[发明专利]无毒的抗蚀组合物及其使用方法

说明书

本发明涉及可防止暴露于环境条件下的金属，特别是可防止暴露于在环境中经常存在的含盐水溶液(例如NaCl水溶液)中的金属被腐蚀和/或裂缝扩展的组合物及其使用方法。本发明的方法包括，将一种抗腐蚀和/或抗裂缝扩展的组合物涂覆到金属表面上(例如作为一种涂层)，这种组合物最好为聚合物涂层和/或密封组合物(例如聚酰胺、丙烯酸树脂、环氧树脂等)的形式，而更好的是一种可以固化成固体(例如一种弹性体)的液态聚合物的组合物形式。这类弹性聚合组合物包括聚硫化物、聚硫醚、聚氨酯及聚醚。特别优选的是硫醇封端的聚合物，例如那些可以固化成固态弹性体的聚合物。

当至少有两个金属零件固定在一起时，它们之间或者具有连接点，或者在所说金属零件相互面向的啮合表面之间形成一定的缝隙，而在此情况下本发明特别适合于用来防止所说金属零件的腐蚀。为了防止这些金属零件的腐蚀，通常是在连接点处或者在所说金属零件(特别是铝和/或铝合金零件)的界面之间形成的缝隙中灌注一种液态的聚合物，然后再使这些聚合物固化成一种弹性固体，这种弹性固体有助于阻止含盐水溶液和氧与连接在一起的两种金属的啮合表面相接触。铝(包括铝合金)的腐蚀问题是一个严重的问题，特别是对于飞机和船舶的情况更是如此，因为在制造飞机和/或船舶时经常需使用种类繁多的互不相同的金属(包括铝和/或铝合金)。对于相互不同的金属来说，腐蚀是一个特别严重的问题。例如，对于飞机的情况，需要使用具有镉、镍、不锈钢、钛等金属表面的铆钉来将铝和/或铝合金材料紧固在一起。已如上述，当这些铆钉和板材之间的缝隙或连接点暴露于含盐水溶液中时，特别是在同时有氧存在时，这种情况就会引起严重的腐蚀问题。当船舶是使用铝或铝合金作为连接于钢制壳体上的外层结构时，情况也与上述情况完全相同。

过去，在不同的金属之间防止与含盐水溶液接触、进行电绝缘以及采用牺牲阳极是用来防止这些金属被腐蚀的主要手段。在飞机和船舶的结构中都存在较大的应力和松动，这就要求使用一些既能防止含盐水溶液又能适应结构松动的质地良好的弹性密封胶和/或涂层。然而在实际情况中，很多被弹性材料密封或覆盖起来的金属构件的界面都被含盐水溶液永久性地污染，而这些含盐水溶液会严重地侵蚀这些金属以及由于对这些金属的腐蚀作用和/或金属裂缝的扩展，导致了金属构件强度的降低。

为了解决这一问题，美国专利US3,730,937及US3,841,896利用一种有毒的铬酸盐作为抗蚀化合物。虽然这些专利所公开的那些含有抗腐蚀的铬酸盐的聚硫化物涂层和密封胶能够防止紧固件的通孔以及在两块外部板材彼此相连接的表面发生剥落性腐蚀。并因此大大地延长了这些金属结构体(例如飞机等)的使用寿命。但是，由于这类抗蚀化合物会产生一种内含有毒的铬酸盐废水，人们对处置这类废水时所遇到的困难越来越担心。

由于铬酸盐所引起的毒性问题，人们已经研究了其他一些可以减缓金属腐蚀的化合物，这类化合物包括硝酸钠、钼酸钠和硅酸钠等。但是，为了达到与含铬酸盐的涂层和密封胶相同程度的抗腐蚀能力，必须往密封胶材料中加入约5倍量之多的无毒抗蚀化合物。另外，当把含有这些无毒的抗蚀化合物加入到例如聚硫化物等密封胶中时，这些聚硫化物密封胶材料的固化速度就会受到不利的影响，其结果使得固化过程或者太快或者太慢。虽然有人提出了对这些抗蚀化合物进行封端处理，但这是一种既昂贵又费时的方法。

正如上述，诸如飞机、船舶等那些受到周期性应力作用的金属结构体，除了受到腐蚀以外，还会由于环境的影响而加速了疲劳性龟裂。例如，高强度铝在盐水环境中产生疲劳性裂纹的速度要高于在干旱的类沙漠环境中的两倍以上。受环境加速的疲劳性龟裂基本上就是一种氢脆现象，并且可能与腐蚀过程有关。当水与金属发生反应时，例如与铝发生反应时，其腐蚀产品是氢氧化铝和氢。在发生疲劳性龟裂的情况下，初生态的氢原子按照其物理状态迁移到裂纹端部最大应力的区域，因此降低了把晶粒拉开所需的作用力。研究结果表明，一旦产生了裂纹，即使象铬酸盐一类最优良的抗蚀剂，对金属龟裂的速度也起不了多大的影响。

因此，本发明涉及抗腐蚀和/或抗裂纹扩展的组合物，这种组合物对环境来说基本上是无毒的并且与聚合物涂层和密封胶(特别是弹性材料)不发生反应，这样就可消除使弹性聚合物的固化速度加快或减慢的不利影响。本发明的抗腐蚀和抗裂缝扩展的组合物是：(1)一种由(a)、(b)两种物质组成的混合物，其中(a)是钼酸铈，和(b)是磷酸(包括正磷酸，偏磷酸或连二磷酸)的或亚磷酸的或次磷酸的铵盐(下文有时将其称之为磷酸的或亚磷酸的铵盐)中的至少一种；(2)钼酸铈；或(3)磷酸的或亚磷酸的铵盐中的一种或多种。