BRPI0517817B1 - Process for continuous coating of metal strips through the coating process in box - Google Patents

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Abstract

uso de polissilazanos para revestimento de tiras de metal. trata-se de um revestimento para metais que contêm uma solução de polissilazano ou uma mistura de polissilazanos de fórmula geral (1) - (sir'r"-nr")~-(1) onde r', r", r"' são idênticos ou diferentes e independentemente representam hidrogênio ou um radical alquila, arila, vinila ou (trialcoxissilil)alquila não-substituida ou substituida, onde n é um número inteiro e n é dimensionado de modo que o polissilazano possua um peso molecular médio de 150-150.000 g/mol, em um solvente e pelo menos um catalisador. a invenção também refere-se a um método para a produção do revestimento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA REVESTIR DE FORMA CONTÍNUA TIRAS DE METAL ATRAVÉS DO PROCESSO DE REVESTIMENTO EM BOBINA". A presente invenção refere-se ao uso de polissilazanos para revestir tiras de metal através do processo de revestimento em bobina.
As tiras de metal finas, feitas por exemplo, de alumínio, aço ou zinco, são geralmente revestidas através do processo conhecido como revestimento em bobina. Neste processo, os materiais de revestimento são aplicados através de rolos ou por aspersão na tira de metal ("bobina"), o material de revestimento é curado a quente em uma seção de secagem, e as tiras revestidas são subseqüentemente laminadas.
As exigências impostas sobre tais materiais de revestimento são, principalmente, alta deformabilidade mecânica, visto que as tiras de metal são usinadas e colocadas em sua forma subseqüente somente após o revestimento, e a curagem rápida do material de revestimento em altas temperaturas, uma vez que as tiras são executadas em alta velocidade através das instalações de revestimento em bobina. A curagem ocorre tipicamente em temperaturas da mufla de 200-350°C, a PMT (temperatura de metal máxima) atingiu em torno de 160-260°C (Rõmpp Lexikon Lacke and Druckfar-ben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998).
Os materiais de revestimento geralmente usados em revestimento em bobina são compostos de sistemas de aglutinantes orgânicos tais como, por exemplo, resinas de poliéster, resinas epóxi, resinas acrílicas, resinas de poliuretano ou resinas de fluorocarbono; em alguns casos, dois materiais de revestimento diferentes devem ser usados, como tinta de base e como revestimento de topo, para permitir que as exigências (particularmente com relação à resistência à corrosão do revestimento) sejam satisfeitas.
Uma desvantagem dos materiais de revestimento conhecidos se trata de sua estabilidade de envelhecimento, que devido à sua natureza orgânica é limitada, com a conseqüência que, particularmente no caso de aplicações externas, a matriz de aglutinante se decompõe com o passar do tempo.
Uma desvantagem adicional dos sistemas de revestimento co- nhecidos se trata de sua baixa resistência ao risco, uma vez que os revestimentos devem ser os mais flexíveis possíveis para permitir que a tira de metal seja processada. A resistência química dos sistemas de aglutinante convencionais, também, deixa algo a desejar quando estes estiverem em contato com solventes ou com substâncias acídicas ou alcalinas, tal como ocorre no caso de aplicações externas como um resultado, por exemplo, de chuva ácida ou de poluição por excrementos de pássaro. A partir da literatura sabe-se que os revestimentos de polissila-zano são capazes de proteger os metais contra corrosão; até esta data, entretanto, os únicos processos de revestimento descritos foram aqueles onde a curagem deve ser realizada durante um período de tempo relativamente longo, e estes, conseqüentemente, não são adequados para o processo de revestimento em bobina. JP2001 172 795 descreve a vedação de superfície de alumínio anodizado com um polissilazano, que mediante tratamento em alta temperatura é convertido em um filme de dióxido de silício. No Exemplo 1 o alumínio é revestido por aspersão com um polissilazano não especificado, então seco a 80°C durante 30 minutos e subseqüentemente calcinado a 400°C durante 2 horas. Este procedimento de curagem trabalhoso e a alta temperatura tornam o processo inadequado para revestimento em bobina. US 6.627.559 ensina o uso de um sistema de revestimento que compreende polissilazanos que garantem o controle de corrosão. O sistema em questão possui pelo menos duas camadas, que compreendem misturas diferentes de polissilazanos. É importante ajustar a proporção de mistura dos polissilazanos à estrutura de camada para obter revestimentos isentos de fissura. Nos exemplos descritos as camadas são aplicadas por revestimento por rotação nos discos de aço e, após uma camada ser aplicada, a curagem ocorre a 300°C durante 1 hora. Um processo deste tipo é inadequado para o rápido revestimento de metais por revestimento em bobina, uma vez que, por um lado, o tempo de cura é bastante longo e por outro lado, um múltiplo que passa através da instalação de revestimento poderia ser necessário. WO 2004/039 904 descreve o uso de uma solução de polissila-zano para revestir uma variedade de substratos. Incluída neste, nos Exemplos 7 a 13, está a produção de uma camada de controle de corrosão sobre alumínio. A solução de polissilazano é aplicada por imersão e o revestimento é curado por aquecimento a 120°C durante 1 hora. Conseqüentemente, este processo não é adequado para uso no revestimento em bobina de tiras de metal.
