ES2953722T3

ES2953722T3 - Composición de revestimiento ignífuga, no intumescente y sin halógenos

Info

Publication number: ES2953722T3
Application number: ES20722280T
Authority: ES
Inventors: Toolika Agrawal Rhoades; Daniel Eovaldi; Dmitry Zager
Original assignee: Akzo Nobel Coatings International BV
Current assignee: Akzo Nobel Coatings International BV
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: KR102700698B1; AU2020266741A1; CN114008145A; JP7281560B2; US20220235233A1; JP2022531214A; CA3138009A1; EP3963012B1; KR20220002985A; WO2020221660A1; EP3963012A1; MX2021013274A; EP3963012C0

Abstract

La invención se refiere a una composición de revestimiento retardante del fuego, no intumescente y libre de halógenos que comprende (a) un polímero de (met)acrilato, en la que la temperatura de transición vítrea (Tg) del polímero de (met)acrilato es al menos 45°C, medido con MDSC a 5°C/min como se describe en la descripción, (b) un poliuretano, en el que el poliuretano se basa en un policarbonato poliol, y (c) polifosfato de amonio (APP). Las composiciones de revestimiento tienen una larga estabilidad en almacenamiento y dan como resultado revestimientos con buenas propiedades ignífugas, resistencia mecánica y resistencia química y a las manchas. La composición de recubrimiento contiene únicamente retardadores de fuego libres de halógenos para la seguridad ambiental y la reducción de la toxicidad. Las composiciones de revestimiento se pueden utilizar para diversos sustratos, incluidos sustratos plásticos, compuestos y metálicos, y son especialmente adecuadas para revestimientos de cabinas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Composición de revestimiento ignífuga, no intumescente y sin halógenos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una composición de revestimiento ignífuga útil en el ámbito de los revestimientos de cabina.

Antecedentes

Se han desarrollado revestimientos ignífugos para controlar el fuego por diversos medios, como el aumento de la temperatura de combustión, la reducción de la velocidad de combustión, la reducción de la propagación de la llama y la reducción de la generación de humo. En la industria aeronáutica comercial, los componentes interiores de los aeronaves suelen ser estructuras intercaladas que comprenden un panel estructural central intercalado entre revestimientos exteriores. Tales componentes interiores, como suelos, paredes laterales, revestimientos de paneles, marcos de ventanas, tabiques, mamparos, techos y compartimentos de estiba, deben resistir el fuego y emitir cantidades mínimas de humo y/u otros gases tóxicos durante la combustión.

Las normas de pirorresistencia en Estados Unidos las establece la Administración Federal de Aviación. Para los componentes interiores de las aeronaves, el Reglamento FAR 25.853 incluye requisitos de inflamabilidad para los materiales utilizados en muchas aeronaves que funcionan en Estados Unidos. En concreto, FAR 25.853 exige un tiempo de combustión del material no superior a quince segundos, una longitud de combustión no superior a 15,24 cm (seis pulgadas) y una llama de goteo no superior a tres segundos.

Desarrollar revestimientos retardantes de llama eficaces y respetuosos con el medio ambiente que contengan pirorretardantes sin halógenos y que cumplan el índice FAR de liberación de calor y tengan la estética necesaria para las piezas decorativas ha sido todo un reto.

Los sistemas intumescentes se utilizan ampliamente en revestimientos ignífugos. Cuando se exponen a temperaturas suficientemente altas, estos revestimientos experimentan una expansión significativa formando una capa carbonosa (escoria de hulla) térmicamente aislante. En los revestimientos intumescentes convencionales, la parte intumescente del revestimiento ignífugo comprende tres componentes distintos, en concreto, un catalizador de ácido fosfórico, un agente carbonoso de carbonización, y un agente de expansión.

Sin embargo, los sistemas intumescentes solo son eficaces con espesores de película elevados (normalmente >200 micrómetros). Además, se utilizan principalmente en aplicaciones no decorativas, p. ej., protección estructural de estructuras de acero y aluminio, donde el brillo, el tacto y el aspecto del revestimiento no son importantes. Además, los revestimientos intumescentes generaban cantidades significativas de humo. Dado que el espesor de los revestimientos para las aplicaciones en el interior de las cabinas de los aeronaves suele variar entre 50 y 100 micrómetros debido a las limitaciones de peso, lo que limita enormemente el uso de los revestimientos intumescentes.

Se desea proporcionar una composición de revestimiento que cumpla los requisitos de FAR 25.853, incluso cuando se aplica en espesores de película inferiores a 200 micrómetros, preferiblemente inferiores a 100 micrómetros. Además, se desea que la composición de revestimiento no sea intumescente ni contenga halógenos. También es deseable que dicha composición de revestimiento pueda formularse como una composición de base acuosa. Preferiblemente, la composición de revestimiento no requiere un reticulante (en particular, no contiene isocianato). Se desea además que el revestimiento tenga buenas propiedades mecánicas, resistencia a las manchas y estética cuando se aplica en capas relativamente finas. También se desea que la composición de revestimiento tenga una larga estabilidad de almacenamiento.

Compendio de la invención

Para responder a los deseos antes mencionados, la presente invención proporciona, en un primer aspecto, una composición de revestimiento ignífuga, no intumescente y sin halógenos que comprende:

(a) un polímero de (met)acrilato, en donde la temperatura de transición vítrea Tg del polímero de (met)acrilato es de al menos 45°C medida con MDSC a 5°C/min como se describe más adelante en la descripción,

(b) un poliuretano, en donde el poliuretano está basado en un poliol de policarbonato, y en donde el poliuretano está presente en una cantidad del 15-70% en peso del peso total de los polímeros empleados como aglutinantes, y

(c) polifosfato de amonio,

estando dicha composición de revestimiento exenta de un agente de carbonización y de un agente de expansión.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un método para revestir un sustrato que comprende aplicar la composición de revestimiento según la invención a un sustrato opcionalmente imprimado y, posteriormente, curar la composición de revestimiento En otro aspecto, la invención también proporciona un sustrato revestido según el método de la invención.

Descripción detallada de la invención

La composición de revestimiento según la presente invención es una composición ignífuga, no intumescente y sin halógenos.

"Sin halógenos" significa que la composición no contiene ningún compuesto que contenga halógenos, es decir, compuestos que contengan flúor, cloro, bromo o yodo. Son ejemplos de tales compuestos parafinas cloradas, ácido clorhídrico, decabromodifeniléter (decaBDE), decabromodifeniletano, compuestos poliméricos bromados tales como poliestirenos bromados, carbonato bromado (BCO), oligómeros epoxídicos bromados (BEO), anhídrido tetrabromoftálico, tetrabromobisfenol A (TBBPA) y hexabromociclododecano (HBCD) Preferiblemente, la composición de revestimiento tampoco contiene compuestos de antimonio tales como, por ejemplo, trióxido de antimonio, pentóxido de antimonio y antimonato de sodio. Por lo tanto, la composición de revestimiento según la invención no produce emisiones tóxicas por incendio.

La composición de revestimiento es además una composición de revestimiento no intumescente. Los revestimientos intumescentes forman una espuma gruesa y altamente aislante en la superficie del sustrato cuando se exponen al calor o a las llamas. Esto se consigue mediante el uso de un agente de carbonización (por ejemplo, alcohol polihídrico tal como (di)pentaeritritol) y un agente de expansión (tal como melamina o urea). Por lo tanto, la presente composición de revestimiento no contiene agente de carbonización ni agente de expansión.

La composición de revestimiento según la presente invención es preferiblemente de base acuosa, lo que significa que el agua es el componente principal de la fase disolvente, en la que se disuelven o dispersan las resinas aglutinantes. "Disolvente" se utiliza en este documento para incluir tanto el agua como los disolventes orgánicos. "Componente principal" significa que está presente en mayor cantidad que cualquier otro disolvente. Preferiblemente, el agua constituye al menos el 30% en peso, más preferiblemente al menos el 50% en peso, aún más preferiblemente al menos el 60% en peso, más preferiblemente al menos el 70% en peso de todos los disolventes.

