ES2252203T3 - Procedimiento para preparar una dispersion de revestimiento acuosa de un polvo. - Google Patents
Procedimiento para preparar una dispersion de revestimiento acuosa de un polvo.Info
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Abstract
Un procedimiento para preparar una dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo que comprende los componentes A y B, en la que el componente A es una resina ligante o una mezcla de resinas ligantes y el componente B es un agente reticulante o una mezcla de agentes reticulantes, o el componente A es un agente reticulante o una mezcla de agentes reticulantes y el componente B es una resina ligante o una mezcla de resinas ligantes, en el que: a) Se añade un medio acuoso a una composición que comprende una fase continua de componente A para formar, vía un procedimiento de emulsión por inversión de fases, una fase continua del medio acuoso con el componente A dispersado en la misma, b) Añadiéndose simultáneamente el componente B con, o después de, la adición del medio acuoso, y c) Realizándose, opcionalmente, una etapa de mezclado de la composición obtenida para obtener una dispersión que comprende los componentes A y B.
Description
Procedimiento para preparar una dispersión de
revestimiento acuosa de un polvo.
La invención se refiere a un procedimiento para
preparar una dispersión de revestimiento acuosa de un material en
forma de polvo que comprende los componentes A y B, en la que el
componente A es una resina ligante o una mezcla de resinas ligantes
y el componente B es un agente reticulante o una mezcla de agentes
reticulantes, o el componente A es un agente reticulante o una
mezcla de agentes reticulantes y el componente B es una resina
ligante o una mezcla de resinas ligantes. Opcionalmente, la
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo
contiene un pigmento, un agente espesante, una carga, un
catalizador, un iniciador y/o uno o más aditivos.
Las composiciones de revestimiento sólidas en
forma de polvo que comprenden una combinación adecuada de
resina/agente reticulante se usan comúnmente para revestir un
sustrato con una película reticulada, distribuyendo uniformemente
la composición sobre la superficie del sustrato pulverizando y
curando la capa resultante sobre el sustrato. La mayoría de las
veces, por ejemplo en la industria en general, el curado sobre un
sustrato metálico toma la forma de aplicar una temperatura elevada,
por ejemplo de 160 a 200ºC. Sin embargo, el curado también puede
tomar la forma de aplicar radiación/luz, por ejemplo luz
ultravioleta o radiación con rayos de electrones, procedimiento que
es especialmente adecuado para revestir sustratos que no pueden
soportar altas temperaturas (plásticos, madera, etc.).
Cuando una composición de revestimiento sólida en
forma de polvo se usa para revestir un sustrato, se requiere un
equipo especial de aplicación. Además, debido al tamaño
relativamente grande y a la forma irregular de las partículas de la
composición de revestimiento en forma de polvo, es difícil obtener
una película fina reticulada con un espesor y aspecto uniformes
sobre el sustrato. La reducción del tamaño de partícula en tal
composición, por ejemplo por molienda de chorro, no es sólo costosa
sino que con frecuencia conduce al apelmazamiento y a otros
problemas de manipulación/aplicación del polvo fino resultante. Por
ejemplo, es difícil cargar las partículas muy pequeñas durante la
aplicación electrostática, y, cuando tal composición se aplica sobre
un sustrato, necesitan realizarse etapas elaboradas para hacer
frente al polvo. Además, una vez se prepara una composición de
revestimiento sólida en forma de polvo, debido a su carácter sólido,
no hay ninguna flexibilidad para adaptar propiedades como, por
ejemplo, el color, el brillo, etc.
Por lo tanto, para revestir un sustrato, existen
considerables ventajas en aplicar un revestimiento en forma de polvo
en partículas como una dispersión. No se forma nada de polvo cuando
la dispersión se extiende sobre la superficie del sustrato, y se
encontró que las partículas de la dispersión pueden ser mucho más
pequeñas que en la composición de revestimiento sólida en forma de
polvo sin crear problemas de manipulación/aplicación.
Como se indicó anteriormente, las dispersiones de
revestimiento de materiales en forma de polvo tienen varias ventajas
respecto a las composiciones de revestimiento de materiales en
formas de polvo en partículas. Además, estas dispersiones tienen
una ventaja respecto a las composiciones de revestimiento basadas en
disolventes ya que no hay ninguna necesidad de evaporar ningún
disolvente orgánico. La emisión de la mayoría de los disolventes
orgánicos contribuye a la concentración de VOC de la composición de
revestimiento. La concentración de VOC está restringida por la
actual legislación. Se espera que tales restricciones se endurezcan
en un futuro próximo.
Asimismo, en el caso de una dispersión líquida es
posible usar equipos comúnmente usados para manipular/aplicar
pinturas convencionales vía húmeda, mientras que para
manipular/aplicar composiciones de revestimiento sólidas en forma
de polvo se necesita un equipo especial. También es más fácil la
aplicación sobre sustratos no conductores como la madera y los
plásticos.
En general, la Tg de los componentes que pueden
usarse para preparar la dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo puede ser mucho menor que en los
revestimientos sólidos en forma de polvo porque no hay ninguna
necesidad de los agentes ligantes de alta Tg que se usan en una
composición de revestimiento estándar (sólida) en polvo para
asegurar la suficiente estabilidad física.
La posibilidad de incorporar agentes ligantes con
una Tg mucho menor aumenta la libertad de la formulación de agentes
ligantes. Este grado de libertad adicional en la formulación de
agentes ligantes tiene un efecto positivo sobre las propiedades
finales de la película como el flujo, el aspecto, etc. Además,
pueden añadirse un(os) aditivo(s) de pinturas a una
dispersión final sin ningún problema, haciendo mucho más flexible la
preparación de una formulación de una pintura a partir de una
dispersión. También es relativamente fácil filtrar una dispersión
con el fin de separar impurezas/partículas grandes.
