ES2613848T3 - Método para mitigar la acumulación de hielo sobre un sustrato - Google Patents
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Abstract
Un método para mitigar la acumulación de hielo sobre un sustrato, que comprende aplicar al sustrato una composición de formación de película curable; que comprende: (a) un agente de curado que comprende grupos funcionales isocianato; (b) al menos un polímero formador de película que comprende grupos funcionales reactivos con los grupos isocianato en (a); y (c) al menos un polisiloxano, en donde el polisiloxano está presente en la composición de formación de película curable en una cantidad del 0,5 al por ciento en peso, basado en el peso total de sólidos de resina en la composición de formación de película curable, en donde (I) el polímero de (b) comprende un polímero de poliéster o (II) el polisiloxano comprende polidimetilsiloxano y comprende al menos dos grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
Description
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DESCRIPCION
Metodo para mitigar la acumulacion de hielo sobre un sustrato Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a metodos para mitigar la acumulacion de hielo sobre sustratos, particularmente adecuados para uso en palas eolicas o de turbina y partes de aeronaves, tales como las alas y las palas de la helice.
Antecedentes de la invencion
El documento WO 20121065828 se refiere a una composicion de revestimiento de poliuretano que da como resultado un revestimiento que tiene una superficie mate. La composicion de revestimiento comprende un poliol en combinacion con un poliisocianato y diferentes pigmentos que contienen silice. Ademas, el documento WO 20121065828 no dice nada con respecto a cualquier problema con la acumulacion de hielo o que se puede hacer para evitar la acumulacion de hielo.
El documento WO 2009/115079 desvela un metodo para la produccion de una pintura de vehiculo altamente resistente a la abrasion.
El documento WO 2007/013761 se refiere a una composicion de pretratamiento para sustratos de acero. De nuevo, en esta referencia no ninguna descripcion con respecto a la acumulacion de hielo o a un metodo para mitigar la acumulacion de hielo. Ademas, el documento WO 2007/013761 no desvela la presencia de un poliisocianato y un polisiloxano en la composicion de pretratamiento.
El documento WO 2006/006402 desvela una composicion de resina curable por rayos de energia activa por la que la composicion comprende un derivado de poliisocianato que contiene polisiloxano obtenido haciendo reaccionar un compuesto de polisiloxano que tiene grupos hidroxilo terminales, un compuesto de poliisocianato y un compuesto de metacrilato que contiene grupos hidroxilo. Al realizar esta reaccion, todos los grupos isocianato reaccionan con los grupos hidroxilo con el resultado de que el derivado de poliisocianato que contiene polisiloxano ya no contiene grupos isocianato.
La energia eolica es la conversion de la energia eolica en una forma util, como la electricidad, usando turbinas eolicas. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eolicos era de 94,1 gigavatios. Aunque en la actualidad el viento produce poco mas del 1 % del uso mundial de electricidad, representa aproximadamente el 19 % de la produccion electrica en Dinamarca, el 9 % en Espana y Portugal, y un 6 % en Alemania y la Republica de Irlanda (datos de 2007). A nivel mundial, la generacion de energia eolica aumento mas de cinco veces entre 2000 y 2007.
La energia eolica se produce en granjas eolicas a gran escala conectadas a redes electricas, asi como en turbinas individuales para proporcionar electricidad a lugares aislados. Las turbinas eolicas normalmente tienen de 2 a 4 palas de gran tamano y estan disenadas para durar alrededor de 20 a 25 anos. El numero optimo de palas para una turbina eolica depende del trabajo que vaya a hacer la turbina. Las turbinas para generar electricidad necesitan funcionar a altas velocidades, pero no necesitan mucho par o fuerza de giro. Estas maquinas generalmente tienen dos o tres palas. Las bombas de viento, por el contrario, operan con mas par pero no mucha velocidad y por lo tanto tienen muchas palas.
Las palas de las turbinas eolicas estan constantemente expuestas a los elementos y deben estar disenadas para soportar sin fallo temperaturas extremas, la cizalladura del viento, precipitaciones y otros peligros ambientales. La acumulacion de hielo sobre el sustrato de la pala da lugar a la disminucion de la eficiencia a medida que las palas se hacen mas pesadas y mas dificiles de girar.
Seria deseable proporcionar un metodo para mitigar la acumulacion de hielo para proteger las palas eolicas y de turbina y maximizar la eficiencia de las palas en condiciones climaticas extremas. Idealmente, las composiciones de revestimiento se pueden aplicar a sustratos de pala.
