ES2354451T3 - Agente protector contra la corrosión que forma una capa de pintura y procedimiento para su aplicación sin corriente eléctrica. - Google Patents
Agente protector contra la corrosión que forma una capa de pintura y procedimiento para su aplicación sin corriente eléctrica. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento en dos etapas para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos, caracterizado porque a) en un primer paso, se sumerge el sustrato en un baño de un medio de protección contra la corrosión K que provoca una conversión en la superficie del sustrato, conteniendo el medio de protección contra la corrosión K como mínimo un compuesto con un metal lantánido como catión y/o un metal de un elemento d, con excepción de cromo, como catión y/o un metalato de elemento d, con excepción de metalatos con contenido de cromo, como anión, así como al menos un ácido con capacidad de oxidación, con excepción de ácidos con contenido de fósforo y/o cromo, y b) en un segundo paso, el sustrato tratado según el paso a) se sumerge en un medio de revestimiento EK acuoso para sustratos metálicos, medio que contiene un polímero P dispersable en agua y/o soluble en agua con ligandos A enlazados de modo covalente que forman quelatos en reticulantes V con los iones de metal liberados durante la corrosión del sustrato y/o de la superficie del sustrato, así como con grupos funcionales B que pueden formar enlaces covalentes consigo mismos, con otros grupos B' funcionales complementarios del polímero P y/o con otros grupos B y/o B' funcionales. sumergiéndose el sustrato en los pasos (a) y (b) durante 1 segundo a 15 minutos a una temperatura entre 20 y 90ºC en los baños de los medios de revestimiento K y EK.
Description
Son conocidos procedimientos y medios para el revestimiento contra la corrosión sin aplicación de una corriente eléctrica sobre diferentes substratos metálicos. En comparación con el barnizado por 5 inmersión anódico o catódico (BIA o BIC), en los cuales es necesaria la aplicación de una corriente eléctrica, ofrecen particularmente la ventaja de un proceso más sencillo y barato, así como un tiempo de procesado más corto, con los procedimientos sin corriente eléctrica se pueden especialmente recubrir espacios huecos en los sustratos a revestir o los cantos de los mismos, mejor que con los procedimientos en los que se requiere aplicar una corriente eléctrica. 10
En el revestimiento de protección contra la corrosión sin aplicación de una corriente, también llamado procedimiento ACC (Autophoretic Chemical Coating – Revestimiento químico autoforético) normalmente se utilizan polímeros, por ejemplo polímeros de emulsión, que contienen acrilato o estireno/butadieno estabilizados de forma aniónica. Frente a los procedimientos BIA o BIC arriba mencionados, sin embargo, los procedimientos ACC tienen la desventaja de que las capas precipitadas 15 presentan puntos defectuosos, debido a lo cual el sustrato es claramente más susceptible a la corrosión. Por esta razón, normalmente, se tratan tales capas precipitadas por el procedimiento ACC mediante un lavado posterior con medios de recubrimiento acuosos que contienen cromo para mejorar la protección contra la corrosión en las zonas defectuosas. Recientemente, sin embargo, se ha observado que los medios de revestimiento que contienen cromo presentan grandes problemas en cuanto a la compatibilidad 20 con el medio ambiente y han de clasificarse como con alto grado de riesgo para la salud. Por esta razón se intenta sustituir por completo el cromo en los revestimientos contra la corrosión.
Como consecuencia del desarrollo de medios de revestimiento libres de cromo se ha observado, además, que los medios de revestimiento ACC que contienen sales de lantánidos así como de elementos "d" así como un componente orgánico filmógeno también garantizan una muy alta protección contra la 25 corrosión, comparable a los medios de revestimiento que contienen cromo.
En la WO-A-01/86016 se describe un medio de protección contra la corrosión que contiene un componente de vanadio y otro componente que comprende al menos un metal seleccionado del grupo del circonio, titanio, molibdeno, tungsteno, manganeso y cerio. Para garantizar una buena estabilidad y un alto efecto protector contra la corrosión del medio contra la corrosión es necesario ajustar una determinada 30 proporción entre el vanadio tri- y tetravalente y el contenido total de vanadio y se ha de añadir opcionalmente un compuesto orgánico. El compuesto orgánico sirve en principio para la reducción de los compuestos de vanadio pentavalentes y puede comprender polímeros tales como polivinilalcohol, polietilenglicol, ácido poliacrílico, poliarilamidas y polietileniminas. El efecto del medio de protección contra la corrosión descrito en la WO-A-01/860 16 se basa esencialmente en una proporción determinada entre el 35 vanadio trivalente y el tetravalente dentro del contenido total de vanadio que ha de ajustarse, comparativamente con un alto costo. Esto se consigue, por ejemplo, mediante una mezcla de compuestos de vanadio con diferentes grados de oxidación para el vanadio. Una desventaja de los medios de protección contra la corrosión según la WO-A-01/86016 es la tendencia de los iones metálicos formados a migrar desde el sustrato a través de la capa protectora contra la corrosión precipitada, ya que los polímeros 40 conducen a una formación defectuosa de película.
