ES2239568T3 - Reticulante de esmalte en polvo para recubrimiento electrostatico de alta funcionalidad que presenta grupos uretdiona y grupos isocianato libres. - Google Patents

Reticulante de esmalte en polvo para recubrimiento electrostatico de alta funcionalidad que presenta grupos uretdiona y grupos isocianato libres.

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ES2239568T3 ES00118163T ES00118163T ES2239568T3 ES 2239568 T3 ES2239568 T3 ES 2239568T3 ES 00118163 T ES00118163 T ES 00118163T ES 00118163 T ES00118163 T ES 00118163T ES 2239568 T3 ES2239568 T3 ES 2239568T3
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Abstract

Compuestos de poliadición, que por debajo de 40ºC están en forma sólida y por encima de 125ºC están en forma líquida y a)con una funcionalidad de isocianato promedio de 2, 0 a 8, 0 presentan un contenido de grupos isocianato libres (calculado como NCO; peso molecular = 42) de 2, 1 a 6, 0 % en peso, b)presentan un contenido de grupos uretdiona (calculado como C2N2O2; peso molecular = 84) de 10 a 18 % en peso. c)presentan un contenido de grupos uretano (calculado como -NH-CO-O; peso molecular = 59) de 10 a 20 % en peso, y d)presentan un contenido de grupos éster -CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) y/o grupos carbonato -O-CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) de 1 a 17 % en peso. preparados mediante la reacción de componentes isocianato que contienen grupos uretdiona de una funcionalidad de NCO media de al menos 2, 1, excepto derivados puros de 1-isocianato-3, 3, 5- trimetil-5-isocianatometilciclohexano, preparados mediante catálisis con trialquilfosfina, con poliolesque contienen grupos éster y/o carbonato, excepto el éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico.

Description

Reticulante de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de alta funcionalidad que presenta grupos uretdiona y grupos isocianato libres.
La invención se refiere a nuevos compuestos de poliadición altamente funcionales que contienen grupos uretdiona, un procedimiento para su preparación y su uso como componentes de partida en la fabricación de plásticos de poliuretano, en particular como reticulantes para esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático reticulables por calor.
Hoy en día se usan cada vez más compuestos de poliadición que presentan grupos uretdiona como reticulantes sin agentes de bloqueo para esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático de poliuretano (PUR) altamente resistentes a la intemperie. Como principio de reticulación se usa en estos compuestos la retrodisociación térmica de estructuras de uretdiona en grupos isocianato libres y su posterior reacción con un aglutinante hidroxifuncional.
Aunque los reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de uretdiona se conocen desde hace mucho tiempo, hasta ahora no habían podido imponerse en el mercado de un modo decisivo. La causa para ello residía, entre otras cosas, por un lado en el contenido de isocianato relativamente bajo de los productos disponibles comercialmente actualmente, y por otro lado en su baja funcionalidad media, que habitualmente es incluso menor de 2,0. Respecto a una densidad de reticulación suficiente, en equivalencia con buenas características de resistencia, en el caso de esmaltes y recubrimientos, se desean precisamente, sin embargo, componentes de reticulación con un elevado contenido de NCO y una funcionalidad lo más elevada posible, que sea al menos de 2,0.
El documento EP-A-45994 describe productos de reacción derivados de una uretdiona IPDI difuncional lineal y cantidades en defecto de dioles sencillos, que dado el caso presentan oxígeno etérico como reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático sin agentes de bloqueo. Estos productos de poliadición, que en el estado final pueden presentar hasta un 8% en peso de grupos isocianato libres no bloqueados, se caracterizan ciertamente por contenidos totales elevados de isocianato (suma de grupos isocianato existentes como grupos libres y en forma de grupos uretdiona bloqueados internamente), y por una funcionalidad de 2,0, si bien su preparación, en particular a escala industrial, es complicada.
Puesto que en la actualidad la retrodisociación de las estructuras de uretdiona termolábiles ya se realiza hasta un grado apreciable en presencia de reactivos hidroxifuncionales a 110ºC, esta temperatura no ha de ser superada, en la medida de lo posible, en la síntesis de compuestos de poliadición que contienen grupos uretdiona. Sin embargo, en este intervalo de temperatura, los productos descritos en el documento EP-A-45994 presentan viscosidades en masa fundida tan elevadas que su capacidad de producción en estado fundido está limitada, debido a la insuficiente capacidad de agitación a escala industrial. Tales reticulantes de uretdiona se pueden preparar solamente a gran escala disueltos en disolventes inertes respecto a isocianatos. A continuación, en una etapa adicional del procedimiento se ha de separar el disolvente auxiliar. Un procedimiento de preparación sin disolvente descrito en el documento EP-A-669354 para tales compuestos de poliadición, en el que los productos de partida se pueden hacer reaccionar entre sí en tornillos sin fin de reacción especiales o en extrusores bajo la acción de elevadas fuerzas de cizalladura es, por el contrario, aparatoso y muy costoso.
La principal desventaja de los productos de poliadición descritos en el documento EP-A-45994 reside, sin embargo, en el contenido relativamente alto de grupos isocianato libres no bloqueados, que reaccionan ya durante la preparación del esmalte en polvo para recubrimiento electrostático, normalmente por medio de una extrusión en masa fundida a aproximadamente 100ºC, con el aglutinante hidroxifuncional. Los esmaltes en polvo para recubrimientos electrostáticos pre-reticulados de esta manera muestran, en el proceso de secado al horno, un comportamiento reológico tan desfavorable que se endurecen formando recubrimientos con características ópticas sólo moderadas, en particular con una evolución completamente insatisfactoria.
El problema de la reticulación previa indeseada se da principalmente para todos los endurecedores de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de PUR que presentan un contenido elevado de grupos isocianato libres. Por ejemplo en los reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático sin agentes de bloqueo descritos en los documentos EP-A-45996 y EP-A-45998 compuestos por uretdiona IPDI lineal y por dioles sencillos, se hacen reaccionar los grupos isocianato libres terminales, al menos parcialmente, con monoaminas o monoalcoholes. De este modo se puede evitar ciertamente la problemática reacción previa en el extrusor, si bien la interrupción de cadena con un compuesto monofuncional reduce de un modo considerable el contenido total de isocianato, disminuyendo al mismo tiempo la funcionalidad media a valores menores de 2,0. Además, los productos de estas dos publicaciones aún presentan también, en el intervalo de la temperatura de disociación de los grupos uretdiona, viscosidades en masa fundida tan elevadas que sólo se pueden preparar de un modo sencillo y reproducible en disolución o mediante el procedimiento costoso del documento EP-A-669354.
El objeto del documento EP-A-639598 es la preparación de reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático usando agentes de prolongación de las cadenas que contienen grupos ésteres o grupos carbonato. Los productos que se consiguen según este procedimiento presentan viscosidades en masa fundida tan reducidas, a temperaturas ligeramente por encima de su punto de fusión, que la producción sin disolvente sólo es posible por primera vez en aparatos agitadores sencillos. También los reticulantes de uretdiona descritos en el documento EP-A 720 994, en los que se emplean dioles diméricos para la prolongación de la cadena, poseen viscosidades en masa fundida suficientemente bajas para una preparación sin disolvente. Sin embargo, como consecuencia del peso molecular relativamente elevado de los agentes de prolongación de cadena empleados, los productos de las dos publicaciones presentan aún menores contenidos totales de isocianato en comparación con los del documento EP-A-45996.
Según la exposición del documento EP-A 669 353, mediante la reacción sin disolvente dimerizados IPDI lineales con cantidades molares en exceso de dioles y/o polidiolésteres, se pueden preparar en amasadoras intensivas especiales poliuretanos de una funcionalidad media de 2,0 que presentan grupos hidroxilo terminales que contienen grupos uretdiona. La coutilización de polioles al menos trifuncionales y/o de poliolésteres ramificados hace posible, tal y como se muestra en el documento EP-A-825214 o en el documento EP-A-780417, incluso, la preparación de reticulantes de uretdiona con terminales OH con funcionalidades entre 2 y 3 o bien > 3. A la ventaja de la elevada funcionalidad se contrapone, sin embargo, en estos compuestos de poliadición, la desventaja de que los grupos hidroxilo existentes en la molécula de reticulante, bajo las condiciones de secado al horno, reaccionan asimismo con uretanización, y de este modo reducen de un modo considerable el contenido de NCO bloqueado interno que está disponible para la reticulación del aglutinante.
