ES2266387T3 - Composiciones solidas de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos de uretdiona endurecibles a baja temperatura. - Google Patents

Composiciones solidas de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos de uretdiona endurecibles a baja temperatura. Download PDF

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Abstract

Composición de barniz en polvo de poliuretano, que esencialmente contiene A) al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso, B) al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo, C) al menos un catalizador de fórmula [NR1R2R3R4]+[R5]-, en la que R1 ¿ R4, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R1 ¿ R4, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puentes, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 ¿ 18 átomos de carbono, y cada resto R1 ¿ R4, adicionalmente, puede presentar uno o más grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R5 significa OH o F, encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación que por cada grupo hidroxilo del componente B) esté presente de 0, 3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0, 001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).

Description

Composiciones sólidas de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos uretdiona endurecibles a baja temperatura.
La invención se refiere a composiciones sólidas, de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos uretdiona, que endurecen a temperaturas bajas de secado al horno, a procedimientos para la preparación de tales composiciones así como a su uso para la preparación de plásticos, en particular, revestimientos por barniz en polvo, que se reticulan para formar películas de barniz de alto brillo o mate, estables a la luz y a la intemperie.
Poliisocianatos sólidos a temperatura ambiente, bloqueados de forma externa o interna, representan reticulantes valiosos para composiciones térmicamente reticulables de barniz en polvo de poliuretano (PUR).
Así, el documento DE-OS 2735497 describe barnices en polvo de PUR con una excelente estabilidad a la intemperie y frente al calor. Los reticulantes, cuya preparación está descrita en el documento DE-OS 2712931, están constituidos por isoforonadiisocianato que contiene grupos isocianurato bloqueados por \varepsilon-caprolactama. También se conocen poliisocianatos que contienen grupos uretano, biuret o urea, cuyos grupos isocianato también están bloqueados.
La desventaja de estos sistemas bloqueados de forma externa consiste en el desprendimiento del agente de bloqueo durante la reacción térmica de reticulación. Como el bloqueante por ello puede emitirse al medio ambiente, por razones ecológicas y desde el punto de vista de la higiene laboral, deben tomarse medidas especiales para purificar el aire saliente y/o para recuperar el agente de bloqueo. Además, los reticulantes presentan una baja reactividad. Se necesitan temperaturas de endurecimiento mayores de 170ºC.
Los documentos DE-OS3030539 y DE-OS3030572 describen procedimientos para la preparación de compuestos de poliadición que contienen grupos uretdiona, cuyos grupos isocianato terminales están bloqueados de forma irreversible con monoalcoholes o monoaminas. En particular, son desventajosos los componentes interruptores de cadena de los reticulantes, que conducen a bajas densidades de la estructura reticulada de los revestimientos de barniz en polvo de PUR y con ello, conducen a estabilidades mediocres frente a disolventes.
El objeto del documento EP0669353 son compuestos de poliadición terminados en grupos hidroxilo y que contienen grupos uretdiona. Debido a su funcionalidad de dos, presentan una resistencia mejorada contra los disolventes. Las composiciones de barniz en polvo basadas en estos poliisocianatos que contienen grupos uretdiona tienen en común, que en la reacción de endurecimiento no emiten compuestos volátiles. Sin embargo, las temperaturas de secado al horno, de al menos 180ºC, se encuentran en un alto nivel.
En el documento EP803524 se describe el empleo de amidinas, como catalizadores, en la composición de barniz en polvo de PUR. Aunque estos catalizadores conducen a una reducción de la temperatura de endurecimiento, muestran un considerable amarilleo, que, en general, es indeseado en el ámbito de los revestimientos. La causa de este amarilleo probablemente sean los átomos de nitrógeno reactivos en las amidinas. Estos pueden reaccionar con el oxígeno del aire para formar N-óxidos, los que son responsables por el cambio de color.
