MX2011005828A - Pinturas anticorrosivas y revestimientos que contienen nanoparticulas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión, basadas en resinas epoxi, poliuretano, acrílicas, alquílicas, de poliéster y sus mezclas, disueltas en solvente orgánico o inorgánico y que comprenden una multitud de nanoparticulas desarrolladas bidimensionalmente en su mayor parte, con unos cuantos cientos y aproximadamente un nanómetro, respectivamente, en cuanto a dimensiones laterales y grosores, en donde la viscosidad de la formulación es inferior a 55000 mPa.s.

Description

PINTURAS ANTICORROSIVAS Y REVESTIMIENTOS QUE CONTIENEN NANOPARTíCULAS La presente invención se refiere a nanoplaquetas que contienen pinturas y revestimientos anticorrosión.

En particular, la presente invención se refiere a las pinturas y revestimientos anticorrosión que contengan nanoparticulas que consisten de silicato de aluminio inorgánico que tiene una forma de plaquetas, que en lo siguiente se definen como nanoarcillas .

Se sabe que las formulaciones de revestimiento, pintura de accionamiento son a base de polímeros que contienen partículas sólidas, pigmentos, agentes plastificantes y otros auxiliares tecnológicos disueltos en solventes orgánicos (revestimientos con base orgánica) o agua (revestimientos a base de agua) .

También se sabe que, entre las pinturas anticorrosivas actualmente disponibles en el mercado y revestimientos, epoxi, pinturas de poliuretano o acrílico y los revestimientos exhiben excelente adhesión y propiedades de durabilidad y, en particular, son ampliamente utilizados en las estructuras de acero revestido con el fin de retardar los efectos de la corrosión resultante de oxígeno y actividad de combinación de humedad.

Sin embargo, como resultado de la composición inherente de los mismos, estas pinturas y revestimientos absorben la humedad y no representan una barrera de oxigeno óptimo. La absorción de la humedad y el paso de oxigeno son la razón para el proceso de corrosión de los metales revestidos, lo que da como resultado la formación de óxido en la interfase metal-revestimiento. Tal fenómeno es seguido por la separación del revestimiento (desprendimiento) y la creciente degradación del sustrato metálico.

Para superar estas limitaciones de pinturas y revestimientos previamente conocidas, de acuerdo con US No. 6,878,767 se ha descrito una formulación de pintura de permeabilidad reducida, que comprende un agente filmógeno, un pigmento y una multitud de nano-particulas químicamente tratadas que tienen una forma de plaquetas, que sobre todo es desarrollada bi-dimensionalmente, con unos pocos cientos y alrededor de un nanómetro en cuanto a dimensiones laterales y el espesor, respectivamente. De acuerdo con dicha patente, el porcentaje de las plaquetas (preferiblemente de aluminio-silicato, en cualquier caso, que consiste de material impermeable al agua) dispersadas dentro de la formulación es de 1 a 10% en volumen y las plaquetas son tratadas químicamente con compuestos orgánicos (como por ejemplo silano terminado en amino o epoxi) o inorgánicos (como por ejemplo un ácido alifático) con el fin de facilitar su orientación de acuerdo a la dirección paralela de sustrato, la pintura se aplica sobre ellas, lo que aumenta las fuerzas intermoleculares de las plaquetas. Mediante la organización de acuerdo a la dirección paralela de la superficie del sustrato, las plaquetas se reducen los espacios disponibles de paso de líquidos corrosivos o moléculas de gas y aumentan la distancia a recorrer para llegar a la capa de revestimiento y la interfaz de sustrato, lo que reduce la posibilidad de la formación de óxido en la interfaz y desprendiendo la capa sucesiva.

Por otra parte se ha demostrado que las formulaciones de acuerdo con US 6,878,767 no permiten una orientación óptima de plaquetas, lo que reduce el efecto a prueba de agua para lo que se agregan las plaquetas. Mediante el análisis microscópico, en particular Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y las medidas de la permeabilidad se ha podido comprobar que el orden y la alineación a nivel de nanómetro de las nanoarcillas están alterados debido a la viscosidad de la formulación excesiva, lo que da como resultado un efecto de barrera inferior para la humedad y el oxígeno y por lo tanto un aumento de la corrosión. Esto resulta del hecho de que, debido a su forma con una superficie extendida sobre todo en lo que respecta al grosor (alta relación de aspecto) , las plaquetas que se agregan para pintar resinas poliméricas son fácilmente inmovilizadas por las moléculas del polímero.

En vista de lo anterior, es evidente la necesidad de proporcionar una formulación de pinturas y revestimientos anticorrosión que contengan las plaquetas de tamaño nanométrico para superar las limitaciones de las formulaciones de acuerdo con US 6,878,767.

