(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-06
(45)【発行日】2023-02-14
(54)【発明の名称】ベア金属表面の酸化を減らすためのカテコール化合物および官能化共反応化合物の予め形成された反応生成物の使用
(51)【国際特許分類】
C23C 22/78 20060101AFI20230207BHJP
C23C 22/00 20060101ALI20230207BHJP
【FI】
C23C22/78
C23C22/00 B
(21)【出願番号】P 2019534100
(86)(22)【出願日】2017-12-22
(86)【国際出願番号】 US2017068134
(87)【国際公開番号】W WO2018119373
(87)【国際公開日】2018-06-28
【審査請求日】2020-12-17
(32)【優先日】2016-12-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】391008825
【氏名又は名称】ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン
【氏名又は名称原語表記】Henkel AG & Co. KGaA
【住所又は居所原語表記】Henkelstrasse 67,D-40589 Duesseldorf,Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100106297
【氏名又は名称】伊藤 克博
(72)【発明者】
【氏名】ヴォンク、 ドナルド ロブ
(72)【発明者】
【氏名】レクター、 ルイス パトリック
【審査官】中西 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特表2005-513275(JP,A)
【文献】特開2014-070278(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第103435829(CN,A)
【文献】特開2007-297709(JP,A)
【文献】特表2016-513545(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2004/0079647(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 22/78
C23C 22/83
C23C 26/00
C25D 13/20
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工程a)少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種のカテコール化合物と反応性の1以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物の少なくとも1種の予め形成された反応生成物を含む水性混合物をベア金属基板表面に接触させ、プレリンスされた金属基板表面を提供することを含む工程、および
工程b)プレリンスした金属基板表面と少なくとも1種の第IV族金属を含む酸性水性化成コーティング組成物とを接触させることにより、プレリンス金属基板表面を化成コーティングし、化成コート金属基板を提供することを含む工程
を含む方法であって、
少なくとも1種の共反応化合物は、
少なくとも1種の直鎖状または分岐状ポリエチレンイミンを含み、
少なくとも1種のカテコール化合物が、アミノアルキル置換カテコールおよびそれらの塩からなる群から選択され、
少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種の共反応化合物とを酸化条件下で反応させることによって得られる方法。
【請求項2】
予め形成された反応生成物には、アルデヒドを用いてマンニッヒ反応によって得られるポリマーは除かれる、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
アミノアルキル置換カテコールが、ドーパミン、3,4-ジヒドロキシ-L-フェニルアラニン、エピネフリン、ノルエピネフリン、α-メチルドーパミン、4-(2-(エチルアミノ)-1-ヒドロキシエチル)カテコール、N-イソプロピルドーパミン、4-(2-アミノプロピル)カテコール、N-メチルドーパミン、N、N-ジメチルドーパミン、6-フルオロドーパミン、ドペキサミンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
少なくとも1種のカテコール化合物が、少なくともドーパミンまたはその塩を含む、請求項1~
3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
少なくとも1種の共反応化合物が少なくとも1種の(メタ)アクリル官能化化合物を含む、請求項1~
4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、ポリマーである少なくとも1種の反応生成物を含む、請求項1~
5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、空気または酸素を反応混合物にバブリングまたはスパージングすること、または反応混合物を振盪または攪拌して気泡を導入することによって酸素が水性反応混合物に導入されるように選択された条件下で得られる、請求項1~
6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、分子状酸素の存在下で、1~20時間の間、10~100℃の温度で水性反応混合物中で少なくとも1種のカテコール化合物を少なくとも1種の共反応化合物と反応させることによって得られる、請求項1~
7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、5~500ppmの濃度で水性混合物中に存在する、請求項1~
8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
ベア金属基板表面と水性混合物との接触が、10~54℃の温度で10秒~20分の時間行われる、請求項1~
9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
水性混合物が、ベア金属基板表面と接触したときに、4~11のpHを有する、請求項1~
10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
工程a)の間に、少なくとも1種の予め形成された反応生成物を含む不動態化バリア層がベア金属基板表面上に形成される、請求項1~
11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
ベア金属基板表面が、アルカリ洗浄剤で金属基板の汚染表面を洗浄することによって得られる、請求項1~
12のいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
ベア金属基板表面が鉄を含む、請求項1~
13のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
<関連出願への相互参照>
【0002】
本出願は、2016年12月22日に出願された米国仮特許出願第62/437,696号の優先権を主張し、その開示は全ての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0003】
<発明の分野>
本発明は、化成コーティング前のベア金属表面の酸化(例えばフラッシュラスティング)を防止または抑制するための方法に関する。
【背景技術】
【0004】
<発明の背景>
多くの消費財および工業製品は金属基板から形成され、元素にさらされている。そのため、これらの金属製品は腐食環境にさらされ、それらはしばしば防食コーティングおよび塗料を含む保護コーティングで被覆されている。そのような多くの防食コーティングは化成コーティングとして知られている。化成コーティングは、金属表面を金属前処理組成物、すなわち、化成コーティング組成物と接触させることによって形成される、金属表面を改質し、その上に化成コーティングを形成する一種の金属前処理であると当該技術分野において理解されている。これらの化成コーティングは金属の耐食性を向上させるが、化成コーティングのさらなる改良は、自動車および大型家電用途に対する継続的な市場要求である。
【0005】
