BRPI0715813A2 - preparaÇço de partÍculas de fosfato ou de polifosfato de alumÍnio - Google Patents

Abstract

Patente de Invenção:"PREPARAÇçO DE PARTÍCULAS DE FOSFATO OU DE POLIFOSFATO DE ALUMÍNIO". A presente invenção refere-se a um processo para a preparação de um pigmento com base em um fosfato ou de um polifosfato de alumínio amorfo através da reação do fosfato de alumínio e aluminato de sódio. O fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado através de uma densidade esquelética de menos do que 2,50 gramas por centímetro cúbico e uma proporção molar de fósforo para alumínio maior do que 1. Em uma modalidade, a composição é útil em tintas como um substituto para o dióxido de titânio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PREPARA- ÇÃO DE PARTÍCULAS DE FOSFATO OU DE POLIFOSFATO DE ALUMÍ- NIO".

PEDIDOS DE PATENTE ANTERIORES RELACIONADOS Este pedido de patente reivindica prioridade com relação ao Pe-

dido de Patente Provisório U.S. N0 60/837.397, depositado em 11 de agosto de 2006, e ao Pedido de Patente Provisório U.S. N0 60/903.237, depositado em 22 de fevereiro de 2007. Com relação à finalidade da política de patentes U.S., os conteúdos de ambos os pedidos de patente provisórios ficam incor- porados aqui, neste pedido de patente por referência em sua totalidade. CAMPO DA INVENÇÃO

São proporcionados aqui, neste pedido de patente, processos para a fabricação de composições que compreendem fosfato de alumínio, ortofosfato de alumínio ou polifosfato de alumínio que compreendem partícu- Ias ocas. Também são providos usos de tais partículas como pigmentos em tintas. Também são providas composições de fosfato de alumínio, ortofosfa- to de alumínio ou polifosfato de alumínio na forma de uma pasta fluida. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio, ortofosfato de alumínio ou polifosfato de alumínio também compreendem um íon, tal como o íon de só- dio, fosfato ou lítio.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O dióxido de titânio é o pigmento branco mais comum devido a sua forte capacidade de retrodispersar a luz visível, que por sua vez depen- de do índice de refração do mesmo. Têm sido procurados substitutos para o dióxido de titânio, porém os índices de refração de ambas as formas de ana- tásio e de rutila desse óxido são muito mais elevadas do que aquelas de qualquer outro pó branco, devido à razões estruturais.

Os pigmentos de dióxido de titânio são insolúveis em veículos para revestimento nos quais eles são dispersos. As propriedades de desem- penho desses pigmentos de óxido de titânio incluindo as características físicas e químicas dos mesmos são determinadas através do tamanho de partícula do pigmento e a composição química da superfície do mesmo. O dióxido de titânio está comercialmente disponível em duas estruturas de cris- tal, anatásio e rutila. Os pigmentos de dióxido de titânio de rutila são de pre- ferência, na medida em que eles de espalham de forma mais eficiente e são mais estáveis e duráveis do que os pigmentos de anatásio. O titânio se es- palha de forma ligeiramente forte devido ao alto índice de refração, o que é marcadamente diferente a partir daquele da maioria dos componentes das resinas ou das tintas. As capacidades decorativas e funcionais do dióxido de titânio são devidas a sua força de dispersão que torna o mesmo um pigmen- to altamente desejável. No entanto, o dióxido de titânio é conhecido como sendo um pigmento dispendioso para ser fabricado. Por conseqüência, exis- te uma necessidade com relação a um substituto mais disponível para o dió- xido de titânio como um pigmento. Também existe a necessidade com rela- ção a métodos para a fabricação mais efetiva em custos do fosfato de alu- mínio com partículas ocas. Diversas publicações descrevem a síntese do fosfato de alumí-

nio para diversos usos; por exemplo, a Patente U.S. 4.542.001 descreve a preparação de fosfato de alumínio cristalino através da reação de vários hi- dróxidos de alumínio, aluminas e ácido fosfórico para serem usados como um material catalítico ou material eletrônico. A FR 2357866 e a GB 1403242 descrevem a preparação de gel de fosfato de alumínio através da reação do aluminato de sódio, ácido fosfórico e sulfato de alumínio. O gel de fosfato de alumínio preparado através do processo é útil como um agente terapêutico. A Publicação U.S. N0 2006/045831 descreve um pigmento branco que com- preende partículas de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo para o uso em tintas. As partículas de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo são preparadas através da reação de ácido fosfórico, sulfato de alumínio e hidró- xido de sódio ou de amônio.

A Patente U.S. N0 6.0022.513 descreve um processo para a preparação de fosfato de alumínio amorfo com a utilização de uma solução básica de sais tais como uma mistura de aluminato de sódio e fosfato de sódio que é neutralizada com uma solução aquosa de um ácido tal como o HCI com um pH de menos do que 6. O fosfato de alumínio amorfo tem uma micro estrutura de folhas bem como de esferas de fosfato de alumínio e é útil como um suporte para catalisador. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É provido aqui, neste pedido de patente, um processo para a fabricação de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato amorfo de alumínio compreendem também um íon, tal como um íon de sódio, potássio, ou lítio. Em uma moda- lidade, o processo compreende a reação do ácido fosfórico e hidróxido de alumínio para a produção de uma solução ou uma suspensão ácida de fosfa- to de alumínio. O processo pode ainda compreender a etapa de neutraliza- ção. A etapa de neutralização pode ser executada através do aluminato de sódio.

Em determinadas modalidades, o processo para a fabricação de um fosfato ou polifosfato de alumínio compreende a reação do ácido fosfóri- co, hidróxido de alumínio e do aluminato de sódio.

Em uma modalidade, o processo para a fabricação de um fosfa- to ou polifosfato de alumínio amorfo compreende a reação de uma solução ácida de fosfato de alumínio e aluminato de sódio.

Em uma modalidade, a reação compreende duas etapas. Na primeira etapa, o ácido fosfórico reage com o hidróxido de alumínio para a produção de uma solução ácida de fosfato de alumínio. Em uma modalida- de, o fosfato de alumínio é produzido como um fosfato de alumínio solúvel em água. Em determinadas modalidades, o pH do fosfato de alumínio solú- vel em água é de menos que cerca de 3,5. Em determinadas modalidades, o pH é de cerca de 3, 2,5, 2, 1,5, ou 1. Em determinadas modalidades, o fosfa- to de alumínio é produzido como uma dispersão fina de sólido-líquido em um pH mais elevado. Em uma modalidade o pH é de cerca de 3, 4, 5 ou 6.

