ES2252036T3 - Dispensador de chorro regulable para la preparacion de emulsiones acuosas de barnices de poliuretano de dos componentes. - Google Patents
Dispensador de chorro regulable para la preparacion de emulsiones acuosas de barnices de poliuretano de dos componentes.Info
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Abstract
Procedimiento para la preparación de emulsiones de barnices de poliuretano de dos componentes con rendimiento variable, basadas en dispersiones acuosas de aglutinantes que presentan grupos reactivos frente a isocianato y poliisocianatos, mediante la mezcla de ambos componentes a una presión de 1 a 30 MPa por medio de un dispersor de chorro regulable con perforaciones de pulverización (4) o ranuras con posibilidad de conexión o desconexión, en el que el dispersor de chorro presenta una vaina (3) con numerosas perforaciones de pulverización (4) colocadas axialmente en al menos dos hileras, o con una o varias ranuras colocadas axialmente y un émbolo (5) dispuesto en la vaina (3), desplazable mediante un accionamiento (9) eléctrico o neumático, en el que el émbolo (5), en función de su posición en la vaina (3), bloquea parcial o totalmente un cierto número de las perforaciones (4) o las ranuras al paso del caudal de la dispersión, caracterizado porque la vaina (3) y el émbolo (5) son de cerámica.
Description
Dispensador de chorro regulable para la
preparación de emulsiones acuosas de barnices de poliuretano de dos
componentes.
La invención se refiere a un procedimiento para
la preparación de emulsiones de barnices acuosos de poliuretano de
dos componentes con un rendimiento variable y al uso de las mismas
como barnices y recubrimientos de alta calidad.
Los barnices de poliuretano de dos componentes
(barnices de PUR 2C) se mezclan sólo poco antes de su aplicación
debido a su limitado tiempo de procesado (período de aplicación).
Según la reactividad del sistema de barniz, este período de
aplicación puede ser de varios minutos hasta horas.
Mientras que en el pasado estos sistemas de dos
componentes se empleaban disueltos en disolventes orgánicos, en la
actualidad se han desarrollado numerosos sistemas de dos componentes
dispersables en agua. Los sistemas de dos componentes dispersables
en agua se componen regularmente de un componente de resina que
presenta grupos hidroxilo (aglutinante, poliol) y un componente de
poliisocianato (endurecedor, reticulante). En ello, el componente
de resina hidroxifuncional se encuentra presente en general como
dispersión acuosa, el componente de poliisocianato como componente
al 100%, sin agua, o disuelto en un disolvente. Este tipo de
sistemas, que también se pueden emplear en el marco de la presente
invención, se describen, por ejemplo en los documentos
EP-A 358979, EP-A 496205,
EP-A 469389, EP-A 520266,
EP-A 540985, EP-A 542105,
EP-A 543228, EP-A 548669,
EP-A 562282 y EP-A 583728. La
desventaja de estos sistemas de barnices es que, en algunas áreas
de aplicación, todavía no se alcanza la conocida calidad del barniz
de los sistemas de dos componentes basados en disolventes
puramente orgánicos. Esto se cumple principalmente en áreas de
aplicación en las que se exigen propiedades ópticas y propiedades
de resistencia especialmente altas.
Es conocido que para conseguir superficies de
barnices de alta calidad se han de emplear dispersiones de barnices
con el mínimo tamaño de partículas posible. Por tanto, en barnices
acuosos de poliuretano de dos componentes se emplean en general
dispersiones poliólicas con un tamaño de partículas suficientemente
pequeño de menos de 500 nm, preferentemente 10-200
nm. La dispersión del componente de isocianato, en sí hidrófobo,
tiene lugar sólo poco antes de la aplicación del barniz, ya que el
componente de poliisocianato reacciona con agua y, por ello,
presenta una limitada estabilidad de almacenamiento en presencia de
agua. La dispersión del componente de poliisocianato, en sí
hidrófobo, en la dispersión acuosa de resina hidroxifuncional
mediante los dispositivos estáticos de mezclado habituales presenta
dificultades considerables. La razón radica en que el componente
de isocianato, ya durante la emulsión, se estabiliza en la
superficie de las partículas de la emulsión ya formadas, de modo
que la capa de estabilización superficial se opone a un
fraccionamiento adicional. Por tanto, las emulsiones acuosas de
barnices de poliuretano de dos componentes presentan con
regularidad una distribución bimodal para el tamaño de partículas,
con un primer máximo de distribución para un tamaño de partículas
que corresponde a la dispersión de resina hidroxifuncional y un
segundo máximo de distribución para un tamaño de partículas
superior a 10000 nm (componente de isocianato), en la que aún
existen proporciones considerables con tamaños de partículas
superiores a 20000 nm.
