包括包封缓蚀剂的层状金属磷酸盐的溶胶-凝胶涂层组合物和相关工艺制造技术

本发明专利技术涉及包括包封缓蚀剂的层状金属磷酸盐的溶胶‑凝胶涂层组合物和相关工艺。将层状四价金属磷酸盐组合物(例如，层状磷酸锆组合物)和第一缓蚀剂(例如，铈(III)、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚锰、锰酸盐、高锰酸盐、铝酸盐、膦酸盐、噻唑、三唑、和/或咪唑)分散在水溶液中并且搅拌以形成第一溶液。收集第一溶液的沉淀并且洗涤以形成第一腐蚀抑制材料(CIM)，其包括插入层状四价金属磷酸盐组合物中的第一缓蚀剂。将第一CIM添加至第一溶胶‑凝胶组合物以形成含第一CIM的溶胶‑凝胶组合物。将含第一CIM的溶胶‑凝胶组合物施加在基材上以形成含CIM的溶胶‑凝胶层，通过UV辐射固化和热固化以形成耐腐蚀涂层。可以将一种或多种另外的溶胶‑凝胶组合物施加在基材上。

Sol gel coating compositions and related processes of layered metal phosphate, including encapsulated inhibitors

The present invention relates to sol gel coating compositions and related processes of layered metal phosphate including encapsulating inhibitors. Layered tetravalent metal phosphate compositions (such as Layered Zirconium Phosphate) and first inhibitors (such as cerium (III), vanadate, molybdate, tungstate, manganese, manganate, permanganate, aluminate, phosphonate, thiazole, three azole, and / or imidazole) are dispersed in the aqueous solution and stirred to form the first solution. The precipitation of the first solution is collected and washed to form a first corrosion inhibitor (CIM), which includes the first inhibitor inserted in the layered tetravalent metal phosphate composition. The first CIM is added to the first sol gel composition to form a sol gel composition containing the first CIM. The sol gel composition containing the first CIM was applied to the substrate to form a sol-gel layer containing CIM, and the corrosion resistant coating was formed by UV radiation curing and thermal curing. One or more other sol gel compositions can be applied to a substrate.