Por ejemplo, el documento WO 96/37561 describe un
procedimiento de molienda vía húmeda para la producción de una
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo,
procedimiento en el que una composición de revestimiento sólida en
forma de polvo se muele vía húmeda en un medio acuoso. Sin embargo,
la dispersión de revestimiento de un material en forma de polvo
obtenida tiene una distribución de tamaño de partícula
comparativamente ancha (3-20 \mum) y las
partículas aún están irregularmente conformadas y son relativamente
grandes.
En general, la preparación de partículas más
pequeñas que las descritas mediante los procedimientos tradicionales
de molienda vía húmeda es muy difícil y económicamente no
atractiva. En las dispersiones de revestimiento de materiales en
forma de polvo las partículas más grandes tienen una fuerte
tendencia a sedimentar, lo cual es indeseable porque esto limita la
estabilidad de la dispersión final. Los sedimentos formados son
normalmente difíciles de redispersar y en la práctica se han de
tomar medidas adicionales para impedir la sedimentación, por
ejemplo ajustando la reología de la formulación de revestimiento y
añadiendo agentes espesantes u otros agentes modificadores de la
reología. En general, una desventaja de añadir agentes espesantes es
que disminuye el contenido de sólidos de la formulación final de
revestimiento, lo cual no es deseable. Asimismo, la formación de la
película está negativamente influida por la presencia de partículas
más grandes, lo cual se observa por fenómenos como el
resquebrajamiento, mala fluencia, espesor de la capa no uniforme,
etc. Además, el procedimiento no puede realizarse en continuo, y la
obtención de partículas con el tamaño anteriormente mencionado
requiere un tiempo de molienda comparativamente largo
(aproximadamente 2 horas).
Partículas de tamaño y forma similares se
obtienen en el documento US 5.379.947, en el que se describe un
procedimiento de molienda con chorro para la producción de una
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de
polvo. Se muelen con un molino de chorros escamas de revestimiento
hasta formar un polvo, y el polvo resultante se dispersa en un
medio acuoso para obtener una dispersión. Tal procedimiento tampoco
puede llevarse a cabo en continuo y la molienda con un molino de
chorro hasta que se formen partículas del tamaño deseado también
requiere un período de tiempo comparativamente largo. Otras
desventajas de tal procedimiento de molienda en un molino de chorro
son el requisito de usar un equipo caro y un consumo de energía
relativamente alto.
El documento WO 97/45476 describe un
procedimiento para la preparación de un dispersión de revestimiento
de un material en forma de polvo en el que una sustancia semejante
a una masa fundida que comprende una resina y un agente reticulante
se dispersa en un medio líquido en condiciones de extrusión. En este
procedimiento, los materiales de partida, tales como la(las)
resina(s) ligante(s) y el(los) agente(s)
reticulante(s) se mezclan y funden. A continuación, se añade
agua a la mezcla fundida y se obtiene una dispersión de
revestimiento de un material en forma de polvo. Puesto que las
dispersiones de revestimiento de materiales en forma de polvo se
curan con calor, este procedimiento no es adecuado para la
preparación de dispersiones de revestimiento de materiales en forma
de polvo que comprendan una mezcla de agente(s)
ligante(s)/agente(s) reticulante(s) que
comiencen a reaccionar a una temperatura próxima a o por debajo de
la temperatura de fusión o de ablandamiento de la mezcla.
El documento DE 19727892 describe un
procedimiento para preparar una dispersión de revestimiento acuosa
de un material en forma de polvo en la que el agente ligante y/o el
agente reticulante o la composición de revestimiento entera en
polvo se conforma en un polvo a través de un secado por
pulverización, después del cual el polvo secado por pulverización
se conforma en una dispersión de revestimiento acuosa de un material
en forma de polvo. El material a someter al secado por
pulverización puede ser una dispersión acuosa.
El documento US 4.886.845 describe un
procedimiento para preparar una dispersión acuosa de una resina
epoxi. Una resina epoxi se prepara por una reacción de
condensación. En tanto y cuanto la condensación no haya ya ocurrido
en presencia de la cantidad total de disolvente orgánico, se añade
el disolvente orgánico y se produce una disolución. A esta
disolución se añade agua mientras se agita vigorosamente como
resultado de lo cual se produce una emulsión de una disolución de
polímero en agua. Este documento no describe la preparación de una
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de
polvo.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para preparar una dispersión de
revestimiento acuosa de un material en forma de polvo sin tener las
desventajas anteriormente mencionadas.
Se encontró un procedimiento para preparar una
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo
que comprende los componentes A y B, en la que el componente A es
una resina ligante o una mezcla de resinas ligantes y el componente
B es un agente reticulante o una mezcla de agentes reticulantes, o
el componente A es un agente reticulante o una mezcla de agentes
reticulantes y el componente B es una resina ligante o una mezcla de
resinas ligantes, en el que:
- a)
- Se añade un medio acuoso a una composición que comprende una fase continua de componente A para formar, vía un procedimiento de emulsión por inversión de fases, una fase continua del medio acuoso con el componente A dispersado en la misma,
- b)
- Añadiéndose simultáneamente el componente B con, o después de, la adición del medio acuoso, y
- c)
- Realizándose, opcionalmente, una etapa de mezclado de la composición obtenida para obtener una dispersión que comprende los componentes A y B.
