(57)【要約】非被覆下状態での錆形成を減少させるための塗装前の前処理として有用な水性組成物。この組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素から本質的になる。組成物のｐＨは、約ｐＨ１と約ｐＨ４との間であり得る。金属表面を処理するためのプロセスは、上記表面をかかる水性組成物と接触させる工程を含む。本組成物および本プロセスは、本産業界の標準と考えられているリン酸亜鉛による金属前処理と比較して有利である。
2021501263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属表面を処理するための水性前処理組成物であって、
水；
シリカ；
式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物
を含む、水性前処理組成物。
【請求項２】
酸性である、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項３】
約ｐＨ１と約ｐＨ４との間である、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項４】
過酸化水素をさらに含む、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項５】
前記三価クロム化合物が約１０％ｗｔ．％〜約０．５％ｗｔ．％の量で存在する、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項６】
ｘが１．５である、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項７】
ｘが２である、請求項１に記載の水性前処理組成物。
【請求項８】
金属表面を処理するための水性前処理組成物であって、
水；
シリカ；
式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物
からなる水性前処理組成物。
【請求項９】
酸性である、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１０】
約ｐＨ１と約ｐＨ４との間である、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１１】
酸性である、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１２】
前記三価クロム化合物が約１０％ｗｔ．％〜約５％ｗｔ．％の量で存在する、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１３】
ｘが１．５である、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１４】
ｘが２である、請求項８に記載の水性前処理組成物。
【請求項１５】
金属前処理組成物を調製する方法であって、
リン酸の存在下で六価クロム化合物を過酸化水素で還元する工程であって、約ｐＨ１と約ｐＨ４との間のｐＨで、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物を作製する工程；および
前記六価クロム化合物が完全に還元された後にシリカを添加する工程
からなる、方法。
【請求項１６】
前記シリカがＡｅｒｏｄｉｓｐ  Ｗ７５１２Ｓである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
金属表面を被覆する方法であって、
前記金属表面を請求項１に記載の組成物でロール塗布する工程；
前記金属表面に請求項１に記載の組成物を約３００秒間までの期間の間噴霧する工程；または
前記金属表面を請求項１に記載の組成物に約３００秒間までの期間の間浸漬する工程
を含む、方法。
【請求項１８】
前記金属表面が、亜鉛、亜鉛合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、亜鉛めっき鋼、およびアルミニウム合金を有する亜鉛からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１７年１０月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／５７８，７８７号（その内容が、本出願において参考として援用される）の優先権の利益を主張する。
【０００２】
技術分野
