ES2968147T3

ES2968147T3 - Sistema de recubrimiento

Info

Publication number: ES2968147T3
Application number: ES12726942T
Authority: ES
Inventors: Thomas J Staunton; Weilin Tang; Brian J Wayton
Original assignee: Swimc LLC
Current assignee: Swimc LLC
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: BR112013029918B1; EP2714826A1; BR112013029918A2; WO2012162026A1; MX350941B; MX2013013792A; PL2714826T3; EP2714826B1; CA2836289C; CA2836289A1; CN103732702A; US20120301726A1

Abstract

Un sistema de recubrimiento para aplicación a un sustrato que tiene una capa de película de sol-gel aplicada sobre el mismo incluye una capa de color decorativa aplicada directamente sobre la película de sol-gel sin una capa de adhesión intermedia. La capa de color decorativa puede ser una composición a base de disolvente que incluye una resina que es el producto de reacción de una resina poliepoxi reticulada y un reticulante de poliamina, y uno o más pigmentos opacificantes. Se pueden formar diseños decorativos aplicando selectivamente más de una capa de capas de colores decorativos que tengan colores diferentes. Se puede aplicar una capa transparente a la película decorativa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de recubrimiento

La presente solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de patente provisional de Estados Unidos 61/489.378 presentada el 24 de mayo de 2011.

Los sistemas de recubrimientos aeroespaciales convencionales comprenden dos elementos de recubrimiento: (1) una capa de imprimación, que generalmente sirve como anticorrosivo; (2) un recubrimiento decorativo, que sirve principalmente para proporcionar color, decoración y durabilidad UV. Los sistemas de recubrimientos aeroespaciales avanzados comprenden tres elementos de recubrimiento: (1) una capa de imprimación, que generalmente sirve como anticorrosivo; (2) un recubrimiento decorativo, que sirve principalmente para proporcionar color y decoración; y (3) una capa superior transparente, que puede proteger las capas subyacentes de la degradación UV, el envejecimiento climático y similares.

Para facilitar la adhesión del recubrimiento de imprimación al sustrato que, en aplicaciones aeroespaciales, es típicamente un sustrato metálico tal como aluminio o titanio, se han desarrollado numerosos pretratamientos del sustrato. Un pretratamiento común implica recubrir la superficie del sustrato con un material que genera una película de sol-gel. El término “ sol-gel” , una contracción de solución-gelificación, se refiere a una serie de reacciones donde una especie organometálica soluble, típicamente un alcóxido metálico o sal metálica, se hidroliza para formar un hidróxido metálico y se condensa adicionalmente para formar enlaces metal-oxígeno-metal, por ejemplo, Si-O-Si, Si-O-Zr, y Si-O-AI.

La descripción y el uso de películas de sol-gel se han descrito ampliamente, en otros lugares. En resumen, las películas de sol-gel fomentan la adhesión al tener una parte metálica que puede unirse covalentemente con el metal y tener una parte orgánica que puede unirse covalentemente con la resina de un recubrimiento aplicado posteriormente.

La resistencia y durabilidad de la película de sol-gel depende de las interacciones químicas y micromecánicas en la superficie del metal que implican, por ejemplo, la tendencia de la película de sol-gel a rehidratarse y la porosidad y microestructura del metal. Cuando se implementa correctamente, los recubrimientos sol-gel proporcionan estabilidad superficial para la adhesión de pintura. El proceso de sol-gel se basa en una combinación de reacciones de hidrólisis y condensación. Las tasas relativas de hidrólisis y condensación, y la estructura y características de la película de solgel resultante están controladas por numerosos factores, que pueden incluir cosas tales como el pH del entorno y la concentración de reactivos y catalizadores tales como ácidos o bases.

