Composiciones de unión.

Un procedimiento para la unión de un polímero a una superficie hidroxilada,

comprendiendo el procedimiento:

aplicar un compuesto, que comprende;

a) al menos un resto alcoxisilano; y

b) al menos un resto seleccionado de un nitroso aromático o al menos uno de una quinonadioxima o una quinonaoxima como precursor de nitroso aromático y combinaciones de los mismos,

a al menos una de la superficie o el polímero y poner en contacto la superficie y el polímero, en el que la superficie hidroxilada comprende al menos uno de silicato, aluminato, germanato y combinaciones de los mismos o se selecciona de uno de vidrio, cuarzo, arcillas, talcos, zeolitas, porcelanas, cerámica, sustratos de silicio y combinaciones de los mismos, en el que el polímero es un elastómero.

Composiciones de unión ANTECEDENTES

Campo

Se divulgan composiciones curables tales como composiciones de adhesivo para la unión de sustratos poliméricos a superficies hidroxiladas. En particular, se proporcionan composiciones de adhesivo adecuadas para su uso en aplicaciones de unión de polímero-a-vidrio, por ejemplo, elastómero-a-vidrio tales como caucho-a-vidrio. Un aspecto de la invención proporciona compuestos novedosos adecuados para su uso en composiciones de adhesivo adecuadas para aplicaciones de unión de caucho a vidrio.

Breve descripción de la tecnología relacionada

Los materiales compuestos reforzados desempeñan un papel crítico en la fabricación de productos de alto rendimiento que es necesario que sean de peso ligero, pero lo suficientemente fuertes como aguantar condiciones de carga y de funcionamiento duras. Los materiales de refuerzo populares incluían madera, vidrio, metales, cuarzo y fibras de carbono. Los materiales compuestos reforzados con dichos materiales pueden encontrar utilidad en la fabricación de vahos materiales estructurales tales como componentes aeroespaciales y carrocería de coches de carreras.

Por unidad de peso, el vidrio representa uno de los materiales estructurales más fuertes existentes, y, por ejemplo, es más fuerte que el acero en una base de peso por peso. Además, el vidrio presenta una mejora en la resistencia a la tensión y a la deformación en comparación con muchos otros medios de refuerzo comunes.

Por ejemplo, se puede utilizar cable de vidrio para aprovechar las propiedades únicas de las fibras de vidrio para impartir resistencia y estabilidad dimensional a productos poliméricos.

Los materiales compuestos reforzados con fibras de vidrio consisten en fibras de vidrio de alta resistencia incrustadas en una matriz. Por ejemplo, el hormigón reforzado con fibras de vidrio comprende fibras de vidrio incrustadas en una matriz a base de cemento matriz y puede encontrar utilidad en construcciones y otros edificios estructurales. De forma similar, el plástico reforzado con vidrio comprende fibras de vidrio incrustadas en un material de plástico. Los plásticos reforzados con vidrio son materiales inmensamente versátiles que se combinan para proporcionar materiales de peso ligero con un comportamiento de alta resistencia. Los plásticos reforzados con vidrio encuentran utilidad en varias áreas diferentes desde la ingeniería estructural a las telecomunicaciones.

La unión de elastómero a vidrio proporciona un medio atractivo por el que se puede combinar la resistencia estructural del vidrio con las propiedades elastoméricas del elastómero/caucho. Se han usado fibras de refuerzo, tales como fibras de vidrio, como material de refuerzo para artículos de caucho tales como en cinturones, neumáticos y carcasas de caucho. En particular, se han empleado fibras de vidrio para reforzar correas de distribución de automoción, donde existe una necesidad de transferencia sincrónica de energía desde el cigüeñal al árbol de levas en cabeza sin pérdida de inercia.

En general, los artículos de caucho se someten repetidamente a una tensión por flexión dando como resultado fatiga por flexión. Esto puede dar lugar a una reducción en el rendimiento, a una separación entre la fibra de refuerzo y una matriz de caucho y a un deterioro de la fibra de refuerzo. En consecuencia, los adhesivos para la unión de caucho a vidrio deben poder soportar dichas tensiones.

Tradicionalmente, dichos materiales compuestos de cables de vidrio se fabrican recubriendo filamentos individuales de hilo de vidrio con recubrimientos especializados, tales como formulaciones de resorcinol-formaldehído-látex (RFL). A continuación, se emplean productos de unión de caucho a metal convencionales para unir el látex de RFL al caucho por medio de una etapa de vulcanización.

