ES2313729T3 - Producto nivelador para lacas en polvo. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION TRATA DE UN ESMALTE EN POLVO CON UNAS PROPIEDADES SURFACTIVAS PERFECCIONADAS, QUE CONTIENE DE UN 0,05 A UN 5 % EN PESO, PREFERENTEMENTE DE UN 0,5 A UN 1,5 % EN PESO DE ETER DE POLIVINILO ALIFATICO.

Description

Producto nivelador para lacas en polvo.

La invención se refiere a una laca en polvo que presenta propiedades superficiales mejoradas gracias al uso de un producto nivelador.

Desde hace algunos años, el campo de aplicación de las llamadas "lacas en polvo" es cada vez mayor. Las lacas en polvo se presentan en forma de un polvo seco que, por regla general, se aplica en una distribución fina sobre la superficie del objeto a revestir con ayuda de carga electrostática y a continuación se seca, es decir, se ahorna. Durante el ahornado, que normalmente tiene lugar a temperaturas de entre 130 y 220ºC, se obtiene el revestimiento de laca sólido sobre la pieza de trabajo mediate reacciones de reticulación y formación de película. Estas lacas en polvo ofrecen una serie de ventajas. Debido a la consistencia pulverulenta de la laca, no es necesario trabajar con disolventes. Por consiguiente, con las lacas en polvo se eliminan todos los problemas medioambientales que suelen acompañar a la evaporación de los disolventes. Además se ahorra la energía de calentamiento que es necesaria en otros casos para la evaporación de los disolventes. Otra ventaja de las lacas en polvo consiste en que el material que no ha quedado adherido a la pieza de trabajo se puede recoger en el suelo de la cabina de aplicación de polvo y utilizar de nuevo sin problemas. De este modo se puede alcanzar un nivel de aprovechamiento del polvo de hasta el 98%. Además de las ventajas económicas, este elevado nivel de aprovechamiento también provoca un impacto ambiental mucho menor que en el caso de las lacas usuales.

Las lacas en polvo se producen a partir de ligantes, endurecedores, materiales de carga, pigmentos y aditivos. En lo que respecta a los ligantes y endurecedores, en general las lacas en polvo actuales se basan en una de las siguientes clases de polímeros: epóxidos, mezclas epóxido-poliéster; poliésteres; poliésteres/isocianatos (poliuretanos), acrilatos.

Sin embargo, cuando se utilizan lacas en polvo resulta problemático lograr una superficie con propiedades lo suficientemente buenas. Por regla general, la película de laca en polvo ahornada presenta defectos considerables que reducen la lisura superficial. Estos defectos superficiales se deben, entre otros motivos, al hecho de que el polvo de la laca aplicado irregularmente, con una estructura propia, no tiene suficiente tiempo durante el ahornado para fundirse en su fase acuosa (con un valor mínimo de viscosidad) y cubrir uniformemente la superficie de la pieza de trabajo, ya que, al mismo tiempo que se produce la fusión y se alcanza el valor mínimo de viscosidad, comienza la reticulación de los ligantes y, con ello, la polimerización de la laca. Otra causa importante de la irregularidad de las superficies de laca se debe a impurezas de la laca en polvo.

Ya hace tiempo que se utilizan aditivos para mejorar la lisura superficial de los revestimientos de laca en polvo. Para estos fines preferentemente se utilizan heteropolímeros y homopolímeros de acrilato en un intervalo de peso molecular Mw = 5.000 a 200.000. Como ejemplos típicos se pueden mencionar Acronal 4 F® y Byk-360 P® (Acronal 4 F® es una marca de BASF AG; Byk-360 P® es una marca de la firma Byk-Chemie).

El Acronal 4 F® es un n-butil éster de ácido poliacrílico. De acuerdo con las especificaciones, este aditivo está libre de disolventes y tiene proporciones de componentes no volátiles inferiores al 1,5% a 30 min, 140ºC. Se trata de una resina blanda, espesa y pegajosa, difícil de saponificar, con una excelente resistencia a la luz y al envejecimiento. Si se utiliza solo, el Acronal 4 F® da como resultado una película pegajosa poco resistente.