Sumario de la invencion
La presente invencion esta dirigida a un metodo para mitigar la acumulacion de hielo sobre un sustrato, que comprende aplicar al sustrato una composicion de formacion de pelicula curable. La composicion de formacion de pelicula curable comprende:
(a) un agente de curado que comprende grupos funcionales isocianato;
(b) al menos un polimero formador de pelicula que comprende grupos funcionales reactivos con los grupos isocianato en (a); y
(c) un polisiloxano presente en la composicion de formacion de pelicula curable en el que el polisiloxano esta
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presente en la composicion de formacion de peKcula curable en una cantidad del 0,5 al 35 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion de formacion de pelicula curable,
(I) el polimero de (b) comprende un polimero de poliester o
(II) el polisiloxano comprende polidimetilsiloxano y comprende al menos dos grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
Descripcion detallada de la invencion
Tambien, debe entenderse que cualquier intervalo numerico citado en el presente documento pretende incluir todos los subintervalos incluidos en el mismo. Por ejemplo, un intervalo de "1 a 10" pretende incluir todos los subintervalos entre (e incluyendo) el valor minirno citado de 1 y el valor maximo citado de 10, es decir, que tiene un valor minirno igual o mayor que 1 y un valor maximo igual o menor que 10.
Tal como se utiliza en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, los articulos "un", "una" y "el/la" incluyen los referentes plurales a menos que se limite expresa e inequivocamente a un referente.
Las diversas formas de realizacion y ejemplos de la presente invencion tal como se presentan en este documento se entiende que cada una es no limitante con respecto al alcance de la invencion.
Tal como se utiliza en la siguiente descripcion y las reivindicaciones, los siguientes terminos tienen los significados que se indican a continuacion:
El termino "curable", como se utiliza por ejemplo en relacion con una composicion curable, significa que la composicion indicada es polimerizable o reticulable a traves de grupos funcionales, por ejemplo, por medios que incluyen, pero no se limitan a, exposicion termica (incluyendo curado en frio) y/o catalitica.
El termino "cura", "curado" o terminos similares, como se usa en conexion con una composicion curada o curable, por ejemplo, una "composicion curada" de alguna descripcion especifica, significa que al menos una porcion de los componentes polimerizables y/o reticulables que forman la composicion curable esta polimerizado y/o reticulado. Ademas, el curado de una composicion polimerizable se refiere a someter dicha composicion a condiciones de curado tales como, pero no limitado a curado termico, lo que lleva a la reaccion de los grupos funcionales reactivos de la composicion, y que resulta en la polimerizacion y la formacion de un polimerizado. Cuando una composicion polimerizable se somete a condiciones de curado, despues de la polimerizacion y despues de que ocurra la reaccion de la mayoria de los grupos terminales reactivos, la velocidad de reaccion de los grupos terminales reactivos restantes que no han reaccionado se vuelve progresivamente mas lenta. La composicion polimerizable se puede someter a condiciones de curado hasta que se cura al menos parcialmente. El termino "se cura al menos parcialmente" significa someter la composicion polimerizable a las condiciones de curado, en las que se produce la reaccion de al menos una parte de los grupos reactivos de la composicion, para formar un polimerizado. La composicion polimerizable tambien se puede someter a condiciones de curado de tal manera que se logre un curado sustancialmente completo y en el que el curado adicional no da lugar a ninguna mejora significativa adicional en las propiedades del polimero, tales como la dureza.
El termino "reactivo" se refiere a un grupo funcional capaz de experimentar una reaccion quimica consigo mismo y/u otros grupos funcionales de forma espontanea o tras la aplicacion de calor o en presencia de un catalizador o por cualquier otro medio conocido por los expertos en la materia.
Por "polimero" se entiende un polimero que incluye homopolimeros y copolimeros, y oligomeros. Por "material compuesto" se entiende una combination de dos o mas materiales diferentes.
En el metodo de la presente invencion, la acumulacion de hielo sobre un sustrato se mitiga mediante la aplicacion a la superficie del sustrato de una composicion de formacion de pelicula curable. Los sustratos adecuados en el metodo de la presente invencion incluyen sustratos metalicos rigidos, tales como metales ferrosos, aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, y otros sustratos metalicos y de aleacion. Los sustratos metalicos ferrosos usados en la practica de la presente invencion pueden incluir hierro, acero, y aleaciones de los mismos. Los ejemplos no limitantes de materiales de acero utiles incluyen acero laminado en frio, acero galvanizado (recubierto de zinc), acero electrogalvanizado, acero inoxidable, acero decapado, aleacion de zinc-hierro tal como Galvanneal, y combinaciones de los mismos. Tambien se pueden usar combinaciones o materiales compuestos de metales ferrosos y no ferrosos. En ciertas formas de realizacion de la presente invencion, el sustrato comprende un material compuesto tal como un plastico o material compuesto de fibra de vidrio. En una realizacion particular, el sustrato es un material compuesto de fibra de vidrio y/o de fibra de carbono en forma de una pala eolica. El metodo tambien es adecuado para mitigar la acumulacion de hielo en los sustratos utilizados en turbinas y partes de aeronaves, tales como palas de la helice y las alas.
