ES2325271T3 - Dispersiones de poliester-poliacrilato con diluyente reactivo basado en esteres con funcionalidad hidroxi. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la preparación de dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi con un contenido de codisolventes del 0 al 5% en peso, referido a la dispersión, caracterizado porque en una primera etapa se prepara un polímero (P) mediante polimerización de una mezcla de monómeros de vinilo A1) a A4) aptos para la copolimerización por radicales que contiene unidades estructurales seleccionadas del grupo de los compuestos: A) A1) ésteres de ácido (met)acrílico sin grupos OH, dado el caso mezclados con compuestos aromáticos de vinilo, A2) monómeros de vinilo con funcionalidad hidroxi y/o ésteres de ácido (met)acrílico con funcionalidad hidroxi, A3) monómeros iónicos y/o potencialmente iónicos aptos para la polimerización por radicales, así como A4) otros monómeros distintos de los compuestos de los componentes A1) a A3) aptos para la polimerización por radicales en presencia B) de uno o varios compuesto(s) de fórmula general (I) ** ver fórmula** en la que R 1 es un resto alifático, aralifático o aromático con 1 a 18 átomos de carbono, R 2 es H o CH3, R 3 /R 4 son restos alifáticos iguales o diferentes con 1 a 7 átomos de carbono y n es 1 a 4, y luego se mezcla en una segunda etapa con uno o varios polioléster(es) C) con un índice de hidroxilo de 10 a 500 mg de KOH/g de sustancia y un índice de acidez de > 0,5 a <= 30 mg de KOH/g de sustancia y la mezcla de polímeros así obtenida se dispersa a continuación en agua en otra etapa antes o después de la adición de un agente de neutralización.

Description

Dispersiones de poliéster-poliacrilato con diluyente reactivo basado en ésteres con funcionalidad hidroxi.
La invención se refiere a dispersiones de polímeros acuosas con bajo contenido de disolvente basadas en mezclas de resinas de poliacrilato-poliéster hidrófilas, así como en diluyentes reactivos con grupos éster con funcionalidad hidroxi, a un procedimiento para su preparación, así como a agentes de recubrimiento acuosos basados en éstas y a su uso como barnices.
Por el estado de la técnica se sabe que en sistemas de recubrimiento se utilizan aglutinantes diluibles en agua basados en copolímeros. Sin embargo, generalmente éstos contienen emulsionantes de bajo peso molecular para la estabilización y/o mayores proporciones de codisolventes orgánicos. Normalmente, los emulsionantes influyen de una forma negativa en las propiedades de los barnices o los recubrimientos como, por ejemplo, en su resistencia al agua, óptica de la película (brillo), pigmentabilidad.
No se desea el uso de mayores cantidades de disolventes orgánicos debido a motivos ecológicos, sin embargo en la mayoría de las veces no puede evitarse ya que en la preparación de polímeros debe garantizarse una capacidad de agitación y eliminación de calor suficientes de la mezcla de reacción. Adicionalmente, los disolventes orgánicos en los agentes de recubrimiento acuosos conducen a efectos ventajosos, como a una estabilidad durante el almacenamiento y humectación del pigmento mejoradas, una mejor óptica de la película y un mejor nivelado.
Por otra parte, una reducción posterior de los disolventes en copolímeros o dispersiones de copolímeros está asociada a un alto coste de aparatos y energético, de manera que existe la necesidad de dispersiones de polímeros acuosas en cuya preparación pueda renunciarse en gran parte al uso de disolventes orgánicos sin que se produzca un empeoramiento de las propiedades de la aplicación técnica.
Las dispersiones de polímeros, que deben curarse mediante una reacción química, por ejemplo, con una resina aminoplástica, un poliisocianato bloqueado o un poliisocianato, deben contener una cantidad determinada de grupos reactivos, por ejemplo, grupos hidroxi. Estos grupos se incorporan en el copolímero generalmente mediante el uso conjunto de ésteres de ácido (met)acrílico con funcionalidad hidroxi durante la copolimerización. No obstante, estos materiales de partida son muy caros en comparación con los ésteres de ácido (met)acrílico no funcionales o también con el estireno. Además, frecuentemente también deben utilizarse mayores cantidades de estos materiales de partida en comparación con copolímeros en disolución orgánica para compensar la hidrofilia de las películas de barniz con una mayor densidad de reticulación.
El documento US-A 6 139 918 da a conocer dispersiones acuosas de poliéster-poliacrilatos en las que un poliacrilato se prepara en presencia de un oligoéster.
En el documento DE-A 39 10829 se describen agentes de recubrimiento termoendurecibles basados en poliéster-poliacrilato que presentan un contenido de disolvente entre el 5 y el 20% en peso, referido al agente de recubrimiento listo para aplicación. Como disolventes preferidos se mencionan alcoholes, cetonas o éteres glicólicos miscibles con agua o bien también disolventes no miscibles con agua. Como los disolventes dados a conocer no se incorporan en el recubrimiento, éstos se liberan de nuevo durante el procesamiento del sistema de recubrimiento como VOC (("Volatile Organic Compound") compuesto orgánico volátil). Los derivados de glicol poco volátiles mencionados permanecen en parte en el recubrimiento y pueden empeorar sus propiedades.
En el documento EP-A 0 758 007 se describe otra ruta para preparar dispersiones secundarias de copolímeros con funcionalidad hidroxi que evita en gran parte la utilización de disolventes en la polimerización. Allí, los disolventes normalmente utilizados se sustituyen completa o parcialmente por poliéteres con funcionalidad hidroxi. Los poliéteres con funcionalidad hidroxi permanecen como diluyentes reactivos en la dispersión secundaria y reaccionan en la posterior reticulación con isocianatos o isocianatos bloqueados con formación de uretano. Sin embargo, en estos productos resulta ser desventajosa su mala resistencia, especialmente la resistencia a la intemperie.
