー性構成単位の総量に対して、10〜70質量%である。好ましくは、当該量は、15〜60質量%であり、より好ましくは20〜55質量%である。
モノマー(C3)
モノマー(C3)は、少なくとも1種のモノエチレン性不飽和芳香族炭化水素を含む。
この種類の炭化水素の例としては、特に、スチレンおよびスチレンの誘導体、例えば、α−メチルスチレン、2−ビニルトルエン、4−ビニルトルエン、またはアリルベンゼンが挙げられる。
特に好ましくは、当該モノマー(C3)は、スチレンを含む。
本発明において、全モノマー(C3)の総量は、コポリマー(C)における全モノマー性構成単位の総量に対して、20〜80質量%である。好ましくは、当該量は、35〜70質量%であり、より好ましくは35〜65質量%である。
モノマー(C4)
本発明において使用されるコポリマー(C)は、さらに、構成単位として、0〜25%、好ましくは0〜15%、より好ましくは0〜10質量%の、(C1)、(C2)、および(C3)とは異なるが(C1)、(C2)、および(C3)と共重合可能な他のエチレン性不飽和モノマー(C4)を含んでいてもよい。必要であれば、この種類のモノマーは、コポリマー(C)の特性を微調整するために使用することができる。
本発明の可能で好ましい一実施形態において、さらなるモノマー(C4)は全く含まれない。
当該モノマー(C4)は、好ましくは、モノマー(C1)〜(C3)とは異なるモノエチレン性不飽和モノマーである。当業者であれば、ポリマーの所望する特性および所望する用途に応じて、このようなモノマー(C4)の特性や量を適切に選択するであろう。
モノマー(C4)は、好ましくは、OH基を含有するモノマーを含む。そのようなモノマーとしては、特に、(メタ)アクリル酸のC1〜C4ヒドロキシアルキルエステル、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、またはブタン−1,4−ジオールモノアクリレートが挙げられる。中でも、2−ヒドロキシエチルアクリレートが好ましい。
さらに好ましくは、対象となる当該モノマーは、−NH2基を含有するモノマー、または加水分解により−NH2基を形成することができるモノマーであってもよい。そのようなモノマーの例としては、N−ビニルホルムアミドが挙げられる。
OH基および/またはNH2基は、バインダー系の好適な成分と反応することによって、バインダー系へのコポリマー(C)の良好な結合のために役立つ。
モノマー(C4)が含まれる場合、その量は、一般的に、コポリマー(C)中の全モノマー性構成単位の総量に対して0.1〜25質量%である。当該量は、好ましくは1〜15質量%であり、より好ましくは2〜10質量%、非常に好ましくは3〜7質量%である。
当該モノマー(C4)は、さらに、2つ以上の共役していないエチレン性不飽和二重結合を有する架橋性モノマーであってもよい。その例としては、ジ−および/またはポリ(メタ)アクリレート、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートもしくはブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、ジ−、トリ−またはテトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、またはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが挙げられる。しかしながら、当該コポリマー(C)は、過剰に架橋されるべきではない。架橋性モノマーが含まれる場合、その量は、一般的には、モノマーの総量に対して4質量%を超えるべきではなく、好ましくは3質量%、より好ましくは2質量%を超えるべきではない。
コポリマー(C)の製造
本発明において、使用されるコポリマー(C)の製造は、好ましくはフリーラジカル重合によって実施される。フリーラジカル重合の実施方法は、必要な装置を含めて、原則として当業者には公知である。当該重合は、好ましくは、重合開始剤の熱的分解を用いて実施される。好ましくは、熱開始剤として過酸化物を使用することができる。当然のことながら、当該重合は光化学的に実施してもよい。
使用可能な溶媒は、好ましくはモノアルコールである。好適なモノアルコールの例としては、C1〜C8アルコキシアルコールが挙げられ、特に2−ブトキシドエタノール(ブチルグリコール)および2−ブトキシドプロパノールである。
さらに、好ましいのは、アルカン酸アルキルエステル、アルカン酸アルキルエステルアルコール、アルコキシル化アルカン酸アルキルエステル、およびそれらの混合物である。
エステルとしては、例えば、n−ブチルアセテート、エチルアセテート、1−メトキシプロプ−2−イルアセテート、および2−メトキシエチルアセテート、並びにエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、またはトリプロピレングリコールのモノ−およびジアセチルエステル、例えばブチルグリコールアセテートなど、が挙げられる。
エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン、並びにエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、またはトリプロピレングリコールのジメチルエーテル、ジエチルエーテル、またはn−ブチルエーテルが挙げられる。
アルカン酸エステルアルコールとしては、例えば、ポリ(C2〜C3)アルキレングリコール(C1〜C4)モノアルキルエーテルアセテートが挙げられる。
エーテルアルコールとしては、例えば、ポリ(C2〜C3)アルキレングリコールジ(C1〜C4)アルキルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられ、好ましくは、ブチルグリコールである。
さらに、好ましくは1,2−エチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、または1,3−プロピレンカーボネートなどのカーボネートも考えられる。
熱開始剤によるフリーラジカル重合は、50〜200℃、好ましくは60〜180℃、より好ましくは80〜200℃、特に100〜170℃で実施することができる。開始剤の量は、モノマーの量に対して0.1〜15質量%であり、好ましくは3〜12質量%、より好ましくは5〜9質量%である。一般的に、約6質量%の量が推奨される。重合時間は、通常1〜40時間であり、好ましくは3〜25時間、より好ましくは5〜15時間である。必要であれば、当該コポリマーを、当業者に公知の方法で溶媒から単離してもよい。
重合前、重合中、または重合後に、当該ポリマーの酸基を、すべてまたは好ましくは一部を中和してもよい。
中和のための好適な塩基の例としては、特に、直鎖状、環状、および/または分岐鎖状のC1〜C8モノ−、ジ−、およびトリアルキルアミン、直鎖状または分岐鎖状のC1〜C8モノ−、ジ−、またはトリアルカノールアミン、特にモノ−、ジ−、またはトリアルカノールアミン、直鎖状または分岐鎖状のC1〜C8モノ−、ジ−、またはトリアルカノールアミンの直鎖状または分岐鎖状のC1〜C8アルキルエーテル、オリゴアミン、およびポリアミン、例えば、ジエチレントリアミンなど、が挙げられる。
重合前または重合中に中和を実施する場合、塩基の最適使用量は、使用される特定の酸性モノマーによって決まる。当該重合は、最適量の残存モノマーが得られるように、中和の程度によって制御することができる。中和は、好ましくは重合の後に実施される。
得られる変性コポリマーの有機溶液は、有機的架橋性調製物の配合に直接使用してもよい。あるいは、当然のことながら、当業者に公知の方法によって、当該ポリマーをこれらの溶液から単離してもよい。得られる生成物は溶液であり、例えば特開昭55−066940号のようなヒドロゾル、すなわち、分散粒子ではないため、本発明によるコポリマーは、分散粒子よりもより容易に塗膜材料に組み込むことができる。
水性配合物への組み込みのために、当業者に公知の方法により、当該溶液に適切に水を加え、有機溶媒を分離することができる。
当該コポリマーの分子量Mwは、所望の最終用途に応じて当業者により選択される。適切であることが判っているMwは、3000g/mol〜1000000g/mol、好ましくは4000〜200000g/mol、より好ましくは5000〜100000g/molである。
腐食防止塗膜の塗装方法
本発明の方法により、原則として、少なくとも1種の硬化性および/または架橋性のバインダー系(A)と、微粉砕した充填剤、顔料、または染料から成る群から選択される成分(B)と、コポリマー(C)とを含む調製物で金属表面を処理することによって、いかなる金属物品をも腐食から保護することができる。当該配合物は、さらに、場合により、当該成分が溶解または分散している溶媒もしくは溶媒系(D)を含んでいてもよい。好ましくは、溶媒が含まれる。
原則として、あらゆる種類の金属を塗装することができる。しかしながら、好ましくは、対象となる基材は、通常、金属建材として使用され防食を必要とする、卑金属もしくは合金である。その例としては、特に、鉄、スチール、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、またはアルミ合金が挙げられる。
バインダー系(A)、成分(B)、および腐食防止配合物の配合のために好適な溶媒は、当業者に公知である。当業者は、所望の塗膜特性に応じて適切に選択を行うであろう。表面は、当業者が熟知する通常の方法、好ましくはスプレー塗装またははけ塗り塗装により、塗装することができる。
金属表面および/または金属物品の性質に応じて、特に、本発明の方法の2つの異なる好ましい適切な実施形態がある。
大気腐食防止
本発明において、腐食防止塗膜を塗装する方法は、大気腐食防止の方法である。
