ES2254701T3 - Material de carbamato soluble en agua y en disolventes organicos. - Google Patents

Material de carbamato soluble en agua y en disolventes organicos.

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ES2254701T3 ES02748292T ES02748292T ES2254701T3 ES 2254701 T3 ES2254701 T3 ES 2254701T3 ES 02748292 T ES02748292 T ES 02748292T ES 02748292 T ES02748292 T ES 02748292T ES 2254701 T3 ES2254701 T3 ES 2254701T3
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Abstract

La invención proporciona un compuesto carbamato funcional que es soluble en agua y composiciones de revestimiento, especialmente composiciones de revestimiento basadas en agua, que contienen el material carbamato funcional. La invención proporciona además un revestimiento preparado a partir de la composición de revestimiento y un sustrato recubierto, especialmente un sustrato para automóvil que presenta el revestimiento sobre él mismo. El compuesto carbamato funcional de la invención está combinado con un material carbamato reactivo para formar la composición de revestimiento de la invención. Esta composición de revestimiento contiene preferentemente desde aproximadamente un 5% hasta aproximadamente un 70% de dicho compuesto carbamato funcional, en particular desde aproximadamente un 20% hasta aproximadamente un 60%. La composición de revestimiento se aplica sobre un sustrato, en particular sustrato para automóvil, y se endurece para producir un revestimiento. El revestimiento es preferentemente el revestimiento más exterior del sustrato, particularmente un revestimiento de capa transparente. Se incluye también un revestimiento compuesto sobre un sustrato que comprende una capa de revestimiento de capa base y una capa de dicha composición endurecida de revestimiento de capa transparente.

Description

Material de carbamato soluble en agua y en disolventes orgánicos.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a materiales carbamato funcionales y a composiciones de revestimiento endurecibles que los contienen, en especial a composiciones de revestimiento basadas en agua que contienen estos materiales.
Antecedentes de la invención
Los materiales carbamato funcionales han encontrado su utilidad particular en composiciones de revestimiento como resinas endurecibles. Composiciones de revestimiento endurecibles que utilizan resinas carbamato funcionales se describen, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos Nos. 5.693.724, 5,693.723, 5,639.828, 5.512.639, 5.508.379, 5.451.656, 5.356.669, 5.336.566 y 5.532.061 o en EP 0915113.
Estas composiciones de revestimiento pueden proporcionar ventajas significativas sobre otras composiciones de revestimiento tales como composiciones de revestimiento de melamina/acrílicas hidroxifuncionales. Por ejemplo, los revestimientos producidos utilizando resinas carbamato funcionales presentan típicamente una excelente resistencia a la corrosión ambiental (llamada también ataque ácido). El ataque ambiental provoca manchas o marcas sobre o dentro del revestimiento y que a menudo no pueden eliminarse.
Un inconveniente de los revestimientos con resinas carbamato funcionales es que tienden a necesitar más disolvente orgánico para conseguir una viscosidad aceptable y de aplicación. Los materiales carbamato funcionales preparados a partir de un isocianurato de un diisocianato, por ejemplo, en general presentan ventajas como resina aditiva o resina principal en una composición de revestimiento, pero estos materiales aumentan la viscosidad de la composición de revestimiento de modo que se necesita más disolvente. Los revestimientos con cantidades más altas de disolventes orgánicos producen emisiones más reguladas durante la aplicación.
Las composiciones acuosas de revestimiento han adquirido relevancia debido a la regulación de las emisiones orgánicas. Estos revestimientos suelen ser sensibles al agua, sin embargo, debido a la presencia de grupos hidrofílicos utilizados para dispersar las resinas ligantes o los agentes tensioactivos, tales como los agentes tensioactivos basados en poliéter, que permanecen en la película de revestimiento como materiales hidrofílicos de bajo peso mo-
lecular.
Resultaría ventajoso proporcionar un material carbamato funcional, dispersable en agua para una composición de revestimiento que no tuviera ninguna sensibilidad al agua en un revestimiento endurecido.