Em uma segunda etapa, a solução ou a dispersão aquosa ácida de fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química é posta em reação com aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o aluminato de só- dio é usado em uma solução em água com um pH maior do que cerca de 10. Em uma modalidade, o pH da solução em água de aluminato de sódio é maior do que cerca de 11, 12 ou 13. Em uma modalidade, o pH da solução em água de aluminato de sódio é maior do que 12. Em uma modalidade, o fosfato de alumínio é gerado como um precipitado sólido. Em uma modali- dade, o fosfato de sódio e alumínio é gerado como um precipitado sólido.

Em uma modalidade, o fosfato de sódio e de alumínio sólido tem uma pro- porção molar de P/Al = 0,85 e uma proporção molar de Na/Al = 0,50. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 1,0 e uma proporção molar de Na/Al = 0,76. Em determina- das modalidades, as moléculas com outras proporções de formulação po- dem ser obtidas através dão mesmo procedimento.

Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado é adicio- nado ao ácido fosforoso na primeira etapa química. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado é adicionado à solução líquida purificada de aluminato de sódio para a formação de uma solução coloidal ou uma solu- ção verdadeira. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado só- lido é adicionado diretamente como um sólido ou uma suspensão de sólido- líquido em água na segunda etapa de reação. Em determinadas modalida- des, a reação é executada em uma única etapa.

Em determinadas modalidades, o reator para a realização da segunda etapa da reação, isto é, a reação de uma solução ou dispersão de fosfato de alumínio aquosa ácida a partir da primeira etapa química com o aluminato de sódio, tem uma misturação e uma performance de esforço de cisalhamento muito alto para a misturação dos reagentes e para a geração de um precipitado sólido com a distribuição de tamanho de partícula deseja- do. Em determinadas modalidades, as propriedades de dispersão do reator podem ser ajustadas com relação às necessidades do processo de secagem por pulverização.

Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de a- lumínio amorfo também compreende um íon, tal como um íon de sódio, po- tássio ou lítio. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende sódio. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade de esqueleto entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma propor- ção molar de fósforo para alumínio de mais do que 0,8 ou 1,3. O fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo pode estar em uma forma de pasta fluida. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo está em uma forma de pó e, por exemplo, tem de um a quatro espaços vazios por partícu- la de pó de fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo. A forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio médio individual de partícula de entre 10 e 40 nanometros. O fosfato ou o polifosfato de alumínio pode ser usado como um

ingrediente em uma tinta, e de preferência, como um substituto (em parte ou no total) com relação ao dióxido de titânio. O produto também pode ser usa- do como um ingrediente em um verniz, tinta para impressão, ou plástico. O fosfato ou o polifosfato de alumínio pode ser secado em temperaturas abaixo de 130°C, e mesmo em temperatura ambiente, para a produção de um pó que contenha de 10 a 20 por cento de água.

Em uma modalidade, o processo para a fabricação do fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo compreende em geral as seguintes etapas: combinando ácido fosfórico e hidróxido de alumínio seguido pela neutraliza- ção com aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o processo ainda compreende a filtragem e a lavagem do produto a partir de uma sus- pensão dentro de uma torta. A torta lavada pode ser em seguida dispersa em um solvente. Em uma modalidade, o processo envolve a secagem da torta. Em outras modalidades, o produto seco é polimerizado. Em outra mo- dalidade, o processo compreende a etapa da micronização do produto. DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

Na descrição que se segue, todos os números descritos aqui, neste pedido de patente são de valores aproximados, sem que seja levada em conta se a expressão "cerca de" ou "aproximada" seja usada em cone- xão com o mesmo. Eles podem variar a partir de 1 por cento, 2 por cento, 5 por cento ou, algumas vezes de 10 a 20 por cento. Sempre que uma faixa numérica com um limite mais baixo, Rl e um limite mais alto Ru, sejam des- critas, qualquer número que caia dentro da faixa é especificamente descrito, de forma específica os números que se seguem no interior da faixa seja es- pecificamente descrito: R=RL+k*(Ru-RL), na qual k é uma variável que varia a partir de 1 por cento até 100 por cento com aumentos de 1 por cento, isto é, k é 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento, 4 por cento, 5 por cento..., 50 por cento, 51 por cento, 52 por cento,..., 95 por cento, 96 por cento, 97 por cen- to, 98 por cento, 99 por cento ou 100 por cento. Além do mais, qualquer fai- xa numérica definida através de dois números R como definidos acima tam- bém é especificamente descrita. É provida aqui, neste pedido de patente uma composição de fos-

fato de alumínio que compreende fosfato de alumínio, polifosfato de alumí- nio, metafosfato de alumínio, ou uma mistura dos mesmos. As expressões "fosfato de alumínio" e "composição de fosfato de alumínio" na forma usada aqui, neste pedido de patente, são destinadas a incluir tanto o fosfato de a- lumínio, bem como o polifosfato de alumínio, metafosfato de alumínio, e as misturas dos mesmos. O termo "vazio" referido aqui, neste pedido de paten- te, é em geral sinônimo com a expressão "partícula oca" e também é descri- to aqui, neste pedido de patente como um "vazio fechado". O vazio (ou vazio fechado ou partícula oca) faz parte de uma estrutura de núcleo e envoltório da mistura do fosfato de alumínio. Os vazios podem ser observados e/ou caracterizados tanto com a utilização de microscópios de elétrons de varre- dura ou de transmissão ("TEMs" ou "SEMs"). O uso de TEMs ou de SEMs é bem conhecido daquelas pessoas versadas na técnica. Em geral a micros- copia ótica é limitada, pelo comprimento de onda da luz, para resoluções na faixa de uma centena e usualmente centenas de nanometros. Os TEMs e SEMs não têm essa limitação e são capazes de atingir a uma resolução consideravelmente mais alta, na faixa de uns poucos nanometros. Um mi- croscópio ótico usa lentes óticas para a focalização de ondas de luz dobran- do as mesmas, enquanto que um microscópio eletrônico usa lentes eletro- magnéticas para a focalização dos feixes de elétrons através da dobragem dos mesmos. Os feixes de elétrons proporcionam grandes vantagens com relação aos feixes de luz tanto no controle dos níveis de ampliação como na clareza da imagem que pode ser produzida. Os microscópios de varredura eletrônica complementam os microscópios de transmissão de elétrons em que eles proporcionam uma ferramenta para ser obtida uma imagem tridi- mensional da superfície de uma a mostra.