大気腐食防止の当該方法によって保護することができる金属表面は、原則的に、任意の所望する表面である。しかしながら、好ましくは、それらは、金属構築物もしくは金属建造物および/またはこれらに必要な部品の表面である。金属建造物および構築物は、対応する建造物を形成するために、通常、リベット締め、溶接、またはねじ締めによって、スチールはり、スチールパイプ、またはスチールパネルなどの建設用スチールと連結されている。使用の過程において、当該表面は、大気と接触し得るが、これらの表面は、使用の過程において、水、土壌、または他の腐食性媒体と接触している表面を伴う場合もある。本発明の方法によって腐食から保護される金属表面は、原則として、任意の所望する表面である。しかしながら、好ましくは、それらは、金属建物もしくは金属建造物および/またはそれらに必要な部品の表面である。金属建造物および建物は、対応する建築物を形成するために、通常、リベット締め、溶接、またはねじ締めによってスチールはり、スチールパイプ、またはスチールシートなどの建設用スチールと連結されている。本発明の一実施形態において、塗装される物品は、例えば、建物、架橋、電柱、タンク、コンテナ、建物、パイプライン、発電所、化学プラント、船舶、クレーン、ポスト、バルクヘッド、バルブ、パイプ、タンク、取付物、フランジ、連結器、ホール、屋根、および建築用スチール、などの定置型金属建造物であり得る。この実施形態の場合、腐食防止塗膜は、通常、部位の上に塗布するかまたはスプレーすることによって塗装される。この処理は、本来の保護であってもよいし、または修復であってもよい。
特に、対象となる表面は、鉄、スチール、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、またはアルミ合金製である。スチールは、当業者に公知の典型的な合金成分を含んでいる。
Zn合金またはアルミ合金に対して好適な合金成分の例は、既に上で述べてある。スチールは、例えば、溶融亜鉛めっきなどの熱浸漬法により、またはシェラダイジングにより、Zn塗膜またはアルミニウム塗膜を塗装されていてもよい。部品が固定されている場合、あるいは位置的に困難な場合は、対応する塗膜を、熱溶射(スプレー亜鉛めっき、スプレーアルミめっき)によって塗装してもよい。
大気腐食防止において、腐食防止塗膜は、通常、はけ塗り塗装やスプレー塗装により、部位の上に塗装される。この種の腐食防止塗膜は、一般的に、大気条件下で、言い換えれば、例えば周囲温度で、空気もしくは大気酸素および通常の大気湿度の存在下で乾燥および硬化される。必要とされる防止の程度に応じて、腐食防止塗膜による表面腐食の防止は、軽防食、中防食、重防食とも呼ばれる。
特に好ましくは、大気腐食防止の方法は、カテゴリC2(DIN EN ISO 12944に従って)以上、好ましくはカテゴリC3以上、より好ましくはカテゴリC4以上の腐食に暴露される金属表面に使用することができる。
DIN EN ISO 12944による腐食性カテゴリは、特定の腐食暴露に12ヶ月間晒された表面を有する非合金スチールまたは亜鉛の、単位面積当りの質量減少または厚みの減少により定義される。
C2(軽度腐食性):
非合金スチール:質量減少>10〜200g/m2
厚み減少>1.3〜25μm
亜鉛:質量減少>0.7〜5g/m2
厚み減少>0.1〜0.7μm
C3(中度腐食性):
非合金スチール:質量減少>200〜400g/m2
厚み減少>25〜50μm
亜鉛:質量減少>5〜15g/m2
厚み減少>0.7〜2.1μm
C4(重度腐食性):
非合金スチール:質量減少>400〜650g/m2
厚み減少>50〜80μm
亜鉛:質量減少>15〜30g/m2
厚み減少>2.1〜4.2μm
C5−I/M(高重度腐食性):
非合金スチール:質量減少>650〜1500g/m2
厚み減少>80〜200μm
亜鉛:質量減少>30〜60g/m2
厚み減少>4.2〜8.4μm
特に好ましくは、本発明の調製物は、腐食カテゴリC2(DIN EN ISO 12944に従って)以上、好ましくは腐食カテゴリC3以上、より好ましくは腐食カテゴリC4以上において用いられる腐食防止材料に使用される。
本方法は、好ましくはクロム(VI)不含の方法であり、より好ましくはクロム不含の方法である。本発明において「クロム(VI)不含」または、「クロム不含」なる用語は、用いられる調製物自体が、それぞれクロム(VI)化合物またはクロム化合物を全く含まず、さらに、それぞれクロム(VI)化合物またはクロム化合物による、金属表面の腐食防止の予備処理を実施しないことを意味する。これは、それ自体が意図的でなく塗膜中に存在するクロムの痕跡の可能性を排除しないことは理解されるであろう。これらは、例えば、クロムを含有するスチールの塗装中にスチールから浸出したクロム痕跡であり得る。
本発明の大気腐食防止の方法は、本発明に従って、大気条件下で硬化可能な少なくとも1種のバインダー系(A)と、微粉砕した充填材、顔料、または染料から成る群から選択される少なくとも1種の成分(B)と、少なくとも1種のコポリマー(C)と、少なくとも1種の溶媒(D)とを含む調製物を使用して実施される。
バインダー系(A)
大気条件下で硬化可能なバインダー系(A)は、腐食防止塗膜や他の塗膜の分野において典型的なバインダー系であってもよい。この種のバインダーまたはバインダー系は、原則的に、当業者に公知である。混合によって望ましくない効果が生じない限り、様々なバインダー系の混合物を用いることもできることは理解されるであろう。
「バインダー系」なる用語は、以下において、原則として公知であるように、被膜の形成を担う配合物の成分を意味する。
本発明において「大気腐食防止」なる用語は、腐食防止塗膜が、少なくとも40μm、好ましくは少なくとも50μm、より好ましくは少なくとも60μm、非常に好ましくは少なくとも80μmの乾燥後膜厚を有し、通常の周囲条件下、すなわち、およそ環境温度または室温で、空気および通常の大気湿度の存在下における表面への塗装後に、塗膜材料による最大2mmまで、好ましくは1.5mm未満、より好ましくは1mm未満、非常に好ましくは800μm未満、特に500μm未満の塗装膜厚を有し、さらなる機器または装置を用いることなく硬化することを意味する。典型的な硬化温度は、環境に応じて、空気および通常の大気湿度の存在下において、0〜40℃、好ましくは5〜35℃、より好ましくは10〜30℃、非常に好ましくは15〜25℃である。大気の相対湿度は任意であり、好ましくは10%〜80%、より好ましくは30%〜70%である。同一のバインダー系でも、完全に硬化するまでの時間は周囲の環境条件により変動し得ることは、当業者には明らかである。
用いられるバインダー系の性質に応じて、様々なメカニズムにより硬化が進行し得る。例えば、当該硬化は、使用された溶媒の蒸発による純粋に物理的な硬化の場合もある。あるいは、バインダー系と空気中の酸素との反応による酸化的な硬化の場合もある。さらに、化学的な架橋(反応性架橋)の場合もある。反応性バインダー系は、架橋性成分を含んでいる。当該架橋性成分は、低分子量であっても、オリゴマー、またはポリマーであってもよい。対象となる系は、好ましくは一成分系(1K)であってもよいし、または二成分系(2K)であってもよい。反応性の架橋系は、大気中の湿気が硬化成分として機能する湿気硬化型バインダー系も含む。さらに、バインダー系は、様々な硬化方法の組み合わせによって硬化させてもよいことは理解されるであろう。2K系の場合、当該バインダー成分と硬化成分とは、配合物を使用する前に、原則として公知の方法によって混合される。
本発明は、水希釈性バインダー系または有機可溶性バインダー系を用いて実施することができる。好ましいのは、水性のバインダー系である。
腐食防止塗膜のためのバインダー系、特に水性の腐食防止系は、原則として、当業者に公知である。それらは、例えば、エポキシ樹脂、ポリアクリレート、スチレン−アクリレートポリマー、ポリエステル、アルキド樹脂、スチレン−ブタジエンポリマーのポリウレタンであってもよい。
配合物中のバインダー(A)の量は、溶媒も含む配合物中の全成分の量に対して15〜70質量%である。当該量は、塗膜の所望の特性に応じて、当業者により設定される。当該量は、好ましくは20〜60質量%であり、より好ましくは25〜50質量%である。
本発明を実施するために好ましいバインダー系を以下に記載する。
ポリアクリレートまたはスチレン−アクリレートエステルコポリマー(A1)
本発明の好ましい一実施様態において、当該バインダー系は、ポリアクリレートまたはスチレン−アクリレートコポリマー(A1)の水性分散液もしくは十分に水性の分散液である。
腐食防止塗膜を製造するためのポリアクリレートもしくはスチレン−アクリレートコポリマー(A1)の水性分散液は、原則として、当業者に公知である。当該ポリアクリレート(A1)水性分散液は、一次的分散液または二次的分散液のどちらであってもよい。好適なポリアクリレートは、主要モノマーとして少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレート、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、または2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどを含む。これらは、好ましくは、さらなる主要モノマーとしてビニル芳香族化合物、特にスチレンを有していてもよい。主要モノマーの総量は、一般的に、少なくとも60質量%であり、好ましくは少なくとも80質量%である。スチレン−アクリレートコポリマーは、言及されたアルキル(メタ)アクリレートに加えて、主要モノマーとして、一般的に、少なくとも30質量%、好ましくは少なくとも40質量%、より好ましくは約50質量%のスチレンを含む。ポリアクリレートまたはスチレン−アクリレートコポリマー(A1)は、追加的にさらなるコモノマーを有していてもよく、特にヒドロキシル基、カルボキシル基、またはカルボキサミド基などの官能基を含有するコモノマーを有していてもよい。その例としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、(メタ)アクリルアミド、またはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。さらなるコモノマーは、好ましくは酸性コモノマーである。さらに、場合により少量、通常は4質量%未満、好ましくは2質量%未満の架橋性モノマーが含まれていてもよい。その例としては、ブタンジオール(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、またはアリルアクリレートが挙げられる。
