ES2254204T3 - Procedimiento para la produccion continua de polimeros epoxi-(met)acrilico-estireno y su uso en revestimientos. - Google Patents
Procedimiento para la produccion continua de polimeros epoxi-(met)acrilico-estireno y su uso en revestimientos.Info
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Abstract
Un procedimiento de polimerización a alta temperatura, continuo, para preparar un producto polimérico con funcionalidad epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales libres, que comprende: (a) cargar continuamente en un reactor, monómero(s) que comprende(n): (i) al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi; (ii) al menos un monómero de metacrilato no funcional; y (iii) al menos un monómero de acrilato no funcional; y (b) mantener una temperatura eficaz en el reactor durante un periodo de tiempo eficaz para provocar la polimerización de los monómeros para producir un producto polimérico, tal que el producto polimérico se forma sustancialmente libre de partículas de gel.
Description
Procedimiento para la producción continua de
polímeros epoxi-(met)acrílico-estireno y su
uso en revestimientos.
Esta solicitud reivindica la prioridad de la
Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 09/354.350, presentada el 14 de
Julio de 1.999, cuyos contenidos enteros se incorporan en este medio
por referencia.
El presente invento se refiere a un procedimiento
continuo para la producción de polímeros de adición epoxilados, a
los productos poliméricos producidos por el procedimiento, a las
aplicaciones de un revestimiento líquido y en polvo que contiene los
productos poliméricos hechos por el procedimiento y a los
revestimientos líquidos y en polvo que contienen polímeros de
adición epoxilados.
Los procedimientos continuos para la producción
de polímeros son bien conocidos en la técnica. Sin embargo, muchos
de los procedimientos usados hasta la fecha para producir polímeros
para uso industrial sufren de limitaciones significativas que
incluyen alto coste, problemas de gelación significativos cuando se
utilizan monómeros que contienen epoxi, niveles pobres de
incorporación de monómeros particulares y una incapacidad para
producir polímeros que pueden utilizarse en aplicaciones de
revestimientos resistentes a la intemperie y que no amarilleen.
El documento de patente de EE.UU. Nº 4.414.370,
publicado para Hamielec et al., describe un procedimiento
volumétrico de polimerización continuo, polimerizando monómeros
vinílicos para preparar polímeros de bajo peso molecular que emplean
una iniciación térmica a temperaturas de reacción de 235ºC a 310ºC y
tiempos de permanencia de al menos 2 minutos en una zona de
reactores agitados continuamente.
El documento de patente de EE.UU. Nº 4.529.787
publicado para Schmidt et al., describe un procedimiento
volumétrico de polimerización continuo, que incluye un iniciador
para preparar polímeros uniformes, de bajo peso molecular a partir
de monómeros vinílicos a tiempos de permanencia cortos y
temperaturas de reacción moderadas para proporcionar altas
producciones de un producto adecuado para aplicaciones sólidas
altas.
El documento de patente de EE.UU. Nº 4.546.160,
publicado para Brand et al., describe un procedimiento
volumétrico de polimerización continuo polimerizando monómeros
acrílicos para preparar polímeros uniformes, de bajo peso molecular
para uso en aplicaciones sólidas altas que usa una cantidad
minoritaria de un iniciador a tiempos de permanencia cortos y
temperaturas moderadas.
Ninguna de las técnicas anteriores enseña cómo
superar los problemas relacionados para producir polímeros de
adición epoxilados a altas temperaturas usando procedimientos
continuos. Típicamente, la formación significativa de partículas de
gel sucede cuando las reacciones de polimerización a alta
temperatura, continuas, se efectúan para producir polímeros de
adición epoxilados.
Por otra parte, los polímeros de adición
epoxilados se forman generalmente por la polimerización de
monómeros con funcionalidad epoxi junto con monómeros de metacrilato
y otros monómeros seleccionados. A menudo, los monómeros con
funcionalidad epoxi son monómeros de metacrilato por sí mismos. Las
metodologías de polimerización a alta temperatura convencionales no
pueden resolver adecuadamente los problemas encontrados cuando se
producen tales polímeros que incluyen bajos niveles de incorporación
de los monómeros de metacrilato en el producto polimérico final.
Permanece una necesidad para los procedimientos de polimerización a
alta temperatura, continuos, para producir polímeros de adición
epoxilados que superan estos defectos de tales procedimientos
conocidos en la técnica.
El documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452,
publicado para McMonigal et al., enseña la producción de
revestimientos claros usando los polímeros epoxilados producidos a
través de un procedimiento semi-continuo. Estos
revestimientos, usados típicamente para acabados de automóviles,
pueden dar un color amarillento a la capa base coloreada que les
cubre. Esto es particularmente un problema cuando la capa base
coloreada es blanca. Desgraciadamente, los revestimientos claros que
contienen estos polímeros epoxilados producidos según el documento
de patente de EE.UU. Nº 5.256.452 demostró un exceso de color
amarillo cuando se aplican tanto como revestimientos claros líquidos
como en polvo sobre los revestimientos base.
Finalmente, los revestimientos claros que
contienen los polímeros epoxilados producidos según procedimientos
convencionales tienen problemas significativos además del problema
de color amarillo que se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, los
revestimientos claros que contienen polímeros epoxilados
convencionales tienen también falta de resistencia a la intemperie.
Cuando se usan estos revestimientos claros convencionales en
aplicaciones que se exponen a condiciones extremas, tal como
revestimientos de automóvil, a veces fallan para proporcionar la
durabilidad requerida. Existe una necesidad para producir polímeros
epoxilados para uso en revestimientos claros que superan los
problemas asociados con polímeros epoxilados convencionales.
Un objetivo del presente invento es proporcionar
un procedimiento de polimerización a alta temperatura, continuo,
para preparar un producto polimérico con funcionalidad epoxi,
polimerizado por el mecanismo de radicales libres, en el que el
producto polimérico se forma sustancialmente libre de partículas de
gel. En una realización, esto se realiza en el presente invento
cargando continuamente en un reactor al menos un monómero acrílico
con funcionalidad epoxi, al menos un monómero de acrilato no
funcional y al menos un monómero de metacrilato no funcional. El
reactor puede cargarse también opcionalmente con al menos un
iniciador de la polimerización por radicales libres y/o uno o más
disolventes. El reactor se mantiene a una temperatura eficaz durante
un periodo de tiempo eficaz para provocar la polimerización de los
monómeros para producir un producto polimérico a partir de los
monómeros formados sustancialmente libre de partículas de gel dentro
del reactor.
Otro objetivo del presente invento es
proporcionar un procedimiento de polimerización a alta temperatura,
continuo, para preparar un producto polimérico con funcionalidad
epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales libres. El
procedimiento comprende cargar continuamente en un reactor alrededor
de 15% a alrededor de 60% en peso de al menos un monómero acrílico
con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros;
hasta alrededor de 85% en peso de al menos un acrilato no funcional
y al menos un monómero de metacrilato no funcional basado en el peso
total de los monómeros; alrededor de 0,0005 a alrededor de 0,06
moles de al menos un iniciador de la polimerización por radicales
libres por mol de monómeros; 0% a alrededor de 25% en peso de al
menos un monómero estirénico no funcional basado en el peso total de
los monómeros; y 0% a alrededor de 15% en peso del disolvente basado
en el peso total de los monómeros.
Es un objetivo adicional del presente invento
proporcionar un procedimiento de polimerización a alta temperatura,
continuo, para preparar un producto polimérico con funcionalidad
epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales libres, que
incorpora altos niveles tanto de monómeros de metacrilato con
funcionalidad epoxi, como no funcional en el producto polimérico. En
una realización preferida, el invento permite para al menos el 60%
en peso de los monómeros de metacrilato alimentados en el reactor,
convertirse en un producto polimérico con funcionalidad epoxi. Esto
se realiza cargando continuamente en un reactor al menos un monómero
acrílico con funcionalidad epoxi, al menos un monómero de
metacrilato no funcional, al menos un monómero de acrilato no
funcional y opcionalmente al menos un iniciador de la polimerización
por radicales libres. Se mantiene una temperatura eficaz en el
reactor durante un periodo de tiempo eficaz para provocar la
polimerización de los monómeros y producir un producto polimérico.
En algunos procedimientos preferidos, el monómero de acrilato tiene
una Tg menor o igual a 30ºC, mientras que en otros procedimientos,
el monómero de acrilato tiene una Tg mayor que 30ºC. En un
procedimiento preferido, el monómero de acrilato es acrilato de
ciclohexilo e incluso en otra realización preferida es acrilato de
isobornilo. En otros procedimientos preferidos, el reactor se carga
adicionalmente continuamente con al menos un monómero estirénico no
funcional u otros monómeros polimerizables por radicales libres, no
funcionales.
Es también un objetivo del presente invento
maximizar la conversión de todos los monómeros en la alimentación
del reactor en el producto polimérico del presente invento. Esto se
hace según el presente invento, ajustando la cantidad de monómero de
acrilato no funcional en la alimentación del reactor.
Otro objetivo del presente invento es
proporcionar un procedimiento de polimerización a alta temperatura,
continuo, para preparar un producto polimérico con funcionalidad
epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales libres. El
procedimiento comprende cargar continuamente en un reactor alrededor
de 15% a alrededor de 60% en peso de al menos un monómero acrílico
con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros,
hasta alrededor del 85% en peso de al menos un monómero de
metacrilato no funcional basado en el peso total de los monómeros,
0% a alrededor de 25% en peso de al menos un monómero de acrilato no
funcional basado en el peso total de los monómeros, alrededor de
0,0005 a alrededor de 0,06 moles de al menos un iniciador de la
polimerización por radicales libres por mol de monómeros, 0% a
alrededor de 25% en peso de al menos un monómero estirénico no
funcional basado en el peso total de los monómeros y 0% a alrededor
de 15% en peso de disolvente basado en el peso total de los
monómeros.
Un objetivo adicional del presente invento es
producir revestimientos pigmentados y claros líquidos y en polvo que
incorporan los productos poliméricos del presente invento. Estos
revestimientos presentan propiedades mejoradas tal como un color
amarillo menor cuando se usan en un revestimiento claro, y/o
resistencia a la intemperie mejorada cuando se usan en un
revestimiento pigmentado o claro, cuando se comparan a
revestimientos similares que comprenden tanto productos poliméricos
de composición comparable, como productos poliméricos libres de
acrilato comparables.
Incluso otro objetivo del presente invento es
producir un composición del revestimiento en polvo que comprende un
producto polimérico que comprende esencialmente de alrededor de 1% a
100% en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad
epoxi basado en el peso total de los monómeros, opcionalmente hasta
99% en peso de al menos un monómero polimerizable por radicales
libres, no funcional, tales monómeros incluyen, pero no se limitan
a, monómeros de acrilato no funcional, monómeros de metacrilato no
funcional, monómeros estirénicos no funcionales y combinaciones de
los mismos, basado en el peso total de los monómeros, tal que los
monómeros se polimerizan dando el producto polimérico. El producto
polimérico en una realización comprende un contenido en monómero de
monómero(s) acrílico(s) con funcionalidad epoxi de al
menos 40%. El revestimiento en polvo comprende también otros
materiales suficientes para formar un revestimiento en polvo cuando
se combina con el producto polimérico. La composición del
revestimiento en polvo presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor
en condiciones normales, más preferentemente, presenta un valor de
Delta b de 1,05 o menor en condiciones normales, cuando el
revestimiento en polvo es un revestimiento claro.
El invento se refiere también a una composición
del revestimiento en polvo que comprende un producto polimérico que
consiste esencialmente en alrededor de 15% a alrededor de 60% en
peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado
en el peso total de los monómeros, hasta 85% en peso de al menos un
monómero de acrilato no funcional y/o de metacrilato no funcional
basado en el peso total de los monómeros, tal que los monómeros se
polimerizan dando el producto polimérico. El producto polimérico en
una realización comprende un contenido en monómero de
monómero(s) acrílico(s) con funcionalidad epoxi de al
menos alrededor de 40%. El revestimiento en polvo comprende también
otros materiales suficientes para formar un revestimiento en polvo
cuando se combina con el producto polimérico. La composición del
revestimiento en polvo presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor
en condiciones normales, más preferentemente, presenta un valor de
Delta b de 1,05 o menor en condiciones normales, cuando el
revestimiento en polvo es un revestimiento claro.
Otros revestimientos en polvo preferidos según el
presente invento comprenden un producto polimérico que consiste
esencialmente en alrededor de 15% a alrededor de 60% en peso de al
menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso
total de los monómeros, hasta 60% en peso de al menos un monómero de
metacrilato no funcional basado en el peso total de los monómeros,
hasta 25% en peso de al menos un monómero de acrilato no funcional,
tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico.
El producto polimérico en una realización comprende un contenido en
monómero de monómero(s) acrílico(s) con funcionalidad
epoxi de al menos alrededor de 40%. La composición del
revestimiento en polvo comprende además otros materiales suficientes
para formar un revestimiento en polvo. La composición del
revestimiento en polvo presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor
en condiciones normales, más preferentemente presenta un valor de
Delta b de 1,05 o menor en condiciones normales, cuando el
revestimiento en polvo es un revestimiento claro.