En este contexto, se ofrece la solución del problema de acuerdo con la presente invención, cuya finalidad es lograr una formulación de pinturas anticorrosivas y revestimientos que contienen nano-arcillas, en donde las nano-arcillas son tratadas químicamente y la viscosidad se controla de tal manera que favorecen la adaptación de nanoarcillas paralelas al sustrato de la formulación aplicado .

El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar una formulación de pinturas y revestimientos anticorrosión que contengan nanoarcillas y un proceso para su producción que permite que se eliminen las limitaciones de las soluciones de acuerdo a la tecnología conocida, y que se obtengan los resultados técnicos descritos anteriormente .

Otro objetivo de la invención es que dicha formulación y el proceso puede llevarse a cabo en una reducción sustancial, tanto costos de producción como de operación .

No es el último objetivo de la invención proponer una formulación y un proceso sustancial sencillo, seguro y confiable .

Por lo tanto, un primer objetivo especifico de la presente invención es una formulación de pinturas y revestimientos anticorrosión, sobre la base de epoxi, poliuretano, acrilico, poliéster alquilica, y sus mezclas, disueltas en disolventes orgánicos o inorgánicos, y que abarca una multitud de las nanoparticulas sobre todo bi-dimensionalmente desarrollados, con unos pocos cientos y alrededor de un nanómetro a las dimensiones laterales y el espesor, respectivamente, en donde la viscosidad de la formulación es inferior a 55.000 mPa.s y, preferentemente, es inferior a 40.000 mPa . s .

En particular, según la invención, la cantidad de dichas nanoparticulas es inferior al 2% en peso, basado en el peso total de la formulación, preferiblemente infer or al 1% en peso, basado en el peso total de la formulación y preferiblemente es igual a 0.5% en peso, basado en el peso total de la formulación.

En particular, según la invención, dichas nanoparticulas se componen de materiales que contienen iones disponibles para las reacciones de intercambio iónico, previamente tratados por la reacción de intercambio iónico con los iones de las moléculas de cadena larga, preferiblemente de al menos 16 carbonos con el fin de obtener a la vez: intercalación buena de las nanoparticulas de Na+ y compatibilidad física con la matriz de éter di-glucidico de bisfenol A.

Siempre según la invención, preferiblemente dichas nanoparticulas consisten en materiales a base de silico-aluminato, aún más preferiblemente montmorilonita .

Además, de nuevo de acuerdo con la presente invención, los iones de las moléculas de cadena larga se obtienen mediante protonación de aminas u otros compuestos compatibles con otros componentes de la formulación.

Además, es otro objetivo especifico de la presente invención una formulación concentrada para pinturas y revestimientos anticorrosión, sobre la base de epoxi, poliuretano, resinas acrílicas, alquílicas de poliéster y sus mezclas, que abarca una multitud de las nanoparticulas sobre todo bi-dimensional desarrollado, con unos pocos cientos de y alrededor de un nanómetro, respectivamente, en cuanto a dimensiones laterales y el grosor, en donde las nanoparticulas consisten de materiales que contienen iones disponibles para reacciones de intercambio iónico, tratadas previamente por reacción de intercambio iónico con iones de moléculas de cadena larga que tienen por lo menos 16 átomos de carbono.

La invención ahora será escrita por una manera ilustrativa pero no limitativa, en particular con referencia a las modalidades preferidas y algunos ejemplos ilustrativos.

De acuerdo con la presente invención, las plaquetas de la formulación son tratadas químicamente con el fin de facilitar su orientación de acuerdo con la dirección paralela de sustrato de la pintura se aplicada sobre la misma, lo que aumenta las fuerzas intermoleculares de las plaquetas. Por otra parte, la viscosidad se controla con el fin de no alcanzar los valores de la prevención de las plaquetas para moverse con facilidad dentro de la matriz polimérica compuesta de pintura, que es alinear en paralelo al substrato metálico (y por lo tanto para ofrecer protección contra la corrosión tan alto como sea posible) como resultado de la acción mecánica llevada a cabo por los dispositivos utilizados para extender la capa de pintura sobre el sustrato. Además, con el fin de obtener la baja viscosidad suficiente, es posible añadir disolventes para la pintura (que se evapora durante el secado) o reducir el contenido sólido de la resina (como: carbonato de calcio, óxidos metálicos y otros sólidos que se utilizan en las pinturas convencionales) .

Ejemplo 1. Tratamiento Preliminar de Nanoarcillas 50g de nanoarcillas Cloisite Na (NC-Na) , CAS N. 1318-93-0; 95 Meq/100 g, de Productos de arcilla Southern, se han dispersado en 1500 mi de agua a temperatura ambiente, durante 30 minutos y la dispersión resultante ha sido calentada a 85°C y mantenida durante 2 horas.

