ES2262802T3 - Union de un fluoropolimero. - Google Patents

Union de un fluoropolimero.

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ES2262802T3 ES02725015T ES02725015T ES2262802T3 ES 2262802 T3 ES2262802 T3 ES 2262802T3 ES 02725015 T ES02725015 T ES 02725015T ES 02725015 T ES02725015 T ES 02725015T ES 2262802 T3 ES2262802 T3 ES 2262802T3
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William J. Schulz
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Abstract

Un método para unir un fluoropolímero a un substrato orgánico, que comprende: proporcionar un fluoropolímero que tiene una superficie, proporcionar un substrato orgánico que tiene una superficie, teniendo dicho substrato orgánico una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino, incorporada a él, tal que cuando las superficies entran en contacto, la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente, y poner en contacto las superficies y calentar el fluoropolímero y el substrato hasta una temperatura durante un tiempo suficiente para unir el fluoroplástico y el substrato para formar un artículo unido.

Description

Unión de un fluoropolímero.
Esta invención se refiere a métodos y a composiciones para unir un fluoropolímero a un substrato.
Los polímeros que contienen flúor (conocidos también como "fluoropolímeros") son una clase de materiales útiles comercialmente. Los fluoropolímeros incluyen, por ejemplo, fluoroelastómeros reticulados y fluoropolímeros vítreos o semicristalinos. Los fluoropolímeros tienen generalmente elevada estabilidad térmica y son particularmente útiles a temperaturas elevadas. También puede presentar flexibilidad y tenacidad extrema a temperaturas muy bajas. Muchos de estos fluoropolímeros son casi totalmente insolubles en una amplia variedad de disolventes y generalmente son resistentes químicamente. Algunos tienen una pérdida dieléctrica extremadamente baja y una resistencia dieléctrica elevada, y pueden tener propiedades de baja fricción y no adhesivas extraordinarias. Los fluoroelastómeros, particularmente los copolímeros de fluoruro de vinilideno con otros monómeros halogenados insaturados etilénicamente tales como hexafluoropropileno, tienen particular utilidad en aplicaciones a temperatura elevada tales como juntas herméticas, juntas de estanqueidad y revestimientos.
Las construcciones multicapas que contienen un fluoropolímero encuentran una amplia aplicación industrial. Tales construcciones tienen utilidad, por ejemplo, en mangueras para tuberías de combustible y recipientes relacionados, y mangueras o juntas de estanqueidad en el campo del procesamiento químico. La adhesión entre las capas de un artículo multicapas puede necesitar satisfacer diversas normas de rendimiento dependiendo del uso del artículo acabado. Sin embargo, a menudo es difícil establecer fuerzas de unión elevadas cuando una de las capas es un fluoropolímero, debido en parte a las cualidades no adhesivas de los fluoropolímeros. Se han propuesto diversos métodos para tratar este problema. Una propuesta es usar una capa adhesiva o adhesivo de coextrusión entre la capa de fluoropolímero y la segunda capa polimérica. Los tratamientos superficiales para la capa de fluoropolímero, incluyendo el uso de potentes agentes reductores (p.ej, naftaluro de sodio) y descarga corona, también se han empleado para aumentar la adhesión. En el caso de fluoropolímeros que contienen unidades interpolimerizadas derivadas de fluoruro de vinilideno, se ha usado la exposición del fluoropolímero a un agente deshidrofluorante tal como una base, así como reactivos de poliamina aplicados a la superficie del fluoropolímero o incorporados dentro del mismo fluoropolímero.
Una estructura multicapas incluye un fluoropolímero unido a un substrato. La estructura se prepara calentado una composición de unión, y opcionalmente bajo presión, para formar la unión. La composición de unión incluye un organosilano sustituido con amino. La composición de unión incluye materiales no adhesivos.
En un aspecto, un método para unir un fluoropolímero a un substrato orgánico, incluye
proporcionar un fluoropolímero que tiene una superficie,
proporcionar un substrato orgánico que tiene una superficie,
teniendo dicho substrato orgánico una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino, incorporada a él, tal que, cuando las superficies entran en contacto, la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente, y
poner en contacto las superficies y calentar el fluoropolímero y el substrato hasta una temperatura durante un tiempo suficiente para unir el fluoroplástico y el substrato para formar un artículo unido.
En otro aspecto, un método para unir un fluoropolímero a un substrato incluye extruir una mezcla de un fluoropolímero y una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino que tiene un sustituyente hidrolizable, poner en contacto una superficie de la mezcla extruida con una superficie de un substrato, y calentar las superficies puestas en contacto hasta una temperatura durante un tiempo suficiente para unir el fluoropolímero y el substrato para formar un artículo unido.
En otro aspecto más, un artículo unido incluye
un fluoropolímero que tiene una superficie en contacto con un substrato orgánico que tiene una superficie, y
una composición de unión que comprende un organosilano sustituido con amino incorporada a dicho substrato de tal modo que la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente.