Un objetivo adicional del presente invento es una
composición del revestimiento líquido que comprende un producto
polimérico que consiste esencialmente en alrededor de 1% a alrededor
de 100% en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad
epoxi basado en el peso total de los monómeros, opcionalmente hasta
99% en peso de al menos un monómero polimerizable por radicales
libres, no funcional, tales monómeros incluyen, pero no se limitan
a, monómeros de acrilato no funcional, monómeros de metacrilato no
funcional, monómeros estirénicos no funcionales y combinaciones de
los mismos, basado en el peso total de los monómeros, tal que los
monómeros se polimerizan dando el producto polimérico. El producto
polimérico se mezcla con otros materiales suficientes para formar un
revestimiento líquido. La composición del revestimiento líquido
presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales,
cuando el revestimiento líquido es un revestimiento claro.
Un objetivo adicional del presente invento es
producir una composición del revestimiento líquido que comprende un
producto polimérico que consiste esencialmente en alrededor de 15% a
alrededor de 60% en peso de al menos un monómero acrílico con
funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros, hasta
85% en peso de al menos un monómero de acrilato no funcional y/o de
metacrilato no funcional basado en el peso total de los monómeros,
tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico.
El producto polimérico se mezcla con otros materiales suficientes
para formar el revestimiento líquido. La composición del
revestimiento líquido presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en
condiciones normales, cuando el revestimiento líquido es un
revestimiento claro.
Estos y otros objetivos del invento serán
aparentes a partir de la memoria descriptiva que sigue junto con
las reivindicaciones adjuntas.
La realización ejemplar preferida del invento se
describirá en el futuro junto con los dibujos adjuntos, en los que
los números indican elementos y:
La Fig. 1 es una gráfica que ilustra el efecto
del aumento de la conversión del monómero de metacrilato funcional y
no funcional como función del aumento en la concentración de un
monómero de acrilato no funcional y un monómero estirénico sin
sustitución \alpha no funcional.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de la línea
de producción del polímero del presente invento;
la Fig. 3 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos claros en
polvo formulados con los productos poliméricos del presente invento
cuando se compara con los revestimientos claros en polvo formulados
con los productos poliméricos de composición comparable;
la Fig. 4 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos claros en
polvo formulados con los productos poliméricos del presente invento
cuando se compara con los revestimientos claros en polvo formulados
con los productos poliméricos de composición comparable;
la Fig. 5 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos claros en
polvo formulados con los productos poliméricos del presente invento
cuando se compara con los revestimientos claros en polvo formulados
con los productos poliméricos de composición comparable;
la Fig. 6 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos claros
líquidos formulados con los productos poliméricos del presente
invento cuando se compara con los revestimientos líquidos claros
formulados con los productos poliméricos de composición
comparable;
la Fig. 7 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos líquidos
claros formulados con los productos poliméricos del presente invento
cuando se compara con los revestimientos líquidos claros formulados
con los productos poliméricos de composición comparable;
la Fig. 8 es una gráfica que ilustra la
disminución en el color amarillo de los revestimientos líquidos
claros formulados con los productos poliméricos del presente invento
cuando se compara con los revestimientos líquidos claros formulados
con los productos poliméricos de composición comparable;
la Fig. 9 es una gráfica que ilustra el efecto
del aumento de la conversión total del monómero como una función del
aumento en la concentración del monómero de acrilato no
funcional;
la Fig. 10 es una gráfica que ilustra el efecto
del aumento de la conversión del monómero de metacrilato con
funcionalidad epoxi como una función del aumento en la concentración
del monómero de acrilato no funcional;
la Fig. 11 es una gráfica que ilustra el efecto
del aumento de la conversión del monómero de metacrilato no
funcional como una función del aumento en la concentración del
monómero de acrilato no funcional; y
la Fig. 12 es una gráfica que ilustra el Mw no
modificado frente al comportamiento de Tg de los diferentes
productos poliméricos del presente invento observados a través de la
apropiada selección del monómero de acrilato no funcional.
En la presente solicitud, los siguientes términos
se usan consecuentemente por todas partes y se definen como
sigue:
Producto polimérico libre de acrilato
comparable - Un producto polimérico que se produce por el mismo
procedimiento continuo del presente invento y comprende los mismos
monómeros en la alimentación del reactor, excepto que no están
presentes monómeros de acrilato en la alimentación del reactor.
Producto polimérico de composición
comparable - Un producto polimérico que se produce a partir de
la misma composición del monómero como producto polimérico del
presente invento y se diferencia en que se produce a través de un
procedimiento discontinuo o semi-discontinuo en vez
de un procedimiento continuo como se ha proporcionado para el
presente invento.
Grupo funcional - Cualquier grupo químico
que podría reaccionar químicamente con un grupo con funcionalidad
epoxi, que incluye, pero no se limita a, grupos hidroxi, ácido
carboxílico y amino.
Color menor - Un primer revestimiento
claro tiene un valor de Delta b más bajo cuando se mide bajo las
mismas condiciones que un segundo revestimiento claro, se define en
este contexto como que tiene un color menor.
(Monómero) no funcional - Un monómero que
no incluye un grupo con funcionalidad epoxi reticulable, o cualquier
grupo funcional que podría reaccionar químicamente con un grupo
epoxi.
Condiciones normales - Las condiciones
normales se refieren a las condiciones a las que se mide el valor de
Delta b. En el caso de un revestimiento claro líquido, las
condiciones normales se definen midiendo el valor de Delta b en un
sustrato de tres capas hecho hasta de una capa E ED5250, una primera
capa de PPG FCP6842 y una capa base de PPG ODCT6466 blanca Oxford,
en las que se coloca un revestimiento claro líquido de 0,041 mm de
espesor que contiene el producto polimérico. El revestimiento claro
líquido se formula y produce como se ha descrito en el Ejemplo 4 en
este contexto. Cada sustrato con el revestimiento líquido se cura en
una estufa eléctrica a 140ºC durante 30 minutos y se examina por
color en el color amarillo Delta b usando un Macbeth Color Eye
7000. Delta b se mide bajo tres condiciones de luz distintas
D-65, A y CWF(2) para obtener valores
promedio. En el caso de un revestimiento claro en polvo, las
condiciones normales se definen midiendo el valor de Delta b en un
sustrato de tres capas hecho hasta de una capa E ED5250, una primera
capa de PPG FCP6842 y una capa base de PPG ODCT6466 blanca Oxford,
en las que se coloca un revestimiento en polvo de 0,051 mm de
espesor que contiene el producto polimérico. El revestimiento en
polvo que contiene el producto polimérico se prepara al equivalente
estequiométrico entre la funcionalidad epoxi del (de los)
monómero(s) acrílico(s) con funcionalidad epoxi y la
funcionalidad ácida del agente reticulante usado para producir el
revestimiento en polvo. El revestimiento claro en polvo se formula y
produce como se ha descrito en el Ejemplo 3 en este contexto. Cada
sustrato con el revestimiento en polvo se cura en una estufa
eléctrica a 140ºC durante 30 minutos y se examina por color en el
color amarillo Delta b usando un Macbeth Color Eye 7000. Delta b se
mide bajo tres condiciones de luz distintas D-65, A
y CWF(2) para obtener valores prome-
dio.
dio.
\newpage
Partículas de gel sustancialmente libres -
La reacción de polimerización tiene lugar de tal manera que se evita
la formación de partículas de gel durante la reacción para cualquier
alcance que afectaría adversamente la reacción continua y/o el
producto polimérico resultante.
Resistencia a la intemperie - La capacidad
para retener el brillo y/o color después de la exposición a la luz
solar y/o luz UV.
El presente invento incluye un procedimiento de
polimerización a alta temperatura, continuo, para preparar un
producto polimérico con funcionalidad epoxi, polimerizado por el
mecanismo de radicales libres, que comprende cargar continuamente en
un reactor al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi,
opcionalmente al menos un monómero polimerizable por radicales
libres, no funcional, y opcionalmente al menos un iniciador de la
polimerización por radicales libres. En un procedimiento preferido,
el reactor no contiene ningún otro monómero o compuesto que incluyan
grupos funcionales distintos del (de los) monómero(s)
acrílico(s) funcional(es). La mezcla de monómeros se
mantiene en el reactor a una temperatura eficaz durante un periodo
de tiempo eficaz para provocar la polimerización de los monómeros y
producir un producto polimérico tal que el producto polimérico se
forma sustancialmente libre de partículas de gel.
En una realización del presente invento, el (los)
monómero(s) acrílico(s) con funcionalidad epoxi
está(n) presen-
te(s) en la alimentación de monómeros en el procedimiento en continuo en una cantidad en el intervalo de alrededor de 1% a 100% en peso, en otra realización alrededor de 15% a alrededor de 60% en peso, basado en el peso total de los monómeros polimerizables en la alimentación.
te(s) en la alimentación de monómeros en el procedimiento en continuo en una cantidad en el intervalo de alrededor de 1% a 100% en peso, en otra realización alrededor de 15% a alrededor de 60% en peso, basado en el peso total de los monómeros polimerizables en la alimentación.
La expresión "en peso" como se ha usado en
este contexto, se define en este medio como el peso total de la
clase entera del (de los) monómero(s) particular(es)
usado(s), por ejemplo, si se utilizan múltiples monómeros
acrílicos con funcionalidad epoxi, el peso total preferido de tales
monómeros será de alrededor de 15% a alrededor de 60% en peso basado
en el peso total de los monómeros polimerizables en la alimentación.
Todos los intervalos enumerados en este contexto incluyen todas las
combinaciones y subcombinaciones incluidas dentro de los límites del
intervalo; por lo tanto, un intervalo de alrededor de "15% a
alrededor de 60%" incluiría intervalos de alrededor de 15% a
alrededor de 45%, de alrededor de 30% a alrededor de 47%, etc. Un
intervalo de "hasta 85%" incluiría hasta 80%, hasta 50%, hasta
24%, etc.
Ejemplos de monómeros acrílicos con funcionalidad
epoxi para uso en el presente invento, incluyen tanto acrilatos
como metacrilatos. Ejemplos de estos monómeros incluyen, pero no se
limitan a, los que contienen grupos 1,2-epoxi tales
como acrilato de glicidilo y metacrilato de glicidilo. El monómero
acrílico con funcionalidad epoxi preferido es metacrilato de
glicidilo.
La mezcla de monómeros puede incluir también uno
o más monómeros polimerizables por radicales libres, no funcionales
en cualquier combinación. Estos monómeros polimerizables por
radicales libres, no funcionales adicionales están presentes en
total en cantidades de hasta 99% en peso del peso total de los
monómeros presentes.
En una realización, estos monómeros
polimerizables por radicales libres incluyen otros monómeros de
acrilato no funcional y/o monómeros de metacrilato no funcional. En
una realización preferida del presente invento, los monómeros de
acrilato no funcional y/o de metacrilato no funcional están
presentes en la alimentación de monómeros en el procedimiento
continuo en cantidades en el intervalo hasta alrededor de 99% en
peso del peso total de los monómeros. En otra realización preferida,
los monómeros de acrilato no funcional y/o de metacrilato no
funcional están presentes en la alimentación de monómeros en el
procedimiento continuo en cantidades en el intervalo hasta 85% en
peso del peso total de los monómeros. Los monómeros de acrilato y
metacrilato adecuados incluyen, pero no se limitan a, acrilato de
metilo, acrilato de etilo, acrilato de n-propilo,
acrilato de i-propilo, acrilato de
n-butilo, acrilato de s-butilo,
acrilato de i-butilo, acrilato de
t-butilo, acrilato de n-amilo,
acrilato de i-amilo, acrilato de isobornilo,
acrilato de n-hexilo, acrilato de
2-etilbutilo, acrilato de
2-etilhexilo, acrilato de n-octilo,
acrilato de n-decilo, acrilato de metilciclohexilo,
acrilato de ciclopentilo, acrilato de ciclohexilo, metacrilato de
metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de
n-propilo, metacrilato de n-butilo,
metacrilato de i-propilo, metacrilato de
i-butilo, metacrilato de n-amilo,
metacrilato de n-hexilo, metacrilato de
i-amilo, metacrilato de s-butilo,
metacrilato de t-butilo, metacrilato de
2-etilbutilo, metacrilato de metilciclohexilo,
metacrilato de cinamilo, metacrilato de crotilo, metacrilato de
ciclohexilo, metacrilato de ciclopentilo, metacrilato de
2-etoxietilo y metacrilato de isobornilo. Los
monómeros de acrilato no funcional y de metacrilato no funcional
preferidos son acrilato de butilo, metacrilato de butilo,
metacrilato de metilo, metacrilato de iso-butilo,
acrilato de ciclohexilo, metacrilato de ciclohexilo, acrilato de
isobornilo, metacrilato de isobornilo y combinaciones de los
mismos.
En procedimientos preferidos del presente
invento, la alimentación de monómeros comprenderá al menos dos
diferentes monómeros de acrilato no funcional o de metacrilato no
funcional y en una realización incluso más preferida, la
alimentación de monómeros para la reacción continua comprenderá al
menos tres monómeros de metacrilato no funcional diferentes.
Incluso, en otros procedimientos preferidos del presente invento, al
menos dos monómeros de de metacrilato no funcional y un monómero de
acrilato no funcional se alimentan en la mezcla de reacción
continua. Incluso, en otro procedimiento preferido del presente
invento, la alimentación de monómeros comprenderá al menos un
acrilato no funcional y un metacrilato no funcional. En otro
procedimiento preferido del presente invento, la alimentación de
monómeros consiste esencialmente en monómeros con funcionalidad
epoxi y monómeros estirénicos no funcionales.
