ES2302928T3 - Revestimientos, metodos para su preparacion y utilizacion de los mismos. - Google Patents
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Abstract
Revestimientos transparentes con un espesor de capa de como mínimo 30 µm, una fuerza-penetración-elasticidad relativa según DIN 55676 de como mínimo el 70% y una resistencia al rayado correspondiente a una nota de como máximo 2 en la prueba de rayado con lana de acero según DIN 1041 después de 10 carreras dobles.
Description
Revestimientos, métodos para su preparación y
utilización de los mismos.
La presente invención se refiere a nuevos
revestimientos. La presente invención se refiere también a un
procedimiento para la producción de revestimientos. Además, la
presente invención se refiere a la utilización de los nuevos
revestimientos para proteger las superficies contra el deterioro por
acciones mecánicas, en particular frente a los arañazos.
La protección de superficies frente al deterioro
por acciones mecánicas, en particular frente a los arañazos,
plantea muchos y muy serios problemas que no podían ser resueltos a
satisfacción del mundo técnico ni de los consumidores. Los arañazos
en la superficie de objetos de uso habitual, en particular sobre los
de valor económico, deterioran de forma persistente su utilidad, su
efecto decorativo y su valor económico. Además, los arañazos pueden
ser puntos de ataque de un mayor deterioro o destrucción de los
objetos de uso habitual, por ejemplo debido a la corrosión.
Estos problemas afectan sobre todo a interiores
y exteriores de automóviles o de partes de los mismos, interiores y
exteriores de edificios, muebles, ventanas y puertas, piezas
pequeñas como tuercas, tornillos, tapacubos o llantas, bobinas,
contenedores, embalajes, componentes electrotécnicos como devanados
de motor o devanados de transformador, y electrodomésticos como
aparatos domésticos, calderas de calefacción y radiadores, o cuerpos
de vidrio huecos como botellas, matraces, tubos o vasos.
Otro problema surge con el desarrollo de los
revestimientos para superficies resistentes al rayado. El desarrollo
selectivo de materiales de revestimiento que produzcan
revestimientos resistentes al rayado resulta muy costoso, ya que,
desde el punto de vista de los materiales, son necesarias las
relaciones de efecto estructural entre los componentes de los
materiales de revestimiento, por una parte, y el perfil de
propiedades de los revestimientos producidos con éstos. Esta
circunstancia se agrava aún más por el hecho de que, en la mayoría
de los casos, se desconoce la relación entre los parámetros
físicos, químicos y mecánicos importantes de los revestimientos,
tales como la temperatura de transición vítrea, la cristalinidad, la
dureza, la plasticidad, la flexibilidad, la elasticidad, la
fragilidad y el espesor de capa, por una parte, y la resistencia al
rayado, por la otra. El problema se complica aún más por el hecho
de que los arañazos se producen de las formas más diversas y los
revestimientos reaccionan de forma diferente a los mismos. Por
ejemplo, un revestimiento de un automóvil puede resultar estable
frente a la formación de arañazos por lavado, por ejemplo los
producidos por los cepillos giratorios de los túneles de lavado, y,
en cambio, ser sensible a los arañazos producidos por granos de
arena proyectados.
No obstante, en caso de que se lograra ajustar
una alta resistencia al rayado de los revestimientos, podrían
resultar afectadas otras propiedades importantes, tales como la
transparencia, el efecto decorativo, el espesor de capa obtenible,
la adherencia, la resistencia a las sustancias químicas, la
resistencia a la intemperie y la rentabilidad.
Para poder evaluar la resistencia al rayado de
los revestimientos sin necesidad de realizar costosos ensayos
prácticos, frecuentemente se recurre a métodos de análisis
alternativos, como el análisis dinámico-mecánico
(DMA) o el termoanálisis dinámico-mecánico (DMTA), o
también a diferentes métodos de medida de la dureza superficial,
como la dureza Vickers, la dureza al rayado con lápiz, la dureza a
la fricción de un péndulo o la dureza de micro-
penetración.
penetración.
En primer lugar, parece obvio que se pueda
establecer una correlación entre la dureza de las superficies de
los revestimientos así medida y su resistencia al rayado. Sin
embargo, se ha comprobado que no es posible establecer una
correlación sencilla (véase, por ejemplo, M. Bannert, M. Osterhold,
W. Schubert, Th. Brock, en European Coatings Journal, 11, páginas
31 y siguientes, 2001). Por ejemplo, las superficies duras pueden
presentar una excelente resistencia al rayado, pero los
revestimientos correspondientes son frágiles, con lo que
frecuentemente se producen fisuras de tensión, en particular durante
el endurecimiento de los revestimientos. Esto ocurre en particular
en el caso de los revestimientos basados en soles de polisiloxano
dados a conocer en las solicitudes de patente DE 199 10 876 A1,
DE
38 36 815 A1, DE 198 43 581 A1, DE 199 09 877 A1, DE 139 40 858 A1, DE 198 16 136 A1, EP 0 365 027 A2 o EP
0 450 625 A1, vendidos por ejemplo bajo la marca Ormocer® (organically modified ceramic - cerámica modificada orgánicamente). Además, estos revestimientos resistentes al rayado no se puede producir con espesores mayores a 10 \mum, ya que en este caso tienden a desconcharse. Lo mismo es aplicable a los revestimientos que contienen nanopartículas dados a conocer en las solicitudes de patente EP 0 832 947 A y WO 99/52964 A.
38 36 815 A1, DE 198 43 581 A1, DE 199 09 877 A1, DE 139 40 858 A1, DE 198 16 136 A1, EP 0 365 027 A2 o EP
0 450 625 A1, vendidos por ejemplo bajo la marca Ormocer® (organically modified ceramic - cerámica modificada orgánicamente). Además, estos revestimientos resistentes al rayado no se puede producir con espesores mayores a 10 \mum, ya que en este caso tienden a desconcharse. Lo mismo es aplicable a los revestimientos que contienen nanopartículas dados a conocer en las solicitudes de patente EP 0 832 947 A y WO 99/52964 A.
Se puede establecer una correlación entre los
resultados del DMA (véase por ejemplo R. Bethke, K. Schmidt, M.
Eder, en Metalloberfläche, año 55, páginas 50 y siguientes, 2001, o
E. Frigge, Farbe und Lack, año 106, número 7, páginas 78 y
siguientes) o del DMTA (véase la patente alemana DE 197 09 467 C1)
para los revestimientos y la resistencia al rayado. Sin embargo,
con ayuda de esta correlación en particular se pueden desarrollar
revestimientos cuya superficie se restablece después del rayado,
pero los revestimientos que como superficies especialmente duras ni
siquiera se rayan sólo se pueden desarrollar con dificultad.
Los elastómeros presentan una alta elasticidad
superficial, de modo que no se deterioran o difícilmente se
deterioran por acciones mecánicas (véase K.T. Gillen, E.R. Terrill y
R.M. Winter, en Rubber Chemistry and Technology, tomo 74, páginas
428, 2000, o "Zukunftsweisende Technologie in der
Mikrohärtebestimmung", publicación de empresa de Helmut Fischer
GmbH, Sindelfingen). Sin embargo, estos materiales son muy poco o
nada transparentes y tienen poco brillo, por lo que no entran en
consideración para revestimientos decorativos transparentes de alto
brillo. Además, con frecuencia, estos materiales sólo difícilmente
se pueden revestir o sobrelacar con materiales de revestimiento.
La tesina de Matthias Walenda, Gesamthochschule
Paderborn, grupo de trabajo del Prof. Dr. Goldschmidt, 1998, da a
conocer revestimientos duroplásticos que han sido producidos a
partir de materiales de revestimiento endurecibles con radiación UV
y que presentan una
fuerza-penetración-elasticidad según
DIN 55676 del 75 y el 79%. En dicho documento no se indica nada
sobre una relación con la resistencia al rayado.
El objetivo de la presente invención consiste en
poner a disposición nuevos revestimientos que no se deterioren o
que apenas se deterioren por acciones mecánicas y en particular que
no se rayen o apenas se rayen.
Los nuevos revestimientos resistentes al rayado
no han de presentar las desventajas del estado actual de la
técnica.
