ES2338377T3 - Composicion de polimero de resina epoxidica y polisiloxano. - Google Patents
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Abstract
Una composición de polímero de resina epoxídica y polisiloxano, reticulado, que es un producto de reacción de los ingredientes que consisten esencialmente en: un componente resina basado en una mezcla de una resina epoxídica no aromática que tiene al menos dos grupos 1,2-epóxido con un polisiloxano; un componente endurecedor de amina difuncional, que puede estar sustituido totalmente o en parte con un aminosilano; un catalizador; un pigmento o componente agregado; y agua, y comprendiendo opcionalmente hasta 10 por ciento en peso de modificadores y agentes seleccionados del grupo que consiste en: modificadores reológicos, plastificantes, agentes antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes humectantes de pigmentos, extendedores bituminosos y asfálticos, agentes antienturbiamiento, diluyentes, estabilizantes de luz ultravioleta, agentes de liberación de aire, agentes auxiliares de dispersión y mezclas de los mismos.
Description
Composición de polímero de resina epoxídica y
polisiloxano.
La invención se refiere a composiciones a base
de resina epoxídica útiles para recubrimientos protectores y
similares y, más específicamente, a una composición de polímero de
resina epoxídica y polisiloxano con propiedades mejoradas de
flexibilidad, resistencia a la intemperie, resistencia a la
compresión y resistencia química.
Los materiales de recubrimiento epoxídico son
bien conocidos y han logrado aceptación comercial como
recubrimientos protectores y decorativos para: acero, aluminio,
galvanizado, madera y hormigón en los mercados de mantenimiento,
marinos, de la construcción, de la arquitectura, de aeronaves y de
acabado de productos. Las materias primas básicas usadas para
preparar estos recubrimientos comprenden en general como componentes
esenciales: (a) una resina epoxídica (b) un endurecedor y (c) un
pigmento o componente agregado.
Los materiales de recubrimiento a base de resina
epoxídica, conocidos, contienen con frecuencia diversos componentes
además de la resina epoxídica, endurecedor y pigmento/agregado,
tales como diluyentes no reactivos y reactivos incluyendo mono- y
diepóxidos, plastificantes, extendedores bituminosos y asfálticos,
activadores de la adhesión, agentes de suspensión y tixótropos,
tensioactivos, inhibidores de la corrosión, estabilizantes de luz
ultravioleta, catalizadores y modificadores reológicos. Los
componentes tanto resina como endurecedor también pueden contener
disolventes orgánicos volátiles que se usan para disminuir la
viscosidad de la composición, proporcionando de ese modo una
consistencia adecuada para la aplicación por pulverización con
equipo de pulverización con aire, sin aire y electrostática,
convencional.
Los recubrimientos protectores a base de resina
epoxídica poseen muchas propiedades que los hacen deseables como
materiales de recubrimiento. Están fácilmente disponibles y se
aplican fácilmente por una variedad de métodos incluyendo:
pulverización, rodadura y barnizado con pincel. Se adhieren bien al
acero, al hormigón y a otros substratos, tienen bajos índices de
transmisión de vapor húmedo y actúan como barreras para la entrada
de agua, ión cloruro y sulfato, proporcionan excelente protección a
la corrosión en una variedad de condiciones de exposición
atmosférica y presentan buena resistencia a muchos productos
químicos y disolventes.
Los materiales de recubrimiento a base de resina
epoxídica en general no presentan buena resistencia al desgaste a
la luz del sol. Aunque dichos recubrimientos mantienen su
resistencia química y a la corrosión, exposición a luz
ultravioleta, el componente de la luz solar da como resultado un
fenómeno de degradación de la superficie conocido como
desintegración en polvo, que cambia tanto el brillo como el color
del recubrimiento original. En el caso de que se desee o se
requiera retención del color y del brillo, los recubrimientos
protectores a base de resina epoxídica se aplican típicamente como
recubrimiento de acabado con un recubrimiento más resistente a la
intemperie, por ej., un recubrimiento de poliuretano alquídico,
vinílico o alifático. El resultado final es un sistema de dos o a
veces tres capas que proporciona resistencia a la corrosión y
resistencia a la intemperie, pero que es también trabajoso y caro
de aplicar.
Así, aunque los materiales de recubrimiento a
base de resina epoxídica han logrado amplia aceptación comercial,
sin embargo queda la necesidad de materiales a base de resina
epoxídica con retención mejorada de color y brillo, mejor
resistencia química y a la corrosión y resistencia mejorada al abuso
mecánico. Se necesitan nuevos materiales de recubrimiento de resina
epoxídica para satisfacer los nuevos reglamentos gubernamentales
sobre medio ambiente y riesgos para la salud. Se requieren
materiales de recubrimiento de resina epoxídica con retención
mejorada de color y brillo dondequiera que se puedan exponer a la
luz del sol. Es deseable un recubrimiento de resina epoxídica que
no experimente desintegración en polvo y no requiera una mano de
acabado resistente a la intemperie. Se requieren materiales de
recubrimiento con resistencia química, a la corrosión, al impacto y
a la abrasión, mejorada, para estructuras de contención química
tanto primarias como secundarias, para proteger el acero y el
hormigón en las industrias químicas, de generación de energía, de
vagones, de aguas residuales y de tratamiento de aguas de desecho y
de elaboración de papel y pulpa.