En otro aspecto, un artículo laminado incluye una primera capa que tiene una superficie, y un substrato que tiene una superficie en contacto con la superficie de la primera capa, en el que la primera capa incluye un fluoropolímero y una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino. El substrato puede incluir un substrato inorgánico, tal como un metal o un vidrio, o un substrato orgánico, tal como un polímero no fluorado. El fluoropolímero puede incluir un polímero derivado de un monómero seleccionado del grupo que consiste en un monómero de fluoruro de vinilideno, y etileno combinado con un comonómero, seleccionándose el comonómero del grupo que consiste en tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno, clorotrifluoroetileno, 3-cloropentafluoropropeno, un vinil éter perfluorado, fluoruro de vinilo y una diolefina que contiene flúor.
El organosilano sustituido con amino puede tener un sustituyente hidrolizable. El organosilano sustituido con amino puede ser 3-aminopropiltrimetoxisilano, 3-aminopropiltrietoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrimetoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrietoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetildimetoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropiltris(2-etilhexoxi)silano, 6-(aminohexilaminopropil)trimetoxisilano, 4-aminobutiltrimetoxisilano, 4-aminobutiltrietoxisilano, p-aminofeniltrimetoxisilano, 3-(1-aminopropoxi)-3,3,-dimetil-1-propeniltrimetoxisilano, 3-aminopropiltris(metoxietoxietoxi)silano, 3-aminopropilmetildietoxisilano, 3-aminopropiltrimetoxisilano, o aminoundeciltrimetoxisilano.
La composición de unión puede incluir un catalizador de transferencia de fases o un catalizador ácido. Preferiblemente, el catalizador de transferencia de fases o catalizador ácido puede ser una sal de fosfonio, una sal de amonio, un compuesto de sulfonilo fluoroalifático, un ácido perfluoroalquilcarboxílico, o un ácido arilcarboxílico.
Los materiales multicapas unidos pueden tener propiedades físicas y químicas combinadas que tienen ambos, los fluoropolímeros y los polímeros no fluorados, dando como resultado artículos con buen rendimiento y menos caros. Por ejemplo, el componente fluoropolímero se puede usar en mangueras automotrices y contenedores, películas antisuciedad, cintas adhesivas PSA (sensibles a la presión) de baja energía superficial y revestimientos para aviones. El proceso de unión es una laminación fotoquímica suave que puede promover la adhesión entre un fluoropolímero y un substrato. La composición de unión se puede usar para formar un artículo compuesto que tiene un revestimiento de fluoropolímero sobre un metal conductor y lustroso, para protegerle de la corrosión, un revestimiento de fluoropolímero sobre fibras de vidrio para aumentar su resistencia mecánica y resistencia química para telecomunicación, o una capa de fluoropolímero unida a un substrato de hidrocarburo en un material multicapas.
Los detalles de una o más realizaciones de la invención se indican en los dibujos adjuntos y en la descripción que se da a continuación. Otras características, objetivos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción y de los dibujos, y a partir de las reivindicaciones.
La Fig. 1 es una vista transversal de un artículo multicapas.
Una capa de fluoropolímero se puede unir sobre una superficie de un substrato para formar, por ejemplo, un material laminado. El material laminado puede contener dos o más capas. Haciendo referencia a la Fig. 1, el material laminado (10) incluye una capa de fluoropolímero (20) y el substrato (30). La composición de unión (40) está en contacto con la interfase entre la capa de fluoropolímero (20) y el substrato (30). El calentamiento de la composición de unión fomenta la unión entre la capa de fluoropolímero (20) y el substrato (30).
La composición de unión incluye un organosilano sustituido con amino. El organosilano sustituido con amino puede tener un sustituyente hidrolizable; por ejemplo, puede ser un trialcoxisilano. Por ejemplo, el organosilano sustituido con amino puede tener la fórmula
H_{2}N-L-SiXX'X''
donde L es un alquileno C1-12 de cadena lineal divalente, un cicloalquileno C3-8, un anillo heterocicloalquileno de 3-8 miembros, alquenileno C1-12, cicloalquenileno C3-8, anillo heterocicloalquenileno de 3-8 miembros, arileno o heteroarileno. L está sustituido opcionalmente con alquilo C1-4, alquenilo C2-4, alquinilo C2-4, alcoxi C1-4, hidroxilo, halo, carboxilo, amino, nitro, ciano, cicloalquilo C3-6, heterocicloalquilo de 3-6 miembros, arilo monocíclico, anillo de heteroarilo de 5-6 miembros, alquil(C1-4)carboniloxi, alquil(C1-4)oxicarbonilo, alquil(C1-4)carbonilo, formilo, alquil(C1-4)carbonilamino, o aminocarbonilo C1-4. Además, L está opcionalmente interrumpida por -O-, -S-, -N(Rc)-, -N(Rc)-C(O)-, -N(Rc)-C(O)-O-, -O-C(O)-N(Rc)-, -N(Rc)-C(O)-N(Rd)-, -O-C(O)-, - C(O)-O-, o -O-C(O)-O-. Cada Rc y Rd, independientemente es hidrógeno, alquilo, alquenilo, alquinilo, alcoxi, hidroxilalquilo, hidroxilo, o haloalquilo; y cada X, X' y X'' es un grupo alquilo C1-18, halógeno, alcoxi C1-8, alquil(C1-8)carboniloxi, o amino. Cuando el organosilano sustituido con amino tiene un sustituyente hidrolizable, al menos uno de X, X' y X'' no es alquilo. Además, dos cualquiera de X, X' y X'' se pueden unir mediante un enlace covalente. El grupo amino puede ser un grupo alquilamino.