Se han desarrollado también ya poliisocianatos
hidrofilizados mediante modificación química y poliisocianatos que
contienen emulsionantes externos que, si bien permiten una
dispersión claramente más fácil con dispositivos estáticos de
mezclado hasta un tamaño de partículas inferior a 1000 nm, sin
embargo producen películas de barniz endurecidas con propiedades de
resistencia insuficientes para muchas áreas de aplicación.
Películas de barniz con buenas propiedades de resistencia se
obtienen por el contrario sólo mediante el empleo de componentes
de poliisocianato hidrófobos.
Debido a la idea de que la dispersabilidad del
componente de isocianato está limitada por la reacción de
estabilización que tiene lugar en la superficie de las partículas
ya existentes, se han buscado posibilidades para conseguir una
dispersión de partículas lo más finas posible en un intervalo de
tiempo tan breve como para que no se haya producido aún una
estabilización superficial apreciable. Durante la dispersión debe
evitarse especialmente también un calentamiento que acelere la
reacción del componente de poliisocianato con el agua.
En el documento DE-A 19510651 se
describe que, después del premezclado de la dispersión de
aglutinante hidroxifuncional con el componente de poliisocianato,
agua, dado el caso disolvente, así como dado el caso otros
coadyuvantes de barnices conocidos en sí, la preemulsión obtenida,
que no ha de cumplir requisitos especiales, se presiona en al
menos una dimensión a alta presión a través de una boquilla de
pequeñas dimensiones. Como boquillas homogenizadoras se mencionan
boquillas de rendija, boquillas de ranura anular o boquillas de
orificios. Se prefiere especialmente el empleo de un dispersor de
chorro según el documento EP-A 101007, ya que con
presiones relativamente bajas se consiguen dispersiones de
partículas muy finas. La presión de aplicación debe ser de 1 a 30
MPa (10 a 300 atmósferas), en caso del dispersor de chorro
preferentemente de 1 a 8 MPa, de forma especialmente preferente de
2 a 6 MPa. Mediante esta emulsificación es posible preparar
emulsiones de barnices de poliuretano de dos componentes estables
durante varias horas que, después de su aplicación y
endurecimiento, muestran una calidad superficial considerablemente
mejorada.
Además es posible reducir considerablemente el
contenido de disolvente en la dispersión y renunciar
preferentemente a una hidrofilización del componente de
poliisocianato. Especialmente, las dispersiones según la invención
pueden prepararse sin más con un contenido de disolventes inferior
al 15%. Dependiendo de la presión aplicada en la dispersión, del
número de salidas de boquilla y del sistema de dos componentes
empleado es posible además la preparación de emulsiones
completamente libres de disolventes e hidrofilizantes.
Las altas calidades de los barnizados que se
pueden conseguir con el procedimiento según la invención se pueden
hacer corresponder directamente con la distribución de tamaños de
partículas de las emulsiones.
En el documento DE-A 19510651 se
describe la aplicación del dispersor de chorro con dimensiones
fijas en las figuras 1, 2, 3, 4 y 5. En la figura 6 se describe una
forma especial, en la que las perforaciones se abren o se
desplazan mediante un tubo insertado desplazable. Esta forma no se
ha mostrado practicable para su aplicación. Se ha encontrado que
estas boquillas de homogenización han de poderse regular muy
rápidamente, en fracciones de segundo, para producir de forma
continua la misma calidad de emulsión con cantidades de salida
fluctuantes.
El documento EP-A 685544 describe
un procedimiento para la preparación de emulsiones de barnices de
poliuretano de dos componentes basadas en dispersiones de
aglutinantes reactivas frente a isocianato y poliisocianatos
mediante la mezcla de ambos componentes a una presión de
1-30 MPa en un dispersor de chorro.
Se ha encontrado que, por ejemplo, carrocerías de
automóviles se pueden barnizar con alta calidad de forma
especialmente ventajosa cuando la emulsificación del poliisocianato
en el componente poliólico acuoso tiene lugar de forma continuada
inmediatamente antes de su vertido en la pistola de pulverización o
en el cabezal atomizador. Sin embargo se presentan problemas
cuando, debido a la geometría de la carrocería, la cantidad de
laca consumida fluctúa en intervalos de tiempo muy breves.
El objetivo de la invención consistió por tanto
en proporcionar un aparato de mezclado para barnices acuosos de
poliuretano de dos componentes con alta calidad de barniz que, para
cantidades de salida fluctuantes, produjera continuadamente las
mismas calidades de emulsión.