En el documento GB-A 2 078 766 se describe una ruta para reducir el contenido de disolvente en barnices durante la preparación del barniz. En este caso se preparan aglutinantes que contienen disolventes con pigmentos y aditivos habituales en la industria de los barnices usando distintos diluyentes reactivos. En el caso de los diluyentes reactivos se trata de productos de reacción de ésteres glicidílicos con compuestos que contienen grupos hidroxilo o carboxilo. La desventaja de los barnices descritos en el documento GB-A 2 078 766 consiste en, a pesar de usar el diluyente reactivo, el alto contenido de disolvente ya que mediante el aglutinante se incorporan cantidades considerables de un codisolvente. En el ejemplo I del documento GB-A 2 078 766 se utiliza, por ejemplo, un aglutinante con un contenido de disolvente del 35% en peso.
Por tanto, el objetivo de la presente invención consistió en proporcionar dispersiones de polímeros a partir de resinas de poliacrilato y resinas de poliéster hidrofilizadas que pueden prepararse sin la utilización de emulsionantes o mayores cantidades de disolventes orgánicos y producen recubrimientos con muy buenas propiedades mecánicas y ópticas.
\newpage
Se ha encontrado ahora que con las dispersiones de polímeros acuosas basadas en mezclas de resinas de poliacrilato y poliésteres con funcionalidad carboxilato e hidroxi con un contenido de disolvente inferior al 5% en peso, referido a la dispersión, pueden prepararse películas de barniz con alto nivel de resistencia cuando se utilizan productos de reacción de ésteres glicidílicos de ácidos carboxílicos alifáticos con ácidos carboxílicos alifáticos, aralifáticos o aromáticos como diluyentes reactivos.
Por tanto, el objeto de la presente invención es un procedimiento para preparar dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi con un contenido de codisolventes del 0 al 5% en peso, preferiblemente del 1 al 3% en peso, referido a la dispersión, caracterizado porque en una primera etapa se prepara un polímero (P) mediante polimerización
de una mezcla de monómeros de vinilo aptos para la copolimerización por radicales que contiene unidades estructurales seleccionadas del grupo de los compuestos:
A)
A1)
ésteres de ácido (met)acrílico sin grupos OH, dado el caso mezclados con compuestos aromáticos de vinilo,
A2)
monómeros de vinilo con funcionalidad hidroxi y/o ésteres de ácido (met)acrílico con funcionalidad hidroxi,
A3)
monómeros iónicos y/o potencialmente iónicos aptos para la polimerización por radicales, así como
A4)
otros monómeros distintos de los compuestos de los componentes A1) a A3) aptos para la polimerización por radicales
en presencia
B) de uno o varios compuesto(s) de fórmula general (I)
1
en la que
R^{1}
es un resto alifático, aralifático o aromático con 1 a 18, preferiblemente 2 a 10, con especial preferencia 4 a 6 átomos de carbono,
R^{2}
es H o CH_{3}, preferiblemente CH_{3},
R^{3}/R^{4} son restos alifáticos iguales o diferentes con 1 a 7, preferiblemente 2 a 5 átomos de carbono y
n
es 1 a 4, preferiblemente 2,
y luego se mezcla en una segunda etapa con
uno o varios polioléster(es) C) con un índice de hidroxilo de 10 a 500, preferiblemente 80 a 350 mg de KOH/g de sustancia y un índice de acidez de > 0,5 a \leq 30, preferiblemente \geq 1 a \leq 8 mg de KOH/g de sustancia y la mezcla de polímeros así obtenida se dispersa a continuación en agua en otra etapa antes o después de la adición de un agente de neutralización.
También son objeto de la presente invención dispersiones de polímeros de poliéster-poliacrilato acuosas que pueden obtenerse según el procedimiento según la invención.
Las mezclas de monómeros de vinilo A) adecuadas contienen unidades estructurales seleccionadas del grupo de los compuestos:
A1)
ésteres de ácido (met)acrílico sin grupos OH, dado el caso mezclados con compuestos aromáticos de vinilo,
A2)
monómeros de vinilo con funcionalidad hidroxi y/o ésteres de ácido (met)acrílico con funcionalidad hidroxi,
A3)
monómeros iónicos y/o potencialmente iónicos aptos para la polimerización por radicales, así como
A4)
otros monómeros distintos de los compuestos de los componentes A1) a A3) aptos para la polimerización por radicales.
Como monómeros del componente A1) se utilizan acrilatos y metacrilatos (a continuación se denominan (met)acrilatos) con 1 a 18 átomos de carbono en la parte de alcohol del grupo éster. Esta parte de alcohol puede ser lineal, ramificada o cicloalifática.
Por ejemplo, como monómeros del componente A1) son adecuados (met)acrilatos de metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, t-butilo, los (met)acrilatos isoméricos de pentilo, hexilo, octilo, dodecilo, hexadecilo, octadecilo o ciclohexilo, trimetilciclohexilo e isobornilo. Además como A1) también pueden utilizarse metacrilato de acetoacetoxietilo, acrilamida, diacetonacrilamida, acrilonitrilo, estireno, éter vinílico, metacrilonitrilo, acetatos de vinilo; estirenos y viniltoluenos dado el caso sustituidos.
Se prefieren (met)acrilatos de metilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, t-butilo, 2-etilhexilo, ciclohexilo e isobornilo, así como estireno.
También es posible y se prefiere la utilización de mezclas discrecionales de los compuestos A1) previamente mencionados.
Como componente A2) son adecuados monómeros etilénicamente insaturados que contienen grupos hidroxilo como, por ejemplo, los ésteres hidroxialquílicos de ácidos carboxílicos insaturados, preferiblemente (met)acrilatos de hidroxialquilo con 2 a 12, preferiblemente 2 a 6 átomos de carbono en el resto hidroxialquilo. Los compuestos preferidos son (met)acrilato de 2-hidroxietilo, los (met)acrilatos de hidroxipropilo isoméricos, (met)acrilatos de 2-, 3- y 4-hidroxibutilo, los (met)acrilatos de hidroxihexilo isoméricos, así como monometacrilato de 1,4-ciclohexanodimetanol.