ポリアクリレート(A1)は、原則として、乳化重合により公知の方法で製造することができる。このようなポリマーおよびその調製物のさらなる詳細な説明については、例えば、EP−A157133、WO99/46337、または"Paints and Coatings, 2.5. Acrylic Coatings" in Ullmann’s Encyclopedia of Technical Chemistry,6th Edition 2000の電子版に記載されている。当業者であれば、原則として、塗膜の所望の特性に応じて、可能なポリアクリレート(A1)から適切な選択を行う。
本発明を実施する上で特に好適なのは、主要モノマーとして少なくとも1種のエラストマー性アクリレート(例えば、n−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチルアクリレート、または2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなど)をスチレンとの混合物において含み、並びに第二モノマーとして少なくとも1種の酸性モノマー(例えば、(メタ)アクリル酸など)を含むスチレンアクリレートコポリマーである。配合物のためのバインダーとして使用するために、酸基の一部または全部が、好適な塩基、例えばアンモニアで中和されていてもよい。
用いられるポリアクリレートは、一般的に、0〜60℃の範囲、好ましくは5〜40℃の範囲(DIN EN ISO 11357に従ってDSC法により測定)のガラス転移温度Tgを有するべきである。当該ガラス転移温度は、原則として、ハードモノマーとソフトモノマーの種類と比率により、公知の方法で当業者が選択することができる。
本発明の実施に対して好ましくは、さらに、50nm〜400nm、より好ましくは80nm〜250nmの平均粒径(Malvern(登録商標)Autosizer2Cで測定)を有するポリアクリレート(A1)を使用することができる。
腐食防止塗膜の製造のために好適なアクリレート分散液およびスチレン−アクリレート分散液は、例えば、Acronal(登録商標)S760またはAcronal(登録商標)LR8977(BASF Aktiengesellschaft)またはAcronal(登録商標)Optive410(BASF Corporation)として市販されている。
スチレン−アルカジエンポリマー(A2)
本発明の第二の好ましい実施形態において、当該バインダー系は、スチレン−アルカジエンポリマー(A2)の水性分散液もしくは十分に水性の分散液である。
腐食防止塗膜を製造するためのスチレン−アルカジエンポリマー(A2)の水性分散液は、原則として、当業者に公知であり、例えば、EP−A47380に記載されている。これらは、好ましくは一次的分散液または二次的分散液である。
好適なポリマー(A2)は、主要モノマーとして、スチレン、並びに少なくとも1種の共役型脂肪族ジエン(アルカジエン)を含む。当該アルカジエンは、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、またはジメチルブタジエンであってもよい。当該スチレンは、アルキル基で置換されていてもよい。その例として、α−メチルスチレンまたは4−メチルスチレンが挙げられる。主要モノマーは、好ましくはスチレンおよびブタジエンである。一般的に、当該ポリマーは、少なくとも20質量%のスチレンおよび20質量%のアルカジエンを含み、主要モノマーの総量は、一般的に、少なくとも60質量%、好ましくは少なくとも80質量%である。それぞれ、当該量は、全モノマーの総量に対する量である。これらは、さらに、他のコモノマーを有していてもよい。一方、エチレン性不飽和カルボン酸および/またはジカルボン酸(例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、もしくはイタコン酸など)が挙げられる。さらに、当該コモノマーは、エチレン性不飽和カルボニトリル(例えば、(メタ)アクリロニトリルなど)、並びにアルキル(メタ)アクリレート(例えば、メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチルアクリレート、または2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなど)であってもよい。
スチレン−アルカジエンポリマー(A2)は、原則として、乳化重合により公知の方法で製造することができる。塗膜材料のためのスチレン−ブタジエンポリマーおよびそれらの調製物のさらなる詳細については、例えば、"Paints and Coatings,2.4.8.Polystyrene and Styrene Copolymers" in Ullmann’s Encyclopedia of Technical Chemistry,6th Edition 2000の電子版に記載されている。
本発明の実施に対して特に好適なのは、第二のモノマーとして(メタ)アクリル酸などの一種以上の酸性モノマーを、好ましくは0.5〜5質量%の量において含むスチレン−ブタジエンポリマーである。配合用のバインダーとして使用するために、好ましくは、酸基の一部または全部が、好適な塩基、例えばアンモニアで中和されていてもよい。
用いられるスチレン−ブタジエンポリマー(A2)は、一般的に、0〜60℃の範囲、好ましくは5〜40℃の範囲のガラス転移温度Tgを有するべきである。当該ガラス転移温度は、原則的に、ハードモノマーとソフトモノマーの種類と比率により、公知の方法で当業者が選択することができる。
本発明の実施に対して好ましくは、さらに、50nm〜400nm、より好ましくは80nm〜250nmの平均粒径(上記と同様に測定)を有するスチレン−ブタジエンポリマー(A2)を使用することができる。
ポリウレタン(A3)
本発明の第三の好ましい実施形態において、当該バインダー系は、ポリウレタン(A3)の水性分散液もしくは十分に水性の分散液である。
腐食防止塗膜を製造するためのポリウレタン(A3)の水性分散液は、原則として、当業者に公知である。塗膜材料のためのポリウレタンおよびそれらの調製物の詳細については、例えば、"Paints and Coatings,2.9 Polyurethane Coatings" in Ullmann’s Encyclopedia of Technical Chemistry,6th Edition 2000の電子版に記載されている。当該ポリウレタン(A3)の水性分散液は、一次的分散液または二次的分散液のどちらかであってもよい。
水性分散液のためのポリウレタンは、原則として、公知の方法によって、一般的なジイソシアネートとジオールとから合成することができる。効果的な被膜形成および良好な弾性の観点から、このために特に好適なジオールは、約500〜5000g/mol、好ましくは約1000〜3000g/molの数平均分子量Mnを有するものである。このために、ポリエーテルジオールとポリエステルジオールの両方を使用することができる。比較的に高分子量のそのようなジオールの量は、通常、全ジオールの総量に対して10〜100モル%である。被膜の所望の硬度および弾性は、既に上述したジオールに加えて、約60〜500g/molの数平均分子量Mnを有する低分子量ジオールを使用することによって、調整することができる。
さらに、水性分散液のためのポリウレタンの合成には、イソシアネート基またはイソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも1つの基と、さらに少なくとも1つの親水性基とを有するモノマーを使用する。これらは、非イオン性基(例えば、ポリオキシエチレン基など)、酸基(例えば、COOH、スルホネート、もしくはホスホネート基など)、または塩基性基(例えば、アミノ基など)であってもよい。好ましくは、それらは酸基である。配合物のためのバインダーとして使用するために、好ましくは当該酸基の全部または一部は、好適な塩基によって中和されていてもよい。このために好ましいのは、アンモニアまたはアミンである。このようなポリウレタン分散液並びにそれらの調製物のさらなる詳細については、WO2005/005565第4頁第13行目〜第14頁第14行目に記載されている。好適なポリウレタンのさらなる例は、US5,707,941、またはWO2004/101638、特に第2頁第31行目〜第14頁第11行目に開示されている。
当該ポリウレタンは、変性されていてもよい。例えば、対象となる化合物は、酸化的に硬化するウレタンアルキドであってもよい。調製物のために、例えば、不飽和脂肪酸のトリグリセリドを部分的に加水分解することができる。結果として得られるOH基は、ポリウレタンの製造中にイソシアネート基と反応することができる。
本発明の実施に対して、好ましくは、1000nm以下、好ましくは500未満、より好ましくは200nm未満、特に20〜200nmの平均粒径を有するポリウレタン(A3)を追加的に使用することができる。
アルキド樹脂(A4)
本発明の第四の好ましい実施形態において、当該バインダー系は、アルキド樹脂(A4)の水性分散液もしくは十分に水性の分散液である。
腐食防止塗膜を製造するためのアルキド樹脂(A4)の水性分散液は、原則として、当業者に公知である。アルキド樹脂(A4)は、ポリオールと多塩基性カルボン酸とによる、酸化的に硬化する重縮合樹脂であり、当該ポリオールの少なくとも1つのOH基は、脂肪油並びに/あるいは天然および/または合成のモノ不飽和脂肪酸もしくはポリ不飽和脂肪酸によってエステル化されており、用いられるポリオールの少なくとも1種は、3つ以上の官能基を有している必要がある。
好ましい多価アルコールの例としては、グリセロール、ペンタエリスリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、様々なジオール(例えば、エタンジオール/プロパンジオールなど)、ジエチレングリコール、およびネオペンチルグリコールが挙げられる。
好ましい多塩基性カルボン酸としては、フタル酸(無水物)(PAn)、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリト酸無水物、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸が挙げられ、中でもフタル酸(無水物)が特に好ましい。
