Promotor de adhesión a base de epoxi protegido por silanotriol para sustratos metálicos unidos mediante adhesivo.

Un método de refuerzo de sustratos metálicos y para prevenir la propagación de grietas en sustratos metálicosque comprende:

proporcionar un sustrato metálico que tenga una superficie externa sustancialmente limpia;

proporcionar una pasta adhesiva;

formar un promotor de la adhesión ambientalmente endurecible, comprendiendo dicho promotor de la adhesión elproducto de reacción de:

(2 + 2n) veces el peso equivalente del hidrógeno de la amina de una resina de amina alifática multifuncional2 equivalentes de epoxi de un compuesto de alcoxisilano hidrolizado; y

2n veces el peso del equivalente de epoxi de una dispersión acuosa de una resina de éter de bisfenol Aterminado con epoxi que tiene un peso equivalente de epoxi entre 250 y 15.000.

aplicar dicho promotor de la adhesión a dicha superficie externa de dicho sustrato metálico;endurecer dicho promotor de la adhesión con dicho sustrato metálico en condiciones ambientales;aplicar dicha pasta adhesiva a dicho promotor de la adhesión:y

endurecer dicha pasta adhesiva.

Promotor de adhesión a base de epoxi protegido por silanotriol para sustratos metálicos unidos mediante adhesivo

Campo técnico La presente invención se refiere generalmente a un método para reforzar sustratos metálicos y evitar la propagación de grietas en sustratos metálicos y a sustratos metálicos reforzados que tienen resistencia a la fatiga mejorada y reducida propagación de grietas.

Técnica antecedente La fatiga de la estructura de una aeronave es uno de los problemas que limitan la vida útil de la aeronave, incluyendo las aeronaves militares. Las reparaciones y refuerzos unidos mediante adhesivos son soluciones clave 15 para mantener una aeronave durante el envejecimiento, especialmente, como un remedio para las grietas debidas a fatiga. La unión mediante adhesivo es también importante para mantener los diferentes sistemas de armamento del Departamento de Defensa. Las reparaciones mediante unión proporcionan sustanciales ahorros de costes y reducidos tiempos de inactividad de las aeronaves cuando se comparan con la sustitución del componente. Las reparaciones mediante unión tienen también algunas ventajas sobre las soluciones de reparación tradicionales que utilizan soluciones mecánicas, que incluyen una mejora de la eficacia estructural, una mejora en la vida a fatiga debida a la eliminación de orificios de sujeción, y ahorros de peso.

Las pastas adhesivas actualmente disponibles a menudo no proporcionan una unión satisfactoria a las superficies metálicas en la ausencia de tratamiento del metal. El tratamiento del metal antes de la unión es un factor clave tanto para la adhesión inicial de una pasta adhesiva como para la durabilidad a largo plazo Las preparaciones superficiales actuales de los metales previas a la unión, sin embargo, especialmente para la reparación de aeronaves, son incómodas de usar y/o a menudo no proporcionan el rendimiento necesario para una unión duradera satisfactorios a largo plazo. Los fallos de unión en el pasado, debidos principalmente a una inadecuada preparación de la superficie, han sido un factor limitante en el uso corriente de reparaciones unidas.

Una estrategia utilizada para mejorar la adhesión de la pasta adhesiva es introducir un revestimiento de imprimación, conocido también como un revestimiento promotor de la adhesión, antes de la introducción del material de unión adhesivo. Sin embargo, las imprimaciones para uniones a metal contienen normalmente componentes peligrosos tales como compuestos orgánicos volátiles y cromo hexavalente y como tales están su uso disponible está

fuertemente limitado en formulaciones de depósito y para reparaciones debido a los riesgos ambientales y de seguridad.

Otro problema con las imprimaciones de unión a metales es que requieren normalmente un endurecimiento térmico realizado a al menos 121º C (250 grados Fahrenheit) . Estas temperaturas, sin embargo, pueden dañar la estructura del soporte del aeroplano debido a la expansión del agua en el interior de la estructura en panal de abeja o la plastización de las resinas de adhesivo/material compuesto existentes. Además, las imprimaciones para unión a metales se aplican normalmente sobre un revestimiento de conversión que contiene cromo hexavalente, y la reaplicación del revestimiento de conversión en las operaciones de reparación no es práctica. El uso de imprimaciones para unión a metales está, de esta manera, fuertemente limitado.