El Byk-360 P® es un polímero de acrilato aplicado sobre un ácido silícico especial. La sustancia activa está compuesta en hasta un 60% formando un polvo blanco suelto. Este aditivo nivelador es igualmente eficaz en lacas en polvo basadas en epoxi, acrilato, poliéster y poliuretano. Se mezcla con resina, endurecedores y pigmentos y después se extrusiona con todos los componentes.

En ocasiones también se utilizan poliésteres de bajo peso molecular. Sin embargo, los resultados obtenidos todavía no satisfacen los requisitos impuestos a la superficie. Además, las superficies de este tipo frecuentemente no se pueden sobrelacar de forma satisfactoria si no se pulen previamente.

El revestimiento de ruedas de automóvil de acero o aluminio presenta una estructura multicapa. La laca en polvo es uno de sus componentes y se puede utilizar en la estructura como laca en polvo de imprimación, laca en polvo metálica o laca en polvo transparente. Dependiendo de las especificaciones o del diseño, en la estructura se combinan una laca líquida y una laca en polvo. En cada uno de estos casos se exige una interadhesión extremadamente buena entre las capas de laca individuales, ya sea entre las propias capas de laca en polvo, ya sea entre la laca en polvo y la laca líquida. La estructura de capas consistente en polvo de imprimación más revestimiento base y revestimiento transparente ha dado resultados especialmente buenos.

Al revestimiento de una carrocería de automóvil se le imponen exigencias como mínimo igual de estrictas. En este caso también se utiliza una laca en polvo como imprimación o como laca cubriente. En especial en la zona del capó es importante una nivelación particularmente buena y lisa y al mismo tiempo una adherencia entre capas extremadamente buena en el área expuesta de la zona de golpes de piedras.

La presente invención tiene por objeto poner a disposición lacas en polvo o productos niveladores para lacas en polvo que estén mejorados en comparación con los del estado actual de la técnica en lo que respecta a los requisitos arriba indicados impuestos a las propiedades de interadhesión y nivelación, y con las que ya no se produzca ningún defecto de humectación y adherencia, sobre todo con el sobrelacado.

Este objetivo se resuelve según la invención mediante una laca en polvo caracterizada porque contiene entre un 0,05 y un 5% en peso, preferentemente entre un 0,5 y un 1,5% en peso, de polivinil etil éteres homopolímeros. La adición del polivinil éter puede tener lugar durante la producción de la laca en polvo. También es posible una adición posterior.

Sorprendentemente, mediante la utilización de polivinil éteres se logra una mejora considerable de las propiedades superficiales de las lacas en polvo. Resulta especialmente sorprendente y ventajoso que la laca en polvo que presenta estas propiedades superficiales mejoradas al mismo tiempo se pueda sobrelacar mejor con sistemas líquidos. Con este sobrelacado ya no se produce ningún defecto de humectación y adherencia.

Los polivinil etil éteres son polímeros con el elemento constitutivo básico

100

donde R representa etilo. El polivinil etil éter como homopolímero tiene una distribución de masa molecular M_{n} = 800 - 10.000, preferentemente 1.000 - 5.000, en especial 1.000 - 3.000.

Además del aditivo de polivinil éter según la invención, la laca en polvo puede incluir cualquier tipo de laca en polvo habitual, en particular basada en resinas epóxido, mezclas de epóxido-poliéster, poliésteres, poliuretanos y/o resinas de acrilato.

Se pueden encontrar formulaciones de laca conocidas, por ejemplo en los documentos EP-509 392, EP-509 393, EP-322 827, EP-517 536, US-5,055,524 y US-4,849,283. En particular, la laca en polvo puede consistir en resinas epóxido, también en novolacas epoxidadas, reticulantes, preferentemente endurecedores fenólicos o amínicos o guanidinas bicíclicas, catalizadores, materiales de carga y en caso dado también agentes auxiliares y aditivos.

Las lacas en polvo utilizadas según la invención pueden contener por ejemplo resinas epóxido, reticulantes fenólicos, catalizadores, sustancias auxiliares y en caso dado agentes auxiliares y aditivos típicos para polvo, y agentes auxiliares de deslizamiento.

