ES2301154T3 - Metodo para la pasivacion de superficies metalicas con polimeros que contienen grupos acidos. - Google Patents

Metodo para la pasivacion de superficies metalicas con polimeros que contienen grupos acidos. Download PDF

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Abstract

Un proceso para la pasivación de superficies metálicas mediante tratamiento de la superficie con una preparación acuosa ácida que comprende al menos un polímero X soluble en agua que comprende grupos ácidos y al menos un ión de metal, caracterizado porque ¿ el polímero tiene al menos 0,6 mol de grupos ácidos /100 g del polímero, ¿ el pH de la formulación no es mayor de 5, ¿ la cantidad del polímero es de 1 hasta 40% en peso, con base en la cantidad de todos los componentes de la formulación, ¿ el ión de metal es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zn2+, Ca2+, Mg2+ y Al3+, y ¿ la cantidad de iones metálicos es de 0,01 % en peso hasta 25% en peso, con base en la cantidad total de todos los polímeros X.

Description

Método para la pasivación de superficies metálicas con polímeros que contienen grupos ácidos.
La presente invención se refiere a un proceso para la pasivación de superficies metálicas por tratamiento de la superficie con una preparación ácida acuosa que comprende al menos un polímero soluble en agua y que contiene grupos ácidos, iones de Zn, Ca, Mg o Al y iones fosfato. El proceso es adecuado en particular para la pasivación continua de bandas metálicas.
En la actualidad, las bandas metálicas largas que se producen mediante laminado en caliente y/o laminado de bloques metálicos (llamados "desbastes planos") y se enrollan en bobinas para almacenamiento y transporte, se usan usualmente como materia prima para la producción de piezas de trabajo metálicas similares a láminas, tales como, por ejemplo, partes de automotores, partes de carrocería, recubrimientos de equipos, chapados de fachadas, chapados de cielos rasos o perfiles de ventanas.
Las bandas metálicas se dividen y se moldean en los artículos con la forma deseada mediante técnicas adecuadas tales como troquelado, taladrado, doblado, conversión en perfile y/o trefilado profundo. Componentes más grandes, tales como por ejemplo, carrocerías de automotores se juntan, por ejemplo, mediante soldadura de un conjunto de partes individuales.
El tratamiento de protección frente a la corrosión de tales materiales metálicos se efectúa usualmente en procesos de múltiples etapas, y la superficie de los metales tratados tiene un conjunto de diversas capas. Un tratamiento de protección frente a la corrosión puede llevarse a cabo en diversos puntos del proceso reproducción. Esto puede ser una protección temporal frente a la corrosión como también una protección permanente frente a la corrosión. Se aplica protección temporal, por ejemplo, solo para el almacenamiento y transporte de una banda metálica o de otra pieza de trabajo metálica y se retira de nuevo antes del procesamiento final.
Son de particular importancia técnica y económica las bandas que tienen una superficie galvanizada, en particular las bandas de hierro o acero electro-galvanizado o galvanizado en caliente. La protección frente a la corrosión del zinc se basa en el hecho de que es menos noble que el material metálico mismo y por lo tanto se corroe él mismo. El material metálico de por sí permanece intacto siempre que aún este continuamente cubierto con zinc. Además, también son de importancia las bandas metálicas de aluminio o aleaciones de aluminio. En presencia de oxígeno atmosférico se forma inicialmente una capa delgada de óxido sobre la superficie del Zn o de las aleaciones de Zn o de AL o aleaciones de Al, dependiendo de las condiciones externas, se disminuye a una mayor o menor extensión del ataque corrosivo del metal subyacente.
Para aumentar el efecto protector de una capa de óxido así, normalmente las superficies de Al y Zn se someten a un tratamiento adicional de pasivación. En el transcurso del tratamiento de estos, una parte del metal a protegerse se disuelve y se incorpora al menos parcialmente a una película sobre la superficie metálica. Esta película se asemeja a la película de óxido presente en cualquier caso y por lo general comprende fosfatos, metales pesados y/o fluoruros, introducidos deliberadamente. Esto suministra una mayor protección frente a la corrosión que la película que se adhiere naturalmente al zinc y comprende predominantemente óxido de zinc y carbonato de zinc y se le denomina usualmente capa de pasivación. Esto mejora también con frecuencia la adhesión de los recubrimientos de pintura aplicados al metal. En lugar de la expresión "capa de pasivación" se usa por lo tanto como sinónimo con frecuencia la expresión "capa de conversión", algunas veces también la expresión "capa de pre-tratamiento". Una capa de pasivación aplicada a una banda de acero inmediatamente después de galvanizarlo se denomina también ocasionalmente como "capa de post-tratamiento". Las capas de pasivación son comparativamente delgadas y tienen usualmente un grosor no mayor de 3 \mum.
Para aumentar la protección frente a la corrosión se aplican por lo general recubrimientos adicionales (pintura) a la capa de pasivación. En general, estos son una combinación de un conjunto de recubrimientos de pintura que en cada caso sirven para diversos propósitos. Sirven, por ejemplo, para proteger la capa de pasivación y el metal frente a gases y/o líquidos corrosivos pero también del daño mecánico, tal como por ejemplo, de cantos triturados, y por supuesto también para propósitos estéticos. Los recubrimientos de pintura son esencialmente más gruesos que las capas de pasivación. Los grosores típicos se encuentran en el rango de 4 \mum a 400 \mum.
A la fecha, las capas de pasivación sobre las superficies de zinc o aluminio han sido obtenidas mediante tratamiento de la pieza de trabajo a protegerse con soluciones acuosas ácidas de soluciones que comprenden cromatos. El mecanismo de una pasivación así es complejo. Entre otros, el Zn metálico o Al metálico se disuelve desde la superficie y se precipita de nuevo en forma de capas amorfas o cristalinas que, en adición al zinc o al aluminio, se le incorpora Cr(II1) y/o Cr(V1). Sin embargo, las capas pueden comprender también otros iones y/u otros componentes de la solución de tratamiento, tales como fosfatos, por ejemplo. En el tratamiento con ácido crómico es particularmente deseable que se incorpore una cierta porción de Cr(V1) a la capa de pasivación.
Para evitar el tratamiento con soluciones de Cr(V1), se ha propuesto el tratamiento con soluciones ácidas acuosas de Cr(II1). A manera de ejemplo pude hacerse referencia a la patente estadounidense US No. 4,384,902 o la solicitud WO140208. Sin embargo, existe un número creciente de solicitudes que requieren procesos de pasivación completamente libres de cromo debido, por ejemplo, a las disposiciones obligatorias que se refieren a la producción de automóviles y equipo eléctrico o debido al deseo de los usuarios de excluir confiablemente el contacto de alimentos con ciertos compuestos de metales pesados. Para evitar el uso de Cr(V1) como también de Cr(III), volviéndose por lo tanto el uso de polímeros importante de una manera creciente. Además, por razones toxicológicas y/o ecológicas existe el deseo de prescindir de cobalto, ácido fluorhídrico, fluoruros y hexafluorometalatos en el pre-tratamiento de superficies metálicas.
DE-A 195 16 765 divulga un proceso libre de cromo y fluoruro para la producción de capas de conversión sobre superficies metálicas de Zn o Al. La solución ácida usada para la pasivación comprende un polímero soluble en agua, ácido fosfórico y complejos quelatos de Al. Opcionalmente también pueden usarse polímeros y (co) polímeros de ácido (met) acrílico.
DE-A 197 54 108 divulga un inhibidor de corrosión acuoso libre de cromo que comprende aniones hexafluoruro de Ti(1V) y/o Zr(IV), iones de vanadio, iones de cobalto y ácido fosfórico. Opcionalmente pueden adicionarse, además, diversos polímeros formadores de película, incluyendo copolímeros que contienen grupos carboxílicos tales como copolímeros de ácido acrílico/ácido maleico.
WO 2004174372 divulga un proceso para la pasivación de superficies metálicas usando copolímeros desde 50 hasta 99,9% en peso de ácido (met) acrílico y desde 0,1 hasta 50% en peso de comonómeros ácidos, incluyendo ácidos dicarboxílicos etilénicamente insaturados y/o ácidos fosfóricos y/o fosfónicos polimerizables. No se divulga la combinación de los polímeros con iones de Zn, Ca, Mg o Al.
WO 00155391 divulga el uso de homo- o copolímeros de ácido vinilfosfónico en combinación con SiO_{2} para el tratamiento de superficies metálicas. No se divulga la combinación de los polímeros con iones de Zn, Ca, Mg o Al.