Ejemplos de organosilanos sustituido con amino incluyen 3-aminopropiltrimetoxisilano, 3-aminopropiltrietoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrimetoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrietoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetildimetoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropiltris(2-etilhexoxi)silano, 6-(aminohexilaminopropil)trimetoxisilano, 4-aminobutiltrimetoxisilano, 4-aminobutiltrietoxisilano, p-aminofeniltrimetoxisilano, 3-(1 -aminopropoxi)- 3,3,-dimetil-1-propeniltrimetoxisilano, 3-aminopropiltris(metoxietoxietoxi)silano, 3-aminopropilmetildietoxisilano, 3-aminopropiltrimetoxisilano, y aminoundeciltrimetoxisilano.
El catalizador de transferencia de fases o catalizador ácido facilita la unión eficaz mediante, por ejemplo, la disolución parcial en el fluoropolímero o en el substrato o en ambos. El catalizador de transferencia de fases puede ser un compuesto de amonio, un compuesto de fosfonio, un compuesto de sulfonio, un compuesto de sulfoxonio, un compuesto de iodonio, un compuesto de sulfonilo fluoroalifático, un ácido perfluorocarboxílico, un ácido arilcarboxílico, o sus combinaciones. Los ejemplos incluyen cloruro de benciltrifenilfosfonio, cloruro de benciltributilamonio, una sal de arilamonio, un cloruro de triarilsulfonio. Se describen otros ejemplos de compuestos que absorben luz, en p.ej., Fukushi, patente de EE.UU nº 5.658.671, "Fluoroelastomer Coating Composition," incorporada a esta como referencia.
El fluoropolímero puede ser un polímero parcialmente fluorado. Por ejemplo, el fluoropolímero puede ser procesable en estado fundido, tal como en el caso de un terpolímero de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno (THV), poli(fluoruro de vinilideno)(PVDF), y otros fluoroplásticos que se pueden procesar en estado fundido, o puede ser no procesable en estado fundido tal como en el caso de copolímeros PTFE modificados, tal como un copolímero de TFE y niveles bajos de vinil éteres fluorados y fluoroelastómeros. Los fluoroelastómeros se pueden procesar antes de curarlos por moldeo por compresión o inyección u otros métodos asociados normalmente a los termoplásticos. Los fluoroelastómeros tras curarlos o reticularlos no se pueden procesar adicionalmente. En realizaciones preferidas, el fluoropolímero puede incluir THV, PVDF o sus mezclas.
Preferiblemente, el fluoropolímero es un material que se puede extruir. Tales fluoropolímeros son típicamente fluoroplásticos que tienen temperaturas de fusión en el intervalo de aproximadamente 100 a aproximadamente 330ºC, más preferiblemente de aproximadamente 150 a aproximadamente 270ºC. Los fluoroplásticos preferidos incluyen unidades interpolimerizadas derivadas de VDF y fluoroetileno y pueden incluir además unidades interpolimerizadas derivadas de otros monómeros que contienen flúor, monómeros que no contienen flúor, o una combinación de los mismos. Los ejemplos de monómeros que contienen flúor adecuados, incluyen tetrafluoroetileno (TFE), hexafluoropropileno (HFP), clorotrifluoroetileno (CTFE), 3-cloropentafluoropropeno, vinil éteres perfluorados (p.ej., perfluoroalcoxi-vinil éteres tales como CF_{3}OCF_{2}CF_{2}CF_{2}OCF=CF_{2} y perfluoroalquil-vinil éteres tales como CF_{3}OCF=CF_{2} y CF_{3}CF_{2}CF_{2}OCF=CF_{2}), fluoruro de vinilo y diolefinas que contienen flúor tales como perfluorodialil éter y perfluoro-1,3-butadieno. Ejemplos de monómeros que no contienen flúor adecuados incluyen monómeros olefínicos tales como etileno, propileno y similares.