好適な油成分または脂肪酸の例としては、乾性油(例えば、アマニ油、オイチシカ油、または桐油など)、半乾性油(大豆油、ひまわり油、サフラワー油、リシニン油、またはタール油など)、不乾性油(ひまし油、ココナツ油、または落花生油など)、または上記の油の遊離脂肪酸が挙げられる。
典型的なアルキド樹脂のモル質量Mnは、1500〜20000g/molであり、好ましくは3500〜6000g/molである。酸価は、好ましくは2〜30mgKOH/gであり、あるいは水希釈性樹脂の場合は、35〜65mgKOH/gである。OH価は、一般的に、最大300mgKOH/gまでであり、好ましくは最大100mgKOH/gまでである。
「アルキド樹脂」なる用語は、変性アルキド樹脂(例えば、スチレン変性アルキド樹脂、ウレタンアルキド、ウレタン油、またはエポキシ樹脂変性アルキド樹脂など)も含むことが意図される。この種類の変性アルキド樹脂は、当業者には公知である。
塗膜材料のためのアルキド樹脂(A4)並びにそれらの調製物のさらなる詳細については、例えば、"Paints,and Coatings,2.6.Alkyd Coatings" in Ullmann’s Encyclopedia of Technical Chemistry,6th Edition 2000の電子版、並びに"Lackformulierung und Lackrezeptur" [Paint Formulation and Paint Formula],Ulrich Zorll編集,p.188 ff.,Curt R.Vinzentz Verlag,Hanover,2003に開示されている。
用いられるアルキド樹脂(A4)は、一般的に、0〜60℃の範囲、好ましくは5〜40℃の範囲のガラス転移温度Tgを有するべきである。
充填材/顔料/染料(B)
本発明で用いられる調製物は、さらに、微粉砕した充填材、顔料、または染料から成る群から選択される少なくとも1種の成分(B)を含む。
当該微粉砕した充填材は、一般的に、無機充填材である。充填材および/または顔料は、当然のことながら、例えば疎水化または親水化のために、さらなる有機塗膜を含んでいてもよい。
当該充填材の平均粒径は、10μmを超えるべきではない。好ましくは、当該平均粒径は、10nm〜8μmであり、特に好ましくは100nm〜5μmであり、例えば2〜4μmである。球形またはほぼ球形の粒子の場合、この値は、直径を意味し、不規則な形状の粒子、例えば針状粒子の場合、この値は、例えば、最も長い軸を意味する。粒径とは、一次粒子の粒径を意味する。微粉砕した固体は、多くの場合、凝集して大きな粒子となり易く、使用するためには強く分散させなければならないことは、当然のことながら当業者に公知である。当該粒径は、その塗膜の所望される特性に応じて、当業者が選択する。
当該顔料は、特に、防食顔料であってもよい。これらは、能動的防食顔料および受動的防食顔料の両方を含み得る。
能動的防食顔料の例としては、特に、リン酸塩、リン酸含有物、または変性リン酸が挙げられ、例えば、リン酸亜鉛、オルトリン酸亜鉛アルミニウム、オルトリン酸亜鉛モリブデン、オルトリン酸亜鉛アルミニウムモリブデン、リン酸水素カルシウム、オルトリン酸ケイ酸亜鉛カルシウムストロンチウム、ポリリン酸亜鉛アルミニウム、ポリリン酸ストロンチウムアルミニウム、オルトリン酸ポリリン酸ケイ酸亜鉛カルシウムアルミニウムストロンチウム、およびポリリン酸ケイ酸カルシウムアルミニウムをベースとする顔料などが挙げられる。さらなる例としては、無機リン酸塩と低溶解性の電気化学的に活性な有機腐食防止剤との組み合わせ、例えば、5−ニトロイソフタル酸のZn塩またはCa塩で変性されたリン酸亜鉛が挙げられる。さらに、鉄リン化物、亜鉛ヒドロキシリン化物、ホウケイ酸顔料(例えば、メタホウ酸バリウムまたはホウリン酸亜鉛など)、モリブデン酸塩(例えば、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸ナトリウム亜鉛、またはモリブデン酸カルシウムなど)、イオン交換性を持つ顔料(例えば、カルシウムイオンで変性されたアモルファスSiO2、または対応する変性されたケイ酸塩など)、金属酸化物(例えば、ZnOなど)、または金属粉(例えば、亜鉛粉など)を使用することもできる。典型的な有機防食顔料、例えば5−ニトロイソフタル酸のZn塩またはCa塩を使用することもできることは理解されるであろう。
受動的防食顔料は、腐食性の成分の拡散経路を延長させ、それによって耐食性を向上させる。例としては、特に、マイカ、ヘマタイト、層状ケイ酸塩などの板状または薄板状の顔料や、珪灰石やタルクなどの針状ポリケイ酸塩、アルミニウム薄片や鉄薄片などの金属薄片が挙げられる。
防食顔料に関するさらなる詳細については、例えば、"Pigments,4.2 Anticorrosive Pigments" in Ullmann’s Encyclopedia of Technical Chemistry,6th Edition 2000の電子版に記載されている。
当該顔料は、典型的なカラー顔料および/または効果顔料であってもよい。
効果顔料とは、板状構造を有し、特定の装飾的な色彩効果を表面塗膜に付与する全ての顔料を意味する。効果顔料は、当業者には公知である。例としては、純金属顔料(例えば、アルミニウム顔料、鉄顔料、または銅顔料など)、干渉性顔料(例えば、二酸化チタン塗布マイカ、酸化鉄塗布マイカ、複合酸化物被覆マイカ(例えば、二酸化チタンおよびFe23による)、金属酸化物塗布アルミニウムなど)、または液晶顔料が挙げられる。
カラー顔料は、特に、塗料業界で使用され得る典型的な有機または無機の光吸収顔料である。有機光吸収顔料の例としては、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、およびピロロピロール顔料が挙げられる。無機光吸収顔料の例としては、酸化鉄顔料、二酸化チタン、およびカーボンブラックが挙げられる。
染料の例としては、アゾ、アジン、アントラキノン、アクリジン、シアニン、オキサジン、ポリメチン、チアジン、およびトリアリールメタン染料が挙げられる。これらの染料は、塩基性染料またはカチオン性染料、媒染染料、直接染料、分散染料、イングレイン染料、建染染料、金属錯体染料、反応性染料、酸性染料、硫黄染料、カップリング染料、または直染染料としての用途が見出され得る。
充填材は、塗膜の性質、例えば硬度、レオロジー特性、または効果顔料の配向などに影響を及ぼすために使用することができる。充填材は、多くの場合、色彩的に不活性であり、言い換えれば、これらの固有の吸収は弱く、その屈折率は、塗料媒体の屈折率に近い。充填材の例としては、タルク、炭酸カルシウム、カオリン、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、結晶性二酸化ケイ素、アモルファスシリカ、酸化アルミニウム、例えばガラス、セラミック、またはポリマーによって作製された、粒径が例えば0.1〜10μmのミクロビーズまたは中空ミクロビーズが挙げられる。さらに、充填材として、任意の所望の固体不活性有機粒子、例えば、尿素−ホルムアルデヒド縮合生成物、微細化されたポリオレフィンワックス、または微細化されたアミドワックスなどを使用することもできる。当該不活性充填材は、それぞれ混合物において使用してもよい。しかしながら、好ましくは、それぞれ、1種のみの充填材が用いられる。
成分(B)は、1〜70質量%の量において使用される。厳密な量は、塗膜の所望の特性に応じて、当業者によって決定される。当該量は、好ましくは5〜60質量%であり、より好ましくは10〜50質量%である。
顔料および/または充填材を使用する場合、顔料体積濃度(PVC)が15〜40体積%であり、好ましくは20〜40体積%、より好ましくは20〜35体積%であるのが好ましいことが見出されているが、特に本発明がこれに限定されるわけではない。
成分(B)の性質および量は、塗膜の最終用途に応じて当業者により決定される。本発明の特に好ましい一実施形態において、クロム含有成分(B)は用いられない。様々な成分(B)の混合物を用いることも可能であることは理解されるであろう。
下塗り用の調製物には、通常、中間塗膜または上塗り塗膜用の調製物より多量の顔料が配合されている。
下塗り用の調製物は、通常、少なくとも1種の能動的防食顔料を含み、中間塗膜用の調製物は、少なくとも1種の受動的腐食顔料を含み、上塗り塗膜用の調製物は、少なくとも1種のカラー顔料および/または少なくとも1種の染料を含む。
特に好ましい一実施形態において、下塗り用の調製物は、少なくとも1種の能動的防食顔料と、少なくとも1種の充填材と、さらに、好ましくは少なくとも1種のカラー顔料とを含む。
コポリマー(C)
本発明で用いられる大気腐食防止のための調製物を製造するために、単一のコポリマー(C)を使用することもできるし、二種以上の異なるコポリマー(C)を使用することもできる。原則として、これらの可能なコポリマー(C)の中から、腐食防止塗膜の所望の特性に応じて当業者が特定の選択を行う。あらゆる種類のコポリマー(C)が、すべての種類のバインダー系、溶媒、または表面に対して好適であるわけではないことは、当業者には明らかである。
大気腐食防止に対して、COOH基および/またはスルホン酸基を有するコポリマー(C)を使用することが好ましく可能である。非常に特に好ましいのは、モノマー(C2)としてイタコン酸を含むコポリマーである。
本発明で用いられるコポリマー(C)は、それぞれ、配合物の全成分の量に対して0.1〜40質量%の量、好ましくは0.2〜20質量%、より好ましくは0.5〜10質量%の量において使用される。
溶媒(D)
大気腐食防止のための調製物は、成分(D)として好適な溶媒を含んでいる。好適な溶媒は、表面への当該調製物の均一な塗布を可能にするために、本発明で用いられる成分を溶解、分散、懸濁、または乳化することができるものである。これらは、有機溶剤または水であってもよい。理解されるであろうように、様々な溶媒の混合物を用いることも可能である。
有機溶媒の例としては、炭化水素(例えば、トルエン、キシレン、および特に原油精製において得られるような特定の沸騰範囲の炭化水素混合物など)、エーテル(例えばTHFなど)もしくはポリエーテル(例えばポリエチレングリコールなど)、エーテルアルコール(例えば、ブチルグリコールなど)、エーテルグリコールアセテート(例えばブチルグリコールアセテートなど)、ケトン(例えばアセトンなど)、およびアルコール(例えば、メタノールやエタノール、プロパノールなど)が挙げられる。