Um objetivo da presente invenção é desenvolver um revestimento para o processo de revestimento em bobina que proporcione ótimo controle de corrosão, seja altamente resistente à luz e ao desgaste e, além disso, impeça o risco do metal.
Surpreendentemente, foi verificado no momento que revestimentos em bobina de alta qualidade podem ser produzidos utilizando polissila-zanos por meio de breve curagem em altas temperaturas, sendo que estes revestimentos são muito rígidos e ainda de forma suficiente flexíveis e apresentam, mesmo sob esforço mecânico, ótima adesão à tira de metal, e então satisfazem estas exigências. A invenção, conseqüentemente, proporciona um revestimento para metais de revestimento, que compreende uma solução de um polissilazano ou uma mistura de polissilazanos da fórmula 1 -(SiR,R"-NR,")n- (1) onde R', R" e R'" são idênticos ou diferentes e independentemente uns dos outros são hidrogênio ou um radical alquila, arila, vinila ou (trialcoxissi-liljalquila não-substituída ou substituída, sendo que n é um inteiro e é tal que o polissilazano possui um peso molecular médio de 150 a 150 000 g/mol, em um solvente e pelo menos um catalisador.
Os polissilazanos são particularmente adequados onde R', R" e R'" independentemente uns dos outros são um radical do grupo que consiste em hidrogênio, metila, etila, propila, isopropila, butila, isobutila, terc-butila, fenila, vinila, 3-(trietoxissilil)propila, e 3-(trimetoxissilil)propila.
Em uma modalidade preferida os peridropolissilazanos da fórmula 2 são usados para o revestimento da invenção (2) onde n é um n° inteiro e é tal que o polissilazano possui um peso molecular médio de 150 a 150 000 g/mol e compreende um solvente e um catalisador.
Em outra modalidade preferida o revestimento da invenção compreende polissilazanos da fórmula (3) -(SiR,R"-NR,")n-(SiR*R**-NR***)p- (3) onde R', R", R"\ R*, R**, e R*** independentemente uns dos outros são hidrogênio ou um radical alquila, arila, vinila ou (trialcoxissilil)alquila não-substituída ou substituída, sendo que n e p são inteiros e n é tal que o polissilazano possui um peso molecular médio de 150 a 150 000 g/mol. É dada preferência particular aos compostos nos quais - R', R"', e R*** são hidrogênio e R", R*, e R** são metila; - R', R"', e R*** são hidrogênio, R" e R* são metila, e R** é vinila; - R', R'", e R*** são hidrogênio e R" e R** são metila.
Também se dá preferência à utilização de polissilazanos da fórmula (4) -(SiR,R"-NR,")n-(SiR*R**-NR***)p-(SiR1R2-NR3)q- (4) onde R', R", R'", R*, R**, R***, R1, R2 e R3 independentemente uns dos outros são hidrogênio ou um radical alquila, arila, vinila ou (trialcoxissilil)alquila não-substituída ou substituída, sendo que n e p são inteiros e n é tal que o polissilazano possui um peso molecular médio de 150 a 150 000 g/mol. É dada preferência particular aos compostos nos quais - R', R'", e R*** são hidrogênio e R", R*, R**, e R2 são metila, R3 é (trietoxissilil)-propila e R1 é alquila ou hidrogênio.
Em geral, a fração de polissilazano no solvente é 1% a 50% por peso de polissilazano, de preferência 3% a 30% por peso, mais preferivelmente 5% a 20% por peso.
