Composiciones endurecibles para el revestimiento de materiales compuestos.

Utilización de una composición endurecible a temperaturas inferiores a 40ºC,

que contiene

a. un 1 - 50% en masa de al menos un ligante hidroxifuncional seleccionado del grupo consistente en poli(met)acrilatos, poliésteres y poliuretanos,

b. i. un 0,01 - 25% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado del grupo consistente en hollines conductores, grafeno, fullerenos, sulfato de bario conductor, pigmentos nacarados dopados y pigmentos metálicos, o

ii. un 0,001 - 5% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado entre nanopartículas y polímeros conductores,

c. un 5 - 80% en masa de como mínimo un pigmento no conductor,

d. un 0,001 - 25% en masa de como mínimo un compuesto seleccionado del grupo consistente en poliéteres, oligoéteres, polisiloxanos y etinoles alifáticos, como agentes de nivelación,

e. un 0,05 - 20% en masa de como mínimo un poliisocianato no bloqueado,

f. un 10 - 60% en masa de agua y

g. un 0 - 20% en masa de disolventes orgánicos,

donde las indicaciones de % en masa son con respecto a la masa total de la composición, como agente de carga para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico.

Composiciones endurecibles para el revestimiento de materiales compuestos.

La presente invención se refiere a la utilización de composiciones endurecibles a temperaturas inferiores a 40ºC, a un procedimiento para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico, a materiales compuestos de fibra y plástico revestidos, a una composición endurecible y a su preparación, a lacados y lacados multicapa que contienen estas composiciones y a un sistema modular para la preparación de estas composiciones.

Un material compuesto es un material formado por dos o más materiales unidos. Entre los materiales compuestos se incluyen aquellos compuestos de fibra y plástico (MCFP) , también denominados plásticos compuestos de fibras o plásticos reforzados con fibra, que se componen de fibras de refuerzo y una matriz plástica. Como fibras de refuerzo pueden utilizarse, por ejemplo, fibra de carbono, de vidrio o de aramida. Correspondientemente, los materiales compuestos de fibra y plástico se denominan plásticos reforzados con fibra de carbono (PRFC) , plásticos reforzados con fibra de vidrio (PRFV) y plásticos reforzados con fibra de aramida (PRFA) .

En la construcción aeronáutica y aeroespacial se están sustituyendo los metales ligeros, como el aluminio, por estos materiales compuestos de fibra y plástico. La ventaja de estos materiales es su menor peso en relación con el metal ligero y el acero y su gran rigidez y resistencia específica.

Las exigencias planteadas a las lacas para aviones son particularmente elevadas. Así, los requisitos relativos a la seguridad son mucho mayores que, por ejemplo, en el campo de los automóviles. Además, deben proteger el sustrato durante varias décadas, a menudo superar condiciones ambientales cambiantes, por ejemplo fluctuaciones extremas de presión y temperatura, y cargas elevadas de rayos UV, así como satisfacer necesidades estéticas, como alto brillo y buena nivelación. Al mismo tiempo, la superficie exterior entra en contacto no sólo con diversos combustibles y materiales auxiliares, por ejemplo queroseno y aceites, sino también con anticongelantes, debiendo ser debidamente protegida mediante lacado. Los revestimientos también deben adherirse perfectamente al sustrato. Especialmente en caso de los materiales compuestos de fibra y plástico (MCFP) , que presentan una gran resistencia eléctrica, se plantean además otras exigencias a la superficie para conseguir una mejor derivación del exceso de carga eléctrica, por ejemplo para repartir la energía después de la descarga de un rayo. Por consiguiente, un lacado de avión aplicado sobre un MCFP debería incluir al menos un revestimiento que reduzca la resistencia superficial y permita la derivación electrostática. Esto puede conseguirse por ejemplo mediante un revestimiento antiestático.

En la construcción de aviones existen estándares mínimos nacionales e internacionales para los lacados. Por ejemplo, la resistencia superficial debería ser habitualmente de aproximadamente 106 ohmios.