本発明は、一般に、金属表面の不動態化および塗料接着の改良のための組成物およびかかる組成物の使用に関する。より具体的には、本発明は、金属のための定置乾燥（dried-in-place）被覆剤としての使用に適切な水性組成物および前述の組成物の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
塗装された金属表面の塗料接着および耐蝕性を改善するために金属表面を処理する公知の方法には、２つの一般的な化学物質クラスが含まれる。第１のクラスは、伝統的な化成被覆タイプの化学物質に基づく（リン酸亜鉛、リン酸鉄、クロムクロマート、リン酸クロムなど）。第２のクラスは、金属前処理産業の最近の動向に基づき、これは現在「定置乾燥」技術と呼ばれているものを特徴とする。伝統的な化成被覆用の化学物質では、塗布した前処理溶液を除去するために金属基板をリンスする必要がある。定置乾燥用の化学物質では、塗布した溶液を溶液が塗布された金属基板上で乾燥させ、塗料の塗布前にリンスしない。
【０００４】
定置乾燥プロセスに関して、鉄、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、またはこれらの合金などの金属表面を、金属表面を溶解する化学物質を含む六価クロム水溶液で処理し、「クロメート化成被覆」として公知の不溶性薄膜を形成させることが一般的に知られている。六価クロムを含むこれらの被覆は、耐蝕性を示し、腐食させる種々の要素から金属を保護する。さらに、六価クロメート化成被覆は一般に良好な塗料結合特性を有し、したがって、塗料または他の仕上げ塗りの優れたベースを提供することが知られている。
【０００５】
前述の被覆は耐蝕性および塗料結合性を強化するが、この被覆には大きな欠点がある。六価クロムは、毒性効果を示し、米国環境保護庁によって環境リスクと判断されており、米国労働安全衛生局によって健康リスクと判断されている。さらに、六価クロム系の化学物質は、これらの機関によって発癌性物質と分類されている。
【０００６】
過去十数年の間に、六価クロムに依存しない金属表面処理のための種々の組成物およびプロセスが記載されており、使用されてきた。１つのかかる例は、Ｒａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第４，１６９，７４１号に記載されており、この米国特許は、数ある要素のうちで、三価クロム、リン酸イオン、分散シリカを含む組成物を使用した定置乾燥法を記載している。
六価クロムを含まないが、従来の六価クロム系被覆剤に匹敵する、金属表面（アルミニウムなど）の塗料接着および耐蝕性を改善することが依然として可能である被覆剤およびプロセスを提供することが非常に望ましい。さらに、抵抗率が低く、被覆重量が適切な優れた耐蝕性を有する保護被覆剤を提供する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，１６９，７４１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の簡単な要旨
本発明は、塗料接着および耐蝕性を改善し、かつ／または低電気接触抵抗性を維持するように金属表面を処理するための組成物に関する。組成物を、塗装前処理として使用することができ、この組成物は、ある範囲の金属（銅、黄銅、マグネシウム、アルミニウム、鉄、亜鉛、カドミウム、またはこれらの合金が含まれる）を処理するために使用されることを意図する。１つの実施形態では、組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素を含む。
【０００９】
別の実施形態では、組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素から本質的になる。
【００１０】
別の実施形態では、組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素からなる。
【００１１】
１つの実施形態では、三価クロム化合物は、以下：約１０％ｗｔ．％〜約５％ｗｔ．％；約１０％ｗｔ．％〜約２．５％ｗｔ．％、約１０％ｗｔ．％〜約１％ｗｔ．％、または約１０％ｗｔ．％〜約０．５％ｗｔ．％の量で存在する。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、シリカは、２％ｗｔ．％未満；１．７５％ｗｔ．％未満；または１．５％ｗｔ．％未満の量で存在する。
【００１３】
さらに別の実施形態では、本発明は、金属表面を処理するプロセスである。このプロセスは、金属表面を、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素を含む組成物と接触させる工程を含む。
