[发明专利]在金属基材上制备聚醚酰亚胺涂层的方法

说明书

本发明涉及聚醚酰亚胺涂覆的碳钢基材，聚酰胺酸中间体以及制备所述聚醚酰亚胺碳钢涂覆的基材和所述聚酰胺酸中间体的方法。本发明还涉及由聚酰胺酸中间体制备聚醚酰亚胺纤维的方法。

对金属体例如钢筋、线材、带材或片材进行保护性表面处理以延长所述钢筋、线材、带材或片材的寿命和性能。这种操作在金属片材应表现出极高抗腐蚀性的汽车工业和白色家电(white good)工业中具有特殊的重要性。

在过去使用锌涂层，这是因为它们提供不允许湿气与金属接触的连续的不透性金属阻挡层。在没有直接湿气接触的情况下，不应发生腐蚀。然而，锌涂层随时间逐渐地劣化，这是由于在外露式(open air)应用中暴露于水和大气污染物。阻挡层寿命还与涂层厚度成比例，较厚的涂层增加了用锌涂覆金属基材的费用。

当金属若被擦伤而使裸金属暴露于湿气时，锌涂层还优先被氧化。在锌的即刻存在下，金属中的铁不被氧化直到所有的锌均牺牲掉。然而，锌氧化的产物具有高的表面积并且产生不利地影响覆盖性漆面外观的鼓泡。

鉴于上述，已制造有机涂层来改善抗腐蚀性并且降低涂覆金属基材时的费用。已发现涂层厚度是可影响涂层性能的重要参数。例如，较厚的涂层提高抗腐蚀性但是降低片材的可焊性和涂层的可成形性。

将基于环氧树脂例如双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)及其衍生物的有机涂层直接沉积在金属基材上作为抗腐蚀性涂层。该方法还涉及在金属表面上产生薄的氧化物膜，其意图提高涂层和基材之间的附着性。尽管存在氧化物膜，但是涂层附着性不令人满意，这是因为在固化时环氧化物的反应性环氧乙烷(-CH₂-CH-O^-)基团的特性在很大程度上消失。作为不良附着性的结果，观察到抗腐蚀性的降低。

基于芳族聚醚酰亚胺的有机涂层表现出优异的附着性和耐高温性，这促使它们用作电子和航空航天领域中的高性能材料。这种类型的聚醚酰亚胺的特征通常在于高的玻璃化转变温度(Tg)和高的分解温度，这归因于沿着聚合物主链的有序芳基的存在。其结果是这些聚合物难以加工，因为它们仅在高沸点的质子溶剂中和在升高的温度下可溶。这类溶剂包括间甲酚或卤化的溶剂例如四氯乙烯，它们中的许多具有毒性并且不适于大的工业规模过程。

这些聚醚酰亚胺中的一些为半晶态、刚性并且可成形性差，并且使这类聚醚酰亚胺涂层进行成形操作有可能因裂纹形成而引起涂层完整性和抗腐蚀性的降低。

因此明显需要比先前已知的那些具有更好特性的有机涂层。

本发明的目的是提供聚醚酰亚胺涂覆的基材，其中所述聚醚酰亚胺涂层具有改善的抗腐蚀性。

本发明的目的是提供聚醚酰亚胺涂覆的基材，其中所述聚醚酰亚胺涂层具有改善的涂层附着性。

本发明的目的是提供聚醚酰亚胺涂覆的基材，其中所述聚醚酰亚胺涂层具有改善的可成形性。

根据本发明的第一方面，提供了一种在碳钢基材上制备聚醚酰亚胺涂层的方法，该方法包括以下步骤：

i.提供有机溶剂；

ii.提供二酐；

iii.提供第1二胺，所述第1二胺为单芳族二胺(monoaromatic diamine)；

iv.提供第2二胺；

v.将所述有机溶剂、二酐、第1二胺和第2二胺置于反应容器中以形成反应混合物；

vi.在惰性条件下搅拌该反应混合物以形成聚酰胺酸中间体；

vii.将该聚酰胺酸中间体施涂在碳钢基材上；

viii.使该聚酰胺酸中间体固化以形成聚醚酰亚胺涂层。

根据本发明制备的聚醚酰亚胺包含二酐、第1二胺和第2二胺。所述二酐含有为聚醚酰亚胺提供刚度(stiffness)、改善的抗腐蚀性和改善的机械性能的刚性芳基。然而，包含上述类型的二酐的聚醚酰亚胺涂层典型为半晶态并且具有不足的柔性和可成形性。因此必须使所述二酐与所述第1二胺和第2二胺进行共聚以提供具有改善的抗腐蚀性、柔性和可成形性的非晶态聚醚酰亚胺涂层。

根据本发明的第二方面，如果省略上述方法的步骤iii并且使用沿聚合物主链具有提高的柔性的第2二胺，也可制备具有改善的抗腐蚀性、机械性能、柔性和可成形性的聚醚酰亚胺。根据该方法，聚酰胺酸中间体和聚醚酰亚胺涂层包含二酐和第2二胺。优选地，所述第2二胺包含沿着其聚合物主链的柔性醚键，更优选地，所述第2二胺是脂族杰夫胺(Jeff amine)、芳族杰夫胺或它们的衍生物。