ES2223567T3 - Metodo para p0roducir revistimientos de pintura en polvo resistentes a la entemperie. - Google Patents
Metodo para p0roducir revistimientos de pintura en polvo resistentes a la entemperie.Info
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Abstract
Procedimiento para la producción de revestimientos de polvo estables a la intemperie sobre superficies metálicas o no metálicas, mediante aplicación de una composición de pintura en polvo basada en resinas de poliéster y epóxidos como agentes reticulantes y posteriores fusión y endurecimiento mediante radiación NIR, caracterizado porque se aplica una composición de pintura en polvo, que contiene resinas de poliéster, cuyo material constitutivo ácido se basa en más del 50% en peso en ácido tereftálico y/o ácido isoftálico o sus anhídridos y/o ésteres, así como epóxidos de bajo peso molecular y polifuncionales como agentes reticulantes, en forma de ésteres de poliglicidilo basados en ácido tereftálico/ácido trimelítico.
Description
Método para producir revestimientos de pintura en
polvo resistentes a la intemperie.
La invención se refiere a un procedimiento de
producción de revestimientos de pintura en polvo resistentes a la
intemperie sobre sustratos metálicos y no metálicos.
El revestimiento decorativo o funcional de
superficies con pinturas en polvo ha encontrado un amplio campo de
aplicación en el revestimiento de metales, debido a la alta
rentabilidad del procedimiento así como a la valoración favorable
desde el punto de vista de la protección ambiental. Se han
desarrollado numerosas formulaciones de pinturas en polvo para los
diferentes campos de utilización. Para los revestimientos que se
someten a la radiación UV, por ejemplo en las zonas exteriores
(revestimientos de fachadas, perfiles de ventanas, puertas de
garajes, puertas metálicas, muebles de jardín, partes de
automóviles, etc.), se han desarrollado sistemas de pintura en polvo
resistentes, por ejemplo basados en resinas de poliéster con grupos
carboxilo situados en los extremos. Las resinas de poliéster suelen
endurecerse con agentes reticulantes de bajo peso molecular y
altamente funcionales, como epóxidos polifuncionales o
hidroxialquilamidas.
Las pinturas en polvo resistentes a la intemperie
basadas en poliésteres, basados en ácidos carboxílicos aromáticos
como el ácido tereftálico o el ácido isoftálico, se conocen y se
usan desde hace tiempo. Las pinturas en polvo, que se basan en
estas resinas de poliéster, se producen de manera rentable y los
revestimientos presentan buenas propiedades mecánicas, así como una
resistencia a la intemperie, que basta para un gran número de
aplicaciones, especialmente en zonas con condiciones climáticas
moderadas. Este tipo de sistemas de pintura en polvo de este tipo
se endurecen sobre el sustrato según los métodos habituales
conocidos.
No han faltado intentos para aumentar la
resistencia a la intemperie de los sistemas de pintura en polvo.
Por ejemplo, se intentó mejorar la resistencia a la intemperie de
los revestimientos de pintura en polvo mediante la utilización de
resinas de poliéster, constituidas exclusivamente o sobre todo por
componentes alifáticos y/o cicloalifáticos. Estas resinas de
poliéster se describen, por ejemplo, en la memoria de la patente US
5.486.988, así como en el documento EP 0 561 102. Las pinturas en
polvo producidas a partir de estas resinas muestran, a saber, una
resistencia mejorada a la intemperie, sin embargo tienen
esencialmente peores propiedades mecánicas, así como costes en
materias primas claramente más elevados, en comparación con los
sistemas citados anteriormente basados en los ácidos carboxílicos
aromáticos.
Por tanto, se presenta la tarea de proporcionar
revestimientos de pintura en polvo económicos, que no poseen las
desventajas descritas anteriormente. Los revestimientos de pintura
en polvo deben satisfacer los requisitos de una mayor estabilidad
en la intemperie, para que también puedan utilizarse en condiciones
climáticas extremas sin perjuicio de los revestimientos.