Un objeto de la invención era suministrar un proceso mejorado para la pasivación de superficies metálicas. Preferiblemente, este fue un proceso libre de cromo que puede usarse para el tratamiento de bandas metálicas y artículos moldeados a producirse a partir de bandas metálicas. El proceso debía ser preferiblemente libre de fluoruros, libre de níquel y libre de cobalto y ser capaz de llevarse a cabo sin lavar la banda en un paso; es decir, mediante aplicación de una formulación y un secado subsiguiente.
Por consiguiente, se encontró un proceso para la pasivación de superficies metálicas mediante tratamiento de la superficie con una preparación acuosa ácida que comprende al menos un polímero X soluble en agua que comprende grupos ácidos y al menos un ión metálico,
\bullet
Teniendo el polímero X al menos 0,6 mol de grupos ácidos/100 g del polímero,
\bullet
Siendo el pH de la formulación no mayor de 5,
\bullet
Siendo la cantidad del polímero X de 1 a 40% en peso con base en la cantidad de todos los componentes de la formulación,
\bullet
Siendo el ión metálico al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zn^{2+}, Ca^{2+}, Mg^{2+} y Al^{3+}, y
\bullet
Siendo la cantidad de los iones metálicos de 0,01% en peso a 25%, con base en el polímero X.
En una forma preferida de realización de la invención, la formulación comprende además iones fosfato.
En una forma de realización particularmente preferida de la invención, el polímero X es un copolímero X1 que contiene grupos carboxilo y está compuesto de las siguientes unidades monoméricas, en cada caso con base en la cantidad de todos los monómeros incorporados como unidades polimerizadas al copolímero:
(A) de 40 a 90% en peso de ácido (met)acrílico,
(B) de 10 a 60% en peso de al menos otro monómero insaturado monoetilénicamente que difiere de (A) y tiene uno o más grupos ácidos, y
(C) opcionalmente de 0 a 30% en peso de al menos otro monómero insaturado etilénicamente que difiere de (A) y (B).
Sorpresivamente se encontró que la combinación descrita conduce a una protección frente a la corrosión substancialmente mejorada.
Con respecto a la invención puede detallarse específicamente lo siguiente:
Las superficies metálicas que pueden pasivarse por medio del proceso según la invención, son en particular las superficies de metales no nobles. Estos pueden ser, por ejemplo, las superficies de hierro, acero, Zn, aleaciones de Zn, Al o aleaciones de Al, Sn y aleaciones de Sn, Mg o aleaciones de Mg. Los aceros pueden ser tanto aceros de baja aleación como de alta aleación.
El proceso según la invención es particularmente adecuado para la pasivación de superficies metálicas que comprenden Zn, aleaciones de Zn, Al o aleaciones de Al. Estas pueden ser las superficies de cuerpos o piezas de trabajo que consisten enteramente de dichos metales o aleaciones. Sin embargo, pueden ser también las superficies de cuerpos recubiertos con Zn, aleaciones de Zn, Al o aleaciones de Al, siendo posible que los cuerpos consistan de otros materiales, por ejemplo de otros metales, aleaciones, polímeros o materiales compuestos. En particular, pueden ser las superficies de hierro o acero galvanizado. El término "galvanizado" comprende también, por supuesto, el recubrimiento con una aleación de Zn, en particular galvanizado en caliente con aleaciones ZnAl y galvanizado electrolítico con aleaciones de ZnNi, ZnFe, AlMn y ZnCo.
Las aleaciones de Zn o Al se conocen por parte de la persona técnica en la materia. La persona técnica elige el tipo y la cantidad de componentes de aleación de acuerdo con el uso deseado. Los componentes típicos de aleaciones de Zn comprenden en particular Al, Mg, Pb, Si, Mg, Sn, Cu o Cd. También son posibles las aleaciones de Al/Zn en las que están presentes Al y Zn en cantidades aproximadamente iguales. El recubrimiento puede ser un recubrimiento substancialmente homogéneo o recubrimientos que tienen gradientes de concentración. Un posible ejemplo de esto es acero galvanizado al cual se ha aplicado adicionalmente Mg mediante deposición a vapor. Como resultado puede formarse una aleación de Zn/AL en la superficie. Los componentes típicos de las aleaciones de aluminio comprenden en particular Mg, Mn, Si, Zn, Cr, Zr, Cu o Ti.
Una forma preferida de realización del proceso se refiere a la superficie de una banda metálica que comprende preferiblemente aluminio o aleaciones de aluminio o hierro o acero, en particular bandas de acero electrogalvanizado o galvanizado en caliente.
Además, las superficies son preferiblemente aquellas de los cuerpos moldeados que pueden obtenerse de dichas bandas metálicas mediante procedimientos como corte, procesamiento y/o preparación de uniones. Los ejemplos comprenden carrocerías de automotores o partes de las mismas, carrocerías de camiones, enchapados para dispositivos domésticos tales como, por ejemplo, máquinas lavadoras, lavadoras de platos, lavadoras-secadoras, cocinas a gas y eléctricas, hornos microondas, congeladores de bandeja o refrigeradores, enchapados para equipo técnico o aparatos tales como, por ejemplo, máquinas, gabinetes interruptores, carcasas de computadores o similares, componentes en el sector arquitectónico, tales como partes de pared, elementos de fachada, elementos de techos, perfiles de ventanas o puertas o divisiones, muebles que comprenden materiales metálicos, tales como gabinetes metálicos o estantes de metal.
Las superficies metálicas a tratarse pueden tener también, por supuesto, capas de superficie delgadas de óxido/hidróxido y/o carbonatadas o capas de composiciones similares. Tales capas se forman usualmente de manera espontánea sobre las superficies metálicas en contacto con la atmósfera y se incluyen en el término "superficie metálica".
La preparación usada por la pasivación comprende uno o más polímeros X solubles en agua que contienen grupos ácidos. Los polímeros X usados pueden ser homopolímeros o copolímeros. Durante el tratamiento la naturaleza química de la superficie metálica cambia.
Los grupos ácidos se seleccionan preferiblemente del grupo consistente en grupos carboxílicos, grupos sulfo, grupos de ácido fosfórico o grupos de ácido fosfónico. Son preferiblemente en particular grupos carboxilo, grupos de ácido fosfórico o grupos de ácido fosfónico.
De acuerdo con la invención, los polímeros X usados tienen al menos 0,6 mol de grupos ácidos por 100 g del polímero. La cantidad declarada se refiere a los grupos de ácido libre. Preferiblemente, los polímeros tienen al menos 0,9 mol de grupos ácidos por 100 g, particularmente preferible al menos 1 mol por 100 g, muy particularmente preferible al menos 1,2 mol por 100 g.
La expresión soluble en agua en el contexto de esta invención pretende significar que el polímero o polímeros X usados deben ser solubles en agua de manera homogénea. Las dispersiones acuosas de partículas de polímero reticulado de polímero o polímeros X esencialmente insolubles en agua no se encuentran dentro del alcance de esta invención.
Los polímeros X usados que contienen grupos ácidos deben ser continuamente miscibles con agua incluso si esto no es absolutamente esencial en cada caso. Sin embargo, deben ser solubles en agua al menos en un grado tal que sea posible la pasivación por medio del proceso según la invención. Por lo general, los copolímeros usados tienen una solubilidad de al menos 50 g/l, preferiblemente 100 g/l y particularmente preferible de al menos 200 g/l.
Es conocido para una persona técnica en el área de los polímeros que la solubilidad en agua de polímeros que contienen grupos ácidos es dependiente del pH. El pH deseado para el uso respectivo de destino debe elegirse, por lo tanto, en cada caso como un punto de referencia. Un polímero que tiene una solubilidad insuficiente para el uso de destino a cierto valor de pH puede tener una solubilidad suficiente a otro valor de pH.
El polímero X usado es preferiblemente un copolímero de al menos dos monómeros diferentes que contienen grupos ácidos. Por ejemplo, puede se un copolímero de ácido (met)acrílico y otros monómeros ácidos, tales como ácido maleico, ácido itacónico y/o ácido vinilfosfónico. El copolímero puede comprender opcionalmente además otros monómeros sin grupos que contienen ácido. Sin embargo, la cantidad de tales monómeros no debe exceder 30% en peso con base en la cantidad total de todos los monómeros incorporados al copolímero como unidades polimerizadas.