金属基板上に化成コーティング層を塗布するための典型的な方法は、洗浄、リンス、化成コーティングの塗布、後リンスまたはシーリング、および塗装(例えば、E-コーティングとしても知られる電気泳動コーティングによる)を含む。保護油が除去された後、ベア金属表面は非常に反応性であり、鋼鉄基板の場合には基板は酸化するかまたはフラッシュラストすることがある。フラッシュラストの形成は、リンス工程の滞留時間が長くなると悪化する可能性がある。金属表面上の目に見える酸化生成物(錆)が、近傍の非酸化領域よりも大きい乾燥フィルム厚さの増大された領域として定義されるEコート表面の外観不良をもたらすことはよく知られている。これらの塗料の欠陥は修理や手直しに費用がかかり、避けるべきである。このようなE-コート外観欠陥に加えて、基板の酸化(フラッシュ-ラスト)は典型的にはコーティングされた物品の塗料接着性および耐食性を低下させる。リンス中の酸化の問題に対する現在の解決策の1つは、リンス段階で亜硝酸ナトリウムを使用することを含む。しかし、環境上の制約から、この解決策はすべての地域に適用できるわけではない。したがって、ベア金属基板表面によって示される酸化またはフラッシュラスティングの量を防止または低減する代替方法の開発が非常に望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
<発明の要約>
本発明の一態様(「態様1」)によれば、以下の工程を含む、本質的にそれからなる、またはそれからなる方法が提供される。
工程a)ベア金属表面に、(水に加えて)少なくとも1種のカテコール化合物と、少なくとも1種のカテコール化合物と反応性の1つ以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物との少なくとも1種の予め形成された反応生成物(本明細書では以後「予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物」とも呼ばれる)を含む、本質的にそれからなる、またはそれからなる水性混合物(本明細書では以後「リンス溶液」または「プレリンス溶液」とも呼ばれ、真の溶液または分散液の形態であってもよく、好ましくは貯蔵安定性である)を接触させ、プレリンスされた金属基板表面を提供することを含む、本質的にそれからなる、またはそれからなる工程、および
工程b)プレリンスされた金属基板表面を化成コーティングして化成コートされた金属基板を提供することを含むか、本質的になるか又はそれからなる工程。
【0007】
本明細書で使用するとき、反応生成物に言及するときの用語「予め形成された」は、反応生成物を含む水性混合物をベア金属基板表面に接触させる、そのような接触の例えば少なくとも5、30または60分前に、反応生成物が形成されたことを意味する。
【0008】
したがって、そのような予め形成された反応生成物は、ベア金属基体表面の存在下水中でカテコール化合物と共反応化合物とを組み合わせることによってその場で形成される、反応生成物が、ベア金属表面に基本的に同時に形成および堆積する反応生成物と対比される。したがって、本発明は、少なくとも1種のカテコール化合物と、少なくとも1種のカテコール化合物と反応する1以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物とを反応させて少なくとも1種の予め形成された反応生成物を得ること、一定期間(例えば、少なくとも1日、または少なくとも5、10、15、20、25または30日)少なくとも1種の予め形成された反応生成物を貯蔵すること、一定期間貯蔵した後予め形成された反応生成物を用いて、作業浴を調製すること、作業浴をベア金属基板表面と接触させて、プレリンスされた金属基板表面(その後、化成コーティングしてもよい)を提供することを含んでもよい。
【0009】
前述の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物は、洗浄後のリンス段階中に使用されると、金属基板の表面を不動態化する。予め形成された反応生成物は金属の表面に堆積し、不動態化バリヤー層を形成し、化成コーティング層の堆積前に酸化/フラッシュ-ラスト形成を防止または抑制すると考えられる。バリヤーフィルムを形成する能力に加えて、予め形成された反応生成物は還元能力を有することができ、そのためそれ自体金属基板表面の酸化を防止または遅延させるための還元剤として作用することができる。理論に拘束されることを望まないが、予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物は、金属基板表面に存在するイオンを還元することによって、および/または金属基板表面と比較して優先的に酸化されることによって機能し得る。
【0010】
本発明に従った予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物を使用するフラッシュ-ラストの除去または減少は、長い滞留時間または高温あっても明らかである。さらに、そのような予め形成された反応生成物を含む水性混合物でリンスすることは、Eコート外観欠陥(Eコートマッピング)の危険性を減らすのを助けることができる。
【0011】
予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物は、ベア金属基板表面に塗布されると、その後に塗布されるジルコニウムベースの化成コーティング系のジルコニウムコーティング量を減らすことができることも見出された。この特性は、その後の化成コーティング組成物の堆積を制御するために、すなわちそのような化成コーティング段階における長い滞留時間の間に堆積される(たとえば、ライン停止中に起こり得る)化成コーティングの量を制限するために利用することができる。
【0012】
予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物は、洗浄後のリンス段階で使用されるとき、良好な塗料接着性および腐食特性を提供するために金属基板表面を改質することもできる。
【0013】
本発明のさらなる態様は以下のように要約することができる。
【0014】
態様2:少なくとも1種のカテコール化合物と反応性のある1以上の官能基が、(メタ)アクリル基、二級アミノ基、一級アミノ基、チオール基およびヒドロキシル基からなる群から選択される一以上の官能基を含む態様1の方法。
【0015】
態様3:少なくとも1種のカテコール化合物が少なくとも1種のアミン官能化カテコール化合物またはその塩を含む、態様1または2に記載の方法。
【0016】
態様4:少なくとも1種のカテコール化合物が、カテコールおよびアミノアルキル官能化カテコールおよびそれらの塩からなる群から選択される少なくとも1種のカテコール化合物を含む、態様1~3のいずれかに記載の方法。
【0017】
態様5:少なくとも1種のカテコール化合物が少なくともドーパミンまたはその塩を含む、態様1~4のいずれかに記載の方法。
【0018】
態様6:少なくとも1種の共反応化合物が少なくとも1種のアミン化合物を含む、態様1~5のいずれかに記載の方法。
【0019】
態様7:少なくとも1種のアミン化合物が、1分子あたり、1級アミン基、2級アミン基または1級および2級アミン基の両方である2つ以上のアミン基を含有する少なくとも1種のポリアミンを含む、態様6の方法。
【0020】
態様8:少なくとも1種のアミン化合物が、-[CH2CH2NH]-構造を有する複数の繰り返し単位を含む少なくとも1種のオリゴマーまたはポリマーアミン化合物を含む、態様6または7に記載の方法。
【0021】
態様9:少なくとも1種のアミン化合物が、少なくとも1種の直鎖状または分岐状ポリエチレンイミンを含む、態様6~8のいずれかに記載の方法。
【0022】
態様10:少なくとも1種のカテコール化合物が少なくとも1種のアミノ官能化カテコール化合物またはその塩を含み、少なくとも1種の共反応化合物が少なくとも1種の(メタ)アクリル官能化共反応化合物を含む、態様1~5のいずれかに記載の方法。
【0023】
態様11:少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、ポリマーである少なくとも1種の予め形成された反応生成物を含む、態様1~10のいずれかに記載の方法。
【0024】
態様12:少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種の共反応化合物とを酸化条件下で反応させることによって得られる、態様1~11のいずれかに記載の方法。
【0025】
態様13:少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、水性反応混合物中で少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種の共反応化合物とを分子状酸素の存在下で(望ましくは、ベア金属基板表面が全く存在しない状態で)10~100℃で1~20時間反応させることによって得られる、態様1~12のいずれかの方法。
【0026】
態様14:少なくとも1種の予め形成された反応生成物が、5~500ppmの濃度で水性混合物中に存在する、態様1~13のいずれかの方法。
【0027】
態様15:ベア金属基板表面を水性混合物と接触させることが、10~54℃の温度で10秒~20分の時間にわたって行われる、態様1~14のいずれかの方法。
【0028】
