BR112022005968B1

BR112022005968B1 - Composição de revestimento retardante de fogo não intumescente à base de água livre de isocianato, método de revestimento de substrato e substrato

Info

Publication number: BR112022005968B1
Application number: BR112022005968-0A
Authority: BR
Inventors: Theodore CANTERBURY; Toolika Agrawal Rhoades
Original assignee: Akzo Nobel Coatings International B.V.
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2023-01-24
Also published as: WO2021105034A1; EP4065648A1; US20230002622A1; JP7189392B1; MX2022005489A; CA3160962A1; JP2022553110A; AU2020394474A1; CN114729204B; KR102515894B1; KR20220065884A; BR112022005968A2; CN114729204A

Abstract

COMPOSIÇÃO DE REVESTIMENTO RETARDANTE DE FOGO NÃO INTUMESCENTE À BASE DE ÁGUA LIVRE DE ISOCIANATO, MÉTODO DE REVESTIMENTO DE SUBSTRATO E SUBSTRATO. A invenção refere-se a uma composição de revestimento retardante de fogo não intumescente à base de água compreendendo: (a) pelo menos uma resina aglutinante com grupos funcionais reativos, que compreende ambos os grupos hidroxila e carboxílico, em que a resina aglutinante possui um valor de acidez inferior a 40 mg KOH/g de resina em sólidos e um valor de OH superior a 30 mg KOH/g de resina em sólidos; (b) um reticulante, capaz de reagir com, pelo menos, alguns dos grupos funcionais da resina aglutinante (a), em que o reticulante contém uma funcionalidade carbodiimida; e (c), pelo menos um retardante de fogo. O revestimento resultante possui boa adesão a uma variedade de substratos, vida útil prolongada e atende aos requisitos de resistência ao fogo na indústria aérea.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma composição de revestimento retardante de fogo não intumescente, à base de água, que é livre de isocianato (NISO).

ANTECEDENTES

[002] Os revestimentos retardantes de fogo foram desenvolvidos para controlar o fogo por vários meios, incluindo aumento da temperatura de combustão, redução da taxa de queima, redução da propagação da chama e redução da geração de fumaça. Revestimentos retardantes de fogo são usados em diversas áreas, e são particularmente importantes em aplicações automotivas e em aeronaves.

[003] Na indústria de aeronaves comerciais, os componentes internos da aeronave são, tipicamente, estruturas em sanduíche compreendendo um painel estrutural central “ensanduichado” por revestimentos externos. Esses componentes internos, como pisos, paredes laterais, revestimentos de painéis, contornos de janelas, divisórias, anteparas, tetos e compartimentos de acondicionamento devem resistir ao fogo e emitir quantidades mínimas de fumaça e outros gases tóxicos durante a combustão.

[004] Os padrões de resistência ao fogo nos Estados Unidos são estabelecidos pela Federal Aviation Administration. Para componentes internos de aeronaves, o Regulamento FAR 25.853 inclui requisitos de inflamabilidade para materiais usados em muitas aeronaves operadas nos Estados Unidos. Em particular, o FAR 25.853 requer um tempo de chama do material não superior a quinze segundos, um comprimento de queima que não deve exceder seis polegadas, e um gotejamento de chama que não deve exceder três segundos.

[005] Tipicamente, revestimentos retardantes de fogo para aplicações em aeronaves são composições de revestimento de dois componentes (2K), geralmente compreendendo um reticulante contendo poli-isocianato. No entanto, o uso de reticulantes com isocianato demandam precauções no manuseio e uso desses materiais, devido à sua alta toxicidade. Deseja-se diminuir seu uso em revestimentos e procurar análogos alternativos e menos tóxicos. No entanto, o desenvolvimento de revestimentos retardantes de fogo livres de isocianatos eficazes que atenderiam à taxa FAR de liberação de calor tem sido um desafio.

[006] Deseja-se fornecer uma composição de revestimento retardante de fogo à base de água que seja livre de isocianato. Deseja-se ainda que a composição de revestimento seja uma composição de dois componentes (2K) com uma vida útil prolongada em comparação com as formulações 2K convencionais. Deseja-se ainda que a composição de revestimento possua boa adesão a vários substratos e atenda aos requisitos do FAR 25.853.

RESUMO DA INVENÇÃO

[007] Afim de endereçar os desejos mencionados, a presente invenção fornece, em um primeiro aspecto, uma composição de revestimento retardante de fogo não intumescente à base de água compreendendo: (a) pelo menos uma resina aglutinante com grupos funcionais reativos, compreendendo grupos hidroxila e carboxílicos, em que a resina aglutinante possui um valor de acidez inferior a 40 mg KOH/g de resina em sólidos e um valor de OH superior a 30 mg KOH/g de resina em sólidos; (b) um reticulante, capaz de reagir com, pelo menos, alguns dos grupos funcionais de resina aglutinante (a), em que o reticulante contém uma funcionalidade carbodiimida; e (c) pelo menos, um retardante de fogo.