Hasta este momento, se han obtenido
recubrimientos epoxídicos con resistencia a la intemperie mejorada
por modificación con resina acrílica o por curado de manera
inherente de resinas epoxídicas resistentes a la intemperie, por
ej., sorbitol glicidil éteres, productos de reacción hidrogenados de
bisfenol A y epiclorhidrina y más recientemente las resinas de
melamina coeterificadas con funciones epoxi de Monsanto con
poliamida, amina cicloalifática o resinas acrílicas con funciones
carboxilo o de poliéster. Otra solución ha sido usar resinas de
poliéster epoxidizadas en combinación con ciertos vehículos con
funciones carboxilo. Aunque estos recubrimientos presentan
resistencia a la intemperie mejorada, su resistencia química y a la
corrosión es, en general, inferior a la de los recubrimientos a
base de resina epoxídica descritos previamente.
En la patente internacional WO 96/16109 se
describe una composición de recubrimiento de resina epoxídica y
polisiloxano que comprende (a) un componente de resina que incluye
una resina epoxídica no aromática con al menos dos grupos
1,2-epóxido por molécula; un polisiloxano y un
organosilano; (b) un componente endurecedor de amina sustituido
totalmente o en parte con un aminosilano; (c) un catalizador de
organoestaño; y (d) un componente pigmento o agregado. Estos
componentes se combinan en presencia de una cantidad suficiente de
agua para fomentar la hidrólisis de polisiloxano y/o
organooxisilano y la policondensación de los silanoles producidos
por tal hidrólisis.
Por lo tanto, es un objeto de la presente
invención proporcionar una composición de recubrimiento a base de
resina epoxídica con resistencia química, a la corrosión y a la
intemperie, mejorada.
Se prepara una composición de resina epoxídica y
polisiloxano de acuerdo con principios de esta invención, por
combinación de los siguientes ingredientes:
- (a)
- un componente de resina a base de una mezcla de una resina epoxídica no aromática con al menos dos grupos 1,2-epóxido con un polisiloxano;
- (b)
- un componente endurecedor de amina difuncional que se puede sustituir totalmente o en parte con un aminosilano;
- (c)
- un catalizador opcional;
- (d)
- un componente pigmento o agregado y
- (e)
- agua.
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La composición de resina epoxídica y
polisiloxano se prepara usando en el intervalo de
10-60 por ciento en peso del ingrediente resina
epoxídica no aromática, 15 a 60 por ciento en peso de polisiloxano,
5 a 40 por ciento en peso de endurecedor de amina y hasta cinco por
ciento en peso de catalizador.
Los ingredientes identificados anteriormente
reaccionan para formar una composición de red no interpenetrante
que comprende un copolímero de resina epoxídica y polisiloxano en
fase continua. Las composiciones de resina epoxídica y polisiloxano
de esta invención muestran resistencia mejorada a la luz
ultravioleta y al desgaste a la luz del sol así como resistencia
química y a la corrosión, mejorada, cuando se compara con
recubrimientos a base de resina epoxídica convencionales.
Adicionalmente, las composiciones de resina epoxídica y polisiloxano
de esta invención muestran retención de color y brillo que se
aproxima a un nivel presentado por poliuretanos alifáticos y
dependiendo de la aplicación, se puede eliminar la necesidad de
recubrimiento de acabado.
La composición de resina epoxídica y
polisiloxano se prepara, de acuerdo con principios de esta
invención, combinando en presencia de agua:
- (a)
- un componente resina que comprende una resina epoxídica no aromática y polisiloxano;
- (b)
- un componente endurecedor;
- (c)
- un catalizador de organoestaño opcional y
- (d)
- un componente pigmento y/o agregado, opcional.
\vskip1.000000\baselineskip
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de esta invención también pueden contener otros
componentes tales como: modificadores reológicos, plastificantes,
agentes tixotrópicos, antiespumantes y disolventes y similares,
para conseguir las propiedades deseadas buscadas por el usuario.
El componente resina comprende una mezcla de
resina epoxídica y polisiloxano. Las resinas epoxídicas útiles en
la formación de la composición de resina epoxídica y polisiloxano
son resinas epoxídicas hidrogenadas, no aromáticas, que contienen
más de un grupo 1,2-epóxido por molécula. Una resina
epoxídica no aromática, preferida, comprende dos grupos
1,2-epóxido por molécula. La resina epoxídica está
preferiblemente en forma líquida más bien que sólida, presenta un
peso equivalente de epóxido en el intervalo de 100 a 5.000 y
presenta una reactividad de dos.