También son adecuados monómeros con funcionalidad hidroxi polimerizables modificados o de cadena alargada con óxidos de alquileno con un peso molecular promedio en número \leq 3000 g/mol, preferiblemente \leq 700 g/mol. Como óxidos de alquileno se utilizan para esto preferiblemente óxido de etileno, propileno o butileno por separado o en mezclas. Como ejemplos son de mencionar Bisomer® PEA3 (monoacrilato de polietilenglicol; 3 unidades de óxido de etileno), Bisomer® PEM 6 LD (monometacrilato de polietilenglicol; 6 unidades de óxido de etileno), Bisomer® PPM 63 E (monometacrilatos de polietilenglicol; 6 unidades de óxido de propileno y 3 unidades terminales de óxido de etileno) o Bisomer® PEM 63 P (monometacrilatos de polietilenglicol; 6 unidades de óxido de etileno y 3 unidades terminales de óxido de propileno) de la empresa Degussa AG (Darmstadt, Alemania).
También es adecuada la adición de (met)acrilatos de alcoxipolietilenglicol polimerizables no iónicos que actúan de forma hidrófila con pesos moleculares promedio en número (M_{n}) de 430 a 2500 g/mol. Como ejemplos son de mencionar en este caso Bisomer® MPEG 350 MA (M_{n} = 430 g/mol), 550 MA (M_{n} = 628 g/mol), S 7 W (M_{n} = 818 g/mol), S 10 W (M_{n} = 1080 g/mol) y S 20 W (M_{n} = 2080 g/mol) de la empresa Degussa AG (Darmstadt, Alemania).
Por compuestos hidrófilos iónicos o potencialmente iónicos A3) se entiende todos los compuestos que presentan al menos un grupo apto para la polimerización por radicales, así como al menos una funcionalidad como -COOY, -SO_{3}Y, -PO(OY)_{2} (Y por ejemplo = H, NH_{4}^{+}, catión metálico), -NR_{2} o -NR_{3}^{+} (R = H, alquilo, arilo, los restos R pueden ser iguales o distintos entre sí en una molécula) que en la interacción con medios acuosos entran en un equilibrio de disociación dependiente del valor de pH y de esta manera pueden cargarse negativa, positiva o neutramente.
Como monómeros iónicos y/o potencialmente iónicos aptos para la polimerización por radicales del componente A3) son adecuados preferiblemente monómeros olefínicamente insaturados con grupos ácido carboxílico o anhídrido de ácido carboxílico como, por ejemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilato de \beta-carboxietilo, ácido crotónico, ácido fumárico, anhídrido de ácido maleico, ácido itacónico o ésteres monoalquílicos de ácidos o anhídridos dibásicos como, por ejemplo, éster monoalquílico de ácido maleico, se prefieren especialmente ácido acrílico y/o ácido metacrílico.
Además, como compuestos del componente A3) también son adecuados compuestos insaturados polimerizables por radicales con grupos fosfato o fosfonato o ácido sulfónico o sulfonato como, por ejemplo, los descritos en el documento WO-A 00/39181 (pág. 8 línea 13 - pág 9. línea 19). Dentro del grupo de los componentes que presentan grupos fosfato o fosfonato o ácido sulfónico o sulfonato, el ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico es un componente preferido.
Dado el caso, como compuestos del componente A4) también pueden utilizarse otros monómeros diferentes de A1) a A3) aptos para la polimerización por radicales. Éstos pueden ser, por ejemplo, monómeros de (met)acrilato difuncionales o de funcionalidad superior y/o monómeros de vinilo como, por ejemplo, di(met)acrilato de etanodiol, di(met)acrilato de hexanodiol, dimetacrilato de 1,4-, 1,3-butanodiol, dimetacrilatos de di-, tri- y oligoetilenglicol, dimetacrilatos de polipropilenglicol, dimetacrilatos de politetrametilenglicol o divinilbenceno.
La hidrofilización de los polímeros (P) se realiza preferiblemente sólo mediante grupos iónicos y/o potencialmente iónicos. La hidrofilización se realiza con especial preferencia mediante grupos aniónicos y/o potencialmente aniónicos.
Las relaciones cuantitativas de los componentes de síntesis A1) a A4) se eligen normalmente de forma que el polímero (P) presente un índice de OH de 12 a 350 mg de KOH/g, preferiblemente de 20 a 200 mg de KOH/g y con especial preferencia de 50 a 150 mg de KOH/g de sólido y un índice de acidez de 5 a 80 mg de KOH/g, preferiblemente 10 a 35, con especial preferencia de 15 a 30 mg de KOH/g de sólido.
Son compuestos B) adecuados de fórmula general (I)
\vskip1.000000\baselineskip
2
en la que
R1
un resto alifático, aralifático o aromático con 1 a 18, preferiblemente 2 a 10, con especial preferencia 4 a 6 átomos de carbono,
R2
H o CH_{3}, preferiblemente CH_{3},
R3, R4 restos alifáticos iguales o diferentes con 1 a 7, preferiblemente 2 a 5 átomos de carbono y
n
es 1 a 4, preferiblemente 2,
por ejemplo, los productos de reacción de ésteres glicidílicos de ácidos carboxílicos alifáticos (\alpha) con ácidos carboxílicos alifáticos, aralifáticos o aromáticos (\beta).
\vskip1.000000\baselineskip
Los compuestos preferidos del componente (\alpha) son ésteres glicidílicos del ácido Versatic® que pueden obtenerse, por ejemplo, como Cardura® E10P de Resolution BV., Los Países Bajos.
Son compuestos adecuados del componente (\beta) ácidos monocarboxílicos alifáticos saturados como ácido acético, propiónico, butírico, pentanoico, hexanoico, heptanoico, octanoico, 2-etilhexanoico, nonanoico, decanoico, láurico, mirístico, palmítico, margárico, esteárico, araquídico, behénico, lignocérico o ácidos monocarboxílicos insaturados como ácido oleico, linoleico, linolénico, ricinoleico o ácidos monocarboxílicos aromáticos como ácido benzoico, hexahidrobenzoico o terc-butilbenzoico, ácidos di o policarboxílicos alifáticos como ácido succínico, glutárico, adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico, nonanodicarboxílico, decanodicarboxílico, ácidos grasos diméricos que pueden obtenerse mediante dimerización de ácidos monocarboxílicos insaturados, ácidos di o policarboxílicos aromáticos como, por ejemplo, ácido tereftálico, isoftálico, o-ftálico, piromelítico, tetrahidroftálico, hexahidroftálico o trimelítico. Evidentemente, como componente (\beta) también pueden utilizarse mezclas de los compuestos mencionados.