Antes de depositar las composiciones de revestimiento sobre la superficie del sustrato, y aunque no es necesario, una practica comun es eliminar la materia extrana de la superficie por limpieza y desengrasado a fondo de la
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superficie. Dicha limpieza normalmente se lleva a cabo despues de la formacion del sustrato (estampacion, soldadura, etc.) en una forma de uso final. La superficie del sustrato se puede limpiar por medios fisicos o quimicos, como por ejemplo abrasion mecanica de la superficie o limpieza/desengrasado con agentes de limpieza acidos o alcalinos disponibles en el mercado que son bien conocidos por los expertos en la tecnica, tales como metasilicato de sodio e hidroxido de sodio. Un ejemplo no limitante de un agente de limpieza es CHEMKLEEN 163, un limpiador de base alcalina disponible en el mercado en PPG Industries, Inc.
Despues de la etapa de limpieza, el sustrato se puede enjuagar con agua desionizada o una solucion acuosa de agentes de enjuague con el fin de eliminar cualquier residuo. El sustrato se puede secar al aire, por ejemplo, mediante el uso de una cuchilla de aire, eliminando el agua mediante una breve exposicion del sustrato a una temperatura elevada o pasando el sustrato entre rodillos escurridores.
El sustrato puede ser una superficie desnuda y limpia; puede ser aceitoso, estar tratado previamente con una o mas composiciones de tratamiento previo, y/o pintado previamente con una o mas composiciones de revestimiento, capas de imprimacion, etc., aplicados por cualquier metodo, incluyendo, pero no limitado a, electrodeposicion, pulverizacion, revestimiento por inmersion, revestimiento con rodillo, revestimiento de cortina, y similares.
En el metodo de la presente invencion, se aplica una composicion de formacion de pelicula curable a al menos una superficie del sustrato. Un sustrato puede tener una superficie continua, o dos o mas superficies tales como dos superficies opuestas. Normalmente, la superficie que esta recubierta es cualquiera que se espera que este expuesta a condiciones que conducen a la acumulacion de hielo.
En una realizacion, la composicion de formacion de pelicula curable aplicada al sustrato en el metodo de la presente invencion comprende:
(a) un agente de curado que comprende multiples grupos funcionales isocianato;
(b) al menos un polimero formador de pelicula que comprende multiples grupos funcionales reactivos con los grupos isocianato en (a); y
(c) un polisiloxano presente en la composicion de formacion de pelicula curable en una cantidad del 0,5 al 35 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion de formacion de pelicula curable.
El agente de curado (a) utilizado en la composicion de formacion de pelicula curable se puede seleccionar entre uno o mas poliisocianatos tales como diisocianatos y triisocianatos, incluyendo biurets e isocianuratos. Los diisocianatos incluyen toluendiisocianato, 4,4'-metilen-bis-(ciclohexil isocianato), isoforondiisocianato, una mezcla isomerica de 2,2,4- y 2,4,4-trimetil hexametilendiisocianato, 1,6-hexametilendiisocianato, tetrametilxililendiisocianato y/o 4,4'- difenilmetilendiisocianato. Se pueden utilizar biurets de cualquier diisocianato adecuado, incluyendo 1,4- tetrametilendiisocianato y 1,6-hexametilendiisocianato. Ademas, se pueden emplear biurets de diisocianatos cicloalifaticos tales como isoforondiisocianato y 4,4-metilen-bis-(ciclohexil isocianato). Ejemplos de diisocianatos de aralquilo adecuados a partir de los cuales se pueden preparar biurets son meta-xililendiisocianato y a,a,a',a'- tetrametilmeta-xililendiisocianato.
Tambien se pueden usar isocianatos trifuncionales como agente de curado, por ejemplo, trimeros de isoforondiisocianato, nonantriisocianato, trifenilmetantriisocianato, 1,3,5-bencentriisocianato, 2,4,6- toluentriisocianato, un aducto de trimetilol y tetrametilxilendiisocianato vendido bajo el nombre Cythane 3160 por CYTEC Industries, y Desmodur N 3300, que es el isocianurato de hexametilendiisocianato, disponible en Bayer Corporation. Poliisocianatos utilizados especificamente son trimeros de diisocianatos tales como hexametilendiisocianato e isoforondiisocianato.
El poliisocianato tambien puede ser uno de los descritos anteriormente, de cadena extendida con una o mas poliaminas y/o polioles utilizando materiales adecuados y tecnicas conocidas por los expertos en la tecnica.
El agente de curado (a) esta presente en las composiciones de formacion de pelicula en una cantidad que oscila del 10 al 90 por ciento en peso, tal como del 40 al 65 por ciento en peso, a menudo del 50 al 60 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion.
