ES2301496T3 - Composciones de recubrimiento en polvo antiestaticas y su uso. - Google Patents

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Abstract

Mezcla de composiciones de recubrimiento en polvo que comprende una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles no conductoras y una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles conductoras en una razón entre de 2,5 a 95 y de 95 a 2,5.

Description

Composiciones de recubrimiento en polvo antiestáticas y su uso.
Esta invención se refiere a una composición de recubrimiento en polvo, a su uso para la preparación de superficies recubiertas con propiedades antiestáticas y a los sustratos recubiertos.
Los recubrimientos en polvo termoendurecibles se aplican como acabados protectores o decorativos en una variedad de aplicaciones. La fácil aplicación, bajas emisiones y poca generación de materiales de desecho son las ventajas clave de los recubrimientos en polvo. Los recubrimientos en polvo se aplican normalmente mediante procedimientos de pulverización electrostática. El polvo se carga mediante fricción o mediante una descarga corona y entonces se aplica al sustrato al que se adhiere mediante fuerzas electrostáticas. El sustrato se calienta hasta temperaturas superiores al punto de ablandamiento del recubrimiento en polvo. El recubrimiento en polvo se funde entonces y forma una película continua sobre el sustrato. Al calentar adicionalmente, se inicia la reacción de reticulación de la composición de recubrimiento. Tras el enfriamiento se obtiene un recubrimiento flexible duradero.
En ciertas aplicaciones es deseable que las superficies recubiertas tengan una baja resistencia eléctrica superficial para proporcionar propiedades antiestáticas o incluso eléctricas conductoras. Ejemplos son los muebles usados en zonas de montaje para equipos electrónicos, muebles o equipos usados en zonas a prueba de explosión, recipientes o alojamiento para equipos electrónicos, etc. Las normas para la conductividad superficial de los materiales que se usan en zonas en las que se manejan dispositivos que son sensibles a la descarga electrostática pueden encontrarse por ejemplo en la norma europea EN 100 015-1 o la norma sueca SP-método 2472.
Convencionalmente, las propiedades antiestáticas o eléctricas conductoras se obtienen mediante la aplicación de pintura líquida que contiene grandes cantidades de aditivos conductores tales como negro de carbón, especialmente pigmentos recubiertos o polvos metálicos.
Se han hecho muchos intentos para aumentar la conductividad eléctrica de los recubrimientos en polvo para permitir el uso de recubrimientos en polvo en las áreas mencionadas anteriormente. Por ejemplo, la solicitud de patente CN 1099779 describe la adición de micropartículas conductoras como grafito, negro de acetileno u óxido de zinc en concentraciones relativamente altas a formulaciones de recubrimiento en polvo. Este procedimiento tiene la desventaja de que los recubrimientos que contienen grafito o negro de acetileno generalmente no permiten formular recubrimientos de color claro. Por otro lado, grandes cantidades de cargas de colores claros tales como óxido de zinc proporcionan recubrimientos con mala reproducibilidad de la conductividad eléctrica (véase "N.G. Schibrya et al. "Antistatic decorative coatings based on coating powders "Electron", Russia Lakokras. Mater. Ikh Primen. (1996) (12), página 19-20 y referencias citadas en el mismo). En esta referencia, se dan a conocer recubrimientos conductores con cargas muy altas de polvos metálicos. Tales composiciones de recubrimiento en polvo tienen un peso específico muy alto y por tanto son difíciles de aplicar a un sustrato. Además, el uso de polvos metálicos finos supone riesgos de seguridad durante la fabricación y aplicación del polvo.
La solicitud de patente alemana DE-A-198 09 838 reivindica la adición de materiales poliméricos conductores para aumentar la conductividad eléctrica de superficies recubiertas con polvo. De nuevo, estos polímeros tienen un color negro u oscuro y dan como resultado recubrimientos en polvo de color oscuro.
En la patente estadounidense US 4.027.366, se describe la aplicación de mezclas de polvos que tienen diferencias en la constante dieléctrica por lo que un material en polvo es un no metal o metal conductor. El objeto del documento US 4.027.366 es producir recubrimientos de múltiples capas en una etapa. No se menciona la preparación de recubrimientos con propiedades antiestáticas o una resistencia eléctrica superficial baja de la superficie recu-
bierta.
Por consiguiente, es el objeto de la invención proporcionar recubrimientos en polvo que tengan una resistencia eléctrica superficial baja y reproducible de la superficie de sustrato recubierta, que puedan prepararse en diversos colores y que sean fáciles de aplicar incluso con una variación en el espesor de película del recubrimiento.