Se prefiere el uso de ésteres glicidílicos del ácido Versatic como (\alpha) en combinación con ácidos dicarboxílicos como ácido succínico, adípico, tereftálico o isoftálico como componente (\beta). Como componente (\beta) se prefiere especialmente ácido adípico. Se prefiere muy especialmente la combinación de ésteres glicidílicos del ácido Versatic (\alpha) con ácido adípico (\beta).
La preparación de los compuestos B) a partir de los componentes (\alpha) y (\beta) se realiza generalmente por separado y se añade antes o durante la polimerización por radicales de los monómeros insaturados A1) a A4).
La temperatura en la preparación del compuesto B) se encuentra en este caso a de 50 a 200ºC, preferiblemente a de 90 a 140ºC. La adición del compuesto B) se realiza con especial preferencia antes de la polimerización por radicales de los monómeros A1) - A4). Además, también es posible la adición de toda la cantidad o cantidades parciales del compuesto B) durante la polimerización A).
Los poliolésteres C) adecuados se preparan mediante una policondensación conocida por sí misma de las unidades estructurales seleccionadas del grupo de los compuestos:
C1)
ácidos mono-, di-, tri- o tetracarboxílicos alifáticos y/o cicloalifáticos y/o aromáticos o sus anhídridos,
C2)
alcoholes difuncionales y/o de funcionalidad superior,
C3)
alcoholes monohidroxílicos,
C4)
ácidos hidroxicarboxílicos, lactonas, aminoalcoholes y/o ácidos aminocarboxílicos.
Como ácidos carboxílicos C1) adecuados se consideran ácidos monocarboxílicos como, por ejemplo, ácido benzoico, ácido ciclohexanocarboxílico, ácido 2-etilhexanoico, ácido caproico, ácido caprílico, ácido cáprico, ácido láurico, ácidos grasos naturales y sintéticos, como ácidos dicarboxílicos y/o anhídridos, por ejemplo, ácido ftálico, anhídrido de ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido hexahidroftálico, anhídrido de ácido hexahidroftálico, ácido succínico, anhídrido de ácido succínico, ácido adípico, diácido dodecanoico, ácidos grasos diméricos hidrogenados y como ácidos carboxílicos o anhídridos de mayor funcionalidad, por ejemplo, ácido trimelítico y anhídrido de ácido trimelítico, así como mezclas de estos compuestos. Se prefieren ácidos dicarboxílicos y anhídridos de ácido dicarboxílico. Además, también se consideran ácidos carboxílicos insaturados como, por ejemplo, ácido tetrahidroftálico, anhídrido de ácido tetrahidroftálico, anhídrido de ácido maleico, ácido fumárico, ácido crotónico, ácidos grasos insaturados como, por ejemplo, ácidos grasos de aceite de soja, ácidos grasos de aceite de sebo, así como mezclas de estos y otros ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados, así como mezclas de estos compuestos. Se prefieren ácidos dicarboxílicos y anhídridos de ácido dicarboxílico. Se prefieren especialmente ácidos dicarboxílicos cíclicos como ácido ftálico, anhídrido de ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido hexahidroftálico o anhídrido de ácido hexahidroftálico.
Como componente C2) son adecuados (ciclo)alcanodioles (es decir, alcoholes dihidroxílicos con grupos hidroxilo (ciclo)alifáticamente unidos) del intervalo de peso molecular 62 g/mol a 286 g/mol, como por ejemplo, etanodiol, 1,2- y 1,3-propanodiol, 1,2-, 1,3- y 1,4-butanodiol, 1,4-butenodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentilglicol, ciclohexano-1,4-dimetanol, 1,2- y 1,4-ciclohexanodiol, 2-etil-2-butilpropanodiol, dioles que contienen oxígeno de éter como, por ejemplo, dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, polietilen-, polipropilen- o polibutilenglicoles con un peso molecular promedio en número máximo de 2000 g/mol, preferiblemente 1000 g/mol y con especial preferencia de 500 g/mol. Los productos de reacción de los dioles previamente mencionados con \varepsilon-caprolactona también pueden utilizarse como dioles. Como alcoholes trihidroxílicos y de funcionalidad superior son adecuados, por ejemplo, glicerina, trimetilolpropano, pentaeritritol, dipentaeritritol y sorbitol, así como mezclas de estos compuestos. Se prefieren hexanodiol, neopentilglicol, 1,4-ciclohexanodimetanol y trimetilolpropano, así como productos de reacción de estos dioles con \varepsilon-caprolactona.
Dado el caso también pueden utilizarse monoalcoholes C3) como, por ejemplo, etanol, 1- y 2-propanol, 1- y 2-butanol, 1-hexanol, 2-etilhexanol, ciclohexanol y alcohol bencílico, así como mezclas de estos compuestos. Se prefiere 2-etilhexanol.
Dado el caso, como componente C4) también pueden usarse ácidos hidroxicarboxílicos de 2 - 10 átomos de carbono, lactonas de ácidos de este tipo, aminoalcoholes del intervalo de peso molecular de 61 a 300 y/o ácidos aminocarboxílicos del intervalo de peso molecular 75 a 400 como, por ejemplo, ácido hidroxipiválico, dimetilolpropionico, dimetilolbutírico, ácido láctico, ácido málico, ácido tartárico, \varepsilon-caprolactona, aminoetanol, aminopropanol, dietanolamina, ácido aminoacético o ácido aminohexanoico, así como mezclas de estos compuestos. Se prefiere \varepsilon-caprolactona.
La preparación del poliéster C) puede realizarse, dado el caso, con ayuda de catalizadores de esterificación habituales, preferiblemente según el principio de la condensación en masa fundida o azeotrópica a temperaturas de 140 a 240ºC con disociación de agua.