【技术实现步骤摘要】
包括包封缓蚀剂的层状金属磷酸盐的溶胶-凝胶涂层组合物和相关工艺
本公开内容涉及涂层组合物和工艺，并且更具体地，涉及包括包封缓蚀剂的层状金属磷酸盐的溶胶-凝胶涂层组合物和相关工艺。
技术介绍
高强度合金比如铝合金由于其高的强度重量比被广泛地用在各种工业比如航天工业中。然而，这些合金由于合金材料的存在而容易腐蚀。为了保护这些合金免受环境影响，可以将铬转化涂层提供在合金的表面上，接着施加底漆和面漆。虽然施加在表面上的有机涂料系统提供良好的抗腐蚀屏障性能，但是即使在有机涂料中形成的小缺陷也为电解质进入金属表面提供了通路，其引发局部腐蚀。因此，基于铬的转化涂层已经在施加有机涂层之前用在抗腐蚀预处理中。然而，六价铬化合物具有有害的作用。因而，存在对于不含铬同时提供耐腐蚀涂层的涂层组合物和工艺的需要。
技术实现思路
根据本公开内容的实施方式，提供涉及基材(例如，铝基材、铝合金基材或其他基材)的溶胶-凝胶涂层的各种方法和制剂。在基材上形成的溶胶-凝胶层有利地提供腐蚀防护。进一步地，溶胶-凝胶层有利地提供基材和涂料系统(例如，底漆和涂料)之间增强的黏合力。在一方面，方法包括将层状四价金属磷酸盐组合物(例如，层状磷酸锆组合物)和第一缓蚀剂(CI)(例如，铈(III)、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚锰、锰酸盐、高锰酸盐、铝酸盐、膦酸盐、噻唑、三唑、和/或咪唑)分散在水溶液并且搅拌以形成第一溶液，收集第一溶液的沉淀，并且洗涤第一溶液的沉淀以形成第一腐蚀抑制材料(CIM)。第一CIM包括插入层状四价金属磷酸盐组合物中的第一缓蚀剂。在另一方面，方法进一步包括添加第一CIM至第一溶胶-凝胶组合物以形成含第一CIM的溶胶-凝胶组合物。在另一方面，方法进一步包括在基材上施加含第一CIM的溶胶-凝胶组合物以形成含CIM的溶胶-凝胶层，通过UV辐射固化含CIM的溶胶-凝胶层，并且热固化含CIM的溶胶-凝胶层以形成耐腐蚀涂层。在另一方面，方法进一步包括在基材上施加含第一CIM的溶胶-凝胶组合物以形成含第一CIM的溶胶-凝胶层，通过UV辐射固化含第一CIM的溶胶-凝胶层，在基材上施加含第二CIM的溶胶-凝胶组合物以形成含第二CIM的溶胶-凝胶层，通过UV辐射固化含第二CIM的溶胶-凝胶层，并且热固化包括含第一CIM的溶胶-凝胶层和含第二CIM的溶胶-凝胶层的多个溶胶-凝胶层以形成耐腐蚀涂层。在一些实例中，在施加含第二CIM的溶胶-凝胶层之前施加含第一CIM的溶胶-凝胶层。在其他实例中，在施加含第二CIM的溶胶-凝胶组合物之后施加含第一CIM的溶胶-凝胶组合物。例如，通过将Zn-Al层状双氢氧化物(LDH)组合物和第二缓蚀剂分散在溶剂中并且搅拌以形成第二溶液，收集第二溶液的沉淀，洗涤第二溶液的沉淀以形成第二CIM，并且添加第二CIM至第二溶胶-凝胶组合物以形成含第二CIM的溶胶-凝胶组合物，形成含第二CIM的溶胶-凝胶组合物。第二CIM包括插入Zn-AlLDH组合物中的第二缓蚀剂。在一方面，第一CIM包括层状四价金属磷酸盐组合物，其包括层状四价金属磷酸盐(例如，层状磷酸锆)的纳米颗粒和第一缓蚀剂(例如，铈(III)、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚锰、锰酸盐、高锰酸盐、铝酸盐、膦酸盐、噻唑、三唑、和/或咪唑)。第一缓蚀剂被插入层状四价金属磷酸盐的纳米颗粒中。在另一方面，第一溶胶-凝胶组合物包括第一CIM和一种或多种烷氧基硅烷、锆醇盐、和有机酸的第一聚合物复合材料。在又另一方面，耐腐蚀的涂布产品包括包含第一溶胶-凝胶组合物的含第一CIM的溶胶-凝胶层。第二CIM包括，例如，Zn-AlLDH组合物，该Zn-AlLDH组合物包括Zn-AlLDH的纳米颗粒和插入Zn-AlLDH的纳米颗粒中的第二缓蚀剂。本专利技术的范围由权利要求书限定，其通过引用并入到该部分中。通过考虑其一个或多个实例实施方式的以下详细描述，本领域技术人员将更好地理解本公开内容的溶胶-凝胶涂层的方法和制剂，以及其以上和另外的优势。在本说明书中，参考了所附附图页的各种视图，以下对其进行了简要描述，并且在其中，相同的附图标记用于指示其中图解的要素的相同要素。附图说明图1根据本公开内容的实施方式图解了用于制备第一腐蚀抑制材料的实例工艺。图2根据本公开内容的实施方式图解了用于制备溶胶-凝胶组合物的实例工艺。图3根据本公开内容的实施方式图解了用于在基材上形成耐腐蚀涂层的实例工艺，该耐腐蚀涂层包括具有CIM的溶胶-凝胶层。图4根据本公开内容的实施方式图解了在基材上的实例耐腐蚀涂层的示意性横截面图。图5根据本公开内容的实施方式图解了用于制备包括插入缓蚀剂的LDH组合物的腐蚀抑制材料的实例工艺。图6根据本公开内容的实施方式图解了用于制备Zn-Al层状双氢氧化物(LDH)组合物的实例工艺。图7根据本公开内容的实施方式图解了用于在基材上形成包括一个或多个溶胶-凝胶层的耐腐蚀涂层的实例工艺。图8A-F根据本公开内容的实施方式图解了实例耐腐蚀涂层的示意性横截面图，其包括在基材上形成的多个溶胶-凝胶层。图9显示了可以用在图1的工艺中的α-磷酸锆组合物的X射线粉末衍射(XRD)图谱。图10A和图10B分别显示了可以用在图1的工艺中的α-磷酸锆组合物的在低倍率和高倍率下的扫描电镜(SEM)图像，其图解了α-磷酸锆组合物的分层片状结构。图11显示了由图1的工艺制备的插入铈的层状α-磷酸锆的XRD图谱。图12显示了由图1的工艺制备的插入钒酸盐的层状α-磷酸锆的XRD图谱。图13是盐雾耐腐蚀试验之后未涂布的基材的图像。图14A-B、15A-B、16A-B、17A-B和18A-B显示了盐雾耐腐蚀试验之后由图7的工艺形成的涂布的基材。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开内容、应用、或用途。术语“取代基”、“自由基”、“基团”、“部分”和“片段”可以互换地使用。单数形式“一(a)”“一个(an)”可以包括复数指代，除非上下文另外清楚地指示。取代基中的碳原子数可以由前缀“CA-B”指示，其中A是取代基中碳原子的最小数并且B是取代基中碳原子的最大数。术语“烷基”包含含有1至大约15个碳原子的直链或支链无环烷基自由基。在一些实施方式中，烷基是C1-10烷基、C1-6烷基、或C1-3烷基自由基。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊-3-基(即，)，等等。术语“烷氧基”是RO-，其中R是烷基。烷氧基的非限制性实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、正丁氧基和叔丁氧基。术语“烷氧基(alkyloxy)”、“烷氧基(alkoxy)”、和“烷基-O-”可以互换地使用。术语“甲基丙烯酰基”是术语“甲基丙烯酰氧基”是术语“甲基丙烯酰氧基烷基”包括用甲基丙烯酰氧基取代的烷基。甲基丙烯酰氧基烷基的非限制性实例包括甲基丙烯酰氧基乙基、甲基丙烯酰氧基丙基和甲基丙烯酰氧基丁基。术语“缩水甘油基”是术语“缩水甘油氧基”是术语“缩水甘油氧基”和“环氧丙氧基”可以互换地使用。术语“环氧丙氧基烷基”包括用环氧丙氧基取代的烷基。环氧丙氧基烷基的非限制性实例包括环氧丙氧基乙基、和环氧丙氧基丙基、和环氧丙氧基丁基。术语“缩水甘油氧基烷基”和“环氧丙氧基烷基”可以互换地使用。术语“氨烷基”包括通过烷基自由基连接至母体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：在水溶液中分散层状四价金属磷酸盐组合物和第一缓蚀剂并且搅拌以形成第一溶液；收集所述第一溶液的沉淀；和洗涤所述第一溶液的所述沉淀以形成第一腐蚀抑制材料(CIM)，所述第一CIM包括插入所述层状四价金属磷酸盐组合物中的所述第一缓蚀剂。