Sumario de la invención
La invención proporciona un compuesto carbamato funcional que es soluble en agua y composiciones de revestimiento, especialmente composiciones de revestimiento basadas en agua, que contienen el material carbamato funcional. La invención proporciona además un revestimiento preparado a partir de la composición de revestimiento y un sustrato recubierto, especialmente un sustrato para automóvil que presenta el revestimiento sobre él
mismo.
El compuesto carbamato funcional de la invención tiene una estructura
\vskip1.000000\baselineskip
1
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donde cada uno de R^{1}, R^{2} y R^{3} es, independientemente,
2
siendo R hidrógeno, metilo o etilo. Se revela también una composición acuosa del mismo.
El compuesto carbamato funcional de la invención está combinado con un material carbamato reactivo para formar la composición de revestimiento de la invención. Esta composición de revestimiento contiene preferentemente desde aproximadamente un 5% hasta aproximadamente un 70% de dicho compuesto carbamato funcional, en particular desde aproximadamente un 20% hasta aproximadamente un 60%. La composición de revestimiento se aplica sobre un sustrato, en particular sustrato para automóvil, y se endurece para producir un revestimiento. El revestimiento es preferentemente el revestimiento más exterior del sustrato, particularmente un revestimiento de capa transparente. Se incluye también un revestimiento compuesto sobre un sustrato que comprende una capa de revestimiento de capa base y una capa de dicha composición endurecida de revestimiento de capa transparente.
Descripción detallada de la invención
El compuesto \beta-hidroxi carbamato de la invención puede prepararse mediante reacción de isocianurato de triglicidilo primero con dióxido de carbono para convertir los grupos oxirano en grupos carbonato cíclico, y luego con amoníaco para convertir el grupo carbonato cíclico en un grupo \beta-hidroxi carbamato. El isocianurato de triglicidilo está disponible comercialmente o puede prepararse mediante reacción de ácido isocianúrico con una epihalohidrina, en particular epiclorhidrina. La reacción del isocianurato de triglicidilo puede realizarse a cualquier presión, desde presión atmosférica hasta de CO_{2} supercrítico, pero preferentemente a presión elevada (por ejemplo, 414-1.034 kPa) (por ejemplo, 60-150 psi). La temperatura para esta reacción es preferentemente de 60-150ºC. Como catalizadores útiles se incluyen cualquiera que active un anillo oxirano, tal como una amina terciaria o una sal cuaternaria (por ejemplo, bromuro de tetrametilamonio), combinaciones de haluros complejos de organotina y haluros de alquilfosfonio (por ejemplo, (CH_{3})_{3}Snl, Bu_{4}Snl, Bu_{4}Pl y (CH_{3})_{4}Pl), sales de potasio (por ejemplo K_{2}CO_{3}, Kl) preferentemente en combinación con éteres corona, octoato de estaño, octoato de calcio.
Los grupos carbonato cíclico pueden convertirse en grupos carbamato por reacción con amoníaco, que abre el anillo carbonato cíclico para formar un \beta-hidroxi carbamato. El amoníaco puede ser amoníaco anhidro o amoníaco acuoso (es decir, NH_{4}OH). El anillo carbonato puede abrirse para producir cualquiera de las dos estructuras isoméricas mostradas anteriormente para los grupos R^{1}, R^{2} y R^{3}.
El compuesto de \beta-hidroxi carbamato es soluble en agua y es también soluble en disolventes orgánicos polares tales como tetrahidrofurano, alcoholes como metanol o etanol y en compuestos basados en glicol éter como monobutil etilenglicol éter, propilenglicol monometil éter y acetato de monometil propilenglicol éter.
La composición de revestimiento de la invención incluye el compuesto \beta-hidroxi carbamato y uno o más agentes de reticulación o endurecimiento reactivos con el compuesto carbamato. La composición de revestimiento puede incluir opcionalmente otros compuestos, resinas y/o polímeros reactivos con el agente de reticulación. La combinación del compuesto \beta-hidroxi carbamato, el agente de reticulación y (si estuvieran presentes) los demás compuestos opcionales, resinas y/o polímeros se conoce como "vehículo".