当該溶媒は、好ましくは水、あるいは主として水性溶媒混合物である。そのようなものとしては、少なくとも75質量%、好ましくは少なくとも85質量%、より好ましくは少なくとも90質量%、非常に好ましくは少なくとも95質量%の水を含むような種類の混合物を意味する。
主として水性溶媒混合物中のさらなる成分は、水混和性溶媒であってもよい。その例としては、特に、典型的な共溶媒、例えば、n−ブタノール、ブチルグリコール、ブチルジグリコール、tert−ブチルアセテート、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、またはN−シクロヘキシル−2−ピロリドンなどが挙げられる。しかしながら、追加的な成分は、水非混和性溶媒であってもよい。この種の溶媒は、多くの場合、被膜形成補助剤として使用される。その例としては、ブチルグリコールアセテート、ブチルグリコールジアセテート、または2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール−1−イソブチレート(Texanol(登録商標))が挙げられる。
溶媒または溶媒混合物(D)の量は、配合物の全成分の総量に対して5〜83.9質量%である。当該量は、塗膜配合物の所望の特性に応じて当業者により決定される。当該量は、好ましくは10〜74.8質量%であり、より好ましくは20〜64.5質量%であり、例えば30〜50質量%である。
追加的な成分(E)
本発明で用いられる大気腐食防止のための調製物は、成分(A)〜(D)以外に、一種以上の助剤および/または添加剤(E)を含んでいてもよい。そのような助剤および/または添加剤は、塗膜の性質を微調整する役割を果たす。これらの量は、一般原則として、溶媒を除く全成分の総量に対して20質量%以下であり、好ましくは10質量%以下である。
大気腐食防止における使用に対して好適な添加剤の例としては、流動性補助剤、UV吸収剤、光安定剤、フリーラジカル捕捉剤、熱架橋性触媒、滑剤、重合禁止剤、消泡剤、乳化剤、脱ガス剤、湿潤剤、分散剤、接着性促進剤、流動性調整剤、被膜成形助剤、レオロジー調整添加剤(増粘剤)、難燃剤、乾燥剤、皮張り防止剤、他の腐食防止剤、あるいはワックスおよび艶消剤が挙げられる。この種の添加剤は、例えば、"Lackadditive"[Additives for coatings], Johan Bieleman編集,Wiley−VCH,Weinheim,New York,1998、またはDE−A19914896第13欄第56行目〜第15欄第54行目に開示されている。
本方法を実施するための調製物は、当該調製物の全成分を強く混合することにより作製することができる。好適な混合装置または分散装置は、当業者に公知である。
本発明の好ましい一実施形態においては、最初に、バインダー系(A)と、コポリマー(C)と、溶媒(D)の少なくとも一部とから分散物を製造することも可能である。
当該バインダー(A)が一次的分散液の場合、当該バインダーは、当然ながら、予め分散した形態である。バインダーが固体として存在する場合、溶液または二次的分散液が、最初に製造される。当該コポリマー(C)も同様に、好ましくは溶媒中に分散、乳化、または溶解させて用いられる。このためには、コポリマー(C)の製造の際に得られたコポリマー(C)の溶液もしくは乳濁液を、当該コポリマーを前もって単離することなく、そのまま使用することが有利である。
当該成分(B)および任意のさらなる成分(E)は、続いて初期分散液において溶解または分散させてもよい。
大気腐食防止方法の実施
当該腐食防止塗膜は、例えば、プライマー塗膜(I)、中間塗膜(II)、上塗り塗膜(III)などのあらゆる種類の腐食防止塗膜であってよい。対象となる腐食防止塗膜は、当然のことながら、これらの塗膜の少なくとも2つの性質または3つ全ての塗膜の性質を併せ持つ塗膜であって、そのために塗膜系を単純化することができる塗膜であってもよい。当該塗膜は、ショップ塗膜であってもよい。ショップ塗膜は、スチール部品の製造の際に、したがって、例えば他の部品との溶接の際に、腐食防止を確実にするために、新たにブラスト処理されたスチールに塗装することができる塗膜であることは、当業者には公知である。
本発明の方法は、OEMの保護または修復に役立つ。
一般原則として、ある工程(0)において本発明の方法を実施するために金属表面を製造することが望ましいが、すべての場合において絶対に必要というわけではない。腐食防止対策の実施ための表面の製造とは、表面を洗浄してすべての汚れを除去し、腐食防止対策に対して適切な表面粗さを形成することであることは、当業者には明らかである。洗浄方法の例としては、水または溶媒による洗浄、適当な組成物による酸洗浄、または高圧洗浄が挙げられる。さらなる処理法の例としては、研磨、特に表面ブラスト処理、例えばサンドブラストなど、並びに火炎ブラストなどが挙げられる。そのような作業では、付着している被膜のすべてを除去して、光沢のある金属にすることが可能である。しかしながら、より穏やかな方法を用いて、接着性が弱い塗膜のみを除去し、表面上の被膜をそのまま残すことも可能である。このために可能な方法の一つは、スイープブラストと呼ばれるものである。
当該方法を実施するには、大気条件下で架橋可能な上記の調製物を用いて、少なくとも15μmの膜厚を有する少なくとも1種の腐食防止塗膜を金属表面上に塗装する。
当該腐食防止塗膜を、光沢金属表面上に直接塗装してもよいし、あるいはすでに腐食防止塗膜が予備塗布されている表面上に塗装してもよい。
少なくとも1種の当該腐食防止塗膜は、好ましくはプライマー塗膜(I)であり、これは、光沢金属に直接塗装されるか、またはショップ塗膜を有する金属表面に塗装される。場合により存在する当該ショップ塗膜も同様に、本発明の配合物あるいは別の配合物により得られる。
塗装は、当業者に公知の通常の方法を用いて実施することができる。当該調製物は、好ましくは、はけ塗り塗装またはスプレー塗装により塗装される。
表面への塗装後、塗装された塗膜は、大気条件下において本方法の工程(2)において硬化する。最も単純には、溶媒を徐々に蒸発させて硬化を実施する。用いられるバインダーの性質に応じて、他の架橋方法を実施してもよい。この詳細については、既に上述してある。
所望の腐食防止塗膜の膜厚に応じて、塗膜全体を、単一の作業で塗装してもよいし、腐食防止塗膜の所望の合計膜厚を達成するために、同種の塗膜を続けて2回以上塗装して、それぞれ硬化させてもよい。
プライマー塗膜(I)上に、さらなる腐食防止塗膜を塗装してもよい。さらなる塗膜の性質と層数は、当業者により決定される。特に、さらなる作業により、プライマー塗膜(I)上に、中間塗膜(II)または上塗り塗膜(III)を形成してもよい。このためには、プライマー塗膜(I)との組み合わせにおいて望ましくない影響がでない限り、原則として、あらゆる塗膜系を使用することができる。本発明により使用されるコポリマー(C)は、プライマー塗膜に対する追加の塗膜の接着性を向上させる。本発明の調製物は、プライマー塗膜(I)、中間塗膜(II)、または上塗塗膜に対して有利に用いることができる。
本方法のさらなる好ましい実施形態においては、最初に全ての一体化プライマー塗膜(la)を形成し、その上に直接上塗り塗膜(III)を形成することができる。したがって、一体化プライマー塗膜は、プライマー塗膜(I)および中間塗膜(III)の両方の特性を備えている。
本発明のさらなる好ましい実施形態においては、その上に上塗塗膜を必要としない単一の腐食防止塗膜(Ib)のみが塗装される。したがって、そのような単一の腐食防止塗膜は、三つ全ての塗膜の特性を備えている。
この種類の腐食防止塗膜の総膜厚は、当該腐食防止塗膜の所望の特性に応じて当業者により決定される。この膜厚は、一般的に、少なくとも40μm、好ましくは50μm、より好ましくは60μm、非常に好ましくは少なくとも80μm、特に少なくとも100μm、特段には少なくとも125μm、頻繁には少なくとも150μm、さらに少なくとも175μmまたは少なくとも200μmである。当該塗膜の膜厚全体、すなわち、塗装された腐食防止塗膜の総膜厚の上限は、2mm、好ましくは1.5mm未満、より好ましくは1mm未満、非常に好ましくは800μm未満、特に500μm未満である。
以下の実施例は、本発明の例示を意図するものである。
パートI:ポリマー性腐食防止剤の製造
ポリマー1
アクリロニトリル35mol%、イタコン酸15mol%、およびスチレン50mol%のコポリマー
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、314.8gのテトラヒドロフラン中における77gのイタコン酸に窒素を吹き込み、65℃に加熱した。5時間かけて、74.2gのアクリロニトリルおよび207.9gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、120gのテトラヒドロフラン中における21.6gの2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(商標:WAKO(登録商標)V−65)の供給流2を加えた。当該反応混合物を65℃でさらに2時間撹拌した。その後、1時間かけて、36gのテトラヒドロフラン中における3.6gのWAKO V−65を加え、当該混合物をさらに4時間攪拌した。結果として得られるポリマー1は、固形分48.5%およびK値20.9を有する透明な黄色の溶液である。
ポリマー1a
30gのポリマー1、22.5gのブチルグリコール、15gの水、および2.0gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー1a(固形分23.8%を有する)を得た。
ポリマー1b
30gのポリマー1、15gのブチルグリコール、12gの水、および4.0gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー1b(固形分30.4%を有する)を得た。
ポリマー2
アクリロニトリル50mol%、イタコン酸20mol%、およびスチレン30mol%のコポリマー