Puesto que los componentes A y B se dispersan
separadamente o se mezclan a temperaturas de procesado relativamente
bajas, este procedimiento es particularmente adecuado para la
preparación de dispersiones de revestimiento acuosas de materiales
en forma de polvo basadas en una amplia variedad de combinaciones de
agente(s) ligante(s)/agente(s)
reticulante(s), incluyendo combinaciones que comienzan a
reaccionar a temperaturas por debajo o próximas a la temperatura de
procesado.
Para el fin de la presente invención, una
dispersión que comprende una mezcla de agente ligante/agente
reticulante en la que el agente ligante y/o el agente reticulante
tienen una Tg, un punto de ablandamiento o una temperatura de fusión
superior a 30ºC, se considera como una dispersión de revestimiento
de un material en forma de polvo.
El componente A se dispersa en un procedimiento
de emulsión por inversión de fases. Tal procedimiento de emulsión
también se conoce como un procedimiento de emulsión indirecto. La
formación de la dispersión que comprende el componente A puede
describirse como un procedimiento mediante el cual partiendo de un
componente A como fase continua, en ciertas condiciones, mediante la
adición de agua, la fase continua invierte a una fase en la que el
medio acuoso se transforma en la fase continua, dando lugar a una
dispersión acuosa.
Más y más detallada información acerca de los
procedimientos de emulsión por inversión de fases puede, por
ejemplo, encontrarse en el capítulo 6 de Bernard P. Binks, Modern
Aspects of Emulsion Science, The Royal Society of Chemistry
1998.
Para facilitar la dispersión de la composición
que comprende el componente A, esta composición puede calentarse
antes de que se añada el medio acuoso. En una realización preferida,
la composición que comprende el componente A se calienta hasta una
temperatura por encima del punto de fusión o de la temperatura de
transición vítrea (T_{g}) del componente A para obtener una
sustancia semejante a una masa fundida. Antes de que se añada el
medio acuoso, la sustancia semejante a una masa fundida puede
enfriase en tal extensión que cuando dicha sustancia esté
dispersada en el medio acuoso, la temperatura en la dispersión que
se forma no supere el punto de ebullición del medio acuoso, con el
fin de impedir tan completamente como sea posible la evaporación de
agua y/o la acumulación de presión en el equipo de procesado.
Alternativamente y/o además del calentamiento del
componente A, el medio acuoso también puede calentarse antes de que
se añada al componente A.
Además, con el fin de facilitar el control del
procedimiento sin la necesidad de usar un equipamiento que pueda
soportar altas presiones, en el procedimiento según la invención se
prefiere que la dispersión se lleve a cabo a presión
atmosférica.
En el procedimiento puede aplicarse una cantidad
adecuada de un medio acuoso para obtener una dispersión homogénea.
Además, es posible dosificar una cantidad adicional de medio acuoso
durante o después de la dispersión con el fin de obtener una
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo
con la temperatura, viscosidad y/o contenido de sólidos
deseados.
En una realización del procedimiento según la
presente invención, el componente B se añade simultáneamente con el
medio acuoso. Esto puede hacerse disolviendo el componente B en el
medio acuoso, pero, si el componente B no es soluble en agua,
también es posible fabricar una dispersión acuosa que comprenda el
componente B. Esta dispersión acuosa que comprende el componente B
puede obtenerse mediante la adición de un medio acuoso al
componente B, o a una composición que comprenda el componente B.
Para facilitar la dispersión, el medio acuoso puede comprender
agentes dispersantes.
La dispersión acuosa que comprende el componente
B también puede prepararse en un procedimiento de emulsión por
inversión de fases.
En otra realización, una dispersión que comprende
el componente A se prepara en una primera etapa en un procedimiento
de emulsión por inversión de fases. En una siguiente etapa, se añade
a esta dispersión el componente B, dispersado o no. Las
composiciones así obtenidas deben a continuación mezclarse y/o
amasarse de tal forma que se obtenga una dispersión homogénea que
comprenda los componentes A y B. La dispersión que comprende el
componente B que se usa opcionalmente en esta realización también
puede prepararse en un procedimiento de emulsión por inversión de
fases.
Ambas realizaciones son adecuadas para la
preparación de una dispersión de revestimiento de un material en
forma de polvo que comprenda una mezcla de agente ligante/agente
reticulante que comienzan a reaccionar a una temperatura próxima a
o por debajo de la temperatura de fusión y/o de ablandamiento de
esta mezcla, ya que este procedimiento evita la necesidad de
calentar la mezcla a esta temperatura durante la preparación de la
dispersión de revestimiento de un material en forma de polvo.
La última realización es en particular adecuada
para la preparación de una dispersión de revestimiento de un
material en forma de polvo que contiene una mezcla de agente
ligante/agente reticulante que es reactiva a temperatura ambiente.
Para tal mezcla, el agente ligante se disuelve/dispersa en un
procedimiento, el agente reticulante se dispersa/disuelve en una
etapa separada y las dos composiciones así obtenidas se mezclan
justo antes de la aplicación.
Las etapas del procedimiento según la invención
para producir una dispersión homogénea se llevan preferiblemente a
cabo en una extrusora, más preferiblemente en una extrusora de doble
husillo (por ejemplo, una extrusora de doble husillo Berstorff,
tipo ZE 25, L/D 43, o una extrusora de doble husillo Leistritz, tipo
micro-18 GL 40D), con el fin de controlar la
temperatura de una forma exacta para dispersar la sustancia en un
medio acuoso en condiciones ideales de mezclado, y opcionalmente
mezclar los diferentes componentes conjuntamente, permitiendo de
este modo la formación de una dispersión de revestimiento acuosa de
un material en forma de polvo que comprende partículas pequeñas,
semejantes a esferas, con una estrecha distribución de tamaño de
partícula. Cuando se usa una extrusora como aparato para preparar la
dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo
según la presente invención, el procedimiento también puede
denominarse "extrusión con inversión de fases", abreviado como
"procedimiento PIE".