En las realizaciones preferentes, el compuesto \beta-hidroxi carbamato tiene al menos un 5% aproximadamente, con más preferencia al menos un 10% aproximadamente y en especial al menos un 15% aproximadamente en peso de vehículo no volátil. También es preferente que el compuesto \beta-hidroxi carbamato alcance aproximadamente un 30%, con más preferencia hasta aproximadamente un 50% y en especial hasta aproximadamente un 70% en peso del vehículo no volátil. El compuesto \beta-hidroxi carbamato contiene preferentemente del 10% aproximadamente al 70% aproximadamente, con más preferencia del 15% aproximadamente al 60% aproximadamente y en especial del 20% aproximadamente al 60% aproximadamente en peso del vehículo no volátil.
Agentes de reticulación particularmente útiles incluyen aquellos materiales que tienen grupos activos metilol o metilalcoxi, tales como los agentes de reticulación aminoplásticos o los aductos fenol/formaldehído. Como ejemplos de compuestos de agentes de endurecimiento preferentes se incluyen los reticulantes formaldehído-melamina, incluida la resina de melamina monomérica o polimérica y la resina de melamina parcial o totalmente alquilada, resinas de urea y metilolureas tales como resina formaldehído-urea, alcoxiureas como la resina formaldehído-urea butilada. Otro agente de reticulación adecuado es la tris(alcoxicarbonilamino)triazina (disponible de Cytec Industries con la marca TACT). Otros agentes de reticulación útiles incluyen poliisocianatos y poliisocianatos bloqueados, agentes de endurecimiento que tienen grupos epóxido, grupos amina, grupos ácido, grupos siloxano, grupos carbonato cíclico y grupos anhídrido. El agente de endurecimiento puede ser una combinación de éstos, particularmente combinaciones que incluyen agentes de reticulación aminoplásticos. Se incluye al menos un agente de reticulación con funcionalidad reactiva frente a los hidrógenos activos del compuesto \beta-hidroxi carbamato. Son especialmente preferentes las resinas aminoplásticas tales como las resinas melamina-formaldehído o las resinas urea-formaldehído. Se conocen resinas aminoplásticas solubles en agua para las composiciones acuosas de revestimiento. Éstas incluyen resinas melamina-formaldehído con una alto contenido en imino y resinas melamina-formaldehído totalmente metoxi-
ladas.
En las realizaciones preferentes, el reticulante consiste en al menos el 5% aproximadamente, con más preferencia al menos el 10% aproximadamente en peso del vehículo no volátil. También es preferente que el agente de reticulación alcance aproximadamente el 40%, con más preferencia hasta aproximadamente el 30% en peso del vehículo no volátil. El agente reticulante constituye preferentemente de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 40%, con más preferencia de aproximadamente el 10% a aproximadamente el 35% y en especial de aproximadamente el 15% a aproximadamente el 35% en peso del vehículo no volátil.
La composición de revestimiento puede incluir otros compuestos, resinas y/o polímeros endurecibles, preferentemente aquellos con funcionalidad hidrógeno activo. Ejemplos de compuestos, resinas y/o polímeros adicionales que se pueden incluir opcionalmente son otros materiales carbamato o hidroxilo funcionales, incluidos los polímeros acrílicos, poliuretanos y poliésteres. Preferentemente, la composición de revestimiento que comprende además uno de los últimos tres compuestos es acuosa. También preferentemente, dicha composición de revestimiento incluye desde aproximadamente el 5% hasta aproximadamente el 70%, en particular desde aproximadamente el 20% hasta aproximadamente el 60% del compuesto carbamato funcional. Además, dicha composición de revestimiento es preferentemente una resina melamina- formaldehído. Se incluye además un revestimiento sobre un sustrato que comprende una capa de dicha composición endurecida. Se incluye asimismo un revestimiento compuesto sobre un sustrato que comprende una capa de un revestimiento de capa base y una capa de la composición endurecida de revestimiento de capa transparente de dicha composición de revestimiento.
