ES2221355T3 - Composicion adhesiva. - Google Patents
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Abstract
Una composición acuosa que comprende los siguientes ingredientes: (a) un látex acuoso de polímero de butadieno preparado por polimerización en emulsión de al menos un monómero de butadieno, en presencia de un estabilizante seleccionado entre ácido estirensulfónico, estirensulfonato, poli(ácido estirensulfónico) o poli(estirensulfonato) como estabilizante; y (b) una resina fenólica presente en una cantidad de 5 a 90% en peso, basado en la cantidad total de látex de polímero de butadieno y resina fenólica.
Description
Composición adhesiva.
La presente invención se refiere a una
composición acuosa que incluye un látex acuoso de butadieno, una
resina fenólica soluble en agua o una dispersión acuosa de resina
fenólica. El látex de butadieno resulta especialmente útil en
composiciones adhesivas o de imprimación acuosas.
Se conocen varias técnicas para polimerizar en
emulsión polímeros de butadieno para obtener un látex acuoso. Por
ejemplo, de acuerdo con una traducción al inglés, la
DE-A-33 21 902 se refiere a una
polimerización en emulsión acuosa para preparar caucho de
cloropreno, que comprende polimerizar cloropreno, opcionalmente con
hasta 50% en peso de un monómero copolimerizable, en presencia de
0,5 a 5% en peso de un derivado ácido de colofonia y 0,1 a 10% en
peso de un derivado de ácido poliestirensulfónico, basado en el peso
del total de monómeros. Como ejemplos se citan copolímeros de 95% en
peso de cloropreno/5% en peso de
2,3-diclorobutadieno. Se dice aquí que la adición
del ácido poliestirensulfónico reduce la adherencia del caucho de
cloropreno a un molde metálico.
La Patente US No. 4.054.547 se refiere a un
procedimiento para la copolimerización de cloropreno y
0,5-10% en peso (basado en el total de monómeros) de
al menos un ácido estirensulfónico o un derivado soluble en agua del
mismo, en un medio acuoso, para formar partículas de látex. Se cita
la adición al sistema de un comonómero etilénicamente insaturado.
Como posible comonómero se indica el
2,3-diclorobutadieno.
La Patente US No. 4.400.229 se refiere a una
dispersión acuosa de un resol fenólico y un material polimérico
termoplástico o un caucho preparado por disolución de un material
termoplástico sólido o un caucho en un fenol líquido; adición de un
agente de superficie activa no iónico o aniónico y/o un coloide
protector; ajuste del pH de la mezcla a un valor por encima de 7;
adición de solución acuosa de formaldehído o de un donante de
formaldehído; y calentamiento de la mezcla para formar un resol
fenólico.
La Patente US No. 4.500.692 se refiere a la
polimerización en suspensión de un monómero
vinil-aromático en presencia de un sistema de
suspensión de fosfato inorgánico y de poliestierensulfonato sódico.
Se cita brevemente la posibilidad de copolimerizar el monómero
vinil-aromático con un comonómero. El butadieno se
incluye en una lista de posibles comonómeros.
La Patente US No. 5.051.461 se refiere a una
emulsión de copolímero sulfonado, neutralizado con metal, de un
dieno conjugado y una sal de alquilamina etoxilada de
estirensulfonato, y una resina aportadora de viscosidad. La Patente
US No. 4.530.987 se refiere a un polímero de al menos 80% en peso de
un dieno conjugado y una proporción menor de un monómero de
estirensulfonato neutralizado con metal o amina.
La Patente US No. 5.162.156 se refiere a una
composición de imprimación que incluye (a) resina fenólica de
novolaca y (b) una poliolefina halogenada. Como posibles
poliolefinas halogenadas se mencionan polímeros de
diclorobutadieno.
La Solicitud de Patente US Número de Serie
08/889.294, presentada el 8 de julio de 1997, se refiere a una
composición adhesiva acuosa que incluye un látex de homopolímero de
halobutadieno, una resina fenólica soluble o dispersable en agua y
compuesto de maleimida. El
2,3-dicloro-1,3-butadieno
es el monómero de halobutadieno preferido.
La Patentes US Nos. 5.200.459; 5.300.555; y
5.496.884 describen la polimerización en emulsión de monómeros de
diclorobutadieno en presencia de alcohol polivinílico y de un
co-disolvente tal como un alcohol orgánico o un
glicol. El látex de diclorobutadieno estabilizado con alcohol
polivinílico ha sido comercializado con éxito, pero presenta todavía
algunos inconvenientes.
La JP-A-3 203 901
describe la polimerización en emulsión de monómeros para formar un
látex macromolecular. La FR-A-2 281
386 describe una polimerización similar utilizando un estabilizante
alternativo.
En particular, el uso de un
co-disolvente orgánico volátil requiere su
eliminación del látex en emulsión. En el caso de que no se elimine
la totalidad del co-disolvente, el látex resultante
puede tener una cantidad inaceptablemente alta de compuestos
orgánicos volátiles (VOC). Además, en la polimerización en emulsión
se emplea una alta concentración de surfactantes. Una alta
concentración de surfactantes en composiciones adhesivas puede
causar el ya bien conocido problema de "penalidad del
surfactante" en el comportamiento del adhesivo. El látex sufre
también de problemas de compatibilidad cuando se mezcla con una
resina fenólica soluble en agua o con una dispersión o emulsión
acuosa de una resina fenólica. Por tanto, sería muy conveniente
disponer de un látex de butadieno que alivie tales problemas.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona una composición acuosa que incluye (A) un látex de
polímero de butadieno preparado por polimerización en emulsión en
presencia de un ácido estirensulfónico, estirensulfonato, poli(ácido
estirensulfónico) o poli(estirensulfonato) como estabilizante
y (B) una resina fenólica presente en una cantidad de 5 a 90% en
peso, basado en la cantidad total de látex de polímero de butadieno
y resina fenólica.