La cantidad del compuesto B) asciende a del 5 al 60% en peso, preferiblemente del 7 al 35% en peso y con especial preferencia del 10 al 30% en peso, referido a la cantidad de mezcla de polímeros (P). La cantidad de poliéster C) se elige en este caso de forma que las proporciones en peso de los componentes A1) a A4) respecto a C) ascienda a de 25 : 75 a 90 : 10, preferiblemente 35 : 65 a 85 : 15 y con especial preferencia 50 : 50 a 80 : 20.
En general, el procedimiento para la preparación de las dispersiones de poliéster-poliacrilato según la invención se realiza según los procedimientos conocidos para el experto. Preferiblemente, el compuesto B) se dispone en un recipiente de reacción y los monómeros insaturados A1) a A4) se dosifican y se polimerizan utilizando un iniciador de radicales. Además, también es posible disponer sólo en parte el (los) compuesto(s) B) antes de la polimerización para ya garantizar al principio de la polimerización un mezclado de los componente de reacción A1) a A4), la posterior adición del compuesto B) se realiza luego durante o después de la polimerización completa de los monómeros A1) a A4).
La polimerización se realiza en general a de 40 a 200ºC, preferiblemente a de 60 a 180ºC, con especial preferencia a de 80 a 160ºC.
Dado el caso pueden utilizarse disolventes orgánicos adicionales en cantidad menor, especialmente cuando sirven para diluir los iniciadores. Los disolventes auxiliares adecuados son disolventes discrecionales conocidos en la tecnología de los barnices como, por ejemplo, alcoholes, éteres, alcoholes que contienen grupos éter, ésteres, cetonas, N-metilpirrolidona o hidrocarburos apolares o mezclas de estos disolventes. Los disolventes se utilizan en cantidades tales que su contenido en la dispersión preparada ascienda a del 0 al 5% en peso, preferiblemente del 1 al 3% en peso. En caso de que sea necesario, los disolventes utilizados pueden eliminarse de nuevo parcial o completamente mediante una destilación.
Como iniciadores para la reacción de polimerización son adecuados peróxidos orgánicos como peróxido de di-terc-butilo, peróxido de dicumilo, 2,5-dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano, peroxibenzoato de terc-butilo, peróxido de dibenzoílo, perisobutirato de terc-butilo o peroxi-2-etilhexanoato de terc-butilo y compuestos azoicos como ácido azobisisobutironitrilo (AIBN). Las cantidades de iniciador utilizadas dependen del peso molecular deseado. Debido a motivos de seguridad del proceso y de una manipulación más sencilla, los iniciadores de peróxido también pueden utilizarse como disolución en disolventes orgánicos adecuados del tipo anteriormente mencionado.
La preparación del polímero P) se realiza preferiblemente en dos etapas (i) y (ii). En la primera etapa (i), una mezcla de monómeros con funcionalidad hidroxi (A') con un índice de OH de 12 a 350 mg de KOH/g de sólido y un índice de acidez de 0 a 50 mg de KOH/g de sólido se añade al compuesto B) ya dispuesto, mezclándose entre sí 50 al 90% en peso del componente A1), 2 al 50% en peso del componente A2), 0 al 7% en peso del componente A3) y 0 al 50% en peso del componente A4), y a continuación en una segunda etapa (ii) a la mezcla de reacción obtenida de la etapa (i) se añade otra mezcla de monómeros (A'') de los monómeros de los componentes A1) a A4), presentando esta mezcla de monómeros un índice de OH de 10 a 350 mg de KOH/g de sólido y un índice de acidez de 50 a 300 mg de KOH/g de sólido y conteniendo la mezcla de monómeros (A'') de la etapa (ii) 45 al 85% en peso del componente A1), 1 al 50% en peso del componente A2), 3 al 30% en peso del componente A3) y 0 al 50% en peso del componente A4), sumando los datos en % de la composición de monómero (A') y (A'') el 100% en peso.
Las mezclas de monómeros de ambas preparaciones de polímero deben elegirse en este caso de forma que la relación de masa de la mezcla de monómeros (A') respecto a la mezcla de monómeros (A'') ascienda a 10:1 a 1:2, preferiblemente 6:1 a 2:1.
En lugar de un procedimiento de polimerización de varias etapas también es posible realizar el proceso continuamente (polimerización en gradiente), es decir, se añade una mezcla de monómeros con composición que cambia con el tiempo, siendo preferiblemente las proporciones de monómero hidrófilo según los componentes A3) y dado el caso A4) mayores al final de la alimentación que al principio.
Los polímeros (P) presentan pesos moleculares promedio en número M_{n} de 500 a 30.000 g/mol, preferiblemente 1.000 a 15.000 g/mol, con especial preferencia 1.500 a 10.000 g/mol.
La adición del poliéster C) se realiza después de la polimerización de la composición de monómero A'), pero preferiblemente al polímero P) y de manera muy especialmente preferida antes de la adición de un agente de neutralización. El poliéster C) se añade a temperaturas de 40-200ºC, preferiblemente 60-180ºC y con especial preferencia a 80 - 160ºC, al polímero A'), preferiblemente P), y se mezcla con la resina dispuesta. Para reducir la viscosidad y, por tanto, para facilitar la manipulación, el poliéster puede contener en parte disolvente en cantidades del 0,5 al 95% en peso, preferiblemente del 1 al 60% en peso y con especial preferencia del 1-40% en peso, medidas en la cantidad de disolvente total de la mezcla de polímeros constituida por poliacrilato P) y poliéster C). Además, también es posible añadir partes del componente B) al poliéster C).
Antes, durante o después de la dispersión de los polímeros con funcionalidad hidroxi (P) en agua, los grupos ácido presentes se convierten al menos en parte en su forma de sal mediante la adición de agentes de neutralización adecuados. Los grupos potencialmente iónicos del polímero (P) se neutralizan preferiblemente antes de la dispersión. Como agentes de neutralización son adecuados aminas orgánicas o bases inorgánicas solubles en agua como, por ejemplo, hidróxidos, carbonatos o hidrogenocarbonatos metálicos solubles.