Os solventes adequados para a formulação de polissilazano incluem particularmente solventes orgânicos que não contêm água nem ne- nhum grupo reativo (tais como grupos de hidroxila ou amina). Estes são, por exemplo, hidrocarbonetos alifáticos ou aromáticos, hidrocarbonetos haloge-nados, ésteres tais como acetato de etila ou acetato de butila, cetonas tais como acetona ou cetona metila etila, éteres tais como tetraidrofurano ou éter de dibutila, e também éteres de dialquila, mono- e polialquileno glicol (glymes), ou misturas destes solventes.
Um constituinte adicional da formulação de polissilazano pode ser aditivos, que, por exemplo, influenciam a viscosidade de formulação, umedecimento de substrato, formação de filme, ou procedimento de evaporação, ou nanopartículas inorgânicas tais como S1O2, T1O2, ZnO, ZrC>2 ou AI2O3, por exemplo.
Os catalisadores usados podem ser, por exemplo, aminas orgânicas, ácidos, ou metais ou sais de metal, ou misturas destes compostos. O catalisador é usado de preferência em quantidades de 0,001% a 10%, em particular 0,01% a 6%, mais preferivelmente 0,1% a 3%, baseado no peso do polissilazano.
Exemplos de catalisadores de amina são amônia, metilamina, dimetilamina, trimetilamina, etilamina, dietilamina, trietilamina, n-propilamina, isopropilamina, di-n-propilamina, diisopropilamina, tri-n-propilamina, n-butilamina, isobutilamina, di-n-butilamina, diisobutilamina, tri-n-butilamina, n-pentilamina, di-n-pentilamina, tri-n-pentilamina, dicicloexilamina, anilina, 2,4-dimetilpiridina, 4,4-trimetilenobis(1-metilpiperidina), 1,4-diazabiciclo[2.2.2]-octano, Ν,Ν-dimetilpiperazina, cis-2,6-dimetilpiperazina, trans-2,5-dimetilpi-perazina, 4,4-metilenobis(cicloexilamina), estearilamina, 1,3-di(4-piperidil)-propano, N,N-dimetilpropanolamina, Ν,Ν-dimetilexanolamina, N,N-dime-tiloctanolamina, Ν,Ν-dietiletanolamina, 1-piperidinaetanol, e 4-piperidinol.
Exemplos de ácidos orgânicos são ácido acético, ácido propiôni-co, ácido butírico, ácido valérico, e ácido capróico.
Exemplos de tais metais e compostos de metal como catalisadores são paládio, acetato de paládio, acetilacetonato de paládio, propionato de paládio, níquel, acetilacetonato de níquel, pó de prata, acetilacetonato de prata, platina, acetilacetonato de platina, rutênio, acetilacetonato de rutênio, carbonila de rutênio, ouro, cobre, acetilacetonato de cobre, acetilacetonato de alumínio, e tris(etil acetoacetato) de alumínio.
Dependendo do sistema de catalisador usado, a presença de umidade ou de oxigênio pode exercer uma função em conjunto com a cura-gem do revestimento. Por exemplo, ao selecionar um sistema de catalisador apropriado, uma curagem rápida pode ser obtida em alta ou baixa umidade atmosférica ou em alto ou baixo teor de oxigênio. O versado na técnica está ciente destas influências e, conseqüentemente irá ajustar as condições atmosféricas por meio de métodos de otimização apropriados. A invenção proporciona adicionalmente um processo onde as tiras de metal são revestidas com uma solução de polissilazano através do processo de revestimento em bobina. O processo de revestimento em bobina está descrito em detalhes, por exemplo, em Rõmpp Lexikon Lacke and Druckfarben, Georg Thie-me Verlag, Stuttgart, 1998. O dito item de literatura está explicitamente incorporado por meio deste à guisa de referência. A condução e otimização do processo são familiares ao versado na técnica. Uma exposição mais detalhada deste processo não estará, portanto, empreendida de acordo com a presente invenção.
Por fim, a invenção proporciona as tiras de metal revestidas de acordo com a invenção. O revestimento baseado em polissilazano da invenção é aplicado através do processo de revestimento em bobina usual: em outras palavras, a aplicação na bobina ocorre alternativamente através de um rolo, por aspersão, ou por revestimento em um banho de imersão. A aplicação pode ocorrer tanto em um lado da bobina como na face e inverter simultaneamente. Conseqüentemente, as tiras são passadas sobre uma seção de secagem.