No obstante, si se desea, la composición de revestimiento también puede formularse como basado en disolvente, lo que significa que el componente principal de la fase disolvente es un disolvente orgánico o una mezcla de disolventes orgánicos.

La composición de revestimiento comprende resinas aglutinantes, un pirorretardante y, opcionalmente, otros componentes, que se describen a continuación.

Resinas aglutinantes

Como resinas aglutinantes, la presente composición de revestimiento contiene una mezcla de al menos un polímero de (met)acrilato y al menos un poliuretano.

Polímero de (met)acrilato

El polímero de (met)acrilato puede ser un homopolímero o, preferiblemente, un copolímero. El copolímero puede prepararse a partir de una mezcla de monómeros que comprenda monómeros de (met)acrilato. Opcionalmente, pueden utilizarse monómeros distintos de los de (met)acrilato. Cuando se utiliza un "monómero de (met)acrilato" a lo largo de esta descripción, esto significa un monómero con una funcionalidad metacrilato o acrilato. El polímero de (met)acrilato se suministra preferiblemente en forma de emulsión acuosa.

El polímero de (met)acrilato puede prepararse por métodos conocidos de polimerización por adición a partir de una mezcla de monómeros que comprenda monómeros de (met)acrilato. Son ejemplos de monómeros de (met)acrilato ácido (met)acrílico y sus ésteres alifáticos y cicloalifáticos, tales como (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-propilo, (met)acrilato de isopropilo, (met)acrilato de butilo, (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de n-pentilo, (met)acrilato de neopentilo, (met)acrilato de ciclohexilo, (met)acrilato de 2-hexilo, (met)acrilato de 2-etilhexilo, (met)acrilato de estearilo y (met)acrilato de laurilo y sus mezclas. Los monómeros de (met)acrilato pueden incluir además ésteres hidroxialquílicos del ácido acrílico y/o del ácido metacrílico, tales como (met)acrilato de 2-hidroxietilo, (met)acrilato de 2-hidroxipropilo, (met)acrilato de 3-hidroxipropilo, (met)acrilato de 3-hidroxibutilo y 4-hidroxibutil (met)acrilato, ácido (met)acrílico, di(met)acrilato de etanodiol, di(met)acrilato de 1,4-butanodiol, di(met)acrilato de 1,6-hexanodiol, tri(met)acrilato de trimetilolpropano, di(met)acrilato de pentaeritritol y (met)acrilato de alilo. Los monómeros de (met)acrilato particularmente preferidos para preparar el poliuretano se seleccionan del grupo que consiste en (met)acrilato de n-butilo, (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de 2-hidroxipropilo, (met)acrilato de 3-hidroxipropilo, ácido (met)acrílico y mezclas de los mismos.

La mezcla de monómeros también puede comprender otros monómeros copolimerizables, tales como monómeros vinílicos, por ejemplo, estireno y estireno sustituido. En algunas realizaciones, el polímero de (met)acrilato es un copolímero de estireno-(met)acrilato, lo que significa que el copolímero contiene al menos comonómeros de (met)acrilato y estireno. En algunas realizaciones, sin embargo, puede preferirse que solo se utilicen monómeros de (met)acrilato.

Para iniciar la copolimerización, normalmente se utiliza al menos un iniciador tal como, por ejemplo, peroxi-2-etilhexanoato de terc-butilo.

El polímero de (met)acrilato resultante tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) de al menos 45°C, más preferiblemente al menos 50°C, y aún más preferiblemente en el intervalo de 55-90°C. La expresión "temperatura de transición vítrea" es bien conocida en la técnica y generalmente define el inicio del movimiento molecular de largo alcance en el que el polímero conserva la apariencia externa de un sólido, pero se vuelve gomoso y luego pegajoso con el aumento de la temperatura y experimenta flujo plástico y deformación elástica.

La temperatura de transición vítrea Tg se determina mediante calorimetría diferencial de barrido modulada (MDSC) con TA Instruments Q2000, realizada en la opción de modulación, con una amplitud de 1°C, un periodo de 40 s y un intervalo de calentamiento subyacente de 5°C/min. Se utiliza helio como gas de purga a un flujo de 50 ml/min. Se realizan dos ciclos convencionales (uno después del otro en un método), utilizándose el segundo ciclo para reseñar la Tg.

Los inventores consideran, sin desear quedar ligados a teoría alguna, que la Tg relativamente alta del polímero de (met)acrilato contribuye a mejorar la resistencia a las manchas del revestimiento resultante.

El polímero de (met)acrilato tiene preferiblemente pesos moleculares tanto en promedio numérico Mn como promedio ponderal Mw de al menos 100.000 g/mol, más preferiblemente en el intervalo 500.000 - 5.000.000 g/mol. Los pesos moleculares pueden determinarse mediante análisis de cromatografía de permeación en gel (GPC) con tetrahidrofurano (THF) (+ ácido acético al 0,1%) como eluyente (1 ml/min) en una combinación de columna de estirenodivinilbenceno. La calibración se realiza con patrones de poliestireno. El elevado peso molecular permite formular la composición de revestimiento como 1K (un componente) sin necesidad de reticulante.

La emulsión de polímero de (met)acrilato tiene preferiblemente un contenido de sólidos de 10 a 60% en peso, más preferiblemente de 20 a 50% en peso. El contenido de sólidos puede determinarse, por ejemplo, de conformidad a la norma DIN EN ISO 3251, con una masa inicial de 1,0 g de muestra, una duración del ensayo de 60 minutos y una temperatura de 125°C.

El polímero de (met)acrilato puede tener alguna funcionalidad ácida (es decir, preparado a partir de una mezcla de monómeros que contenga al menos un monómero con funcionalidad ácida), a fin de facilitar la dispersabilidad en agua. Preferiblemente, tiene un índice de acidez inferior a 20 mg KOH/g, más preferiblemente inferior a 10 mg KOH/g, y aún más preferiblemente en el intervalo de 1-7 mg KOH/g. En el contexto de la presente invención, el índice de acidez se mide mediante valoración potenciométrica, por ejemplo, según la norma DIN EN ISO 3682.

El polímero de (met)acrilato tiene preferiblemente un índice de OH (índice de hidroxilo) inferior a 5 mg KOH/g de resina. En algunas realizaciones, el polímero de (met)acrilato no tiene funcionalidad OH y tiene un índice de OH de sustancialmente 0 mg KOH/g de resina. El índice de hidroxilo puede medirse mediante valoración potenciométrica utilizando el método TSI, por ejemplo, según la norma ASTM E1899-08.

Las emulsiones comerciales de (met)acrilato incluyen Setaqua® 6770, Setaqua® 6756, Setaqua® 6766 de Allnex, Bayhydrol® A2427 de Bayer, Ottopol® KX-99 de Gellner Industrial, LLC, Joncryl® 540, Joncryl® 1532, Joncryl® 1982 de BASF, Picassian® AC-122, Picassian® AC-126, Picassian® AC-169, Picassian® a C-176 de Stahl.

Se obtienen resultados especialmente buenos cuando se utiliza una emulsión de (met)acrilato autorreticulante. "Autoreticulante" significa en la presente descripción que se proporciona como un sistema de "un solo recipiente" en el que todos los componentes reactivos están presentes y son estables al almacenamiento a largo plazo. Los grupos funcionales reactivos complementarios pueden estar presentes en la misma cadena polimérica, o puede utilizarse un agente reticulante externo. La reacción de reticulación puede desencadenarse por la evaporación del agua al secarse, por un cambio de pH o por el curado a temperatura elevada, donde la reacción de reticulación es más rápida o los grupos reactivos se desbloquean.