La composicion de formacion de pelicula curable utilizada en el metodo de la presente invencion comprende ademas al menos un polimero formador de pelicula (b) que tiene multiples grupos funcionales reactivos con los grupos isocianato en (a). Dichos grupos funcionales normalmente son grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
El polimero formador de pelicula puede comprender un polimero acrilico, polimero de poliester, polimero de poliuretano, y/o polimero de polieter hidroxilo funcionales. A menudo se utiliza un polimero acrilico y/o polimero de poliester que tiene multiples grupos funcionales hidroxilo.
Los polimeros acrilicos adecuados incluyen copolimeros de uno o mas esteres de alquilo de acido acrilico o metacrilico, opcionalmente junto con uno o mas de otros monomeros etilenicamente insaturados polimerizables. Esteres de alquilo utiles del acido acrilico o acido metacrilico incluyen esteres de alquilo alifaticos que contienen de 1
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El copolimero acrilico puede incluir grupos funcionales hidroxilo, que a menudo se incorporan en el polimero mediante la inclusion de uno o mas monomeros hidroxilo funcionales en los reactivos utilizados para producir el copolimero. Los monomeros hidroxilo funcionales utiles incluyen acrilatos y metacrilatos de hidroxialquilo, que normalmente tienen de 2 a 4 atomos de carbono en el grupo hidroxialquilo, tales como acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, acrilato de 4-hidroxibutilo, aductos hidroxi funcionales de caprolactona y acrilatos de hidroxialquilo y los metacrilatos correspondientes, asi como los monomeros funcionales de beta-hidroxi ester que se describen a continuacion.
Los monomeros funcionales de beta-hidroxi ester se pueden preparar a partir de monomeros epoxi funcionales y acidos carboxilicos etilenicamente insaturados que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 20 atomos de carbono, o a partir de monomeros funcionales acidos y compuestos epoxi etilenicamente insaturados que contienen al menos 5 atomos de carbono que no son polimerizables con el monomero funcional etilenicamente insaturado.
Los monomeros epoxi funcionales etilenicamente insaturados utiles, utilizados para preparar los monomeros funcionales de beta-hidroxi ester incluyen, pero no se limitan a, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo, alil glicidil eter, metalil glicidil eter, aductos 1:1 (molar) de monoisocianatos etilenicamente insaturados con monoepoxidos hidroxi funcionales tales como glicidol, y esteres de glicidilo de acidos policarboxilicos polimerizables tales como acido maleico. Se prefieren el acrilato de glicidilo y el metacrilato de glicidilo. Ejemplos de acidos carboxilicos incluyen, pero no se limitan a, acidos monocarboxilicos saturados tales como acido isoestearico y acidos carboxilicos insaturados aromaticos.
Los monomeros funcionales acidos etilenicamente insaturados utiles utilizados para preparar los monomeros funcionales de beta-hidroxi ester incluyen acidos monocarboxilicos tales como acido acrilico, acido metacrilico, acido crotonico; acidos dicarboxilicos tales como acido itaconico, acido maleico y acido fumarico; y monoesteres de acidos dicarboxilicos tales como maleato de monobutilo e itaconato de monobutilo. El monomero y compuesto epoxi funcional acido etilenicamente insaturado normalmente se hacen reaccionar en una relacion equivalente de 1:1. El compuesto epoxi no contiene insaturacion etilenica que participe en la polimerizacion iniciada por radicales libres con el monomero funcional acido insaturado. Los compuestos epoxi utiles incluyen oxido de 1,2-penteno, oxido de estireno o y esteres o eteres de glicidilo, que contienen preferentemente de 8 a 30 atomos de carbono, tales como butil glicidil eter, octil glicidil eter, fenil glicidil eter y para-(terc-butil) fenil glicidil eter. Los esteres de glicidilo preferidos incluyen los de la estructura:
o
II
CH2—CH—CH2—O—C—R
o
en la que R es un radical hidrocarbonado que contiene de aproximadamente 4 a aproximadamente 26 atomos de carbono. Preferentemente, R es un grupo hidrocarburo ramificado que tiene de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 atomos de carbono, tal como neopentanoato, neoheptanoato o neodecanoato. Los esteres de glicidilo adecuados de acido carboxilico incluyen VERSATIC ACID 911 y CARDURA E, cada uno de los cuales que esta disponible en el mercado en Shell Chemical Co.
En ciertas formas de realization de la presente invention, el polimero utilizado en la composition de formation de pelicula curable comprende un polimero acrilico fluorado. Ejemplos no limitantes de polimeros fluorados adecuados incluyen copolimeros alternantes de fluoroetileno-alquil vinil eter (tales como los descritos en la patente de Estados Unidos n.° 4.345.057) disponibles en Asahi Glass Company bajo el nombre LUMIFLON; esteres polimericos fluoroalifaticos disponibles en el mercado en 3M de St. Paul, Minnesota bajo el nombre FLUORAD; y resinas de (met) acrilato perfluorado hidroxilo funcionales.
