ARTÍCULO COMPUESTO QUE COMPRENDE UN ELEMENTO DE REFUERZO METÁLICO EMBEBIDO EN UN MATERIAL POLIMÉRICO TERMOPLÁSTICO.

Un artículo compuesto que comprende al menos un elemento de refuerzo metálico embebido dentro de un material polimérico,

estando dicho elemento de refuerzo metálico al menos parcialmente recubierto con una capa promotora de la adhesión, estando dicha capa promotora de la adhesión intercalada entre dicho elemento de refuerzo metálico y dicho material polimérico, caracterizado porque dicha capa promotora de la adhesión comprende un primer componente y un segundo componente, comprendiendo dicho primer componente un silano organofuncional y comprendiendo dicho segundo componente un polímero hiper-ramificado

Campo del invento

El invento se refiere a un artículo compuesto que comprende al menos un elemento de refuerzo metálico embebido dentro de un material polimérico, estando dicho elemento de refuerzo metálico al menos parcialmente recubierto con una capa promotora de la adhesión, estando dicha capa promotora de la adhesión intercalada entre dicho elemento de 5 refuerzo metálico y dicho material polimérico como es conocido de forma general en el estado del arte. El invento se refiere además a un método de fabricación de un artículo compuesto y al uso de un artículo compuesto de este tipo como artículo reforzado.

Antecedentes del invento

Los materiales poliméricos con refuerzo metálico son atractivos para muchas aplicaciones ya que combinan alta 10 resistencia y bajo peso. Sin embargo, un problema muy conocido asociado con los materiales poliméricos con refuerzo metálico, y más en concreto los materiales poliméricos termoplásticos no polares tales como las poliolefinas, es la dificultad para obtener una buena adhesión entre el elemento de refuerzo metálico y el material polimérico termoplástico.

Muchos investigadores intentaron mejorar la adhesión entre el metal y el material polimérico. Los intentos 15 comprenden por ejemplo la modificación del polímero en masa o la modificación físico-química de una o de ambas superficies de los constituyentes. Por ejemplo, industrialmente se usa anhídrido maleico para aumentar la funcionalidad del polímero con el fin de mejorar la adhesión entre acero y polímero. Se han propuesto agentes de acoplamiento, tales como los silanos, para mejorar la adhesión entre el metal y el material polimérico. En el estado del arte también se sabe que los recubrimientos basados en epoxi y en cromo aumentan la resistencia a la corrosión y mejoran la adhesión entre 20 la superficie del metal y los recubrimientos poliméricos. Sin embargo, estos recubrimientos muestran varios inconvenientes.

Por ejemplo, los recubrimientos basados en epoxi absorben humedad con facilidad. Debido a la difusión del agua absorbida en la interfase epoxi-acero se puede debilitar la fuerza de adhesión interfacial. Por otro lado, los recubrimientos basados en cromo son muy tóxicos por lo preferiblemente se evita su aplicación. 25

Debido a que para muchas aplicaciones se desea una alta resistencia a la corrosión, son necesarios tratamientos adicionales.

Del documento WO-A-006010 se conoce un promotor de la adhesión que comprende un silano organofuncional y un polímero hiper-ramificado.

Resumen del invento 30

Es un objeto del presente invento evitar los inconvenientes de la técnica anterior.

Es otro objeto del presente invento mejorar la unión metal-material polimérico por medio de una capa promotora de la adhesión.

Es también un objeto del invento mejorar la resistencia contra el envejecimiento, la corrosión, las cargas dinámicas y las fuerzas cortantes que actúan a través de la interfase. 35

Es un objetivo adicional del presente invento crear una interfase endurecida entre un elemento de refuerzo metálico y una matriz polimérica.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento se proporciona un artículo compuesto que comprende al menos un elemento de refuerzo metálico embebido dentro de un material polimérico. El elemento de refuerzo metálico está al menos parcialmente recubierto con una capa promotora de la adhesión. Esta capa promotora de la adhesión 40 está intercalada entre el elemento de refuerzo metálico y el material polimérico. La capa promotora de la adhesión comprende al menos un primer componente y un segundo componente. El primer componente comprende un silano organofuncional y el segundo componente comprende un polímero hiper-ramificado. La capa promotora de la adhesión también puede comprender un producto de reacción de los componentes primero y segundo.

Preferiblemente, el segundo componente está presente en una concentración inferior al 20% en peso. Más 45 preferiblemente, la concentración del segundo componente es menor que el 15% en peso, por ejemplo, el 10% en peso o el 5% en peso.

Silanos organofuncionales

Los silanos organofuncionales son compuestos de acuerdo con la siguiente fórmula:

Y-(CH2)n – SiX3 50

en la cual:

Y representa a un grupo organofuncional elegido de entre –NH2, R-NH-, CH2=CH-, CH2=C(CH3)COO-, 2, 3, epoxipropoxi, HS- y Cl-

X representa a un grupo funcional siliconado elegido de entre –OR, -OC(=O)R', -Cl en el cual R y R' se eligen independientemente de entre los alquilos C1 – C4, preferiblemente –CH3 y –C2H5; y 5

n es un número entero de 0 a 20, preferiblemente de 0 a 10 y más preferiblemente de 0 a 3.

Los silanos preferentes son silanos amino-organofuncionales que tienen al menos un grupo aminofuncional.

Polímeros hiper-ramificados

Los polímeros hiper-ramificados se pueden describir de forma general como moléculas muy ramificadas tri-dimensionales que tienen una estructura de tipo árbol. Se caracterizan por un gran número de grupos terminales, los 10 cuales se pueden funcionalizar con grupos a medida para garantizar su compatibilidad y reactividad.