En el documento EP803524 también se mencionan otros catalizadores, que hasta ahora fueron usados para este fin pero sin que manifestaran un efecto particular sobre la temperatura de endurecimiento. A éstos pertenecen los catalizadores organometálicos conocidos de la química del poliuretano como, por ejemplo, dilaurato de dibutilestaño (DBTL), o aminas terciarias como, por ejemplo, 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO).
En el documento WO00/34355 se reivindican catalizadores basados en acetilacetonatos metálicos, por ejemplo, acetilacetonato de cinc. Tales catalizadores, en efecto, son capaces de bajar la temperatura de endurecimiento de composiciones de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos uretdiona, pero, como productos de reacción, principalmente presentan alofanatos (M. Gedan-Smolka, F. Lehmann, D. Lehmann, "New catalysts for the low temperature curing of uretdione powder coatings" Internacionl Waterborne, High solids and Powder Coatings Symposium, Nueva Orleans, 21-23.2.2001). Los alofanatos son los productos de reacción a partir de un mol de alcohol y dos moles de isocianato, mientras que en la química tradicional del uretano, reacciona un mol de alcohol con un mol de isocianato. Es decir, por la formación indeseada de alofanato, se aniquilan grupos isocianato, tanto técnicamente, como económicamente valiosos.
Por ello, era el objetivo de la presente invención, hallar composiciones de barniz en polvo de poliuretano altamente reactivos, que contuvieran grupos uretdiona, que pudieran endurecerse ya a temperaturas muy bajas y, en particular, fueran aptas para la preparación de plásticos, así como de revestimientos de barniz en polvo de alto brillo o mates, estables frente a la luz y a la intemperie.
Sorprendentemente, se halló que las sales de amonio cuaternario con hidroxilos o fluoruros, como contra-iones, aceleran tan fuertemente la retrodisociación de grupos uretdiona, que al usar endurecedores de barniz en polvo conocidos que contengan grupos uretdiona, puede bajarse considerablemente la temperatura de endurecimiento de composiciones de barniz en polvo.
El objeto de la presente invención es una composición de barniz en polvo de poliuretano, que esencialmente contiene
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene grupos uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-} en la que R^{1}-R^{4}, simultáneamente, o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo,respectivamente lineales o ramificados, sin puente o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos que forman puentes, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
D)
dado el caso, un compuesto reactivo que a temperaturas elevadas puede reaccionar con los grupos ácidos de componente B), dado el caso, presentes,
E)
dado el caso, coadyuvantes y aditivos conocidos de la química de los barnices en polvo,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación que por cada grupo hidroxilo del componente B) esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B), y estando presente D), dado el caso, en tal cantidad que por cada grupo ácido de la resina de B) estén presentes de 0,1 a 10 unidades secuestradoras de ácido del compuesto reactivo D).
Otro objeto de la invención también es un procedimiento para la preparación de las composiciones de barniz en polvo.
También es objeto de la invención el uso de las composiciones de barniz en polvo conforme a la invención, para la preparación de revestimientos de barniz en polvo, sobre sustratos de metal, plástico, vidrio, madera o cuero u otros sustratos resistentes al calor.