Del documento EP-A 760 380 se conocen reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de uretdiona con contenidos latentes elevados de NCO basados en dimerizados de HDI que igualmente contienen grupos isocianurato. Tal y como está descrito en la página 5, líneas 28 a 30, y en la página 7, líneas 7 a 9 de esta publicación, sin embargo, los productos con un contenido de isocianurato o un grado de ramificación tan elevado llevan a recubrimientos con malas características ópticas y también mecánicas. En la preparación de endurecedores de poliuretano según el documento EP-A 760 380, debido a ello se "linealizan" en su mayor parte los poliisocianatos de partida ramificados que contienen grupos isocianurato, generalmente por medio del uso de componentes de síntesis monofuncionales.
Los productos de poliadición que contienen grupos uretdiona y de isocianurato compuestos por un dimerizado de IPDI preparado por medio de catálisis de trialquilfosfina, dioles y/o diaminas disecundarias como prolongadores de cadena, y dado el caso, monoalcoholes o monoaminas, son objeto del documento EP-A 790 266. Estos productos, en caso de alta funcionalidad, también pueden presentar proporciones relativamente altas de grupos isocianato libres, y con ello pueden presentar un contenido total elevado de isocianato, si bien su preparación sólo se puede producir en soluciones orgánicas debido al poliisocianato de partida fuertemente ramificado.
Hasta ahora no se conoce ningún reticulante de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de uretdiona que sea suficiente para todos los requerimientos de la práctica, y que en particular presente elevados contenidos totales de grupos isocianato con una funcionalidad de reticulación lo más elevada posible, y que al mismo tiempo sea accesible sin problemas en un procedimiento sencillo.
Debido a ello, el objetivo de la presente invención ha sido proporcionar reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de PUR que contengan grupos uretdiona, que no presenten las desventajas del estado de la técnica descritas anteriormente.
El objetivo se ha podido conseguir al proporcionar los compuestos de poliadición conforme a la invención descritos a continuación con más detalle, y el procedimiento para su preparación. Los compuestos de poliadición conforme a la invención descritos con más detalle a continuación se basan en la sorprendente observación de que mediante la reacción de mezclas de poliisocianato ramificado que presentan grupos uretdiona e isocianurato con cantidades molares en defecto de polioles que presentan grupos éster y/o carbonato, se pueden preparar en un procedimiento sin disolvente, en aparatos sencillos, compuestos adecuados como reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático, que en combinación con aglutinantes de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático comerciales, a pesar de un contenido elevado de grupos isocianato libres, y a pesar de la elevada funcionalidad, proporcionan recubrimientos que destacan por una nivelación excelente y por un brillo muy elevado. Esto era sorprendente, ya que según la exposición del documento EP-A 639 598 había que suponer que este tipo de compuestos de poliadición que presentan grupos éster y/o carbonato son adecuados solo hasta un contenido de grupos isocianato libres de un máximo de un 2,0% en peso para el empleo como reticulante de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático, en particular puesto que también en el documento EP-A 760 380 (página 7, líneas 34 a 40) se hace referencia al hecho de que los productos con un contenido demasiado elevado de grupos isocianato no bloqueados, como consecuencia del reticulado previo inevitable en el extrusor, conducen a recubrimientos con características ópticas no satisfactorias.
Aunque en el documento EP-A 669 354 también se menciona el éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico como compuesto de partida adecuada para la fabricación sin disolvente de compuestos de poliadición que contienen grupos uretdiona en amasadoras intensivas dentro de una larga serie de dioles sencillos, el especialista no podía extraer de esta publicación ningún tipo de indicación concreta que permitiera transformar mezclas de poliisocianato ramificado que contengan grupos uretdiona polioles que contengan grupos éster y/o grupos carbonato, también en aparatos agitadores sencillos en masa fundida para dar reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de uretdiona con contenidos totales muy elevados de isocianato, que a pesar de una proporción considerable de grupos isocianato libres y una funcionalidad elevada, produjeran con poliolésteres convencionales películas de esmalte con una calidad excelente. Por el contrario, se puede mostrar que con el uso exclusivo de éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico como agente de prolongación de cadenas que contiene grupos éster, los reticulantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático ramificados preparados que contienen grupos uretdiona, al contrario que los productos del procedimiento conforme a la invención, conducen a recubrimientos con perturbaciones considerables de la superficie, y en particular conducen a un efecto de piel de naranja pronunciado.
Son objeto de la presente invención compuestos de poliadición que por debajo de 40ºC están en forma sólida y por encima de 125ºC están en forma líquida, y
a)
con una funcionalidad de isocianato promedio de 2,1 a 8,0 presentan un contenido de grupos isocianato libres (calculado como NCO; peso molecular = 42) de 2,1 a 6,0% en peso,
b)
presentan un contenido de grupos uretdiona (calculado como C_{2}N_{2}O_{2}; peso molecular = 84) de 10 a 18% en peso.
c)
presentan un contenido de grupos uretano (calculado como -NH-CO-O; peso molecular = 59) de 10 a 20% en peso, y
d)
presentan un contenido de grupos éster -CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) y/o grupos carbonato -O-CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) de 1 a 17% en peso.
preparados mediante la reacción de componentes isocianato que contienen grupos uretdiona de una funcionalidad de NCO media de al menos 2,1, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano preparados por medio de catálisis de trialquilfosfina, con polioles que contienen grupos éster y/o carbonato, excepto el éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico.
También es objeto de la invención un procedimiento para la fabricación de compuestos de poliadición que contienen grupos uretdiona, caracterizado porque se hacen reaccionar entre sí
A)
mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona de una funcionalidad de NCO media de al menos 2,1, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano preparados mediante catálisis de trialquilfosfina, dado el caso con la coutilización de
B)
otros diisocianatos en una cantidad de hasta 10% en peso referida al peso total de los componentes A) y B), con
C)
compuestos polihidroxílicos que presentan grupos éster y/o grupos carbonato de un peso molecular medio de 134 a 2000, excepto éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico, dado el caso con la coutilización de
D)
otros compuestos polihidroxílicos sin grupos éster y grupos carbonato de un peso molecular de 62 - 400 en una cantidad de hasta 70% en peso referida al peso total de los componentes C) y D), y/o, dado el caso
E)
otros compuestos monofuncionales reactivos frente a grupos isocianato en una cantidad de hasta un 20% en peso referida al peso total de los componentes C), D) y E),
manteniendo una relación en equivalentes de grupos isocianato respecto a grupos reactivos frente a isocianatos de 1,2:1 a 1,8:1, en el que, por lo demás, el tipo y las relaciones de cantidades de los materiales de partida mencionados se seleccionan de tal manera que los productos resultantes del procedimiento se corresponden con las condiciones mencionadas anteriormente en a) a d).
También es objeto de la invención el uso de estos compuestos de poliadición como componente de partida en la fabricación de plásticos de poliuretano, en particular como componente de reticulación en esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático de poliuretano reticulables por calor en el recubrimiento de cualquier tipo de sustrato resistente al calor según los procedimientos de la tecnología de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático.
Los compuestos de partida A) para el procedimiento conforme a la invención son mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona que presentan una funcionalidad de NCO media de 2,1 a 2,7, que se pueden obtener mediante la modificación de diisocianatos sencillos.