En la WO-A-99/29927 se describe un medio de protección contra la corrosión acuoso libre de cromo que contiene, como componentes, aniones hexafluoro de titanio (V) y/o circonio (IV), iones de vanadio, iones de metales de transición y ácido fosfórico y/o fosfónico. En una forma de realización preferente del medio de protección contra la corrosión descrito en la WO-A-99/29927 éste contiene además 45 un formador de película orgánico, en particular basado en poliacrilato, que preferentemente es reticulable. La reticulación puede producirse mediante grupos reactivos diferentes en el formador de película mismo o por la adición de aceleradores de endurecimiento ajustados al formador de película. Como ventajosa se describe la aplicación de una capa inorgánica de pasivación y una capa polímera orgánica en el mismo paso de tratamiento, consiguiéndose una suficiente protección contra la corrosión. Una desventaja de los 50 medios de protección contra la corrosión según la WO-A-99/29927 es la tendencia de los iones metálicos formados a migrar desde el sustrato a través de la capa depositada de protección contra la corrosión, ya que los polímeros conducen a una formación defectuosa de película, y la utilización de sustancias ecológicamente críticas, como son, particularmente, los fluoruros.
La WO-A-96/10461 describe un medio acuoso de protección contra la corrosión que contiene, 55 como componentes, aniones con un átomo central seleccionado del grupo de titanio, circonio, hafnio, silicio y, al menos, 4 átomos de flúor como ligando y una dispersión polímera orgánica. Como ventajas según la invención se describen, especialmente, la ausencia de cromo y el proceso monofásico durante el revestimiento. La desventaja de la invención según la WO-A-96/10461 consiste en que, al precipitar el medio de protección contra la corrosión sobre la superficie del sustrato, las partículas de la dispersión 60
polímera floculan y forman frente a la superficie una pequeña superficie contacto. Además, las partículas de látex tienen la desventaja de que durante la difusión en espacios huecos o en cantos de sustratos tridimensionales tienen, en comparación con polímeros distribuidos molecularmente dispersos, una menor velocidad de migración. Además, se forman capas con un espesor de entre 1 micra y 1 mm, lo que requiere una cantidad de material correspondiente por unidad de superficie del sustrato a revestir. Otra desventaja 5 es la tendencia de los iones metálicos formados a migrar desde el sustrato a través de la capa precipitada de protección contra la corrosión y la utilización de sustancias ecológicamente críticas, como son, particularmente, los fluoruros.
La DE-A-37 27 382 comprende dispersiones acuosas libres de aductos de cromo de ácidos carboxílicos e isocianatos en epóxidos adecuados para el revestimiento autoforético de superficies 10 metálicas. Tales dispersiones tienen, en forma dispersada, un diámetro de partícula inferior a 300, preferentemente entre 100 y 250 mm, y pueden reticularse, después de la precipitación sobre la superficie metálica, a temperaturas entre 60 y 200ºC. Para la reticulación se utilizan los iniciadores usuales y conocidos de la segregación autoforética tales como, especialmente, el sistema HF/FeF3. Los revestimientos descritos en la DE-A-37 27 382 proporcionan una buena protección contra la corrosión y 15 son, además, resistentes a los disolventes.
También estas partículas de látex tienen la desventaja de que, en caso de difusión en espacios huecos o en cantos de sustratos de conformación tridimensional, tienen una menor velocidad de migración en comparación con los polímeros distribuidos dispersos molecularmente. Además, se forman capas con un espesor de entre 1 micra y 1 mm, lo que requiere una correspondiente cantidad de material por unidad 20 de superficie de sustrato a recubrir. Otra desventaja es la tendencia de los iones de metal formados a migrar desde el sustrato a través de la capa depositada de protección contra la corrosión, y en la utilización de sustancias ecológicamente críticas como, en particular, los fluoruros.
En la US 2003/0187145 A1 se describen medios de revestimiento que, aunque se pueden aplicar sobre metales (en US 2003/018145 A1, [0112]), no se describe ningún efecto de protección contra la 25 corrosión. En especial, se describen en la US 2003/0187145 A1 medios de revestimiento que se utilizan como laca base y/o laca transparente en el lacado en serie de automóviles (en la US 2003/0187145 A1, [0116]), no aplicándose tales medios de revestimiento directamente sobre el sustrato metálico, sino sobre sustratos provistos de otras capas de laca, obteniendo mayores espesores de capa de lo que es usual en la dotación de protección contra la corrosión (por ejemplo en la US 2003/0187145 A1, [0121]). 30
A la vista del estado actual de la técnica arriba indicado, el objeto de la invención consistía en encontrar un procedimiento de protección contra la corrosión que fuera esencialmente inofensivo desde punto de vista ecológico. Particularmente, el procedimiento de protección contra la corrosión debía impedir en gran parte la migración de los iones metálicos formados a partir del sustrato y ofrecer una buena 35 precipitación en cantos y espacios huecos del sustrato. Además, se pretendía reducir lo máximo posible la influencia de iones de metales extraños y conseguir una protección efectiva contra la corrosión con una cantidad de material comparativamente pequeña. El medio de protección contra la corrosión tenía que desarrollar, además, una protección efectiva para la mayor cantidad posible de los múltiples sustratos metálicos diferentes y ser en gran medida independiente del potencial redox del sustrato a revestir. 40
En vista del objeto antes mencionado, se descubrió sorprendentemente un procedimiento de protección contra la corrosión según el cual, antes de la precipitación de un medio de revestimiento EK, se somete el sustrato a un pretratamiento en otro paso previo de procedimiento con un medio de protección contra la corrosión K.