Son ejemplos de aminas adecuadas N-metilmorfolina, trietilamina, etildiisopropilamina, N,N-dimetiletanolamina, N,N-dimetilisopropanolamina, N-metildietanolamina, dietiletanolamina, trietanolamina, butanolamina, morfolina, 2-aminometil-2-metil-propanol o isoforondiamina. En mezclas también puede utilizarse en parte amoniaco. Se prefieren trietanolamina, N,N-dimetiletanolamina y etildiisopropilamina.
Los agentes de neutralización se añaden en cantidades tales que en suma se presente un grado de neutralización teórico [de los grupos ácido] del 40 al 150%, preferiblemente del 60 al 120%. El grado de neutralización se entiende en este caso como la relación molar de grupos básicos añadidos del componente de neutralización respecto a las funciones ácidas del polímero (P).
El valor de pH de la dispersión de poliéster-poliacrilato según la invención asciende a de 6 a 10, preferiblemente 6,5 a 9.
Las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi según la invención presentan un contenido de sólidos del 25 al 70% en peso, preferiblemente del 35 al 60% en peso, con especial preferencia del 40 al 55% en peso.
Las dispersiones de poliéster-poliacrilato según la invención pueden procesarse para dar agentes de recubrimiento acuosos. En este caso, mediante la combinación con reticulantes pueden prepararse, dependiendo de la reactividad o dado el caso el bloqueo de los reticulantes, tanto barnices de un componente como barnices de dos componentes.
También son objeto de la presente invención agentes de recubrimiento acuosos que contienen las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas según la invención.
Por barnices de un componente en el sentido de la presente invención debe entenderse en este caso agentes de recubrimiento en los que el componente de aglutinante y el componente de reticulante pueden almacenarse juntos sin que tenga lugar una reacción de reticulación en un grado considerable o perjudicial para la posterior aplicación. La reacción de reticulación sólo tiene lugar durante la aplicación después de una activación del reticulante. Esta activación puede provocarse, por ejemplo, mediante un aumento de la temperatura.
Por barnices de dos componentes se entiende en el sentido de la presente invención agentes de recubrimiento en los que el componente de aglutinante y el componente de reticulante deben almacenarse en recipientes separados debido a su alta reactividad. Ambos componentes sólo se mezclan poco antes de la aplicación y luego reaccionan en general sin activación adicional. Pero para acelerar la reacción de reticulación también pueden utilizarse catalizadores o aplicarse temperaturas más altas. Se prefiere el uso de las dispersiones de poliéster-poliacrilato según la invención en barnices de dos componentes.
Los reticulantes reactivos con grupos OH adecuados son, por ejemplo, reticulantes de poliisocianato, resinas de amida-formaldehído y amina-formaldehído, resinas fenólicas, resinas de aldehído y cetona como, por ejemplo, resinas de fenol-formaldehído, resoles, resinas de furano, resinas de urea, resinas de éster de ácido carbámico, resinas de triazina, resinas de melamina, resinas de benzoguanamina, resinas de cianamida, resinas de anilina, como se describen en "Lackkunstharze", H. Wagner, H.F. Sarx, Carl Hanser Verlag Munich, 1971.
Como reticulantes se prefieren poliisocianatos que normalmente presentan 2 o más grupos NCO por molécula y se basan, por ejemplo, en isoforondiisocianato, hexametilendiisocianato, 1,4-diisocianatociclohexano, bis-(4-iso-cianatociclohexano)-metano, 1,3-diisocianatobenceno, triisocianatononano o los 2,4- y 2,6-TDI isoméricos y que además pueden presentar grupos uretano, isocianurato y/o biuret. Dado el caso, los poliisocianatos también pueden estar bloqueados.
Se prefiere especialmente la utilización de poliisocianatos de baja viscosidad dado el caso hidrófilos del tipo previamente mencionado basados en isocianatos alifáticos o cicloalifáticos.
Los poliisocianatos utilizados como reticulante presentan a 23ºC en general una viscosidad de 10 a 5.000 mPas y también pueden usarse, en caso que se desee ajustar la viscosidad, en mezcla con bajas cantidades de disolventes inertes.
Los polímeros (P) son en general suficientemente hidrófilos, de manera que también pueden dispersarse resinas de reticulante hidrófobas sin emulsionantes adicionales. Sin embargo, con ello no se excluye un uso de emulsionantes externos.
Los poliisocianatos solubles en agua o dispersables pueden obtenerse, por ejemplo, mediante modificación con grupos carboxilato, sulfonato y/o grupos poli(óxido de etileno) y/o poli(óxido de etileno)/poli(óxido de propileno). Es posible una hidrofilización de los poliisocianatos, por ejemplo, mediante reacción con cantidades inferiores a la equivalente de poliéteralcoholes monohidroxílicos hidrófilos. La preparación de poliisocianatos hidrófilos de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento EP-A 0 540 985 (pág. 3 línea 55 a pág. 4 línea 5).
También son muy adecuados los poliisocianatos que contienen grupos alofanato descritos en el documento EP-A 959 087 (pág. 3 línea 39 a 51) que se preparan en condiciones de alofanatización mediante reacción de poliisocianatos pobres en monómeros con poliéteralcoholes de poli(óxido de etileno). También son adecuadas las mezclas de poliisocianato dispersables en agua descritas en el documento DE-A 100 078 21 (pág. 2 línea 66 a pág. 3 línea 5) basadas en triisocianatononano, así como poliisocianatos hidrofilizados con grupos iónicos (grupos sulfonato, fosfonato) como se describen, por ejemplo, en el documento DE 100 24 624 (pág. 3 línea 13 a 33).
Fundamentalmente, naturalmente también es posible la utilización de mezclas de distintas resinas de reticulante.
Antes, durante o después de la preparación de la dispersión de poliéster-poliacrilato acuosa según la invención pueden añadirse los coadyuvantes y aditivos habituales de la tecnología de los barnices como, por ejemplo, antiespumantes, espesantes, pigmentos, coadyuvantes de dispersión, catalizadores, agentes antipiel, antisedimentantes o emulsionantes.
Estos coadyuvantes y aditivos también pueden añadirse al agente de recubrimiento que contiene las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi según la invención.
