ITMI940946A1 - Vernici con proprieta' adesive per il rivestimento multistrato di lamiere metalliche, e loro impiego - Google Patents
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Description
Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
"Vernici con proprietà adesive per il rivestimento multistrato di lamiere metalliche, e loro impiego".
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a vernici con proprietà adesive particolarmente adatte per il rivestimento di nastri di lamiera metallica in rotolo, generalmente noto con il termine anglosassone "coil coating", o lastre di lamiera (sheet coating), le vernici così ottenute e il loro impiego. E' noto ai tecnici del ramo che il procedimento coil coating rappresenta uno dei metodi più moderni e tecnologicamente più avanzati per la produzione in continuo di laminati metallici preverniciati.
Sono già noti e in uso da tempo diversi procedimenti coil coating. Per esempio, nel caso di verniciatura vera e propria, la bobina di lamiera viene srotolata man mano che viene avviata alla linea di verniciatura. Dopo essere stato sottoposto alle opportune operazioni di pretrattamento, il nastro di metallo passa attraverso la testa verniciante in cui viene applicata una prima mano di vernice su un lato solo o su entrambi i lati. L'operazione di verniciatura consiste nell'applicare, normalmente a rullo, o a racla, a velo e talvolta (specialmente nel caso di vernici in polvere) a spruzzo, una composizione verniciante termoindurente o termoplastica, sia in forma liquida che in polvere. Normalmente, questo primo strato funziona da strato ancorante o "primer". Quindi, la lamiera così trattata passa in un forno dove avviene la polimerizzazione della resina; successivamente, all'uscita dal forno il nastro viene raffreddato, prima con aria, poi con acqua. Quindi, esso viene fatto passare attraverso una seconda testa verniciante per l'applicazione della mano di finitura, entra in un secondo forno per la polimerizzazione del secondo strato di vernice e, all'uscita, si raffredda come sopra. Poi, dopo essere passato nell'accumulatore di uscita, il nastro vernicato viene controllato e riavvolto in bobina.
Secondo un altro metodo di coil coating, anziché mediante un procedimento di verniciatura del tipo precedentemente descritto per sommi capi, i laminati metallici possono essere rivestitti con delle pellicole o film di materiale plastico colorati legati permanentemente al supporto metallico tramite un opportuno adesivo. Questo legame permanente è ottenuto grazie all'azione combinata del calore e della pressione di laminazione .
Anche in questo caso, si parte da una bobina di lamiera che viene srotolata e sottoposta alle opportune operazioni di pretrattamento, quindi si applica uno strato di adesivo, successivamente la lamiera sulla quale si è spalmato l'adesivo passa in forno a una temperatura (P.M.T.) compresa tra 160° e 220°C ; all'uscita del forno in modo continuo viene accoppiato il film plastico e successivamente laminato mediante calandra a pressione.
A seconda del tipo di lamiera metallica (per esempio lastra di acciaio laminato a freddo o zincato, o alluminio) al fine di ottenere una maggiore resistenza alla corrosione o migliorare l'ancoraggio dell'adesivo viene applicato un primo strato di "primer" che prima di ricevere l'adesivo viene anch'esso essicato in forno.
Nel settore del coil coating, a causa dei tempi ristretti di permanenza in forno del materiale sotto trattamento (normalmente 10-60 secondi) al fine di essere sicuri che detto materiale raggiunga i valori di temperatura richiesti, la temperatura misurata non è quella dell'ambiente interno al forno bensì quella di picco del metallo (peak metal temperature: P.M.T.) rilevata mediante pirometri ottici nelle zone terminali del forno. I film colorati generalmente utilizzati allo scopo sono a base di fluoruro di polivinile (PVF), vinilici, in particolare di cloruro di polivinile (PVC) e acrilici (termoplastici). I film a base di PVC sono i più utilizzati in quanto sono disponibili in vasta gamma di formulazioni, colori e aspetti superficiali tra cui poter scegliere quelli più adatti all'uso finale .
E', inoltre, nota una metodologia che prevede il rivestimento multistrato misto" (vernice film di plastica trasparente) effettuato in due stadi. Nel primo stadio, si applicano, secondo uno dei metodi esemplificati sopra, uno o più strati di vernice. Il nastro, dopo polimerizzazione in forno, e successivo raffreddamento viene inviato ad una ulteriore stazione di verniciatura, ove si provvede all'applicazione di un apposito adesivo sul quale, dopo passaggio in forno, viene applicato a pressione un film trasparente.