Los diisocianatos adecuados para la fabricación de estas mezclas de poliisocianato son fundamentalmente aquéllos que están en un intervalo de peso molecular de 140 a 400 con grupos isocianato unidos alifática, cicloalifática, aralifática y/o aromáticamente, como por ejemplo 1,4-diisocianatobutano, 1,6-diisocianatohexano (HDI), 2-metil-1,5-diisocianatopentano, 1,5-diisocianato-2,2-dimetilpentano, 2,2,4- o bien 2,4,4-trimetil-1,6-diisocianatohexano, 1,10-diisocianatodecano, 1,3- y 1,4-diisocianatociclohexano, 1,3- y 1,4-bis(isocianatometil)-ciclohexano, 1,3-diisocianato-2(4)-metilciclohexano, 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometil-ciclohexano (isoforondiisocianato; IPDI), 1-isocianato-1-metil-4(3)-isocianatometilciclohexano, 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano, 1,3- y 1,4-fenilendiisocianato, 1,3- y 1,4-bis(isocianatometil)-benceno, 2,4- y 2,6-toluilendiisocianato, así como cualquier mezcla de estos isómeros, difenilmetano-2,4'-diisocianato y/o difenilmetano-4,4'-diisocianato y naftilen-1,5-diisocianato, así como cualquier mezcla de tales diisocianatos.
Las mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona empleadas como compuestos de partida A) en el procedimiento conforme a la invención presentan una funcionalidad de NCO media de al menos 2,1. De esto resulta que en estas mezclas de poliisocianato, además de estructuras de uretdiona difuncionales lineales, deben existir al menos otras moléculas de poliisocianato trifuncionales. Estos constituyentes de mayor funcionalidad de las mezclas de poliisocianato A) son, en particular, los productos derivados conocidos de diisocianatos con estructura de isocianurato, alofanato, biuret, uretano y/o iminooxadiazindiona.
La preparación de los compuestos de partida A) se puede realizar según diferentes procedimientos, que se basan generalmente en los procedimientos convencionales conocidos de la bibliografía para la oligomerización de diisocianatos sencillos, tal y como están descritos, por ejemplo, en J. Prakt. Chem. 336 (1994) 185 - 200, en los documentos DE-A- 1670666, 1954093, 2414413, 2452532, 2641380, 3700209, 3900053 y 3928503, o en los documentos EP-A-336205, 339396 y 798299.
Una posibilidad para la fabricación de compuestos de partida A) adecuada es, por ejemplo, la oligomerización directa de diisocianatos monoméricos para formar grupos uretdiona y mezclas de poliisocianato que contienen estructuras de mayor funcionalidad en una etapa, por ejemplo, la dimerización catalizada por medio de trialquilfosfina y la trimerización al mismo tiempo para formar poliisocianatos que presentan grupos uretdiona y grupos isocianurato (por ejemplo, documento DE-A 1 934 763 o documento DE-A 3 900 053).
Sin embargo, los compuestos de partida A) también se pueden obtener mediante cualquier tipo de procedimiento multietápico, en el que la producción y modificación de uretdiona para formar estructuras de una funcionalidad más elevada se realice una tras otra en cualquier orden. Los ejemplos para este tipo de realización de la reacción son, por ejemplo, la dimerización catalítica de diisocianatos monoméricos y posterior reacción de la mezcla de reacción con alcoholes para dar poliisocianatos que contienen grupos uretdiona y grupos alofanato, descrita en el documento US 5461135, o bien la dimerización térmica con la posterior trimerización catalítica para dar poliisocianatos que presentan grupos uretdiona y grupos isocianurato, descrita en el documento WO 99/07765.
También representan compuestos de partida A) especialmente indicados las mezclas físicas de poliisocianatos que contienen grupos biuret preparadas por separado, por ejemplo mediante los procedimientos conocidos de la bibliografía mencionados anteriormente con cualquier poliisocianato de funcionalidad más elevada, por ejemplo aquellos que contienen isocianurato, alofanato, biuret, uretano y/o iminooxadiazindiona.
De las mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona usadas como compuestos de partida A) para el procedimiento conforme a la invención, se retira el exceso de diisocianato sin reacción, por lo general inmediatamente después de su preparación descrita anteriormente, mediante la modificación de diisocianatos sencillos por procedimientos conocidos, por ejemplo, mediante destilación en capa fina o extracción. Por ello, presentan normalmente contenidos residuales de diisocianatos monoméricos menores del 5% en peso, preferentemente menores del 2% en peso, con especial preferencia menores del 1% en peso.
Independientemente del procedimiento de preparación elegido, en el procedimiento conforme a la invención se emplean como componentes de partida A) mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona, con un contenido de estructuras de uretdiona de 10 a 25% en peso, preferentemente de 12 a 23% en peso, con especial preferencia de 14 a 20% en peso, y una funcionalidad media de 2,1 a 2,7, preferentemente de 2,1 a 2,5, con especial preferencia de 2,1 a 2,3.
En este caso, los compuestos de partida A) preferidos son mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona y grupos isocianurato y/o grupos biuret basados en diisocianatos con grupos isocianato unidos alifática y/o cicloalifáticamente del tipo mencionado anteriormente a modo de ejemplo, o sus mezclas. Se prefiere especialmente el uso de mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona y grupos isocianurato basadas en HDI y/o IPDI.
En el procedimiento conforme a la invención se excluye el uso de derivados de IPDI puro preparados mediante catálisis de trialquilfosfina como único compuesto de partida A).
Dado el caso, en el procedimiento conforme a la invención se pueden usar conjuntamente otros diisocianatos B). En este caso son, por ejemplo, los diisocianatos adecuados descritos anteriormente para la fabricación de compuestos de partida A) con grupos isocianatos unidos alifática, cicloalifática, aralifática y/o aromáticamente. Estos diisocianatos B) se coutilizan, si acaso, en cantidades de hasta 10% en peso, preferentemente de hasta 5% en peso, referidas al peso total de los componentes A) y B). Los diisocianatos B) preferidos, tales como los que se usan dado el caso de forma conjunta en el procedimiento conforme a la invención, son diisocianatos con grupos isocianato unidos cicloalifáticamente. Se prefiere especialmente el uso de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometil-ciclohexano y/o 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano.
En el procedimiento conforme a la invención se emplean compuestos polihidroxílicos C) que presentan grupos éster y/o grupos carbonato, excepto el éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico, que presentan un peso molecular promedio calculable a partir de la funcionalidad y del índice de hidroxilo de 134 a 2000, preferentemente de 176 a 1200, y una funcionalidad promedio de OH de 2,0 a 4,0, preferentemente de 2,0 a 3,0. En este caso son, por ejemplo, esteralcoholes o las mezclas de esteralcoholes conocidas de por sí, tales como las que se pueden preparar mediante la reacción de alcoholes polihidroxílicos con cantidades en defecto de ácidos carboxílicos polifuncionales, los correspondientes anhídridos de ácido carboxílico, los correspondientes ésteres de ácido policarbóxico de alcoholes inferiores o lactonas.
Los alcoholes polihidroxílicos adecuados para la fabricación de estos esteralcoholes son, en particular, aquellos en el intervalo de peso molecular de 62 a 400, como por ejemplo, 1,2-etanodiol, 1,2- y 1,3-propanodiol, los butanodioles, pentanodioles, hexanodioles, heptanodioles y octanodioles isoméricos, 1,2- y 1,4-ciclohexanodiol, 1,4-ciclohexanodimetanol, 4,4'-(1-metiletilideno)-bisciclohexanol, 1,2,3-propanotriol, 1,1,1-trimetiloletano, 1,2,6-hexanotriol, 1,1,1-trimetilolpropano, 2,2-bis(hidroximetil)-1,3-propanodiol o 1,3,5-tris(2-hidroxietil)-isocianurato.
Los ácidos o los derivados de ácido usados para la fabricación de esteralcoholes pueden ser de naturaleza alifática, cicloalifática, aromática y/o heteroaromática, y dado el caso, pueden estar sustituidos, por ejemplo, por átomos halógenos, y/o insaturados. Los ejemplos de ácidos adecuados son, por ejemplo, ácidos carboxílicos polifuncionales en el intervalo de peso molecular de 118 a 300 o sus derivados, como por ejemplo ácido succínico, ácido adípico, ácido sebácico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido trimelítico, anhídrido del ácido ftálico, ácido tetrahidroftálico, ácido maleico, anhídrido del ácido maleico, ácidos grasos diméricos y triméricos, éster dimetílico del ácido tereftálico y éster bis-glicólico del ácido tereftálico.