La composición de revestimiento utilizada en la práctica de la invención puede incluir un catalizador para mejorar la reacción de endurecimiento. Por ejemplo, cuando los compuestos aminoplásticos, especialmente las melaminas monoméricas, se utilizan como agente de endurecimiento, se puede utilizar un catalizador ácido fuerte para mejorar la reacción de endurecimiento. Estos catalizadores son bien conocidos en la técnica e incluyen ácido p-toluensulfónico, ácido dinonilnaftalenodisulfónico, ácido dodecilbencenosulfónico, fosfato ácido de fenilo, maleato de monobutilo, fosfato de butilo e hidroxi fosfato éster. Los catalizadores ácido fuerte a menudo están bloqueados, por ejemplo con una amina. Otros catalizadores que pueden resultar útiles en la composición de la invención incluyen ácidos de Lewis, sales de cinc y sales de estaño.
Aunque sean preferentes las composiciones acuosas de revestimiento exentas de compuestos orgánicos volátiles regulados, se puede utilizar opcionalmente un disolvente en la composición de revestimiento empleada en la práctica de la presente invención. En general, el disolvente puede ser cualquier disolvente orgánico y/o agua. En una realización preferente, el disolvente es un disolvente orgánico polar. Con más preferencia, el disolvente se selecciona de entre los disolventes alifáticos polares o los disolventes aromáticos polares. En especial, el disolvente es una cetona, un éster, un acetato, una amida aprótica, un sulfóxido aprótico, una amina aprótica, o una combinación de cualquiera de ellos. Ejemplos de disolventes útiles incluyen etil metil cetona, isobutil metil cetona, acetato de m-amilo, acetato de etilenglicol butil éter, acetato de monometil propilenglicol éter, xileno, N-metilpirrolidona, combinaciones de hidrocarburos aromáticos y mezclas de los mismos. En otra realización preferente, el disolvente es agua o una mezcla de agua con pequeñas cantidades de codisolventes.
La composición de revestimiento de la invención se utiliza preferentemente en un revestimiento de alto brillo para automóviles o en la industria y/o como capa transparente de un revestimiento compuesto color-más-transparencia para automóviles. Los revestimientos de alto brillo, tal como se utilizan aquí, son revestimientos que tienen un brillo de 20º (ASTM D523) o una DOI (ASTM E430) de al menos 80.
La composición de revestimiento puede ser formulada también como un revestimiento pigmentado, como para un revestimiento de capa base o una capa de imprimación. En este caso, la composición de revestimiento incluye además un pigmento o material de relleno. El pigmento puede ser cualquier compuesto orgánico o inorgánico o materiales coloreados, materiales lamelares metálicos u otros inorgánicos, por ejemplo pigmentos lamelares de mica perlescente o pigmentos lamelares metálicos como aluminio lamelar, y demás materiales del tipo que la técnica incluye normalmente en estos revestimientos. Ejemplos típicos de rellenos son talco y baritinas. Los pigmentos y demás compuestos particulados insolubles, tal como los rellenos, se utilizan normalmente en la composición en una cantidad del 1% al 100%, basado en el peso total de sólidos de los componentes del ligante (es decir, una proporción de pigmento con respecto al ligante de 0,1 contra 1).
Se pueden incorporar dentro de la composición de revestimiento agentes adicionales, por ejemplos agentes tensioactivos, estabilizadores, agentes humidificantes, agentes de control de reología, agentes dispersantes, promotores de adhesión, absorbentes UV, fotoestabilizadores del tipo amina impedida, etc. Aunque estos aditivos sean bien conocidos en la técnica anterior, se debe controlar la cantidad utilizada para evitar que afecten negativamente a las características del revestimiento.
Las composiciones de revestimiento pueden emplearse para revestir el artículo mediante cualquiera de las múltiples técnicas bien conocidas en la técnica. Éstas incluyen, por ejemplo, revestimiento por pulverización, por inmersión, a rodillo, por cortina. Para los paneles de carrocerías de automóviles es preferente el revestimiento por pulverización.