Los sistemas de autorreticulación pueden estar basados en la reacción de las azeridinas con grupos ácidos de la estructura básica del polímero, la reacción de la funcionalidad hidroxilo de la estructura básica con isocianatos o melaminas añadidos posteriormente, la reacción de las aminas con funcionalidad epoxi, que pueden estar en la estructura básica del polímero o ser externas, la autooxidación de grupos de ácidos grasos incorporados, la autocondensación de la funcionalidad alcoxi-silano, la autocondensación de la n-metilolacrilamida, la coordinación de iones metálicos con grupos funcionales de la estructura básica, tal como grupos acetoacetoxi o grupos ácidos, y la reacción de grupos acetoacetoxi con aminas o grupos acetoacetoxi con grupos insaturados en una reacción de Michael.

Las resinas autorreticulantes pueden prepararse a partir de una mezcla de monómeros que contenga un monómero con una funcionalidad (auto)reticulante. El monómero con una funcionalidad (auto)reticulante está presente preferiblemente en una cantidad inferior al 5% en peso, más preferiblemente inferior al 4% en peso, más preferiblemente que en el intervalo de 0,5-3% en peso, basado en el peso total de la mezcla de monómeros.

El monómero con funcionalidad reticulante es preferiblemente acrilamida de diacetona (DAAM) y el agente reticulante complementario presente en la emulsión de (met)acrilato es dihidrazida adípica (ADH). La reacción entre estos grupos elimina el agua, lo que contribuye a una buena estabilidad de almacenamiento en emulsiones acuosas. El agente reticulante está presente preferiblemente en una cantidad de 0,5-1,0 equivalentes a los grupos diacetona acrilamida cetona presentes en el polímero de (met)acrilato.

Cuando una emulsión de polímero de (met)acrilato autorreticulante contiene un agente reticulante, el agente reticulante está presente preferiblemente en una cantidad inferior al 5% en peso basado en el peso sólido del polímero de (met)acrilato. Preferiblemente, el agente reticulante está presente en una cantidad inferior al 1% en peso basado en el peso total de la composición de revestimiento.

Las emulsiones comerciales de (met)acrilato con funcionalidad autorreticulante son, por ejemplo, Setaqua® 6766, Setaqua® 6770, ambas de Allnex, Picassian® AC-122, Picassian® AC-169 de Stahl.

El polímero de (met)acrilato está presente preferiblemente en una cantidad del 10-50% en peso, más preferiblemente del 14-40% en peso del peso total de la composición de revestimiento. El polímero de (met)acrilato está presente preferiblemente en una cantidad del 30-85% en peso, más preferiblemente del 40-60% en peso del peso total de los polímeros empleados como aglutinantes.

Poliuretano

La segunda resina aglutinante utilizada en la mezcla es poliuretano. Preferiblemente, se proporciona en forma de dispersión acuosa de poliuretano (PUD).

Los poliuretanos normalmente se preparan a partir de al menos un poliisocianato y al menos un poliol.

Los poliisocianatos que pueden utilizarse en la síntesis de poliuretano son conocidos en este contexto para el experto, tales como, por ejemplo, diisocianato de hexametileno, diisocianato de octametileno, diisocianato de decametileno, diisocianato de dodecametileno, diisocianato de tetradecametileno, diisocianato de trimetilhexano, diisocianato de tetrametilhexano, diisocianato de isoforona, isocianato de 2-isocianatopropilciclohexilo, 2,4'-diisocianato de diciclohexilmetano, 4,4'-diisocianato de diciclohexilmetano,1,4- o 1,3-bis(isocianato-metil)ciclohexano, 1,4- o 1,3- o 1,2-diisocianatociclohexano, 2,4- o 2,6-diisocianato-1-metilciclohexano, o mezclas de estos poliisocianatos. Se da preferencia a los dímeros y/o trímeros de los poliisocianatos mencionados, que son conocidos por sí mismos - más particularmente, uretdionas e isocianuratos de los poliisocianatos mencionados, especialmente de los diisocianatos mencionados, que son conocidos por sí mismos y que también están disponibles comercialmente. Se prefieren los isocianatos alifáticos, tales como diisocianato de isoforona (IPDI) e isocianatos cicloalifáticos, tales como diisocianato de metilendiciclohexilo (H12MDI), 1,3-cis bis(isocianometil)ciclohexano, 1,3-trans bis(isocianometil)ciclohexano, 1,4-cis bis(isocianometil)ciclohexano, 1,4-trans bis( isocianometil)ciclohexano y mezclas de los mismos. El término "poliol" se refiere a cualquier compuesto orgánico que tenga dos (2) o más grupos hidroxilo (-OH) capaces de reaccionar con un grupo isocianato. Los polioles útiles para la preparación de dispersiones de poliuretano son generalmente conocidos por un experto en la materia. Los polioles adecuados pueden incluir polioles de poliéter, polioles de poliéster, polioles de policarbonato y polioles de polilactona. De acuerdo con la invención, el poliuretano está basado en un poliol de policarbonato.

Los polioles de policarbonato son conocidos por los expertos en la materia. Pueden prepararse, por ejemplo, haciendo reaccionar fosgeno o un monómero de carbonato (normalmente carbonato de dimetilo (DMC)) con un monómero de diol o una mezcla de monómeros de diol. Son ejemplos de dioles adecuados glicoles tales como etilenglicol, propilenglicol, butilenglicol, butano-1,4-diol, hexano-1,6-diol, neopentilglicol y otros dioles, tales como 1,4-dimetilolciclohexano o 2-butil-2-etil-1,3-propanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,4-ciclohexano-dimetanol, 1,3-propanodiol y sus mezclas.

En algunas realizaciones, el poliuretano puede tener una Tg inferior a 90°C, más preferiblemente en el intervalo 30-80°C, aún más preferiblemente en el intervalo 40-70°C.

El poliuretano tiene preferiblemente un peso molecular promedio en número Mn de 2.000 a 100.000 g/mol, más preferiblemente de 5.000 a 50.000. El poliuretano tiene preferiblemente un peso molecular promedio ponderal Mw de 5.000 a 100.000 g/mol, más preferiblemente de 10.000 a 50.000 g/mol.

Preferiblemente, el poliuretano contiene alguna funcionalidad ácida, para ayudar a la dispersabilidad en agua. En algunas realizaciones, el poliuretano tiene preferiblemente un índice de acidez inferior a 10 mg, o incluso inferior a 5 mg KOH/g de resina.

El poliuretano tiene preferiblemente un índice de OH (índice de hidroxilo) inferior a 5 mg KOH/g de resina. En algunas realizaciones, el poliuretano no tiene funcionalidad OH y tiene un índice de OH de sustancialmente 0 mg KOH/g resina.

El poliuretano puede prepararse opcionalmente en presencia de un catalizador tal como dilaurato de dibutilestaño. La preparación del poliuretano puede tener lugar preferiblemente en un disolvente orgánico tal como metiletilcetona (MEK). El poliuretano resultante puede neutralizarse opcionalmente con al menos un agente neutralizante, tal como amoniaco o aminas, por ejemplo trietilenamina, y dispersarse en agua. A continuación, el disolvente orgánico puede eliminarse, por ejemplo, por destilación a presión reducida. Una dispersión obtenida de este modo puede retener una fracción del disolvente orgánico, utilizado al preparar el poliuretano, que está como máximo en un intervalo de 0,2 a 1,5% en peso, preferiblemente de 0,2 a 1,0% en peso o de 0,2 a 0,6% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

La dispersión de poliuretano tiene preferiblemente un contenido de sólidos de 5 a 60% en peso, más preferiblemente de 10 a 50% en peso.

Las dispersiones de poliuretano comerciales adecuadas son, por ejemplo, Picassian® PU461, PU676, Relca PU 655, todos de Stahl, Bayhydrol® UH 2557, Bayhydrol® UH 2593/1, ambos de Bayer, SILIKo Pu R® 8081 de Evonik, Hauthane L-2897 de Hauthaway.

El poliuretano es presente en una cantidad de 15-70% en peso, preferiblemente 20-50% en peso del peso total de los polímeros empleados como aglutinantes.