Para la fabricación de los esteralcoholes también se pueden emplear mezclas de los compuestos de partida mencionados a modo de ejemplo. Además, es posible usar mezclas de diferentes esteralcoholes del tipo mencionado en el procedimiento conforme a la invención.
Preferentemente, en el procedimiento conforme a la invención se emplean esterpolioles como componente de partida C), tales como los que se pueden preparar de modo conocido por apertura de anillo a partir de lactonas y alcoholes polihidroxílicos sencillos como moléculas iniciadoras.
Las lactonas adecuadas para la fabricación de estos esterpolioles son, por ejemplo, la \beta-propiolactona, la \gamma-butirolactona, la \delta-valerolactona, la \varepsilon-caprolactona, la 3,5,5- y 3,3,5-trimetilcaprolactona, o cualquier mezcla de tales lactonas. Como moléculas iniciadoras sirven, por ejemplo, los alcoholes polihidroxílicos mencionados anteriormente a modo de ejemplo en el intervalo de peso molecular de 62 a 400, o cualquier mezcla de estos alcoholes.
Los compuestos polihidroxílicos C) que presentan grupos éster especialmente preferidos para el procedimiento conforme a la invención son esterdioles del intervalo de pesos moleculares mencionado anteriormente, especialmente aquéllos basadas en \varepsilon-caprolactona.
Los compuestos de partida C) para el procedimiento conforme a la invención también representan compuestos polihidroxílicos que presentan grupos carbonato. En este caso se trata de carbonatoalcoholes del tipo conocido de por sí, tales como los que se pueden obtener, por ejemplo, mediante la reacción de los alcoholes polihidroxílicos mencionados anteriormente a modo de ejemplo en el intervalo de pesos moleculares de 62 a 400, como por ejemplo carbonato de difenilo, fosgeno, o preferentemente carbonatos cíclicos, como por ejemplo carbonato de trimetileno o carbonato de 2,2-dimetiltrimetileno (carbonato de neopentilglicol, NPC), o mezclas de tales carbonatos cíclicos. Los carbonatoalcoholes especialmente preferidos son aquéllos que se pueden preparar a partir de los alcoholes polihidroxílicos mencionados, especialmente dihidroxílicos, como moléculas iniciadoras y NPC con apertura de anillo.
Como compuestos de partida C) para el procedimiento conforme a la invención también son adecuados, además, los compuestos polihidroxílicos que presentan grupos éster o carbonato. Tales estercarbonatoalcoholes se pueden preparar, por ejemplo, según la teoría del documento DE-A-1770245, mediante la reacción de los alcoholes polihidroxílicos mencionados anteriormente a modo de ejemplo que están en el intervalo de pesos moleculares de 62 a 400 con lactonas del tipo mencionado anteriormente a modo de ejemplo, en particular la \varepsilon-caprolactona, y posterior reacción de los esteralcoholes preparados de este modo con carbonato de difenilo. Sin embargo, se emplean preferentemente estercarbonatoalcoholes, tales como los que se pueden obtener mediante la reacción de los alcoholes polihidroxílicos mencionados con mezclas de lactonas y carbonatos cíclicos, con apertura de anillo.
La preparación de los esteralcoholes, carbonatoalcoholes y estercarbonatoalcoholes previamente descritos, empleados preferentemente en el procedimiento conforme a la invención, mediante polimerización con apertura de anillo, se realiza generalmente en presencia de catalizadores como por ejemplo ácidos de Lewis o de Brönstedt, compuestos orgánicos de estaño o de titanio a temperaturas de 20 a 200ºC, preferentemente de 50 a 160ºC.
En el procedimiento conforme a la invención se pueden emplear, dado el caso, mezclas de los esteralcoholes, carbonatoalcoholes y estercarbonatoalcoholes mencionados a modo de ejemplo como componentes de partida C).
Dado el caso, en el procedimiento conforme a la invención también se pueden usar conjuntamente compuestos polihidroxílicos D) sin grupos éster y grupos carbonato en el intervalo de pesos moleculares de 62 a 400. En este caso son, por ejemplo, los alcoholes polihidroxílicos sencillos descritos anteriormente en la preparación de los esteralcoholes, o mezclas cualesquiera de estos alcoholes. Los alcoholes D) sin grupos éster y grupos carbonato, se coutilizan, si acaso, en cantidades de hasta 70% en peso referido a la cantidad total de los componentes de partida C) y D). Las mezclas adecuadas para el procedimiento conforme a la invención formadas por componentes de partida C) y D) también resultan, por ejemplo cuando los alcoholes polihidroxílicos empleados como material de partida del tipo mencionado a modo de ejemplo se convierten sólo parcialmente en compuestos polihidroxílicos que presentan grupos éster y/o grupos carbonato, con cantidades en defecto de ácidos o derivados de ácidos, carbonatos de diarilo o carbonatos cíclicos del tipo mencionado a modo de ejemplo, o fosgeno.
En el procedimiento conforme a la invención también se pueden usar conjuntamente otros compuestos E) monofuncionales reactivos con grupos isocianato. En este caso son, por ejemplo, monoalcoholes alifáticos o cicloalifáticos sencillos, como metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, pentanoles, hexanoles, octanoles y nonanoles isoméricos, n-decanol, n-dodecanol, n-tetradecanol, n-hexadecanol, n-octadecanol, ciclohexanol, los metilciclohexanoles e hidroximetilciclohexanos isoméricos, eteralcoholes, como 2-metoxietanol, 2-etoxietanol, 2-propoxietanol, 2-butoxietanol, éter monometílico de dietilenglicol, éter monoetílico de dietilenglicol, éter monobutílico de dietilenglicol, 3-metoxi-1-butanol y éter 1,3-dietílico de glicerina, o esteralcoholes, como acetato de hidroxietilo, glicolato de butilo, lactato de etilo, diacetato de glicerina o aquellos que se pueden obtener mediante la reacción de los monoalcoholes mencionados con lactonas.
Estos compuestos E) monofuncionales se emplean, dado el caso, en cantidades de hasta 20% en peso, preferentemente 15% en peso, referido al peso total de los compuestos de partida C), D) y E) reactivos con los isocianatos.
Los compuestos de partida E) preferidos para el procedimiento conforme a la invención son monoalcoholes alifáticos o cicloalifáticos sencillos del tipo mencionado.
Para la realización del proceso conforme a la invención, las mezclas de poliisocianato A) que contienen grupos uretdiona se hacen reaccionar usando conjuntamente, dado el caso, otros diisocianatos B), con compuestos polihidroxílicos C) que presentan grupos éster y/o grupos carbonato, dado el caso usando conjuntamente otros compuestos polihidroxílicos D) sin grupos éster y grupos carbonato, y dado el caso, otros compuestos E) monofuncionales reactivos con isocianatos, en la relación en equivalentes mencionada de grupos isocianato a grupos reactivos respecto a isocianatos de 1,2:1 a 1,8:1, preferentemente 1,25:1 a 1,6:1 a una temperatura de reacción de 40 a 200ºC, con especial preferencia de 60 a 180ºC, preferentemente hasta alcanzar del contenido de NCO calculado de forma teórica.