Los agentes de recubrimiento acuosos que contienen las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi según la invención son adecuados para todos los campos de utilización en los que se usan sistemas de pintura y recubrimiento acuosos con altas exigencias a la resistencia de las películas, por ejemplo, para el recubrimiento de superficies de materiales de construcción minerales, barnizado y sellado de madera y materias derivadas de la madera, recubrimiento de superficies metálicas (recubrimiento metálico), recubrimiento y barnizado de capas que contienen asfalto o betún, barnizado y sellado de diversas superficies de plástico (recubrimiento de plásticos), así como barnices de alto brillo.
Los agentes de recubrimiento acuosos que contienen las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas según la invención se utilizan para la preparación de pinturas de imprimación, aparejos rellenadores, barnices de cubrición pigmentados o transparentes, barnices transparentes y barnices de alto brillo, así como barnices de una sola capa que se aplican en la aplicación individual y en serie, por ejemplo, en el sector del barnizado industrial, pintados originales y de reparación de automóviles. Se prefiere la utilización como estructura de varias capas, siendo la capa más superior una capa de barniz de cubrición o barniz transparente que se prepara mediante el curado de la dispersión de poliéster-poliacrilato acuosa según la invención.
La preparación de los recubrimientos puede realizarse según los diferentes procedimientos de pulverización como, por ejemplo, procedimiento de pulverización a presión atmosférica, sin aire o electrostático usando equipos de pulverización de uno o dado el caso dos componentes. Sin embargo, los barnices y los agentes de recubrimiento que contienen las dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi según la invención también pueden aplicarse según otros procedimientos, por ejemplo, mediante pintura, rodillo o rasqueta.
Ejemplos
Mientras que no se especifique de forma diferente, todos los datos de porcentaje se refieren a porcentaje en peso.
Las mediciones de viscosidad se realizaron con un viscosímetro de cono y plato Physica Viscolab® LC3 ISO de la empresa Physica, Stuttgart, Alemania, según DIN 53019 con un gradiente de cizallamiento de 40 s^{-1}.
La determinación del tamaño medio de partícula se realizó mediante espectroscopía de correlación por láser (HPPS, Malvern Instruments, Herrenberg, DE). Los índices de OH especificados se calcularon a partir de los monómeros utilizados.
Índices de acidez: procedimiento de determinación, DIN ISO 3682
Cardura® E10P: éster glicidílico de ácido Versatic, Resolution BV., NL
Peroxan® DB: peróxido de di-terc-butilo, Pergan GmbH, Bocholt, Alemania
Ejemplo 1 Diluyente reactivo
En un recipiente de reacción de 5 l con dispositivo de agitación, refrigeración y calefacción se pesan a 20ºC 3172 g de Cardura® E10P y 927 g de ácido adípico. Con agitación se calienta hasta 140ºC. A partir de aproximadamente 140ºC transcurre una reacción exotérmica. Se agita posteriormente durante otras 4 horas a 140ºC. Se obtiene una resina amarilla clara con una viscosidad de 2.900 mPas a 23ºC.
Ejemplo 2 Precursor de poliéster
En un recipiente de reacción de 20 l con dispositivo de agitación, refrigeración y calefacción y separador de agua se pesan a 20ºC 1659 g de trimetilolpropano, 5146 g de neopentilglicol y se funden a 100ºC. Luego se añaden con agitación 122 g de anhídrido de ácido maleico, 2059 g de ácido isoftálico y 5666 g de anhídrido de ácido ftálico y la mezcla se calienta hasta 150ºC en el plazo de una hora con circulación de una corriente de nitrógeno. A continuación, la temperatura se ajusta en el plazo de 6 h hasta 200ºC y se condensa en la corriente de nitrógeno hasta que el índice de acidez se reduce por debajo de 8 mg de KOH/g de sustancia.
Índice de acidez: 5,9 mg de KOH/g
Índice de OH: 122 mg de KOH/g
Ejemplo 3
En un recipiente de reacción de 4 l con dispositivo de agitación, refrigeración y calefacción se disponen 123,4 g de diluyente reactivo según el ejemplo 1 y 48,7 g de butildiglicol y se calienta hasta 140ºC. A esta temperatura se añade gota a gota una disolución de 11,3 g de Peroxan® DB en 22,5 g de butildiglicol en el plazo de 125 min. Cinco minutos después de empezar la dosificación de la disolución de iniciador, en el plazo de 2 h se dosifica una mezcla de monómeros de 185 g de metacrilato de metilo, 150 g de metacrilato de hidroxietilo, 50 g de acrilato de butilo, 50 g de metacrilato de isobutilo y 35 g de estireno. Directamente a continuación, en el plazo de 60 min se dosifica una mezcla de 92,5 g de metacrilato de metilo, 75 g de metacrilato de hidroxietilo, 25 g de acrilato de butilo, 25 g de metacrilato de isobutilo, 17,5 g de estireno y 45 g de ácido acrílico; paralelamente a esto se dosifica uniformemente una disolución de 11,3 g de peróxido de di-terc-butilo en 23,5 g de butildiglicol durante 2 h. A continuación se agita posteriormente 1 hora a 140ºC antes de que se añadan 750 g del poliéster calentado hasta 130º según el ejemplo 2 y se agita durante otra hora. Después se enfría hasta 100ºC y se añaden 47 g de dimetiletanolamina. Después de 20 minutos de homogeneización se dispersa en el plazo de 10 minutos a 90ºC con 1650 g de agua. A la temperatura de mezcla alcanzada de 76ºC se homogeneiza durante otras 1,5 h antes de que la dispersión se filtre y se enfríe hasta temperatura ambiente.