En una realización preferida, el procedimiento
del presente invento comprende también uno o más iniciadores de la
polimerización por radicales libres. En otra realización preferida,
los procedimientos del presente invento pueden efectuarse sin la
presencia de ningún iniciador. Los iniciadores adecuados para
realizar el procedimiento según el presente invento son compuestos
que se descomponen térmicamente en radicales en una reacción de
primer orden, aunque esto no es un factor crítico. Los iniciadores
adecuados tienen preferentemente periodos de semivida en el
procedimiento de descomposición de radicales de alrededor de 1 hora
a temperaturas mayores o iguales a 90ºC y más preferentemente de 10
horas a temperaturas mayores o iguales a 100ºC. Pueden usarse
también otros con periodos de semivida de alrededor de 10 horas a
temperaturas significativamente menores que 100ºC. Los iniciadores
adecuados son, por ejemplo, compuestos azo alifáticos tales como
1-t-amilazo-1-cianociclohexano,
azo-bis-isobutironitrilo y
1-t-butilazo-cianociclohexano,
2,2'-azo-bis-(2-metil)butironitrilo
y peróxidos e hidroperóxidos, tales como peroctoato de
t-butilo, perbenzoato de t-butilo,
peróxido de dicumilo, peróxido de
di-t-butilo, hidroperóxido de
t-butilo, hidroperóxido de cumeno, peróxido de
di-t-amilo y similares.
Adicionalmente, los iniciadores de di-peróxido
pueden usarse sólos o en combinación con otros iniciadores. Tales
iniciadores de di-peróxido incluyen, pero no se
limitan a, 1,4-bis-(t-butil
peroxicarbo)ciclohexano,
1,2-di(t-butil
peroxi)ciclohexano y
2,5-di(t-butil
peroxi)-3-hexino y otros iniciadores
similares bien conocidos en la técnica. Los iniciadores preferidos
son peróxido de di-t-butilo y
peróxido de di-t-amilo.
El iniciador se añade preferentemente con los
monómeros. Los iniciadores pueden añadirse en cualquier cantidad
apropiada, pero preferentemente los iniciadores totales se añaden en
una cantidad de alrededor de 0,0005 a alrededor de 0,06 moles de
iniciador(es) por mol de monómeros en la alimentación. Para
este objetivo, el iniciador se mezcla tanto con la alimentación de
monómeros como se añade al procedimiento como una alimentación
distinta.
El producto polimérico del presente invento puede
incluir opcionalmente uno o más monómeros estirénicos no funcionales
como uno o más de otros monómeros polimerizables por radicales
libres, no funcionales. Cuando están presentes, los monómeros
estirénicos se alimentan junto con otros monómeros en una cantidad
de hasta 99% en peso, en una realización hasta 25% en peso, basado
en el peso de la alimentación total de monómeros. Los monómeros
estirénicos para uso en el presente invento incluyen, pero no se
limitan a, estireno, \alpha-metilestireno,
p-metilestireno, t-butilestireno,
o-cloroestireno, vinil piridina y mezclas de estas
especies. Los monómeros estirénicos preferidos para uso en el
procedimiento incluyen estireno y
\alpha-metil-estireno.
El procedimiento del presente invento
opcionalmente puede incluir adicionalmente uno o más disolventes
inertes en la alimentación del reactor. Este disolvente puede
alimentarse en el reactor junto con los monómeros o en una
alimentación distinta. El disolvente puede ser cualquier disolvente
bien conocido en la técnica que preferentemente no reacciona con la
funcionalidad epoxi en el (los) monómero(s)
acrílico(s) con funcionalidad epoxi a las altas temperaturas
del procedimiento continuo descrito en este contexto. Como se ha
descrito con más detalle a continuación, la apropiada selección del
disolvente puede disminuir la formación de partículas de gel
durante la reacción a alta temperatura, continua, del presente
invento. Tales disolventes incluyen, pero no se limitan a, xileno,
tolueno, etil-benzeno,
Aromatic-1009, Aromatic-1509,
Aromatic-2009 (todos los Aromatics disponibles de
Exxon), acetona, metiletil cetona, metil amil cetona,
metil-isobutil cetona, N-metil
pirrolidinona y combinaciones de los mismos. Cuando se usan, los
disolventes están presentes en cualquier cantidad deseada, teniendo
en cuenta las condiciones del reactor y la alimentación de
monómeros. En una realización, uno o más disolventes están presentes
en una cantidad de hasta 40% en peso, hasta 15% en peso en una
realización preferida, basado en el peso total de los
monómeros.
El procedimiento del presente invento incluye
también un procedimiento de polimerización a alta temperatura,
continuo, para preparar un producto polimérico con funcionalidad
epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales libres, que
comprende cargar continuamente en un reactor al menos un monómero
acrílico con funcionalidad epoxi, al menos un monómero de
metacrilato no funcional, al menos un monómero de acrilato no
funcional y opcionalmente al menos un iniciador de la polimerización
por radicales libres. El reactor se mantiene entonces a una
temperatura eficaz durante un periodo de tiempo eficaz para provocar
la polimerización de los monómeros y producir un producto
polimérico. En una realización preferida, el reactor está libre de
todos los grupos funcionales además del (de los) monómero(s)
acrílico(s) con funcionalidad epoxi. En otra realización
preferida, el producto polimérico incorpora al menos 60% en peso de
los monómeros de metacrilato funcional y no funcional totales basado
en el peso total de los monómeros. En una realización más preferida,
al menos el 60% en peso del peso total de los monómeros de
metacrilato se incorpora en el producto polimérico cuando el
procedimiento se efectúa a una temperatura entre alrededor de 160ºC
y alrededor de 270ºC, preferentemente hasta alrededor de 232ºC. En
otra realización preferida, la cantidad del peso total del monómero
de metacrilato incorporado en el producto polimérico se aumenta por
encima de la cantidad de peso total del monómero de metacrilato
incorporado en un producto polimérico libre de acrilato
comparable.
Se ha descubierto de modo sorprendente e
inesperadamente que añadiendo un monómero de acrilato no funcional,
este monómero de acrilato no funcional maximiza la conversión del
(de los) monómero(s) de metacrilato en el producto polimérico
resultante. El producto polimérico resultante incorpora un
porcentaje de metacrilato mayor que cuando se produce un producto
polimérico libre de acrilato comparable.
Los actuales inventores han descubierto que tanto
los monómeros de metacrilato funcional como no funcional se
comportan de una manera específica cuando se incorporan en los
productos poliméricos a través de un procedimiento de polimerización
continuo a alta temperatura. Se ha encontrado que cada uno y todos
los componentes del monómero de metacrilato en la mezcla de
monómeros para un procedimiento de polimerización continuo,
presentan una disminución importante en su alcance de
copolimerización (es decir, conversión individual) en el producto
polimérico ya que la temperatura del reactor aumenta, dando
producciones del procedimiento más bajas (es decir, menor
productividad del procedimiento) a temperaturas más altas. Esto se
diferencia del comportamiento de otros monómeros de vinilo, en la
polimerización continua de los polímeros acrílicos y acrílicos de
estireno, dentro de los intervalos de este invento.
La introducción de pequeñas cantidades de un
monómero de acrilato no funcional y/o monómeros estirénicos sin
sustitución \alpha no funcionales adecuados aumenta mucho la
conversión de cada uno y de todos los componentes del monómero de
metacrilato en la mezcla de alimentación del monómero superando esta
característica negativa de la copolimerización a alta temperatura de
las fórmulas que contienen metacrilato. La selección del monómero de
acrilato adecuado a ser introducido en la fórmula con el objetivo de
aumentar la procesabilidad según el presente invento tiene que ser
en términos de mantener sin cambio las características del producto
polimérico final, particularmente el peso equivalente epoxi, Tg, y
la distribución del peso molecular (a continuación, "MWD") (MWD
dado por Mn y Mw).
Ya que las condiciones del procedimiento para
igual MWD pueden encontrarse fácilmente en los intervalos de
procesabilidad aumentados, la igualdad del peso equivalente epoxi y
Tg supone dos cosas principales: 1) la introducción de acrilato no
funcional no debería afectar al contenido de monómero acrílico con
funcionalidad epoxi incorporado en el producto polimérico final; y
2) el acrilato puede elegirse de tal manera que la Tg final del
producto polimérico sea suficiente para la aplicación deseada. La Tg
del producto polimérico es muy importante en la preparación y
comportamiento de los revestimientos tanto líquidos como en polvo
hechos según el presente invento. Tg es particularmente importante
en la preparación de revestimientos en polvo ya que una disminución
en Tg por debajo de alrededor de 30ºC provocará al producto
polimérico a presentar el fenómeno conocido como flujo frío que
impide su uso como sólido, perdiendo así su carácter de polvo. En
las preparaciones de revestimientos líquidos que incorporan los
productos poliméricos del presente invento, una variación en Tg
puede dar como resultado diferencias importantes en el
comportamiento reológico.
Para cumplir estos requerimientos, el criterio
para la selección del acrilato no funcional adecuado puede basarse
en el modelo de predicción de Tg del producto polimérico del
copolímero. Como ejemplo, Fox Model que es bien conocido en la
técnica establece el criterio de selección definido cumpliendo con
la siguiente ecuación:
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuación
1
\vskip1.000000\baselineskip
\frac{1}{(Tg_{producto}\pm X
^{o}C)} = \frac{W_{GMA}}{Tg_{GMA}} + \sum\limits^{n}_{i=1}
\frac{W_{i}}{Tg_{i}} = \frac{W_{GMA}}{Tg_{GMA}} +
\sum\limits^{n}_{i=1} \frac{W_{i}{}\text{'}}{Tg_{i}} +
\frac{W_{acrilato}}{Tg_{acrilato}} +
\frac{W_{estirénico}}{Tg_{estirénico}}
\vskip1.000000\baselineskip
En esta ecuación:
Tg _{producto} +/- x: es el producto polimérico
deseado o Tg +/- actual, un límite de tolerancia asignado para la
inclusión de acrilato no funcional y/o compuestos estirénicos sin
sustitución \alpha no funcionales adicionales en la fórmula.
W_{i} es la fracción en peso del componente i
en el producto actual.
W'_{i} es la fracción en peso del componente i
en el (nuevo) acrilato no funcional y/o en el producto ampliado
estirénico sin sustitución \alpha no funcional.
T_{gi} es la T_{g} del homopolímero i.
GMA es metacrilato de glicidilo, pero podría ser
cualquier monómero acrílico con funcionalidad epoxi.
Así, estando de acuerdo con las enseñanzas de la
Ecuación 1, en las fórmulas para los productos poliméricos del
presente invento con baja Tg para las aplicaciones de revestimientos
líquidos, se utilizarían monómeros de acrilato no funcional de baja
Tg. Estos monómeros de acrilato no funcional incluyen, pero no se
limitan a, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de
butilo, acrilato de hexilo, acrilato de
2-etilhexilo, acrilato de octilo y acrilatos
alifáticos de cadena más larga o cualquier otro monómero de acrilato
o combinaciones de los mismos en los que un(os)
homopolímero(s) del (de los) acrilato(s)
presenta(n) una Tg \leq 30ºC.
En fórmulas para los productos poliméricos según
el presente invento con alta Tg para aplicaciones de revestimientos
en polvo, se preferirían monómeros de acrilato no funcional de alta
Tg tales como acrilato de ciclohexilo, acrilato de
iso-bornilo, compuestos estirénicos sin sustitución
\alpha no funcionales y combinaciones de los mismos y cualquier
otro(s) monómero(s) de acrilato cuyo(s)
homopolímero(s) presenta(n) una Tg >30ºC.
En ambos casos, la cantidad máxima permitida de
(de los) monómero(s) de acrilato no funcional y/o
monómero(s)
estirénico(s) sin sustitución \alpha no funcional(es) adecuado(s) seleccionado(s) a ser introducida, obligará por su conformidad a la Ecuación 1. Es decir, la selección de acrilato/estirénico dados a ser introducida fija su Tg y por lo tanto, fija también su uso máximo antes de incumplir la restricción de la tolerancia de la variación de Tg.
estirénico(s) sin sustitución \alpha no funcional(es) adecuado(s) seleccionado(s) a ser introducida, obligará por su conformidad a la Ecuación 1. Es decir, la selección de acrilato/estirénico dados a ser introducida fija su Tg y por lo tanto, fija también su uso máximo antes de incumplir la restricción de la tolerancia de la variación de Tg.
De esta manera, cualquier otro monómero de
acrilato no funcional y/o monómero estirénico sin sustitución
\alpha no funcional puede introducirse en cualquier fórmula dentro
del intervalo de este invento con el objetivo de aumentar la
procesabilidad. Sin embargo, el intervalo más grande entre la Tg del
monómero no funcional elegido con respecto a la Tg del monómero que
se está sustituyendo o la Tg del producto polimérico objetivo, la
más baja de las cantidades permisibles de este monómero se
seleccionará en conformidad con la Ecuación 1. Si el intervalo de Tg
es demasiado grande, la cantidad permisible puede ser tan baja que
no pueden encontrarse ventajas del procedimiento. Esta conversión
aumentada tanto de metacrilatos funcionales como no funcionales se
muestra en la Fig. 1. La Fig. 1 ilustra el efecto combinado del
contenido de estireno sin sustitución \alpha no funcional y
acrilato(s) no funcional(es) en la conversión
promediada de todos y cada uno de (de los) metacrilato(s)
funcional(es) y no funcional(es) contenido(s)
en la misma mezcla de reacción, como función de la temperatura de
polimerización en el procedimiento de este invento.