Si el componente B se añade disuelto o dispersado
en el medio acuoso, esta disolución o dispersión se prepara
normalmente en una etapa separada. Esto, por ejemplo, puede hacerse
en otra extrusora que esté opcionalmente acoplada con la extrusora
en la que se prepara la dispersión del componente A. El mezclado de
las composiciones que contienen los componentes A y B puede hacerse
en condiciones de baja o alta cizalla, en o fuera del equipo usado
para preparar una dispersión que comprenda el componente A.
El tamaño medio de partícula deseado puede
obtenerse escogiendo las condiciones correctas (velocidad de
mezclado, número de elementos de mezclado y/o transporte en el
aparato, aditivos, temperatura, etc.). El tamaño medio de partícula
puede estar entre 0,05-100 \mum. El procedimiento
según la invención es altamente adecuado para obtener una dispersión
de revestimiento de un material en forma de polvo que comprenda
partículas muy pequeñas, semejantes a esferas, con una estrecha
distribución del tamaño de partícula. Preferiblemente, el tamaño
medio de las partículas es de 50 a 2000, más preferiblemente de 80
a 800, mucho más preferiblemente de 100 a 500 nm. Las partículas en
el intervalo inferior a 800 nm tienen la ventaja de que no tienen
tendencia a sedimentar, lo cual asegura una muy buena estabilidad
de la dispersión final. En general, la sedimentación puede impedirse
ajustando la reología de la dispersión por adición de, por ejemplo,
agentes espesantes u otros agentes modificadores de la reología.
Sin embargo, esto tiene un efecto negativo sobre el contenido final
de sólidos de la dispersión (que disminuirá añadiendo estos
constituyentes) y puede tener un efecto negativo sobre las
propiedades de una película preparada a partir de tal dispersión.
Las partículas de la dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo preparada según la presente invención
pueden ser tan pequeñas (más pequeñas que 800 nm) que nos se
necesite ninguna medida adicional para controlar la sedimentación,
lo cual obvía la necesidad de añadir agentes modificadores de la
reología y da lugar a formulaciones de revestimiento con un mayor
contenido de sólidos y una mejor eficacia de revestimiento.
En general, el aparato usado en el procedimiento
según la invención comprende un orificio de alimentación, un
orificio de salida y opciones para añadir líquidos, sólidos o
componentes dispersados adicionales entre el orificio de
alimentación y el orificio de salida. También se desea una alta
flexibilidad para controlar las diferentes etapas del procedimiento
(fusión, enfriamiento y dispersión).
El medio acuoso, por ejemplo agua corriente o
agua desmineralizada, usado en el procedimiento según la invención
comprende opcionalmente un agente dispersante con el fin de
facilitar la formación de una dispersión homogénea. Además, dicho
agente dispersante puede contribuir a la formación de partículas con
un tamaño y forma uniformes. El medio acuoso también puede
comprender agentes espesantes y/u otros aditivos.
En el procedimiento según la invención puede
usarse cualquier agente dispersante adecuado, por ejemplo compuestos
aniónicos, catiónicos, anfóteros, no iónicos o sus combinaciones,
como se describe en C.R. Martens, Emulsion and
Water-Soluble Paints and Coatings, Reinhold
Publishing Corporation, 1965. El agente dispersante también puede
comprender grupos funcionales capaces de reaccionar con la resina
y/o el agente reticulante con el fin de formar una red reticulada
que comprenda dicho agente. El agente dispersante debe seleccionarse
cuidadosamente porque algunos tipos de agentes dispersantes pueden
inhibir las reacciones de reticulación. Además, la presencia de
cantidades relativamente altas de agentes dispersantes no reactivos
en una película reticulada tiene en general un impacto negativo
sobre las propiedades finales de la película. Por lo tanto, se
prefiere:
- 1.
- Usar agentes dispersantes con grupos reactivos (por ejemplo, un grupo funcional ácido), y/o
- 2.
- Usar cantidades limitadas de agentes dispersantes con altas propiedades dispersantes/estabilizantes, y/o
- 3.
- Usar agentes neutralizantes que puedan formar grupos iónicos con grupos funcionales (por ejemplo, grupos carboxílicos) presentes en la resina y/o el agente reticulante.
Ejemplos típicos de estos agentes neutralizantes
son aminas, amoníaco e hidróxidos de alquilmetales. Preferiblemente,
se usan agentes neutralizantes con un punto de ebullición por debajo
de la temperatura de curado de la composición de revestimiento
sólida en polvo. Las aminas orgánicas, preferiblemente aminas
terciarias, son agentes neutralizantes volátiles altamente
adecuados, pero no hay ninguna intención de limitar la invención a
estos compuestos solamente.
Se encontró que el uso de agentes dispersantes
con grupos reactivos o el uso de agentes neutralizantes que pueden
formar aniones con grupos funcionales presentes en el agente ligante
y/o en el agente reticulante permite la preparación de dispersiones
con un tamaño medio de partícula en el intervalo de 50 a 800 nm y un
contenido de sólidos en el intervalo de 30 a 70% en peso, más
particular en el intervalo de 40 a 60% en peso.
Ejemplos de agentes dispersantes con grupos
reactivos incluyen agentes dispersantes con grupos funcionales ácido
carboxílico, ácido sulfónico y/o ácido fosfónico.
Como material de partida del procedimiento según
la presente invención puede usarse cualquier combinación de
resina/agente reticulante para revestir un sustrato con una película
de revestimiento. Para el fin de la presente solicitud, una resina
quiere decir cualquier resina que pueda curarse sobre un sustrato.
