MXPA06009924A - Revestimientos que contienen perhidropolisilazano para superficies de metal y polimero - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un revestimiento de superficie que comprende por lo menos un tipo de perhidropolisilazano de la fórmula (I):(ver fórmula (1)) en donde n es un número entero de un valor de tal forma que el peso molecular promedio en número del perhidropolisilazano estáen la escala de 150 a 150, 000 g/moles, un solvente y un catalizador y, posiblemente uno o varios agentes aglutinantes Co;el revestimiento endurecido tiene un grosor de al menos 1 micrómetro, preferentemente en la escala de 2 a 20 micrómetros;el revestimiento de la invención contiene por lo menos un tipo de perhidropolisilazano que es adecuado para proteger los rines, en particular rines de aluminio.

Description

REVESTIMIENTOS QUE CONTIENEN PERHIDROPOLISILAZANO PARA SUPERFICIES DE METAL Y POLÍMERO MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere al revestimiento con base de perhidropolisilazano para producir un revestimiento protector fácil de limpiar para superficies de metal o plástico. Las propiedades particularmente buenas se exhiben a través del revestimiento como un revestimiento protector para riñes de ruedas, particularmente para riñes de aluminio. El uso de riñes de aluminio en la construcción del automóvil se ha incrementado enormemente en los últimos años. Por un lado, los riñes de aluminio más ligeros ofrecen ventajas en peso sobre los riñes de acero y por lo tanto permiten ahorros de combustible, pero el aspecto esencial es que los riñes de aluminio se utilizan por arriba de toda razón estética, ya que dan al vehículo un valor más alto y una apariencia refinada. Una desventaja de los riñes de aluminio es en particular su susceptibilidad a la corrosión y su propensión a ensuciarse. Además, las raspaduras sobre la superficie brillante de un rin de aluminio son más notables que en un rin de acero. Por esta razón los riñes de aluminio son provistos al final de la operación de fabricación con un revestimiento, el cual generalmente está compuesto de un pretratamiento de aluminio (revestimiento de cromo o libre de cromo), una pintura de fondo, un revestimiento de base pigmentada y, finalmente un revestimiento transparente. Este revestimiento complejo es necesario con el fin de asegurar la suficiente protección contra la corrosión. A pesar del revestimiento, la corrosión causa problemas, a través del uso, por ejemplo de la sal abrasiva en el invierno. Finalmente el polvo de los frenos que se deposita sobre el rin de aluminio a través del tiempo igualmente se come el revestimiento y ya no puede ser removido. Además, cuando se utilizan cadenas para la nieve, los riñes de aluminio fácilmente se raspan. Otra causa de las raspaduras es la limpieza de los riñes de aluminio con herramientas abrasivas, tales como cepillos o esponjas. También están difundiendo cada vez más los riñes de aluminio pulidos o abrillantados con máquina, cuya superficie consiste en una superficie brillante estéticamente atractiva de aluminio puro, protegido solamente por un revestimiento claro delgado, con el fin de retener el brillo natural del aluminio. Con esta clase de riñes la protección contra la corrosión por medio de un revestimiento claro, que además debe ser tan invisible como sea posible al ojo humano, es muy difícil de producir. WO 02/088269A1 describe el uso de una solución de perhidropolisilazano para producir superficies hidrofílicas, repelentes a la suciedad. La descripción incluye que el uso en el sector automovilístico (en la carrocería y los riñes), y soluciones de perhidropolisilazano con una fracción en peso de 0.3% a 2% se recomienda. El ejemplo 1 utiliza una solución altamente diluida con una fracción de peso de solamente 0.5% de perhidropolisilazano, con el cual se obtiene un revestimiento muy delgado de acero, con un grosor de revestimiento de aproximadamente 0.2 micrómetros. Un revestimiento así de delgado primero es incapaz de prevenir las raspaduras de la superficie de pintura y también es incapaz de asegurar una suficiente protección contra la corrosión o evitar que se la coma el polvo de los frenos. Además, el revestimiento delgado no es suficiente para nivelar el revestimiento transparente relativamente no homogéneo y producir una superficie cristalina, verdaderamente lisa, fácilmente tratable para limpieza. El objeto en el cual la presente invención se basa es desarrollar un revestimiento con el cual sea posible proveer riñes de ruedas con un revestimiento resistente a las raspaduras, duro, que sea más fácil de limpiar y que proteja el rin de aluminio contra la corrosión y contra la destrucción causada por el polvo de los frenos. Sorprendentemente ahora se ha encontrado que una solución de perhidropolisilazano es posible para producir revestimientos lo suficientemente gruesos protectores que protegen el rin contra la corrosión, las raspaduras, y la destrucción por el polvo de los frenos y también hace más fácil limpiar el rin. La invención por consiguiente provee un revestimiento para superficies, especialmente para metal y superficies de polímero, que comprende por lo menos un perhidropolisilazano de la fórmula I en donde n es un entero y es tal que el polisilazano tiene un peso molecular promedio en número de 50 a 150 000 g/moles, y también tiene un solvente y un catalizador y, si se desea, uno o más co-aglutinantes. El revestimiento de la invención es especialmente adecuado para producir un revestimiento protector fácil de limpiar sobre riñes de ruedas, particularmente riñes de aluminio. La invención además provee el uso del