En la composicion de formacion de pelicula curable se puede utilizar un polimero de poliester. Dichos polimeros se pueden preparar de una manera conocida por condensation de alcoholes polihidricos y acidos policarboxilicos. Los alcoholes polihidricos adecuados incluyen, pero no se limitan a, etilenglicol, propilenglicol, butilenglicol, 1,6- hexilenglicol, neopentilglicol, dietilenglicol, glicerol, trimetilolpropano y pentaeritritol. Los acidos policarboxilicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, acido succinico, acido adipico, acido azelaico, acido sebacico, acido maleico, acido fumarico, acido ftalico, acido tetrahidroftalico, acido hexahidroftalico y acido trimelitico. Ademas de los acidos policarboxilicos mencionados anteriormente, se pueden utilizar equivalentes funcionales de los acidos tales
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como anhidridos, cuando existan, o esteres de alquilo inferior de los acidos tales como esteres de metilo.
Los poliuretanos tambien se pueden utilizar en la composicion de formacion de pelicula curable. Entre los poliuretanos que se pueden utilizar se encuentran polioles polimericos que generalmente se preparan haciendo reaccionar los poliolesteres o polioles acrilicos, tales como los mencionados anteriormente con un poliisocianato de tal manera que la relacion equivalente de OH/NCO sea mayor que 1:1, de modo que haya grupos hidroxilo libres presentes en el producto. El poliisocianato organico que se utiliza para preparar el poliol de poliuretano puede ser un grupo alifatico o un poliisocianato aromatico o una mezcla de los dos. Se prefieren los diisocianatos, aunque se pueden usar poliisocianatos superiores en lugar de o en combination con diisocianatos. Ejemplos de diisocianatos aromaticos adecuados son 4,4’-difenilmetandiisocianato y toluendiisocianato. Ejemplos de diisocianatos alifaticos adecuados son diisocianatos alifaticos de cadena lineal tales como 1,6-hexametilendiisocianato. Ademas, se pueden emplear diisocianatos cicloalifaticos. Los ejemplos incluyen isoforondiisocianato y 4,4-metilen-bis-(ciclohexil isocianato). Ejemplos de poliisocianatos superiores adecuados son 1,2,4-bencentriisocianato y polimetilen polifenil isocianato. Al igual que con los poliesteres, los poliuretanos se pueden preparar con grupos acido carboxilico sin reaccionar, que tras su neutralization con bases tales como aminas permite la dispersion en medio acuoso.
Ejemplos de polioleteres son polioles de polialquilen eter, que incluyen los que tienen la siguiente formula estructural:
(i)
o (ii)
en las que el sustituyente Ri es hidrogeno o alquilo inferior que contiene de 1 a 5 atomos de carbono, incluyendo sustituyentes mixtos, y n normalmente se encuentra entre 2 y 6 y m es de 8 a 100 o superior. Estan incluidos poli(oxitetrametilen) glicoles, poli (oxitetraetilen) glicoles, poli (oxi-1,2-propilen) glicoles, y poli (oxi-1,2-butilen) glicoles.
Tambien son utiles los polioleteres formados a partir de la oxialquilacion de diversos polioles, por ejemplo, dioles, tales como etilenglicol, 1,6-hexanodiol, Bisfenol A y similares, u otros polioles superiores tales como trimetilolpropano, pentaeritritol, y similares. Los polioles de funcionalidad superior que se pueden utilizar como se indica se pueden preparar, por ejemplo, por oxialquilacion de compuestos tales como sacarosa o sorbitol. Un metodo de oxialquilacion utilizado habitualmente es la reaction de un poliol con un oxido de alquileno, por ejemplo, oxido de propileno o de etileno, en presencia de un catalizador acido o basico. Los polieteres particulares incluyen los vendidos bajo los nombres Terathane y Teracol, disponible en E.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., y Polymeg, disponible en QO Chemicals, Inc., una subsidiaria de Great Lakes Chemical Corp.
Tambien son adecuados polimeros de polioxipropilen aminas formadores de pelicula funcionales de amina utiles disponibles en el mercado bajo la marca registrada JEFFAMINE®; polimeros acrflicos y polimeros de poliester amina funcionales preparados como se conoce en la tecnica.
El polimero formador de pelicula (b) esta presente en las composiciones de formacion de pelicula en una cantidad que oscila del 10 al 90 por ciento en peso, tal como del 35 al 60 por ciento en peso, a menudo del 40 al 50 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion.