Os sólidos amorfos (isto é, não-cristalinos) exibem diferenças a

partir de suas contrapartes cristalinas com uma composição similar, e essas diferenças podem produzir propriedades vantajosas. Por exemplo, essas diferenças podem incluir uma ou mais dos que se segue: (i) os sólidos não- cristalinos não difratam os raios-x em ângulos definidos com precisão porém podem produzir ao invés um halo de dispersão ampla, (ii) os sólidos não- cristalinos não têm uma estequiometria bem definida, dessa forma eles po- dem cobrir uma ampla faixa de composições químicas; (iii) a variabilidade das composições químicas incluem a possibilidade da incorporação de ou- tros constituintes tônicos que os íons de alumínio e de fosfato; (iv) como os sólidos amorfos são meta estáveis de forma termodinâmica, eles podem demonstrar uma tendência para serem submetidos a mudanças morfológi- cas, químicas e estruturais espontâneas; e (v) a composição química da su- perfície de partículas cristalinas é altamente uniforme enquanto que a com- posição química da superfície de partículas amorfas pode exibir diferenças grandes ou pequenas, tanto abrutas como graduais. Além disso, embora as partículas de sólidos cristalinos tendam a crescer através de mecanismos bastante conhecidos do amadurecimento de Oswald, as partículas não- cristalinas podem se expandir ou inchar e encolher (desinchar) através da absorção e a desabsorção de água, formando um material do tipo de gel ou de plástico que é deformado com facilidade quando submetido às forças de cisalhamento, compressão ou de capilaridade. Processos para a preparação de fosfato de alumínio amorfo

Em um aspecto, é provido aqui, neste pedido de patente um processo sintético que produz fosfatos de alumínio não-cristalinos com pro- priedades especiais. O processo é descrito nas etapas gerais que se se- guem. Uma pessoa versada na técnica irá reconhecer que determinadas etapas podem ser alteradas ou da mesma forma omitidas. Em uma modali- dade, as etapas do processo incluem: preparação dos reagentes principais usados no processo, tais como a solução de ácido fosfórico, hidróxido de alumínio hidratado sólido e solução de aluminato de alumínio; adição dos reagentes em um reator equipado com um sistema de agitação para manter a homogeneidade da mistura durante o processo; controle, durante a adição dos reagentes no reator, da temperatura e do pH da mistura e o tempo de reação; filtragem da suspensão; remoção das impurezas presentes na torta de filtragem por lavagem; dispersão da torta lavada em um dispersador ade- quado; secagem da polpa dispersada em um secador turbo ou secador por atomização; micronização do produto secado para uma granulometria média de 1,0 até 10 mícrons; e polimerização do produto secado através de trata- mento térmico do fosfato de alumínio em um calcinador. Em determinadas modalidades, o processo compreende uma etapa de pré-mistura das solu- ções do ácido fosfórico e do sulfato de alumínio antes da adição ao reator. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio em pigmentos podem ser preparados e usados como uma polpa em pasta fluida (dispersão com um elevado conteúdo de sólidos, que flui sob a ação da gra- vidade ou de bombas de baixa pressão) com 20 a 69% ou mais de não- voláteis por peso; como fosfato de alumínio secado ou micronizado com cer- ca de 1 a 30%, em determinadas modalidades, 10, 12, 15, 17, 20, 25 ou 30% de umidade; e também na forma polimérica como polifosfato de alumí- nio calcinado e micronizado.

Em uma modalidade, o fosfato de alumínio amorfo é preparado através da reação entre o ácido fosfórico e o hidróxido de alumínio. O pro- cesso pode também compreender uma etapa de neutralização. A etapa de neutralização pode ser executada através do aluminato de sódio.

Em determinadas modalidades, o processo para a fabricação de um fosfato ou polifosfato amorfo de alumínio compreende a reação de ácido fosfórico, hidróxido de alumínio hidróxido e aluminato de sódio. Em uma modalidade, o processo para a fabricação de um fosfa-

to ou polifosfato de alumínio amorfo compreende a reação do fosfato de a- lumínio e do aluminato de sódio. Em uma modalidade, a reação compreende duas etapas. Na primeira etapa, o ácido fosfórico reage com o hidróxido de alumínio para a produção do fosfato de alumínio em um pH ácido. Em uma modalidade, o fosfato de alumínio é produzido como fosfato de alumínio solúvel em água.

Em determinadas modalidades, o pH do fosfato de alumínio solúvel em água é de menos do que 3,5. Em determinadas modalidades, o pH é de cerca de 3, 2,5, 2, 1,5 ou 1. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio é produzido como uma dispersão líquida de sólidos finos em um pH mais ele- vado. Em uma modalidade, o pH é de cerca de 3, 4, 5 ou 6. Em uma segunda etapa, a solução ou a dispersão aquosa de

fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química é posta em reação com um aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o aluminato de sódio é usado como uma solução aquosa em um pH maior do que cerca de 10. Em uma modalidade, o pH da solução aquosa de aluminato de sódio é de cerca de 11, 12, ou 13. Em uma modalidade, o pH da solução aquosa de aluminato de sódio é maior do que cerca de 12. O fosfato de sódio e alumí- nio é gerado como um precipitado sólido. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 0,85 e uma pro- porção molar de Na/Al = 0,50. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e a- lumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 1,0 e uma proporção mo- lar de Na/Al = 0,76. Em determinadas modalidades, as moléculas com ou- tras proporções de formulação podem ser obtidas através do mesmo proce- dimento.

Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado sólido é adicionado ao ácido fosfórico na primeira etapa química. Em outra modali- dade, o hidróxido de alumínio sólido hidratado é adicionado à solução líquida de aluminato de sódio purificada para a formação de uma solução coloidal. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado sólido é adicionado diretamente como um sólido ou como uma suspensão de sólido-líquido em água na segunda etapa de reação. Em determinadas modalidades, a reação é executada em uma única etapa.