La resina usada como material de partida en el procedimiento según
la presente invención puede ser una resina térmicamente curable, es
decir, una resina que puede curarse mediante una temperatura
elevada, o una resina curable por radiaciones, es decir una resina
que puede curarse usando radiación electromagnética con una longitud
de onda de menos que 500 nm, por ejemplo, radiación UV o de rayos
de electrones. Usualmente, una resina térmicamente curable se
combina con un agente reticulante con el fin de permitir la
formación de una red reticulada.
La resina ligante y/o el agente reticulante
usados como material de partida en el procedimiento según la
invención puede ser amorfa y/o (semi)cristalina. También son
posibles combinaciones de una resina amorfa y de un agente
reticulante cristalino.
Además, la resina ligante y/o el agente
reticulante puede comprender grupos funcionales que faciliten la
dispersión en el procedimiento según la invención en el medio
acuosa. Tales grupos funcionales pueden ser considerados como grupos
autoemulsionables. Se encontró que el uso de resinas y/o agentes
reticulantes con tales grupos autoemulsionables son en particular
favorables para obtener dispersiones con partículas que tienen un
tamaño medio de partícula pequeño, es decir un tamaño medio de
partícula en el intervalo de 50 a 800 nm. Ejemplos de grupos
funcionales que pueden facilitar la dispersión de la sustancia
semejante a una masa fundida en el procedimiento según la presente
invención son grupos funcionales tipo ácido carboxílico, ácido
sulfónico y/o ácido fosfónico.
La dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo puede comprender cualquier combinación
adecuada de resina/agente reticulante térmicamente curable.
Combinaciones adecuadas se describen, por ejemplo, en T.A. Misev,
Powder Coatings Chemistry and Technology, John Wiley & Sons Ltd
1991, tales como una combinación de ácido/epoxi, anhídrido de
ácido/epoxi, resina epoxi/amino, polifenol/epoxi, fenol
formaldehído/epoxi, epoxi/amina, epoxi/amida, isocianato/hidroxi,
carboxi/hidroxialquilamida o hidroxilo/epoxi. El procedimiento según
la presente invención es en particular adecuado para combinaciones
de resina/agente reticulante que pretenden reaccionar a la
temperatura de procesado o incluso a temperaturas menores. Esas
combinaciones reactivas de resina/agente reticulante son difíciles
de manipular en los procedimientos actuales de producción de
revestimientos en forma de polvo.
Ejemplos de combinaciones de resina/agente
reticulante térmicamente curables y altamente adecuadas son:
ácido/epoxi, isocianato/hidroxi, carboxi/hidroxialquilamida y
ácido/oxazolina.
Un ejemplo de una dispersión de revestimiento
acuosa de un material en forma de polvo que comprende una
combinación ácido/epoxi es una dispersión en la que como resina
térmicamente curable está presente una resina tipo poliéster
carboxi-funcional y como agente reticulante está,
por ejemplo, presente una resina epoxi de bisfenol A. Ejemplos de
poliésteres carboxi-funcionales comerciales son:
Uralac P3560 (DSM Resins) y Crylcoat 314 (UCB Chemicals). Ejemplos
de resinas epoxi de bisfenol A son Epikote 1055 (Shell) y Araldite
GT 7004 (Ciba
Chemicals).
Chemicals).
Una dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo que comprende una combinación
carboxi/hidroxialquilamida se obtiene la mayoría de las veces a
partir de una resina tipo poliéster
carboxi-funcional y una hidroxialquilamida tal como
Primid XL-552 (EMS). Un ejemplo de una resina
comercial tipo poliéster carboxi-funcional es
Crylcoat 76-17 (UCB Chemicals).
Una dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo que comprende una combinación
isocianato/hidroxi está basada en un agente ligante hidroxi
funcional y un isocianato polifuncional. Los agentes ligantes
hidroxi funcionales pueden, por ejemplo, estar basados en un
poliéster o en un poli(ácido acrílico). El isocianato polifuncional
puede estar bloqueado o sin bloquear. Mezclando una composición que
comprenda el componente A (por ejemplo, un poliéster hidroxi
funcional) y el componente B (por ejemplo, un poliisocianato) justo
antes de la aplicación, pueden usarse isocianatos sin bloquear sin
tener los problemas de una prerreacción extensa entre la resina y el
agente reticulante. Ejemplos de poliésteres hidroxi funcionales
comerciales son: Uralac P5504 (DSM Resins) y Alftalat AN 739
(Vianova Resins). Ejemplos de isocianatos comerciales son Vestagon
B1530, Vestanat T1890 (ambos de Creanova) y Bayhydur 3100
(Bayer).
Una dispersión acuosa basada en la química de una
combinación ácido/oxazolina está basada en un compuesto que contiene
un grupo ácido y en un compuesto que contiene grupos funcionales
oxazolina. El compuesto que contiene un grupo ácido puede ser un
ácido policarboxílico como el ácido sebácico o el ácido
dodecanodiónico, pero también puede ser un polímero que contiene
grupos funcionales ácidos. Este polímero puede, por ejemplo, ser un
poliéster, un poliacrilato o un poliuretano. El compuesto que
contiene grupos funcionales oxazolina puede ser una polioxazolina
como
1,4-fenileno-bis(2-oxazolina)
pero también un polímero que contiene grupos funcionales oxazolina.
Este polímero puede, por ejemplo, ser un poliéster o un
poliacrilato. Ejemplos de polímeros oxazolina funcionales
comercialmente disponibles incluyen Epocros K-1000,
K-2000, WS-500 (todos de Nippon
Shokubai).
También es posible usar una combinación de agente
ligante/agente reticulante que puede curarse por radiación, más en
particular por radiación electromagnética que tenga una longitud de
onda menor que 500 nm, por ejemplo radiación UV o rayos de
electrones.
