ES2276207T3 - Composiciones de disolventes de limpieza y procesos que no dañan el medio ambiente. - Google Patents
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Abstract
Composición de disolvente de limpieza para limpiar e imprimar un substrato y para depositar sobre el substrato un residuo que contiene un agente de acoplo polifuncional y un activador de la adherencia, dicha composición comprendiendo: a) del 95 al 99, 9% en volumen de un disolvente orgánico volátil medioambientalmente aceptable que tiene una presión de vapor del compuesto por debajo de aproximadamente 45 mm Hg; b) de 0, 1 al 5% en volumen de agente de acoplo polifuncional 3-glicidoxipropiltrimetoxi silano polifuncional; y c) de 0, 1 a 5% en volumen de un agente activador de la adherencia seleccionado del grupo que contiene (i) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]hidromuconato; (ii) bis[3- (trialcoxisilil)alquil]sucinato; (iii) bis[3- (trialcoxisilil)alquil]ftalato; y (v) bis[3- (trialcoxisilil)alquil]piridina-2, 6 dicarboxilato, en el que los radicales alquilo contienen desde 1 hasta aproximadamente 8 átomos de carbono.
Description
Composiciones de disolventes de limpieza y
procesos que no dañan el medio ambiente.
La presente invención se refiere a composiciones
de imprimación-disolvente de limpieza para la
aplicación a diversos substratos, incluyendo metal puro, metal
provisto de una superficie recubierta o acabada tal como por
ejemplo anodizada, tratada con Alodine, desoxidada o metales
lijados, fibra de vidrio, películas de plástico, recubrimientos
orgánicos, materiales compuestos, vidrio y otros substratos, con el
propósito de limpiar e imprimar la superficie del substrato para
mejorar las propiedades de receptividad y de unión del substrato
con relación a los recubrimientos orgánicos, adhesivos,
recubrimientos adhesivos, sellantes, pinturas, estructuras en nido
de abeja y materiales similares convencionalmente unidos a tales
substratos.
Es conocido mejorar la receptividad de los
substratos a la pintura, las imprimaciones y capas adhesivas
mediante el tratamiento de las superficies del substrato con
operaciones abrasivas mecánicas tales como el granallado seguido
por una limpieza con un disolvente orgánico tal como por ejemplo
metil etil quetona seguido por un recubrimiento por cepillo con una
solución acuosa diluida de silano y un secado. Se hace referencia a
la patente de los Estados Unidos 5,312,520 de Chung, fechada el 17
de mayo de 1994 y titulada "Procedimiento de preparación de una
superficie metálica utilizando silano para una unión adhesiva".
El proceso de acuerdo con esta patente es objetable porque el metil
etil quetona es un contaminante peligroso del aire, perjudicial para
la seguridad del trabajador y el proceso requiere tres etapas
distintas, con el paso del cepillado con el silano teniéndose que
repetir tres veces, utilizando carreras alternativas del
cepillo.
Se hace referencia a la patente de los Estados
Unidos 5,424,133 de Eckhardt y otros, fechada el 13 de junio de
1995 y titulada "Proceso para la preparación de superficies de un
substrato para una unión adhesiva" por su descripción de un
proceso para la preparación de una película de plástico o la
superficie del substrato de material compuesto para operaciones de
recubrimiento de unión adhesiva mediante la aplicación a la
superficie de una composición abrasivas que contiene partículas
abrasivas tales como partículas que contienen silicio y frotando el
recubrimiento sobre la superficie para fijar las partículas
abrasivas a la misma. La superficie primero se desengrasa
limpiándola con un disolvente tal como por ejemplo isopropanol.
Técnica relevante adicional se encuentra en los
documentos US 5015506A, US 54544413A y US 6248403B.