En una realización particularmente preferida de la invención, el polímero X es uno o más copolímeros X1 solubles en agua que comprenden unidades de ácido (met)acrílico (A), monómeros monoetilénicamente insaturados que difieren de los anteriores y que tienen grupos ácidos (B) y opcionalmente otros monómeros (C) en calidad de unidades estructurales.
El monómero (A) para la preparación del copolímero X1 es ácido (met)acrílico. También es posible, por supuesto, usar mezclas de ácido acrílico y ácido metacrílico.
La cantidad de ácido (met)acrílico en el copolímero XI es de 40 hasta 90% en peso, preferiblemente de 50 hasta 80% en peso y particularmente preferible de 50 hasta 70% en peso, basándose estos datos en la suma de todos los monómeros en el polímero.
El monómero (B) es al menos un monómero monoetilénicamente insaturado que difiere de (A) pero es copolimerizable con (A) y tiene uno o más grupos ácidos. También es posible, por supuesto, usar un conjunto de diferentes monómeros (B).
Los grupos ácidos pueden ser, por ejemplo, grupos carboxilo, grupos de ácido fosfórico, grupos de ácido fosfónico o grupos sulfo, sin tener la intención de limitar la invención a estos grupos ácidos.
Ejemplos de tales monómeros comprenden ácido crotónico, ácido vinilacético, seminésteres C_{1}-C_{4} de ácidos dicarboxílicos monoetilénicamente insaturados, ácido estirenosulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido vinilfosfónico, fosfato de monovinilo, ácido maleico o ácido fumárico.
La cantidad de los monómeros (B) en el copolímero X1 es de 10 hasta 60% en peso, preferiblemente de 20 hasta 50% en peso y particularmente preferible de 30 hasta 50% en peso, con base en cada caso en la suma de todos los monómeros en el polímero.
En una realización preferida de la invención, los monómeros (B) son ácidos dicarboxílicos insaturados monoetilénicamente que tienen 4 a 7 átomos de carbono (B1) y/o ácidos fosfórico y/o fosfónico monoetilénicamente insaturados (B2).
Ejemplos de monómeros (B1) comprenden ácido maleico, ácido fumárico, ácido metilfumárico, ácido metilmaleico, ácido dimetilmaleico, ácido metilenmalónico o ácido itacónico. Los monómeros pueden, si es apropiado, usarse también en forma de los anhídridos cíclicos correspondientes. Se prefieren ácido maleico, ácido fumárico y ácido itacónico, particularmente se prefieren ácido maleico o anhídrido de ácido maleico.
Ejemplos de monómeros (B2) comprenden ácido vinilfosfónico, fosfato de monovinilo, ácido alilfosfónico, fosfato de monoalilo, ácido 3-butenilfosfónico, fosfato de mono-3-butenilo, fosfato de 4-viniloxibutilo, acrilato de fosfonoxietilo, metacrilato de fosfonoxietilo, fosfato mono(2-hidroxi-3-viniloxipropilo), fosfato de (1-fosfonoximetil-2-viniloxietilo), fosfato de mono(3-aliloxi-2-hidroxipropilo), fosfato de mono-2-(aliloxi-1-fosfonoximetiletil), 2-hidroxi-4-viniloximetil-1,3,2-dioxafosfol, 2-hidroxi-4-aliloximetil-1,3,2-dioxafosfol. Son preferiblemente ácido vinilfosfónico, fosfato de monovinilo o ácido alilfosfónico y el ácido vinilfosfónico es particularmente preferido.
En adición a los monómeros (A) y (B), puede usarse opcionalmente de 0 a 30% en peso de al menos otro monómero etilénicamente insaturado (C) que difiere de (A) y (B). Aparte de estos no se usan otros monómeros.
Los monómeros (C) sirven para el control fino de las propiedades del copolímero X1. Por supuesto también es posible usar un conjunto de monómeros diferentes (C). Se eligen por parte del técnico en la materia de acuerdo con las propiedades deseadas del copolímero y además con la condición de que deben ser copolimerizables con los monómeros (A) y (B).
(A) y (B) son monómeros preferiblemente monoetilénicamente insaturados. En casos particulares, sin embargo, pueden usarse pequeñas cantidades de monómeros que tienen varios grupos polimerizables. Como resultado de esto, el copolímero puede reticularse en pequeña medida.
Ejemplos de monómeros adecuados (C) comprenden en particular ésteres de alquilo o ésteres hidroxialquilo de ácido (met)acrílico, tales como (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de butilo, (met)acrilato de 2-etilhexilo, (met)acrilato de hidroxietilo, (met)acrilato de hidroxipropilo o butandiol 1,4-monoacrilato. Además, son adecuados los éteres de vinilo o alilo tales como, por ejemplo, metil vinil éter, propil vinil éter, 2-etilhexil vinil éter, vinil ciclohexil éter, vinil-4-hidroxibutiléter, decil vinil éter, 2-(dietilamino)etil vinil éter, 2-(di-n-butilamino)etil vinil éter o metildiglicol vinil éter o los compuestos alilo correspondientes. También es posible usar ésteres de vinilo tales como, por ejemplo, acetato de vinilo o propionato de vinilo. También pueden usarse comonómeros básicos como, por ejemplo, archilamida y acrilamida substituidas con alquilo. También pueden usarse monómeros alcoxilados, en particular monómeros etoxilados. Particularmente adecuados son los monómeros alcoxilados que se derivan de ácido acrílico o metacrílico.
Ejemplos de monómeros que se reticulan comprenden moléculas que tienen varios grupos etilénicamente insaturados como, por ejemplo, di(met)acrilatos, tales como etilenglicol di(met)acrilato o butandiol 1,4-di(met)acrilato, o poli(met)acrilatos tales como trimetilolpropan tri-(met)acrilato, o di(met)acrilatos de oligo- o polialquilenglicoles, tales como di-, tri- o tetraetilenglicol di(met)acrilato. Otros ejemplos comprenden vinil (met)acrilato o éter de butandiol divinilo.
La cantidad de todos los monómeros (C) usados juntos es de 0 a 30% en peso, con base en la cantidad total de monómeros usados. Preferiblemente, la cantidad es desde 0 hasta 20% en peso, particularmente preferible desde 0 hasta 10% en peso. Si los monómeros reticulantes (C) están presentes, la cantidad de los mismos no debe exceder normalmente 5%, preferiblemente 2% en peso, con base en la cantidad total de todos los monómeros usados para el proceso. Puede ser, por ejemplo, de 10 ppm hasta 1% en peso.
En una forma particularmente preferida de realización de la invención, el copolímero X1 comprende, además de (A), al menos un monómero (B1) y al menos un monómero (B2). Además, de manera particularmente preferible no están presentes otros monómeros (C) además de los monómeros (A), (B1) y (B2).
Los copolímeros X1 de monómeros (A), (B1) y (B2) se prefieren para llevar a cabo la presente invención, siendo la cantidad de (A) de 50 hasta 90% en peso, siendo la cantidad de (B1) de 5 a 45% en peso, siendo la cantidad de (B2) de 5 a 45% en peso y la cantidad de (C) siendo de 0 hasta 20% en peso. (B1) y (B2) pueden ser en cada caso solo un monómero (B1) o (B2) o pueden ser en cada caso dos o más monómeros (B1) o (B2) diferentes.
De manera particularmente preferible, la cantidad de (A) es de 50 a 80% en peso, la cantidad de (B1) es de 12 a 42% en peso, la cantidad de (B2) es de 8 a 38% en peso y la cantidad de (C) es de 0 hasta 10% en peso.
De manera muy particularmente preferible, la cantidad de (A) es de 50 a 70% en peso, la cantidad de (B1) es de 15 hasta 35% en peso, la cantidad de (B2) es de 15 hasta 35% en peso y la cantidad de (C) es de 0 hasta 5% en peso.
De manera particularmente preferible, dicho copolímero X1 es un copolímero X1 de ácido acrílico, ácido maleico y ácido vinilfosfónico en las cantidades mencionadas arriba.
Los componentes (A), (B) y opcionalmente (C) pueden polimerizarse unos con otros de una manera conocida en principio. Las técnicas de polimerización correspondientes se conocen por parte de la persona técnica en la materia. Preferiblemente, los copolímeros se preparan mediante polimerización de radicales libres de dichos compuestos (A), (B) y opcionalmente (C) en solución acuosa. Adicionalmente pueden estar presentes pequeñas cantidades de solventes orgánicos miscibles con agua, y si es apropiado, pequeñas cantidades de emulsionantes. Los detalles para llevar a cabo una polimerización por radicales libres son conocidos por la persona técnica en la materia.