Los nuevos revestimientos resistentes al rayado
han de ser transparentes y muy brillantes, de modo que no sólo sean
adecuados con fines de protección, sino también para fines
decorativos. Además, los nuevos revestimientos resistentes al
rayado han de presentar una adherencia especialmente alta con
respecto a las superficies a proteger o decorar, un excelente
efecto anticorrosión y una alta resistencia a las sustancias
químicas, los disolventes, la intemperie, el agua y la humedad. Se
han de poder producir de forma fácil y económica. Además, también
se han de producir con espesores de capa superiores a 30 \mum sin
que ello afecte negativamente a su perfil de propiedades
especialmente ventajoso, y se han de poder sobrelacar bien para que
puedan ser sometidos fácilmente a lacados de reparación.
Los nuevos revestimientos resistentes al rayado
han de ser adecuados sobre todo para la protección y la decoración
de interiores y exteriores de automóviles o partes de los mismos,
interiores y exteriores de edificios, muebles, ventanas y puertas,
láminas, piezas pequeñas como tuercas, tornillos, tapacubos o
llantas, bobinas, contenedores, embalajes, componentes
electrotécnicos como devanados de motor o devanados de
transformador, electrodomésticos como aparatos domésticos, calderas
de calefacción y radiadores, y cuerpos de vidrio huecos como
botellas, matraces, tubos o vasos.
Otro objetivo de la presente invención consistía
en encontrar un procedimiento que permitiera la producción
selectiva de revestimientos resistentes al rayado sin necesidad de
realizar costosos ensayos prácticos para desarrollar materiales de
revestimiento adecuados.
En consecuencia, se descubrieron los nuevos
revestimientos transparentes con un espesor de capa de como mínimo
30 \mum, una
fuerza-penetración-elasticidad según
DIN 55676 de como mínimo el 70% y una resistencia al rayado
correspondiente a una nota de como máximo 2 en la prueba de rayado
con lana de acero según DIN 1041 después de 10 carreras dobles,
revestimientos que en lo sucesivo se denominarán "revestimientos
según la invención".
Además se descubrió el nuevo procedimiento para
producir revestimientos transparentes mediante la aplicación de un
material de revestimiento sobre un sustrato o una capa no
endurecida, parcialmente endurecida o totalmente endurecida que se
encuentre sobre éste, en el que
- (1)
- se elige un material de revestimiento que, después de su solidificación o endurecimiento, presente una fuerza-penetración-elasticidad según DIN 55676 de como mínimo el 70% y una resistencia al rayado correspondiente a una nota de como máximo 2 en la prueba de rayado con lana de acero según DIN 1041 después de 10 carreras dobles, y
- (2)
- el material de revestimiento (a) se aplica en un paso.
El nuevo procedimiento para producir
revestimientos se denominará en lo sucesivo "procedimiento según
la invención".
En vista del estado actual de la técnica,
resultó sorprendente y no previsible por los especialistas que el
objetivo que servía de base a la presente invención se pudiera
resolver con ayuda de los revestimientos según la invención y con
ayuda del procedimiento según la invención.
Sobre todo sorprendió el hecho de que la
solución según la invención se basara precisamente en materiales
comparativamente blandos, con una
fuerza-penetración-elasticidad
relativa alta y una dureza universal comparativamente baja. Gracias
a la regla de selección según la invención se podían elegir los
materiales de revestimiento adecuados, que producían los
revestimientos según la invención, sin necesidad de llevar a cabo
costosos ensayos prácticos. De este modo, el desarrollo y la
producción de los revestimientos según la invención resultaban
especialmente económicos.
Los revestimientos según la invención eran
altamente resistentes al rayado y transparentes. Además presentaban
una adherencia especialmente alta con respecto a las superficies de
los sustratos a proteger o decorar, un excelente efecto
anticorrosión y una alta resistencia a las sustancias químicas, los
disolventes, la intemperie, el agua y la humedad.
Además, se podían producir con espesores
superiores a 30 \mum sin que ello afectara negativamente a su
perfil de propiedades, especialmente ventajoso.
Sus superficies presentaban muy buenas
propiedades de adhesión, con lo que se podían sobrelacar
especialmente bien y someter fácilmente a lacados de
reparación.
Por consiguiente, los nuevos revestimientos
resistentes al rayado eran excelentemente adecuados para la
protección y decoración de interiores y exteriores de automóviles o
partes de los mismos, interiores y exteriores de edificios,
muebles, ventanas y puertas, láminas, piezas pequeñas como tuercas,
tornillos, tapacubos o llantas, bobinas, contenedores, embalajes,
componentes electrotécnicos como devanados de motor o devanados de
transformador, electrodomésticos como aparatos domésticos, calderas
de calefacción y radiadores, y cuerpos de vidrio huecos como
botellas, matraces, tubos o vasos.
Los revestimientos según la invención presentan
un espesor de capa de como mínimo 30, preferentemente de como
mínimo 40 y en particular de como mínimo 50 \mum.
Tienen una
fuerza-penetración-elasticidad
relativa según DIN 55676 de como mínimo el 70%, preferentemente de
como mínimo el 74%, en especial de como mínimo el 78%, de forma
especialmente preferente de como mínimo el 80%, de forma totalmente
preferente de como mínimo el 82% y en particular de como mínimo el
84%. Por ejemplo, la firma Helmut Fischer GmbH, Sindelfingen
(http://www.Helmut-Fischer.com) vende aparatos de
medida adecuados para determinar la
fuerza-penetración-elasticidad
relativa bajo la marca Fischerscope®.
Además presentan una resistencia al rayado
correspondiente a una nota de como máximo 2, en particular 1, en
una escala del 1 (sin deterioros) al 6 (deterioro muy fuerte) en la
prueba de rayado con lana de acero según DIN 1041 después de 10
carreras dobles.
Preferentemente, los revestimientos según la
invención presentan una dureza universal según DIN 55676 < 100,
en especial < 80 y en particular < 60 N/mm^{2}, con una
fuerza adaptada al espesor de capa de 25,6, preferentemente 10 y en
particular 5 mN y un tiempo de fluencia de como mínimo 20 s en el
proceso de fluencia. La profundidad de penetración media no ha de
ser superior a como máximo el 10% del espesor de capa, para excluir
la posibilidad de influencias sobre el sustrato.
Su transmitancia a la luz con una longitud de
onda entre 400 y 700 nm es preferentemente > 90, en especial
> 92 y en particular > 95%.
Sobre floatglas desengrasado y acero fino 1.4301
desengrasado presentan preferentemente una adherencia según DIN ISO
2409 de GT/TT 0/0. Sobre los lacados base pigmentados usuales y
conocidos, tales como los presentes en los lacados multicapa de
coloración y/o de efecto decorativo utilizados en el lacado en serie
de automóviles de gama alta, también presentan una adherencia según
DIN ISO 2409 de GT/TT 0/0.
Los revestimientos según la invención pueden ser
termoplásticos o duroplásticos. Los revestimientos según la
invención termoplásticos se pueden producir a partir de materiales
de revestimiento de endurecimiento físico o a partir de materiales
termoplásticos. Los revestimientos según la invención duroplásticos
se pueden producir a partir de materiales de revestimiento
endurecibles. Preferentemente, los revestimientos según la invención
son duroplásticos.
Los materiales de revestimiento adecuados se
eligen de acuerdo con el procedimiento según la invención de tal
modo que los revestimientos producidos con ellos presenten las
propiedades esenciales de la invención.
Los revestimientos según la invención
duroplásticos se pueden producir a partir de materiales de
revestimiento endurecibles. Los materiales de revestimiento
endurecibles se pueden endurecer térmicamente, con radiación
actínica, preferentemente con radiación electromagnética, como luz
infrarroja cercana (IRC), luz visible, radiación UV o radiación X,
principalmente radiación UV, y radiación corpuscular, como haz
electrónico, o térmicamente y con radiación actínica
(dual-cure). Preferentemente, los materiales
de revestimiento son endurecibles térmicamente.
Los materiales de revestimiento endurecibles
especialmente adecuados, en particular endurecibles térmicamente,
consisten en componentes inorgánicos y orgánicos. Preferentemente,
los materiales de revestimiento endurecibles presentan un contenido
de cenizas de como mínimo el 10, en especial de como mínimo el 15 y
en particular de como mínimo el 20% en peso.
Algunos materiales de revestimiento endurecibles
térmicamente totalmente adecuados contienen o consisten en una
dispersión acuosa con un pH de 2 a 7 que incluye
- (A)
- como mínimo un polímero u oligómero hinchable con grupos funcionales hidrófilos aniónicos y/o potencialmente aniónicos y/o no iónicos,
- (B)
- nanopartículas inorgánicas modificadas superficialmente y estabilizadas catiónicamente, como mínimo de un tipo,
- (C)
- como mínimo un anfífilo.