Este objetivo se pudo conseguir sorprendentemente
mediante la forma de realización de un dispersor de chorro
descrita en más detalle a continuación.
Objeto de la invención es un procedimiento para
la preparación de emulsiones de barnices de poliuretano de dos
componentes con rendimiento variable, basadas en dispersiones
acuosas de aglutinantes que presentan grupos reactivos frente a
isocianato y poliisocianatos, mediante la mezcla de ambos
componentes a una presión de 1 a 30 MPa por medio de un dispersor
de chorro regulable con perforaciones de pulverización o ranuras
con posibilidad de conexión o desconexión, en el que el dispersor
de chorro presenta una vaina con numerosas perforaciones de
pulverización colocadas axialmente en al menos dos hileras, o con
una o varias ranuras colocadas axialmente y un émbolo dispuesto en
la vaina, desplazable mediante un accionamiento eléctrico o
neumático, en el que el émbolo, en función de su posición en la
vaina, bloquea parcial o totalmente un cierto número de las
perforaciones o las ranuras al paso del caudal de la dispersión,
caracterizado porque la vaina y el émbolo son de cerámica.
Según la invención, inmediatamente antes del
dispersor de chorro (Figura 1) se conecta una boquilla mezcladora
(1) para el poliisocianato y mediante la inyección de éste en el
componente poliólico se genera la emulsión bruta. Conectado
inmediatamente después hay otro diafragma (2), que garantiza ya una
buena calidad de la emulsión bruta y evita partes gruesas.
La parte esencial del dispositivo según la
invención es una vaina de cerámica (3) con las perforaciones
homogenizadoras (4) y el émbolo de cerámica (5). Se ha encontrado
que los componentes de cerámica deben estar insertados de forma
muy ajustada para evitar una pérdida de caudal entre el émbolo y la
vaina. Se ha encontrado que componentes de acero no permiten un
cierre hermético ni así la conexión adicional de perforaciones
individuales. Se ha encontrado además que las perforaciones deben
estar talladas con bordes muy afilados por el lado de entrada.
Como materiales cerámicos se recomiendan óxidos metálicos como, por
ejemplo, óxido de circonio u otros materiales aún más duros.
Ventajosa se ha mostrado además una perforación de lavado (6) que
permite un gran caudal en el lavado. La circulación a través de la
vaina de cerámica puede ser tanto de dentro a fuera como de fuera
a dentro. Para evitar la formación de una película de barniz en el
émbolo en estado de parada, se puede instalar una linterna de
lavado (7). Mediante control de la presión (8), por ejemplo
mediante un propulsor neumático (9), es posible la regulación en
una fracción de segundo, para conectar o desconectar el número de
boquillas de modo que siempre se garantice la misma presión de
homogenización y con ello la misma calidad de la emulsión. Si se
usan motores de pasos eléctricos también es posible una regulación
en el intervalo de milisegundos. Una regulación prácticamente
continua se consigue, de acuerdo con la figura 2, cuando se
enfrentan dos hileras de boquillas desplazadas entre
sí.
sí.
Se ha encontrado que es especialmente ventajoso
cuando, de acuerdo con la figura 3, se usan ranuras en lugar de
boquillas. Se ha encontrado que cuando las ranuras se hacen sólo tan
anchas como el diámetro de las perforaciones o aún menores, es
posible una marcha muy constante y una regulación lineal,
completamente continua. Con el dispositivo según la invención se
pueden preparar barnices de poliuretano de dos componentes de la
máxima calidad y con un gran alcance de regulación.
La geometría de las perforaciones y ranuras debe
estar dimensionada de modo que se alcancen densidades de energía
de 10^{5}-10^{7} W/cm^{3}, preferentemente
10^{6}-10^{7} W/cm^{3}. Esto se alcanza
cuando, según las figuras 2 y 3, en el área de la perforación o de
la ranura se retira tanto material que el largo de la perforación
es de 1 a 3 veces el diámetro de la perforación y/o el ancho de la
ranura. Se prefiere especialmente de 1 a 2 veces el largo.
El dispersor de chorro desarrollado tiene la
ventaja adicional de que se puede minimizar un almacenamiento
intermedio y, con ello, el coste de lavado en estado de parada de la
línea, cuando la emulsión del poliisocianato tiene lugar de forma
continua inmediatamente antes del vertido en la pistola de
pulverización o en el cabezal atomizador.
La figura 4 muestra la forma de realización según
la invención como ejemplo para el primer barnizado de automóviles.