Em determinadas modalidades, o reator para a execução da se- gunda etapa da reação, isto é, a reação de uma solução ou dispersão aquo- sa ácida de fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química com alu- minato de sódio, tem um desempenho de esforço elevado de misturação e de cisalhamento para a mistura dos reagentes e para a geração de um pre- cipitado sólido com a distribuição do tamanho de partícula desejada. Em de- terminadas modalidades, as propriedades de dispersão do reator podem ser ajustadas com relação às necessidades do processo de secagem por pulve- rização.

Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de a- lumínio amorfo também compreende um íon, tal como um íon de sódio, po- tássio ou lítio. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo compreende sódio. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade esqueléti- ca de entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade esquelética de cerca de 1,95, 2,00, 2,10, 2,20, 2,30, 2,40 ou 2,50 gramas por centímetro cúbico. Em determinada modalidade, o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para alumínio de mais do que 0,8 até 1,3. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fós- foro para o alumínio de mais do que 0,9 até 1,3. Em determinada modalida- de, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para o alumínio de cerca de 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 ou 1,3. Em de- terminada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de sódio para o alumínio de cerca de 0,6 até 1,4. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de sódio para o alumínio de 0,6, 0,7, 0,76, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 ou 1,3. O fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo pode estar na forma de uma pasta fluida. Em uma modalidade, a pasta fluida compre- ende cerca de 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% de conteúdo não- volátil em peso (ASTM D280). Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio pode estar na forma de um pó, e, por exemplo, tem de um a quatro espaços vazios por partícula de pó de fosfato ou o polifosfato de alu- mínio amorfo. A forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio de partícula individual médio de entre 10 e 40 nanometros. Em um as- pecto, a forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio de partícula individual médio entre 10 e 30 ou 10 e 20 nanometros.

A solução de aluminato de sódio para ser usada no processo provido aqui, neste pedido de patente pode ser obtida através de métodos conhecidos daquelas pessoas versadas na técnica. Em uma modalidade, a solução de aluminato de sódio é um produto químico padronizado resultante da primeira etapa no processo Bayer de extração da alumina (A^O3) a partir do minério de Bauxita, quase sempre denominada de "solução grávida puri- ficada de sódio". Esta solução líquida aquosa de aluminato de sódio é satu- rada em temperatura ambiente e estabilizada com hidróxido de sódio, Nqa- OH. As suas composições típicas são: aluminato de sódio, 58 a 65% em pe- so (25 a 28% em peso de AI2O3) e hidróxido de sódio, 3,5 até 5,5% em peso (2,5 a 45 em peso de Na2O livre). Em determinadas modalidades, ela tem uma proporção molar de Na para Al a partir de cerca de 1,10 até 2,20 e bai- xas impurezas (dependendo da origem da Bauxita: Fe = 40 ppm, Metais pe- sados = 20 ppm e pequenas quantidades de ânions, Cr e SO42")· Em deter- minadas modalidades, a solução em água de aluminato de sódio tem uma proporção molar de Na para Al de cerca de 1,10, 1,15, 1,20, 1,25, 1,30, 1,35, 1,40, 1,45, 1,50, 1,55, 1,60, 1,65, 1,70, 1,75, 1,80, 1,85, 1,90, 1,95, 2,0, 2,05, 2,10, 2,15 ou 2,2. A corda solução, em determinadas modalidades, é âmbar. Em determinadas modalidades, a viscosidade da solução é de aproximada- mente 100 cP. Em determinados aspectos, a solução de aluminato de sódio é purificada através de filtragem por polimento. Em determinadas modalida- des, a solução de aluminato de sódio é regenerada a partir do hidróxido de alumínio sólido e do hidróxido de sódio.

O hidróxido de alumínio hidratado sólido é obtido através de mé- todos conhecidos das pessoas versadas na técnica. Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio é um produto químico industrial produzido através do processo Bayer. O hidróxido de alumínio hidratado sólido pode ser obtido a partir da "solução grávida de aluminato de sódio purificada" através de pre- cipitação que é conseguida através do resfriamento da solução. Em uma modalidade, o aluminato de sódio produzido dessa forma tem um baixo nível de impurezas e uma quantidade variável de umidade (cátions de cerca de 70 ppm, cloretos de cerca de 0,85% em peso e sulfatos de cerca de 0,60% em peso) (essas impurezas são determinadas através do nível de purificação da "Solução Grávida de Aluminato de Sódio Purificada" e o total der água, hi- dratação e umidade de cerca de 22,0 até 23,5% em peso. Em um aspecto, ambos os materiais em bruto são produtos industriais primários padroniza- dos, somente a primeira e a segunda etapa do processamento da Bauxita (commodities) produzido em enormes quantidades pelos processadores da Bauxita.

Em uma modalidade a reação química resulta na formação de fosfato de sódio e alumínio (AI(OH)0,7Nao,7(P04).1,7H20). Depois da forma- ção do fosfato de sódio e alumínio, a suspensão contendo cerca de 6,0% até 10,0% de sólidos, com uma temperatura máxima aproximada de 45°C e uma densidade em uma faixa de 1,15 até 1,25 g/cm3, é bombeada para um filtro de prensa convencional, a fase líquida (algumas vezes referida como o "li- cor") é separada a partir da fase sólida (algumas vezes referida como a "tor- ta"). A torta úmida, que contem aproximadamente de 35% até 45% de sóli- dos, em determinadas modalidades, cerca de 35, 40 ou 45% de sólidos é mantida no filtro durante o ciclo de lavagem.

Em uma modalidade, a lavagem da torta úmida é realizada no próprio filtro, e em duas ou até três etapas do processo. Na primeira Iava- gem ("lavagem de deslocamento") a maior parte da substância filtrada que está contaminando a torta é removida. A etapa de lavagem é executada com a utilização de água tratada sobre a torta em uma velocidade de fluxo de 6,0 m3 de água por tonelada de torta seca. Uma segunda etapa de lavagem, também com água tratada e com um fluxo de 8,0 m3 de água por tonelada de torta seca, pode ser executada para a redução dos contaminantes. E fi- nalmente, uma terceira etapa de lavagem pode ser executada com água pa- ra reduzir ainda mais os contaminantes. Finalmente, a torta pode ser insufla- da com ar comprimido durante um determinado período de tempo. O produto úmido deve apresentar entre 35% e 45% de sólidos.

Em seguida, nesta modalidade específica, a dispersão da torta pode ser processada de tal forma que a torta filtrada, úmida e lavada, é ex- traída a partir do filtro de prensa através de uma correia transportadora e transferida para um reator/dispersador.

