ES2310193T3 - Barnizado de capa transparente. - Google Patents

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Abstract

Barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente, pudiéndose obtener esta última por: (I) Aplicación de un barniz intermedio no pigmentado sobre un sustrato que se ha de revestir, en el que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; (II) reticulación del barniz intermedio y generación de una capa de barniz intermedio; (III) aplicación de un barniz de cubrición no pigmentado sobre la capa de barniz intermedio, en la que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; y (IV) reticulación del barniz de cubrición y generación de una capa de barniz de cubrición, presentando la capa de barniz intermedio una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición.

Description

Barnizado de capa transparente.
La presente invención se refiere a un barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente que es especialmente adecuado en la industria del automóvil para la fabricación de flejes metálicos previamente barnizados en el color del vehículo.
El barnizado de automóviles, además de conferir propiedades decorativas tales como coloración, brillo, etc., desempeña en particular funciones de protección contra las más diversas influencias ambientales y meteorológicas, como, por ejemplo, lluvia ácida, radiación UV, etc.
El primer lugar, sin embargo, lo ocupa la protección anticorrosiva del metal mediante la película de barniz, debiéndose garantizar la función protectora de la película de barniz también en circunstancias adversas, como, por ejemplo, radiación UV, impacto de piedras, influencias mecánicas (instalación de lavado), etc.
Estos requisitos más exigentes han conducido al uso de barnizados multicapa en la industria del automóvil.
El barnizado multicapa usado con más frecuencia es el denominado barnizado de cuatro capas expuesto a continuación, que consta de cuatro capas de barniz de diferentes composiciones químicas y modos de aplicación:
La primera capa, dispuesta directamente sobre la chapa del automóvil, es una capa aplicada por electroforesis (capa de electrorrevestimiento, capa de barnizado BIC (por inmersión catódica)) que se aplica con fines de protección anticorrosiva mediante el barnizado electroforético por inmersión, principalmente el mediante barnizado por inmersión catódica (BIC), y a continuación se seca al horno.
La segunda capa, dispuesta sobre la capa de electrorrevestimiento en un grosor de aproximadamente 20 a 40 \mum, es la denominada capa de imprimación, que por una parte confiere protección contra ataques mecánicos (función de protección contra el impacto de piedras) y por otra alisa la superficie áspera del casco para el barnizado de cubrición siguiente, rellena pequeñas irregularidades y protege la capa depositada por electroforesis (capa BIC) de la radiación UV natural. Esta capa se genera en la mayoría de los casos por aplicación de un barniz de secado al horno, por ejemplo con campanas de pulverización electrostáticas de rotación rápida y un proceso de barnizado al horno siguiente a temperaturas superiores a 130ºC.
La tercera capa, dispuesta sobre la capa de imprimación, es la denominada capa de barniz de base, que proporciona a la carrocería el color deseado mediante pigmentos correspondientes. El barniz de base se aplica mediante el procedimiento de pulverización convencional. El grosor de capa de esta capa de barniz de base convencional se encuentra entre aproximadamente 12 y 25 \mum, dependiendo del tono de color. Normalmente, esta capa se aplica en dos pasos de procedimiento, por ejemplo en un primer paso de aplicación mediante campanas de pulverización electrostáticas de rotación rápida seguido de una segunda aplicación mediante atomización neumática. A continuación, esta capa se somete a un secado intermedio con radiadores infrarrojos y/o por convección de aire caliente.
La cuarta capa superior, dispuesta sobre la capa de barniz de base, es la capa de barniz transparente, que normalmente se deposita en una sola aplicación mediante campanas de pulverización electrostáticas de rotación rápida. Confiere a la carrocería el brillo deseado y protege el barniz de base contra influencias ambientales (radiación UV, agua salada, etc.). El grosor de capa se encuentra habitualmente entre 30 y 50 \mum.
A continuación, la capa de barniz de base y la capa de barniz transparente se secan conjuntamente al horno a una temperatura de 130 a 160ºC.
Por el documento EP-0568967 B1 se conoce asimismo el revestimiento de cascos de automóviles previamente barnizados con una capa de barniz de base cromóforo con dos capas de barniz transparente, siendo la capa de barniz transparente inferior endurecible por calor y la capa de barniz transparente superior endurecible por radiación. No se menciona la aplicación de este sistema multicapa a sustratos que se han de conformar posteriormente.
Un inconveniente esencial de la realización de este barnizado de cuatro capas reside en que requiere diversas instalaciones para los diferentes procedimientos de aplicación, por lo que resulta costoso.
Además, el uso de barnices para la aplicación por pulverización ya no parece razonable desde el punto de vista de la política ambiental, puesto que durante el barnizado se producen considerables cantidades de neblina de pulverización.
Asimismo se observan diferencias en el tono de color y diferentes niveles del barniz de cubrición que se deben a la forma de la carrocería y no se pueden evitar simultáneamente en el sistema multicapa antes descrito.
Por lo tanto, la industria del automóvil procura sustituir piezas del forro de chapa del casco, como, por ejemplo, el capó del motor, la tapa del maletero, las puertas, etc., por piezas ya acabadas y barnizadas en el color del vehículo para minimizar los inconvenientes antes descritos.
Una condición previa esencial para este procedimiento es el uso de los denominados "rollos revestidos previamente". Se trata en este caso de flejes metálicos revestidos previamente en el color del vehículo, a los que el fabricante del automóvil puede dar la forma deseada en estado barnizado mediante procedimientos de conformación correspondientes (embutición profunda). De este modo ya no se precisa de un barnizado adicional.
Así, por el documento US-5229214 se conoce la aplicación de dos capas de imprimación diferentes sobre un fleje de acero galvanizado antes de la conformación, presentando la capa superior una mayor flexibilidad que la primera capa subyacente.
Sobre esta "doble" capa de imprimación se aplican a continuación la capa de barniz de base cromóforo y una capa de barniz transparente.
Un inconveniente esencial de los "rollos revestidos previamente" usados hasta ahora reside en que la estructura de barniz no presenta, ni siquiera antes de la conformación, las propiedades exigidas por la industria del automóvil respecto al brillo y la óptica (apariencia).
Tampoco ha sido posible ajustar los tonos de color exigidos por la industria del automóvil. Especialmente en el caso de los barnizados de efecto no ha podido evitarse la formación de marcas de rodillos visibles a simple vista al usar rollos revestidos previamente. Tampoco se ha podido ajustar la generación de efecto (efecto flop(claro-oscuro)) del barnizado en serie.
Éstas son las principales razones por las que los rollos revestidos previamente en el color del vehículo no se usan para la fabricación de automóviles en serie.
Los desarrollos más novedosos de la industria del automóvil muestran una tendencia creciente a la construcción por módulos, en la que el fabricante de automóviles ya sólo instala en el coche los módulos fabricados por empresas ajenas.
Por el término "módulo" se entienden aquellas piezas del automóvil que son prefabricadas por un proveedor para el fabricante de automóviles y que son completamente funcionales por sí solas. Ejemplos de ellas son asientos listos para ser instalados, cuadros de instrumentos completamente cableados, etc.
Con la tecnología de barnices disponible no ha sido posible hasta la fecha ofrecer piezas de carrocería o módulos del forro exterior barnizados previamente en el color del vehículo.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente que sea adecuado para la fabricación de flejes metálicos revestidos previamente a partir de los cuales se puedan elaborar piezas para automóviles mediante procedimientos de conformación correspondientes (embutición profunda).
Este barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente debe ser especialmente adecuado para la fabricación de rollos barnizados previamente en el color del vehículo que presentan las propiedades exigidas por la industria del automóvil respecto al brillo y la óptica (apariencia).
Este objetivo se alcanza mediante un barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente que se puede obtener por:
(I) Aplicación de un barniz intermedio no pigmentado sobre un sustrato que se ha de revestir, en el que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto;
(II) reticulación del barniz intermedio y generación de una capa de barniz intermedio;
(III) aplicación de un barniz de cubrición no pigmentado sobre la capa de barniz intermedio, en la que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; y
(IV) reticulación del barniz de cubrición y generación de una capa de barniz de cubrición, presentando la capa de barniz intermedio una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición.
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El objetivo de acuerdo con la invención también se alcanza mediante un barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente que se puede obtener por:
(I) Aplicación de un barniz intermedio no pigmentado sobre una capa de barniz de base cromóforo, en el que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto;
(II) reticulación del barniz intermedio y generación de una capa de barniz intermedio;
(III) aplicación de un barniz de cubrición no pigmentado sobre la capa de barniz intermedio, en la que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; y
(IV) reticulación del barniz de cubrición y generación de una capa de barniz de cubrición, presentando la capa de barniz intermedio una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición.
El barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención permite por primera vez proporcionar flejes metálicos (rollos) revestidos previamente en el color del vehículo que se pueden usar para la fabricación de piezas para el forro exterior de la carrocería o de módulos correspondientes que cumplen los requisitos de la industria del automóvil respecto a la óptica y el tono de color.
Además, el barnizado multicapa con la capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención también cumple los demás requisitos de un barniz de serie para automóviles, como, por ejemplo, la cargabilidad mecánica.
Este barnizado multicapa con la capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención presenta dos diferencias esenciales respecto a una "doble capa de barniz transparente", en la que se preparan dos capas del mismo barniz: Por una parte, la capa de barniz transparente de acuerdo con la invención presenta una flexibilidad mejorada y, por otra, la adherencia entre la capa de barniz intermedio y la capa de barniz de cubrición es tan buena, que el sistema de acuerdo con la invención permite proporcionar un barnizado multicapa para flejes metálicos revestidos previamente en el color del vehículo. En el caso de la "doble capa de barniz transparente" la adherencia es tan insuficiente, que se manifiesta en un desprendimiento de la capa superior después de la conformación por embutición profunda de un fleje metálico revestido previamente.
Además, la óptica de una capa de barniz transparente formada por dos barnices no pigmentados diferentes con un grosor de capa de 15 \mum, respectivamente, es mejor que la de una única capa con un grosor de 30 \mum.
Por la expresión "no pigmentado" se entienden en este caso y en lo sucesivo aquellos barnices que no contienen pigmentos cromóforos.
Los pigmentos cromóforos son en especial pigmentos de absorción y/o cargas, como, por ejemplo, dióxido de titanio, pigmentos de óxido de hierro, negro de humo, dióxido de silicio, pigmentos azoicos, pigmentos de ftalocianina, pigmentos de quinacridona, pigmentos de dicetopirolopirrol, pigmentos perlados, pigmentos de indantrona, talco, mica, caolín, tiza, sulfato de bario, diferentes ácidos silícicos, silicatos y fibras orgánicas.
Sin embargo, la expresión "barniz no pigmentado" también comprende aquellos barnices que contienen pigmentos de efecto.
De acuerdo con la presente invención, la capa de barniz intermedio del barnizado multicapa presenta una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición. La flexibilidad de la capa de barniz intermedio, determinada según el ensayo de flexión T, puede encontrarse entre T0 y T2, y la de la capa de barniz de cubrición entre T0,5 y T5. En los ejemplos se exponen detalles del ensayo de flexión T. El valor de flexibilidad de la capa de barniz de cubrición, determinado según el ensayo de flexión T, debe ser preferentemente entre 0,5 y 4 unidades, en especial al menos 2 unidades, mayor que el de la capa de barniz intermedio.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, el barniz de cubrición de la capa de barniz transparente del barnizado multicapa se puede obtener por poliadición de una mezcla de partida no acuosa que contiene:
(A) entre 10 y 70% en peso de una solución no acuosa de un polímero basado en acrilato con un índice de OH de 100 a 250;
(B) entre 10 y 70% en peso de una solución no acuosa de un polímero modificado con flúor, con una temperatura de transición vítrea de 20 a 40ºC; y
(C) entre 20 y 60% en peso de al menos un poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado;
en la que la relación de peso entre el componente (1) y el componente (2) asciende como máximo a 1 y la suma de los componentes (1), (2) y (3) asciende al 100% respecto al contenido de aglutinante en la mezcla de partida que se ha de reticular.
De este modo se alcanza una excelente resistencia de la capa de barniz transparente acabada del barnizado multicapa a agentes químicos y a la intemperie, que es mejor que la de un barniz transparente del estado de la técnica preparado únicamente a base de una resina polimérica fluorada.
En cuanto al brillo, se obtienen resultados aún mejores con un barnizado multicapa de este tipo con una capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención, en el que el componente (1) se puede obtener por polimerización de radicales de una mezcla de monómeros que contiene los siguientes componentes:
(i) entre 30 y 60% en peso de al menos un compuesto policicloalifático con al menos 2 anillos y un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460;
(ii) entre 25 y 70% en peso de al menos un acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} y/o un (met)acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} con grupos hidroxilo primarios;
(iii) entre 0,1 y 1% en peso de ácido acrílico;
en la que la suma de los componentes (1), (2) y (3) asciende al 100% en peso respecto a la mezcla de monómeros.
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Cuando se usan estas soluciones no acuosas especiales de un polímero basado en acrilato, las demás propiedades de la película de barniz obtenida por reticulación de una capa de barniz transparente correspondiente no empeoran; especialmente sus propiedades mecánicas (resistencia al impacto de piedras, dureza y flexibilidad) y su resistencia a agentes químicos cumplen los elevados requisitos exigidos por la industria del automóvil para un barniz transparente.
Por una sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo se entiende en la presente invención una sustancia o un compuesto que presenta una estructura o estructura parcial policarbocíclica, es decir, que los anillos son únicamente carbociclos.
La denominación (Met) o (met) en (met)acril- significa en este caso y en lo sucesivo que se incluyen tanto los compuestos metacrílicos como los acrílicos.
En cuanto a la relación entre el índice de refracción y el brillo se remite al artículo de Juergen H. Braun en JOURNAL OF COATINGS TECHNOLOGY, vol. 63, nº 799, agosto de 1991.
Respecto a la relación entre el índice de refracción y la temperatura se remite a Organikum, Autorenkollektiv VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 16ª edición, Berlín 1986, pág. 76 en adelante.
Para las sustancias que no son líquidas a 20ºC se puede determinar el índice de refracción a una temperatura más alta mediante el refractómetro termostatizado Abbé con luz de \lambda = 589 nm de la línea D de sodio. Como incremento para la corrección de la temperatura es válido: Adición de 5\cdot10^{-4} unidades por ºC.
La polimerización de radicales del componente (1) es un procedimiento común y usual para el experto.
La mezcla de monómeros usada en la capa de barniz de cubrición puede contener adicionalmente entre 5 y 25% en peso de un éster vinílico de un ácido monocarboxílico ramificado con un promedio de 9 átomos de carbono.
Estos ésteres vinílicos son productos comerciales habituales y se pueden adquirir, por ejemplo, de la empresa Shell bajo el nombre comercial de VeoVa 9.
El uso de estos ésteres vinílicos resulta ventajoso cuando los requisitos respecto a la dureza y la resistencia a agentes químicos son elevados.
Se obtienen resultados especialmente buenos cuando como compuesto policicloalifático se usa metacrilato de isobornilo.
Las capas de barniz transparente del barnizado multicapa de acuerdo con la invención que se pueden obtener de este modo presentan excelentes propiedades en lo que al brillo y la resistencia a agentes químicos se refiere.
Igualmente se observan muy buenos resultados cuando el compuesto policicloalifático del componente (i) es un copolímero acrílico que se puede obtener por modificación de un copolímero acrílico que presenta al menos un grupo epoxi con una sustancia policicloalifática que presenta un grupo carboxilo, al menos 2 anillos y un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460, en el que el grupo epoxi proviene de metacrilato de glicidilo.
Este compuesto policicloalifático especial del componente (i) se puede usar solo o en mezcla con otros compuestos policicloalifáticos para la preparación de una solución no acuosa de un polímero basado en acrilato.
Se prefiere el uso de un compuesto policicloalifático de este tipo que presenta un resto metacrilato de glicidilo en mezcla con metacrilato de isobornilo.
En otra forma de realización de acuerdo con la invención, la relación molar entre el grupo carboxilo y el grupo epoxi se encuentra entre 0,5 y 1,0, preferentemente entre 0,8 y 1,0, con especial preferencia entre 0,9 y 1,0. No obstante, la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo también puede ser, por ejemplo, un producto de reacción de al menos dos compuestos; en el caso del componente (i) se trata en especial de uno de los compuestos policicloalifáticos antes mencionados que ha seguido reaccionando adicionalmente a temperatura aumentada con ácidos policarboxílicos y/o sus anhídridos bajo la formación de semiésteres.
En otra forma de realización de acuerdo con la invención, la sustancia que contiene un grupo carboxilo puede presentar un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,480.
De este modo se puede mejorar aún más el brillo de la capa de barniz transparente acabada del barnizado multicapa sin que las demás propiedades empeoren.