Los fluoroplásticos que contienen VDF se pueden preparar usando técnicas de polimerización en emulsión como se describe en, p. ej., Sulzbach et al., patente de EE.UU. nº 4.338.237 o Grootaert, patente de EE.UU. nº 5.285.002, que se incorporan a esta como referencia. Los fluoroplásticos que contienen VDF disponibles comercialmente, útiles, incluyen, por ejemplo, los fluoropolímeros THV^{TM} 200, THV^{TM} 400, THV^{TM} 500G, THV^{TM} 610X (disponibles en Dyneon LLC, St. Paul, MN), el fluoropolímero KYNAR^{TM} 740 (disponible en Atochem North America, Philadelphia, PA), HYLAR^{TM} 700 (disponible en Ausimont EE.UU., Inc., Morristown, NJ), y FLUOREL^{TM} FC-2178 (disponible en Dyneon LLC).
Un fluoroplástico particularmente útil incluye unidades interpolimerizadas derivadas de al menos TFE y VDF en el que la cantidad de VDF es al menos 0,1% en peso, pero menor que 20% en peso. Preferiblemente, la cantidad de VDF abarca de 3-15% en peso, más preferiblemente de 10-15% en peso.
Ejemplos de fluoroelastómeros adecuados incluyen copolímeros de VDF-HFP, terpolímeros de VDF-HFP-TFE, copolímeros de TFE-propileno y similares.
Otros ejemplos de fluoropolímeros incluyen THV^{TM} (un terpolímero de CF_{2}=CF_{2}/CF_{3}CF=CF_{2}/CF_{2}=CH_{2}), THE (un terpolímero de CF_{2}=CF_{2}/CF_{3}CF=CF_{2}/CH_{2}=CH_{2}), PVDF-HV (un copolímero CF_{2}=CH_{2} (85% en peso)/CF_{3}CF=
CF_{2} (15% en peso)) y PVDF-CV (un copolímero de CF_{2}=CH_{2} (85% en peso)/CF_{2}=CFCl (15% en peso)).
El substrato puede incluir un substrato inorgánico, tal como un metal o un vidrio inorgánico, o un substrato orgánico, tal como un fluoropolímero o un polímero no fluorado. Alternativamente, el substrato puede ser un material compuesto orgánico-inorgánico. El metal puede ser cobre o acero inoxidable. El vidrio inorgánico puede ser un silicato. El polímero no fluorado puede ser una poliamida, una poliolefina, un poliuretano, un poliéster, una poliimida, una poliimida, un poliestireno, un policarbonato, una policetona, una poliurea, un poliacrilato, y un poli(metacrilato de metilo), o una mezcla de los mismos. Por ejemplo, el polímero no fluorado puede ser un elastómero no fluorado, tal como caucho de acrilonitrilo-butadieno (NBR), caucho de butadieno, polietileno clorado y clorosulfonado, caucho de cloropreno, caucho de monómero de etileno-propileno (EPM), caucho de monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), caucho de epiclorohidrina (ECO), caucho de poliisobutileno, caucho de poliisopreno, caucho de polisulfuro poliuretano, caucho de silicona, mezclas de poli(cloruro de vinilo) y NBR, caucho de estireno butadieno (SBR), caucho de copolímero de etileno-acrilato, y caucho de etileno-acetato de vinilo. Los copolímeros adecuados de etileno-acetato de vinilo incluyen ELVAX^{TM} disponible en E.I DuPont de Nemours Co., Wilmington, DE.
Las poliamidas útiles como el polímero no fluorado generalmente se encuentran disponibles comercialmente. Por ejemplo, las poliamidas tales como cualquiera de los nailon bien conocidos están disponibles en varias fuentes. Las poliamidas particularmente preferidas son nailon-6, nailon-6,6, nailon-11 y nailon-12. Se debe indicar que la selección un material de poliamida particular se debe basar en los requisitos físicos de la aplicación particular del artículo multicapas. Por ejemplo, el nailon-6 y nailon-6,6 ofrece mejores propiedades de resistencia térmica que el nailon-11 y nailon-12, mientras que el nailon-11 y nailon-12 ofrece mejores propiedades de resistencia química. Además, se pueden usar otros materiales de nailon tales como nailon-6,12, nailon-6,9, nailon-4, nailon-4,2, nailon-4,6, nailon-7, y nailon-8, así como poliamidas que contienen anillos tales como nailon-6,T y nailon-6,1. Los nailon adecuados incluyen VESTAMID^{TM} L2140, un nailon-12 disponible en Creanova, Inc. de Somerset, NJ. También se pueden usar poliamidas que contienen poliéteres, tales como poliamidas PEBAX^{TM} (Atochem North America, Philadelphia, PA).
Los polímeros de poliuretano útiles incluyen poliuretanos alifáticos, cicloalifáticos, aromáticos y policíclicos. Estos poliuretanos se producen típicamente por reacción de un isocianato polifuncional con un poliol según mecanismos de reacción bien conocidos. Los diisocianatos útiles para su empleo en la producción de un poliuretano incluyen diciclohexilmetano-4,4'-diisocianato, isoforona-diisocianato, diisocianato de 1,6-hexametileno, diisocianato de ciclohexilo y diisocianato de difenilmetano. También se pueden usar combinaciones de uno o más isocianatos polifuncionales. Los polioles útiles incluyen polipentilenadipato de glicol, politetrametilen-éter-glicol, polietilenglicol, policaprolactona-diol, poli(óxido de 1,2-butileno)-glicol y sus combinaciones. También se pueden usar en la reacción extensores de cadena tales como butanodiol o hexanodiol. Los polímeros de uretano disponibles comercialmente útiles, incluyen MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7), PN-04 o 3429 de Morton International, Seabrook, NH, y X-4107 de B.F. Goodrich Co., Cleveland, OH.
