Proceso sol-gel para producción de películas protectoras para sustratos polímeros.

Un proceso para la preparación de películas hidrófobas transparentes sobre sustratos con los pasos siguientes:

- preparación de una solución en un disolvente de uno o más alcóxidos correspondientes a la fórmula:

Xm -Me-(OR)n-m (I)

donde Me es silicio; n es la valencia de Me;

X es R o R1, siendo R1 igual o diferente de R,

m es cero o un número entero igual a o menor que 3;

R y R1 son radicales hidrocarbonados con un número de átomos de carbono igual a o menor que 12;

- hidrólisis de la solución obtenida en presencia de un catalizador;

- adición de un agente hidrófobo;

- adición opcional de un compuesto con propiedades absorbentes de la radiación ultravioleta;

- adición opcional eventual de un agente antiestático y reductor de la reflectancia;

- adición opcional de un compuesto con propiedades fotocatalíticas;

- adición opcional de un polímero como agente espesante;

- adición opcional de un compuesto con propiedades antibacterianas;

- deposición del sol sobre el sustrato de interés;

- secado y curado finales del recubrimiento.

Proceso sol-gel para producción de películas protectoras para sustratos polímeros El objeto de la invención es un proceso para la preparación de películas hidrófobas transparentes sobre sustratos.

Los materiales plásticos, tales como policarbonato (PC) y poli (metacrilato de metilo) (PMMA) se utilizan actualmente 5 en muchas áreas de aplicación tales como automóviles, construcciones, instrumentos electrónicos, faros, y techos solares, entre otras.

El desarrollo ulterior de sus posibilidades para entrar en nuevos mercados se ve dificultado por la falta de dureza superficial y resistencia a la abrasión.

Otros usos de los materiales polímeros, tales como vidriados, paneles arquitectónicos decorativos y espejos, se ven limitados también debido a esta falta de resistencia a la abrasión. En este sentido, se ha dedicado una gran cantidad de trabajo al desarrollo de recubrimientos para resolver este problema; por ejemplo, se ha propuesto utilizar recubrimientos resistentes al rayado, tales como soluciones que contienen sílice y composiciones de polímeros fluorados de ácido polisilícico. Pero estos materiales han encontrado sólo un uso comercial limitado debido a que son difíciles de aplicar, deficientes en resistencia a la humedad o costosos (patente EE.UU. No. 3.986.997) .

Además, dichos estudios conciernen a películas transparentes en la región UV, de modo más particular para longitud de onda mayor, próxima a 287 nm que causa una rotura de los enlaces carbonato acompañada por liberación de monóxido de carbono y dióxido de carbono y despolimerización del sustrato. La radiación ultravioleta procedente del sol puede alcanzar la superficie de un sustrato recubierto con un recubrimiento transparente a la radiación ultravioleta y hacer que el mismo se degrade. Como resultado, el recubrimiento protector pierde adhesión y comienza a des

cascarillarse a medida que el artículo se disgrega por la acción de la intemperie.

Otro enfoque es el propuesto por Ward Brown, de Rohm & Haas Corp., patente US 2003/0134949 que describe el uso de alcoxisilanos autooxidables. Tales alcoxisilanos refuerzan la resistencia a la intemperie de los objetos de plástico y sin embargo no proporcionan suficiente estabilidad a la radiación.

Una composición de recubrimiento transparente y resistente a la abrasión se describe en la patente US 4.500.669

que consiste en una dispersión coloidal de metales, aleaciones, sales y óxidos, pero no proporciona solución al deterioro causado por la radiación UV.

Muy pocos autores han intentado combinar técnicas sol-gel y estabilidad ultravioleta con objeto de obtener sistemas de recubrimiento que sean al mismo tiempo resistentes a la abrasión y estables a la radiación ultravioleta.

Por otra parte, está claro que sería un apareamiento perfecto disponer de un recubrimiento vítreo que combine las excelentes propiedades del vidrio tales como conductividad eléctrica y estabilidad térmica (v.g. policarbonato, Tg = 145º C) con protección a la radiación ultravioleta.