[008] Em um outro aspecto, a presente invenção fornece um método de revestimento de um substrato, que compreende a aplicação da composição de revestimento da invenção em um substrato, e permite a cura dessa composição.

[009] Em outro aspecto, a invenção também fornece um revestimento de substrato com a composição de revestimento da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[010] A composição de revestimento, de acordo com a invenção, é uma composição retardante de fogo não intumescente à base de água.

[011] A composição de revestimento é uma composição de revestimento não intumescente. Revestimentos intumescentes formam uma camada carbonácea espessa e altamente isolante (carvão) na superfície do substrato, quando expostos ao calor ou à chama. Atinge-se isso, usando-se um agente de carbonização (por exemplo, álcool poliídrico tal como (di)pentaeritritol) e um agente de expansão (como melamina ou ureia). Portanto, a presente composição de revestimento não contém nenhum agente de carbonização e nenhum agente de expansão.

[012] A composição de revestimento, de acordo com a invenção, é à base de água, o que significa que a água é o componente principal da fase líquida, na qual a resina(s) aglutinante(s) é(são) dissolvida(s) ou dispersa(s). “Componente principal” significa que ele está presente em uma quantidade maior do que qualquer outro solvente. “Solvente” é usado aqui para incluir tanto água como solventes orgânicos. Preferencialmente, a água constitui pelo menos 30% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 50% em peso, ainda preferencialmente, pelo menos 60% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 70% em peso de todos os solventes.

[013] Preferencialmente, a composição de revestimento é substancialmente livre de isocianato. “Substancialmente livre de isocianato” significa que a composição de revestimento não compreende compostos com uma funcionalidade de isocianato reativa ou reversivelmente bloqueada, ou contém menos que 1% em peso dela, preferencialmente menos que 0,1% em peso, com base no peso total da composição de revestimento. Mais preferencialmente, a composição de revestimento não compreende tais compostos.

[014] A composição de revestimento compreende, pelo menos, uma resina aglutinante, um reticulante, pelo menos um retardante de fogo e, alternativamente, outros componentes descritos em detalhes a seguir.

Resina aglutinante

[015] A composição compreende, pelo menos, uma resina aglutinante com grupos funcionais reativos, que compreende ambos os grupos hidroxila e carboxílico. Resinas aglutinantes adequadas podem, por exemplo, serem selecionadas de um grupo que consiste de poliacrilatos, poliésteres e poliuretanos. Em algumas modalidades, a resina aglutinante é um poliuretano. Preferencialmente, ele é fornecido na forma de uma dispersão aquosa de poliuretano (PUD).

[016] Poliuretanos são tipicamente preparados a partir de, pelo menos, um poli-isocianato e, pelo menos, um poliol. Os poli-isocianatos que podem ser usados na síntese de poliuretano são conhecidos pelo especialista na técnica desse contexto, tais como, por exemplo, diisocianato de hexametileno, diisocianato de octametileno, diisocianato de decametileno, diisocianato de dodecametileno, diisocianato de tetradecametileno, diisocianato de trimetil-hexano, diisocianato de tetrametil-hexano, diisocianato de isoforona, isocianato de 2-isocianatopropil ciclo-hexil, 2,4'- diisocianato de diciclo-hexil metano, 4,4'-diisocianato de diciclo-hexilmetano, 1,4- ou 1,3-bis(isocianato-metil) ciclo- hexano, 1,4- ou 1,3- ou 1,2-di-isocianato ciclo-hexano, 2,4- ou 2,6-diisocianato-1-metil ciclo-hexano, ou misturas desses poli-isocianatos. Também podem ser usados dímeros e/ou trímeros dos poli-isocianatos indicados, mais particularmente, as uretdionas e isocianuratos dos poli-isocianatos acima mencionados, especialmente dos diisocianatos acima mencionados, que são conhecidos per se e estão disponíveis comercialmente.

[017] Isocianatos alifáticos, como diisocianato de isoforona (IPDI), e isocianatos cicloalifáticos, como diisocianato de metileno diciclohexil (H12MDI), 1,3-cis bis(isocianatometil) ciclo-hexano, 1,3-trans bis(isocianatometil)ciclo-hexano, 1,4-cis bis(isocianatometil)ciclo-hexano, 1,4-trans bis(isocianato metil)ciclo-hexano e suas misturas são os preferidos.

[018] O termo "poliol" refere-se a qualquer composto orgânico com dois ou mais grupos hidroxila (-OH), que são capazes de reagir com um grupo isocianato. Os polióis úteis para a preparação de dispersões de poliuretano são geralmente conhecidos por um especialista na técnica. Os polióis adequados podem incluir polióis de poliéter, polióis de poliéster, polióis de policarbonato e polióis de polilactona. Os polióis preferidos são os polióis de poliéster.