En el caso de los monómeros ácidos pueden usarse cada vez los ácidos libres para la preparación de los copolímeros X1. Sin embargo, la preparación de los polímeros puede efectuarse también usando para la polimerización de los monómeros ácidos no los ácidos libres sino en la forma de sus ésteres, anhídridos u otros derivados hidrolizables. Estos pueden hidrolizarse en el transcurso de o después de la polimerización en solución acuosa para dar lugar a los ácidos grupos correspondientes. En particular, el ácido maleico u otros ácido cis-dicarboxílicos pueden usarse ventajosamente como anhídridos cíclicos. Estos se hidrolizan normalmente muy rápidamente en solución acuosa para proporcionar los ácidos dicarboxílicos correspondientes. Otros monómeros ácidos, en particular los monómeros (A) y (B2), se usan preferiblemente como ácidos libres.
La polimerización puede además llevarse a cabo en la presencia de al menos una base. Esto hace posible en particular mejorar la incorporación de monómeros (B1), tal como por ejemplo, ácido maleico, al polímero de modo que se mantiene baja la proporción de ácidos dicarboxílicos no incorporados en forma de unidades polimerizadas.
Las bases adecuadas para la neutralización son en particular amoniaco, aminas, aminoalcoholes o hidróxidos de metal alcalino. Por supuesto también es posible usar mezclas de diferentes bases. Las aminas preferidas son alquilaminas que tienen hasta 24 átomos de carbono y aminoalcoholes que tienen hasta 24 átomos de carbono y unidades estructurales del tipo -N-C_{2}H_{4}-O- y -N-C_{2}H_{4}-OH y -N-C_{2}H_{4}-O-CH_{3}. Ejemplos de tales amino alcoholes comprenden etanolamina, dietanolamina, trietanolamina y sus derivados metilados. Las bases pueden adicionarse antes o durante la polimerización. También es posible, por supuesto, polimerizar sin bases y opcionalmente adicionar la base después de la polimerización. Como resultado de esto, el valor de pH del polímero puede ajustarse óptimamente.
Sin embargo, el grado de neutralización no debe ser demasiado alto pero sí deben estar presentes en el polímero suficientes grupos ácidos libres. Se logra una adhesión particularmente buena de los polímeros a la superficie metálica mediante los grupos ácidos libres. Normalmente, no más del 40% de los grupos ácidos presentes en el polímero X o copolímero X1 deben neutralizarse, preferiblemente de 0 hasta 30% mol, particularmente de manera preferible de 0 hasta 20% mol y muy particularmente preferible de o hasta 12% mol y por ejemplo desde 2 hasta 10% mol.
La polimerización por radicales libres se inicia preferiblemente mediante el uso de iniciadores adecuados de polimerización termalmente activables.
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Los iniciadores usados pueden ser en principio todos los compuestos que se descomponen en radicales libres en condiciones de polimerización. Entre los iniciadores de polimerización termalmente activables se prefieren iniciadores que tienen una temperatura de descomposición en el rango desde 30 hasta 150ºC, en particular desde 50 hasta 120ºC. Estos datos de temperatura se refieren a una vida media usual de 10 horas.
La persona versada en la material hará una elección adecuada de los iniciadores que son adecuados en principio. Los iniciadores de radicales libres deben ser solubles hasta un grado suficiente en el solvente de la reacción. Si solo se usa agua como el solvente, los iniciadores deben tener suficiente solubilidad en agua. Si el procedimiento se efectúa en solventes orgánicos o mezclas de agua y solventes orgánicos, también es posible usar iniciadores solubles en medios orgánicos. Preferiblemente se usan los iniciadores solubles en agua.
Ejemplos de iniciadores adecuados comprenden compuestos peroxo inorgánicos, tales como peroxodisulfatos, en particular peroxodisulfatos, peroxosulfatos, hidroperóxidos, percarbonatos de amonio, potasio y preferiblemente de sodio y peróxido de hidrógeno y los llamados iniciadores red-ox. En algunos casos es ventajoso usar mezclas de diferentes iniciadores, por ejemplo mezclas de peróxido de hidrógeno y peroxodisulfato de sodio o potasio. Pueden usarse mezclas de peróxido de hidrógeno y peroxodisulfato de sodio en cualquier proporción deseada.
Además, también pueden usarse los peroxo compuestos orgánicos tales como peróxido de diacetilo, peróxido de di-terc-butilo, peróxido de diamilo, peróxido de dioctanoilo, peróxido de didecanoilo, peróxido de dilauroilo, peróxido de dibenzoilo, peróxido de bis(o-toloilo), peróxido de succinilo, peracetato de tert-butilo, permaleato de terc-butilo, perisobutirato de terc.-butilo, perpivalato de tert-butilo, peroctanoato de tert-butilo, perneodecanoato de terc-butilo, perbenzoato de terc-butilo, peróxido de terc-butilo, hidroperóxido de terc-butilo (soluble en agua), hidroperóxido de cumilo, peroxi-2-etilhexanoato de terc-butilo y peroxidicarbamato de diisopropilo.
Otros iniciadores preferidos son azo compuestos. Ejemplos de azo-compuestos adecuados solubles en agua comprenden dihidrocloruro de 2,2'-azobis[2-(5-metil-2-imidazolin-2-il)propano], bisulfato dihidrato de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-il)propano, tetrahidrato de 2,2'-azobis [N-(2-carboxietil)-2-metilpropionamidina], dihidrocloruro de 2,2'-azobis{2-[1-(2-hidroxietil)-2-imidazolin-2-ilpropano}, propionamida de 2,2'-azobis{2-metil-N-[1,-1b is(hidroximetil)-2-hidroxietil], 2,2'-azobis[2-metil-N-(2-hidroxietil) propionamida], dihidrocloruro de 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-il)propano, dihidrocloruro de 2,2'-azobis(2-metilpropionamida), hidihrocloruro de 2,2'-azobis[2-(3,4,5,6-tetrahidropirimidin-2-il)propano], 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-il)propano], 2,2'-azobis{2-metil-N-[2-(1-hidroxibutil)]propionamida}.
Ejemplos de azo compuestos solubles en solventes orgánicos comprenden 2,2'-azobis(4-metoxi-2,4-dimetil valeronitrilo), dimetil 2,2'-azobis(2-dimetilpropionato), 1,1'-azobis(ciclohexan-1-carbonitrilo), 1-[(ciano-1-metiletil) azo]formamida, 2,2'-azobis(N-ciclohexil-2-metilpropionamida), 2,2'-azobis(2,4-dimetil valeronitrilo), 2,2'-azobis(2-metilbutironitrilo), 2,2'-azobis[N-(2-propenil)-2-metilpropionamida], 2,2'-azobis(N-butil-2-metilpropionamida).
Otros iniciadores preferidos son iniciadores redox. Los iniciadores comprenden al menos uno de los peroxo compuestos mencionados arriba en calidad de componente oxidante y en calidad de componente reducto, por ejemplo, ácido ascórbico, glucosa, sorbosa, hidrosulfito, sulfitos, tiosulfatos, hiposulfitos, pirosulfitos o sulfuros de amonio o de metal alcalino o hidroximetilsulfoxilatos de sodio. Preferiblemente, ácido ascórbico o pirosulfito de sodio se usan en calidad de componente reductor del catalizador redox. Con base en la cantidad de monómeros usados en la polimerización se usan, por ejemplo, desde 1x10^{-5} hasta 1% mol del componente reductor del catalizador redox.
En combinación con los sistemas iniciadores o iniciadores redox, pueden usarse adicionalmente catalizadores de metal de transición como, por ejemplo sales de hierro, de cobalto, níquel, cobre, vanadio y manganeso. Son adecuadas sales de sulfato de hierro (I1), cloruro de cobalto (II), sulfato de níquel (II), cloruro de cobre (I). La sal reductora de metal de transición se usa usualmente en una cantidad de 0,1 hasta 1000 ppm, con base en la suma de los monómeros. Por ejemplo, las combinaciones de peróxido de hidrógeno y sales de hierro (II) son particularmente ventajosas, tal como una combinación de 0,5 hasta 30% en peso de peróxido de hidrógeno en 0,1 hasta 500 ppm de FeSO_{4} x 7 H_{2}O, respectivamente con base a la suma de los monómeros.