La composición se puede emplear para adhesivos o
imprimaciones para unir una superficie polimérica a una superficie
metálica.
El látex acuoso de polímero de butadieno,
estable, utiliza una cantidad más baja de surfactantes con respecto
a los látices de butadieno estabilizados con alcohol polivinílico y
exhibe una excelente compatibilidad con resinas fenólicas. El
polímero de butadieno es polimerizado en emulsión en presencia, como
estabilizante, de un ácido estirensulfónico, un estirensulfonato, un
poli(ácido estirensulfónico) o un poli(estirensulfonato) para
formar el látex. El poli(estirensulfonato) es el
estabilizante preferido. Este sistema estabilizante resulta
particularmente eficaz para un polímero de butadieno derivado de al
menos 60% en peso de monómero de diclorobutadieno, basado en la
cantidad total de monómeros empleados para formar el polímero de
butadieno.
Así, de acuerdo con una modalidad, el látex
acuoso de polímero de butadieno se prepara por polimerización en
emulsión de al menos 60% en peso de monómero de diclorobutadieno
(basado en la cantidad total de monómeros empleados para formar el
polímero de butadieno) en presencia, como estabilizante, de un ácido
estirensulfónico, un estirensulfonato, un poli(ácido
estirensulfónico) o un poli(estirensulfonato).
Salvo que se indique lo contrario, la descripción
de los componentes según la nomenclatura química se refiere a los
componentes en el momento de la adición a cualquier combinación
especificada en la descripción, pero no excluye necesariamente las
interacciones químicas entre los componentes de una mezcla una vez
mezclados.
A continuación se definen ciertos términos
empleados en este documento.
"Polímero de butadieno" significa un
polímero preparado a partir de monómeros de butadieno únicamente o a
partir de una combinación de monómeros de butadieno y otros
monómeros copolimerizables descritos con mayor detalle a
continuación. Por tanto, el "polímero de butadieno" se refiere
a homopolímero de butadieno, copolímero de butadieno, terpolímero de
butadieno y polímeros superiores.
"Compuesto fenólico" significa un compuesto
que incluye al menos un grupo funcional hidroxilo enlazado a un
átomo de carbono de un anillo aromático. Compuestos fenólicos
ilustrativos incluyen fenol insustituido per se, fenoles sustituidos
tales como fenoles alquilados y fenoles
multi-hidroxílicos y compuestos aromáticos de
múltiples anillos hidroxi-sustituidos. Fenoles
alquilados ilustrativos incluyen metilfenol (conocido también como
cresol), dimetilfenol (conocido también como xilenol),
2-etilfenol, pentilfenol y
terc-butilfenol. "Compuesto fenólico
multi-hidróxilico" significa un compuesto que
incluye más de un grupo hidroxi en cada anillo aromático. Fenoles
multi-hidroxílicos ilustrativos incluyen
1,3-bencenodiol (conocido también como resorcinol),
1,2-bencenodiol (conocido también como pirocatecol),
1,4-bencenodiol (conocido también como
hidroquinona), 1,2,3-bencenotriol (conocido también
como pirogalol), 1,3,5-bencenotriol y
4-terc-butil-1,2-bencenodiol
(conocido también como terc-butilcatecol).
Compuestos aromáticos de múltiples anillos
hidroxi-sustituidos ilustrativos incluyen
4,4'-isopropilidenbisfenol (conocido también como
bisfenol A), 4,4'-metilidenbisfenol (conocido
también como bisfenol F) y naftol.
"Compuesto de aldehído" significa un
compuesto que tiene la fórmula genérica RCHO. Compuestos de aldehído
ilustrativos incluyen formaldehído, acetaldehído, propionaldehído,
n-butilaldehído, n-valeraldehído,
caproaldehído, heptaldehído y otros aldehídos de cadena lineal que
tienen hasta 8 átomos de carbono, así como compuestos que se
descomponen a formaldehído tales como paraformaldehído, trioxano,
furfural, hexametilentriamina, acetales que liberan formaldehído
tras el calentamiento, y benzaldehído.
"Resina fenólica" significa en general el
producto de reacción de un compuesto fenólico con un compuesto de
aldehído.
Los monómeros de butadieno útiles para preparar
el látex de polímero de butadieno pueden ser esencialmente cualquier
monómero que contenga insaturación conjugada. Monómeros típicos
incluyen
2,3-dicloro-1,3-butadieno;
1,3-butadieno;
2,3-dibromo-1,3-butadieno;
isopreno; 2,3-dimetilbutadieno; cloropreno;
bromopreno;
2,3-dibromo-1,3-butadieno;
1,1,2-triclorobutadieno; cianopreno;
hexaclorobutadieno; y combinaciones de los mismos. En particular se
prefiere el uso de
2,3-dicloro-1,3-butadieno
puesto que se ha comprobado que un polímero que contiene, como parte
principal, unidades monómeras de
2,3-dicloro-1,3-butadieno,
resulta particularmente útil en aplicaciones de adhesivos debido a
la excelente capacidad de unión y propiedades de barrera de los
polímeros a base de
2,3-dicloro-1,3-butadieno.