[019] A resina aglutinante, preferencialmente, possui um peso molecular médio em número (Mn) de 2.000 a 10.000 g/mol, mais preferencialmente, de 2.500 a 5.000. A resina aglutinante, preferencialmente, possui um peso molecular médio em peso (Mw) de 5.000 a 50.000 g/mol, mais preferencialmente, de 10.000 a 30.000 g/mol. Pesos moleculares podem ser determinados por cromatografia de permeação em gel (GPC) usando-se um padrão de poliestireno om tetra-hidrofurano como fase móvel.

[020] A resina aglutinante usada na presente invenção contém grupos funcionais reativos, que compreendem ambos os grupos hidroxila e carboxílico. A fim de dispersar a resina aglutinante em água, os grupos carboxílicos são, preferencialmente, neutralizados com um agente neutralizante. Exemplos de agentes neutralizantes incluem amônia e aminas, tais como di- e trietilamina, dimetilaminoetanol, diisopropanolamina, morfolinas e/ou N-alquilmorfolinas.

[021] Preferencialmente, o valor de acidez da resina aglutinante é menor que 40 mg KOH/g de sólidos de resina, mais preferencialmente, menos que 30 mg KOH/g de sólidos de resina. Geralmente, o valor de acidez é, pelo menos, 5 mg KOH/g de sólidos de resina. O valor de acidez, no contexto da presente invenção, é medido por titulação potenciométrica, por exemplo, em conformidade com a DIN EN ISO 3682.

[022] A resina aglutinante preferencialmente possui um valor de OH (valor de hidroxila) superior a 30 mg KOH/g de sólidos de resina, preferencialmente superior a 40 mg KOH/g de sólidos de resina, até mais preferencialmente, superior a 50 mg KOH/g de sólidos de resina. Geralmente, o valor de hidroxila é menor que 100 mg KOH/g de sólidos de resina. O número de hidroxila pode ser medido por titulação potenciométrica, usando-se o método TSI, por exemplo, de acordo com a ASTM E1899-08.

[023] A dispersão da resina aglutinante, preferencialmente, possui uma teor sólido de 5 a 60% em peso, mais preferencialmente, de 10 a 50% em peso.

[024] Dispersões comerciais de poliuretano adequadas são, por exemplo, a Daotan series da Allnex, particularmente, as Daotan TW 1225/40 WANEP, TW 1252/42WA, TW 2229/40WANEP, TW 6425/40WA, TW 6464/36WA, TW 7000/40 WA e TW 7010/36WA.

[025] A resina aglutinante (a) é, preferencialmente, presente em uma quantidade menor que 20% em peso do teor sólido da composição de revestimento.

[026] Quando considerados todos os componentes do aglutinante, incluindo reticulantes, aditivos e, opcionalmente, retardantes de fogo poliméricos presentes, o teor total de aglutinante é, preferencialmente, inferior a 50% em peso, mais preferencialmente, menos que 20% em peso do teor sólido da composição de revestimento. Quando somente retardantes de fogo inorgânicos são usados, o teor total de aglutinante pode ser tão baixo quanto 5-15% em peso em sólidos totais. Em alguns outros casos, o teor total de aglutinante pode ser de 30-50% em peso, por exemplo, quando um retardante de fogo polimérico é usado. O baixo teor de aglutinante permite incluir grandes quantidades de retardantes de fogo necessários para os testes de resistência ao fogo. Embora, na presente invenção, o aglutinante constitua somente uma pequena parte dos sólidos da composição de revestimento, é surpreendentemente suficiente para a excelente adesão seca e úmida do revestimento final, conforme demonstrado nos exemplos.

Reticulante

[027] A composição de revestimento ainda compreende um reticulante, capaz de reagir com, pelo menos, alguns dos grupos funcionais da resina aglutinante descrita acima. É essencial para a invenção que o reticulante seja um reticulante livre de isocianato (NISO). Particularmente, o reticulante compreende uma funcionalidade carbodiimida. O reticulante de carbodiimida é, preferencialmente, o único reticulante na composição de revestimento.