A este respecto, por lo demás, el tipo y las relaciones de cantidades de los componentes de partida mencionados se eligen de tal manera, en el marco de las indicaciones dadas, que los compuestos de poliadición resultantes se correspondan con las indicaciones dadas anteriormente en a) a d), presentando (a) los compuestos de poliadición preferentemente una funcionalidad media de 2,3 a 6,0, con especial preferencia de 2,5 a 5,0, y un contenido de grupos isocianato libres preferentemente de 2,2 a 5,0% en peso, con especial preferencia de 2,4 a 4,0% en peso y (b) el contenido de grupos uretdiona es preferentemente de 11 a 17% en peso, con especial preferencia de 12 a 16% en peso, (c) el contenido de grupos uretano es preferentemente de 12 a 19% en peso, con especial preferencia de 14 a 18% en peso y (d) el contenido de grupos éster de ácido carboxílico y/o de grupos carbonato es preferentemente de 2 a 12% en peso, con especial preferencia de 3 a 10% en peso, y siendo los compuestos de poliadición sólidos por debajo de 40ºC y líquidos por encima de 125ºC, presentado en particular un punto de fusión o un intervalo de fusión determinado por análisis térmico diferencial (DTA) dentro de un intervalo de temperaturas de 40 a 110ºC, con especial preferencia que está dentro del intervalo de temperaturas de 50 a 100ºC.
Los productos de poliadición que presentan grupos uretdiona conforme a la invención se caracterizan por viscosidades en masa fundida muy bajas a temperaturas ligeramente por encima de su punto de fusión o de su intervalo de fusión. Según el procedimiento conforme a la invención se pueden preparar de un modo muy sencillo en masa fundida a temperaturas por debajo de la temperatura de retrodisociación de los grupos uretdiona. Aunque en el procedimiento conforme a la invención los componentes de isocianato se emplean en un exceso molar respecto a los componentes de poliol, los productos del procedimiento conforme a la invención resultan por ello, en general, pobres en monómeros, es decir, con contenidos de diisocianatos monoméricos generalmente menores del 1,0% en peso, preferentemente menores del 0,5% en peso, con especial preferencia menores del 0,3% en peso.
La reacción también se puede llevar a cabo en aparatos especiales, como por ejemplo en amasadoras intensivas o mezcladores estáticos, a temperaturas en el intervalo de retrodisociación de las uretdionas, sin que sea de observar de un modo significativo un aumento en los diisocianatos monoméricos cuando en este caso se mantienen tiempos de reacción suficientemente cortos, de por ejemplo menos de 5 minutos.
Naturalmente, la reacción también se puede llevar a cabo, dado el caso, en un disolvente inerte frente a grupos isocianato. Los disolventes adecuados para este modo de proceder menos preferido son, por ejemplo, los disolventes de pinturas convencionales conocidos por sí mismos, como por ejemplo acetato de etilo, acetato de butilo, acetato de éter monometílico o monoetílico de etilenglicol, 2-acetato de 1-metoxipropilo, 2-butanona, 4-metil-2-pentanona, ciclohexanona, tolueno, y sus mezclas, aunque también disolventes como diacetato de propilenglicol, éter dimetílico de dietilenglicol, acetato de éter butílico y etílico de dietilenglicol, N-metilpirrolidona y N-metilcaprolactama, o mezclas de tales disolventes.
Estos disolventes que, dado el caso, se coutilizan, después de haberse realizado la reacción se separan del producto del procedimiento conforme a la invención con la ayuda de procedimientos adecuados, por ejemplo por medio de la precipitación y el vacío sencillo, secado por pulverización o extrusión en masa fundida en un husillo de evaporación.
En el procedimiento conforme a la invención se pueden emplear los catalizadores conocidos de la química del poliuretano para la aceleración de la reacción de uretanización, por ejemplo aminas terciarias como trietilamina, piridina, metilpiridina, bencildimetilamina, N,N-endoetilenpiperacina, N-metilpiperidina, pentametildietilentriamina, N,N-dimetilaminociclohexano, N,N'-dimetilpiperacina o sales metálicas como cloruro de hierro (III), cloruro de cinc, 2-etilcaproato de cinc, octoato de estaño (II), caproato de estaño (II), palmitato de estaño (II), dilaurato de dibutilestaño (IV) y glicolato de molibdeno.
Estos catalizadores se emplean, dado el caso, en cantidades de 0,001 a 2,0% en peso, preferentemente de 0,01 a 0,2% en peso referidos a la cantidad total de los compuestos de partida usados.
Los compuestos de poliadición conforme a la invención representan materiales de partida valiosos para la fabricación de plásticos de poliuretano según el procedimiento de poliadición de isocianato. Se usan especialmente como componentes de reticulación en esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático de PUR sin agentes de bloqueo que se endurecen por calor.
Son correactantes adecuados para los compuestos de poliadición conforme a la invención, en este caso, fundamentalmente los aglutinantes conocidos de la tecnología de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático con grupos reactivos con isocianatos, como por ejemplo grupos hidroxilo, carboxilo, amino, tiol, uretano o urea. Preferentemente se emplean aglutinantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático hidroxifuncionales, que por debajo de 40ºC son sólidos, y por encima de 130ºC son líquidos. Las temperaturas de reblandecimiento de estas resinas hidroxifuncionales - determinadas según el análisis térmico diferencial (DTA) - están preferentemente dentro del intervalo de temperatura de 30 a 120ºC, con especial preferencia dentro del intervalo de temperaturas de 35 a 110ºC.
Sus índices de hidroxilo están entre 20 y 200, preferentemente entre 30 y 130, y su peso molecular promedio (que se puede calcular a partir de su funcionalidad y del contenido de hidroxilo) está generalmente entre 400 y 10000, preferentemente entre 1000 y 5000.
Este tipo de aglutinantes de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático son, por ejemplo, poliésteres, poliacrilatos o poliuretanos que contienen grupos hidroxilo, tales como los descritos en las publicaciones mencionadas anteriormente del estado de la técnica, por ejemplo del documento EP-A-45998, o del documento EP-A-254152, así como también mezclas cualesquiera de tales resinas.
Para la fabricación de un esmalte en polvo para recubrimiento electrostático listo para uso se mezclan los compuestos de poliadición conforme a la invención con aglutinantes de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático hidroxifuncionales adecuados, dado el caso con otros coadyuvantes y aditivos, como por ejemplo catalizadores, pigmentos, cargas o agentes de nivelación, y se combinan para formar un material homogéneo, por ejemplo, en extrusores o amasadoras por encima del intervalo de fusión de cada uno de los componentes, por ejemplo de 70 a 130ºC, preferentemente de 70 a 110ºC.
A este respecto, los compuestos de poliadición conforme a la invención y los aglutinantes hidroxifuncionales se emplean en relaciones cuantitativas tales, que a cada grupo hidroxilo le correspondan de 0,6 a 1,4, preferentemente de 0,8 a 1,2 grupos isocianato, entendiéndose por grupos isocianato en los compuestos de poliadición conforme a la invención la suma de los grupos isocianato que existen en forma dimérica como grupos uretdiona y los grupos isocianato libres.
En el caso de los catalizadores que se han de coutilizar, dado el caso, para la aceleración del endurecimiento, pueden ser, por ejemplo, compuestos convencionales conocidos de la química del poliuretano, tales como los que se han descrito anteriormente en el procedimiento conforme a la invención para la aceleración de la reacción, o bien amidinas, como por ejemplo 1,5-diazaciclo[4.3.0]non-5-eno (DBN), 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU) y 1,2-dimetil-tetrahidropirimidina, que se han acreditado según la exposición del documento EP-A 803 524 como catalizadores especialmente adecuados para la reducción de las temperaturas de secado al horno de reticulantes de uretdiona de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático. Estos catalizadores se pueden añadir, dado el caso, en cantidades de 0,01 a 5,0% en peso, preferentemente de 0,05 a 2,0% en peso, referidas a la cantidad total de aglutinante orgánico, es decir, compuestos de poliadición conforme a la invención en combinación con los aglutinantes de esmalte en polvo para recubrimiento electrostático hidroxifuncionales, pero excluyendo los coadyuvantes y aditivos usados, dado el caso.
En las condiciones de la preparación del esmalte en polvo para recubrimiento electrostático, los grupos isocianato libres de los compuestos de poliadición conforme a la invención, tal como muestran los análisis por espectroscopia de infrarrojos, reaccionan prácticamente de modo completo. La sustancia sólida sin grupos isocianato que resulta después del enfriamiento de la masa fundida se muele a continuación y la parte de partículas con tamaño de partícula superior al tamaño deseado, por ejemplo por encima de 0,1 mm, se retira mediante cribado.