La razón en peso entre el polímero de (met)acrilato y el poliuretano está preferiblemente en el intervalo de 1:5 a 5:1, más preferiblemente en el intervalo de 1:1 a 4:1, basado en el peso sólido de los polímeros.

En las realizaciones en las que la composición de revestimiento de la invención es una composición de base acuosa se prefiere que tanto el polímero de (met)acrilato como el poliuretano sean solubles o dispersables en agua. Esto significa que los polímeros no precipitan en un medio acuoso como aglomerados insolubles, sino que forman una solución o una dispersión fina. Para ello, pueden incorporarse grupos iónicos, tales como grupos carboxílicos, a la cadena polimérica utilizando los monómeros correspondientes durante la polimerización. Tales grupos carboxílicos pueden además neutralizarse para una dispersión más eficaz con agentes neutralizantes, preferiblemente amoniaco, aminas y/o, en particular, aminoalcoholes. Algunos ejemplos de agentes de neutralización incluyen amoniaco y aminas, tales como di- y trietilamina, dimetilaminoetanol, diisopropanolamina, morfolinas y/o N-alquilmorfolinas.

Pirorretardantes

En la presente invención, el polifosfato de amonio (APP) se utiliza como el pirorretardante principal. El polifosfato de amonio es una sal inorgánica de ácido polifosfórico y amoniaco con la fórmula química [NH4PO₃]n(OH)₂, en la que n es un número entero superior a 1, preferiblemente en el intervalo 2-500.

Normalmente, el APP se utiliza en composiciones de revestimiento intumescentes, junto con un agente de carbonización y un agente de expansión. En la presente invención, sin embargo, no hay ningún agente de carbonización ni de expansión y el APP se utiliza en una composición de revestimiento no intumescente. Fue sorprendente que el APP utilizado sin un agente de carbonización ni un agente de expansión, en combinación con la mezcla aglutinante específica descrita anteriormente, diera lugar a una composición de revestimiento con excelentes características ignífugas, larga vida útil y otros beneficios descritos en esta memoria descriptiva e ilustrados en los ejemplos.

En algunas realizaciones, puede ser preferible utilizar APP en una forma encapsulada. El APP tiende a hidrolizarse en un entorno húmedo, lo que puede evitarse encapsulándolo en una capa polimérica. Algunos ejemplos de polímeros adecuados para la encapsulación de APP incluyen polietileno, polipropileno, polibutileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliisobutileno, poliacrilonitrilo, poliuretano, polimetacrilato de metilo, acrilato de polimetilo, acetato de polivinilo, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno, resina alquídica, policarbonato, resina de ureaformaldehído, resina melamina-formaldehído, resina melamina-urea-formaldehído, resina fenólica, resina epoxi, polioximetileno (POM), óxido de polietileno, sulfuro de polifenileno, polímero de adipamida de hexametileno, policaprolactama, poliimida, polidimetil siloxano, copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), copolímero de bloques de estireno-butadieno-estireno (SBS), caucho de isobutileno-isopreno (IIR) y copolímero de butadienoisopreno (PIB), y mezclas de los mismos.

En una realización preferida, el APP está encapsulado en una capa de melamina-formaldehído. Este producto está disponible comercialmente como Exolit® AP 462 de Clariant.

Aunque la encapsulación mejora el rendimiento, no es absolutamente necesaria. El uso de APP no encapsulado también es adecuado. Cuando sea necesario, el APP no encapsulado puede proporcionarse como segundo componente de una composición 2K, que se mezcla poco antes de la aplicación con el componente aglutinante. Algunos ejemplos de APP no encapsulado adecuado son Exolit® AP 422 y Exolit® AP 423 de Clariant. El APP está presente preferiblemente en una cantidad de 2 a 25% en peso, más preferiblemente de 3 a 15% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

El APP es un compuesto cristalino que existe en varias formas polimorfas. Existen dos polimorfos principales de APP: la fase cristalina I y la fase cristalina II. El polifosfato de amonio en fase cristalina I (APP-I) se caracteriza por una longitud de cadena lineal variable con valores de "n" inferiores a 100, posee una baja temperatura de descomposición (aproximadamente 200°C) y una elevada solubilidad en agua (hasta 20%). El peso molecular del polifosfato de amonio en fase cristalina II (APP-II) es mucho mayor, con valores de "n" muy superiores a 100. El APP-II tiene una mayor estabilidad térmica (la descomposición comienza aproximadamente a 280°C) y una menor solubilidad en agua que el APP-I (4-5% frente a 20%). Preferiblemente, en la presente invención se utiliza la fase cristalina II (APP-II).

Además de APP, también pueden utilizarse otros pirorretardantes, tales como trihidrato de aluminio (ATH), hidróxido de magnesio, un retardante de llama basado en silicona, tal como polvo de resina de silicona. Además, es preferible que la composición de revestimiento no contenga fósforo rojo.

El trihidrato de aluminio (ATH) y el hidróxido de magnesio son conocidos como pirorretardantes de baja toxicidad. No generan cantidades excesivas de humo ni gases corrosivos en los incendios. Pueden mejorar aún más las propiedades ignífugas del revestimiento.

Preferiblemente, la composición de revestimiento contiene ATH en una cantidad inferior al 50% en peso, más preferiblemente inferior al 40% en peso, aún más preferiblemente en el intervalo 0,5-30% en peso, o en el intervalo 5-20% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

Los retardantes de llama que contienen silicona se consideran aditivos respetuosos con el medio ambiente. Los polímeros basados en silicona-oxígeno tienen una alta estabilidad térmica y una baja generación de humo no corrosivo. Aunque, según los informes, tienen propiedades retardantes de llama, son ineficaces para satisfacer las especificaciones FAR, cuando se utilizan solos.

En algunas realizaciones, la composición de revestimiento comprende además un polvo de resina de silicona, en particular un poliorganosilsesquioxano.

El poliorganosilsesquioxano es un compuesto organosilícico con la fórmula química [RSiO³/²]n, donde R = H, alquilo, arilo o alcoxilo. Los silsesquioxanos son sólidos incoloros que adoptan estructuras tipo jaula o poliméricas con enlaces Si-O-Si y vértices de Si tetraédrico. Los silsesquioxanos son miembros de los silsesquioxanos polioctaédricos ("POSS"). Pueden unirse diversos sustituyentes (R) a los centros de Si. Las moléculas presentan un núcleo de silicato inorgánico y un exterior orgánico.

El sustituyente R puede ser un grupo hidrocarburo monovalente sustituido o no sustituido. Algunos ejemplos del grupo R incluyen un grupo alquilo tal como metilo, etilo, propilo, butilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo o dodecilo; un grupo cicloalquilo tal como ciclopentilo o ciclohexilo; un grupo aralquilo tal como 2-feniletilo o el 2-fenilpropilo; un grupo arilo tal como fenilo o tolilo; un grupo alquenilo tal como vinilo o alilo; y un grupo hidrocarburo sustituido tal como Y -glicidoxipropilo o 3,4-epoxiciclohexiletilo. De ellos, se prefieren el metilo y el fenilo, ya que tales poliorganosilsesquioxanos pueden sintetizarse fácilmente y el polvo fino final de tal polímero tiene una excelente resistencia al calor. Más preferiblemente, el sustituyente R es metilo.

El uso de poliorganosilsesquioxanos en la presente invención es beneficioso porque no afecta negativamente al brillo ni a las propiedades mecánicas del revestimiento, ofrecen un tacto "suave" y, además, se dispersan bien en agua sin hidrolizarse y tienen una larga vida útil. Otro beneficio es que aumenta el contenido inorgánico, por lo tanto, reduce el combustible "quemable", mejorando las propiedades de liberación de calor máximo.