La tarea puede solucionarse mediante un
procedimiento, en el que los revestimientos de pintura en polvo
basados en resinas de poliéster, las cuales contienen ácidos
dicarboxílicos aromáticos, sus anhídridos y/o ésteres como
constituyentes esenciales y se reticulan con resinas epoxídicas de
bajo peso molecular y polifuncionales se endurecen mediante la
utilización de radiación en la banda del infrarrojo cercano
(NIR).
Las composiciones de pintura en polvo pueden
contener, por ejemplo, del 40 al 95% en peso de poliéster y del 1
al 20% en peso de resinas epoxídicas de bajo peso molecular y
polifuncionales, pudiendo contener también otros constituyentes
habituales en cantidades habituales, de manera que todos los
constituyentes sumen el 100% en peso.
Por ejemplo, los poliésteres presentan un peso
molecular Mn promedio en número de 500 a 10000, y por ejemplo, una
temperatura de transición vítrea de 30 a 80ºC.
Los poliésteres pueden estar funcionalizados con
hidroxilo y/o carboxilo, con lo que, en caso de que se presente una
funcionalización de este tipo, el índice de hidroxilo puede ser,
por ejemplo, de 10 a 200 y el índice de acidez, por ejemplo, de 10
a 200.
En cuanto a la radiación NIR utilizada según la
invención, se trata de una radiación infrarroja de onda corta con
una intensidad máxima en el intervalo de la longitud de onda desde
alrededor de 760 hasta alrededor de 1500 nanómetros,
preferiblemente desde 780 hasta 1200 nanómetros. La utilización de
radiación NIR para secar las pinturas es conocida en general (Kai
Bär, JOT 2/98). Según este método, las pinturas en polvo pueden
endurecerse en poco tiempo con la ayuda de la radiación NIR de
intensidad elevada, sin que se produzca un calentamiento esencial
del sustrato.
Sorprendentemente, se encontró que los
revestimientos de pintura en polvo, basados en resinas de
poliéster que contienen como materiales constitutivos esenciales
ácidos dicarboxílicos aromáticos, como ácido tereftálico o ácido
isoftálico, sus anhídridos y/o ésteres, junto con epóxidos de bajo
peso molecular y polifuncionales como agentes reticulantes,
presentan una resistencia a la intemperie, en el caso del
endurecimiento con radiación NIR, que se sitúa claramente por
encima de la resistencia habitualmente alcanzada mediante
endurecimiento convencional, por ejemplo, en una estufa con
ventilación forzada, para estos sistemas de resinas. En lo
anterior, las propiedades mecánicas, como, por ejemplo, la
flexibilidad del revestimiento, se encuentran al menos al nivel que
se alcanzó con el endurecimiento convencional. Al mismo tiempo, el
endurecimiento con NIR permite un acortamiento esencial del tiempo
de endurecimiento en comparación con el endurecimiento convencional
por estufa.
Las formulaciones de pintura en polvo utilizadas
para el procedimiento según la invención tienen como base
aglutinante poliésteres funcionalizados con hidroxilo y/o
carboxilo, que contienen como material constitutivo ácido único o
como constituyente principal ácidos dicarboxílicos aromáticos, sus
anhídridos y/o ésteres, como por ejemplo, ácido tereftálico o ácido
isoftálico, que pueden hacerse reaccionar con dioles alifáticos
habituales, como por ejemplo, neopentilglicol, etilenglicol,
butilenglicol, hexanodiol o dietilenglicol o ciclohexanodimetanol.
Ejemplos de otros ácidos dicarboxílicos aromáticos son ácido
naftaleno-2,6-dicarboxílico, ácido
naftaleno-1,5-dicarboxílico y ácido
ftálico. Preferiblemente se utilizan poliésteres funcionalizados con
carboxilo basados en ácido tereftálico y ácido isoftálico o sus
anhídridos.
Se prefiere una parte constituyente ácida de
ácidos dicarboxílicos aromáticos de más del 50%, referida a la
parte de ácidos dicarboxílicos en el poliéster, prefiriéndose
especialmente de más del 50% en peso de ácido tereftálico y/o ácido
isoftálico o sus anhídridos y/o ésteres.