Por supuesto también es posible usar mezclas de diferentes iniciadores siempre y cuando no tengan un efecto adverso el uno sobre el otro. La cantidad se determina por la persona versada en la materia de acuerdo con el copolímero deseado. Normalmente se usan de 0,05% en peso hasta 30% en peso, preferiblemente de 0,1 hasta 15% en peso y particularmente preferible de 0,2 hasta 8% en peso del iniciador, con base en la cantidad total de todos los monómeros.
También es posible, de una manera conocida en principio, usar reguladores adecuados tales como, por ejemplo, mercaptoetanol. No se usan reguladores preferiblemente.
Se usan preferiblemente iniciadores térmicos, prefiriéndose azo compuestos solubles en agua y peroxo compuestos solubles en agua. El peróxido de hidrógeno y el peroxodisulfato de sodio o las mezclas de los mismos, si se considera apropiado en combinación con 0,1 hasta 500 ppm de FeSO_{4} x 7 H_{2}O, se prefieren muy particularmente.
Sin embargo, la polimerización puede iniciarse también de manera alterna; por ejemplo, mediante radicación adecuada. Ejemplos de fotoiniciadores adecuados comprenden acetofenona, benzoin éteres, bencil dialquil cetonas y derivados de los mismos.
La polimerización por radicales libres se efectúa preferiblemente a una temperatura de menos de 130ºC. Aparte de esto, la temperatura puede variarse por parte de la persona versada en la materia dentro de límites amplios dependiendo del tipo de monómeros usados, el tipo del iniciador y el copolímero deseado. En este caso se ha mostrado útil una temperatura mínima de 60ºC. La temperatura puede mantenerse constante durante la polimerización o también pueden usarse perfiles de temperatura. La temperatura de polimerización es preferiblemente de 75 a 125ºC, particularmente preferible desde 80 hasta 120ºC, muy particularmente preferible de 90 hasta 110ºC y, por ejemplo, de 95 hasta 105ºC.
La polimerización puede efectuarse en aparatos convencionales para la polimerización por radicales libres. Si el procedimiento se efectúa por encima del punto de ebullición del agua o de la mezcla de agua y otros solventes, se emplea un recipiente a presión adecuado. De otra manera, el procedimiento puede efectuarse a presión atmosférica.
Los copolímeros X1 sintetizados pueden aislarse de la solución acuosa por medio de métodos convencionales conocidos por la persona versada en la materia, por ejemplo evaporando la solución, secando por aspersión, secando por congelamiento o mediante precipitación. Sin embargo, los copolímeros X1 no se aíslan preferiblemente de ninguna manera de la solución acuosa después de la polimerización sino que las soluciones resultantes de los copolímeros se usan como tales para el proceso de acuerdo con la invención.
Para llevar a cabo el proceso de acuerdo con la invención se usa una preparación acuosa Z1 de los polímeros X. Esto puede ser, por supuesto, un conjunto de diferentes polímeros X. Se prefieren los copolímeros X1.
El peso molecular M (promedio de peso) de los polímeros X usados para el proceso de acuerdo con la invención se determina por parte de la persona técnica en la materia según el uso deseado. Por ejemplo pueden usarse los polímeros que tienen un peso molecular M de 3000 hasta 1 000 000 g/mol. Han demostrado ser particularmente útiles los polímeros de 5000 g/mol a 500 000 g/mol, preferiblemente de 10 000 g/mol hasta 250 000 g/mol, particularmente preferible de 15 000 hasta 100 000 g/mol y muy particularmente preferible de 20 000 a 75 000 g/mol.
La preparación comprende preferiblemente solo agua como solvente. También puede comprender solventes orgánicos miscibles con agua. Los ejemplos comprenden monoalcoholes tales como metanol, etanol o propanol, alcoholes superiores tales como etilenglicol, o polioles de poliéter y alcoholes de éter, tales como butilglicol o metoxipropanol, y N-metilpirrolidona. Normalmente la cantidad de agua es de al menos 80% en peso, preferiblemente al menos 90% en peso y muy particularmente preferible de al menos 95% en peso. Las indicaciones se basan en cada caso en la cantidad total de todos los solventes.
Ventajosamente, las soluciones que contienen polímero que resultan de la polimerización pueden usarse directamente, diluyéndose aún más tales soluciones si es apropiado. Para facilitar un uso directo así, la cantidad de solvente acuoso usado para la polimerización debe ser desde el principio de tal modo que la concentración del polímero en el solvente sea adecuada para la aplicación.
La concentración de los polímeros X en la preparación Z1 es de 1 hasta 40% en peso, con base en la cantidad de todos los componentes de la formulación. Preferiblemente, la cantidad es de 2 hasta 35% en peso y particularmente preferible de 5 hasta 25% en peso. Las propiedades de la preparación, por ejemplo la viscosidad o el valor de pH de la misma, pueden influenciarse por la concentración y el tipo de polímeros usados. De esta manera las propiedades de la preparación pueden adaptarse óptimamente a cierta técnica de proceso para el tratamiento. Así, una concentración de 5 a 15% en peso ha demostrado ser útil, por ejemplo, en el caso de una técnica de escurrimiento, y una concentración de 15 a 25% en peso en el caso de aplicación por medio de rodillos de recubrimiento. Las concentraciones indicadas se basan en la preparación lista para usarse. También es posible inicialmente preparar un concentrado que se diluya a la concentración deseada con agua u opcionalmente otras mezclas de solvente en sitio.
La preparación Z1 usada de acuerdo con la invención tiene un valor pH de no más de 5, en particular un pH de 0,5 hasta 5, preferiblemente de 1,5 a 3,5. El valor de pH de la preparación puede controlarse, por ejemplo, mediante el tipo y concentración de los polímeros usados de acuerdo con la invención. Por supuesto, el grado de neutralización del polímero desempeña un papel decisivo aquí.
La preparación comprende además al menos un ión de metal disuelto seleccionado del grupo que consiste en Zn^{2+}, Mg^{2+}, Ca^{2+} o Al^{3+}. Los iones pueden estar presentes como iones de metal hidratado pero también pueden estar presentes en forma de compuestos disueltos, por ejemplo como compuestos complejos. En particular, los iones pueden tener enlaces complejos con los grupos ácidos del polímero. Los iones de metal son en particular al menos un ión de metal seleccionado del grupo consistente en Zn^{2+}, Mg^{2+} o Ca^{2+}. Preferiblemente son Zn^{2+} o Mg^{2+} y muy particularmente preferible Zn^{2+}. La preparación preferiblemente no comprende otros iones metálicos.
Si también están presentes, sin embargo, otros iones metálicos o compuestos metálicos, las preparaciones son preferiblemente aquellas que no comprenden compuestos de cromo. Además, preferiblemente no deben estar presentes fluoruros de metal o fluoruros complejos de metal. La pasivación de acuerdo con la invención es preferiblemente una pasivación libre de cromo y libre de fluoro.
Además, preferiblemente en el proceso de acuerdo con la invención no se usan iones de metales pesados aparte de aquellos de zinc y de hierro, en particular no se usan iones de níquel, de manganeso o de cobalto.
La cantidad de iones metálicos del grupo consistente en Zn^{2+}, Mg^{2+}, Ca^{2+} o Al^{3+} es de 0,01% en peso hasta 25% en peso, preferiblemente de 0,5 hasta 20% en peso, particularmente preferible de 1 hasta 15% en peso y muy particularmente preferible de 3 hasta 12% en peso, cada caso con base en la cantidad total de todos los polímeros X en la formulación.
En una realización preferida de la invención, la formulación comprende además al menos un ión fosfato disuelto. Dicho ión puede ser un ión de fosfato de cualquier tipo. Por ejemplo, dichos iones pueden ser ortofosfatos o difosfatos. Para la persona técnica en la materia es claro que puede haber un equilibrio entre los diferentes estados de disociación de los iones en solución acuosa dependiendo del valor de pH y la concentración.
En otra realización preferida de la invención pueden estar comprendidos además iones metanosulfonato.
Si los iones fosfato están presentes, los iones metálicos y los iones fosfato pueden usarse preferiblemente de acuerdo con la invención en forma de sales solubles que comprenden ambos iones. Los ejemplos de tales compuestos comprenden Zn_{3}(PO4)_{2}, ZnH_{2}PO_{4}, Mg_{3}(PO4)_{2} o Ca(H_{2}PO_{4})_{2} o hidratos correspondientes de los mismos.