Como se ha descrito anteriormente, una modalidad especialmente
preferida de la presente invención es aquella en donde el polímero
de butadieno incluye al menos 60% en peso, preferentemente al menos
70% en peso, de unidades monómeras de
2,3-dicloro-1,3-butadieno.
El monómero de butadieno puede ser copolimerizado
con otros monómeros. Dichos monómeros copolimerizables incluyen
\alpha-haloacrilonitrilos tales como
\alpha-bromoacrilonitrilo y
\alpha-cloroacrilonitrilo; ácidos carboxílicos
\alpha,\beta-insaturados tales como ácidos
acrílico, metacrílico, 2-etilacrílico,
2-propilacrílico, 2-butilacrílico e
itacónico; alquil-2-haloacrilatos
tales como etil-2-cloroacrilato y
etil-2-bromoacrilato;
\alpha-bromovinilcetona; cloruro de vinilideno;
viniltoluenos; vinilnaftalenos; viniléteres, ésteres y cetonas tales
como metilviniléter, acetato de vinilo y metilvinilcetona; amidas de
ésteres y nitrilos de ácidos acrílico y metacrílico tales como
acrilato de etilo, metacrilato de metilo, acrilato de glicidilo,
metacrilamida y acrilonitrilo; y combinaciones de tales
monómeros.
Los monómeros copolimerizables, si se utilizan,
son preferentemente \alpha-haloacrilonitrilo y/o
ácidos carboxílicos \alpha,\beta-insaturados.
Los monómeros copolimerizables se pueden emplear en una cantidad de
0,1 a 30% en peso, basado en el peso del total de monómeros
utilizados para formar el polímero de butadieno.
El látex de polímero de butadieno se puede
preparar por técnicas conocidas de polimerización en emulsión que
comprende polimerizar el monómero de butadieno (y monómero
copolimerizable, si está presente) en presencia de agua y del ácido
estirensulfónico, estirensulfonato, poli(ácido estirensulfónico) o
poli(estirensulfonato) como estabilizante. Un ácido
poliestirensulfónico útil es el suministrado comercialmente por
Monomer-Polymer y Dajac Laboratories, Inc. Los
sulfonatos pueden ser sales de cualesquiera grupos catiónicos tales
como sodio, potasio o amonio cuaternario. El estirensulfonato sódico
es un compuesto preferido de estirensulfonato. Los polímeros de
poli(estirensulfonato) incluyen homopolímero de
poli(estirensulfonato) y copolímeros de
poli(estirensulfonato) tales como aquellos con anhídrido
maleico. Las sales sódicas de poli(estirensulfonato) son
particularmente preferidas y son aquellas suministradas
comercialmente por National Starch con la designación comercial
VERSA TL. El poli(estirensulfonato) puede tener un peso
molecular medio en peso de 5 x 10^{2} a 1,5 x 10^{6}, con
preferencia de 1,5 x 10^{5} a 2,5 x 10^{5}. En el caso de un
poli(estirensulfonato) o un poli(ácido estirensulfónico) es
importante reconocer que la polimerización en emulsión tiene lugar
en la presencia de un polímero preformado. En otras palabras, el
monómero de butadieno se pone en contacto con el
poli(estirensulfonato) o poli(ácido estirensulfónico)
previamente formado. El estabilizante esta presente preferentemente
en una cantidad de 0,1 a 10 partes, con preferencia 1 a 5 partes,
por 100 partes en peso del total de monómeros utilizados para formar
el polímero de butadieno.
En la realización de la polimerización en
emulsión para producir el látex, se pueden emplear, durante el
proceso de polimerización, otros ingredientes opcionales. Por
ejemplo, se pueden emplear surfactantes aniónicos y/o no iónicos
convencionales con el fin de facilitar la formación del látex.
Surfactantes aniónicos típicos incluyen carboxilatos tales como
jabones de ácidos grasos de ácidos láurico, esteárico y oleico;
derivados acílicos de sarcosina tal como metilglicina; sulfatos tal
como laurilsulfato sódico; aceites naturales y ésteres sulfatados
tal como Turkey Red Oil; alquilarilpolietersulfatos; alquilsulfatos
alcalinos; sales de ácidos arilsulfónicos etoxilados;
alquilarilpolietersulfonatos; isopropilnaftalensulfonatos;
sulfosuccinatos; ésteres de fosfatos tales como ésteres parciales de
alcoholes grasos de cadena corta de fosfatos complejos; y ésteres de
ortofosfatos de alcoholes grasos polietoxilados. Los surfactantes no
iónicos típicos incluyen derivados de óxido de etileno etoxilados
tales como derivados alquilarílicos etoxilados; alcoholes mono- y
polihídricos; copolímeros en bloque de óxido de etileno/óxido de
propileno; ésteres tal como monoestearato de glicerilo; productos de
la deshidratación de sorbitol tal como monoestearato de sorbitán y
monolaurato de óxido de polietileno sorbitán; aminas; ácido láurico;
y haluro de isopropenilo. Un surfactante convencional, si se
utiliza, se emplea en una cantidad de 0,01 a 5 partes,
preferentemente 0,1 a 2 partes, por 100 partes en peso del total de
monómeros empleados para formar el polímero de butadieno.