Em determinadas modalidades, a dispersão da torta é auxiliada através da adição de um agente de dispersão, tal como uma solução de poli- fosfato de sódio.

Em uma modalidade, depois da etapa de dispersão, o produto é

em seguida secado, quando a "solução espessa" de fosfato de alumínio com uma porcentagem de sólidos dentro da faixa de 30% até 50%, é bombeada para a umidade de secagem. Em outra modalidade, a remoção da água a partir do material pode ser executada com um equipamento de secagem, tal como um tipo de "secador turbo" através da injeção de uma corrente de ar quente, ou em um "secador por atomização" em uma temperatura de 80°C até 140°C, através da amostra. A umidade final do produto deve ser mantida de preferência na faixa de 10% até 20% de água.

Em determinadas modalidades, a etapa que se segue no pro- cesso inclui a calcinação do produto. Nessa etapa, os íons de ortofosfato do fosfato de alumínio seco são submetidos à condensação para íons de poli- fosfato (difosfato, trifosfato, tetrafosfato, η-fosfato, em que "n" pode ser qual- quer número inteiro maior do que 1, em determinadas modalidades, η é mai- or do que ou é igual a 4). Em uma modalidade, η é maior do que ou é igual a 10. Em outra modalidade, η é maior do que ou é igual a 20. Em uma modali- dade, η é de menos do que 100. Em outra modalidade, η é de menos do que 50. Essa etapa do processo é executada através do aquecimento do fosfato de alumínio, em um calcinador do tipo de secagem por pulverização, em uma faixa de temperatura de 500°C até 600°C. Depois da polimerização, o produto pode ser resfriado rapidamente e enviado para a unidade de micro- nização. Nesse ponto, a etapa de micronização do produto pode ser execu- tada. Finalmente, o produto resultante que sai do secador (ou do calcinador) é transferido para a unidade de penetração e de acabamento, triturado em um micronizador/ classificador, e a sua granulometria é mentida na faixa de 99,5% abaixo da malha 400.

O fosfato de alumínio ou o polifosfato de alumínio, depois do tra- tamento térmico, pode ser aplicado como um pigmento branco na formula- ção de tintas para uso doméstico, com base em água, devido a sua proprie- dade de auto opacificação em películas de látex, PVA e acrílico, devido à formação de partículas com estruturas ocas, com uma elevada capacidade de dispersão de luz, durante o processo da secagem da tinta. Quando uma dispersão de tais partículas seca sob o ar em tem-

peratura ambiente ou em até 120°C, são formadas partículas de tamanho nano que tem uma estrutura de núcleo e envoltório. As partículas de tama- nho nano mostram uma coalescência parcial dentro de agregados do tama- nho de mícron com formatos irregulares. Essas partículas podem ser obser- vadas através de microscopia eletrônica analítica. Além disso, essas partícu- las contem muitos espaços vazios dispersos como poros fechados no interi- or das mesmas. Os núcleos das partículas são mais plásticos do que os res- pectivos envoltórios das partículas. Esse fenômeno é evidenciado através do crescimento dos espaços vazios quando do aquecimento, enquanto o perí- metro dos envoltórios permanece essencialmente não-alterado.

As partículas de fosfato de alumínio descritas aqui, neste pedido de patente, demonstram propriedades melhoradas em determinados aspec- tos. Por exemplo, as partículas de fosfato de alumínio apresentam espaços vazios, quando as partículas são secadas, por exemplo, em temperatura ambiente, ou em até 130°C. Em uma modalidade, as partículas são secadas entre 40°C e 130°C. Em outra modalidade, as partículas são secadas entre 60°C e 130°C. Em determinadas modalidades, as partículas são secadas entre 80°C e 120°C. Além disso, as partículas de fosfato de alumínio têm uma estrutura de núcleo e envoltório. Em outras palavras, essas partículas têm envoltórios quimicamente diferentes dos núcleos das mesmas. Essa propriedade é evidenciada varias observações diferentes. Primeiro, as ima- gens eletrônicas não-elásticas filtradas por energia na região do plasmônio (10 a 40 eV), como medidas através de um microscópio eletrônico de trans- missão, mostram linhas brilhantes em torno da maioria das partículas. As medições de nano entalhes executadas no microscópio digital de força pul- sada (DPFM) mostram que as superfícies das partículas são mais rígidas do que o interior da partícula.

Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de a- lumínio em pigmentos pode ser preparado e usado como uma polpa de pas- ta fluida (dispersão de um alto conteúdo de sólidos que flui sob a ação da gravidade ou de bombas de baixa pressão) com de 20 a 60% ou mais de não-voláteis em peso.

Em determinadas modalidades, é provida aqui, neste pedido de patente, uma pasta fluida compreendendo partículas de fosfato de alumínio e um agente de dispersão. Em determinadas modalidades, o agente de dis- persão é um sal de polifosfato, tal como o polifosfato de sódio, um copolíme- ro de poliéter/polissiloxano ou uma combinação dos mesmos. Em determi- nadas modalidades, a pasta fluida compreende a partir de cerca de 25% até cerca de 79% em peso de não-voláteis medidos de acordo com a ASTM D280. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende a partir de cerca de 40% até cerca de 60% em peso de não-voláteis. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60% ou mais em peso de sólidos não-voláteis. Em determinadas modalida- des, a pasta fluida compreende cerca de 50% em peso de não-voláteis.

Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 25% até cerca de 70% de fosfato de alumínio em peso. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 40% até cerca de 60% em peso de fosfato de alumínio. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60% ou mais de fosfato de alu- mínio em peso. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 50% em peso de fosfato de alumínio. Em determinadas modalidades, a pasta fluida de fosfato de alu-

mínio provida aqui, neste pedido de patente tem uma viscosidade var5iando a partir de cerca de 50 cPs até cerca de 150 cPs. Em determinadas modali- dades, a pasta fluida de fosfato de alumínio provida aqui, neste pedido de patente tem viscosidade variando a partir de cerca de 55 cPs até cerca de 120 cPs. Em determinadas modalidades, a pasta fluida de fosfato de alumí- nio provida aqui, neste pedido de patente tem uma viscosidade de cerca de 50 cPs, 70 cPs, 80 cPs, 90 cPs, 100 cPs, 110 cPs ou cerca de 120 cPs.

