ES2235848T3 - Revestimientos resistentes a la abrasion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de acabado de una superficie que comprende las etapas de aplicar al menos una composición de revestimiento selladora para formar un revestimiento sellador y/o al menos una composición de revestimiento superior para formar un revestimiento superior de superficie, en el que la mejora comprende usar una composición de revestimiento selladora y/o superior mejorada que comprende una composición de resina que forma película y un grano cerámico procesado por sol-gel, en una cantidad eficaz para impartir resistencia a la abrasión al acabado de la superficie, y en el que la composición de resina que forma película comprende una resina curable con rayos UV.
Description
Revestimiento resistentes a la abrasión.
La presente invención se refiere a una
composición y a un procedimiento para formar revestimientos
resistentes a la abrasión. Más particularmente, esta invención se
dirige a nuevas composiciones de revestimiento que contienen un
grano de óxido de aluminio de sol-gel en cantidades
suficientes para proporcionar revestimientos que presentan mayor
resistencia a la abrasión.
La aplicación de revestimientos protectores o
decorativos es una etapa común del procedimiento en muchos
protocolos de fabricación. Una propiedad funcional importante de
dichos revestimientos, tanto si tienen una función decorativa o como
si la tienen protectora, es la resistencia a la abrasión. La
alteración de la integridad de los revestimientos aplicados por
contacto abrasivo con otras superficies, durante el transporte o en
el uso ordinario de las superficies revestidas, puede afectar al
aspecto de los revestimientos y a su eficacia para proteger la
superficie subyacente. De acuerdo con esto, se ha investigado y se
ha hecho un esfuerzo de desarrollo significativo dirigido a la
formulación de composiciones de revestimiento que presentan
resistencia a la abrasión junto con otras características deseables
de los revestimientos, tales como flexibilidad, dureza, adherencia,
transparencia, translucidez, y similares.
La resistencia a la abrasión es una propiedad
particularmente importante y deseable para las formulaciones de
revestimientos usadas en superficies que cuando se usan están
sometidas a contactos abrasivos con otros objetos, tales como
suelos, estanterías, y similares. El uso de revestimientos que
presentan una buena resistencia a la abrasión en dichas superficies,
prolonga tanto el aspecto como la funcionalidad de las composiciones
de revestimiento.
Por lo tanto, de acuerdo con esta invención, se
proporciona una composición de revestimiento para formar
revestimientos resistentes a la abrasión. La invención se basa, al
menos en parte, en el descubrimiento de que el uso de un grano o
composición de granos procesados por sol-gel como
aditivo en niveles eficaces en una composición de revestimiento de
resina, proporciona revestimientos que sorprendentemente presentan
mayor resistencia a la
abrasión.
abrasión.
Las composiciones de revestimiento típicas de
acuerdo con esta invención comprenden una composición de resina que
forma película y una composición de granos cerámicos procesados por
sol-gel, en la que el grano cerámico contiene óxido
de aluminio y en la que el grano de óxido de aluminio constituye
aproximadamente 1 a aproximadamente 60 por ciento en peso del
revestimiento. Preferentemente, el componente de resina que forma
película de la presente composición de revestimiento es una resina
curable con rayos UV del tipo usado en las composiciones de
revestimiento decorativas y protectoras.
En otra realización de la presente invención, se
aplican acabados de superficie resistentes a la abrasión mejorados
en un protocolo de revestimiento cuando al menos una composición de
revestimiento selladora o de imprimación para formar un
revestimiento sellador y al menos una composición de revestimiento
superior para formar un revestimiento superior de superficie. El
acabado de superficie y procedimiento mejorados, comprenden usar una
composición selladora y/o de revestimiento superior mejorados, que
comprende una composición de resina que forma película y un grano
cerámico procesado por sol-gel, en una cantidad
eficaz para impartir resistencia a la abrasión al acabado de la
superficie.
De acuerdo con una realización de esta invención,
se proporciona una composición de revestimiento curable para formar
revestimientos resistentes a la abrasión. La composición de
revestimiento comprende una composición de resina que forma
película, más típicamente una resina curable con rayos UV, y una
composición de granos procesados por sol-gel. La
composición de resina que forma película se formula para que incluya
una cantidad suficiente de una composición de granos cerámicos
sol-gel para potenciar la resistencia a la abrasión
en los revestimientos curados resultantes.
En una realización de la invención la composición
de resina que forma película comprende una resina curable con rayos
UV, típicamente una resina curable con rayos UV que comprende
monómeros olefínicos funcionales y oligómeros y polímeros olefínicos
funcionales. Típicamente dichas formulaciones incluyen una
combinación de oligómeros y polímeros olefínicos mono y
multifuncionales. Véanse, por ejemplo, las descripciones de las
patentes estadounidenses núms. 4.600.649; 4.902.975; 4.900.763; y
4.065.587. En una realización preferida de la invención se
proporciona un revestimiento para formar composiciones de
revestimiento resistentes a la abrasión, particularmente para
aplicaciones en suelos de madera, en el que la composición de
revestimiento comprende monómeros, oligómeros y polímeros de
poliuretano olefínicos monofuncionales y olefínicos
multifuncionales.
