Pigmentos de protección contra la corrosión con potencial zeta positivo.

Uso de nanopartículas oxídicas con un tamaño de partícula medio de 2 a 2000 nm (a) en combinación con al menos un polímero policatiónico (b) para la protección de superficies metálicas contra la corrosión.

Pigmentos de protección contra la corrosión con potencial zeta positivo

La presente invención se refiere al uso de nanopartículas oxídicas con un tamaño de partícula medio de 2 a 2 nm en combinación con al menos un polímero policatiónico como protección contra la corrosión para superficies metálicas. La presente solicitud de patente reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos relacionada N° 61/266.184, presentada el 3 de diciembre de 29 que, con ello, por referencia en su totalidad es parte de la presente descripción.

La protección de superficies metálicas contra la corrosión es un campo examinado ya desde hace mucho tiempo y de forma intensa, ya que los daños causados por la corrosión económicamente son muy significativos y de forma regular se lleva a cabo un gran trabajo para la prevención así como para la eliminación de los daños.

A este respecto, la corrosión en metales se puede atribuir en esencia a reacciones de corrosión químicas y electroquímicas. Los pigmentos de protección contra la corrosión intervienen en el proceso de la corrosión por distintas vías. Actúan físicamente mediante prolongación del recorrido de difusión de agua, oxígeno y otras sustancias de efecto corrosivo de la superficie del revestimiento a la superficie de metal. Los pigmentos de protección contra la corrosión de efecto electroquímico pasivizan la superficie de metal.

Los pigmentos de protección contra la corrosión particularmente eficaces se basan en compuestos que actualmente, debido a sus propiedades lesivas para la salud humana y cuestionables en cuanto a la toxicología relacionada con el medio ambiente, ya no se emplean o solamente de forma muy limitada, tales como, por ejemplo, pigmentos de protección contra la corrosión que contienen plomo y que contienen cromato. Desde este punto de vista, también la fosfatación de superficies metálicas por motivos ecológicos es menos deseable a causa de los aditivos de níquel necesarios a este respecto para una buena fosfatación.

Es sabido que las nanopartículas, por ejemplo, de dióxido de silicio, dióxido de titanio, óxidos de hierro u óxidos de manganeso muestran un efecto inhibidor de la corrosión. Sin embargo, este efecto de las nanopartículas no es duradero, el proceso de la corrosión se retrasa solo un cierto tiempo y las nanopartículas empleadas como protección contra la corrosión pierden su efecto de forma relativamente rápida después del inicio del proceso de corrosión.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una protección mejorada contra la corrosión que trabaje sin compuestos conocidos por ser problemáticos en cuanto a la toxicología relacionada con el medio ambiente, por ejemplo, a base de plomo, cromo o níquel.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante el uso de nanopartículas oxídicas con un tamaño de partícula medio de 2 a 2 nm (a) en combinación con al menos un polímero policatiónico (b) para la protección de superficies metálicas contra corrosión.

Las superficies metálicas protegidas de acuerdo con la invención con una combinación de nanopartículas oxídicas y al menos un polímero policatiónico muestran una mayor resistencia contra la corrosión que las superficies metálicas que están protegidas solamente con las nanopartículas oxídicas. La influencia positiva de los polímeros policatiónicos sobre la protección contra la corrosión de superficies metálicas por nanopartículas oxídicas se basa en el aumento de los potenciales zeta de las nanopartículas debido a la presencia de los polímeros policatiónicos. Como consecuencia de procesos iniciales de corrosión aumenta en muchos sustratos, debido a la reducción de oxígeno catiónica, el valor de pH a aproximadamente de 9 a 13. Las nanopartículas inorgánicas, como consecuencia de la carga negativa, se unen con menor intensidad a las superficies de sustrato metálicas por norma general cargadas asimismo de forma negativa. Los polímeros policatiónicos se acumulan en la superficie de las nanopartículas y aumentan su potencial zeta. Debido a ello se estabiliza la adsorción de las nanopartículas a las superficies del sustrato metálico incluso con aumento del valor del pH como consecuencia de los procesos de corrosión que tienen lugar. Este efecto es independiente de si las nanopartículas o los polímeros policatiónicos se aplican en un medio de dispersión polar, tal como agua, o un medio de dispersión no polar, tal como petróleo. También con el uso en un aglutinante se obtiene una protección claramente mejorada contra la corrosión de superficies metálicas.

