[发明专利]阴极保护化合物在经处理的金属制品上的应用

说明书

优先权声明

本申请要求于2004年10月1日提交的美国临时专利申请第60/615278号(代理人卷宗号12004011)的优先权。

发明领域

本发明涉及用于保护经处理的金属制品的阴极保护化合物。

发明背景

过去的五十年间，现代社会已从金属时代转向聚合物时代，部分原因是因为聚合物不会在环境中氧化。例如，金属因腐蚀破坏了其有价值的性能。当金属暴露于会发生这种腐蚀的环境条件时，腐蚀是金属形成金属氧化物的必然反应。由于这种腐蚀，每年需要耗资数十亿美金来修复或更换金属结构。

含铁制品腐蚀的自然过程通常被称为“生锈”，人们已花费相当大的努力来寻找能防止或减少生锈的有效而经济的方式。最初，试图采用对含铁制品表面进行涂布即上漆的方法来保护制品，以避免制品接触到开始自然生锈反应所需的元素。

含铁制品形成了建立城市以及城市之间商业联系的结构。用于各种用途例如多层建筑物、吊桥、山体或河道下面的隧道、公用事业的高压输电线、燃料储罐、自由女神像、艾菲尔铁塔以及各种类型混凝土结构的增强钢筋的铁制品都需要这种防腐蚀保护。

通常，作为制造工艺的一部分，对许多类型的金属进行处理。“处理”是指非裸金属的金属表面的处理，优选是之前通过常规的转化涂层法进行过处理。这类转化涂层是众所周知的，例如，已经在美国金属学会(AmericanSociety for Metals)的《金属手册(Metal Handbook)》，第II卷，第8版，第529-547页和《金属表面处理指南和目录(Metal Finishing Guidebook andDirectory)》第590-603页(1972)中进行了描述。美国专利第4376000号(Lindert)描述了转化涂层法，包括：

1.清洁；

2.水洗涤；

3.通过与合适的磷酸盐、铬酸盐或类似的常规浴接触形成转化涂料；

4.水洗涤；

5.施涂处理溶液；

6.任选地，干燥表面。

合适的常规涂料包括，但不限于，磷酸铁、磷酸锰、磷酸锌、用钙、镍或锰离子改性的磷酸锌。由于环境原因，铬酸盐涂料不是优选的。

适合用转化涂料处理的金属表面的例子包括锌，铁，铝，经过冷轧、抛光、浸渍和热轧的钢材以及镀锌钢的表面。

通常，现代钢处理包括在制造时用含磷酸盐的材料进行涂布，在钢材表面形成磷酸铁涂层。该处理通常整合在钢材制造方法中。用磷酸盐材料处理钢领域的例子是美国专利第4,132,572号(Parant等)，该专利揭示了在磷酸处理之前或之后，在上漆之前，用氟磷酸盐水溶液处理钢、铝和铝合金、锌和锌合金，使金属表面钝化，从而提高耐腐蚀性。美国专利第3,333,988、3,297,494、3,425,876、3,520,737、3,101,286、2,987,428和3,129,123号中描述了常用的磷酸锌和磷酸铁涂布方法和组合物的其它例子。

其它抗腐蚀机理是利用电势序(Galvanic Series)，从而在铁原本会生锈的环境中牺牲一种比铁活泼的金属。这种金属的“阴极保护”发展成为致力于保存金属性质免受环境破坏的庞大工业。

阴极保护利用了原电池回路的物理特性，该回路受到电力供应时成为有源回路，使被保护的金属不发生腐蚀作用，而该回路得不到电力供应时是无源的。无源原电池回路的例子，有美国专利第5,650,060号(Huang等)中揭示的基于电极的系统，以及美国专利第5,976,419号(Hawkins等)中揭示的基于涂层的系统。这两种系统都依赖于在电势序中阳极性更强的金属如锌，用以保护该结构中更有价值的铁。在Huang等的电极中，用离子导电性粘合剂将锌板粘着到一结构上。在Hawkins等的涂层中，锌以颗粒形式分散在粘合剂和固有导电性聚合物中。这两种情况下，锌是原电池回路中的阳极。牺牲阳极锌来保存阴极铁。

固有导电性聚合物与牺牲金属颗粒的组合成为阴极保护涂层用以保护金属基材，其中金属颗粒比基材的金属更活泼。美国专利第6,627,117号(Geer等)揭示了这种阴极保护涂层，该专利文献的内容通过参考结合于此。这类阴极保护涂层在市场上由PolyOne Corporation以商标涂料出售。