Medio de revestimiento (EK)
Los polímeros P del medio de revestimiento (EK) dispersables en agua y/o solubles en agua portan ligandos A que forman quelatos con los iones de metal liberados durante la corrosión del sustrato y reticulan los grupos funcionales B que pueden formar enlaces covalentes consigo mismos y/o con otros grupos funcionales C en los reticulantes V. 50
En el sentido de la invención, "dispersable o soluble en agua" significa que los polímeros P forman en fase acuosa agregados con un diámetro medio de partícula < 50, preferentemente < 35 nm y en particular < 20 nanómetros, o bien que están disueltos en dispersión molecular. Así, tales agregados se distinguen por su diámetro medio de partícula de forma determinante de las partículas de dispersión que se describen, por ejemplo, en la DE-A-37 27 382 ó WO-A-96/10461. Los polímeros P disueltos dispersos 55 molecularmente tienen normalmente pesos moleculares < 100.000, preferentemente < 50.000, en particular < 20.000 dalton.
El tamaño de los agregados compuestos del polímero P se obtiene de forma conocida en sí mediante la introducción de grupos hidrófilos GH en el polímero P. La cantidad de grupos hidrófilos en el polímero P depende de la capacidad de solvatación y de la accesibilidad estérica de los grupos GH y puede ajustarse por el especialista también de modo conocido en sí. Grupos GH preferentes en el polímero P son grupos sulfato, fosfato, fosfonato, amina, amida y/o carboxilato, particularmente grupos amina y/o fosfonato. 5
Como estructura polímera principal del polímero P puede utilizarse cualquier polímero, preferentemente aquellos con un peso molecular de 1.000 a 50.000 dalton, en especial con peso molecular de 2.000 a 20.000 dalton. Como estructura polímera principal se utilizan preferentemente poliolefinas o poli(met)acrilatos, poliuretanos, polialquileniminas, polivinilaminas, polialquileniminas, poliéteres, políésteres y polialcoholes, los cuales están en particular acetilados y/o esterificados parcialmente. Los 10 polímeros P pueden tener estructura lineal, ramificada y/o dendrítica. Los esqueletos poliméricos especialmente preferentes son polialquileniminas, polivinilaminas, polialcoholes, poli(met)acrilatos y polímeros hiperramificados tales como se describen, por ejemplo, en la WO-A-01/46296.
Preferentemente, los polímeros P son resistentes a la hidrólisis en el rango pH ácido, particularmente a valores pH < 5, en especial a valores pH < 3. 15
Como ligandos son adecuados todos los grupos o compuestos que pueden formar quelatos con los iones metálicos liberados durante la corrosión del sustrato. Preferentemente se utilizan ligandos potencialmente aniónicos monodentados y/o polidentados. Los ligandos especialmente preferentes son:
- En caso dado ureas o tioureas funcionalizadas, particularmente aciltioureas, por ejemplo benciltiourea. 20
- En caso dado aminas y/o poliaminas funcionalizadas, en particular EDTA.
- En caso dado amidas funcionalizadas, especialmente amidas de ácido carboxílico.
- Iminas e imidas como, en particular, piridinas iminofuncionalizadas.
- Oximas, preferentemente 1,2-dioximas tales como acetildioxima funcionalizada.
- Compuestos orgánicos de azufre, como en particular, en caso dado, tioles funcionalizados como 25 tioetanol, ácidos tiocarboxílicos, tioaldehídos, tiocetonas, ditiocarbamatos, sulfonamidas, tioamidas y, con especial preferencia, sulfonatos.
- Compuestos organo-fosfónicos, como particularmente, fosfatos, con especial preferencia ésteres de ácido fosfórico de (met)acrilatos y fosfonatos, en particular ácido vinilfosfónico y fosfonatos hidroxi-, amino- y amido-funcionalizados. 30
- En caso dado, compuestos organo-bóricos funcionalizados, especialmente ésteres de ácido bórico.
- En caso dado, polialcoholes funcionalizados, especialmente hidratos de carbono y sus derivados y quitosanos.
- En caso dado, ácidos oligofuncionales y, en caso dado, ácidos (poli)carboxílicos funcionalizados, 35 en especial ácidos carboxílicos que pueden enlazarse con centros metálicos de forma iónica y/o coordinada, preferentemente (poli)metacrilatos con grupos ácidos o ácidos di- u oligofuncionales.
- En caso dado carbenos funcionalizados.
- Acetilacetonatos.
- En caso dado acetilenos funcionalizados, y 40
- ácido fítico y sus derivados.
Como grupos funcionales B reticulantes en el polímero P son adecuados aquellos que pueden formar enlaces covalentes consigo mismos y/o con grupos B’ funcionales complementarios. Preferentemente los enlaces covalentes se forman de manera térmica y/o bajo la acción de una radiación. 45 Con especial preferencia, los enlaces covalentes se forman térmicamente. Los grupos funcionales B y B’ reticulantes provocan la formación de una red entre las moléculas del polímero P.
Los grupos funcionales B o B’ que reticulan bajo la acción de una radiación tienen enlaces activables, por ejemplo enlaces simples o dobles hidrocarburo-hidrógeno, carbono-carbono, carbono-
oxígeno, carbono-nitrógeno, carbono-fósforo ó carbono-silicio. Aquí son especialmente ventajosos los enlaces dobles carbono-carbono. Enlaces dobles carbono-carbono especialmente adecuados como grupos B son:
- - en particular grupos de (met)acrilato;
- - grupos etilacrilato; 5
- - grupos vinil éter y vinil éster;
- - grupos crotonato y cinamato;
- - grupos alilo;
- - grupos diciclopentadienilo;
- - grupos norbornilo e isoprenilo; 10
- - grupos isopropenilo o butenilo.
Los grupos funcionales B de reticulación térmica pueden formar enlaces covalentes consigo mismos o, preferentemente, con grupos B’ funcionales reticulantes complementarios bajo la acción de energía térmica.