【００１４】
１つのさらなる実施形態では、本発明は、金属表面を処理するプロセスであって、（１）金属表面を清浄化して清浄化された金属表面を形成する、清浄化する工程；（２）前記清浄化された金属表面を水でリンスして、リンスされた金属表面を形成する、リンスする工程；および（３）前記リンスされた金属表面を、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素を含む組成物と接触させる工程を含む、プロセスである。
【００１５】
１つのなおさらなる実施形態では、プロセスは、さらに、リンスした金属表面を組成物と接触させた後に、再度水で金属表面をリンスし、次いで、金属表面をシールする工程を含む。
【００１６】
プロセスは、さらに、第１の接触工程前に、金属表面をアルカリ性清浄剤で清浄化し、リンスする工程を含み得る。プロセスは、金属表面を前処理組成物と接触させた後に、金属表面を水でリンスし、次いで、金属表面を塗装する工程をさらに含み得る。水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素を含む水性前処理組成物のｐＨは、好ましくは酸性であり、より好ましくは約ｐＨ１と約ｐＨ４との間である。
【００１７】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は共に例示であり、本発明を制限しないと理解すべきである。
【００１８】
本発明は、添付の図面と併せて通読した場合に、以下の詳細な説明から最も深い理解を得られる。慣例により、図面の種々の特徴は縮尺通りではないことを強調しておく。対照的に、明確にするために、種々の特徴を任意に拡大または縮小している。図面には、以下の図が含まれている：
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に２５０時間暴露したパネルについて対照組成物と比較した場合の組成物１由来の結果の並列写真（ｐｈｏｔｏｇｒａｈｉｃ）による比較である。
【００２０】
【図２】図２は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に２５０時間暴露したパネルについて対照組成物と比較した場合の組成物１由来の結果の並列写真による比較である。
【００２１】
【図３】図３は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に５００時間暴露したパネルについて対照組成物と比較した場合の組成物１および組成物２由来の結果の並列写真による比較である。
【００２２】
【図４】図４は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に２５０時間暴露したパネルについて組成物２由来の結果の並列写真である。
【００２３】
【図５】図５は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に２５０時間暴露したパネルについてＲａｕｓｃｈの特許に開示の実施例１の組成物と比較した場合の組成物１由来の結果の並列写真による比較である。
【００２４】
【図６】図６は、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って、線を引き、中性塩水噴霧に２５０時間暴露したパネルについてＲａｕｓｃｈの特許に開示の実施例１の組成物と比較した場合の組成物１由来の結果の並列写真による比較である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
発明の詳細な説明
本発明は、金属表面を処理するための組成物およびプロセスに関する。本発明の組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素を含むか、好ましくは、これらから本質的になるか、最も好ましくは、これらからなる。本発明のプロセスは、金属表面を、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素を含む上記の組成物と接触させる工程を含む。
【００２６】