Los compuestos policicloalifáticos especialmente adecuados pueden ser ácidos monocarboxílicos tricicloalifáticos del grupo de los ácidos resínicos naturales hidrogenados, por ejemplo productos comerciales tales como "Foral AX-E" de la empresa Hercules BV; los ácidos adamantanocarboxílicos; y los ácidos monocarboxílicos tricíclicos que derivan del diciclopentadieno, como, por ejemplo, derivados de triciclodecano con un grupo carboxilo (ácidos TCD-carboxílicos), en especial ácido triciclo[5.2.1.0.^{2,6}]-decano-8-carboxílico; preferentemente ácido tetrahidroabiético.
En otra forma de realización preferida de la invención, la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo puede ser un producto de reacción de al menos dos compuestos de los cuales al menos uno es un compuesto policicloalifático con un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460, preferentemente de al menos 1,480.
En particular, el producto de reacción que contiene un grupo carboxilo puede contener al menos uno de los compuestos policicloalifáticos que presenta un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460 ó 1,480 en una cantidad de al menos 10% en peso, preferentemente de al menos 20% en peso y en especial de al menos 50% en peso.
Como compuesto policicloalifático es especialmente adecuado un monoalcohol tricicloalifático del grupo de las resinas naturales perhidrogenadas, tales como alcohol perhidroabietílico; de los derivados de diciclopentadieno, como, por ejemplo, 8-hidroxitriciclo[5.2.1.0^{2,6}]decano, 8-hidroximetiltriciclo[5.2.1.0^{2,6}]decano, 8-hidroxitriciclo-[5.2.1.0^{2,6}]dec-3-eno, 9-hidroxitriciclo[5.2.1.0^{2,6}]dec-3-eno. Durante la preparación de la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo, este monoalcohol reacciona con un compuesto que contiene un grupo carboxilo bajo la formación de un semiéster.
Los compuestos que contienen un grupo carboxilo adecuados para ello son, en especial, ácidos dicarboxílicos o su(s) anhídrido(s) seleccionados, por ejemplo, del grupo formado por (anhídrido del) ácido succínico, (anhídrido del) ácido glutárico, (anhídrido del) ácido quinolindicarboxílico, (anhídrido del) ácido furanodicarboxílico, (anhídrido del) ácido piridin-dicarboxílico, (anhídrido del) ácido ftálico, (anhídrido del) ácido hexahidroftálico, (anhídrido del) ácido tetrahidroftálico, (anhídrido del) ácido metilhexahidroftálico, (anhídrido del) ácido naftaleno-dicarboxílico y (anhídrido del) ácido maleico.
El término "(anhídrido)" significa en este caso y en lo sucesivo que se incluye tanto el ácido libre como su anhídrido.
Si el compuesto policicloalifático usado como sustancia de partida para el producto de reacción es un ácido dicarboxílico policicloalifático o su(s) posible(s) anhídrido(s), por ejemplo uno del grupo de los ácidos resínicos naturales hidrogenados; los ácidos adamantanocarboxílicos; y los ácidos monocarboxílicos tricíclicos que derivan del diciclopentadieno, como, por ejemplo, ácido triciclo[5.2.1.0.^{2,6}]decano-8-carboxílico, preferentemente ácido tetrahidroabiético, el alcohol también puede ser un alcohol alifático monofuncional, por ejemplo metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, metoxipropanol, n-butanol, isobutanol, 2-etil-1-hexanol, 1-hexanol, un alcohol heptílico, un alcohol nonílico; un alcohol graso, por ejemplo octanol, decanol, dodecanol; un monoéter de glicol, por ejemplo metilglicol, etilglicol, butilglicol, monoéter de poliglicol; un alcohol aromático monofuncional, por ejemplo alcohol bencílico; o un alcohol cicloalifático monofuncional, por ejemplo ciclohexanol, ciclododecanol y/o ciclopentanol.
En el caso del producto de reacción se trata de nuevo de un semiéster que a continuación polimeriza con el grupo epoxi procedente del metacrilato de glicidilo.
La sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo también puede contener adicionalmente uno o varios compuestos aromáticos. Esta opción se elige cuando deba aumentarse aún más el brillo de la capa de barniz transparente acabada.
Un compuesto aromático de este tipo puede provenir preferentemente del grupo de los ácidos monocarboxílicos aromáticos, tales como ácido naftoico; los ácidos bencenomonocarboxílicos, tales como ácido benzoico, ácido o-toluílico, ácido m-toluílico, ácido p-toluílico, ácido hidroxibenzoico, ácido terc-butilbenzoico; los ácidos monocarboxílicos heterocíclicos aromáticos, tales como ácidos piridincarboxílicos y ácidos furanocarboxílicos.
De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, el acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} o el metacrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} se selecciona entre (met)acrilato de 2-hidroxietilo y (met)acrilato de 4-hidroxibutilo.
Se obtienen resultados muy buenos con metacrilato de 2-hidroxietilo y acrilato de 4-hidroxibutilo.
No obstante, la invención no está limitada al uso de (met)acrilatos de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} con grupos hidroxilo primarios. Igualmente es posible usar (met)acrilatos de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} en los que hasta el 50% de los grupos hidroxilo primarios está sustituido por grupos hidroxilo secundarios.
Ejemplos de (met)acrilatos de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} con grupos hidroxilo secundarios son (met)acrilato de 2-hidroxipropilo, (met)acrilato de 2-hidroxibutilo y mono(met)acrilato de 1,6-hexanodiol.
Como polímero modificado con flúor son adecuados todos los compuestos que en las condiciones de reacción están presentes en solución y no en forma de una dispersión. Ejemplos de polímeros modificados con flúor especialmente adecuados son los que están basados en éteres vinílicos que contienen flúor, con un contenido en flúor de 25 a 30%, una temperatura de transición vítrea de 16 a 45ºC y un índice de hidroxilo de 45 a 90. Estos polímeros están disponibles en el mercado y son distribuidos, por ejemplo, por la empresa Zeneca Resins bajo la denominación de "Lumiflon®".
La sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo también puede contener adicionalmente uno o varios compuestos aromáticos, preferentemente del grupo de los ácidos monocarboxílicos aromáticos, tales como ácido naftoico; los ácidos bencenomonocarboxílicos, tales como ácido benzoico, ácido o-toluílico, ácido m-toluílico, ácido p-toluílico, ácido hidroxibenzoico, ácido terc-butilbenzoico; los ácidos monocarboxílicos heterocíclicos aromáticos, tales como ácidos piridincarboxílicos y ácidos furanocarboxílicos.
Si el barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente debe cumplir elevados requisitos respecto a la resistencia a la intemperie, no se coutilizan ácidos monocarboxílicos aromáticos o heterocíclicos, o la cantidad total de anillos aromáticos, incluidos los de los compuestos vinilaromáticos, por ejemplo de estireno, no asciende a más del 30% en peso respecto a la composición del revestimiento.
El componente (i) se puede obtener por reacción de los compuestos de partida a temperatura aumentada, por ejemplo entre 60 y 200ºC, preferentemente entre 120 y 170ºC. La reacción se puede realizar en masa fundida o en presencia de disolventes orgánicos tales como los que se usan habitualmente en la preparación de barnices o de resinas sintéticas de barniz, por ejemplo alcoholes, por ejemplo metoxipropanol, butanol, hidrocarburos aromáticos, por ejemplo xileno, destilados de petróleo basados en alquilbencenos, ésteres, por ejemplo acetato de butilo, acetato de metoxipropilo, cetonas, por ejemplo butanona, metilisobutilcetona, o sus mezclas. Dado el caso se pueden usar catalizadores habituales para la catálisis de la reacción epoxi/carboxi, por ejemplo hidróxidos de metales alcalinos, por ejemplo hidróxido de litio monohidrato, aminas terciarias, por ejemplo trietilamina, N,N-bencilmetilamina, cloruro de trietilbencilamonio, hidróxido de benciltrimetilamonio, así como mezclas de diferentes catalizadores, generalmente en una cantidad de 0,1 a 2% en peso respecto a la cantidad total de los componentes. Si las reacciones se realizan a una temperatura más elevada, por ejemplo entre 150 y 170ºC, generalmente se puede prescindir de los catalizadores. Los agentes modificadores reivindicados se pueden añadir al copolímero acrílico con contenido en grupos epóxido ya antes de alcanzar la temperatura de reacción, o se pueden añadir poco a poco en porciones o de forma continua a la temperatura de reacción, teniendo en cuenta la reacción exotérmica, también en forma de soluciones, por ejemplo en disolventes orgánicos, siempre que exista solubilidad o dispersabilidad estable en ellos.
Como ya se ha señalado, la cantidad de la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo se elige de tal manera que la relación entre grupos epoxi y grupos carboxilo ascienda habitualmente a entre 1:0,5 y 1:1, y se rige sobre todo por la finalidad de uso y/o la aplicación de la composición de revestimiento.