[028] O reticulante pode ser um monômero de carbodiimida ou, preferencialmente, uma policarbodiimida. As policarbodiimidas são oligômeros ou polímeros contendo, em média, dois ou mais grupos de carbodiimida. O grupo carbodiimida possui a seguinte fórmula geral: R1N=C=NR2 onde R1 e R2 podem ser iguais ou diferentes, e são selecionadas a partir de hidrogênio, grupos alifáticos ou aromáticos. Grupos alifáticos podem ser, por exemplo, alquil ou cicloalquil, que compreendem de 1-20 átomos de carbono. Um exemplo de tal carbodiimida é a diciclo-hexil carbodiimida. Em algumas modalidades, o reticulante pode ser uma policarbodiimida multifuncional, o que significa que pode compreender grupos funcionais adicionais, que têm uma reatividade para grupos funcionais na resina ou para grupos correspondentes, ou seja, por autocondensação ou auto-adição. Grupos carbodiimidas úteis comercialmente disponíveis ainda incluem, por exemplo, carbodiimidas poliméricas da Stahl, tais como Picassian® XL-701, Picassian® XL-702, Picassian® XL-725 e Picassian® XL-732. Carbodiimidas oligoméricas ou poliméricas são desejáveis, visto que possuem menor toxicidade. Preferencialmente, um reticulante de carbodiimida dispersível em água é usado.

[029] A composição de revestimento, preferencialmente, compreende de 0,1 a 20% em peso do reticulante de carbodiimida, mais preferencialmente, de 1 a 10% em peso do peso total da composição.

Retardantes de fogo

[030] A composição de revestimento ainda compreende, pelo menos, um retardante de fogo. Qualquer retardante de fogo conhecido que possa ser incorporado em uma composição de revestimento à base de água pode ser usado. Retardantes de fogo podem ser inorgânicos e poliméricos.

[031] Retardantes de fogo também podem ser divididos em grupos de retardantes de fogo com e sem halogênio. Retardantes de fogo com halogênio incluem, por exemplo, organoclorados, tais como derivados de ácido clorêndico e parafinas cloradas, organobrominas como éter decabromodifenílico (decaBDE), decabromodifenil etano, compostos poliméricos bromados, tais como poliestirenos bromados, oligômeros de carbonato bromados (BCOs), oligômeros epóxi bromados (BEOs), anidrido tetrabromoftálico, tetrabromobisfenol A (TBBPA) e hexabromo ciclo-dodecano (HBCD). Retardantes de fogo com halogênio preferidos incluem compostos poliméricos bromados, tal como TexFRon 4002, disponível pela ICL Industrial.

[032] Alternativa ou adicionalmente, o uso de um retardante de fogo não halogênico pode ser preferido. Em algumas modalidades, pode ser preferido que somente retardantes de fogo não halogênicos sejam usados, e a composição de revestimento inteira seja não halogênica. “Não halogênico” significa que a composição é livre de quaisquer compostos contendo halogênio, ou seja, compostos contendo flúor, cloro, bromo, iodo.

[033] Retardantes de fogo não halogênicos incluem hidróxido de magnésio (MDH), hidróxido de alumínio, borato de zinco, hidroxiestanato de zinco, resinas de silicone, polifosfato de amônio. Preferencialmente, retardantes de fogo não halogênicos inorgânicos são usados. Mais preferencialmente, hidróxidos de alumínio e/ou borato de zinco são usados.

[034] Em uma modalidade preferida, uma mistura de retardantes de fogo é usada. Particularmente, uma mistura de hidróxido de alumínio e borato de zinco é preferida. Alternativamente, essa mistura pode ser usada junto com um retardante de fogo com halogênio.

[035] O teor total de retardantes de fogo está, preferencialmente, na faixa de 40-90% em peso, mais preferencialmente, 50-80% em peso do teor de sólidos totais da composição de revestimento. Isso inclui retardantes de fogo inorgânicos e poliméricos, se usados.

[036] Em algumas modalidades, o retardante de fogo inorgânico está para a razão de aglutinante, preferencialmente, na faixa de 2 a 6. O retardante de fogo inorgânico para a razão de aglutinante é a razão em peso da soma de todos os retardantes de fogo inorgânicos para a soma de todos os componentes aglutinantes, que incluem resinas, reticulantes e sólidos aditivos. No entanto, também é possível aumentar a quantidade de aglutinante e ter um retardante de fogo inorgânico para a razão de aglutinante tão baixo quanto 0,1-2, enquanto ainda passa pelos testes de taxa de liberação de calor necessários.

Outros componentes

[037] A composição de revestimento preferencialmente contém, pelo menos, um pigmento para dar cor à composição de revestimento. Os pigmentos adequados podem ser inorgânicos ou orgânicos. Exemplos de pigmentos corantes inorgânicos adequados são pigmentos brancos, como dióxido de titânio, branco de zinco, sulfeto de zinco ou litopona; pigmentos negros como negro de fumo, negro de manganês de ferro ou negro de espinélio; pigmentos cromáticos, como óxido de cromo, óxido de cromo hidratado verde, verde cobalto ou verde ultramarino, azul cobalto, azul ultramarino ou azul manganês, violeta ultramarino ou violeta cobalto e violeta de manganês, óxido de ferro vermelho, sulfoseleneto de cádmio, vermelho de molibdato ou vermelho ultramarino; óxido de ferro marrom, marrom misto, fases de espinélio e fases de corindo ou laranja de cromo; ou óxido de ferro amarelo, níquel titânio amarelo, cromo titânio amarelo, sulfeto de cádmio, sulfeto de cádmio zinco, cromo amarelo ou vanadato de bismuto.