Las resinas epóxido adecuadas son todas resinas epóxido sólidas con un peso equivalente en epóxido de entre 400 y 3.000, preferentemente de entre 600 y 2.000. Se trata fundamentalmente de resinas epóxido basadas en bisfenol A y bisfenol F o resinas de novolaca epoxidadas. Preferentemente, éstas presentan un peso equivalente en epóxido de entre 500 y 1.000.

En general, las resinas epóxido basadas en bisfenol A y bisfenol F presentan una funcionalidad inferior a 2 y las resinas de novolaca epoxidadas una funcionalidad superior a 2. De forma especialmente preferente, en las lacas en polvo según la invención se utilizan resinas de novolaca epoxidadas con una funcionalidad media entre 2,4 y 2,8 y con un peso equivalente en epóxido de entre 600 y 850. En las resinas de novolaca epoxidadas, los grupos hidroxilo fenólicos están eterificados con grupos alquilo, acrilo o similares. En la molécula se introducen los grupos epóxido mediante la reacción de los grupos hidroxilo fenólicos con epiclorohidrinas. A partir de las novolacas se forma la llamada novolaca-epóxido. Las novolacas epoxidadas tienen una estructura similar a la de las resinas de bisfenol A. Las resinas de novolaca epoxidadas se pueden preparar mediante epoxidación de novolacas consistentes por ejemplo en 3 a 4 núcleos de fenol unidos entre sí mediante puentes metileno. Como resinas de novolaca también se pueden utilizar fenoles sustituidos con alquilo, que se someten a reacción con formaldehído.

Algunas resinas epóxido adecuadas son, por ejemplo, los productos obtenibles en el mercado bajo las siguientes denominaciones:

Epikote 1004, 1055, 3003, 3004, 2017 de la firma Shell-Chemie, DEH 640, 671, 662, 663U, 664, 667 de la firma Dow y Araldit GT 6063, 6064, 6084, 6097, 7004, 7220, 7225 de la firma Ciba Geigy.

La laca en polvo según la invención contiene endurecedores fenólicos o amínicos para el endurecimiento de las resinas epóxido. También se pueden utilizar guanidinas bicíclicas.

En este contexto se puede utilizar cualquier resina fenólica, siempre que presente la funcionalidad metilol necesaria para la reactividad. Algunas resinas fenólicas preferentes son productos de reacción de fenol, fenoles sustituidos y bisfenol A con formaldehído, preparados bajo condiciones alcalinas. Bajo estas condiciones, el grupo metilol se une con el anillo aromático en posición orto o en posición para. De acuerdo con la presente invención, como reticulantes fenólicos se utilizan de forma especialmente preferente resinas de bisfenol A o bisfenol F con contenido en grupos hidroxilo y con un peso equivalente en hidroxilo entre 180 y 600, en especial entre 180 y 300. Estos reticulantes fenólicos se preparan mediante la reacción del bisfenol A o bisfenol F con componentes que contienen grupos glicidilo, por ejemplo diglicidil éter de bisfenol A. Se pueden obtener reticulantes fenólicos de este tipo por ejemplo bajo las denominaciones comerciales DEH 81, DEH 82 y DEH 87 de la firma Dow, DX 171 de la firma Shell-Chemie y XB 3082 de la firma Ciba Geigy.

Las resinas epóxido y los reticulantes fenólicos se utilizan en una proporción tal que la cantidad de grupos epóxido con respecto a la cantidad de grupos OH fenólicos es de aproximadamente 1:1.

Las lacas en polvo según la invención contienen uno o más catalizadores adecuados para el endurecimiento de la resina epóxido. Algunos catalizadores adecuados son sales fosfonio de ácidos orgánicos o inorgánicos, imidazol y derivados de imidazol, compuestos amónicos cuaternarios y también aminas. En general, los catalizadores se utilizan en proporciones entre el 0,001% en peso y aproximadamente el 10% en peso, con respecto al peso total de la resina epóxido y el reticulante fenólico.

