ES2235465T3 - Procedimiento de tratamiento mecano-quimico de un material. - Google Patents
Procedimiento de tratamiento mecano-quimico de un material.Info
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Abstract
Procedimiento de tratamiento mecano-químico de un material, que comprende, con vistas a mejorar sus propiedades de superficie por anclaje mecano-químico, como en particular su adherencia durante los ensamblajes ulteriores, o con vistas a mejorar sus propiedades de uso por realización de revestimientos superficiales de estructura compuesta, la proyección sobre dicho material de partículas de estructura estratificada constituidas por un núcleo y una envoltura comprendiendo al menos un polímero, caracterizado porque se ejecuta en condiciones tales que dichas partículas y/o los fragmentos resultantes de su fracturación se incrusten y/o penetren en dicho material y, eventualmente, que el envolvimiento de las partículas comprenda un agente químico.
Description
Procedimiento de tratamiento
mecano-químico de un material.
La presente invención se refiere a un nuevo
procedimiento de tratamiento mecano-químico de un
material que permite:
- -
- de una parte, mejorar, en una sola operación que conduce a un anclaje ulterior mecano-químico, las propiedades de superficie de un material, como en particular su aptitud para la adherencia durante ensamblajes ulteriores;
- -
- de otra parte, mejorar las propiedades superficiales de uso de un material por la realización simple de revestimiento en estructuras compuestas.
Esta invención encuentra una primera serie de
aplicaciones en todos los sectores donde se quiere mejorar las
propiedades de interfaz de un material con vistas a su utilización
con otro material, en particular durante ensamblajes, principalmente
de pegado de los dos materiales, o colmado adhesivo de
cavidades.
Los principales sectores considerados son la
odontología, el sector biomédico, la elaboración de productos
portados poniendo en práctica microtécnicas, el sector de la
industria automovilística y el de la aviónica.
Dentro de este marco, la invención se aplica más
particularmente al tratamiento de piezas metálicas con vistas a
mejorar la cohesión y la reactividad de la interfaz entre el metal y
una materia polímera que constituye generalmente la cola o el
revestimiento destinada a aplicarse al mismo.
Esta invención encuentra una segunda serie de
aplicaciones en todos los sectores donde se quiera mejorar las
propiedades de uso superficiales de un material, en particular de un
material revestido de un polímero, por la incorporación a este
revestimiento de cargas principalmente cerámicas, minerales o
metálicas, realizando así estructuras compuestas cuyo revestimiento
de polímero constituye la matriz.
Dentro de este marco, la invención se aplica más
particularmente a la realización de revestimientos duros no
adhesivos (anti-adhesivos).
Los principales sectores contemplados son las
industrias de la impresión, (textil o papel), la
agro-alimentaria, las industrias mecánicas con
aplicaciones en la industria automovilística.
Actualmente, en todas las operaciones de
preparación de una superficie con vistas a su ensamblaje por pegado
con otra superficie, se procede del modo clásico por vía secuencial
realizando sucesivamente:
- -
- un tratamiento por vía mecánica, por impactos de partículas con el fin de generar una rugosidad destinada a favorecer el anclaje mecánico;
- -
- luego, un tratamiento por vía química, por aplicaciones sucesivas, principalmente por revoco o pulverización sobre la superficie así tratada mecánicamente, de diferentes productos químicos destinados a mejorar las propiedades de adhesión y de adherencia de esta superficie.
Los procedimientos de tratamiento de superficie
por vía mecánica más frecuentemente realizados en la industria o en
los laboratorios, como por ejemplo el chorro de arena, el
granallado, chorreo con bolitas, etc. se basan todos en la
proyección sobre la superficie a tratar de diferentes proyectiles
con preferencia de carácter abrasivo. Todos estos procedimientos
aportan buenos resultados a la vez que son fáciles de poner en
práctica.
Los proyectiles susceptibles de utilizarse en el
marco de los procedimientos antes citados son de naturaleza variada
y generalmente caracterizados por su naturaleza, su forma, su
dimensión, su granulometría, su densidad, su integridad.
En el medio industrial, los utilizados más
corrientemente son granallas esféricas o angulares de acero,
granallas redondas o angulares de hierro fundido, granallas de
aluminio o de cobre, microbolitas de vidrio, granallas de materiales
cerámicos tipo alúmina o sílice.
En micro-chorreado, por el
momento, son granos de alúmina o corindón los que se emplean más
frecuentemente. Estos granos presentan aristas vivas que garantizan
una gran eficacia en términos de macro y de
micro-rugosidad de superficie.