Puede usarse cualquier monómero de acrilato no
funcional y/o monómero estirénico sin sustitución \alpha no
funcional que tenga la apropiada Tg. Sin embargo, ciertos monómeros
de acrilato no afectarán sólo a la tasa de incorporación de (de los)
monómero(s) de metacrilato en el producto final, sino que
aumentará también el comportamiento del producto final en el que se
usa el producto polimérico resultante. En el presente invento, se
prefieren acrilato de ciclohexilo, acrilato de isobornilo o
combinaciones de los mismos para mejorar el procedimiento no sólo
debido a la diferencia de sus Tg con respecto a los componentes de
metacrilato típicos tales como metacrilato de metilo, metacrilato de
butilo y metacrilato de isobutilo, encontrados en los productos
poliméricos utilizados en revestimientos líquidos y en polvo, es
pequeña, permitiendo así introducir cantidades más grandes de
acrilato de ciclohexilo o acrilato de isobornilo, sino también que
estas cantidades pueden proporcionarse ya que estos monómeros
mejoran también el comportamiento del producto puesto que aumenta la
resistencia a la intemperie del revestimiento final. Por lo tanto,
los beneficios de estos dos monómeros se doblan, mejora de la
procesabilidad y mejora del comportamiento del producto.
Aunque el presente invento se dirige a hacer
reaccionar monómeros no funcionales con el monómero acrílico con
funcionalidad epoxi, pueden añadirse pequeñas cantidades de otros
monómeros funcionales a la reacción. Los niveles de estos otros
monómeros funcionales que pueden añadirse son típicamente
suficientemente bajos, tanto como para no afectar grandemente ni al
nivel de las partículas de gel dentro del producto polimérico a
través de una reticulación adicional, ni a la conversión del
monómero acrílico con funcionalidad epoxi en el producto
polimérico.
El procedimiento a alta temperatura, continuo,
del presente invento se efectúa de manera bien conocida en la
técnica y se efectúa según el método realizado en el documento de
patente de EE.UU. Nº 4.529.787, publicado para Schmidt et al.
(de aquí en adelante "Schmidt et al."), excepto que se
indique de otra manera, Schmidt et al. se incorpora en este
contexto por referencia en su totalidad. Sin embargo, se ha
descubierto de modo sorprendente e inesperadamente que modificando
el procedimiento continuo como se ha descrito por Schmidt et
al., pueden evitarse varios problemas encontrados anteriormente
en la técnica y puede tener varios beneficios adicionales.
El procedimiento a alta temperatura, continuo,
descrito en Schmidt et al. había mostrado previamente una
gran tendencia a producir suciedad de gel dando como resultado la
contaminación del producto a altas temperaturas cuando se usaron
varios monómeros funcionales en la alimentación de la reacción. Los
inventores del presente invento han descubierto que modificando el
procedimiento de Schmidt et al. en un número de
consideraciones, el procedimiento puede efectuarse para producir
productos poliméricos que están sustancialmente libres de partículas
de gel cuando se utilizan monómeros con funcionalidad epoxi. La
formación de partículas de gel puede suceder como (a) depósitos de
gel por debajo de la superficie de los reaccionantes monómeros, (b)
depósitos de gel en la cámara de aire por encima de la superficie de
los reaccionantes monómeros; y (c) a través de la maquinaria usada
para efectuar el procedimiento continuo a alta temperatura.
Cualquiera de estas formaciones de gel puede contaminar el producto
polimérico final.
Se ha descubierto de modo sorprendente e
inesperadamente que puede llevarse a cabo un número de etapas para
reducir significativamente la formación de partículas de gel en un
procedimiento continuo a alta temperatura, tal que el producto
polimérico resultante está sustancialmente libre de partículas de
gel. Cada una de estas etapas puede usarse individualmente o en
cualquier combinación. Estas etapas incluyen: (1)
pre-limpieza del reactor; (2) selección del
disolvente de la reacción; (3) maximizar la conversión de monómeros
con funcionalidad epoxi; y (4) funcionamiento del reactor lleno de
líquido.
Se ha encontrado que una
pre-limpieza cuidadosa de la serie de reactores,
puede evitar la formación de partículas de gel en la producción de
polímeros de adición epoxilados. Se ha encontrado que trazas de
compuestos funcionales ácidos en el sistema reactor que se dejan
detrás por los productos de la polimerización previa que contienen
grupos ácido carboxílico funcionales, contaminación de monómeros,
sub-productos, etc., reaccionan fácilmente con los
monómeros epoxi funcionales del presente invento formando especies
di-vinilo. Pequeñas cantidades de monómeros de
divinilo en estas siembras de gelación son bien conocidas para
producir reticulaciones importantes en la polimerización por
radicales libres, que conduce a la formación de partículas de gel.
Estos monómeros de divinilo se eliminan tan eficaz como
económicamente sea posible minimizando todas las trazas de ácido del
procedimiento. Para hacer ésto, el reactor se prelimpia con un
disolvente adecuado para retirar tal resto ácido, tal como
N-metil pirrolidinona.
Se ha descubierto también que deberían evitarse
disolventes que contienen grupos funcionales que reaccionan con los
monómeros con funcionalidad epoxi a altas temperaturas. Estos
incluyen todos los disolventes relacionados con las fórmulas
generales, R-OH, R-COOH,
R-NH_{2} y otros disolventes relacionados con
grupos funcionales. Además, se ha descubierto de modo sorprendente e
inesperadamente que los disolventes que no tienen tales grupos
funcionales, pero muestran sub-productos o
contaminantes o restos de estos grupos funcionales a partir de sus
procedimientos de fabricación, incluso en cantidades traza, puede
conducir a abrir el anillo epoxi y la formación de intermediarios de
divinilo, que puede conducir a las partículas de gel. Por lo tanto,
tales disolventes que contienen contaminantes,
sub-productos, etc., pueden evitarse en el sistema
de reacción usado según el presente invento. La apropiada selección
del disolvente minimiza los depósitos de gel bajo las superficies
líquidas.
Se ha encontrado además que los monómeros
alimentan el crecimiento de gel en las superficies libres en la
cámara de aire del sistema de reactores a través de la condensación
en estas superficies. Debido a que la polimerización continua del
presente invento tiene lugar en un sistema cerrado a alta
temperatura, la polimerización tiene lugar a presión super
atmosférica. A tal presión super atmosférica, el comportamiento en
la fase vapor y la fase condensada que se forma en las superficies
libres en contacto con el vapor obedecerá a las leyes de equilibrio
vapor-líquido bien conocidas. Por lo tanto, la
selección del disolvente inerte puede basarse adicionalmente en su
presión de vapor relativa al (a los) monómero(s)
acrílico(s) con funcionalidad epoxi. Un disolvente con
similar o menor presión de vapor que el (los) monómero(s) con
funcionalidad epoxi se condensará preferentemente en las superficies
libres diluyendo otros componentes en la reacción. Alternativamente,
un disolvente con una presión de vapor más alta que el (los)
monómero(s)
con funcionalidad epoxi disminuirá la masa de estos monómeros en la fase vapor, disminuyendo así su cantidad de condensado actual.
con funcionalidad epoxi disminuirá la masa de estos monómeros en la fase vapor, disminuyendo así su cantidad de condensado actual.
Cuál de estas condiciones es más eficaz depende
del sistema particular a ser utilizado. Una combinación de
disolventes, como se ha descrito anteriormente, puede usarse para
maximizar las características particulares buscadas en una reacción
dada.
Finalmente, la formación de partículas de gel
puede disminuir además, maximizando la conversión de (de los)
monómero(s) con funcionalidad epoxi en el producto polimérico
y/o usando un reactor lleno de líquido que no tiene cámara de aire.
Se ha descubierto de modo sorprendente e inesperadamente que la
cantidad y la velocidad de formación de gel en los procedimientos
del presente invento es directamente proporcional a la cantidad de
monómero con funcionalidad epoxi en el sistema. Ya que la formación
de partículas de gel en las superficies de la cámara de aire dentro
del sistema de reacción requiere la
vaporización-condensación de (de los)
monómero(s) con funcionalidad epoxi, como se ha descrito
anteriormente, el efecto del monómero con funcionalidad epoxi en
este sistema es nulo cuando estos monómeros se incorporan en el
producto polimérico, ya que el producto polimérico es no volátil.
Por lo tanto, aumentando la incorporación de monómero(s) con
funcionalidad epoxi en el producto polimérico, a través tanto de la
presencia de uno o más monómeros de acrilato no funcional, como
cualquier otro método conocido en la técnica, disminuirá además la
formación de partículas de gel.
El procedimiento del presente invento se efectúa
en un procedimiento continuo a altas temperaturas. En una
realización, las temperaturas están en el intervalo de alrededor de
160ºC a alrededor de 270ºC, preferentemente alrededor de 170ºC a
alrededor de 250ºC, y más preferentemente de alrededor de 170ºC a
alrededor de 232ºC. En otra realización, la temperatura puede estar
en el intervalo de alrededor de 175ºC a alrededor de 250ºC, estando
la temperatura preferida en el intervalo de alrededor de 180ºC a
alrededor de 232ºC.
El procedimiento continuo del presente invento
tiene en cuenta un tiempo de permanencia corto dentro del reactor.
El tiempo de permanencia es generalmente menor que una hora, con un
tiempo de permanencia promedio preferido para los monómeros menor
que 15 minutos. En otra realización, el tiempo de permanencia es
generalmente menor que 30 minutos, con un tiempo de permanencia
promedio preferido para los monómeros menor que 20 minutos.
El procedimiento del presente invento puede
efectuarse usando cualquier tipo de reactor o combinaciones de
reactores bien conocidos en la técnica, en una configuración
continua. Tales reactores incluyen, pero no se limitan a, reactores
de tanque agitado continuo ("CSTRs"), reactores tubulares,
reactores de circulación, reactores extrusor o cualquier reactor o
combinaciones de reactores adecuados para un funcionamiento
continuo.
En una realización preferida, la zona de reacción
del procedimiento de polimerización volumétrico continuo comprende
generalmente un CSTR bien mezclado de cualquier tipo, adaptado para
una operación de llenado variable de tan bajo como 10% a tanto como
100% del volumen utilizable de los mismos para la producción de
polímeros epoxilados. El CSTR usado generalmente en el procedimiento
puede ser tanto horizontal como vertical y debería tener suministro
para un control cerrado de la temperatura allí dentro por cualquier
medio deseado, incluyendo el control por una camisa de enfriamiento,
serpentines de enfriamiento internos u otros medios apropiados bien
conocidos en la técnica.
Una forma preferida de CSTR que se ha encontrado
adecuada para realizar el procedimiento es un reactor tanque
proporcionado con serpentines de enfriamiento y/o camisas de
enfriamiento suficientes para retirar cualquier calor de
polimerización no quitado, aumentando la temperatura de la
composición del monómero cargado continuamente, así como para
mantener una temperatura preseleccionada allí dentro, para la
polimerización. Preferentemente, se proporcionará tal CSTR con al
menos uno, y normalmente más, agitadores para proporcionar una zona
de reacción bien mezclada.
En funcionamiento, el actual procedimiento de
polimerización continuo, la flexibilidad y alcance de la elección
pueden realizarse en los tipos de polímero producidos y la velocidad
de producción del polímero por apropiada elección de las condiciones
de la reacción de polimerización. En funcionamiento, al menos un
monómero acrílico con funcionalidad epoxi y opcionalmente al menos
un monómero polimerizable por radicales libres, no funcional se
cargan continuamente en el reactor opcionalmente junto con al menos
un iniciador de la polimerización por radicales libres adecuado y se
mantienen a la temperatura deseada. El reactor se carga generalmente
de un tanque de alimentación agitado que contiene los reaccionantes
mezclados. Sin embargo, también pueden cargarse individualmente en
el reactor los monómeros, el iniciador y cualquier otro componente
opcional tal como disolventes.
Después de llenar inicialmente el reactor al
nivel deseado e iniciar la polimerización de los reaccionantes
cargados, el volumen de la composición del reaccionante cargada en
el reactor se ajusta para mantener el nivel deseado de reaccionante
y la mezcla de productos poliméricos en el reactor. Después, la
mezcla de líquidos del polímero y monómero o monómeros sin
reaccionar se retira preferentemente del reactor a una velocidad
para mantener un nivel constante en la zona de reacción. Las
condiciones de polimerización se mantienen en el reactor para
producir un polímero de peso molecular seleccionado y una conversión
de monómeros en tal mezcla de reacción.
Como se ha observado, el nivel al que se llena el
reactor puede variar de tan bajo como 10% a tal alto como 100% del
volumen utilizable y puede controlarse por cualquier medio deseado,
por ejemplo, un controlador de nivel asociado con una válvula o
bomba en la línea de transferencia del reactor. En una realización
preferida, los procedimientos del presente invento se realizan en un
reactor llenado al 100% del volumen utilizable, disminuyendo así
además las superficies de la cámara de aire y disminuyendo además la
formación de partículas de gel. Tales reactores que se llenan al
100% del volumen utilizable no tienen una cámara de aire por encima
de los reaccionantes y son reactores completamente ocupados de
líquido.
Puede emplearse cualquier medio deseado para
controlar la temperatura dentro del reactor. Se prefiere que la
temperatura se controle por circulación de un fluido de
enfriamiento, tal como aceite, a través de serpentines de
enfriamiento internos y/o camisas de circulación del reactor en
reactores así equipados. Generalmente, la entrada de reaccionantes
relativamente fríos sirve para retirar la proporción más grande del
calor de polimerización liberado, y los serpentines de enfriamiento
internos sirven para retirar el sobrante, así como para mantener la
temperatura de la mezcla de reacción a un valor preseleccionado.