Es conocido tratar o recubrir aluminio y otros
substratos para mejorar sus propiedades de unión relativas a
imprimaciones, pinturas, recubrimientos adhesivos y otros substratos
tales como materiales compuestos, metales, vidrio, etcétera. Tales
procesos típicamente requieren la utilización de un recubrimiento de
conversión química (CCC - Chemical Conversión Coating), tal como
Alodine, sobre la superficie de aluminio para mejorar las
propiedades de unión del substrato a las pinturas, adhesivos,
etcétera, mientras se mejora la resistencia a la corrosión del
sistema recubierto. La composición de recubrimiento de conversión
química típicamente contiene ácido crómico, una sal del ácido de
fluoruro y aceleradores.
El cromo es un producto químico objetable desde
el punto de vista medioambiental por la EPA (Environmental
Protection Agency - Agencia de protección medioambiental) para la
reducción o la eliminación y la sustitución de la electrodeposición
o de los baños de tratamiento, que contienen cromo, por baños, que
no contengan cromo, ha sido el objeto de una extensa investigación
académica e industrial.
Se han desarrollado composiciones alternativas
de recubrimientos que no contienen cromo pero el proceso de la
aplicación de tales composiciones requiere múltiples pasos, cada uno
de los cuales generalmente requiere un depósito de proceso caliente
diferente en oposición al depósito de proceso caliente único
requerido para el proceso de recubrimiento de conversión química
(CCC) de cromo convencional. Los requisitos de energía y de la
instalación de este proceso alternativo crea una dificultad y un
gasto sustanciales desde el punto de vista de la implantación en
una instalación de fabricación.
Otro proceso de conversión química alternativo
implica la utilización de una composición oxidante de cobalto amina
tal como por ejemplo Alodine 2000 para formar una película de óxido
químico sobre substratos de aluminio. Un proceso de este tipo
requiere la utilización de dos depósitos de proceso calientes
distintos. En el primer paso se forma una capa de óxido químico
sobre la superficie del aluminio utilizando un baño oxidante de
cobalto amina para formar una capa de óxido de aproximadamente 1000
unidades angstrom de grosor. En el segundo paso el substrato de
aluminio oxidado se sumerge en un segundo depósito que contiene una
composición la cual sella la capa de óxido para aportar resistencia
a la corrosión al substrato. El primer paso incrementa las
propiedades de unión del substrato de aluminio mientras el segundo
paso se requiere para aportar resistencia a la corrosión.
\newpage
Actualmente, cuando se aplica una composición de
silicona a diversos substratos, a menudo es necesario utilizar una
imprimación, es decir, se aplica una capa de imprimación sobre la
superficie del substrato y entonces se aplica la composición de
silicona sobre la misma y se cura sobre el substrato. En muchos
casos, si se aplica una composición de silicona sobre un substrato
sin la imprimación, la unión entre la silicona y el substrato no es
tan fuerte como sería deseable.
La aplicación de una imprimación supone un paso
adicional en la preparación del substrato y por lo tanto es costoso
y además consume tiempo. Por lo tanto, sería deseable proporcionar
composiciones de silicona las cuales no requieran que sea aplicada
una imprimación a la superficie del substrato.
La utilización de compuestos de sililfumarato y
sililmaleato como activadores de la adherencia en composiciones de
silicona es conocida en la técnica. De Zuba y otros, en la patente
americana USP 3,941,741 expone la utilización de un compuesto de
maleato, fumarato, sililmaleato o sililfumarato como un aditivo de
autoadherencia en una composición de caucho de silicona de curado
en caliente. La patente de los Estados Unidos 4,273,698 de Smith
Jr. y otros fechada el 16 de junio de 1981 y titulada
"Composiciones de caucho de silicona vulcanizables a temperatura
ambiente de autoadherencia"; la patente de los Estados Unidos
4,308,372 de Smith Jr. y otros fechada el 29 de diciembre de 1981 y
titulada "Composición de caucho de silicona de vulcanización a
temperatura ambiente de un componente autoestable" y la patente
de los Estados Unidos 4,395,507 de Dziark y otros fechada el 26 de
julio de 1983 y titulada "Composiciones de caucho de silicona
dimedona de vulcanización a temperatura ambiente de un componente
de autoadherencia" exponen la utilización de un silil maleato, un
silil fumarato o un silil sucinato como activador de la adherencia
en las composiciones de silicona curables a temperatura
ambiente.