Un procedimiento según el preámbulo de la
reivindicación 1 es conocido por el documento
US-A-4 575 396.
En el sector particular de la odontología donde
se realiza numerosas operaciones de ensamblaje por pegado de un
material metálico y de un material polímero, se conoce esencialmente
dos procedimientos destinados a mejorar la calidad de las interfaces
metal-polímero. Se trata:
- -
- de una parte, de un procedimiento puesto a punto por la sociedad ESPE y conocido bajo la denominación "procedimiento Rocatec®"; y
- -
- de otra parte, de un procedimiento puesto a punto por la sociedad KULZER y conocido bajo la denominación "procedimiento Silicoater MD®".
El procedimiento Rocatec® permite realizar un
chorreo de arena calificado de "reactivo". Este procedimiento
comienza por un primer chorreo por granos de alúmina de
aproximadamente 250 \mum que va seguido de un segundo chorreo
utilizando granos de alúmina de tamaño sensiblemente igual al de los
precedentes pero recubiertos de micro-granos de
sílice. Estas dos etapas de chorreo van seguidas de una etapa de
depósito con pincel de una capa de silano.
Este procedimiento que comporta tres etapas
necesita la compra de una unidad de chorreo específica.
El procedimiento Silicoater MD® consiste en lo
esencial en realizar un depósito de sílice sobre superficies
metálicas por pirólisis. Este procedimiento que no comporta
operación de chorreo necesita sin embargo un equipo específico y en
particular un recinto de cocción.
Así, los procedimientos de tratamiento de
superficie clásicamente utilizados hasta la presente con vistas a
realizar un ensamblaje cohesivo necesitan la utilización de equipos
específicos y/o son realizados generalmente por vía secuencial, lo
que se traduce en tiempos de latencia relativamente importantes
entre las operaciones mecánicas y químicas, o sea entre diferentes
operaciones químicas sucesivas, que corren el riesgo de perturbar la
calidad de los resultados esperados.
Es en este contexto donde los inventores han
tratado de poner a punto un procedimiento de tratamiento de un
material que no necesite equipo específico y que permita
principalmente mejorar las propiedades de superficie de este
material, en una sola etapa en el curso de la cual se realizarían un
tratamiento mecánico por impactos y un tratamiento químico de manera
concomitante, o mejorar las propiedades de uso de este material por
la realización de un revestimiento superficial de estructuras
compuestas.
El procedimiento puesto a punto conforme a la
presente invención para alcanzar este objetivo se caracteriza
esencialmente por el hecho de que comprende la proyección sobre un
material de partículas de estructura estratificada constituidas por
un núcleo y un envolvimiento que comprende al menos un polímero y
eventualmente un agente químico, en condiciones tales que dichas
partículas y/o los fragmentos resultantes de su fracturación se
incrusten y/o penetren en dicho material.
Según un primer modo de realización, este
procedimiento está destinado a mejorar las propiedades de superficie
de un material, y en particular su adherencia durante su ensamblaje
con un segundo material, y comprende la proyección de partículas de
estructura estratificada sobre la superficie de dicho material, en
condiciones tales que dichas partículas se fragmenten durante el
impacto y se incrusten en dicho material.
Se obtiene así en una sola operación, un anclaje,
en la superficie del material a tratar, de fragmentos de las
partículas proyectadas, y por consiguiente un anclaje de su
envolvimiento, siendo designada esta operación en la presente
solicitud por la expresión "anclaje
mecano-químico".
En otros términos, la reacción química de
superficie del material tratado está ligada a una incrustación
concomitante del o de los estratos de las partículas estratificadas,
mejorando esta incrustación la adhesión interfacial.
Más generalmente por la expresión
"mecano-químico", se entiende calificar toda
operación que incluye simultáneamente una componente mecánica y una
componente química.
Bajo este aspecto, la presente invención permite
pues la realización, sin tiempo de latencia entre las diferentes
operaciones, de un tratamiento de superficie de un material que
reagrupa operaciones mecánicas y operaciones químicas ligadas a la
reactividad de las interfaces, lo que presenta una ventaja muy
particular con relación a los tratamientos siempre sencuenciales de
la técnica anterior.
Otra ventaja de este procedimiento reside en el
hecho de que no necesita material específico para su puesta en
práctica, pudiendo efectuarse la misma con ayuda de los aparatos
utilizados clásicamente para las operaciones mecánicas de chorreo,
de micro-chorreo, de granallado o de chorreo con
bolitas.
