Recubrimiento de polímeros que contienen un complejo de un fluoropolieter iónico y un agente contraiónico.

Un artículo que comprende un sustrato de polímero y un recubrimiento sobre éste que contiene un complejo deun fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico.

Recubrimiento de polímeros que contienen un complejo de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico

La invención se refiere a un artículo que comprende un sustrato y un recubrimiento sobre éste, que contiene un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico. La invención se refiere además a un proceso para la producción de dicho recubrimiento y al uso de una mezcla de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico para la preparación de un recubrimiento.

Al día de hoy los polímeros se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen prendas de vestir, filtros y membranas en diferentes campos de la tecnología. Las diferentes aplicaciones requieren progresivamente propiedades que no son inherentes a los polímeros y por lo tanto sólo pueden ser proporcionadas mediante una funcionalización, en particular de la superficie del polímero.

Una forma de funcionalizar las superficies poliméricas es recubrir la superficie con una capa (generalmente delgada) de un agente de funcionalización. Al proceder de este modo, se pueden impartir a los polímeros propiedades tales como estanqueidad al agua, resistencia a productos químicos, retraso del fuego y similares. Sin embargo, hasta ahora la mayoría de los conceptos y recubrimientos se han centrado en la mejora de una propiedad específica, pero no permiten impartir una variedad de propiedades deseables al sustrato, ni ponerlas a punto y equilibrarlas.

Por ejemplo, aplicar un recubrimiento de poliéster o de poliuretano como capa sobre la superficie externa de un sustrato de politetrafluoretileno expandido (ePTFE) mejora la resistencia frente a productos químicos como los contenidos en cremas solares, sudor, grasas corporales, maquillaje y similares (US 4, 194, 041 y US 6, 074, 738) . Sin embargo, dichos recubrimientos no se pueden utilizar en general para la optimización de otras propiedades importantes como retraso del fuego, hidrofilicidad o similares. Además, se han aplicado recubrimientos a base de perfluoropoliéteres no iónicos para modificar la oleofobicidad de sustratos microporosos de polímeros, como se da a conocer en EP 615 779.

Es otro requisito para un agente de recubrimiento que tenga una buena adherencia al sustrato para funcionalizarlo permanentemente y que no afecte adversamente, o lo haga sólo en bajo grado, las propiedades inherentes deseadas del polímero. Por ejemplo, en el caso de una membrana de politetrafluoretileno (PTFE) microporoso utilizada para la filtración, el recubrimiento no debe ser fácilmente arrastrado por lavado y no debe afectar el flujo de líquido a través de los poros.

Además, basado en el carácter inerte y la baja energía superficial de muchos sustratos, especialmente los sustratos de polímeros fluorados, se sabe que es muy difícil recubrir las superficies de esos sustratos, p. ej. ePTFE microporoso, con especies iónicas o cargadas. La adherencia deficiente de esos sustratos a las especies iónicas o cargadas conduce al fracaso en muchas aplicaciones industriales. Esto significa que sin ningún tratamiento químico de superficie como ataque químico, radiación, tratamiento con láser, activación con plasma y/o pretratamiento con CO2 supercrítico, generalmente no hay forma de cubrir directa y permanentemente estas superficies con poliiones tales como polímeros intrínsecamente conductores, iones metálicos, iones orgánicos, partículas cargadas, sales y otros. Sin embargo, se podría esperar que particularmente esos compuestos impartieran propiedades especiales si se cubriera con ellos un sustrato.

Aún más, esos métodos dedicados directamente a la modificación de la superficie como ataque químico, tratamiento con plasma o corona, irradiación, etc., que se desarrollaron para mejorar su capacidad de adherencia, son destructivos para el sustrato y se asocian a la desfluoración de la superficie y el debilitamiento de la resistencia mecánica del sustrato de fluoropolímero. Si el sustrato es delgado, la resistencia mecánica del sustrato puede incluso disminuir hasta tal punto que el sustrato no se pueda mantener en condiciones de modificación de la superficie.