La dispersión a utilizar según la invención
tiene un pH de 2 a 7, preferentemente de 2,5 a 7 y en particular de
3 a 6,5. Éste se ajusta mediante la adición de ácidos inorgánicos
y/u orgánicos que no experimenten ninguna reacción no deseada con
los productos de partida y con los componentes de la dispersión a
utilizar según la invención, por ejemplo reacciones de
precipitación, o la descomposición de las nanopartículas (B). Ácidos
adecuados son, por ejemplo, ácido fórmico, ácido acético y ácido
clorhídrico.
El contenido de sólidos de la dispersión a
utilizar según la invención puede variar ampliamente y se rige por
las necesidades de cada caso individual. Preferentemente oscila
entre el 10 y el 80, preferiblemente entre el 15 y el 75, de forma
especialmente preferente entre el 20 y el 70, de forma totalmente
preferente entre el 25 y el 65 y en particular entre el 30 y el 60%
en peso, en cada caso con respecto a la cantidad total de la
dispersión a utilizar según la invención.
El primer componente esencial de la dispersión a
utilizar según la invención consiste en como mínimo y principalmente
un polímero u oligómero hinchable (A), en particular un polímero
(A), con grupos funcionales aniónicos y/o potencialmente
aniónicos.
Aquí y en lo sucesivo, por el concepto
"polímeros" se entenderán compuestos que contienen un promedio
estadístico de más de 10 unidades monoméricas en su molécula. Por
el concepto "oligómeros" se entienden compuestos que contienen
un promedio estadístico de 2 a 15 unidades monoméricas en su
molécula. Para más detalles a este respecto, véase Römpp Lexikon
Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York,
1998, página 425, "Oligomere", y página 464,
"Polymere".
Preferentemente, los grupos aniónicos y
potencialmente aniónicos se seleccionan de entre el grupo
consistente en grupos ácido carboxílico, ácido sulfónico y ácido
fosfónico, grupos éster de ácido sulfúrico y ácido fosfórico, y
también grupos carboxilato, sulfonato, fosfonato, éster sulfato y
éster fosfato, en particular grupos ácido carboxílico y grupos
carboxilato.
El contenido de grupos funcionales aniónicos y/o
potencialmente aniónicos en los polímeros y oligómeros (A) puede
variar ampliamente y se rige por las necesidades de cada caso
individual, en particular por la cantidad necesaria de estos grupos
para asegurar la hinchabilidad de los polímeros y oligómeros (A) en
medios acuosos con un pH de 2 a 7. Preferentemente, el contenido
corresponde a un índice de acidez de 5 a 70, preferiblemente de 6 a
60, de forma especialmente preferente de 7 a 50, de forma totalmente
preferente de 8 a 40 y en particular de 9 a 30 mg de KOH/g. Aquí y
en lo sucesivo, por "contenido de sólidos" se entenderá la suma
de los componentes que forman los revestimientos producidos a
partir de la dispersión a utilizar según la invención.
Preferentemente, los polímeros y oligómeros
hinchables (A) presentan una movilidad electroforética \leq -0,5,
preferiblemente \leq -2,0 (\mum/s)/(V/cm) a pH 2 a 7. La
movilidad electroforética se puede determinar con ayuda de la
electroforesis láser Doppler. Como aparato de medida se puede
utilizar un Zetasizer® 3000 de la firma Malvern. No obstante,
también entran en consideración procedimientos de medida
microelectroforéticos (microscópicos).
Preferentemente se utilizan polímeros y
oligómeros (A) del grupo de los copolímeros que se pueden obtener
mediante copolimerización radical controlada en una, dos o más
etapas, en un medio acuoso u orgánico, en particular en un medio
acuoso, y que se describen detalladamente en la solicitud de patente
alemana DE 199 30 664 A1, desde la página 4, renglón 28, hasta la
página 9, renglón 49. Estos copolímeros (A) también se pueden
preparar (co)polimerizando un copolímero formado como etapa
intermedia, después de añadir pequeñas cantidades de iniciadores de
polimerización radical o sin dicha adición, con como mínimo un
monómero olefínicamente insaturado.
En los copolímeros (A) se pueden incorporar
grupos funcionales reactivos que pueden experimentar reacciones de
reticulación térmica con los grupos funcionales reactivos
complementarios (S 2), descritos más abajo, contenidos en los
compuestos I descritos más abajo. También se pueden incorporar
grupos funcionales que confieren propiedades de autorreticulación a
los copolímeros (A), tales como grupos N-metilol o
N-metilol éter. Además, en los copolímeros (A)
también se puede incorporar como mínimo uno de los grupos
funcionales reactivos (S 1) descritos más abajo, que contienen como
mínimo un enlace activable con radiación actínica que puede
reaccionar con los enlaces activables con radiación actínica dado
el caso presentes en los compuestos I descritos más abajo.
Evidentemente, en los copolímeros (A) se pueden incorporar ambos
tipos de grupos funcionales reactivos (S 1) y (S 2). En ese caso,
los copolímeros (A) correspondientes son endurecibles térmicamente y
con radiación actínica, lo que en el mundo técnico también se
denomina dual cure.
Aquí y en lo sucesivo, por el concepto
"radiación actínica" se entiende radiación electromagnética,
como luz infrarroja cercana (IRC), luz visible, radiación UV o
radiación X, en particular radiación UV, y radiación corpuscular,
como haz electrónico.
Por consiguiente, el copolímero (A) puede
contener como mínimo uno y preferentemente como mínimo dos grupos
funcionales reactivos (S 2) que pueden experimentar reacciones de
reticulación térmica con grupos funcionales reactivos
complementarios (S 2) de los compuestos I descritos más abajo. Los
grupos funcionales reactivos se pueden introducir en los
copolímeros (A) a través de los monómeros (a), o se pueden
incorporar mediante reacciones análogas poliméricas después de la
síntesis de éstos. En este contexto se ha de poner cuidado de que
los grupos funcionales reactivos (S 2) no experimenten ninguna
reacción no deseada entre sí o con el medio acuoso, por ejemplo una
salificación no deseada, una formación de precipitados insolubles o
una reticulación prematura, circunstancias que influirían
negativamente en la estabilidad de la dispersión a utilizar según la
invención.
La siguiente sinopsis muestra ejemplos de grupos
funcionales reactivos complementarios (S 2) adecuados a utilizar
según la invención que experimentan reacciones de reticulación. En
la sinopsis, la variable R^{1} representa grupos alquilo,
cicloalquilo, alquilcicloalquilo, cicloalquilalquilo, arilo,
alquilarilo, cicloalquilarilo, arilalquilo o arilcicloalquilo,
sustituidos o no sustituidos.
\newpage
Como reactores para el procedimiento de
(co)polimerización entran en consideración los recipientes de
agitación, cascadas de recipientes de agitación, reactores de
tubos, reactores de paletas o reactores de Taylor usuales y
conocidos, tal como se describen, por ejemplo, en los documentos de
patente DE 198 28 742 A1 o EP 0 498 583 A1 o en el artículo de K.
Kataoka, en Chemical Engineering Science, tomo 50, número 9, 1995,
páginas 1409 a 1416. Preferentemente, la copolimerización radical
se lleva a cabo en recipientes de agitación o reactores de Taylor,
dimensionándose los reactores de Taylor de tal modo que se cumplan
las condiciones de la corriente de Taylor a todo lo largo del
reactor, incluso aunque la viscosidad cinemática del medio de
reacción varíe mucho, en particular aumente, debido a la
copolimerización (véase la solicitud de patente alemana DE 198 28
742 A1).
La copolimerización se lleva a cabo
ventajosamente a temperaturas superiores a temperatura ambiente e
inferiores a la menor temperatura de descomposición de los
monómeros utilizados en cada caso, eligiéndose preferentemente un
intervalo de temperaturas de entre 10 y 150ºC, de forma totalmente
preferente de entre 50 y 120ºC y en particular de entre 55 y
110ºC.
Cuando se utilizan monómeros especialmente
volátiles, la copolimerización también se puede llevar a cabo bajo
presión, preferentemente a entre 1,5 y 3.000 bar, preferiblemente
entre 5 y 1.500 bar y en particular entre 10 y 1.000 bar.