Una composición de sol-gel que es particularmente útil para recubrir superficies de aluminio y titanio se basa en una combinación de componentes organometálicos y organosilano. El compuesto organometálico preferido para su uso en un sol-gel para recubrir superficies de aluminio y de titanio es un compuesto alcoximetálico, y más preferiblemente un compuesto de alcoxicirconio. Debido a su fácil disponibilidad comercial, se prefiere especialmente el n-propóxido de Zr (IV) como compuesto organometálico. Además de unirse covalentemente a la superficie metálica, el compuesto de organocirconio también sirve para minimizar la difusión de oxígeno a la superficie y para estabilizar la interfase metal-resina. Los silanos funcionalizados con epoxi son los organosilanos preferidos debido a su estabilidad en solución y su capacidad para reticularse con adhesivos comunes de epoxi o uretano aeroespaciales. El silano es ácido-base neutro, por lo que su presencia en la mezcla de sol no aumenta las tasas relativas de hidrólisis y condensación de los compuestos metálicos de alcoxi. Los soles que incluyen los organosilanos son relativamente fáciles de preparar y aplicar con resultados reproducibles. El documento US-6.605.365 B1 describe recubrimientos pigmentados de sol-gel unidos a una capa de pintura a través de una capa de imprimación. El documento US-2010/159144 describe recubrimientos de control de la corrosión para metales, en donde un recubrimiento de sol-gel está presente en la superficie metálica y en donde se aplica sobre el mismo al menos una capa adicional.

Una formulación de sol-gel ampliamente usada es Boegel-EPII™, desarrollada por The Boeing Company, Seattle, Wash. La composición Boegel-EPII™ es una combinación de 3-glicidoxipropiltrimefoxisilano (GTMS) y n-propóxido de Zr (IV) que se hace reaccionar en presencia de un estabilizador de ácido acético. El GTMS tiene un grupo epoxi activo que puede reaccionar con resinas epoxi y de uretano comunes. El GTMS no forma interacciones ácido-base de Lewis fuertes con el sustrato de óxido metálico hidratado. El circonio de la mezcla tiende a reaccionar más rápidamente con la superficie de óxido metálico, lo que permite la estratificación deseada de la película de sol-gel con los grupos epoxi de los agentes de acoplamiento de silano orientados hacia la capa de resina.

En los sistemas de recubrimiento convencionales, se aplica una capa de imprimación encima del sustrato tratado con sol-gel. El recubrimiento de imprimación, que típicamente contiene inhibidores de la corrosión, tiene las funciones principales de inhibir la corrosión del sustrato y la desestabilización de la película de sol-gel, que puede ser resultado de la abrasión o exposición a agentes ambientales, tales como sales, agua, soluciones de deshielo y similares, y para proporcionar una superficie sobre la que se puede aplicar el recubrimiento o recubrimientos decorativos.

El recubrimiento decorativo, que típicamente contiene los pigmentos coloreados, transmite color al sustrato. Se pueden aplicar una o más capas de recubrimiento decorativo. Una vez que se ha aplicado el uno o más recubrimientos decorativos se pueden aplicar una o más capas de un recubrimiento transparente para proteger el recubrimiento decorativo.

La aplicación de un sistema de recubrimiento como se acaba de describir es un proceso que requiere mucho tiempo ya que cada elemento debe aplicarse en una o más capas y dejarse curar adecuadamente. El fallo en uno cualquiera de los elementos puede ser perjudicial para el rendimiento de todo el sistema que produce un daño estético o físico al sustrato, lo que requiere reparación. Además, cualquier incompatibilidad entre las capas puede dar como resultado un fallo del sistema.

Sería beneficioso reducir el número de elementos del sistema de recubrimiento a un mínimo necesario para proteger adecuadamente el sustrato de la exposición ambiental y proporcionar un aspecto duradero y decorativamente agradable. Al reducir el número de elementos en el sistema, se puede reducir la propensión a fallos del mismo. Existen menos elementos que puedan contribuir a los fallos del sistema y menos interacciones potencialmente dispares entre las capas de recubrimiento. Además, limitar el número de elementos en un sistema de recubrimiento puede reducir el tiempo de aplicación y repintado, el peso y el coste de aplicación y reparación.

Eliminar un elemento del sistema de recubrimiento impone a los componentes restantes la carga de realizar las funciones del elemento eliminado, ya sea individual o colectivamente.

Según la presente invención, un sistema de recubrimiento para un sustrato que se ha pretratado con una película de sol-gel comprende: (1) un recubrimiento decorativo aplicado directamente encima de la película de sol-gel, en donde el recubrimiento decorativo comprende: (a) un compuesto de poliepoxi; (b) un reticulante de poliamina adecuado para reticular el compuesto de poliepoxi, en donde la cantidad del reticulante en la composición de recubrimiento proporciona una relación molar de epoxi a amina de 0,5 a 2,0; (c) uno o más pigmentos opacificantes y (d) un catalizador adecuado para la reacción de reticulación; y (2) opcionalmente, un barniz transparente aplicado encima del recubrimiento decorativo. La presente invención es notable para la eliminación de una capa de imprimación separada como parte del sistema de recubrimiento, disminuyendo así el número de elementos del sistema a la vez que se mantienen o mejoran las prestaciones del recubrimiento, la durabilidad y la funcionalidad decorativa.