Antes da aplicação do revestimento, é possível, antes de mais nada, aplicar um revestimento principal, que pode contribuir para aperfeiçoar a adesão do filme de polissilazano à tira de metal. As tintas de base típicas são aquelas baseadas em silanos tais como, por exemplo, 3-amino- propiltrietoxissilano, 3-glicidiloxipropiltrietoxissilanos, 3-mercaptopropiltrime-toxissilanos, viniltrietoxissilanos, 3-metacriloiloxipropiltrimetoxissilanos, N-(2-aminoetil)-3-aminopropiltrimetoxissilanos, bis(3-trietoxissililpropil)aminas, N-(n-butil)-3-aminopropiltrimetoxissilanos, e N-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetil-dimetoxissilanos.
Os polissilazanos podem ser curados em alta temperatura em um tempo muito curto, desta maneira garante-se a curagem na seção de secagem. Uma vez que os polissilazanos apreciam grande estabilidade de temperatura, uma temperatura de curagem superior é possível a não ser no caso de sistemas de revestimento, também. Os únicos limites sobre esta temperatura são geralmente aqueles impostos pela deformabilidade térmica da tira de metal. A curagem do revestimento de polissilazano no processo de revestimento em bobina ocorre de preferência em uma temperatura da mufla de 150 a 500°C, de preferência 180 a 350°C, mais preferivelmente 200 a 300°C. O tempo de secagem é geralmente de 10 a 20 segundos, dependendo da espessura do filme. De acordo com a espessura e natureza da tira de metal e da construção da seção de secagem, uma temperatura de metal máxima (PMT) de 100 a 400°C é atingida nesta, de preferência 150 a 300°C, mais preferivelmente 200 a 260°C.
Além da curagem por secagem convencional também é possível utilizar secadores radiantes baseado na tecnologia IR ou NIR. Neste caso estes secadores são operados na faixa de comprimento de onda a partir de 12 a 1,2 micrômetro ou 1,2 a 0,8 micrômetro respectivamente. As intensida-des de radiação estão na faixa a partir de 5 a 1000 kW/m2. O revestimento com a formulação de polissilazano pode ser seguido por um pós-tratamento adicional para adaptar a energia de superfície do revestimento. Através disto é possível produzir, alternativamente, superfícies hidrofílicas, hidrofóbicas ou oleofóbicas, que influenciam a tendência à poluição.
Os metais usados com preferência para o revestimento são, por exemplo, alumínio, aço, aço galvanizado, zinco, magnésio, titânio ou ligas destes metais. Os metais ou tiras de metal podem ter sido pré-tratados, por meio de, por exemplo, cromagem, pré-tratamento isento de cromato, anodi-zação ou deposição de vapor com filmes de óxido de metal.
Com o revestimento de polissilazano da invenção é possível obter ótimo controle de corrosão, com um revestimento significativamente mais fino do que no caso de materiais de revestimento em bobina convencionais considerados suficientes. O revestimento de polissilazano curado possui normalmente uma espessura de revestimento de 0,1 a 10, de preferência, 0,5 a 5, mais preferivelmente 1 a 3 micrômetros. O nível reduzido de consumo de material obtido desta maneira é ecologicamente vantajoso, uma vez que a quantidade de solvente usada é reduzida. Ademais, não há necessidade de uma base, uma vez que o próprio revestimento de polissilazano proporciona um efeito protetor suficientemente alto.
Em vista da natureza orgânica do revestimento, este é extraordinariamente resistente a UV e ao desgaste.
As bobinas revestidas de acordo com a invenção podem ser usadas em uma variedade muito grande de aplicações, no setor de construção, por exemplo, em construção de veículos ou na fabricação de aparelhos eletrodomésticos. Estas podem ser, por exemplo, elementos para teto ou parede, perfis de janela, persianas de enrolar, refletores, componentes de estrutura, ou componentes de aparelhos eletrodomésticos.
Exemplos Os peridropolissilazanos usados são produtos de Clariant Japan K.K. O solvente usado é di-n-butil éter (designação NL). A solução contém (0,75% por peso) de propionato de paládio, com relação ao peridropolissilazano, como catalisador.
As condições de curagem nos exemplos foram selecionadas para serem comparáveis com aquelas em uma instalação de revestimento em bobina.
Nos exemplos abaixo, as partes e porcentagens são por peso.