El copolímero (A) no está sometido a ninguna
limitación en cuanto a la distribución de pesos moleculares. No
obstante, la copolimerización se lleva a cabo ventajosamente de tal
modo que resulte una relación Mw/Mn \leq 4, preferentemente
\leq 2 y en particular \leq 1,5, y en casos especiales incluso
\leq 1,3, medida mediante cromatografía de filtración en gel
utilizando poliestireno como patrón. Los pesos moleculares de los
copolímeros (A) se pueden controlar dentro de amplios márgenes
seleccionando la relación entre el monómero (a) y el monómero (b) y
el iniciador radical. El peso molecular viene determinado
principalmente por el contenido de monómero (b), de tal modo que
cuanto mayor es la proporción de monómero (b), menor es el peso
molecular obtenido (a este respecto, véase la solicitud de patente
alemana DE 199 30 664 A1).
El contenido del copolímero (A) en la dispersión
a utilizar según la invención puede variar ampliamente y se rige
por las necesidades de cada caso individual. Preferentemente, el
copolímero (A) está contenido en la dispersión a utilizar según la
invención en una cantidad de entre el 1 y el 30% en peso, con
respecto a la suma de los componentes esenciales (A), (B) y
(C).
Otro componente esencial de la dispersión a
utilizar según la invención consiste en nanopartículas inorgánicas
modificadas superficialmente y estabilizadas catiónicamente (B),
como mínimo de un tipo, principalmente de un solo un tipo.
Preferentemente, las nanopartículas a modificar
se eligen de entre el grupo consistente en metales de los grupos
principales y subgrupos y compuestos de los mismos. Preferentemente,
los metales de los grupos principales y subgrupos se eligen de
entre metales del tercer al quinto grupo principal, del tercer al
sexto y también del primer y el segundo subgrupo del sistema
periódico de los elementos, y también de entre los lantánidos. De
forma especialmente preferente se utiliza boro, aluminio, galio,
silicio, germanio, estaño, arsénico, antimonio, plata, cinc,
titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tántalo, molibdeno,
wolframio y cerio, en particular aluminio, silicio, plata, cerio,
titanio y circonio.
Los compuestos de metales consisten
preferentemente en óxidos, hidratos de óxidos, sulfatos o
fosfatos.
Preferentemente se utiliza plata, dióxido de
silicio, óxido de aluminio, hidrato de óxido de aluminio, dióxido
de titanio, óxido de circonio, óxido de cerio y mezclas de los
mismos; de forma especialmente preferente plata, óxido de cerio,
dióxido de silicio, hidrato de óxido de aluminio y sus mezclas; de
forma totalmente preferente hidrato de óxido de aluminio y en
particular bohemita.
Preferentemente, las nanopartículas a modificar
presentan un tamaño de partícula primaria < 50, preferiblemente
de 5 a 50 y en particular de 10 a 30 nm.
Las nanopartículas (B) a utilizar según la
invención o su superficie están modificadas con como mínimo un
compuesto de fórmula general I:
(I)[(S-)_{o}-L-]_{m}M(R)_{n}(H)_{p}
En la fórmula general I, los subíndices y las
variables tienen el siguiente significado:
- S
- es un grupo funcional reactivo;
- L
- es un grupo enlazante orgánico como mínimo bivalente;
- H
- es un grupo monovalente hidrolizable o un átomo hidrolizable;
\newpage
- M
- es un metal de bivalente a hexavalente perteneciente a un grupo principal y subgrupos;
- R
- es un grupo orgánico monovalente;
- o
- es un número entero de 1 a 5, en particular 1;
- m + n + p
- es un número entero de 2 a 6, en particular 3 ó 4;
- p
- es un número entero de 1 a 6, en particular de 1 a 4;
- m y n
- son cero o un número entero de 1 a 5, preferentemente de 1 a 3 y en particular 1, en especial m = 1 y n = 0.
La modificación puede tener lugar mediante la
adsorción física de los compuestos I en la superficie de las
nanopartículas no modificadas y/o mediante una reacción química de
los compuestos I con grupos funcionales reactivos adecuados en la
superficie de las nanopartículas no modificadas. Preferentemente, la
modificación tiene lugar a través de reacciones químicas.
Metales M adecuados son, por ejemplo, los
anteriormente descritos.
Preferentemente, el grupo funcional reactivo S
se selecciona de entre el grupo consistente en (S 1) grupos
funcionales reactivos que contienen como mínimo un enlace activable
con radiación actínica y (S 2) grupos funcionales reactivos que
experimentan reacciones iniciadas térmicamente con grupos de su
mismo tipo ("consigo mismos") y/o con grupos funcionales
reactivos complementarios. Grupos funcionales reactivos (S 2)
adecuados son, por ejemplo, los anteriormente descritos, en
particular grupos epóxido.
En el marco de la presente invención, por el
concepto "enlace activable con radiación actínica" se entiende
un enlace que, al ser irradiado con radiación actínica, se vuelve
reactivo y experimenta reacciones de polimerización y/o reacciones
de reticulación, que se desarrollan por mecanismos radicales y/o
iónicos, con otros enlaces activados de su misma clase. Enlaces
adecuados son, por ejemplo, enlaces simples
carbono-hidrógeno o enlaces simples o dobles
carbono-carbono, carbono-oxígeno,
carbono-nitrógeno, carbono-fósforo o
carbono-silicio. Entre éstos, los enlaces dobles
carbono-carbono son especialmente ventajosos y por
ello se utilizan de forma totalmente preferente según la invención.
Para abreviar, en lo sucesivo se denominarán "enlaces
dobles".
En consecuencia, el grupo reactivo (S 1)
preferente según la invención contiene un enlace doble, o dos, tres
o cuatro enlaces dobles. Cuando se utiliza más de un enlace doble,
los enlaces dobles pueden estar conjugados. No obstante, de acuerdo
con la invención resulta ventajoso que los enlaces dobles estén
aislados, en particular cada uno de ellos individualmente en
posición terminal, en el grupo (S 1) en cuestión. De acuerdo con la
invención resulta especialmente ventajoso utilizar dos enlaces
dobles y en particular un enlace doble.
Los enlaces activables con radiación actínica se
pueden unir al grupo enlazante L a través de enlaces
carbono-carbono o de grupos éter, tioéter, éster de
ácido carboxílico, éster de ácido tiocarboxílico, carbonato,
tiocarbonato, éster de ácido fosfórico, éster de ácido
tiofosfórico, éster de ácido fosfónico, éster de ácido tiofosfónico,
fosfito, tiofosfito, éster de ácido sulfónico, amida, amina,
tioamida, fosfamida, tiofosfamida, fosfonamida, tiofosfonamida,
sulfonamida, imida, uretano, hidrazida, urea, tiourea, carbonilo,
tiocarbonilo, sulfona o sulfóxido, pero principalmente a través de
enlaces carbono-carbono, grupos éster de ácido
carboxílico y grupos éter.
Por consiguiente, algunos grupos funcionales
reactivos (S 1) especialmente preferentes son grupos
(met)acrilato, etacrilato, crotonato, cinamato, vinil éter,
vinil éster, diciclopentadienilo, norbornenilo, isoprenilo,
isopropenilo, alilo o butenilo; grupos diciclopentadienil,
norbornenil, isoprenil, isopropenil, alil o butenil éter; o grupos
diciclopentadienil, norbornenil, isoprenil, isopropenil, alil o
butenil éster; pero principalmente grupos metacrilato (S 1).
La variable H representa un grupo monovalente
hidrolizable o un átomo hidrolizable.
Átomos hidrolizables adecuados son, por ejemplo,
átomos de hidrógeno y átomos de halógenos, en particular átomos de
cloro y bromo.
Preferentemente se utilizan grupos monovalentes
hidrolizables. Algunos grupos adecuados de este tipo son aquellos
de fórmula general II:
(II)-X-R
En la fórmula general II, la variable X
representa un átomo de oxígeno, un átomo de azufre y/o un grupo
>NR^{2}, siendo R^{2} un grupo alquilo de 1 a 4 átomos de
carbono, en particular metilo, etilo, propilo y
n-butilo. Preferentemente, X representa un átomo de
oxígeno.
\newpage
R representa un grupo orgánico monovalente. El
grupo monovalente R puede estar o no sustituido, preferentemente no
está sustituido. Puede ser aromático, alifático o cicloalifático. Un
grupo monovalente R se considera aromático cuando X está unido
directamente al grupo aromático. Esta regla se ha de aplicar en el
mismo sentido a los grupos alifáticos y cicloalifáticos.
Preferentemente se utilizan grupos alifáticos lineales o
ramificados, principalmente lineales. Son preferentes los grupos
alifáticos inferiores. Entre éstos, de forma totalmente preferente
se utilizan grupos metilo o grupos etilo.