Los poliorganosilsesquioxanos están disponibles comercialmente, entre otros, en Sunjin Chemicals, Kobo, Ikeda, Asahi Glass, Miyoshi, Omega Materials, 3M, ABC NanoTech, Shin Etsu, China New Technology, PQ Corporation, Sibelco o Evonik. En algunas realizaciones, la resina de silicona en polvo preferida es una resina de silicona en polvo esférica de poliorganosilsesquioxano disponible en la línea E+, disponible en ABC Nanotech and Shin Etsu. Más preferiblemente se utiliza polimetilsilsesquioxano, por ejemplo, disponible comercialmente como X-52-854 de Shin Etsu o ABC Nanotech, calidades E+.

El polvo de resina de silicona está presente preferiblemente en una cantidad de 1 a 20% en peso, preferiblemente de 4 a 15% en peso respecto el peso total de la composición de revestimiento.

Pigmentos

La composición de revestimiento contiene preferiblemente al menos un pigmento para dar color a la composición de revestimiento. Los pigmentos adecuados pueden ser inorgánicos u orgánicos. Algunos ejemplos de pigmentos colorantes inorgánicos adecuados son pigmentos blancos tales como dióxido de titanio, blanco de zinc, sulfuro de zinc o litopón; pigmentos negros tales como negro de carbón, negro de hierro y manganeso o negro de espinela; pigmentos cromáticos tales como óxido de cromo, verde hidrato de óxido de cromo, verde cobalto o verde ultramar, azul cobalto, azul ultramar o azul manganeso, violeta ultramar o violeta cobalto y violeta manganeso, óxido de hierro rojo, sulfoseleniuro de cadmio, rojo molibdato o rojo ultramar; óxido de hierro marrón, marrón mixto, fases de espinela y fases de corindón, o naranja de cromo; u óxido de hierro amarillo, amarillo de níquel y titanio, amarillo de cromo y titanio, sulfuro de cadmio, sulfuro de cadmio y zinc, amarillo de cromo o vanadato de bismuto.

Algunos ejemplos de pigmentos colorantes orgánicos adecuados son los pigmentos monoazo, pigmentos disazo, pigmentos de antraquinona, pigmentos de bencimidazol, pigmentos de quinacridona, pigmentos de quinoftalona, pigmentos de dicetopirropirrol, pigmentos de dioxazina, pigmentos de indantrona, pigmentos de isoindolina, pigmentos de isoindolinona, pigmentos de azometilina, pigmentos de tiαndigo, pigmentos de complejos metálicos, pigmentos de perinona, pigmentos de perileno, pigmentos de ftalocianina o negro de anilina.

Los pigmentos de efecto, además, pueden utilizarse como pigmentos opcionales presentes en la composición de revestimiento de la presente invención. Por lo tanto, la composición de revestimiento puede contener al menos un pigmento de efecto. Los pigmentos de efecto confieren efecto óptico o color y efecto óptico al revestimiento. La división correspondiente de los pigmentos puede realizarse según la norma DIN 55944. Los pigmentos de efecto se seleccionan preferiblemente del grupo formado por pigmentos de efecto orgánicos e inorgánicos. Los pigmentos de efecto adecuados son, por ejemplo, pigmentos metálicos tales como pigmentos de efecto aluminio, efecto hierro o pigmentos de efecto cobre, o pigmentos de efecto no metálico. Se prefieren especialmente los pigmentos de efecto aluminio revestidos, tales como los revestidos de silicato. Estos se encuentra disponibles comercialmente de Eckart como Stapa® Hydrolac, Stapa® Hydroxal, Stapa® Hydrolux y Stapa® Hydrolan. Los pigmentos de efecto pueden estar presentes en cualquier forma conocida por el experto, tal como forma de hojuelas y/o forma de plaquitas.

Los pigmentos de efecto no metálicos son, en particular, pigmentos nacarados, especialmente pigmentos de mica; pigmentos de grafito en forma de plaquitas revestidos de óxidos metálicos; pigmentos de interferencia que no contienen ninguna capa reflectora metálica y tienen una fuerte pérdida de color; pigmentos de efecto en forma de plaquitas basados en óxido de hierro, con una tonalidad que va del rosa al rojo parduzco; o pigmentos orgánicos de efecto cristalino líquido.

El contenido de pigmento se sitúa preferiblemente en el intervalo de 1 a 50% en peso, más preferiblemente en el intervalo de 5 a 45% en peso, más preferiblemente en el intervalo de 10-35% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

Otros componentes

La composición de revestimiento según la presente invención puede contener al menos un disolvente orgánico, por ejemplo en una cantidad inferior al 50% en peso, preferiblemente inferior al 30% en peso, más preferiblemente inferior al 20% en peso del peso total del disolvente (incluida el agua). Basado en el peso total de la composición de revestimiento, el contenido de disolvente orgánico es preferiblemente inferior al 30% en peso, más preferiblemente inferior al 20% en peso, y aún más preferiblemente inferior al 15% en peso. En algunas realizaciones, el contenido de disolvente orgánico puede ser de al menos 0,5% en peso, más preferiblemente de al menos 1% en peso, aún más preferiblemente de al menos 5% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento. En otras realizaciones, el contenido de disolvente puede ser de al menos 15% en peso, o al menos 20% en peso, o al menos 30% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

Los disolventes orgánicos adecuados son preferiblemente aquellos que pueden mezclarse con agua. La clase particularmente preferida son los éteres de glicol. Entre ellos se incluyen éter monometílico de etilenglicol, éter monoetílico de etilenglicol, éter monopropílico de etilenglicol, éter monoisopropílico de etilenglicol, éter monobutílico de etilenglicol, éter monofenílico de etilenglicol, éter monobencílico de etilenglicol, éter metílico de propilenglicol, éter monometílico de dietilenglicol, éter monoetílico de dietilenglicol, éter mono-n-butílico de dietilenglicol, éter metílico de dipropilenglicol. Los disolventes preferidos son éter n-propílico de propilenglicol, éter n-butílico de propilenglicol, éter n-butílico de dipropilenglicol, éter metílico de di(propilenglicol), éter monobutílico de etilenglicol.

Preferiblemente, la composición de revestimiento no contiene cargas. Algunos ejemplos de cargas son creta, sulfato de calcio, sulfato de bario, silicatos como talco o caolín, sílice, óxidos e hidróxidos tales como (hidr)óxido de aluminio o (hidr)óxido de magnesio, arcillas, nano sílice, boratos, perlas de vidrio o cargas orgánicas tales como fibras textiles, fibras de celulosa, fibras de polietileno o polvos de polímeros. Aunque las cargas se utilizan habitualmente en composiciones de revestimiento ignífugas, no siempre son adecuadas para todos los tipos de ignífugos. Las composiciones de revestimiento con APP, tales como la composición de revestimiento de la presente invención, pueden ser más críticas con el tipo de carga utilizada y, en algunos casos, pueden desestabilizarse por el uso de ciertas cargas, por ejemplo arcillas sintéticas, como se describe a continuación. Normalmente, las cargas se utilizan para aumentar el contenido inorgánico de una composición de revestimiento ignífuga, lo que mejora las propiedades ignífugas. Sin embargo, en la presente invención, la composición de revestimiento consigue excelentes propiedades ignífugas sin un alto contenido inorgánico. Preferiblemente, el contenido inorgánico de la composición según la presente invención es inferior al 50% en peso, más preferiblemente inferior al 45% en peso, y aún más preferiblemente en el intervalo de 1-40% en peso. El contenido inorgánico es el contenido de todos los componentes inorgánicos sólidos (incluidos los pigmentos y los pirorretardantes inorgánicos), con respecto al peso total de la composición de revestimiento.