En el caso de homopolímeros de diclorobutadieno,
los surfactantes aniónicos son particularmente útiles. Dichos
surfactantes aniónicos incluyen alquilsulfonatos y
alquilarilsulfonatos (suministrados comercialmente por Stepan con la
designación comercial POLYSTEP) y ácidos sulfónicos y sales de óxido
de difenilo alquilado (por ejemplo, disulfonato de didodecil óxido
de difenileno o disulfonato de dihexil óxido de difenilo
suministrados comercialmente por Dow Chemical Co. con la designación
comercial DOWFAX).
También se pueden emplear agentes de
transferencia de cadenas durante la polimerización en emulsión con
el fin de controlar el peso molecular del polímero de butadieno y
modificar las propiedades físicas del polímero resultante, como ya
es conocido en la técnica. Se puede emplear cualquiera de los
agentes de transferencia de cadenas que contienen azufre orgánico,
convencionales, tales como alquilmercaptanes y disulfuros de
dialquilxantogeno.
La formación del látex se lleva a cabo por
polimerización en emulsión de los monómeros adecuados en presencia
del estabilizante de estirensulfonato y de los ingredientes
opcionales. Concretamente, se forma una mezcla de emulsificación
acuosa de agua y del estirensulfonato a la cual se añaden los
monómeros adecuados. La mezcla de emulsificación contiene
preferentemente 40 a 80, más preferentemente 50 a 70% en peso de
agua.
La polimerización en emulsión se activa
habitualmente por un iniciador de radicales libres. Iniciadores de
radicales libres ilustrativos incluyen los sistemas redox
convencionales, los sistemas de peróxidos, los derivados azoicos y
los sistemas de hidroperóxidos. Se prefiere el uso de un sistema
redox y ejemplos de tales sistemas incluyen persulfato
amónico/metabisulfito sódico, sulfato férrico/ácido
ascórbico/hidroperóxido y tributilborano/hidroperóxido, siendo el
más preferido el sistema de persulfato amónico/metabisulfito
sódico.
La polimerización en emulsión se efectúa
normalmente a una temperatura de 10-90ºC, con
preferencia 40-60ºC. La conversión de monómeros es
generalmente de 70-100, preferentemente
80-100%. Los látices tienen preferentemente un
contenido en sólidos de 10 a 70, más preferentemente de 30 a 60%;
una viscosidad comprendida entre 50 y 10000 centipoises a 25ºC; y un
tamaño de partícula entre 60 y 300 nanómetros.
Los látices exhiben características superiores de
estabilidad mecánica y estabilidad electrolítica. La estabilidad
mecánica significa que el látex no se dispersa en la fase de manera
irreversible o forma de manera irreversible un precipitado o
coagulante durante un largo período de tiempo. Cabe esperar que los
látices según la invención permanezcan estables mecánicamente (en
otras palabras, tengan una vida en almacenamiento) durante al menos
12 meses. La estabilidad electrolítica significa que los látices son
muy resistentes a cambios en la concentración iónica. Esta
característica es importante cuando los látices se formulan con
otros componentes iónicos, en particular sales, para crear una
composición de múltiples componentes, tal como un adhesivo.
Como se ha descrito anteriormente, una modalidad
de la presente invención es una composición que incluye el látex de
butadieno estabilizado con estirensulfonato y una resina fenólica,
cuya composición es especialmente útil para unir superficies
elastoméricas a superficies metálicas. La resina fenólica puede ser
de cualquier tipo que porte agua y que sea compatible con el látex
de butadieno estabilizado con estirensulfonato. Resinas fenólicas
ilustrativas incluyen resinas fenólicas solubles en agua y una
dispersión acuosa de resina fenólica. Las resinas fenólicas son
materiales bien conocidos y pueden consistir en una novolaca, un
resol o una mezcla de ambos.
El resol fenólico es un producto de condensación
termo-reactivo, dispersable o soluble en agua, de un
compuesto de aldehído con un compuesto fenólico. Los resoles son
bien conocidos y generalmente se preparan por reacción de un
compuesto fenólico con un exceso de un compuesto de aldehído en
presencia de una base como catalizador. Materiales fenólicos
portadores de agua, ilustrativos, incluyen dispersiones acuosas de
resol estabilizadas con alcohol polivinílico; una dispersión acuosa
de una resina fenólica hidrófila termo-reactivo, una
resina de bisfenol A eterificada, hidrófoba, y un coloide protector
como se describe en la Patente US No. 5.548.015;resinas fenólicas
sulfonadas solubles en agua; resinas de novolaca acuosas como las
descritas en la Patente US No. 4.167.500; soluciones acuosas de un
condensado más bajo de resinas fenólicas; soluciones acuosas de
resinas fenólicas que contienen ácido cáustico concentrado;
emulsiones acuosas de resinas fenólicas que incluyen poliacrilamida
como se describen en la Patente US No. 4.131.582; y dispersiones
acuosas de novolaca como se describen en la Patente US No.
4.788.236.