Este objeto se consigue mediante una mezcla de composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles no conductoras, posiblemente con color, convencional, con composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles altamente conductoras. La razón de las composiciones de recubrimiento en polvo conductoras con respecto a las no conductoras en la mezcla inventiva está entre de 2,5 a 95 y de 95 a 2,5. La razón puede ajustarse para que cumpla los requisitos para la resistencia eléctrica superficial en una aplicación específica. Generalmente, un mayor porcentaje del componente conductor en la combinación proporciona una menor resistencia eléctrica superficial del recubrimiento final. La mezcla según la invención da como resultado recubrimientos con color que tienen una resistencia eléctrica superficial inferior a 10^{10} \Omega (ohm), preferiblemente inferior a 10^{8} \Omega (ohm). Esta resistencia superficial es suficientemente baja para muchas aplicaciones que requieren propiedades antiestáticas de una superficie.
La composición de recubrimiento en polvo termoendurecible no conductora en la mezcla inventiva puede ser cualquier composición de recubrimiento en polvo termoendurecible. El polvo puede ser de color o transparente, por ejemplo una cubierta clara.
Las composiciones en polvo que pueden usarse por ejemplo, son aquellas a base de resinas de poliéster, resinas epoxídicas, sistemas híbridos de resinas de poliéster/epoxídicas, resinas (met)acrílicas, resinas de poliuretano. Resinas de reticulación adecuadas para el sistema de aglutinante/endurecedor son, por ejemplo, epóxidos di y/o polifuncionales, ácidos carboxílicos, diciandiamida, resinas fenólicas y/o resinas amínicas, en la cantidad usual. Las composiciones pueden contener constituyentes convencionales en la tecnología de recubrimiento en polvo, tales como cargas y/o pigmentos y aditivos adicionales.
Se describen formulaciones de recubrimiento en polvo adecuadas por ejemplo en D. A. Bates "The Science of Powder Coatings" volumen 1, Sita Technology, Londres, 1990. Las superficies que se recubren con tales materiales de recubrimiento en polvo tienen generalmente una resistencia eléctrica superficial superior a 10^{10} \Omega (ohm).
La composición de recubrimiento en polvo termoendurecible conductora de la mezcla inventiva contiene concentraciones altas de cargas y/o pigmentos conductores inorgánicos u orgánicos. Tales cargas y/o pigmentos pueden ser, por ejemplo, negro de carbón, materiales poliméricos conductores o pigmentos inorgánicos de color claro. Si se usan negro de carbón o materiales poliméricos conductores, las composiciones de recubrimiento en polvo conductoras son generalmente negras o de color oscuro. Ejemplos de composiciones poliméricas conductoras son polianilina, polipirrol o politiofeno o sus derivados. Para los recubrimientos en polvo conductores de color claro pueden usarse óxidos metálicos, óxidos no metálicos, titanato de potasio o sulfato de bario recubiertos de manera conductora, dióxido de estaño dopado, óxido de zinc dopado (dopado por ejemplo con aluminio, galio, antimonio, bismuto), o pueden usarse pigmentos inorgánicos especiales. Ejemplos de tales pigmentos inorgánicos especiales son placas de mica recubiertas con óxido metálico tal como mica recubierta de óxido de zinc, mica recubierta con óxido de estaño dopado con antimonio y que se proporcionan en R. Vogt et al "Bright conductive pigments with layer substrate structure", European Coatings Journal, página 706, 1997. Por motivos económicos, se prefiere usar negro de carbón como carga conductora. El material de recubrimiento en polvo conductor útil para las mezclas según la invención contiene entre el 1 y el 20% en peso, preferiblemente entre el 2 y el 10% en peso de las cargas y/o los pigmentos conductores. También es posible usar mezclas de diferentes cargas y/o pigmentos conductores para formular la composición de recubrimiento en polvo conductora. En general, los recubrimientos preparados a partir del recubrimiento en polvo sin la adición de polvos no conductores deben tener una resistencia eléctrica superficial inferior a 10^{6} \Omega (ohm) o al menos en un factor 10 inferior a la resistencia superficial deseada de las superficies a las que se le aplicó la mezcla según la invención. Esto significa que el componente conductor debe tener por ejemplo una resistencia eléctrica superficial inferior a 10^{7} \Omega (ohm) si la mezcla con polvos no conductores debe tener una resistencia superficial inferior a
10^{8} \Omega.