El esmalte en polvo para recubrimiento electrostático listo para la pulverización preparado de esta manera se puede aplicar sobre el sustrato que se ha de cubrir según procedimientos de aplicación de polvo convencionales, como por ejemplo rociado de polvo electrostático o sinterización en lecho fluidizado. Según la invención, se puede recubrir cualquier tipo de sustrato resistente al calor, como por ejemplo aquéllos hechos de metales, madera o vidrio.
El endurecimiento de los recubrimientos se realiza por medio del calentamiento a temperaturas de 110 a 220ºC, preferentemente de 130 a 200ºC, por ejemplo durante un espacio de tiempo de aproximadamente 10 a 30 minutos. Se obtienen recubrimientos duros y elásticos con buena resistencia a disolventes y sustancias químicas, que se distinguen por una evolución excelente y un brillo muy elevado.
Ejemplos
En lo sucesivo, todos los datos de porcentaje, excepto los valores de brillo, se refieren al peso.
Compuestos de partida A)
Poliisocianato A1)
Poliisocianato de uretdiona preparado análogamente al ejemplo 3 del documento EP-A-896973 basado en 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano (IPDI) con un contenido de grupos isocianato libres del 16,7%, un contenido de IPDI monomérico del 0,4%, una funcionalidad de NCO media de 2,0, una viscosidad (según la norma DIN 53018) de más de 200000 mPa\cdots (23ºC) y un contenido de grupos uretdiona (determinado por valoración en caliente) del 20,9%.
Poliisocianato A2)
Poliisocianato que contiene grupos uretdiona y grupos isocianurato preparado análogamente al ejemplo 1-a del documento EP-A-377 177 basado en 1,6-diisocianatohexano (HDI) con un contenido de grupos isocianato libres del 21,8%, un contenido de HDI monómero del 0,3%, una funcionalidad de NCO media de 2,5, una viscosidad (según la norma DIN 53018) de 170 mPa\cdots (23ºC) y un contenido de grupos uretdiona (determinado por valoración en caliente) del 15,3%.
Poliisocianato A3)
Poliisocianato que contiene grupos uretdiona y grupos isocianurato preparado análogamente al ejemplo 5 del documento EP-A-45 995 basado en IPDI con un contenido de grupos isocianato libres del 17,2%, un contenido de HDI monómero del 0,9%, una funcionalidad de NCO media de 2,2, una viscosidad (según la norma DIN 53018) de más de 200000 mPa\cdots (23ºC) y un contenido de grupos uretdiona (determinado por valoración en caliente) del 15,4%.
Poliisocianato A4)
Poliisocianato de isocianurato preparado análogamente al ejemplo 7 del documento EP-A-330966 basado en HDI con un contenido de grupos isocianato libres del 21,8%, un contenido de HDI monómero del 0,1%, una funcionalidad de NCO media de 3,5 y una viscosidad (según la norma DIN 53018) de 3500 mPa\cdots (23ºC).
Poliisocianato A5)
Poliisocianato de biuret preparado análogamente al ejemplo 3 del documento EP-A-277353 basado en HDI con un contenido de grupos isocianato libres del 22,0%, un contenido de HDI monómero del 0,2%, una funcionalidad de NCO media de 4,0 y una viscosidad (según la norma DIN 53018) de 11000 mPa\cdots (23ºC).
Poliisocianato A6)
Poliisocianato de isocianurato preparado análogamente al ejemplo 1 del documento EP-A-3765 basado en IPDI con un contenido de grupos isocianato libres del 16,4%, un contenido de IPDI monómero del 0,2%, una funcionalidad de NCO media de 3,4 y un intervalo de fusión de 100 - 105ºC.
Preparación de los compuestos de partida C)
Diol C1) que presenta grupos éster
Se mezclan 620 g de 1,2-etanodiol y 1712 g de \varepsilon-caprolactona a temperatura ambiente bajo nitrógeno seco, se añaden 0,3 g de octoato de estaño (II) y a continuación se calientan durante 5 h a 160ºC. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene un producto líquido incoloro con los siguientes datos característicos:
\eta(23ºC): 150 mPa\cdots
Índice de OH: 476 mg KOH/g
\varepsilon-caprolactona libre: 0,5%
Peso molecular promedio (calculado a partir del índice de OH): 235
Contenido de grupos éster (calculado): 28,1%
Diol C 2) que presenta grupos éster
Se mezclan 761 g de 1,3-propanodiol y 1712 g de \varepsilon-caprolactona a temperatura ambiente bajo nitrógeno seco, se añaden 0,3 g de octoato de estaño (II) y a continuación se calientan durante 5 h a 160ºC. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene un producto líquido incoloro con los siguientes datos característicos:
\eta(23ºC): 190 mPa\cdots
Índice de OH: 449 mg KOH/g
\varepsilon-caprolactona libre: 0,3%
Peso molecular promedio (calculado a partir del índice de OH): 249
Contenido de grupos éster (calculado): 26,7%
Diol C 3) que presenta grupos éster
Se mezclan 901 g de 1,4-butanodiol y 1712 g de \varepsilon-caprolactona a temperatura ambiente bajo nitrógeno seco, se añaden 0,3 g de octoato de estaño (II) y a continuación se calientan durante 5 h a 160ºC. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene un producto líquido incoloro con los siguientes datos característicos:
\eta(23ºC): 180 mPa\cdots
Índice de OH: 416 mg KOH/g
\varepsilon-caprolactona libre: 0,1%
Peso molecular promedio (calculado a partir del índice de OH): 269
Contenido de grupos éster (calculado): 25,3%
Triol C 4) que presenta grupos éster
Se mezclan 1341 g de 1,1,1-trimetilolpropano (TMP) y 1712 g de \varepsilon-caprolactona a temperatura ambiente bajo nitrógeno seco, se añaden 0,3 g de octoato de estaño (II) y a continuación se calientan durante 5 h a 160ºC. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene un producto líquido incoloro con los siguientes datos característicos:
\eta(23ºC): 2400 mPa\cdots
Índice de OH: 546 mg KOH/g
\varepsilon-caprolactona libre: 0,2%
Peso molecular promedio (calculado a partir del índice de OH): 308
Contenido de grupos éster (calculado): 21,6%
Diol C 5) que presenta grupos carbonato
Se mezclan 901 g de 1,4-butanodiol y 1300 g de NPC a temperatura ambiente bajo nitrógeno seco, se añaden 0,2 g de ácido ortofosfórico y a continuación se calientan durante 8 h a 160ºC. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se obtiene un producto líquido prácticamente incoloro con los siguientes datos característicos:
\eta(23ºC): 1500 mPa\cdots
Índice de OH: 519 mg KOH/g
NPC libre: 0,5%
Peso molecular promedio (calculado a partir del índice de OH): 216
Contenido de grupos éster (calculado): 20,0%
Ejemplo 1
Se mezclan 650 g (2,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 350 g (1,82 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,9% y una funcionalidad de NCO media de 2,18, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 207 g (1,76 eq.) del diol C 1) que presenta grupos éster y 55 g (1,77 eq.) de 1,2-etanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 104ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 20 minutos a un valor de 2,9%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,9 / 2,9%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 15,0%
Contenido de NCO en total (calculado): 17,9%
Funcionalidad de NCO: 3,4
IPDI monómero: 0,36%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 79 - 84ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,6%
Contenido de grupos uretano (calculado): 16,5%
Ejemplo 2
Se mezclan 750 g (2,98 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 250 g (1,30 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 19,5% y una funcionalidad de NCO media de 2,13, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 201 g (1,71 eq.) del diol C 1) que presenta grupos éster y 53 g (1,71 eq.) de 1,2-etanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 109ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 20 minutos a un valor de 3,0%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 3,0 / 2,9%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 15,2%
Contenido de NCO en total (calculado): 17,1%
Funcionalidad de NCO: 2,9
IPDI monómero: 0,22%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 79 - 83ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,5%
Contenido de grupos uretano (calculado): 16,1%
Ejemplo 3