En ciertas formas de realization de la presente invention, el agente de curado (a) que tiene grupos funcionales isocianato se utiliza en exceso con respecto al polimero formador de pelicula en la composicion de formacion de pelicula curable. Por ejemplo, la relacion equivalente de grupos isocianato en el agente de curado a grupos funcionales en el polimero formador de pelicula puede ser 1,1 a 2,0:1, a menudo de 1,1 a 1,7:1, o de 1,5 a 1,7:1,
La composicion de formacion de pelicula curable usada en el metodo de la presente invencion comprende ademas (c) un polisiloxano presente en la composicion de formacion de pelicula curable en una cantidad suficiente para mitigar la acumulacion de hielo sobre el sustrato cuando se somete a condiciones que conducen a la formacion de hielo, que a menudo tienen pesos moleculares promedio en numero de 200 a 14.000, tal como de 900 a 2000. Los polisiloxanos adecuados incluyen polisiloxanos polimericos tales como polidimetilsiloxano (PDMS). El polisiloxano es no funcional; es decir, no es reactivo con los grupos funcionales de otros componentes en la composicion de
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formacion de peKcula curable, o el polisiloxano tiene al menos un grupo funcional que es reactivo con grupos funcionales de al menos otro componente en la composicion de formacion de pelicula curable. Por ejemplo, el polisiloxano puede tener al menos un grupo funcional hidroxilo y/o amina, tal como PDMS con al menos dos grupos funcionales de amina, permitiendo que reaccione con el agente de curado que tiene grupos funcionales isocianato. Ejemplos de polisiloxanos disponibles en el mercado incluyen WACKER FLUID NH 15D, 40D y 130D, de Wacker Chemie AG. Las cantidades tipicas de polisiloxano en la composicion de formacion de pelicula curable oscilan del 0,5 al 35 por ciento en peso, tal como del 1 al 35 por ciento en peso, a menudo del l0 al 30 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de la resina de la composicion de formacion de pelicula curable.
Las composiciones de formacion de pelicula de la presente invencion pueden comprender ademas una carga. Los ejemplos de cargas que pueden estar presentes incluyen minerales finamente divididos tales como sulfato de bario, silice, incluyendo silice de pirolisis y silice coloidal, alumina, alumina coloidal, dioxido de titanio, zirconia, zirconia coloidal, arcilla, mica, dolomita, talco, carbonato de magnesio, carbonato de calcio, sulfato de calcio, silicato de calcio, y/o metasilicato de calcio. Se cree que los materiales de carga, en combinacion con las resinas en la composicion, permiten propiedades reologicas utiles, tales como alta viscosidad a bajo cizallamiento. La combinacion de cargas y resinas en la composicion de revestimiento tambien permite el relleno y/o la cobertura de defectos de la superficie sobre un sustrato, haciendo que la superficie del sustrato sea mas lisa de lo que seria posible con otras composiciones de revestimiento. La capacidad de la primera capa de revestimiento para alisar defectos de la superficie sobre el sustrato disminuye sustancialmente o incluso elimina la necesidad de preparar la superficie sustrato, tal como por lijado o el uso de masilla corporal, que puede llevar mucho tiempo, requerir mucha mano de obra, y etapas de fabricacion costosas. Esta ventaja es particularmente util en el revestimiento de grandes partes de sustrato o sustratos con una rugosidad superficial significativa, tales como sustratos de fibra de vidrio utilizados en la fabricacion de palas de turbinas eolicas. En ciertas formas de realizacion de la presente invencion, se corrigen al menos el 80 por ciento de los defectos de la superficie de un sustrato en un grado aceptable (es decir, que no requiere la preparacion adicional de la superficie) tras la aplicacion de la primera capa de revestimiento.
La composicion de formacion de pelicula adicionalmente puede incluir varios ingredientes y/o aditivos opcionales que dependen en cierta medida de la aplicacion particular de la composicion curable, tales como otros catalizadores de curado, pigmentos u otros colorantes como se describe mas adelante, refuerzos, tixotropos, aceleradores, tensioactivos, plastificantes, extensores, estabilizadores, inhibidores de la corrosion, diluyentes, estabilizadores frente a la luz de amina impedidas, absorbentes de luz UV y antioxidantes.
Las composiciones curables usadas en la presente invencion se pueden preparar como una composicion en dos envases, normalmente curable a temperatura ambiente. Las composiciones curables en dos envases normalmente se preparan mediante la combinacion de los ingredientes inmediatamente antes de su uso.
Las composiciones se pueden aplicar al sustrato mediante uno o mas de una serie de metodos que incluyen pulverizacion, empapado/inmersion, cepillado, o revestimiento por flujo, pero mas a menudo se aplican mediante pulverizacion. Se pueden utilizar tecnicas de pulverizacion y el equipo usuales para la pulverizacion con aire y pulverizacion electrostatica, y metodos manuales o automaticos. La capa de revestimiento normalmente tiene un espesor de pelicula seca de 2-25 milesimas de pulgada (50,8-635 micrometros), a menudo de 5-25 milesimas de pulgada (127-635 micrometros).
Las composiciones de formacion de pelicula se pueden aplicar directamente a la superficie del sustrato o sobre una capa de imprimacion u otro revestimiento, tal como un electrorrevestimiento o capa de acabado, sobre el sustrato. Las capas de imprimacion adecuadas incluyen HSP-7401, disponible en el mercado en PPG Industries, Inc. Como alternativa, puede no utilizarse una capa de imprimacion y las composiciones de formacion de pelicula se pueden aplicar directamente a una capa de acabado u otro revestimiento.