[038] Exemplos de pigmentos corantes orgânicos adequados são pigmentos monoazo, pigmentos disazo, pigmentos de antraquinona, pigmentos de benzimidazol, pigmentos de quinacridona, pigmentos de quinoftalona, pigmentos dicetopirrolopirrol, pigmentos de dioxazina, pigmentos de indantrona, pigmentos de isoindolina, pigmentos de isoindolinona, pigmentos de azometina, pigmentos de tioíndigo, pigmentos de complexo metálico, pigmentos de perinona, pigmentos de perileno, pigmentos de ftalocianina ou preto de anilina.

[039] O teor de pigmento está, preferencialmente, na faixa de 1 a 80% em peso, mais preferencialmente, na faixa de 5 a 60% em peso, mais preferencialmente, na faixa de 10-50% em peso, com base no peso total da composição de revestimento.

[040] Exemplos de enchimentos são giz, sulfato de cálcio, sulfato de bário, silicatos, como talco ou caulim, sílica, óxidos e hidróxidos, como (hidr)óxido de alumínio ou (hidr)óxido de magnésio, argilas, nano sílica, boratos, grânulos de vidro, ou enchimentos orgânicos, como fibras têxteis, fibras de celulose, fibras de polietileno ou pós de polímero.

[041] Preferencialmente, o teor inorgânico da composição, de acordo com a presente invenção, está na faixa de 40-95% em peso, mais preferencialmente, 50-90% em peso, com base no peso dos sólidos totais. O teor inorgânico é o teor de todos os componentes inorgânicos sólidos (incluindo-se pigmentos e retardantes de fogo inorgânicos), retirados do peso total sólido da composição de revestimento. O teor inorgânico alto é, geralmente necessário para cumprir os requisitos de liberação de calor. Isso pode ser um desafio para a manutenção das boas propriedades de revestimento, tais como adesão, visto que o alto teor inorgânico corresponde a menor teor de resina aglutinante.

[042] Preferencialmente, a razão pigmento/aglutinante (P/B) da composição está na faixa de 0,510, mais preferencialmente, na faixa de 5-8. Em algumas modalidades, a razão P/B de 0,5 - 2 pode ser usada, por exemplo, em caso de retardantes de fogo poliméricos. A razão P/B é a razão em peso da soma dos pigmentos inorgânicos e enchimentos para os sólidos do aglutinante, que incluem resina(s), reticulante(s) e aditivos.

[043] A composição de revestimento pode ainda compreender aditivos convencionais, tais como antiespumantes, modificadores de reologia, pigmentos, estabilizante de pH, agentes de fluxo, agentes de nivelamento, agentes umectantes, agentes fosqueantes, antioxidantes, emulsionantes, agentes estabilizantes, inibidores, catalisadores, espessantes, agentes tixotrópicos, modificadores de impacto, expansores, auxiliares de processo e misturas dos aditivos acima mencionados. A quantidade de tais aditivos é, preferencialmente, de 0,01 a 25% em peso, mais preferencialmente, 0,05 a 15% em peso, mais preferencialmente de 0,1 a 10% em peso, com base no peso total da composição de revestimento.

[044] Embora a composição de revestimento, de acordo com a invenção, seja à base de água, isso não exclui pequenas quantidades de solventes orgânicos que possam estar presentes. A composição de revestimento, de acordo com a invenção, pode conter, pelo menos, um solvente orgânico, por exemplo, em uma quantidade menor que 40% em peso, preferencialmente menos que 30% em peso, mais preferencialmente, menos que 20% em peso do peso total do solvente (incluindo a água). Com base no peso total da composição de revestimento, o teor de solvente orgânico é, preferencialmente, menos que 30% em peso, mais preferencialmente, menos que 20% em peso, ainda mais preferencialmente, menos que 15% em peso. Em algumas modalidades, o teor de solvente orgânico pode ser, pelo menos 0,5% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 1% em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 5% em peso, com base no peso total da composição de revestimento. Em outras modalidades, o teor do solvente pode ser pelo menos 15% em peso, ou pelo menos 20% em peso, ou pelo menos 30% em peso, com base no peso total da composição de revestimento.

