ES2259363T3 - Sistema acelerador del curado de resinas epoxidicas. - Google Patents
Sistema acelerador del curado de resinas epoxidicas.Info
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Abstract
La utilización de un sistema acelerador para curar al menos parcialmente una resina epoxídica para formar un gel-coat, comprendiendo dicho sistema agua y al menos una sal inorgánica que contiene el ión nitrato y que se encuentra en solución acuosa en dicha agua, caracterizada porque el sistema acelerador está exento de alcohol, porque la sal inorgánica comprende nitrato cálcico, y porque la reducción en la temperatura de transición vítrea (Tg) del gel-coat curado es inferior a 10º C con respecto a un gel-coat no-acelerado similar.
Description
Sistema acelerador del curado de resinas
epoxídicas.
La presente invención se refiere a un sistema
acelerador para las resinas epoxídicas y a un procedimiento para
curar las resinas epoxídicas mediante la utilización de un sistema
como éste.
Las resinas epoxídicas se curan típicamente
mediante una reacción entre un prepolímero que contiene un grupo
terminal epoxídico y un "endurecedor", es decir un nucleófilo
multifuncional, tal como una amina o una parte que contiene
hidroxilo. Esta curación tiene lugar normalmente a una temperatura
elevada impuesta por la naturaleza de la especie prepolimérica
involucrada.
Antes de la curación, estos materiales tienden a
ser líquidos viscosos y como tales la mezcla prepolimérica tiene un
punto asociado de gel, que es el punto a temperatura ambiente a la
cual el líquido viscoso se transforma en gel y no muestra ninguna
tendencia a la fluencia. El tiempo que lleva alcanzar el punto de
gel varía pero es típicamente del orden de 6 horas.
Se conoce a partir de la US 5198146 la
incorporación de un denominado "acelerador" en forma de una
solución alcohólica de nitrato cálcico, en la resina epoxídica o en
el componente endurecedor amínico del sistema de
gel-coat con el fin de reducir el tiempo de gel. Se
ha descubierto que existe un inconveniente significativo asociado a
la utilización de un acelerador común de solución alcohólica
monohídrica de nitrato cálcico por lo que consecuentemente se reduce
mucho la temperatura de transición vítrea (Tg) del
gel-coat final curado. Típicamente, la Tg de este
gel-coat se reduce de aproximadamente 40ºC con
respecto a un gel-coat derivado de un sistema de
gel-coat no-acelerado. Como la Tg
tiene un profundo efecto sobre las propiedades del
gel-coat curado, una reducción de la magnitud
mencionada anteriormente tenderá a perjudicar de forma significativa
las propiedades del gel-coat curado.
La presente invención tratar de producir un
sistema de gel-coat que tenga un tiempo de gel muy
reducido a temperatura ambiente, cuando se compara con un sistema de
gel-coat no-acelerado, sin afectar
negativamente a la Tg del gel-coat curado, hasta el
mismo punto que los sistemas del arte anterior, y por lo tanto a las
propiedades del gel-coat curado.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención se proporciona la utilización de un sistema acelerador
para curar al menos parcialmente la resina epoxídica para formar un
gel-coat, comprendiendo dicho sistema agua y al
menos una sal inorgánica que contiene el ión nitrato y que se
encuentra en solución acuosa en dicha agua, caracterizada porque el
sistema acelerador está exento de alcohol, porque la sal inorgánica
comprende nitrato cálcico, y porque la reducción de la temperatura
de transición vítrea (Tg) en el gel-coat curado es
inferior a 10ºC con respecto a un gel-coat
no-acelerado similar.
Ventajosamente, el sistema de
gel-coat de la presente invención que comprende una
solución no-alcohólica de una sal de nitrato
inorgánica provoca una reducción significativa en el tiempo de gel
observado a temperatura ambiente, desde aproximadamente 6 horas
hasta aproximadamente 1 hora. Otra ventaja sorprendente del sistema
de gel-coat de la presente invención es que la Tg
del gel-coat curado permanece sustancialmente sin
cambios con respecto a un gel-coat
no-acelerado similar. Típicamente, se observa una
reducción en la Tg del gel-coat curado inferior a
10ºC en comparación con una reducción de aproximadamente 40ºC cuando
se incluye como acelerador una solución alcohólica de nitrato
cálcico.