Típicamente, las presentes composiciones de
revestimiento comprenden, aproximadamente, del 40 al 90 por ciento
en peso de una composición de resina que forma película, y,
aproximadamente, del 10 al 60 por ciento en peso de un grano
cerámico procesado por sol-gel, típicamente una
composición de óxido de aluminio. Por supuesto, dichas composiciones
de revestimiento pueden incluir, y típicamente incluyen, otros
aditivos de revestimiento estándar tales como agentes de curado o
catalizadores dependientes de resina, adyuvantes de flujo, agentes
humectantes, agentes dispersantes, pigmentos, colorantes, cargas,
fibras, agentes antiestáticos, lubricantes, tensioactivos,
plastificantes, modificadores de la reología, y agentes de
acoplamiento. Así, por ejemplo, las composiciones de revestimiento
de esta invención que usan resinas curables con rayos UV,
típicamente incluyen cantidades eficaces (aproximadamente, del 0,1
al 3 por ciento en peso) de uno o más fotoiniciadores. Dichas
composiciones se pueden curar por irradiación con haz de electrones
sin fotoiniciadores.
La composición de revestimiento también puede
contener, por ejemplo, un agente de acoplamiento. Entre los ejemplos
de dichos agentes de acoplamiento adecuados para usar en esta
invención se incluyen organosilanos, circoaluminatos y titanatos. El
agente de acoplamiento se puede añadir directamente a la composición
de revestimiento. Alternativamente, el grano cerámico se puede
tratar previamente con el agente de acoplamiento antes de añadir el
grano a la composición de revestimiento. El agente de acoplamiento
se añade en una cantidad típicamente de entre el 0,1 y el 5% en peso
del peso de las partículas cerámicas.
El componente mineral de las presentes
composiciones de revestimiento comprende una forma de alúmina
obtenida por procedimiento sol-gel. Estos productos,
a veces denominados como grano cerámico procesado por
sol-gel, están comercializados por varias fuentes.
En una realización de la invención el grano de alúmina procesado por
sol-gel es un producto vendido con el nombre
Cubitron® por 3M Corporation.
Las composiciones de grano procesado por
sol-gel tales como las usadas de acuerdo con esta
invención, con frecuencia se especifican, entre otros, por el tamaño
de los granos, que está en el intervalo de aproximadamente de JIS
240 hasta JIS 8000. Estos tamaños de los granos corresponden a un
tamaño de partículas en el intervalo de aproximadamente de 130
\mum hasta aproximadamente 0,5 \mum. El componente de grano
procesado por sol-gel de la presente composición
puede tener un tamaño de los granos homogéneo o varios tamaños de
los granos combinados. En una realización de la presente invención,
el grano procesado por sol-gel constituye,
aproximadamente, del 1 al 60 por ciento en peso del revestimiento,
más típicamente, aproximadamente, del 10 al 40 por ciento en peso
del revestimiento, con un tamaño de los granos de JIS 320 o menor.
En una realización, el grano de óxido de aluminio procesado por
sol-gel JIS 400 se usa solo o combinado con material
con un tamaño de los granos menor y/o mayor. Los revestimientos
selladores/revestimientos de imprimación de acuerdo con la presente
invención, típicamente tienen porcentajes en peso mayores de la
composición de granos que las composiciones de revestimiento
superiores cargadas con granos. Normalmente las composiciones de
revestimiento superior se formulan para que contengan,
aproximadamente, del 1 al 15 por ciento del grano procesado por
sol-gel, mientras que la composición de
revestimiento selladora/de imprimación se formula más típicamente
para que contenga, aproximadamente, del 10 al 40, más
preferentemente aproximadamente del 10 al 30 por ciento en peso del
grano procesado por sol-gel.
Las partículas de grano cerámico también pueden
contener un revestimiento superficial. Se sabe que los
revestimientos de superficie mejoran la adherencia entre la
partícula cerámica y el aglutinante de la composición de resina que
forma película en artículos abrasivos. Dichos revestimientos
superficiales se describen en las patentes estadounidenses núms.
5.011.508; 1.910.444; 3.041.156; 5.009.675; 4.997.461; y
5.213.951.
Las composiciones de revestimiento de la presente
invención se aplican usando técnicas de aplicación de revestimiento
reconocidas en la técnica, incluyendo aplicaciones de revestimiento
por pulverización, revestimiento por cortina, revestimiento por
laminación inversa, revestimiento por vacío, revestimiento por
extrusión, o revestimiento por laminación directa o diferencial. La
viscosidad de las composiciones de revestimiento de la presente
invención no es crítica; por lo tanto, la presente invención abarca
composiciones de revestimiento de cualquier viscosidad dada que
contengan una composición de resina que forma película y un grano
cerámico procesado por sol-gel. Típicamente, la
viscosidad de las composiciones de revestimiento puede estar en el
intervalo de aproximadamente 200 centipoises hasta aproximadamente
8000 centipoises dependiendo de la carga de granos y la naturaleza
de los componentes de la resina que forma película de la
composición. Las composiciones se preparan usando técnicas de
formulación de revestimientos estándar. Por lo tanto, la composición
de granos cerámicos, por ejemplo, se pude mezclar en composiciones
de acabado de suelos o tamizar sobre las mismas, para proporcionar
revestimientos con mayor resistencia a la abrasión, sin comprometer
otras propiedades funcionalmente significativas tales como la
flexibilidad, dureza, adherencia y similares.