Los documentos US 6, 638, 622, US 6, 940, 692 y US 6, 916, 955 describen un proceso para sintetizar sales de sodio de un perfluoropoliéter que contiene grupos ácido carboxílico y la aplicación de esas sales como recubrimiento para proteger de la corrosión los discos de grabación magnética y las cabezas de grabación magnética. Estos recubrimientos fueron diseñados especialmente para proporcionar una muy buena adherencia a superficies metálicas y de óxidos metálicos con su alta energía superficial. Los recubrimientos tienen un espesor máximo de 10 nm y proporcionan a la superficie propiedades extremadamente repelentes del agua, de modo semejante a una superficie densa recubierta con PTFE .

El documento US 5, 716, 680 describe un proceso para formar un recubrimiento delgado y adherente de un ionómero de perfluorocarbono sobre un sustrato de polímero que suele estar en forma de polvo, en forma fibrosa o en una mezcla de formas en polvo y fibrosa. El recubrimiento se forma a partir de una dispersión coloidal del ionómero de perfluorocarbono en un medio líquido que consiste esencialmente en agua y está sustancialmente exento de solventes orgánicos, que comprende añadir a) la dispersión coloidal y b) una sal o un ácido fuertemente ionizante a un recipiente que contenga el sustrato de polímero, y someter la dispersión, la sal o el ácido y el material de polímero a condiciones de alto cizallamiento mediante lo cual se forma un recubrimiento durable y delgado del ionómero de perfluorocarbono sobre el sustrato de polímero.

Un objetivo de la invención es proporcionar artículos que contengan sustratos de polímeros y un recubrimiento que permita impartir una amplia variedad de propiedades al sustrato y permita adaptar esas propiedades. Simultáneamente, el recubrimiento debería tener una buena adherencia al sustrato, prepararse y aplicarse fácilmente, y ser uniforme y homogéneamente distribuible sobre el sustrato.

Otro objetivo es proporcionar recubrimientos que contengan especies iónicas o cargadas sobre sustratos normalmente difíciles de recubrir con esas sustancias.

En la actualidad se ha descubierto sorprendentemente que esos objetivos se pueden lograr mediante el recubrimiento de un sustrato de polímero con una composición que comprenda dos componentes, un fluoropoliéter iónico, es decir un fluoropoliéter que contiene grupos iónicos y un agente contraiónico que tenga cargas iónicas opuestas a las de los grupos iónicos del fluoropoliéter, en forma de un complejo.

La presente invención proporciona por consiguiente un artículo compuesto por un sustrato de polímero y un recubrimiento sobre éste que contiene un complejo de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico.

El concepto de recubrimiento de la presente invención, que incluye los dos componentes fluoropoliéter iónico y agente contraiónico, proporciona por una parte excelentes propiedades de formación de película y adherencia del recubrimiento a un sustrato de polímero, basadas principalmente en las propiedades del complejo de fluoropoliéter iónico presente en el recubrimiento. Por otra parte, el concepto permite simultáneamente la mejora y adaptación de una diversidad de propiedades diferentes del sustrato, porque se puede utilizar una amplia gama de agentes contraiónicos para la formación de complejos, y se puede variar su proporción con respecto a los grupos iónicos del fluoropoliéter. En cualquier caso, son los efectos sinérgicos de la interacción entre el sustrato y el complejo contenido en el recubrimiento lo que hace único al artículo de la invención. El artículo de conformidad con la invención permite proporcionar propiedades mejoradas. Se ha descubierto sorprendentemente que se puede mejorar y adaptar una enorme diversidad de propiedades diferentes del sustrato aplicando la presente invención.

Como ejemplos de las propiedades de un sustrato de polímero que se pueden mejorar y poner a punto se pueden mencionar la protección contra el calor y las llamas, propiedades antiestáticas, hidrofilicidad, hidrofobicidad, oleofobicidad y propiedades antimicrobianas.

Cuando se utilizan sustratos de polímeros (micro) porosos como, por ejemplo, PTFE expandido (ePTFE) las propiedades de flujo se pueden adaptar para proporcionar un equilibrio único entre el índice de aceite y al mismo tiempo la humectabilidad por electrolitos como el agua.

... [Seguir leyendo]

1. Un artículo que comprende un sustrato de polímero y un recubrimiento sobre éste que contiene un complejo de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico.