Después de la reacción, la mezcla resultante se
somete típicamente a la separación y recuperación del producto. El
monómero sin reaccionar se recicla preferentemente al reactor o la
alimentación de monómeros. Durante la etapa de separación, los
componentes volátiles, tales como el disolvente, el monómero sin
reaccionar y otros sub-productos, se vaporizan y se
reciclan, cuando es apropiado. Para esta etapa, el equipamiento
convencional está disponible fácilmente, tal como un evaporador de
película delgada, evaporador de hilo descendente o cualquier equipo
de desvolatilización apropiado.
Una metodología no limitante de efectuar el
presente procedimiento según el presente invento se describirá con
respecto a la Fig. 2. La Fig. 2 es un diagrama esquemático de una
parte de una línea 1 de procesamiento de polímeros ejemplar que usa
un CSTR. Antes del uso, el CSTR 4 se prelimpia con
N-metil pirrolidinona. La línea 18 de alimentación
de monómeros recientes del tanque 20 de alimentación reciente lleva
al monómero o monómeros del presente invento, junto con el iniciador
de la polimerización por radicales libres y cualquier disolvente
opcional, en el CSTR 4 que tiene un agitador 6. Opcionalmente, el
iniciador y/o cualquier otro componente de la reacción tal como el
disolvente, puede alimentarse desde 2 hasta CSTR 4. El CSTR 4
proporciona la apropiada elección de las condiciones de reacción
para obtener los tipos de polímeros deseados. El producto polimérico
de la reacción se alimenta después desde el CSTR 4 hasta el
desvolatilizador 16 para la desvolatilización. El producto
polimérico se alimenta por medio del conducto 15 para un
procesamiento adicional, o como producto final si se desea. El
destilado condensado desde 22 se alimenta por medio de los conductos
14 y 10 para reciclar la alimentación 8 de vuelta al CSTR 4 y/o se
purga por medio del purgador 12 si se desea.
Aunque el CSTR 4 se representa como un CSTR, el
reactor 4 incluye otras configuraciones del reactor capaces de
procedimientos continuos. Así, el reactor 4 puede ser también un
reactor tubular, un reactor de circulación, un extrusor o cualquier
reactor o combinación de reactores capaces de un funcionamiento
continuo. El CSTR 4 puede incluir adicionalmente un reactor
secundario y/o un reactor de terminación.
En cualquier aplicación industrial, un
revestimiento base coloreado o pigmentado se aplica a un objeto, y
para proteger el revestimiento base coloreado, se aplica una
composición del revestimiento claro sobre la capa base. Estos
sistemas de revestimientos de
color-más-claro se vuelven cada vez
más populares como acabados originales para muchas aplicaciones, lo
más especialmente en el uso de acabados para automóviles. Los
sistemas de color-más-claro
tienen
un brillo especial y nitidez de imagen, y la capa superior clara es particularmente importante para estas propiedades.
un brillo especial y nitidez de imagen, y la capa superior clara es particularmente importante para estas propiedades.
Es importante para el revestimiento claro tener
varias propiedades. Una de estas propiedades es la resistencia a la
intemperie. Los revestimientos claros usados en los acabados de
automóviles se exponen constantemente a condiciones extremas tales
como la lluvia, nieve, suciedad y luz del sol. Para que se use un
revestimiento claro en aplicaciones de acabados de automóviles, la
capa clara debe ser resistente a la intemperie, así se protege la
capa base coloreada.
Además, los revestimientos claros no deben
afectar la percepción visual de la capa base coloreada a la que se
aplican. Un problema típico con revestimientos claros que contienen
productos poliméricos epoxilados conocidos en la técnica es que
tales revestimientos dan un tinte amarillo que es visible al ojo
desnudo cuando se aplican sobre una capa base. Este color amarillo
es generalmente más problemático cuando se aplica el revestimiento
claro a una capa base blanca.
Los productos poliméricos del presente invento
tienen una amplia variedad de usos industriales, lo más
especialmente, en revestimientos pigmentados y claros, tanto de
diseños líquidos como en polvo. Se ha descubierto de modo
sorprendente e inesperadamente que tales revestimientos que
contienen los productos poliméricos según el presente invento
presentan una resistencia a la intemperie mejorada en revestimientos
claros y pigmentados y un color menor en revestimientos claros que
en revestimientos similares que comprende productos poliméricos
libres de acrilato comparables y/o productos poliméricos de
composición comparable, como se ha descrito adicionalmente en los
siguientes ejemplos. En una realización preferida, los
revestimientos claros que contienen los productos poliméricos del
presente invento demuestran una disminución en el valor de Delta b
de 0,5 o mayor cuando se comparan con revestimientos claros
similares que contienen productos poliméricos libres de acrilato
comparables y/o productos poliméricos de composición comparable.
Los revestimientos en polvo son bien conocidos en
la técnica, y los del presente invento se preparan generalmente
según esos métodos. Generalmente, los revestimientos en polvo del
presente invento comprenden uno o más productos poliméricos del
presente invento en cantidades de alrededor de 45% a alrededor de
85% en peso, uno o más agentes reticulantes en cantidades de
alrededor de 15% a alrededor de 40% en peso, uno o más catalizadores
en cantidades de alrededor de 0,1% a alrededor de 3,0% en peso y uno
o más agentes modificadores del flujo en cantidades de alrededor de
0,5% a alrededor de 2,0% en peso. Los revestimientos en polvo del
presente invento también pueden incluir opcionalmente uno o más
agentes desgasificantes en cantidades de alrededor de 0,1% a
alrededor de 1,5% en peso, uno o más antioxidantes en cantidades de
alrededor de 0,1% a alrededor de 3,0% en peso y/o uno o más
estabilizadores UV en cantidades de alrededor de 0,5% a alrededor de
3,0% en peso.
Los revestimientos en polvo y líquidos se crean
por cualquier método bien conocido en la técnica, como se ha
descrito en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452, cuya
revelación entera se incorpora en este contexto por referencia.
Los agentes reticulantes adecuados para uso en
revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la técnica
que incluyen, pero no se limitan a, ácidos difuncionales y
anhídridos obtenidos a partir de tales ácidos. El agente reticulante
preferido es ácido dodecildicarboxílico.
Los catalizadores adecuados para uso en
revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la técnica
que incluyen, pero no se limitan a, sales alcalinas inorgánicas que
incluyen acetato de tetrabutil amonio, hidróxido de tetrabutil
amonio; compuestos de fosfonio, tales como acetato de
etiltrifenilfosfonio, bromuro de
tetrabutil-fosfonio; sales organometálicas tales
como octoato de estaño, octoato de zirconio y otros compuestos
orgánicos que incluyen aminas terciarias, tales como
N,N-dimetildodecilamina, dimetilanilina, aminas
secundarias, tal como piperidina, y fosfinas tal como trifenil
fosfina. Los catalizadores preferidos son aminas terciarias tales
como Armeen DM-12D9, un catalizador de
N'N-dimetil amina disponible de AKZO Chemical.
Los agentes que modifican el flujo adecuados para
uso en revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la
técnica que incluyen, pero no se limitan a, poliacrilatos tales como
poli(acrilato de butilo), poli(acrilato de etilhexilo)
y mezclas de los mismos y poliamidas. Los agentes que modifican el
flujo preferidos son poliacrilatos.
Los agentes desgasificantes adecuados para uso en
revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la técnica
que incluyen benzoína que es el agente desgasificante preferido.
Los estabilizadores UV adecuados para uso en
revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la técnica
que incluyen, pero no se limitan a, aminas con impedimento estérico
y benzotriazolas. Los estabilizadores UV preferidos son
benzotriazolas.
Los antioxidantes adecuados para uso en
revestimientos en polvo son aquellos bien conocidos en la técnica
que incluyen, pero no se limitan a, compuestos fenólicos
impedidos.
En una realización, la composición del
revestimiento en polvo comprende un producto polimérico que consiste
esencialmente en alrededor de 1% a 100% en peso de al menos un
monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de
los monómeros, opcionalmente hasta 99% en peso de al menos un
monómero polimerizable por radicales libres, tales monómeros
incluyen, pero no se limitan a, monómeros de acrilato no funcional,
monómeros de metacrilato no funcional, monómeros estirénicos no
funcionales y combinaciones de los mismos, basado en el peso total
de los monómeros, tal que los monómeros se polimerizan dando el
producto polimérico tal que el producto polimérico en una
realización comprende un contenido en monómero de monómero(s)
acrílico(s) con funcionalidad epoxi de al menos alrededor de
40%. El revestimiento en polvo comprende también otros materiales
suficientes para formar un revestimiento en polvo cuando se combina
con el producto polimérico. Estos otros materiales incluyen
preferentemente al menos un agente reticulante, al menos un
catalizador y al menos un agente que modifica el flujo para formar
el revestimiento en polvo. La composición del revestimiento en polvo
presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales,
más preferentemente, presenta un valor de Delta b de 1,05 o menor en
condiciones normales, cuando el revestimiento en polvo es un
revestimiento claro.
En otra realización, los revestimientos en polvo
según el presente invento comprenden un producto polimérico,
consistiendo el producto polimérico esencialmente en alrededor de
15% a alrededor de 60% en peso de al menos un monómero acrílico con
funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros, hasta
85% en peso de al menos un monómero de acrilato no funcional o de
metacrilato no funcional basado en el peso total de los monómeros, 0
a alrededor de 25% en peso de al menos un monómero estirénico no
funcional basado en el peso total de los monómeros, tal que los
monómeros se polimerizan dando el producto polimérico. El
revestimiento en polvo comprende uno o más productos poliméricos en
cantidades de alrededor de 45% a alrededor de 85% en peso, uno o
más agentes reticulantes en cantidades de alrededor de 15% a
alrededor de 40% en peso, uno o más catalizadores en cantidades de
alrededor de 0,1% a alrededor de 3,0% en peso y uno o más agentes
que modifican el flujo en cantidades de alrededor de 0,5% a
alrededor de 2,0% en peso. La composición del revestimiento en polvo
presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales,
más preferentemente un valor de Delta b de 1,05 o menor en
condiciones normales, cuando el revestimiento en polvo es un
revestimiento claro.
Del mismo modo, los revestimientos líquidos son
bien conocidos en la técnica y los del presente invento se preparan
generalmente según tales métodos.
En una realización, una composición del
revestimiento líquido del presente invento comprende un producto
polimérico que consiste esencialmente en alrededor de 1% a 100% en
peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado
en el peso total de los monómeros, hasta 99% en peso de al menos un
monómero polimerizable por radicales libres, no funcional, tales
monómeros incluyen, pero no se limitan a, monómeros de acrilato no
funcional, monómeros de metacrilato no funcional, monómeros
estirénicos no funcionales y combinaciones de los mismos, basado en
el peso total de los monómeros, tal que los monómeros se polimerizan
dando el producto polimérico, tal que el producto polimérico en una
realización comprende un contenido en monómero de
monómero(s)
acrílico(s) con funcionalidad epoxi de al menos alrededor de 40% mezclando el producto polimérico con otros materiales suficientes para formar un revestimiento líquido. La composición clara del revestimiento líquido presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales, cuando el revestimiento líquido es un revestimiento claro. En una realización preferida, otros materiales usados para formar el revestimiento líquido incluyen al menos un disolvente, al menos un agente reticulante, al menos un agente de curado y al menos un catalizador.
acrílico(s) con funcionalidad epoxi de al menos alrededor de 40% mezclando el producto polimérico con otros materiales suficientes para formar un revestimiento líquido. La composición clara del revestimiento líquido presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales, cuando el revestimiento líquido es un revestimiento claro. En una realización preferida, otros materiales usados para formar el revestimiento líquido incluyen al menos un disolvente, al menos un agente reticulante, al menos un agente de curado y al menos un catalizador.
Los revestimientos líquidos del presente invento
también pueden incluir opcionalmente uno o más agentes que
modifican el flujo, uno o más antioxidantes y/o uno o más
estabilizadores UV en cantidades como se han descrito anteriormente
con respecto a los revestimientos en polvo. Pueden utilizarse
compuestos similares para preparar revestimientos líquidos como en
los revestimientos en polvo. Los agentes de curado y disolventes son
los enseñados en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452 que
se incorporan en este contexto por referencia.
En otra realización preferida, los revestimientos
líquidos según el presente invento comprenden un producto
polimérico, consistiendo el producto polimérico esencialmente en
alrededor de 15% a alrededor de 60% en peso de al menos un monómero
acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los
monómeros, hasta 85% en peso de al menos un monómero de acrilato no
funcional y de metacrilato no funcional basado en el peso total de
los monómeros, 0 a alrededor de 25% en peso de al menos un monómero
estirénico no funcional basado en el peso total de los monómeros,
tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico.
El revestimiento líquido comprende el producto polimérico en
cantidades de 45% a 85% en peso, y comprende además alrededor de 15%
a alrededor de 40% en peso de uno o más agentes reticulantes,
alrededor de 0,1% a alrededor de 3,0% en peso de uno o más
catalizadores, hasta alrededor de 40% en peso de uno o más agentes
de curado y alrededor de 25% a alrededor de 60% en peso de uno o más
disolventes. La composición del revestimiento líquido presenta un
valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones normales, cuando el
revestimiento líquido es un revestimiento claro.
El invento se describirá además por referencia a
los siguientes ejemplos que se presentan con el objetivo de
ilustrar sólo y no se destinan a limitar el alcance del invento. A
menos que se indique de otra manera, todas las partes son en
peso.
