Procedimiento para recubrir superficies con partículas y uso de los recubrimientos producidos por este método.

Procedimiento para recubrir sin corriente superficies metálicas de objetos, que eventualmente pueden haber sido recubiertas previamente

(≥ superficies a recubrir) con un gran número de partículas inorgánicas insolubles en agua y/u orgánicas insolubles en agua, con formación de una capa de partículas resistente al enjuague, en el cual las partículas son aplicadas en una composición acuosa estabilizable o estable, en forma de una dispersión, sobre las superficies a recubrir y son mantenidas principalmente por fuerzas electrostáticas sobre las superficies a recubrir, caracterizado

porque primeramente se activan con un agente activante las superficies a recubrir, formándose con el agente activante sobre las superficies a recubrir una capa de activación con cargas, estando cargadas y/o resultando cargadas estas cargas opuestamente a las cargas de las partículas de la composición a aplicar posteriormente,

porque se forma sobre la superficie a recubrir una capa de activación que, en el caso de una capa de activación catiónica, se genera mediante la puesta en contacto con al menos un compuesto catiónico y que, en el caso de una capa de activación aniónica, se genera mediante la puesta en contacto con al menos una sustancia aniónica,

porque se utiliza como compuesto o compuestos catiónicos para formar la capa de activación al menos un silano protonable y/o protonado o porque se utiliza como sustancia o sustancias aniónicas para formar la capa de activación al menos un compuesto desprotonable, al menos un compuesto desprotonado y/o al menos un anión desprotonado seleccionado de a) sustancias con grupos de borato, carbonato, carboxilato, halogenuro tal como, por ejemplo, cloruro y/o fluoruro, hidróxido, fosfato, fosfonato, sulfato y/o sulfonato y b) complejos cargados negativamente y/o sus ésteres o bien c) polímero orgánico aniónico

porque las partículas aplicadas en un paso de recubrimiento con una composición que contiene partículas están cargadas y/o resultan cargadas opuestamente a las cargas de la capa de activación,

porque se utilizan como partículas dispersiones acuosas aniónicamente estabilizadas de partículas poliméricas o bien dispersiones acuosas catiónicamente estabilizadas de partículas poliméricas,

porque en uno o en cada paso de recubrimiento con una composición que contiene partículas se forma respectivamente sobre las superficies a recubrir una capa con un grosor medio de aproximadamente varios tamaños medios de partícula de las partículas aplicadas y, eventualmente, se transforma posteriormente en película y/o se reticula la o cada capa de partículas, produciéndose a partir de las superficies recubiertas con partículas recubrimientos esencialmente cerrados o cerrados, con un grosor de capa en el intervalo de 100 nm a 15 μm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/064741.

Solicitante: CHEMETALL GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Trakehner Strasse 3 60487 Frankfurt am Main ALEMANIA.

Inventor/es: SCHWAMB, MICHAEL, ETTRICH,CINDY, WASSERFALLEN,DR. DANIEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > B05D7/00 (Procedimientos, distintos al "flocage", especialmente adaptados para aplicar líquidos u otros materiales fluidos, a superficies especiales, o para aplicar líquidos u otros materiales fluidos, particulares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > Procedimientos, distintos al "flocage", especialmente... > B05D7/14 (a metal, p. ej. a carrocerías de automóvil)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias... > B05D1/18 (por inmersión)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias... > B05D1/04 (que emplean un campo electrostático)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > B05D1/00 (Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias fluidas a las superficies (B05D 5/00, B05D 7/00 tienen prioridad))

PDF original: ES-2548880_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para recubrir superficies con partículas y uso de los recubrimientos producidos por estemétodo La invención se refiere a un procedimiento para recubrir, en particular, superficies metálicas con partículas a fin de conseguir una elevada densidad de partículas, a un recubrimiento correspondiente y al uso de los recubrimientos producidos mediante este procedimiento.

Se conocen muchos procedimientos con los que se pueden aplicar a través de sistemas líquidos partículas a, en particular, superficies metálicas. La mayoría de los procedimientos tienen el inconveniente de que las técnicas aplicadas son a menudo comparativamente engorrosas y caras para conseguir una elevada densidad de partículas en recubrimientos orgánicos o esencialmente orgánicos comparativamente gruesos. Cuanto mayor es el contenido de sólidos e ingredientes activos en la composición líquida, mayores son los problemas que se pueden presentar para depositar una mayor densidad de partículas, en particular en forma de capas definidas a partir de capas delgadas, en particular de monocapas o capas con un grosor de varios diámetros de partícula, como capa de partículas sobre la, en particular, superficie metálica y producir a partir de éstas recubrimientos correspondientemente cerrados.