La variable L representa un grupo enlazante
orgánico como mínimo y principalmente bivalente.
Grupos enlazantes orgánicos bivalentes L
adecuados son, por ejemplo, grupos hidrocarburo alifáticos,
aromáticos, cicloalifáticos y
aromático-cicloalifáticos, en caso dado conteniendo
heteroátomos, tales como:
- (1)
- Grupos alcanodiílo sustituidos o no sustituidos, preferentemente no sustituidos, lineales o ramificados, preferentemente lineales, de 3 a 30, preferentemente de 3 a 20 y en particular de 3 átomos de carbono, que también pueden contener grupos cíclicos dentro de la cadena de carbonos, en particular trimetileno, tetrametileno, pentametileno, hexametileno, heptametileno, octametileno, nonano-1,9-diílo, decano-1,10-diílo, undecano-1,11-diílo, dodecano-1,12-diílo, tridecano-1,13-diílo, tetradecano-1,14-diílo, pentadecano-1,15-diílo, hexadecano-1,16-diílo, heptadecano-1,17-diílo, octadecano-1,18-diílo, nonadecano-1,19-diílo o eicosano-1,20-diílo, preferentemente tetrametileno, pentametileno, hexametileno, heptametileno, octametileno, nonano-1,9-diílo, decano-1,10-diílo, 2-heptil-1-pentilciclohexano-3,4-bis(non-9-ilo), ciclohexano-1,2-, -1,4- o -1,3-bis(metilo), ciclohexano-1,2-, -1,4- o -1,3-bis(et-2-ilo), ciclohexano-1,3-bis(prop-3-ilo) o ciclohexano-1,2-, -1,4- o -1,3-bis(but-4-ilo).
- (2)
- Grupos oxaalcanodiílo sustituidos o no sustituidos, preferentemente no sustituidos, lineales o ramificados, preferentemente lineales, de 3 a 30, preferentemente de 3 a 20 y en particular de 3 a 6 átomos de carbono, que también pueden contener grupos cíclicos dentro de la cadena de carbonos, en particular oxapropano-1,4-diílo, oxabutano-1,5-diílo, oxapentano-1,5-diílo, oxahexano-1,7-diílo o 2-oxapentano-1,5-diílo.
- (3)
- Grupos poliéster bivalentes con proporciones de poliéster recurrentes de fórmula -(-CO-(CHR^{3})_{r}-CH_{2}-O-)-. En esta fórmula, el subíndice r preferentemente tiene un valor de 4 a 6 y el sustituyente R^{3} es hidrógeno o un grupo alquilo, cicloalquilo o alcoxi. Ningún grupo contiene más de 12 átomos de carbono.
- (4)
- Grupos poliéter lineales, preferentemente con un peso molecular promedio en número de 400 a 5.000, en particular de 400 a 3.000, que se derivan de poli(oxietilén)glicoles, poli(oxipropilén)glicoles y poli(oxibutilén)glicoles.
- (5)
- Grupos siloxano lineales, como los encontrados por ejemplo en cauchos de silicona, grupos polibutadieno o poliisopreno hidrogenados, grupos de copolímeros de butadieno-isopreno estadísticos o alternantes o grupos de polímeros mixtos de injerto de butadieno-isopreno, que además pueden contener estireno incorporado por polimerización, y también grupos etileno-propileno-dieno.
- (6)
- Fen-1,4-, -1,3- o -1,2-ileno, naft-1,4-, -1,3-, -1,2-, -1,5- o 2,5-ileno, propano-2,2-di(fen-4'-ilo), metan-di(fen-4'-ilo), difenil-4,4'-diílo o 2,4- o 2,6-toluileno.
- (7)
- Grupos cicloalcanodiílo de 4 a 20 átomos de carbono, como ciclobutano-1,3-diílo, ciclopentano-1,3-diílo, ciclohexano-1,3- o -1,4-diílo, cicloheptano-1,4-diílo, norbornano-1,4-diílo, adamantano-1,5-diílo, decalina-diílo, 3,3,5-trimetilciclohexano-1,5-diílo, 1-metilciclohexano-2,6-diílo, diciclohexilmetano-4,4'-diílo, 1,1'-diciclohexano-4,4'-diílo o 1,4-diciclohexano-4,4''-diílo, en particular 3,3,5-trimetilciclohexano-1,5-diílo o diciclohexilmetano-4,4'-diílo.
De forma especialmente preferente se utilizan
los grupos enlazantes L (1) y L (2), de forma totalmente preferente
trimetileno, tetrametileno, pentametileno, hexametileno,
heptametileno, octametileno,
oxapropano-1,4-diílo o
2-oxapentano-1,5-diílo,
y en particular trimetileno,
oxapropano-1,4-diílo o
2-oxapentano-1,5-diílo.
En la fórmula general I, la variable "o"
representa un número entero de 1 a 5, preferentemente de 1 a 4, en
especial de 1 a 3 y de forma especialmente preferente 1 y 2. En
particular, "o" es igual a 1.
Los compuestos I también se pueden utilizar en
forma de complejos, tal como se describe por ejemplo en la
solicitud de patente internacional WO 09/52964, página 8, renglones
12 a 20.
Los compuestos I son usuales y conocidos, y gran
parte de ellos se puede obtener en el mercado. Algunos compuestos I
adecuados se dan a conocer por ejemplo en
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
\newpage
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
La modificación superficial de las
nanopartículas no presenta ninguna particularidad en cuanto a su
metodología, sino que tiene lugar de acuerdo con los métodos
usuales y conocidos, que se dan a conocer por ejemplo en la
solicitud de patente internacional WO 99/52964, desde la página 10,
renglón 22, hasta la página 11, renglón 17, y ejemplos 1 a 20,
desde la página 14, renglón 10, hasta la página 20, renglón 24; o en
la solicitud de patente alemana DE 197 26 829 A1, ejemplos 1 a 6,
desde la columna 5, renglón 63, hasta la columna 8, renglón 38.
Preferentemente se emplean las proporciones cuantitativas allí
indicadas entre los compuestos I y las nanopartículas no
modificadas.
El contenido de nanopartículas inorgánicas
modificadas superficialmente (B) en la dispersión a utilizar según
la invención puede variar ampliamente y se rige por las necesidades
de cada caso individual. Preferentemente, las nanopartículas (B)
está contenidas en la dispersión a utilizar según la invención en
una cantidad de entre el 60 y el 98% en peso, con respecto a la
suma de los componentes esenciales (A), (B) y (C).
Otro componente esencial de la dispersión a
utilizar según la invención consiste en como mínimo un anfífilo
(C).
Como es sabido, los anfífilos son moléculas que
tienen propiedades tanto hidrófilas como lipófilas (véase Römpp
Chemie Lexikon, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 9ª
edición, 1989, tomo 1, página 176, "Amphiphil").
Preferentemente, los anfífilos se seleccionan de
entre el grupo consistente en monoalcoholes, en particular
monoalcoholes de 3 a 6 átomos de carbono en su molécula, y polioles
alifáticos, en particular dioles de 3 a 12 átomos de carbono en su
molécula.
Como ejemplos de monoalcoholes adecuados se
mencionan: propanol, isopropanol, n-butanol,
isobutanol, sec-butanol,
terc-butanol, alcohol amílico, alcohol neopentílico
o n-hexanol.
Como ejemplos de dioles adecuados se mencionan:
propilenglicol, trimetilenglicol, butilenglicol,
1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol y
dietiloctanodioles isómeros de posición, tal como se dan a conocer
por ejemplo en la solicitud de patente alemana DE 198 09 643
A1.
De forma especialmente preferente se utiliza
propanol, isopropanol, butanol o isobutanol.
El contenido de anfífilos (C) en la dispersión a
utilizar según la invención puede variar ampliamente y se rige por
las necesidades de cada caso individual. Preferentemente, los
anfífilos (C) están contenidos en la dispersión a utilizar según la
invención en una cantidad de entre el 1 y el 10% en peso, con
respecto a la suma de los componentes esenciales (A), (B) y
(C).
Además de los componentes esenciales
anteriormente descritos, la dispersión a utilizar según la invención
también puede contener otros componentes usuales para lacas.
Sin embargo, una ventaja muy especial de la
dispersión a utilizar según la invención consiste en que también
produce revestimientos excelentes sin reticulantes o aditivos.
La preparación de la dispersión a utilizar según
la invención no requiere ninguna particularidad en cuanto a su
metodología, sino que tiene lugar de acuerdo con los métodos
habituales y conocidos de la preparación de dispersiones acuosas,
mediante mezcla de los componentes anteriormente descritos en
equipos de mezcla adecuados, tales como recipientes de agitación,
aparatos de disolución, Ultraturrax, aparatos de disolución en
línea, molinos agitadores o extrusoras.
La dispersión a utilizar según la invención se
emplea para producir los revestimientos según la invención sobre
sustratos imprimados o no imprimados.
Como sustratos entran en consideración todas las
superficies lacables que no se deterioren por el endurecimiento de
los lacados que se encuentran sobre ellos mediante la aplicación de
calor o calor y radiación actínica. Sustratos adecuados son, por
ejemplo, metales, plásticos, madera, cerámica, piedra, material
textil, materiales compuestos de fibras, cuero, vidrio, fibras de
vidrio, lana de vidrio y lana mineral, materiales de construcción
aglomerados con minerales y resina, como placas de yeso y cemento o
tejas, y también elementos compuestos de estos materiales. Las
superficies de estos materiales pueden haber sido lacadas o
revestidas previamente.
Por consiguiente, la dispersión a utilizar según
la invención es especialmente adecuada para el lacado de
carrocerías de automóviles y partes de las mismas, interiores y
exteriores de automóviles, interiores y exteriores de edificios,
puertas, ventanas y muebles, y también en el marco del lacado
industrial, para el lacado de piezas de plástico, en particular
piezas de plástico transparentes, piezas pequeñas, bobinas,
contenedores, embalajes, componentes electrotécnicos y
electrodomésticos, y también para el revestimiento de artículos de
vidrio huecos.
En caso de sustratos conductores eléctricos se
pueden emplear las imprimaciones producidas de forma habitual y
conocida a partir de lacas de inmersión electroforética (ETL). Para
ello entran en consideración lacas de inmersión electroforética
tanto anódicas (ATL) como catódicas (CTL), pero principalmente de
inmersión electroforética catódicas (CTL).
Con el revestimiento según la invención también
se pueden lacar plásticos imprimados o no imprimados, por ejemplo
ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE,
LDPE, LLDPE, UHMWPE, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT,
PPE, POM, PUR-RIM, SMC, BMC, PP-EPDM
y UP (abreviaturas según DIN 7728T1) y también sus mezclas
poliméricas o los materiales compuestos reforzados con fibras
producidos con estos plásticos.
En caso de superficies de sustrato no
funcionalizadas y/o apolares, antes de ser revestidas éstas se
pueden someter a un tratamiento previo de forma conocida, como
plasma o llameado, o se pueden proveer de una imprimación
acuosa.
La dispersión a utilizar según la invención y
los revestimientos según la invención presentan ventajas especiales
en el lacado en serie de automóviles y en el lacado de reparación
como lacados transparentes, claros, altamente resistentes al
rayado, muy brillantes, flexibles, resistentes a los ácidos y al
agua, firmemente adherentes y resistentes a los golpes de piedras,
en el marco de los lacados multicapa de coloración y/o de efecto
decorativo.
Los lacados multicapa según la invención se
pueden producir de diferentes modos según la invención.
Preferentemente se utilizan los procedimientos
húmedo-sobre-húmedo descritos en la
solicitud de patente alemana DE 199 30 664 A1, página 15, renglones
36 a 58.
Una ventaja muy especial de los revestimientos
según la invención producidos con la dispersión a utilizar según la
invención consiste en que se adhieren sumamente bien sobre los
lacados de inmersión electroforética, lacados de carga, lacados
base o lacados transparentes usuales y conocidos ya endurecidos, por
lo que son excelentemente adecuados para el lacado de reparación de
automóviles o para conferir resistencia al rayado a zonas expuestas
de las carrocerías de automóviles lacadas.
La aplicación de la dispersión a utilizar según
la invención puede llevarse a cabo mediante todos los métodos de
aplicación habituales, por ejemplo por pulverización, con rasqueta,
a brocha, por vertido, inmersión, impregnación, aplicación gota a
gota o aplicación a rodillo. El sustrato a revestir puede permanecer
quieto, en cuyo caso se mueve el dispositivo o la instalación de
aplicación. No obstante, el sustrato a revestir, en particular una
bobina, también se puede mover, en cuyo caso la instalación de
aplicación permanece quieta o se mueve de forma adecuada en
relación con el sustrato.
Preferentemente se utilizan métodos de
aplicación por pulverización, por ejemplo pulverización por aire a
presión, pulverización sin aire, de alta rotación, aplicación por
pulverización electrostática (ESTA), en caso dado junto con
aplicación por pulverización en caliente, por ejemplo pulverización
con aire caliente. La aplicación se puede llevar a cabo a
temperaturas de como máximo 70 a 80ºC, de modo que se obtengan las
viscosidades de aplicación adecuadas sin que durante la breve carga
térmica se produzca ninguna modificación o deterioro de la
dispersión a utilizar según la invención y su neblina de
pulverización (overspray) dado el caso sea reprocesable. Por
ejemplo, la pulverización en caliente puede estar configurada de tal
modo que la dispersión a utilizar según la invención sólo se
caliente muy brevemente en la boquilla de pulverización o poco antes
de llegar a ésta.
La cabina de pulverización utilizada para la
aplicación puede funcionar por ejemplo con circulación, en caso
dado con temperatura regulable, que actúa con un medio de absorción
adecuado para la neblina de pulverización, por ejemplo la propia
dispersión a utilizar según la invención.
Una ventaja muy especial consiste en que el
revestimiento según la invención se puede aplicar mediante la
aplicación de un material de revestimiento adecuado, en particular
de la dispersión a utilizar según la invención, en un solo paso, y
no es necesario formarlo a partir de varias capas individuales.
En general, la capa de laca de inmersión
electroforética, la capa de laca de carga, la capa de laca base y
la capa de laca transparente se aplican con un espesor de capa
húmeda tal que, después de su endurecimiento, resulten capas con
los espesores necesarios y ventajosos para sus funciones
correspondientes. En el caso del lacado de inmersión
electroforética, el espesor de la capa oscila entre 10 y 70,
preferentemente entre 10 y 60, de forma especialmente preferente
entre 15 y 50 y en particular entre 15 y 45 \mum; en el caso del
lacado de carga oscila entre 10 y 150, preferentemente entre 10 y
120, de forma especialmente preferente entre 10 y 100 y en
particular entre 10 y 90 \mum; en el caso del lacado base oscila
entre 5 y 50, preferentemente entre 5 y 40, de forma especialmente
preferente entre 5 y 30 y en particular entre 10 y 25 \mum; y en
el caso de los lacados transparentes según la invención, oscila
como mínimo entre 30 y 120, preferentemente entre 40 y 100, de
forma especialmente preferente entre 50 y 100 y en particular entre
60 y 100 \mum. No obstante también se puede utilizar la
estructura multicapa dada a conocer en la solicitud de patente
europea EP 0 817 614 A1, formada por un lacado de inmersión
electroforética, un primer lacado base, un segundo lacado base y un
lacado transparente según la invención, en la que el espesor de capa
total del primer y el segundo lacado base oscila entre 15 y 40
\mum y el espesor de capa del primer lacado base constituye entre
el 20 y el 50% de dicho espesor de capa total.
La capa de laca de carga, la capa de laca base y
la capa de laca transparente según la invención se pueden endurecer
térmicamente o térmicamente y con radiación actínica (dual
cure).
El endurecimiento puede tener lugar después de
un tiempo de reposo determinado. Este tiempo de reposo puede tener
una duración de 30 segundos a 2 horas, preferentemente de 1 minuto a
1 hora y en particular de 1 minuto a 45 minutos. El tiempo de
reposo sirve por ejemplo para la nivelación y para la
desgasificación de las capas de laca o para la evaporación de
componentes volátiles, como disolventes. El tiempo de reposo se
puede reforzar y/o reducir mediante la aplicación de temperaturas
elevadas, de hasta 90ºC, y/o reduciendo la humedad del aire a <
10 g de agua/kg de aire, en particular < 5 g/kg aire, siempre que
esto no produzca ningún deterioro o modificación de las capas de
laca, por ejemplo una reticulación completa prematura.