Ejemplos de composiciones de revestimiento
adecuadas de materiales en forma de polvo curables por radiaciones
se describen en los documentos EP 636669 y EP 702040. En el
documento EP 636669, se describe que las composiciones de resinas
curables por radiaciones comprenden un poliéster insaturado y/o un
poliacrilato insaturado, y un agente reticulante que tiene grupos
funcionales viniléter, viniléster o (met)acrilato. En el
documento EP 702040 se describen mezclas de agente ligante/agente
reticulante tipo poliésteres insaturados/uretano acrilatos curables
con radiaciones.
La dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo que se obtiene en el procedimiento según
la presente invención también puede comprender un pigmento o una
mezcla de pigmentos, un catalizador o una mezcla de catalizadores,
un iniciador o una mezcla de iniciadores, un agente espesante y/o
una mezcla de agentes espesantes, una carga o una mezcla de cargas
y/o un aditivo o una mezcla de aditivos. Estos componentes
adicionales pueden estar presentes en la composición que comprende
el componente A y/o el B. Durante el procedimiento también pueden
dosificarse individualmente uno o más de estos componentes
adicionales. Además, es posible añadir uno o más de estos
componentes adicionales a la dispersión de revestimiento final en
forma de polvo.
Por un aditivo se quiere decir cualquier aditivo
adecuado que esté usualmente presente en una composición de
revestimiento comúnmente aplicada para revestir un sustrato con una
película reticulada. Tal aditivo se selecciona, por ejemplo, de un
agente auxiliar, un agente para favorecer la fluidez, un agente
estabilizante, un agente antisedimentación, un agente tensioactivo,
un agente desgasificante, un agente absorbente de la radiación UV,
un blanqueante óptico, un agente captador de radicales y un agente
antioxidante. Además, puede estar presente cualquier carga conocida
por los expertos en la técnica, por ejemplo sulfato de bario,
sulfato de calcio, carbonato de calcio, sílices o silicatos (tales
como talco, feldespato y/o caolín).
El procedimiento según la invención es altamente
adecuado para preparar una dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo que comprende un pigmento. El pigmento
puede dosificarse individualmente durante o después del
procedimiento, o puede introducirse vía la composición que comprende
el componente A. Se prefiere que el pigmento se añada antes de que
se prepare la dispersión final, permitiendo de este modo la
formación de una dispersión de revestimiento acuosa de un material
en forma de polvo con partículas pequeñas y semejantes a esferas
que tengan un tamaño uniforme, en la que el pigmento está
homogéneamente distribuida. Cuando dicha dispersión se usa para
revestir un sustrato entonces sobre el sustrato se forma una
película reticulada de espesor y aspecto uniformes.
Una dispersión de revestimiento de un material en
forma de polvo obtenida por el procedimiento según la invención
puede aplicarse directamente para revestir un sustrato con una
película reticulada. También es posible añadir a la dispersión uno
o más de los componentes adicionales anteriormente descritos con el
fin de obtener una composición de revestimiento en polvo que
también pueda aplicarse directamente sobre un sustrato. Normalmente,
la dispersión se filtra antes o después de la adición de los
componentes adicionales.
Además, la dispersión o la composición de
revestimiento de un material en forma de polvo puede secarse, por
ejemplo por secado por pulverización, con el fin de obtener una
composición de revestimiento sólida en forma de polvo que comprenda
partículas pequeñas, semejantes a esferas.
La invención se ilustrará adicionalmente con
referencia a los siguientes ejemplos no limitantes, en los que se
aplicaron las siguientes consignas en el aparato para preparar las
dispersiones de revestimiento acuosas de materiales en forma de
polvo:
Aparato: extrusora de doble husillo Leistritz
micro 18-GL 40 D, que comprende las siguientes
zonas, que incluye el tipo de elemento de husillo y la temperatura
aplicadas en cada zona:
| 0 | Transporte | RT | \begin{minipage}[t]{100mm} (alimentación de una composición que comprende el componente A) \end{minipage} |
| 1 | Fusión/amasado | 130ºC | |
| 2 | Fusión/amasado | 130ºC | |
| 3 | Transporte | 90ºC | |
| 4 | Transporte | 90ºC | \begin{minipage}[t]{100mm} (dosificación de un agente dispersante y agua, opcionalmente el componente B) \end{minipage} |
| 5 | Amasado | 90ºC | |
| 6 | Amasado | 90ºC | |
| 7 | Transporte | 90ºC | (dosificación de agua) |
| 9 | Mezclado | 90ºC | |
| RT = temperatura ambiente |
La velocidad del husillo del aparato se ajustó a
25 rpm.
El tamaño medio de las partículas en la
dispersión se midió usando analizador de tamaño de partícula Coulter
LS230. La forma de las partículas se evaluó por microscopía de
barrido electrónico (SEM).
