MX2010014244A

MX2010014244A - Composicion de recubrimiento y proceso para preparala.

Info

Publication number: MX2010014244A
Application number: MX2010014244A
Authority: MX
Inventors: Lauri Ylikorpi
Original assignee: Lauri Ylikorpi
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-06-20
Also published as: CN102076798A; FI20085659L; EP2294153A4; WO2009156579A1; AU2009264158A1; JP2011525938A; FI20085659A0; FI122754B; RU2011102701A; US20110132229A1; BRPI0914716A2; EP2294153A1; KR20110025983A

Abstract

La invención se refiere a una composición de recubrimiento libre de acido que contiene uno o más compuestos de fluoroalquilsilano, sustancias volátiles, sal y agua, un proceso para prepararla y su uso. Aplicada a un sustrato la composición de recubrimiento provee una superficie fácil de limpiar y repelente a la suciedad.

Description

COMPOSICIÓN DE RECUBRIMIENTO Y PROCESO PARA PREPARARLA Campo de la Invención La invención se refiere a una composición de recubrimiento, un proceso para su preparación y su uso. En particular, la invención se refiere a una composición de recubrimiento que tiene propiedades hidrofóbicas , oleofóbicas, y repelentes a la suciedad, a un proceso para su preparación, y para su uso.

Antecedentes de la Invención Las composiciones que proporcionan una superficie fácil de limpiar para superficies de diversos materiales han sido ampliamente descritas en la literatura en el campo. La publicación de patente norteamericana 2006/0185555 A1 , por ejemplo, describe un sistema de recubrimiento de dos componentes que, cuando se aplica a las superficies lisas, da una superficie fácil de limpiar. El primer componente del sistema se compone de fluoroalquilsilano, alquilsilano o una mezcla de los mismos, y el segundo componente comprende agua, un ácido orgánico o inorgánico y un solvente. Cada componente se prepara por separado, combinados entre sí y se mezcla durante 2 minutos, tras lo cual la mezcla está lista para usarse. El sistema es aplicable a parabrisas, cabinas de ducha con paredes de vidrio, fachadas de vidrio, azulejos y cerámica sanitaria.

La publicación WO 2007/068545 A2 se refiere a una composición de recubrimiento estable al almacenamiento que sea resistente a la abrasión y a la intemperie y que da, cuando se aplica a las superficies lisas, una superficie fácil de¡ limpiar. La composición comprende fluoroalquilsilano h id rolizable, ácido clorhídrico como catalizador de la hidrólisis y la condensación, agua, isopropanol y solvente. La composición se aplica sobre el metal, vidrio, sustancias cerámica y superficies idriadas, como pantallas, cabinas de ducha con paredes de vidrio, fachadas de vidrio, azulejos y cerámica sanitaria.

La publicación de patente norteamericana 2004/0005469 A1 describe un proceso para preparar un producto con una superficie fácil de limpiar de larga duración. La superficie está cubierta con una mezcla de recubrimiento que comprende un óxido de metal que forma un gel, como Si02, y el agente hidrófobo uniformemente distribuido en una estructura metálica de la red del óxido. Siliconas, silanos, siloxanos, aceites de silicona y grasas de silicona son aptos para ser utilizados como agentes hidrófobos. La mezcla de recubrimiento se prepara disolviendo el agente hidrófobo en un disolvente y por la adición de ácido clorhídrico concentrado y agua; a esta mezcla. Una capa de gel de óxido de metal se prepara para la superficie del producto con un sol-ge! método, el gel se forma en la superficie in situ durante la aplicación de la mezcla de recubrimiento. La mezcla de recubrimiento se aplica a metales, plásticos, sustancias inorgánicas, rocas y sobre todo de vidrio y porcelana de vidrio.