Se mezclan 900 g (3,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 100 g (0,52 eq.) del poliisocianato de isocianurato A4) bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,8% y una funcionalidad de NCO media de 2,12, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 221 g (1,64 eq.) del diol C 3) que presenta grupos éster y 74 g (1,64 eq.) de 1,4-butanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 111ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 20 minutos a un valor de 2,8%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,8 / 2,7%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 14,5%
Contenido de NCO en total (calculado): 17,2%
Funcionalidad de NCO: 2,8
IPDI monómero: 0,31%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 83 - 88ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,3%
Contenido de grupos uretano (calculado): 14,9%
Ejemplo 4
Se mezclan 900 g (3,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 100 g (0,52 eq.) del poliisocianato de biuret A5) bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,8% y una funcionalidad de NCO media de 2,14, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 204 g (1,64 eq.) del diol C 2) que presenta grupos éster y 62 g (1,63 eq.) de 1,3-butanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 106ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 20 minutos a un valor de 3,0%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 3,0 / 2,8%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 14,8%
Contenido de NCO en total (calculado): 17,6%
Funcionalidad de NCO: 2,9
IPDI monómero: 0,29%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 81 - 87ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,1%
Contenido de grupos uretano (calculado): 15,2%
Ejemplo 5
Se mezclan 700 g (2,78 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 60ºC con 300 g (1,17 eq.) del poliisocianato A6) de isocianurato pulverizado bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 14,6% y una funcionalidad de NCO media de 2,28, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 197 g (1,58 eq.) del diol C 2) que presenta grupos éster y 60 g (1,58 eq.) de 1,3-propanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 121ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 15 minutos a un valor de 3,0%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 3,0 / 2,6%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 11,6%
Contenido de NCO en total (calculado): 14,2%
Funcionalidad de NCO: 5,3
IPDI monómero: 0,43%
Intervalo de fusión: 113 - 119ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,2%
Contenido de grupos uretano (calculado): 14,8%
Ejemplo 6
Se mezclan 850 g (3,48 eq.) del poliisocianato A3) que contiene grupos uretdiona y grupos isocianurato a 50ºC con 150 g (0,78 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona y grupos isocianurato bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 15,3% y una funcionalidad de NCO media de 2,25, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 212 g (1,70 eq.) del diol C 2) que presenta grupos éster y 65 g (1,71 eq.) de 1,3-propanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 106ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 15 minutos a un valor de 2,9%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
\vskip1.000000\baselineskip
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,9 / 2,8%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 12,0%
Contenido de NCO en total (calculado): 14,8%
Funcionalidad de NCO: 4,5
IPDI monómero: 0,30%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 80 - 88ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 4,4%
Contenido de grupos uretano (calculado): 15,8%
Ejemplo 7
Se mezclan 750 g (2,98 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 250 g (1,30 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 19,5% y una funcionalidad de NCO media de 2,13, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 185 g (1,71 eq.) del diol C 5) que presenta los grupos carbonato y 77 g (1,71 eq.) de 1,4-butanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 107ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 20 minutos a un valor de 2,9%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,9 / 2,8%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 15,5%
Contenido de NCO en total (calculado): 17,7%
Funcionalidad de NCO: 2,9
IPDI monómero: 0,29%
Intervalo de fusión: 80 - 86ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 2,9%
Contenido de grupos uretano (calculado): 16,0%
Ejemplo 8
Se mezclan 900 g (3,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 100 g (0,52 eq.) del poliisocianato A4) de isocianurato bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,8% y una funcionalidad de NCO media de 2,12, se le añade durante 20 minutos una mezcla de 126 g (0,82 eq.) del diol C 4) que presenta grupos éster, 167 g (1, 24 eq.) del diol C 3) que presenta grupos éster y 56 g (1,24 eq.) de 1,4-butanodiol y se agita a una temperatura de reacción máxima de 113ºC hasta que el contenido de NCO de la mezcla de reacción ha disminuido después de aproximadamente 15 minutos a un valor de 2,8%. La masa fundida se vierte para su enfriamiento sobre una chapa y se obtiene un compuesto de poliadición conforme a la invención como resina sólida de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,8 / 2,5%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 14,0%
Contenido de NCO en total (calculado): 16,5%
Funcionalidad de NCO: 5,3
IPDI monómero: 0,41%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 87 - 94ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 5,1%
Contenido de grupos uretano (calculado): 14,4%
Ejemplo 9
(Comparación)
650 g (3,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona se mezclan a 50ºC con 350 g (1,82 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,9% y una funcionalidad de NCO media de 2,18, se le añade durante 30 minutos una mezcla de 158 g (3,51 eq.) de 1,4-butanodiol. Ya durante la adición del diol, la temperatura del baño caliente se tiene que aumentar hasta 135ºC debido al rápido aumento de la viscosidad de la mezcla de reacción, para seguir garantizando la posibilidad de agitación. Después de 10 minutos, el contenido de NCO de la mezcla de reacción fue de 4,1%. Después de 20 minutos, la temperatura de la mezcla de reacción aumenta de 135ºC a 158ºC, como consecuencia de que la viscosidad sigue aumentando bajo la acción de las fuerzas de cizalladura que actúan durante la agitación, a pesar de una temperatura exterior que se mantiene constante. El contenido de NCO se elevó hasta 5,2% y no volvió a disminuir incluso tras mayores tiempos de reacción. El contenido de IPDI monomérico fue de 1,9%.
Ejemplo 10
(Comparación)
Se mezclan 650 g (2,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona a 50ºC con 350 g (1,82 eq.) del poliisocianato A2) que contiene los grupos uretdiona bajo nitrógeno seco, a continuación se añaden 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador y se calientan a 80ºC. A esta mezcla, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 18,9% y una funcionalidad de NCO media de 2,18, se le añade durante 30 minutos una mezcla de 358 g (3,51 eq.) de éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico. Ya casi al final de la adición del diol, la temperatura del baño caliente se tiene que aumentar hasta 130ºC debido al rápido aumento de la viscosidad de la mezcla de reacción, para seguir garantizando la posibilidad de agitación. Después de 15 minutos, el contenido de NCO de la mezcla de reacción fue de 3,5%. Después de 20 minutos, la temperatura de la mezcla de reacción aumenta de 130ºC a 151ºC, como consecuencia de que la viscosidad sigue aumentando bajo la acción de las fuerzas de cizalladura que actúan durante la agitación, a pesar de una temperatura exterior que se mantiene constante. El contenido de NCO se elevó hasta 4,2% y no volvió a disminuir incluso tras mayores tiempos de reacción. El contenido de IPDI monomérico fue de 1,4%.
Los ejemplos comparativos 9 y 10 muestran que en la reacción de las mezclas de poliisocianato ramificado que contienen grupos uretdiona con dioles sencillos o éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico en la masa fundida de modo correspondiente al procedimiento descrito en el ejemplo 1 se produce de un modo considerable una disociación de uretdiona. Los contenidos de NCO pretendidos de 3,2% (ejemplo 9) y de 2,8% (ejemplo 10) no se consiguen, los contenidos de diisocianato monomérico sobrepasan claramente el límite del 1%.