La reacción se termina generalmente en cuanto el índice de ácido haya disminuido a menos de 20 y se encuentre preferentemente entre 0 y 10; no obstante, también se pueden preparar copolímeros acrílicos con un índice de hidroxilo mayor, por ejemplo de 25 a 50.
El peso molecular medio en número del componente (i) puede oscilar dentro de amplios límites y se encuentra preferentemente entre 500 y 10.000, con especial preferencia entre 700 y 5.000, en especial entre 750 y 2.000 (g/mol).
El índice de ácido se encuentra entre 0 y 50, preferentemente entre 5 y 25 (mg de KOH/g de resina).
Como agente reticulante se pueden usar en principio todos los poliisocianatos bloqueados en los que los grupos isocianato hayan reaccionado con un compuesto de tal manera que el poliisocianato bloqueado formado sea estable frente a los grupos hidroxilo del polímero a temperatura ambiente pero reaccione a temperaturas aumentadas comprendidas, en general, en el intervalo de aproximadamente 90 a 300ºC. En la preparación de los poliisocianatos bloqueados se puede usar cualquier poliisocianato orgánico adecuado para la reticulación. Se prefieren los isocianatos que contienen entre aproximadamente 3 y aproximadamente 36, en especial entre aproximadamente 8 y 15 átomos de carbono. Ejemplos de diisocianatos adecuados son los diisocianatos antes mencionados.
También se pueden usar poliisocianatos de mayor funcionalidad de isocianato. Ejemplos de ellos son tris-(4-isocianatofenil)-metano, 1,3,5-triisocianatobenceno, 2,4,6-triisocianatotolueno, 1,3,5-tris-(6-isocianato-hexil)biuret, bis-(2,5-diisocianato-4-metilfenil)-metano y poliisocianatos poliméricos, tales como dímeros y trímeros del diisocianatotolueno. Asimismo se pueden usar mezclas de poliisocianatos.
Los poliisocianatos orgánicos considerados agentes reticulantes según la invención también pueden ser prepolímeros que derivan, por ejemplo, de un poliol, que incluye también un polioléter o un polioléster. Es conocido que para ello se hacen reaccionar polioles con un exceso de poliisocianatos de modo que se generen prepolímeros con grupos isocianato terminales. Ejemplos de polioles que se pueden usar para ello son polioles sencillos, tales como glicoles, por ejemplo etilenglicol y propilenglicol, y otros polioles tales como glicerol, trimetilolpropano, hexanotriol y pentaeritrita; asimismo monoéteres, tales como dietilenglicol y dipropilenglicol, así como poliéteres que constituyen aductos de tales polioles y óxidos de alquileno. Ejemplos de óxidos de alquileno que son adecuados para una poliadición a estos polioles bajo la formación de poliéteres son óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno y óxido de estireno. Estos productos de poliadición se denominan generalmente poliéteres con grupos hidroxilo terminales. Pueden ser lineales o ramificados. Ejemplos de tales poliéteres son polioxietilenglicol con un peso molecular de 1.540, polioxipropilenglicol con un peso molecular de 1.025, polioxitetrametilenglicol, polioxihexametilen-glicol, polioxinonametilenglicol, polioxidecametilen-glicol, polioxidodecametilenglicol y mezclas de ellos. Igualmente se pueden usar otros tipos de éteres de polioxialquilenglicol. Los polioléteres especialmente adecuados son aquéllos que se obtienen por reacción de este tipo de polioles, tales como etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,3-butanodiol, 1,6-hexanodiol y mezclas de ellos; glicerol, trimetiloletano, trimetilolpropano, 1,2,6-hexanotriol, dipentaeritrita, tripentaeritrita, polipentaeritrita, metilglucósidos y sacarosa, con óxidos de alquileno, tales como óxido de etileno, óxido de propileno o mezclas de ellos.
Para el bloqueo de los poliisocianatos se puede usar cualquier monoalcohol alquílico alifático, cicloalifático o aromático adecuado. Ejemplos de ellos son alcoholes alifáticos, tales como los alcoholes metílico, etílico, cloroetílico, propílico, butílico, amílico, hexílico, heptílico, octílico, nonílico, 3,3,5-trimetilhexílico, decílico y laurílico; alcoholes alquílicos aromáticos, tales como fenilcarbinol y metilfenilcarbinol. Dado el caso también se pueden coutilizar pequeñas proporciones de monoalcoholes de alto peso molecular y relativamente poco volátiles, actuando estos alcoholes, tras su disociación, de plastificantes en los revestimientos.
Otros agentes bloqueantes adecuados son oximas, tales como metiletilcetonoxima, acetonoxima y ciclohexanonoxima, así como caprolactamas, fenoles y ésteres del ácido hidroxámico. Los agentes bloqueantes preferidos son éster malónico, éster acetacético y \beta-dicetonas.
Se prefieren especialmente metiletilcetoxima y caprolactama.
Los poliisocianatos bloqueados se preparan haciendo reaccionar una cantidad suficiente del agente de rematado con el poliisocianato orgánico de manera que ya no queden grupos isocianato libres.
El poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado es preferentemente un isoforonadiisocianato (IPDI, 3,5,5-trimetil-1-isocianato-3-isocianatometil-ciclohexano) y/o 2,4,6-trioxo-1,3,5-tris-(6-isocianato-hexil)-hexahidro-1,3,5-triazina (Desmodur® N3300) bloqueado, presente en forma trimerizada o de biuret.
No obstante, también se pueden usar otros poliisocianatos adecuados, por ejemplo 1,3-bis-(1-isocianato-1-metiletil)benceno (TMXDI, m-tetrametil-xililendiisocianato) o 4,4'-diciclohexilmetanodiisocianato (Desmodur® W).
Estos últimos poliisocianatos todavía deben reaccionar con agentes bloqueantes adecuados.
La elección del agente bloqueante adecuado depende de las temperaturas de reticulación. Si el barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención se usa como barniz para el revestimiento previo en continuo, normalmente se elige como agente bloqueante metiletilcetoxima o caprolactama.
También existen poliisocianatos bloqueados comerciales, por ejemplos los que ofrece la empresa Bayer bajo la denominación de Desmodur® BL 3175.
De acuerdo con otra forma de realización especialmente preferida de la presente invención, el barniz intermedio del barnizado multicapa se puede obtener por reticulación de una mezcla de partida no acuosa que a su vez contiene:
(A) entre 60 y 90% en peso de una solución no acuosa de al menos un poliéster cicloalifático con un índice de OH de 20 a 150, una temperatura de transición vítrea de 0 a 70ºC y un peso molecular medio ponderado de 750 a 7.000; y
(B) entre 10 y 40% en peso de al menos un poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado;
en la que la suma de los componentes (A) y (B) asciende al 100% respecto al contenido de aglutinante en la mezcla de partida.
Para la preparación de barnices intermedios resistentes a la intemperie son especialmente adecuados aquellos poliésteres que se pueden obtener a partir de una base cicloalifática.
El grosor de la capa de barniz intermedio puede ascender, en estado reticulado, a entre 10 y 25 \mum, y el grosor de la capa de barniz de cubrición en estado reticulado, a entre 10 y 25 \mum.
En otra forma de realización también especialmente preferida, la capa de barniz intermedio contiene adicionalmente pigmentos de efecto, en particular partículas de aluminio.
La expresión "pigmento de efecto" incluye pigmentos en forma de plaquitas usados habitualmente en los barnices de efecto, tales como pigmentos metálicos, por ejemplo de titanio, aluminio o cobre; pigmentos de interferencia, como, por ejemplo, pigmentos metálicos revestidos con óxidos metálicos, por ejemplo aluminio revestido con dióxido de titanio o revestido con óxido mixto, mica revestida, por ejemplo mica revestida con dióxido de titanio o revestida con óxido mixto, micropartículas de dióxido de titanio y pigmentos de efecto grafíticos, óxido de hierro en forma de plaquitas (miraceous iron oxide), pigmentos de sulfuro de molibdeno, pigmentos de ftalocianina de cobre en forma de plaquitas y plaquitas de oxicloruro de bismuto, escamas de vidrio revestidas.
Para la preparación de un barnizado multicapa para la industria del automóvil los pigmentos de efecto se usan habitualmente en la capa de barniz de base. El problema es que los pigmentos cromóforos cubren los pigmentos de efecto y reducen de este modo su efecto. Este efecto, observado especialmente en el caso del tono de color negro metálico, hace que se tenga que añadir al barniz de base una alta proporción del pigmento de efecto. Además, el efecto que se percibe visualmente es considerablemente mayor cuando los pigmentos de efecto se encuentran en la capa de barniz intermedio. Por primera vez es posible así brindar nuevas posibilidades para el uso de pigmentos de efecto, especialmente en el ámbito colorístico.