態様16:水性混合物が、ベア金属基板表面と接触したときに、4.5~11のpHを有する、態様1~15のいずれかの方法。
【0029】
態様17:工程a)の間に、少なくとも1種の予め形成された反応生成物を含む不動態化バリア層がベア金属基板表面上に形成される、態様1~16のいずれかに記載の方法。
【0030】
態様18:ベア金属基板表面がアルカリ洗浄剤で金属基板の汚染表面を洗浄することによって得られる、態様1~17のいずれかに記載の方法。
【0031】
態様19:工程b)が、プレリンスされた金属基板表面を少なくとも1種のIV族金属を含む酸性水性化成コーティング組成物と接触させることを含む、態様1~18のいずれかに記載の方法。
【0032】
態様20:ベア金属基板表面が鉄を含む、態様1~19のいずれかに記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0033】
予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物
前述のように、(水に加えて)少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種のカテコール化合物と反応する1以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物との少なくとも1種の予め形成された反応生成物を含む水性混合物(「予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物」)は、本発明の方法において利用される。水性混合物は、溶液または分散液、好ましくは貯蔵安定性の溶液または分散液の形態であり得る。本明細書で使用するとき、用語「分散液」は、混合物の成分のいずれも水性媒体に溶解していない混合物、ならびに混合物の1つ以上の成分の一部が水性媒体に溶解している混合物を含む。
【0034】
一般に、カテコール化合物および共反応化合物を選択し反応させて、これらの反応物に由来する複数の有機残基または部分が互いに共有結合している1以上の有機反応生成物を得る。
【0035】
典型的には、形成される反応生成物はポリマーである。例えば、予め形成された反応生成物は架橋ポリマーであり得る。本発明の有利な実施形態によれば、予め形成された反応生成物は水に可溶である。例えば、予め形成された反応生成物は、25℃で少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも5重量%または少なくとも10重量%の水中溶解度を有し得る。しかしながら、他の実施形態では、予め形成された反応生成物は水中に分散可能であり、好ましくは貯蔵安定性の分散液を提供する。
【0036】
カテコール化合物
本明細書で使用される「カテコール化合物」という用語は、芳香環系の隣接炭素原子上に位置する少なくとも2つのヒドロキシル基を含む芳香環系を有する有機化合物を意味する。適切なカテコール化合物には、少なくとも1つの1,2-ジヒドロキシベンゼン部分、すなわち互いにオルト位のヒドロキシル基を有する芳香環を含む化合物が含まれ、ここで芳香環は(ヒドロキシル基が位置する場所以外の位置で)水素以外の1以上の置換基で置換され得る。2種以上の異なるカテコール化合物の組み合わせが使用されてもよい。
【0037】
本発明の特定の態様によれば、式(I)による1種以上のカテコール化合物を利用することができる。
【0038】
【0039】
R1、R2、R3およびR4は、互いに同じでも異なっていてもよく、水素または例えばアルキル(例えばメチル、エチル、n-プロピル、n-ブチルおよびそれらの異性体などのC1~C12アルキル)、アルケニル、ハロ、アミノアルキル、ヒドロキシアルキル、カルボキシ、アルコキシ、アリール、アロキシ、ニトロ、スルホなど、およびそれらの組み合わせなど水素を置換するのに適するいずれの置換基であってもよい。本発明の特定の有利な実施形態では、カテコール化合物は、一級もしくは二級アミン基またはその塩(例えば、ハロゲン化水素酸塩)などの少なくとも1種のアミン官能基を含有する。
【0040】
特定の実施形態によれば、カテコール化合物は水に可溶である。例えば、カテコール化合物は、25℃で少なくとも10g/L、少なくとも50g/L、少なくとも100g/L、さらにはそれ以上の水(例えば、純粋な中性水)への溶解度を有することができる。しかしながら、他の実施形態では、カテコール化合物は水中に分散可能であり得る。
【0041】
適切なカテコール化合物の例示的で非限定的な例には、カテコール、アルキル置換カテコール(例えば、3-メチルカテコール、4-メチルカテコール、p-t-ブチルカテコール、3-エチルカテコール、3,5-ジ-t-ブチルカテコール、3-イソプロピルカテコール、4-イソプロピルカテコール、4-プロピルカテコール、3-プロピルカテコール、4-ペンチルカテコール、4-ブチルカテコール、3,4-ジメチルカテコール)、アミノアルキル置換カテコールおよびそれらの塩(ドーパミン、3,4-ジヒドロキシ-L-フェニルアラニン、エピネフリン、ノルエピネドリン、α-メチルドーパミン、4-(2-(エチルアミノ)-1-ヒドロキシエチル)カテコール、N-イソプロピルドーパミン、4-(2-アミノプロピル)カテコール、3、4-ジヒドロキシベンジルアミン、N-メチルドーパミン、N、N-ジメチルドーパミン、6-フルオロドーパミン、ドペキサミン、5-アミノエチルピロガロール、および塩酸塩および臭化水素酸塩などのハロゲン化水素酸塩を含むそれらの塩など)、ヒドロキシアルキル置換カテコール(例えば3,4-ジヒドロキシベンジルアルコール、4-ヒドロキシメチルカテコール)、アルケニル置換カテコール(例えば、3,4-ジヒドロキシスチレン)、ハロ置換基カテコール(例えば、4-クロロカテコール、4-フルオロカテコール、3-フルオロカテコール、4,5-ジクロロカテコール、テトラブロモカテコール、テトラクロロカテコール)、アルコキシ置換カテコール(例えば、3-メトキシカテコール、4-メトキシカテコール)、アロキシ置換カテコール(例えば、3-フェノキシカテコール)、アリール置換カテコール(例えば、4-フェニルカテコール、3,3’,4,4’-テトラヒドロキシビベンジル)、カルボキシ置換カテコール(例えば、3,4-ジヒドロキシアセトフェノン、3,4-ジヒドロキシブチロフェノン、4-(クロロアセチル)カテコール、エチル3,4-ジヒドロキシベンゾエート)、ニトロ置換カテコール(例えば、4-ニトロカテコール、3,4-ジニトロカテコール)、スルホ置換カテコール(例えば、4-スルホカテコールおよびその塩)、アミノ置換カテコール(例えば、4-アミノカテコール、6-アミノドーパミンおよびそれらの塩、特にハロゲン化水素酸塩)などが含まれる。2つ以上の異なるカテコール化合物の組み合わせを用いてもよい。
【0042】
共反応化合物
1種以上の共反応化合物を1種以上のカテコール化合物と反応させて本発明に有用な予め形成された反応生成物を形成する。適切な共反応化合物(本明細書では時に「官能化共反応化合物」と呼ばれる)は、使用されるカテコール化合物と反応性の1分子あたり1つ以上(好ましくは2つ以上)の官能基を含む化合物である。特に、反応性官能基は、(メタ)アクリル基、二級アミノ基、一級アミノ基、チオール基およびヒドロキシル基からなる群から選択されてもよい。好ましい実施形態では、1分子当たり2個以上の第一級および/または第二級アミノ基を含む少なくとも1種の共反応化合物が利用される。本発明のさらなる実施形態によれば、共反応化合物は、1分子当たり、少なくとも3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、200以上の反応性官能基(例えば、(メタ)アクリル基、第二級アミノ基、第一級アミン基、チオール基および/またはヒドロキシル基)を含む。共反応化合物が1分子当たり2個以上の反応性官能基を含む場合、反応性官能基は互いに同じでも異なっていてもよい。
【0043】
理論に縛られることを望まないが、第二級アミノ基、第一級アミノ基、チオール基およびヒドロキシル基は、例えば、マイケル付加反応などの求核反応を通じてカテコール化合物内の1つ以上の部位で共有結合を形成することができる求核官能基であると考えられ得る。本明細書で使用される場合、用語(メタ)アクリル基は、例えば、アクリレート(-OC(=O)CH=CH2)、メタクリレート(-(OC(=O)C(CH3)=CH2)、アクリルアミド(-NHC(=O)CH=CH2)またはメタクリルアミド(NHC(=O)C(CH3)=CH2)などアクリル構造(-C(=O)CH=CH2)またはメタクリル構造(-C(=O)C(C3)=CH2)によって特徴付けられる官能基を指す。本発明の一実施形態によれば、1つ以上の(メタ)アクリル官能基を含む官能化共反応化合物が使用される場合、(例えば、マイケル型付加反応を介して)(メタ)アクリル官能基と反応することができる一級アミノ、二級アミノ、チオールまたはヒドロキシル基を含む、少なくとも1種のカテコール化合物も使用される。