Como ejemplos de catalizadores de sal fosfonio adecuados se mencionan: yoduro de etiltrifenilfosfonio, cloruro de etiltrifenilfosfonio, tiocianato de etiltrifenilfosfonio, complejo etiltrifenilfosfonio-acetato-ácido acético, yoduro de tetrabutilfosfonio, bromuro de tetrabutilfosfonio y complejo tetrabutilfosfonio-acetato-ácido acético. Por ejemplo, en los documentos US-PS 3,477,990 y US-PS 3,341,580 se describen éstos y otros catalizadores de fosfonio
adecuados.

Los catalizadores imidazol adecuados son, por ejemplo, 2-estirilimidazol, 1-bencil-2-metilimidazol, 2-metilimidazol y 2-butilimidazol. Por ejemplo, en la patente belga nº 756,693 se describen éstos y otros catalizadores imidazol adecuados.

Parte de los reticulantes fenólicos comerciales ya contienen catalizadores para la reticulación de la resina
epóxido.

Como ligantes con funcionalidad epóxido para lacas transparentes en polvo son adecuados, por ejemplo, resinas de poliacrilato con contenido en grupos epóxido que se pueden preparar mediante copolimerización de como mínimo un monómero etilénicamente insaturado que contiene al menos un grupo epóxido en la molécula con como mínimo otro monómero etilénicamente insaturado que no contiene ningún grupo epóxido en su molécula, siendo como mínimo uno de los monómeros un éster de ácido acrílico o metacrílico.

Ya se conocen resinas de poliacrilato con contenido en grupos epóxido (véase, por ejemplo, EP-A-299 420, De-B-22 14 650, DE-B-27 49 576, US-A-4,091,048 y US-A-3,781,379). Como ejemplos de monómeros etilénicamente insaturados que contienen como mínimo un grupo epóxido en su molécula se mencionan acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo y alil glicidil éter.

Como ejemplos de monómeros etilénicamente insaturados que no contienen ningún grupo epóxido en su molécula se mencionan alquil ésteres de ácido acrílico y metacrílico de 1 a 20 átomos de carbono en la parte alquilo, en particular acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de etilo, acrilato de butilo, metacrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo y metacrilato de 2-etilhexilo. Otros ejemplos de monómeros etilénicamente insaturados que no contienen ningún grupo epóxido en su molécula son ácidos, por ejemplo ácido acrílico y ácido metacrílico; amidas de ácido, por ejemplo acrilamida y metacrilamida; compuestos vinilaromáticos como estireno, metilestireno y viniltolueno; nitrilos como acrilonitrilo y metacrilonitrilo; haluros de vinilo y de vinilideno como cloruro de vinilo y fluoruro de vinilideno; vinil ésteres, por ejemplo acetato de vinilo; y monómeros con contenido en grupos hidroxilo, por ejemplo acrilato de hidroxietilo y metacrilato de hidroxietilo.

La resina de poliacrilato con contenido en grupos epóxido presenta normalmente un peso equivalente en epóxido de 400 a 2.500, preferentemente de 500 a 1.500, de forma especialmente preferente de 600 a 1.200; un peso molecular promedio en número (determinado por cromatografía de filtración en gel utilizando un patrón de poliestireno) de 1.000 a 15.000, preferentemente de 1.200 a 7.000, de forma especialmente preferente de 1.500 a 5.000; y una temperatura de transición vítrea (Tg) de 30 a 80, preferentemente de 40 a 70, de forma especialmente preferente de 50 a 70ºC (medida con ayuda de Differential Scanning Calorimetry (DSC) - calorimetría de exploración diferencial).

La resina de poliacrilato con contenido en grupos epóxido se puede preparar mediante métodos de polimerización radical en general bien conocidos.

Como endurecedores para la resina de poliacrilato con contenido en grupos epóxido son adecuados, por ejemplo, polianhídridos de ácidos policarboxílicos o de mezclas de ácidos policarboxílicos, en particular polianhídridos de ácidos dicarboxílicos o de mezclas de ácidos dicarboxílicos.

Estos polianhídridos se pueden preparar extrayendo agua del ácido policarboxílico o de la mezcla de ácidos policarboxílicos, transformándose dos grupos carboxilo en un grupo anhídrido en cada caso. Estos procedimientos de preparación son muy conocidos y, por consiguiente, no requieren una explicación más detallada.