Este procedimiento permite, entre otras, la
preparación de una superficie, en particular de una superficie
metálica, sobre la que se desea pegar o añadir un material
diferente, en particular un material polímero.
Numerosos materiales son susceptibles de ser
tratados en el marco de este procedimiento. Se citará en particular
los materiales metálicos, las cerámicas, los polímeros así como los
tejidos calcificados.
Según una característica particular de este
procedimiento, se utilizará como proyectiles, partículas de
estructura estratificada cuyo núcleo está constituido por un grano o
una bolita hecha de un material intrínsecamente frágil, como por
ejemplo una cerámica, en particular de alúmina o de sílice, o de un
material que tenga una aptitud natural para fragmentarse bajo
impactos de energía impuesta, como en particular una bolita de
acero, una bolita de hierro fundido o una bolita de vidrio.
El núcleo de las partículas de estructura
estratificada puede realizarse también en una materia plástica, o en
un material de chorreo tradicional tal como el caolín o los
refractarios.
Según otra característica particular, en el caso
de que el segundo material de ensamblaje sea un polímero, se
utilizará como proyectiles, partículas de estructura estratificada
cuya envoltura tenga uno o varios estratos comprendiendo un polímero
de familia química análoga a la de dicho polímero que constituye el
segundo material de ensamblaje.
Según un segundo modo de realización, el
procedimiento conforme a la presente invención está destinado a
mejorar las propiedades de uso de un material, por la realización de
revestimientos de estructuras compuestas y en este caso, la
proyección de las partículas de estructura estratificada se
realizará en condiciones tales que dichas partículas penetren
completamente en dicho material sin fragmentarse sensiblemente.
Este modo de realización de la invención es
particularmente útil para tratar un material polímero, como en
particular el revestimiento de una estructura mono o multicapas.
Entre los polímeros susceptibles de ser así
tratados, se puede citar los politetrafluoretilenos (teflón), las
siliconas (que vulcanizan a temperatura ambiente o a alta
temperatura) o los poliuretanos.
Otros materiales son susceptibles de ser tratados
en el marco de este procedimiento. Se citará en particular los
biomateriales.
Según una característica particular de este
procedimiento, se utilizará como proyectiles, partículas de
estructura estratificada cuyo núcleo está constituido por un grano
o una bolita hecha de un material cerámico, de un material metálico,
de una materia plástica o incluso de un material de chorreo
tradicional tal como el caolín o los refractarios.
Se puede citar materiales tales como carburos,
nitruros, óxidos, carbonitruros o mezclas de estos compuestos como
ejemplo de materiales cerámicos constitutivos del núcleo de los
proyectiles.
Se puede citar los materiales a base de cobre, de
aluminio o de metales de transición de la serie 3d o 4f como ejemplo
de materiales metálicos constitutivos del núcleo de los
proyectiles.
Se puede contemplar también las aleaciones de
estos metales.
Según otra característica particular en el caso
de que el material a tratar forme un revestimiento polímero de una
estructura mono o multicapas, se utilizará como proyectiles,
partículas de estructura estratificada cuya envoltura incluye uno o
varios estratos comprendiendo un polímero de la misma naturaleza
química que un estrato de dicho revestimiento.
El especialista en la materia comprenderá
fácilmente con la lectura de la presente descripción que la
naturaleza y las dimensiones de las partículas de estructura
estratificada, la naturaleza del material a tratar así como las
condiciones de la proyección de dichas partículas (en particular su
velocidad) deberán escogerse en función de las propiedades de
superficie o de uso perseguidas.
Por ejemplo, en el caso de un tratamiento de
superficie con vistas a un pegado, el especialista en la materia
escogerá estos diferentes parámetros de manera que:
- -
- el tamaño y la dureza de las partículas de estructura estratificada sea suficiente para crear una rugosidad de superficie que favorezca el anclaje mecánico,
- -
- los constituyentes de las partículas de estructura estratificada pueden romperse bajo impacto, de manera que, después de fracturaciones o roturas, se pueda constatar una incrustación de un fragmento de la partícula o de una parte de la (o de las) capa(s) de material de envolvimiento en la superficie del material a tratar.
Por ejemplo igualmente, en el caso de un
tratamiento destinado a realizar un revestimiento compuesto, el
especialista en la materia escogerá la naturaleza de las partículas
de estructura estratificada y regulará la velocidad de proyección de
tal modo que dichas partículas puedan penetrar en el interior del
material a tratar, sin fragmentarse.
