COMPOSICION DE PINTURA CURABLE POR RADIACION ULTRAVIOLETA Y PROCESO PARA SU APLICACION EN SUBSTRATOS DE VIDRIO.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION. A. CAMPO DE LA INVENCION. La presente invención se relaciona corji una composición de pintura orgánica para substratos de vidrio y con un proceso para su aplicación y, más específicamente, a una composición de pintura orgánica del tipo qué es curable por radiación ultravioleta, para imprimir etiquetas, diseños, o cualquier otra decoración en botellas de vidrio. B. DESCRIPCION DEL ARTE RELACIONADO. Existen algunas composiciones de pintura inorgánicas y orgánicas conocidas en el mercado, que proporcionan una coloración aceptable, principalmente para la decoración de artículos de plástico y de papel. Sin embargo, esas composiciones de pintura no han sido aplicadas apropiadamente en substratos de vidrio principalmente debido a su débil resistencia al agua, a los solventes, a la abrasión, etc. Existe un número de composiciones de pintura curables por radiación, conocidas, para impresión por pantalla, incluyendo pigmentos metálicos tales como cobre, plata, cadmio, cromo, manganeso, etc. Ejemplos; de tales composiciones de pintura se describen en las patentes de los Estados Unidos de América No. 3,957,694; 3,968,056 y 3,989,644 todas de Bolón y otros, principalmente apropiados para impresión por pantalla en circuitos impresos. Ha habido un interés importante de Icjs fabricantes de vidrio, específicamente de fabricantes de botellas de vidrio, en el uso de pinturas orgánicas para etiquetar o decorar botellas de vidrio principalmente para propósitos de preservación del medio ambiente y una reacción de polimerización y adicionalmepte una reacción de eslabonamiento entre la pintura a base de un epoxi-poliuretano y el promotor de adhesión, cuando se calienta alrededor de 160 a 200°C, formando una red de interpenetración (conocida como IPN) que se forma por la composición de pintiira sobre el substrato de vidrio, que, es específicamente apropiada para substratos de vidrio; tiene un incremento en la adherencia un substrato de vidrio debido a una fuerte red de interpenetración que se forma por la composición de pintura sobre el substrato de vidrio, después de calentar el substrato de vidrio a alrededor de 160 a 200°C, causada por la reacción de eslabonamiento entre la pintura a base de un epoxi-poliuretano y el apresto, adecuadamente promovida por urj catalizador de polisocianato de bloque alifático; sorprendentemente tiene una resistencia deseada al lavado, antes y después del proceso de llenado, así como una resistencia apropiada a la abrasión y manejo rudo a lo cual son sometidas las botellas de vidrio ná> retornables; puede ser calcinada en un horno cuaifido ésta es reciclada como "cullet" en una masa de vidrio fundida, sin afectar las propiedades de la masa de vidrio, debido a que no contiene metales tóxicos tales como plomo, caqmiioo, cromo hexavalente, etc.; es ambientalmente apropiada debido a que no genera gases de combustión nocivos ni gases de hogar calientes; reduce el consumo de pintura debido s que tiene una gravedad específica que es aproximadamente cuatro veces menos pesad a que las pinturas cerámicas vitrificables que han sido usadas comúnmente para decoraciióónn de botellas de vidrio; apresto promotor de adhesión, formando un red de interpenetración; y g) aplicar un agente lubricante que incluye un producto a base de ácido oleico, como un gas o vapor, y/o rociar una emulsión acuosa de un derivado de polietileno etoxilado. También se ha encontrado que el promotor de adhesión puede ser aplicado preliminarmente como un apresto sobre el substrato de vidrio antes del proceso de decoración, en lugar de combinar éste en la composición, aunque esto agrega una etapa adicional al proceso de aplicación (decoración) Además, para la aplicación del apresto a la superficie del vidrio, el apresto puede ser convenientemente hidrolizado por la ad cción de agua, y entonces preparar una solución con el apresto hidrolizado en una mezcla de agua y alcohol etílico acidificado con dióxido de carbono o ácido acético, para ser aplicado a una superficie de vidrio por rocío, o inmersión o enjuagar las botellas en dicha solución y, entonces secar, calentando de 100°C a 150°C de 5 a 25 minutos. De manera que la composición anteriór, en combinación con el proceso descrito para su preparación y aplicación, proporciona todas las ventajas anteriormente descritas, sobre el arte previo conocido. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo principal de la presente invención, proporcionar una composición de pintura orgánica curable por radiación ultravioleta específicamente apropiada para substratos de vidrio y botellas de vidrio, que tiene una resistencia deseada al lavado con agua y químicos, antes y desp üi és del proceso de llenado, así como una resistencia apropiada a la abrasión severa y al manejo rudo al cual se someten las botellas de vidrio no retornables;
Es también un objetivo principal de¡ la presente invención, proporcionar una composición de pintura orgánica curable por radiación ultravioleta, de la naturaleza anteriormente discutida, la cual tiene un iincifemento en la adherencia en los substratos de vidrio, debido a una fuerte red de iinterpenetración formada por la composición de pintura en el substrato de vidrio después de calentar el substrato de vidrio a alrededor de 160 a 200°C, causados por la reacción de eslabonamiento entre la pintura a base de un epoxi-poliuretano y el apresto, promovido po el catalizador de polisoclanato de bloque alifático; Es también un objetivo principal de la presente invención, proporcionar una composición de pintura orgánica curable pc-r radiación ultravioleta, de la naturaleza anteriormente descrita, que puede ser calcinéda en un horno cuando es reciclada como "cullet" en una masa de vidrio fundida, sin afectar as propiedades de la masa de vidrio debido a que no contiene metales tóxicos tale como plomo, cadmio, cromo hexavalente, etc., y que la hace ambientalmente apropiada debido a que no genera gases de combustión nocivos ni gases calientes de hog ar; Es también un objetivo principal de la presente invención, proporcionar una composición de pintura orgánica curable Ppr radiación ultravioleta, de la naturaleza anteriormente discutida, que reduce el consumo de pintura debido a que tiene una gravedad específica que es aproximadamerjit e cuatro veces menos pesada que las pinturas cerámicas vitrificables que han sido ckomúnmente usadas para la decoración de botellas de vidrio, proporcionando un mayor rendimiento por unidad de peso y ahorrando energía y espacio debido a que no necesita dd grandes hornos para calentar la pintura; 1 % a 8% en peso de un catalizad©! de polisocianato de bloque alifático; y, un apresto promotor de adhesión que incluye 0.15% a 3% por peso de un silano, el cual puede estar incluido directamente en I; i pintura curable por radiación ultravioleta, o puede ser aplicada independientemente a un Substrato antes de aplicar la composición de pintura curable por radiación ultravioleta, de tal forma que el catalizador de polisocianato de bloque alifático promueva una reacción de polimerización y una reacción de eslabonamiento entre la pintura a base de e oxi i-poliuretano y el promotor de adhesión, cuando se calienta de 160 a 200°C, formando una red de interpenetración. En cuanto al proceso para la preparación y aplicación de la composición de pintura orgánica curable por radiación ultravioleta, anteriormente discutida, en una modalidad preferida del mismo, este comprenc|l e: a) preparar una composición de pintura irable por radiación ultravioleta por: i) mezclar 80% a 95% en peso de una pintura a base de un poliuretano epóxico; y 0.5% a 8% en peso de un aditivo preparad o de una mezcla de ceras polietilénicas y ceras politetrafluoroetilénicas, agitando fuertemente la mezcla; ii) agregar de 1 % a 8% en peso de un catalizador de polisocianato de bloque alifático; b) aplicar independientemente una composición de apresto promotora de adhesión que comprende de 0.15% a 3% en peso de un silano, a una superficie del substrato; c) aplicar la composición de pintura curable por radiación ultravioleta sobre el substrato de vidrio, por serigrafía o tampografí a; d) curar la composición de pintura sobre el substrato, exponiendo el substrato a una radicación ultravioleta;