El recubrimiento decorativo puede ser una composición de recubrimiento pigmentado en 2 partes (2k) a base de disolvente que comprende un compuesto poliepoxídico y un reticulante de poliamina adecuado para reticular el compuesto poliepóxico.

Los compuestos poliepoxídicos adecuados tienen funcionalidades epoxi de al menos dos o más y pueden incluir poliepóxidos heterocíclicos que tienen dos o más epóxidos, tales como triglicidilisocianurato (TGIC); poliepóxidos de polioles aromáticos tales como el diglicidil éter de 2,2-bis (4-hidroxilfenil)propano (bisfenol A), bisfenol F y tetrabromobisfenol A y similares; polímeros de bajo peso molecular derivados de los polioles aromáticos anteriores y sus diglicidil éteres; poliepóxidos cicloalifáticos, tales como 3',4'-epoxiciclohexilmetil 3,4-epoxiciclohexilcarboxilato, diciclopentadieno dióxido y similares; ésteres de glicidilo de poliácidos aromáticos o alifáticos, tales como el diglicidil éster del ácido hexahidroftálico; resinas acrílicas funcionalizadas con epoxi de bajo peso equivalente; poliepóxidos de polioles alifáticos tales como el diglicidil éter de 1,4-butanodiol; y poliepóxidos de aminoalcoholes, tales como la triglicidil éter-amina de 4-amino fenol.

Los compuestos poliepoxídicos particularmente útiles pueden incluir glicidil ésteres de poliácidos aromáticos y alifáticos, por ejemplo glicidil ésteres de poliácidos tales como ácido tereftálico, isoftálico, ftálico, metiltereftálico, trimelítico, piromelítico, adípico, sebácico, succínico, málico, fumárico, tetrahidroftálico, metiltetrahidroftálico, hexahidroftálico y metilhexahidroftálico. Estos ácidos pueden copolimerizarse con otros monómeros alfa, betaetilénicamente insaturados, por ejemplo ésteres de ácido acrílico o ácido metacrílico, tales como ésteres de metilo, etilo, hexilo, 2-etoxi etilo, t-butilo, 2-hidroxietilo y 2,2-di(p-hidroxi)fenilo y similares; estireno; estireno sustituido, tal como alfa-metil estireno; y ésteres vinílicos, tales como acrilato de vinilo y metacrilato de vinilo.

En las composiciones de recubrimiento de la invención se puede usar una amplia variedad de resinas acrílicas de poliepoxi. Típicamente, las resinas acrílicas de poliepoxi deben tener al menos dos grupos epoxi por molécula, incluyendo compuestos saturados o insaturados, alifáticos, cicloalifáticos o heterocíclicos y pueden estar sustituidos con sustituyentes tales como átomos de halógeno, grupos alquilo, grupos éter y similares. Se pueden producir resinas acrílicas funcionales epoxídicas adecuadas polimerizando acrilatos funcionales epoxídicos solos o en combinación con otros monómeros vinílicos, incluidos otros ésteres acrílicos, estireno y estirenos sustituidos, como se ha especificado anteriormente. Los ejemplos de monómeros de acrilato epoxídicos funcionales incluyen acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo, acrilato de beta-metilglicidilo, metacrilato de beta-metilglicidilo, amida del ácido N-glicidil acrílico y similares, entre los cuales son particularmente útiles el acrilato de glicidilo y el metacrilato de glicidilo.

La resina poliepoxídica puede mezclarse con una o más de una variedad de otras resinas, tales como otras resinas acrílicas, poliésteres, resinas alquídicas y resinas alquídicas modificadas, para formar un sistema de resina útil.