Las lacas en polvo utilizadas según la invención también pueden contener por ejemplo mezclas de epóxido/poliéster como base de ligante. Estas lacas en polvo pueden contener por ejemplo

A)

como mínimo un poliéster con un índice de acidez de 25 a 120 mg KOH/g y

B)

como mínimo una resina epóxido con un peso equivalente en epóxido de 400 - 3.000.

En el mercado se pueden obtener poliésteres comerciales adecuados del tipo A). Como ejemplos se mencionan Crylcoat 314, 316, 340, 360 de la firma UCB, Uralac P2450, P2980, P3560 de la firma DSM.

Resinas epóxido adecuadas son, por ejemplo, los productos que se pueden obtener en el mercado bajo las siguientes denominaciones: Epikote 1055, 1004, 1007, 3003, 3003-FCA-10 de la firma Shell-Chemie, DER 662 UE, 664, 642, 672 de la firma Dow-Chemie o Araldit GT 6061, GT 6064, GT 7072, GT 7004 de la firma Ciba-Geigy.

Las lacas en polvo utilizadas según la invención también pueden contener mezclas de poliésteres funcionalizados con COOH y reticulantes adecuados. Reticulantes adecuados son, por ejemplo, los siguientes productos comerciales: Araldit PT 810, PT 910 de la firma Ciba-Geigy y Primid XL 552 de la firma Ems-Chemie.

Algunos poliésteres funcionalizados con COOH adecuados para los reticulantes mencionados se pueden obtener en el mercado por ejemplo con las siguientes denominaciones: Uralac P 2200, P 3485, P 3400, P 5000, P 6000, P 6600 de la firma DSM o Crylcoat 800, 802, 803, 810, 491, 430, 440, 490, 620 de la firma UCB.

Las lacas en polvo utilizadas según la invención también pueden contener mezclas de poliésteres o ligantes de poliacrilato funcionalizados con OH y endurecedores adecuados basados en poliisocianatos.

Endurecedores de poliisocianato adecuados son, por ejemplo, los siguientes productos comerciales: Vestagon BF 1300, BF 1540 B 105 de la firma Hüls. Poliésteres funcionalizados con OH adecuados son, por ejemplo, los siguientes productos comerciales: Uralac P 1480, P 2115, P 2504, P 5504, P 1550 de la firma DSM, Crylcoat 240, 290, 291, 2383, 690 de la firma UCB.

El producto Joncryl 587 de la firma SC Johnson es un ejemplo de ligante de poliacrilato funcionalizado con OH comercial.

Las lacas en polvo contienen entre un 50 y un 90% en peso, preferentemente entre un 60 y un 80% en peso, de ligantes y entre un 10 y un 50% en peso, preferentemente entre un 20 y un 40% en peso de materiales de carga.

Como materiales de carga entran en consideración, por ejemplo, modificaciones cristalinas de ácido silícico funcionalizadas con grupos glicidilo. Normalmente se utilizan en la cantidad indicada del 10 al 50% en peso con respecto al peso total de la laca en polvo. No obstante, en algunos casos también es posible utilizar proporciones de materiales de carga superiores al 50% en peso.

Entre las modificaciones cristalinas de ácido silícico se encuentran: cuarzo, cristobalita, tridimita, queatita, estisovita, melanoflogita, coesita y ácido silícico fibroso. Las modificaciones cristalinas de ácido silícico están funcionalizadas con grupos glicidilo, lográndose la funcionalización con grupos glicidilo mediante un tratamiento superficial. Se trata por ejemplo de modificaciones de ácido silícico basadas en cuarzo, cristobalita y silicio fundido que se preparan mediante tratamiento de las modificaciones cristalinas de ácido silícico con epoxisilanos. Las modificaciones de ácido silícico funcionalizadas con grupos glicidilo se pueden obtener en el mercado, por ejemplo, bajo las denominaciones Silbond^{R} 600 EST y Silbond^{R} 6000 EST (fabricante: Quarzwerke GmbH) y se preparan mediante la reacción de modificaciones cristalinas de ácido silícico con epoxisilanos.