En la práctica industrial actualmente corriente, este problema se resuelve mediante el empleo de barnizados catódicos por inmersión (KTL, por sus siglas en alemán) en los que, con ayuda decampos eléctricos y formulaciones de barniz correspondientemente adaptadas, se deposita sobre el sustrato una capa de acabado relativamente gruesa.

Esta técnica tiene el inconveniente de que, además de la cantidad necesaria de energía eléctrica y además de cubas de inmersión adecuadas, que conducen a un incremento de los costes, también se producen los denominados adelgazamientos en los bordes, ya que los campos eléctricos están constituidos de manera no homogénea en los bordes macroscópicos y los bordes pueden quedar recubiertos de manera desigual y eventualmente también incompleta. Además, el recubrimiento de cavidades apenas es posible o incluso es imposible debido a los problemas de contorno por las faltas de intensidad de campo eléctrico, y requiere un alto desembolso a fin de evitar estas cavidades y producir una capa cerrada.

Por ejemplo, en el caso de un electrobarnizado por inmersión (ETL, por sus siglas en alemán) como, por ejemplo, el barnizado catódico por inmersión (KTL) , esta técnica presenta los siguientes inconvenientes: un baño de inmersión correspondiente, junto con todos los equipos eléctricos y mecánicos del control de la temperatura, suministro de corriente y aislamiento eléctrico, equipo de circulación y equipo para la adición, hasta la eliminación del ácido de anolito que se origina durante el recubrimiento electrolítico, y con una ultrafiltración para el reciclaje de barniz, así como los dispositivos de control, es de construcción muy costosa. La conducción del proceso requiere un esfuerzo técnico muy elevado también debido a las grandes intensidades de corriente y cantidades de energía, así como a la homogenización de los parámetros eléctricos en todo el volumen del baño y el ajuste preciso de todos los parámetros de proceso así como el mantenimiento y la limpieza de la instalación.

Es un deseo largamente perseguido formar demanera eficiente y económica recubrimientos homogéneos de, o con, un elevado número de partículas y con una elevada densidad de partículas, a fin de producir a partir de ellos recubrimientos cerrados en el mayor grado posible y esencialmente planos. Si se emplean partículas orgánicas, en muchas variantes de realización éstas pueden transformarse en película. En el caso de partículas inorgánicas como, por ejemplo, en el caso de dióxido de titanio o en el caso de óxido de aluminio se consigue a menudo con esta técnica la máxima funcionalización posible de una, en particular, superficie metálica. A menudo resulta adecuado para ello utilizar nanopartículas y/o partículas especialmentefinas.

Cuando se depositan partículas orgánicas desde una dispersión sobre una superficie metálica, esto tiene habitualmente el inconveniente de que, como aditivos para la dispersión, se necesitan coadyuvantes reológicos tales como, por ejemplo, agentes humectantes y/o coadyuvantes para formación de película, a fin de aplicar una película seca de grosor lo más uniforme posible sobre superficies comparativamente rugosas. En este caso pueden aparecer defectos durante el secado y/o la formación de película, como se muestra esquemáticamente en sección transversal en la Figura 1A. En superficies técnicas que son rugosas en la microescala no se originan habitualmente sobre esquinas, bordes y depresiones distribuciones que se autorregulen, que cubran la superficie, cerradas y homogéneas, sino que el material formador de película se puede acumular en las depresiones (véase la Figura 1A) , como ocurre, por ejemplo, en la aplicación sin corriente en un procedimiento de recubrimiento en bobina, por ejemplo mediante aplicación con rasqueta. Esto ha conducido a que en muchas aplicaciones tales como, por ejemplo, en el caso de procedimientos de recubrimiento en bobina, se rellenan las depresiones de microescala, mientras que el grosor del recubrimiento en los bordes y picos es mínimo e incluso algunos bordes y picos sobresalen del recubrimiento (véasela Figura 1A) .

Si se depositan partículas inorgánicas en un intenso campo eléctrico con tensión aplicada externamente, esto tiene habitualmente el inconveniente de que las partículas se depositan preferiblemente en lugares con alta intensidad de campo eléctrico, lo que conduce a grosores de capa y distribuciones irregulares. Estas irregularidades en la escala micrométrica ya no resaltan tanto en el caso de procedimientos de inmersión electroforéticos debido a los elevados

grosores de capa, en el orden demagnitud de aproximadamente 20 µm (Figura 1B) .

La Figura 1C reproduce de forma esquemática en sección transversal la película seca del procedimiento según la invención del recubrimiento orgánico o esencialmente orgánico sobre el, en particular, sustrato metálico, con omisión de al menos una capa de tratamiento previo y, opcionalmente, también de al menos un recubrimiento adicional, como por ejemplo una capa de barniz de color.