Los grupos funcionales B y B’ de reticulación térmica especialmente adecuados son: 15
- - en particular grupos hidroxilo;
- - grupos mercapto y amino;
- - grupos aldehído;
- - grupos azida;
- - grupos ácido, particularmente grupos ácido carboxílico; 20
- - grupos anhídrido, particularmente grupos anhídrido de ácidos carboxílicos;
- - grupos éster, en particular grupos éster de ácidos carboxílicos;
- - grupos éter;
- - en particular grupos carbamato;
- - grupos urea; 25
- - grupos epóxido;
- - con especial preferencia grupos isocianato que se han transformado en particular con agentes de inhibición, los cuales se desbloquean a las temperaturas de secado al horno de los medios de revestimiento según la invención y/o se integran sin desbloqueo en la red que se forma.
30
Combinaciones especialmente preferentes de grupos B de reticulación térmica y grupos B’ complementarios son:
- - grupos hidroxilo con grupos isocianato y/o carbamato;
- - grupos amino con grupos isocianato y/o carbamato;
- - grupos ácido carboxílico con grupos epoxi. 35
Como reticulante V von Grupos B y/o B’ de reticulación térmica y/o que reticulan bajo la acción de radiación son adecuados, en principio, todos los reticulantes conocidos por el especialista en la materia. Preferentemente se utilizan reticulantes de bajo peso molecular u oligomeros V con un peso molecular < 20.000 dalton, en especial < 10.000 dalton. La estructura principal del reticulante V que porta los grupos 40 reticulantes B y/o B’ puede ser lineal, ramificada y/o hiperramificada. Son preferentes las estructuras
ramificadas y/o hiperramificadas, particularmente aquellas tales como las descritas, por ejemplo, en la WO-A-01/46296.
Preferentemente, los reticulantes V son estables a la hidrólisis en el rango ácido con valores pH < 5, particularmente valores pH < 3.
Los reticulantes V especialmente preferentes portan los grupos reticulantes B y/o B’ arriba 5 descritos, que reaccionan con los grupos reticulantes del polímero P, formando enlaces covalentes. Especialmente preferentes son los reticulantes V con grupos B y/o B’ de reticulación térmica y que reticulan, en caso dado, además, bajo la acción de una radiación.
En otra forma de realización de la invención especialmente preferente, los reticulantes V portan, además de los grupos B y/o B’ reticulantes, ligandos L que pueden ser idénticos con y/o diferentes de los 10 ligandos L del polímero P.
Los grupos funcionales B y B’ reticulantes especialmente adecuados como reticulantes V son:
- - Particularmente grupos hidroxilos;
- - Particularmente grupos aldehído;
- - Grupos azida; 15
- - Grupos anhídridos de ácido, particularmente grupos anhídridos carboxílicos;
- - Grupos carbamato;
- - Grupos urea;
- - Especialmente grupos isocianato que, preferentemente, se transforman con agentes inhibidores, los cuales desbloquean a las temperaturas de secado al horno de los medios de revestimiento 20 según la invención y/o se integran sin desbloqueo en la red que se forma;
- - Grupos (met)acrilato;
- - Grupos vinilo;
o combinaciones de los mismos.
Tienen especial preferencia como reticulantes V los poliisocianatos ramificados y/o 25 hiperramificados, como mínimo, parcialmente bloqueados y que llevan, además, ligandos L.
En otra forma de realización de la invención, los reticulantes V portan grupos B y/o B’ que son capaces de formar enlaces covalentes con los ligandos L del polímero P.
Como fase continua se utiliza agua para el medio de revestimiento (EK), preferentemente agua desionizada y/o destilada. Como otro componente preferente se utiliza al menos un ácido con capacidad de 30 oxidación, de manera que el valor pH del medio de revestimiento (EK) oscile preferentemente entre 1 y 5, en especial entre 2 y 4. Ácidos especialmente preferentes se seleccionan de entre el grupo de los ácidos inorgánicos oxidantes, tales como, en particular, ácido nítrico, ácido nitroso, ácido sulfúrico y/o ácido sulforoso. Para el ajuste del valor pH puede utilizarse, en caso necesario, un medio tampón, por ejemplo sales de bases fuertes y ácidos débiles, en particular acetato de amonio. 35
En una forma de realización de la invención especialmente preferente, el medio de revestimiento (EK) contiene, además, una sal que tiene, como componente catiónico, cationes de metales lantánidos y/o cationes de metales d.
Los cationes de metales lantánidos preferentes son cationes lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio y/o disprosio. Son especialmente preferentes los cationes lantano, 40 cerio y praseodimio. Los cationes de metales lantánidos pueden estar presentes en un grado de oxidación monovalente, bivalente y/o trivalente, dándose preferencia al grado de oxidación trivalente.
Los cationes de metales d preferentes son cationes titanio, vanadio, manganeso, ytrio, circonio, niobio, molibdeno, tungsteno, cobalto, rutenio, rodio, paladio, osmio y/o iridio. Queda excluido como catión de elemento d el catión cromo en todos los grados de oxidación. Especial preferencia tienen los cationes 45 vanadio, manganeso, tungsteno, molibdeno y/o ytrio. Los cationes de elementos d pueden estar presentes en un grado de oxidación de uno a seis, dándose preferencia a un grado de oxidación de tres a seis.