Como composiciones conocidas, a base de silicona que puede ser preparadas con un pH neutro, sin necesidad de utilizar un ácido pueden también ser utilizadas como repelentes de la suciedad. Un problema con las superficies tratadas con silicona es que son difíciles de tratar, lo que es debido al conocido efecto reductor de la tensión superficial de las siliconas. Ha resultado que es prácticamente imposible para la pintura, por ejemplo, adherirse a una superficie a base de silicona debido a la extensa propiedad repelente de agua y aceite de la superficie.

Un problema con las composiciones anteriormente descritas que contienen silano es que las composiciones contienen ácido fuerte que se requiere para la activación de silano para lograr las propiedades deseadas para el recubrimiento cuando la composición se aplica a la superficie de un substrato. Debido a la presencia del ácido fuerte, la composición es muy ácida, por lo que el tratamiento de la composición requiere una atención especial. Por otra parte, debido a su naturaleza ácida, las composiciones no son aplicables a todas las superficies porque son corrosivas. Los problemas surgen especialmente en metales como el aluminio y los plásticos, en cuyo caso la composición fuertemente ácida reacciona con diferentes grupos funcionales de los plásticos.

Además, un problema con las composiciones que ya están en el mercado es su limitada conservación e insuficiente durabilidad en la superficie de un producto, se puede suponer que un silano activado con un ácido no es capaz de formar cadenas de silano suficientemente largas para formar una descomposición de la estructura de red similar al gel, lo que garantizaría una buena superficie resistente a la abrasión para el producto final, pero descomposición parcial del silano también tiene lugar en la activación del ácido. Esto da lugar a una cadena de silano corto y no habrá estructura de la red duradera formada por cadenas largas de silano.

Breve Descripción de la Invención Un objeto de la invención es proporcionar así una composición de recubrimiento con alta resistencia al desgaste y a los arañazos cuando se aplica a una superficie y dar, al mismo tiempo, una superficie fácil de limpiar y repelente de la suciedad hasta el producto final. Otro objeto de la invención es proporcionar una composición de recubrimiento que el usuario final encuentre fácil de manejar y que pueda ser aplicable a todo tipo superficials. El objeto de la invención se consigue con una composición de recubrimiento que se caracteriza por lo que se indica en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en la idea de que el compuesto de fluorosilano en la composición de recubrimiento se activa sin un ácido por medio de una solución salina.

Una ventaja de la composición de recubrimiento según la invención es que la composición que se aplica tiene un pH neutro, es decir, aproximadamente 6 a 7, lo que significa que es fácil de manejar. Además, una composición neutral sin propiedades corrosivas es aplicable a todo tipo superficials, tales corrió vidrio, sustancias de cerámica, piedras, hormigón, metales, ; caucho, plásticos termoplásticos y termoestables, como policarbonatos, plásticos ABS, polipropileno, copolímeros de propileno y etileno, poliuretano y resinas epoxi, así como a las superficies pintadas.

La composición de recubrimiento es también estable durante su almacenamiento y proporciona un recubrimiento duradero cuando se aplica a un producto.

Descripción Detallada de la Invención De conformidad con la presente invención, se proporciona una capa suave duradera con propiedades homogéneas a través de toda la dirección transversal de la capa mediante la aplicación a la superficie del producto de una composición que contiene un agente con propiedades de fácil limpieza. Así, de acuerdo con un aspecto, la invención se refiere a una composición de recubrimiento que comprende uno o más compuestos de fluoroalquilsilano, sustancia volátil la sal y el agua.

En la presente invención, uno o más compuestos de fluoroalquilsilano es/son utilizados como un agente con propiedades repelentes a la suciedad. Éstos están disponibles como productos comerciales, por ejemplo, en DYNASYLAN® F8261 .(tridecafluorooctiltrietoxisilano) de la empresa Degussa AG. Los fluoroalquilsilanos utilizables tienen la fórmula general F3C(CF2)m(CH2)nSiR1YX(3.y) donde X es cloro o RO, y R es un grupo alquilo lineal o ramificado de 1 a 4 átomos de carbono, R es un grupo alquilo lineal o ramificado o cíclico con 1 a 8 átomos de carbono, n es 0 o 2, y es 0, 1 o 2, y m es de 0 a 18.