清浄化後であるが、いくらかの仕上げ塗りを金属表面に塗布する前に、本発明の水性組成物を金属表面に塗布すると、以下のうちの少なくとも１つの一助となる：（１）金属表面の塗料接着を改善すること；（２）金属表面の耐蝕性を改善すること；および（３）金属表面の抵抗率を維持するか低下させること。本発明の組成物には、これらの特徴のうちの１つまたは２つを著しく改善するが、その他のうちの１つの悪化の程度がより小さい組成物が含まれる。改善は、組成物のみまたは他のプロセス工程と組み合わせた組成物に起因し得る。かかる組成物は、本明細書中または金属処理産業において、前処理組成物、化成被覆物、または加工組成物と呼ばれる。「抵抗率」は、単位表面積あたりの抵抗と定義されており；抵抗率の典型的な単位は、μΩ／平方インチである。
【００２７】
本明細書中で使用される場合、用語「六価クロム化合物」は、クロムの価数が＋６であるクロムの化合物、すなわち塩を意味する。広範囲のアニオンを使用することができ、１つを超える六価クロム化合物を使用することができる。好ましくは、六価クロム化合物は、無水クロム酸（ＣｒＯ３）、クロム酸（Ｈ２ＣｒＯ４）、またはクロムクロマート（Ｃｒ５Ｏ１２）である。
【００２８】
本明細書中で使用される場合、例えば、句「金属表面」において使用される用語「金属」には、銅、黄銅、マグネシウム、アルミニウム、鉄、亜鉛、カドミウム、またはこれらの合金が含まれる。列挙した各金属には、元素金属およびその合金の両方が含まれ；例えば、用語「アルミニウム」は、アルミニウムおよびアルミニウム合金を意味する。用語「合金」は、主な元素の含有量があらゆる他の元素よりも高いか、あらゆる他の元素のうちの最も高い含有量に等しい金属である（例えば、アルミニウム合金は、アルミニウムが任意の他の元素の量と少なくとも等しい量で存在する金属である）。鉄合金には、冷間圧延鋼、電気亜鉛めっき鋼、および熱浸漬亜鉛めっき鋼が含まれる。好ましくは、本発明の組成物を、銅、黄銅、マグネシウム、アルミニウム、および鉄の合金が含まれるある範囲の金属を処理するために使用する。
【００２９】
本明細書中で使用される場合、用語「前処理組成物」は、金属表面の塗料接着を改善し、電気接触抵抗を低下させ、耐蝕性を改善する任意の組成物を意味する。水性前処理組成物を、塗装の前処理として使用し、非被覆（非塗装）条件での腐食形成を減少させるための不動態化処理として使用することができる。したがって、便宜上組成物を前処理組成物と呼ぶことができるが、この組成物は、その後に塗布された塗料の接着を改善し、非塗装表面の腐食に抵抗するために使用される組成物である。
【００３０】
本明細書中で使用される場合、用語「処理」は、処理の適用、または清浄化、リンス、および前処理の適用を意味する。前処理はまた、金属表面をシールするシーラントとして機能し、したがって、用語「処理」は、任意選択的に、金属表面をシールする工程を含むものとする。さらに、「処理」は、必要に応じて、塗装までのプロセス工程および塗装を含むプロセス工程を含み得る。例えば、処理工程はまた、化粧被膜剤（塗料など）を塗布する工程を含み得る。前処理剤を塗布した後に、前処理剤を最初にリンスするか、塗料を塗布する前に定置乾燥させることができる。これらの各工程は、最終製品が腐食に抵抗し、塗装の損失を最小にする能力に影響を及ぼす。上記のように、処理組成物を、塗装前処理剤として使用することができる。
【００３１】
本明細書中で使用される場合、用語「三価クロム化合物」は、クロムの価数が＋３であるクロムの化合物、すなわち塩を意味する。かかる化合物中に六価クロムは存在しない（あるいは、最低でもごくわずかな、重要でない量の六価クロムしか含まない）。広範囲のアニオンを使用することができ、１つを超える三価クロム化合物を使用することができる。好ましくは、三価クロム化合物は、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する化合物である。
【００３２】
１つの別の実施形態では、本発明の組成物は、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する化合物、シリカ化合物、および必要に応じて過酸化水素から本質的になる。かかる組成物は、添加物を含むことができる一方で、アンダーカッティングを促進するハロゲン化物イオンを排除する。アンダーカッティングが生じる場合、性能低下を伴い得る。
【００３３】
種々の構成要素の適切な濃度範囲は、その溶解性に依存する。濃度が低すぎると、構成成分の量は金属表面を被覆し、その機能を果たすのに不十分である。溶解限度を超えると、溶液から溶質が析出し始める場合がある。本発明の１つの実施形態では、三価クロム化合物は、約１０％ｗｔ．％〜約５％ｗｔ．％；約１０％ｗｔ．％〜約２．５％ｗｔ．％、約１０％ｗｔ．％〜約１％ｗｔ．％、または約１０％ｗｔ．％〜約０．５％ｗｔ．％の量で存在する。本発明の１つの実施形態では、シリカは、２％ｗｔ．％未満；１．７５％ｗｔ．％未満；または１．５％ｗｔ．％未満の量で存在する。