Em determinadas modalidades, o tamanho das partículas do pigmento de fosfato de alumínio é controlado para maximizar a dispersão da luz. Em determinadas modalidades, a determinação do tamanho de partícula é feita através de dispersão estática de luz em um instrumento Cilas modelo 1064. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre cerca de 0,1 até cerca de 5 mícrons. Em determinadas modalidades, o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre cerca de 0,2 até cerca de 0,6 mícron, cerca de 0,6 até cerca de 1,0 mícrons, cerca de 1,0 até cerca de 1,5 mícron, cerca de 1,0 até cerca de 3,0 mícrons ou cerca de 1,60 até cerca de 3,82 mícrons. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio provido aqui, neste pedido de patente, é micronizado em um moinho de martelo para um tama- nho de partícula dentro de 3 mícrons (d10) e 19 mícrons (d90). Em uma mo- dalidade, o tamanho de partícula com relação a amostras sonicadas alta- mente diluídas é de 0,1 mícron, em um instrumento de dispersão dinâmica de luz (Brookhaven ZetaPIus).

As partículas de fosfato de alumínio, como preparadas de acor- do com o processo descrito aqui, neste pedido de patente, podem ser dis- persas em látex, na presença de sólidos cristalinos particulados. Se for fun- dida uma película com a utilização dessa dispersão, são produzidas pelícu- las altamente opacas. Em determinadas modalidades, as películas altamen- te opacas podem ser produzidas no caso de uma única camada fina de par- tículas. Evidência experimental com relação à opacidade de película pode ser obtida com a utilização de fosfato de alumínio amorfo como um substitu- to para o dióxido de titânio (isto é, TiO2). O dióxido de titânio é o pigmento branco padrão corrente usado pela maioria de todos os fabricantes envolvi- dos nas formulações de tintas de látex. Uma tinta padrão de lates de estire- no-acrílico foi preparada com a utilização de uma carga usual de dióxido de titânio e ela dói comparada com uma tinta na qual cinqüenta por dento da carga de dióxido de titânio foi substituída por fosfato de alumínio amorfo. A comparação foi feita em dois laboratórios de teste de tinta diferentes. As medições óticas tomadas a partir das películas tiradas com a utilização das duas tintas demonstraram que o fosfato de alumínio pode substituir as pelí- culas produzidas com dióxido de titânio, preservando ao mesmo tempo as propriedades óticas da película. O fosfato de alumínio descrito aqui, neste pedido de patente tem

um tamanho de partícula relativamente pequeno. Esses tamanhos de partí- cula relativamente pequenos permitem que as partículas se distribuam de forma extensa na película e a se associarem intimamente com a resinam com enchimentos inorgânicos e com elas próprias, criando por meio disso aglomerados que são locais parta a formação extensa de espaços vazios quando a tinta seca. O fosfato de alumínio presente mostra essa tendência para a formação de espaços vazios fechados, ou partículas ocas, em um grau que não havia sido previamente observado com relação aos fosfatos de alumínio, polifosfatos ou quaisquer outras partículas. Em algumas modalida- des, as partículas de fosfato ou de polifosfato de alumínio são substancial- mente isentas de poros abertos contendo ao mesmo tempo uma quantidade de poros fechados. Como resultado, nessas modalidades, o volume de ma- croporos é substancialmente menor do que 0,1 cm3/grama.

A opacificação das películas de tinta à base de água com a utili- zação de fosfato de alumínio em algumas modalidades envolve característi- cas únicas. A película de revestimento molhada é uma dispersão viscosa de partículas de polímero, fosfato de alumínio, dióxido de titânio e de enchimen- tos. Quando essa dispersão é aplicada como uma película e secada, ela se comporta de forma diferente a partir der uma tinta padrão (abaixo da concen- tração do volume critico de pigmento, CPVC). Em uma tinta padrão, a resina de temperatura de transição para vidro (Tg) baixa, é plástica em temperatura ambiente e se torna coalescente, de tal forma que a película de resina enche os poros e os espaços vazios. Uma tinta formulada com fosfato de alumínio, no entanto, pode exibir um comportamento diferente. Os poros fechados se formam como descrito aqui, neste pedido de patente, e contribuem com re- lação à força de cobertura da película.

O fosfato de alumínio ou o polifosfato de alumínio, usados como

um pigmento branco, pode substituir o dióxido de titânio em dispersões em meio aquoso, tal como em uma emulsão polimérica de látex. Em uma moda- lidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 0,8 e 1,3. Em outra modalidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 0,8 até 1,3. Em outra modalidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 1m0 até 1,2.

Diversas tintas podem ser formuladas com a utilização do fosfa- to e do polifosfato de alumínio feitos de acordo com as diversas modalida- des deste pedido de patente como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com outro pigmento, tal como o dióxido de titânio. Uma tinta compreende um ou mais pigmentos e um ou mais polímeros como o Iigante (algumas vezes referido como "polímero de ligação"), e opcionalmente di- versos aditivos. Existem tintas à base de água e tintas que não são à base de água. Em geral, uma tinta à base de água é composta de quatro com- ponentes básicos: ligante, veículo aquoso, pigmento(s) e aditivo(s). O Ii- gante é um material resinoso não-volátil que é disperso no veículo aquoso para a formação de um látex. Quando o veículo aquoso se evapora, o li- gante forma uma película de tinta que se liga junto com as partículas do pigmento e os outros componentes não-voláteís da composição de tinta à base de água. As composições de tinta à base de água podem ser formu- ladas de acordo com os métodos e os componentes descritos na Patente U.S. 6.646.058, com ou sem modificações. A descrição dessa patente é incorporada aqui, neste pedido de patente, por referência em sua totalida- de. O fosfato ou o polifosfato de alumínio feito de acordo com as diversas modalidades deste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas à base de água como um pigmento, de forma isolada ou em com- binação com o dióxido de titânio.

Uma tinta comum é uma tinta de látex que compreende um po- límero de ligação, um pigmento para ocultação, e opcionalmente um espes- sante e outros aditivos. De novo, o fosfato ou o polifosfato de alumínio feito de acordo com as diversas modalidades deste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas de látex como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com o dióxido de titânio. Outros componentes para a fabricação de uma tinta de látex estão descritos nas Patentes U.S. N0 6.881.782 e N0 4.782.109 que são incorporadas aqui, neste pedido de paten- te, por referência em suas totalidades. A título de ilustração, os componentes e métodos adequado para a fabricação de tintas de látex são explicados de forma resumida abaixo.