Las resinas epoxídicas preferidas incluyen
ciclohexanodimetanol hidrogenado, no aromático y diglicidil éteres
de resinas epoxídicas de tipo Bisfenol A, hidrogenadas, tales como
Epon DPL-862, Eponex 1510, Heloxy 107 y Eponex 1513
(resina epoxídica de bisfenol A y epiclorhidrina hidrogenada) de
Shell Chemical en Houston, Texas; Santolink LSE-120
de Monsanto situada en Springfield, Massachusetts; Epodil 757
(ciclohexanodimetanol diglicidil éter) de Pacific Anchor situada en
Allentown, Pennsylvania; Araldite XUGY358 y PY327 de Ciba Geigy
situada en Hawthorne, Nueva York; Epirez 505 de
Rhone-Poulenc situada en Lousiville, Kentucky;
Aroflint 393 y 607 de Reichold Chemicals situada en Pensacola,
Florida y ERL4221 de Union Carbide situada en Tarrytown, Nueva
York. Otras resinas epoxídicas no aromáticas, adecuadas, incluyen
DER 732 y DER 736; Heloxy 67, 68, 107, 48, 84, 505 y 71 cada una de
Shell Chemical; PolyBD-605 de Arco Chemical de
Newtown Square, Pennsylvania; Erisys GE-60 de CVC
Specialty Chemicals, Cherry Hill, Nueva Jersey y Fineclad A241 de
Reichold Chemical.
Se desean dichas resinas epoxídicas,
hidrogenadas, no aromáticas, por su limitada reactividad de dos, que
activan la formación de un polímero epoxídico lineal y coartan la
formación de un polímero epoxídico, reticulado. Se cree que el
polímero epoxídico lineal, resultante, formado por adición del
endurecedor a la resina epoxídica es responsable de la resistencia
a la intemperie exaltada de esta composición. El uso de dichas
resinas epoxídicas, no aromáticas, para formar un recubrimiento
protector resistente a la intemperie nunca se ha explorado antes
debido a la limitada reactividad de la resina epoxídica y por lo
tanto, la incapacidad percibida de la resina para curarse para
formar un recubrimiento protector.
Una composición de resina epoxídica y
polisiloxano, preferida, comprende resina epoxídica en el intervalo
de 10 a 60 por ciento en peso. Si la composición comprende menos de
10 por ciento en peso de resina epoxídica, se comprometerá la
resistencia química del recubrimiento. Si la composición comprende
más de 60 por ciento en peso de resina epoxídica, se comprometerá
la resistencia a la intemperie del recubrimiento. Una composición
preferida en particular comprende aproximadamente 25 por ciento en
peso de resina epoxídica no aromática.
Con respecto al polisiloxano usado para preparar
el componente resina, los polisiloxanos preferidos incluyen, pero
sin limitarse a ellos, los que tienen la siguiente fórmula:
donde cada R1 se selecciona del
grupo que consiste en el grupo hidroxi y los grupos alquilo, arilo y
alcoxi con hasta seis átomos de carbono. Cada R2 se selecciona del
grupo que consiste en hidrógeno y los grupos alquilo y arilo con
hasta seis átomos de carbono. Se prefiere que R1 y R2 comprendan
grupos con menos de seis átomos de carbono para facilitar la
hidrólisis rápida del polisiloxano, cuya reacción se conduce por la
volatilidad del producto análogo alcohol de la hidrólisis. Los
grupos R1 y R2 con más de seis átomos de carbono tienden a reducir
la hidrólisis del polisiloxano debido a la relativamente baja
volatilidad de cada análogo de
alcohol.
Se prefiere que el "n" se selecciona a fin
de que el ingrediente polisiloxano tenga un peso molecular en el
intervalo de 400 a 10.000. Un ingrediente polisiloxano que tenga un
peso molecular menor que 400 puede producir una composición que
sería frágil. Un ingrediente polisiloxano que tenga un peso
molecular mayor que 10.000 puede producir una composición con una
viscosidad fuera de un intervalo deseado de 3 a 15 Pa.s [3.000 a
15.000 centipoises (cP)] a 20ºC, haciendo la composición demasiado
viscosa para su aplicación sin añadir disolvente en exceso con
respecto a los requerimientos de contenido orgánico volátil actual
(VOC, por sus siglas en inglés).
Los ingredientes polisiloxano preferidos son
polisiloxanos con funciones alcoxi y silanol. Los polisiloxanos con
funciones alcoxi preferidos en particular incluyen, pero no se
limitan a, DC-3074 y DC-3037 de Dow
Corning; GE SR191, SY-550 y SY-231
de Wacker situada en Adrian, Michigan. Los polisiloxanos con
funciones silanol preferidos incluyen, pero no se limitan a,
compuestos intermedios DC840, Z6018, Q1-2530 y
6-2230 de Dow Corning.
Una composición de resina epoxídica y
polisiloxano preferida comprende polisiloxano en el intervalo de 15
a 60 por ciento en peso. Usar una cantidad del ingrediente
polisiloxano fuera de este intervalo puede producir una composición
con resistencia a la intemperie y resistencia química inferiores.
Una composición de resina epoxídica y polisiloxano preferida, en
particular, comprende aproximadamente 30 por ciento en peso de
polisiloxano.