Dado el caso, también pueden utilizarse como
constituyentes secundarios ácidos dicarboxílicos alifáticos y/o
cicloalifáticos, como, por ejemplo, ácido adípico o ácido
ciclohexano dicarboxílico, con lo que el porcentaje de ácidos
dicarboxílicos alifáticos y/o cicloalifáticos no es superior al 50%,
referido a la parte de ácido dicarboxílico en el poliéster. Las
resinas de poliéster pueden contener, como otros componentes,
cantidades pequeñas de agentes de ramificación polifuncionales,
como, por ejemplo, glicerina o trimetilolpropano, así como
aditivos, como, por ejemplo, aceleradores. También es posible
utilizar mezclas de distintos poliésteres. Los poliésteres
utilizables según la invención pueden producirse, de manera
habitual, mediante reacción de los ácidos dicarboxílicos, sus
anhídridos y/o ésteres con los dioles, véase por ejemplo, D.A. Bates
"The Science of Powder Coatings", vols.1 y 2, Gardiner House,
Londres, 1990.
Las formulaciones de pintura en polvo adecuadas
para el procedimiento según la invención contienen la cantidad
necesaria para el endurecimiento de epóxidos de bajo peso molecular
y polifuncionales, como componentes reticulantes,. Por lo general,
la cantidad es del 1 al 20% en peso, referida al sistema
poliéster-epóxido. Como agentes reticulantes pueden
utilizarse, por ejemplo, isocianurato de triglicidilo (TGIC), éster
de poliglicidilo basado en ácido tereftálico / ácido trimelítico
(que puede adquirirse, por ejemplo, de Ciba Especialidades químicas
bajo el nombre comercial de Araldite^{R} PT 910), compuestos de
oxirano polifuncionales, alifáticos, que ofrece, por ejemplo, la
empresa DSM Resins bajo el nombre comercial Uranox^{R} o
copolímeros (met)acrílicos funcionalizados con glicidilo.
Dado el caso, las composiciones de pintura en
polvo, que contienen los poliésteres y los agentes reticulantes de
epóxido, pueden contener otros constituyentes habituales, como por
ejemplo pigmentos y/o materiales de relleno, así como, dado el
caso, otros aditivos habituales, como agentes de nivelar, agentes
de desgasificación y/o aceleradores. Éstos se añaden en cantidades
habituales comunes para el experto. Por ejemplo, se utilizan del 0
al 50% en peso de pigmentos y/o materiales de relleno y del 0,02 al
3% en peso de aditivos habituales.
La producción de las pinturas en polvo según la
invención puede llevarse a cabo según procedimientos conocidos de
extrusión/molienda, habituales para el experto. También pueden
utilizarse otros procedimientos, por ejemplo la producción de
polvos por pulverización sobre disoluciones supercríticas o el
procedimiento de dispersión no acuosa
("Non-Aqueous-Dispersion").
En el procedimiento según la invención, las
pinturas en polvo descritas anteriormente se aplican sobre los
sustratos que hay que recubrir con los procedimientos de aplicación
de polvos, por ejemplo mediante procedimientos de rociado
electrostático, y a continuación, se funden y endurecen por
irradiación con radiación NIR, que, por ejemplo, presenta un máximo
en la distribución de intensidad en el intervalo de 800 a 1200 nm,
en un intervalo de tiempo, por ejemplo, de 1 a 200 segundos,
preferiblemente de 1 a 30 segundos. Los radiadores adecuados para
el procedimiento de revestimiento según la invención, están
disponibles en el comercio, por ejemplo, los de la empresa Industrie
SerVis, pueden utilizarse, por ejemplo, lámparas halógenas, que
alcanzan una temperatura de radiador de 3500 K. También puede
utilizarse una combinación con fuentes de calor convencionales
(radiación infrarroja, hornos de convección), así como, dado el
caso, con sistemas adicionales de reflectores/lentes.
Se prefiere endurecer con radiación NIR sin
combinaciones adicionales.
Los revestimientos obtenidos por el procedimiento
según la invención tienen una nivelación excelente, buenas
propiedades mecánicas, así como una resistencia a la intemperie
claramente mejorada, en comparación con los revestimientos de
pintura en polvo endurecidos de manera convencional con la misma
base de resinas.
El grado de brillo deseado del revestimiento de
polvo puede ajustarse mediante variación de la formulación de la
pintura en polvo. Es posible producir revestimientos tanto de alto
brillo, como también con brillo satinado, o mates.