【0044】
共反応化合物は、モノマー、オリゴマーまたはポリマーであり得る。適切な共反応化合物には、例えば、分子当たり複数の第一級および/または第二級アミノ、チオールおよび/またはヒドロキシル基を含むポリアミン(例えば、ポリエチレンイミン)、ポリチオールおよびポリアルコールが含まれる。官能基は脂肪族および/または芳香族炭素原子上で置換されていてもよい。
【0045】
本発明の望ましい実施形態では、共反応化合物または共反応化合物の組み合わせは水に可溶である。例えば、共反応化合物は、25℃で少なくとも10g/L、少なくとも50g/L、少なくとも100g/Lまたはそれ以上の水への溶解度を有することができる。しかしながら、他の実施形態では、共反応化合物は水中に分散可能であり得る。
【0046】
本発明の有利な実施形態は、少なくとも1種の共反応化合物が、構造-[CH2CH2NH]-を有する複数の繰り返し単位を含む少なくとも1種のオリゴマーまたはポリマーアミン化合物を含む実施形態を含む。そのようなオリゴマーおよびポリマーアミン化合物は、構造的に直鎖または分枝であり得る。本発明の望ましい実施形態によれば、1種以上の直鎖状または分枝状の1種以上のポリエチレンイミンを共反応化合物として使用することができる。より高い分子量のポリエチレンイミン(例えば、2,000,000までの数平均分子量を有する)を用いることもできるが、ポリエチレンイミンは、たとえば、(ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定して)200~100,000、500~50,000または800~25,000の数平均分子量を有してもよい。エトキシル化ポリエチレンイミンなどの修飾ポリエチレンイミンも使用に適している。ポリエチレンイミンは、例えばアジリジンの開環重合によって調製することができる。
【0047】
適切な共反応化合物の他の例示的で非限定的な例には、構造式H2N(CH2CH2NH)nCH2CH2NH2(nは0または1~10の整数)に対応するアミン、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アミン末端ポリエーテルポリオール、チオール末端ポリエーテルポリオール、ポリビニルアルコール、ポリアリルアミン、ポリチオールアルカン(任意に1つ以上のエーテル酸素を含有する)、ポリビニルアミンなどが含まれる。官能化共反応化合物は、構造的に直鎖または分枝(高分枝構造および樹枝状構造を含む)であり得る。
【0048】
1以上の(メタ)アクリル官能基を含む適切な共反応化合物の例には、メタクリルアミドエチルエチレン尿素が含まれる。
【0049】
予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物の製造方法
本発明の方法で使用されるカテコール化合物と官能化共反応化合物との予め形成された反応生成物は、当技術分野で公知の任意の適切な技術を使用して調製することができる。例えば、反応は、酸化条件および/またはカテコール化合物と官能化共反応化合物との縮合を達成するのに有効な条件下で実施され得、それによってポリマー反応生成物を形成する。正確な反応メカニズムは、十分には理解されておらず、得られた反応生成物は一般に構造が複雑である。しかしながら、少なくともいくつかの場合において、反応の少なくとも一部は、一方の反応体中の求核剤(マイケル供与体)を他方の反応体中の求電子部位(マイケル受容体)にマイケル付加することによって進行すると考えられる。例えば、共反応化合物がアミノ(第一級または第二級)、チオールまたはヒドロキシル基を含有する場合、そのような求核性官能基は、マイケル付加型反応を介してカテコール化合物に付加することができる。別の例として、カテコール化合物が第一級または第二級アミノ基などの求核基を含む場合、そのような求核基は共反応化合物中の(メタ)アクリル基に(やはりマイケル付加型メカニズムによって)付加することができる。
【0050】
そのようなマイケル付加型反応は、典型的には、共有ヘテロ原子-炭素結合(例えば、窒素-炭素共有結合)の形成をもたらす。しかしながら、反応物間に共有結合の形成をもたらす他の種類の反応も起こり得る。1つ以上の反応物の内部反応も起こり得る。例えば、カテコール化合物がドーパミンなどのアミノエチル置換カテコールである場合、インドール基を形成するためのアミノエチル基の環化が観察され得る。炭素-炭素および/または窒素-窒素カップリング反応も起こり得る。
【0051】
少なくとも特定の態様によれば、カテコール化合物、官能化共反応化合物および予め形成された反応生成物は全て水に可溶である。しかしながら、他の実施形態では、カテコール化合物、官能化共反応化合物および/または予め形成された反応生成物の1種以上は水中に分散可能である。
【0052】
本発明に従って使用するのに適した反応生成物を形成する例示的な方法は、以下の工程を含み得る:a)少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種のカテコール化合物と反応性のある1以上の官能基(例えば、(メタ)アクリル基、2級アミノ基、1級アミノ基、チオール基およびヒドロキシル基からなる群から選択される1以上の官能基)を有する少なくとも1種の共反応化合物との水性混合物を含む反応混合物を形成する、および
b)酸化条件下(例えば、分子状酸素が空気または他の分子状酸素含有ガスの形態で反応混合物に導入されるように選択された条件;分子状酸素以外の酸化剤も使用できる)少なくとも1種のカテコール化合物を少なくとも1種の共反応化合物と反応させて少なくとも1種の予め形成された反応生成物を形成するのに十分な時間、反応混合物を反応させる、および
c)任意選択で、少なくとも1種の予め形成された反応生成物を精製する。
【0053】
酸化条件は、分子状酸素(O2)および/または他のオキシダント(酸化剤)を反応混合物に導入することによって提供されてもよい。適切な例示的酸化剤には、分子状酸素に加えて、オゾン、過酸化物化合物(例えば、過酸化水素)、過硫酸塩などが含まれる。
【0054】
非限定的な例として、空気または酸素を反応混合物にバブリングまたはスパージングすること、反応混合物を振盪または攪拌して気泡を導入することなどを含む、当業者に公知の方法によって酸素を反応混合物に導入することができる。反応条件は、約10℃~約100℃の範囲、望ましくは14℃~60℃の範囲、好ましくは約20℃~50℃の範囲内の温度で、カテコール化合物と官能化共反応化合物との所望量の予め形成された反応生成物を生成するのに十分な時間、維持することを含む。特に反応が加圧下または密閉容器中で行われる場合、より高い反応温度(例えば100℃を超える温度)もまた用いられ得る。反応条件は、一般に、反応混合物が液体のままであるように選択される。反応時間は、1~20時間、望ましくは約3~約14時間の範囲であり、一実施形態では5~7時間であり得る。
【0055】
他の実施形態における反応時間は、他の要因のうち、カテコール化合物および共反応化合物の反応性、反応温度および圧力、ならびに酸化剤(例えば、O2)の利用可能性に応じて、そのような条件が、得られる反応生成物の性能に許容できない程度に悪影響を及ぼさない限り、30分程度であってもよい。反応生成物は、ポリマー技術分野で知られている手順のいずれかを使用して、連続合成プロセスで製造することができ、そのような方法では、5~30分程度の滞留時間を使用することができる。
【0056】
一実施形態では、金属基板表面を洗浄した後および/または金属基板表面に化成コーティングを塗布する前にリンスとして水性混合物の形態で使用するのに適した予め形成された反応生成物は、以下の工程を含む方法によって調製できる。
a)少なくとも1種のカテコール化合物(例えば、ドーパミンまたはドーパミンのハロゲン化水素酸塩)および(メタ)アクリル基、第二級アミノ基、第一級アミノ基、チオール基およびヒドロキシル基(例えば、ポリエチレンイミン)からなる群から選択される1つ以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物の水性反応混合物を提供する、および
b)水性反応物混合物を激しいボルテックスで攪拌しながら20~50℃の温度で5~7時間攪拌し、それによってカテコール化合物と共反応化合物との予め形成された反応生成物を形成する。
【0057】
共反応化合物中のカテコール化合物対反応性官能基((メタ)アクリル、アミノ、チオール、ヒドロキシル)のモル比は、特に重要であるとは考えられない。しかしながら、ある実施形態において、共反応化合物中のカテコール化合物対反応性官能基のモル比は、1:0.05~1:25または1:0.05~1:10である。一実施形態では、カテコール化合物に対してモル過剰の反応性官能基が利用される。しかしながら、水溶性である予め形成された反応生成物、例えば25℃で少なくとも0.1、少なくとも1、少なくとも5または少なくとも10重量%の水中での溶解度を有する予め形成された反応生成物を提供するのに有効であるモル比を選択することが一般に望ましい。カテコール化合物の重量による量は、特に多い必要はない。すなわち、ベア金属基板表面の耐酸化性を高めるのに有効な予め形成されたカテコール化合物/官能化共反応化合物反応生成物は、比較的少量のカテコール化合物(例えば、カテコール化合物および官能化共反応化合物の総重量に基づいて、総計で5~25、5~20、または、5~15重量%)を用いて調製することができる。