El componente endurecedor comprende una amina
elegida de las clases generales de aminas alifáticas, aductos de
amina alifática, poliamidoaminas, aminas cicloalifáticas y aductos
de amina cicloalifática, aminas aromáticas, bases de Mannich y
cetiminas. Un componente endurecedor preferido comprende una amina
difuncional, es decir, una amina con dos hidrógenos activos, que se
pueden sustituir totalmente o en parte con un aminosilano que tenga
la fórmula general:
donde Y es H(HNR)a y
donde "a" es igual a uno, cada R es un radical orgánico
difuncional seleccionado independientemente del grupo que consiste
en radicales: arilo, alquilo, dialquilarilo, alcoxialquilo y
cicloalquilo y donde R puede variar dentro de cada molécula Y. Cada
X puede ser lo mismo o diferente y está limitado a grupos: alquilo,
hidroxialquilo, alcoxialquilo e hidroxialcoxialquilo que contengan
menos de seis átomos de carbono. Al menos 0,7 equivalentes de amina
o 0,2 moles de aminosilano por equivalente de resina epoxídica
pueden estar presentes en el componente
endurecedor.
Los aminosilanos preferidos incluyen, pero no se
limitan a, aminoetil aminopropiltrietoxisilano,
n-fenilaminopropiltrimetoxisilano,
trimetoxisililpropildietilenotriamina,
3-(3-aminofenoxi)propiltrimetoxisilano,
aminoetilaminometilfeniltrimetoxisilano,
2-aminoetil-3-aminopropil,
tris-2-etilhexoxisilano,
n-aminohexilaminopropiltrimetoxisilano y
trisaminopropiltrismetoxietoxisilano.
Los fabricantes y los nombres comerciales de
algunos aminosilanos útiles en la presente invención se enumeran en
la Tabla 1.
Los aminosilanos preferidos son silanos
difuncionales que incluyen aminopropiltrimetoxisilano y
aminopropiltrietoxisilano. Un aminosilano preferido en particular
es A1100 de Union Carbide. Se desea un aminosilano difuncional
debido a que se ha encontrado que la combinación de un aminosilano
con una reactividad de dos, es decir, que tiene sólo dos hidrógenos
amínicos, reacciona con la resina epoxídica no aromática, que tiene
también una reactividad de dos, para formar un polímero epoxídico
no reticulado, lineal, que muestra resistencia a la intemperie
mejorada.
Dichas aminas y aminosilanos preferidos producen
composiciones de resina epoxídica y polisiloxano que, cuando se
aplican como recubrimiento de substrato, presentan mejor resistencia
a la intemperie en términos de retención tanto de color como de
brillo. Una composición de resina epoxídica y polisiloxano preferida
comprende amina y/o aminosilano en el intervalo de 5 a 40 por
ciento en peso. Usar una cantidad del ingrediente amina y/o
aminosilano fuera de este intervalo puede producir una composición
que tenga resistencia a la intemperie y resistencia química
inferiores. Una composición de resina epoxídica y polisiloxano
preferida en particular comprende aproximadamente 15 por ciento en
peso de amina y/o aminosilano. De acuerdo con esto, una composición
de recubrimiento preferida de acuerdo con la práctica de la presente
invención puede comprender una relación en peso de polisiloxano a
amina y/o aminosilano de aproximadamente dos a uno.
En la preparación de composiciones de resina
epoxídica y polisiloxano de la presente invención, la proporción de
componente endurecedor a componente resina puede variar por un
amplio intervalo, sin tener en cuenta si el endurecedor se elige de
las clases generales de aminas o de un aminosilano de la fórmula
general anterior o cualquier combinación de los mismos. En general,
el componente resina epoxídica se cura con suficiente endurecedor
para proporcionar peso equivalente de amina de al menos 0,7 a 1,2
por 1 peso equivalente de epóxido o con al menos 0,2 moles de
aminosilano por peso equivalente de epóxido. Si la cantidad de
endurecedor añadida proporciona menos de 0,7 de peso equivalente de
amina por peso equivalente de epóxido, la composición de
recubrimiento y de revestimiento de suelos producida presentará un
tiempo de curado reducido y tendrá resistencia a la intemperie y
resistencia química inferiores. Si la cantidad de endurecedor
añadida proporciona más de 1,2 de peso equivalente de amina por
peso equivalente de epóxido, la composición de recubrimiento y de
revestimiento de suelos producida presentará rojez o untuosidad
superficial.
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de esta invención se formulan por aplicación con equipo
convencional de pulverización con aire, sin aire, sin aire y con
aire y electrostática, brocha o rodillo. Se desea que las
composiciones se usen como recubrimientos protectores para: acero,
galvanizado, aluminio, hormigón y otros substratos en espesores de
película seca en el intervalo de 25 micrómetros a dos milímetros.
De acuerdo con esto, los ingredientes pigmento o agregado útiles en
la formación de la composición se seleccionan de un material de
tamaño de partícula fino, que tenga preferiblemente al menos 90 por
ciento en peso mayor que el tamaño de tamiz de malla 325 US.
Se pueden seleccionar pigmentos adecuados de
pigmentos coloreados orgánicos e inorgánicos, que pueden incluir:
dióxido de titanio, negro de carbón, negro de humo, óxido de cinc,
óxidos de hierro rojos, amarillos, marrones y negros, naturales y
sintéticos, toluidina y amarillo de bencidina, azul y verde de
ftalocianina y violeta de carbazol y pigmentos extendedores
incluyendo: sílice molida y cristalina, sulfato de bario, silicato
de magnesio, silicato de calcio, mica, óxido de hierro micáceo,
carbonato de calcio, polvo de cinc, aluminio y silicato de
aluminio, yeso, feldespato y similares. Se entiende que la cantidad
de pigmento que se usa para formar la composición varía dependiendo
de la aplicación de la composición particular y puede ser cero
cuando se desea una composición clara. Una composición de resina
epoxídica y polisiloxano preferida puede comprender hasta 50 por
ciento en peso de pigmento y/o agregado de tamaño de partícula fino.