Los polímeros de poliolefina útiles incluyen homopolímeros de etileno, propileno y similares, así como copolímeros de estos monómeros con, por ejemplo, monómeros acrílicos y otros monómeros insaturados etilénicamente tales como acetato de vinilo y alfa-olefinas superiores. Tales polímeros y copolímeros se pueden preparar por polimerización por radicales libres convencional o catálisis de tales monómeros insaturados etilénicamente. El grado de cristalinidad del polímero puede variar. El polímero puede, por ejemplo, ser un polietileno de alta densidad semicristalino o puede ser un copolímero elastomérico de etileno y propileno. En el polímero se pueden incorporar funcionalidades carboxilo, anhídrido, o imida, polimerizando o copolimerizando monómeros funcionales tales como ácido acrílico o anhídrido maleico, o modificando el polímero después de la polimerización, p. ej., por injerto, por oxidación, o por formación de ionómeros. Los ejemplos incluyen copolímeros de etileno-acrilato modificados con ácido, copolímeros de etileno-acetato de vinilo modificados con anhídrido, polímeros de polietileno modificados con anhídrido y polímeros de polipropileno modificados con anhídrido. Tales polímeros y copolímeros generalmente se encuentran disponibles comercialmente, por ejemplo, como ENGAGE^{TM} (Dow-DuPont Elastomers, Wilmington, DE) o EXACT^{TM} (ExxonMobil, Linden, NJ). Por ejemplo, los polímeros de polietileno modificados con anhídrido se encuentran disponibles comercialmente en E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE, bajo la designación comercial resinas adhesivas que se pueden coextruir BYNEL^{TM}.
Los poliacrilatos y polimetacrilatos útiles incluyen polímeros de ácido acrílico, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilamida, ácido metacrílico, metacrilato de metilo, metacrilato de etilo y similares. Un ejemplo de un polimetacrilato es EMAC^{TM} (Chevron Chemical Co., Houston, TX).
Los polímeros de policarbonato útiles incluyen policarbonatos alifáticos tales como poliéster-carbonatos, poliéter-carbonatos y policarbonatos derivados de bisfenol A y similares. Los polímeros de poliimida útiles incluyen polímeros de poliimida obtenidos a partir del anhídrido de ácido piromelítico y 4,4'-diaminodifenil éter disponible en E.I. DuPont de Nemours and Company bajo la marca registrada KAPTON^{TM}. Las variaciones incluyen KAPTON^{TM} H, KAPTON^{TM} E y KAPTON^{TM} V, entre otros.
Ejemplos adicionales de polímeros no fluorados útiles, como se ha indicado anteriormente, incluyen poliésteres, policarbonatos, policetonas y poliureas. Ejemplos de tales polímeros disponibles comercialmente incluyen poliéster SELAR^{TM} (E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE), policarbonato LEXAN^{TM} (General Electric, Pittsfield, MA), policetona KADEL^{TM} (Amoco, Chicago, IL), y poliurea SPECTRIM^{TM} (Dow Chemical Co., Midland,
MI).
Los elastómeros disponibles comercialmente incluyen NBR NIPOL^{TM} 1052 (Zeon Chemical, Louisville, KY), caucho de epiclorohidrina-óxido de etileno HYDRIN^{TM} C2000 (Zeon Chemical, Louisville, KY), caucho de polietileno clorosulfonado HYPALON^{TM} 48 (E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE), EPDM NORDEL^{TM} (R.T. Vanderbilt Co., Inc., Norwalk, CT), elastómero de etileno-acrilato VAMAC^{TM} (E.I. DuPont de Nemours & Co. Wilmington, DE), NBR KRYNAC^{TM} (Bayer Corp., Pittsburgh, PA), mezcla NBR/PVC PERBUNAN^{TM} (Bayer Corp., Pittsburgh, PA), NBR hidrogenado THERBAN^{TM} (Bayer Corp., Pittsburgh, PA), NBR hidrogenado ZETPOL^{TM} (Zeon Chemical, Louisville, KY), elastómero termoplástico SANTOPRENE^{TM} (Advanced Elastomer Systems, Akron, OH), y EPDM KELTAN^{TM} (DSM Elastomers Americas, Addis, LA).
El substrato puede incluir un segundo fluoropolímero.
El substrato puede tener una o más funcionalidades polares superficiales presentes en él para aumentar la unión, tal como, por ejemplo, una funcionalidad amino, carboxilo e hidroxilo.