【技术特征摘要】
2017.01.09 US 62/444,203;2017.02.13 US 15/431,5061.一种方法，其包括：在水溶液中分散层状四价金属磷酸盐组合物和第一缓蚀剂并且搅拌以形成第一溶液；收集所述第一溶液的沉淀；和洗涤所述第一溶液的所述沉淀以形成第一腐蚀抑制材料(CIM)，所述第一CIM包括插入所述层状四价金属磷酸盐组合物中的所述第一缓蚀剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分散包括分散层状磷酸锆组合物和所述第一缓蚀剂，所述第一缓蚀剂包括铈(III)、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、亚锰、锰酸盐、高锰酸盐、铝酸盐、膦酸盐、噻唑、三唑、咪唑、或其组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：将氯化锆溶液与磷酸溶液混合并且搅拌以形成混合物；收集所述混合物的沉淀；和洗涤所述混合物的所述沉淀以形成所述层状磷酸锆组合物。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包括：将所述第一CIM添加至第一溶胶-凝胶组合物以形成含第一CIM的溶胶-凝胶组合物；或者进一步包括：将第一烷氧基硅烷与水和无机酸接触以形成第一组合物；将锆醇盐与第一有机酸接触以形成第二组合物；将所述第一组合物与所述第二组合物接触以形成混合物；将一种或多种第二烷氧基硅烷和第二有机酸与所述混合物接触以形成所述第一溶胶-凝胶组合物，所述第一溶胶-凝胶组合物具有在大约2至大约10范围内的硅的摩尔数与锆的摩尔数的比率(nSi/nZr)；将光引发剂添加至所述第一溶胶-凝胶组合物；和用溶剂稀释所述第一溶胶-凝胶组合物。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述接触以形成所述第一组合物包括将具有式RA-Si-(RB)3的所述第一烷氧基硅烷与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·S·艾尔瑞，O·普拉卡什，S·P·盖多斯，R·苏泊斯瑞，K·R·S·拉朱，D·S·瑞迪，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US