También se conoce en la técnica la utilización
de compuestos de silil fumarato o silil maleato como activadores de
la adherencia en composiciones de silicona curables por adición. (La
patente de los Estados Unidos 4,891,407 de Mitchell fechada el 2 de
enero de 1990 y titulada "Interpenetración de redes poliméricas
que comprenden politetrafluoretileno y polisiloxano". La patente
de los Estados Unidos 5,164,461 de Mitchell fechada el 17 de
noviembre de 1992 y titulada "Composiciones adhesivas de silicona
curables por adición").
Las alcanolaminas incorporadas con aminosilanos
en las películas de la superficie se han descubierto que
proporcionan niveles excepcionales de comportamiento adherente
cuando se recubren con cualquier variedad de pinturas y polímeros.
(Patente de los Estados Unidos 6,020,028 de Kinneberg fechada el 1
de febrero de 2000 y titulada "Catalizadores de adherencia de
silano"). Este procedimiento implica la aplicación de una
solución de un aminosilano y una alcanolamina, disueltos en un
disolvente, a un substrato y después de ello hace entrar en contacto
la superficie recubier-
ta del substrato con pintura o polímero fluido sin curar y permitir que curen la pintura o el polímero fluido sin curar.
ta del substrato con pintura o polímero fluido sin curar y permitir que curen la pintura o el polímero fluido sin curar.
La patente de los Estados Unidos 6,096,700 de
Weir y otros, fechada el 1 de agosto de 2000 y titulada
"Composiciones y procesos de disolventes de limpieza
medioambientales" expone la utilización de un disolvente de
limpieza que contiene composiciones de un disolvente orgánico
volátil seguro desde el punto de vista medioambiental y un volumen
menor de un agente de acoplo polifuncional, preferiblemente del tipo
silano.
Se ha realizado un trabajo reciente (patente de
los Estados Unidos 6,004,679 de Mitchell y otros fechada el 21 de
diciembre de 1999 y titulada "Composiciones adhesivas de silicona
curables por adición que contienen laminados") sobre un proceso
para añadir un activador de la adherencia directamente a los
materiales de recubrimiento de silicona para añadir adherencia a
los substratos. Claramente, es muy deseable proporcionar un proceso,
que elimine la necesidad de los pasos de conversión química los
cuales requieren la utilización de cromo o requieren la utilización
de diversos baños calientes y diversos pasos para mejorar las
propiedades de adherencia al substrato.
Tales procesos son laboriosos, consumen tiempo,
son ineficaces desde el punto de vista de los costes y peligrosos y
son insatisfactorios para utilizarlos sobre ciertos substratos, en
donde no se puede utilizar la abrasión o el granallado y son
ineficaces para ciertas operaciones de recubrimiento y unión.
Por lo tanto, es un objeto de esta invención
proporcionar un proceso para preparar una sustancia con propiedades
de adherencia mejoradas.
Es un objeto de esta invención proporcionar un
proceso para preparar un substrato con propiedades de adherencia
mejoradas mientras se elimina un paso del proceso en la preparación
del substrato.
Es un objeto proporcionar un proceso para la
preparación de un substrato con propiedades de adherencia mejoradas
sin que se requiera la utilización de sustancias nocivas, peligrosas
o medioambientalmente no satisfactorias.