El objeto de la invención es un proceso para fabricar un recubrimiento vítreo e hidrófobo sobre sustratos de material plástico tales como policarbonato, poli (metacrilatos de metilo) y poliolefinas entre otros.

La tecnología utilizada es la técnica sol-gel ya descrita en la patente anterior WO 2004/007384, de la misma Solici35 tante.

Las técnicas sol-gel para fabricación de recubrimientos consisten en fabricar una suspensión en medio alcohólico por mezcla de los componentes a la temperatura ambiente y dejar que la suspensión se gelifique en condiciones controladas, seguido finalmente por un paso de secado que podría considerarse como un paso de curado.

En realidad, éste es un procedimiento muy general dado que cualquier tipo de recubrimiento requiere un proceso de preparación específico, es decir, composición de la suspensión, aplicación de la suspensión sobre el sustrato (técnicas de inmersión o pulverización o recubrimiento por centrifugación) , condiciones de gelificación (T) y el procedimiento de secado, evaporación del disolvente, T de curado, y velocidad de secado.

La bibliografía describe el uso de recubrimientos basados en técnicas sol-gel para varios soportes, pero la industrialización de tales métodos se ha considerado siempre como problemática debido a la alta temperatura requerida para 45 el curado; véanse por ejemplo las patentes 6.017.389, 6.130.152 y la patente Italiana NO98 A00004.

El objeto de la invención es un método para fabricar recubrimientos hidrófobos basados en sol-gel con propiedades de resistencia a la abrasión y estabilidad ultravioleta que requiere condiciones suaves para la fabricación y la aplicación sobre el sustrato.

El objeto de la invención es un proceso para la preparación de películas hidrófobas transparentes sobre sustratos, 50 que comprende los pasos siguientes:

- preparación de una solución en un disolvente de uno o más alcóxidos correspondientes a la fórmula: Xm -Me- (OR) n-m (I)

donde Me es silicio; n es la valencia de Me; X es R o R1, siendo R1 igual o diferente de R, m es cero o un número entero igual a o menor que 3; R y R1 son radicales hidrocarbonados con un número de átomos de carbono igual a o menor que 12;

- hidrólisis de la solución obtenida en presencia de un catalizador; -adición de un agente hidrófobo

- adición opcional de un compuesto con propiedades absorbentes de la radiación ultravioleta

- adición opcional de un agente hidrófobo

- adición opcional eventual de un agente antiestático y reductor de la reflectancia

- adición opcional de un compuesto con propiedades fotocatalíticas 15 - adición opcional de un polímero como agente espesante

- adición opcional de un compuesto con propiedades antibacterianas

- deposición del sol sobre el sustrato de interés

- secado y curado finales del recubrimiento.

La solución obtenida por hidrólisis de una solución en un disolvente inorgánico de uno o más alcóxidos que responden a la fórmula (I) puede ser una solución coloidal estable.

El alcóxido puede seleccionarse entre tetrametilortosilano, tetraetilortosilano, tetraetoxiortosilicato, tetrapropilortosilicatos, tetrabutilortosilicato, etiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano, metiltrietoxisilano o una mezcla de los mismos.

La solución de alcóxido en la que el disolvente orgánico puede seleccionarse entre acetona, tetrahidrofurano, dioxano y etanol. La concentración de la solución puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 10 y 55% en 25 peso.

El compuesto con propiedades absorbentes de la radiación ultravioleta puede seleccionarse del grupo de los benzotriazoles, las s-triazinas, las oxanilidas, los salicilatos, las hidroxibenzofenonas, los benzoatos y los α-cianoacrilatos y moléculas inorgánicas del grupo TiO2 y ZnO. El mismo puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 0, 7 y 8% en peso.

El compuesto con agente hidrófobo puede ser un tetrafluorooctiltrietoxisilano. El mismo puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 0, 1 y 6 en peso.

El compuesto con propiedades antiestáticas y reductoras de la reflectancia puede seleccionarse del grupo de óxido de estaño, óxido de indio, óxido de antimonio y estaño y óxido de titanio. El mismo puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 0, 1 y 5% en peso.