Cuando se utiliza la composición de revestimiento de la invención como capa transparente de un revestimiento compuesto color-más-transparencia, la composición pigmentada de capa base puede ser cualquiera de las diversas bien conocidas en la técnica, y no necesitan explicación detallada alguna aquí. Polímeros conocidos en la técnica por ser útiles en las composiciones de capa base incluyen acrílicos, vinilos, poliuretanos, policarbonatos, poliésteres, alquidas y polisiloxanos. Los polímeros preferentes incluyen acrílicos y poliuretanos. En una realización preferente de la invención, la composición de capa base utiliza también un polímero acrílico carbamato funcional. Los polímeros de capa base pueden ser termoplásticos, pero son preferentemente reticulables y comprenden uno o más tipos de grupos funcionales reticulables. Estos grupos incluyen, por ejemplo, grupos hidroxilo, isocianato, amina, epoxi, acrilato, vinilo, silano y acetoacetato. Estos grupos pueden estar enmascarados o bloqueados de forma tal que estén desbloqueados y disponibles para la reacción de reticulación en las condiciones de endurecimiento deseadas, generalmente a temperaturas elevadas. Los grupos funcionales reticulables útiles incluyen grupos hidroxilo, epoxi, ácido, anhídrido, silano y acetoacetato. Los grupos funcionales reticulables preferentes incluyen grupos hidroxilo y grupos amino.
Los polímeros de capa base pueden ser autorreticulables, o pueden necesitar de un agente de reticulación separado que sea reactivo frente a los grupos funcionales del polímero. Cuando el polímero comprende grupos funcionales hidroxilo, por ejemplo, el agente de reticulación puede ser una resina aminoplástica, isocianato e isocianatos bloqueados (incluidos los isocianuratos) y los agentes reticulantes ácido o anhídrido funcionales.
Las composiciones de revestimiento descritas aquí preferentemente se someten a unas condiciones que permitan endurecer la capa de revestimiento. Aunque se pueden utilizar varios métodos de endurecimiento, es preferente el endurecimiento térmico. Generalmente, el endurecimiento térmico se lleva cabo exponiendo al artículo recubierto a temperaturas elevadas procedentes principalmente de fuentes de calor radiantes. Las temperaturas de endurecimiento variarán según los grupos de bloqueo particulares utilizados en los agentes de reticulación, sin embargo oscilan generalmente entre 90ºC y 180ºC. Los primeros compuestos de acuerdo con la presente invención son reactivos preferentemente incluso a temperaturas de endurecimiento relativamente bajas. Así, en una realización preferente, la temperatura de endurecimiento se sitúa preferentemente entre 115ºC y 150ºC y en especial a temperaturas entre 115ºC y 140ºC para un sistema catalizado por ácido bloqueado. Para un sistema catalizado por ácido desbloqueado, la temperatura de endurecimiento se encuentra preferentemente entre 80ºC y 100ºC. El tiempo de endurecimiento variará según los componentes particulares utilizados, así como según parámetros físicos como el espesor de capa, sin embargo, los tiempos típicos de endurecimiento oscilan entre 15 y 60 minutos, y preferentemente entre 15 y 25 minutos para los sistemas
catalizados por ácido bloqueado y entre 10 y 20 minutos para los sistemas catalizados por ácido desbloqueado.
Se describe además la invención en el siguiente ejemplo. Los ejemplos son meramente ilustrativos de la invención tal como se describe y reivindica. Todas las partes son partes en peso salvo que se indique de otro modo.
Ejemplo
En un reactor adecuado, se sometieron a reacción 2.000 gramos de una solución de tricarbonato de isocianurato de triglicidilo al 70% en peso (obtenida de Vantico; su estructura
3
en agua con 1.000 gramos de hidróxido de amonio concentrado. Entonces se hizo burbujear gas amoníaco dentro de la mezcla de reacción. Cuando finalizó la reacción, se eliminaron por extracción a vacío el hidróxido de amonio en exceso y una parte del agua. Se añadió entonces agua para obtener un 77,5% en peso de no volátiles de la solución del producto de tricarbamato, que tenía una estructura
4
donde cada uno de R^{1}, R^{2} y R^{3} es, independientemente,
5
Se preparó una composición de revestimiento transparente mezclando conjuntamente 100 gramos del producto de tricarbamato, 77,8 gramos de CYMEL\registrado 327 (una melamina completamente metilada, un 90% de no volátiles en butanol), 5,6 gramos de una solución de ácido dodecilbencenosulfónico (un 25% activo), 18,3 gramos de N-metilpirrolidinona, y 0,8 gramos de un aditivo de silicona. La viscosidad de la composición de revestimiento era de 0,2 Pas (200 centipoise) a 400s^{-1}. El VOC de la composición de revestimiento era de 120 kg/m^{3} (1,0 lb/gal.)