También son objeto de la invención composiciones para el revestimiento de metal, en particular, de carrocerías de automóvil, motocicletas y bicicletas, piezas de edificios y aparatos domésticos, composiciones para el revestimiento de madera, composiciones para el revestimiento de vidrio, composiciones para el revestimiento de cuero y composiciones para el revestimiento de plástico, que esencialmente contienen una composición de barniz en polvo de poliuretano a partir de
A)
al menos un endurecedor de laca en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes, o unidos por puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos, triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que por cada grupo hidroxilo del componente B) esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
Los poliisocianatos que contienen grupos uretdiona son bien conocidos y se describen, por ejemplo, en los documentos US 4476054, US 4912210, US 4929724, así como EP 417603. J. Prakt. Chem. 336 (1994) 185-200 provee una sinopsis completa de procedimientos de relevancia industrial para la dimerización de isocianatos para obtener uretdionas. En general, la reacción de isocianatos para obtener uretdionas se lleva a cabo en presencia de catalizadores solubles de dimerización como, por ejemplo, dialquilaminopiridinas, trialquilfosfinas, triamidas de ácido fosforoso o imidazoles. La reacción, opcionalmente, llevada a cabo en disolventes, pero preferentemente, llevada a cabo en ausencia de disolventes, se detiene mediante la adición de venenos de catalizador, al alcanzarse un grado de reacción deseado. A continuación, se separa isocianato monomérico en exceso, mediante evaporación de vía corta. Si el catalizador es suficientemente volátil, puede librarse la mezcla de reacción del catalizador, cuando se realiza la separación de los monómeros. En este caso, puede prescindirse de la adición de venenos de catalizador. En principio, para la preparación de poliisocianatos que contienen grupos uretdiona, es apropiado un amplio espectro de isocianatos. Conforme a la invención, preferentemente, se emplean isoforonadiisocianato (IPDI), hexametilendiisocianato (HDI), 2-metilpentanodiisocianato (MPDI), 2,2,4-trimetil-hexametilendiisocianato/2,4,4-trimetil-hexametilendiisocianato (TMDI), norbornanodiisocianato (NBDI), metilendifenildiisocianato (MDI) y tetrametilxililendiisocianato (TMXDI). Se prefieren muy especialmente IPDI y HDI.
La reacción de estos poliisocianatos que portan grupos uretdiona para obtener endurecedores de barniz en polvo que presentan grupos uretdiona A), comprende la reacción de los grupos NCO libres, con monómeros o polímeros que contienen grupos hidroxilo como, por ejemplo, poliésteres, politioéteres, poliéteres, policaprolactamas, poliepóxidos, amidas de poliésteres, poliuretanos o di-, tri- o tetraalcoholes de bajo peso molecular, como alargadores de cadena y, dado el caso, monoaminas y/o monoalcoholes, como interruptores de cadena, y ya fue descrita con frecuencia (documentos EP 669353, EP 669354, DE 3030572, EP 639598 o EP 803524). Los endurecedores de barniz en polvo que contienen grupos uretdiona, (A), preferidos, tienen un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de grupos uretdiona de 6 a 18% en peso (calculado como C_{2}N_{2}O_{2}, peso molecular: 84). Se prefieren poliésteres y dialcoholes monoméricos. Además de los grupos uretdiona, los endurecedores de barniz en polvo también pueden presentar estructuras de isocianurato, biuret, alofanato, uretano y/o urea.
En el caso de los polímeros que contienen grupos hidroxilo, B), preferentemente, se emplean poliésteres, poliéteres, poliacrilatos, poliuretanos y/o policarbonatos, con un índice de OH de 20 a 200 (en mg de KOH/gramo). Muy preferentemente, se emplean poliésteres con un índice de OH de 30 a 150, un peso molecular medio de 500 a 6000 g/mol, y un punto de fusión de entre 40 y 130ºC. Tales aglutinantes han sido descritos, por ejemplo, en los documentos EP 669354 y EP 254152. Desde luego, también pueden emplearse mezclas de tales polímeros. Se selecciona de tal manera la cantidad de polímeros que contiene grupos hidroxilo, B), que por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A).
También es objeto de la invención el uso de al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o unidos por puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios otros grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F, en composiciones de barniz en polvo de poliuretrano que contienen grupos uretdiona.