Los ejemplos no limitativos de agentes reticulantes de poliamina adecuados incluyen diaminas primarias o secundarias o poliaminas en las que los radicales unidos a los átomos de nitrógeno pueden ser saturados o insaturados, alifáticos, alicíclicos, aromáticos, alifáticos sustituidos con aromáticos, aromáticos sustituidos con alifáticos y heterocíclicos. Los ejemplos no limitativos de diaminas alifáticas y alicíclicas adecuadas incluyen 1,2-etilendiamina, 1,2-propilendiamina, 1,8-octano diamina, isoforona diamina, propano-2,2-ciclohexilamina y similares. Los ejemplos no limitativos de diaminas aromáticas adecuadas incluyen fenilendiaminas y tolueno diaminas, por ejemplo o-fenilendiamina y ptolilendiamina. Son también adecuadas las diaminas aromáticas polinucleares tales como 4,4'-bifenildiamina, metilendianilina y monoclorometilendianilina.

Se pueden usar también en la invención mezclas apropiadas de agentes reticulantes. La cantidad del agente reticulante en la composición de recubrimiento proporciona una relación molar de epoxi a amina de 0,5 a 2,0, y en otra realización, de 0,75 a 1,5. En una realización, la relación de epoxi a amina es de 0,75 a 1,5. En otra realización, la relación de epoxi a amina es de 0,9 a 1,2.

Se añade un catalizador de curado. Como catalizador de curado, se emplea un catalizador básico que se conoce como catalizador de curado epoxídico. Se emplean, por ejemplo, una amina terciaria, un compuesto de fosfina orgánico, un compuesto de imidazol y su derivado, etc. Específicamente, se emplean trietanolamina, piperidina, dimetil piperazina, 1,4diazaciclo(2,2,2) octano (trietilenamina), piridina, picolina, dimetilciclohexilamina, dimetilhexilamina, bencildimetilamina, 2-(dimetilaminometil)fenol, 2,4,6-tris(dimetilamino metil)fenol, DBU (1 y 8-diazabiciclo(5,4,0 undeceno-7) o la sal de fenol del mismo, trimetilfosfina, trietilfosfina, tributilfosfina, trifenilfosfina, tri(p-metilfenil)fosfina, 2- metilimidazol, 2,4-dimetilimidazol, 2-etil 4-metilimidazol, 2-fenilimidazol, 2-fenil 4-metilimidazol, 2-hepta-imidazol, etc. Alternativamente, se puede emplear un complejo de amina trifluoruro de boro, diciandiamida, hidrazida de ácido orgánico, diaminomalonitrilo y su derivado, melamina y su derivado, y catalizadores de latencia, tales como la imida de amina. Los ejemplos de tiol incluyen ditiol, tal como 1,3-butanoditiol, 1,4-butanoditiol, 2,3-butanoditiol, 1,2-bencenoditiol, 1,3-bencenoditiol, 1,4-bencenoditiol, 1,10-decanoditiol, 1,2-etanoditiol, 1,6-hexanoditiol, 1,9nonanoditiol.

Con respecto a los pigmentos, se contempla en una realización general de la invención, que la composición de recubrimiento sería una composición de recubrimiento decorativo y, por lo tanto, comprendería uno o más de los pigmentos opacificantes comúnmente empleados. Los pigmentos opacificantes representativos incluyen pigmentos blancos tales como dióxido de titanio, óxido de cinc, óxido de antimonio y similares y pigmentos cromáticos orgánicos o inorgánicos tales como óxido de hierro, negro de carbón, azul de ftalocianina y similares. Se pueden usar pigmentos extensores tales como carbonato de calcio, arcilla, sílice, talco. Los pigmentos pueden proporcionarse por medio de resinas de tóner pigmentadas, que pueden ser resinas de tóner pigmentadas convencionales utilizadas en la industria de recubrimiento automotriz o aeroespacial. Las resinas de tóner pigmentadas comprenden típicamente un disolvente, una resina o polímero y uno o más pigmentos.

en relación con el uso de pigmentos, se pueden usar dispersantes de pigmento en cantidades de composición apropiadas.

Los inhibidores de la corrosión adecuados pueden ser tanto un aditivo orgánico como un aditivo inorgánico. Los aditivos anticorrosivos orgánicos adecuados incluyen ácidos dicarboxílicos alifáticos cortos tales como ácido maleico, ácido succínico y ácido adípico; triazoles tales como benzotriazol y tolitriazol; tiazoles tales como mercaptobenzotiazol; tiadiazoles tales como 2-mercapto-5-hidrocarbiltio-1,3,4-tiadiazoles, 2-mercapto-5-hidrocarbilditio-l,3,4- tiadiazoles, 2,5-bis(hidrocarbiltio)-l,3,4-tiadiazoles y 2,5-(bis)hidrocarbilditio)-l,3,4 tiadiazoles; sulfonatos; e imidazolinas. Los aditivos inorgánicos adecuados incluyen cromatos, boratos, fosfatos, silicatos, nitritos y molibdatos.