De una manera general, sea cual fuere el
resultado perseguido, se escogerá ventajosamente partículas cuyas
dimensiones estén comprendidas entre 0,1 \mum y 6 mm, con
preferencia entre 10 \mum y 500 \mum.
Las partículas de estructura estratificada
utilizadas en el marco de la invención podrán realizarse por los
métodos clásicamente utilizados para formar grageas de productos
particulados, y en particular por las técnicas de pulverización en
un lecho gaseoso fluidizado o por las técnicas de polimerización en
suspensión, corrientemente utilizadas en microencapsulación.
El envolvimiento por pulverización, en un lecho
gaseoso fluidizado, es perfectamente codificado. El objetivo es
mantener los productos pulverulentos en suspensión en la zona donde
se pulveriza el producto encapsulador, con el fin de obtener un
recubrimiento total de las partículas.
Si M es la masa de producto sólido pulverulento a
transformar en grageas, y si m es la masa total de productos
líquidos pulverizados para realizar esta operación, la tasa teórica
de encapsulación es proporcionada por la fórmula:
\frac{m}{M +
m} x
100
En general, se constata una tasa del 10 al 20%
que proporciona los resultados deseados.
La eficacia de la encapsulación se verifica
generalmente a escala de la Microscopía Electrónica de Barrido
(MEB).
La técnica de pulverización en un lecho de aire
fluidizado favorece la fabricación de grandes cantidades de
productos y se aplica particularmente bien a las partículas cuyo
tamaño está comprendido entre 50 \mum y 4 mm.
Esta técnica puede utilizarse de una manera
secuencial para depositar estratos sucesivos en el caso de un
envolvimiento multicapas de las partículas estratificadas.
Existe otro método que permite crear verdaderos
enlaces químicos entre los diferentes estratos, o entre el núcleo y
el estrato inmediatamente adyacente.
Se puede efectuar una reacción de polimerización
para favorecer el anclaje del primer estrato con el material
seleccionado para realizar un segundo estrato periférico.
El sistema podrá reproducirse de una manera
recurrente a condición de que haya en este caso enlaces químicos
entre las capas penúltimas.
Esta técnica será escogida ventajosamente para
las partículas de pequeño tamaño (\leq50 \mum) y ventajosamente
para partículas de un tamaño del orden de 0,05 \mum.
Las partículas de estructura estratificada podrán
ser proyectadas por medio de los dispositivos de proyección
habitualmente utilizados en los procedimientos de tratamiento de
superficie, principalmente de los dispositivos de aire comprimido o
de turbina.
El especialista en la materia determinará
cómodamente las condiciones de funcionamiento de estos dispositivos
y en particular la velocidad de proyección de las partículas, en
función del objetivo perseguido (tratamiento de superficie o
realización de un revestimiento compuesto).
En el caso particular de un tratamiento de
superficie, las partículas podrán ser proyectadas en presencia de un
líquido portador con preferencia constituido por agua o una solución
acuosa.
Según una característica particular de la
invención, y sea cual fuere el modo de realización contemplado, la
envoltura podrá comprender al menos dos estratos, comprendiendo
eventualmente el estrato que está en contacto inmediato con el
núcleo de la partícula un agente químico destinado a aumentar la
adherencia entre dicho estrato y dicho núcleo, o entre dichos
estratos.
De una manera más general, la envoltura podrá
estar constituida por un estrato único o por una pluralidad de
estratos y cada estrato podrá comprender uno o varios agentes
químicos, tales como los productos conocidos, como promotor de
adhesión o como primario de adhesión.
En este contexto, se entiende por promotor de
adhesión toda sustancia que permita modificar la naturaleza química
de una superficie para optimizar la adhesión con otra superficie, y
por primario de adhesión, se entiende toda sustancia que permita
facilitar la adhesión y la adherencia de un adhesivo.
Como ejemplo de promotor de adhesión, se citará
los compuestos generalmente designados en la especialidad por el
término "silanos". Se trata de moléculas bifuncionales capaces
de intercambiar enlaces con dos materiales diferentes y de los que
uno es mineral. Así, los alcoxi silanos son ventajosos en la medida
en que:
- -
- ciertas funciones del silano pueden condensarse, cuando es tal el caso, con los grupos hidroxi portados por las superficies del elemento que constituye el núcleo de las partículas compuestas para formar enlaces Si-O-metal,
- -
- las agrupaciones alquil(acrílicas o metacrílicas) del silano podrán polimerizarse ulteriormente, llegado el caso, con los monómeros constitutivos de la capa siguiente de envoltura. Este es el caso en particular cuando la partícula compuesta comprende una primera capa de alcoxisilano y una segunda capa, llamada capa periférica, constituida por un polímero acrílico.