A continuación se explica en particular la presente invención.

Habitualmente, las nanopartículas oxídicas (a) y el al menos un polímero policatiónico (b) se usan conjuntamente en una formulación que contiene (a) y (b).

Las nanopartículas oxídicas presentan un tamaño de partícula medio de 2 a 2 nm, preferentemente de 5 a 1 nm y de forma particularmente preferente de 5 a 2 nm. El tamaño de partícula medio se determina, habitualmente, mediante AFM y TEM.

Las nanopartículas oxídicas (a) pueden seleccionarse de los materiales oxídicos que son conocidos como adecuados por el experto para la preparación de nanopartículas. A este respecto se trata, en particular, de óxidos

inorgánicos de metales y semimetales. Preferentemente de acuerdo con la invención las nanopartículas oxídicas (a) se seleccionan de los óxidos dióxido de silicio, dióxido de titanio, óxidos de hierro incluyendo óxidos mixtos de Fe(ll), Fe(lll) y Fe(ll)-Fe(lll), dióxido de titanio, dióxido de zirconio, óxido de tantalio, óxidos de manganeso de los niveles de oxidación III y IV así como óxidos mixtos y mezclas de los mismos, por ejemplo titanatos tales como BaT¡C>3. De forma particularmente preferente, de acuerdo con la invención se seleccionan nanopartículas de dióxido de silicio, dióxido de titanio y óxido de cinc.

Estas nanopartículas se pueden preparar mediante distintos procedimientos conocidos por el experto. Habitualmente, las nanopartículas se generan mediante etapas de molienda, reacciones en la fase gas, en una llama, mediante cristalización, precipitación, procesos de sol-gel, en el plasma o mediante sublimación. La medición del tamaño de las nanopartículas se realiza, ventajosamente, mediante análisis por microscopía electrónica, por ejemplo, mediante AFM o TEM. Las nanopartículas adecuadas para la invención están disponibles también en el mercado, por ejemplo, dióxido de silicio a nanoescala con el nombre comercial Aerosil® de la empresa Evonik.

Las nanopartículas oxídicas a usar de acuerdo con la invención por norma general son compatibles con agua o disolventes polares. Para la aplicación en medios no polares tales como, por ejemplo, petróleo, puede ser ventajoso el tratamiento de las nanopartículas oxídicas con un compuesto que hidrofobice la superficie. El experto conoce sustancias adecuadas para la modificación hidrófoba de las nanopartículas oxídicas. Puede tener lugar, por ejemplo, mediante tratamiento con hexametilendisilazano, octametilcicloterasiloxano, ácido esteárico o polijóxido de propileno). Las nanopartículas de sílice modificadas de forma hidrófoba correspondientemente también están disponibles en el mercado, por ejemplo en la empresa Evonik. De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención se emplean nanopartículas modificadas de forma hidrófoba. Esto se aplica en particular cuando las nanopartículas oxídicas se emplean en un agente de aplicación o medio de dispersión no polar.

De acuerdo con otra forma de realización preferente de la presente invención se usan las nanopartículas oxídicas de forma no modificada, en particular cuando el agente de aplicación o medio de dispersión es polar, en particular en caso de uso de agua como agente de aplicación o medio de dispersión.