Además una segunda solución, obtenida por disolución en 1300 mi de agua, a temperatura de 85°C, 19g de octadecilamina (ODA) , Ci8H39N, CAS N. 124-30-1, FW = 269.51, a partir de Fluka, CAT N. 74752, se ha preparado. Luego se agrega ácido clorhídrico (HC1) a 37% a un pH de 4.5, FW = 36.5, y la solución se agita durante 0.3 horas.

A continuación, esta solución ha sido añadida a la dispersión de nanopartículas de arcilla del agua mediante la mezcla a 85°C durante 1 hora, posteriormente, permitir que se enfríe .

En estas condiciones, se ha formado un precipitado color blanco, a continuación se separa del líquido clarificado y se lava sucesivamente, en primer lugar con etanol y luego, por tres veces, con agua.

El sólido es precipitado a continuación, se recogido y seca por calentamiento a 80°C durante 15 horas y sucesivamente a 110°C durante 2 horas.

El precipitado seco que consiste de plaquetas en forma de nanoarcillas funcionalizadas de Na+ Cloisite está listo para ser agregado a las pinturas.

El principio de tratamiento de nanoarcillas es permitir el intercambio de iones Na+ (u otros iones que se encuentran en las nanoarcillas a tratar) con una larga cadena que contiene iones que se llevarán a cabo. De esta forma la distancia entre las plaquetas que forman la estructura de nanoarcillas de cerámica se incrementa, facilitando asi la deslaminación de las nanoarcillas resultando en nanoarcillas simples (1 nm de espesor) .

Como un ión que contiene cadena larga se puede utilizar una amina, protonizada con una cantidad de ácido como para permitir que se realice la protonización, es decir, un ion amonio que se intercambia con el ion Na+ (en concreto, por ejemplo, una octadecilamina es protonizada con ácido clorhídrico) .

Cuando la solución de amina protonizada se agrega a la dispersión del agua de nanoarcillas de cerámica lo cual produce el intercambio de iones. El precipitado resultante consiste de nanoarcillas tratados ODA (que son hidrofóbicas) .

Ejemplo 2. Preparación de una formulación de cebado (accionamiento) , que contiene nanoarcillas funcionalizadas Las nanoarcillas obtenidas según el Ejemplo 1 se han añadido a la formulación de accionamiento epoxi (accionamiento) , en función de diferentes composiciones según se informa en la tabla 1 y se mezcla hasta conseguir una dispersión uniforme.

Varias composiciones han sido obtenidas de forma individual aplicadas a sustratos metálicos idénticos, a continuación se analizan, con los resultados reportados en la Tabla 1.

Tabla 1 NC % Viscosidad Grosor µ?? No. Resistencia mPaS burbuj as O cm2 0 27000 150 4 9xl07 0.5 32000 140 0 8xl0y 1.0 37100 140 2 5xl0y 2.0 52400 142 2 lxl0y En particular, en la tabla 1, % NC muestra el porcentaje de nanoparticulas de arcilla en el total de la formulación, la viscosidad es la viscosidad rotacional a 10 rpm, medida según la norma ASTM D4212, el número de burbujas se ha medido después de 700 horas de exposición a aerosoles de solución salina (ensayo de niebla salina : ASTM B117) y la resistencia se ha medido después de 700 horas de exposición y espesor de 80 mieras, de conformidad con la Espectroscopia de Impedancia Electroquímica: ISO 16773-3:2009.

Ejemplo 3. Preparación de una formulación de pintura que contiene nanoarcillas funcionalizadas Las nanoarcillas obtenidas según el ejemplo 1 se han añadido a una formulación de pintura epoxi, en función de las diversas composiciones como se indican en la tabla 2, y se mezclan hasta conseguir una dispersión uniforme.

Varias composiciones de pintura obtenidas han sido aplicadas individualmente a los mismos sustratos metálicos, a continuación se analizan, con los resultados reportados en la Tabla 1.

Tabla 2 NC % Viscosidad Grosor µ?t? No. Resistencia mPaS burbujas O cm2 0 26600 160 20 2xl0lü 0.5 39000 130 0 lxlO1" 1.0 51400 135 3 8xlO 2.0 85700 130 5 lxlO11 En particular, en la tabla 2, % NC muestra el porcentaje de nanoparticulas de arcilla sobre el total de la formulación, la viscosidad es la viscosidad rotacional a 10 rpm, medida según la norma ASTM D4212, el número de burbujas se ha medido después de 700 horas de exposición a aerosoles de solución salina (sal Ensayo de niebla: ASTM B117) y la resistencia se ha medido después de 700 horas de exposición y el espesor de 150 mieras, de conformidad con Espectroscopia de Impedancia Electroquímica: ISO 16773-3:2009.