Despues de formar una pelicula del revestimiento sobre el sustrato, la composicion se puede curar dejando que repose a temperatura ambiente, o una combinacion de curado a temperatura ambiente y coccion, o por coccion sola. La composicion se puede curar a temperatura ambiente normalmente en un periodo que oscila de aproximadamente 24 horas a aproximadamente 36 horas. Si se utilizan temperatura ambiente y coccion, en combinacion, la composicion normalmente se deja en reposo durante un periodo de aproximadamente 5 horas a aproximadamente 24 horas, seguido de coccion a una temperatura de hasta aproximadamente 140 °F (60 °C), durante un periodo de tiempo que oscila de aproximadamente 20 minutos a aproximadamente 1 hora. Despues de la aplicacion de la composicion de formacion de pelicula curable al sustrato y despues del curado, el sustrato revestido demuestra una fuerza de carga promedio maxima de 450 N, a menudo de 300 N, mas a menudo de 200 N o 100 N, cuando se somete al ensayo de adhesion de hielo que se describe a continuacion.
Los siguientes ejemplos estan destinados a ilustrar diversas formas de realizacion de la invencion, y no se deben interpretar en modo alguno como limitantes de la invencion.
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Ejemplos
Para evaluar la eficacia de los cambios en la formulacion sobre la adhesion de hielo se desarrollo un ensayo de adhesion de hielo. El metodo de ensayo utilizado se describe en documento numero ERDC/CRREL TR-06-11 del Centro Investigacion y Desarrollo de Ingenieria del Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de EE.UU., que se incorpora en el presente documento por referencia. El diseno del dispositivo tal como se describe en ese documento se modifico para interactuar con equipos de ensayos existente y para recibir los paneles de ensayo de aproximadamente 0,032" (80 nm) de espesor. En general, el procedimiento fue como sigue: Un panel de ensayo de 4" (10 cm) de ancho se recubrio en ambos lados con el revestimiento(s) deseado(s). Despues de un tiempo de curado adecuado, se cortaron cinco tiras de 1 * 4" del panel de ensayo. Las tiras de ensayo se fijaron con cinta en su lugar en el centro del dispositivo de ensayo de tal manera que el dispositivo se podia llenar con agua hasta una pulgada (2,54 cm) de profundidad. Se utiliza agua refrigerada para rellenar el dispositivo de ensayo para que ambos lados del panel revestido esten en contacto con una pulgada (2,54 cm) de agua. Todo el dispositivo de ensayo se puso en un congelador a -20 °C durante toda la noche. A continuacion, el dispositivo de ensayo se transfirio a un medidor de traccion (por ejemplo, INSTRON 5567) equipado con una camara ambiental tambien ajustada a -20 °C. El dispositivo de ensayo se monto de tal forma que el extremo fijo del medidor de traccion este conectado al dispositivo de ensayo y la mandibula movil este conectada al panel de ensayo. Esta configuracion de ensayo crea un movimiento relativo entre la tira de ensayo y el hielo que se forma a partir del agua. La cinta que contenia la tira de ensayo y el agua en su lugar se retiro y, a continuacion, usando una velocidad de extension constante, se registro la fuerza maxima necesaria para retirar el panel del hielo. Por lo general, se analizaron cinco ejemplares de cada variacion de revestimiento y se informo de una carga maxima media.
Ejemplo 1
El Ejemplo 1 demuestra la preparacion de composiciones de formacion de pelicula curable de acuerdo con la presente invencion. Se incorporaron varios materiales de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) en un revestimiento de poliuretano, AUE-57035 (disponible en el mercado en PPG Industries, Inc.). Los materiales de PDMS probados se incorporaron al AUE-57035 anadiendo el PDMS al AUE-57035 y agitando. A continuacion, se anadio disolvente xileno adicional y la mezcla se agito de nuevo. Por ultimo, se anadio AUE-3550 (endurecedor de isocianato, disponible en el mercado en PPG Industries, Inc.) y la mezcla se agito de nuevo. La Tabla 1 muestra las formulaciones analizadas. La Formulacion 1 es el control comparativo, sin PDMS incluido.