La resistencia superficial (también denominada resistencia de escape) da una idea sobre el estado de aislamiento de la superficie de un revestimiento o la tendencia del dieléctrico a formar una capa superficial conductora. La resistencia superficial puede variar debido a influencias externas, como humedad, ácidos, etc. Para determinarla puede emplearse por ejemplo un electrodo de lengüeta (Römpp Lexikon Lacke und Farben, editorial Georg Thieme, Stuttgart 1998, ISBN 01-1, palabra clave "Oberflächenwiderstand" (resistencia superficial) ) .

En la construcción de aviones es habitual pre-tratar un sustrato metálico para eliminar por completo las impurezas. En cambio, normalmente los MCFP no se someten a estos pre-tratamientos. En particular, se prescinde de pretratamientos químicos, por ejemplo con disolventes orgánicos, para impedir que el material se hinche. Únicamente se consideran métodos físicos, por ejemplo la descarga de efecto corona. Los MCFP se suelen revestir con una imprimación in-mold (en molde) , para luego dotarlos de un agente de carga como revestimiento base. Entonces se aplica un lacado cubriente. El lacado cubriente comprende una laca base y una laca transparente. Dependiendo de los requisitos y los deseos del cliente, puede prescindirse también de la imprimación in-mold y de partes del lacado cubriente. En la construcción de aviones nuevos ya es frecuente lacar parcialmente las piezas individuales. Tras el montaje final, primero se realizan vuelos de prueba antes de aplicar el lacado final, que en la mayoría de los casos es una laca cubriente. El lacado – tanto en la construcción de aviones nuevos como en la reparación – no puede endurecerse por medios térmicos debido a las propiedades del sustrato. Las temperaturas de fusión o de transición vítrea pueden oscilar alrededor de aproximadamente 70ºC. Tampoco es posible el endurecimiento térmico debido a las dimensiones de un avión completamente montado o de sus partes individuales.

En el documento US 4.155.896 se da a conocer una composición de revestimiento antiestática no acuosa para aviones. Esta composición es adecuada para revestir sustratos de aluminio.

El documento WO2008/08555 describe composiciones de revestimiento de derivación eléctrica para aviones que se aplican sobre agentes de carga comerciales que impiden la formación de hielo.

En la solicitud de patente DE19948821 se describen hidroimprimaciones con conductividad eléctrica para plásticos, incluidos plásticos reforzados con fibras. Sin embargo, estos plásticos no se emplean en la construcción de aviones ni en aplicaciones aeroespaciales.

Sin embargo, entretanto se busca cada vez más disminuir la proporción de disolventes y poner a disposición sistemas de laca acuosos.

La presente invención tiene el objetivo de satisfacer las exigencias arriba descritas planteadas a los agentes de carga en el campo de la aeronáutica y aplicaciones aeroespaciales. Se pretende proporcionar una composición acuosa que, como agente de carga, satisfaga las elevadas exigencias planteadas a los lacados para aviones y al mismo tiempo sirva como revestimiento antiestático. La composición debe endurecerse a temperaturas inferiores a 40ºC y permitir una buena adherencia, tanto directamente sobre los materiales compuestos de fibra y plástico como sobre aquellos compuestos de fibra y plástico revestidos con imprimaciones in-mold. Además, el agente de carga debe demostrar una buena nivelación y ser aplicable con un gran espesor de capa.