La composición de revestimiento transparente se aplicó sobre una capa evaporada rápidamente (secada pero no endurecida) de una composición de revestimiento de capa base sobre un panel de acero electroimprimado de la siguiente forma. Se aplicó sobre el panel de acero electroimprimado un extracto húmedo de 102 \mum (4 milipulgadas) de la composición de capa base. El extracto de la capa base se sometió a evaporación rápida durante cinco minutos a 60ºC (140ºF). Una capa del extracto húmedo de 102-127 \mum (4 a 5 milipulgadas) de la composición de revestimiento transparente se aplicó en una capa perpendicular al extracto de la capa base. El panel se sometió a evaporación rápida durante 10 minutos a 43ºC (110ºF), luego se secó en estufa durante 20 minutos a 138ºC (280ºF). La capa base horneada era de 20 \mum (0,8 milipulgadas) y la capa transparente horneada era de 51-61 \mum (2,0 a 2,4 milipulgadas).
La capa transparente horneada pasó una prueba del rayado cruzado para determinar la adhesión a la capa base. El revestimiento compuesto capa base/capa transparente tenía una dureza de 37 Knoops en un durómetro Tukon.

Claims (18)

1. Compuesto de estructura
6
donde cada uno de R^{1}, R^{2} y R^{3} es, independientemente,
7
siendo R hidrógeno, metilo o etilo.
2. Composición acuosa que comprende agua y el compuesto de la reivindicación 1.
3. Composición de revestimiento que comprende el compuesto de la reivindicación 1 y al menos un agente de reticulación reactivo frente a la funcionalidad carbamato.
4. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque el agente de reticulación es una resina melamina-formaldehído.
5. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la composición de revestimiento es acuosa.
6. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la composición incluye desde aproximadamente un 5% hasta aproximadamente un 70% del compuesto de la reivindicación 1.
7. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la composición incluye desde aproximadamente un 20% hasta aproximadamente un 60% del compuesto de la reivindicación 1.
8. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, caracterizada porque la composición es una composición de revestimiento de capa transparente.
9. Revestimiento sobre un sustrato que comprende una capa de la composición endurecida de la reivindicación 3.
10. Revestimiento compuesto sobre un sustrato, que comprende una capa de revestimiento de capa base y una capa de la composición endurecida de revestimiento de capa transparente de la reivindicación 8.
11. Composición de revestimiento según la reivindicación 3, que comprende además un elemento seleccionado de entre el grupo formado por polímeros acrílicos, poliuretanos y poliésteres.
12. Composición de revestimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque el reticulante es una resina melamina-formaldehído.
13. Composición de revestimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque la composición de revestimiento es acuosa.
14. Composición de revestimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque la composición incluye desde aproximadamente un 5% hasta aproximadamente un 70% del compuesto de la reivindicación 1.
15. Composición de revestimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque la composición incluye desde aproximadamente un 20% hasta aproximadamente un 60% del compuesto de la reivindicación 1.
16. Composición de revestimiento según la reivindicación 11, caracterizada porque la composición es una composición de revestimiento de capa transparente.
17. Revestimiento sobre un sustrato que comprende una capa de la composición endurecida de la reivindicación 11.
18. Revestimiento compuesto sobre un sustrato, que comprende una capa de revestimiento de capa base y una capa de la composición endurecida de revestimiento de capa transparente de la reivindicación 16.
ES02748292T 2001-11-02 2002-08-05 Material de carbamato soluble en agua y en disolventes organicos. Expired - Lifetime ES2254701T3 (es)

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ES2254701T3 true ES2254701T3 (es) 2006-06-16

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