El poliol y el poliisocianato se bombean a través de una o varias
bombas dosificadoras (1) de forma continua y sin pulsaciones hasta
la boquilla mezcladora (2) y el dispersor de chorro regulable (3).
Las bombas dosificadoras se encargan además de aplicar la presión de
bombeo necesaria. Después de la preparación de la emulsión, el
barniz de dos componentes puede aún almacenarse en un pequeño
depósito (4) para varios cabezales atomizadores (5), si el
barniz
se ha de atomizar mediante carga eléctrica interna. En caso de carga eléctrica externa se puede renunciar al depósito.
se ha de atomizar mediante carga eléctrica interna. En caso de carga eléctrica externa se puede renunciar al depósito.
De acuerdo con el procedimiento según la
invención se pueden preparar emulsiones acuosas bimodales de
barnices de poliuretano de dos componentes, basadas en dispersiones
de resinas hidroxifuncionales y poliisocianatos, que presentan una
distribución de tamaños de partículas con un primer máximo de
distribución para un tamaño de partículas <500 nm,
preferentemente de 10 a 200 nm y un segundo máximo de distribución
para un tamaño de partículas de 200 a 2000. Preferentemente, el
segundo máximo de distribución se encuentra para un tamaño de
partículas de 300 a 1000 nm. Los tamaños de partículas de los
máximos de distribución se diferencian al menos en un factor de
2.
Especialmente, el 99% en peso de las partículas
de la emulsión según la invención presenta un tamaño de partículas
inferior a 5000 nm, preferentemente inferior a 1000 nm.
Según la invención, se pueden emplear todos los
aglutinantes y reticulantes empleados también ya hasta ahora para
los barnices de poliuretano de dos componentes.
Resinas aglutinantes adecuadas son, por ejemplo,
poliacrilatos, poliésteres, poliésteres modificados con uretano,
poliéteres, policarbonatos o poliuretanos que presentan grupos
reactivos frente a isocianato, especialmente aquellas con pesos
moleculares en el intervalo de 1000 a 10000 g/mol. Como grupos
reactivos frente a isocianato se emplean preferentemente grupos
hidroxilo. Las resinas aglutinantes se emplean por lo general como
dispersiones acuosas.
Como componente de poliisocianato es adecuado
cualquier poliisocianato orgánico con grupos isocianato libres
unidos de forma alifática, cicloalifática, aralifática y/o
aromática. El componente de poliisocianato debe presentar en
general una viscosidad de 20 a 1000 mPa.s, preferentemente inferior
a 500 mPa.s. Sin embargo, también se pueden emplear poliisocianatos
de mayor viscosidad cuando la viscosidad del componente de
poliisocianato se reduce mediante un contenido correspondiente de
disolvente.
De forma especialmente preferente se emplean como
poliisocianatos aquellos con grupos isocianato unidos
exclusivamente de forma alifática y/o cicloalifática con una
funcionalidad de NCO media entre 2,2 y 5,0 y una viscosidad de 50
a 500 mPa.s a 23ºC. Con una viscosidad correspondientemente
inferior, se consigue según la invención una dispersión con un
tamaño de partículas suficientemente pequeño sin adición de
disolvente en absoluto.
Se pueden emplear además los habituales aditivos
y agentes de modificación conocidos en la química de barnices.
El procedimiento según la invención no está
sujeto al empleo de sistemas de componentes desarrollados
especialmente para sistemas de barnices dispersables en agua, como
se describen por ejemplo en la bibliografía citada al principio.
Más bien es posible según la invención el empleo de un gran número
de los sistemas de dos componentes no dispersables en agua hasta
ahora. Sin embargo, en general si se emplean según la invención
sistemas de dos componentes desarrollados especialmente para la
dispersión en agua, el coste de la dispersión en el marco de la
presente invención (es decir, la presión que se aplica) será
especialmente económico.
Las emulsiones obtenidas en el procedimiento
según la invención son adecuadas para la preparación de
revestimientos de alta calidad sobre los sustratos y materiales más
diferentes como madera, metales, plásticos, etc. Los sistemas de
recubrimiento se emplean preferentemente para el barnizado de
carrocerías o partes de la carrocería en el primer barnizado de
automóviles.
Preparación continua de una emulsión de aceite de
parafina con la formulación siguiente:
- 4
- partes de aceite de parafina muy fluido
- 1
- parte emulsionante, mezcla de Tween 80/Arlacel 80, HLB 11,5 y
- 5
- partes de agua.