【0058】
得られた予め形成された反応生成物は、本発明に従ってプレリンス溶液中で使用される前に1つ以上の精製工程に付されてもよい。そのような方法としては、例として、濾過、透析、膜処理、イオン交換、クロマトグラフィーなど、およびそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、予め形成された反応生成物を調製するために使用される反応物に応じて、ハロゲン化物塩が副生成物として形成されることがある。そのようなハロゲン化物塩(特に塩化物塩)の存在がプレリンス溶液の性能に有害であると決定された場合、それらは任意の適切な方法、例えばハロゲン化物と害の少ないアニオンを交換することが可能なイオン交換樹脂での処理により除去または減少させることができる。未反応カテコール化合物および/または未反応共反応化合物が予め形成された反応生成物と共に存在する場合、そのような未反応物質は、所望ならばリンス工程で予め形成された反応生成物を使用する前に除去してもよい。
【0059】
しかしながら、本発明の特定の実施形態では、プレリンスとして使用されるときの水性混合物は、未反応カテコール化合物、未反応共反応化合物、または未反応カテコール化合物と未反応共化合物の両方を予め形成された反応生成物に加えてさらに含む。本発明の利点は、予め形成されたカテコール化合物/官能化共反応化合物反応生成物の水性混合物(例えば水溶液または水性分散液、好ましくは貯蔵安定性である)を前もって調製しそして予め形成されたカテコール化合物/官能化共反応化合物反応生成物をベア金属基板表面と接触させることが望まれる時まで安定な溶液形態で便利に貯蔵できることである。したがって、処理時間の著しい遅延を招く可能性があると思われる、プレリンス操作中に反応生成物をその場で形成することは必要ではない。
【0060】
本明細書で使用されるとき、混合物(溶液または分散液にかかわらず)に言及するときの用語「貯蔵安定性」は、20℃で少なくとも3ヶ月の観察期間にわたって密封容器に貯蔵された後の混合物を意味する。その間混合物が機械的に未かく乱であり、人間の裸眼で見ることができるいかなる物質からの相分離も沈殿も沈下も示さない。
【0061】
プレリンス液
本発明の態様によれば、少なくとも1種のカテコール化合物と少なくとも1種のカテコール化合物と反応性の1つ以上の官能基を含む少なくとも1種の共反応化合物との少なくとも1種の予め形成された反応生成物の水性混合物をベア金属基板表面に接触させる。そのような水性混合物(これは溶液または分散液の形態であり得、そして好ましくは貯蔵安定性混合物である)は任意の適当な方法により形成されうる。例えば、(例えば、反応物が水中に分散または溶解している間にカテコール化合物と官能化共反応化合物との反応を実施した結果として)少なくとも1種の予め形成された反応生成物が水性分散液または溶液として得られる場合、そのような水性混合物は直接、または水性混合物を特定の所望の最終用途濃度に希釈した後に使用してもよい。水のみをそのような希釈に使用することができるが、本発明の他の実施形態では、1以上の他の種類の成分を水性混合物に含めることができると考えられる。例えば、酸、塩基または緩衝剤を水溶液に混合してそのpH特性を変えることができる。本発明の特定の実施形態における水性混合物は塩基性であるが、他の実施形態においては酸性または中性であり得る。本発明の特定の実施形態では、水性混合物のpHは、ベア金属基板表面と接触したとき(すなわち、プレリンス作業浴中で使用されたとき)、例えば、4.5~11、5~11.5、7~10.5、7~11、7~10、8.5~10、または8~10であり得る。
【0062】
使用されるとき(すなわち、ベア金属基板表面と接触するとき)、水性混合物は、例えば5~10,000ppm、5~5000ppm、5~4000ppm、5~2000ppm、5~1500ppm、5~100ppm、5~750ppm、5~500ppmの予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物の濃度を有することができる。
【0063】
水と予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物とを含む濃縮物の利用もまた本発明によって企図され、ここで予め形成された反応生成物の濃度は水性混合物中のベア金属基板表面と接触させる予め形成された反応生成物の所望の濃度より高い。本発明に従ってベア金属基板表面を処理する前に、濃縮物をそのような所望の最終使用濃度を達成するのに有効な量の水と組み合わせることができる。そのような濃縮物中の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物の濃度は、例えば、0.25~90重量%または1~75重量%であり得る。
【0064】
ベア金属基板表面と繰り返し接触する水性混合物(作業浴)は、時間とともに、予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物の濃度に関して使い尽くすことがある。これが起こった場合、作業浴中の水性混合物は、所望の濃度を回復するのに有効な量の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物(例えば濃縮物形態)の添加によって補充することができる。さらに、水性混合物を含有する繰り返し使用される作業浴は、アルカリ性ビルダー(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩など)、界面活性剤および油/グリース/汚れの汚染物質のような洗浄段階から持ち越される様々な成分をいくらか蓄積することがある。そのような成分のレベルが作業浴の性能または加工される化成コート金属基板の品質が悪影響を受けるようになると、作業浴の内容物を廃棄しそして交換または処理してそのような成分を除去または減少させる。あるいはそうでなければ(例えばpH調整および/またはイオン交換により)それらの効果を相殺する。
【0065】
プレリンス液の使用
本発明に従って、予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物を含む水性混合物を金属基板の清浄化された表面と接触させる。そのような接触は、例えばスプレー、浸漬、浸漬、はけ塗り、ロールコーティングなどの任意の適切な方法によって達成することができる。典型的には、そのような接触中の水性混合物は、周囲温度(例えば、室温)から周囲温度よりもやや高い温度までの温度に維持される。例えば、作業浴中の水性混合物の温度は10~54℃、16~49℃または32~43℃であり得る。
【0066】
接触時間は、有効量の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物をベア金属基板表面上に堆積させるのに十分な時間となるように選択されるべきである。同じ条件下でベア金属基板表面を水のみと接触させる対照と比較して、表面が空気に曝されると金属基板の表面上の酸化(フラッシュラスト)量を減少するのに有効な量として一般には見なすことができる。典型的には、0.1~30分(例えば、5秒~20分、または10秒~20分、または30秒~6分)の接触時間が適切であろう。
【0067】
所望の接触時間に達すると、接触は中止され、プレリンスされた金属基板はさらなる処理工程に進むことができる。例えば、スプレーを停止してもよく、またはプレリンス金属基板を含む物品を浸漬浴から取り出してもよい。残留または余剰の水性混合物は、金属基板のリンスされた表面から洗い出してもよい。残留水溶液または余剰水溶液の除去は、点滴乾燥、スクイージー、拭き取り、水切りまたは水でのリンスなどの任意の適切な方法または方法の組み合わせによって達成することができる。特定の実施形態によれば、プレリンス金属基板表面は乾燥されてもよい(例えば、空気乾燥、加熱またはオーブン乾燥)。他の実施形態では、プレリンスされた金属基板は、化成コーティングなどのさらなる処理工程を進める前に乾燥されない。
【0068】
金属基板
本発明は、いったん洗浄されると酸化されやすい金属基板表面、特に分子状酸素(例えば空気)に曝されたときにフラッシュラスティングを示すベア金属表面の処理に関して特に有用である。鉄(鉄含有)金属基板は、例えば、本発明に従って処理することができる。例示的な金属基板としては、限定されないが、鉄;冷間圧延鋼、熱間圧延鋼、およびステンレス鋼などの鋼基板;鉛金属で被覆された鋼;電気亜鉛めっき鋼、ガルバリウム、亜鉛めっき鋼、および溶融亜鉛めっき鋼などの亜鉛合金;マグネシウム合金;アルミニウム合金およびアルミニウムメッキ鋼基板が挙げられる。2種類以上の金属基板を含む部品または物品は、本明細書に記載の手順に従って処理することができる。本発明はまた、鉄含有成分または層が鉄を含有しない金属コーティング(例えば、亜鉛コーティング)で覆われている金属基板であって、鉄含有成分または層が切断、成形、取り付け、サンディング、研削、研磨、スコーリング(scoring)などの作業の結果として露出されたものを使用して実施してもよい。