Usar más de 50 por ciento en peso de pigmento y/o ingrediente
agregado de tamaño de partícula fino puede producir una composición
que sea demasiado viscosa para su aplicación. Dependiendo del uso
final particular, una composición de recubrimiento preferida puede
comprender aproximadamente 20 por ciento en peso de agregado y/o
pigmento de tamaño de partícula fino.
El pigmento y/o ingrediente agregado se añade
típicamente a la porción de resina epoxídica del componente resina
y se dispersa con un mezclador Cowles a finura de molienda de al
menos 3 Hegman o alternativamente, se hace pasar por un molino de
bolas o un molino de arena para la misma finura de molienda antes de
la adición del ingrediente polisiloxano. La selección de un
pigmento o agregado de tamaño de partícula fino y la dispersión o
la molienda a molienda de 3 Hegman, permite la atomización de
componentes de resina mezclados y curados con equipo convencional
de pulverización con aire, sin aire y con aire, sin aire y
electrostática y proporciona un aspecto de la superficie uniforme,
liso, después de su aplicación.
El agua es un ingrediente importante de la
presente invención y debería estar presente en una cantidad
suficiente para producir tanto la hidrólisis del polisiloxano como
la posterior condensación de los silanoles. Las fuentes de agua son
principalmente humedad atmosférica y humedad adsorbida en el
pigmento o material compuesto. Se puede añadir agua adicional para
acelerar el curado dependiendo de condiciones ambientales, tales
como el uso de la composición de recubrimiento y de revestimiento
de suelos en entornos áridos. Una composición de resina epoxídica y
polisiloxano preferida comprende hasta una cantidad estequiométrica
de agua para facilitar la hidrólisis. Las composiciones que se
preparan sin agua añadida pueden no contener la cantidad de humedad
necesaria para las reacciones de hidrólisis y condensación y, por lo
tanto, pueden producir una composición producto con un grado
insuficiente de resistencia a la luz ultravioleta, a la corrosión y
química. Las composiciones que se preparan usando más de dos por
ciento en peso de agua tienden a hidrolizarse y polimerizarse para
formar un gel indeseable antes de su aplicación. Una composición de
resina epoxídica y polisiloxano preferida en particular se prepara
usando aproximadamente uno por ciento en peso de agua.
Si se desea, se puede añadir agua a cualquiera,
la resina epoxídica o el endurecedor de poliamina. Otras fuentes de
agua pueden incluir cantidades traza presentes en la resina
epoxídica, endurecedor de poliamina, disolvente diluidor u otros
ingredientes. El agua también se puede incorporar usando cetiminas o
mezclas de alcohol-disolvente-agua,
como se describe en la patente de EE.UU. Nº 4.250.074. Sin tener en
cuenta su fuente, la cantidad total de agua que se usa debería ser
la cantidad estequiométrica necesaria para facilitar la reacción de
hidrólisis. El agua que excede de la cantidad estequiométrica es
indeseable puesto que el exceso de agua actúa reduciendo el brillo
superficial de la composición producto curada finalmente.
Se puede añadir hasta cinco por ciento en peso
de catalizador al componente resina o se puede añadir como un
componente completamente separado para acelerar el secado y curado
de los materiales de recubrimiento y revestimiento de suelos,
epoxídico, modificado, de la presente invención. Los catalizadores
útiles incluyen secadores de metal bien conocidos en la industria
de las pinturas, por ej., cinc, manganeso, circonio, titanio,
cobalto, hierro, plomo y estaño, cada uno en forma de octoatos,
neodecanatos y naftanatos. Los catalizadores adecuados incluyen
catalizadores de organoestaño con la fórmula general:
donde R5 y R6 se seleccionan cada
uno del grupo que consiste en los grupos: alquilo, arilo y alcoxi
con hasta once átomos de carbono y donde R7 y R8 se seleccionan
cada uno de los mismos grupos que R5 y R6 o del grupo que consiste
en átomos inorgánicos tales como: halógenos, azufre u oxígeno. Se
pueden usar: dilaurato de dibutilestaño, diacetato de
dibutilestaño, organotitanatos, acetato de sodio y poliaminas
secundarias o terciarias, alifáticas, incluyendo: propilamina,
etilaminoetanol, trietanolamina, trietilamina y metildietanolamina,
solos o en combinación para acelerar la policondensacion
hidrolítica de polisiloxano y silano. Un catalizador preferido es el
dilaurato de
dibutilestaño.