2. Artículo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el sustrato es un fluoropolímero.

3. Artículo de acuerdo con la reivindicación 2, donde el sustrato es politetrafluoroetileno (PTFE) , un PTFE modificado, un fluorotermoplástico, un fluoroelastómero o cualquiera de sus combinaciones.

4. Artículo de acuerdo con la reivindicación 3, donde el sustrato es politetrafluoroetileno (PTFE) .

5. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el sustrato es poroso.

6. Artículo de acuerdo con la reivindicación 5, donde el sustrato es politetrafluoroetileno expandido (ePTFE) .

7. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde en el complejo 5 a 100% de las cargas iónicas del fluoropoliéter iónico están equilibradas por las cargas iónicas del agente contraiónico.

8. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el peso equivalente del fluoropoliéter iónico está en el rango de 400 a 15 000 g/mol.

9. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el agente contraiónico se selecciona del grupo de iones orgánicos o iones metálicos no alcalinos.

10. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los grupos iónicos del fluoropoliéter iónico son grupos aniónicos.

11. Artículo de acuerdo con la reivindicación 10, donde los grupo iónicos del fluoropoliéter iónico se seleccionan entre los grupos carboxílico, fosfórico y sulfónico o sus mezclas.

12. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la relación F/H del fluoropoliéter iónico es igual o mayor que 1.

13. Artículo de acuerdo con la reivindicación 12, donde el fluoropoliéter iónico es un perfluoropoliéter iónico.

14. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el recubrimiento se aplica en forma líquida al sustrato.

15. Artículo de acuerdo con la reivindicación 14, donde el líquido utilizado para el recubrimiento del sustrato tiene una tensión superficial menor a 35 mN/m.

16. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el recubrimiento está presente como una capa monolítica sobre una superficie del sustrato.

17. Artículo de acuerdo con la reivindicación 16, donde el espesor del recubrimiento presente como una capa monolítica sobre la superficie del sustrato está en el rango de 0, 05 a 25 micrómetros.

18. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 17, donde el recubrimiento está presente sobre la superficie interna y externa de los poros.

19. Artículo de acuerdo con la reivindicación 18, donde el grosor del recubrimiento presente sobre la superficie interna y externa de los poros es superior a 10 nanómetros.

20. Artículo de acuerdo con la reivindicación 18 ó 19, donde los poros del sustrato no están completamente rellenos con el recubrimiento.

21. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el artículo recubierto tiene un tiempo de caída de la carga, a 20% de humedad relativa, menor de 2 segundos.

22. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el agente contraiónico contiene iones que tienen actividad antimicrobiana.

23. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el agente contraiónico contiene

nanopartículas cargadas superficialmente.

24. Artículo de acuerdo con la reivindicación 23, donde las nanopartículas cargadas superficialmente contienen un polímero intrínsecamente conductor.

25. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el agente contraiónico contiene un ión seleccionado entre agentes contraiónicos monovalentes (que no sean Na+) o bivalentes/polivalentes o cualquiera de sus combinaciones.

26. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el agente contraiónico contiene un ión seleccionado entre Me+ (que no sea Na+) , Me2+, Me3+ o cualquiera de sus combinaciones.

27. Artículo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde fluoropoliéter iónico contiene al menos un grupo carboxílico y el agente contraiónico contiene un colorante catiónico.

28. Proceso para la producción de un recubrimiento sobre un sustrato de polímero que comprende los pasos de a) preparar una mezcla de un fluoropoliéter iónico o uno de sus precursores y un agente contraiónico de uno de sus precursores y b) aplicar la mezcla preparada en el paso a) sobre el sustrato.

29. Uso de un artículo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 27 para la fabricación de una prenda, una estructura textil, un laminado, un elemento filtrante, un elemento de salida de aire, un sensor, un dispositivo de diagnóstico, una envolvente de protección o un elemento de separación.

30. Uso de una composición de recubrimiento que contiene un complejo de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico para el recubrimiento de un sustrato de polímero.

31. Uso de una composición de recubrimiento que contiene un complejo de un fluoropoliéter iónico y un agente contraiónico como recubrimiento antimicrobiano de un sustrato de polímero.