Contenido de OH (sólidos)
4,22% (calculado teóricamente)
Índice de acidez (sólidos)
23,5 mg de KOH/g
Contenido de sólidos
48%
Viscosidad
1780 mPas/23ºC
Valor de pH (10% en agua)
7,7
Grado de neutralización
75%
Tamaño medio de partícula
140 nm
Contenido de codisolvente
2,7% en peso referido a la dispersión
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 4
En un recipiente de reacción de 4 l con dispositivo de agitación, refrigeración y calefacción se disponen 210,2 g de diluyente reactivo según el ejemplo 1 y se calienta a 140ºC. A esta temperatura se añade gota a gota una disolución de 11,3 g de Peroxan® DB en 22,5 g de butildiglicol en el plazo de 125 min. Cinco minutos después de empezar la dosificación de la disolución de iniciador, en el plazo de 2 h se dosifica una mezcla de monómeros de 185 g de metacrilato de metilo, 150 g de metacrilato de hidroxietilo, 50 g de acrilato de butilo, 50 g de metacrilato de isobutilo y 35 g de estireno. Directamente a continuación, en el plazo de 60 min se dosifica una mezcla de 92,5 g de metacrilato de metilo, 75 g de metacrilato de hidroxietilo, 25 g de acrilato de butilo, 25 g de metacrilato de isobutilo, 17,5 g de estireno y 45 g de ácido acrílico; paralelamente a esto se dosifica uniformemente una disolución de 11,3 g de peróxido de di-terc-butilo en 23,5 g de butildiglicol durante 2 h. A continuación se agita posteriormente 1 hora a 140ºC, se añaden 750 g del poliéster calentado hasta 120ºC según el ejemplo 2 y se agita durante otra hora. Después se enfría hasta 100ºC y se añaden 45 g de dimetiletanolamina. Después de 20 minutos de homogeneización se dispersa en el plazo de 10 minutos a 90ºC con 1725 g de agua. A la temperatura de mezcla alcanzada de 78ºC se homogeneiza durante otras 1,5 h antes de que la dispersión se filtre y se enfríe hasta temperatura ambiente.
Contenido de OH (sólidos)
4,54% (calculado teóricamente)
Índice de acidez (sólidos)
22,8 mg de KOH/g
Contenido de sólidos
45%
Viscosidad
1110 mPas/23ºC
Valor de pH (10% en agua)
7,5
Grado de neutralización
75%
Tamaño medio de partícula
150 nm
Contenido de codisolvente
1,5% en peso referido a la dispersión

Claims (9)

1. Procedimiento para la preparación de dispersiones de poliéster-poliacrilato acuosas con funcionalidad hidroxi con un contenido de codisolventes del 0 al 5% en peso, referido a la dispersión, caracterizado porque en una primera etapa se prepara un polímero (P) mediante polimerización
de una mezcla de monómeros de vinilo A1) a A4) aptos para la copolimerización por radicales que contiene unidades estructurales seleccionadas del grupo de los compuestos:
A)
A1)
ésteres de ácido (met)acrílico sin grupos OH, dado el caso mezclados con compuestos aromáticos de vinilo,
A2)
monómeros de vinilo con funcionalidad hidroxi y/o ésteres de ácido (met)acrílico con funcionalidad hidroxi,
A3)
monómeros iónicos y/o potencialmente iónicos aptos para la polimerización por radicales, así como
A4)
otros monómeros distintos de los compuestos de los componentes A1) a A3) aptos para la polimerización por radicales
en presencia
B) de uno o varios compuesto(s) de fórmula general (I)
3
en la que
R^{1}
es un resto alifático, aralifático o aromático con 1 a 18 átomos de carbono,
R^{2}
es H o CH_{3},
R^{3}/R^{4} son restos alifáticos iguales o diferentes con 1 a 7 átomos de carbono y
n
es 1 a 4,
y luego se mezcla en una segunda etapa con
uno o varios polioléster(es) C) con un índice de hidroxilo de 10 a 500 mg de KOH/g de sustancia y un índice de acidez de > 0,5 a \leq 30 mg de KOH/g de sustancia y la mezcla de polímeros así obtenida se dispersa a continuación en agua en otra etapa antes o después de la adición de un agente de neutralización.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto B) se dispone en un recipiente de reacción y los monómeros insaturados A1) a A4) se dosifican y se polimerizan utilizando un iniciador de radicales.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se realiza una adición y polimerización en dos etapas de los monómeros insaturados A1) a A4), añadiéndose en la primera etapa (i) una mezcla de monómeros con funcionalidad hidroxi (A') con un índice de OH de 12 a 350 mg de KOH/g de sólido y un índice de acidez de 0 a 50 mg de KOH/g de sólido al compuesto B) previamente dispuesto, mezclándose entre sí 50 al 90% en peso del componente A1), 2 al 50% en peso del componente A2), 0 al 7% en peso del componente A3) y 0 al 50% en peso del componente A4), y a continuación en una segunda etapa (ii) a la mezcla de reacción obtenida a partir de la etapa (i) se añade otra mezcla de monómeros (A'') de monómeros de los componentes A1) a A4), presentando esta mezcla de monómeros un índice de OH de 10 a 350 mg de KOH/g de sólido y un índice de acidez de 50 a 300 mg de KOH/g de sólido y conteniendo la mezcla de monómeros (A'') de la etapa (ii) 45 al 85% en peso del componente A1), 1 al 50% en peso del componente A2), 3 al 30% en peso del componente A3) y 0 al 50% en peso del componente A4), sumando los datos en % de la composición de monómeros (A') y (A'') el 100% en peso.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los compuestos B) de fórmula general (I) son productos de reacción de ésteres glicidílicos de ácidos carboxílicos alifáticos (\alpha) con ácidos carboxílicos alifáticos, aralifáticos o aromáticos (\beta).
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque los compuestos B) de fórmula general (I) son ésteres glicidílicos de ácidos Versatic® como (\alpha) en combinación con ácido adípico como componente (\beta).
6. Dispersiones de poliéster-poliacrilato que pueden obtenerse mediante el procedimiento según la reivindicación 1.
7. Dispersiones de poliéster-poliacrilato según la reivindicación 6, caracterizadas porque el contenido de codisolvente asciende a del 1 al 3% en peso, referido a la dispersión.
8. Uso de las dispersiones de poliéster-poliacrilato según la reivindicación 6 para la preparación de recubrimientos de dos componentes.
9. Uso de las dispersiones de poliéster-poliacrilato según la reivindicación 6 para la preparación de barnices de cubrición y transparentes.
ES05023724T 2004-11-11 2005-10-29 Dispersiones de poliester-poliacrilato con diluyente reactivo basado en esteres con funcionalidad hidroxi. Active ES2325271T3 (es)

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