Un resol fenólico conveniente es una dispersión
acuosa de un resol estabilizada con alcohol polivinílico. Esta
dispersión se puede preparar mediante un proceso que comprende
mezclar la resina de resol fenólico sólida, sustancialmente
insoluble en agua, previamente formada con agua; un disolvente
orgánico para el acoplamiento; y alcohol polivinílico, a una
temperatura y durante un período de tiempo suficientes para formar
una dispersión de la resina de resol fenólico en agua. Dichas
dispersiones acuosas de resol, estabilizadas con alcohol
polivinílico, se describen con mayor detalle en la Patente US No.
4.124.554 y son suministradas comercialmente por Georgia Pacific
Corporation con el nombre comercial UCAR® BKUA-2370
y UCAR® BKUA-2392. De acuerdo con la Patente US No.
4.124.554, el resol insoluble en agua se produce haciendo reaccionar
formaldehído con bisfenol A en una relación molar de 2 a 3,75 moles
de formaldehído por mol de bisfenol A, en presencia de una cantidad
catalítica de un metal alcalino o de un catalizador de condensación
de óxido o hidróxido de bario en donde la reacción se efectúa a
temperaturas elevadas. El producto de condensación se neutraliza
entonces a un pH de 3 a 8. Los disolventes de acoplamiento de mayor
utilidad son alcoholes, glicoléteres, éteres, ésteres y cetonas.
Ejemplos específicos de disolventes de acoplamiento útiles incluyen
etanol, n-propanol, alcohol isopropílico,
monobutiléter de etilenglicol, monoisobutiléter de etilenglicol,
acetato de monometiléter de etilenglicol, monobutiléter de
dietilenglicol, acetato de monoetiléter de dietilenglicol,
monopropiléter de propilenglicol, metoxiacetona y similares. El
alcohol polivinílico se prepara generalmente por hidrólisis de
acetato de polivinilo. Los polímeros de alcohol polivinílico de
mayor utilidad son hidrolizados en un grado de 85 a 91% y tienen
pesos moleculares tales que una solución al 4% de sólidos del
alcohol polivinílico en agua tiene una viscosidad de 4 a 25
centipoises a 25ºC.
La resina fenólica está presente en una cantidad
de 5 a 90, preferentemente 50 a 75% en peso, basado en la cantidad
total de látex de butadieno y resina fenólica.
Cuando se emplean los látices de polímero de
butadieno para unir una superficie polimérica a una superficie
metálica, puede ser conveniente utilizar otros aditivos promotores
de la adherencia. Dicho aditivo es un compuesto nitroso aromático.
El compuesto nitroso aromático puede ser cualquier hidrocarburo
aromático, tales como bencenos, naftalenos, antracenos, bifenilos y
similares, que contienen al menos dos grupos nitroso enlazados
directamente a átomos de carbono no adyacentes del anillo. Dichos
compuestos nitroso aromáticos se describen, por ejemplo, en Patente
US No. 3.258.388; Patente US No. 4.119.587 y Patente US No.
5.496.884.
Más particularmente, dichos compuestos nitroso se
describen como compuestos aromáticos que tienen de 1 a 3 núcleos
aromáticos, incluyendo núcleos aromáticos condensados, que tienen de
2 a 6 grupos nitroso enlazados directamente a átomos de carbono
nucleares no adyacentes. Los compuestos nitroso preferidos son los
compuestos dinitroso aromáticos, especialmente los dinitrosobencenos
y dinitrosonaftalenos, tales como los meta- o
para-dinitrosobencenos y los meta- o
para-dinitrosonaftalentos. Los átomos de hidrógeno
nucleares del núcleo aromático pueden ser reemplazados por grupos
alquilo, alcoxi, cicloalquilo, arilo, aralquilo, alcarilo,
arilamina, arilnitroso, amino, halógeno y grupos similares. De este
modo, cuando se hace referencia aquí a "compuesto nitroso
aromático" ha de entenderse que dicha referencia incluye
compuestos nitroso tanto sustituidos como insustituidos.
Los compuestos nitroso particularmente preferidos
vienen caracterizados por la fórmula:
(R)_{m}-Ar-(NO)_{2}
en donde Ar se elige del grupo
consistente en fenileno y naftaleno; R es un radical orgánico
monovalente seleccionado del grupo consistente en radicales alquilo,
cicloalquilo, arilo, aralquilo, alcarilo, arilamina y alcoxi que
tienen de 1 a 20 átomos de carbono, amino o halógeno, y
preferentemente es un grupo alquilo que tiene de 1 a 8 átomos de
carbono; y m es 0, 1, 2, 3 ó 4, preferentemente
0.
Ejemplos de compuestos nitroso aromáticos
adecuados incluyen m-dinitrosobenceno,
p-dinitrosobenceno,
m-dinitrosonaftaleno,
p-dinitrosonaftaleno,
2,5-dinitroso-p-cimeno,
2-metil-1,4-dinitrosobenceno,
2-metil-5-cloro-1,4-dinitroso-benceno,
2-fluor-1,4-dinitrosobenceno,
2-metoxi-1-3-dinitrosobenceno,
5-cloro-1,3-dinitrosobenceno,
2-bencil-1,4-dinitrosobenceno,
2-ciclohexil-1,4-dinitrosobenceno
y combinaciones de los mismos. En particular se prefieren
m-dinitrosobenceno y
p-dinitrosobenceno.