Procedimiento de protección contra la corrosión según la invención
En una primera etapa del procedimiento de protección contra la corrosión según la invención, el sustrato así pretratado se pone en contacto con el medio de protección contra la corrosión K y en una segunda etapa con el medio de protección contra la corrosión EK. Esto se realiza, de preferencia, mediante la inmersión del sustrato en o pasando el mismo por un baño que contiene EK o K. Los tiempos de permanencia del sustrato son de 1 segundo a 15 minutos, preferentemente de 10 segundos a 10 minutos y 5 en particular de 30 segundos a 8 minutos. La temperatura del baño que contiene EK o K se sitúa entre 20 y 90ºC, preferentemente entre 25 y 80ºC, en especial entre 30 y 70ºC.
Después del tratamiento del sustrato con el medio de protección contra la corrosión K y el medio de revestimiento según la invención EK, preferentemente se lleva a cabo un secado del compuesto sustrato + medio de revestimiento a temperaturas de entre aproximadamente 30 y 200ºC, especialmente entre 100 10 y 180ºC, pudiendo considerarse en gran medida no crítico el equipo de secado para el efecto ventajoso del medio de revestimiento según la invención EK. Cuando los grupos B y/o B’ reticulantes quedan endurecidos por radiación, al menos parcialmente, se realiza, en caso dado, además del tratamiento térmico, una irradiación de la capa del medio de revestimiento según la invención EK, preferentemente con radiación actínica y/o con radiación electrónica de forma conocida por el técnico. 15
El procedimiento según la invención puede utilizarse sorprendentemente para un amplio espectro de sustratos y es independiente en gran medida del potencial redox del sustrato. Los materiales sustrato preferentes son cinc, hierro, magnesio y aluminio, así como aleaciones, estando presentes los metales antes mencionados en las aleaciones al menos, de preferencia, en un 20% en peso. Preferentemente, los sustratos se conforman como chapas, tales como las que se utilizan, por ejemplo, en la industria del 20 automóvil, la industria de la construcción y la industria de construcción de maquinaria. Las chapas revestidas según el procedimiento de acuerdo con la invención se utilizan especialmente como chapas conformadas y para el revestimiento de flejes (coil-coating) de chapas.
En una forma de realización especialmente preferente de la invención, se utiliza el procedimiento según la invención para el sellado de cantos de corte de las chapas arriba descritas, particularmente para 25 el sellado de cantos de corte de chapas ya revestidas.
En el primer paso del procedimiento según la invención, se aplica un medio acuoso de protección contra la corrosión K con un valor pH entre 1 y 5 que contiene al menos un compuesto AA con un metal lantánido como catión y/o un metal de un elemento d, con excepción de cromo, como catión y/o un metalato de un elemento d, con excepción de metalato con contenido de cromo, como anión, y BB como 30 mínimo un ácido con capacidad de oxidación, con excepción de ácidos con contenido en fósforo y/o cromo.
La sal que constituye el componente AA tiene, como parte integrante catiónica, cationes de metales lantánidos y/o cationes de metales d. Los cationes de metales lantánidos preferentes son los cationes lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio y/o disprosio. Especialmente preferentes son los cationes lantano, cerio y praseodimio. Los cationes de metales lantánidos pueden estar 35 presentes en un grado de oxidación monovalente, bivalente y/o trivalente, dándose preferencia al grado de oxidación trivalente.
Los cationes preferentes de metales d son cationes titanio, vanadio, manganeso, itrio, circonio, niobio, molibdeno, tungsteno, cobalto, rutenio, rodio, paladio, osmio y/o iridio. Queda excluido como catión de elemento d el catión cromo en todos los grados de oxidación. Especialmente preferentes son los 40 cationes vanadio, manganeso, tungsteno, molibdeno y/o itrio. Los cationes de elementos d pueden estar presentes en un grado de oxidación de uno a seis, dándose preferencia a un grado de oxidación de tres a seis.
Preferentemente, las sales de los cationes antes mencionados del componente AA tienen una buena solubilidad en agua. Especialmente preferentes son las sales [catión]n[anión]m (con n, m ≥ 1) con un 45 producto de solubilidad LP = [catión]n[anión]m > 10-8 mol(n+m)/|(n+m), en especial sales con un producto de solubilidad LP > 10-6 mol(n+m)/|(n+m). En una forma de realización de la invención especialmente preferente, la concentración de la o las sales (A) en el medio de protección contra la corrosión es de 10-1 a 10-4 mol/l, especialmente 5·10-1 a 10-3 mol/l.
Preferentemente, los aniones que forman las sales AA con los cationes de elementos d se 50 seleccionan de manera que se den las condiciones antes indicadas para el producto de solubilidad LP. Preferentemente se utilizan aniones de ácidos oxidantes de los elementos y aniones de ácidos oxidantes de los elementos del grupo principal V y VI del sistema periódico de elementos, con excepción de aniones de ácidos oxidantes de fósforo y cromo, como son, en especial, nitratos, nitritos, sulfitos y/o sulfatos. Otros aniones preferentes son los haluros, en particular cloruros y bromuros. 55
En otra forma de realización de la invención preferente, los cationes de elementos d también pueden estar presentes como complejos con ligandos potencialmente aniónicos mono y/o polidentados. Los ligandos preferentes son terpiridinas eventualmente funcionalizadas, ureas y/o tioureas eventualmente funcionalizadas, aminas y/o poliaminas eventualmente funcionalizadas como son, en particular EDTA,
iminas, como son en particular piridinas imino-funcionalizadas, compuestos organo-sulfúricos como en especial ácidos tiocarboxílicos, tioaldehídos, tiocetonas, ditiocarbamatos, sulfonamidas, tioamidas, tioles eventualmente funcionalizados y, especialmente preferidos, sulfonatos, compuestos organo-bóricos eventualmente funcionalizados, especialmente, esteres de ácido bórico, polialcoholes eventualmente funcionalizados como son, en particular, hidratos de carbono y sus derivados, así como quitosanos, ácidos 5 eventualmente funcionalizados como son, en especial, ácidos difuncionales y/o oligofuncionales, carbenos eventualmente funcionalizados, acetilacetonatos, acetilenos eventualmente funcionalizados, ácidos carboxílicos eventualmente funcionalizados como son, en particular, ácidos carboxílicos que se pueden enlazar en centros metálicos de forma iónica y/o coordinada, así como ácido fítico y sus derivados.