[045] O solventes orgânicos adequados são, preferencialmente, aqueles que podem ser misturados à água. A classe particularmente preferida é a dos éteres de glicol. Esses incluem éter monometílico de etileno glicol, éter monoetílico de etilenoglicol, éter monopropílico de etileno glicol, éter monoisopropílico de etileno glicol, éter monobutílico de etileno glicol, éter monofenílico de etileno glicol, éter monobenzílico de etilenoglicol, éter metílico de propilenoglicol, éter monometílico de dietilenoglicol, éter monoetílico de dietilenoglicol, éter mono-n-butílico de dietilenoglicol e éter metílico de dipropilenoglicol. Os solventes preferidos incluem éter n-propílico de propilenoglicol, éter n-butílico de propilenoglicol, éter n- butílico de dipropilenoglicol, éter metílico de di(propilenoglicol), éter monobutílico de etilenoglicol.

[046] O teor de sólidos da composição de revestimento da invenção é, preferencialmente, de 30 a 85% em peso, mais preferencialmente, de 35 a 80% em peso, mais preferencialmente, de 40 a 75% em peso.

[047] A composição de revestimento, de acordo com a invenção, pode ser preparada por mistura ou dispersão e/ou dissolução dos respectivos componentes da composição de revestimento descrita acima. Isso pode ser feito pelo uso de meios convencionais, por exemplo, agitadores de alta velocidade, tanques de agitação, moinhos agitadores, dissolvedores, misturadores ou dissolvedores em linha.

[048] A composição de revestimento é, preferencialmente, formulada como uma composição de revestimento de dois componentes (2K). “Dois componentes” significa que é fornecida na forma de dois componentes, que são armazenados em recipientes separados após a fabricação, e que só são misturados pouco antes da aplicação. Preferencialmente, o reticulante (b) é armazenado com um componente separado do componente que compreende a resina aglutinante (a).

[049] A composição de revestimento, de acordo com a invenção, pode ser usada como um único revestimento aplicado diretamente a um substrato, ou em sistemas multicamadas, particularmente como primer, enchimento ou preparador de superfície. Em uma modalidade particularmente preferida, a composição de revestimento é usada como enchimento ou primer, aplicada diretamente ao substrato. O primer pode ser coberto por mais camadas de revestimento, preferencialmente, revestimentos à base de água.

[050] A invenção ainda fornece um método de revestimento de um substrato com a composição de revestimento descrita acima e um substrato revestido com a composição de revestimento. Preferencialmente, o substrato revestido é uma peça de automóvel ou aeronave. O método compreende a aplicação, permitindo posteriormente a cura da composição de revestimento a um substrato, de acordo com a invenção.

[051] A composição de revestimento pode ser aplicada a substratos usados tipicamente para aplicações no interior de aviões ou trens. O substrato é selecionado preferencialmente de um grupo que consiste de plástico, compósito, substratos de metal. Particularmente, os substratos podem ser plásticos, tais como policarbonatos, polieterimida (PEI), poliéter éter cetona (PEEK), polifenilsulfona (PPSU), compósitos como compósitos em favo de mel, compósitos em vidro fenólico, laminados (por exemplo, laminados PVF), metal pré-tratado (por exemplo, alumínio cromado). Um exemplo de compósito em favo de mel é o papel de aramida NOMEX® da DuPont, amplamente utilizado em painéis estruturais de aeronaves, devido à sua alta resistência por razão em peso e resistência a falhas por fadiga.

[052] A composição de revestimento, de acordo com a invenção, pode ser aplicada ao substrato por qualquer meio adequado conhecido na técnica, por exemplo, pulverização, pintura com pincel, pintura com rolo, ou mergulho.

[053] A composição de revestimento pode ser curada em condições ambientes, como temperatura ambiente (15-30 °C), por exemplo, por 2-4 horas. No entanto, o revestimento pode também ser curado em temperaturas elevadas, por exemplo, em um forno a 80-90 °C por 30 a 60 minutos. Um especialista na técnica é capaz de encontrar a temperatura adequada e o tempo de cura.

[054] A composição de revestimento da presente invenção possui, preferencialmente, um VOC (teor orgânico volátil - Volatile Organic Content) baixo, particularmente menos que 250 g/l, mais preferencialmente, menos que 200 g/l. O VOC pode ser calculado como a soma de todos os componentes orgânicos voláteis na composição de revestimento. Um VOC baixo permite a pintura, dentro de cabines de aeronaves, com equipamento de proteção mínimo, e pode ser aplicada com pulverizador, ou pincel ou rolo de pintura.

[055] A composição de revestimento da presente invenção possui uma vida útil longa (> 7 horas) e baixa liberação de calor durante a combustão, quando comparado à formulação de última geração contendo isocianato. O revestimento mostra ainda boa adesão a uma variedade de substratos (compósitos, policarbonato, alumínio), ao mesmo tempo que mantém ótima liberação de calor, quando retardantes de fogo como borato de zinco são usados em alta concentração.