Los grupos terminales son por ejemplo grupos hidroxilo, tiol, amino o epoxi.

Para el propósito de este invento el término “polímeros hiper-ramificados” también incluye a los dendrímeros, variaciones monodispersas de polímeros hiper-ramificados.

Los polímeros hiper-ramificados consisten normalmente en un iniciador o núcleo que tiene una o más posiciones 15 reactivas y varias capas que se ramifican de moléculas que se extienden en cadena y opcionalmente una capa de una o más moléculas de terminación de cadena. Las capas se suelen llamar generaciones.

Los polímeros hiper-ramificados tienen preferiblemente de 1 a 5 generaciones.

En general, los polímeros hiper-ramificados tienen una media de al menos 16 grupos terminales por molécula para materiales de segunda generación, aumentando en un factor de al menos 2 para cada generación sucesiva. Por 20 ejemplo, las masas molares medias numéricas de los polímeros hiper-ramificados de generación 2 suelen ser mayores de aproximadamente 1500 g/mol, y las masas molares aumentan exponencialmente con el número de generación o pseudo-generación, alcanzando aproximadamente 8000 g/mol para un polímero de pseudo-generación 4. Típicamente, el peso molecular de los dendrímeros será de aproximadamente 100 g/mol por grupo terminal, aunque esto variará de acuerdo con la formulación exacta. 25

La terminación de la cadena se realiza preferiblemente por adición de al menos un tapón de cadena monomérico o polimérico al polímero hiper-ramificado. Preferiblemente, se selecciona un tapón de cadena del grupo que consiste en un ácido o anhídrido carboxílico monofuncional saturado o insaturado alifático o cicloalifático que tiene 1-24 átomos de carbono; ácido o anhídrido carboxílico monofuncional aromático, un diisocianato, un oligómero o un aducto del mismo, un éster glicidílico de un ácido o anhídrido carboxílico monofuncional que tiene 1-24 átomos de carbono; un éter 30 glicidílico de un alcohol monofuncional con 1-24 átomos de carbono, un aducto de un ácido o anhídrido carboxílico mono-, di-, tri- o polifuncional saturado o insaturado alifático o cicloalifático que tiene 1-24 átomos de carbono; un aducto de un ácido o anhídrido carboxílico mono-, di-, tri- o polifuncional aromático; un epóxido de un ácido monocarboxílico insaturado o el correspondiente triglicérido, teniendo dicho ácido 3-24 átomos de carbono y un ácido amino.

Elemento de refuerzo metálico 35

Como elemento de refuerzo metálico se puede considerar un alambre metálico, un cordón metálico, una banda o una cinta metálica. Los alambres metálicos pueden tener cualquier sección transversal tal como una sección transversal circular, ovalada o plana (rectangular). La resistencia a tracción de un elemento metálico es preferiblemente mayor de 1500 N/mm2. El rango de la resistencia a tracción es por ejemplo entre 1500 y 4000 N/mm2. Puede ser deseable utilizar cordones metálicos que tengan un alargamiento estructural. 40

Como elemento de refuerzo metálico también se pueden considerar estructuras que... [Seguir leyendo]

1. Un artículo compuesto que comprende al menos un elemento de refuerzo metálico embebido dentro de un material polimérico, estando dicho elemento de refuerzo metálico al menos parcialmente recubierto con una capa promotora de la adhesión, estando dicha capa promotora de la adhesión intercalada entre dicho elemento de refuerzo metálico y dicho material polimérico, caracterizado porque dicha capa promotora de la adhesión 5 comprende un primer componente y un segundo componente, comprendiendo dicho primer componente un silano organofuncional y comprendiendo dicho segundo componente un polímero hiper-ramificado.

2. Un artículo compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo componente está presente en una concentración menor del 20% en peso.

3. Un artículo compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el cual dicho silano organofuncional 10 comprende un silano amino-organofuncional.

4. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho polímero hiper-ramificado tiene de 1 a 5 generaciones.

5. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho polímero hiper-ramificado tiene al menos un grupo terminal funcional. 15

6. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho polímero hiper-ramificado tiene una media de al menos 16 grupos terminales por molécula.

7. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho polímero hiper-ramificado tiene una media de al menos 32 grupos terminales por molécula.

8. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el cual dichos grupos 20 terminales son grupos hidroxilo, tiol, amino o epoxi.

9. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho elemento de refuerzo metálico comprende un elemento metálico alargado o una estructura que comprende varios elementos metálicos alargados.

10. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho 25 elemento de refuerzo metálico se recubre con al menos un recubrimiento metálico o de aleación metálica antes de que se aplique la capa promotora de adhesión.

11. Un artículo compuesto de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual dicho recubrimiento metálico o de aleación metálica comprende zinc o una aleación de zinc.

12. Un artículo compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho material 30 polimérico comprende un material polimérico termoplástico.

13. Un método de fabricación de un artículo compuesto como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, comprendiendo dicho método los pasos de

- proporcionar un elemento de refuerzo metálico;

- aplicar una capa promotora de la adhesión sobre al menos una parte de dicho elemento de refuerzo 35 metálico, comprendiendo dicha capa promotora de la adhesión un primer componente y un segundo componente, comprendiendo dicho primer componente un silano organofuncional y comprendiendo dicho segundo componente un polímero hiper-ramificado;

- embeber dicho elemento de refuerzo metálico recubierto con dicha capa promotora de la adhesión dentro de un material polimérico. 40

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además el paso de

- aplicar un recubrimiento de metal o de aleación metálica antes de la aplicación de dicha capa promotora de la adhesión.

15. El uso de un artículo compuesto como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 como banda para una manguera. 45

16. El uso de un artículo compuesto como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 como cable.