Ejemplo
1
Una mezcla de reacción de 27% de metacrilato de
glicidilo, 18% de estireno, 22,5% de metacrilato de metilo, 22,5%
de acrilato de ciclohexilo, 9,5% de xileno y 0,5% de peróxido de
butilo di-terciario (relación de monómeros = 30% de
metacrilato de glicidilo, 20% de estireno, 25% de metacrilato de
metilo y 25% de acrilato de ciclohexilo) se suministró continuamente
al reactor del procedimiento similar al descrito en la Fig. 2 que
comprende un CSTR de 37,85 litros mantenido a temperatura constante.
La masa de la zona de reacción y la velocidad de flujo de la masa de
alimentación se controlaron para proporcionar un tiempo de
permanencia promedio constante dentro del intervalo de 10 a 15
minutos en el CSTR. Los experimentos se efectuaron para tiempos de
permanencia mínimos de 30-40. La temperatura de
reacción del CSTR se mantuvo constante a diferentes valores dentro
del intervalo de 175º-232ºC. El producto de reacción se bombeó
continuamente a una zona de desvolatilización y el producto
polimérico de la zona de desvolatilización se recogió continuamente
y se analizó más tarde para promedios de pesos moleculares (Mn y Mw)
y composición de la masa de equilibrio cuyo peso equivalente epoxi
se informatizó. El producto polimérico resultante estaba
sustancialmente libre de partículas de gel.
Para objetivos de comparación, se produjo una
resina acrílica epoxi que tenía una relación de monómeros de
alimentación similar en la misma zona del reactor que emplea un
procedimiento semi-discontinuo similar al descrito
en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452. Al final del
procedimiento, el producto de reacción se bombeó a la zona de
desvolatilización. El producto polimérico de la zona de
desvolatilización se recogió y se analizó más tarde por promedios de
peso molecular (Mn y Mw) y composición de la masa de equilibrio cuyo
peso equivalente epoxi se informatizó.
Los resultados de la síntesis comparativa se
muestran en la Tabla 1. Como se ha detallado en la Tabla 1, el
producto polimérico del presente invento tiene similar peso
equivalente epoxi y similares promedios de peso molecular que el
producto polimérico de composición comparable.
| Procedimiento de polimerización | Ejemplo comparativo 1 semi-discontinuo | Ejemplo 1 del invento actual |
| (documento de patente de EE.UU. 5.256.452) | (procedimiento continuo) | |
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||
| Metacrilato de glicidilo | 30 | 30 |
| Estireno | 20 | 20 |
| Metacrilato de metilo | 25 | 25 |
| Acrilato de ciclohexilo | 25 | 25 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||
| Xileno (% en la mezcla total) | 30 | 9,5 |
| DTBP (% en la mezcla total) | - - - | 0,5 |
| 2,2'-azo-bis-(2-metil) butironitrilo | 4,8 | - - - |
| (% en los monómeros) | ||
| TBP (% en los monómeros) | 1,7 | - - - |
| Condiciones de la reacción | ||
| Temperatura de reacción (ºC) | 138 | 207 |
| Tiempo de permanencia (minutos) | 420* | 12 |
| Características del producto | ||
| Mn | 2.346 | 2.173 |
| Mw | 5.633 | 5.133 |
| Peso equivalente epoxi | 475 | 490 |
| * tiempo total de reacción; DTBP = peróxido de butilo di-terciario; TBP = perbenzoato de butilo terciario |
Ejemplo
2
Una mezcla de reacción de 40,5% de metacrilato de
glicidilo, 9% de estireno, 40,5% de metacrilato de metilo, 9,25% de
xileno y 0,75% de peróxido de butilo di-terciario
(relación de monómeros = 45% de metacrilato de glicidilo, 10% de
estireno y 45% de metacrilato de metilo) se suministraron
continuamente al reactor del procedimiento similar al descrito en el
Ejemplo 1. La masa de la zona de reacción y el caudal de
alimentación se controlaron para proporcionar un tiempo de
permanencia promedio de 12 minutos en el CSTR. La temperatura del
CSTR se mantuvo constante a diferentes valores dentro del intervalo
de 193ºC a 210ºC. El producto de reacción se desvolatilizó
continuamente, se recogió y se analizó como se ha descrito en el
Ejemplo 1. El producto polimérico resultante estaba sustancialmente
libre de partículas de gel.
Para objetivos de comparación, una mezcla de
reacción que tenía la misma relación de monómeros (45% de
metacrilato de glicidilo, 10% de estireno y 45% de metacrilato de
metilo) se polimerizó en el mismo CSTR, siguiendo de un
procedimiento semi-discontinuo similar al descrito
en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452. El producto de
reacción se desvolatilizó, se recogió y analizó como se ha descrito
en el Ejemplo 1.
Los resultados de la síntesis comparativa se
muestran en la Tabla 2. Como se ha detallado en la Tabla 2, el
producto polimérico del presente invento tiene similar peso
equivalente epoxi y similares promedios de peso molecular que el
producto polimérico de composición comparable.
| Procedimiento de polimerización | Semi-discontinuo (documento | Invento actual |
| de patente de EE.UU. 5.256.452) | (procedimiento continuo) | |
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||
| Metacrilato de glicidilo | 45 | 45 |
| Estireno | 10 | 10 |
| Metacrilato de metilo | 45 | 45 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||
| Xileno (% en la mezcla total) | 30 | 9,25 |
| DTBP (% en los monómeros) | - - - | 0,75 |
| 2,2'-azo-bis-(2-metil)butironitrilo | 4,8 | - - - |
| (% en los monómeros) | ||
| TBP (% en los monómeros) | 1,7 | - - - |
| Condiciones de la reacción | ||
| Temperatura de reacción (ºC) | 138 | 207 |
| Tiempo de permanencia (minutos) | 420* | 12 |
| Características del producto | ||
| Mn | 2.277 | 2.024 |
| Mw | 5.140 | 5.672 |
| Peso equivalente epoxi | 317 | 337 |
| * tiempo total de reacción; DTBP = peróxido de butilo di-terciario; TBP = perbenzoato de butilo terciario |
Ejemplo
3
Las capas claras en polvo de metacrilato de
glicidilo de cada producto polimérico epoxilado preparados en los
Ejemplos 1 y 2, se prepararon al equivalente estequiométrico entre
la funcionalidad epoxi del metacrilato de glicidilo y la
funcionalidad ácida del reticulador de ácido dodecildicarboxílico
(DDDA).
Las capas claras en polvo se hicieron
premezclando juntos los siguientes componentes en un premezclador
Henschel, extruyendo después con un extrusor Buss a
60-90ºC a una velocidad de 238 rpm, y finalmente se
pican con una pantalla de 5,08 mm en un molino Bantam con
enfriamiento de nitrógeno. Los polvos del suelo se colaron a 200
mesh antes de la aplicación electrostática en varios sustratos
diferentes. Los componentes de la capa clara se muestran a
continuación en la Tabla 3.
| Materias primas | A (1/1) | C (1/1) | E (1/1) | G (1/1) |
| Ejemplo comparativo 2^{1} | 1027,52 | - | - | - |
| Ejemplo 2^{2} | - | 1027,52 | - | - |
| Ejemplo comparativo 1^{3} | - | - | 1127,72 | - |
| Ejemplo 1^{4} | - | - | - | 1127,72 |
| DDDA | 373,85 | 373,85 | 373,85 | 373,85 |
| Armeen DM-12D9 | 15,07 | 15,07 | 15,07 | 15,07 |
| Modaflow III9^{5} | 18,84 | 18,84 | 18,84 | 18,84 |
| Benzoína | 7,53 | 7,53 | 7,53 | 7,53 |
| Tinuvin 9009^{6} | 7,90 | 27,90 | 27,90 | 27,90 |
| Tinuvin 1449^{7} | 10,45 | 10,45 | 10,45 | 10,45 |
| Irganox 10109^{8} | 18,84 | 18,84 | 18,84 | 18,84 |
| ^{1}Producto polimérico de composición comparable a partir del procedimiento semi-discontinuo con EEW de 317 | ||||
| ^{2}Producto polimérico epoxilado del presente invento a partir del procedimiento continuo con EEW de 337 | ||||
| ^{3}Producto polimérico de composición comparable a partir del procedimiento semi-discontinuo con EEW de 475 | ||||
| ^{4}Producto polimérico epoxilado del presente invento a partir del procedimiento continuo con EEW de 490 | ||||
| ^{5}Un poliacrilato | ||||
| ^{6}Estabilizador de luz UV disponible de Ciba Geigy Corporation | ||||
| ^{7}Estabilizador de luz UV de benzotriazola disponible de Ciba Geigy Corporation | ||||
| ^{8}Un fenol impedido |
Tres sustratos diferentes disponibles
comercialmente de ACT Laboratories, Inc. (Hillsdale, MI) se usaron
para la investigación del color de las capas claras en polvo. Todas
se componen de las siguientes tres capas requeridas comúnmente para
sustratos de automoción: una capa E, una primera capa elemental y
una capa base blanca.
El SUSTRATO 52 es
ACT-APR-36752 que tiene una capa E
ED5250, una primera capa de PPG FCP6842 y una capa base de PPG
ODCT6466 blanca oxford.
El SUSTRATO 54 es
ACT-APR-36754 que tiene una capa E
CORMAX EP, una primera capa de DuPont
768DM730 y una capa base de PPG 692DM640 blanca oxford.
768DM730 y una capa base de PPG 692DM640 blanca oxford.
El SUSTRATO 55 es
ACT-APR-36755 que tiene una capa E
U32AD250, una capa elemental PPG FCP614 y una capa base de BASF
E86WE640W blanca brillante.
Cada revestimiento en polvo se aplicó en cada
sustrato a tres espesores de película diferentes: 0,0508, 0,0635 y
0,0762 mm. Después de curarse en una estufa eléctrica a 140ºC
durante 30 minutos, se examinó cada panel por color en el color
amarillo de Delta b usando un Macbeth Color Eye 7000
(GretagMachbeth, New Windsor, NY). Se midió Delta b bajo tres
condiciones de luz diferentes: D-65, A y
CWF(2) para obtener los valores promediados. Las gráficas
entre el color amarillo en los valores de Delta b para cada producto
polimérico en tres espesores de película diferentes para cada
sustrato se muestran en las Fig. 3-5. Como indican
las Fig. 3-5, las capas claras en polvo producidas
con los productos poliméricos producidos según el invento
presentaron significativamente menos color amarillo que las
presentadas por valores de Delta b más bajos si se compara a capas
claras en polvo producidas con los productos polimérios de
composición comparable, produciendo así una ventaja de color.
Ejemplo
4
Se prepararon composiciones que forman una
película clara para aplicaciones de revestimientos líquidos según el
documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452, como se muestra a
continuación en la Tabla 4.
Se mezclaron todas las materias primas a baja
velocidad hasta que se disolvió todo el Tinuvin 328. La mezcla se
dejó reposar durante 30 min. antes de la aplicación.
Los mismos tres sustratos usados para evaluar la
aplicación de los revestimientos en polvo se usaron para el trabajo
con líquidos. Se aplicó cada composición que forma la película clara
en múltiples capas en espesores de película húmeda de 0,0381 mm para
cada capa, hasta que se consiguió el espesor de película deseado. El
panel se dejó brillar después a 75ºC durante 15 min, y se coció a
135ºC durante 30 min. Se investigaron los revestimientos líquidos a
tres espesores de película seca diferentes: 0,041, 0,051 y 0,064
mm.
Se examinó el color de cada panel cocido en el
valor de Delta b usando un Macbeth 7000 Color Eye como se ha
descrito en las aplicaciones de revestimientos en polvo. Los
resultados se muestran en las Fig. 6-8. La misma
ventaja del color encontrada para las aplicaciones de revestimientos
claros en polvo se observó también en las aplicaciones de
revestimientos claros líquidos. Sin embargo, la ventaja del bajo
color, demostrado por el valor de Delta b más bajo, era más drástica
para aplicaciones de revestimientos líquidos.
\vskip1.000000\baselineskip
| Materias primas | A | B |
| Ejemplo comparativo 2^{1} | 98,47 | - |
| Ejemplo 2^{2} | - | 98,47 |
| Poli(acrilato de butilo)^{3} | 0,40 | 0,40 |
| 3-etoxipropionato de etilo | 45,20 | 45,20 |
| Éster medio de Di-TMP/anhídrido metilhexahidroftálico | 58,83 | 58,83 |
| ARMEEN DM-12D9^{5} | 2,00 | 2,00 |
| Tinuvin 2929^{6} | 0,40 | 0,40 |
| Tinuvin 3289^{7} | 3,00 | 3,00 |
| ^{1}Producción polimérica de composición comparable a partir del procedimiento semi-discontinuo con EEW de 317 | ||
| ^{2}Producto polimérico epoxilado del presente invento a partir del procedimiento continuo con EEW de 327 | ||
| ^{3}Agente de control del caudal | ||
| ^{4}Agente reticulante preparado como se ha descrito en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452 | ||
| ^{5}Catalizador de N,N-dimetildodecil amina | ||
| ^{6}Estabilizador de luz UV de benzotriazola sustituida | ||
| ^{7}Estabilizador de luz UV de benzotriazola sustituida |
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
Una mezcla de reacción de 36% de metacrilato de
glicidilo, 15,3% de estireno, 18% de metacrilato de metilo, 11,7%
de acrilato de butilo, 9% de metacrilato de butilo y el equilibrio
constituido por xileno en el intervalo de 9,7 a 9,0% y peróxido de
butilo di-terciario en el intervalo de 0,3 a 1,0%
(relación de monómeros = 40% de metacrilato de glicidilo, 17% de
estireno, 20% de mtacrilato de metilo, 13% de acrilato de butilo y
10% de metacrilato de butilo) se suministró continuamente a un CSTR
similar al descrito en el Ejemplo 1. El tiempo de permanencia
promedio del CSTR se controló a 12 minutos en la zona de reacción
agitada. La temperatura del CSTR se mantuvo constante a diferentes
valores dentro del intervalo de 188ºC a 218ºC dependiendo del
porcentaje de peróxido de butilo di-terciario usado.