I rivestimenti ottenuti con uno dei procedimenti di verniciatura descritti per primi, presentano normalmente buone caratteristiche meccaniche, di durabilità e di resistenza chimica. Tuttavìa, essi non sono particolarmente indicati quando si richiede elevata flessibilità abbinata ad un elevato grado di durezza. Inoltre,,la resistenza alla macchiabilità non è delle migliori e 'la brillantezza finale, normalmente, non raggiunge valori superiori a 90-92 gloss, determinata a 60°, secondo il metodo A.I.C.C. n.7. (Associazione Italiana Coil Coating). Questo metodo equivale ai metodi A.S.T.M.D523 e ECCA T2.
D'altro canto, i rivestimenti del secondo tipo, quelli cosiddetti a film laminato, presentano limitazioni estetiche e di durezza; inoltre, i rivestimenti a base di film di PVC potrebbero, in un prossimo futuro, essere banditi per motivi ecologici e di riciclabilità.
Infine, il procedimento misto, descritto per ultimo, permette di ottenere laminati metallici prerivestiti nettamente migliori di quelli ottenibili con gli altri due procedimenti, ma poiché comporta una doppia lavorazione (per l'applicazione della vernice prima e dell'adesivo successivamente) ha lo svantaggio di essere sensibilmente più costoso .
Vi era quindi l'esigenza di trovare un procedimento per produrre laminati metallici prerivestiti, multistrato, che permettesse di ottenere un prodotto con caratteristiche complessive uguali o migliori di quelle ottenibili con il suddetto procedimento misto, ad un costo decisamente inferiore; un tale procedimento è stato realizzato dalla richiedente ed è oggetto di una domanda di brevetto, depositata in pari data, con il N. 194A000946
Uno degli elementi fondamentali di tale procedimento è l'impiego di una particolare vernice con proprietà adesive, pigmentata o trasparente.
Compito della presente invenzione è quindi quello di realizzare vernici con proprietà adesive, pigmentate ο trasparenti utili per il rivestimento multistrato di nastri di lamiera metallica in rotolo o in foglio.
L'impiego delle vernici della presente invenzione ha reso possibile in un unico passaggio, di ottenere un rivestimento multistrato composto da detta vernice pigmentata o no e da un film trasparente di rivestimento. Pertanto, la vernice pigmentata assolve a due compiti ben distinti:
(i) fornire le caratteristiche di base e il colore (funzioni tipiche di una vernice tradizionale );
(ii) svolgere la funzione di ancorante permanente nei confronti del film di rivestimento finale.
I rivestimenti multistrato ottenuti con il procedimento dell'invenzione presentano ottime caratteristiche; in particolare, essi presentano:
(a) un aspetto estetico molto attraente come profondità di immagine e specularità;
(b) brilantezza molto elevata, generalmente superiore a 100 gloss, misurata col metodo A.I.C.C. n. 7 (equivalente a A.S.T.M. D523 e ECCA T2);
(c) superficie finale estremamente dura, oltre 2H, misurata col metodo A.I.C.C. n. 11 (equivalente a A.S.T.M. D3363 e ECCA T4);
(d) superficie resistente alle macchie e idonea a venire a contatto anche con prodotti alimentari;
(e) ottima pulibilità; macchie di qualsiasi tipo (anche vernice) possono essere asportate mediante pulitura con solventi (alcooli o chetoni) senza lasciare nessuna traccia o alone sul film di rivestimento. Questi laminati possono quindi essere usati come superficie anti "graffiti";
(f) completa assenza di microfessurazioni quando il supporto metallico è sottoposto a piegatura e deformazioni molto severe;
(g) resistenza molto elevata agli agenti chimici, sia per la natura stessa del sistema, sia per l'assenza di microfessurazioni dopo la lavorazione ;
(h) ottima resistenza agli agenti atmosferici, in caso dell'impiego di film particolari o dell'uso del ciclo a strati invertiti.
L'impiego delle vernici con proprietà adesive della presente invenzione si è dimostrato molto vantaggioso anche per quanto concerne il modo di applicare il rivestimento multistrato; infatti, il rivestimento può essere applicato con il metodo coil coating, sheet coating, preverniciatura con polveri e con qualsiasi altro metodo in cui dopo l’applicazione della vernice e successiva cottura alla temperatura di attivazione della vernice stessa è possibile applicare direttamente su di essa un film mediante calandratura. Secondo un modo di operare preferito, dopo aver effettuato le normali operazioni di pretrattamento della superficie metallica da rivestire, si applica in una normale linea per coil coating, avente due cabine di applicazione e due forni di essicazione - una mano di fondo (o primer) sul nastro che, successivamente, viene fatta essiccare nel primo forno, dopo di che si applica la vernice adesiva che viene attivata nel secondo forno, infine si applica su di essa il film trasparente di rivestimento, mediante calandratura.