El endurecimiento térmico no presenta ninguna
particularidad en cuanto a su metodología, sino que tiene lugar de
acuerdo con los métodos usuales y conocidos, como calentamiento en
horno de ventilación forzada o irradiación con lámparas IR. El
endurecimiento térmico también puede tener lugar por etapas. Otro
método de endurecimiento preferente consiste en el endurecimiento
con luz infrarroja cercana (radiación IRC). De forma especialmente
preferente se utiliza un procedimiento en el que el agua se elimine
rápidamente de las capas húmedas. Algunos procedimientos adecuados
de este tipo se describen por ejemplo en Roger Talbert, Industrial
Paint & Powder, 04/01, páginas 30 a 33, "Curing in seconds
with NIR", o en Galvanotechnik, tomo 90 (11), páginas 3098 a
3100, "Lackiertechnik, NIR-Trocknung im
Sekundentakt von Flüssig- und Pulverlacken".
Ventajosamente, el endurecimiento térmico tiene
lugar a una temperatura de 50 a 200ºC, de forma especialmente
preferente de 60 a 190ºC y en particular de 80 a 180ºC, durante un
tiempo de 1 minuto a 2 horas, de forma especialmente preferente de
2 minutos a 1 hora y en particular de 3 minutos a 45 minutos.
Además, el endurecimiento con radiación actínica
se lleva a cabo con radiación UV y/o haz electrónico.
Preferiblemente se utiliza una dosis de 1.000 a 3.000,
preferentemente de 1.100 a 2.900, de forma especialmente preferente
de 1.200 a 2.800, de forma totalmente preferente de 1.300 a 2.700 y
en particular de 1.400 a 2.600 mJ/cm^{2}. En caso dado, este
endurecimiento se puede complementar con radiación actínica de otras
fuentes de radiación. En el caso del haz electrónico se trabaja
preferentemente bajo atmósfera de gas inerte. Ésta se puede asegurar
por ejemplo conduciendo dióxido de carbono y/o nitrógeno
directamente a la superficie de las capas de laca. En caso de un
endurecimiento con radiación UV, también se puede trabajar bajo gas
inerte o bajo una atmósfera empobrecida en oxígeno para evitar la
formación de ozono.
Para el endurecimiento con radiación actínica se
emplean las fuentes de radiación y las medidas auxiliares ópticas
usuales y conocidas. Fuentes de radiación adecuadas son, por
ejemplo, lámparas de destellos de la firma VISIT, lámparas de vapor
de mercurio a alta presión o a baja presión, en caso dado dotadas de
plomo para abrir una ventana de radiación hasta 405 nm, o fuentes
de haz electrónico. Las instalaciones y condiciones de estos
métodos de endurecimiento se describen por ejemplo en R. Holmes,
U.V. and E.B. Curing, Formulations for Printing Inks, Coatings and
Paints, SITA Technology, Academic Press, Londres, Reino Unido 1984.
En la solicitud de patente alemana DE 198 18 735 A1, columna 10,
renglones 31 a 61, se describen otros ejemplos de procedimientos y
dispositivos adecuados para el endurecimiento con radiación
actínica.
En caso de piezas de trabajo con formas
complicadas, como las previstas para carrocerías de automóviles, las
áreas no accesibles a la radiación directa (áreas de sombra), como
espacios huecos, pliegues y otros destalonamientos condicionados
por la construcción, se pueden endurecer (parcialmente) con fuentes
de radiación puntuales, fuentes de radiación para superficies
pequeñas o fuentes de radiación omnidireccionales unidas a un
dispositivo de desplazamiento automático para la irradiación de
espacios huecos o cantos.
El endurecimiento puede tener lugar por etapas,
es decir mediante varias iluminaciones o irradiaciones con
radiación actínica. También se puede llevar a cabo de forma
alternante, es decir, el endurecimiento se realiza alternativamente
con radiación UV y haz electrónico.
Cuando se emplean conjuntamente el
endurecimiento térmico y el endurecimiento con radiación actínica,
estos métodos se pueden utilizar simultáneamente o de forma
alternativa. Si los dos métodos de endurecimiento se utilizan de
forma alternativa, por ejemplo se puede comenzar con el
endurecimiento térmico y terminar con el endurecimiento con
radiación actínica. En otros casos puede resultar ventajoso comenzar
con el endurecimiento con radiación actínica y terminar con el
mismo.
Los lacados multicapa según la invención
presentan un perfil de propiedades excelente y muy equilibrado en
cuanto a la mecánica, óptica, resistencia a la corrosión y
adherencia. Los lacados multicapa según la invención presentan la
alta calidad óptica y adherencia entre capas exigida por el mercado
y no plantean ningún problema tal como una falta de resistencia al
agua de condensación, formación de grietas (mudcracking) o
defectos de nivelación o estructuras superficiales en los lacados
transparentes según la invención.
\newpage
En particular, los lacados multicapa según la
invención presentan un excelente efecto metálico, una excelente
D.O.I. (distinctiveness of the reflected image - nitidez de
imagen reflejada), una resistencia especialmente alta al rayado y
una extraordinaria lisura superficial.
En consecuencia, los sustratos imprimados o no
imprimados según la invención que están revestidos con como mínimo
un revestimiento según la invención presentan una vida útil
especialmente larga con un perfil de propiedades técnicas de
aplicación especialmente ventajoso, lo que los hace especialmente
valiosos desde el punto de vista económico, estético y técnico.
Ejemplo de preparación
1
Se añadieron 2,78 partes en peso de bohemita
(Disperal® P 3 de la firma Sasol Germany GmbH) a 25 partes en peso
de ácido clorhídrico diluido (0,1N) y la mezcla se agitó a
temperatura ambiente hasta que la bohemita se disolvió por
completo. A continuación, la solución coloidal se trató durante 5
minutos en un baño de ultrasonidos. Se obtuvo un sol de bohemita
homogéneo.
Ejemplo de preparación
2
En un recipiente de reacción equipado con
agitador y 4 recipientes de alimentación se cargaron 1.361,1 partes
en peso de agua desionizada y se calentaron a 40ºC. A esta
temperatura, a la carga se añadió de forma dosificada desde el
primer recipiente de alimentación una mezcla de 48,8 partes en peso
de metacrilato de metoxipolietilenglicol, 44 partes en peso de
metacrilato de metilo y 3,6 partes en peso de
1,1-difeniletileno, y desde el segundo recipiente
de alimentación una solución de 5,4 partes en peso de
peroxodisulfato de amonio en 138,7 partes en peso de agua
desionizada. A continuación, la mezcla de reacción se calentó a
90ºC. A esta temperatura se añadió de forma dosificada, durante 4
horas, desde el tercer recipiente de alimentación, una mezcla de
246,7 partes en peso de metacrilato de n-butilo,
198 partes en peso de estireno, 317,1 partes en peso de metacrilato
de hidroxietilo y 222,8 partes en peso de metacrilato de etilhexilo.
Dos horas después del comienzo de la dosificación, desde el cuarto
recipiente de alimentación se añadieron de forma dosificada 51,8
partes en peso de
polietilenglicol-400-dimetacrilato
paralelamente durante las 2 horas restantes. La mezcla de reacción
resultante se polimerizó adicionalmente durante otras 2 horas a
90ºC y a continuación se enfrió.
Ejemplo de preparación
3
En un recipiente de reacción equipado con
agitador y 4 recipientes de alimentación se cargaron 1.361,1 partes
en peso de agua desionizada y se calentaron a 75ºC. A continuación,
a esta temperatura se añadieron tres alimentaciones paralela y
simultáneamente de forma dosificada, a lo largo de 30 minutos. La
alimentación 1 consistía en 24,4 partes en peso de ácido acrílico,
44 partes en peso de metacrilato de metilo y 3,6 partes en peso de
difeniletileno. La alimentación 2 consistía en una disolución de
amoníaco al 25 por ciento. La alimentación 3 consistía en una
solución de 5,4 partes en peso de peroxodisulfato de amonio en 138,7
partes en peso de agua desionizada. Una vez finalizada la adición,
la mezcla de reacción resultante se polimerizó durante otra hora a
75ºC y a continuación se calentó a 90ºC. La mezcla de reacción se
combinó a esta temperatura con la alimentación 4 durante 4 horas.
La alimentación 4 consistía en 191,7 partes en peso de metacrilato
de n-butilo, 153,4 partes en peso de estireno, 93,3
partes en peso de metacrilato de hidroxipropilo, 424,9 partes en
peso de metacrilato de hidroxietilo, 173,1 partes en peso de
metacrilato de etilhexilo y 207,3 partes en peso de una disolución
de tris(alcoxicarbonilamino)triazina (TACT) al 50 por
ciento en n-butanol. A continuación, la mezcla de
reacción se polimerizó durante otras 2 horas a 90ºC y a
continuación se enfrió.