Los iones de metal y los iones fosfato pueden adicionarse, sin embargo, separadamente unos de otros. Por ejemplo, los iones metálicos pueden usarse en forma de los nitratos, alcanosulfonatos o carboxilatos correspondientes, por ejemplo acetatos, y los fosfatos pueden usarse en forma de ácido fosfórico. También es posible usar compuestos insolubles o difícilmente solubles tales como, por ejemplo, los carbonatos correspondientes, óxidos, óxidos hidratados o hidróxidos, que se disuelven bajo la influencia de ácido.
De manera análoga, los iones metálicos y metanosulfonatos pueden usarse juntos como sales metálicas de ácido metanosulfónico tales como, por ejemplo, Zn(CH_{3}SO_{3})_{2}, o por separado en forma de otras sales metálicas y ácido metanosulfónico.
La cantidad de los iones fosfato y de los iones metanosulfonato en la formulación se determina por la persona técnica de acuerdo con las propiedades deseadas e la formulación. Si están presentes, dicha cantidad es normalmente de 0,01% en peso hasta 25% en peso, preferiblemente de 0,5 hasta 25% en peso, particularmente preferible de 1 hasta 25% en peso y muy particularmente preferible de 5 hasta 25% en peso, cada caso calculado como ácido ortofosfórico y con base en el polímero X, respectivamente.
La ventaja particular del presente proceso es que se logran resultados sobresalientes incluso con preparaciones que comprenden solo los componentes descritos. La preparación puede, sin embargo, comprender opcionalmente otros componentes además de los componentes mencionados.
En particular, pueden mencionarse ácidos inorgánicos u orgánicos o mezclas de los mismos como otros componentes. La elección de un ácido así no se limita siempre y cuando no se presenten efectos adversos junto con otros componentes de la formulación. La persona técnica en la materia hace una elección apropiada.
Ejemplos de ácidos adecuados comprenden ácido fosfórico, ácido fosfónico o ácidos fosfónicos orgánicos, tales como ácido 1-hidroxietan-1,1-difosfónico (HEDP), ácido 2-fosfonobutan-1,2,4-tricarboxílico (PBTC), ácido aminotri(metilenefosfónico) (ATMP), ácido etilenediaminetetra(metilenfosfónico) (EDTMP) o ácido dietilenetriaminepenta(metilenfosfónico) (DTPMP), ácidos sulfónicos, tales como ácido metansulfónico, ácido amidosulfónico, ácido p-toluenesulfónico, ácido m-nitrobencensulfónico y derivados de los mismos, ácido nítrico, ácido fórmico, ácido acético. Se prefieren ácidos que contienen fósforo, tales como H_{3}PO_{4}, ácido fosfónico, dichos ácidos fosfónicos orgánicos, HNO_{3} o ácido metansulfónico. Particularmente se prefiere H_{3}PO_{4}. Si por todo está presente un ácido adicional, la formulación comprende muy particularmente preferible exclusivamente H_{3}PO_{4} como el ácido.
En calidad de ácido, además, se prefiere de manera particular el ácido metansulfónico, en particular para usar en formulaciones que comprenden iones Al^{3+}.
La preparación puede comprender además opcionalmente al menos una cera dispersada en la formulación. Obviamente también es posible usar mezclas de diferentes ceras. El término "cera" comprende aquí la cera propiamente así como también, si es apropiado, auxiliares usados para la formación de una dispersión de cera. Las ceras para uso en dispersiones acuosas son conocidas por la persona técnica en la materia quien hace la elección adecuada. Las ceras pueden ser, por ejemplo, cera de montana, ceras de polietileno, ceras a base de polietileno oxidado, aquellas a base de polietileno fluorado, tales como PTFE u otros polímeros a base de C, H y F. El término "polietileno" también esta dirigido a abarcar copolímeros de etileno y otros monómeros, en particular otras olefinas tales como, por ejemplo, propileno. Preferiblemente, tales copolímeros de etileno comprenden al menos 65% en peso de etileno. Adicionando ceras, puede reducirse ventajosamente la fricción entre la superficie y la superficie de las herramientas usadas para el procesamiento.
La cantidad de ceras opcionalmente usadas se determina por la persona técnica en la materia de acuerdo con las propiedades deseadas de la capa de pasivación. Como regla, ha demostrado ser útil una cantidad de 0,01 hasta 70% en peso, preferiblemente de 0,5 hasta 25 y particularmente preferible de 1 hasta 10% en peso, cada caso con base en el polímero X que contiene el grupo ácido.
Otros componentes opcionales de la preparación comprenden componentes de superficie activa, inhibidores de corrosión, agentes formadores de complejos, auxiliares típicos de galvanización u otros polímeros a distinguirse de los polímeros X usados según la invención. Otros aditivos posibles son aditivos convencionales de recubrimiento, como se describe en H. Kiffel (Editor.) Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen (Manual de las lacas y revestimientos), Volumen 5 - Pigmentos, rellenos y métrica de color -2a edición, S. Hirzel-Verlag, Stuttgart 2003.
La persona técnica en la materia hace una elección adecuada de los componentes opcionales posibles en principio y en relación con su cantidad según el uso deseado. Sin embargo, la cantidad de componentes opcionales no debe ser normalmente mayor de 20% en peso, preferiblemente no mayor de 10% en peso y particularmente preferible no mayor de 5% en peso, con base en los polímeros X.
Las preparaciones usadas según la invención pueden obtenerse mediante mezcla simple de los componentes. Si se usan ceras, preferiblemente éstas se dispersan primero por separado en agua y se mezclan como una dispersión con otros componentes. Tales dispersiones de cera también están disponibles en el comercio.
Para pasivar superficies metálicas, la superficie del metal se pone en contacto con la preparación mediante aspersión, inmersión o con rodillo, por ejemplo.
Existe un número de posibilidades con respecto a la técnica de proceso para llevar a cabo la pasivación. Estas dependen, entre otras, de la forma de la pieza de trabajo; por ejemplo, si se usa una banda de metal plana o que no tiene forma o una lámina de metal o un cuerpo moldeado que tiene, por ejemplo, superficies curvadas o bordes. El tratamiento puede comprender también un conjunto de pasos individuales de proceso. Pueden usarse procesos continuos o por lotes. La persona técnica en la materia hace una elección adecuada de los procesos posi-
bles.
El tratamiento puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante inmersión en la preparación o revestimiento con la preparación. La preparación se aplica con rodillo preferiblemente sobre bandas metálicas o láminas metálicas. La banda metálica puede pasarse, preferiblemente, por un tanque o un dispositivo de aspersión con la preparación. La solución excesiva de pasivación puede retirarse mediante rodillos para exprimir y reciclarse al dispositivo de aspersión. El dispositivo de aspersión puede producir una niebla de aspersión continua o la preparación puede simplemente aplicarse a gotas sobre la banda. Por ejemplo, los medios de aspersión acostumbrados son aquellos que consisten en un tubo en el cual se hacen aperturas a una distancia de 2 a 10 cm, a través de los cuales se asperge la preparación sobre la banda. El correr de la preparación y la operación de escurrido a continuación conducen a una distribución suficiente del producto. Unas boquillas adicionales accionadas con aire comprimido pueden asegurar una distribución uniforme de la preparación en la región de borde de la banda. Un proceso continuo para la producción de bandas de acero puede comprender también una estación de galvanización seguida de un dispositivo para la pasivación con ayuda de la preparación. En el caso de la aplicación con rodillos generalmente el material de revestimiento se toma a través de un rodillo de tensión y luego lo transfiere a un rodillo aplicador. El rodillo aplicador transfiere el material de revestimiento a la banda. El rodillo de tensión y el rodillo aplicador pueden acoplarse mediante un rodillo que se localiza en medio y mediante el cual se transfiere el material de revestimiento. Los rodillos pueden rotar en la misma dirección o en dirección opuesta y corres con o en contra de la dirección de la banda. El resultado del revestimiento puede determinarse adicionalmente por la elección de la presión de contacto del rodillo sobre la banda y por la rugosidad y dureza del rodillo.
Después de un proceso de inmersión o proceso de aspersión, puede permitirse que la pieza de trabajo escurra para retirar el exceso de solución de tratamiento; sin embargo, en el caso de láminas de metal, hojas finas de metal o similares, el exceso de solución de tratamiento puede retirarse también por medio de un escurrimiento o rasqueta, por ejemplo. También es posible enjuagar la superficie después del tratamiento con un líquido limpiador, en particular con agua, para retirar de la superficie residuos de la preparación usada.