La mayoría de los protocolos de acabado de
superficies comprenden las etapas de aplicar al menos una
composición de revestimiento selladora/de imprimación para formar un
revestimiento sellador/de imprimación y una composición de
revestimiento superior para formar un revestimiento superior de
superficie. Las superficies acabadas se pueden preparar para que
tengan mejor resistencia a la abrasión usando un revestimiento
sellador o composición de revestimiento superior mejorados de
acuerdo con esta invención, es decir, uno que comprenda una
composición de resina que forma película y un grano cerámico
procesado por sol-gel, en una cantidad eficaz para
impartir mayor resistencia a la abrasión al revestimiento sellador.
En algunos protocolos de revestimiento, por ejemplo, los usados
cuando se aplican revestimientos para suelos de madera, la
superficie de madera se reviste con al menos dos revestimientos
selladores, más típicamente de dos a cinco revestimientos selladores
antes de aplicar una o más composiciones de revestimiento superior.
El acabado de la superficie se puede formar para que tenga una
resistencia a la abrasión excepcional, en el que, durante el
procedimiento de revestimiento, al menos uno de los revestimientos
selladores aplicados es una composición de revestimiento cargada con
granos procesados por sol-gel de la presente
invención. En una realización, se aplican en la superficie al menos
dos revestimientos selladores de la presente invención, antes de
aplicar el revestimiento superior.
En todavía otra realización de esta invención, el
revestimiento superior es una composición de revestimiento cargada
de granos procesados por sol-gel de acuerdo con esta
invención. Las formulaciones de revestimiento superior típicamente
se formulan para que contengan niveles menores de grano,
generalmente en el intervalo de, aproximadamente el 1 al 15 por
ciento en peso de grano fino, típicamente JIS 400 o más fino. En una
realización, la superficie que se va a revestir es una superficie de
madrea que se pretende usar en aplicaciones de suelos, y la
composición de resina que forma película tanto del revestimiento
sellador como del superior son composiciones con 100% de sólidos
curables por rayos UV que comprenden una combinación de monómeros,
oligómeros y polímeros olefínicos monofuncionales y olefínicos
multifuncionales.
El grano cerámico procesado por
sol-gel para usar en esta invención se puede
preparar de acuerdo con el siguiente procedimiento.
Etapa de mezclado: Se prepara una mezcla
basada en alúmina que comprende un precursor de alúmina,
opcionalmente un ácido, y medio líquido. El precursor de alúmina
puede ser sinterizado en alúmina alfa. El precursor de alúmina
preferido es monohidrato de alúmina alfa, normalmente denominada
boehmita. Los ejemplos de otros precursores de alúmina incluyen
polvos de alúmina alfa, polvos de alúmina gamma, formoacetato de
aluminio, nitroformoacetato de aluminio y sales de aluminio.
Un monohidrato de alúmina alfa útil está
comercializado por Alcoa Company. Otros monohidratos de alúmina alfa
están comercializados por Condea GmbH, Hamburgo, Alemania. Los
monohidratos de alúmina preferidos están en forma alfa, e incluyen
relativamente pocas, o ninguna, fases hidratadas distintas de los
monohidratos (aunque puede haber cantidades muy pequeñas de
impurezas de trihidrato en algunas boehmitas de calidad comercial,
que se pueden tolerar). Estos monohidratos típicamente tienen una
baja solubilidad en agua, y tienen una superficie específica alta
(típicamente, al menos, aproximadamente de 180 m^{2}/g).
El medio líquido en el que se mezcla la boehmita
típicamente es agua. El agua puede ser agua corriente, agua
destilada o agua desionizada. En algunos casos, se prefiere calentar
el medio acuoso (por ejemplo, 30-70ºC) para mejorar
el mezclado de la bohemita.
La mezcla puede comprender además agentes de
peptización; estos agentes de peptización generalmente son
compuestos iónicos solubles que se cree que hacen que la superficie
de una partícula o coloide esté uniformemente cargada en el medio
líquido (por ejemplo, agua). Los agentes de peptización preferidos
son ácidos o compuestos ácidos. Entre los ejemplos de ácidos típicos
se incluyen ácidos monopróticos tales como ácido acético,
clorhídrico, fórmico y nítrico, prefiriéndose el ácido nítrico.
Típicamente, la mezcla contiene al menos del 0,1 al 20% en peso,
preferentemente del 1% al 10% en peso de ácido, y más
preferentemente del 3 al 8% en peso de ácido, en base al peso de la
boehmita en la mezcla. En algunos casos, se puede aplicar el ácido a
la superficie de las partículas de monohidrato de alúmina alfa antes
de ser combinado con el agua.
La mezcla puede comprender además un material de
nucleación o precursor de nucleación tal como alúmina alfa, óxido de
hierro alfa, un precursor de óxido de hierro alfa y/o óxido de
cromo. Se describen detalles adicionales relacionados con los
materiales de nucleación, por ejemplo, en las patentes
estadounidenses núms. 4.623.364; 4.744.802; 4.964.833; 5.139.978; y
5.219.806. Un ejemplo de un material de nucleación es óxido de
hierro o un precursor de óxido de hierro. Entre las fuentes de óxido
de hierro, que en algunos casos pueden actuar como o proporcionar un
material que actúa como un material de nucleación, se incluyen
hematites (es decir, \alpha-Fe_{2}O_{3}), así
como sus precursores (es decir, goethita
(\alpha-FeOOH), lepidocrocita
(\gamma-FeOOH), magnetita (Fe_{3}O_{4}), y
maghemita (\gamma-Fe_{2}O_{3})).