Según una variante de realización, las partículas
de estructura estratificada comprenderán una capa o estrato externo
conteniendo un primario de adhesión y una capa o estrato subyacente
conteniendo un promotor de adhesión.
Tales partículas constituyen en sí mismas nuevos
productos industriales.
Evidentemente, la elección tanto del promotor de
adhesión como del primario de adhesión dependerá de la naturaleza
del elemento que constituye el núcleo de las partículas compuestas y
del objetivo perseguido durante la puesta en práctica del
procedimiento.
Así, en el caso particular de que se trate de
realizar un revestimiento compuesto, es generalmente ventajoso
utilizar como proyectiles partículas que tengan uno o varios
estratos y cuyo estrato inmediatamente en contacto con el núcleo
esté fijado al mismo por enlaces químicos.
En el caso particular de que se trate de
ensamblar dos materiales, por pegado mediante una cola acrílica, se
escogerá partículas compuestas cuya envoltura esté constituida o
incluya un compuesto acrílico cuya formulación sea parecida a la del
material que forma la cola.
Ahora se va a ilustrar la presente invención por
los siguientes ejemplos no limitativos, descriptivos del pegado de
piezas de titanio con vistas a aplicaciones en las ciencias
odontológicas.
Se ha medido la evaluación de la eficacia de la
operación de preparación mecánica y química de las superficies
metálicas de titanio por un test de adherencia estandarizado por una
norma AFNOR (NFT76-114) adaptada a los tamaños de
las muestras utilizadas en técnica dental.
Se trata, en este caso, de un test en el que un
bloque constituido por dos vigas metálicas paralelepipédicas (L = 40
mm, I = 5 mm, e = 2,5 mm) ensambladas con ayuda de una junta de
adhesivo es sometido a una separación impuesta.
Esta separación forzada se obtiene por
introducción en el seno de la junta de cola de una cuña de acero de
tamaño calibrado.
La energía de ruptura (Wr) es entonces
cómodamente accesible por el sesgo de la medida de la longitud de la
fisura según la fórmula clásica:
\frac{3E\Delta^{2}h^{3}}{16/^{4}}
- E representa el módulo de Young del material a ensamblar,
- \Delta la separación impuesta por la cuña,
- h el espesor de las probetas ensambladas por pegado,
- 1 la longitud de la fisura.
Este test servirá de base para ensayar la calidad
de las diferentes operaciones mecano-químicas
realizadas por chorreo procediendo según la invención (ejemplos 1 a
6 que siguen). Los resultados son comparables con los obtenidos
según la técnica anterior (ejemplos comparativos de referencia).
Los valores de energía de ruptura (Wr) de una
resina acrílica tipo PMMA utilizada en odontología obtenidos en el
test descrito más arriba utilizando partículas abrasivas no tratadas
no generando más que un anclaje mecánico han sido los
siguientes:
- partículas de alúmina de 50 \mum; Wr =
18J/m^{2}
- partículas de alúmina de 125 \mum; Wr = 33
J/m^{2}
- partículas de alúmina de 250 \mum; Wr = 36
J/m^{2}
- partículas de sílice de 250 \mum; Wr = 110
J/m^{2}.