En una realización alterna, el tratamiento puede ser también un proceso llamado "no enjuague" ("no rinse", en el texto original) en el que la solución de tratamiento se seca directamente en una estufa de secado inmediatamente después de la aplicación sin retirar enjuagando.
El tratamiento con la preparación puede efectuarse a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas. Por lo general, el tratamiento se efectúa a 20 hasta 90ºC, preferiblemente de 25 hasta 80ºC y particularmente preferible de 30 hasta 60ºC. Para este propósito, por ejemplo, puede calentarse un baño con la preparación aunque también puede establecerse una temperatura elevada automáticamente sumergiendo metal caliente al baño.
La duración del tratamiento se determina por la persona técnica en la materia de acuerdo con las propiedades deseadas de la capa, la composición usada para el tratamiento y las condiciones técnicas generales. Puede ser sustancialmente menos de un segundo o puede ser de varios minutos. En el proceso continuo, ha demostrado ser particularmente útil poner en contacto la superficie con la preparación durante 1 a 60s.
Después del tratamiento se retira el solvente usado; es decir, por lo general, el agua. La remoción puede efectuarse a temperatura ambiente por evaporación simple al aire.
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Sin embargo, la remoción del solvente puede promoverse también mediante auxiliares adecuados, por ejemplo calentando y/o pasándolo por corrientes de gas, en particular corrientes de aire. La evaporación del solvente puede promoverse, por ejemplo, mediante lámparas de IR o, por ejemplo, secando en un túnel de secado. Una temperatura de 30ºC hasta 210ºC, preferiblemente de 40ºC hasta 120ºC y particularmente preferible de 40ºC hasta 80ºC, ha demostrado ser útil para secar. Lo que se pretende decir con esto es que la temperatura máxima del metal (TMM), que puede medirse mediante métodos familiares para la persona técnica en la materia (por ejemplo, medición infrarroja sin contacto o determinación de la temperatura usando bandas de ensayo pegadas con adhesivo). Si es apropiado, la temperatura de secado debe ajustarse más alta, y seleccionarse apropiadamente por la persona técnica en la
materia.
El proceso según la invención puede comprender también opcionalmente uno o más pasos de pre-tratamiento. Por ejemplo, la superficie metálica puede limpiarse antes de la pasivación con una preparación usada según la invención, para retirar grasas o aceites por ejemplo. Además, puede limpiarse al ácido antes de la pasivación para retirar depósitos de óxido, incrustaciones, protección temporal frente a la corrosión y similares. Además, si es apropiado, la superficie debe lavarse también con agua después y durante tales pasos de pre-tratamiento y retirarse de las soluciones de lavado o soluciones de lavado al ácido.
La capa de pasivación puede además reticularse. Para este propósito puede mezclarse un agente de reticulación con la preparación. Sin embargo, el metal puede tratarse primero con la preparación y la capa tratarse luego con un agente adecuado de reticulación, por ejemplo aspergido con la solución de un agente de reticulación.
Los agentes adecuados de reticulación son solubles en agua o al menos en dicha mezcla acuosa de solvente. Ejemplos de agentes de entrecruzamiento adecuados comprenden aquellos que tienen al menos 2 grupos reticulantes seleccionados del grupo consistente en grupos azirano, oxirano o tiirano. Más detalles sobre agentes de reticulación adecuados y el uso de los mismos se divulgan en WO 051042801, página 11, línea 34 hasta página 14, línea 39.
El entrecruzamiento puede llevarse a cabo adicionando a la formulación compuestos que comprenden más de un grupo OH y/o NH, tales como, por ejemplo alcanolaminas, alcoholes polihídricos, di-, oligo- y poliaminas. Estos pueden entrecruzarse según la elección apropiada de la temperatura de secado.
Por medio del proceso de la invención se obtiene una capa de pasivación o una capa de conversión, en particular sobre una superficie metálica que comprende Zn, aleaciones de Zn, Al o aleaciones de Al. En el transcurso del tratamiento de la superficie una parte del metal a protegerse se disuelve y se incorpora de nuevo inmediatamente después a una película de óxido sobre la superficie metálica. Usando los copolímeros X con un alto contenido de grupos ácido y un grado bajo de neutralización, tiene lugar particularmente bien una disolución superficial y se obtiene una excelente protección frente a la corrosión. La estructura exacta y la composición de la capa de pasivación son desconocidas para nosotros. Sin embargo, dicha capa comprende también, además de los óxidos de aluminio o de zinc amorfos convencionales y, si es apropiado, otros metales, los productos de reacción del polímero y, si es apropiado, del agente de entrecruzamiento y/u otros componentes de la formulación. la composición de la capa de pasivación no es generalmente homogénea, pero los componentes parecen tener gradientes de concentración.
El grosor de la capa de pasivación se ajusta por parte de la persona técnica en la materia según las propiedades deseadas. Por lo general, el grosor es desde 0,01 hasta 3 \mum, preferiblemente de 0,1 hasta 2,5 \mum y particularmente preferible de 0,2 hasta 1,5 \mum.
El grosor puede influenciarse, por ejemplo, por el tipo y cantidad de los componentes aplicados y el tiempo de contacto. Además, puede influenciarse por los parámetros de proceso, por ejemplo por el retiro del exceso de solución de tratamiento mediante una rasqueta o rodillo.
El grosor de la capa se determina mediante pesaje diferencial antes y después de la acción de la composición usada según la invención sobre la superficie de metal, suponiendo que la capa tiene una densidad específica de 1 kg/. Abajo, "grosor de capa" se entiende siempre como un parámetro determinado de esta manera, independientemente de la densidad específica real de la capa. Estas capas delgadas son suficientes para lograr protección sobresaliente frente a la corrosión. La estabilidad dimensional de las piezas de trabajo pasivazas se asegura mediante capas delgadas
así.
La presente invención se refiere además a una superficie metálica que comprende la capa de pasivación de la invención. La capa de pasivación se aplica directamente a la propia superficie metálica. En una realización preferida, dicha superficie metálica es una banda de acero que comprende un revestimiento de Zn o de una aleación de Zn sobre el cual se aplica una capa de pasivación según la invención. Además, puede ser una carrocería de automotor que se cubre por la capa de pasivación según la invención.
En una realización preferida de la invención, la superficie metálica con la capa de pasivación puede revestirse de una manera en principio conocida con uno o más revestimientos de pintura que imparten color o imparten efecto. Las pinturas típicas, la composición de las mismas y las secuencias de recubrimiento en el caso de un conjunto de recubrimientos de pintura, son conocidas en principio por la persona técnica en la materia. Se encuentra que la pasivación de acuerdo con la invención mejora la adhesión de pintura y produce protección frente a la submigración.
La pasivación según la invención puede usarse en diferentes etapas de proceso. Puede llevarse a cabo, por ejemplo, por un productor de acero. Aquí, una banda de acero puede galvanizarse en un proceso continuo y pasivarse inmediatamente después de la galvanización mediante tratamiento con la formulación usada de acuerdo con la invención. La pasivación en esta etapa también se denomina frecuentemente por parte de la persona técnica en la materia como "post-tratamiento".
Puede ser solo una pasivación temporal que sirve para protección frente a la corrosión durante el almacenamiento y durante el transporte y/o en otros pasos del proceso, pero se retira de nuevo antes de la aplicación de la protección permanente ante la corrosión. Los copolímeros ácidos pueden retirarse de nuevo de la superficie limpiando con soluciones acuosas alcalinas.
Sin embargo, puede ser también una protección permanente frente a la corrosión que permanece sobre la banda o la pieza de trabajo finalmente moldeada y se suministra con recubrimientos adicionales de pintura. La pasivación en esta etapa frecuentemente se denomina "pretratamiento" por parte de la persona técnica en la materia.
Con la ayuda de la combinación, según la invención, del copolímero X y los iones de Zn, Ca, Mg o Al, es posible lograr un mejoramiento sustancias en las propiedades de protección frente a la corrosión en las superficies metálicas en comparación con un tratamiento con polímeros ácidos solos.
Los siguientes ejemplos están dirigidos a explicar la invención en mayor detalles:
Copolímero usado:
Copolímero que contiene grupos ácidos de 60% en peso de ácido acrílico, 20% en peso de ácido maleico y 20% en peso de ácido vinilfosfónico. La cantidad de grupos ácidos es de 1,37/100 g de polímero. El grado de neutralización de los grupos ácidos es de cerca de 6% mol (neutralizados con trietanolamina), M_{p} alrededor de 25 000 g/mol.