La cantidad de compuesto fluoroalquilsilano en la composición es de 0.1 a 10% en peso, preferiblemente de 2 a 3% en peso, más preferiblemente de 0.5 a 1.5% en peso, basado en la composición total.

De acuerdo con la invención, un disolvente o un diluyente se utiliza como sustancia volátil. Estos incluyen los alcoholes, por ejemplo metanol, etanol, isopropanol, n-butanol y aguarraz, ésteres, como acetato de etilo, éteres, glicoles y éteres de glicol. Las mezclas de dichas sustancias también pueden ser utilizadas. Preferiblemente, se utiliza isopropanol. La cantidad de sustancia volátil en la composición es de 50 a 80% en peso, preferiblemente de 70 a 80% en peso, En la presente invención, el compuesto de fluoroalquilsilano se activa por medio de la sal, el agua, el alcohol y el oxígeno presente. Por ejemplo, metanol, etanol, isopropanol, n-butanol o el aguarraz puede ser usado como el alcohol. El oxígeno del aire sirve como fuente de oxígeno. La activación del compuesto de fluoroalquilsilano se refiere, en esta invención, a la hidrólisis del compuesto de silano, lo que significa que el compuesto se descompone en una suspensión coloidal, es decir, una sol, en el líquido, y el compuesto es llevado a un estado activo a fin de que sea capaz de formar una estructura de red duradera mientras se va consolidando en la superficie del sustrato. La activación se realiza adecuadamente en un tanque. Es esencial en la activación que la cantidad de oxígeno presente en el tanque sea de aproximadamente 10 a 40% en volumen, de preferencia cerca de 40% en volumen, basado en el volumen total de la composición. La etapa de activación requiere alrededor de 38 a 72 horas, después de que la composición esté lista para ser utilizado.

En particular, se usa sal inorgánica, como sal en la composición de recubrimiento según la invención. Particularmente adecuados son los haluros de sales de metales alcalinos y metales alcalinotérreos, especialmente cloruros. En una realización de la invención, NaCI se usa como sal. La cantidad de sal en la composición es de 0.25 a 0.75% en peso.

La cantidad de agua en la composición es de 5 a 45% en peso, preferiblemente cerca de 20% en peso, Además, agente de suspensión se puede agregar a la composición de recubrimiento activa lista para el uso, por ío que ta tasa de gelificación en la superficie del sustrato puede ser controlada de una manera deseada mediante la selección de un agente apropiado de suspensión en base de la tasa de evaporación. La tasa de evaporación deseada puede variar dependiendo del sustrato de la composición de recubrimiento al que se aplica. En los metales de recubrimiento, por ejemplo, puede ser deseable que la gelificación se realice lentamente. Alcoholes, por ejemplo etanol, isopropanol, n-butanol y aguarrás, cetonas, por ejemplo acetona, por ejemplo acetato de etilo, éteres e hidrocarburos, por ejemplo xileno, puede ser utilizado como agente de suspensión. Se: pueden mencionar, a modo de ejemplo, que cuando el sustrato es un metal o de plástico PVC, es conveniente utilizar n-butanol como agente de suspensión. Un agente de suspensión adecuado para los plásticos de poliuretano y el poliéster es xileno. La acetona es también conveniente para los poliésteres. El acetato de etilo y cetonas son adecuados para los plásticos a base de acrílico. 5 a 100% en peso de agente de suspensión, se añade a la composición de recubrimiento activa en la manera descrita. El contenido del agente de suspensión en la composición de recubrimiento es, pues, aproximadamente de 4 a 50% en peso de la cantidad de la composición total.

El pH de la composición de recubrimiento según la invención está en el rango neutro, es decir, aproximadamente 6 a 7.