Los revestimientos en polvo obtenidos por el
procedimiento según la invención pueden utilizarse para todas las
aplicaciones que requieran una resistencia a la intemperie. Como
sustratos pueden utilizarse, por ejemplo, metales, como aluminio,
acero, pero también materiales derivados de la madera, como por
ejemplo, tableros de fibras de densidad media (MDF), o mezclas de
diversos materiales. Debido a las buenas propiedades mecánicas,
sobre todo la flexibilidad de los revestimientos obtenidos, el
procedimiento es también especialmente adecuado para el
revestimiento de metales pintados en banda continua o metales de
revestimiento previo ("pre-coated metals",
PCM).
El procedimiento según la invención permite la
producción rentable de revestimientos en polvo resistentes a la
intemperie, con propiedades excelentes, mediante la utilización de
materias primas a precios económicos, así como una reducción
marcada del tiempo de endurecimiento.
Los siguientes ejemplos explican la
invención:
Las formulaciones de pintura en polvo que
aparecen en la listas de las tablas se convirtieron en polvo de
revestimiento según el procedimiento habitual para la producción de
pintura en polvo, mediante mezclado intenso de los componentes,
extrusión y molienda.
Los polvos se aplicaron electrostáticamente con
iguales espesores de capa sobre láminas de prueba de aluminio, con
la ayuda de una pistola pulverizadora corona de polvo.
El endurecimiento por el procedimiento según la
invención se realizó sobre un equipo de cinta, equipado con un
radiador NIR de 500 W de la empresa Industrie SerVis con un
rendimiento por superficie de 120 kW/m^{2}. Los tiempos de
endurecimiento son de 5 segundos para el ejemplo 1, 12,5 segundos
para el ejemplo 2, 15 segundos para el ejemplo 3 y 8 segundos para
el ejemplo 4.
El endurecimiento se realizó con una distancia de
50 mm entre el radiador y el sustrato.
Para los ejemplos de comparación se endurecieron
las muestras durante 10 minutos a 200ºC en una estufa con
ventilación forzada.
Todas las formulaciones contienen 4,2% de un
agente de nivelar habitual en el comercio, así como 0,3% de un
agente auxiliar de desgasificación.
La comprobación de las propiedades mecánicas
antes y después de los ensayos de exposición a la intemperie dio
los siguientes valores para todas las muestras:
Ensayo de impacto de una bola (ASTM D 2794) 20
inch pound
Ensayo de extensión alrededor de un mandril (DIN
EN ISO 1519) 4 mm
Ensayo de embutición Erichsen (DIN EN ISO 1520) 7
mm
Corte reticular (DIN EN ISO 2094) GtOA
Todas las muestras se probaron en un ensayo de
exposición a la intemperie rápido QUV (B) 313 nm. En la tabla 2, se
indican los intervalos de tiempo tras los cuales el brillo residual
(medido a 60º) ha caído al 50% del valor de partida antes de la
exposición a la intemperie.
Claims (5)
1. Procedimiento para la producción de
revestimientos de polvo estables a la intemperie sobre superficies
metálicas o no metálicas, mediante aplicación de una composición de
pintura en polvo basada en resinas de poliéster y epóxidos como
agentes reticulantes y posteriores fusión y endurecimiento mediante
radiación NIR, caracterizado porque se aplica una composición
de pintura en polvo, que contiene resinas de poliéster, cuyo
material constitutivo ácido se basa en más del 50% en peso en ácido
tereftálico y/o ácido isoftálico o sus anhídridos y/o ésteres, así
como epóxidos de bajo peso molecular y polifuncionales como agentes
reticulantes, en forma de ésteres de poliglicidilo basados en ácido
tereftálico/ácido trimelítico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se utiliza una composición de pintura
en polvo que contiene del 40 al 95% en peso de la resina de
poliéster.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el poliéster está funcionalizado con
carboxilo.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque los tiempos de endurecimiento se
encuentran en un intervalo de 1 a 30 segundos.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque los radiadores NIR se utilizan con
una intensidad máxima de 0,8 a 1,2 \mum.
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