Sorprendentemente se ha descubierto la utilización de composiciones endurecibles a temperaturas inferiores a 40ºC como agentes de carga para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico ("composiciones a utilizar según la invención") . En consecuencia, se describe la utilización de composiciones endurecibles a temperaturas inferiores a 40ºC como agentes de carga para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico, composiciones que contienen a) un 1 - 50% en masa de al menos un ligante hidroxifuncional seleccionado del grupo consistente en poli (met) acrilatos, poliésteres y poliuretanos, b)

i. un 0, 01 - 25% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado del grupo consistente en hollines conductores, grafeno, fullerenos, sulfato de bario conductor, pigmentos nacarados dopados y pigmentos metálicos, o ii. un 0, 001 - 5% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado entre nanopartículas y polímeros conductores,

c) un 5 - 80% en masa de al menos un pigmento no conductor,

d) un 0, 001 - 25% en masa de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en poliéteres,

oligoéteres, polisiloxanos y etinoles alifáticos como agentes de nivelación,

e) un 0, 05 - 20% en masa de al menos un isocianato no bloqueado y

f) un 10 - 60% en masa de agua,

g) un 0 - 20% en masa de disolventes orgánicos,

donde los porcentajes son con respecto a la masa total de la composición.

Resultó particularmente sorprendente que hubiesen de estar contenidos como mínimo un pigmento conductor eléctrico y como mínimo un pigmento no conductor.

Los componentes "a" a "g" son en cada caso diferentes entre sí.

La composición a utilizar según la invención es una laca de dos componentes. Las lacas de dos componentes son sustancias de revestimiento donde la reacción química que conduce al endurecimiento se inicia mezclando dos componentes (laca madre y endurecedor) . En las lacas bi-componente, las lacas madre son aquel componente que contiene ingredientes sin endurecedores (Römpp Lexikon Lacke und Farben, editorial Georg Thieme, Stuttgart 1998, ISBN 01-1, palabras... [Seguir leyendo]

1. Utilización de una composición endurecible a temperaturas inferiores a 40ºC, que contiene

a. un 1 - 50% en masa de al menos un ligante hidroxifuncional seleccionado del grupo consistente en poli (met) acrilatos, poliésteres y poliuretanos,

b.

i. un 0, 01 -25% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado del grupo consistente en hollines conductores, grafeno, fullerenos, sulfato de bario conductor, pigmentos nacarados dopados y pigmentos metálicos, o

ii. un 0, 001 - 5% en masa de al menos un pigmento conductor eléctrico seleccionado entre nanopartículas y polímeros conductores,

c. u.

5. 80% en masa de como mínimo un pigmento no conductor,

d. un 0, 001 - 25% en masa de como mínimo un compuesto seleccionado del grupo consistente en poliéteres, oligoéteres, polisiloxanos y etinoles alifáticos, como agentes de nivelación,

e. un 0, 05 - 20% en masa de como mínimo un poliisocianato no bloqueado,

f. u.

10. 60% en masa de agua y

g. un 0 - 20% en masa de disolventes orgánicos,

donde las indicaciones de % en masa son con respecto a la masa total de la composición,

como agente de carga para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico.

2. Utilización según la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de carga sirve para el revestimiento antiestático de materiales compuestos.

3. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el revestimiento tiene una resistencia superficial entre 102 y 108 ohmios.

4. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los materiales compuestos de fibra y plástico se emplean en la construcción aeronáutica y/o aeroespacial.

5. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque están contenidos otros ligantes.

6. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el pigmento no conductor se selecciona del grupo consistente en dióxido de titanio, cal, dióxido de silicio, talco y ácidos silícicos.

7. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque como pigmento conductor eléctrico está contenido como mínimo un hollín y como pigmento no conductor como mínimo dióxido de titanio.

8. Utilización según la reivindicación 7, caracterizada porque el hollín presenta un tamaño de grano de 20 µm

o menos.

9. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el disolvente orgánico se selecciona del grupo consistente en hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos cicloalifáticos, alcoholes alifáticos, cetonas alifáticas y aminas alifáticas.

10. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición puede prepararse a partir de un sistema modular, que contiene

a. un módulo ligante, que contiene

i. todos los ligantes y

ii. agua y

b. un módulo endurecedor, que contiene

i. todos los poliisocianatos no bloqueados

ii. en caso dado todos los demás endurecedores y

iii. agua y/o disolventes orgánicos.