La composición de unión se puede incorporar en el fluoropolímero, en el substrato, o en ambos, de tal modo que cuando las superficies entran en contacto, la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente. La composición de unión se puede incorporar en el fluoropolímero o en el substrato mezclando en estado fundido o extruyendo una mezcla que incluye la composición de unión.
Cada uno del fluoropolímero y del substrato, independientemente, se pueden proporcionar como una película o como un artículo moldeado o conformado.
El fluoropolímero y el substrato pueden estar en contacto, por ejemplo, bajo presión, y se pueden calentar para unir las capas. Se aplica calor a una temperatura y tiempo adecuados para formar una unión entre el substrato y el fluoropolímero. Por ejemplo, la temperatura puede estar entre 50 y 300ºC, entre 100 y 250ºC, entre 125 y 225ºC, o entre 150 y 220ºC. En ciertas situaciones, más de una capa de fluoropolímero puede estar en contacto con más de una superficie del substrato. En otras situaciones más, dos substratos pueden estar en contacto con dos superficies de un fluoropolímero.
En muchos casos, durante la unión se pueden desear calor, presión o sus combinaciones. Fuentes de calor adecuadas incluyen, pero sin limitarse a ellas, hornos, rodillos calentados, prensas calentadas, fuentes de radiación infrarroja, llama y similares. Las fuentes de presión adecuadas son bien conocidas e incluyen prensas, rodillos compresores y similares.
La invención se describirá ahora adicionalmente mediante los siguientes ejemplos de referencia.
Ejemplos de referencia
En los siguientes ejemplos de referencia, el término "% en peso" significa porcentaje en peso referido al peso total.
"THV^{TM} 500 Dyneon^{TM}" se refiere a un terpolímero de TFE/HFP/VDF, que tiene una temperatura de fusión de 165ºC; "THV^{TM} 400 Dyneon^{TM}" se refiere a un terpolímero de TFE/HFP/VDF, que tiene una temperatura de fusión de 150ºC; "THV^{TM} 200 Dyneon^{TM}" se refiere a un terpolímero de TFE/HFP/VDF, que tiene una temperatura de fusión de 120ºC; "HTE" se refiere a un terpolímero de hexafluoropropileno, teterafluoroetileno y etileno, todos disponibles en Dyneon, L.L.C. de Oakdale, MN.
"PVDF-HV" se refiere a "PVDF 11010" que es una designación comercial para un copolímero de hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno que tiene un punto de fusión de 160ºC; "PVDF-CV" se refiere a PVDF-CV SOLEF^{TM} que es un copolímero de clorotrifluoroetileno y fluoruro de vinilideno, ambos disponibles comercialmente en Soltex Polymer Corp. de Houston, TX.
"BYNEL^{TM} 3101" es un copolímero de etileno-acetato de vinilo modificado con ácido; "ELVAX^{TM} 450" es un copolímero de etileno-acetato de vinilo que tiene 18% en peso de acetato de vinilo y una temperatura de reblandecimiento Vicat de 61ºC; "poliimida" se refiere a película de "KAPTON^{TM} 100HN", todos disponibles comercialmente en E.I. DuPont de Nemours de Wilmington DE.
"EMAC^{TM} 2202T" es un copolímero de etileno y acrilato de metilo, 80/20 en peso disponible en Chevron Chemical Co. de Houston, TX.
"MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7)" es un poliuretano alifático disponible en Morton, International de Chicago, IL.
"VESTAMID^{TM} L2140" se refiere a nailon 12 que tiene un punto de reblandecimiento Vicat de 140ºC disponible comercialmente en Creanova, Inc. de Somerset, NJ.
"Poliimida revestida de cobre" se refiere a película de "KAPTON^{TM} 100HN" que se ha metalizado con cobre. "Poliimida revestida de oro" se refiere a película de "KAPTON^{TM} 100HN" que se ha metalizado con oro.
Película de policarbonato se refiere a película de poli(tereftalato de etileno) de aproximadamente 10 mils (0,25 mm) de espesor.
A no ser que se indique de otro modo, los materiales adicionales usados en los ejemplos se encontraban disponibles fácilmente en proveedores comerciales generales tales como Sigma-Aldrich Chemical Co. de Milwaukee, WI.
Las películas de polímero se prepararon poniendo los gránulos de polímero indicados en las tablas 1 y 2 entre dos láminas de politetrafluoroetileno que tiene un espesor de 0,38 mm y reblandeciendo durante 2-3 minutos a 200ºC. Posteriormente, los materiales reblandecidos se prensaron durante aproximadamente 5 a 10 segundos entre dos platos calientes de una prensa hidráulica Wabash (Wabash Metal Products Company, Inc., Hydraulic Division, Wabash, IN) y se transfirieron inmediatamente a una prensa hidráulica Wabash fría a 13-15ºC y 0,136-0,272 atm. Tras enfriar a temperatura ambiente en la prensa fría, se obtuvieron películas de polímero de forma redonda que tenían un espesor de 1,25 mm. Se cortaron muestras rectangulares que tenían dimensiones de 1,27 cm por 5,08 cm (0,5 pulgadas por 2 pulgadas).