Especialmente preferentes como ligandos son el ácido fítico, sus derivados y sulfonatos 10 eventualmente funcionalizados.
En otra forma de realización de la invención, las sales AA incluyen, como aniones, metalatos de elementos d que pueden formar la sal AA con los cationes de elementos d o también sólo por sí mismos. Los elementos preferentes para los metalatos son vanadio, manganeso, circonio, niobio, molibdeno y/o tungsteno. Especialmente preferentes son el vanadio, manganeso, tungsteno y/o molibdeno. Exceptuado 15 como metalatos de elementos d los cromatos en todos los grados de oxidación. Los metalatos de elementos d especialmente preferentes son oxoaniones, como particularmente tungstatos, permanganatos, vanadatos y/o molibdatos.
Cuando los elementos d de metalatos forman las sales AA por sí mismos, es decir sin cationes de metales lantánidos y/o cationes de metales d, es aplicable lo arriba expuesto para el producto de 20 solubilidad preferente LP de tales sales. Los cationes preferentes de estas sales son iones fosfeno y/o iones sulfonio, e iones amonio eventualmente sustituidos con grupos orgánicos, cationes de metales alcalinos, en particular litio, sodio y/o potasio, cationes de metales alcalinotérreos, en particular magnesio y/o calcio. Especialmente preferentes son los iones amonio eventualmente sustituidos con grupos orgánicos y los cationes de metales alcalinos, que garantizan un producto de solubilidad LP especialmente 25 elevado de la sal AA.
Como componente BB del medio de protección contra la corrosión K se utiliza como mínimo un ácido con capacidad de oxidación, de manera que el valor pH del medio de protección contra la corrosión quede entre 1 y 5, preferentemente entre 2 y 4. Los ácidos BB preferentes se seleccionan de entre el grupo de los ácidos inorgánicos oxidantes como, en particular, ácido nítrico, ácido nitroso, ácido sulfúrico y/o 30 ácido sulfuroso.
Para el ajuste del valor pH se puede utilizar, en caso necesario, un medio tampón, por ejemplo sales de bases fuertes y ácidos débiles como, en particular, acetato de amonio.
Como fase continua se utiliza agua para los medios de protección contra la corrosión K y EK, preferentemente agua desionizada y/o destilada. 35
Antes de la aplicación del medio de protección contra la corrosión K, en una forma de realización preferente de la invención se limpia el sustrato, eliminando especialmente restos aceitosos y de grasa, utilizándose de preferencia detergentes y/o agentes limpiadores alcalinos. En otra forma de realización preferente de la invención, después de la limpieza con detergente y/o un agente limpiador alcalino se lava de nuevo con agua antes de aplicar el medio de protección contra la corrosión K, con el fin de eliminar 40 depósitos y/o capas químicamente modificadas, en particular oxidadas, de la superficie del sustrato; en otra forma de realización preferente de la invención, antes del paso de lavado posterior se lleva a cabo una limpieza mecánica de la superficie, por ejemplo mediante esmerilado, y/o una eliminación química de las capas superficiales, por ejemplo con un medio de limpieza desoxidante.
El sustrato así pretratado se pone en contacto con el medio de protección contra la corrosión K. 45 Preferentemente esto se lleva a cabo mediante inmersión o pasando el sustrato en o a través de un baño que contiene el medio de protección contra la corrosión K. Los tiempos de permanencia del sustrato en el medio de protección contra la corrosión K son, de preferencia, de 1 segundo a 10 minutos, en especial de 10 segundos a 8 minutos y en particular de 30 segundos a 6 minutos. La temperatura del baño que contiene el medio de protección contra la corrosión K oscila, de preferencia, entre 29 y 90ºC, en especial 50 entre 30 y 80ºC, en particular entre 35 y 70ºC.
Después de tratar el sustrato con el medio de protección contra la corrosión K, preferentemente se lleva a cabo un secado del compuesto del sustrato con el medio de protección contra la corrosión, mediante soplado o secado, a temperaturas entre aproximadamente 30 y 200ºC, pudiendo considerarse la temperatura de secado y el tipo de secado o los aparatos para el secado en gran medida no críticos para el 55 efecto ventajoso del medio de protección contra la corrosión K.