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de la presente invención presentan en general baja
viscosidad y se pueden aplicar pulverizadas sin la adición de un
disolvente. Sin embargo, se pueden añadir disolventes orgánicos
para mejorar la atomización y la aplicación con equipo de
pulverización electrostática o para mejorar el flujo y la
igualación y el aspecto cuando se aplica por brocha, rodillo o
equipo clásico de pulverización con aire y sin aire. Los
disolventes ejemplares útiles para este fin incluyen: ésteres,
éteres, alcoholes, cetonas, glicoles y similares. La cantidad
máxima de disolvente añadida a las composiciones de la presente
invención está limitada por los reglamentos gubernamentales bajo la
Ley del Aire Limpio a aproximadamente 420 gramos de disolvente por
litro de la composición.
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de la presente invención pueden contener también:
modificadores reológicos, plastificantes, antiespumantes, agentes
tixotrópicos, agentes humectantes de pigmentos, extendedores
bituminosos y asfálticos, agentes antienturbiamiento, diluyentes,
estabilizantes de la luz ultravioleta, agentes de liberación de
aire y agentes auxiliares de dispersión. Una composición de resina
epoxídica y polisiloxano preferida puede comprender hasta diez por
ciento en peso de dichos modificadores y agentes.
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de la presente invención se suministran como un sistema
de dos envases en contenedores a prueba de humedad. Un envase
contiene la resina epoxídica, polisiloxano, cualquier pigmento y/o
ingrediente agregado, aditivos y disolvente si se desea. El segundo
envase contiene poliamina y/o aminosilano y opcionalmente
catalizadores o agentes de aceleración.
Las composiciones de resina epoxídica y
polisiloxano de la presente invención se pueden aplicar y curar
completamente en condiciones de temperatura normal en el intervalo
de -6ºC a 50ºC. A temperaturas por debajo de -18ºC el curado se
retarda seriamente. Sin embargo, se pueden aplicar las composiciones
de la presente invención bajo estufa o temperaturas de curado hasta
150ºC a 200ºC.
Aunque no se desea estar limitado por ninguna
teoría particular, se cree que las composiciones de resina epoxídica
y polisiloxano de la presente invención se curan por: (1) la
reacción de la resina epoxídica con el endurecedor de amina y/o
aminosilano para formar cadenas de polímero epoxídico; (2) la
policondensación hidrolítica del ingrediente polisiloxano para
producir alcohol y polímero de polisiloxano y (3) la
copolimerización de las cadenas de polímero epoxídico con el
polímero de polisiloxano para formar una composición de polímero de
resina epoxídica y polisiloxano totalmente curado. Cuando se usa un
aminosilano para preparar el componente endurecedor, el resto amino
del aminosilano experimenta la reacción de adición de la resina
epoxídica y la amina y el resto silano del aminosilano experimenta
policondensación hidrolítica con el polisiloxano. En su forma
curada, la composición de resina epoxídica y polisiloxano se
encuentra como una disposición uniformemente dispersada de
fragmentos de cadena epoxídica lineales que se reticulan con una
cadena de polímero de polisiloxano continua, formando de ese modo
una estructura química de red de polímero no interpenetrante (IPN,
por sus siglas en inglés) que presenta ventajas sustanciales sobre
los sistemas epoxídicos convencionales.
Cuando se combinan los ingredientes, se cree que
el resto silano del ingrediente aminosilano se condensa con el
ingrediente polisiloxano y la resina epoxídica experimenta extensión
de cadena por reacción con los grupos amino colgantes del
polisiloxano para formar una composición de polímero de resina
epoxídica y polisiloxano completamente curado. En dicha reacción,
se cree que la resina epoxídica actúa como un potenciador de la
reticulación que se añade a la densidad de reticulación de la
composición sin disminuir las características beneficiosas del
polisilo-
xano.
xano.
En aislamiento, la resina epoxídica reacciona
con el aminosilano para formar fragmentos de cadena de polímero
epoxídico y el polisiloxano y el aminosilano experimentan
policondensación hidrolítica para formar un polímero de
polisiloxano. La cinética de la reacción para cada polimerización es
sustancialmente diferente, evitándose de ese modo la formación de
IPN. Por ejemplo, el tiempo para la polimerización de la resina
epoxídica es seis veces la de la polimerización del polímero de
polisiloxano. Se cree que la cantidad de tiempo relativamente mayor
necesaria para polimerizar la resina epoxídica no aromática se debe
a la no reactividad inherente de las resinas epoxídicas no
aromáticas, cuando se compara con la alta reactividad de resinas
epoxídicas aromáticas o insaturadas.
Por último, las propiedades químicas y físicas
de la composición de resina epoxídica y polisiloxano de la presente
invención están afectadas por la elección juiciosa de la resina
epoxídica, el polisiloxano, el endurecedor de amina y/o aminosilano
y los componentes pigmento o agregado. Una composición de resina
epoxídica y polisiloxano que se prepare por combinación de un
aminosilano difuncional con una resina epoxídica no aromática,
muestra resistencia mejorada a la caústica, es resistente a la
intemperie, permite que se pueda volver a recubrir infinitamente,
proporciona mejor resistencia a la abrasión que la de un
poliuretano, que es completamente imprevisible debido a que como se
sabe los polímeros de siloxano y los polímeros epoxídicos presentan
una malísima resistencia a la abrasión. Las composiciones de resina
epoxídica y polisiloxano de la presente invención presentan una
mejora inesperada y sorprendente en la resistencia a la corrosión
química y a la intemperie así como alta resistencia a la tracción y
a la compresión y excelente resistencia al impacto y a la
abrasión.