La composición de revestimiento puede comprender además aditivos convencionales, tales como desespumantes, modificadores reológicos, pigmentos, estabilizadores de pH, agentes de flujo, agentes niveladores, agentes humectantes, agentes mateantes, antioxidantes, emulsionantes, agentes estabilizadores, inhibidores, catalizadores, espesantes, agentes tixotrópicos, modificadores de impacto, expansores, coadyuvantes de proceso y mezclas de los aditivos mencionados. Las cantidades de dichos aditivos es preferiblemente de 0,01 a 25% en peso, más preferiblemente de 0,05 a 15% en peso, lo más preferiblemente de 0,1 a 10% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

En algunas realizaciones, la composición de revestimiento contiene celulosa microfibrilada (MFC) como modificador reológico. En este contexto, celulosa microfibrilada significa microfibrillas de celulosa o un haz de microfibrillas de celulosa aislado de materias primas basadas en celulosa. La materia prima basada en celulosa puede ser materia prima botánica (por ejemplo, madera dura y madera blanda), o puede aislarse de determinados microorganismos productores de celulosa. La razón de aspecto de las microfibrillas suele ser muy elevada; la longitud de las microfibrillas puede ser superior a 1 micrómetro y el diámetro promedio numérico suele ser inferior a 200 nm. Las dimensiones y estructuras fibrosas de las microfibrillas o haces de microfibrillas dependen de la materia prima y del método de fragmentación. La celulosa microfibrilada también puede contener hemicelulosa, cuya cantidad depende de la materia prima utilizada.

El uso de celulosa microfibrilada es beneficioso por su elevada área superficial. Esta es considerablemente superior al área superficial de muchos materiales celulósicos tradicionales, como las fibras de celulosa utilizadas en la fabricación de papel o la celulosa microcristalina. Preferiblemente, se utiliza celulosa microfibrilada con bajo contenido en hemicelulosa o lignina, disponible comercialmente como Exilva Forte 10 de Borregard.

La MFC está presente preferiblemente en una cantidad de 0,1 a 20% en peso, más preferiblemente de 0,5 a 10% en peso basado en el peso total de la composición de revestimiento.

El uso de MFC puede contribuir, además, a mejorar la estabilidad de la composición de revestimiento. Por estabilidad se entiende que la composición de revestimiento, tras su preparación, no experimenta separación de fases. Se considera que una composición de revestimiento es inestable cuando la fase dispersa deja de estar dispersada o distribuida homogéneamente por toda la fase continua, por ejemplo, cuando la composición de revestimiento experimenta cremación, sedimentación, floculación, coalescencia o incluso inversión de fases.

La estabilidad de las composiciones de revestimiento fue mejor cuando se utilizó celulosa microfibrilada, especialmente en composiciones que contenían pigmentos de efecto. También en composiciones sin pigmentos, la estabilidad prolongada con APP se observa con la celulosa microfibrilada. Los modificadores reológicos inorgánicos, tales como arcillas sintéticas (incluida la esmectita sintética y las arcillas de tipo nanoesmectita, tales como laponita y montmorillonita, y las cloisitas (silicatos de aluminio y magnesio estratificados)) desestabilizaban el sistema de capas de acabado cuando se utilizaba APP.

En algunas realizaciones, por lo tanto, se puede preferir que la composición de revestimiento no contenga arcillas sintéticas, particularmente las arcillas enumeradas anteriormente, más particularmente las arcillas sintéticas de tipo esmectita.

El contenido de sólidos de la composición de revestimiento de la invención es preferiblemente de 10 a 85% en peso, más preferiblemente de 15 a 80% en peso, muy preferiblemente de 20 a 75% en peso, y más preferiblemente de 40 a 70% en peso.

La composición de revestimiento según la invención puede prepararse mezclando y dispersando y/o disolviendo los componentes respectivos de la composición de revestimiento descrita anteriormente. Esto puede hacerse utilizando medios convencionales, por ejemplo, agitadores de alta velocidad, tanques agitados, molinos agitadores, disolvedores, mezcladores o disolvedores en línea.

La composición de revestimiento se formula preferiblemente como una composición de revestimiento 1K. Esto significa que todos los componentes de la composición de revestimiento se mantienen y almacenan en el mismo recipiente después de la fabricación y tienen una vida útil razonable en este estado. Las ventajas de las composiciones 1K son, por ejemplo, que no hay necesidad de un reticulante y la facilidad de manipulación, al tiempo que proporcionan unas excelentes características de rendimiento, que normalmente solo se consiguen con los sistemas 2K.

En una realización preferida, la composición de revestimiento está sustancialmente libre de reticulante, en particular, sustancialmente libre de isocianato y carbodiimida. "Reticulante" es un término conocido por el experto y significa un componente que tiene grupos capaces de reaccionar con los grupos funcionales (normalmente, grupos hidroxilo y/o carboxilo) en la al menos una resina aglutinante. "Sustancialmente libre de reticulante" significa que la composición de revestimiento no comprende dicho compuesto o contiene menos del 5% en peso del mismo, preferiblemente menos del 1% en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento. "Sustancialmente libre de isocianato y carbodiimida" significa que la composición de revestimiento no comprende compuestos con una funcionalidad reactiva de isocianato o carbodiimida, o contiene menos del 5% en peso de los mismos, preferiblemente menos del 1 % en peso, basado en el peso total de la composición de revestimiento.

Una ventaja importante de la presente composición de revestimiento es que puede aplicarse en capas finas (<200 micrómetros), a la vez que tiene un alto rendimiento como se regula en el ensayo normalizado FAR 25.853.

La composición de revestimiento según la invención puede utilizarse como revestimiento único aplicado directamente al sustrato, o en sistemas multicapa, en particular como revestimiento de acabado aplicado a una capa de imprimación. El espesor del revestimiento obtenido a partir de la composición de revestimiento según la invención es preferiblemente inferior a 200 micrómetros, más preferiblemente en el intervalo de 20 a 100 micrómetros.

La composición ignífuga puede formularse además con cualquier grado de brillo, tal como bajo o semibrillante, y puede teñirse de cualquier color, sin que ello afecte a otras propiedades de rendimiento, tales como la capacidad ignífuga, la capacidad termorretardante o la resistencia al agua.

La invención proporciona además un método para revestir un sustrato con la composición de revestimiento descrita anteriormente y un sustrato revestido con la composición de revestimiento. El método comprende la aplicación y posterior curado de la composición de revestimiento según la invención a un sustrato opcionalmente imprimado.

La composición de revestimiento puede aplicarse a los sustratos normalmente utilizados para aplicaciones interiores de aeronaves o trenes. El sustrato se selecciona preferiblemente del grupo formado por sustratos plásticos, compuestos y metálicos. En particular, los sustratos pueden ser plásticos tales como policarbonatos, polieterimida (PEI), poliéter éter cetona (PEEK), polifenilsulfona (PPSU), compuestos tales como materiales compuestos de nido de abeja, laminados (por ejemplo, laminados PVF), metal pretratado (por ejemplo, aluminio cromado). Un ejemplo de compuesto alveolar es el papel de aramida NOMEX® de DuPont muy utilizado en los paneles estructurales de los aeronaves por su elevada razón resistencia/peso y su resistencia a los fallos por fatiga.

La composición de revestimiento es especialmente útil para aplicaciones en el interior de aeronaves.

La composición de revestimiento según la invención puede aplicarse al sustrato por cualquier medio adecuado conocido en la técnica, por ejemplo, pulverización, cepillado, laminado o inmersión.

La composición de revestimiento puede curarse preferiblemente en condiciones ambientales, tal como a temperatura ambiente (15-30°C). Preferiblemente, la composición de revestimiento se cura por secado físico, es decir, por evaporación del agua y, opcionalmente, de los disolventes orgánicos presentes en la composición. Si también están presentes pequeñas cantidades de un reticulante, la composición de revestimiento también puede curarse adicionalmente mediante curado térmico. Un experto puede encontrar las condiciones las adecuadas, tales como la temperatura y los tiempos de curado, para curar la composición de revestimiento de la invención. Unas condiciones de curado típicas serían dejar secar el revestimiento a temperatura ambiente durante, por ejemplo, 1 semana.