El precursor del compuesto nitroso aromático
puede ser esencialmente cualquier compuesto que sea capaz de
convertirse, normalmente por oxidación, a un compuesto nitroso a
temperaturas elevadas, generalmente de alrededor de
140-200ºC. Los precursores más comunes del compuesto
nitroso aromático son derivados de compuestos quinónicos. Ejemplos
de tales derivados de compuestos quinónicos incluyen quinondioxima,
benzoquinondioxima, 1,2,4,5-tetraclorobenzoquinona,
2-metil-1,4-benzoquinondioxima,
1,4-naftoquinondioxima,
1,2-naftoquinondioxima y
2,6-naftoquinondioxima.
Las composiciones adhesivas acuosas pueden
incluir también opcionalmente otros aditivos bien conocidos tales
como un óxido metálico (por ejemplo, óxido de zinc, óxido de plomo y
óxido de zirconio), compuestos que contienen plomo (por ejemplo,
sales polibásicas de plomo de ácido fosforoso y de ácidos y
anhídridos dicarboxílicos orgánicos saturados e insaturados),
plastificantes, cargas, pigmentos, surfactantes, agentes
dispersantes, agentes humectantes, agentes reforzantes y similares,
en las cantidades empleadas por los expertos en la técnica de los
adhesivos. Ejemplos de ingredientes opcionales incluyen negro de
humo, sílice tal como sílice ahumada, aluminosilicato sódico y
dióxido de titanio.
Se emplea agua, preferentemente agua desionizada,
en combinación con el látex de butadieno y la resina fenólica y
cualesquiera componentes opcionales de la invención, con el fin de
proporcionar una composición adhesiva o de imprimación que tiene
cualquier contenido final deseado en sólidos.
Las composiciones adhesivas o de imprimación se
pueden preparar por cualquier método conocido en la técnica, pero
preferentemente se preparan combinando y moliendo o agitando los
ingredientes y agua en un molino de bolas, un molino de arena, un
molino de perlas cerámicas, un molino de perlas de acero, un molino
de medios a elevada velocidad o similar. El polímero de butadieno se
formula generalmente como la composición en forma de látex y la
resina fenólica se formula como la composición en forma de
dispersión. Los otros componentes pueden ser formulados como la
composición en cualquier forma conveniente, tal como un dispersión,
solución, sólido, etc.
La composición adhesiva o de imprimación se puede
aplicar a una superficie o sustrato a unir mediante pulverización,
inmersión, aplicación con brocha, frotado, revestimiento con rodillo
(incluyendo el revestimiento con rodillo inverso) y similares, tras
lo cual se deja secar la composición adhesiva. La composición se
aplica normalmente en una cantidad suficiente para formar una
película seca.
La composición adhesiva o de imprimación se puede
emplear para unir cualesquiera tipos de sustratos o superficies
entre sí, pero particularmente resulta útil para unir un sustrato o
superficie metálico a un sustrato o superficie de material
polimérico. El material polimérico puede ser cualquier material
elastómero seleccionado entre cualquiera de los cauchos naturales y
cauchos olefínicos sintéticos incluyendo policloropreno,
polibutadieno, neopreno, caucho de copolímero de
estireno-butadieno, caucho de copolímero de
acrilonitrilo-butadieno, caucho de copolímero de
etileno-propileno (EPM), caucho de terpolímero de
etileno-propileno-dieno (EPDM),
caucho butilo, caucho butilo bromado, polietileno clorosulfonado y
alquilado y similares. El material puede ser también un elastómero
termoplástico tales como aquellos comercializados con los nombres
registrados SANTOPRENE y ALCRYN por Monsanto y DuPont,
respectivamente. El sustrato metálico se puede seleccionar entre
cualesquiera de los metales estructurales comunes tales como hierro,
acero (incluyendo acero inoxidable y acero electrogalvanizado),
plomo, aluminio, cobre, latón, bronce, aleación metálica MONEL,
níquel, cinc y similares. Antes de la unión, la superficie metálica
se limpia normalmente de acuerdo con uno o más métodos conocidos en
la técnica tales como desengrasado, chorreado con granalla y
fosfatado con cinc.
La composición adhesiva o de imprimación se
aplica normalmente a la superficie metálica y/o polimérica y la
superficies del sustrato se unen entonces entre sí bajo calor y
presión para completar el procedimiento de unión. Las condiciones
exactas seleccionas dependerán del polímero particular que ha de
unirse y si este último está o no curado. En algunos casos, puede
ser conveniente precalentar la superficie metálica antes de la
aplicación de la composición adhesiva para facilitar el secado de la
composición adhesiva. La superficie revestida del metal y el
sustrato polimérico se unen generalmente entre sí bajo una presión
de 20 a 175 MPa, preferentemente de 20 a 50 MPa. Si el polímero está
sin curar, el conjunto de polímero-metal resultante
se calienta simultáneamente a una temperatura de 140 a 200ºC,
preferentemente de 150 a 170ºC. El conjunto deberá permanecer bajo
la presión y temperatura aplicadas durante un período de 3 a 60
minutos, dependiendo de la velocidad de curado y del espesor del
sustrato polimérico. Si el polímero está ya curado, la temperatura
de unión puede ser desde 90ºC a por encima de 180ºC, durante un
tiempo de 15 a 120 minutos.