Exemplo 1 (revestimento de um painel de alumínio) Um painel de alumínio com uma espessura de 0,5 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano (Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Diretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida a uma temperatura de 250°C, e mantido nesta durante 60 segundos. Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura. Exemplo 2 (Revestimento de um painel de alumínio) Um painel de alumínio com uma espessura de 0,5 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano 10% de de intensidade {Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Direta mente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida a uma temperatura de 250°C, e mantido nesta durante 30 segundos. Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°G é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 3 (Revestimento de um painel de alumínio polido) Um painel de alumínio polido com uma espessura de 0,5 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano com 20% de intensidade (Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Diretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida a uma temperatura de 250°C, e mantido nesta durante 60 segundos, Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 4 (Revestimento de um painel de alumínio modificado em superfície) Um painel de alumínio com uma espessura de 0,5 mm, em cuja superfície um filme de óxído de Tí02 e Si02 foi aplicado antecipadamente, é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano com 20% de intensidade {Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min, Diretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada pre-aquecida a uma temperatura de 250°C, e mantido nesta durante 60 segundos, Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 5 (Painel de alumínio modificado em superfície com curaaem por IR) Um painel de alumínio com uma espessura de 0,5 mm, em cuja superfície um filme de óxido de Ti02 e Si02 foi aplicado antecipadamente, é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano com 20% de intensidade {Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Diretamente após o revestimento, o painel é irradiado a partir do lado inferior em um secador IR (lâmpadas de tungstênio) durante 50 segundos. Uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C ê atingida, O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 6 (Revestimento de um painel de zinco) Um painel de zinco com uma espessura de 0,8 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peridropolissilazano com 10% de intensidade (Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Diretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida em uma temperatura de 260°C, e mantido nesta durante 30 segundos. Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 230°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 7 (Revestimento de um painel de zinco) Um painel de zinco com uma espessura de 0,8 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 12GA-20 de peri-dropolissilazano com 20% de intensidade {Clariant Japan) e retirado em uma velocidade de 120 cm/min. Diretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida em uma temperatura de 260°C, e mantido nesta durante 60 segundos. Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 8 (Revestimento de um painel de zinco) Um painel de zinco com uma espessura de 0,8 mm é imerso em um aparelho de imersão preenchido com uma solução NL 120A-20 de peri-dropolissilazano com 20% de intensidade (Clariant Japan) e 10% de uma solução de um polimetilsilazano em éter de petróleo (preparada através do processo descrito no Exemplo 1 na US 6,329.487) em uma proporção de 2,83:1 e retirado em uma velocidade de 120 cm/min, Díretamente após o revestimento, o painel é introduzido em uma estufa de secagem com ventilação forçada preaquecida em uma temperatura de 260°C, e mantido nesta durante 60 segundos. Durante este período uma temperatura de metal máxima (PMT) de 240°C é atingida. O resultado após o resfriamento é um revestimento claro, transparente, e isento de fissura.
Exemplo 9 fTeste de corrosão) A resistência à corrosão dos painéis de zinco revestidos dos Exemplos 6 a 8 é testada em um teste de atmosfera de alternaçâo de água de condensação (KFW) de acordo com ISSO 6270-4. Após um tempo de exposição de 25 ciclos as amostras foram avaliadas. Os resultados obtidos foram os seguintes: Exemplo 10 ('Determinação de resistência ao risco) A resistência ao risco é determinada por múltipla exposição (cinco raspagens para trás e para frente) com grau 00 de lã de aço em uma força de 3N. O risco é avaliado visual mente de acordo com a seguinte escala: muito boa (sem riscos), boa (poucos riscos), satisfatória (riscos significativos), adequada {severamente riscado), e deficiente (muito severamente riscado), A adesão do revestimento é determinada através de um teste de corte transversal de acordo com DIN EN ISSO 2409, sendo que a adesão ocorre sobre uma escala a partir de 0 (melhor classificação) a 5 (pior classificação).
REIVINDICAÇÕES

Claims (1)

1. Processo para revestir de forma contínua tiras de metal através do processo de revestimento em bobina, caracterizado pelo fato de que uma solução que compreende um polissilazano ou uma mistura de polissila-zanos da fórmula (1). -(SiR,R"-NR"V (1) onde R', R" e R'" são idênticos ou diferentes e independentemente uns dos outros são hidrogênio ou um radical alquila, arila, ou (trialcoxissilil)alquila não-substituída ou substituída, sendo que n é um número inteiro e é tal que o polissilazano possui um peso molecular médio de 150 a 150 000 g/mol, em um solvente e pelo menos um catalisador é aplicado a uma tira de metal e então o revestimento é curado a uma temperatura de 150 a 500°C ou utiliza-se radiação por IR ou NIR.
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