El proceso novedoso de la presente invención
implica la adición de agentes de acoplo polifuncionales del tipo
silano y activadores de la adherencia a cantidades mayores en
volumen de disolventes de limpieza orgánicos medioambientalmente
seguros que generalmente tienen una presión de vapor baja para
formar composiciones de disolvente de limpieza novedosos para
limpiar e imprimar la superficie de un substrato tal como metal,
material compuesto, vidrio, plástico o bien otros materiales antes
de la aplicación de recubrimientos de pintura, adhesivos o capas
similares y antes de la laminación de tales substratos entre sí o
para sostener estructuras tales como cuerpos en nido de abeja,
mientras simultáneamente depositan y unen el agente de acoplo y el
activador de la adherencia a la superficie limpia del
substrato.
La invención elimina la necesidad de aplicar una
imprimación de silicona al substrato después de la limpieza del
substrato y antes de la unión. También elimina la necesidad de
añadir el activador de la adherencia directamente a la formulación
de la silicona a precios incrementados para los formuladores y para
la comunidad de usuarios. En el caso en el que el activador de la
adherencia de silicona se añada directamente a la composición de
silicona, el substrato todavía se tiene que limpiar antes de la
unión. En cualquier caso del substrato se tiene que limpiar antes
de la unión.
El proceso y la composición novedosos cuando se
utilizan como un limpiador con el activador de la adherencia ya en
la formulación de limpieza limpiarán y tratarán simultáneamente el
substrato con el activador de la adherencia. Este proceso eliminará
tanto el paso de limpieza como la necesidad de añadir el activador
de la adherencia directamente al material. Puesto que para una
adherencia óptima generalmente siempre se requiere la limpieza del
substrato, este procedimiento novedoso y las formulaciones de
disolventes asociadas son una alternativa preferida a las
composiciones y los procesos actualmente utilizados.
El proceso expuesto evita la utilización de
disolventes orgánicos volátiles objetables desde el punto de vista
medioambiental los cuales son peligrosos para el medio ambiente y
para la salud de los trabajadores, elimina la necesidad de pasos de
limpieza distintos y pasos de aplicación del agente de recubrimiento
y elimina la necesidad de los pasos de conversión química
convencionales o de recubrimiento de oxidación en los substratos de
metal tales, aluminio, permitiendo la aplicación directa y la unión
de recubrimientos resistentes a la corrosión tales como pinturas,
capas de resinas adhesivas, capas de sellantes, etc., al substrato
para aportar resistencia a la corrosión al mismo, mientras se
acopla el recubrimiento directamente al substrato para evitar el
pelado, la exfoliación o bien otra separación del recubrimiento y
los recubrimientos superiores o laminados del substrato.
El presente proceso aplica el agente de acoplo y
el activador de la adherencia directamente al área del substrato
que se va a recubrir y elimina la necesidad de que el agente de
acoplo migre a través de la matriz de la resina para acoplarse al
substrato como es el caso en el que el agente de acoplo está
presente en una pintura resinosa después de la aplicación,
adhesivos o bien otra capa, tal como por ejemplo resina epoxi
curable o resinas de poliuretano curables a partir de resinas de
poliéster y agentes de curado de isocianato.
Las presentes composiciones novedosas de
disolvente de limpieza de tratamiento superficial comprenden
soluciones diluidas de uno o más agentes de acoplo polifuncionales
y uno o más activadores de la adherencia en uno o más disolventes
orgánicos volátiles medioambientalmente seguros.
Las presentes composiciones de disolvente de
limpieza contienen desde aproximadamente 0,1% hasta aproximadamente
el 5% en volumen de agentes de acoplo y desde 0,1 hasta
aproximadamente el 5% en volumen de activador de la adherencia con
el resto siendo disolvente.
Disolventes orgánicos volátiles preferidos
incluyen nafta, metil propil quetona, acetona, alcohol isopropílico
y disolventes comercialmente disponibles y mezclas tales como una
mezcla de 50/50 de metil propil quetona y nafta alifática, una
mezcla de 50/50 alcohol isopropílico y nafta alifática, una mezcla
60/40 de metil propil quetona/metil isobutil quetona, Citro Safe,
Shell Tolu-Sol, RTM, WHT (disolventes alifáticos
mezclados (cicloparafinas C_{7} - C_{8})) y mezclas o
combinaciones de éstas o bien otros disolventes medioambientalmente
y legalmente aceptables.