11. Procedimiento para el revestimiento de materiales compuestos de fibra y plástico para la construcción aeronáutica o aeroespacial, que comprende, por este orden,

a. en caso dado aplicar una imprimación in-mold,

b. aplicar como mínimo una composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

c. como mínimo una laca cubriente, compuesta por

i. como mínimo una laca base y/o

ii. como mínimo una laca transparente, endureciéndose completamente la composición y aplicándose y endureciéndose a continuación la laca cubriente o aplicándose la laca cubriente antes del endurecimiento completo de la composición y endureciéndose por completo las capas b y c juntas.

12. Materiales compuestos de fibra y plástico revestidos obtenibles según el procedimiento de revestimiento de la reivindicación 11.

13. Composición, que contiene

a. un 1 - 50% en masa de una mezcla de ligantes compuesta por como mínimo un poli (met) acrilato hidroxifuncional y como mínimo otro ligante hidroxifuncional seleccionado entre poliésteres y poliuretanos,

b.

i. un 0, 01 - 25% en masa de como mínimo un pigmento conductor eléctrico seleccionado del grupo consistente en hollines conductores, grafeno, fullerenos, sulfato de bario conductor, pigmentos nacarados dopados y pigmentos metálicos, o

ii. un 0, 001 - 5% en masa de como mínimo un pigmento conductor eléctrico seleccionado entre nanopartículas y polímeros conductores,

c. u.

5. 80% en masa de como mínimo un pigmento no conductor,

d. un 0, 001 - 25% en masa de como mínimo un compuesto seleccionado del grupo consistente en poliéteres, oligoéteres, polisiloxanos y etinoles alifáticos, como agente de nivelación,

e. un 0, 05 - 20% en masa de como mínimo un poliisocianato no bloqueado y

f. u.

10. 60% en masa de agua,

g. un 0 - 20% en masa de disolventes orgánicos,

donde las indicaciones de % en masa son con respecto a la masa total de la composición, y endureciéndose la composición a temperaturas inferiores a 40ºC.

14. Composición según la reivindicación 13, caracterizada porque el hollín conductor presenta un tamaño de grano de 10 µm o menos.

15. Procedimiento para la preparación de una composición según la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque

a. se mezclan y se trituran como mínimo un ligante, como mínimo un pigmento conductor eléctrico y agua para formar una pasta y

b. se mezclan con como mínimo un pigmento no conductor y como mínimo un compuesto como agente de nivelación, seleccionado del grupo consistente en poliéteres, oligoéteres, polisiloxanos y etinoles alifáticos, para formar un componente I y a continuación

c. se mezclan con el o los poliisocianatos no bloqueados como componente II.

16. Lacado o lacado multicapa que contiene como mínimo un revestimiento compuesto por una composición según una de las reivindicaciones 13 a 14.

17. Lacado o lacado multicapa según la reivindicación 16, caracterizado porque el revestimiento compuesto por la composición tiene un espesor de capa en seco entre 40 y 120 µm.

18. Materiales compuestos de fibra y plástico revestidos, que están revestidos con la composición según la reivindicación 13 o 14.

19. Sistema modular para la preparación de composiciones según una de las reivindicaciones 13 a 14, que contiene como mínimo

a. un módulo ligante, que contiene i. todos los ligantes y

ii. agua y

b. un módulo endurecedor, que contiene

i. todos los poliisocianatos no bloqueados

ii. en caso dado endurecedores que no son poliisocianatos no bloqueados y

iii. agua y/o disolventes orgánicos.

5 20. Sistema modular según la reivindicación 19, caracterizado porque

a. el módulo ligante contiene

i. todos los ligantes,

10 ii. como mínimo un pigmento conductor eléctrico, iii. como mínimo un pigmento no conductor,

iv. como mínimo un agente de nivelación y

v. agua

y

b. el módulo endurecedor contiene

15 i. todos los poliisocianatos no bloqueados

ii. en caso dado todos los demás endurecedores y

iii. disolventes orgánicos.