\newpage
Estas y otras características de la presente
invención llegarán a ser más evidentes considerando los siguientes
ejemplos. Se hace referencia a la Tabla 2 para una descripción de
los ingredientes usados en los Ejemplos 1 a 4. En cada ejemplo, los
ingredientes usados se combinan en las proporciones descritas en
peso en gramos.
Los Ejemplos 1 a 4 describen la preparación del
componente resina de la composición y la combinación del pigmento o
material compuesto de la presente invención como se usa para fines
de recubrimiento. En cada ejemplo, los tipos y las proporciones de
los ingredientes usados para preparar la mezcla de resina y pigmento
varían ligeramente. Una porción de cada mezcla de resina y pigmento
como se prepara en cada ejemplo, se combina después con diversos
componentes endurecedores y disolventes en diferentes proporciones,
como se muestra en la Tabla 3. En cada composición de resina
epoxídica y polisiloxano resultante se analizó el tiempo de curado,
la resistencia a la intemperie, la resistencia a la corrosión y la
resistencia química, como se muestra en la Tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó una mezcla de resina y pigmento por
combinación de 385 gramos de Eponex 1513 (resina epoxídica), 5
gramos de Nuosperse 657 (agente humectante de pigmentos), 5 gramos
de BYK 080 (antiespumante), 10 gramos de Dislon 6500 (agente
tixotrópico) y 338 gramos de Tioxide RTC60 (dióxido de titanio). Se
añadieron los ingredientes a un bote de un cuartillo (0,95 l) y se
dispersaron a finura de molienda de 5 Hegman usando un disolvedor
Cowles accionado por motor neumático. Esto requirió 20 minutos,
tiempo después del cual se añadieron 432 gramos de
DC-3074 (polisiloxano) y se agitó después la mezcla
combinada hasta que fue uniforme. La mezcla de resina presentó una
viscosidad de Brookfield de aproximadamente 10 Pa.s (10.000 cP) a
70ºF (20ºC) y un peso equivalente calculado de 315 gramos por
equivalente.
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó una mezcla de resina y pigmento por
combinación de 390 gramos de Epodil 757 (resina epoxídica), 5
gramos de Nuosperise 657 (agente humectante de pigmentos), 5 gramos
de BYK 080 (antiespumante), 10 gramos de Dislon 6500 (agente
tixotrópico) y 338 gramos de Tioxide RTC 60 (dióxido de titanio). Se
añadieron los ingredientes a un bote de un cuartillo (0,95 l) y se
dispersaron a finura de molienda de 5 Hegman usando un disolvedor
Cowles accionado por motor neumático. Esto requirió aproximadamente
20 minutos, tiempo después del cual se añadieron 432 gramos de
DC-3074 (polisiloxano) y se agitó la mezcla
combinada hasta que fue uniforme. La mezcla de resina presentó una
viscosidad de Brookfield de aproximadamente 3,8 Pa.s (3.800 cP) a
70ºF (20ºC) y un peso equivalente calculado de 265 gramos por
equivalente.
\vskip1.000000\baselineskip
Se usaron los mismos ingredientes y
procedimiento usados para preparar la mezcla de resina y pigmento
del Ejemplo 1, salvo que se usaron 356 gramos de Aroflint 607
(resina epoxídica) en vez de 385 gramos de Eponex 1513 (resina
epoxídica). La mezcla de resina presentó una viscosidad de
Brookfield de aproximadamente 6,8 Pa.s (6.800 cP) a 70ºF (20ºC) y
un peso equivalente calculado de 338 gramos por equivalente.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de comparación
4
Se preparó una mezcla de resina epoxídica y
pigmento por combinación de 711 gramos de Epon 828 (resina
epoxídica), 5 gramos de Nuosperse 657 (agente humectante de
pigmentos), 5 gramos de BYK 080 (antiespumante), 10 gramos de
Dislon 6500 (agente tixotrópico) y 338 gramos de Tioxide RTC 60
(dióxido de titanio). Este ejemplo de comparación no incluía el
ingrediente polisiloxano. Se añadieron los ingredientes a un bote de
1 cuartillo (0,95 l) y se dispersó a finura de molienda menor que 5
Hegman usando un disolvedor Cowles accionado por motor neumático.
La mezcla se diluyó con 100 gramos de xileno para reducir la
viscosidad y después se mezcló hasta que fue uniforme. La mezcla de
resina presentó una viscosidad de Brookfield de aproximadamente 12
Pa.s (12.000 cP) a 70ºF (20ºC) y el peso equivalente calculado fue
313 gramos por equivalente.
Se mezclaron trescientos gramos de la mezcla de
resina del Ejemplo 1 con 48 gramos de A-1100
(aminopropiltrimetoxisilano) de Union Carbide y 20 gramos de
acetato de butilo (disolvente orgánico). La mezcla se aplicó después
pulverizada a paneles de ensayo de acero limpiado con chorro de
arena, usando una pistola pulverizadora de pulverización por aire
comprimido DeVilbiss. El recubrimiento se secó al tacto en menos de
una hora y se secó completamente en ocho horas. La composición de
recubrimiento mostró brillo a 60º inicialmente de 90.