Agentes de acoplo polifuncionales del tipo
silano adecuados incluyen los agentes de acoplo de silano
relacionados en el boletín Dow Corning Form Nº
23-012C-90. Un aditivo de silano
preferido para las composiciones de limpieza presentes comprende
una solución de 0,1 al 5% de un compuesto de silano con radicales
hidroxil- o alcoxi- inferiores, tal como
3-glicidoxi-propiltrimetoxi silano,
el cual está comercialmente disponible bajo la designación de la
marca Dow Corning Z-6040. Éste es un silano
orgánicofuncional el cual hidroliza para formar grupos silanol
capaces de unirse con superficies inorgánicas tales como metales y
provisto de afinidad para recubrimientos orgánicos aplicados sobre
el mismo. También es adecuada una composición disponible bajo la
marca comercial Rain-X.RTM la cual es una solución
del 9% de una mezcla de silanos siloxanos en alcoholes miscibles en
agua, esencialmente alcohol etílico, así como productos de la
reacción de silano aminoalcoxi.
Activadores de la adherencia adecuados son
activadores de la adherencia seleccionados a partir del grupo que
consta de:
- (i)
- bis[3-(trialcoxisilil)alquil]hidromuconato;
- (ii)
- bis[3-(trialcoxisilil)alquil]sucinato;
- (iii)
- bis[3-(trialcoxisilil)alquil]ftalato; y
- (v)
- bis[3-(trialcoxisilil)alquil]piridina - 2,6 dicarboxilato
en los que los radicales alquilo tienen de 1 a 8
átomos de carbono.
Activadores de la adherencia deseable son
activadores de la adherencia seleccionados a partir del grupo que
consta de (i)
bis[3-(trialcoxisilil)alquil]hidromuconato;
(ii) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]sucinato;
(iii) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]ftalato; y
(v) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]piridina - 2,6
dicarboxilato, en los que el radical alquil contiene de 1 hasta
aproximadamente 4 átomos de carbono; más preferiblemente el radical
alquilo es propilo.
Se prefieren aquellos en los que el alcoxi es
metoxi y el alquilo es propilo. Especialmente preferida es la forma
de realización en la que el alcoxi es metoxi y el alquilo es propilo
y las sales sucinato.
En una forma de realización de la presente
invención la composición disolvente de limpieza/agente de acoplo se
aplica directamente a la superficie del substrato que se va a
acoplar, tal como por ejemplo aluminio. En los casos en los que la
superficie del aluminio está oxidada, tratada con Alodine o
anodizada, la superficie se trata ligeramente con una almohadilla
abrasiva tal como por ejemplo Scotch-Brite^{TM} Nº
7447 (carbono de silicio/óxido de aluminio) para eliminar la capa
de óxido, de Alodine o anodizada o se sumerge en un baño de ácido
fosfórico alcohólico durante aproximadamente 10 minutos para atacar
químicamente la capa oxidada y aclararlo en agua para eliminar
todas las trazas del baño, o se desoxida de acuerdo con otros
procedimientos normales de desoxidación.
En los procesos preferidos de la presente
invención, el substrato se prepara superficialmente en una serie de
pasos secuenciales en los cuales primero se desengrasa si es
necesario, por ejemplo mediante limpieza con ácido, álcali o
limpieza con disolvente, aclarado y después desoxidado. El
substrato, después del aclarado como sea adecuado, se limpia
entonces con la composición de disolvente de limpieza novedosa de la
presente invención, que contiene un agente de acoplo polifuncional
y un activador de la adherencia y después se recubre. No es
necesaria imprimación.
La prueba comparativa siguiente demuestra la
mejora en la unión de los recubrimientos a diversos substratos
medidos mediante una prueba de adherencia en las composiciones que
contienen activador de la adherencia.