Los barnices intermedios y barnices de cubrición necesarios para la preparación del barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente de acuerdo con la invención contienen adicionalmente, además de los componentes obligatorios, los disolventes usados habitualmente en la polimerización de copolímeros acrílicos en solución y en la preparación de barnices de secado al horno, por ejemplo hidrocarburos aromáticos, por ejemplo xileno, ésteres, por ejemplo acetato de metoxipropilo, cetonas, por ejemplo butanona, metilisobutilcetona, alcoholes, por ejemplo butanol, metoxipropanol, monoéteres de glicol, por ejemplo butilglicol, o sus mezclas, por ejemplo mezclas de disolventes predominantemente aromáticos, procedentes de destilados de petróleo con un alto punto de ebullición y butanol, y se pueden diluir con estos disolventes o mezclas de disolventes a la viscosidad de aplicación.
El barniz intermedio y/o el barniz de cubrición dado el caso pueden contener adicionalmente los aditivos y coadyuvantes habituales para la preparación de barnices, por ejemplo:
\bullet
agentes tensioactivos, por ejemplo agentes humectantes y de nivelación basados en silicona, por ejemplo copolímeros de dimetilpolisiloxano modificados con poliéter, agentes tensioactivos fluorados;
\bullet
coadyuvantes reológicos, por ejemplo agentes anticorrimiento (copolímeros acrílicos modificados con SCA; SCA = sagging control agents, agentes para el control del corrimiento);
\bullet
agentes espesantes o tixotrópicos, por ejemplo ácido silícico altamente disperso, poliuretanos, copolímeros acrílicos de alta viscosidad que contienen ácido acrílico y/o metacrílico como componente copolimerizado principalmente activo; catalizadores ácidos, por ejemplo ácido fosfórico, semiésteres ácidos del ácido fosfórico con alcoholes mono- o difuncionales, por ejemplo éster monobutílico del ácido fosfórico, semiésteres de ácidos carboxílicos o de sus anhídridos con alcoholes monofuncionales, por ejemplo éster monobutílico del ácido maleico, soluciones de poliácidos en disolventes orgánicos adecuados, por ejemplo soluciones de ácido maleico al 20% en metoxipropanol;
\bullet
aceleradores, por ejemplo aminas terciarias, por ejemplo trietilamina, dióxido de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño, alcoholatos metálicos, por ejemplo isopropilato de aluminio, titanato de butilo, quelados metálicos de aluminio, circonio o titanio, por ejemplo titanilacetilacetonato;
\bullet
productos antisolares, por ejemplo derivados de benzotriazol y compuestos HALS (HALS - hindered amine light stabilizer, fotoestabilizadores basados en aminas impedidas);
\bullet
agentes reticulantes adicionales, en particular
-
componentes carboxifuncionales, preferentemente ácidos policarboxílicos o sus anhídridos, por ejemplo ácido itacónico, anhídrido del ácido citracónico, ácido dodecanodioico, ácido 2-dodecenodioico, anhídrido del ácido dodecenilsuccínico, anhídrido del ácido ftálico, anhídrido del ácido tetrahidroftálico, anhídrido del ácido trimelítico, ácido 1,2-, 1,3- y 1,4-ciclohexanodioico, anhídrido del ácido hexahidroftálico o sus mezclas, como las que se usan habitualmente para el endurecimiento de poliepóxidos, por ejemplo de diepóxidos basados en bisfenol A, diepóxidos cicloalifáticos, por ejemplo éster diglicidílico del ácido hexahidroftálico, 3',4'-epoxiciclohexano-carboxilato de 3,4-epoxiciclohexilmetilo, copolímeros acrílicos con contenido en grupos epóxido con más de uno, preferentemente dos o más, grupos epóxido por peso molecular medio, o también poliácidos que son semiésteres formados por reacción de un poliol, por ejemplo 1,6-hexanodiol, trimetilolpropano, con un anhídrido de ácido, por ejemplo anhídrido del ácido hexahidroftálico, anhídrido del ácido metilhexahidroftálico, como los que se describen, por ejemplo, en el documento EP-A-212457, y copolímeros acrílicos carboxifuncionales preparados, por ejemplo, usando cantidades considerables de ácido (met)acrílico en la preparación de copolímeros acrílicos, por ejemplo con un índice de ácido de 70 o mayor, así como copolímeros anhídrido-acrílicos preparados, por ejemplo, usando anhídrido del ácido maleico y/o ácido itacónico en la preparación de copolímeros acrílicos, como los que se describen, por ejemplo, en los documentos EP-A-358306 y EP-A-316873, así como poliésteres saturados o insaturados con contenido en grupos carboxilo, en especial con un mayor índice de ácido de, por ejemplo, 70 o mayor; y/o
\newpage
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aminoplásticos que desde el punto de vista de la técnica del barniz son absolutamente compatibles con los copolímeros acrílicos modificados; aminoplásticos eterificados con preferencia total o parcialmente con alcoholes monofuncionales, en particular con alcoholes C_{1}-C_{4}, por ejemplo resinas úricas y/o de triazina/formaldehído, en especial resinas de melamina/formaldehído, resinas de benzoguanamina, por ejemplo tetrametoxibenzoguanamina, resinas de triazina/formaldehído preparadas de acuerdo con el documento DE-OS 4237515, por ejemplo por reacción de 2,4-diamino-6-dietilaminotriazina, paraformaldehído y butanol, hexametoximetilmelamina, hexametilbutoximetilmelamina, tetrametoximetilglicolurilo; en especial derivados con contenido en grupos carboxilo de aminoplásticos total o parcialmente eterificados, como los que se describen, por ejemplo, en los documentos DE-OS 3537855, US-A-3519627, US-A-3502557 y US-A-4026855; o los aminoplásticos citados en la bibliografía especializada (Karsten, Lackrohstofftabellen, 9ª ed., Curt R. Vincentz Verlag, Hannover 1992, pág. 269-288; European Resin Directory 1993, European Resin Manufacturers Association, pág. 101-108); y/o
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TACT (tris(alcoxicarbonilamino)-1,3,5-triazinas), tales como tris-(metoxicarbonilamino)-1,3,5-triazina, tris-(butoxicarbonilamino)-1,3,5-triazina o mezclas de ellas;
\bullet
componentes aglutinantes adicionales, preferentemente resinas que desde el punto de vista de la técnica del barniz son absolutamente compatibles con el barniz intermedio y/o el barniz de cubrición, en particular copolímeros acrílicos con contenido en grupos carboxilo e hidroxilo y/o poliésteres saturados o insaturados con contenido en grupos carboxilo e hidroxilo, en cantidades subordinadas (1 a 30% en peso) respecto al aglutinante sólido.
El contenido de sólidos en esta composición de revestimiento preferentemente asciende, en la forma de aplicación técnica, a al menos 45% en peso, en especial a 50% en peso o más.
El barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente se puede usar especialmente para el barnizado de flejes metálicos previamente revestidos (revestimiento previo en continuo). La aplicación de las capas de barniz intermedio y de barniz de cubrición se lleva a cabo mediante los procedimientos de revestimiento conocidos para el experto. Los procedimientos especialmente adecuados son el procedimiento de laminación y el procedimiento de mazarota.
En cuanto al uso del barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente, éste se usa para la fabricación de flejes metálicos previamente revestidos. Un barnizado multicapa de este tipo adecuado para la industria del automóvil se puede obtener, por ejemplo, de la siguiente manera:
\bullet
Aplicación de una capa de imprimación sobre un sustrato metálico pretratado y secado de la misma al horno a una temperatura de 180 a 260ºC;
\bullet
aplicación de una capa de barniz de base cromóforo y secado de la misma al horno a una temperatura de 180 a 260ºC;
\bullet
preparación de una capa superior de barniz transparente de acuerdo con la presente invención (temperatura de secado al horno para los barnices intermedio y de cubrición: 180 a 260ºC).
Los agentes de revestimiento que se pueden usar en el barnizado multicapa antes mencionado para la preparación de una capa de imprimación y de barniz de base están disponibles en el mercado y se pueden adquirir, por ejemplo, de la empresa Bollig & Kemper bajo la denominación de Polycoat® CC-Primer.
Los grosores de capa de un barnizado multicapa de este tipo, es decir, el grosor de las capas de imprimación, de barniz de base, de barniz intermedio y de barniz de cubrición en estado reticulado, se encuentran en cada caso entre 10 y 25 \mum.