Em algumas modalidades, os polímeros de ligação adequados incluem emulsão de monômeros etilênicamente não saturados copolimeriza- dos que incluem 0,8% até 6% de acrilato ou de metacrilato de ácido graxo tal como o metacrilato de Iaurila e/ou o metacrilato de estearila. Com base no peso dos monômeros etilênicos copolimerizados, o Iigante polimérico com- preende de 0,8% até 6% de metacrilato ou acrilato de ácido graxo, em que as composições de preferência contêm de 1 % até 5% de metacrilato ou acri- lato de ácido graxo, tendo uma cadeia alifática de ácido graxo compreen- dendo entre 10 e 22 átomos de carbono. Em uma modalidade, as composi- ções de copolímero são baseadas em metacrilato de ácido graxo copolimeri- zado. Em outra modalidade, são usados o metacrilato de Iaurila e/ou o me- tacrilato de estearila. Em uma modalidade, o metacrilato de Iaurila é o mo- nômero de escolha. Outros metacrilatos de ácido graxo úteis incluem o me- tacrilato de miristila, metacrilato de decila, metacrilato palmítico, metacrilato oleico, metacrilato de hexadecila, metacrilato de cetila e metacrilato de eico- sila, e metacrilatos similares de cadeia alifática linear. Os metacrilatos ou acrilatos de ácido graxo compreendem tipicamente óleos graxos comerciais correagidos com ácido metacrílico ou com ácido acrílico para prover primari- amente a parte de metacrilato de ácido graxo dominante, com quantidades menores de outros acrilatos ou metacrilatos de ácido graxo. Os monômeros etilênicamente não saturados polimerizáveis contêm não saturação de carbono-carbono e incluem monômeros de vinila, monômeros acrílicos, monômeros alicíclicos, monômeros de acrilamida e ácidos mono- e di-carboxilicos não saturados. Os ésteres de vinila incluem acetato de vinila, propionato de vinila, butiratos de vinila, benzoatos de vinila, acetatos de vinil isopropila e ésteres de vinila similares; os halogenetos de vinila incluem o cloreto de vinila, fluoreto de vinila, e vinilideno cloreto; os hidrocarbonetos aromáticos de vinila incluem estireno, metil estirenos e esti- renos similares de alquila mais baixa, cloro estireno, vinil tolueno, vinil nafta- leno, e divinil benzeno; os monômeros de hidrocarbonetos alifáticos de vinila incluem as alfa olefinas tais como etileno, propileno, isobutileno, e ciclohe- xeno bem como os dienos conjugados tais como 1,3-butadieno, metil-2- butadieno, 1,3-piperileno, 2,3 dimetil butadieno, isopreno, cicloexano, ciclo- pentadieno, e diciclopentadieno. Os éteres de vinil alquila incluem o éter de vinil metila, éter de vinil isopropila, éter de vinil n-butila, e éter de vinil isobuti- la. Os monômeros acrílicos incluem os monômeros tais como os ésteres de alquila mais baixa do ácido acrílico ou metacrílico, que tenham uma parte de éster de alquila que contenham entre de 1 a 12 átomos de carbono, bem como os derivados de ácido acrílico e de ácido metacrílico. Os monômeros acrílicos úteis incluem, por exemplo, o ácido acrílico e metacrílico, acrilato e metacrilato de metila, acrilato e metacrilato de etila, acrilato e metacrilato de butila, acrilato e metacrilato de propila, acrilato e metacrilato de 2-etil hexila, acrilato e metacrilato de ciclohexila, acrilato e metacrilato de decila, acrilato e metacrilato de isodecila, acrilato e metacrilato de benzila, e diversos produ- tos de reação tais como butil fenila, e éteres de cresil glicidila reagidos com os ácidos acrílico e metacrílico, acrilatos e metacrilatos tal como acrilatos de hidroxietila e hidroxipropila e metacrilatos de hidroxil alquila bem como acri- latos e metacrilatos de amino. Os monômeros acrílicos podem incluir quanti- dades muito menores de ácidos acrílicos incluindo o ácido acrílico e metacrí- lico, ácido etacrílico, ácido alfa-cloroacrílico, ácido alfa-cianoacrílico, ácido crotaônico, ácido beta-acrilóxi propiônico e ácido beta-estiril acrílico.

Em outras modalidades, os polímeros úteis como o componente (a) o "polímero de ligação" das tintas de látex são produtos da copolimeriza- ção de uma mistura de comonômeros que compreende monômeros selecio- nados a partir de estireno, metil estireno, vinila, ou combinações dos mes- mos. Em uma modalidade, os comonômeros compreendem pelo menos 40 por cento em mol de monômeros selecionados a partir de estireno, metil esti- reno ou de combinações dos mesmos e pelo menos 10 por cento em mol de um ou mais monômeros selecionados a partir de acrilatos, metacrilatos e acrilonitrila. E1 outra modalidade, os acrilatos e metacrilatos contêm a partir de 4 até 16 átomos de carbono, tais como, por exemplo, o acrilato de 2- etilhexila e metacrilatos de metila. Os monômeros podem ser usados em uma proporção tal que o polímero final tenha uma temperatura de transição para vidro (Tg) de mais do que 210C e menos do que 95°C. Em uma modali- dade, os polímeros têm um peso médio de peso molecular de pelo menos 100.000.

Em uma modalidade, o polímero de ligação compreende unida-

des inter polimerizadas derivadas a partir de acrilato de 2-etilhexila. Em outra modalidade, o polímero de ligação compreende unidades polimerizadas que compreendem a partir de 50 até 70 por cento em mol de unidades derivadas de estireno, metil estireno, ou combinações dos mesmos; a partir de 10 até 30 por cento em mol de unidades derivadas a partir de acrilato de 2- etilhexila; e a partir de 10 até 30 por cento em mol de unidades derivadas a partir de acrilato de metila, acrilonitrila ou combinações dos mesmos.