La mezcla de alúmina puede comprender además
otros precursores de óxido metálico, a veces denominados como
modificador de óxido metálico. El término precursor significa que el
material se puede convertir en óxido metálico en las condiciones de
sinterización adecuadas. La cantidad de precursor de óxido metálico
añadido a la mezcla se calcula y determina en base a la cantidad
deseada en la partícula mineral sinterizada final. Estos otros
óxidos metálicos pueden alterar las propiedades físicas y químicas
de la partícula mineral resultante. El precursor de óxido metálico
se puede añadir a la mezcla en forma de 1) una sal metálica, 2) una
partícula de óxido metálico o 3) una suspensión coloidal del óxido
metálico. Preferentemente, estos precursores se añaden en forma de
una sal metálica, y entre los ejemplos de sales metálicas se
incluyen sales de nitrato metálico, sales de acetato metálico, sales
de citrato metálico, sales de formiato metálico, y sales de cloruro
metálico. Para las partículas de óxido metálico, generalmente se
prefieren las partículas menores que 5 micras, preferentemente
menores que 1 micra, de tamaño. Los óxidos metálicos coloidales son
partículas discretas finamente divididas de óxido metálico que
tienen una o más de sus dimensiones en un intervalo,
aproximadamente, de 3 nanómetros hasta un micrómetro. Entre los
ejemplos de estos óxidos metálicos coloidales se incluyen óxido de
litio, óxido de manganeso, óxido de circonio, sílice, óxido de
cromo, óxido de praseodimio, óxido de disprosio, óxido de samario,
óxido de cobalto, óxido de cinc, óxido de neodimio, óxido de itrio,
óxido de iterbio, óxido de magnesio, óxido de níquel, sílice, óxido
de manganeso, óxido de lantano, óxido de gadolinio, óxido de
disprosio, óxido de europio, óxido férrico, óxido de hafnio y óxido
de erbio.
Típicamente, el uso de un modificador de óxido
metálico puede disminuir la porosidad de la partícula mineral
sinterizada y aumentar así la densidad. Adicionalmente, algunos
precursores de óxido metálico pueden reducir la temperatura a la
cual las alúminas transitorias se transforman en alúmina alfa.
Algunos óxidos metálicos pueden reaccionar con la alúmina para
formar un producto de reacción que puede ser beneficioso para
potenciar las propiedades físicas de la partícula mineral. Por lo
tanto, la selección y cantidad de óxido metálico dependerá, en
parte, de las condiciones de procesado y de las propiedades deseadas
de la partícula mineral.
Los óxidos de cobalto, níquel, cinc y magnesio
típicamente reaccionan con alúmina para formar una espinela,
mientras que el óxido de circonio y óxido de hafnio no reaccionan
con alúmina. Alternativamente, los productos de reacción del óxido
de disprosio y óxido de gadolinio con el óxido de aluminio
generalmente son granate. Los productos de reacción de la alúmina
con óxido de praseodimio, óxido de iterbio, óxido de erbio, y óxido
de samario, generalmente tienen una estructura de perovskita y/o
granate. El óxido de itrio también puede reaccionar con alúmina para
formar Y_{3}Al_{5}O_{12} que tiene una estructura cristalina
de granate. Algunos óxidos de tierras raras y de cationes de metales
divalentes reaccionan con la alúmina para formar un aluminato de
tierra rara representado por la fórmula LnMAl_{11}O_{19}, en la
que Ln es un ion metálico trivalente tal como La^{3+}, Nd^{3+},
Ce^{3+}, Pr^{3+}, Sm^{3+}, Gd^{3+}, Er^{3+}, o Eu^{3+},
y M es un catión de metal divalente tal como Mg^{2+}, Mn^{2+},
Ni^{2+}, Zn^{2+}, o CO^{2+}. Dichos aluminatos tienen una
estructura cristalina hexagonal; estos aluminatos a veces se
denominan plaquetas de magnetoplumbita. Para detalles adicionales
relacionados con la inclusión de óxido metálico (y/o sus
precursores) en una mezcla de boehmita, véanse por ejemplo, las
patentes estadounidenses núms. 4.314.827; 4.770.671; 4.881.951;
5.429.647; y 5.551.963.
Las mezclas basadas en alúmina típicamente
comprenden más del 15% en peso (generalmente más del 30% hasta
aproximadamente el 80% en peso) de sólidos, en base al peso total de
la mezcla. Sin embargo, algunas mezclas, comprenden el 35% en peso o
más, el 45% en peso o más, el 50% en peso o más, el 55% en peso o
más, el 60% en peso o más, así como el 65% en peso o más de sólidos,
en base al peso total de la mezcla.