- 1)
- Para las operaciones en las que se realiza la preparación de las superficies de una manera secuencial por chorreo con granos de Al_{2}O_{3} de 250 \mum seguido de revoco de los productos tipo silano (promotor) y polímero acrílico (primario), el orden de magnitud de Wr es de:
Wr = 130\
J/m^{2}
- 2)
- Para las mismas operaciones efectuadas con la ayuda de granos de sílice 250 \mum seguidas de una aplicación con pincel de los mismos productos químicos que se ha descrito anteriormente, se ha obtenido el siguiente valor medio:
Wr = 250\
J/m^{2}
- 3)
- Para esta misma granulometría de sílice 250 \mum, la aplicación con pincel del silano (promotor) sólo proporciona como valor:
Wr = 200\
J/m^{2}
- 4)
- La aplicación con pincel de polímero acrílico sin subcapa de silano sobre una superficie previamente chorreada con granos de sílice de 250 \mum brutos de fabricación proporciona como valor:
Wr = 137\
J/m^{2}
- 5)
- El chorreo con granos de alúmina de 250 \mum de una superficie previamente recubierta con pincel de un depósito de silano y luego de primario dejando evaporar ambos líquidos, proporciona como valor:
Wr = 75\
J/m^{2}
- 6)
- El chorreo con granos de alúmina de 250 \mum de una superficie previamente recubierta con pincel de un depósito de silano y luego de primario ambos en estado líquido, conduce a una energía de ruptura
Wr = 135\
J/m^{2}
- 7)
- Resultados obtenidos utilizando el principio secuencial comercializado por la sociedad ESPE (procedimiento ROCATEC):
Wr = 180\
J/m^{2}
500 g de partículas de alúmina de forma
poliédrica de tamaño medio igual a 250 \mum han sido sometidos a
operaciones de microencapsulación por vía física, y ello de manera
que se obtenga dos estratos sucesivos:
- -
- estrato 1 (estrato interno) constituido por un depósito, a 85ºC, de metacrilato de trimetoxisililpropilo (promotor) que conduce a un depósito teórico del 9,0%
- -
- estrato 2 (estrato exterior) depósito a 35ºC de 225g de EUDRAGIT® NE 30 D (primario), es decir, de un copolímero de acrilato de etilo de metacrilato de metilo en dispersión al 30% en agua con un tensioactivo (1,5% de Nonoxynol 100).
El depósito teórico es en este caso del 12%.
Por regla general, durante las operaciones de
microencapsulación por vía física, se han utilizado las siguientes
condiciones:
- -
- caudal de aire que arrastra las partículas sólidas: de 50 a 80 m^{3}/h;
- -
- presión de atomización (del orden de 2 bares);
- -
- velocidad de pulverización al nivel de la boquilla: estimada en 5 ml/mn.
Las partículas así microencapsuladas han servido
para el chorreo mecano-químico de lotes formados
cada uno por 20 probetas de titanio (T40) de dimensiones 40x5x2,5
mm.
Los tests DCB han dado como valor medio:
Wr = 360\
J/m^{2}
La misma diligencia experimental que la del
ejemplo 1 con las mismas tasas de recubrimiento pero un estrato 2
constituido por otro acrilato EUDRAGIT® L 30D conduce durante los
tests DCB a un valor medio de:
Wr = 350\
J/m^{2}
El mismo protocolo que el descrito en el ejemplo
1 ha sido realizado sobre granos de alúmina de tamaño medio igual a
125 \mum:
- el depósito teórico en el estrato 1 es igual al
10%,
- el depósito teórico en el estrato 2 es igual al
11%.
Los test DCB sobre lotes de 20 probetas han dado
como valor medio:
Wr = 280\
J/m^{2}
El mismo protocolo que el descrito en el ejemplo
2 proporciona para granos de alúmina de 125 \mum un valor medio
de:
Wr = 330\
J/m^{2}
La misma diligencia experimental que la descrita
en el ejemplo 1 ha sido adaptada esta vez a la microencapsulación
por vía física de partículas de sílice de tamaño medio igual a 250
\mum:
- el depósito teórico del estrato 1 es del
10%;
- el depósito del estrato 2 es del 13,4%.
La energía de ruptura asociada, medida en los 10
pares de probeta de titanio, es de:
Wr = 385\
J/m^{2}
En este ejemplo, las partículas de sílice de
tamaño igual a 125 \mum han sido microencapsuladas únicamente por
el mismo silano que el descrito en el ejemplo 1.
El chorreo mecano-químico
efectuado con esta arena recubierta con un solo estrato ha dado en
los 10 pares de probetas pegadas, el valor medio siguiente:
Wr = 275
J/m^{2}
En este ejemplo, las partículas de alúmina de
tamaño medio igual a 125 \mum han sido microencapsuladas con un
estrato único realizado con un compuesto acrílico (EUDRAGIT® 30 D55)
sin depósito de silano previo.
El chorreo mecano-químico
efectuado con estas partículas ha dado, en 10 pares de probetas
pegadas, el valor medio siguiente:
Wr = 320
J/m^{2}
En este ejemplo, las partículas de alúmina de
tamaño medio igual a 250 \mum han sido microencapsuladas con un
estrato único realizado con un compuesto acrílico (EUDRAGIT® 30 D55)
sin depósito de silano previo.
El chorreo mecano-químico
efectuado con estas partículas ha dado, en 10 pares de probetas
pegadas, el valor medio siguiente:
Wr = 365
J/m^{2}
El protocolo experimental es esta vez el
siguiente:
El polvo de alúmina es secado previamente bajo
vacío con el fin de eliminar las moléculas de agua presentes en las
superficie susceptibles de perturbar el injerto de silano (promotor)
seleccionado en el ejemplo 1.
El injerto del silano a la alúmina se efectúa por
calentamiento en reflujo de una mezcla de alúmina, silano y tolueno
anhidro.
La alúmina así modificada es purificada
seguidamente por extracción, y luego secada en vacío.
La encapsulación propiamente dicha se realiza por
polimerización radicalar en suspensión de metacrilato de metilo
(MMA) alrededor de las partículas minerales modificadas utilizando
el peróxido de benzoilo como cebador y el PVA como coloide
protector.
Todos los reactivos (agua, PVA, cebador, MMA,
Al_{2}O_{3}) se introducen en un reactor calentado a 90ºC en el
que un agitador tipo ancla gira a la velocidad de 750
vueltas/minuto.
Después de tres horas de reacción, el producto es
recuperado, lavado con agua caliente, filtrado y secado en la
estufa durante una jornada.
Los valores de energía de ruptura asociados son
para 20 probetas ensayadas de:
Wr = 255
J/m^{2}
En este ejemplo, solamente se ha realizado la
encapsulación por el procedimiento de polimerización en suspensión,
descrito en el ejemplo 9, sin puesta en práctica previa de una
silanización (promotor).
Los datos relativos proporcionan, sobre 10 lotes
de probetas acopladas, el valor experimental medio:
Wr = 140\
J/m^{2}
En este ejemplo las partículas de alúmina de
tamaño medio igual a 100 \mum han sido microencapsuladas de un
estrato único realizado con una emulsión en agua de PMMA
(polimetilmetacrilato) estabilizada por diferentes
tensioactivos.
Para ello, se ha realizado primeramente una
solución de 50 g de PMMA en 250 ml de acetato de etilo, y ello por
agitación a temperatura ambiente.
Masas de 0,25 g de tensioactivos (Montanox®
(SEPPIC), Triton® (Fluka), Pluronic® (Fluka), copolímero en bloque
PMMA-POE) han sido disueltas simultáneamente en 25 g
de agua con agitación a una temperatura que no sobrepasa los
40ºC.
La emulsión de PMMA estabilizada por los
tensioactivos que sirven para la microencapsulación se efectúa con
la ayuda de un ultra-turrax (24000 rpm) arrastrando
la solución acuosa de tensioactivo. A esta solución sometida a
agitación se incorpora, gota a gota, 25 g de la solución de PMMA en
el acetato de etilo a la solución precedente.
Después de añadir la solución de PMMA, se
homogeneíza la emulsión durante 15 minutos con la ayuda del
ultra-turrax a una velocidad de rotación de 24000
rpm.
Cada emulsión así preparada, en función del
tensioactivo usado, es vertida en una probeta graduada cerrada.
Se evalúa la estabilidad de la emulsión por
observación visual. Los resultados obtenidos están reagrupados en la
tabla adjunta.
Sobre estas bases, las partículas han sido
microencapsuladas preferencialmente con la ayuda de emulsiones
estabilizadas con ayuda del TRITON® X-405 o del
Pluronic® F68.
El chorreo mecano-químico
efectuado con estas partículas ha proporcionado, sobre 20 pares de
probetas pegadas, el valor medio siguiente:
Wr = 350\
J/m^{2}
y ello, sea cual fuere la emulsión
utilizada.
Las figuras 1 y 2 ilustran el procedimiento
puesto a punto conforme a la presente invención, en su primer modo
de realización destinado a mejorar las propiedades de superficie de
un material.
Más precisamente:
- -
- la figura 1 es una imagen obtenida por espectrometría de catodoluminiscencia y muestra la incrustación de fragmentos de material cerámico tipo alúmina resultante de la proyección de gránulos de tamaño medio igual a 250 \mum sobre un blanco de titanio;
- -
- la figura 2 es una imagen semejante a la figura 1 después de la proyección de gránulos del mismo tipo de tamaño medio igual a 50 \mum sobre un blanco de titanio.
Análisis por espectrometría ESCA (XPS) han
confirmado la presencia de material polímero en la superficie del
titanio que forma el blanco después de la proyección de gránulos de
alúmina microencapsulados con una envoltura de material
acrílico.
Como lo muestran estas figuras, el procedimiento
conforme a la presente invención permite pues provocar de una manera
concomitante una acción mecano-química
consistente:
- -
- de una parte, en la creación de rugosidades de superficie por incrustación de fragmentos de partículas retenidos en la superficie del blanco debido a su fragilidad intrínseca; y
- -
- de otra parte, la incrustación simultánea de fragmentos de material polímero que permiten por ejemplo la adhesión durante operaciones ulteriores de pegado.
Como se comprende, el procedimiento que se acaba
de describir puede tener numerosas aplicaciones.
Aparte de las citadas en la introducción, se
puede mencionar también el chorreo de las fachadas de inmuebles con
vistas a mejorar la adherencia de revestimientos o de pinturas con
propiedades semipermeables, o bien incluso con vistas a minimizar
las inscripciones tipo "pintadas" por la realización de
revestimientos "anti-pintadas" adherentes.
Claims (10)
1. Procedimiento de tratamiento
mecano-químico de un material, que comprende, con
vistas a mejorar sus propiedades de superficie por anclaje
mecano-químico, como en particular su adherencia
durante los ensamblajes ulteriores, o con vistas a mejorar sus
propiedades de uso por realización de revestimientos superficiales
de estructura compuesta, la proyección sobre dicho material de
partículas de estructura estratificada constituidas por un núcleo y
una envoltura comprendiendo al menos un polímero,
caracterizado porque se ejecuta en condiciones tales que
dichas partículas y/o los fragmentos resultantes de su fracturación
se incrusten y/o penetren en dicho material y, eventualmente, que el
envolvimiento de las partículas comprenda un agente químico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
destinado a mejorar las propiedades de superficie de un material y
en particular su adherencia durante su ensambladura con un segundo
material, caracterizado porque las partículas antes citadas
de estructura estratificada se proyectan sobre dicho material a
tratar, eventualmente en presencia de un líquido portador, en
condiciones tales que dichas partículas se fragmenten durante el
impacto y se incrusten en dicho material.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el material a tratar es un material
metálico, una cerámica, un polímero o un tejido calcificado, con
preferencia un material metálico.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el núcleo de la partículas antes citadas
de estructura estratificada está constituido por un grano o una
bolita hecha de un material intrínsecamente frágil, como por ejemplo
una cerámica, en particular de alúmina o de sílice o de un material
que tenga una aptitud natural para fragmentarse bajo impactos, como
en particular una bolita de acero, una bolita de hierro fundido o
una bolita de vidrio.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el segundo
material de ensamblaje es un polímero, y porque la envoltura de las
partículas de estructura estratificada antes citadas incluye uno o
varios estratos que comprenden un polímero de familia química
análoga a la de dicho polímero que constituye el segundo material de
ensamblaje.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
destinado a mejorar las propiedades de uso de un material por
realización de revestimientos de estructura compuesta con
propiedades principales duras y anti-adhesivas,
caracterizado porque las partículas de estructura
estratificada antes citadas se proyectan sobre dicho material a
tratar en condiciones tales que dichas partículas penetren
completamente en dicho material sin fragmentarse sensiblemente.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el material a tratar es un material
polímero, o un biomaterial, con preferencia un material polímero
escogido entre los polímeros tipo politetrafluoretileno (Teflón),
las siliconas o los poliuretanos.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque el núcleo de las partículas de
estructura estratificada antes citadas está constituido por un grano
o una bolita hecha de un material cerámico, en particular escogido
entre los carburos, nitruros, óxidos, carbonitruros y sus mezclas,
de un material metálico como a base de cobre y aluminio o de metales
de transición de la serie 3D y 4D o de aleaciones de estos metales,
de una materia plástica o incluso de un material de chorreo
tradicional tal como el caolín o los refractarios.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el material a
tratar forma un revestimiento polímero de una estructura mono o
multicapas y porque la envoltura de las partículas de estructura
estratificada antes citadas incluye uno o varios estratos
comprendiendo un polímero de la misma naturaleza que dicho
revestimiento.
10. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 9,
caracterizado porque la envoltura antes citada incluye al
menos dos estratos, comprendiendo el estrato que está en contacto
inmediato con el núcleo al menos un agente químico destinado a
aumentar la adherencia entre dicho estrato y dicho núcleo, o entre
dichos estratos.
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