El polímero con propiedades espesantes puede seleccionarse del grupo de poliestireno, poli (alcohol vinílico) , poli (acetato de vinilo) , polietilenglicol con peso molecular comprendido entre 300 y 12.000. El porcentaje puede estar comprendido entre 0, 5% y 10%, más preferiblemente entre 2 y 5% en peso.

El compuesto con propiedades fotocatalíticas pueden seleccionarse del grupo de dióxido de titanio y óxido de cinc. El mismo puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 0, 5% y 7% en peso.

El compuesto con propiedades antibacterianas puede ser AgO. El mismo puede encontrarse en un porcentaje comprendido entre 0, 05 y 5 en peso.

La solución o mezcla de alcóxidos en el disolvente puede estar comprendida entre 20% y 60% en peso.

La hidrólisis del alcóxido puede analizarse por adición de una cantidad controlada de agua.

La ratio molar H2O/Me puede estar comprendida entre 0, 3 y 6, preferiblemente entre 1, 5 y 3.... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la preparación de películas hidrófobas transparentes sobre sustratos con los pasos siguientes:

- preparación de una solución en un disolvente de uno o más alcóxidos correspondientes a la fórmula:

Xm -Me- (OR) n-m (I)

donde Me es silicio; n es la valencia de Me; X es R o R1, siendo R1 igual o diferente de R, 10 m es cero o un número entero igual a o menor que 3; R y R1 son radicales hidrocarbonados con un número de átomos de carbono igual a o menor que 12;

- hidrólisis de la solución obtenida en presencia de un catalizador; -adición de un agente hidrófobo;

- adición opcional de un compuesto con propiedades absorbentes de la radiación ultravioleta.

15. adición opcional eventual de un agente antiestático y reductor de la reflectancia;

- adición opcional de un compuesto con propiedades fotocatalíticas;

- adición opcional de un polímero como agente espesante;

- adición opcional de un compuesto con propiedades antibacterianas;

- deposición del sol sobre el sustrato de interés.

20. secado y curado finales del recubrimiento.

2. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1, donde el agente hidrófobo es tetrafluorooctiltrietoxi-silano.

3. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en el cual el alcóxido se selecciona de tetrametil-ortosilano, tetraetilortosilano, tetraetoxiortosilicato, tetrapropilortosilicatos, tetrabutilortosi25 licato, etiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano, metiltrietoxisilano, o una mezcla de los mismos.

4. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la solución en disolvente orgánico del alcóxido se selecciona de acetona, tetrahidrofurano, dioxano y etanol.

5. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el compuesto con propiedad absorbente de la radiación ultravioleta se selecciona del grupo de benzotriazoles, las s-triazinas, 30 las oxanilidas, los salicilatos, las hidroxibenzofenonas, los benzoatos y los α-cianoacrilatos y moléculas inorgánicas del grupo TiO2 y ZnO.

6. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el compuesto con propiedades antiestáticas y reductoras de la reflectancia se selecciona del grupo de óxido de estaño, óxido de indio, óxido de antimonio y estaño y óxido de titanio.

7. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el polímero con propiedades espesantes se selecciona del grupo de poliestireno, poli (alcohol vinílico) , poli (acetato de vinilo) y polietilenglicol con peso molecular comprendido entre 300 y 12.000.

8. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el compuesto con propiedades fotocatalíticas se selecciona del grupo de dióxido de titanio y óxido de cinc.

9. Proceso para la preparación de películas transparentes de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el compuesto con propiedades antibacterianas es AgO.

10. Proceso para la preparación de películas de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la solución o mezcla de alcóxidos en el disolvente está comprendida entre 20% y 60% en peso.

11. Proceso para la preparación de películas de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la hidrólisis del alcóxido 45 se realiza por adición de una cantidad controlada de agua.

12. Proceso para la preparación de películas de acuerdo con la reivindicación 12 donde la ratio molar H2O/Me está comprendida entre 0, 3 y 6.

13. Proceso para la preparación de películas de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el catalizador es un ácido seleccionado de ácidos minerales y ácidos orgánicos con Ka comprendido entre 0, 1 y 3.

50.

14. Proceso para la preparación de películas de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la temperatura de secado está comprendida entre 60 y 200º C.