La invención se refiere también a un proceso para preparar una composición de recubrimiento del tipo antes descrito, el proceso comprende - mezclar la sal y el agua para obtener una solución salina - mezclar el compuesto de silano y la sustancia volátil para obtener una mezcla - mezclar la solución salina y dicha mezcla entre sí para obtener una composición de primas - permitir a la composición reposar durante 38 a 72 horas, obteniendo así una composición de recubrimiento activado añadir, si se desea, agente de suspensión para la composición de recubrimiento activa.

En la formación de la solución salina de sal y agua, es importante tener en cuenta que el pH de la solución salina e's neutra.

La composición de recubrimiento según la invención , se aplica a la superficie del sustrato por medio de lo que se llama un método sol-gel. En la activación del compuesto de fluoroalquilsilano en la sustancia volátil de acuerdo con la invención, se lleva a cabo la policondensación del compuesto, medíante lo cual las cadenas largas de silano se forman y se provee una suspensión coloidal, es decir, un sol. La sol obtenida se aplica al sustrato, por lo que, junto con la evaporación de la sustancia volátil, la superficie del sustrato se provee in situ con una estructura de red de gel en el que el compuesto de silano se distribuye uniformemente en la dirección transversal de la totalidad estructura de gel. Como se ¡presenta anteriormente, la tasa de la formación del gel se puede controlar, si se desea, por medio de la presente agente de suspensión.

La composición de recubrimiento según la invención proporciona una capa resistente de gel para el sustrato a la temperatura ambiente dentro de los 35 a 45 minutos de la aplicación. Sin embargo, varios factores afectan el tiempo gelificación, tales como la humedad circundante, y una gran humedad puede alentar la gelificación. La formación de gel en la superficie del sustrato puede ser acelerada, si se desea, con el tratamiento térmico. El tratamiento térmico s'e puede realizar a una temperatura de 45 a 80 °C durante 15 minutos, por ejemplo.

Otras sustancias que pueden añadir a la composición de recubrimiento según la invención para proporcionar propiedades deseadas. Por ejemplo, trimetoxisilano de hexadecilo se puede agregar a la composición en una cantidad de 1 a 5% en peso de la composición, caso en el cual el producto final está provisto no sólo con las características de facilidad de limpiar, sino también una especial buena barrera a la humedad. Esta composición de recubrimiento se aplica a los metales, plásticos y concreto asi como a otras superficies porosas.

La composición de recubrimiento según la invención se puede aplicar al sustrato con cualquier técnica conocida, como por pulverización, con un rodillo, frotando con un paño, mediante la incorporación, la aplicación del recubrimiento o brocha o pincel. El espesor de la composición de recubrimiento de red estructurada en la superficie del producto final es aproximadamente de 1 a 5 mn.

La invención también se relaciona con el uso de una composición de acuerdo con la invención o una composición elaborada con un proceso de acuerdo con la invención en la superficie del sustrato, en donde se proporciona una superficie duradera, fácil de limpiar. Vidrio, cerámica, piedra, termoplásticos hormigón, metal, caucho o muchos o plásticos termoestables, como PU, PVC, PE y PP, puede ser utilizado como sustrato.

Los siguientes ejemplos ilustran la invención.

Ejemplo 1 Formulación 1. 12.5 g de sal de NaCI se mezcla en 1000 g de agua ultrapurificada manualmente o con un agitador mecánico hasta que la sal se disuelve completamente en el agua, y la mezcla es clara.

Formulación 2. 1.0 g de fiuoroalquilsilano (DYNASYLAN® F 8261 de la empresa Degussa AG) se mezcla en 100 g de isopropanol manualmente o con agitador mecánico hasta que se obtiene una solución clara. 20 g de fórmula 1 y la formulación obtenida 2 (101 g) se mezclan entre sí durante aproximadamente 10 minutos. La mezcla obtenida se almacena en un tanque para la activación del silano de tal manera que del 30 al 40% en volumen de espacio de aire se mantiene en el tanque, basado en la cantidad de solución. Se deja activar el silano durante 72 horas. El exceso de sal se separa por filtración de la solución, después de que la solución está lista para usarse.