Probetas de prueba plegadas por cizalladura de
aluminio, plástico o material compuesto primero se desoxidan o
abrasionan antes de ser fabricadas probetas plegadas por cizalladura
de acuerdo con la norma ASTM D 1002.
Las probetas de prueba plegadas por cizalladura
de aluminio, plástico o material compuesto se recubren entonces
mediante la aplicación de los disolventes de limpieza
medioambientales y se secan limpiándolas con un trapo seco limpio
para eliminar la contaminación tal como por ejemplo aceite, grasa, o
partículas metálicas o de plástico. Entonces se exponen al aire
durante un período de una hora a 24 horas, después de lo cual las
probetas limpias se someten a la unión con silicona lo cual es
seguido por la prueba de acuerdo con la norma ASTM D 1002 titulada
"Propiedades de resistencia de adhesivos al esfuerzo cortante
mediante carga de tensión metal con metal".
El propósito de la prueba del esfuerzo cortante
al plegado es determinar y establecer el tipo de fallo a la
delaminación. La delaminación del material de muestra para pruebas
que presenta fallos de cohesión se considera excelentes; mientras
que cualquier material de muestra para pruebas que presenta un fallo
de adherencia se considera pobre.
En cada prueba el resultado es una
representación de por lo menos tres probetas plegadas por
cizalladura.
La siguiente tabla recoge los resultados
esperados a partir de la aplicación de probetas limpiadas con un
activador de la adherencia con formulaciones de curado de
silicona.
A las personas expertas en esta materia se les
ocurrirán muchas variaciones de la presente invención a la luz de
la descripción detallada anterior. Todas esas variaciones evidentes
entran dentro del ámbito global de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (9)
1. Composición de disolvente de limpieza para
limpiar e imprimar un substrato y para depositar sobre el substrato
un residuo que contiene un agente de acoplo polifuncional y un
activador de la adherencia, dicha composición comprendiendo:
a) del 95 al 99,9% en volumen de un disolvente
orgánico volátil medioambientalmente aceptable que tiene una
presión de vapor del compuesto por debajo de aproximadamente 45 mm
Hg;
b) de 0,1 al 5% en volumen de agente de acoplo
polifuncional 3-glicidoxipropiltrimetoxi silano
polifuncional; y
c) de 0,1 a 5% en volumen de un agente activador
de la adherencia seleccionado del grupo que contiene (i)
bis[3-(trialcoxisilil)alquil]hidromuconato;
(ii) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]sucinato;
(iii) bis[3-(trialcoxisilil)alquil]ftalato; y
(v)
bis[3-(trialcoxisilil)alquil]piridina-2,6
dicarboxilato, en el que los radicales alquilo contienen desde 1
hasta aproximadamente 8 átomos de carbono.
2. Composición de disolvente de limpieza según
la reivindicación 1 en la que el disolvente comprende nafta.
3. Composición de disolvente de limpieza según
la reivindicación 1 en la que el disolvente orgánico volátil
comprende una mezcla de nafta y metil propil quetona.
4. Composición de disolvente de limpieza según
la reivindicación 1 en la que el disolvente es metil propil
quetona.
5. La composición de disolvente de limpieza de
la reivindicación 1 en la que el radical alcoxi es metoxi.
6. La composición de disolvente de limpieza de
la reivindicación 1 en la que el radical alquilo contiene de 1 a 4
átomos de carbono.
7. La composición de disolvente de limpieza de
la reivindicación 6 en la que el radical alquilo es propilo.
8. La composición de disolvente de limpieza de
la reivindicación 7 en la que el radical alcoxi es metoxi.
9. La composición de disolvente de limpieza de
la reivindicación 1 en la que el agente activador de la adherencia
es bis[3-(trialcoxisilil)alquil]sucinato.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US681064 | 1991-04-05 | ||
| US10/681,064 US6989359B2 (en) | 2003-10-08 | 2003-10-08 | Environmental wipe solvent compositions and processes |
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