Los catalizadores (C) esenciales para la invención, son sales de amonio cuaternario de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-},
en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente, lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F, como, por ejemplo, hidróxido de metiltributilamonio, hidróxido de metiltrietilamonio, hidróxido de tetrametilamonio, hidróxido de tetraetilamonio, hidróxido de tetrapropilamonio, hidróxido de tetrabutilamonio, hidróxido de tetrapentilamonio, hidróxido de tetrahexilamonio, hidróxido de tetraoctilamonio, hidróxido de tetradecilamonio, hidróxido de tetradeciltrihexilamonio, hidróxido de tetraoctadecilamonio, hidróxido de benciltrimetilamonio, hidróxido de benciltrietilamonio, hidróxido de trimetilfenilamonio, hidróxido de trietilmetilamonio, hidróxido de trimetilvinilamonio, fluoruro de tetrametilamonio, fluoruro de tetraetilamonio, fluoruro de tetrabutilamonio, fluoruro de tetraoctilamonio y fluoruro de benciltrimetilamonio. Se prefiere especialmente el hidróxido de tetrabutilamonio. Desde luego, también entran en consideración mezclas de tales catalizadores. Están contenidos en una cantidad de 0,001 a 3% en peso, preferentemente, de 0,01 a 3% en peso, respecto a los componentes A) y B), en la composición de barniz en polvo. Los catalizadores pueden contener agua de cristalización, que no se tiene en cuenta en el cálculo de la cantidad de catalizador que se ha de usar, es decir, se resta la cantidad de agua. Otra ventaja esencial de tales sales de amonio cuaternario, también consiste en que tales compuestos no pueden oxidarse en el átomo de nitrógeno. Con ello, se excluye un amarilleo indeseable de los revestimientos de barniz en polvo, debido a los N-óxidos.
Una variante conforme a la invención, incluye el enlace polimérico de tales catalizadores C) a endurecedores de barniz en polvo A) o a polímeros que contienen grupos hidroxilo, B). Así, por ejemplo, grupos libres alcohólicos, tio o amino de las sales de amonio, pueden reaccionar con grupos ácidos, isocianato o glicidilo de los endurecedores de barniz en polvo A) o de los polímeros que contienen grupos hidroxilo, B), para integrar los catalizadores C) en la unión polimérica.
En este contexto, debe tenerse en cuenta que la actividad de estos catalizadores disminuye notablemente en presencia de ácidos. A los correactantes tradicionales de los endurecedores de barniz en polvo que contienen uretdiona, pertenecen poliésteres que contienen grupos hidroxilo. Debido a la forma de preparación de los poliésteres, éstos a veces todavía contienen grupos ácidos en baja medida. Por ello, en presencia de poliésteres que portan tales grupos ácidos, se ofrecen las posibilidades, o bien, de añadir en exceso los catalizadores mencionados, respecto a los grupos ácidos, o bien de añadir compuestos reactivos que sean capaces de secuestrar los grupos ácidos.
Los compuestos reactivos secuestradores de ácidos D) son conocidos en general en la química de los barnices. Así, por ejemplo, los compuestos epoxi, las carbodiimidas o las 2-oxazolinas reaccionan con grupos ácidos a temperaturas elevadas. Aquí entran en consideración, por ejemplo, éter triglicidílicoisocianurato (TGIC), EPIKOTE 828 (éter diglicidílico basado en bisfenol A, Shell), pero también fenilenbisoxazolina, 2-metil-2-oxazolina, 2-hidroxietil-2-oxazolina, 2-hidroxipropil-2-oxazolina y 5-hidroxipentil-2-oxazolina. Desde luego, también entran en consideración mezclas de tales sustancias. Este compuesto reactivo D) se emplea solamente en presencia de grupos ácidos en la composición de barniz en polvo. Si tales grupos ácidos están contenidos en la composición de barniz en polvo, se añade tanto componente reactivo D), que por cada grupo ácido estén presentes de 0,1 a 10 unidades secuestradoras de ácido del componente D). Adicionalmente, pueden añadirse catalizadores que aceleren esta reacción como, por ejemplo, cloruro de benciltrimetilamonio.
Para la preparación de barniz en polvo, pueden añadirse los aditivos usuales en la tecnología de los barnices en polvo, E), como agentes de nivelación, por ejemplo, polisiliconas o acrilatos, protectores contra la luz, por ejemplo, aminas estéricamente impedidas, u otros coadyuvantes, como los que fueron descritos, por ejemplo, en el documento EP 669353, en una cantidad total de 0,05 a 5% en peso. Pueden añadirse cargas y pigmentos como, por ejemplo, dióxido de titanio, en una cantidad de hasta 50% en peso, respecto a la composición total.