revestimiento anteriormente mencionado que comprende por lo menos un perhidropolisilazano de la fórmula I en una formulación la cual además del perhidropolisilazano, el solvente y el catalizador comprende como constituyente adicional un co-aglutinante, por lo tanto además incrementando la flexibilidad del perhidropolisilazano sin la pérdida de propiedades tales como alta resistencia a las raspadura, el efecto anti-corrosión, y la superficie resistente a las raspaduras, para producir un revestimiento protector fácil de limpiar en riñes de ruedas, particularmente riñes de aluminio. El revestimiento curado preferiblemente tiene un grosor de al menos 1 micrómetro, más preferiblemente de 2 a 20 micrómetros, muy preferiblemente de 3 a 10 micrómetros, y asegura una protección suficiente contra la corrosión, las raspaduras, y la destrucción por el polvo de frenos en el rin, y también hace los riñes fáciles de limpiar. El co-aglutinante puede ser ya sea un organopolisilazano de la fórmula 2 -(SiR'R"-NR'")n- (2) en donde RS R" y R'" pueden ser idénticos o diferentes y cada uno es ya sea hidrógeno o radicales orgánicos, siempre que RS R" y R'" no deban ser simultáneamente hidrógeno, y en donde n es tal que el organopolisilazano tiene un peso molecular promedio en número de 150 a 150 000 g/moles. o es otro aglutinante de un tipo muy diferente, tal como se utiliza comúnmente para la producción de materiales de recubrimiento, tales, por ejemplo, derivados de celulosa, tal como acetobutirato de celulosa, poliésteres, o poliésteres modificados, resinas fenólicas o melamina, acrilatos, epóxidos, o poliisocianatos. Los solventes adecuados para la formulación perhidropolisilazano son, en particular, solventes orgánicos que no contienen agua y tampoco grupos reactivos (tales como grupos hidroxilo o grupos amina). Estos solventes son, por ejemplo, hidrocarburos alifáticos o aromáticos, hidrocarburos halogenados, esteres tales como acetato de etilo, o acetato de butilo, cetonas tales como acetona, o metiletilcetona, éteres tales como tetrahidrofurano o éter dibutílico, y también éteres dialquílicos de mono-y polialquilenglicol (glimas), o mezclas de estos solventes. Un posible constituyente adicional de la formulación de perhidropolisilazano puede comprender aditivos, que tienen influencia, por ejemplo, sobre la viscosidad de la formulación, la humectación del substrato, la formación de película o las características de vaporización, o absorbedores orgánicos e inorgánicos UV. El revestimiento de la ¡nvención contiene de 1 % a 40% en peso de por lo menos un perhidropolisilazano de la fórmula (I), en particular de 5% a 30%, preferiblemente de 10% a 20% en peso y de 0.001 % a 5%, preferiblemente de 0.01 % a 2%, en peso de un catalizador. Los catalizadores adecuados son los compuestos N-heterocíclicos, tales como 1-metilpiperazina, 1-metilpiperidina, 4,4'-trimetilendipiperidina, 4,4'-trimetilen(1 -metilpiperidina), diazabiciclo(2.2.2)octano y cis-2,6-dimetilpiperazina. Los catalizadores adecuados adicionales son mono-, di, y trialquilaminas tales como metilamina, dimetilamina, trimetilamina, fenilamina, difenilamina y trifenilamina, DBU (1 ,8-diazabiciclo(5.4.0)-7-undeceno), DBN (1 ,5-diazabiciclo(4.5.0)-5-noneno), 1 ,5,9-triazaciclododecano y 1 ,4,7-triazaciclononano. Los catalizadores adecuados adicionales son ácidos orgánicos e inorgánicos tales como ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido maleico, ácido esteárico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido dórico, y ácido hipocloroso. Los catalizadores adecuados adicionales son carboxilatos de metal de la fórmula (RCOO)nM de ácidos carboxílicos de CrC22 alifáticos o alicíclicos saturados o insaturados y iones de metal tales como Ni, Ti, Pt, Rh, Co, Fe, Ru, Os, Pd, Ir, y Al; n es la carga del ¡ón de metal. Los catalizadores adicionales adecuados son complejos de acetilacetonato de iones de metal tales como Ni, Pt, Pd, Al y Rh. Los catalizadores adecuados adicionales son polvos de metal tales como Au, Ag, Pd o Ni con un tamaño de partícula de 20 a 500 nm. Los catalizadores adecuados adicionales son peróxidos tales como peróxido ácido, cloruros de metal y compuestos organometálicos tales como ferrocenos y zirconocenos. El revestimiento con la formulación de polisilazano puede tomar lugar por medio de procedimientos tales como los convencionalmente utilizados para revestimientos de superficie. El procedimiento en cuestión puede ser, por ejemplo, aspersión, inmersión, o revestimiento por flujo. Después puede haber un tratamiento posterior térmico, con el fin de acelerar la curación del revestimiento. Dependiendo de la formulación de perhidropolisilazano utilizada y el catalizador, la curación toma lugar aún a temperatura ambiente, pero puede acelerarse a través de calentamiento. Antes de se aplique el revestimiento es posible primero aplicar un revestimiento primario con el fin de, por ejemplo, mejorar la adhesión. La invención por consiguiente además provee un procedimiento para producir un revestimiento protector sobre un rin de rueda, la solución de polisilazano con o sin co-aglutinante(s) siendo aplicado al rin a través de métodos adecuados tales como aspersión o inmersión, por ejemplo, y subsecuentemente curado. El revestimiento curado tiene un grosor de al menos un micrómetro, preferiblemente de 2 a 20 micrómetros, más preferiblemente de 3 a 10 micrómetros, y asegura una excepcional protección para las superficies contra la corrosión y las raspaduras. En los riñes revestidos en esta forma, se evita la destrucción a través del polvo de frenos y la limpieza se hace considerablemente más fácil.

El revestimiento de la ¡nvención también se puede aplicar a superficies ya revestidas, tales como los riñes a los cuales ya se ha aplicado un revestimiento claro, por ejemplo, con el fin de proveer al rin una protección adicional contra las raspaduras, la corrosión, o la destrucción por el polvo de freno. Adicionalmente, existe un incremento, después de la aplicación del revestimiento, en el brillo según comparado con el revestimiento claro. Una posibilidad alternativa es hacerlo sin el revestimiento claro y aplicar el revestimiento directamente sobre el revestimiento base pigmentada, lo cual permite un ahorro de un paso de revestimiento. En el caso de materiales no precubiertos, tales como riñes de aluminio pulidos, abrillantados con máquina, por ejemplo, la solución de perhidropolisilazano también se puede utilizar como un revestimiento protector individual, reemplazando el revestimiento claro normalmente utilizado. De esta forma es posible producir un revestimiento protector que tiene un grosor mucho más bajo, que los revestimientos convencionales, en conjunción con el consumo más bajo de material y emisión más baja de solventes, y que adicionalmente tiene propiedades superiores a aquellas de los revestimientos convencionales. Debido a su alta reactividad del perhidropolisilazano el revestimiento se cura en principio a una temperatura ambiente o por debajo, pero su curación se puede acelerar a través de un incremento en la temperatura. El revestimiento preferiblemente se cura a una temperatura en la escala de 10 a 200°C, en particular 25 a 160°C, preferiblemente de 80 a 150°C. La temperatura de curación máxima posible depende esencialmente del substrato a la cual se aplica el revestimiento. En el caso de metales tales como aluminio son posibles temperaturas relativamente altas, 180 a 200°C o más. Si el revestimiento se aplica a un revestimiento que ya está presente (ya sea una revestimiento base o revestimiento transparente), es aconsejable trabajar a una temperatura más baja, para que el revestimiento que está por debajo no se ablande, preferiblemente de 25 a 160°C, más preferiblemente de 80 a 150°C. La curación del revestimiento también se afecta por la humedad atmosférica. A una humedad relativamente elevada la curación toma lugar más rápidamente, lo cual puede ser una ventaja; inversamente, la curación en una atmósfera con solamente baja humedad, tal como un gabinete de secado, implica un procedimiento de curación lento y uniforme. La curación del revestimiento de la invención por lo tanto puede tomar lugar a una humedad atmosférica relativa de 0 a 100%. El revestimiento con la formulación de perhidropolisilazano puede ser seguida por un tratamiento posterior adicional, que adapta la energía de la superficie del revestimiento. En esta forma, es posible producir superficies ya sea hidrófilas como hidrófobas, que tienen influencia sobre la tendencia a la suciedad.

EJEMPLOS Los perhidropolisilazanos utilizados son productos de Clariant Japan K. K. La masa molar promedio del perhidropolisilazano es de aproximadamente 2000 g/moles. NP110-20 es una solución de resistencia al 20% de perhidropolisilazano en xileno, conteniendo 4,4'-trimetilen-b¡s(1-metilpiperidina) como catalizador. NL120A-20 es una solución de resistencia al 20% de perhidropolisilazano en éter dibutílico, conteniendo propionato de paladio como catalizador. NP 140-005 es una solución de resistencia al 0.5% de perhidropolisilazano y xileno y Pegasol AN 45, conteniendo 4,4'-trimetilenbis(l-metilpiperidina) como catalizador. En los siguientes ejemplos, las partes y porcentajes están en peso. Los riñes de aluminio son riñes de aluminio comerciales estándares tales como los que se pueden obtener a través del comercio de accesorios para automóviles o partes de estos riñes se pueden obtener buscando riñes completos, o paneles de prueba de metal que consisten del material apropiado. El revestimiento se lleva a cabo ya sea por aspersión con una pistola de aspersión comercial estándar o a través de inmersión en un aparato de inmersión comercial estándar.

EJEMPLO COMPARATIVO 1 Se cubrió una hoja de aluminio no pretratada de aleación AIMgSi 0.5 a través de aspersión con 0.5% de solución de perhidropolisilazano resistente NP 140-005 (Clariant Japan). Para curar el revestimiento se dejó durante 5 días a temperatura ambiente y a una humedad atmosférica normal antes de que se llevaran a cabo las pruebas. El resultado es un revestimiento con un grosor de capa de 0.2 µm.

EJEMPL0 1 (Revestimiento de un rin de aluminio a través de aspersión) Un rin de aluminio comercial estándar como se puede obtener a través de un negocio de accesorios para automóviles se revistió a través de aspersión con una solución que consiste en 97 partes de solución de perhidropolisilazano con resistencia al 20% NP110-20 (Clariant Japan), 2.4 partes de Tego Protect 5001 (Tego Chemie), 0.5 partes de Byk 411 y 0.1 partes de Byk 333 (Byk-Chemie). El rin se dejó al aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y subsecuentemente se secó a 80°C durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente, y libre de fisuras en la superficie. El brillo del rin revestido se incrementó en 5 unidades de brillo en comparación con el rin no cubierto.

EJEMPLO 2 (Recubrimiento de una lámina de metal revestida con un revestimiento base y un revestimiento claro a través de inmersión) Una hoja de aluminio revestida ha sido provista con un revestimiento base pigmentado comercial estándar y un revestimiento claro se sumerge en un aparato de inmersión el cual se rellenó con una solución consistiendo de 97 partes de solución de perhidropolisilazano de resistencia al 20% NP110-20 (Clariant Japan), 2.4 partes de Tego Protect 5001 (Tego Chemie), 0.5 partes de Byk 411 y 0.1 partes de Byk 333 (Byk-Chemie) y se extrajo a una velocidad de 120 cm/min. La lámina subsecuentemente se dejó en el aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y subsecuentemente se secó a 80°C en un gabinete de secado durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente, y libre de fisuras.

EJEMPLO 3 (Revestimiento de una lámina de aluminio pulida a través de aspersión) Se cubrió una hoja de aluminio pulida a través de aspersión con una solución de perhidropolisilazano de resistencia al 20% NL 110A-20 (Clariant Japan). Subsecuentemente se dejó en el aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y después se secó a 130°C durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente, libre de fisuras.

EJEMPLO 4 (Revestimiento de una hoja de aluminio pulida a través de inmersión) Se sumergió una hoja de aluminio pulida en un aparato de inmersión el cual se rellenó con una solución de perhidropolisilazano con resistencia al 20% NL 110A-20 (Clariant Japan), y se extrajo a una velocidad de 120 cm/min. La lámina subsecuente se dejó en el aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y se secó a 180°C en un gabinete de secado durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente y libre de fisuras.

EJEMPLO 5 (Revestimiento de una hoja de aluminio pulida a través de aspersión) Se cubrió una hoja de aluminio pulida a través de aspersión con una solución consistiendo de 100 partes de solución de perhidropolisilazano con resistencia al 20% NL 110A-20 (Clariant Japan) y 3.5 partes de polimetilpolisilazano. Subsecuentemente se dejó al aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y después se secó a 130°C durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente, libre de fisuras.

EJEMPLO 6 (Prueba de corrosión) Una hoja de aluminio no pretratada de aleación AIMgSi 0.5 se revistió a través de aspersión con una solución de perhidropolisilazano de resistencia al 20% NP110-20 (Clariant Japan). Subsecuentemente se dejó al aire durante aproximadamente 10 minutos, para evaporación, y se secó a 130°C durante 60 minutos. El resultado es un revestimiento claro, transparente, libre de fisuras que tiene un grosor de revestimiento de 2.6 µm. Un número de láminas de metal obtenidas en esta forma se sometieron a la prueba de aspersión por sal de acuerdo con ISO 7253 y a una prueba de agua por condensación de acuerdo con ISO 6270. Nl en la prueba de aspersión por sal ni en la prueba de agua por condensación, después de 1000 horas, hubo ningún rastro de corrosión, mientras la lámina de control no cubierta experimentó una corrosión severa. La lámina revestida del ejemplo comparativo 1 , muestra diferentes rastros de corrosión.

EJEMPLO 7 (Efecto repelente a la suciedad) Un rin de aluminio revestido del ejemplo 1 se montó en el eje frontal de un automóvil comercial estándar. Por el otro lado, hay un rin del mismo tipo que no ha sido provisto con el revestimiento de la invención adicional. El automóvil después se condujo durante varios miles de kilómetros bajo condiciones diarias. Durante ese tiempo, se examinó la tendencia a la suciedad de los riñes a intervalos regulares. En el curso de dicho examen se encontró que el rin revestido estaba sustancialmente más limpio que el rin de control no revestido. Cuando se hizo un intento de limpiar los riñes la suciedad se puede remover simplemente con una toalla de papel o con una inyección de agua sobre el rin revestido, mientras no es posible hacerlo con el rin no revestido. No se observó ningún deterioro por el polvo de los frenos en el rin revestido, mientras en el rin no revestido, con el curso del tiempo, se observaron manchas negras que son muy difíciles, si no es que imposibles de remover a través de la limpieza.

EJEMPLO 8 (Determinación de la resistencia a las raspaduras) La resistencia a las raspaduras se determinó a través de la carga múltiple (5 movimientos hacia adelante y hacia atrás) con un lana de acero de grado 00, con una fuerza de 3 N. Las raspaduras se evaluaron visualmente de acuerdo con la siguiente escala: muy buena (no raspaduras), buena (algunas raspaduras), satisfactorio (diferentes raspaduras), adecuada (severamente raspada) y deficiente (muy severamente raspada)

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un revestimiento para superficies, que comprende 10-20% en peso de perhidropolisilazano de la fórmula 1

en donde n es un entero y es tal que el perhidropolisilazano tiene un peso molecular promedio en número de 50 a 150 000 g/moles, un solvente y un catalizador y, si se desea, uno o más co-aglutinantes y el revestimiento curado tiene un grosor de aproximadamente 2 a 20 micrómetros.

2.- El revestimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque al menos un co-aglutinante es un organopolisilazano de la fórmula 2 -(S¡R'R"-NR"V (2) en donde R', R" y R'" pueden ser idénticos o diferentes y cada uno es ya sea hidrógeno o radicales orgánicos no sustituidos o sustituidos, siempre que R', R" y R'" no deban ser simultáneamente hidrógeno, y en donde n es tal que el organopolisilazano tiene un peso molecular promedio en número de 150 a 150 000 g/moles, siempre que la fracción de masa del organopolisilazano, con base en el perhidropolisilazano, sea de al menos 1% y no más de 100%, preferiblemente 10% a 70%, más preferiblemente 15% a 50%.

3.- El revestimiento de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque dicho revestimiento comprende un co-aglutinante que se usa normalmente para producir materiales de revestimiento, siempre que la fracción de masa del co-aglutinante, con base en el perhidropolisilazano sea de al menos 1%, y no más de 100%, preferiblemente 10% a 70%, más preferiblemente 20% a 50%.

4.- El revestimiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el co-aglutinante es un derivado de celulosa, un poliéster, o poliéster modificado, una resina fenólica o melamina, un acrilato, epóxido, o poliisocianato.

5.- El revestimiento de conformidad con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicho revestimiento contiene 0.001 % a 5% en peso de un catalizador.

6.- El revestimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el catalizador es un compuesto N-heterocíclico, una mono-, di-, o trialquilamina, un ácido orgánico o inorgánico, un peróxido, un carboxilato de metal, un complejo de acetil acetonato, o un polvo de metal o un compuesto organometálico.

7 S- El uso de un revestimiento de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, como un revestimiento protector para superficies.

8.- El uso como se reclama en la reivindicación 7, en donde las superficies son superficies de metal o polímero. 9.- El uso como se reclama en la reivindicación 7 u 8, en donde el revestimiento curado tiene un grosor de 3 a 10 micrómetros. 10.- El uso como se reclama en al menos una de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el revestimiento protector está sobre riñes de ruedas, especialmente riñes de aluminio. 11.- Un procedimiento para producir un revestimiento protector sobre superficies de metal o plástico que pueden estar ya revestidas, que comprende la aplicación de un revestimiento de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 7 a la superficie y después curarla a una temperatura de 10 a 200°C, preferiblemente de 25 a 160°C, más preferiblemente de 80 a 150°C.