La mezcla se puede preparar, por ejemplo, por
adición gradual de un medio líquido a un componente(s) que no
es soluble en el medio líquido, mientras este último se mezcla o
agita. Por ejemplo, se puede añadir gradualmente un medio líquido
que contiene agua, ácido nítrico, y sal metálica, a boehmita,
mientras esta última se agita de forma que el medio líquido se
distribuye más fácilmente por toda la boehmita. Alternativamente, la
mezcla se puede formar combinando boehmita, agua y ácido, y después
mezclar para formar una mezcla esencialmente homogénea. Después, se
pueden añadir a esta mezcla los agentes de nucleación y/o los
precursores de óxido metálico.
Entre los mezcladores adecuados se incluyen
mezcladores de cubeta, mezcladores de paletas sigma, mezcladores de
molino de bolas y de alta cizalladura. Otros mezcladores adecuados
están comercializados por Eirich Machines, Inc., Gurnee, IL;
Hosokawa-Bepex Corp., Minneapolis, MN (incluyendo un
mezclador comercializado con el nombre "SHUGI
FLEX-O-MIX", Modelo
FX-160); y Littleford-Day, Inc.,
Florence, KY.
Después de formar la mezcla basada en alúmina, la
mezcla se puede calentar para aumentar la dispersabilidad del
monohidrato de alúmina alfa y/o para crear una mezcla homogénea. La
temperatura puede variar, por ejemplo, la temperatura puede estar en
el intervalo de aproximadamente 20 a 80ºC, normalmente entre 25 y
75ºC. Alternativamente, la mezcla se puede calentar a una presión
que oscila entre 1,5 y 130 veces la presión atmosférica.
La mezcla puede gelificar antes o durante la
etapa de secado. La adición de la mayoría de los modificadores puede
dar como resultado que la mezcla gelifique más rápido. El pH de la
mezcla y la concentraciones de iones en el gel, generalmente
determinan la rapidez de gelificación de la mezcla. Típicamente, el
pH de la mezcla está en el intervalo, aproximadamente, de 1,5 a 4.
La mezcla gelificada se puede extruir.
Etapa de secado: En general, en la técnica
se conocen técnicas para secar la mezcla, incluyendo calentamiento
para promover la evaporación del medio líquido, o simplemente secado
al aire. La etapa de secado generalmente elimina una parte
significativa del medio líquido de la mezcla; sin embargo, todavía
puede quedar una parte poco importante (por ejemplo, aproximadamente
el 10% o menos en peso) del medio líquido presente en la mezcla
seca. Las condiciones de secado típicas incluyen temperaturas en el
intervalo, aproximadamente, de la temperatura ambiente hasta,
aproximadamente, más de 200ºC, típicamente entre 50 y 150ºC. Los
tiempos pueden estar en el intervalo de aproximadamente 30 minutos a
varios días.
Etapa de transformación: Después del
secado, la mezcla seca se puede convertir en partículas precursoras.
Una forma típica de generar estas partículas precursoras es por una
técnica de trituración. Se pueden usar diferentes técnicas de
trituración o molienda tales como una trituradora de cilindros,
trituradora de mandíbulas, trituradora de martillos, molino de bolas
y similares. Las partículas más gruesas se pueden volver a triturar
para generar partículas más finas.
Alternativamente, la mezcla seca se puede
conformar en terrones con un alto contenido volatilizable, que
después se muelen explosivamente por alimentación de los terrones
directamente en un horno mantenido a una temperatura por encima de
350ºC, normalmente una temperatura de entre 600ºC y 900ºC.
Etapa de calcinación: En general, en la
técnica se conocen técnicas para calcinar la mezcla seca o
partículas cerámicas precursoras, en las que se eliminan
esencialmente todos los productos volátiles y los diferentes
componentes presentes en la mezcla se transforman en óxidos. Dichas
técnicas incluyen el uso de un horno giratorio o estático para
calentar mezclas secas a temperaturas en el intervalo de
aproximadamente 400 a 1000ºC (típicamente de aproximadamente 450 a
800ºC), hasta que se elimina el agua libre, y típicamente hasta que
se haya eliminado al menos aproximadamente el 90% en peso de
cualesquiera compuestos volátiles ligados.
Etapa de impregnación: Se puede impregnar
un precursor del modificador de óxido metálico en una partícula
precursora calcinada, aunque esta etapa de impregnación no es
necesaria. El precursor del modificador de óxido metálico se
selecciona para proporcionar la característica deseada a la
partícula mineral. Típicamente, el precursor de óxido metálico está
en forma de sales metálicas. Los precursores de óxidos metálicos y
las sales metálicas son como se han descrito anteriormente.
Se describen procedimientos en general para
impregnar partículas minerales derivadas de sol-gel,
por ejemplo, en la patente estadounidense nº 5.164.348. En general,
los materiales precursores cerámicos (es decir, mezclas secas
basadas en alúmina, material precursor cerámico seco, mezclas
calcinadas basadas en alúmina o material precursor cerámico
calcinado) son porosos. Por ejemplo, un material precursor cerámico
calcinado, típicamente tiene poros aproximadamente de 5 a 10
nanómetros de diámetro que se extienden dentro del material desde
una superficie exterior. La presencia de dichos poros permite que
una composición de impregnación, que comprende una mezcla de medio
líquido (típicamente agua) y el precursor metálico adecuado, entre
en el material precursor cerámico . Se cree que el procedimiento de
impregnación se produce por acción capilar.