Otra estrategia comúnmente utilizada para mejorar la adhesión de la pasta adhesiva es usar un promotor de la adhesión tal como un promotor de adhesión de silano. El uso de promotores de adhesión de silano, sin embargo, implica un método en dos etapas para aplicar una pasta adhesiva al aeroplano, donde el monómero de silano se aplica en primer lugar al sustrato metálico y se hace reaccionar posteriormente con un revestimiento adicional.

Por consiguiente, sería muy deseable proporcionar una composición protectora y promotora de la adhesión libre de cromo con una baja cantidad de compuestos orgánicos volátiles para un sustrato metálico. Sería también deseable que la composición pudiera aplicarse al sustrato metálico mediante un sistema de envasado individual. Sería deseable además que la composición pudiera endurecerse en condiciones ambientales.

El documento US 5.629.380 una composición epoxi en dos partes térmicamente endurecible y un adhesivo epoxi en dos partes preparado a partir de la composición epoxi.

El documento US 6.248.204 da a conocer una composición de una resina epoxi termoestable reforzada, endurecible 60 a temperatura ambiente que incluye un primer componente de resina epoxi y un segundo componente de resina epoxi más duro.

El documento US 4.185.132 se refiere a la aplicación de un material de señalización vial o de señalización del pavimento a una superficie recortada en el núcleo in situ. 65

El documento JP 01172467 se refiere a una composición de imprimación en un envase que comprende una resina epoxi (A) que tiene al menos dos grupos epoxi en la molécula, un compuesto de amina (B) , un monoepoxisilano (C) , y, opcionalmente, un compuesto monoepoxi (D) y/o un compuesto de isocianato (E) .

El documento EP 1162225 se refiere a un agente de endurecimiento para una resina epoxi y una composición de resina epoxi.

Sumario de la invención Cuando se hace reaccionar resinas epoxi de bisfenol A basadas en agua con compuestos de aminas alifáticas primarias y compuestos de alcoxisilano hidrolizados, se puede formar un material promotor de la adhesión de oligómero basado en agua que promueve la adhesión de los adhesivos de pasta utilizados para la unión estructural de los componentes metálicos.

La presente invención proporciona un método para reforzar sustratos metálicos y evitar la propagación de grietas en sustratos metálicos que comprende; proporcionar un sustrato metálico que tenga una superficie externa sustancialmente limpia; proporcionar una pasta adhesiva; formar un promotor de la adhesión ambientalmente endurecible, comprendiendo dicho promotor de la adhesión el producto de reacción de:

(2 + 2n) veces el peso equivalente del hidrógeno de la amina de una resina de amina alifática multifuncional; 2 equivalentes epoxi de un compuesto de alcoxisilano hidrolizado; y 2n veces el peso equivalente de una dispersión acuosa de una resina de éter de bisfenol A terminada en epoxi que tenga un peso de epoxi entre 250 y 15.000; aplicar dicho promotor de la adhesión a dicha superficie externa de dicho sustrato metálico; endurecer dicho promotor de la adhesión a dicho sustrato metálico en condiciones ambientales; aplicar dicha pasta adhesiva a dicho promotor de la adhesión; y endurecer dicha pasta adhesiva La presente invención proporciona además un sustrato metálico reforzado que tiene una resistencia a la fatiga mejorada y una propagación de grietas debidas a fatiga reducida adecuado para su uso en aplicaciones que requieren resistencia que comprende un sustrato metálico que tiene una superficie externa un promotor de la adhesión ambientalmente endurecido para dicha superficie externa; y una pasta adhesiva ambientalmente endurecida para dicho promotor de la adhesión de tal manera que dicho promotor de la adhesión está entre dicho sustrato metálico y dicha pasta adhesiva; donde dicho promotor de la adhesión comprende el producto de reacción de:

(2 + 2n) veces el peso equivalente del hidrógeno de la amina de una resina de amina alifática multifuncional; 2 equivalentes epoxi de un compuesto de alcoxisilano hidrolizado; y 2n veces el peso equivalente de una dispersión acuosa de una resina epoxi terminada en éter de bisfenol A que tiene un peso de epoxi entre 250 y 15.000.