【００３４】
前駆体六価クロム化合物が無水クロム酸（ＣｒＯ３）である本発明の１つの実施形態では、クロム酸は、リン酸の存在下で最初に還元されて三価クロム化合物：クロム二水素ホスファート（Ｃｒ（Ｈ２ＰＯ４）３）が作製される。過酸化水素は還元剤である。クロムが還元された後、シリカを添加する。他の一定の条件を考慮すると以下のｐＨ範囲が好ましいことが見出された：ｐＨ１〜４。
【００３５】
上記の組成物は、作業浴のための組成物である。もちろん、製品を濃縮物（すなわち、上記作業浴のための濃度の１０〜１００倍までの濃度）の形態で輸送することが望ましい。かかる濃度の上限は、第１の構成成分の溶解限度を満たすか超える第１の構成成分の溶解限度である。
【００３６】
組成物のｐＨは、好ましくは、冷間圧延鋼を処理するために組成物を使用する場合、ｐＨ１〜４である。より好ましくは、ｐＨは約１．７５である。
【００３７】
本発明の組成物を、いくつかの順序のうちのいずれかで成分を混合することによって作製することができる。六価クロム化合物が前駆体物質である非限定的な実施形態では、六価クロム化合物は、最初にリン酸の存在下で還元されて、三価クロム化合物：クロム二水素ホスファート（Ｃｒ（Ｈ２ＰＯ４）３）が作製される。過酸化水素は還元剤である。クロムが還元された後、シリカを添加する。六価クロム化合物が前駆体物質である非限定的な実施形態では、六価クロム化合物を、リン酸および過酸化水素を含む溶液中に、六価クロム化合物が完全に還元されるまで計り込む。クロムが還元された後、シリカを添加する。
【００３８】
１つの非限定的な実施形態では、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５と２との間である）を有する三価クロム化合物を水と混合することによって濃縮物（すなわち、マスターバッチ）を作製する。次いで、シリカ化合物を溶液に添加することができる。次いで、使用前に金属処理部位で濃縮物を好ましくは脱イオン水で希釈して所望の濃度を得ることができる。
【００３９】
１つの非限定的な実施形態では、反応完了時にいくらかの過酸化水素が残存し得る。逆に、別の非限定的な実施形態では、過酸化水素が完全に利用される。好ましくは、反応完了時に、過酸化水素濃度は、以下の範囲内である：１グラムのＣｒ（Ｈ２ＰＯ４）３あたり０〜約０．８５グラムＨ２Ｏ２（３５％）。
【００４０】
当該分野で周知のさらなる構成要素を、本発明の組成物中に含めることができる。例えば、フルオロ界面活性剤などの湿潤剤を含めて濡れを改善することができる。いくつかの場合、塗布時により高い粘度が必要な場合、増粘剤を含めることもできる。
【００４１】
本発明の１つのプロセスでは、金属表面を、本発明の前処理組成物で被覆する。この被覆工程では、組成物は、当該分野で公知の任意の数の技術によって金属表面と接触することができる。１つのかかる方法は、金属を前処理浴中に含浸する浸漬コーティングである。当該分野で公知の他の技術には、吹付け、ロール塗布、またはリバース・ロール塗布、および手作業の塗布（例えば、刷毛塗り）が含まれる。被覆工程を、金属表面上に望ましい被覆重量が得られるのに十分な時間にわたって行い、この時間は経験的に判断することができる。この望ましい被覆重量は、当該分野で周知のいくつかの要因に依存するであろう。１つの実施形態では、被覆量は、ウェイト・ストリップ・ウェイト法によって判断した場合に各乾燥金属表面１平方フィートあたり約０．１〜約３０ミリグラムのクロムおよびリン酸塩が残存するのに十分な量である。別の実施形態では、被覆量は、蛍光Ｘ線によって判断した場合に各乾燥金属表面１平方フィートあたり約１〜約１０ミリグラムのクロム、最も好ましくは、蛍光Ｘ線によって判断した場合に各乾燥金属表面１平方フィートあたり約２．５〜約３．５ミリグラムのクロムが残存するのに十分な量である。含まれる要素の濃度がより高い溶液を使用することにより、より短い待機時間で所望の乾燥被覆量を残存させることが可能である。
【００４２】
耐蝕性を改善し、塗料接着を改善し、かつ／または低電気接触抵抗性を維持するために金属表面を処理するプロセスは、（１）金属表面を清浄化して清浄化された金属表面を形成する、清浄化する工程；（２）前記清浄化された金属表面を水でリンスして、リンスされた金属表面を形成する、リンスする工程；および（３）前記リンスされた金属表面を、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素を含む組成物と接触させる工程を含む。