En los ejemplos se usan los siguientes materiales
de partida:
- Uralac P3560
- Un poliéster carboxi funcional, de DSM
- Kronos 2310
- Un pigmento basado en TiO_{2}, de Kronos
- Resiflow PV88
- Un agente de fluencia, de Worlee
- Benzoína
- Un agente desgasificante, de DSM
- Araldite GT7004
- Una resina epoxi de bisfenol A, de Ciba Chemicals
- Crylcoat V76-17
- Un poliéster carboxi funcional, de UCB Chemicals
- Primid XL-552
- Una hidroxilalquilamida, de EMS
- Trigonox 21S
- Un iniciador radical, de Akzo Nobel
- Epocros K-2020E
- Un polímero polioxazolina funcional, de Nippon Shokubai
Se obtuvo una premezcla de agentes ligantes
mezclando 700 partes en peso de Uralac P3560, 300 partes en peso de
Kronos 2310, 15 partes en peso de Resiflow PV88 y 7,5 partes en peso
de benzoína. La premezcla se añadió a una zona 0 de una extrusora
con la configuración anteriormente descrita a una velocidad de 500
g/h. En la zona 4, se añadió una disolución al 15% en peso de
dioctilsulfosuccinato de sodio en agua a un caudal de 125 g/h. En la
zona 7 se añadió agua a un caudal de 415 g/h para obtener una
dispersión acuosa blanca lechosa que comprende el componente resina
de poliéster ácido funcional (componente A). En una etapa separada,
se fabricó una dispersión de resina epoxi alimentando Araldite
GT7004 a la zona 0 de la extrusora a un caudal de 500 g/h. En la
zona 4 se añadió una disolución al 20% en peso de
dioctilsulfosuccinato de sodio en agua a un caudal de 125 g/h. En
la zona 7 se añadió agua a un caudal de 400 g/h para obtener una
dispersión blanca lechosa que comprende la resina epoxi (componente
B). La dispersión de revestimiento acuosa de un material en forma
de polvo que contiene tanto la resina poliéster como la epoxi se
obtuvo mezclando 500 partes en peso de dispersión que comprendía el
componente A y 150 partes en peso de la dispersión que comprendía el
componente B. La dispersión blanca lechosa final tuvo un contenido
de sólidos de alrededor de 50% en peso y un tamaño medio de
partícula de 250 nm. La dispersión se aplicó sobre un panel de acero
hasta un espesor de película en estado seco de 35 \mum, se
presecó a 80ºC durante 10 minutos seguido por curado a 180ºC durante
15 minutos. Se obtuvo un revestimiento de alto brillo con una
resistencia Gardner al impacto de 160 IP.
Se obtuvo una premezcla de agentes ligantes
mezclando 980 partes en peso de Crylcoat V76-17,
12,4 partes en peso de Resiflow PV88 y 7,6 partes en peso de
benzoína. La premezcla se añadió a la zona 0 de una extrusora con la
configuración anteriormente descrita a una velocidad de 473 g/h. En
la zona 4, se añadió una disolución al 12,5% en peso de
dimetiletanolamina en agua a un caudal de 96 g/h y una mezcla de
Primid XL-552/agua al 50% en peso a 49 g/h. En la
zona 7 se añadió agua a un caudal de 382 g/h para obtener una
dispersión de revestimiento acuosa blanca lechosa de un material en
forma de polvo que tenía un contenido de sólidos de 50% en peso, un
pH de 7,1 y el tamaño medio de las partículas semejantes a esferas
fue 190 nm.
La premezcla del ejemplo 2 se añadió a la zona 0
de una extrusora con la configuración anteriormente descrita a una
velocidad de 473 g/h. En la zona 4, se añadió una disolución al
12,5% en peso de dimetiletanolamina en agua a un caudal de 96 g/h.
En la zona 7 se añadió agua a un caudal de 382 g/h para obtener una
dispersión acuosa blanca lechosa de resinas ligantes. En una etapa
separada se agitó una disolución de Primid XL-552
al 50% en peso en agua y se obtuvo una dispersión de revestimiento
acuosa blanca lechosa de un material en forma de polvo que tenía un
contenido de sólidos de 50% en peso, un pH de 7,0 y un tamaño medio
de partícula de 200 nm.
Un depósito de reacción de 10 L equipado con un
agitador, un condensador de reflujo, un dispositivo para la entrada
de nitrógeno y un termómetro, se cargó con 1514 g de
propilenglicolmetiléter y se calentó a la temperatura de reflujo en
un flujo de nitrógeno de 3 L/h. Se preparó una mezcla de
monómero/iniciador que consistía en 483 g de ácido acrílico, 537 g
de metacrilato de butilo, 2640 g de metacrilato de metilo, 1710 g de
acrilato de n-butilo y 268 g de Trigonox 21S (de
Akzo Nobel) y se añadió continuamente en un período de 4 horas.
Después de dosificar la mezcla de monómero/iniciador se añadió una
cantidad adicional de 265 g de propilenglicolmetiléter. Después de
añadir la mezcla de monómero/iniciador, se añadieron 14 g de
Trigonox 21S y 70 g de propilenglicolmetiléter 30 minutos después
de añadir la mezcla de monómero/iniciador. La mezcla total se
mantuvo durante una hora adicional a reflujo. Después que finalizara
la polimerización, medida por una conversión del monómero superior a
98% (1 h a 125ºC) se separó por destilación el disolvente
propilenglicolmetiléter a presión reducida a una temperatura de
hasta 170ºC. La resina sólida final tuvo una Tg de 32ºC, medida por
DSC, y un contenido de sólidos de 99,9%.
Se añadieron 500 g de la resina poliacrílica
ácido funcional preparada en el ejemplo 4 a la zona 0 de una
extrusora con la configuración anteriormente descrita con un caudal
de 500 g/h. En la zona 4, se añadieron una disolución al 25% en peso
de dimetiletanolamina en agua a un caudal de 45,6 g/h y agua a un
caudal de 99,2 g/h. En la zona 7, se añadió agua a un caudal de 435
g/h para obtener una dispersión acuosa blanca lechosa que tenía un
contenido de sólidos de 46,3% en peso. El tamaño medio de las
partículas semejantes a esferas fue 178 nm. Para la preparación de
la dispersión basada en la combinación ácido/oxazolina se mezclaron
54 partes en peso de la dispersión de la resina poliacrílica y 46
partes en peso de Epocros K2020E y se aplicaron sobre un panel de
acero hasta un espesor de película en estado seco de 50 \mum, se
presecó a 80ºC durante 10 minutos seguido por curado a 150ºC durante
20 minutos. Se obtuvo un revestimiento transparente de alto brillo
con una dureza con péndulo de 186 s y una resistencia a los
disolventes de 200 frotamientos dobles con MEK.
En la tabla 1 se presenta un resumen de las
propiedades de las dispersiones de revestimiento de materiales en
polvo de los ejemplos 2 y 3 después de la aplicación sobre paneles
de acero y el curado a 180ºC durante 15 minutos. Como comparación,
se aplicó una composición de revestimiento sólida en forma de polvo
basada en la misma composición química presente en las dispersiones
acuosas de materiales en polvo descritas en los ejemplos 2 y 3.
Las propiedades de las películas reticuladas
formadas sobre los paneles de acero se midieron después de almacenar
a temperatura ambiente durante al menos 24 horas.
El espesor de la película se midió según la norma
ASTM D1186.
El brillo a 20º se midió según la norma ASTM
D523.
La resistencia al impacto (directa/inversa) se
midió según la norma ASTM D2794.
El ensayo de adhesión por corte cruzado se llevó
a cabo según la norma ISO 2409.
La determinación de la resistencia al rayado se
llevó a cabo según la norma ASTM D1474.
La resistencia al disolvente MEK se llevó a cabo
según la norma ISO 2812.
| Propiedades | Composición de revestimiento | Ejemplo 2 | Ejemplo 3 |
| sólida en polvo | |||
| Espesor de la película (\mum) | 50 | 23-25 | 24-25 |
| Brillo 20º | 80 | 85 | 76 |
| Resistencia al impacto | > 160 | > 160 | > 160 |
| Corte cruzado | > 1 | 0 | 0 |
| Resistencia al rayado | H-2H | HB-F | HB-F |
Se concluyó que las películas obtenidas a partir
de las dispersiones de revestimiento de materiales en forma de polvo
son más finas que las películas obtenidas a partir de la composición
de revestimiento sólida en polvo, y que las propiedades de las
películas que se han obtenido a partir de las mismas materias primas
básicas son del mismo nivel.
Claims (17)
1. Un procedimiento para preparar una dispersión
de revestimiento acuosa de un material en forma de polvo que
comprende los componentes A y B, en la que el componente A es una
resina ligante o una mezcla de resinas ligantes y el componente B es
un agente reticulante o una mezcla de agentes reticulantes, o el
componente A es un agente reticulante o una mezcla de agentes
reticulantes y el componente B es una resina ligante o una mezcla de
resinas ligantes, en el que:
- a)
- Se añade un medio acuoso a una composición que comprende una fase continua de componente A para formar, vía un procedimiento de emulsión por inversión de fases, una fase continua del medio acuoso con el componente A dispersado en la misma,
- b)
- Añadiéndose simultáneamente el componente B con, o después de, la adición del medio acuoso, y
- c)
- Realizándose, opcionalmente, una etapa de mezclado de la composición obtenida para obtener una dispersión que comprende los componentes A y B.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el componente B se dispersa en un medio
acuoso antes de que se añada a la sustancia que comprende el
componente A.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el componente B se dispersa en un medio
acuoso después de que se añada a la sustancia que comprende el
componente A.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el componente B se añade a una
disolución acuosa a la sustancia que comprende el componente A.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que el componente B se añade a la sustancia que comprende el
componente A justo antes de la aplicación sobre un sustrato de la
dispersión acuosa de un material en polvo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la dispersión de revestimiento de un
material en polvo comprende una mezcla de agente ligante/agente
reticulante que es curable a temperatura ambiente.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el componente B se añade simultáneamente
con el medio acuoso.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
dispersión de revestimiento acuosa obtenida de un material en forma
de polvo comprende un pigmento.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en el que el medio acuoso
comprende un agente dispersante.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el agente dispersante es un agente
neutralizante que puede formar aniones con los grupos funcionales
presentes en la resina y/o en el agente reticulante.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en
el que el punto de ebullición del agente neutralizante está por
debajo de la temperatura de curado de la composición de
revestimiento sólida en forma de polvo.
12. Procedimiento según la reivindicación 10 u
11, en el que el agente neutralizante es una amina terciaria o
amoníaco.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-12, en el que todas las etapas
del procedimiento se llevan a cabo en una extrusora.
14. Procedimiento para preparar una composición
de revestimiento en forma de polvo, caracterizado porque uno
o más componentes adicionales, seleccionados de pigmentos, agentes
espesantes, catalizadores, iniciadores, aditivos y cargas adecuadas,
se añaden a una dispersión de revestimiento acuosa de un material en
forma de polvo que se obtiene según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes y que la dispersión se filtra antes o
después de la adición de dichos componentes adicionales.
15. Procedimiento para preparar una composición
de revestimiento sólida en polvo, caracterizado porque la
composición de revestimiento sólida en polvo se prepara secando la
dispersión acuosa de revestimiento de un material en forma de polvo
obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-14.
16. Dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo obtenible según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-14, que comprende una mezcla
homogénea de una resina, un agente reticulante y, opcionalmente, un
pigmento, un agente espesante, un catalizador, un iniciador y/o uno
o más aditivos, caracterizada porque la resina y/o el agente
reticulante comprende grupos funcionales ácido carboxílico, ácido
sulfónico y/o ácido fosfónico.
17. Dispersión de revestimiento acuosa de un
material en forma de polvo según la reivindicación 16,
caracterizada porque el tamaño medio de partícula de las
partículas presentes en la dispersión está en el intervalo de 50 a
800 nm.
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2001
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