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、314.8gのテトラヒドロフラン中における111.8gのイタコン酸に窒素を吹き込み、65℃に加熱した。5時間かけて、114gのアクリロニトリルおよび134.2gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、120gのテトラヒドロフラン中における21.6gのWAKO V−65の供給流2を加えた。当該反応混合物を65℃でさらに2時間撹拌した。その後、1時間かけて、36gのテトラヒドロフラン中における3.6gのWAKO V−65を加え、当該混合物をさらに4時間攪拌した。結果として得られるポリマー2を、250gのテトラヒドロフランで希釈して、固形分50.7%およびK値20.4を有する透明な黄色の溶液を得た。
ポリマー2a
30gのポリマー2、15gのブチルグリコール、20gの水、および3.0gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー2a(26.8%の固形分を有する)を得た。
ポリマー2b
30gのポリマー2、15gのブチルグリコール、20gの水、および6.0gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー2b(29.9%の固形分を有する)を得た。
ポリマー3
アクリロニトリル20mol%、イタコン酸40mol%、およびスチレン40mol%のコポリマー
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、314.8gのテトラヒドロフラン中における179.6gのイタコン酸に窒素を吹き込み、65℃に加熱した。5時間かけて、36.6gのアクリロニトリルおよび143.8gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、120gのテトラヒドロフラン中における21.6gのWAKO V−65の供給流2を加えた。当該反応混合物を65℃でさらに2時間撹拌した。その後、1時間かけて、36gのテトラヒドロフラン中における3.6gのWAKO V−65を加え、当該混合物をさらに4時間攪拌した。結果として得られるポリマー3を、250gのテトラヒドロフランで希釈して、固形分49.5%およびK値18.7を有する透明な黄色の溶液を得た。
30gのポリマー3、15gのブチルグリコール、15gの水、および4.7gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー3a(固形分30.2%を有する)を得た。
ポリマー4
アクリロニトリル20mol%、イタコン酸40mol%、およびスチレン40mol%のコポリマー
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、380.8gの2−ブチルオキシエタノール中における280.2gのイタコン酸に窒素を吹き込み、90℃に加熱した。5時間かけて、57.1gのアクリロニトリルおよび224.3gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、303.4gの2−ブチルオキシエタノール中における33.7gのtert−ブチルペルオクトエートの供給流2を加えた。当該反応混合物を90℃でさらに1時間撹拌した。その後、当該反応混合物の温度を95℃まで上げ、1時間かけて、77.5gのDI水(完全脱イオン水)中における5.6gのナトリウムペルオキソジスルフェートを加え、当該混合物を95℃でさらに1時間撹拌した。当該工程を同様の条件においてさらに3回繰り返した。結果として得られるポリマーは、固形分38.3%の暗黄色の懸濁した溶液であった。
ポリマー4a
75gのポリマー4、41.6gのDI水、および8.9gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー4a(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー4b
75gのポリマー4、55.6gのDI水、およびの14.9gのトリエタノールアミンを混合して、ポリマー4b(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー4c
75gのポリマー4、17.1gのDI水、および14.0gの25%濃度のアンモニア溶液を混合して、ポリマー4c(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー5
アクリロニトリル21.1mol%、イタコン酸36.9mol%、スチレン42.0mol%のコポリマー
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、380.8gの2−ブチルオキシエタノール中における246.4gのイタコン酸に窒素を吹き込み、90℃に加熱した。5時間かけて、57.1gのアクリロニトリルおよび224.3gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、303.4gの2−ブチルオキシエタノール中における33.7gのtert−ブチルペルオクトエートの供給流2を加えた。当該反応混合物を90℃でさらに1時間撹拌した。その後、当該反応混合物の温度を95℃まで上げ、1時間かけて、77.5gのDI水中における5.6gのナトリウムペルオキソジスルフェートを加え、当該混合物を95℃でさらに1時間撹拌した。当該工程を同様の条件においてさらに3回繰り返した。結果として得られるポリマーは、固形分37.0%の暗黄色の懸濁した溶液であった。
ポリマー5a
68.4gのポリマー5、33.0gのDI水、および7.3gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー5a(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー5b
70.0gのポリマー5、39.6gのDI水、1.5gのイタコン酸、および8.5gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー5b(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー6
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、380.8gのプロピレングリコールモノブチルエーテル中における246.4gのイタコン酸に窒素を吹き込み、90℃に加熱した。5時間かけて、57.1gのアクリロニトリルおよび224.3gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、303.4gのプロピレングリコールモノブチルエーテル中における33.7gのtert−ブチルペルオクトエートの供給流2を加えた。当該反応混合物を90℃でさらに1時間撹拌した。その後、当該反応混合物の温度を95℃まで上げ、1時間かけて、50.4gのプロピレングリコールモノブチルエーテル中における5.6gのtert−ブチルペルオクトエートを加え、当該混合物を95℃でさらに1時間撹拌した。当該工程を同様の条件においてさらに3回繰り返した。結果として得られるポリマーは、固形分39.7%の暗黄色の透明な溶液であった。
ポリマー6a
63.7gのポリマー6、37.7gのDI水、および7.3gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー6a(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー6b
65.2gのポリマー6、44.4gのDI水、1.5gのイタコン酸、および8.5gのジメチルエタノールアミンを混合して、ポリマー6b(固形分30.0%を有する)を得た。
ポリマー7
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、292.8gのn−ブタノール中における215.5gのイタコン酸を、147.7gのジメチルエタノールアミンと混合して、窒素を吹き込み、90℃に加熱した。5時間かけて、43.9gのアクリロニトリルおよび172.6gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、233.4gのn−ブタノール中における25.9gのtert−ブチルペルオクトエートの供給流2を加えた。当該反応混合物を90℃でさらに1時間撹拌した。その後、1時間かけて、59.6gのn−ブタノール中における4.3gのtert−ブチルペルオクトエートを加え、当該混合物を95℃でさらに1時間撹拌した。当該工程を同様の条件においてさらに2回繰り返し、最後の添加の後に2時間撹拌した。熱浴の温度を120℃まで上げた。250gのDI水を加えた後に、蒸気を導入して共沸によりn−ブタノールを蒸留除去した。結果として得られるポリマーは、固形分34.7%の暗黄色の透明な溶液であった。
ポリマー8
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、209.9gのn−ブタノール中における179.6gのイタコン酸、および104.9gのDI水に窒素を吹き込み、90℃に加熱した。5時間かけて、36.6gのアクリロニトリルおよび143.8gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、194.4gのn−ブタノール中における21.6gのtert−ブチルペルオクトエートの供給流2を加えた。当該反応混合物を90℃でさらに1時間撹拌した。その後1時間かけて、32.4gのn−ブタノール中における3.6gのtertブチルペルオクトエートを加え、当該混合物を、95℃でさらに1時間撹拌した。当該工程を同様の条件においてさらに2回繰り返し、最後の添加の後に2時間撹拌した。熱浴の温度を105℃まで上げた。30分間かけて500gのDI水中における123.1gのジメチルエタノールアミンを加えた後に続いて、蒸気を導入して共沸によりn−ブタノールを蒸留除去した。結果として得られるポリマーは、固形分33.5%の黄色の実質的に透明な溶液であった。
ポリマー9