El producto de reacción se desvolatilizó, se recogió y analizó como
se ha descrito en el Ejemplo 1. El producto polimérico resultante
estaba sustancialmente libre de partículas de gel.
Para objetivos de comparación, una mezcla de
reacción que tiene la misma relación de monómeros (40% de
metacrilato de glicidilo, 17% de estireno, 20% de metacrilato de
metilo, 13% de acrilato de butilo y 10% de metacrilato de butilo) se
polimerizó en la misma zona del reactor agitado, seguido por un
procedimiento semi-discontinuo similar al descrito
en el documento de patente de EE.UU. Nº 5.256.452. El producto de
reacción de desvolatilizó, se recogió y analizó como se ha descrito
en el Ejemplo 1.
\newpage
Los resultados de la síntesis comparativa se
muestran en la Tabla 5 a continuación:
| Procedimiento de polimerización | Semi-discontinuo (documento | Invento actual | |||
| de patente de EE.UU. 5.256.452) | (procedimiento continuo) | ||||
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | |||||
| Metacrilato de glicidilo | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| Estireno | 17 | 17 | 17 | 17 | 17 |
| Metacrilato de metilo | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Acrilato de butilo | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 |
| Metacrilato de butilo | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Otros componentes (% peso/peso) | |||||
| Xileno (% en la mezcla total) | 30 | 9,0 | 9,25 | 9,5 | 9,7 |
| DTBP (% en la mezcla total) | - - - | 1,0 | 0,75 | 0,5 | 0,3 |
| 2,2'-azo-bis-(2-metil)butironitrilo | 4,8 | - - - | - - - | - - - | - - - |
| (% en los monómeros) | |||||
| TBP (% en los monómeros) | 1,7 | - - - | - - - | - - - | - - - |
| Condiciones de la reacción | |||||
| Temperatura de reacción (ºC) | 138 | 188 | 188 | 204 | 216 |
| Tiempo de permanencia (minutos) | 420* | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Características del producto | |||||
| Mn | 2.298 | 2.686 | 2.936 | 2.360 | 2.134 |
| Mw | 5.563 | 7.530 | 8.465 | 5.602 | 4.866 |
| Peso equivalente epoxi | 356 | 365 | 364 | 372 | 375 |
| * tiempo de reacción total; DTBP=peróxido de butilo di-terciario; TBP=perbenzoato de butilo terciario |
Ejemplo
6
Una mezcla de reacción de 27% de metacrilato de
glicidilo, 18% de estireno, 40,5% de metacrilato de metilo, 4,5% de
acrilato de butilo y el equilibrio constituido por xileno en el
intervalo de 9,7% a 9,0% y peróxido de butilo
di-terciario en el intervalo de 0,3 a 1,0% (relación
de monómeros = 30% de metacrilato de glicidilo, 20% de estireno, 45%
de metacrilato de metilo y 5% de acrilato de butilo) se suministró
continuamente al reactor del procedimiento similar al descrito en el
Ejemplo 1. El tiempo de permanencia promedio de la zona de reacción
se controló a 12 minutos en la zona de reacción agitada. La
temperatura de la zona de reacción agitada se mantuvo constante a
diferentes valores dentro del intervalo de 198ºC a 218ºC,
dependiendo del porcentaje de peróxido de butilo
di-terciario usado. El producto de reacción se
desvolatilizó continuamente, se recogió y analizó como se ha
descrito en el Ejemplo 1. El producto polimérico resultante estaba
sustancialmente libre de partículas de gel.
Para objetivos de comparación, una mezcla de
reacción que tiene la misma relación de monómeros (30% de
metacrilato de glicidilo, 20% de estireno, 45% de metacrilato de
metilo y 5% de acrilato de butilo) se polimerizó en la misma zona
del reactor agitado, seguido por un procedimiento
semi-discontinuo similar al descrito en el documento
de patente de EE.UU. Nº 5.256.452. El producto de reacción se
desvolatilizó, se recogió y analizó como se ha descrito en el
Ejemplo 1.
Los resultados se describen en la Tabla 6.
| Procedimiento de polimerización | Semi-discontinuo (documento | Invento actual | ||
| de patente de EE.UU. 5.256.452) | (procedimiento continuo) | |||
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||||
| Metacrilato de glicidilo | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Estireno | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Metacrilato de metilo | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Acrilato de butilo | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||||
| Xileno (% en la mezcla total) | 30 | 9,3 | 9,5 | 9,7 |
| DTBP (% en la mezcla total) | - - - | 0,7 | 0,5 | 0,3 |
| 2,2'-azo-bis-(2-metil)butironitrilo | 4,8 | - - - | - - - | - - - |
| (% en los monómeros) | ||||
| TBP (% en los monómeros) | 1,7 | - - - | - - - | - - - |
| Condiciones de la reacción | ||||
| Temperatura de reacción (ºC) | 138 | 200 | 210 | 213 |
| Tiempo de permanencia (minutos) | 420* | 12 | 12 | 12 |
| Características del producto | ||||
| Mn | 2.297 | 2.228 | 2.229 | 2.147 |
| Mw | 5.638 | 5.785 | 5.611 | 5.451 |
| Peso equivalente epoxi | 476 | 487 | 498 | 498 |
| * tiempo de reacción total; DTBP=peróxido de butilo di-terciario; TBP=perbenzoato de butilo terciario |
Ejemplo
7
Para demostrar los efectos positivos de la
inclusión de monómeros de acrilato no funcional en la mejora de la
procesabilidad de este invento, cada una de las mezclas de reacción
mostradas en la Tabla 7 se suministró continuamente a los CSTR de
diferente volumen comprendiendo cada uno un procedimiento similar al
descrito en la Fig. 2 y el Ejemplo 1. Se utilizaron CSTR de 500 ml
al 100% de volumen utilizable (reactores completamente ocupados de
líquido) y se utilizaron CSTR de 37,85 litros a menos del 100% del
volumen utilizable (reactores no completamente ocupados de líquido).
Sin reparar en el volumen empleado de la zona de reacción agitada,
el tiempo de permanencia promedio de la zona de reacción se controló
a 12 minutos. La temperatura de los CSTR se mantuvo constante a
diferentes valores dentro del intervalo de 193ºC a 232ºC. Los
correspondientes productos de reacción se desvolatilizaron
continuamente, se recogieron y analizaron como se ha descrito en el
Ejemplo 1. El producto polimérico resultante estaba sustancialmente
libre de partículas de gel. Los resultados se muestran a
continuación en la Tabla 7. Los reactores completamente ocupados de
líquido no mostraron formación de suciedad de gel en las cámaras de
aire.
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||||||
| Metacrilato de glicidilo | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 30 |
| Estireno | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 20 |
| Metacrilato de metilo | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 | 25 |
| Acrilato de ciclohexilo | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||||||
| Xileno (% en la mezcla total) | 9,25 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 | 9,5 |
| DTBP (% en la mezcla total) | 0,75 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Condiciones de la reacción | ||||||
| Temperaturas de reacción (ºC) | 193 | 193 | 193 | 193 | 193 | 193 |
| 204 | 213 | 210 | 210 | 207 | 207 | |
| 207 | 218 | 221 | 227 | 232 | 210 | |
| 210 | 232 | |||||
| Tamaño de la zona del reactor | 37,85 l | 500 ml | 500 ml | 500 ml | 500 ml | 37,85 l |
| Tiempo de permencia (minutos) | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
La Fig. 9 muestra el efecto del uso de un
monómero de acrilato adecuado, acrilato de ciclohexilo (CHA) en
este caso, en la productividad del procedimiento, medido como
conversión total de la mezcla de monómeros a producto de copolímeros
en el procedimiento. Como se muestra, con la introducción de tan
poco como el 5% de CHA en la fórmula, se consigue un gran incremento
en la productividad sobre un intervalo del procedimiento muy
ampliado. La introducción de una cantidad mayor o igual que
alrededor del 10% de CHA permite una operación altamente productiva
sobre el intervalo de temperatura total de este invento. Las líneas
son las curvas logarítmicas mejor ajustadas entre los
correspondientes puntos experimentales.
La Fig. 10 muestra el efecto del uso de CHA en la
conversión del monómero de metacrilato con funcionalidad epoxi y la
funcionalidad del producto (medido como conversión del metacrilato
de glicidilo). Como se muestra, con la introducción de tan poco como
5% de CHA en la fórmula, se consigue un gran aumento en la
conversión de metacrilato por encima de un intervalo del
procedimiento muy expandido. La introducción de una cantidad mayor
que alrededor del 10% de CHA permite una alta conversión del
metacrilato por encima del intervalo de temperatura total de este
invento. Las líneas son las curvas logarítmicas mejor ajustadas
entre los correspondientes puntos experimentales.
La Fig. 11 muestra el efecto del uso de CHA en la
conversión del monómero de metacrilato no funcional. Como se
muestra, con la introducción de tan poco como el 5% de CHA en la
fórmula, se consigue un gran aumento en la conversión del
metacrilato por encima de un intervalo del procedimiento muy
expandido. La introducción de una cantidad mayor que alrededor del
10% de CHA permite una alta conversión de metacrilato por encima del
intervalo de temperatura total de este invento. Las líneas son las
curvas logarítmicas mejor ajustadas entre los correspondientes
puntos experimentales.
La Fig. 12 muestra el comportamiento de Mw sin
modificar frente a Tg de diferentes puntos observados a través de la
apropiada selección del monómero de acrilato adecuado (en este caso
CHA sustituye al metacrilato de metilo) conforme a la Ecuación 1. La
línea a 30ºC representa un punto de corte arbitrario por debajo del
cual la Tg del producto copolimérico puede ser baja para las
aplicaciones de revestimientos en polvo, pero todavía buena para las
aplicaciones de revestimientos líquidos. Como se muestra, la
introducción de hasta el 20% de CHA en la fórmula de acuerdo con la
Ecuación 1, no afecta a la Tg del producto a un Mw dado, ni afecta a
la dependencia de Tg con el peso molecular. Las líneas son las
curvas logarítmicas mejor ajustadas entre los correspondientes
puntos experimentales a un CHA igual al 15%.
\newpage
Ejemplo
8
Una mezcla de reacción de 45% de metacrilato de
glicidilo, 45% de estireno, 9% de xileno y 1% de peróxido de butilo
di-terciario (relación de monómeros = 50% de
metacrilato de glicidilo y 50% de estireno) se suministró
continuamente al reactor del procedimiento similar al descrito en el
Ejemplo 1. El tiempo de permanencia promedio de la zona de reacción
se controló a 18 minutos en la zona de reacción agitada. La
temperatura de la zona de reacción agitada se mantuvo constante a
diferentes valores dentro del intervalo de 182ºC a 227ºC. El
producto de reacción se desvolatilizó continuamente, se recogió y
analizó como se ha descrito en el Ejemplo 1. Los productos
poliméricos resultantes estaban sustancialmente libres de partículas
de gel.
Los resultados se describen en la Tabla 8.
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | |||
| Metacrilato de glicidilo | 50 | 50 | 50 |
| Estireno | 50 | 50 | 50 |
| Otros componentes (% peso/peso) | |||
| Xileno (% en la mezcla total) | 9 | 9 | 9 |
| DTBP (% en la mezcla total) | 1 | 1 | 1 |
| Condiciones de la reacción | |||
| Temperatura de reacción (ºC) | 182 | 204 | 227 |
| Tiempo de permanencia | 18 | 18 | 18 |
| Características del producto | |||
| Mn | 3.132 | 2.020 | 1.319 |
| Mw | 10.509 | 5.136 | 2.710 |
| Peso equivalente epoxi | 287 | 288 | 288 |
| DTBP=peróxido de butilo di-terciario |
Ejemplo
9
Una mezcla de reacción de 45% de metacrilato de
glicidilo, 45% de acrilato de butilo, 7% de xileno y 3% de peróxido
de butilo di-terciario (relación de monómeros = 50%
de metacrilato de glicidilo y 50% de acrilato de butilo) se
suministró continuamente al reactor del procedimiento similar al
descrito en el Ejemplo 1. El tiempo de permanencia promedio de la
zona de reacción se controló a 24 minutos en la zona de reacción
agitada. La temperatura de la zona de reacción agitada se mantuvo
constante a 241ºC. El producto de reacción se desvolatilizó
continuamente, se recogió y analizó como se ha descrito en el
Ejemplo 1. Los productos poliméricos resultantes estaban
sustancialmente libres de partículas de gel.
Para comparación del comportamiento del
procedimiento, una mezcla de reacción de 41% de metacrilato de
glicidilo, 49% de acrilato de ciclohexilo, 7% de xileno y 3% de
peróxido de butilo di-terciario (relación de
monómeros = 45% de metacrilato de glicidilo y 55% de acrilato de
ciclohexilo) se suministró continuamente al reactor del
procedimiento similar al descrito en el Ejemplo 1. El tiempo de
permanencia promedio de la zona de reacción se controló a 24 minutos
en la zona de reacción agitada. La temperatura de la zona de
reacción agitada se mantuvo constante a 241ºC. El producto de
reacción se desvolatilizó, se recogió y analizó como se ha descrito
en el Ejemplo 1. Los productos poliméricos resultantes estaban
sustancialmente libres de partículas de gel.