TABLA 1. Formulaciones de AUE-57035 con PDMS
- Formulacion
- Description
- 1 (g) 2 (g) 3 (g) 4 (g) 5 (g) 6 (g)
- AUE-57035
- 156,34 138,49 113,16 138,49 113,16 138,49
- WACKER FLUID NH 130 D 1
- - 13,86 33,99 - - -
- RHODORSIL® 48 V 3500 2
- - - - 13,86 33,99 -
- TEGOMER® H SI 2311 3
- - - - - - 13,86
- AUE-3550
- 32,35 28,65 23,42 28,65 23,42 28,65
- Xileno
- - 18,99 29,44 18,99 29,44 18,99
- Acetato de n-butilo
- 11,31 - - - - -
- Total
- 200 200 200 200 200 200
- 1 Disponible en Wacker Silicones 2 Disponible en Bluestar Silicones 3 Disponible en Evonik
El revestimiento se aplico a un panel de ensayo de panel de acero laminado en frio recubierto con ED6060CZ obtenido de ACT Test Panels LLC despues de rascar la superficie con un 3M Scotch-Brite. El revestimiento se aplico utilizando una pistola de pulverizacion HVLP a 30 psi (207 kPa). El revestimiento se aplico en dos capas con evaporation a temperatura ambiente durante cinco a diez minutos entre las capas. El revestimiento se dejo secar y curar durante siete dias en condiciones ambientales antes del ensayo. S continuacion se llevo a cabo el ensayo de adhesion de hielo, por el procedimiento descrito anteriormente. La Tabla 2 resume los resultados de los ensayos de adhesion de hielo. El % en peso de PDMS se calcula multiplicando el porcentaje deseado por la masa de AUE- 57035.
TABLA 2. Resultados del ensayo de adhesion de hielo
- Formulacion
- % en peso de PDMS Carga promedio maxima (N)
- 1
- Nada 529
- 2
- 10 % de FLUID NH 130 D 348
- Formulacion
- % en peso de PDMS Carga promedio maxima (N)
- 3
- 30 % de FLUID NH 130 D 252
- 4
- 10 % de RHODORSIL® 48 V 3500 412
- 5
- 30 % de RHODORSIL® 48 V 3500 386
- 6
- 10 % de TEGOMER® H SI 2311 357
La incorporacion de los diversos materiales de PMDS reduce la carga promedio maxima observada en aproximadamente 100-300 N o aproximadamente el 20-60 % en comparacion con la formulacion 1, la formulacion de control.
5
Aunque anteriormente se han descrito formas de realizacion particulares de esta invencion para fines de ilustracion, sera evidente para los expertos en la tecnica que se pueden introducir numerosas variaciones de los detalles de la presente invencion sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
- 510152025303540455055REIVINDICACIONES1. Un metodo para mitigar la acumulacion de hielo sobre un sustrato, que comprende aplicar al sustrato una composition de formation de pelicula curable; que comprende:(a) un agente de curado que comprende grupos funcionales isocianato;(b) al menos un polimero formador de pelicula que comprende grupos funcionales reactivos con los grupos isocianato en (a); y(c) al menos un polisiloxano,en donde el polisiloxano esta presente en la composicion de formacion de pelicula curable en una cantidad del 0,5 al 35 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion de formacion de pelicula curable, en donde(I) el polimero de (b) comprende un polimero de poliester o(II) el polisiloxano comprende polidimetilsiloxano y comprende al menos dos grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
- 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el agente de curado (a) comprende un trimero de hexametilendiisocianato.
- 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polimero de (b) comprende grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
- 4. El metodo de la reivindicacion 1 (I) en el que el polisiloxano (c) comprende al menos un grupo funcional que es reactivo con grupos funcionales sobre al menos otro componente en la composicion de formacion de pelicula curable.
- 5. El metodo de la reivindicacion 4, en el que el polisiloxano comprende al menos un grupo funcional.
- 6. El metodo de la reivindicacion 5, en el que el polisiloxano comprende polidimetilsiloxano y comprende al menos dos grupos funcionales hidroxilo y/o amina.
- 7. El metodo de la reivindicacion 1 (I) en el que el polisiloxano (c) no es reactivo con los grupos funcionales sobre otros componentes en la composicion de formacion de pelicula curable.
- 8. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polisiloxano (c) comprende al menos un polisiloxano que comprende al menos un grupo funcional que es reactivo con grupos funcionales sobre al menos otro componente en la composicion de formacion de pelicula curable y al menos un polisiloxano que es no reactivo con grupos funcionales sobre otros componentes en la composicion de formacion de pelicula curable.
- 9. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polisiloxano tiene un peso molecular promedio en numero de 200 a 14.000.
- 10. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el polisiloxano esta presente en la composicion de formacion de pelicula curable en una cantidad del 10 al 30 por ciento en peso, basado en el peso total de solidos de resina en la composicion de formacion de pelicula curable.
- 11. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la composicion de formacion de pelicula curable se cura a temperatura ambiente.
- 12. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el sustrato comprende metal, plastico y/o un material compuesto de fibra de vidrio y/o fibra de carbono.
- 13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que el substrato comprende una pala eolica.
- 14. El metodo de la reivindicacion 1, en el que se aplica una composicion de formacion de pelicula de imprimacion y/o de capa superior al sustrato antes de la aplicacion de la composicion de formacion de pelicula curable.
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