El documento US 2004/0157047 A1 enseña un procedimiento continuo para preparar "self-assembled multilayer coatings" (recubrimientos multicapa autoensamblados, en inglés) sobre películas orgánicas. El documento WO 96/02383 A1 describe procedimientos para formar estructuras multicapa sobre un sustrato con películas ultradelgadas de materiales iónicos diferentemente cargados. En ambos documentos se describe un apilamiento alternado con capasmuy delgadas de determinadas sustancias con carga opuesta dispuestas enfrentadamente.

Por tanto, el objeto es proponer un procedimiento con el cual se puedan depositar un alto número de partículas de manera sencilla, homogéneamente, de manera que cubra la superficie y con elevada densidad de partículas sobre, en particular, superficies metálicas por medio de un sistema líquido, sin corriente y, en caso necesario, también de manera resistente al enjuague. Existía además el objeto de proponer para ello un procedimiento en varias etapas lo más sencillo posible.

El objeto se consigue con un procedimiento para recubrir sin corriente superficies metálicas de objetos, que eventualmente pueden haber sido recubiertas previamente (= superficies a recubrir) con un gran número de partículas inorgánicas insolubles en agua y/u orgánicas insolubles en agua, con formación de una capa de partículas resistente al enjuague, en el cual las partículas son... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para recubrir sin corriente superficies metálicas de objetos, que eventualmente pueden haber sido recubiertas previamente (= superficies a recubrir) con un gran número de partículas inorgánicas insolubles en agua y/u orgánicas insolubles en agua, con formación de una capa de partículas resistente al enjuague, en el cual las partículas son aplicadas en una composición acuosa estabilizable o estable, en forma de una dispersión, sobre las superficies a recubrir y son mantenidas principalmente por fuerzas electrostáticas sobre las superficies a recubrir, caracterizado porque primeramente se activan con un agente activante las superficies a recubrir, formándose con el agente activante sobre las superficies a recubrir una capa de activación con cargas, estando cargadas y/o resultando cargadas estas cargas opuestamente a las cargas de las partículas de la composición a aplicar posteriormente,

porque se forma sobre la superficie a recubrir una capa de activación que, en el caso de una capa de activación catiónica, se genera mediante la puesta en contacto con al menos un compuesto catiónico y que, en el caso de una capa de activación aniónica, se genera mediante la puesta en contacto con al menos una sustancia aniónica,

porque se utiliza como compuesto o compuestos catiónicos para formar la capa de activación al menos un silano protonable y/o protonado o porque se utiliza como sustancia o sustancias aniónicas para formar la capa de activación al menos un compuesto desprotonable, al menos un compuesto desprotonado y/o al menos un anión desprotonado seleccionado de a) sustancias con grupos de borato, carbonato, carboxilato, halogenuro tal como, por ejemplo, cloruro y/o fluoruro, hidróxido, fosfato, fosfonato, sulfato y/o sulfonato y b) complejos cargados negativamente y/o sus ésteres o bien c) polímero orgánico aniónico porque las partículas aplicadas en un paso de recubrimiento con una composición que contiene partículas están cargadas y/o resultan cargadas opuestamente a las cargas de la capa de activación,

porque se utilizan como partículas dispersiones acuosas aniónicamente estabilizadas de partículas poliméricas o bien dispersiones acuosas catiónicamente estabilizadas de partículas poliméricas,

porque en uno o en cada paso de recubrimiento con una composición que contiene partículas se forma respectivamente sobre las superficies a recubrir una capa con un grosor medio de aproximadamente varios tamaños medios de partícula de las partículas aplicadas y, eventualmente, se transforma posteriormente en película y/o se reticula la o cada capa de partículas, produciéndose a partir de las superficies recubiertas con partículas recubrimientos esencialmente cerrados o cerrados, con un grosor de capa en el intervalo de 100 nm a 15 µm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el o en cada paso de recubrimiento con una composición que comprende partículas, con independencia de la duración ulterior de este paso de recubrimiento, se forma en cada caso sobre las superficies a recubrir una capa con un grosor medio de uno o varios tamaños medios de partícula de las partículas aplicadas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en el caso de al menos un segundo paso de recubrimiento electrostático con una composición que contiene partículas, las partículas depositadas electrostáticamente están cargadas y/o resultan cargadas opuestamente a las cargas de la capa de partículas respectivamente aplicada con anterioridad.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se forman una sobre otra varias capas de partículas a partir de composiciones que contienen partículas, estando y/o resultando estas capas construidas preferiblemente de manera alternada a base de partículas que están y/o resultan cargadas positivamente con protones y/o cationes y a base de partículas que están y/o resultan cargadas negativamente con aniones.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se puede realizar un enjuague de la capa de activación y/o de la capa de partículas con un líquido de enjuague acuoso en escurrimiento y/o en corriente, por ejemplo mediante enjuague por lavado, enjuague por aspersión y/o enjuague por inmersión.