Las lacas en polvo pueden contener otros materiales de carga inorgánicos, por ejemplo óxido de titanio, sulfato de bario y materiales de carga basados en silicatos, por ejemplo talco, caolín, silicatos de magnesio, silicatos de aluminio, mica y similares. Además, en caso dado, las lacas en polvo también pueden contener agentes auxiliares y aditivos, por ejemplo niveladores, agentes auxiliares de deslizamiento y agentes desgasificantes, por ejemplo benzoína.

La producción de las lacas en polvo se lleva a cabo de acuerdo con métodos conocidos (véase, por ejemplo, la información de producto de la firma BASF Lacke + Farben AG, "Pulverlacke", 1990) mediante homogeneización y dispersión, por ejemplo mediante una extrusora, amasadoras de tornillo sin fin y similares. Después de producir las lacas en polvo, éstas se ajustan a la distribución granulométrica deseada mediante molienda y en caso dado mediante cribado y tamizado.

La presente invención se refiere también a un procedimiento para producir lacas en polvo caracterizado porque a las lacas en polvo se añade entre un 0,05 y un 5% en peso, preferentemente entre un 0,5 y un 1,5% en peso, de polivinil etil éteres homopoliméricos.

De acuerdo con la invención, el polivinil etil éter se puede añadir a las lacas en polvo en cualquier momento, es decir, tanto durante la producción de la laca en polvo como justo antes de la utilización de la misma. Un revestimiento de laca en polvo producido de acuerdo con el procedimiento según la invención presenta mejoras sorprendentes en lo que respecta a la calidad y la lisura superficial y también en lo que respecta a las propiedades de adherencia para un lacado de revestimiento posterior.

Preferentemente, en el procedimiento según la invención se utiliza un polivinil etil éter homopolimérico con una distribución de masa molecular M_{n} = 1.000 - 5.000, de forma especialmente preferente 1.000 - 3.000.

El procedimiento según la invención se puede utilizar con todos los tipos de laca en polvo corrientes, sobre todo con los basados en resinas epóxido, mezclas de epóxido-poliéster, poliésteres, poliuretanos y/o resinas de acrilato.

La invención se refiere además a un aditivo para mejorar las propiedades superficiales de lacas en polvo caracterizado porque contiene el polivinil etil éter homopolimérico.

Por último, la invención también se refiere a la utilización de un aditivo para mejorar las propiedades superficiales de las lacas en polvo.

El aditivo se puede añadir a la laca en polvo en diferentes estadios de un lacado en polvo. La adición puede tener lugar durante la producción de la laca en polvo, pero también justo antes de la aplicación del lacado. De este modo, cada usuario puede controlar las propiedades de nivelación de su laca en polvo mediante una dosificación adecuada del aditivo.

Además del polivinil etil éter, el aditivo según la invención puede contener agentes desgasificantes, aditivos de mateado, ceras para influir en la dureza superficial, aditivos de estructura y textura y también catalizadores y agentes auxiliares de deslizamiento habituales.

Claims (7)

1. Laca en polvo caracterizada porque contiene entre el 0,05 y el 5% en peso de polivinil etil éteres homopoliméricos con una distribución de masa molecular M_{n} = 800 a 10.000.

2. Laca en polvo según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene entre el 0,5 y el 1,5% en peso de polivinil etil éteres homopoliméricos.

3. Laca en polvo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el polivinil etil éter es un homopolímero con una distribución de masa molecular M_{n} = 1.000 a 5.000.

4. Laca en polvo según la reivindicación 3, caracterizada porque el polivinil etil éter es un homopolímero con una distribución de masa molecular M_{n} = 1.000 a 3.000.

5. Laca en polvo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque se trata de una laca en polvo basada en resinas epóxido, mezclas de epóxido-poliéster, poliésteres, poliuretanos y/o resinas de acrilato.

6. Procedimiento para la producción de lacas en polvo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque a una laca en polvo se añaden polivinil etil éteres homopoliméricos tal como se definen en una de las reivindicaciones 1 a 4, de modo que la laca en polvo contiene entre el 0,05 y el 5% en peso de polivinil etil éteres.

7. Utilización de polivinil etil éteres homopoliméricos tal como se definen en una de las reivindicaciones 1 a 4, para mejorar las propiedades superficiales de las lacas en polvo.