El proceso de unión se puede efectuar aplicando
el sustrato polímero como un material semi-fundido a
la superficie metálica, tal como por ejemplo, en un proceso de
moldeo por inyección. El proceso puede ser realizado también
empleando moldeo por compresión, moldeo por transferencia o técnicas
de curado en autoclave. Una vez terminado el proceso, la unión se
vulcaniza totalmente y queda lista para utilizarse en la aplicación
final.
La producción de látices de butadieno de
describirá ahora con mayor detalle por medio de los siguientes
ejemplos no limitativos.
La estabilidad mecánica de los látices
ejemplificados se midió mediante filtración de una muestra de látex
de 50 g mediante un tamiz (malla 325) al interior de un matraz
Erlenmeyer de 125 ml. El peso del filtrado se anotó como el "Peso
de Partida". El filtrado fue transferido a la cubeta de un
mezclador Waring y el mezclador se hizo funcionar a elevada
velocidad durante 60 segundos. El contenido de la cubeta del
mezclador se filtró a través de un tamiz (malla 325) al interior de
otro matraz Erlenmeyer de 125 ml. El peso del filtrado se anotó como
el "Peso Final". La estabilidad mecánica se calcula como:
Estabilidad Mecáncia (%) = (Peso Final (g) x 100) / (Peso de Partida
(g)).
La estabilidad electrolítica de los látices
ejemplificados se midió preparando una solución de cloruro cálcico
(0,025 M) como valorante. Se pesó una muestra de látex de 5 g en un
matraz Erlenmeyer de 50 ml y se diluyó con 5 ml de agua. En el
matraz se incorporó una varilla agitadora magnética. La muestra se
valoró gota a gota con la solución de cloruro cálcico hasta que la
muestra coaguló. La cantidad en mmoles de cloruro cálcico requerido
se calculó como: Estabilidad Electrolítica (mmoles de CaCl_{2}) =
(Volumen valorante (ml)) x (Concentración valorante (M)). La
valoración se efectúa normalmente tres veces y se anotó el resultado
medio. Las muestras que necesitaron más de 25 ml de valorante fueron
consideradas totalmente estables y anotadas como > 1,25 mmoles de
CaCl_{2}.
Se equipó un reactor con agitador mecánico,
termopar, entrada de nitrógeno, tubo de entrada de monómeros y
condensador. El reactor se cargó con 0,220 g (0,10 pphm) de DOWFAW
2Al, 13,42 g (4,00 pphm) de poli(estirensulfonato) (VERSA
TL-130), 0,2002 g de acetato sódico y 135,66 g de
agua. El interior del reactor se calentó a 45ºC y se mantuvo a esa
temperatura durante el resto del procedimiento. Se cargaron en el
reactor 5,01 g de monómero de diclorobutadieno y se dejó estabilizar
la temperatura. Se cargó en el reactor una solución de iniciador de
0,1007 g (0,100 pphm) de persulfato sódico disuelto en 5,05 g de
agua y se inició la alimentación de monómero, que consistía en 95,03
g de diclorobutadieno. La alimentación duró aproximadamente 3 horas
y el calentamiento se continuó después de la alimentación durante 1
hora. El producto resultante consistía en un látex que tiene un
contenido en sólidos de 39,21%, una estabilidad mecánica de 90,24% y
una estabilidad electrolítica de > 1,25 mmoles de CaCl_{2}.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que se utilizó VERSA TL-4 en lugar de VERSA TL130
y no se añadió DOWFAX 2Al. El producto resultante consistía en un
látex que tiene un contenido en sólidos de 35,3%, una estabilidad
mecánica de 91,7% y una estabilidad electrolítica de 0,504.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que se utilizó VERSA TL-501 en lugar de VERSA
TL130 y no se añadió DOWFAX 2Al. El producto resultante consistía en
un látex que tiene un contenido en sólidos de 35,3%, una estabilidad
mecánica de 78,1% y una estabilidad electrolítica de > 1,25.
Se equipó un reactor con agitador mecánico,
termopar, entrada de nitrógeno, tubo de alimentación de monómero
mediante bomba, tubo de alimentación de iniciador mediante bomba y
condensador. El reactor se cargó con 26,67 g de
poli(estirensulfonato) (VERSA TL-130), 3.556
g de DOWFAW 2Al, y 491,27 g de agua. Se añadieron al reactor dos
gotas de una solución de cloruro férrico y 0,08 g de tioglicolato de
2-etilhexilo. El interior del reactor se calentó a
45ºC y se mantuvo a esa temperatura durante el resto del
procedimiento. Se cargaron en el reactor 5,01 g de monómero de
diclorobutadieno y se dejó estabilizar la temperatura. Se cargaron
en el reactor 14 g de monómero de diclorobutadieno y se dejó
estabilizar la temperatura. Se cargaron en el reactor 0,878 g de
metabisulfito sódico disuelto en 10 g de agua y 0,958 g de
persulfato amónico disuelto en 50 g de agua y se pusieron en marcha
las bombas de alimentación de monómero y de iniciador. La
alimentación de monómero consistió en 386 g de diclorobutadieno y la
alimentación de iniciador consistió en los restantes 40 g de la
solución de persulfato amónico. La alimentación duró 135 minutos y
el calentamiento se continuó durante 30 minutos después de la
alimentación. El producto resultante consistía en un látex blanco
con un porcentaje en sólidos de 34,5%.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que se utilizó POLYSTEP A18 en lugar de DOWFAX 2Al. El producto
resultante fue un látex blanco con un porcentaje de sólidos de 40,3%
y una estabilidad mecánica de 84,8%.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que se utilizó POLYSTEP A4 en lugar de DOWFAX 2Al. El producto
resultante fue un látex blanco con un porcentaje de sólidos de 38,4%
y una estabilidad mecánica de 92,6%.