Secondo un altro metodo preferito d'impiego delle vernici adesive della presente invenzione, le vernici adesive possono essere applicate direttamente sul nastro metallico, senza mano di fondo (primer), quindi si attivano le vernici stesse mediante riscaldamento in forno e sulle vernici così attivate si applica il film di rivestimento trasparente, mediante calandratura e, successivamente, detto film viene rivestito con uno strato di vernice pigmentata e essicato nel secondo forno. E' sottinteso che in questo caso la vernice con proprietà adesive, usata per l'ancoraggio del film trasparente, sarà stata opportunamente additivata con pigmenti anticorrosivi (vedi esmpio 4).
La vernice pigmentata usata come mano a finere sul film plastico può essere una qualsiasi vernice normalmente utilizzata per coi'l-coating, che abbia buon ancoraggio sul film stesso e ottime caratteristiche di durabilità all'esterno.
Le vernici con proprietà adesive della presente invenzione, permettono d’impiegare qualsiasi film incolore del tipo normalmente usato per la preparazione di laminati metallici, tuttavia, preferibilmente, si segnalano i film poliestere quale polietilentereftalato (PET) o polietilennaftenato, film acrilici, film polivinililuoruro (PVF) e film poliammidici.
Le vernici con proprietà adesive secondo l'invenzione, contengono un legante costituito da una resina poliestere "oil-free" , da una resina melaminica e/o da un isocianato bloccato, con presenza di gruppi funzionali ossidrilici in grado di reagire, almeno in parte, con i gruppi isocianici del poliisocianato o con la resina melaminica. Oltre che da resina poliestere, il legante con gruppi funzionali ossidrilici può essere costituito anche da altre resine quali per esempio polioli, polieteri, poliacrilati , poligìicoli e da altri polimeri filmogeni con gruppi ossidrilici.
Di preferenza, il legante con gruppi funzionali ossidrilici è costituito de.un poliestere saturo, di alto peso molecolare, in combinazione con minori quantità di resine melaminiche e/o di isocianato bloccati. Tra questi, sono preferiti i poliesteri saturi, lineari di peso molecolare compreso tra 10.000 e 25.000, con una temperatura di transizione vetrosa (Tg) compresa tra 40°C e 70°C, e un numero di ossidrile tra 5 e 10, espresso in rng/KOH, quale per esempio il Poliestere 414 della NIRA S.r.l.
Una resina melaminica attualmente preferita è, per esempio, l'esametossimetilmelamina: Cymel 303 della DINO-CYANAMID di BOTTLEK, Paesi Bassi.
I poliisocianati bloccati utili per le vernici con proprietà adesive possono essere sia alifatici, che cicloalifatici oppure aromatici, tuttavia, i poliisocianati bloccati cicloalifatici sono considerati preferiti.
Un poliisocianato del commercio, attualmente preferito, è per esempio il DESMODUR BL3175 della Bayer AG , Leverkusen ( RFT ) .
II termine poliisocianato designa innanzittutto dei diisocianati, anche se la molecola di poliisocianato può contenere anche più di due gruppi di isocianato, come per esempio nel caso dei triisocianati e dei tetraisocianati. Com'è noto ai tecnici del ramo, i poliisocianati bloccati sono prodotti facilmente reperibili in commercio, i cui gruppi isocianato sono stati fatti reagire, per esempio, con un alcool, un fenolo, un glicole o anche con caprolattame.
Un poliisocianato bloccato attualmente preferito per la preparazione delle vernici adesive utili per il procedimento dell'invenzione è costituito da un addotto dell'isoforondiisocianato bloccato con caprolattame. In alternativa al l'isocianato bloccato o in combinazione con esso si possono impiegare per esempio delle resine esametossimeti lmelaminiche.
I solventi utili per la preparazione delle vernici adesive sono quelli comunemente usati nel settore appartenenti, per esempio, alla classe degli idrocarburi aromatici, degli esteri, degli eteri, dei chetoni. Naturalmente, i solventi devono essere in grado di sciogliere tutti i componenti organici della vernice. Particolarmente preferiti sono i solventi appartenenti alla classe degli idrocarburi aromatici ad elevato punto di ebollizione, gli esteri e i glicoli.
Oltre ai componenti sopra esposti la vernice adesiva può contenere pigmenti inorganici od organici, coloranti di pigmentazione e tutti quelli ausiliari e/o additivi comunemente usati nella tecnica per la preparazione di vernici per coil coating .
Ovviamente, la vernice può anche non contenere alcun tipo di pigmento o materia colorante quando si voglia un rivestimento trasparente per mettere in evidenza l'aspetto del metallo sottostante .