Opcionalmente, pueden estar contenidos catalizadores adicionales, como los que ya son conocidos en la química del poliuretano. Aquí, principalmente, se trata de catalizadores organometálicos como, por ejemplo, dilaurato de dibutilestaño, o de aminas terciarias como, por ejemplo, 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano, en cantidades de 0,001 a 1% en peso.
Las composiciones tradicionales de barniz en polvo que contienen uretdiona, en condiciones normales (catálisis por DBTL) pueden endurecerse sólo a partir de los 180ºC. Con la ayuda de las composiciones de barniz en polvo conforme a la invención, que se endurecen a temperaturas bajas, a un máximo de 160ºC de temperatura de endurecimiento (también son absolutamente posibles temperaturas más bajas de endurecimiento), no sólo puede ahorrarse energía y tiempo (de endurecimiento), sino también pueden revestirse muchos sustratos sensibles a las altas temperaturas, que a 180ºC presentarían fenómenos indeseados de amarilleo, de descomposición y/o de fragilización. Además de metal, vidrio, madera, cuero, plásticos y placas de MDF, también están predestinados determinados sustratos de aluminio. En estos últimos, una carga de una temperatura demasiado alta a veces conduce a una modificación indeseada de la estructura cristalina.
La homogeneización de todos los componentes para la preparación de una composición de barniz en polvo puede llevarse a cabo en equipos apropiados como, por ejemplo, amasadores calefactables, pero preferentemente, por extrusión, durante la cual no deberían superarse límites superiores de temperatura de 120 a 130ºC. Después de enfriar hasta temperatura ambiente y después de una trituración apropiada, se muele la masa extrusionada, para obtener el polvo listo para pulverizar. La aplicación del polvo listo para pulverizar, sobre sustratos apropiados, puede efectuarse mediante los procedimientos conocidos como, por ejemplo, por pulverización electrostática de polvo, sinterización en lecho fluidizado o sinterización electrostática en lecho fluidizado. Después de la aplicación del polvo, se calientan las piezas de trabajo revestidas, para su endurecimiento, durante 4 a 60 minutos, a una temperatura de 120 a 220ºC, preferentemente, durante 6 a 30 minutos, a 120 hasta 180ºC.
A continuación, se explica más detalladamente el objeto de la invención, mediante ejemplos.
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Ejemplos
Sustancias de partida Descripción del producto, fabricante
VESTAGON BF 1320 Endurecedor de barniz en polvo, Degussa AG, Coatings \textamp Colorants
Contenido de uretdiona: 13,8%, P.f.: 99-112ºC, T_{G}: 87ºC
Crylcoat 240 Poliéster con grupos OH, índice de OH: 24,5; índice de ácidos: 3,3; UCB
Araldit PT 810 Éter triglicidílicoisocianurato (TGIC), Vantico
KRONOS 2160 Dióxido de titanio, Kronos
RESIFLOW PV 88 Agente de nivelación, Worlee
BTAC Cloruro de benciltrimetilamonio, Aldrich
(Continuación)
Sustancias de partida Descripción del producto, fabricante
TMAH Hidróxido de tetrametilamonio, contenido de agua (WG): 50, Aldrich
TBAH Hidróxido de tetrabutilamonio, contenido de agua: 68, Aldrich
BTMAF Fluoruro de benciltrimetilamonio, contenido de agua: 12, Aldrich
DBTL Dilaurato de dibutilestaño, Crompton Vinyl Additives GmbH
\vskip1.000000\baselineskip
Índice de OH: gasto en mg de KOH/g de polímero; índice de ácidos: gasto en mg de KOH/g de polímero, P.f.: punto de fusión; T_{G}: temperatura de transición vítrea; WG: contenido de agua en % en peso (el contenido de agua de los catalizadores no fue tenido en cuenta en el uso, es decir, la cantidad exenta de agua de los catalizadores empleados, en los ensayos individuales, en parte difiere considerablemente de unos a otros).