En algunas realizaciones, la composición de recubrimiento comprenderá uno o más disolventes convencionales tales como cetona, éster, alcohol, glicol éter y disolventes de éster de glicol éter. Los ejemplos ilustrativos no limitativos de disolventes que pueden ser útiles incluyen xileno, acetato de n-butilo, acetato de t-butilo propionato de n-butilo, nafta, 3- etoxipropionato de etilo, tolueno, metil etil cetona (MEK), acetona, metil propil cetona (MPK), metil-n-amil cetona (MAK), metil éter acetato de propilenglicol (PMA) y similares.

Posteriormente se pueden aplicar al recubrimiento decorativo, una o más capas de una composición de barniz, tal como un recubrimiento de uretano transparente. El barniz puede contener absorbentes de luz ultravioleta tales como aminas impedidas a un nivel que varía hasta aproximadamente el 6 % en peso de los sólidos del vehículo como se conoce bien en la técnica. El barniz puede aplicarse mediante cualquier método de aplicación conocido en la técnica, pero preferiblemente será aplicado por pulverización. Si se desea, pueden aplicarse múltiples capas de recubrimiento base y/o barniz. Típicamente, tanto el recubrimiento base como el barniz se aplicarán cada uno para dar un espesor de película seca de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 6, y especialmente de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3,0 milésimas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un sistema de recubrimiento para su aplicación a un sustrato que tiene una capa de película de sol-gel aplicada sobre el mismo, comprendiendo el sistema:

a. un recubrimiento decorativo aplicado directamente encima de la película de sol-gel, en donde el recubrimiento decorativo es una composición basada en disolvente que comprende:

i. una resina poliepoxídica;

ii. un reticulante de poliamina adecuado para reticular el compuesto de poliepoxi, en donde la cantidad del reticulante en la composición de recubrimiento proporciona una relación molar de epoxi a amina de 0,5 a 2,0;

iii. uno o más pigmentos opacificantes; y

iv. un catalizador para catalizar la reacción de reticulación del compuesto poliepoxídico y el reticulante de poliamina; y

b. opcionalmente, un barniz transparente aplicado encima del recubrimiento decorativo.
2. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 1, en donde la resina poliepoxídica es el producto de la reacción de polimerización de un monómero de acrilato epoxídico funcional y al menos otro monómero vinílico polimerizable.
3. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 2, en donde el monómero de acrilato epoxídico funcional se selecciona del grupo que consiste en acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo, acrilato de beta-metilglicidilo y metacrilato de beta-metilglicidilo.
4. El sistema de recubrimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el reticulante de poliamina se selecciona del grupo que consiste en diaminas primarias y secundarias y poliaminas.
5. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 2, en donde el sustrato es un sustrato metálico que tiene una capa de película de sol-gel aplicada sobre el mismo, comprendiendo el sistema:

a.Una película pigmentada depositada directamente sobre la película de sol-gel, consistiendo la película pigmentada en una o más capas de la composición de recubrimiento decorativa basada en disolvente como se define en la reivindicación 1.
6. Un sustrato recubierto que comprende:

a. Un panel metálico;

b. Una capa de película de sol-gel aplicada sobre el panel metálico;

c. Una capa decorativa basada en disolvente aplicada directamente sobre la película de sol-gel, en donde el recubrimiento decorativo es como se define en la reivindicación 1.
7. El sistema de recubrimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, o el sustrato recubierto de la reivindicación 6, que comprende además un inhibidor de la corrosión.
8. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 7, o el sustrato recubierto de la reivindicación 7, en donde el inhibidor de la corrosión se selecciona de: ácidos dicarboxílicos alifáticos cortos, triazoles, tiazoles, tiadiazoles, sulfonatos, imidazolinas, cromatos, boratos, fosfatos, silicatos, nitritos o molibdatos.
9. El sistema de recubrimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o 7 u 8, o el sustrato recubierto de las reivindicaciones 7 u 8, en donde el barniz transparente contiene hasta el 6 % en peso de absorbentes de luz ultravioleta.
10. El sistema de recubrimiento de la reivindicación 9 o el sustrato recubierto de la reivindicación 9, en donde los absorbentes de luz ultravioleta son aminas impedidas.