Los resultados se describen en la Tabla 9.
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||
| Metacrilato de glicidilo | 50 | 45 |
| Acrilato de butilo | 50 | - - - |
| Acrilato de ciclohexilo | - - - | 55 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||
| Xileno (% en la mezcla total) | 7 | 7 |
| DTBP (% en la mezcla total) | 3 | 3 |
| Condiciones de la reacción | ||
| Temperatura de reacción (ºC) | 241 | 241 |
| Tiempo de permanencia | 24 | 24 |
| Características del producto | ||
| Mn | 974 | 916 |
| Mw | 1.540 | 1.573 |
| Peso equivalente epoxi | 292 | 327 |
| DTBP=peróxido de butilo di-terciario |
Ejemplo
10
Una mezcla de reacción de 44% de metacrilato de
glicidilo, 13% de estireno, 18% de metacrilato de metilo, 13% de
acrilato de isobornilo, 10% de xileno y 2% de peróxido de butilo
di-terciario (relación de monómeros = 50% de
metacrilato de glicidilo, 14,8% de estireno, 20,4% de metacrilato de
metilo y 14,8% de acrilato de isobornilo) se suministró
continuamente al reactor del procedimiento que comprende un CSTR de
7,57 litros. El tiempo de permanencia promedio de la zona de
reacción se controló a 18 minutos en la zona de reacción agitada. La
temperatura de la zona de reacción agitada se mantuvo constante a
diferentes valores dentro del intervalo de 171ºC a 182ºC. El
producto de reacción se desvolatilizó continuamente, se recogió y
analizó como se ha descrito en el Ejemplo 1. Los productos
poliméricos resultantes estaban sustancialmente libres de
partículas de gel.
Para objetivos de comparación, una mezcla de
reacción de 44% de metacrilato de glicidilo, 13% de estireno, 18%
de metacrilato de metilo, 13% de acrilato de isobornilo, 9,6% de
xileno y 2,4% de peróxido de amilo di-terciario
(relación de monómeros = 50% de metacrilato de glicidilo, 14,8% de
estireno, 20,4% de metacrilato de metilo y 14,8% de acrilato de
isobornilo) se suministró continuamente al reactor del procedimiento
que comprende el mismo CSTR de 7,57 litros. El tiempo de permanencia
promedio de la zona de reacción se controló del mismo modo a 18
minutos en la zona de reacción agitada. La temperatura de la zona de
reacción agitada se mantuvo también constante a diferentes valores
dentro del intervalo de 171ºC a 182ºC. El producto de reacción se
desvolatilizó continuamente, se recogió y analizó como se ha
descrito en el Ejemplo 1. Los productos poliméricos resultantes
estaban sustancialmente libres de partículas de gel.
Los resultados comparativos se describen en la
Tabla 10.
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | ||||||
| Metacrilato de glicidilo | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
| Estireno | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 |
| Metacrilato de metilo | 20,4 | 20,4 | 20,4 | 20,4 | 20,4 | 20,4 |
| Acrilato de isobornilo | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 | 14,8 |
| Otros componentes (% peso/peso) | ||||||
| Xileno (% en la mezcla total) | 10,0 | 9,6 | 10,0 | 9,6 | 10,0 | 9,6 |
| DTBP (% en la mezcla total) | 2,0 | - - - | 2,0 | - - - | 2,0 | - - - |
| DTAP (% en la mezcla total) | - - - | 2,4 | - - - | 2,4 | - - - | 2,4 |
| Condiciones de la reacción | ||||||
| Temperatura de reacción (ºC) | 171 | 171 | 177 | 177 | 182 | 182 |
| Tiempo de permanencia (minutos) | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 |
| Características del producto | ||||||
| Mn | 2.290 | 2.187 | 1.954 | 1.888 | 1.692 | 1.648 |
| Mw | 7.037 | 5.253 | 5.225 | 4.251 | 4.151 | 3.484 |
| Mz | 15.216 | 9.199 | 10.862 | 7.335 | 8.852 | 5.996 |
| Peso equivalente epoxi | 290 | 292 | 293 | 295 | 295 | 297 |
| DTBP=peróxido de butilo di-terciario | ||||||
| DTAP=peróxido de amilo di-terciario |
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
11
Una mezcla de reacción de 45% de metacrilato de
glicidilo, 27% de estireno, 18% de acrilato de
2-etilhexilo, 9% de xileno y 1% de peróxido de
butilo di-terciario (relación de monómeros = 50% de
metacrilato de glicidilo, 30% de estireno y 20% de acrilato de
2-etilhexilo) se suministró continuamente al reactor
del procedimiento similar al descrito en el Ejemplo 1. El tiempo de
permanencia promedio de la zona de reacción se controló a 12 minutos
en la zona de reacción agitada. La temperatura de la zona de
reacción agitada se mantuvo constante a diferentes valores dentro
del intervalo de 204ºC a 232ºC. El producto de la reacción se
desvolatilizó continuamente, se recogió y analizó como se ha
descrito en el Ejemplo 1. Los productos poliméricos resultantes
estaban sustancialmente libres de partículas de
gel.
gel.
Los resultados se describen en la Tabla 11.
| Mezcla de monómeros (% peso/peso) | |||
| Metacrilato de glicidilo | 50 | 50 | 50 |
| Estireno | 30 | 30 | 30 |
| Acrilato de 2-etilhexilo | 20 | 20 | 20 |
| Otros componentes (% peso/peso) | |||
| Xileno (% en la mezcla total) | 9 | 9 | 9 |
| DTBP (% en la mezcla total) | 1 | 1 | 1 |
| Condiciones de la reacción | |||
| Temperatura de reacción (ºC) | 204 | 218 | 232 |
| Tiempo de permanencia | 12 | 12 | 12 |
| Características del producto | |||
| Mn | 1.901 | 1.443 | 1.148 |
| Mw | 4.734 | 3.056 | 2.162 |
| Peso equivalente epoxi | 287 | 290 | 293 |
| DTBP=peróxido de butilo di-terciario |
Se entiende que el invento no se limita a las
formulaciones y disposiciones particulares de partes ilustradas y
descritas en este contexto, sino que abarca todas las formas
modificadas de los mismos como entra en el alcance de las siguientes
reivindicaciones.
Claims (25)
1. Un procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, para preparar un producto polimérico con
funcionalidad epoxi, polimerizado por el mecanismo de radicales
libres, que comprende:
(a) cargar continuamente en un reactor,
monómero(s) que comprende(n):
- (i)
- al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi;
- (ii)
- al menos un monómero de metacrilato no funcional; y
- (iii)
- al menos un monómero de acrilato no funcional; y
(b) mantener una temperatura eficaz en el reactor
durante un periodo de tiempo eficaz para provocar la polimerización
de los monómeros para producir un producto polimérico, tal que el
producto polimérico se forma sustancialmente libre de partículas de
gel.
2. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que (a)
comprende además cargar continuamente en el reactor un disolvente en
una cantidad hasta el 40 por ciento en peso del peso total de los
monómeros.
3. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que la
temperatura eficaz es de 160ºC a 270ºC y el periodo de tiempo eficaz
para la permanencia de los monómeros dentro del reactor es menor que
60 minutos.
4. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que el
monómero acrílico con funcionalidad epoxi es metacrilato de
glicidilo.
5. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que los
monómeros comprenden además al menos un monómero estirénico no
funcional.
6. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que los
monómeros comprenden al menos dos diferentes monómeros de
metacrilato no funcional.
7. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que los
monómeros comprenden además al menos dos monómeros de metacrilato no
funcional diferentes y al menos un monómero estirénico no
funcional.
8. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que (a)
comprende además cargar continuamente en el reactor, al menos un
iniciador de la polimerización por radicales libres.
9. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 8, en el que el
iniciador de la polimerización por radicales libres es peróxido de
di-t-amilo.
10. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que el
monómero de acrilato no funcional comprende acrilato de
ciclohexilo.
11. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 10, en el que se añade
acrilato de ciclohexilo en una cantidad de al menos 5 por ciento en
peso basado en el peso total de los monóme-
ros.
ros.
12. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 10, en el que se añade
acrilato de ciclohexilo en una cantidad mayor que alrededor de 10
por ciento basado en el peso total de los monóme-
ros.
ros.
13. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 10, en el que está
presente acrilato de ciclohexilo en una cantidad de hasta 20 por
ciento basado en el peso total de los monómeros.
14. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que el
monómero de acrilato no funcional comprende acrilato de
isobornilo.
15. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, que comprende además
prelimpiar el reactor con un disolvente adecuado antes de cargar
continuamente los monómeros en el reactor.
16. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 15, en el que el
disolvente adecuado para prelimpiar el reactor es
N-metilpirolidona.
17. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que (a)
comprende además cargar continuamente en el reactor:
(i) de 15 por ciento a 60 por ciento en peso de
monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total
de los monómeros;
(ii) hasta 85 por ciento en peso de monómeros de
metacrilato no funcional y de acrilato no funcional combinados,
basado en el peso total de los monómeros;
(iii) 0,0005 a 0,06 moles de al menos un
iniciador de la polimerización por radicales libres por mol de
monómeros;
(iv) 0 por ciento a 25 por ciento en peso de al
menos un monómero estirénico no funcional basado en el peso total
de los monómeros; y
(v) 0 por ciento a 15 por ciento en peso de
disolvente basado en el peso total de los monómeros.
18. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que los
monómeros de metacrilato no funcional y de acrilato no funcional se
seleccionan del grupo que consiste en metacrilato de metilo,
metacrilato de butilo, acrilato de butilo, metacrilato de isobutilo,
metacrilato de ciclohexilo, metacrilato de isobornilo y
combinaciones de los mismos.
19. El procedimiento de polimerización a alta
temperatura, continuo, de la reivindicación 1, en el que al menos
el 60 por ciento de los monómeros de metacrilato con funcionalidad
epoxi y no funcional totales se incorporan en el producto
polimérico.
20. Una composición del revestimiento en polvo,
que comprende:
(a) el producto polimérico hecho según el
procedimiento de la reivindicación 1; y
(b) otros materiales suficientes para formar la
composición del revestimiento en polvo cuando se combinan con el
producto polimérico.
21. Una composición del revestimiento en polvo,
que comprende:
(a) un producto polimérico, consistiendo el
producto polimérico esencialmente en:
- (i)
- 1 por ciento a 100 por cien en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros;
- (ii)
- opcionalmente de 0 por ciento a 99 por ciento en peso de al menos un monómero no funcional que es un monómero polimerizable por radicales libres, no funcional, tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico, tal que el producto polimérico comprende al menos 40 por ciento en peso de monómeros con funcionalidad epoxi polimerizados;
(b) otros materiales suficientes para formar un
revestimiento claro en polvo cuando se combinan con el producto
polimérico, en el que la composición del revestimiento claro en
polvo presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones
normales.
22. Una composición del revestimiento en polvo,
que comprende:
(a) un producto polimérico, consistiendo el
producto polimérico esencialmente en:
- (i)
- 15 por ciento a 60 por ciento en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros;
- (ii)
- hasta 85 por ciento en peso de al menos un monómero no funcional seleccionado del grupo que consiste en monómeros de acrilato no funcional, monómeros de metacrilato no funcional y combinaciones de los mismos, basado en el peso total de los monómeros, tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico; y
- (iii)
- 0 a 25 por ciento en peso de al menos un monómero estirénico no funcional basado en el peso total de los monómeros, tal que el producto polimérico comprende al menos 40 por ciento en peso de monómeros con funcionalidad epoxi polimerizados;
(b) otros materiales suficientes para formar un
revestimiento claro en polvo cuando se combinan con el producto
polimérico, en el que la composición del revestimiento claro en
polvo presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones
normales.
23. Una composición del revestimiento líquido,
que comprende:
(a) el producto polimérico hecho según el
procedimiento de la reivindicación 1; y
(b) otros materiales suficientes para formar una
composición del revestimiento líquido cuando se combinan con el
producto polimérico.
24. Una composición del revestimiento líquido,
que comprende:
(a) un producto polimérico, consistiendo el
producto polimérico esencialmente en:
- (i)
- 1 por ciento a 100 por cien en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros;
- (ii)
- opcionalmente de 0 por ciento a 99 por ciento en peso de al menos un monómero no funcional que es un monómero polimerizable por radicales libres, no funcional, tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico; y
(b) otros materiales suficientes para formar un
revestimiento claro líquido cuando se combinan con el producto
polimérico, en el que la composición del revestimiento líquido
presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones
normales.
25. Una composición del revestimiento claro
líquido, que comprende:
(a) un producto polimérico, consistiendo el
producto polimérico esencialmente en:
- (i)
- 15 por ciento a 60 por ciento en peso de al menos un monómero acrílico con funcionalidad epoxi basado en el peso total de los monómeros;
- (ii)
- hasta 85 por ciento en peso de al menos un monómero no funcional seleccionado del grupo que consiste en monómeros de acrilato no funcional, monómeros de metacrilato no funcional y combinaciones de los mismos basado en el peso total de los monómeros;
- (iii)
- 0 a 25 por ciento en peso de al menos un monómero estirénico no funcional basado en el peso total de los monómeros, tal que los monómeros se polimerizan dando el producto polimérico y
(b) otros materiales suficientes para formar un
revestimiento claro líquido cuando se combinan con el producto
polimérico, en el que la composición del revestimiento líquido
presenta un valor de Delta b de 1,2 o menor en condiciones
normales.
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