f) calentar el substrato incrementando su :emperatura entre 165° a 200°C para que el catalizador de polisocianato de bloque al if ático promueva una reacción de polimerización y una reacción de eslabonamiento entre la pintura a base de epoxi-poliuretano y el promotor de adhesión, formando una rede de nterpenetración; y, g) aplicar un agente lubricante incluyendo un producto a base de ácido oleico, como un gas o vapor y, rociar una emulsión acuQsa de un derivado de polietileno etoxilado, sobre una porción del substrato de vidrio que incluye la composición de pintura. En otra modalidad de la invención, es conveniente preparar separadamente la composición de apresto promotora de adhesión primeramente, hidrolizar el apresto, tal como el cloruro de N-B-(N-vinyl-benzil-ar iino )) ethyl- ?-aminopropiltrimethoxy-silano monohidrogenizado, agregando 1% en peso de agua desmineralizada, dejar la mezcla en reposo por 24 horas para que la hidrolizaciói) tome lugar y reduzca la energía necesaria para adherir el recubrimiento superior y entonces preparar una solución diluida con el silano hidrolizado en una concentración de 0. a 5.0 en peso, y alcohol etílico acidificado con ácido acético o dióxido de carbono a un pH de 5.0 a 6.0; y aplicar esta solución a la superficie de vidrio por rocío o inmersión o enjuagar las botellas en dicha solución y, entonces secar la botella tratada, calentando de 100°C a 150°C, de preferencia a 110°C por un tiempo de 5 a 25 minutos, de preferenc a por 15 minutos. Además, el apresto promotor de adhes ¡ón puede ser agregado directamente a la composición curable por radiación ultravioleta para ser aplicada como una sola composición de pintura en el substrato. El mecanismo químico del alcoxisilano es como sigue: A) Hidrólisis: R Si(OCH3)3 + 3H20 . *R Si(OH)3 + 3CH3OH El "CROSS-HATCH TEST", es un prccedimiento de prueba que se lleva a cabo haciendo 6 cortes paralelos o talladuras espaciadas, por medio de un cuchillo o instrumento similar, los cuales son separados 1 mm entre cada uno, sobre una superficie de vidrio impresa con pintura curada por medio de radiación ultravioleta y post-curada; después hacer otros 6 cortes similares o talladuras perpendiculares a 90° con respecto a los primeros. Después limpiar dicha superficie de vidrio de cualquier material que se haya perdido por los cortes o talladuras, por medio de un cepillo suave, y pegar una cinta adhesiva transparente sobre el área tallada, presionando ésta para pegar completamente ésta a la pintura sobre la superficie de vviidho en dicha área; y, finalmente, separar bruscamente la cinta adhesiva de la su jperrfi icie de vidrio y revisar si la pintura fue removida por la cinta adhesiva. "FILLING LINE SIMULATION TEST" (Prueba de simulación de línea de llenado) fue llevada a cabo por medio de un simulador de línea de llenado, producido por "American Glass Research International", en cual, las botellas de vidrio fueron impresas con la pintura curada de la presente invencióifi , y fueron sumergidas en un baño de agua caliente a 75°C por 15 minutos; luego las (Dotellas fueron sacadas del baño de agua caliente, vaciando el agua caliente, dejándolas reposar por 5 minutos a una temperatura ambiente; luego se llenaron con agua fria a u |ia temperatura de 0°C a 2°C y, las botellas se colocaron sobre el equipo simulador de línea de llenado; se hicieron rotar en el simulador por un minuto a una velocidad de 700 botellas por minuto, deteniendo el simulador y, finalmente se revisaron las botellas de cualquier talladuras u otro tipo de daños en la pintura.
Finalmente, deberá entenderse que la invención no se limita a las modalidades* específicas anteriormente descritas de la composición y del proceso para prepararla y aplicarla a los substratos de vidrio, y que las personas que tienen habilidad ordinaria en el arte, quedarán capacitados para introducir cambios en los componentes y etapas en vista de las enseñanzas de esta invención, que qúedarán dentro del verdadero alcance de la invención que se reivindica en las siguientes: