ES2222976T3 - Proceso para recubrir superficies de sustratos metalicos y superficie recubierta. - Google Patents
Proceso para recubrir superficies de sustratos metalicos y superficie recubierta.Info
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Abstract
Procedimiento para recubrir superficies metálicas que comprende las etapas de: a) pretratamiento de una superficie metálica con radiaciones de alta energía NIR de una longitud de onda de la gama de 730 a 1200 nm, con una intensidad de más de 1 W/cm2; y b) aplicación de una composición de recubrimiento a la superficie metálica, siendo seleccionada dicha composición de recubrimiento a partir del grupo consistente en composiciones pulverulentas y en composiciones líquidas.
Description
Proceso para recubrir superficies de sustratos
metálicos y superficie recubierta.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para recubrir sustratos metálicos con un recubrimiento
pulverulento o con un recubrimiento líquido que incluye el
pretratamiento de la superficie del sustrato.
El empleo de recubrimientos pulverulentos para
proporcionar un recubrimiento decorativo o funcional de las
superficies, se ha usado ampliamente en el recubrimiento de metales
debido a la alta eficiencia económica del procedimiento, así como a
su amplia aceptación desde el punto de vista de protección
ambiental. Se han desarrollado numerosas composiciones de
recubrimiento pulverulentas para diferentes aplicaciones. Los
procedimientos conocidos para recubrir con recubrimientos
pulverulentos requieren que la superficie metálica a recubrir esté
sujeta a un procedimiento de pretratamiento costoso generalmente
acuoso. Sin ese pretratamiento, la adherencia de las capas de
recubrimiento pulverulento y, por tanto, el efecto protector de la
corrosión es insuficiente. Tales pretratamientos costosos también
son necesarios para la aplicación de recubrimientos acuosos o
líquidos que contienen solventes sobre las superficies
metálicas.
Después de su aplicación, los recubrimientos
pulverulentos y líquidos se pueden curar, o secar y curar, por medio
de radiaciones con unas longitudes de onda en la región próxima a
los infrarrojos (NIR). En el campo del recubrimiento pulverulento,
la tecnología NIR facilita la fusión y el curado de los
recubrimientos pulverulentos a llevar a cabo en una sola etapa de
procedimiento, ver por ejemplo, el documento de K.Bär,JOT 2/98, pp.
26 a 29 y el WO 99/41323. Se consigue un calentamiento uniforme de
toda la capa de recubrimiento. Dichos procedimientos de curado NIR
también requieren unos métodos de pretratamiento costosos para la
superficie del sustrato antes de recubrir.
El pretratamiento del acero o del aluminio consta
generalmente de al menos varias etapas de procedimiento. En primer
lugar, se lleva a cabo la eliminación de grasas, aceites u otras
impurezas, por ejemplo, mediante un lavado alcalino usando una
técnica de baño o de rociado. Un posterior enjuagado provisional es
seguido generalmente por una deposición química en húmedo de capas
protectoras de corrosión inorgánicas sobre la superficie (por
ejemplo, fosfatado en el caso del acero, cromatado en el caso del
aluminio). Nuevamente se requiere otra operación de enjuagado con
agua nueva o con agua desmineralizada con el objeto de quitar
completamente los productos químicos adheridos de la reacción. La
superficie metálica húmeda debe estar completamente seca antes de la
posterior aplicación de la capa de recubrimiento pulverulento o
líquido a fin de evitar fallos en el recubrimiento. Los métodos
típicos de pretratamiento para el recubrimiento pulverulento de las
superficies metálicas se describen, por ejemplo, en el documento de
T.Molz, Tagungsband der DFO-Pulverlacktagung, 23.
-24.9.1996, páginas 201 a 207.
Dicho pretratamiento de sustratos metálicos o de
piezas metálicas antes de recubrir con recubrimientos pulverulentos
o líquidos requiere grandes depósitos para el baño con
recubrimiento o cabinas de rociado que implican una considerable
inversión y costes de operativos. Los productos químicos empleados
en las diferentes zonas de reacción deben mantenerse estrictamente
separados entre sí, y las soluciones consumidas del pretratamiento
deben ser eliminadas con un alto coste. Si ocurre algún fallo en el
pretratamiento, los fallos en el posterior recubrimiento serán
inevitables.
El objeto de la presente invención es, en
consecuencia, proporcionar un procedimiento para recubrir
superficies metálicas con una composición de recubrimiento
pulverulenta o líquida que evite un pretratamiento caro de la
superficie del sustrato antes de la aplicación del
recubrimiento.
Este objetivo se consigue mediante un
procedimiento en el que las superficies metálicas son irradiadas con
unas radiaciones de alta intensidad en la región NIR; las
superficies metálicas irradiadas son posteriormente recubiertas con
una composición de recubrimiento pulverulenta y/o líquida, y luego
la capa de recubrimiento pulverulenta o líquida es secada y/o
curada.
El procedimiento también se caracteriza porque el
secado y/o el curado de la capa de recubrimiento pulverulenta o la
capa de recubrimiento líquida se realiza preferentemente por medio
de radiaciones NIR o de radiaciones UV, más preferiblemente por
medio de radiaciones NIR.
De acuerdo con la invención, las superficies
metálicas que no son tratadas de la manera usual se irradian con
radiaciones NIR de alta intensidad, con una longitud de onda
generalmente en la gama de 730 a 1200 nm (próxima a los
infrarrojos). La irradiación puede tener lugar con una intensidad de
por ejemplo más de 1 W/cm^{2}, preferentemente más de 100
W/cm^{2}, y por un periodo de tiempo que va preferiblemente de 1 a
60 segundos, más preferiblemente de 1 a 10 segundos. En general, la
duración del pretratamiento con NIR puede ser de 0,5 a 300
segundos.
Siguiendo al pretratamiento de la superficie
metálica con irradiaciones NIR de acuerdo con la invención, se puede
llevar a cabo el posterior recubrimiento con composiciones de
recubrimiento pulverulentas o líquidas, donde sea apropiado como un
recubrimiento de una capa o multicapa. El posterior secado o curado
de las capas de recubrimiento se puede llevar a cabo en la manera
usual por métodos conocidos en la industria del recubrimiento.
Preferiblemente, el proceso de secado o de curado se puede llevar a
cabo por medio de radiaciones NIR o de radiaciones UV, más
preferiblemente por medio de radiaciones NIR.
Las superficies metálicas a tratar según la
invención no necesitan ser pretratadas, es decir, no se requiere
ningún método convencional de pretratamiento tal como, por ejemplo,
desengrasado y pasivación (por ejemplo, fosfatado o cromatado).
Es ventajoso limpiar las superficies metálicas a
tratar de acuerdo con la invención, de sus impurezas mecánicas, o
sea, polvo abrasivo, virutas de taladrado y de mecanizado, oxidación
o polvo superficial antes de su tratamiento NIR. Para eliminar tales
impurezas, se pueden usar métodos mecánicos conocidos tales como,
cepillado, limpiado por aspiración o aire comprimido,
"barrido", así como chorreado de arena para las impurezas
rugosas o para el óxido superficial.
Como resultado de las radiaciones de alta energía
NIR de acuerdo con la invención, puede ocurrir el calentamiento de
la superficie metálica. Tal calentamiento no tiene una influencia
negativa sobre el posterior proceso de recubrimiento pulverulento o
sobre la aplicación de la capa de revestimiento líquido, sino que de
hecho y sorprendentemente da como resultado una mejor operación de
recubrimiento.
Las lámparas halógenas, especialmente las
lámparas halógenas de alto rendimiento adecuadas, por ejemplo, para
la etapa de pretratamiento en el procedimiento según la invención,
se pueden usar como fuente de NIR. Son adecuados unos emisores de
radiaciones con una longitud de onda máxima de espectro de emisión
entre 730 y 1200 nm.
El recubrimiento con reticulación térmica así
como composiciones de recubrimiento pulverulento curado con UV, o
composiciones de recubrimiento líquidas basadas en agua o que
contengan un solvente tienen lugar, de preferencia, directamente
después del pretratamiento con NIR de la superficie metálica. Si es
necesario, también es posible separar a tiempo el pretratamiento
según la invención del posterior recubrimiento.
Fundamentalmente, todos los procedimientos son
adecuados para la aplicación de composiciones de recubrimiento
pulverulentas y a la aplicación de composiciones de recubrimiento
líquidas. Con vistas a la composición pulverulenta, se prefieren
particularmente las técnicas de rociado electrostático como las
usadas en los procedimientos conocidos de descarga luminosa o de
triboluminiscencia. También es posible usar otros métodos conocidos
de aplicación de polvos, por ejemplo, la aplicación en forma de
dispersión acuosa o "lechada de polvo". Las composiciones de
recubrimiento líquidas se pueden aplicar sobre el sustrato, por
ejemplo, por los métodos bien conocidos de bañado o de rociado.
Los conocidos polvos de reticulación térmica
convencionales se pueden emplear como composiciones de recubrimiento
pulverulentas. En este caso, los métodos de curado térmico se pueden
usar para el posterior curado de los recubrimientos pulverulentos,
por ejemplo calentando por medio de hornos de convección o de
radiaciones infrarrojas de longitud de onda mediana.
Después del pretratamiento de acuerdo con la
invención, también es posible aplicar unas composiciones
pulverulentas de recubrimiento que se pueden curar con radiaciones
UV. Tales composiciones pulverulentas se describen, por ejemplo, en
las solicitudes de patente europea EP 739922, EP 702067 ó EP 636660.
Directamente después del pretratamiento con NIR, se puede aplicar un
recubrimiento pulverulento curado con UV sobre la superficie del
sustrato que se puede curar en unos pocos segundos mediante
radiaciones UV. El calor residual del pretratamiento con NIR es
suficiente para fundir el recubrimiento pulverulento UV y para
obtener el flujo de la capa de recubrimiento, sin la entrada de
calor adicional. Este procedimiento alternativo de acuerdo con la
invención crea la posibilidad de un procedimiento de recubrimiento
pulverulento con un consumo de energía muy bajo.
También se pueden usar las composiciones
pulverulentas de recubrimiento que sean adecuadas para ser curadas
por medio de radiaciones NIR. Tales recubrimientos pulverulentos se
describen, por ejemplo, en el documento WO 99/41323. Cuando se
emplean tales recubrimientos pulverulentos, es preferible curar la
capa de recubrimiento pulverulento directamente después de su
aplicación irradiándola con radiaciones NIR. En este caso de acuerdo
con la invención, el polvo funde inicialmente y luego cura en un
tiempo muy corto y con un acortamiento distinto del tiempo de curado
de los recubrimientos pulverulentos comparados con el que se pueda
obtener con el pretratamiento convencional.
Preferiblemente las composiciones pulverulentas
de recubrimiento se usan de manera que sean adecuadas para ser
curadas por medio de radiaciones NIR radiaciones UV, más
preferiblemente por medio de radiaciones NIR.
Los recubrimientos líquidos que se pueden usar,
por ejemplo, son las composiciones de recubrimiento diluibles en
agua o que contengan un solvente, las cuales son corrientemente
empleadas y conocidas por los expertos en la materia y que se pueden
usar, por ejemplo, como recubrimiento simple o multicapa, coloreado
o sin color sobre sustratos para usar como de relleno, de base o de
remate o recubrimientos limpiantes en la industria del automóvil o
en la industria del ramo de recubrimiento. Después de su aplicación,
los mismos se pueden secar por medios bien conocidos por un periodo
mayor de tiempo a temperatura ambiente o sujetos, cuando sea
apropiado después de un tiempo de evaporación instantánea, para el
secado o curado a una temperatura alta. Además, es posible el curado
por medio de radiaciones de alta energía, por ejemplo radiaciones
UV. También es posible la evaporación instantánea, secado o curado,
por ejemplo, por medio de la exposición a radiaciones NIR.
Los recubrimientos obtenidos por el procedimiento
de la invención, especialmente los recubrimientos pulverulentos,
tienen una excelente adherencia, una buena resistencia a la
corrosión y una excelente fluencia. Los fallos de recubrimientos
tales como cráteres, fisuras o defectos de adherencia que
generalmente aparecen en el recubrimiento de superficies metálicas
no tratadas, se pueden evitar con el procedimiento de la
invención.
El procedimiento para el pretratamiento de
superficies metálicas con radiaciones NIR de acuerdo con la presente
invención, permite unos considerables ahorros de inversión, energía
y de costes de funcionamiento, de sobrantes de agua y de desecho de
materiales. Las impurezas orgánicas que están generalmente presentes
en la superficie, tales como residuos de grasa y de aceite u otras
impurezas, por ejemplo, huellas dactilares, se eliminan con el
procedimiento de la presente invención, con el que el tiempo
necesario para el pretratamiento que va de 10 a 30 minutos para los
métodos de pretratamiento convencionales se reduce a unos pocos
segundos. Particularmente, en combinación con el curado de capas de
recubrimiento por medio de radiaciones NIR, es posible un
rendimiento total muy alto del recubrimiento, especialmente del
recubrimiento pulverulento.