En la figura 5 se comparan gráficamente los
resultados de los ensayos con una boquilla de orificios regulable
según la figura 2, con 10 orificios de 0,1 mm, con una boquilla de
ranura de 0,1 mm de ancho y una profundidad de 6 mm y un dispersor
de chorro con dimensiones fijas y con 2 perforaciones de 0,1
mm.
De las boquillas regulables se representan en
cada caso las aberturas más pequeñas, una posición intermedia y la
abertura máxima. La gráfica, que representa el tamaño medio de
partículas en función de la presión de homogenización, muestra una
buena conformidad en todo el intervalo y el buen funcionamiento del
dispersor de chorro regulable.
Preparación continua de un barniz de poliuretano
de dos componentes según la formulación siguiente:
| Componente aglutinante: | |
| Bayhydrol® VP LS 2271 (dispersión de poliacrilato hidroxifuncional, Bayer AG) | 30,39% |
| Bayhydrol® VP LS 2231 (dispersión de poliéster hidroxifuncional modificado con uretano, | 33,28% |
| Bayer AG) | |
| Byk® 345 Coadyuvante de barnices, Byk Chemie GmbH | 0,29% |
| Byk® 333 Coadyuvante de barnices, Byk Chemie GmbH | 0,30% |
| Agua destilada | 7,65% |
| Componente endurecedor: | |
| Desmodur® VP LS 2025/1 (poliisocianato de barniz, Bayer AG) | 18,29% |
| Tinuvin® 1130, al 50% en acetato de butildiglicol (fotoprotector, Ciba Spezialitäten | 1,85% |
| Chemie GmbH) | |
| Tinuvin® 292, al 50% en acetato de butildiglicol (estabilizante HALS, Ciba Spezialitäten | 0,92% |
| Chemie GmbH) | |
| Acetato de butildiglicol/Solvesso 100 (1/1) | 7,03% |
| 100,00% |
Los dos componentes se mezclan según la figura 4
con un dispersor de chorro regulable según la figura 1 con
boquillas de orificios de 0,2 mm según la figura 2 y el componente
endurecedor se emulsiona.
La aplicación tiene lugar de forma electrostática
mediante un cabezal atomizador habitual en el mercado sobre chapas
de metal cincado con un grosor de capa de 40 \mum. La película de
barniz se desairea a temperatura ambiente durante 5 minutos, se
preseca a 80ºC durante 10 minutos y se endurece a 130ºC durante 30
minutos. La película de barniz tiene las siguientes propiedades
técnicas de aplicación:
| Dureza pendular según König (23ºC) | 190 s |
| Brillo 20ºC | 88 |
| Resistencia a disolventes xileno/combustible | 0/1 |
| Resistencia a productos químicos pancreatina/ácido sulfúrico/sosa cáustica | 2/1/0 |
| Resistencia a los arañazos (túnel de lavado de laboratorio Amtec Kistler, 10 ciclos), \Delta brillo | 13 |
Claims (1)
1. Procedimiento para la preparación de
emulsiones de barnices de poliuretano de dos componentes con
rendimiento variable, basadas en dispersiones acuosas de
aglutinantes que presentan grupos reactivos frente a isocianato y
poliisocianatos, mediante la mezcla de ambos componentes a una
presión de 1 a 30 MPa por medio de un dispersor de chorro regulable
con perforaciones de pulverización (4) o ranuras con posibilidad de
conexión o desconexión, en el que el dispersor de chorro presenta
una vaina (3) con numerosas perforaciones de pulverización (4)
colocadas axialmente en al menos dos hileras, o con una o varias
ranuras colocadas axialmente y un émbolo (5) dispuesto en la vaina
(3), desplazable mediante un accionamiento (9) eléctrico o
neumático, en el que el émbolo (5), en función de su posición en la
vaina (3), bloquea parcial o totalmente un cierto número de las
perforaciones (4) o las ranuras al paso del caudal de la dispersión,
caracterizado porque la vaina (3) y el émbolo (5) son de
cerámica.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19933441 | 1999-07-16 | ||
| DE19933441A DE19933441A1 (de) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | Verstellbarer Strahldispergator zur Herstellung wäßriger 2-Komponenten-Polyurethanlack-Emulsionen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2252036T3 true ES2252036T3 (es) | 2006-05-16 |
Family
ID=7915053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00951372T Expired - Lifetime ES2252036T3 (es) | 1999-07-16 | 2000-07-12 | Dispensador de chorro regulable para la preparacion de emulsiones acuosas de barnices de poliuretano de dos componentes. |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7034067B1 (es) |
| EP (1) | EP1203036B1 (es) |
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