【００４３】
清浄化工程を、当該分野で公知の任意の様式で行うことができる。本発明での使用に適切な清浄剤のタイプは、いくつかの要因（処理される金属、所望の適用、ならびに金属表面上の不純物および固体の量およびタイプが含まれる）によって変動するであろう。そのようなものとして、好ましい清浄剤を、これらの要因に基づいて経験的に決定することができる。１つの非限定的な実施形態では、アルカリ性清浄剤を使用する。本発明と併せて使用することができる例示的なアルカリ性洗浄剤は、Ｂｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣ清浄剤（Ｂｕｌｋ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｏｆ  Ｒｅａｄｉｎｇ，Ｐａ．から販売されているアルカリ性液体清浄剤）である。別の非限定的な実施形態では、リン酸清浄剤を使用する。一般に、清浄化工程を、金属表面をアルカリ性清浄化溶液浴と接触させて清浄化された金属表面を形成することによって実施することができる。アルカリ性清浄化溶液は、アルカリ性洗浄剤の水溶液であり得る。清浄化浴は、金属表面から油および他の夾雑物を除去することによって金属表面を清浄化する。清浄化浴は、固着していない不純物および表面の固体の除去に有効である。したがって、清浄化浴は、金属表面から固体および一定の不純物を除去する。金属表面が過剰に汚れている場合、清浄剤用の洗浄助剤を清浄化工程に含めることができる。
【００４４】
アルカリ性清浄化溶液が接触している金属表面を、本明細書中では「清浄化された金属表面」と呼ぶ。これは、清浄化浴に暴露されているという意味で清浄化されている。しかし、前処理組成物へ暴露する準備が整っているように実質的に全ての不純物が除去されているという意味では、完全に清浄化されていない可能性がある。いくつかの場合には、金属表面が適切に清浄化されている可能性があるが、他の場合には、前処理組成物と接触させる前に水で最初にリンスすべきである（すなわち、接触させるまでに実質的に全ての不純物を除去する）。
【００４５】
リンスする工程は当該分野で周知であり、脱イオン水を使用することが好ましい。脱イオン水を使用すると、塩素イオンなどの任意の有害イオンが系内に混入されるのが回避される。リンスする工程は、２工程（水道水を用いて第１のリンス工程を行い、次いで脱イオン水を使用してリンスする）であり得る。
【００４６】
金属表面を組成物と接触させる上記の工程（３）の後、金属表面を、当該分野で周知のように、水で再度リンスすることができる。次いで、リンスした金属表面をシールすることができる。当該産業で周知の任意の化学シーリング組成物を使用することができる。１つの好ましい実施形態では、前処理組成物には、水、式Ｃｒ（ＨｘＰＯ４）３（式中、ｘは、１．５または２であり得る）を有する三価クロム化合物、シリカ化合物、および過酸化水素を含む組成物のみが含まれる。シーリング組成物を使用する場合、リンスする工程を介在させることが好ましい。
【００４７】
工程（３）または任意のその後のシール工程後、金属表面を乾燥させるか、リンスして乾燥させてもよく、次いで、化粧被膜を金属表面に塗布してもよい。例えば、金属表面に塗装するかラッカーを塗ってもよく、最初に下塗りをした後に塗装してもよい。かかる工程（下塗りおよび塗装）は、当該分野で「仕上げ塗り工程」として公知であり、任意の公知かつ適切な仕上げ塗り工程を使用することができる。適切な塗料には、とりわけ、アクリル系塗料およびフッ化炭素系塗料が含まれる。
【００４８】
推測することができるように、上記の工程（３）または任意のその後のシール工程後、金属表面を乾燥させることができ、次いで、化粧被膜（塗装層）を、これらの工程の間にリンス工程を介在させることなく塗布する。この代替プロセスは、「定置乾燥」前処理として公知である。前処理が「定置乾燥」であるかどうかに関わらず、リンスする工程が介在し、任意の公知の乾燥方法を使用することができる。被覆物を、例えば、オーブン、強制換気などを使用して乾燥させることができる。
【００４９】
種々の工程の浴を使用した金属表面の処理時間の決定は、当該分野で周知である。処理時間は、清浄化（清浄化工程の場合）または反応（前処理工程またはシール工程の場合）に十分な時間を得るのに十分な長さであることのみが必要である。処理時間は、非常に短いか３０分間ほどであり、処理時間は、数ある要因のうちで、処理段階、塗布のタイプ（例えば、含浸、噴霧）、金属表面のタイプ、および所望の被覆重量に依存し得る。組成物溶液への基板の含浸時間は、段階に応じて変動し、一般に、およそ１分間から約１０分間まで変動するであろう。含浸時間は、典型的には、接触方法として噴霧を使用する場合より長い。リンス時間は、一般に、かなり短時間であり得る（例えば、３０秒間から１分間）。特定の処理時間は広い範囲で変動してよく、当業者が容易に決定できる。