Las ventajas de la composición de revestimiento según la presente invención incluyen, entre otras, la posibilidad de formularla como un sistema 1K de base acuosa, con los pigmentos necesarios para fines decorativos, que dan como resultado un revestimiento que cumple los requisitos de inflamabilidad, densidad de humo, liberación de calor y semibrillo, con buena durabilidad UV y propiedades de no amarilleamiento. El revestimiento obtenido a partir de la composición de revestimiento según la invención tiene además buena resistencia mecánica y resistencia química y a las manchas, larga estabilidad de almacenamiento (por ejemplo, varios meses) con el uso de pirorretardantes que no contienen halógenos. El revestimiento cumple además los requisitos de combustión establecidos en FAR 25.853.

Los revestimientos obtenidos a partir de las composiciones de revestimiento según la presente invención presentan una excelente resistencia a las manchas de diversos productos, tales como mostaza, café, barra de labios, sangre bovina, whisky, zumos, mantequilla, aceites capilares, mayonesa, sirope de chocolate, vino y otros materiales de uso doméstico. Estos revestimientos son además resistentes a productos químicos como Bon Aml, Windex, alcohol isopropílico, ácidos y bases. Los revestimientos también pueden soportar la inmersión en agua y la exposición a la humedad sin que se formen ampollas ni pierdan adherencia, tienen una excelente resistencia a la abrasión y al rayado. Los revestimientos no amarillean sin el uso de estabilizadores de luz UV o absorbentes de UV.

La composición de revestimiento contiene únicamente pirorretardantes sin halógenos para la seguridad medioambiental y la reducción de la toxicidad. Aunque contiene un pirorretardante basado en fósforo (APP), proporciona un rendimiento comparable al de las composiciones ignífugas basadas en halógenos en términos de liberación de calor de OSU (Universidad Estatal de Ohio).

La norma FAR 25.853 incluye la liberación de calor por radiación utilizando la clasificación de la Universidad Estatal de Ohio (OSU), en la que se mide la cantidad de energía liberada al cabo de 2 minutos y la energía máxima de liberación de calor. Para muchas aplicaciones aeroespaciales y de transporte, se requiere que los materiales tengan una clasificación de liberación máxima de calor de 65 kW/m2 y una liberación total de calor de 65 kW-min/m2 después de 2 minutos o menos para ser conformes con la norma. En varias aplicaciones, se requiere un índice de liberación de calor máximo de 55 kW/m y una liberación total de calor de 55 kW-min/m2 después de 2 minutos o menos.

En general, es muy deseable que un material demuestre resistencia a las quemaduras y alcance bajos índices de OSU. Además, el tiempo que se tarda en obtener la liberación máxima de calor es otra característica del material que tiene importancia, ya que se correlaciona con el tiempo que tienen las personas, tal como los pasajeros, la tripulación y otros, para huir en condiciones peligrosas. Los revestimientos obtenidos a partir de las composiciones de revestimiento según la presente invención muestran una liberación de calor máxima de 55 kW/m2, que es comparable a la de los pirorretardantes que contienen halógenos con un espesor de película comparable.

La composición de revestimiento de la presente invención tiene un bajo COV (contenido orgánico volátil), en particular inferior a 250 g/I. Esto permite pintar el interior de las cabinas de las aeronaves con un equipo de protección mínimo y puede aplicarse con pulverizador o con brocha o rodillo. La composición de revestimiento tiene una excelente durabilidad UV sin el uso de absorbentes de UV y estabilizadores de amina impedida.

Ejemplos

Materias primas utilizadas

Setaqua 6766, emulsión estireno-acrílica autorreticulante de Allnex (40% en peso de sólidos, agente reticulante dihidrazida adípica (ADH), MFFT 50°C, Tg 65°C, Mn y M^westimados superiores a 1.000.000 g/mol, índice de acidez 4,4 mg KOH/g de resina)

Picassian PU 461, una dispersión de poliuretano basado en diol de policarbonato de Stahl (35% en peso de sólidos, 14% en peso de disolventes, Tg 65°C, Mn 7380 g/mol, M, 37700 g/mol).

AP462, polifosfato de amonio (APP) encapsulado en melamina-formaldehído, de Clariant

Higilite H-42M, trihidrato de aluminio (ATH), disponible en Showa Denko

Tiona 596, dióxido de titanio (TiO²), disponible en Cristal

Byk 024, desespumante disponible en Byk Chemie

Solución de amoniaco (solución al 25% en agua), disponible en Nexeo

Exilva Forte (pasta al 10% en agua), celulosa microfibrilada, disponible en Borregaard

Dowanol PnP, éter n-propílico de propilenglicol, disponible en Dow Chemical Company

Dowanol DPnB, éter n-butílico de dipropilenglicol, disponible en Dow Chemical Company

Tamol 1124, agente humectante y dispersante, disponible en Dow Chemical Company

Byk 190, agente humectante y dispersante, disponible en Byk Chemie

E+308, polvo de resina de silicona (polimetilsilsesquioxano), disponible en ABC Nanotech

Laponite SL 25, silicato estratificado sintético, modificador reológico, disponible en Byk Chemie

Ejemplo 1

Preparación de composiciones de revestimiento

Las composiciones de revestimiento blanco se preparan según la Tabla 1. Los ingredientes se mezclan en un dispersador para obtener una composición homogénea. Las cantidades se indican en partes en peso.

Tabla 1

La capa de acabado 1 no contiene pirorretardante (FR) y es una composición comparativa. La capa de acabado 2 contiene APP como pirorretardante y está formulada como una composición de revestimiento semibrillante. La capa de acabado 3 contiene APP como pirorretardante y está formulada como una composición de revestimiento de bajo brillo. La capa de acabado 4 contiene APP y ATH como pirorretardantes. Toas las composiciones de revestimiento preparadas fueron estables durante más de 1 año.

Las composiciones de revestimiento preparadas se pulverizaron sobre un sustrato compuesto de vidrio fenólico con núcleo de nido de abeja Nomex (BMS 8-226 obtenido de Danner Corp). Las composiciones se pulverizaron utilizando una pistola HVLP con punta de 1,6-1,8 mm. Las composiciones se dejaron curar en condiciones ambientales (23°C y aproximadamente 50% de humedad relativa) durante 1 semana.

Ejemplo 2

Govmark Corp (Framingdate, NY) ensayó los revestimientos preparados en el Ejemplo 1 para determinar el índice de liberación de calor utilizando el equipo de la OSU según los requisitos de FAR 25.853. La tasa de liberación de calor (HRR) de materiales de gran área superficial se mide utilizando un calorímetro de fuego desarrollado originalmente en la Universidad Estatal de Ohio (OSU). En el procedimiento de la norma FAR 25, se inserta una muestra en la cámara de combustión del aparato OSU y se somete a un flujo de calor radiante calibrado de 35 kW/m2 y a una llama piloto incidente. El aire a temperatura ambiente se hace pasar por la cámara de combustión y sale por el conducto de escape situado en la parte superior del aparato, donde una termopila detecta la temperatura de los gases de escape. La tasa de liberación de calor (HRR) durante el ensayo se deduce del aumento de entalpía sensible del aire que fluye a través de la cámara de combustión utilizando la diferencia de temperatura entre los gases de escape y el aire ambiente entrante para calcular la cantidad de calor liberado por tras una calibración adecuada utilizando una llama de difusión de metano medida. Se establecen límites de 65 kW/m2 y 65 kW/m2-min para la tasa de liberación de calor máxima y la tasa de liberación de calor total de 2 minutos, respectivamente, en materiales de gran área superficial utilizados en cabinas de pasajeros de aeronaves de categoría de transporte que transporten más de 19 pasajeros.

Los resultados se muestran en el Tabla 2.

* Pasa/Falla se refiere al requisito de HRR máxima < 65 kW/m2 y HRR total < 65 kW-min/m2.

Ejemplo 3

Los revestimientos preparados en el Ejemplo 1 se sometieron a ensayos de brillo, resistencia química y resistencia a la abrasión. La Tabla 3 muestra los resultados de las mediciones.