Ejemplos 1 a
5
Ejemplo
1
A 5,5 partes en peso del sol de bohemita según
el Ejemplo de preparación 1 se añadieron 3,3 partes en peso de
GLYEO. La mezcla de reacción así obtenida se agitó durante 90
minutos a temperatura ambiente. A continuación se añadieron 2,2
partes en peso de glicidiloxipropiltrimetoxisilano (GLYMO). Después
de dos horas de agitación a temperatura ambiente se añadieron 0,55
partes en peso de acetoacetato de etilo (EEA) y a continuación la
mezcla de reacción resultante se agitó durante otras 2 horas a
temperatura ambiente. Acto seguido se añadieron 0,75 partes en peso
de isopropanol. La mezcla de reacción resultante se agitó durante 15
minutos, se combinó con 1,25 partes en peso de la dispersión del
copolímero (A) según el Ejemplo de preparación 4 y se agitó durante
otras 2 horas a temperatura ambiente.
Ejemplos 2 a
5
Los materiales de revestimiento de los Ejemplos
2 a 5 se produjeron análogamente al material de revestimiento del
Ejemplo 1. Para ello se utilizaron los productos de partida
mostrados en la Tabla 1 en las cantidades indicadas. Para comparar
se indican los productos de partida y las cantidades según el
Ejemplo 1.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los materiales de revestimiento de los Ejemplos
1 a 5 se aplicaron con ayuda de una rasqueta sobre sustratos de
Floatglas. Las capas resultantes se endurecieron durante 22 minutos
a 140ºC. Los espesores de capa seca se indican en la Tabla 2.
Los revestimientos de los Ejemplos 1 a 5 eran
completamente claros y transparentes. No presentaban fisuras de
tensión ni ningún otro defecto superficial.
Con ayuda de un Fischerscope® H100C de la firma
Helmut Fischer GmbH se midió la dureza universal en N/mm^{2} a
25,6, 10 y 5 mN, la profundidad de penetración media en \mum y la
fuerza-penetración-elasticidad
relativa en porcentaje según DIN 55676. La fuerza se adaptó al
espesor de la capa y a las propiedades mecánicas de los
revestimientos para que la profundidad de penetración no fuera
superior al 10% del espesor de la capa.
Las propiedades de adherencia se determinaron
mediante la prueba de corte en cuadrícula con arranque de cinta de
papel celo según DIN ISO 2409.
Para realizar la prueba de rayado con lana de
acero se utilizó un martillo según DIN 1041 (peso sin mango: 800 g;
longitud del mango: 35 cm). Antes de la prueba, las placas de ensayo
se almacenaron a temperatura ambiente durante 24 horas.
La parte plana del martillo se cubrió con una
capa de lana de acero nº 00 de la firma Oscar Weil GmbH, Lahr, y
ésta se fijó con Tesakrepp en los lados levantados. El martillo se
colocó en ángulo recto sobre los lacados transparentes. La pieza de
peso del martillo se deslizó en una pista sobre la superficie de los
lacados transparentes sin ladearlo y sin aplicar ninguna fuerza
adicional con el cuerpo.
En cada prueba se realizaron 10 carreras dobles
en un tiempo de aproximadamente 15 segundos. La lana de acero se
sustituía después de cada diez pruebas individuales.
Después de la carga, las placas de ensayo se
limpiaron de restos de lana de acero con un paño suave. Las placas
de ensayo se evaluaron visualmente bajo luz artificial y se
calificaron de la siguiente manera:
- Nota
- Deterioro
- 1
- inexistente
- 2
- reducido
- 3
- moderado
- 4
- de moderado a medio
- 5
- fuerte
- 6
- muy fuerte
La evaluación se llevó a cabo inmediatamente
después de finalizar la prueba.
Los resultados, mostrados en la Tabla 2,
corroboran que los revestimientos presentan una excelente
resistencia al rayado, aunque eran relativamente blandos.
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (22)
1. Revestimientos transparentes con un espesor
de capa de como mínimo 30 \mum, una
fuerza-penetración-elasticidad
relativa según DIN 55676 de como mínimo el 70% y una resistencia al
rayado correspondiente a una nota de como máximo 2 en la prueba de
rayado con lana de acero según DIN 1041 después de 10 carreras
dobles.
2. Revestimientos según la reivindicación 1,
caracterizados porque presentan una
fuerza-penetración-elasticidad de
como mínimo el 74%.
3. Revestimientos según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizados porque presentan una
fuerza-penetración-elasticidad de
como mínimo el 78%.
4. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque presentan un
espesor de capa de como mínimo 40 \mum.
5. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque presentan una
transmitancia > 90% para la luz con una longitud de onda entre
400 y 700 nm.
6. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque presentan una
adherencia según DIN ISO 2409 de GT/TT 0/0 sobre Floatglas
desengrasado y acero fino 1.4301 desengrasado.
7. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque presentan una
adherencia según DIN ISO 2409 de GT/TT 0/0 sobre lacados base
pigmentados.
8. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizados porque son
duroplásticos.
9. Revestimientos según la reivindicación 8,
caracterizados porque se pueden producir a partir de un
material de revestimiento endurecible.
10. Revestimientos según la reivindicación 9,
caracterizados porque el material de revestimiento es
endurecible térmicamente.
11. Revestimientos según la reivindicación 9 ó
10, caracterizados porque el material de revestimiento
endurecible está formado por componentes inorgánicos y
orgánicos.
12. Revestimientos según la reivindicación 11,
caracterizados porque el material de revestimiento
endurecible tiene un contenido de cenizas de como mínimo el 10% en
peso.
13. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizados porque contienen o
consisten en una dispersión acuosa con un pH de 2 a 7 que
incluye
- (A)
- como mínimo un polímero u oligómero hinchable con grupos funcionales hidrófilos aniónicos y/o potencialmente aniónicos y/o no iónicos,
- (B)
- nanopartículas inorgánicas modificadas superficialmente y estabilizadas catiónicamente, como mínimo de un tipo,
- (C)
- como mínimo un anfífilo.
14. Revestimientos según la reivindicación 13,
caracterizados porque la dispersión acuosa presenta un
contenido de sólidos de hasta un 60% en peso con respecto a su
cantidad total.
15. Revestimientos según la reivindicación 13 ó
14, caracterizados porque la dispersión acuosa contiene
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
con respecto a la suma de (A) + (B) + (C).
16. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 13 a 15, caracterizados porque los polímeros
y oligómeros (A) se seleccionan de entre el grupo consistente en
polímeros y oligómeros que contienen grupos funcionales aniónicos
y/o potencialmente aniónicos y que presentan una movilidad
electroforética \leq -0,5 (\mum/s)/(V/cm) a valores de pH de 2
a 7.
17. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 13 a 16, caracterizados porque las
nanopartículas inorgánicas (B) se seleccionan de entre el grupo
consistente en metales de los grupos principales y subgrupos y
compuestos de los mismos.
18. Revestimientos según una de las
reivindicaciones 13 a 17, caracterizados porque los anfífilos
(C) se seleccionan de entre el grupo consistente en monoalcoholes y
polioles alifáticos.
19. Procedimiento para producir revestimientos
según una de las reivindicaciones 1 a 18 mediante la aplicación de
un material de revestimiento sobre un sustrato o una capa no
endurecida, parcialmente endurecida o totalmente endurecida que se
encuentre sobre éste, caracterizado porque
- (1)
- se elige un material de revestimiento que después de su solidificación o endurecimiento presente una fuerza-penetración-elasticidad según DIN 55676 de como mínimo el 70% y una resistencia al rayado correspondiente a una nota de como máximo 2 en la prueba de rayado con lana de acero según DIN 1041 después de 10 carreras dobles, y
- (2)
- el material de revestimiento (a) se aplica en un paso.
20. Procedimiento según la reivindicación 19,
caracterizado porque el material de revestimiento se aplica
por pulverización.
21. Utilización de los revestimientos según una
de las reivindicaciones 1 a 18 y de los revestimientos producidos
de acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 19 ó 20 para
la protección de superficies de sustratos frente al deterioro por
acciones mecánicas y/o para su decoración.
22. Utilización según la reivindicación 21,
caracterizada porque los sustratos consisten en automóviles o
partes de los mismos, edificios, muebles, ventanas y puertas,
piezas industriales pequeñas, bobinas, contenedores, embalajes,
componentes electrotécnicos, electrodomésticos, láminas y cuerpos de
vidrio huecos.
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