La utilización de nitrato cálcico acuoso
ocasiona todavía otra ventaja del sistema de
gel-coat de la presente invención; es decir que se
necesita menos cantidad de la solución acuosa de nitrato cálcico en
comparación con el sistema del arte anterior que contiene alcohol de
la US 5198146 con el fin de lograr características similares de
tiempo de gel como resultado del nitrato cálcico que es más soluble
en agua que en alcohol. La cantidad de agua de cristalización en el
nitrato cálcico sólido, antes de disolverse en agua, es inmaterial.
Tanto el nitrato cálcico deshidratado como el nitrato cálcico
tetrahidratado funcionan igual de bien como aceleradores.
Ventajosamente el sistema de
gel-coat de la presente invención es estable al
envejecimiento y a la acción de la radiación de ultravioletas (UV).
Esta estabilidad a los UV se consigue sin tener en cuenta la
presencia o no del acelerador, es decir que el acelerador no
contribuye a la estabilidad a los UV. De acuerdo con un segundo
aspecto de la presente invención se proporciona un procedimiento
para curar al menos parcialmente una resina epoxídica para formar un
gel-coat, comprendiendo el procedimiento el paso de
mezclar conjuntamente un componente prepolimérico que contiene un
grupo epóxido con un endurecedor, y un sistema acelerador del tipo
descrito anteriormente aquí.
El acelerador constituye preferentemente del 1%
en peso al 10% en peso de la mezcla prepolimérica total y constituye
típicamente un 4,5% en peso.
La temperatura de operación del procedimiento de
la invención se encuentra idóneamente en el rango de 15ºC a 25ºC. El
procedimiento se lleva a cabo normalmente a temperatura
ambiente.
La solución acuosa de nitrato cálcico puede
almacenarse en el componente de resina epoxídica y/o el componente
endurecedor del sistema de gel-coat de la presente
invención antes de mezclar conjuntamente los dos componentes.
El sistema de gel-coat de la
presente invención se prepara idóneamente mediante la combinación de
una solución acuosa de nitrato cálcico con un monómero discreto (es
decir no un líquido viscoso) que lleva un grupo terminal epóxido.
Entonces esta mezcla combinada se mezcla además con una composición
que contiene nucleófilos multifuncionales tal como una amina, que
actúa como endurecedor, que por lo tanto da origen al sistema de
gel-coat descrito aquí.
Los endurecedores preferidos incluyen las
diaminas tales como la isoforón-diamina o la TCD
diamina.
El gel-coat curado que resulta
del sistema de gel-coat de la presente invención
puede encontrar su utilidad como recubrimiento para estructuras
compuestas; es decir estructuras basadas en fibras de refuerzo y
matrices poliméricas que pueden contener opcionalmente un material
de alma tal como alveolar o balsa. En particular, el sistema de
gel-coat puede ser utilizado para recubrir grandes
componentes compuestos como las palas eólicas, que están hechas
normalmente de compuestos de resina reforzados con fibra de vidrio
(Prepreg u otro).
Alternativamente, el sistema de
gel-coat de la presente invención puede utilizarse
como recubrimiento de reparación para reparar los substratos
recubiertos ya existentes.
El sistema de gel-coat de la
presente invención se aplica idóneamente al substrato como película
que tiene un espesor del orden de 0,1-1 mm.
Para que la presente invención se entienda con
más facilidad, ahora se describirá además el sistema de
gel-coat de la presente invención a modo de ejemplo
solamente con relación a los siguientes ejemplos.
Composición | Componente | Proporción (%) | Función |
Acelerador | Ca(No_{3})_{2}.4H_{2}O | 66 | Acelerador |
Agua | 33 | Disolvente | |
Composición A | Araldite DY-T/CH | 68-88 | Prepolímero que contiene |
un grupo terminal epóxido | |||
Dióxido de titanio | 29-57 | Pigmento | |
Sílice | 1-10 | Tixotropo | |
Composición B | Isoforón-diamina | 91,3 | Endurecedor |
Sílice | 1-10 | Tixotropo | |
ARALDITE es una marca registrada de Vantico. |
Se preparó una solución acuosa de nitrato
cálcico tetrahidratado mediante la disolución de 2 partes (en peso)
de nitrato cálcico tetrahidratado en 1 parte de agua. Se añadieron
entonces 4,5 partes de esta solución aceleradora a 100 partes de la
Composición A (descrita en el Cuadro 1) dando origen al componente
de resina epoxídica del sistema de gel-coat descrito
aquí. Se mezclaron entonces 100 partes del componente de resina
epoxídica con 28 partes de la Composición B (descrita en el Cuadro
1).