El medio líquido usado para la composición de
impregnación, preferentemente es agua (incluyendo agua desionizada),
un disolvente orgánico (preferentemente un disolvente no polar), o
sus mezclas. Si se desea la impregnación de una sal metálica, la
concentración de la sal metálica en el medio líquido típicamente
está en el intervalo, aproximadamente, del 5% al 40% de sólidos
disueltos, en base al óxido metálico teórico. Preferentemente, se
añaden al menos 50 ml de solución para lograr la impregnación de 100
gramos de material precursor cerámico poroso.
Después de la etapa de impregnación, la partícula
precursora impregnada resultante típicamente se calcina una segunda
vez para eliminar cualesquiera sustancias volátiles antes de la
sinterización. Las condiciones típicas de calcinación se han
descrito anteriormente.
Etapa de sinterización: Después de formar
u opcionalmente calcinar la partícula precursora, la partícula
precursora se sinteriza para proporcionar una partícula mineral
cerámica densa basada en alúmina alfa. En general, en la técnica se
conocen técnicas para sinterizar material calcinado, las cuales
incluyen calentar a una temperatura eficaz para transformar
la(s) alúmina(s) transitorias en alúmina alfa, hacer
que todos los precursores de óxido metálico reaccionen con la
alúmina o formen óxido metálico, y aumentar la densidad del material
cerámico. El material calcinado se puede sinterizar por
calentamiento (por ejemplo, usando resistencia eléctrica,
microondas, plasma, láser, o combustión con gas tanto en
procedimientos continuos como discontinuos). Las temperaturas de
sinterización normalmente están en el intervalo de aproximadamente
1200 a 1650ºC, típicamente, de aproximadamente 1200 a 1500ºC. El
periodo de tiempo que el material calcinado se expone a la
temperatura de sinterización depende, por ejemplo, del tamaño de
partículas, composición de las partículas, y temperatura de
sinterización. Típicamente, los tiempos de sinterización están en el
intervalo de unos segundos a aproximadamente 60 minutos
(Preferentemente, aproximadamente de 3 a 30 minutos). La
sinterización típicamente se lleva a cabo en una atmósfera oxidante,
aunque también se pueden usar atmósferas neutras o reductoras.
Etapas de trituración y clasificación: En
algunos casos, la partícula mineral se sinteriza aproximadamente al
tamaño de partículas deseado y aproximadamente con la distribución
de tamaño de partículas deseado. La partícula mineral se puede
clasificar además usando técnicas de cribado, técnicas de
clasificación con aire o técnicas de clasificación con agua, para
refinar adicionalmente la distribución del tamaño de partículas. En
algunos casos, primero se tritura la partícula mineral a un tamaño
de partículas menor. Esta trituración se puede llevar a cabo, por
ejemplo, por trituración con cilindros, molienda con chorro,
molienda con martillos, molienda con bolas y similares. Después de
la trituración, las partículas resultantes típicamente se clasifican
usando técnicas de cribado, técnicas de clasificación con aire o
técnicas de clasificación con agua, para refinar adicionalmente la
distribución del tamaño de partículas.
El grano cerámico sol-gel de
aluminio también se puede hacer por otros procedimientos conocidos
en la técnica y descritos en cada una de las siguientes patentes
estadounidenses núms. 4.623.364; 4.314.827; 4.744.802; y
4.800.685.
Las partículas minerales de alúmina sinterizadas
tienen una densidad real de al menos unos 3,70 gramos/cm^{3},
preferentemente de al menos unos 3,80 gramos/cm^{3}, más
preferentemente de al menos unos 3,85 gramos/cm^{3}, y todavía más
preferentemente de al menos unos 3,90 gramos/cm^{3}. Igualmente,
se prefiere que las partículas minerales de alúmina sinterizadas
tengan una densidad teórica de al menos, aproximadamente, el 90%,
preferentemente de al menos, aproximadamente, el 93% y más
preferentemente de al menos, aproximadamente, el 95%. Las densidades
de las partículas se pueden determinar con un picnómetro de helio
gaseoso (comercializado con la denominación comercial
"Micromeritics AccuPyc 1330" de Micromeritics Instruments
Corp., Norcross, Ga.).
Las partículas minerales de alúmina sinterizadas
tienen una dureza de al menos unos 16 GPa, preferentemente de al
menos unos 17 GPa, más preferentemente de al menos unos 18 GPa y
todavía más preferentemente de al menos unos 19 GPa. En algunos
casos, la dureza puede ser mayor que unos 20 GPa o mayor que unos 22
GPa. La dureza se puede medir de acuerdo con el método de
penetración de Vicker, usando un punzón que pesa 500 gramos. Este
procedimiento de prueba se describe con más detalle de acuerdo con
ASTM (American Society of Testing Methods), método de prueba E3
84.