6. Procedimiento según una delas reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de activación está y/o resulta cargada positivamente con protones y/o cationes y porque la primera capa de partículas aplicada sobre la misma de una composición que contiene partículas está y/o resulta correspondientemente cargada negativamente con aniones y/o con al menos un compuesto aniónico -o a la inversa.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de activación o las partículas de la última capa de partículas se cargan con un líquido cargado positivamente o negativamente y/o con cargas eléctricas positivas o negativas de un gas o bien en vacío (= generación de carga positiva o negativa) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de activación cargada o las partículas cargadas de la última capa de partículas entran en contacto con al menos una sustancia correspondientemente cargada, lo que conduce a una carga positiva o negativa aún másintensa.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la generación de carga positiva en la capa de activación o en partículas de la capa de partículas se realiza por tratamiento con al menos un ácido y/o con al menos una sustancia que porta grupos catiónicos, o porque la generación de carga negativa en una capa de activación o en partículas de la capa de partículas se realiza por tratamiento con al menos un anión y/o con al menos una sustancia que porta grupos aniónicos.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la activación de la capa de activación catiónica o de partículas de la capa de partículas se realiza con al menos un compuesto de silicio catiónico y/o la generación carga positiva en la capa de activación o en partículas de la capa de partículas se realiza por tratamiento con al menos un ácido y/o con grupos catiónicos.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la activación de la capa de activación aniónica o de partículas de la capa de partículas se realiza con al menos un compuesto aniónico y/o la generación de carga negativa en la capa de activación o en partículas de la capa de partículas se realiza por tratamiento con al menos un anión y/o con al menos un compuesto aniónico.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la composición presenta un potencial zeta en el intervalo de -200 a +200mV, medido alos valores de pH de una dispersión estable.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como partículas en la composición que contiene partículas, en la capa de partículas y/o en el recubrimiento formado a partir de las mismas, se utilizan polímeros orgánicos a base de epóxido, acrilato de etileno, (met) acrilato de alquilo, polietileno, poliisobutileno, poliacrilonitrilo, poli (cloruro de vinilo) , poli (met) acrilato, poli (met) acrilato de alquilo tal como, por ejemplo, poli (metacrilato de metilo) , poli (acetato de vinilo) , poli (alcohol vinílico) , poli (cloruro de vinilideno) , politetrafluoroetileno, poliisopreno, polipropileno, poli (met) acrilato, poliéster, poliéter, aminoplasto, poliuretano, resina fenólica, resina alquídica, policarbonato, poliamida, poliestireno, polisulfuro, polisiloxano, poli (vinilacetal) , poliacetal, acrilato de estireno, sus derivados, sus composiciones y/o sus mezclas.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de partículas producida se enjuaga con un líquido de enjuague tal como, por ejemplo, agua y/o al menos un líquido acuoso de enjuague posterior y después se reviste en estado mojado, húmedo o someramente seco, con al menos una composición orgánica de una imprimación y/o barniz y/o con otras partículas de carga opuesta a las partículas de la capa de partículas precedentemente aplicada.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se forma una capa de partículas que contiene partículas orgánicas y a continuación se transforma en película y/o se reticula.

16. Procedimiento según una delas reivindicaciones precedentes, caracterizado porquela composición quecontiene partículas, la capa de partículas formada a partir de la misma y/o el recubrimiento formado a partir de las mismas, por ejemplo por formación de película o reticulación, contienen además de al menos un tipo de partículas también respectivamente al menos un colorante, un pigmento de color, un pigmento anticorrosivo, un inhibidor de la corrosión, un pigmento de conductividad, un tipo adicional de partículas, un silano/silanol/siloxano/polisiloxano/silazano/polisilazano, un aditivo para barniz y/o un aditivo tal como, por ejemplo, en cada caso al menos un tensioactivo, un antiespumante y/o un agente dispersante.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la composición y/o el recubrimiento formado a partir de la misma, además de al menos un tipo de partículas y, eventualmente, además de al menos una sustancia no particulada, presenta de manera parcial o completa una composición química para una imprimación, un barniz como por ejemplo para una carga, barniz de acabado y/o barniz transparente.

18. Superficies metálicas de objetos que comprenden un recubrimiento producido por el procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes.

19. Uso de los sustratos recubiertos por el procedimiento según al menos una de las precedentes reivindicaciones 1 a 17 como alambre, malla de alambre, cinta, chapa, perfil, panel, parte de un vehículo o aeronave, elemento para un aparato doméstico, elemento en la construcción, estante, elemento de guardarraíl, de radiador o de vallado, pieza moldeada de geometría complicada o pieza pequeña como, por ejemplo, tornillo, tuerca, brida o resorte.