Instrucción general para la preparación de los barnices en polvo
Se mezclan íntimamente las sustancias de partida trituradas, es decir, el endurecedor de barniz en polvo, los polímeros hidroxifuncionales, catalizadores, secuestradores de ácidos, agentes de nivelación, en un molino de muelas verticales y, a continuación, se homogeneizan en un extrusor, a una temperatura de un máximo de 130ºC. Después de enfriar, se quiebra la masa extrusionada y se muele en un molino de cruceta hasta un tamaño de partículas < 100 \mum. El polvo así preparado se aplica sobre chapas de hierro desgrasadas, mediante una instalación de pulverización electrostática de polvo, a 60 KV, y se ahorna en una estufa de secado de aire circulante.
\vskip1.000000\baselineskip
Composiciones de barniz en polvo (indicaciones en % en peso, salvo en OH/UD)
Ejemplos VESTAGON Crylcoat TMAH TBAH BTMAF DBTL OH/UD
BF 1320 240
1 10,43 46,11 0,46 1,00:0,75
2 13,07 43,35 0,58 1,00:1,00
3 10,43 46,11 0,46 1,00:0,75
4 13,07 43,35 0,58 1,00:1,00
5 10,43 46,11 0,46 1,00:0,75
6 13,07 43,35 0,58 1,00:1,00
V1* 10,43 46,11 0,46 1,00:0,75
V2* 13,07 43,35 0,58 1,00:1,00
* ejemplos no conforme a la invención
OH/UD: relación de grupos OH, respecto a los grupos uretdiona (mol:mol).
Adicionalmente, en cada una de las formulaciones se añadieron 40,0% en peso de KRONOS 2160, 1,0% en peso de RESIFLOW PV 88, 1,5% en peso de Araldit PT 810 y 0,5% en peso de BTAC.
Resultados del endurecimiento, después de 30 min a 160ºC:
\newpage
Ejemplos Embutición de Penetración directa Yi Observación
Erichsen [mm] de la bola [pulgadas
libra]
1 > 10,0 90 1,5 Endurecido
2 5,0 80 3,0 Parcialmente
endurecido
3 > 10,0 140 1,0 Endurecido
4 > 10,0 > 160 1,1 Endurecido
5 9,5 90 1,0 Endurecido
6 4,0 70 1,4 Parcialmente
endurecido
V1* 0,5 30 1,1 No endurecido
V2* 0,5 20 1,2 No endurecido
La embutición de Erichsen se determina según DIN 53156
La penetración de la bola se determina según ASTM D 2794-93
Yi: índice de intensidad del color amarillo, según DIN 5033
Pulgada: 2,54 cm
Libra: 453,59 g

Claims (28)

1. Composición de barniz en polvo de poliuretano, que esencialmente contiene
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puentes, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1-18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o más grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación que por cada grupo hidroxilo del componente B) esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
2. Composición de barniz en polvo de poliuretano, conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque
D)
adicionalmente está presente un compuesto reactivo que a temperaturas elevadas puede reaccionar con los grupos ácidos del componente B), dado el caso, presentes, en una cantidad tal que por cada grupo ácido de la resina de B) estén presentes de 0,1 a 10 unidades secuestradoras de ácido del compuesto reactivo D).
3. Composición de barniz en polvo de poliuretano según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
E)
están contenidos coadyuvantes y aditivos.
4. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano, según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque están contenidos endurecedores de barniz en polvo A) basados en isoforonadiisocianato (IPDI), hexametilendiisocianato (HDI), 2-metilpentadiisocianato (MPDI), 2,2,4-trimetilhexametilendiisocianato/ 2,4,4-trimetilhexametilendiisocianato (TMDI), norbornanodiisocianato (NBDI), metilendifenildiisocianato (MDI) y tetrametilxililendiisocianato (TMXDI), solos o en mezclas.
5. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según la reivindicación 4, caracterizadas porque están contenidos endurecedores de barniz en polvo que contienen uretdiona, basados en IPDI y/o HDI.
6. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque están contenidos endurecedores de barniz en polvo que contienen uretdiona A) basados en poliésteres, politioéteres, poliéteres, policaprolactamas, poliepóxidos, poliesteramidas, poliuretanos, que contienen grupos hidroxilo, di-, tri- y/o tetraalcoholes de bajo peso molecular, monoaminas y/o monoalcoholes, solos o en mezclas.
7. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según la reivindicación 6, caracterizadas porque están contenidos poliésteres y/o dialcoholes monoméricos.
8. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizadas porque como polímeros que contienen grupos hidroxilo B) están contenidos poliésteres, poliéteres, poliacrilatos, poliuretanos y policarbonatos, solos o en mezclas.
9. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según la reivindicación 8, caracterizadas porque están contenidos poliésteres con un índice de OH de 30 a 150 mg de KOH/g, un peso molecular medio de 500 a 6000 g/mol y un punto de fusión de entre 40 y 130ºC.
10. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizadas porque como catalizadores C) están contenidos hidróxido y/o fluoruro de tetraalquilamonio.
11. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizadas porque están contenidos catalizadores C), seleccionados de entre hidróxido de metiltributilamonio, hidróxido de metiltrietilamonio, hidróxido de tetrametilamonio, hidróxido de tetraetilamonio, hidróxido de tetrapropilamonio, hidróxido de tetrabutilamonio, hidróxido de tetrapentilamonio, hidróxido de tetrahexilamonio, hidróxido de tetraoctilamonio, hidróxido de tetradecilamonio, hidróxido de tetradeciltrihexilamonio, hidróxido de tetraoctadecilamonio, hidróxido de benciltrimetilamonio, hidróxido de benciltrietilamonio, hidróxido de trimetilfenilamonio, hidróxido de trietilmetilamonio, hidróxido de trimetilvinilamonio, fluoruro de tetrametilamonio, fluoruro de tetraetilamonio, fluoruro de tetrabutilamonio, fluoruro de tetraoctilamonio y fluoruro de benciltrimetilamonio, solos o en mezclas.
12. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizadas porque como componente D) están contenidos compuestos epoxi, carbodiimidas y/o 2-oxazolinas.
13. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según la reivindicación 12, caracterizadas porque están contenidos éster triglicidilicoisocianurato, EPICOTE 828, fenilenbisoxazolina, 2-metil-2-oxazolina, X2-hidroxietil-2-oxazolina, 2-hidroxipropil-2-oxazolina y/o 5-hidroxipentil-2-oxazolina, solos o en mezclas.
14. Composiciones de barniz en polvo de poliuretano según al menos una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizadas porque como coadyuvantes y aditivos E) están contenidos agentes de nivelación, protectores contra la luz, carga, catalizadores adicionales y/o pigmentos.
15. Procedimiento para la preparación de composiciones de barniz en polvo de poliuretano, que esencialmente contienen
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puente o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación que por cada grupo hidroxilo del componente B) esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B), en equipos calefactables a un límite superior de temperatura de 120 a 130ºC.
16. Uso de al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F, en composiciones de barniz en polvo de poliuretano que contienen grupos uretdiona.
17. Uso según la reivindicación 16, caracterizado porque se emplean compuestos seleccionados de entre hidróxido de metiltributilamonio, hidróxido de metiltrietilamonio, hidróxido de tetrametilamonio, hidróxido de tetraetilamonio, hidróxido de tetrapropilamonio, hidróxido de tetrabutilamonio, hidróxido de tetrapentilamonio, hidróxido de tetrahexilamonio, hidróxido de tetraoctilamonio, hidróxido de tetradecilamonio, hidróxido de tetradeciltrihexilamonio, hidróxido de tetraoctadecilamonio, hidróxido de benciltrimetilamonio, hidróxido de benciltrietilamonio, hidróxido de trimetilfenilamonio, hidróxido de trietilmetilamonio, hidróxido de trimetilvinilamonio, fluoruro de tetrametilamonio, fluoruro de tetraetilamonio, fluoruro de tetrabutilamonio, fluoruro de tetraoctilamonio y fluoruro de benciltrimetilamonio.