Las partículas minerales de alúmina sinterizadas
tienen una dureza de al menos unos 2 MPa-m^{0,5},
preferentemente de al menos unos 2,2 MPa-m^{0,5},
más preferentemente de al menos unos 2,5
MPa-m^{0,5}, y todavía más preferentemente de al
menos unos 2,8 MPa-m^{0,5}. En algunos casos, la
dureza puede ser mayor que unos 3,0 MPa-m^{0,5}, o
mayor que unos 4,0 MPa-m^{0,5}. La dureza se puede
medir de acuerdo con el método de penetración de Vicker usando un
punzón que pesa 500 gramos. La dureza se puede medir de acuerdo con
un procedimiento de prueba resumido en "Equilibrium
Penny-Like Cracks in Indentation Fracture" de BR
Lawn y ER Fuller, publicado en Journal of Material Science,
Volumen 10, 1974, páginas 2016-2024.
La siguiente composición de revestimiento es un
ejemplo de una composición de revestimiento curable con rayos UV,
usada, por ejemplo, en el acabado de suelos. La primera etapa en la
preparación era mezclar los siguientes componentes:
Los ingredientes anteriores se mezclaron luego
durante 20 minutos y después se tamizaron los siguientes componentes
en la mezcla, con mezcladura.
La mezcla resultante se mezcló durante 20 minutos
a alta velocidad para lograr una consistencia suave.
La composición de revestimiento curable con rayos
UV de esta invención descrita anteriormente, se aplicó en
superficies de madera y se curó con rayos UV para proporcionar
revestimientos que presentaban mayor resistencia a la abrasión en
pruebas comparativas de resistencia a la abrasión. La composición de
revestimiento se puede aplicar a una superficie por cualquiera de
los procedimientos reconocidos en la técnica incluyendo, pero sin
limitar, el uso de un cepillo, el uso de un dispositivo de
pulverización, el uso de un laminador y similares.
Se usó un procedimiento similar al descrito en el
Ejemplo 1, para preparar una composición de revestimiento curable
con rayos UV, excepto que se mezclaron los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Después, los ingredientes anteriores se mezclaron
durante 20 minutos, y a continuación se tamizaron los siguientes
componentes en la mezcla con mezcladura:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La mezcla resultante se mezcló durante 20 minutos
a alta velocidad para lograr una consistencia suave y se aplicó a
superficies de madera como se ha descrito en el Ejemplo 1.
Se usó un procedimiento similar al descrito en el
Ejemplo 1, para preparar una composición de revestimiento curable
con rayos UV, excepto que se mezclaron los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Después, los ingrediente anteriores se mezclaron
durante 20 minutos, y a continuación se tamizaron los siguientes
componentes en la mezcla con mezcladura:
La mezcla resultante se mezcló durante 20 minutos
a alta velocidad para lograr una consistencia suave y se aplicó a
superficies de madera como se ha descrito en el Ejemplo 1.
La composición de revestimiento resistente a la
abrasión descrita en el Ejemplo 1, fue sometida a las diferentes
pruebas de resistencia al desgaste descritas a continuación. Los
resultados de la prueba fueron los siguientes:
Se llevó a cabo una prueba de resistencia al
desgaste Taber en la composición de revestimiento descrita en el
Ejemplo 1. La composición de revestimiento se aplicó en un producto
preparado en láminas o un producto preparado en láminas maquinado
(designados lámina 1 y lámina 2, respectivamente), o a un producto
preparado por rotación o un producto preparado por rotación
maquinado (designados rotación 1 y rotación 2, respectivamente) y se
ensayaron el desgaste inicial y final usando una prueba estándar de
resistencia al desgaste Taber. Esta prueba determina la resistencia
a la abrasión producida por una máquina de abrasión Taber de los
revestimientos. Brevemente, la prueba requirió medir el grosor
inicial del revestimiento de la muestra de prueba en varios sitios.
Después la muestra de prueba se montó en una placa giratoria y se
pusieron las cabezas de abrasión de la máquina de abrasión Taber
sobre la muestra de prueba, y la muestra de prueba se sometió a
abrasión hasta que se produjo la rotura por el desgaste. Las cabezas
de abrasión de la máquina de abrasión Taber eran ruedas
CS-0 equipadas con tiras de papel de lija
S-33, y cada rueda llevaba un peso de 500 gramos. El
"desgaste inicial" indica el número de ciclos para observar la
rotura por el desgaste en cualquier zona de prueba de la muestra de
prueba, mientras que el "desgaste final" indica el número de
ciclos necesarios para observar la rotura por el desgaste en todas
las zonas de prueba de la muestra de prueba. La conversión del
desgaste se calculó dividiendo el número de ciclos para la rotura
por el desgaste entre el grosor de la película y se expresa a
continuación como el número de ciclos necesarios para quitar un
milímetro de grosor del revestimiento. Por lo tanto, la conversión
del desgaste es un índice de la resistencia a la abrasión, y cuanto
mayor es el valor de conversión del desgaste, mayor es la
resistencia a la abrasión.
Los valores de adherencia de la cuadrícula se
determinaron usando un cúter para cuadrículas Gardco y una cinta
adhesiva estándar. Esta prueba implicaba rayar un patrón
cuadriculado sobre la superficie de un producto al que se le aplicó
la composición de revestimiento descrita en el Ejemplo 1. Después se
aplicó cinta adhesiva sobre el patrón de cuadrados y posteriormente
se retiró para determinar el número de cuadrados quitados con la
cinta adhesiva. La prueba proporciona un índice de la capacidad de
la composición de revestimiento a adherirse a superficies.