アンカー型攪拌機および内部温度計を備えた2Lの試験規模の攪拌ユニットにおいて、311.1gのテトラヒドロフラン中における229.0gのイタコン酸に窒素を吹き込み、65℃に加熱した。5時間かけて、46.7gのアクリロニトリルおよび183.3gのスチレンの供給流1を加え、6時間かけて、247.9gのテトラヒドロフラン中における27.5gのWako V 65の供給流2を加えた。当該反応混合物を65℃でさらに1時間撹拌した。その後、1時間かけて、41.3gのテトラヒドロフラン中における4.6gのWako V65を加え、当該混合物を70℃でさらに2時間撹拌した。熱浴の温度を95℃まで上げた。270gのテトラヒドロフランを蒸留によって除去した。熱浴の温度を100℃まで上げ、1時間かけて、200gのDI水を計量供給し、その間に、170gのテトラヒドロフラン/DI水を蒸留により除去した。60分間かけて600gのDI水中における157.1gのジメチルエタノールアミンを加えた後に、続いて、蒸気を導入して共沸によりテトラヒドロフランを蒸留除去した。結果として得られるポリマーは、固形分31.2%の黄色の実質的に透明な溶液であった。
パートII:
性能試験
性能試験には、塗料用の2種の市販のスチレン−アクリレート水性分散液(Acronal(登録商標)Optive410(BASF Corp.)およびAcronal(登録商標)S790(BASF AG))と、主要モノマーとしてn−ブチルアクリレートおよびスチレンをベースとする分散液の実験室試料(EP1062282に記載されているのと同じ方法により製造した)とをベースとする3つの異なる腐食防止配合を使用した。用いた当該分散液は、次の特性を有している。
Figure 0005322115
本発明の配合物は、それぞれのスチレン−アクリレート分散液に対して各コポリマーの3質量%を加えて作製した(分散液の固形分に対する固体コポリマーとして計算)。これは、ブチルグリコールを含有する上述のコポリマー溶液を使用して行った。
比較のために、Acronal(登録商標)Optive410またはAcronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料のそれぞれについて、ポリマー性腐食防止剤を添加しない試料を作製した。すなわち、実験室試料をベースとする一連の試験に対して、比較のために、代替のポリマー性防止剤を添加した。
腐食防止プライマーのための基本的配合
腐食防止ポリマーを添加する場合およびしない場合の、結果として得られるスチレン−アクリレートコポリマーの水性分散液を使用して、以下の指示に従って調製物を作製した。
Acronal(登録商標)Optive410をベースとする塗膜材料:
それぞれの水性ポリマー分散液の393.4gを、2.2gの市販の塗膜材料用の消泡剤(ポリグリコール中におけるポリシロキサンと疎水性固体との混合物;BYK(登録商標)022、Byk)と混合し、その後、0.6gのアニオン性分散剤(脂肪アルコールアルコキシ化物の酸性リン酸エステル;Lutensit(登録商標)A−EP、BASF AG)、11.0gの濃アンモニア、および58.6gの水から成る混合物を、Dispermatを用いて添加した。撹拌しながら、7.2gのフェノキシプロパノール(被膜形成補助剤)および7.2gのベンジン(沸点180〜210℃、被膜形成補助剤)の混合物をさらに添加した。
続いて、85.0gのヘマタイト顔料(Bayferrox(登録商標)130M、Lanxess)、82.1gのリン酸亜鉛をベースとする防食顔料(Heucophos(登録商標)ZPZ、変性リン酸亜鉛、Heubach)、36.0gのケイ酸マグネシウム(充填材;タルク20M2、Luzenac)、並びに127.8gの硫酸バリウムおよび硫化亜鉛をベースとする充填材(30質量%のZnS)(Litopone(登録商標)L、Sachtleben)を添加した。当該混合物全体を、ガラスビーズ(φ3mm)により少なくとも30分間分散させる。その後、さらに攪拌し、166.4gのポリマー分散液、1.9gのBYK(登録商標)022、並びに3.7gの水および市販の腐食防止剤の1:1混合物(腐食防止剤L1,Erbsloeh)を添加し、濾過してガラスビーズを除去した。
最後に、当該バッチを、3.7gの市販のウレタンベースの25%濃度増粘剤溶液(Collacral(登録商標)PU85、BASF AG)および13.2gのブチルグリコール(溶媒)の混合物と混合し、適切であれば、濃アンモニアを用いてpHをおよそ9.5に調整した。これにより、固形分が61%で顔料/体積濃度(PVC)が23%の腐食防止プライマー1000gを得た。
Acronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料:
それぞれの水性ポリマー分散液の530.6gを、2.8gの市販の塗膜材料用の消泡剤(液状炭化水素、疎水性シリカ、脂肪質物質、オキサアルキル化化合物、および非イオン性乳化剤の混合物;Agitan(登録商標)295、Muenzing−Chemie)と混合し、その後、0.9gのアニオン性分散剤(媒体分子のポリアクリル酸のナトリウム塩、35%濃度の水溶液;Pigmentverteiler NL、BASF AG)、20.8gの濃アンモニア、および115.7gの水から成る混合物をDispermatを用いて添加した。撹拌しながら、9.2gのフェノキシプロパノール(被膜形成補助剤)および9.2gのベンジン(沸点180〜210℃、被膜形成補助剤)の混合物をさらに添加した。
続いて、74.7gのヘマタイト顔料(Bayferrox(登録商標)130M、Lanxess)、74.7gのリン酸亜鉛をベースとする防食顔料(Heucophos(登録商標)ZPZ、変性リン酸亜鉛、Heubach)、37.1gのケイ酸カルシウム(充填材;Millicarb、Omya)、並びに112.2gの硫酸バリウムおよび硫化亜鉛をベースとする充填材(30質量%のZnS)(Litopone(登録商標)L、Sachtleben)を添加した。当該混合物全体を、ガラスビーズ(φ3mm)により少なくとも30分間分散させる。その後、さらに撹拌しながら、1.9gのAgitan(登録商標)295、3.5gの水および市販の腐食防止剤(腐食防止剤L1、Erbsloeh)の1:1混合物、並びに1.9gのクロロメチル−およびメチルイソチアゾロン+N-/O-ホルマールをベースとする缶内防食剤(Parmetol A26、Schuelke&Mayr)を加え、濾過してガラスビーズを除去した。
最後に、当該バッチを、2.2gの市販のウレタンベースの25%濃度の増粘剤溶液(Collacral(登録商標)PU75,BASF AG)および2.6gのブチルグリコール(溶媒)の混合物と混合し、適切であれば、濃アンモニアを用いてpHをおよそ9.5に調整した。これにより、固形分が57%で顔料/体積濃度(PVC)が23%の腐食防止プライマー1000gを得た。
実験室試料をベースとする塗膜材料
それぞれの水性ポリマー分散液(およそ50%濃度)の250gを、1.14gの市販の塗膜材料用の消泡剤(ポリグリコール中におけるポリシロキサンおよび疎水性固体との混合物;BYK(登録商標)022,Byk)および2.22gの湿潤剤(Surfynol(登録商標)104、n−プロパノール中における50%濃度;Air Products)と混合し、その後、0.6gのアニオン性分散剤(脂肪アルコールアルコキシレートの酸性リン酸エステル;Lutensit(登録商標)A−EP、BASF AG)、1.56gの濃アンモニア、および41.6gの水から成る混合物をDispermatを用いて加えた。撹拌しながら、4.5gのフェノキシプロパノール、4.5gのブチルグリコール、および4.5gのベンジン(沸点範囲180〜210℃)から成る被膜形成補助剤の混合物をさらに添加した。
続いて、68.0gのヘマタイト顔料(Bayferrox(登録商標)130M、Lanxess)と、65.9gのリン酸亜鉛をベースとする防食顔料(Heucophos(登録商標)ZPZ、変性リン酸亜鉛、Heubach)、28.3gのケイ酸マグネシウム(充填材;タルク20M2、Luzenac)、並びに102.2gの硫酸バリウムおよび硫化亜鉛系をベースとする充填材(30質量%のZnS)(Litopone(登録商標)L、Sachtleben)を添加した。当該混合物全体を、ガラスビーズ(φ3mm)により少なくとも30分間分散させた。その後、さらに攪拌しながら、1.14gのBYK(登録商標)022並びに3.24gの水および市販の腐食防止剤の1:1混合物(腐食防止剤L1、Erbsloeh)を添加し、濾過してガラスビーズを除去した。
最後に、当該バッチを、2.2gの市販のウレタンベースの25%濃度の増粘剤溶液(Collacral(登録商標)PU85、BASF AG)および2.2gのブチルグリコール(溶媒)の混合物と混合し、適切であれば、濃アンモニアを用いてpHをおよそ9.5に調整した。これにより、固形分が約66%で顔料/体積濃度(PVC)が35%の腐食防止プライマー約600gを得た。
配合物のスチール板への塗布と塩水噴霧試験の準備
試験するプライマーは、完全脱イオン水で所望の粘度である300〜1000mPas(Sheen Instrumentsの455N/65 Digital Rotothinner(登録商標)により測定した)に希釈し、角柱型のドクターブレードを用いて、洗浄された非亜鉛メッキスチール板(200×80×0.9mm)上に、60〜85μmの乾燥膜厚さが得られるようにスロットサイズを選択して塗布した。
室温で6日間乾燥し、50℃で一日熱順化した後、試験板の裏面を腐食防止のために溶媒ベースの塗膜材料で塗装し、その端部をTesa(登録商標)フィルムテープでマスクした。
最後に、当該金属試験板の、試験を行うプライマーが塗装されている側に、スコアラーを用いて、基板に達する刻み線を入れた。
塩水噴霧試験/評価
当該試料を用いて、DIN EN ISO 7253に従って、塩水噴霧試験を行った。なお、Acronal Optive(登録商標)410およびAcronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料の試験期間は400時間であり、実験室試料をベースとする塗膜材料の試験期間は576時間であった。
この場合、目視により試験試料をISO 7253の規定された標準と比較して、評価を行った。