【0069】
本明細書で使用されるとき、用語「ベア金属基板表面」は、本質的にいかなる汚染物質も含まず、化成コートされていない、または他の何らかの物質でコートされていない金属基板の金属表面を指す。本発明の特定の態様によれば、予め形成されたカテコール化合物/官能化共反応化合物反応生成物で処理されるベア金属基板表面は、汚染された金属基板表面(特にベア金属基板表面であるが汚れ、グリース、油などの表面汚染物質が存在する)を洗浄することによって得られる。例えば、金属基板表面を、本発明に従って予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物を含む水性混合物と接触させる前に、例えば穏やかなまたは強いアルカリ性洗浄剤、中性洗浄剤および酸性洗浄剤を含む、当技術分野で公知のまたは従来から使用されている洗浄手順および材料のいずれかを用いてその表面を洗浄してグリース、油、汚れまたは他の異物および汚染物質を除去することができる。
【0070】
金属表面を洗浄する方法は、例えば、Murphyの「Metal Surface Treatments、Cleaning」、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology、2000年に記載されている。水性および非水性(すなわち、有機溶媒系洗浄剤を使用することができる。適切な洗浄剤の成分としては、例えば、無機塩基(例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩)、ビルダー(例えば、リン酸塩、ケイ酸塩)、界面活性剤、水、有機溶媒などが挙げられる。アルカリ性洗浄剤の例には、Parco(登録商標)Cleaner ZX-1(登録商標)、Parco(登録商標)Cleaner 315、およびBonderite(登録商標)C-AK T51が含まれ、これらはそれぞれミシガン州マディソンハイツのHenkel Corporationから入手可能である。洗浄剤は、スプレー、浸漬、拭き取りなどの、汚染物質を除去するのに適していることが知られている任意の方法を使用して金属基板表面に塗布され接触させることができる。このような接触中の温度は、例えば、ほぼ室温から室温より幾分高い温度(例えば、20℃~50℃)であり得る。
【0071】
洗浄剤と金属基板との間の接触の持続時間は、所望の程度の汚染物質除去を達成するのに有効な任意の時間であり得る(例えば、10秒~5分)。汚染物質の除去を助けるために機械的作用を利用することができる。そのような目的のために使用される洗浄剤は典型的には液体または溶液の形態であるが、研磨、サンドブラストまたは他の乾燥媒体によるブラストなどの機械的手段のみを使用して金属基板表面を洗浄することも可能である。洗浄工程後の金属基板は、1つ以上の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物を含む溶液または分散液と接触させる前に、任意に1つ以上のさらなる工程にかけることができる。例えば、金属基板表面は、洗浄後に水および/または酸性水溶液で1回以上リンスしてもよい。
【0072】
ベア金属基板表面はまた、切断、スコーリング、やすり掛け、研削、研磨、研磨などの、ベア金属表面が生成される金属物品を形成または仕上げする方法によって調製することもできる。
【0073】
化成コーティング工程
金属基板のベア金属表面を予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物を含む水性混合物と接触させることを含む工程に続いて、金属基板表面は化成コーティング工程に付される。化成コーティング工程は、接触工程の直後または上記のさらなるリンス工程の後、または接触工程に続く長期間の後に行われ得る。ベア金属基板表面をこのような水性混合物にさらし、それによっていくらかの量の予め形成されたカテコール化合物/共反応化合物反応生成物がベア金属基板表面に堆積することは、金属基板表面を酸化から保護するのに役立つ。したがって、本発明は、コーティングラインがある期間中断される可能性があるコーティング操作、またはベア金属基板が化成コーティングされる前に保管されることになっているコーティング操作において非常に有用である。
【0074】
本発明に関しては、任意の公知の化成コーティング技術を実施することができる。化成コーティングは、金属の表面が化学的または電気化学的プロセスによってコーティングに変換される金属用のコーティングである。例としては、クロメート化成コーティング、リン酸塩化成コーティング(例えば、リン酸鉄皮膜、リン酸亜鉛コーティング)、リン酸塩を含まない化成コーティング、IV族金属酸化物コーティング(例えば、酸化ジルコニウムコーティング)、ブルーイング、鋼の黒色酸化コーティング、および陽極酸化処理が挙げられる。典型的な化成コーティング法では、金属基板表面(予め洗浄および/またはリンスされていてもよい)を、金属基板表面に化成コーティング層を形成するのに有効な時間および温度で化成コーティング組成物と接触させる。最適または適切な条件は、金属基板表面および化成コーティング組成物中に存在する成分の性質によって決定され、そのような条件は当業者によく知られているかまたは容易に確認される。化成コーティングは、金属基板に装飾的な色または外観を追加するために、ならびに塗料プライマーとして、腐食防止のために使用され得る。
【0075】
例えば、化成コーティング工程は、典型的には他の成分も含有する(金属エッチャント(例えば、フッ化物)、場合により銅および/または硝酸塩および/または亜鉛および/またはSiベースの物質)一種以上の周期表第IV族金属、例えばZr、TiおよびHfを含む酸性水性化成コーティング組成物の使用を含み得る。このような化成コーティング組成物は、IV族金属酸化物堆積化成コーティング組成物(例えば、酸化ジルコニウム堆積化成コーティング組成物)と呼ばれることもある。1つのそのような化成コーティング組成物は、ヘンケルによって販売されているBonderite(登録商標)M-NT 1820として知られており、それは第IV族金属としてのZrをベースとしている。水性酸性化成コーティングは、例えば、5.0以下のpHを有していてもよく、50~750ppmの少なくとも1種の第IV族金属;0~50、1~50または5~50ppmの銅;10~100ppmの遊離フッ化物;場合によっては、3500ppm超の硝酸塩;そして任意に、シラン、SiO2、ケイ酸塩などのSiベースの物質を含んでも良い。
【0076】
一実施形態では、化成コーティング組成物(特に、IV族金属酸化物堆積化成コーティング組成物)は、金属基板を化成コーティング組成物と約2分間、24~40℃で接触させることによって、プレリンス反応性金属基板の表面に塗布され得る。接触は、浸漬、スプレー、ロールコーティングなどを含むがこれらに限定されない任意の適切な手段によって達成することができる。接触時間および温度は変動し得るが、典型的には10未満、好ましくは5分未満である。望ましくは、接触時間は少なくとも約1、3、5、10、15、20、30、40、50または60秒であり、そして約9、8、7、6、5、4、3または2分未満である。望ましくは、温度は少なくとも約21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31または32℃であり、約40、39、38、37、36、35、34未満である。より高いまたはより低い温度、例えば少なくとも浴の凝固点より高く50℃までの温度が、化成コーティングの堆積を妨害しないかまたは金属前処理作業浴または化成コーティングの性能に悪影響を及ぼさない限り、使用されてもよい。
【0077】
本発明はまた、化成コーティング工程がリン酸処理を含み、それによって金属リン酸塩(例えば、リン酸亜鉛)化成コーティングが金属基板表面上に形成されることも実施され得る。リン酸亜鉛処理は、金属基板をリン酸亜鉛処理組成物と接触させる、当該技術分野において周知の種類の化成コーティング処理である。今日のリン酸亜鉛コーティング溶液は、リン酸、亜鉛および他の化学物質(例えば、ニッケルおよび/またはマンガンなどの他の金属カチオン、ならびに硝酸塩、亜硝酸塩、塩素酸塩、フルオロホウ酸塩および/またはフルオロホウ酸などの他の種類のイオン)の希薄水溶液である。これは、金属の表面に適用されると、金属表面と反応して、リン酸亜鉛コーティングの金属表面上に非晶質または結晶質であり得る、実質的に不溶性の一体層を形成する。例えば、Bonderite(登録商標)-ZN 958などの商品名「Bonderite」でHenkel Corporationから販売されているリン酸亜鉛組成物を利用することができる。