【００５０】
本発明の望ましい性能特性を、上記の加工工程によって達成することができ、それにより、良好な塗料接着および耐蝕性を有する前処理済み金属表面が生成される。これらの特性を、化粧被膜を用いずに金属表面上に得ることができる。したがって、処理済み金属表面を非塗装製品として使用することができ、この金属表面は、処理工程と任意のその後の塗装の間に遅延が生じたとしても、耐蝕性を示すであろう。
【００５１】
本発明の組成物およびプロセスは、本発明の基本的かつ新規の特徴に影響を及ぼすさらなる構成要素を使用することなく記述の利点を提供する。他の構成要素は、組成物に十分な量で添加された場合、新規の特徴に影響を及ぼし得る。例えば、一定の構成要素は、組成物を不安定にさせ得る。かかる構成要素は、処理の寿命に影響を及ぼし得る。他の構成要素は、本発明の組成物およびプロセスの性能を低下させ得る。
【００５２】
まとめると、本発明は、環境に優しい一方で優れた塗料接着および耐蝕性を依然として維持する金属処理のための組成物およびプロセスを提供する。より具体的には、本発明は、六価クロムの使用、ならびにその関連する健康被害および破棄問題が回避される。
【実施例】
【００５３】
以下の実施例は、本発明の性質全体をより明確に実証するために含まれている。図１〜４は、本発明の水性組成物の使用によって得られた改善結果を示す。これらの実施例は、本発明の例示であり、本発明を制限しない。
【００５４】
以下の実験では、Ｃｒ（Ｈ２ＰＯ４）３のバッチを、以下の表１で確認される原料を組み合わせて最初に合成した。
【００５５】
【表１】
2021501263.tif 000003
【００５６】
合計８７．１グラムのクロム二水素ホスファート（Ｃｒ（Ｈ２ＰＯ４）３）を合成した。さらなる水を溶液に添加し、マスターバッチの最終濃度は、３９．２％ｗｔ．％であると決定された。このマスターバッチを水でさらに希釈して、以下の表２で確認される２つの個別の組成物を作製した。
【００５７】
【表２】
2021501263.tif 000004
【００５８】
試験パネルの準備−組成物１
【００５９】
冷間圧延鋼パネルを、以下の噴霧プロセスによって処理した。第１に、パネルを、３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣ溶液にて１６５°Ｆで５秒間清浄化した。Ｂｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣは、鋼、亜鉛、およびアルミニウムの部品を清浄化するように設計されたアルカリ性清浄剤である。第２に、パネルを周囲温度で３０秒間リンスした。第３に、パネルを３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣにて１６５°Ｆで５秒間再度清浄化した。第４に、パネルを脱イオン水にて周囲温度で３０秒間リンスした。第５に、組成物１を、ロールコーターを使用してパネルに塗布した。第６に、パネルを熱風で乾燥させた。第７に、全てのパネルを、高反射率の白色の単一被覆ポリエステルを使用して乾燥被覆厚さ０．７〜０．８ミルに塗装した。
【００６０】
試験パネルの準備−組成物２
【００６１】
冷間圧延鋼パネルを、以下の噴霧プロセスによって処理した。第１に、パネルを、３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣ溶液にて１６５°Ｆで５秒間清浄化した。第２に、パネルを周囲温度で３０秒間リンスした。第３に、パネルを３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣにて１６５°Ｆで５秒間再度清浄化した。第４に、パネルを脱イオン水にて周囲温度で３０秒間リンスした。第５に、組成物２を、ロールコーターを使用してパネルに塗布した。第６に、パネルを熱風で乾燥させた。第７に、全てのパネルを、高反射率の白色の単一被覆ポリエステルを使用して乾燥被覆厚さ０．７〜０．８ミルに塗装した。
【００６２】
試験パネルの準備−対照配合物
【００６３】