Cuando se aplica la capa individual mediante el denominado procedimiento de "revestimiento previo en continuo" se obtienen unos grosores de capa muy uniformes. De ello resulta, cuando se usan barnices de base con contenido en pigmentos de efecto, un efecto visual especialmente uniforme que hasta ahora no se había podido alcanzar mediante la aplicación por pulverización - las ligeras diferencias en el grosor de capa, inevitables en la aplicación por pulverización, se manifiestan en una diferencia de efecto claramente visible.
El presente barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente se adecua con especial preferencia para la fabricación de piezas de automóviles por embutición profunda de los flejes metálicos previamente revestidos en el color del vehículo. El barnizado multicapa de acuerdo con la invención se caracteriza especialmente por unas excelentes propiedades de embutición profunda sin influir negativamente en el nivel global de propiedades del revestimiento reticulado.
Los ejemplos siguientes sirven para ilustrar la invención.
Ejemplos Preparación de un barniz intermedio
En un matraz de fondo redondo y cuatro bocas de 2 litros, equipado con calefacción, termómetros, agitador, columna y separador de agua, se funde una mezcla de
303,1 g de anhídrido del ácido hexahidroftálico
254,6 g de neopentilglicol
8,1 g de trimetilolpropano
17,6 g de anhídrido del ácido maleico
35,2 g de ácido adípico
0,5 g de óxido de dibutilestaño
y se calienta gradualmente a 240ºC haciendo pasar constantemente nitrógeno. El agua generada como producto secundario en la policondensación se elimina de forma continua.
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Una vez alcanzado un índice de ácido inferior a 10 mg de KOH/g y una viscosidad de 55 a 65 segundos, medida según la norma DIN 53211 en un vaso de 4 mm a 20ºC (al 50% en Solvesso 150), se enfría y se diluye a 120ºC con una mezcla de 75,18 g de éster dibásico, 152,86 g de Solvesso 200 y 152,86 g de acetato de metoxipropilo hasta un contenido en sólidos del 60%.
Preparación de un polímero de acrilato cicloalifático
En un matraz de fondo redondo y cuatro bocas de 2 litros, equipado con dispositivo de calefacción, termómetro, agitador, dispositivo de refrigeración superpuesto y tubo para la entrada de gas, se disponen 328,5 g de Solvesso® 100, 87,6 g de Veova® 9 y 5,8 g de hidroperóxido de cumeno (forma de suministro al 80% en una mezcla de cetonas). Se calienta a 140ºC bajo agitación y haciendo pasar nitrógeno, y en un plazo de 4 horas se dosifica uniformemente mediante un embudo de goteo una mezcla de 284,5 g de metacrilato de isobornilo, 206,3 g de metacrilato de 2-hidroxietilo, 2,3 g de ácido acrílico, 43 g de 3,3-di-(terc.-amilperoxi)-butirato de etilo y 14,0 g de Solvesso® 100. Una hora después de finalizada la adición se añade gota a gota, en un plazo de 30 minutos, una mezcla de 4 g de 3,3-di-(terc.-amilperoxi)-butirato de etilo y 24,0 g de Solvesso® 100. Al cabo de otras 2 horas más se enfría a 80ºC y se filtra a través de un tamiz de 30 \mum. La resina resultante presenta un índice de ácido de 4 mg de KOH/g, un contenido en sólidos del 60% y una viscosidad, medida según la norma DIN EN ISO 2431 en un vaso de 4 mm a 20ºC (al 50% en Solvesso® 100), de 40 a 60 segundos.
Preparación de un barniz de cubrición
En un recipiente mezclador metálico de 2 l se mezclan 360 g del copolímero acrílico antes descrito con 140 g de una resina polimérica fluorada comercial (Lumiflon® LF 552 de la empresa Zeneca Resins, solución al 60% en disolventes aromáticos).
A continuación se añaden 150 g de un poliisocianato alifático bloqueado comercial (Desmodur® BL 3175 de la empresa Bayer AG), 175 g de un poliisocianato cicloalifático bloqueado comercial (Vestanat® B 1370 de la empresa Degussa Hüls AG), 20 g de un absorbente de UV basado en benzotriazol (Tinuvin® 1130 de la empresa Ciba Spezialitäten Chemie), 10 g de un compuesto HALS (Tinuvin® 292 de la empresa Ciba Spezialitäten Chemie), 3 g de un agente de nivelación basado en un copolímero acrílico (Disparlon® L1984 de la empresa Kusumoto Chemicals), 2 g de laurato de dibutilestaño y 40 g de acetato de butildiglicol.
Mediante la adición de 10,0 partes en peso de Solvesso® 150 se ajusta una viscosidad de procesamiento de 80 segundos en el vaso DIN de 4 mm a 20ºC.
Preparación de un barniz de base
En un recipiente mezclador metálico de 2 l se disponen 560 g de una resina de poliéster comercial (Dynapol® LH 830 de la empresa Degussa-Hüls AG, disuelta al 60% en Solvesso® 150). Con la ayuda de un aparato de dispersión adecuado (Dissolver de la empresa Pendraulik) se dispersan 5 g de ácido silícico coloidal (Aerosil® R972 de la empresa Degussa AG). Se lleva acabo bajo agitación la adición de 90 g de un poliisocianato alifático bloqueado comercial (Desmodur® BL 3175 de la empresa Bayer AG), 5 g de un agente de nivelación basado en un copolímero acrílico (Disparlon® L1984 de la empresa Kusumoto Chemicals) y 2 g de laurato de dibutilestaño (acelerador de la reacción), así como de 50 g de Solvesso® 200S.
Después se empastan 90 g de un pigmento de efecto de aluminio (Alpate® 8160 de la empresa Alcan Toyo) en 100 g de Solvesso® 150 y, transcurrida una hora, se añaden a la mezcla antes descrita.
La viscosidad se ajusta a un valor entre 90 y 100 segundos (medida en el vaso DIN de 4 mm a 20ºC) con aproximadamente 9,8 partes en peso de Solvesso® 150.
Preparación de las chapas de ensayo Ejemplo de acuerdo con la invención
Como sustrato para la aplicación de la capa de barniz transparente de acuerdo con la invención sirven las chapas de aluminio cromadas habituales en la industria del revestimiento de flejes que presentan un grosor de chapa de 0,58 mm, revestidas con una imprimación anticorrosiva comercial apta para la embutición profunda (Polycoat® 21-209-9544 CC-Primer de la empresa Bollig & Kemper) que presenta un grosor de película de 15 \mum.
Sobre esta capa de imprimación se aplica el barniz de base antes preparado de tal manera que se obtenga un grosor de la capa seca de 15 \mum. El secado de la capa de barniz de base se lleva a cabo a una PMT (peak metal temperature, temperatura máxima del metal) de 249ºC. A continuación se aplica sobre esta capa de barniz de base el barniz intermedio antes descrito de tal manera que se obtenga, en estado reticulado, una capa de barniz intermedio con un grosor de la capa seca de 15 \mum. Este barniz intermedio se endurece igualmente a una PMT de 249ºC.
Por último se aplica sobre esta capa de barniz intermedio el barniz de cubrición antes descrito de tal manera que se obtenga, en estado reticulado, una capa de barniz de cubrición con un grosor de la capa seca de 15 \mum. Este barniz de cubrición se endurece igualmente a una PMT de 249ºC.
De acuerdo con los procedimientos de ensayo descritos más adelante se analizan las siguientes propiedades de los barnizados multicapa así obtenidos: Adherencia, brillo, dureza al lápiz, agrietamiento por flexión, resistencia a agentes químicos, ondulación y dureza Knoop.
Los resultados de los análisis se indican en la tabla I.
Ejemplo comparativo (3 capas)
Se realiza un barnizado multicapa según el ejemplo de acuerdo con la invención, con la excepción de que no se aplica una capa de barniz intermedio. Es decir, sobre la capa de barniz de base sólo se aplica una capa de barniz de cubrición con un grosor de capa de 15 \mum.
Este barnizado multicapa se analiza en cuanto a sus propiedades igual que el barnizado multicapa de acuerdo con la invención.
Los resultados de los análisis se indican en la tabla I.
Ejemplo comparativo (4 capas)
Se realiza un barnizado multicapa según el ejemplo de acuerdo con la invención, con la excepción de que la capa de barniz intermedio se prepara por aplicación y reticulación del barniz de cubrición antes descrito. Es decir, sobre la capa de barniz de base se aplican dos capas de barniz transparente iguales a partir del mismo barniz de cubrición y con el mismo grosor de capa (en cada caso 15 \mum).
Este barnizado multicapa se analiza en cuanto a sus propiedades igual que el barnizado multicapa de acuerdo con la invención.
Los resultados de los análisis se indican en la tabla I.