La presente invención ofrece muchas mejoras sobre los sistemas de pasta adhesiva anteriores. Por ejemplo, como el promotor de la adhesión está ambientalmente endurecido, se eliminan los costes de fabricación asociados con una temperatura de endurecimiento elevada. Además, la eliminación de la etapa de endurecimiento a temperatura elevada puede evitar daño a las estructuras de soporte asociado con la expansión del agua y la plastización de las resinas de adhesivo/material compuesto. Además, al mejorar la adhesión entre la pasta adhesiva y el sustrato, se consigue una mejora significativa en la resistencia a largo plazo de los sustratos metálicos. Esto es muy beneficioso para aplicaciones que requieren resistencia tales como para el uso en una aeronave militar o comercial. También, al introducir el promotor de la adhesión en el interior de la grita debida a fatiga antes de la aplicación de la pasta adhesiva, se consigue una disminución significativa en la propagación de la grieta, dando como... [Seguir leyendo]

1. Un método de refuerzo de sustratos metálicos y para prevenir la propagación de grietas en sustratos metálicos que comprende:

proporcionar un sustrato metálico que tenga una superficie externa sustancialmente limpia; proporcionar una pasta adhesiva; formar un promotor de la adhesión ambientalmente endurecible, comprendiendo dicho promotor de la adhesión el producto de reacción de:

(2 + 2n) veces el peso equivalente del hidrógeno de la amina de una resina de amina alifática multifuncional

equivalentes de epoxi de un compuesto de alcoxisilano hidrolizado; y 2n veces el peso del equivalente de epoxi de una dispersión acuosa de una resina de éter de bisfenol A terminado con epoxi que tiene un peso equivalente de epoxi entre 250 y 15.000.

aplicar dicho promotor de la adhesión a dicha superficie externa de dicho sustrato metálico; endurecer dicho promotor de la adhesión con dicho sustrato metálico en condiciones ambientales; aplicar dicha pasta adhesiva a dicho promotor de la adhesión: y

endurecer dicha pasta adhesiva.

2. El método de la reivindicación 1, donde dicho compuesto de alcoxisilano hidrolizado comprende (glicidoxi) trimetoxisilano que se ha hecho reaccionar con agua.

3. El método de la reivindicación 1, donde dicho compuesto de alcoxisilano hidrolizado comprende (glicidoxi) trietoxisilano que se ha hecho reaccionar con agua.

4. El método de la reivindicación 1, donde dicha resina de amina alifática primaria multifuncional comprende una amina alifática primaria de bajo peso molecular que un peso equivalente, basado en hidrógenos activos, de entre 30 135 y 195.

5. El método de la reivindicación 1, donde la formación de un promotor de la adhesión ambientalmente endurecible comprende:

hacer reaccionar una resina de epoxi éter de tipo bisfenol A con una amina alifática primaria para formar un aducto de epoxi amina; hacer reaccionar un alcoxisilano con agua para formar un alcoxisilano hidrolizado; y hacer reaccionar dicho aducto de epoxi amina con dicho alcoxisilano hidrolizado para formar el promotor de la adhesión ambientalmente endurecible.

6. El método de la reivindicación 1, donde aplicar dicho promotor de la adhesión a un sustrato metálico comprende aplicar dicho promotor de la adhesión a una superficie externa de dicho sustrato metálico de tal manera que dicho promotor de la adhesión se infiltra en los intersticios de una grieta formada con dicho sustrato metálico.

7. Un sustrato metálico reforzado que tiene una resistencia a la fatiga mejorada y una propagación de grietas debidas a fatiga reducida adecuado para su uso en aplicaciones que requieren resistencia que comprenden:

un sustrato metálico que tiene una superficie externa; un promotor de la adhesión ambientalmente endurecido a dicha superficie externa; y

una pasta adhesiva ambientalmente endurecida a dicho promotor de la adhesión de tal manera que dicho promotor de la adhesión está entre dicho sustrato metálico y dicha pasta adhesiva; donde dicho promotor de la adhesión comprende el producto de reacción de:

(2 + 2n) veces el peso equivalente del hidrógeno de la amina de una resina de amina alifática 55 multifuncional; 2 equivalentes de epoxi de un compuesto de alcoxisilano hidrolizado; y 2n veces el peso equivalente de epoxi de una dispersión acuosa de una resina de éter de bisfenol A terminada con epoxi que tiene un peso equivalente de epoxi de entre 250 y 15.000.

8. El sustrato metálico reforzado de la reivindicación 7, donde dicho compuesto de alcoxisilano hidrolizado comprende (glicidoxi) trimetoxisilano que se ha hecho reaccionar con agua.

9. El sustrato metálico reforzado de la reivindicación 7, donde dicho compuesto de alcoxisilano reforzado comprende (glicidoxi) trietoxisilano que se ha hecho reaccionar con agua. 65 10. El sustrato metálico reforzado de la reivindicación 8, donde dicha resina de amina alifática primaria multifuncional comprende una amina alifática primaria de bajo peso molecular multifuncional que tiene un peso equivalente basado en hidrógenos activos de entre 135 y 195.