La prueba de adherencia por raspado se determinó
usando un dispositivo de prueba de adherencia con haz equilibrado,
equipado con un aparato de raspado de tambor. Se añadió masa hasta
que se observó raspado en el acabado.
La composición de revestimiento resistente a la
abrasión descrita en el Ejemplo 1 se sometió a las pruebas de brillo
y curado en acetona descritas a continuación. La composición de
revestimiento se aplicó primero en un producto preparado en láminas
o un producto preparado en láminas maquinado (designados lámina 1 y
lámina 2, respectivamente), o a un producto preparado por rotación o
un producto preparado por rotación maquinado (designados rotación 1
y rotación 2, respectivamente). Los resultados de la prueba fueron
los siguientes:
El brillo se determinó usando un medidor de
brillo a 60 grados.
La prueba de curado en acetona se llevó a cabo
empapando una gasa con acetona, poniendo la gasa empapada con
acetona sobre las muestras de prueba, y cubriendo la gasa con una
placa de vidrio y un peso de 4536 gramos (10 libras) durante 15
minutos, para determinar si los revestimientos de las muestras de
prueba estaban completamente curados.
Las composiciones de revestimiento resistentes a
la abrasión descritas en los Ejemplos 1 y 3 se sometieron a las
pruebas de resistencia al desgaste Taber junto con tres productos
comercializados, para comparar la resistencia al desgaste. La prueba
de resistencia al desgaste Taber se llevó a cabo como se ha descrito
en el Ejemplo 4, excepto que las ruedas abrasivas de la máquina de
abrasión Taber eran ruedas CS-17 (cubiertas con
cinta abrasiva estándar en ruedas CS-17), ruedas
equipadas con papel de lija S-42, o ruedas equipadas
con cuero abrasivo S-39 como se indica en la
siguiente tabla. Las ruedas abrasivas llevaban pesos de 500 ó 1000
gramos como se indica también en la tabla. Las composiciones de
revestimiento descritas en los Ejemplos 1 y 3 se designaron muestras
1 y 2, respectivamente. Los resultados de la prueba se describen
como ciclos para romper con el desgaste, y fueron los
siguientes:
Los resultados mostrados en la tabla, demuestran
que las muestras 1 y 2 tienen mayor resistencia al desgaste en una
prueba de resistencia al desgaste Taber cuando se usaron ruedas
abrasivas CS-17 y pesos de 1000 gramos.
Claims (12)
1. Un procedimiento de acabado de una superficie
que comprende las etapas de aplicar al menos una composición de
revestimiento selladora para formar un revestimiento sellador y/o al
menos una composición de revestimiento superior para formar un
revestimiento superior de superficie, en el que la mejora comprende
usar una composición de revestimiento selladora y/o superior
mejorada que comprende una composición de resina que forma película
y un grano cerámico procesado por sol-gel, en una
cantidad eficaz para impartir resistencia a la abrasión al acabado
de la superficie, y en el que la composición de resina que forma
película comprende una resina curable con rayos UV.
2. El procedimiento mejorado de la reivindicación
1, caracterizado porque se aplican al menos dos
revestimientos selladores a la superficie antes de aplicar el
revestimiento superior.
3. El procedimiento mejorado de la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque la composición de revestimiento
para el revestimiento superior comprende una composición de resina
que forma película y un grano cerámico procesado por
sol-gel.
4. El procedimiento mejorado de la reivindicación
1, caracterizado porque el revestimiento sellador o
revestimiento superior se forma usando una composición de
revestimiento en la que la composición de resina que forma película
comprende una composición de resina curable con rayos UV.
5. El procedimiento mejorado de la reivindicación
4, caracterizado porque la composición de resina curable con
rayos UV comprende monómeros olefínicos funcionales y oligómeros o
polímeros olefínicos funcionales.
6. El procedimiento mejorado de la reivindicación
5, caracterizado porque los oligómeros o polímeros olefínicos
funcionales comprenden poliuretanos.
7. El procedimiento mejorado de la reivindicación
1, caracterizado porque el grano cerámico procesado por
sol-gel en la composición de revestimiento selladora
comprende alúmina.
8. El procedimiento mejorado de la reivindicación
7, caracterizado porque la alúmina procesada por
sol-gel constituye del 1 al 60 por ciento en peso
del revestimiento sellador.
9. El procedimiento mejorado de la reivindicación
8, caracterizado porque la alúmina procesada por
sol-gel constituye, aproximadamente, del 1 al 15 por
ciento en peso del revestimiento superior.
10. El procedimiento mejorado de la
reivindicación 1, caracterizado porque la superficie es una
superficie de madera.
11. El procedimiento mejorado de la
reivindicación 1, caracterizado porque la superficie es un
metal, plástico, papel, cartón duro o vinilo.
12. Una composición de revestimiento para formar
revestimientos resistentes a la abrasión, comprendiendo dicha
composición de revestimiento una composición de resina que forma
película y una composición de grano cerámico procesado por
sol-gel, en la que el grano cerámico contiene óxido
de aluminio, en la que el grano de óxido de aluminio constituye del
1 al 60 por ciento en peso del revestimiento, en la que el grano de
óxido de aluminio tiene un tamaño en el intervalo de 0,5 \mum a
130 \mum, y en la que la composición de resina que forma película
comprende una resina curable con rayos UV.
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