【0078】
金属基板表面を化成コーティング組成物と接触させた後、化成コート金属基板は、例えば水でおよび/または後リンス溶液もしくは分散液(当技術分野では「シーラー」と呼ばれることもある)で場合によりリンスすることができ、これは化成コート金属基板表面の耐食性をさらに高める。
【0079】
追加コーティングの塗布
化成コーティングおよび任意に1つ以上の後リンス(または「シーリング」)工程の後、金属基板は、特に塗料または他の装飾および/または保護コーティングの塗布を含む1つ以上のさらなる処理工程にかけられてもよい。
【0080】
したがって、本発明は、以下の例示的な多段階プロセスに従って実施することができる。
1)金属基板表面の洗浄;
2)洗浄された(ベア)金属基板表面を、予め形成されたカテコール化合物/官能化共反応物反応生成物を含む水性混合物でリンスする;
3)洗浄およびリンスされた金属基板表面の化成コーティング;
4)場合により、水および/または後リンス溶液もしくは分散液で化成コート金属基板表面をリンスする;
5)場合により、リンスされた化成コート金属基板表面を電気泳動コーティング;
6)電気泳動コート金属基板表面を水でリンスする;および
7)リンスされた電気泳動コート金属基板を焼く;
【0081】
本明細書内では、明確で簡潔な明細書を書くことができるように実施形態を記載してきたが、本発明から逸脱することなく実施形態を様々に組み合わせたり分離したりすることができる。例えば、本明細書に記載のすべての好ましい特徴は、本明細書に記載の本発明のすべての態様に適用可能であることが理解されよう。
【0082】
いくつかの実施形態では、本明細書の発明は、組成物、物品またはプロセスの基本的および新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない任意の要素またはプロセスステップを除外するものと解釈することができる。さらに、いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書で特定されていない任意の要素またはプロセスステップを除外するものと解釈することができる。
【0083】
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書に図示および記載されているが、本発明は、示された詳細に限定されることを意図しない。むしろ、特許請求の範囲の均等物の範囲および範囲内で、かつ本発明から逸脱することなく、細部に様々な修正を加えることができる。
【実施例】
【0084】
<例1>
ドーパミン塩酸塩1.8g、およびLupasol(登録商標)FG(BASFポリエチレンイミン、分子量約800)15.0グラムを脱イオン水405グラムに溶解し、周囲温度(20~25℃)で6時間激しく撹拌しながら反応させた。激しい撹拌を用いて反応混合物に酸素を導入し、これがドーパミン塩酸塩とポリエチレンイミンとの間の所望の反応に関与/促進する。それによって得られた生成物を、以後「ドーパミン/PEI反応生成物A」と呼ぶ。
【0085】
ドーパミン/PEI反応生成物Aを200ppm(0.2グラム/L)の濃度でリンス溶液に包含させた。溶液を以下のように評価した:ACT CRSパネルを概説通りに処理しそして目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水および亜硝酸ナトリウム溶液を対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;21℃;pH=6.8;種々の浸漬時間
2.亜硝酸塩(135ppm);21℃;pH=8.7;種々の浸漬時間
3.ドーパミン/PEI反応生成物A(200ppm);21℃;pH=9.5;種々の浸漬時間
空気乾燥:強制空気;90psi
【0086】
【0087】
10分および20分の塗布時間を用いて、リンス段階における長い滞留時間またはライン停止をシミュレートした。フラッシュラストの割合は、目に見える赤錆で覆われた表面の面積を示す。
【0088】
10分の塗布時間を用いて調製したサンプルについてFTIRおよびGDOESの深さプロファイルを得た。これらの結果は、ドーパミン/PEI反応生成物Aが金属の表面に堆積し、表面を酸化から効果的に保護することを示した。
【0089】
<例2>
ドーパミン/PEI反応生成物Aを200ppmの濃度でリンス溶液に加えた。溶液を以下のように評価した:ACT CRSパネルを概説通りに処理しそして目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水および亜硝酸ナトリウムを対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;21℃;pH=8.5(重炭酸アンモニウムで調整);10分浸漬
2.亜硝酸塩(135ppm);21℃;pH=8.7;10分浸漬
3.ドーパミン/PEI反応生成物A(200ppm);21℃;pH=9.5;10分浸漬
空気乾燥:強制空気;90psi
【0090】
【0091】
ドーパミン/PEI反応生成物Aを含む試験では、局部的な領域にいくらかの腐食が存在し、これはおそらく溶液中に4ppmの塩化物イオンが存在するためであると考えられる。
【0092】
10分の塗布時間を用いて、リンス段階における長い滞留時間またはライン停止をシミュレートした。フラッシュラストの割合は、目に見える赤錆で覆われた表面の面積を示す。
【0093】
<例3>
ドーパミン/PEI反応生成物AをDow Amberlite(登録商標)IRN78イオン交換樹脂で精製して塩化物イオンを除去した。得られた生成物であるドーパミン/PEI反応生成物Bを200ppmの濃度でリンス溶液に加えた。溶液(<1ppmの塩化物イオンを含有する)を以下のように評価した:ACT CRSパネルを概説通りに処理し、目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水および亜硝酸ナトリウム溶液を対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;25℃;pH=6.8;10分浸漬
2.亜硝酸塩(135ppm);25℃;pH=8.7;10分浸漬
3.ドーパミン/PEI反応生成物B(200ppm);25℃;pH=9.5;10分浸漬
空気乾燥:強制空気;90psi
【0094】
【0095】
<例4>
ドーパミン/PEI反応生成物Aを200ppmの濃度でリンス溶液に加えた。溶液を以下のように評価した:ACT CRSパネルを概説通りに処理しそして目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水および亜硝酸ナトリウムを対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;21℃;pH=6.9;1分と10分浸漬
2.亜硝酸塩(135ppm);21℃;pH=8.7;1分と10分浸漬
3.ドーパミン/PEI反応生成物A(200ppm);21℃;pH=9.5;1分と10分浸漬
空気乾燥:10分滞留(自然乾燥)
【0096】
【0097】
10分の塗布時間を用いて、リンス段階における長い滞留時間またはライン停止をシミュレートした。フラッシュラストの割合は、目に見える赤錆で覆われた表面の面積を示す。
【0098】
<例5>
この例は、化成コーティング組成物からのその後のジルコニウム堆積に対する、ドーパミン/PEI反応生成物Bの溶液を用いたプレリンスの効果を示す。
ドーパミン/PEI反応生成物Bを用いて2つの条件でリンス段階を調製した。
1.ドーパミン/PEI反応生成物B:100ppm;pH=9.8
2.ドーパミン/PEI反応生成物B:200ppm;pH=9.8
アプリケーションプロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液;24℃;1分浸漬
化成コーティング:Bonderite(登録商標)M-NT 1820;32℃;種々の塗布時間(30、60、120秒)の浸漬;Zr=150ppm;Cu=20ppm;Zn=600ppm;Si=50ppm;FF=25ppm;pH=4.0
リンス:脱イオン水;24℃;1分スプレー
空気乾燥;強制空気;90psi
【0099】
【0100】
ドーパミン/PEI反応生成物Bの溶液を使用するプレリンスは、化成コーティング段階によって堆積されるジルコニウムの量をわずかに減少させることが分かった。
【0101】
<例6>
ドーパミン/PEI反応生成物Bを、プレリンスの塗布で使用し、続いて酸化ジルコニウム化成コーティングシステムを使用した。ACT CRSパネルを以下のようにコーティングした。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;60秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;120秒の浸漬;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液;24℃;1分浸漬