18. Uso de
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B), para la preparación de revestimientos de barniz en polvo.
19. Uso según la reivindicación 18, caracterizado porque están contenidos compuestos de partida según al menos una de las reivindicaciones 2 a 14.
20. Uso según las reivindicaciones 18 y 19 para la preparación de revestimientos de barniz en polvo sobre sustratos de metal, plástico, madera, vidrio, cuero u otros sustratos resistentes al calor.
21. Composiciones para el revestimiento de metales, que esencialmente contienen una composición de barniz en polvo de poliuretano a partir de
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que, por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
22. Composición para el revestimiento de madera, que esencialmente contiene una composición de barniz en polvo de poliuretano a partir de
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que, por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
23. Composiciones para el revestimiento de cuero, que esencialmente contienen una composición de barniz en polvo de poliuretano a partir de
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que, por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
24. Composiciones para el revestimiento de plástico, que esencialmente contienen una composición de barniz en polvo de poliuretano a partir de
A)
al menos un endurecedor de barniz en polvo que contiene uretdiona, basado en poliisocianatos alifáticos, (ciclo)alifáticos o cicloalifáticos, y compuestos que contienen grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC, un contenido de NCO libre menor del 5% en peso, y un contenido de uretdiona de 6 a 18% en peso,
B)
al menos un polímero que contiene grupos hidroxilo, con un punto de fusión de 40 a 130ºC y un índice de OH de entre 20 y 200 mg de KOH/gramo,
C)
al menos un catalizador de fórmula [NR^{1}R^{2}R^{3}R^{4}]^{+}[R^{5}]^{-}, en la que R^{1}-R^{4}, simultánea o independientemente entre sí, representan restos alquilo, arilo, aralquilo, heteroarilo, alcoxialquilo, respectivamente lineales o ramificados, sin puentes o con puentes de otros restos R^{1}-R^{4}, formando ciclos, biciclos o triciclos, y los átomos de puente, además de carbono, también pueden ser heteroátomos; con 1 a 18 átomos de carbono, y cada resto R^{1}-R^{4}, adicionalmente, puede presentar uno o varios grupos alcohólicos, amino, éster, ceto, tio, uretano, urea, alofanato, dobles enlaces, triples enlaces o átomos de halógeno; y R^{5} significa OH o F,
encontrándose los dos componentes A) y B) en tal relación, que por cada grupo hidroxilo del componente B), esté presente de 0,3 a 1 grupo uretdiona del componente A), y ascendiendo la proporción del catalizador de C) a 0,001 hasta 3% en peso, respecto a la cantidad total de los componentes A) y B).
25. Revestimiento para metal, según la reivindicación 21 para carrocerías de automóvil, motocicletas y bicicletas, piezas de edificios y aparatos domésticos.
26. Composiciones para revestimiento según una de las reivindicaciones 21 a 25 caracterizadas porque
D)
adicionalmente está presente un compuesto reactivo, que a altas temperaturas puede reaccionar con los grupos ácidos del componente B), dado el caso, presentes, y se encuentra en una cantidad tal, que por cada grupo ácido de la resina de B) estén presentes de 0,1 a 10 unidades secuestradoras de ácidos del compuesto reactivo D).
27. Composiciones para revestimiento según una de las reivindicaciones 21 a 26, caracterizadas porque están contenidos coadyuvantes y aditivos E).
28. Composiciones para revestimiento según una de las reivindicaciones 21 a 27, caracterizadas porque éstas contienen compuestos según al menos una de las reivindicaciones 2 a 14.
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