Ejemplo 2 40 g de n-butanol se agregan a 100 g del producto activado preparado en el ejemplo 1. Una composición de recubrimiento se obtiene lo que da un recubrimiento de muy larga duración resistente al desgaste a los metales.

Ejemplo 3 5 g de xileno se agrega a 100 g del producto activado preparado en el ejemplo 1. La composición obtenida se mezcla en la pintura de poliuretano a base de poliéster. Se obtiene una superficie altamente resistente a la humedad e hidrofóbica.

Ejemplo 4 5 g de acetona se agrega a 100 g del producto activado preparado en el ejemplo 1. La composición obtenida da resinas de poliéster buena resistencia a la humedad e hidrofobicidad.

Ejemplo 5: DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL LAVADO DEL RECUBRIMIENTO Un ejemplo ilustra la durabilidad de la composición de recubrimiento según la invención en la superficie de un vidrio de ventana. La composición de recubrimiento se aplica con un paño y se deja que gelifique en la superficie del vidrio durante 24 horas, tras lo cual se determina la resistencia al lavado de la capa por medio de un cepillo de acuerdo con la norma SFS 3755, en su caso. Las piezas a ensayar se cepillaron 5000 veces. Después de cada 1000 veces, un ángulo de contacto se midió a partir de las piezas, y la durabilidad de los recubrimientos se evaluó por medio del mismo. Las condiciones de prueba fueron los siguientes: Dispositivo: Braive Instruments Cepillo: DIN 53778 Lubricante: agua Temperatura: 23°C En la Tabla 1, la muestra A representa la composición de recubrimiento según la invención, preparada de la manera descrita en el Ejemplo 1. La muestra B es una composición de referencia en que se preparó la formulación 2 de la misma manera que en el ejemplo 1, pero la formulación 1 se prepara añadiendo 0.5 g de ácido clorhídrico al 33.3% a 10 g de agua ultrapurificada. Las formulaciones 1 y 2 se combinaron, después de lo cual la composición obtenida se le permitió ser activada por 10 h'oras. Del mismo modo, la muestra C es una composición de referencia, es decir, DYNASYLAN® F 8263 producido a base de silicona activada con ácido de la empresa Degussa AG.

Los resultados de la prueba se dan en la Tabla 1, el ángulo de contacto de la gota de agua que queda en el vaso se midió en la prueba.

TABLA 1: ÁNGULOS DE CONTACTO En la prueba resultó que el agua se recolecto como gotas más grandes sobre el vidrio cubierto con la composición de recubrimiento de acuerdo con la invención que en los vidrios cubiertos con las composiciones de referencia. En términos generales, las gotas más grandes, como es conocido, se mueven con mayor facilidad en la superficie de vidrio que las pequeñas gotas, aunque el ángulo de contacto de las gotas pequeñas es mayor que el de las gotas grandes. Un ángulo de contacto grande, a su vez, indica que la energía superficial de la gota es baja, lo que significa que la gota se mueve con facilidad en la superficie. Un ángulo de contacto pequeño, a su vez, se refiere a una energía superficial alta, en cuyo caso la gota se mueve más lentamente en la superficie Aunque el ángulo de contacto de la composición de recubrimiento según la invención (muestra A) fue menor que el ángulo de contacto de referencia de la muestra B antes de que la prueba se iniciara, la energía superficial de la muestra A fue, sorprendentemente, menor que en B desde el principio, lo que se muestra por la formación de gotas grandes en la superficie de vidrio. Así, cuando la composición de recubrimiento según la invención se utiliza, la auto-limpieza del vidrio es más eficiente que con las composiciones de referencia. Este efecto tiene una importancia práctica, por ejemplo, cuando se utiliza el recubrimiento en el parabrisas de un coche, en el que caso de llovizna o agua de lavado no se queda en forma de gotas pequeñas en la superficie del vidrio, lo que deteriora la visibilidad, sino que se recolecta que las grandes gotas en la superficie. La visibilidad deteriorada es especialmente perjudicial cuando se está conduciendo en la oscuridad, en cuyo caso el reflejo de las luces externa desde las gotas pequeñas pueden ser significativas.