En el segundo paso del procedimiento según la invención, los sustratos recubiertos con el medio de protección contra la corrosión K se revisten con el medio de revestimiento EK. Esto se realiza, de
preferencia, mediante inmersión o pasada del sustrato recubierto en o a través de un baño que contiene el medio de revestimiento EK. Los tiempos de permanencia de los sustratos son, de preferencia, de 1 segundo a 15 minutos, en especial de 10 segundos a 10 minutos y en particular de 30 segundos a 8 minutos. La temperatura del baño que contiene el medio de revestimiento EK se sitúa, de preferencia, entre 20 y 90ºC, en especial entre 25 y 80ºC y en particular entre 30 y 70ºC. 5
Después de tratar el sustrato con el medio de revestimiento EK, preferentemente se lleva a cabo un secado del compuesto del sustrato con las capas del medio de protección contra la corrosión K y el medio de revestimiento EK a temperaturas de entre aproximadamente 30 y 200ºC, particularmente entre 100 y 180ºC, pudiendo considerarse los aparatos de secado en gran medida no críticos para el efecto ventajoso del medio de recubrimiento EK. Cuando los grupos reticulantes B y/o B’ endurecen, como mínimo 10 parcialmente, con radiación, se realiza, en caso dado, adicionalmente, para el tratamiento térmico, una irradiación de la capa del medio de revestimiento EK, preferentemente con una radiación actínica y/o con una radiación electrónica, según métodos conocidos por el técnico
Los ejemplos dados a continuación pretenden ilustrar todavía más la invención.
Ejemplo 1: Preparación del primer baño con el medio de protección contra la corrosión K
En un litro de agua se disuelven 1,77 g (0,01 mol) de tetrahidrato de molibdato de amonio. Se ajusta el pH de la solución con ácido nítrico a 2,5. Para el ajuste del valor pH antes indicado se utiliza, en caso dado, como tampón, una disolución acuosa de amoniaco. 20
Ejemplo 2a: Síntesis del componente polímero P para el medio de revestimiento EK
Se preparan 5 g (6,25·10-3 mol) de una polietilenimina con un peso molecular medio Mw = 800 g/mol (Lupasol FG de la firma BASF AG, relación de grupos amino (p-s-t) primarios:secundarios:terciarios: 1:0,9:0,5) en 100 g de etanol bajo atmósfera de nitrógeno y se disuelven a 75ºC en el transcurso de 45 25 minutos con 10,7 g (0,066 mol) de isotiocianato benzoílo en 86 g de etanol. Se agitan otras 4 h a esta temperatura y se utiliza este producto sin más purificación.
Se preparan 3,1 g (0,008 mol) de heptahidrato de cloruro de cerio(III) en 50 ml de agua. Se 30 prepara una solución de 4,1 g (0,025 mol) de ácido 4-hidroxicinámico y 1 g (0,025 mol) de hidróxido sódico en 50 ml de agua y se ajusta el pH a 7,9 con ácido clorhídrico. Esta solución se añade lentamente a la solución de cerio de manera que el valor pH de la solución de cerio no supere 6. El precipitado se lava con etanol y agua. Se hacen reaccionar 1,7 g (0,003 mol) de este complejo de cerio con 9,1 g (2,5% contenido de NCO) de un poliisocianato ramificado y bloqueado al 75% con dimetilpirazol (Bayhydur VP LS 2319 de 35 la firma Bayer AG) en 80,1 g de acetato de etilo y 0,7 g de dipropilentriamina OH-funcional (Jeffcat-ZR 50 de la firma Huntsmann) durante cinco horas a 40ºC. Se utiliza el producto sin más purificación.
En un litro de agua se disuelven 3 g del componente polímero P según el ejemplo 2a y 2 g del reticulante V según el ejemplo 2b. Se ajusta la solución a un pH = 2,5 con ayuda de ácido nítrico. En caso 40 dado se utiliza una solución acuosa de amoniaco como tampón para el ajuste del valor pH antes dado.
Ejemplo 3: Revestimiento del sustrato con el medio de protección contra la corrosión K y el medio de revestimiento EK
Se limpia el sustrato (chapa de acero galvanizado) durante 5 minutos a 55ºC en una solución de limpieza (Ridoline C 72 de la firma Henkel) y después se aclara con agua destilada. A continuación, se 45 sumerge la chapa lavada inmediatamente, a 45ºC durante 4 minutos, en el primer baño del medio de protección contra la corrosión K según el ejemplo 1. Después se lava la chapa revestida con agua destilada y se seca soplando con nitrógeno. Directamente después se sumergen las chapas durante 5 minutos a 35ºC en el segundo baño con el medio de revestimiento EK según el ejemplo 2. A continuación, se lava la chapa revestida con agua destilada y se seca soplando con nitrógeno. A continuación se seca la chapa 50 durante 30 minutos a 150ºC. La chapa así revestida y las siguientes muestras de referencia se cortan con unas cizallas para obtener cantos libres en todas las chapas. Como chapa de referencia según la
invención, se utiliza Gardobond 958 54 (firma Chemetall GmbH: chapa de acero galvanizada con fosfatado y lavado posterior con una solución de hexafluoruro de circonio).