La presente invenzione verrà ora meglio illustrata mediante alcuni esempi applicativi. Salvo indicazione contraria, le parti indicano parti in peso .
Esempio 1
Si prepara una soluzione al 45% di resina poliestere (Poliestere 414) in una miscela composta da solvente SOLVESSO 150: etossipropilacetato (1:1). Quindi si effettua una predispersione di 30 parti della suddetta soluzione di poliestere, in un dispersore ad alta velocità (cowless) con aggiunta di 2 parti di coadiuvanti di macinazione e bagnanti. Sotto continua agitazione si aggiungono poco alla volta 30 parti di pigmento a base di biossido di titanio (rutilo).
Dopo aver ottenuto una buona dispersione dell'impasto, si procede a raffinazione in mulino a microsfere fino ad ottenere il grado di raffinazione desiderato .
Sempre sotto agitazione, si aggiungono la rimanente soluzione di poliestere (22 parti) e 3 parti di esametossimetilmelamina (Cymel 303) e 4,5 parti di etossipropilacetato , 0,5 parti di catalizzatore, 4 parti di isocianato bloccato e le rimanenti 2 parti di additivi.
Quindi si regola la viscosità con circa 2 parti di S0LVESS0 150 e, mediante aggiunta di apposite paste tinteggianti della stessa formulazione delle vernici della presente invenzione, si ottiene la tonalità di colore desiderata.
La vernice qui descritta presenta la seguente composizione percentuale:
Esempio 2
Operando come descritto all'Esempio 1, si prepara una vernice con proprietà adesive della seguente composizione percentuale:
Esempio 3
Operando come descritto all'Esempio 1, si prepara una vernice con proprietà adesive della seguente composizione percentuale:
Esempio 4
Operando come descritto all'Esempio 1, si prepara una vernice con proprietà adesive e anticorrosive della seguente composizione percentuale:
Qui di seguito sono messe a confronto in forma sinottica, le principali caratteristiche dei rivestimenti tradizionali con quelle dei rivestimenti multistrato del procedimento della presente invenzione.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Vernice con proprietà adesive, liquida o in polvere, reticolabile, caratterizzata dal fatto di contenere: (i) una resina poliestere saturo; "oil-free" di peso molecolare compreso tra 10.000 e 25.000, con una Tg di 40-70°C, un numero di ossidrile tra 5 e 10 mg/KoH; (ii) uno o più agenti di reticolazione; (iii) un catalizzatore di reticolazione e eventualmente (iv) uno o più pigmenti coloranti, (v) additivi detta vernice essendo ulteriormente caratterizzata dal fatto che dopo essere stata applicata su una lamiera metallica e attivata in forno a una temperatura (P.M.T.) di 200-230°C essa permette l'unione permanente di un film incolore di rivestimento di materiale plastico, producendo un laminato metallico avente una durezza a matita maggiore o uguale di 2H, misurata con il metodo A.l.C.C. n. 11, e una resistenza alla piegatura, senza fessurazioni, uguale a OT, misurata con il metodo A.l.C.C. n. 12.
- 2. Vernice con proprietà adesive secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di avere la seguente composizione percentuale: - resina poliestere (soluzione al 45%) 45-55 - pigmenti (bianchi e/o pastello) 20-35 - agente di reticolazione: poliisocianato bloccato (soluzione al 75%) 3-5 - agente di reticolazione: resina melaminica 2-4 - catalizzatore 0,2-0,8 - additivi 2-5 - solventi q.b. a 100
- 3. Vernice con proprietà adesive secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di avere la seguente composizione percentuale: - resina poliestere (soluzione al 45%) 55-72 - pigmenti (scuri) 3-25 - agente di reticolazione: poliisocianato bloccato (soluzione al 75%) 3-7 - agente di reticolazione: resina melaminica 2-8 - catalizzatore 0,2-1,0 - additivi 2-5 - solventi q.b. a 100
- 4. Vernice con proprietà adesive secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di avere la seguente composizione percentuale: - resina poliestere (soluzione al 45%) 50-70 - pigmento, biossido di titanio 8-16 - pigmento, cromato di stronzio 3-8 - talco 0-4 - agente di reticolazione: poliisocianato bloccato (soluzione al 75%) 0-10 - agente di reticolazione: resina melaminica 0-10 - catalizzatore 02-1,0 - additivi 2-5 - solventi q.b. a 100.
- 5. Vernice con proprietà adesive secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto di non contenere alcun pigmento.
- 6. Impiego di una vernice con priprietà adesive secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5 per la produzione di laminati metallici multistrato.
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