También se puede ver en los resultados que el ángulo de contacto de la composición de recubrimiento según la invención (muestra A), sorprendentemente, se volvió aún más grande a medida que aumentaban los tiempos de cepillado del vidrio. Se puede suponer que la descomposición de la estructura del gel se realiza en la muestra B durante la prueba, y la estructura del gel no es capaz de "corregirse a sí mismo", es decir, en proceso de reforma en la superficie del sustrato. No se descompone como se observa en una muestra, pero la estructura del gel es capaz de ser reformada con el tiempo. Este fenómeno puede explicarse en parte por la composición de recubrimiento según la invención que es gelificada más lentamente que una composición de recubrimiento de activada con (muestra B).

Los resultados muestran que tanto la composición de recubrimiento según la invención son bien conservados en la superficie del vidrio. Por el contrario, un recubrimiento que contiene fluoroalquilsilano activado con ácido, no se conserva en el vidrio de la misma manera, pero un cierto desgaste se puede observar en la base de los resultados de la prueba.

Es evidente para un experto en la materia que a medida que avanza la tecnología, la idea básica de la invención se puede implementar en una pluralidad de maneras diferentes. La invención y sus realizaciones por lo tanto no están limitadas a los ejemplos anteriores, pero puede variar dentro de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición de recubrimiento libre de ácido con un pH en el rango de aproximadamente 6 a 7o que comprende uno o más compuestos de fluoroalquilsilano, sustancias volátiles, sal de NaCI y agua.

2. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 1, en la cual la cantidad de compuesto de si la no en la composición es de 0,1 a 10% en peso, preferiblemente de 2 a 3% en peso, más preferiblemente de 0,5 a 1 ,5% en peso, basado en la composición total.

3. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 1 o 2, en la cual la sustancia volátil es el alcohol, éster o una mezcla de los mismos.

4. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 3, en la cual el alcohol es isopropanol.

5. Una composición de recubrimiento de acuerdo con cualquiera las reivindicaciones anteriores, en la cual la cantidad de sustancia volátil es de 50 a 80% en peso, preferiblemente de 70 a 80% en peso, basado en la composición total.

6. Una composición de recubrimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la cual la cantidad de sal es de 0.25 a 0.75% en peso.

7. Una composición de recubrimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la cual la cantidad de agua es de 5 a 45% en peso, preferentemente un 20% en peso.

8. Una composición de recubrimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además contiene un agente de suspensión.

9. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 8, en la cual el agente de suspensión es el alcohol, cetonas, ésteres o hidrocarburos.

10. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 8 ó 9, en la cual la cantidad de agente de suspensión es de 4 a 50% en peso, basado en la composición total.

11. Un proceso para preparar una composición de recubrimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, el procedimiento que comprende - mezclar la sal y el agua para obtener una solución salina - mezclar el compuesto de silano y la sustancia volátil para obtener una mezcla - mezclar la solución salina y dicha mezcla entre sí para obtener una composición de primas - permitir a la composición reposar durante 38 a 72 horas, obteniendo así una composición de recubrimiento activado - añadir, si se desea, agente de suspensión para la composición de recubrimiento activa.

12. El uso de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 o de una composición de recubrimiento elaborado con un proceso según la reivindicación 11 en la superficie de un substrato, con lo cual se provee una superficie durable, fácil de limpiar y repelente a la suciedad.

13. El uso según la rei indicación 12, en la cual el sustrato es de vidrio, cerámica, piedra, hormigón, metal, caucho, plástico termoplástico o termoendurecible.