Ensayo de la adherencia tras la embutición
La adherencia o adherencia intermedia se determinó mediante el procedimiento descrito en el punto T6 de la norma de ensayo ECCA.
Las capas de barniz aplicadas sobre un sustrato de aluminio se proveyeron de un corte reticular (según la norma DIN EN ISO 2409) y después se embutieron 8 mm con un aparato de embutición conforme a la norma ISO 1520-1973 a la velocidad establecida para ello.
Tras la deformación se determinó la adherencia mediante una cinta adhesiva (película de embalaje transparente 4104 de la empresa Tesa). Para ello se aplica la hoja adhesiva sobre el corte reticular deformado y se retira a alta velocidad.
Ensayo del brillo
La determinación del brillo se realizó conforme a las normas DIN 67539, ISO 2813 y ASTM D 523 con un aparato de medición del brillo de la empresa Byk-Gardner en un ángulo de medición de 20º.
Ensayo de la dureza al lápiz
La superficie de barniz se raya en un ángulo de 45º con la ayuda de lápices de dureza creciente. La dureza equivale a la del lápiz más duro que ya no penetra en la superficie del revestimiento. Se usa un juego de lápices con los siguientes grados de dureza:
6B - 5B - 4B - 3B - 2B - B - HB - F - H - 2H - 3H - 4H - 5H - 6H.
Este ensayo se realiza normalmente a mano, pero también se puede usar un dispositivo mecánico, en cuyo caso debería ejercerse una fuerza de 7,5 Newton sobre el lápiz.
Este ensayo se describe con exactitud en los procedimientos de ensayo ECCA bajo ECCA-T4.
Las normas de referencia son: ISO 3270-1984/ASTM D 3363-1974 (reevaluación 1980).
Ensayo del agrietamiento por flexión (ensayo de flexión T)
La chapa revestida se dobla 360º de manera que la película de barniz esté orientada hacia fuera. Después se coloca en un tornillo de banco y se aprieta fuertemente por la doblez (=> T0).
Con una lupa de 10 aumentos se analiza la doblez en cuanto a la presencia de grietas. Si se aprecian grietas, la chapa se dobla alrededor de sí misma, incrementándose el radio del pliegue por el grosor de la chapa (=> T1).
Este proceso se repite hasta que ya no se observen daños. Con cada proceso de doblado aumenta en 0,5 el valor T. Se indica el valor T al que ya no se aprecian grietas.
Este ensayo se describe con exactitud en los procedimientos de ensayo ECCA bajo ECCA-T7.
Las normas de referencia son: EN2370:1991/EN ISO 1519:1995/EN ISO 6860:1995/ASTM D 522-93a.
Ensayo de la resistencia de las superficies de barniz a agentes químicos usando un horno de gradiente
Se usa un horno de gradiente desarrollado por la empresa Byk-Mallinckrodt para calentar, mediante control asistido por microprocesador, una única chapa de ensayo que está recubierta con el barnizado multicapa que se ha de analizar de tal manera que, una vez finalizado el proceso de secado al horno, esté disponible una zona continua de temperaturas elegibles para los ensayos físicos.
En una zona de trabajo de +50ºC a 250ºC se pueden ajustar a voluntad hasta cuatro zonas de calentamiento diferentes con una temperatura constante.
Para el ensayo de la resistencia a agentes químicos se procede de la siguiente manera:
\bullet
La chapa de gradiente se reviste con el barniz que se ha de ensayar y se seca al horno.
\bullet
Los agentes químicos de ensayo (según especificación del cliente) se aplican en serie a distancias regulares sobre la película de barniz. Sobre la chapa se pueden aplicar simultáneamente hasta cinco agentes químicos.
\bullet
La chapa de ensayo se coloca en el horno de gradiente precalentado (según especificación del cliente) y se cierra.
\bullet
Tras un tiempo de solicitación de 30 min (según especificación del cliente) se abre el horno y se lleva a cabo la impresión de las zonas de temperatura.
\bullet
La chapa extraída se lava con agua corriente (según especificación del cliente) y a continuación se evalúa.
\bullet
La evaluación se realiza una vez inmediatamente y/o al cabo de 24 horas (según especificación del cliente).
Se puede evaluar según diferentes métodos (según especificación del cliente):
\bullet
en cinco categorías: conforme/ligeramente hinchado/hinchado/barniz dañado/barniz desprendido; o
\bullet
mediante la temperatura a la que todavía no se aprecia una alteración visible de la superficie de barniz solicitada.
Ejemplos de especificaciones de cliente son la norma PA 15/050L de BMW y la norma PBODC 371 de Daimler-Chrysler (fábrica de Sindelfingen).
Ensayo de piel de naranja (ondulación)
Las estructuras onduladas con un tamaño de aproximadamente 0,1 a 10 nm presentes en el revestimiento de barniz acabado se denominan "piel de naranja".
Estos efectos con frecuencia se evalúan visualmente, es decir, subjetivamente, y se describen con términos tales como "grasiento" o "granuloso". La piel de naranja se aprecia como un dibujo de zonas claras y oscuras. La perceptibilidad de las estructuras depende de la distancia de contemplación.
\bullet
La ondulación larga se percibe a una distancia de aproximadamente 3 m.
\bullet
La ondulación corta sólo es visible a distancias cortas (aproximadamente 50 cm).
Para formular este efecto en números se usa el sistema Wave-Scan plus de Byk-Gardner.
La superficie (dibujo de contraste ondulado) se explora ópticamente mediante una fuente de luz láser puntual en un ángulo de 60º y un detector en el lado opuesto.
El aparato de medición recorre un trayecto de 10 cm y mide punto por punto el perfil de contraste óptico. La señal medida se divide en dos partes:
\bullet
Ondulación larga (estructuras > 0,6 mm)
\bullet
Ondulación corta (estructuras < 0,6 mm)
\vskip1.000000\baselineskip
Los valores exigidos por la industria del automóvil son:
\bullet
Ondulación larga: 4-7 (muy buena)
\bullet
Ondulación corta: 18-22 (muy buena).
Ensayo de la dureza a la impresión Knoop
La determinación de la dureza de un revestimiento orgánico se realizó mediante un durómetro para cargas pequeñas (LEITZ MINILOAD) de la empresa Leitz. La deformación plástica del revestimiento se determina midiendo la longitud de la impresión causada por una herramienta (punta de diamante) de forma (rombo) y dimensiones establecidas en condiciones de ensayo definidas (tiempo de actuación, peso, temperatura, etc.).
La longitud de la impresión es inversamente proporcional a la dureza de la película de barniz, es decir, cuanto más pequeña es la impresión, tanto más dura es la superficie de barniz y tanto mayor es el valor numérico de la dureza Knoop.
En los documentos del aparato de ensayo de la dureza Knoop de la empresa Leitz se encuentran informaciones más detalladas (fórmula de cálculo, etc.) acerca de las condiciones de ensayo.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA I
1
La tabla I demuestra claramente que la capa de barniz transparente de acuerdo con la invención cumple todos los requisitos exigidos por la industria del automóvil y presenta, en cuanto al brillo y la óptica, unas propiedades aún mejores que el barnizado de tres capas, y que la adherencia es claramente mejor que la de un barnizado de cuatro capas con dos capas de barniz iguales no pigmentadas.

Claims (34)

1. Barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente, pudiéndose obtener esta última por:
(I) Aplicación de un barniz intermedio no pigmentado sobre un sustrato que se ha de revestir, en el que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto;
(II) reticulación del barniz intermedio y generación de una capa de barniz intermedio;
(III) aplicación de un barniz de cubrición no pigmentado sobre la capa de barniz intermedio, en la que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; y
(IV) reticulación del barniz de cubrición y generación de una capa de barniz de cubrición, presentando la capa de barniz intermedio una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición.
2. Barnizado multicapa con una capa superior de barniz transparente, pudiéndose obtener esta última por:
(I) Aplicación de un barniz intermedio no pigmentado sobre una capa de barniz de base cromóforo, en el que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto;
(II) reticulación del barniz intermedio y generación de una capa de barniz intermedio;
(III) aplicación de un barniz de cubrición no pigmentado sobre la capa de barniz intermedio, en la que la expresión no pigmentado no comprende pigmentos cromóforos pero sí pigmentos de efecto; y
(IV) reticulación del barniz de cubrición y generación de una capa de barniz de cubrición, presentando la capa de barniz intermedio una mayor flexibilidad que la capa de barniz de cubrición.
3. Barnizado multicapa según la reivindicación 2, caracterizado porque la capa de barniz de base cromóforo se encuentra sobre una capa de imprimación.
4. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la flexibilidad de la capa de barniz intermedio, determinada según el ensayo de flexión T, se encuentra entre T0 y T2.
5. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la flexibilidad de la capa de barniz de cubrición, determinada según el ensayo de flexión T, se encuentra entre T0,5 y T5.
6. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el valor de flexibilidad de la capa de barniz de cubrición, determinado según el ensayo de flexión T, es 0,5 y 4 unidades, en especial al menos 2 unidades, mayor que el de la capa de barniz intermedio.
7. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el barniz de cubrición se puede obtener por poliadición de una mezcla de partida no acuosa que contiene:
(A) entre 10 y 70% en peso de una solución no acuosa de un polímero basado en acrilato con un índice de OH de 100 a 250;
(B) entre 10 y 70% en peso de una solución no acuosa de un polímero modificado con flúor, con una temperatura de transición vítrea de 20 a 40ºC; y
(C) entre 20 y 60% en peso de al menos un poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado;
en la que la relación de peso entre el componente (1) y el componente (2) asciende como máximo a 1 y la suma de los componentes (1), (2) y (3) asciende al 100% respecto al contenido de aglutinante en la mezcla de partida que se ha de reticular.
8. Barnizado multicapa según la reivindicación 7, caracterizado porque el componente (1) se puede obtener por polimerización de radicales de una mezcla de monómeros que contiene:
(i) entre 30 y 60% en peso de al menos un compuesto policicloalifático con al menos 2 anillos y un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460;
(ii) entre 25 y 70% en peso de al menos un (met)acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} con grupos hidroxilo primarios;
(iii) entre 0,1 y 1% en peso de ácido acrílico;
en la que la suma de los componentes (1), (2) y (3) asciende al 100% en peso respecto a la mezcla de monómeros.
9. Barnizado multicapa según la reivindicación 8, caracterizado porque la mezcla de monómeros contiene adicionalmente entre 5 y 25% en peso de un éster vinílico de un ácido monocarboxílico ramificado con un promedio de 9 átomos de carbono.
10. Barnizado multicapa según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el compuesto policicloalifático es metacrilato de isobornilo.
11. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el compuesto policicloalifático del componente (i) es un copolímero acrílico que se puede obtener por modificación de un copolímero acrílico que presenta al menos un grupo epoxi con una sustancia policicloalifática que presenta un grupo carboxilo, al menos 2 anillos y un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460, en el que el grupo epoxi proviene de metacrilato de glicidilo.
12. Barnizado multicapa según la reivindicación 11, caracterizado porque la relación molar entre el grupo carboxilo y el grupo epoxi se encuentra entre 0,5 y 1,0, preferentemente entre 0,8 y 1,0, con especial preferencia entre 0,9 y 1,0.
13. Barnizado multicapa según la reivindicación 12, caracterizado porque la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo contiene un compuesto policicloalifático que ha seguido reaccionando adicionalmente a temperatura aumentada con ácidos policarboxílicos y/o sus anhídridos bajo la formación de semiésteres.
14. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la sustancia que contiene un grupo carboxilo presenta un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,480.
15. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo es un ácido monocarboxílico tricicloalifático del grupo de los ácidos resínicos naturales hidrogenados; los ácidos adamantanocarboxílicos; y los ácidos monocarboxílicos tricíclicos que derivan del diciclopentadieno, como, por ejemplo, el ácido triciclo[5.2.1.0.^{2,6}]-decano-8-carboxílico; preferentemente el ácido tetrahidroabiético.
16. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo es un producto de reacción de al menos dos compuestos, de los cuales al menos uno es un compuesto policicloalifático con un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,460, preferentemente de al menos 1,480.
17. Barnizado multicapa según la reivindicación 16, caracterizado porque el producto de reacción policicloalifático que contiene un grupo carboxilo contiene al menos uno de los compuestos policicloalifáticos que presenta un índice de refracción a 20ºC de al menos 1,480 en una cantidad de al menos 10% en peso, preferentemente de al menos 20% en peso y en especial de al menos 50% en peso.
18. Barnizado multicapa según la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque el compuesto policicloalifático es un monoalcohol tricicloalifático del grupo de las resinas naturales perhidrogenadas, tales como alcohol perhidroabietílico; de los derivados de diciclopentadieno, como, por ejemplo, 8-hidroxitriciclo[5.2.1.0^{2,6}]decano, 8-hidroximetiltriciclo[5.2.1.0^{2,6}]decano, 8-hidroxitriciclo-[5.2.1.0^{2,6}]dec-3-eno, 9-hidroxitriciclo[5.2.1.0^{2,6}]dec-3-eno.
19. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque el compuesto policicloalifático es un ácido dicarboxílico y su anhídrido del grupo de los ácidos resínicos naturales hidrogenados; los ácidos adamantanocarboxílicos; y los ácidos monocarboxílicos tricíclicos que derivan del diciclopentadieno, como, por ejemplo, el ácido triciclo[5.2.1.0.^{2,6}]-decano-8-carboxílico; preferentemente el ácido tetrahidroabiético.
20. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 11 a 19, caracterizado porque la sustancia policicloalifática que contiene un grupo carboxilo contiene adicionalmente uno o varios compuestos aromáticos.
21. Barnizado multicapa según la reivindicación 20, caracterizado porque el compuesto aromático se selecciona del grupo de los ácidos monocarboxílicos aromáticos, tales como ácido naftoico; los ácidos bencenomonocarboxílicos, tales como ácido benzoico, ácido o-toluílico, ácido m-toluílico, ácido p-toluílico, ácido hidroxibenzoico, ácido terc.-butilbenzoico; los ácidos monocarboxílicos heterocíclicos aromáticos, tales como ácidos piridincarboxílicos y ácidos furanocarboxílicos.
22. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 8 a 21, caracterizado porque el (met)acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} se selecciona entre (met)acrilato de 2-hidroxietilo y (met)acrilato de 4-hidroxibutilo.
23. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 8 a 22, caracterizado porque hasta 50% de los grupos hidroxilo primarios del (met)acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} está sustituido por grupos hidroxilo secundarios.
24. Barnizado multicapa según la reivindicación 23, caracterizado porque el (met)acrilato de hidroxialquilo C_{2}-C_{4} se selecciona entre (met)acrilato de 2-hidroxipropilo y (met)acrilato de 2-hidroxibutilo y mono(met)acrilato de 1,6-hexanodiol.
25. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 7 a 24, caracterizado porque el polímero modificado con flúor es un polímero basado en éteres vinílicos con contenido en flúor, con un contenido en flúor de 25 a 30%, una temperatura de transición vítrea de 16 a 45ºC y un índice de hidroxilo de 45 a 90.
26. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 7 a 25, caracterizado porque el poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado es un isoforonadiisocianato (IPDI, 3,5,5-trimetil-1-isocianato-3-isocianatometil-ciclohexano) y/o 2,4,6-trioxo-1,3,5-tris-(6-isocianato-hexil)-hexahidro-1,3,5-triazina bloqueado, presente en forma trimerizada o de biuret.
27. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el barniz intermedio se puede obtener por reticulación de una mezcla de partida no acuosa que contiene:
(A) entre 60 y 90% en peso de una solución no acuosa de al menos un poliéster cicloalifático con un índice de OH de 20 a 150, una temperatura de transición vítrea de 0 a 70ºC y un peso molecular medio ponderado de 750 a 7.000; y
(B) entre 10 y 40% en peso de al menos un poliisocianato alifático o cicloalifático bloqueado;
en la que la suma de los componentes (A) y (B) asciende al 100% respecto al contenido de aglutinante en la mezcla de partida.
28. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el grosor de la capa de barniz intermedio en estado reticulado asciende a entre 10 y 25 \mum.
29. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el grosor de la capa de barniz de cubrición en estado reticulado asciende a entre 10 y 25 \mum.
30. Barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de barniz intermedio contiene adicionalmente pigmentos de efecto, en particular partículas de aluminio.
31. Uso de un barnizado multicapa según una de las reivindicaciones precedentes en la industria del automóvil.
32. Uso de un barnizado multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 30 para el revestimiento de flejes metálicos mediante el procedimiento de barnizado de flejes.
33. Uso según la reivindicación 32 mediante
\bullet
aplicación de una capa de imprimación sobre un sustrato metálico pretratado y secado de la misma al horno a una temperatura de 180 a 260ºC;
\bullet
aplicación de una capa de barniz de base cromóforo y secado de la misma al horno a una temperatura de 180 a 260ºC;
\bullet
aplicación de una capa superior de barniz transparente como se ha descrito en una de las reivindicaciones 1 y 3 a 29.
34. Uso según la reivindicación 32 o 33 para la fabricación de piezas de automóviles por embutición profunda de los flejes metálicos revestidos previamente en el color del vehículo.
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