La tecnología de unión de caucho a metal tradicional incorpora un sistema en dos etapas en el que, en una primera etapa, se aplica una imprimación y a continuación, en una segunda etapa, se aplica un adhesivo. La imprimación de forma ordinaria consiste en soluciones o suspensiones de caucho clorado y resinas fenólicas que contienen grupos reactivos, y también pigmentos tales como dióxido de titanio, óxido de cinc, negro de carbón, etc. En general, la imprimación se aplica como una capa fina sobre una superficie tratada (limpiada) de un componente metálico tal como un componente de acero tratado, por ejemplo, un componente que se ha sometido a granallado o que se ha tratado químicamente. El adhesivo de forma ordinaria consiste en una gran variedad de materiales de caucho y reticuladores. Estos incluyen, pero no se restringen a, cauchos clorados y bromoclorados, compuestos de nitrosobenceno aromáticos y bismaleimida como reticuladores, xileno, percloroetileno y etilbenceno como disolventes, y también algunas sales de plomo o cinc. En general, la capa adhesiva es el enlace entre el metal imprimado y el caucho.

En general, es deseable que la unión al sustrato objetivo se logre durante una etapa de vulcanización como moldeo por compresión, moldeo por transferencia, moldeo por inyección y calentamiento en autoclave, por ejemplo con vapor o aire caliente. Por ejemplo, se puede inyectar caucho semisólido en un molde. A continuación, se retícula el caucho semlsólldo en un caucho completamente curado y al mismo tiempo se forma la unión con el sustrato, se debe lograr independientemente del tipo de elastómero (caucho) empleado y también independientemente del tipo de sustrato. Se apreciará que algunos cauchos son materiales combinados y, en consecuencia, es deseable que se logre un buen curado con dichos materiales combinados. De forma adecuada, se logra un curado consistente bajo vahos parámetros de procedimiento. También es deseable la durabilidad.

A pesar del estado de la técnica, sería deseable proporcionar compuestos y composiciones para unir sustratos poliméricos (por ejemplo, elastómeros) a sustratos hidroxilados tales como vidrio.

RESUMEN

La presente invención proporciona un procedimiento de unión de polímeros a superficies hidroxiladas. La unión de polímero a vidrio, tal como la unión de elastómero a vidrio, por ejemplo, la unión de caucho a vidrio, puede ser beneficiosa en aplicaciones en las que las propiedades de los metales, tales como altos pesos moleculares, susceptibilidad a la corrosión, durabilidad y coste se apartan de su idoneidad en aplicaciones particulares.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para la unión de un polímero a una superficie hidroxilada, comprendiendo el procedimiento:

aplicar un compuesto que comprende;

a) al menos un resto alcoxisilano; y

b) al menos un resto seleccionado de un nitroso aromático o un precursor de nitroso aromático y combinaciones de los mismos,

a al menos una de la superficie o el polímero y poner en contacto la superficie y el polímero, en el que la superficie hidroxilada comprende al menos uno de silicato, aluminato, germanato y combinaciones de los mismos o se selecciona de uno de vidrio, cuarzo, arcillas, talcos, zeolitas, porcelanas, cerámica, sustratos de silicio y combinaciones de los mismos, en el que el polímero es un elastómero. El compuesto se puede aplicar a la superficie

hidroxilada.

El procedimiento puede comprender además la etapa de calentamiento posterior a poner en contacto los sustratos. De forma ventajosa, el calentamiento puede incrementar la tasa de formación de unión. El calentamiento puede mejorar la

resistencia de unión.

Como se usa en el presente documento, el término superficie hidroxilada se refiere a cualquier sustrato con una superficie que comprende un átomo unido a un grupo hidroxi. Los ejemplos no limitantes adecuados incluyen un óxido metálico hidratado, sustratos de vidrio que comprenden enlaces Si-OH de superficie o sustratos de arcilla que comprenden enlaces AI-OH de superficie. Las superficies hidroxiladas adecuadas incluyen las de silicatos, aluminatos, germanatos y combinaciones de los mismos. La superficie hidroxilada puede ser un silicato, un aluminato o combinaciones de los mismos. Como se usa en el presente documento, el término silicato se refiere a sustratos que comprenden enlaces SI-OH. El término aluminato se refiere a sustratos que tienen enlaces AI-OH y el término germinato se refiere a sustratos que tienen enlaces Ge-OH.

Por ejemplo, la superficie hidroxilada puede ser una de vidrio tal como fibras de vidrio, cuarzo, arcillas, talcos, zeolitas, porcelanas, cerámica, sustratos de silicio tales como obleas de silicio y combinaciones de los mismos.

El polímero puede comprender alqueno y/o funcionalidad alílica dentro de la cadena... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la unión de un polímero a una superficie hidroxilada, comprendiendo el procedimiento: aplicar un compuesto, que comprende;

a) al menos un resto alcoxisilano; y

b) al menos un resto seleccionado de un nitroso aromático o al menos uno de una quinonadioxima o una quinonaoxima como precursor de nitroso aromático y combinaciones de los mismos,

a al menos una de la superficie o el polímero y poner en contacto la superficie y el polímero, en el que la superficie hidroxilada comprende al menos uno de silicato, aluminato, germanato y combinaciones de los mismos o se selecciona de uno de vidrio, cuarzo, arcillas, talcos, zeolitas, porcelanas, cerámica, sustratos de silicio y combinaciones de los mismos, en el que el polímero es un elastómero.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de calentamiento posterior a poner en contacto la superficie y el polímero.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el al menos un resto seleccionado de nitroso aromático es un nitrosobenceno.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho resto alcoxisilano es de la estructura:

en la que a es 1-3 y b es 0-2, en la que a + b = 3 y está presente al menos un grupo alcoxi;