Se prepararon tres composiciones de unión. Se preparó una primera composición de unión (BC 1) disolviendo 3-aminopropiltrietoxisilano (10% en peso) en metanol. Se preparó una segunda composición de unión (BC 2) disolviendo 3-aminopropiltrietoxisilano (5% en peso) en metanol. Se preparó una tercera composición de unión (BC 3) mezclando 3-aminopropiltrietoxisilano (5% en peso) y una cantidad catalítica (menor que 1% en peso) de nonafluorobutilsulfonamida en metanol. Todos los productos químicos anteriores se encuentran disponibles en Aldrich Chemical Co.
Cada substrato se revistió con una de las disoluciones de las composiciones de unión. No fue necesario secar la composición de unión antes de formar la unión. Las muestras se prepararon poniendo en contacto una superficie de película de fluoropolímero con el substrato revestido con la composición de unión, para formar un precursor del material laminado. Se insertó una tira de un forro de silicona aproximadamente 1,3 mm dentro del espacio entre las películas a lo largo del borde corto para el ensayo de adherencia. En algunos casos, se aplicó una fuerza ligera para mantener un buen contacto superficial. Las muestras multicapas laminadas se sometieron a laminación en caliente durante 2 minutos a 200ºC, excepto en el caso del nailon, para el cual se llevó a cabo la laminación en caliente a 220-250ºC. El calentamiento se llevó a cabo usando una prensa de platos calientes Wabash Hydraulic Press Co. para conseguir un espesor de película de 0,51 mm. Tras enfriar a temperatura ambiente mediante una "prensa fría", se midió la resistencia al despegue (espesor de la película de 0,51 mm). Los tiempos de calentamiento se indican en las tablas 1 y 2.
Se usó la resistencia al despegue para determinar el grado de unión. La resistencia al despegue se determinó de acuerdo con ASTM D-1876 (ensayo de adherencia, "T-Peel Test"). Se usó una máquina de ensayo SinTech 20 (MTS Corporation, Eden Prairie, MN) con una velocidad de cruceta de 100 mm por minuto. La resistencia al despegue se calculó como la carga media medida durante el ensayo de adherencia. Las resistencias al despegue medidas, se indican en las tablas 1 y 2.
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TABLA 1
Muestra Presión Resistencia al
(minutos a 180-200ºC) despegue
(N/cm)
THV500/BYNEL^{TM} 3101 - BC1 2 16
THV200/BYNEL^{TM} 3101 - BC1 2 23,1
PVDF-HV/BYNEL^{TM} 3101 -BC1 2 10,6
PVDF-CV/BYNEL^{TM} 3101 - BC1 2 5,3
HTE/BYNEL^{TM} 3101 - BC1 2 16,6
THV500/ELVAX^{TM} 450 - BC1 2 22,0
THV200/ELVAX^{TM} 450 - BC1 2 6,2
PVDF-HV/ELVAX^{TM} 450 - BC1 2 5,5
PVDF-CV/ELVAX^{TM} 450 - BC1 2 5,3
HTE/ELVAX^{TM} 450 - BC 1 2 3,9
THV500/EMAC^{TM} 2202T - BC1 2 14,1
THV200/EMAC^{TM} 2202T - BC1 2 21,5
PVDF-HV/EMAC^{TM} 2202T - BC1 2 7,9
PVDF-CV/EMAC^{TM} 2202T - BC1 2 5,3
HTE/EMAC^{TM} 2202T - BC1 2 12
THV500/MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7) - BC1 2 7,9
THV200/MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7) - BC1 2 23,2
PVDF-HV/MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7) - BC1 2 24,6
HTE/MORTHANE^{TM} L424.167 (MI=9,7) - BC1 2 12,3
THV500/VESTAMID^{TM} L2140 - BC1 2 17
THV200/VESTAMID^{TM} L2140 - BC1 2 21,1
PVDF-HV/VESTAMID^{TM} L2140 - BC1 2 30,0
PVDF-CV/VESTAMID^{TM} L2140 - BC1 2 14,1
Poliimida revestida de oro/laminación de THV400 a 2 >18
superficie metalizada - BC1
Poliimida revestida de cobre/laminación de THV400 a 2 >18
superficie metalizada - BC1
Poliimida/THV 400 - BC1 2 >18
TABLA 2
Muestra Presión Resistencia al
(minutos a 180-200ºC) despegue (N/cm)
THV200/BYNEL^{TM} 3101 - BC 2 2 27,0
THV200/BYNEL^{TM} 3101 - BC 3 2 27,9
THV500/BYNEL^{TM} 3101 - BC 2 2 24,7
THV500/BYNEL^{TM} 3101 - BC 3 2 28,2
PVDF-HV/BYNEL^{TM} 3101 - BC 2 2 11,8
PVDF-HV/BYNEL^{TM} 3101 - BC 3 2 22,4
THV200/ELVAX^{TM} 450 - BC 2 2 8,6
THV200/ELVAX^{TM} 450 - BC 3 2 22,0
THV500/ELVAX^{TM} 450 - BC 2 2 24,5
THV500/ELVAX^{TM} 450 - BC 3 2 28,2
PVDF-HV/ELVAX^{TM} 450 - BC 2 2 5,1
PVDF-HV/ELVAX^{TM} 450 - BC 3 2 10
THV200/EMAC^{TM} 2202T - BC 2 2 4,4
THV200/EMAC^{TM} 2202T - BC 3 2 6,2
THV500/EMAC^{TM} 2202T - BC 2 2 24,9
THV500/EMAC^{TM} 2202T - BC 3 2 28,2
THV400/policarbonato - BC1 2 16
PVDF-HV/EMAC^{TM} 2202T - BC 2 2 9,5
PVDF-HV/EMAC^{TM} 2202T - BC 3 2 9,5

Claims (15)

1. Un método para unir un fluoropolímero a un substrato orgánico, que comprende:
proporcionar un fluoropolímero que tiene una superficie,
proporcionar un substrato orgánico que tiene una superficie,
teniendo dicho substrato orgánico una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino, incorporada a él, tal que cuando las superficies entran en contacto, la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente, y
poner en contacto las superficies y calentar el fluoropolímero y el substrato hasta una temperatura durante un tiempo suficiente para unir el fluoroplástico y el substrato para formar un artículo unido.