冷間圧延鋼パネルを、以下の噴霧プロセスによって処理した。第１に、パネルを、３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣ溶液にて１６５°Ｆで５秒間清浄化した。第２に、パネルを周囲温度で３０秒間リンスした。第３に、パネルを３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣにて１６５°Ｆで５秒間再度清浄化した。第４に、パネルを脱イオン水にて周囲温度で３０秒間リンスした。第５に、Ｂｕｌｋ  Ｂｏｎｄ（登録商標）７８０  １２％ｖ／ｖを、噴霧洗浄機中で１６５°Ｆで８秒間塗布した。Ｂｕｌｋ  Ｂｏｎｄ（登録商標）７８０は、鋼に耐蝕性、塗料結合性のリン酸イオン被覆を付与するためにコイル被覆プロセスで用いる液体化学物質である。その後に、パネルを脱イオン水でリンスした。第６に、パネルを熱風で乾燥させた。第７に、次いで、ロールコーターを使用して対照パネルをＢｕｌｋ  Ｂｏｎｄ（登録商標）ＮＰ２５０  ３５％ｖ／ｖでシールした。Ｂｕｌｋ  Ｂｏｎｄ（登録商標）ＮＰ２５０は、多金属表面のための不動態化／前処理として圧延機で塗布されるように設計された液体クロム／シリカ製品である。第８に、全てのパネルを乾燥させ、高反射率の白色の単一被覆ポリエステルを使用して乾燥被覆厚さ０．７〜０．８ミルに塗装した。
【００６４】
試験パネルの準備−Ｒａｕｓｃｈ配合物
【００６５】
冷間圧延鋼パネルを、以下の噴霧プロセスによって処理した。第１に、パネルを、３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣ溶液にて１６５°Ｆで５秒間清浄化した。第２に、パネルを周囲温度で３０秒間リンスした。第３に、パネルを３％ｖ／ｖのＢｕｌｋ  Ｋｌｅｅｎ（登録商標）８４１ＭＣにて１６５°Ｆで５秒間再度清浄化した。第４に、パネルを脱イオン水にて周囲温度で３０秒間リンスした。第５に、Ｒａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の特許の実施例１で概説した組成物を、ロールコーターを使用してパネルに塗布した。第６に、パネルを熱風で乾燥させた。第７に、全てのパネルを、高反射率の白色の単一被覆ポリエステルを使用して乾燥被覆厚さ０．７〜０．８ミルに塗装した。
【００６６】
次いで、全ての試験パネルを、ＡＳＴＭ  Ｂ１１７に従って中性塩水噴霧に２５０時間または５００時間暴露した。得られた結果の写真による比較を、図１〜６に示す。認められるように、組成物１および組成物２は、対照配合物（すなわち、Ｂｕｌｋ  Ｂｏｎｄ（登録商標）７８０）に匹敵する保護を示し、かつＲａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の配合物より優れていた。具体的には、組成物１および組成物２が対照配合物と類似の腐食および孔食を示したのに対して、Ｒａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の配合物は、腐食および孔食が増加した。
【００６７】
いかなる特定の理論にも拘束されないが、Ｒａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の配合物中にはクロム、リン酸塩、およびシリカ以外にさらなるイオンが存在するので、組成物１および組成物２はＲａｕｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．の配合物より優れていたと考えられる。
【００６８】
ある特定の実施形態および実施例を参照して上記に図示および説明してきたが、それにもかかわらず、本発明は、示した詳細事項に制限されることを意図しない。むしろ、クレームの等価物の範囲内で、本発明の精神から逸脱することなく詳細事項に種々の修正を加えることができる。例えば、本文書で広く列挙された全ての範囲には、この全ての範囲内に、より広い範囲内に含まれる全てのより狭い範囲が含まれることが明確に意図される。上記で開示された種々の組成物の使用方法の工程がいかなる特定の順序にも制限されないことも明確に意図される。
【図１】
2021501263.tif 000005
【図２】
2021501263.tif 000006
【図３】
2021501263.tif 000007
【図４】
2021501263.tif 000008
【図５】
2021501263.tif 000009
【図６】
2021501263.tif 000010
【国際調査報告】
2021501263.tif 000011
2021501263.tif 000012
2021501263.tif 000013