El sistema de aglutinante/endurecedor de la composición de recubrimiento en polvo conductora puede ser el mismo que para la composición de recubrimiento en polvo no conductora en la mezcla según la invención o puede ser diferente. Para acabados lisos, se prefiere usar el mismo sistema de aglutinante/endurecedor en la composición de recubrimiento en polvo conductora y en la no conductora de la mezcla.
Es posible igualar el color del material no conductor de la mezcla en polvo y el polvo conductor si se usan cargas o pigmentos conductores de color claro para generar un color de recubrimiento uniforme. Sin embargo, también es posible y se prefiere usar un polvo conductor negro en combinación con polvos no conductores que tienen un color diferente, por ejemplo, blanco, gris, rojo o amarillo. Tales mezclas generarán un recubrimiento con un efecto de salpicadura porque los colores individuales de los polvos serán más o menos visibles para el ojo humano. Tales recubrimientos proporcionan acabados atractivos que son adecuados para muchas aplicaciones.
Los materiales de recubrimiento en polvo termoendurecibles conductores y los no conductores que se requieren para la mezcla según la invención pueden prepararse mediante tecnologías de fabricación de recubrimiento en polvo conocidas, por ejemplo mediante técnicas de extrusión / molienda conocidas, mediante procedimientos de pulverización por ejemplo a partir de disoluciones supercríticas, o mediante atomización de masa fundida, o mediante procedimientos de suspensión/dispersión, por ejemplo un procedimiento de dispersión no acuosa.
Los materiales en polvo útiles para la mezcla según la invención tienen por ejemplo una tamaño medio de partícula de desde 10 hasta 100 \mum, preferiblemente desde 15 hasta 50 \mum. Los materiales en polvo conductores y los no conductores pueden tener el mismo tamaño medio de partícula y la misma distribución de tamaño de partícula. También es posible mezclar materiales en polvo que tienen diferentes tamaños medios de partícula o diferentes distribuciones de tamaño de partícula. Se prefiere una distribución de tamaño de partícula similar para todos los componentes de la mezcla inventiva. También se prefiere seleccionar materiales en polvo para la mezcla que tengan un peso específico similar.
La mezcla según la invención puede prepararse mediante dispositivos de mezclado convencionales que proporcionan mezclas homogéneas de los polvos tales como mezcladoras de tambor, mezcladoras de paletas rotatorias de alta cizalladura o mezcladoras continuas. También es posible usar mezcladoras especiales potencialmente a temperaturas ligeramente elevadas que se usan normalmente para unir pigmentos a recubrimientos en polvo. Si se usan tales mezcladoras, los diferentes materiales en polvo se unen al menos parcialmente entre sí lo que puede ser ventajoso para ciertas aplicaciones.
La mezcla inventiva puede aplicarse a diversos sustratos tales como metales, plásticos, madera o materiales compuestos de madera mediante tecnologías de aplicación de polvo conocidas, por ejemplo mediante procedimientos de pulverización electrostáticos usando una carga corona o tribo. También es posible aplicar la mezcla en polvo en la forma de una dispersión acuosa o una suspensión en polvo.
Entonces se calienta el sustrato mediante medios adecuados hasta temperaturas que permiten que el recubrimiento en polvo fluya hacia fuera y se cure. La temperatura y el tiempo requeridos para la fusión y el curado dependerán del sistema de aglutinante/endurecedor usado en la formulación de recubrimiento en polvo. Condiciones típicas son por ejemplo temperaturas de 160ºC durante 20 minutos si se usan hornos de convección para calentar el sustrato. Pueden llevarse a cabo periodos de tiempo significativamente más cortos si se usa radiación de infrarrojo o de infrarrojo cercana (NIR) para fundir y curar los recubrimientos en polvo. También es posible formular recubrimientos en polvo que pueden curarse mediante radiación UV. En este caso se prefiere que ambos, el material conductor y el no conductor de la mezcla en polvo puedan curarse mediante radiación UV.
Espesores de película típicos del recubrimiento tras el curado están por ejemplo entre 20 y 150 \mum. Es una ventaja especial de la presente invención que la resistencia superficial del recubrimiento no sea sensible al espesor de película, lo que es crítico en muchas aplicaciones en las que no pueden evitarse variaciones en el espesor de película. En general, se prefiere un espesor de recubrimiento entre 50 y 100 \mum.