A) Adición de iones de zinc
Se usó una solución del copolímero en agua para los experimentos. La cantidad se muestra en la tabla 1. Para los ejemplos según la invención se usó en cada caso Zn_{3}(PO_{4})_{2} en las cantidades de la solución indicadas en la tabla 1. Para propósitos de comparación se usaron formulaciones del polímero sin adición de Zn_{3}(PO_{4})_{2}. Además, para propósitos de comparación se usó una solución ácida de fosfato de zinc sin polímero.
Se aplicó la solución con un rodillo de recubrimiento a una lámina de acero galvanizada en caliente y secada por calentamiento. En cada caso se recubrieron dos láminas de acero con diferentes grosores de capa.
Después se sometió la lamina metálica a un ensayo de aspersión con sal de acuerdo con DIN 50017 y se evaluó la calidad de la protección frente a la corrosión de acuerdo con la DIN EN ISO10289. El número de evaluación es una medida de la formación de herrumbre blanca sobre la lámina de metal. Un número alto de evaluación representa una buena protección frente a la corrosión.
Los resultados se listan en la tabla 1.
Los resultados muestran que el efecto de la protección frente a la corrosión que da el recubrimiento aumenta sustancialmente por la adición de iones de Zn e iones de fosfato. El efecto es particularmente impactante en el caso de la acción prolongada del medio corrosivo. La acción de iones de zinc y fosfato solos, es decir sin polímero, no tiene virtualmente efecto. Los iones de zinc y fosfato tienen por lo tanto una acción sinérgica junto con el polímero.
B) Adición de iones de aluminio
Para los experimentos se usó una solución del copolímeros mencionado arriba. La concentración del copolímero neutralizado parcialmente (incluyendo la base también) en la solución fue de 45,5% en peso (41.6% en peso sin tomar en cuenta la base).
En cada caso se adicionaron a 197 g de la solución mencionada HNO_{3} o ácido metanosulfónico y además o bien Al(NO_{3})_{3}.9 H_{2}O o acetato de aluminio básico Al(CH_{3}COO)_{2}OH, en cada caso en las cantidades indicadas en la tabla 2. La solución en cada caso se completó hasta 400 g con agua desmineralizada. Para propósitos de comparación se prepararon formulaciones sin iones de aluminio. La concentración del copolímero neutralizado parcialmente en la formulación preparada de protección contra la corrosión fue en cada caso de 22,5% en peso, con base en la suma de todos los componentes de la formulación. Las composiciones de las formulaciones usadas se resumen en la
tabla 2.
Para el ensayo se usaron laminas de acero galvanizado en caliente. Las láminas metálicas se sumergieron respectivamente a temperatura ambiente en cada caso por 1 s en las formulaciones mencionadas en la tabla 2, se escurrieron con un sistema de rodillo y se secaron por 12 s a 160ºC en una estufa de secado. Aquí, la temperatura máxima del metal no excedió 50ºC. En cada caso se recubrieron 2 láminas metálicas.
A continuación, en cada caso se llevaron a cabo ensayos con la láminas metálicas para condensación/clima cíclico con alternación de humedad atmosférica y temperatura de aire según la DIN 50017-KFW y un ensayo de aspersión de sal de acuerdo con DIN 50021-SS.
La calidad de la protección frente a la corrosión en el ensayo de aspersión con sal se evaluó según la DIN EN ISO 10289 asignando números de evaluación desde 0 hasta 10 según las normas especificadas. El número de evaluación es una medida de la formación de herrumbre blanca sobre la lámina de metal. Cuanto mayor sea el número de evaluación, más baja es la porción de área corroída y mejor la protección frente a la corrosión. La asignación de los números de evaluación se efectuó de acuerdo con la siguiente tabla:
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1
\vskip1.000000\baselineskip
KFW (ensayo de condensación/clima cíclico)
El ensayo de condensación/clima cíclico consiste en uno o más ciclos de clima en cada caso con dos segmentos de prueba. En el primer segmento, los objetos bajo prueba se someten por 8 horas a una temperatura de 40ºC y una humedad relativa de 100%; en el segundo segmento, dichos objetos bajo prueba se someten a una temperatura de 18-28ºC a una humedad relativa de menos de 100% (condición ambiental). La duración del ciclo es de 24 horas.
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(Tabla pasa a página siguiente)
\newpage
La evaluación óptica de las muestras se efectuó de acuerdo con los siguientes criterios:
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100
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Los resultados de los ensayos se resumen en la tabla 3.
Los ejemplos y ejemplos comparativos muestran que el efecto de protección frente a la corrosión de los polímeros pueden mejorarse considerablemente por adición de sales metálicas (tabla 1). Además, los ensayos de condensación/clima cíclico muestran que la adición de sales metálicas y/o ácidos conduce a una apariencia óptica sustancialmente mejorada de los objetos bajo prueba después de tensión en comparación con los resultados de los polímeros puros (tabla 3).
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(Tabla pasa a página siguiente)
3
TABLA 2 Composición de las formulaciones, todos los datos en g, mientras no se indique otra cosa
4
5
6

Claims (17)

1. Un proceso para la pasivación de superficies metálicas mediante tratamiento de la superficie con una preparación acuosa ácida que comprende al menos un polímero X soluble en agua que comprende grupos ácidos y al menos un ión de metal, caracterizado porque
\bullet el polímero tiene al menos 0,6 mol de grupos ácidos/100 g del polímero,
\bullet el pH de la formulación no es mayor de 5,
\bullet la cantidad del polímero es de 1 hasta 40% en peso, con base en la cantidad de todos los componentes de la formulación,
\bullet el ión de metal es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zn^{2+}, Ca^{2+}, Mg^{2+} y Al^{3+}, y
\bullet la cantidad de iones metálicos es de 0,01% en peso hasta 25% en peso, con base en la cantidad total de todos los polímeros X.
2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la formulación comprende además iones fosfato.
3. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la formulación comprende además iones metanosulfonato.
4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque el polímero soluble en agua es un copolímero X1 que está compuesto por las siguientes unidades monoméricas - en cada caso con base en la cantidad de todos los monómeros incorporados como unidades polimerizadas al copolímero:
(A) de 40 hasta 90% en peso de ácido (met)acrílico,
(B) de 10 hasta 60% en peso de al menos otro monómero insaturado monoetilénicamente que difiere de (A) y tiene uno o más grupos ácidos, y
(C) opcionalmente de 0 hasta 30% en peso de al menos otro monómero insaturado etilénicamente que difiere de (A) y (B).
5. El proceso según la reivindicación 4, caracterizado porque los monómeros (B) son monómeros seleccionados del grupo consistente en
(B1) ácidos dicarboxílicos insaturados monoetilénicamente que tienen 4 hasta 7 átomos de carbono y/o
(B2) ácidos fosfóricos y/o fosfónicos insaturados monoetilénicamente.
6. El proceso según la reivindicación 5, caracterizado porque el copolímero comprende al menos un monómero (B1) y al menos un monómero (B2).
7. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque la cantidad de los monómeros (A) es de 50 a 90% en peso, la cantidad de (B1) es de 5 a 45% en peso, la cantidad de (B2) es de 5 hasta 45% en peso y la cantidad de (C) es de 0 hasta 20% en peso.
8. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque la cantidad de los monómeros (A) es de 50 hasta 80% en peso, la cantidad de (B1) es de 12 hasta 42% en peso, la cantidad de (B2) es de 8 hasta 38% en peso y la cantidad de (C) es de 0 hasta 10% en peso.
9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 5 hasta 8, caracterizado porque (B1) es ácido maleico y (B2) es ácido vinilfosfónico.
10. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado porque la preparación comprende de 0,01 hasta 70% en peso de al menos una cera dispersada, con base en el polímero X.
11. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque la superficie metálica es una que comprende Zn, Mg, Al, Sn, Fe, Ni o aleaciones de los mismos.
12. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque la superficie de metal es la superficie de una banda de metal.
13. El proceso según la reivindicación 12, caracterizado porque la banda de metal es electrogalvanizada o acero galvanizado en caliente.
14. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 13, el cual es un proceso libre de cromo.
15. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12 hasta 14, caracterizado porque el tratamiento se lleva a cabo mediante un proceso continuo.
16. Una capa de pasivación sobre una superficie metálica obtenible mediante un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 15.
17. La capa de pasivación de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque el grosor de la misma es de 0,01 hasta 3 \mum.
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