[056] Sem a intenção de se prender a uma teoria particular, acredita-se que reticulantes de carbodiimida reagem com os grupos carboxílicos da resina aglutinante. No entanto, é surpreendente que boas propriedades de revestimento sejam alcançadas, mesmo quando a resina aglutinante tem um valor relativamente baixo de acidez (inferior a 40 mg KOH/g de resina em sólidos) e quantidade considerável de grupos OH livres que, geralmente, são considerados comprometedores das propriedades de adesão úmida, tornando a superfície hidrofílica. Como mostrado mais adiante nos exemplos, as composições de revestimento, de acordo com a invenção, têm uma adesão surpreendentemente boa, mesmo após imersão em água. Exemplos Abreviações: Daotan 6425-40WA - dispersão aquosa de poliuretano à base de poliéster sem solventes da Allnex, teor sólido 40% em peso em água, valor de OH de 55 mg KOH/g de resina em sólidos, valor de acidez de 28,7 mg KOH/g de resina em sólidos, Mn 3100-3500, Mw 15000-17000; DMEA - dimetiletanol amina; TexFRon 4002 - retardante de fogo polimérico bromado da ICL Industrial; Easaqua M501 - poli-isocianato alifático dispersível em água, trímero HDI, da Vencorex; Picassian XL-701 - reticulante multifuncional de policarbodiimida da Stahl, 50% de sólidos em peso.

Exemplo 1 - Preparação de composições de revestimento

[057] As composições de revestimento foram preparadas de acordo com a Tabela 1. Os ingredientes são misturados em um dispersador, para se obter uma composição homogênea. As quantidades são dadas como partes em peso. A composição comparativa A contém um poli-isocianato como reticulante, a composição comparativa C contém uma carbodiimida e um poli- isocianato. As composições B e D estão de acordo com a invenção, contendo somente carbodiimida como reticulante. A composição D contém, adicionalmente, um retardante de fogo polimérico.

* antiespumantes comerciais, dispersantes de pigmento, modificadores de reologia

[058] A razão pigmento/aglutinante (P/B) é a razão em peso da soma dos pigmentos inorgânicos e enchimentos para os sólidos do aglutinante, que incluem resina(s), reticulante(s) e aditivos. A razão pigmento/aglutinante do retardante de fogo inorgânico é a razão em peso da soma dos retardantes de fogo inorgânicos para os sólidos do aglutinante. O teor inorgânico é calculado como a razão em peso da soma de compostos inorgânicos para os sólidos totais. O teor total de aglutinante em sólidos é a razão em peso de sólidos totais do aglutinante para sólidos totais.

Exemplo 2 - Testes de adesão

[059] Testes de adesão foram executados nos substratos em sanduíche fenólico/de vidro (Danner BMS8-226) e de policarbonato (LexanTM da SABIC). Os painéis de adesão de cerca de 75 mm por 150 mm foram preparados para revestimento por lixamento ou limpeza com solvente (isopropanol). As composições de revestimento do Exemplo 1 foram aplicadas por pulverização como primers, usando-se uma pistola de copo HVLP (SATA 3000, diâmetro do bocal 1,4 mm) para a espessura de filme seco desejada (50-100 μm). Após o revestimento com primer, as amostras foram curadas em um forno a 80-90 °C por 30-60 minutos. Alguns painéis com primer foram ainda revestidos com um acabamento semibrilhante comercial Intura 8001, disponível na AkzoNobel. Após a aplicação do acabamento, os painéis foram curados em temperatura (25 °C) e humidade (50% RH) controladas por 24 horas.

[060] A adesão a seco foi testada fazendo-se vários riscos no painel revestido e aplicando-se e removendo-se uma fita adesiva no revestimento riscado. A adesão úmida foi testada após a imersão do painel revestido em água por 24 horas. A adesão foi avaliada em uma escala de 1 a 10, em que 1 - todo o revestimento se foi, 10 - sem perda de revestimento.

[061] Como pode ser observado na Tabela 2, as composições de revestimento com, apenas, agente reticulante de carbodiimida (B e D) têm resultados de adesão surpreendentemente bons, mesmo após imersão em água, em comparação aos que contêm reticulantes com poli-isocianato. Tradicionalmente, acreditava-se que a boa adesão úmida só poderia ser atingida com o uso de reticulantes com poli- isocianato.

Exemplo 3 - Testes de liberação de calor

[062] As composições de revestimento preparadas no Exemplo 1 foram aplicadas ao compósito de vidro fenólico não revestido (Airbus Tipo 1) como primer. Os painéis de liberação de calor eram de 150 mm por 150 mm em dimensões laterais. A aplicação do revestimento foi a mesma do Exemplo 2.