2. Un método para unir un fluoropolímero a un substrato, que comprende:
extruir una mezcla de un fluoropolímero y una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino que tiene un sustituyente hidrolizable;
poner en contacto una superficie de la mezcla extruida con una superficie de un substrato; y
calentar las superficies que están en contacto a una temperatura durante un tiempo suficiente para unir el fluoropolímero y el substrato para formar un artículo unido.
3. El método de la reivindicación 2, en el que el substrato incluye (a) un substrato inorgánico, o (b) un substrato orgánico.
4. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que el fluoropolímero incluye un polímero derivado de un monómero seleccionado del grupo que consiste en un monómero de fluoruro de vinilideno, y etileno combinado con un comonómero, seleccionándose el comonómero del grupo que consiste en tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno, clorotrifluoroetileno, 3-cloropentafluoropropeno, un vinil éter perfluorado, fluoruro de vinilo y una diolefina que contiene flúor.
5. El método de la reivindicación 1, en el que el organosilano sustituido con amino tiene un sustituyente hidrolizable.
6. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que el organosilano sustituido con amino se selecciona del grupo que consiste en 3-aminopropiltrimetoxisilano, 3-aminopropiltrietoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrimetoxisilano, (aminoetilaminometil)fenetiltrietoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropilmetildimetoxisilano, N-(2-aminoetil)-3-aminopropiltris(2-etilhexoxi)silano, 6-(aminohexilaminopropil)trimetoxisilano, 4-aminobutiltrimetoxisilano, 4-aminobutiltrietoxisilano, p-aminofeniltrimetoxisilano, 3-(1-aminopropoxi)-3,3,-dimetil-1-propeniltrimetoxisilano, 3-aminopropiltris(metoxietoxietoxi)silano, 3-aminopropilmetildietoxisilano, 3-aminopropiltrimetoxisilano y aminoundeciltrimetoxisilano.
7. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que la composición de unión incluye un catalizador de transferencia de fases o un catalizador ácido.
8. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo imprimado se calienta hasta una temperatura entre 50 y 300ºC.
9. El método de la reivindicación 1 ó 2, que además comprende aplicar presión.
10. Un artículo unido, que comprende:
un fluoropolímero que tiene una superficie en contacto con un substrato orgánico que tiene una superficie, y
una composición de unión que comprende un organosilano sustituido con amino, incorporada a dicho substrato, de tal modo que la composición de unión está en contacto con el fluoropolímero y el substrato simultáneamente.
11. Un artículo laminado que comprende:
una primera capa que tiene una superficie, incluyendo la primera capa un fluoropolímero y una composición de unión que incluye un organosilano sustituido con amino;
un substrato que tiene una superficie en contacto con la superficie de la primera capa.
12. El artículo de la reivindicación 11, en el que el substrato incluye (a) un substrato inorgánico, o (b) un substrato orgánico.
13. El artículo de la reivindicación 10 u 11, en el que el fluoropolímero incluye un polímero derivado de un monómero seleccionado del grupo que consiste en un monómero de fluoruro de vinilideno, y etileno combinado con un comonómero, seleccionándose el comonómero del grupo que consiste en tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno, clorotrifluoroetileno, 3-cloropentafluoropropeno, un vinil éter perfluorado y una diolefina que contiene flúor.
14. El artículo de la reivindicación 10 u 11, en el que el organosilano sustituido con amino tiene un sustituyente hidrolizable.
15. El artículo de la reivindicación 10 u 11, en el que la composición de unión incluye un catalizador de transferencia de fases.
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