Ejemplo 4. Evaluación comparativa de la fuerza de desprendimiento de la formulación de la pintura que contiene nanoarcillas funcionalizadas Las nanoarcillas obtenida según el Ejemplo 1, y otras nanoarcillas Closite (30 Closite B) no sometidas al mismo tratamiento, se han agregado a una formulación de pintura epoxi, de acuerdo con varias composiciones como se indica en la Tabla 3 (la primera línea de la tabla se refiere a una formulación que no tiene agregadas nanoarcillas) ; individualmente aplicadas a sustratos metálicos idénticos (para formar un espesor de revestimiento bajo) , y sucesivamente sometidos a pruebas de adhesión, por medio de la extracción de análisis, con resultados como se indica en la Tabla 3.

La Prueba de Expulsión es un método directo, según la norma ISO 4624, con el objetivo de comprobar la calidad de una capa y se lleva a cabo mediante una prueba de la fuerza destructiva que permite el desprendimiento de la capa de revestimiento de pintura para ser evaluado. Para cada una de las formulaciones se han llevado a cabo dos pruebas de adherencia en seco y otras en condiciones de humedad.

Tabla 3 Adhesión en seco (MPa) Adhesión en húmedo (MPa) Valor 1 Valor 2 Promedio Sin 17.0 17.0 7.0 12.0 nanoarcillas 1% Ejemplo 1 13.4 15.0 14.2 16.4 1% Closite 5.2 6.0 5.6 3.6 30B 2% Ejemplo 1 15.0 17.0 16.0 19.0 2% Closite 5.0 5.0 5.0 4.8 30 B Los ejemplos que permiten comprobar que la nueva formulación como se describe en la presente invención inhibe la penetración de humedad y oxigeno a través de las capas de protección sobre la superficie metálica, a fin de minimizar los efectos de la corrosión. Dicha inhibición se produce como resultado de la orientación ordenada y paralela de superficie extendida nanoarcillas inorgánicas obtenidas mediante el tratamiento según el Ejemplo 1.

Por otra parte, los ejemplos muestran una mayor eficacia de las nanoarcillas funcionalizadas agregadas a las formulaciones anticorrosión de acuerdo con la presente invención que no son formulaciones de nanoarcillas funcionalizadas agregadas.

Con referencia a la cantidad de nanoarcillas añadidas a la formulación de pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con la presente invención, la cantidad de nanoarcillas a utilizar debe ser tal que no dé lugar a un aumento de la viscosidad deseada. Con el fin de los objetivos de la viscosidad a alcanzar, la formulación de la pintura se puede diluir convenientemente sin que reaccionen con los reactivos (orgánicos o agua) reduciendo el nivel de viscosidad y evaporándose después de la curación del revestimiento .

La presente invención ha sido descrita por una forma ilustrativa, pero no limitativa, de acuerdo con modalidades preferidas de la misma, pero se debe entender que las variaciones y/o modificaciones pueden ser llevadas a cabo por los expertos en la materia sin salir del alcance de la misma, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. - La Formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión, basada en resinas epoxi, poliuretano, acrilicas, alquilicas, de poliéster y sus mezclas, y que comprende una multitud de nanopartículas desarrolladas bidimensionalmente en su mayor parte, con unos cientos y aproximadamente un nanómetro, respectivamente, en cuanto a dimensiones laterales y grosores, en donde las nanoparticulas consisten de materiales que contiene iones disponibles para reacciones de intercambio iónico, tratadas previamente pro reacción de intercambio iónico con iones de molécula de cadena larga que tiene por lo menos 16 átomos de carbono, la viscosidad de la formulación siendo inferior a 55000 mPa.s.

2. - La formulación para pinturas anticorrosión y revestimientos de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las nanoparticulas consisten de materiales basados en silico-aluminato .

3. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las nanoparticulas consisten de montmorilonita .

4. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde los iones de moléculas de cadena larga se obtienen protonando aminas u otros compuestos compatibles con otros componentes de formulación.

5. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la viscosidad de la formulación es inferior a 400000 mPa.s.

6. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la cantidad de las nanoparticulas es inferior al 2% en peso, basado en el peso total de la formulación.

7. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la cantidad de las nanoparticulas es inferior al 1% en peso, basado en el peso total de la formulación.

8. - La formulación para pinturas y revestimientos anticorrosión de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la cantidad de las nanoparticulas es igual a 0.5 en peso, basado en el peso total de la formulación.

9. - La formulación concentrada para pinturas y revestimientos anticorrosión, basada en resinas epoxi, poliuretano, acrilicas, alquilicas y poliéster y sus mezclas que comprenden una multitud de nanoparticulas desarrolladas bidimensionalmente en su mayor parte, con unos cuantos cientos y aproximadamente un nanómetro, respectivamente, en cuanto a las dimensiones laterales y grosores, en donde, después de la adición de solventes orgánicos o inorgánicos, la viscosidad de la formulación es inferior a 55000 mPa.s.