R1 se selecciona del grupo que consiste en H, alquilo C1-C24, adío C3-C24, en la que cuando a > 1 al menos un R1 no es

hidrógeno; y

R2 se selecciona de alquilo C1-C24 y acilo C3-C24, preferentemente de alquilo C1-C4.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el compuesto está englobado por la estructura general:

en la que n es 1-10;

a es 1-3 y b es 0-2; en la que a + b = 3 y está presente al menos un grupo alcoxi;

R1 se selecciona del grupo que consiste en H, alquilo C1-C24, acilo C3-C24, y en la que cuando a > 1 al menos un R1 no es hidrógeno;

R2 se selecciona de alquilo C1-C24 y acilo C3-C24;

X es O o S;

Y es -O, -S, o N(R3); y

R3 es un resto que comprende nitroso aromático o un precursor nitroso aromático.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que R3 es un resto que comprende nitrosobenceno, 5 quinonadioxima o quinonaoxima.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que R3 se selecciona del grupo que comprende (mostrando enlace en Y):

en el que R4 es C1 a C10; y 15

Z Indica que los anillos de las estructuras anteriores pueden estar opcionalmente mono-, di-, tri- o tetrasustituidos con el grupo que consiste en alquilo C5-C20, clcloalquilo C3-C20, alcoxl C1-C20, aralqullo C7-C20, aleadlo C7-C20, arilamlna C5-C20, arllnltroso C5-C20 , amlno, hldroxl, halógeno y combinaciones de los mismos, y además en el que los sustltuyentes pueden ser los mismos o bien diferentes en cada átomo de carbono del anillo.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto es de la estructura general;

25 en la que n es 1-10;

a es 1-3 y b es 0-2; en la que a + b = 3 y está presente al menos un grupo alcoxi;

C es a o de 1 a 3; d es b o de 1 a 3;

R1 se selecciona del grupo que consiste en H, alquilo C1-C24, acilo C3-C24, en la que cuando a S 1 al menos un R no es hidrógeno;

R2 se selecciona de alquilo C1-C24 y acilo C3-C24;

X es O o S; e

Y es -O, -S o -NHX, en el que x = 1 o 2.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende un oligómero o un co-oligómero de la fórmula estructural general:

en la que m es de 1-100; n es 1-10; p es 1-10; q es 0-50; y si q = 0, m > 2 R1 se selecciona del grupo que consiste en H, alquilo C1-C24 y acilo C3-C24;

R2 se selecciona del grupo que consiste en OR1, alquilo C1-C24 y acilo C3-C24, yen la que cuando R2 = OR1 al menos un R1 no es hidrógeno;

R4 se selecciona del grupo que consiste en acrilato, aldehido, amlno, anhídrido, azida, maleimida, carboxilato, sulfonato, epóxido, áster funcional, halógenos, hidroxllo, ¡socianato o ¡socianato bloqueado, azufre funcional, vlnllo y oleflna funcional, o estructuras poliméricas;

X es O o S;

Y es -O, -S o -NHX (en el que x = 1); y

R3 es un resto que comprende nitroso aromático o un precursor nitroso aromático.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que R3 es un resto que comprende nltrosobenceno, qulnonadloxlma o qulnonaoxima.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero un caucho natural o sintético.

12. Un procedimiento para la unión conjunta de dos sustratos que comprende las etapas de:

(i) aplicar una imprimación que comprende un silicato, un aluminato, un germanato o combinaciones de los mismos a al menos un sustrato;

(ii) aplicar un compuesto que comprende;

a) al menos un resto alcoxisilano; y

b) al menos un resto seleccionado de un nitroso aromático o al menos uno de una quinonadioxima o una quinonaoxima como precursor nitroso aromático y combinaciones de los mismos;

a al menos un sustrato, y

(iii) acoplar el primer y segundo sustratos para formar una unión con el compuesto que comprende; a) al menos un resto alcoxisilano; y b) al menos un resto seleccionado de un nitroso aromático o al menos uno de una quinonadioxima

o una quinonaoxima como precursor de nitroso aromático y combinaciones de los mismos, en el que el primer sustrato es un polímero, y en el que el polímero es un elastómero.

13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que un primer sustrato comprende un caucho natural 5 o sintético.

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además una etapa de vulcanización o reticulación de caucho.

10 15. Un artículo de fabricación preparado utilizando el procedimiento de la reivindicación 1,

en el que el artículo se selecciona preferentemente del grupo que comprende correas de distribución de automoción, materiales compuestos y plásticos reforzados con fibras de vidrio, cauchos reforzados, neumáticos, cintas transportadoras y artículos tejidos.