Claims (24)
1. Una composición acuosa que comprende los
siguientes ingredientes:
(a) un látex acuoso de polímero de butadieno
preparado por polimerización en emulsión de al menos un monómero de
butadieno, en presencia de un estabilizante seleccionado entre ácido
estirensulfónico, estirensulfonato, poli(ácido estirensulfónico) o
poli(estirensulfonato) como estabilizante; y
(b) una resina fenólica presente en una cantidad
de 5 a 90% en peso, basado en la cantidad total de látex de polímero
de butadieno y resina fenólica.
2. Una composición según la reivindicación 1, en
donde el monómero de butadieno contiene insaturación conjugada.
3. Una composición según la reivindicación 2, en
donde el monómero de butadieno se elige entre
3-dicloro-1,3-butadieno;
1,3-butadieno;
2,3-dibromo-1,3-butadieno;
isopreno; 2,3-dimetilbutadieno; cloropreno;
bromopreno;
2,3-dibromo-1,3-butadieno;
1,1,2-triclorobutadieno; cianopreno;
hexaclorobutadieno
4. Una composición según la reivindicación 3, en
donde el monómero de butadieno comprende
2,3-dicloro-1,3-butadieno.
5. Una composición según las reivindicaciones 1
a 4, en donde el estabilizante comprende
poli(estirensulfonato).
6. Una composición según las reivindicaciones 1
a 5, en donde el polímero de butadieno se prepara por
copolimerización del diclorobutadieno con al menos un monómero
copolimerizable.
7. Una composición según la reivindicación 6, en
donde el monómero copolimerizable comprende un
\alpha-haloacrilonitrilo.
8. Una composición según las reivindicaciones 1
a 7, que comprende además efectuar la polimerización en emulsión en
presencia de un surfactante aniónico.
9. Una composición según la reivindicación 5, en
donde el estabilizante comprende poli(estirensulfonato) y en
donde la polimerización en emulsión se efectúa en presencia de un
surfactante aniónico.
10. Una composición según las reivindicaciones 1
a 9, en donde el látex de polímero de butadieno se prepara por
polimerización en emulsión de al menos 60% en peso de monómero de
diclorobutadieno.
11. Una composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, que comprende además un aditivo promotor de
la adherencia.
12. Una composición según la reivindicación 11,
en donde el aditivo es un compuesto nitroso aromático.
13. Una composición según la reivindicación 12,
en donde el compuesto nitroso aromático contiene al menos dos grupos
nitroso enlazados directamente a átomos de carbono no adyacentes del
anillo.
14. Una composición según la reivindicación 13,
en donde los compuestos nitroso se caracterizan por la
fórmula:
(R)_{m}-Ar-(NO)_{2}
en donde Ar se elige del grupo
consistente en fenileno y naftaleno; R es un radical orgánico
monovalente elegido del grupo consistente en radicales alquilo,
cicloalquilo, arilo, aralquilo, alcarilo, arilamina y alcoxi que
tienen de 1 a 20 átomos de carbono, amino o halógeno; y m es 0, 1,
2, 3 ó
4.
15. Una composición según la reivindicación 14,
en donde el compuesto nitroso aromático se elige entre:
m-dinitrosobenceno,
p-dinitrosobenceno,m-dinitrosonaftaleno,
p-dinitrosonaftaleno,
2,5-dinitroso-p-cimeno,
2-metil-1,4-dinitrosobenceno,
2-metil-5-cloro-1,4-dinitrosobenceno,
2-fluor-1,4-dinitrosobenceno,
2-metoxi-1-3-dinitrosobenceno,
5-cloro-1,3-dinitrosobenceno,
2-bencil-1,4-dinitrosobenceno,
2-ciclohexil-1,4-dinitrosobenceno
y combinaciones de los mismos.
16. Una composición según la reivindicación 15,
en donde el compuesto nitroso aromático es
m-dinitrosobenceno o
p-dinitrosobenceno.
17. Una composición según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la resina fenólica es una
resina fenólica soluble en agua o una dispersión fenólica
acuosa.
18. Una composición según la reivindicación 17,
en donde la resina fenólica es una novolaca, un resol o un mezcla de
ambas resinas.
19. Una composición según la reivindicación 18,
en donde el resol es un producto de condensación
termo-reactivo, dispersable o soluble en agua, de un
compuesto de aldehído con un compuesto
fenólico.
fenólico.
20. Una composición según la reivindicación 19,
en donde el resol es una dispersión, estabilizada con alcohol
polivinílico, de un resol.
21. Una composición según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la resina fenólica está
presente en una cantidad de 50 a 75% en peso.
22. Método para aplicar la composición a un
sustrato como un adhesivo o imprimación, que comprende realizar una
pulverización o una inmersión.
23. Método según la reivindicación 22, en donde
la cantidad de composición aplicada es suficiente para formar una
película seca.
24. Método según la reivindicación 22 ó 23, en
donde el sustrato es metal y/o un material polimérico.
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