Los siguientes ejemplos ilustran la
invención:
Un tubo cilíndrico de acero con manchas de aceite
y de grasa resultantes de su proceso de producción y de su
tratamiento para la protección contra la oxidación se irradió,
mientras giraba, desde una distancia de 6 cm con un emisor de
radiaciones NIR convencional (1000 W de potencia) durante 10
segundos, por lo que la superficie se calentó a una temperatura de
entre 100ºC y 120ºC. Se le aplicó un recubrimiento pulverulento con
NIR, DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216 (un
producto comercial de DuPont Pulverlack GMBH & Co.KG) sobre la
superficie que se había pretratado de esta manera, y fundió sobre la
superficie pre-revenida. Un emisor adicional de
radiaciones NIR completó posteriormente el curado de la capa de
recubrimiento pulverulento en 8 segundos. Resultó una superficie de
fluencia homogénea, libre de poros y de burbujas, con una excelente
adherencia al sustrato y con las propiedades siguientes
Ejemplo comparativo
2
Un tubo de acero con manchas de aceite y de grasa
análogo al Ejemplo 1 se recubrió, sin el pretratamiento de la
invención, con un recubrimiento pulverulento NIR, DUROTHERM
RAY-TEC NIR-9216 y posteriormente
se irradió, mientras giraba, desde una distancia de 6 cm con un
emisor de radiaciones NIR de una potencia de 1000 W por una duración
de 18 segundos. Durante ese tiempo, ocurrió la fusión y curado de la
capa de recubrimiento pulverulento. Durante el proceso de fusión se
desarrollaron burbujas sobre la superficie, se formaron cráteres
debido a una humectación insuficiente y algunas regiones
permanecieron sin mojarse sobre grandes áreas. La prueba de
propiedades de recubrimiento proporcionó los resultados
siguientes:
Se usó una placa de acero con manchas de aceite y
de grasa resultantes de su proceso de producción y de su tratamiento
de protección contra el óxido superficial. La placa se irradió con
un emisor convencional de radiaciones NIR (1000 W) desde una
distancia de 8 cm por una duración de 12 segundos. La superficie de
la placa de acero fue por ello activada térmicamente y calentada
superficialmente a una temperatura de 130ºC. Dicha placa de acero
fue recubierta posteriormente con un recubrimiento pulverulento
termorreactivo convencional sobre una base de un sistema endurecedor
de poliéster/resina de triglicidilsocianurato y la capa de
recubrimiento pulverulento se curó en un horno de convección a 200ºC
durante 15 minutos. Un análisis del recubrimiento obtenido
proporcionó los siguientes resultados.
Un perfil de aluminio de condición no limpiada
para usar en la industria de construcción de ventanas fue irradiado
con un emisor de radiaciones NIR de una potencia de 1500 W desde una
distancia de 5 cm y a una velocidad del transportador de 8 m/min.
Después de una distancia de enfriamiento de 4 m, la tira de perfil
fue recubierta con una imprimación acuosa convencional que se secó
posteriormente con un emisor de radiaciones NIR de una potencia de
500 W desde una distancia de 10 cm. Se obtuvo un recubrimiento libre
de poros y con buena adherencia, cuyas propiedades correspondieron a
un recubrimiento con la imprimación sobre un soporte pretratado
convencionalmente.
Una placa de fundición gris de alrededor de 12 mm
de espesor se irradió desde una distancia de 5 cm con un emisor de
radiaciones NIR de una potencia de 1500 W durante 10 segundos. La
placa se calentó superficialmente a una temperatura de 130ºC. La
placa de fundición gris se recubrió posteriormente con un
recubrimiento convencional pulverulento curado con UV
(UV-TEC
UP-023-9490-0,
disponible comercialmente en DuPont Pulverlack GMBH & Co. KG),
fundió con un emisor convencional de radiaciones IR y curó con un
emisor convencional de radiaciones UV. El recubrimiento obtenido
estaba libre de defectos superficiales y mostró una excelente
adherencia sobre el soporte.
Claims (7)
1. Procedimiento para recubrir superficies
metálicas que comprende las etapas de:
- a)
- pretratamiento de una superficie metálica con radiaciones de alta energía NIR de una longitud de onda de la gama de 730 a 1200 nm, con una intensidad de más de 1 W/cm^{2}; y
- (b)
- aplicación de una composición de recubrimiento a la superficie metálica, siendo seleccionada dicha composición de recubrimiento a partir del grupo consistente en composiciones pulverulentas y en composiciones líquidas.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 que comprende, además, la etapa de irradiar la
composición de recubrimiento con radiaciones NIR o con radiaciones
UV para efectuar el secado y el curado.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la composición de recubrimiento es una
composición pulverulenta.
4. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la etapa de pretratamiento (a) es de 1 a
60 segundos de duración.
5. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la etapa (b) sigue inmediatamente a la
etapa (a).
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que la etapa (a) es el único proceso de pretratamiento aplicado a la
superficie metálica.
7. Una superficie metálica recubierta obtenible
mediante pretratamiento y recubrimiento, caracterizada porque
la superficie metálica se prepara mediante las siguientes
etapas;
- (a)
- pretratamiento de la superficie metálica con radiaciones de alta energía NIR de una longitud de onda de la gama de 730 a 1200 nm, con una intensidad de más de 1W/cm^{2}; y
- (b)
- aplicar una composición de recubrimiento a la superficie metálica, en la que dicha composición de recubrimiento se selecciona a partir del grupo consistente en composiciones pulverulentas y en composiciones líquidas.
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