El brillo a un ángulo de 60° se determina con un brillómetro Byk Gardner de tres brillos. Se entiende por bajo brillo un brillo a 60° comprendido entre 8 y 12, y por semibrillo, entre 12 y 30.

La resistencia a los disolventes se mide como frotamiento doble con metiletilcetona (MEK DR) según la norma ASTM D4752.

La resistencia a la abrasión se comprobó midiendo el índice de desgaste Taber, calculado como la pérdida de peso del material por cada mil ciclos de abrasión. Cuanto menor es el índice, mejor es la resistencia a la abrasión. El índice de desgaste Taber se midió utilizando la rueda CS10, con una carga de 500 g, según la norma ASTM D4060-14. El sistema se sometió a 350 ciclos, se renovó la rueda y, a continuación, se realizaron 350 ciclos adicionales. El índice de desgaste se calculó mediante:

WI = (A-B)*1000/C,

donde A es el peso de la probeta después de 350 ciclos iniciales en g, B es el peso de la probeta después de 350 ciclos finales en g, y C es 350 ciclos.

Tabla 3

Ejemplo 4

La resistencia a las manchas de los revestimientos preparados en el Ejemplo 1 se ensayó contra varias manchas domésticas, tales como mostaza, café, pintalabios y vino. Las manchas se aplicaron y se dejaron sobre el revestimiento durante 2 h y después se limpiaron con agua/Turco 5948-DPM a una mezcla de 20:1 en peso. Las manchas se valoraron en una escala de 0 a 5, en la que 0 indica que no hay manchas y 5 que hay manchas graves. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4

Ejemplo 5

Preparación de composiciones

Se han preparado composiciones de revestimiento según la Tabla 5 - con y sin polvo de resina de silicona. Las composiciones 5 y 6 son composiciones semibrillantes, las composiciones 7 y 8 son composiciones poco brillantes. Las composiciones 5 y 7 contienen polvo de resina de silicona, mientras que las composiciones 6 y 8 no lo contienen. Tabla 5

* mezcla de pigmentos de Naranja 36, Negro 7 y Amarillo 42 de Chroma Chem WAB

Las composiciones de revestimiento preparadas se pulverizaron sobre un sustrato compuesto de vidrio fenólico con núcleo de nido de abeja Nomex (Núcleo Convencional de Schneller). Las composiciones se pulverizaron utilizando una pistola HVLP con punta de 1,6-1,8 mm. Las composiciones se dejaron curar en condiciones ambientales (23°C y aproximadamente 50% de humedad relativa) durante 1 semana.

Ejemplo 6

Govmark Corp (Framingdate, NY) ensayó los revestimientos preparados en el Ejemplo 5 para determinar el índice de liberación de calor utilizando el equipo OSU. Los resultados se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6

Ejemplo 7

Las composiciones de revestimiento 7 y 8 preparadas en el Ejemplo 5 se aplicaron a diferentes espesores de película sobre sustrato de aluminio (Aluminio 2024T3, sin revestir, 0,10 cm (0,040")). Dado que los sustratos de aluminio se calientan mucho más rápido que los sustratos compuestos, el máximo de liberación de calor generado suele ser elevado y es difícil satisfacer las especificaciones del cliente. Se utilizó el equipo de quemado OSU para medir la liberación de calor. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7

* Pasa/Falla se refiere en este documento al requisito para sustratos de Al tanto de HRR máxima < 25 kW/m2 como de HRR total < 25 kW-min/m2.

Se ha demostrado que los revestimientos superaron con bastante facilidad el requisito de liberación de calor de 25 máximo / 25 total sobre el sustrato de aluminio, especialmente con la inclusión del polvo de resina de silicona.

Ejemplo 8

Sistemas comerciales comparativos

El mismo sustrato Schneller descrito en el Ejemplo 6 se ha revestido con revestimientos ignífugos comparativos disponibles en el mercado. Alexit 346-57 es una composición de revestimiento ignífugo 2K disponible en Mankiewicz. MapAero FR2/55 es una composición de revestimiento ignífugo 2K disponible en MapAero. Ambas composiciones contienen un endurecedor de isocianato.

Los resultados se muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Resultados

* contiene pirorretardante halogenado

Las capas de acabado 5 y 7 con el polvo de resina de silicona mostraron un máximo de liberación de calor comparable al del sistema de la competencia, MapAero FR2/55, que contiene pirorretardante halogenado con un peso de capa de acabado similar. Estas capas de acabado cumplirán los requisitos de liberación de calor FAR 25.853 con pesos de capa de acabado más elevados, lo que permitirá a los clientes ahorrar tiempo en la reparación de daños.

Ejemplo 9

Revestimientos con pigmentos de efecto

Las composiciones de revestimiento con y sin mica como pigmento de efecto se prepararon según la Tabla 9. Los componentes se pesaron en un recipiente de acero inoxidable y se mezclaron con agitación utilizando un mezclador HSD a 400 - 800 fpm durante 20 min.

Tabla 9

*KC820-M1 Mica naranja del desierto y polvo de óxido férrico de Kuncai Americas

Ejemplo 10

Las composiciones de revestimiento preparadas en el Ejemplo 9 se aplicaron a diferentes espesores de película sobre sustrato de aluminio (Aluminio T3, sin revestir, 0,05 cm (0,020")). Dado que los sustratos de aluminio se calientan mucho más rápido que los sustratos compuestos, el máximo de liberación de calor generado suele ser elevado y es difícil satisfacer las especificaciones del cliente. Se utilizó el equipo de quemado OSU para medir la liberación de calor. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 11.

Tabla 11

* Pasa/Falla se refiere en este documento al requisito para sustratos de Al de HRR máxima < 25 kW/m2

Los resultados muestran que es posible formular la composición de revestimiento según la invención con pigmentos de efecto tales como mica y que tales composiciones son estables y pueden alcanzar el bajo máximo de liberación de calor requerido.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición de revestimiento ignífuga, no intumescente y sin halógenos, que comprende:

(a) un polímero de (met)acrilato, en donde la temperatura de transición vítrea Tg del polímero de (met)acrilato es de al menos 45°C, medida con MDSC a 5°C/min como se describe en la descripción,

(b) un poliuretano, en donde el poliuretano está basado en un poliol de policarbonato y en donde el poliuretano está presente en una cantidad del 15-70% en peso del peso total de los polímeros empleados como aglutinantes, y

(c) polifosfato de amonio,

2. La composición según la reivindicación 1, que es una composición de base acuosa.

3. La composición según la reivindicación 1 o 2, en donde el polímeros de (met)acrilato está presente en forma de emulsión acuosa, preferiblemente una emulsión autorreticulante.

4. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el poliuretano está presente en forma de dispersión acuosa de poliuretano.

5. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el poliuretano tiene el peso molecular promedio ponderal Mw en el intervalo de 5.000 a 100.000 g/mol.

6. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el polímero de (met)acrilato tiene un índice de acidez inferior a 20 mg KOH/g y un índice de hidroxilo inferior a 5 mg KOH/g.

7. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en donde el poliuretano tiene un índice de acidez inferior a 10 mg KOH/g y un índice de hidroxilo inferior a 5 mg KOH/g.

8. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, que comprende además un disolvente orgánico, preferiblemente un éter de glicol.

9. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende además celulosa microfibrilada (MFC).

10. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el polifosfato de amonio está encapsulado en una capa de melamina-formaldehído.

11. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, que comprende además trihidrato de aluminio (ATH).

12. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende además poliorganosilsesquioxano.

13. Un método para revestir un sustrato que comprende aplicar la composición de revestimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12 a un sustrato y, posteriormente, curar la composición de revestimiento.

14. El método según la reivindicación 13, en donde el sustrato se selecciona del grupo que consiste en sustratos plásticos, compuestos y metálicos.

15. Un sustrato revestido según el método de cualquiera de las reivindicaciones 13-14.