腐食挙動の評価用:
刻み線印でのブリスターの幅
腐食によって生じた、人為的損傷部位からのブリスターの最小幅および最大幅(mm)(ISO 4628−2により)
刻み線印での剥離
クロスカット(以下参照)と対照的に、塗膜接着性は、人為的損傷部位の直接近傍で調査する。このために、塩水噴霧試験の直後に、当該塗膜の刻み線を覆うように、粘着テープを貼り、当該粘着テープの端で当該塗膜材料を切開し、次いで、当該粘着テープを剥がす(「Tesa(登録商標)引き剥がし試験)。引き剥がしの結果として塗膜が剥がれた金属基材の、人為的損傷部位からの最小幅および最大幅(mm)を測定した。
刻み線印におけるさび劣化
試験のための人為的損傷部位から、塗膜の下にさびが生じる。当該値は、形成された酸化鉄の、刻み線印から測定した最小幅および最大幅(mm)を示す。すなわち、検査前に、当該金属基材は、上述の「Tesa(登録商標)引き剥がし試験」による通常の方法により暴露させた。
表面腐食
金属試験板の全表面積に対する腐食表面積の比率[%]
クロスカット(DIN ENI ISO 2409に従って)
クロスカット試験は、塗膜の基板への接着性を特定するために使用される。このために、塩水噴霧試験後に、塗膜に多数の切り目からなる格子を刻み(線間隔は2mm)、当該格子に粘着テープを貼り、次いで当該粘着テープを剥がす。粘着テープを剥がした後の格子の外観により評価を行った。以下の基準に従って、0〜5の評価点をつけた:
GT0:切り目の端は完全に平滑で、格子の四角い塗膜の剥離はない。
GT1:塗膜が、切り目の端に沿って剥離するが、剥離面積は、実質的にクロスカット面積の15%以下である。
GT2:剥離した格子面積が、15%より大きく、実質的に35%以下である。
GT3:塗膜が切り目の端に沿って、部分的に、または完全に幅広の帯状に剥離するか、格子部分の塗膜の一部が、部分的にあるいは完全に剥離する。
GT4:影響を受けるクロスカット面積が実質的に65%を超えない。
GT5:GT4より悪いとして分類される剥離。
試験の結果は、第1表(Acronal(登録商標)Optive410をベースとする塗膜材料)および第2表(Acronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料)にまとめる。ブランク試料の試料表面とポリマー3による塗膜材料の試料表面の写真を、まとめて図1(Acronal(登録商標)Optive410をベースとする塗膜材料)および図2(Acronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料)に示す。
第1表および第2表のデータ並びに図は、ポリマー性腐食防止剤を使用しない試料と比較して、本発明により用いられるコポリマー(ポリマー1a、1b、2a、2b、および3)によって腐食がかなりの抑えられることを示している。その一方で、Acronal(登録商標)Optive410をベースとする塗膜材料の場合、腐食防止剤を使用していない比較試料においては、刻み線印において、接着性の低下とさびによる劣化を伴ったブリスターが生じていることは明らかであり、この傾向は、本発明の実施例では存在しないか、あるいは著しく減少している。Acronal(登録商標)S790をベースとする塗膜材料についても同様であり、腐食防止剤を用いていない比較試料は、領域全体が腐食され、その一方で、本発明のコポリマーを添加した場合、表面腐食は、最大10〜20%までに著しく減少した。
Figure 0005322115
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Claims (15)

  1. バインダー系(A)と、微粉砕された充填材、顔料、もしくは染料から成る群から選択される成分(B)と、並びにポリマー性腐食防止剤(C)とを少なくとも含む調製物により金属表面を処理することによって該金属表面に腐食防止塗膜を塗装する方法であって、該ポリマー性腐食防止剤が、
    (C1)5〜45質量%の、少なくとも1つのニトリル基を含有する少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマーと、
    (C2)15〜60質量%の、少なくとも1つの酸基を含む少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマーと、
    (C3)30〜70質量%の、少なくとも1種のモノエチレン性不飽和芳香族炭化水素と、
    (C4)0〜25質量%の任意の、(C1)〜(C3)とは異なるほかのエチレン性不飽和モノマーと
    のモノマー性構成単位から構成されるコポリマー(C)(該量は、それぞれコポリマー中の全モノマー構成単位の総量に対する値である)であり、バインダー系(A)は、大気の相対湿度10%〜80%を有する空気の存在下に温度0℃超から40℃で硬化するものであることを特徴とする方法。
  2. モノマー(C1)がアクリロニトリルであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. モノマー(C3)がスチレンであることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. モノマー(C2)がイタコン酸であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記酸基が完全にまたは部分的に中和されていることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 少なくとも1種のモノマー(C4)が0.1〜25質量%の量において存在することを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項に記載の方法。
  7. モノマー(C4)が、OH基を有するモノエチレン性不飽和モノマーであることを特徴とする、請求項に記載の方法。
  8. 前記金属表面が、スチール、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金の表面であることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項に記載の方法。
  9. 以下の工程:
    (1)光沢のある金属表面もしくは予備被覆された金属表面に、大気条件下において硬化可能な調製物を塗装する工程、その際、該調製物は、
    (A)15〜70質量%の大気条件で硬化可能な少なくとも1種のバインダー系(A)、
    (B)1〜70質量%の、微粉砕した充填材、顔料、もしくは染料から成る群から選択される少なくとも1種の成分(B)、
    (C)0.1〜40質量%の前記コポリマー(C)、および
    (D)5〜83.9質量%の少なくとも1種の溶媒(D)
    を少なくとも含み、該量は、それぞれ、該配合物中の全成分の総量に対する値であり、
    (2)該塗装された層を大気条件下で硬化させる工程と
    を少なくとも含む、少なくとも15μmの膜厚を有する腐食防止塗膜を塗装する工程を伴う大気腐食防止の方法であることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項に記載の方法。
  10. モノマー(C2)の前記酸基が、カルボキシル基および/またはスルホン酸基であることを特徴とする、請求項に記載の方法。
  11. 前記バインダー系が、ポリアクリレートおよび/またはスチレン−アクリレートコポリマー(A1)、スチレン−アルカジエンポリマー(A2)、ポリウレタン(A3)、またはアルキド樹脂(A4)の水性分散液もしくはほぼ水性の分散液から成る群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項から10までのいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記表面が、金属構造物または金属建造物の表面であることを特徴とする、請求項から11までのいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記表面が、建物、架橋、電柱、タンク、コンテナ、建物、パイプライン、発電所、化学プラント、船舶、クレーン、ポスト、バルクヘッド、バルブ、パイプ、タンク、取付物、フランジ、連結器、ホール、屋根、および建築用スチールの表面であることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 前記硬化された被膜の前記膜厚が、少なくとも25μmであることを特徴とする、請求項から13までのいずれか1項に記載の方法。
  15. 以下の成分:
    (A)15〜70質量%の大気条件で硬化可能な少なくとも1種のバインダー系(A)と、
    (B)1〜70質量%の、微粉砕した充填材、顔料、もしくは染料から成る群から選択される少なくとも1種の成分(B)と、
    (C)0.1〜40質量%の腐食防止剤コポリマー(C)と、
    (D)5〜83.9質量%の少なくとも1種の溶媒(D)と
    を少なくとも含み、
    該量は、それぞれ、該配合物中の全成分の総量に対する値であり、前記コポリマー(C)は、
    (C1)5〜45質量%の、少なくとも1つのニトリル基を含有する少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマーと、
    (C2)15〜60質量%の、少なくとも1つの酸基を含む少なくとも1種のモノエチレン性不飽和モノマーと、
    (C3)30〜70質量%の、少なくとも1種のモノエチレン性不飽和芳香族炭化水素と、
    (C4)0〜25質量%の任意の、(C1)〜(C3)とは異なるほかのエチレン性不飽和モノマーと
    のモノマー性構成単位から構成されるコポリマー(C)(該量は、それぞれコポリマー中の全モノマー構成単位の総量に対する値である)であり、前記大気条件は、温度0℃超から40℃および大気の相対湿度10%〜80%である、大気腐食防止のための金属表面への腐食防止塗膜の塗装用の調製物。
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