De acuerdo con la invención se usan las nanopartículas oxídicas en combinación con al menos un polímero policatiónico. En el marco de la invención, policatiónico significa que el polímero presenta una densidad de carga mínima mayor de 1 mequ/g; preferentemente de 5 a 25 mequ/g y de forma particularmente preferente de 1 a 2 mequ/g, respectivamente medida a un valor de pH de 4 a 5. De acuerdo con la invención se pueden emplear todos los polímeros que en la cadena de polímero contienen grupos amino libres o sustituidos con alquilo o grupos amonio cuaternario o que llevan grupos amino secundarios o terciarios o grupos amonio cuaternario unidos a la cadena de polímero directamente o a través de miembros intermedios. Estos grupos amino o amonio cuaternario pueden ser también miembros de sistemas... [Seguir leyendo]

1. Uso de nanopartículas oxfdicas con un tamaño de partícula medio de 2 a 2 nm (a) en combinación con al menos un polímero policatiónico (b) para la protección de superficies metálicas contra la corrosión.

2. Uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el potencial zeta de las nanopartículas oxídlcas (a) en presencia del al menos un polímero policatiónico (b) en el Intervalo de valores de pH de 4 a 13 es al menos -2, medido en fase acuosa a 25 °C.

3. Uso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la proporción en peso del al menos un polímero policatiónico (b) a nanopartículas oxídicas (a) se encuentra en 1:1 a 1:1.

4. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las nanopartículas oxídicas (a) están seleccionadas de dióxido de silicio, óxidos de hierro, óxido de cinc, dióxido de titanio, dióxido de zirconio, óxido de tantalio, óxidos de manganeso así como óxidos mixtos y mezclas de los mismos.

5. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las nanopartículas oxídicas (a) están modificadas de forma hidrófoba.

6. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el al menos un polímero policatiónico (b) está seleccionado de poliaminas, poliiminas, poliamidas, cloruro de polidialildimetilamonio, polivinilamina, polivinilpiridina, polivinilimidazol y polivinilpirrolidona así como polímeros naturales y semisintéticos, incluyendo almidón modificado catiónicamente, y mezclas de los mismos.

7. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el al menos un polímero policatiónico (b) es polietilenimina.

8. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el al menos un polímero

policatiónico (b) presenta un peso molecular ponderado medio de 5 g/mol a 2 g/mol.

9. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el al menos un polímero

policatiónico (b) es un dendrímero.

1. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que las nanopartículas oxídicas (a) y el al menos un polímero policatiónico (b) se emplean en un agente de aplicación en una concentración total de al menos el ,1 % en peso en relación con la cantidad total de (a), (b) y agente de aplicación.

11. Procedimiento para la protección de superficies metálicas contra la corrosión que comprende las etapas:

i) facilitación de una formulación que contiene nanopartículas oxídicas (a) y al menos un polímero policatiónico (b), tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 1, y un agente de aplicación,

ii) aplicación de la formulación sobre la superficie metálica a proteger y

iii) dado el caso, secado y/o tratamiento térmico de la superficie.

12. Superficies metálicas que están protegidas contra la corrosión con nanopartículas oxídicas (a) en combinación con al menos un polímero policatiónico (b), tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 1, que se pueden preparar según el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11.

13. Agente de protección contra la corrosión que contiene:

del ,1 al 3 % en peso de nanopartículas oxídicas con un tamaño de partícula medio de 1 a 2 nm (a) y al

menos un polímero policatiónico (b), tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 1, encontrándose la

proporción en peso de (b) a (a) en 1:1 a 1:1,

del ,1 al 3 % en peso de al menos un emulsionante,

del 5 al 9 % en peso de medio de dispersión líquido,

del al 5 % en peso de al menos una sal inorgánica seleccionada de fosfatos o fluoruros de Li, Na, K, Mg, Ca,

Ba, Zn, Mn, Fe, Ti y/o Zr

en relación con la cantidad total del agente de protección contra la corrosión.

14. Agente de protección contra la corrosión de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que las nanopartículas oxídicas (a) son dióxido de silicio y el al menos un polímero policatiónico (b) es polietilenimina.