Se dejó gelificar entonces el
gel-coat resultante a temperatura ambiente antes de
curarlo durante 4 horas a 80ºC. Se descubrió que el
gel-coat curado resultante tenía una Tg de 83ºC.
En un experimento comparativo se dejó gelificar
la misma mezcla de componentes a temperatura ambiente antes de
curarla durante 1 hora a 120ºC. Se descubrió que el
gel-coat curado resultante tenía una Tg de 83ºC.
En una segunda realización del sistema de
gel-coat de la presente invención se modifica el
endurecedor con el fin de proporcionar un sistema que sea adecuado
como recubrimiento de reparación.
Composición | Componente | Proporción (%) | Función |
Composición B | TCD Diamina | 94-14 | Endurecedor |
Sílice | 1-10 | Tixotropo |
La TCD Diamina, tal como la suministra Celanese
Chemicals Europe GmbH, comprende
3(4),8(\alpha)-bis-(amino-metil)-triciclo-[5.2.1.0^{2,6}]-decano-octahidro-4,7-metanoindén-1(2),5(6)-dimetano-amina.
El componente de resina epoxídica del sistema de
gel-coat se prepara de forma semejante a la del
Ejemplo 1.
100 partes del Componente A de resina epoxídica
mencionada anteriormente se mezclaron entonces con 28 partes de la
Composición B (descrita en el Cuadro 2).
Se dejó gelificar entonces el
gel-coat resultante a temperatura ambiente antes de
curarlo durante 1 hora a 55ºC. Se descubrió que el
gel-coat curado resultante tenía una Tg de 66ºC.
Por supuesto se debe entender que la invención
no pretende limitarse a los detalles de la realización anterior los
cuales están descritos a modo de ejemplo solamente.
Claims (14)
1. La utilización de un sistema acelerador para
curar al menos parcialmente una resina epoxídica para formar un
gel-coat, comprendiendo dicho sistema agua y al
menos una sal inorgánica que contiene el ión nitrato y que se
encuentra en solución acuosa en dicha agua, caracterizada
porque el sistema acelerador está exento de alcohol, porque la sal
inorgánica comprende nitrato cálcico, y porque la reducción en la
temperatura de transición vítrea (Tg) del gel-coat
curado es inferior a 10ºC con respecto a un gel-coat
no-acelerado similar.
2. La utilización de un sistema acelerador según
la reivindicación 1, caracterizada porque el
gel-coat se forma a una temperatura situada en el
rango de 15ºC a 25ºC.
3. La utilización de un sistema acelerador según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la resina epoxídica está curada al menos parcialmente en
presencia de un endurecedor nucleofílico.
4. La utilización de un sistema acelerador según
la reivindicación 3, caracterizada porque el endurecedor
comprende una amina.
5. La utilización de un sistema acelerador según
la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizada
porque el endurecedor comprende una diamina.
6. Un procedimiento para curar al menos
parcialmente una resina epoxídica para formar un
gel-coat, comprendiendo el procedimiento el paso de
mezclar conjuntamente un componente prepolimérico que contiene un
grupo epóxido con un endurecedor y un sistema acelerador,
comprendiendo dicho sistema acelerador agua y al menos una sal
inorgánica que contiene el ión nitrato y que se encuentra en
solución acuosa en dicha agua, caracterizado porque el
sistema acelerador está exento de alcohol, porque la sal inorgánica
comprende nitrato cálcico, y porque la reducción en la temperatura
de transición vítrea (Tg) del gel-coat curado es
inferior a 10ºC con respecto a un gel-coat
no-acelerado similar.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el sistema acelerador constituye del 1%
en peso al 10% en peso de la mezcla prepolimérica de prepolímero,
endurecedor y acelerador.
8. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque el procedimiento
se realiza a una temperatura situada en el rango de 15ºC a 25ºC.
9. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el endurecedor
comprende un material nucleofílico.
10. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el endurecedor
comprende una amina.
11. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque el endurecedor
comprende una diamina.
12. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque el acelerador
se mezcla con la resina antes de mezclarlo con el endurecedor.
13. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque el acelerador
se mezcla con el endurecedor antes de mezclarlo con la resina.
14. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 13, caracterizado porque el
gel-coat, tal como se aplica a un substrato, tiene
un espesor situado en el rango de 0,1 mm a 1 mm.
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