Ejemplo 11
(Comparación)
Se disponen 650 g (2,58 eq.) del poliisocianato A1) que contiene grupos uretdiona y 350 g (1,82 eq.) del poliisocianato A2) que contiene grupos uretdiona en 1358 g de tolueno libre de agua con 0,1 g de dilaurato de dibutilestaño (IV) (DBTL) como catalizador a 80ºC bajo nitrógeno seco. A esta disolución, que presenta un contenido de grupos uretdiona del 8,0%, se le añaden en porciones durante 30 minutos 358 g (3,51 eq.) de éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico y se agita a una temperatura de reacción de 100ºC hasta que el contenido de NCO ha disminuido hasta un valor de 1,4%. Después se retira completamente el disolvente de la disolución amarillenta obtenida mediante secado por pulverización en un secador por pulverización de laboratorio Minispray Dryer 190 (compañía Büchi). Se obtiene un producto de color amarillo pálido con los siguientes datos característicos:
Contenido de NCO (encontrado/calculado): 2,7 / 2,7%
Contenido de grupos uretdiona (calculado): 13,9%
Contenido de NCO en total (calculado): 16,6%
Funcionalidad de NCO: 3,4
IPDI monómero: 0,15%
HDI monómero: < 0,03%
Intervalo de fusión: 97 - 101ºC
Contenido de grupos éster (calculado): 5,7%
Contenido de grupos uretano (calculado): 15,2%
Ejemplo 12
(Comparación)
55,1 partes en peso de un poliéster comercial que contiene grupos hidroxilo (Crylcoat® 240, compañía UCB Chemicals) con un índice de OH de 30 se mezclan completamente con 6,9 partes en peso del compuesto de poliadición conforme a la invención del ejemplo 1, de modo correspondiente a una relación de equivalentes de NCO total respecto a OH de 1:1, 1,5 partes en peso de un agente de nivelación comercial (Modaflos® Powder III, compañía Solutia), 1,0 partes en peso de palmitato de estaño (II) como catalizador, 0,5 partes en peso de benzoína y 35,0 partes en peso de un pigmento blanco (Kronos 2160, compañía Kronos Titan) y a continuación en la parte procedimental, se homogeniza con la ayuda de una amasadora del tipo PLK 46 a 100 revoluciones/minuto y a una temperatura de la carcasa de 100 a 120ºC. Después del enfriamiento, la masa fundida solidificada se muele y se criba con la ayuda de un molino de bolas ACM 2 (compañía Hosokawa Mikropul) con una criba de 90 \mum. El polvo obtenido de esta manera, que según los análisis por espectroscopia de infrarrojos ya no contiene ningún grupo libre de isocianato, se rocía con una pistola de copa ESB a un elevado voltaje de 70 kV sobre una chapa de acero desengrasada y se endurece 15 minutos a 180ºC.
Para comparar, se prepara un esmalte en polvo para recubrimiento electrostático de forma análoga a partir de 54,6 partes en peso del mismo poliéster que contiene grupos hidroxilo, con 7,4 partes en peso del compuesto de poliadición obtenido según el ejemplo de comparación 11, 1,5 partes en peso de un agente de nivelación comercial (Modaflow® Powder III, compañía Solutia), 1,0 partes en peso de palmitato de estaño (II) como catalizador, 0,5 partes en peso de benzoína y 35,0 partes en peso de un pigmento blanco (Kronos 2160, compañía Kronos Titan), se rocía sobre una chapa de acero desengrasada y se endurece igualmente 15 minutos a 180ºC. La relación de equivalentes de NCO total respecto a OH es, igualmente, de 1:1.
Los dos recubrimientos se examinaron a continuación desde el punto de vista de la técnica de esmaltes. Para la caracterización de la estructura de la superficie, también se tuvo en cuenta, además de los coeficientes de brillo y de impregnación, el efecto de piel de naranja medido con la ayuda de un aparato "wave-scan plus" de la compañía Byk-Gardner. Con espesores de capa de aproximadamente 60 \mum se encontraron las siguientes características:
1
La comparación muestra que con ayuda del compuesto de poliadición conforme a la invención se consigue una película de esmalte completamente reticulada, que en comparación con el recubrimiento que se ha preparado usando el compuesto de poliadición conocido del estado de la técnica se caracteriza por una elasticidad considerablemente más elevada, un mayor brillo, menor velo y una evolución claramente mejor. Mientras que la película de esmalte obtenida según la invención se ha desarrollado de modo liso, el recubrimiento de comparación muestra una fuerte estructura de piel de naranja.
Ejemplo 13 a 15
(Uso)
Según el procedimiento descrito en el ejemplo 12, partiendo del poliéster que contiene grupos hidroxilo descrito en el ejemplo 12 y de los compuestos de poliadición 2, 3 y 6 conforme a la invención se preparan esmaltes en polvo pigmentados para recubrimiento electrostático. Los esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático formulados finalmente, que según los análisis por espectroscopia de infrarrojos carecen en todos los casos de grupos isocianato no bloqueados, se rocían respectivamente a un voltaje elevado de 70 kV sobre una chapa de acero desengrasada y se endurecen 15 minutos a 180ºC. La siguiente tabla muestra las composiciones (partes en peso) del esmalte en polvo para recubrimiento electrostático, así como los datos relativos a la técnica de esmaltes de los recubrimientos obtenidos a partir de ellas (espesor de capa de aproximadamente 60 \mum, respectivamente).
2

Claims (7)

1. Compuestos de poliadición, que por debajo de 40ºC están en forma sólida y por encima de 125ºC están en forma líquida y
a)
con una funcionalidad de isocianato promedio de 2,0 a 8,0 presentan un contenido de grupos isocianato libres (calculado como NCO; peso molecular = 42) de 2,1 a 6,0% en peso,
b)
presentan un contenido de grupos uretdiona (calculado como C_{2}N_{2}O_{2}; peso molecular = 84) de 10 a 18% en peso.
c)
presentan un contenido de grupos uretano (calculado como -NH-CO-O; peso molecular = 59) de 10 a 20% en peso, y
d)
presentan un contenido de grupos éster -CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) y/o grupos carbonato -O-CO-O (calculado como -CO-O; peso molecular = 44) de 1 a 17% en peso.
preparados mediante la reacción de componentes isocianato que contienen grupos uretdiona de una funcionalidad de NCO media de al menos 2,1, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano,
preparados mediante catálisis con trialquilfosfina, con polioles que contienen grupos éster y/o carbonato, excepto el éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico.
2. Procedimiento para la fabricación de compuestos de poliadición que contienen grupos uretdiona, caracterizado porque se hacen reaccionar entre sí
A)
mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona de una funcionalidad de NCO media de al menos 2,1, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano preparados mediante catálisis con trialquilfosfina, dado el caso con la coutilización de
B)
otros diisocianatos en una cantidad de hasta 10% en peso referida al peso total de los componentes A) y B), con
C)
compuestos polihidroxílicos que presentan grupos éster y/o grupos carbonato de un peso molecular medio de 134 a 2000, excepto éster neopentilglicólico del ácido hidroxipiválico, dado el caso con la coutilización de
D)
otros compuestos polihidroxílicos sin grupos éster y grupos carbonato de un peso molecular de 62 - 400 en una cantidad de hasta 70% en peso referida al peso total de los componentes C) y D), y/o, dado el caso
E)
otros compuestos monofuncionales reactivos frente a grupos isocianato en una cantidad de hasta un 20% en peso referida al peso total de los componentes C), D) y E),
manteniendo una relación en equivalentes de grupos isocianato respecto a grupos reactivos frente a isocianatos de 1,2:1 a 1,8:1, en el que, por lo demás, el tipo y las relaciones de cantidades de los materiales de partida mencionados se seleccionan de tal manera que los productos resultantes del procedimiento se corresponden con las condiciones mencionadas anteriormente en a) a d).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como compuestos de partida A) se emplean mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona basadas en diisocianatos con grupos isocianato unidos alifática y/o cicloalifáticamente, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano, preparados mediante catálisis con trialquilfosfina.
4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como compuestos de partida A) se emplean mezclas de poliisocianato que contienen grupos uretdiona y grupos isocianurato basados en 1,6-diisocianatohexano y/o 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano, excepto derivados puros de 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano preparados mediante catálisis con trialquilfosfina.
5. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como compuestos polihidroxílicos C) se usan poliesterpolioles preparados por polimerización con apertura de anillo de \varepsilon-caprolactona.
6. Uso de los compuestos de poliadición según la reivindicación 1 como componente de partida en la fabricación de plásticos de poliuretano.
\newpage
7. Uso de los compuestos de poliadición según la reivindicación 1 como componente de reticulación en esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático de poliuretano de dos componentes reticulables por calor, en el recubrimiento de cualquier sustrato resistente al calor según los procedimientos de la tecnología de esmaltes en polvo para recubrimiento electrostático.
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