Ejemplo 4: Ensayo de corrosión rápida con una disolución acuosa de cloruro sódico al 3% sobre los sustratos revestidos según el ejemplo 3 5
Se utiliza una disolución de cloruro sódico al 3% en agua completamente desalinizada. Como sustrato se puede utilizar aquí acero, acero galvanizado o aleaciones de cinc. Para el aluminio y sus aleaciones se ajusta el pH de la disolución de cloruro sódico, además, con ácido acético, a un valor de 3. Las muestras (3x3 cm) se sumergen en 170 ml de esta disolución y se almacenan en un desecador con una humedad de casi el 100%. La atmósfera húmeda se genera mediante aire comprimido libre de grasa 10 que se conduce a través de dos botellas lavadoras con agua completamente desalinizada y fluye a continuación a través del desecador. Mediante este sistema se garantiza una humedad constante del aire y un contenido constante de dióxido de carbono, manteniéndose la temperatura a 25ºC. Antes de sumergirlas, se pesan las muestras en una balanza analítica. Las chapas de referencia (acero, acero galvanizado) no tratadas se limpian durante 5 minutos en etanol en un baño de ultrasonido. Después de 15 almacenamiento durante 24 horas, se sacan las chapas de la solución y se lavan con una pipeta desechable por encima de la copa de vidrio con una disolución al 3% de cloruro sódico cargada (aproximadamente 10 ml de disolución de cloruro sódico por cada lado de la muestra). A continuación, se seca la chapa soplando con nitrógeno y se seca durante 15 minutos a 50ºC y se pesa. De nuevo se suspende la chapa a continuación en una disolución nueva de cloruro sódico con la misma concentración. 20 La disolución de cloruro sódico usada se mezcla con 1 ml de ácido clorhídrico al 32% para disolver precipitados eventualmente existentes. La solución clara que se obtiene se mide con ayuda de ICP-OES (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry) para obtener el contenido de metal del sustrato (Zn, Fe, Al, Mg). El procedimiento arriba descrito se repite después de 24 h, 72 h, 96 h y 168 h. La medición se verifica por una determinación doble. 25
Evaluación del ensayo de corrosión
- a) Datos ICP-OES de la solución de inmersión
Los datos de ICP-OES se normalizan sobre la superficie de las muestras. Estos datos proporcionan un desarrollo lineal. Debido a la linealidad de la cinética de corrosión se pueden comparar los diferentes revestimientos mediante los gradientes de los gráficos. Los datos de ICP-30 OES reflejan la disolución del sustrato en superficie y tiempo y constituyen, por tanto, una medida directa del grado de corrosión posible a un correspondiente revestimiento.
- b) Pesaje de las muestras
Los pesajes suministran además información en cuanto a la posibilidad de en qué medida el revestimiento hace posible una pasivación de la superficie o no. Para este fin se convierte la 35 pérdida de peso en molaridad y se normaliza sobre la superficie de las muestras. Para comparar las cinéticas de corrosión sirve el correspondiente sustrato que se limpió únicamente con medios alcalinos. Se representan entonces los gradientes de los datos de ICP-OES en comparación con la referencia cero (sustrato limpio) y otras referencias.
Tabla 1: Resultados del ensayo de corrosión 40
- Sustrato
- Datos ICP-OES (10-4 mol/l·h·cm2)
- Chapa de acero galvanizada (sin revestimiento)
- 8,136
- Chapa de acero galvanizada revestida según el ejemplo 3
- 4,580
- Gardobond 958 54 (referencia)
- 6,171
Los resultados de los ensayos de corrosión demuestran claramente la superioridad del procedimiento de revestimiento según la invención frente a una protección tradicional contra la corrosión (referencia).
45
Claims (7)
- REIVINDICACIONES
- 1. Procedimiento en dos etapas para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos, caracterizado porque
- a) en un primer paso, se sumerge el sustrato en un baño de un medio de protección contra la corrosión K que provoca una conversión en la superficie del sustrato, conteniendo el medio de 5 protección contra la corrosión K como mínimo un compuesto con un metal lantánido como catión y/o un metal de un elemento d, con excepción de cromo, como catión y/o un metalato de elemento d, con excepción de metalatos con contenido de cromo, como anión, así como al menos un ácido con capacidad de oxidación, con excepción de ácidos con contenido de fósforo y/o cromo, y 10
- b) en un segundo paso, el sustrato tratado según el paso a) se sumerge en un medio de revestimiento EK acuoso para sustratos metálicos, medio que contiene un polímero P dispersable en agua y/o soluble en agua con ligandos A enlazados de modo covalente que forman quelatos en reticulantes V con los iones de metal liberados durante la corrosión del sustrato y/o de la superficie del sustrato, así como con grupos funcionales B que pueden 15 formar enlaces covalentes consigo mismos, con otros grupos B’ funcionales complementarios del polímero P y/o con otros grupos B y/o B’ funcionales.
sumergiéndose el sustrato en los pasos (a) y (b) durante 1 segundo a 15 minutos a una temperatura entre 20 y 90ºC en los baños de los medios de revestimiento K y EK. -
- 2. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos 20 metálicos según la reivindicación 1, caracterizado porque los reticulantes V tienen ligandos A de enlace covalente.
-
- 3. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los ligandos A se seleccionan del grupo de ureas, aminas, amidas, iminas, imidas, piridinas, compuestos organo sulfúricos, 25 compuestos organo fosfóricos, compuestos organo bóricos, oximas, acetilacetonatos, polialcoholes, ácidos, ácidos fíticos, acetilenos y/o carbenos.
-
- 4. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el polímero P y el reticulante V contienen grupos reticulantes B y/o B’ que pueden reticularse de forma térmica y/o 30 con radiación.
-
- 5. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el polímero P tiene como estructura principal uno o varios elementos constituyentes seleccionados de entre el grupo de los poliésteres, poliacrilatos, poliuretanos, poliolefinas, polialcoholes, polivinil éteres, polivinilaminas y 35 polialquileniminas.
-
- 6. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el sustrato se somete, después de la precipitación de los medios de recubrimiento K y EK, a un postratamiento térmico a temperaturas entre 50 y 200ºC y/o de irradiación. 40
-
- 7. Procedimiento en dos pasos para la dotación de protección contra la corrosión de sustratos metálicos según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sustrato contiene como mínimo un 20% en peso de un metal seleccionado de entre el grupo de Fe, Al y/o Zn.
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