[063] Os dados de liberação de calor fornecidos foram medidos usando-se o aparelho de liberação de calor AkzoNobel’s Ohio State University (OSU), que está em conformidade com os requisitos do FAR 25.853. No procedimento padrão do FAR 25, uma amostra é inserida na câmara de combustão de um dispositivo OSU e submetido a um fluxo de calor radiante calibrado de 35 kW/m2 e uma chama piloto iminente. O ar à temperatura ambiente é forçado através da câmara de combustão e sai pelo duto de exaustão na parte superior do aparelho, onde uma termopilha detecta a temperatura dos gases de exaustão. A taxa de liberação de calor (TLC) durante o teste é deduzida a partir do aumento sensível da entalpia do ar que flui através da câmara de combustão, usando-se a diferença de temperatura entre os gases de exaustão e o ar ambiente de entrada, para calcular a quantidade de calor liberado pela queima após a calibração adequada usando-se uma chama de difusão de metano calibrada.

[064] Os resultados são mostrados na Tabela 3. Os resultados são em média de duas queimas.

*Aprovado/Reprovado refere-se ao requisito de TLC pico < 45 kW/m2 e TLC total < 45 kW/m2

[065] Esse exemplo mostra que os revestimentos inventivos das composições de revestimento livres de isocianato são capazes de serem aprovados nos requisitos de taxa de liberação de calor.

[066] Exemplo 4 - Testes de liberação de calor em primer + acabamento

[067] Igual ao Exemplo 3, porém revestido com um acabamento semibrilhante comercial Intura 8001, disponível na AkzoNobel. Os resultados são mostrados na Tabela 4. Tabela 4

*Aprovado/ Reprovado refere-se ao requisito de TLC pico < 55 kW/m2 e TLC total < 55 kW/m2

[068] Esse exemplo mostra que os revestimentos inventivos das composições de revestimento e acabamento livres de isocianato são capazes de serem aprovados nos requisitos de taxa de liberação de calor.

Exemplo 5 - Vida útil

[069] A vida útil é testada usando-se um viscosímetro Krebs Stormer e relatado em unidades de Krebs (K.U.). O procedimento para a análise é detalhado no ASTM D562-10 (2018). As amostras tinham aproximadamente 200 ml e foram testadas em um copo de 80 mm de diâmetro. Algumas misturas de tintas não apresentam aumento de viscosidade ao final da vida útil. Portanto, os primers também foram aplicados por pulverização (se pulverizáveis) após um determinado tempo (9 horas, 18 horas, 24 horas) e a tinta aplicada foi testada, para confirmar a adesão ao substrato e resistência à água. Além disso, um acabamento foi aplicado ao primer curado e testado para confirmar a repintura e adesão. Os resultados são mostrados na Tabela 5.

[070] Como se pode observar a partir da tabela acima, a vida útil da composição de revestimento B, de acordo com a invenção, é, consideravelmente, mais longa do que a comparativa, a composição de revestimento A com isocianato. É provável que a curta vida útil da composição de revestimento comparativa seja atribuída ao alto teor de borato de zinco, visto que o zinco pode servir como um catalisador para a reação de uretano.

Claims

1. COMPOSIÇÃO DE REVESTIMENTO RETARDANTE DE FOGO NÃO INTUMESCENTE À BASE DE ÁGUA LIVRE DE ISOCIANATO, caracterizada por compreender: (a) pelo menos uma resina aglutinante com grupos funcionais reativos, que compreendem ambos os grupos hidroxila e carboxílico, em que a resina aglutinante possua um valor de acidez inferior a 40 mg KOH/g de resina em sólidos e um valor de OH superior a 30 mg KOH/g de resina em sólidos; (b) um reticulante, capaz de reagir com, pelo menos, alguns dos grupos funcionais da resina aglutinante (a), em que o reticulante contém uma funcionalidade carbodiimida; e (c) pelo menos um retardante de fogo; tendo, a referida composição, teor inorgânico na faixa de 50-90% em peso, com base no teor sólido da composição de revestimento.

2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela resina aglutinante (a) ser um poliuretano.

3. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pela resina aglutinante (a) estar presente em uma quantidade menor que 20% em peso do teor de sólidos da composição de revestimento.

4. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada por possuir razão pigmento/aglutinante na faixa de 0,5-10.

5. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo retardante de fogo ser selecionado de um grupo que consiste de hidróxido de alumínio, borato de zinco e suas misturas.

6. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada por possuir um teor orgânico volátil (VOC) inferior a 200 g/l.

7. MÉTODO DE REVESTIMENTO DE SUBSTRATO, caracterizado por compreender a aplicação da composição de revestimento, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, em um substrato, e permitir a cura da composição de revestimento.

8. SUBSTRATO, caracterizado por ser uma peça de automóvel ou aeronave feita de plásticos, compósitos, ou substratos de metal, revestido pelo método conforme definido na reivindicação 7, em que os plásticos compreendem policarbonatos, polieterimida, poliéter éter cetona, polifenilsulfona, os compósitos compreendem compósitos de favo de mel, compósitos de vidro fenólico, laminados, e os substratos de metal compreendem metal pré-tratado.