Los recubrimientos en polvo según la invención proporcionan superficies en diversos colores con una acabado liso atractivo y una resistencia superficial baja y reproducible adecuada para su uso como recubrimiento antiestático. El grado de brillo puede ajustarse mediante tecnología de recubrimiento en polvo conocida.
Los ejemplos siguientes ilustran adicionalmente la invención: la resistencia eléctrica superficial de los recubrimientos se midió con el "Test Kit for Static Control Surfaces" ("Kit de prueba para superficies de control estático") suministrado por 3M que cumple los requisitos de la norma EOS/ESD-S4.1-1990.
Preparación de un recubrimiento en polvo conductor
Ejemplo 1
Se combina íntimamente una mezcla que consisten en el 16% en peso de resina epoxídica, el 42% en peso de resina de poliéster, el 37% en peso de sulfato de bario, el 3,5% en peso de negro de carbón y el 1,5% en peso de agentes de fluidez y de desgasificado y se extruye a una temperatura entre 110 y 140ºC. Se muele el producto extruido para dar un polvo negro fino con un tamaño medio de partícula de 38 \mum.
Se aplica el material en polvo mediante aplicación por pulverización electrostática a un panel de acero y entonces se cura durante 10 minutos a 200ºC. El recubrimiento obtenido tiene una resistencia eléctrica superficial de 10^{4} a 10^{5} \Omega (ohm) medida a 100 V y un espesor de recubrimiento de 90 \mum.
Mezclas según la invención
Ejemplo 2
Se mezcla íntimamente el material en polvo conductor del ejemplo 1 en una mezcladora de tambor con un polvo híbrido de poliéster/resina epoxídica azul comercial en una razón de 20/80 (peso en peso). Se aplica la mezcla resultante mediante aplicación por pulverización electrostática a un panel de acero y entonces se cura durante 10 minutos a 200ºC. Se obtiene un acabado liso azul con salpicaduras negras que tiene una resistencia superficial de 10^{5} a 10^{6} \Omega (ohm) cuando se mide a 100 V y un espesor de recubrimiento de 90 \mum.
Ejemplo 3
Se mezcla íntimamente el material en polvo conductor del ejemplo 1 en una mezcladora de tambor con un polvo híbrido de poliéster/resina epoxídica rojo comercial en una razón de 30/70 (peso en peso). Se aplica la mezcla resultante mediante aplicación por pulverización electrostática a un panel de acero y entones se cura el recubrimiento durante 10 minutos a 200ºC. Se obtiene un acabado liso rojo con salpicaduras negras que tiene una resistencia superficial de 10^{5} a 10^{6} \Omega (ohm) cuando se mide a 100 V y espesores de recubrimiento de 60 \mum y 100 \mum.

Claims (10)

1. Mezcla de composiciones de recubrimiento en polvo que comprende una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles no conductoras y una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles conductoras en una razón entre de 2,5 a 95 y de 95 a 2,5.
2. Mezcla según la reivindicación 1, caracterizada porque la mezcla provoca una resistencia eléctrica superficial del sustrato recubierto inferior a 10^{10} ohm.
3. Mezcla según la reivindicación 1 y 2, caracterizada porque la composición de recubrimiento en polvo termoendurecible no conductora provoca una resistencia eléctrica superficial del sustrato recubierto superior a 10^{10} ohm.
4. Mezcla según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque la composición de recubrimiento en polvo termoendurecible conductora contiene del 1 al 20% en peso de cargas y/o pigmentos conductores.
5. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la composición de recubrimiento en polvo termoendurecible conductora contiene como cargas y/o pigmentos conductores negro de carbón, materiales poliméricos conductores y/o pigmentos inorgánicos de color claro conductores.
6. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la composición de recubrimiento en polvo termoendurecible conductora provoca una resistencia eléctrica superficial del sustrato recubierto inferior a 10^{6} ohm.
7. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque es curable mediante radiación de infrarrojo cercano (NIR) o mediante radiación UV.
8. Uso de las mezclas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para la preparación de recubrimientos que tienen propiedades antiestáticas.
9. Sustrato recubierto, en el que se obtiene el recubrimiento a partir de una mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Procedimiento para la fabricación de una composición de recubrimiento en polvo que comprende la etapa de mezclar hasta el 95% en peso de una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles no conductoras, con hasta el 95% en peso de una o más composiciones de recubrimiento en polvo termoendurecibles conductoras.
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