1.脱イオン水;pH=6.8
2.ドーパミン/PEI反応生成物B(200ppm);pH=9.5
化成コーティング:Bonderite(登録商標)M-NT 1820;32℃;120秒の浸漬;Zr=150ppm;Cu=20ppm;Zn=600ppm;Si=50ppm;FF=25ppm;pH=4.0
リンス:脱イオン水;24℃;1分スプレー
Eコート:BASF CathoGuard(登録商標)800;230V;35℃;134秒浸漬
リンス:脱イオン水;21℃;60秒のスプレー
焼き:182℃;40分
【0102】
GMW14872(26サイクル)を用いてパネルの耐食性を試験した。
【0103】
【0104】
これらの結果に基づいて、ドーパミン/PEI反応生成物Bの溶液でリンスすることは、フラッシュラストを防ぎ、(脱イオン水でのリンスと比較して)同等の腐食性能を与えると結論付けられた。
【0105】
<例7>
以下の試験は、Eコート塗料の外観、およびフラッシュラストを防止するためのプレリンスとして予め形成されたドーパミン/PEI反応生成物の溶液を使用することの効果を調べるため調製した。ACT CRSパネルを、表面改質なし(対照)、研磨(200グリット、手で8回回転)、および石の磨耗(GMケイ酸石、3回の二重摩擦)で試験した。これらの表面改質は、ボディショップの金属仕上げ作業をシミュレートするために行った。これらの表面活性は金属表面を活性化しそして酸化の危険性を増大させると理解されている。次に試料を以下の手順に従って処理した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;60秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;120秒の浸漬;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液;24℃;種々の用途
1.脱イオン水;60秒のスプレー;pH=6.8
2.脱イオン水;60秒の浸漬;pH=6.8
3.脱イオン水;10分の浸漬;pH=6.8
4.脱イオン水;20分の浸漬;pH=6.8
5.ドーパミン/PEI反応生成物B(水中200ppm);60秒の浸漬;pH=9.8
6.ドーパミン/PEI反応生成物B(水中200ppm);10分の浸漬;pH=9.8
7.ドーパミン/PEI反応生成物B(水中200ppm);20分の浸漬;pH=9.8
化成コーティング:Bonderite(登録商標)M-NT 1820;32℃;120秒の浸漬;Zr=150ppm;Cu=20ppm;Zn=600ppm;Si=50ppm;FF=25ppm;pH=4.0
リンス:脱イオン水;24℃;1分スプレー
E-コート:BASF CathoGuard(登録商標)800;230V;35℃;134秒浸漬
リンス:脱イオン水;24℃;60秒スプレー
焼き:182℃;40分
【0106】
【0107】
ドーパミン/PEI反応生成物Bの溶液でのプレリンスは、フラッシュラストおよびEコートマッピングを防止するのに有効であることがわかった。
【0108】
<例8>
以下の例は、2つの材料を用いたドーパミン/PEI反応生成物のプレリンスの性能を示す。ドーパミン/PEI反応生成物Cはドーパミン/PEI反応生成物Aの複製であり、ドーパミン/PEI反応生成物Dは(Clを除去するために精製された)ドーパミン/PEI反応生成物Bの複製である。例はまた、[Cu]=20ppmおよび[Cu]=30ppmでの化成コーティング溶液と組み合わせた本発明のプレリンス工程の性能を示す。ACT CRSパネルを以下のように処理した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液;24℃;1分浸漬
1.脱イオン水;pH=6.9
2.ドーパミン/PEI反応生成物(200ppm);pH=9.5
化成コーティング:Bonderite(登録商標)M-NT 1820;32℃;120秒の浸漬;Zr=150ppm;Cu=20ppm;Zn=600ppm;Si=50ppm;FF=20ppm;pH=4.0
リンス:脱イオン水;24℃;1分スプレー
E-コート:BASF CathoGuard(登録商標)800;230V;35℃;134秒浸漬
リンス:脱イオン水;21℃;60秒スプレー
焼き:182℃;35分
【0109】
結果:GMW14829/14704に従って、塗料接着性を試験した。結果は、残っている塗料の割合として報告する。
【表8】
【0110】
これらの結果によると、予め形成されたドーパミン/PEI反応生成物の溶液によるプレリンスは塗料接着性に対して悪影響をもたらさないと結論付けられた。
【0111】
耐食性は、Hot Salt Water Soak法(10日間)を用いて評価した。
【0112】
【0113】
耐食性はGMW14872(26サイクル)に従って評価した。
【0114】
【0115】
<例9>
以下の例は、高温でのフラッシュラストを防止するために予め形成されたドーパミン/PEI反応生成物の溶液でプレリンスすることの有効性を示す。
【0116】
予め形成されたドーパミン/PEI反応生成物(「ドーパミン/PEI反応生成物E」)を200ppmの濃度でリンス溶液に加えた。ドーパミン/PEI反応生成物Eを例1の手順に従って調製したが、塩化物イオンを除去するためにDow Amberlite(登録商標)IRN78を使用して精製した。溶液を以下のように評価した:ACT CRSパネルを概説通りに処理しそして目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水を対照として評価した。
【0117】
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;60秒スプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;温度は変化する;pH=6.9;2分浸漬
2.ドーパミン/PEI反応生成物E(200ppm);温度は変化する;pH=9.5;2分浸漬
空気乾燥;強制空気;90psi
【0118】
【0119】
<例10>
この例では、ドーパミン溶液を予め形成したドーパミン/PEI反応生成物の溶液と比較するためのプレリンスとして評価した。
脱イオン水、ドーパミン塩酸塩、および重炭酸アンモニウムを使用してドーパミンの200ppm溶液を調製し、pHを8.5に調整した。
【0120】
溶液を以下のように評価した。:ACT CRSパネルを概説通りに処理し、目視酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水を対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;30秒のスプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;温度は変化する;pH=6.9;2分浸漬
2.ドーパミン(200ppm);温度は変化する;pH=8.5;2分浸漬
空気乾燥;強制空気;90psi
【0121】
【0122】
ドーパミン溶液は温度の上昇と共に変化した。それは23℃で透明な褐色の溶液、27℃で暗褐色の溶液、そして32℃で黒色の溶液であった(溶液は安定ではなかった)。32℃で、ドーパミン溶液は黒色の沈殿物を形成し、これはおそらく固体ポリドーパミンであった。
【0123】
<例11>
この例では、ポリエチレンイミン溶液を予め形成したドーパミン/PEI反応生成物と比較するためのプレリンスとして評価した。
【0124】
ポリエチレンイミンの200ppm溶液を、pH=8.5で脱イオン水およびポリエチレンイミンを使用して調製した。
【0125】
ACT CRSパネルを概説通りに処理し、視覚的酸化(赤錆)について試験した。比較のために、脱イオン水を対照として評価した。
プロセス:
洗浄:Bonderite(登録商標)C-AK T51;49℃;90秒のスプレー;遊離アルカリ度=5.5pts;pH=11.7
リンス:水道水;43℃;30秒のスプレー
リンス:テスト溶液
1.脱イオン水;温度は変化する;pH=6.9;2分浸漬
2.ポリエチレンイミン(200ppm);温度は変化する;pH=8.5;2分浸漬
空気乾燥;強制空気;90psi
【0126】
【0127】
これらの試験は、ポリエチレンイミン溶液はフラッシュラストを防止しないことを示した。
【0128】
以上の発明は、関連する法定基準に従って記載されており、したがって、その説明は本質的に限定するのではなく、例示である。開示された実施形態の変更および改変は、当業者には明らかであろうし、かつ本発明の範囲内である。したがって、本発明に与えられる法的保護の範囲は、下記の特許請求の範囲の検討によってのみ決定することができる。