Se mezclaron las mezclas de resina de los
Ejemplos 1, 2 y 3 y el Ejemplo Comparativo 4 con los endurecedores
y los disolventes mostrados en la Tabla 3 y se aplicaron a paneles
de ensayo de una manera similar.
Se analizó en las composiciones preparadas de
acuerdo con la Tabla 3 el tiempo de curado, la resistencia a la
intemperie, la resistencia a la corrosión y la resistencia química
de acuerdo con los siguientes métodos de ensayo ASTM e
industrial:
- 1.
- ASTM G53, a veces denominado resistencia a la intemperie acelerada QUV, es un análisis acelerado para simular el deterioro de los recubrimientos causado por la luz del sol y el agua como la lluvia o el rocío. Los paneles de ensayo se exponen a ciclos de luz ultravioleta y humedad de condensación, alternos. La degradación se mide por la pérdida de brillo u oxidación y formación de ampollas del recubrimiento.
- 2.
- ASTM B117 mide la resistencia a la corrosión de paneles recubiertos expuestos a pulverización de sales (niebla) en condiciones prescritas. Los paneles se comprueban periódicamente y se evalúa la formación de ampollas y la oxidación, de acuerdo con ASTM D1654. El método de ensayo de la evaluación usa una escala de 1 a 10, indicando 10 sin cambio.
- 3.
- Resistencia Química, Método C117 de Union Carbide, mide la resistencia de los recubrimientos a diez reactivos diferentes. Se pone un mililitro de cada reactivo en el recubrimiento de ensayo y se cubre con un vidrio de reloj. Después de 24 horas, se retiran los reactivos y se evalúa cualquier cambio en una escala de 1 a 10, indicando 10 sin cambio, indicando 8 algún cambio, indicando 6 cambio mayor, indicando 4 fractura parcial e indicando 2 fractura total.
\vskip1.000000\baselineskip
La retención de brillo en la resistencia a la
intemperie acelerada QUV, el análisis de la niebla de sales y los
análisis de manchas químicas muestran claramente que los
recubrimientos formados a partir de composiciones de resina
epoxídica y polisiloxano de la presente invención presentan
resistencia química, a la corrosión y a la intemperie, mejorada,
cuando se compara con las composiciones de recubrimientos a base de
resina epoxídica convencionales.
Claims (8)
1. Una composición de polímero de resina
epoxídica y polisiloxano, reticulado, que es un producto de reacción
de los ingredientes que consisten esencialmente en:
un componente resina basado en una mezcla de una
resina epoxídica no aromática que tiene al menos dos grupos
1,2-epóxido con un polisiloxano;
un componente endurecedor de amina difuncional,
que puede estar sustituido totalmente o en parte con un
aminosilano;
un catalizador;
un pigmento o componente agregado;
y agua,
y comprendiendo opcionalmente hasta 10 por
ciento en peso de modificadores y agentes seleccionados del grupo
que consiste en: modificadores reológicos, plastificantes, agentes
antiespumantes, agentes tixotrópicos, agentes humectantes de
pigmentos, extendedores bituminosos y asfálticos, agentes
antienturbiamiento, diluyentes, estabilizantes de luz ultravioleta,
agentes de liberación de aire, agentes auxiliares de dispersión y
mezclas de los mismos.
2. La composición según la reivindicación 1, en
la que el catalizador es hasta 5 por ciento en peso de la
composición.
3. Una composición de polímero de resina
epoxídica y polisiloxano, reticulado según la reivindicación 1, en
la que el pigmento o componente agregado es hasta 50 por ciento en
peso de la composición.
4. La composición según la reivindicación 1, en
la que el endurecedor de amina incluye un aminosilano que tiene dos
hidrógenos amínicos, reaccionando el aminosilano con los grupos
epoxídicos en la resina epoxídica para formar polímeros de cadena
epoxídicos, y con el polisiloxano para formar polímeros de
polisiloxano, donde los polímeros de cadena epoxídicos y los
polímeros de polisiloxano copolimerizan para formar una composición
de polímero de resina epoxídica y polisiloxano, reticulado
curado.
5. La composición según la reivindicación 1, en
la que el endurecedor de amina es un aminosilano que tiene la
fórmula general:
donde Y es H(HNR)a y
donde a es uno, R es un radical orgánico difuncional seleccionado
independientemente del grupo que consiste en radicales arilo,
alquilo, dialquilarilo, alcoxialquilo y cicloalquilo y donde X está
limitado a los grupos alquilo, hidroxialquilo, alcoxialquilo o
hidroxialcoxialquilo, que contienen menos de seis átomos de
carbono.
6. La composición según la reivindicación 4, que
comprende en el intervalo de 10 a 60 por ciento en peso de resina
epoxídica, 15 a 60 por ciento en peso de polisiloxano y 5 a 40 por
ciento en peso de endurecedor de amina, basado en el peso total de
la composición.
7. La composición según la reivindicación 4, en
la que el polisiloxano se selecciona del grupo que consiste en
polisiloxanos con funciones alcoxi y silanol.
8. La composición según la reivindicación 4, que
comprende peso equivalente de amina en el intervalo de 0,7 a 1,2
por un peso equivalente de epóxido.
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