Os exemplos ilustrativos de polímeros de ligação adequados incluem um copolímero cujas unidades inter polimerizadas são derivadas a partir de cerca de 49 por cento em mol de estireno, 11 por cento em mol de alfa-metil estireno, 22 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila e 18 por cento em mol de metacrilatos de metila com uma Tg de aproximadamen- te 45°C (disponível como a emulsão de polímero Neocryl XA-6037 da ICI Américas, Inc., Bridgewator, N.J.); um copolímero cujas unidades inter poli- merizadas são derivadas a partir de cerca de 51 por cento em mol de estire- no, 12 por cento em mol de α-metil estireno, 17 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila, e 19 por cento em mol de metacrilatos de metila com uma Tg de aproximadamente 44°C (disponível como a emulsão de polímero Joncryl 537 da S.C. Johnson & Sons, Racine, Wis.); e um terpolímero cujas unida- des interpolimerizadas são derivadas a partir de cerca de 54 por cento em mol de estireno, 23 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila, e 23 porcento em mol de acrilonitrila com uma Tg de aproximadamente 44°C (disponível como uma emulsão de polímero Carboset. TM. XPD-1468 da B.F. Goodrich Co.). Em uma modalidade, o polímero de ligação é o Joncryl. TM. 537.

Como descrito acima, o fosfato ou o polifosfato de alumínio de acordo com as diversas modalidades descritas aqui, neste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas de látex como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com outro pigmento.

Os pigmentos de cobertura adicionais incluem os pigmentos de ocultação brancos de opacificação e pigmentos coloridos orgânicos e inor- gânicos. Os exemplos representativos de pigmentos de ocultação brancos de opacificação incluem os dióxidos de rutila e atanásio de titânio, litopona, sulfito de zinco, titanato de chumbo, oxido de antimônio, óxido de zircônio, sulfato de bário, chumbo branco, óxido de zinco, óxido de zinco com chumbo e os semelhantes, e as misturas dos mesmos. Em uma modalidade, o pig- mento branco orgânico de ocultação é o dióxido de rutila de titânio. Em outra modalidade, o pigmento branco orgânico de ocultação é o dióxido de rutila de titânio tendo um tamanho médio de partícula entre cerca de 0,2 e 0,4 mí- crons. Os exemplos de pigmentos orgânicos coloridos são o ftalo azul e o hansa amarelo. Os exemplos de pigmentos coloridos inorgânicos são o óxi- do vermelho de ferro, óxido marrom, ocres e umbra.

A maioria das tintas de látex contém espessantes para a modifi- cação das propriedades reológicas da tinta e para assegurar as característi- cas de bom espalhamento, manipulação e aplicação. Espessantes adequa- dos incluem um espessante não celulósico, em uma modalidade, um espes- sante associativo; em outra modalidade um espessante associativo de ure- tano.

Os espessantes associativos tais como, por exemplo, os copolí- meros de acrílico incháveis de álcali modificados de forma hidrófoba e os copolímeros de uretano modificados de forma hidrófoba conferem em geral mais reologia Newtoniana a tintas de emulsão quando comparados com os espessantes convencionais tais como, por exemplo os espessantes celulósi- cos. Os exemplos representativos de espessantes associativos adequados incluem os ácidos poliacrílicos (disponíveis da Rohm & Haas Co., Philadel- phia, Pa., como Acrysol RM-825 e QR-708 Rheology Modifier); e atapulgita ativada (disponível de Engelhard, Iselin, N.J. como Attagel 40).

As películas das tintas de látex são formadas por coalescência do polímero de ligação para a formação de uma matriz de ligação na aplica- ção da tinta em temperatura ambiente para a formação de uma película rígi- da, isenta de pegajosidade. Os solventes de coalescência auxiliam a coales- cência do Iigante de formação de película através do abaixamento da tempe- ratura de formação de película. As tintas de látex contêm de preferência um solvente de coalescência. Os exemplos representativos de solvente de coa- lescência adequados incluem 2-fenoxietanol, éter de butil de dietileno glicol, ftalato de dibutila, dietileno glicol, monoisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,1,3- pentanodiol, e as combinações dos mesmos. Em uma modalidade, o solven- te de coalescência é o éter de dibutil de dietileno glicol (butil carbitol) (dispo- nível da Sigma-AIdrich, Milwaukee, Wis.) ou o monoisobutirato de 2,2,4- trimetil-1,1,3-pentanodiol (disponível da Eastman Chemical Co., Kingsport, Tenn., como Texanol), ou as combinações dos mesmos.

O solvente de coalescência é usado de preferência em um nível entre cerca de 12 até 60 gramas ou de cerca de 40 gramas de solvente de coalescência por litro de tinta de látex em cerca de 20 até 30 por cento em peso com base no peso dos sólidos de polímero na tinta.

As tintas formuladas de acordo com as diversas modalidades providas aqui, neste pedido de patente podem ainda compreender materiais convencionais usados em tintas tais como, por exemplo, plastificantes, agen- tes de anti formação de espuma, prolongadores de pigmento, ajustadores de pH, cor de fingimento e biocida. Esses ingredientes típicos estão relaciona- dos, por exemplo, em TECHNOLOGY OF PAINTS, VARNISHES AND LAC- QUERS, editado por C. R. Martens, R.E. Kreiger Publishing Co., p. 515 (1974).

As tintas são comumente formuladas com "prolongadores fun- cionais" para aumentar a cobertura, reduzir os custos, alcançar durabilidade, alterar a aparência, controlar a reologia e influenciar outras propriedades desejáveis. Os exemplos de prolongadores funcionais incluem, por exemplo, sulfato de bário, carbonato de cálcio, argila, gesso, sílica e talco.

Os prolongadores funcionais mais comuns para tintas planas para interior são as argilas. As argilas têm uma quantidade de propriedades que tornam as mesmas desejáveis. As argilas calcinadas baratas, por e- xemplo, são úteis no controle da viscosidade em baixo cisalhamento e tem uma grande superfície de área interna, o que contribui para cobertura a seco ("dry hide"). Porém essa área de superfície também fica disponível para prender manchas.

Devido a sua tendência para a absorção de manchas, é de pre-

ferência que sejam usadas argilas calcinadas nas tintas somente em peque- nas quantidades necessárias para o controle da reologia, por exemplo, tipi- camente como menos do que a metade do total do prolongador de pigmento, ou que não sejam usadas de nenhuma forma. Os prolongadores de exemplo para serem usados nas tintas descritas aqui, neste pedido de patente dão os carbonatos de cálcio; que em determinadas modalidades são carbonatos de cálcio triturados de forma ultra fina, tais como, por exemplo a Opacimite (disponível da ECC International, Sylacauga, Ala.), Supermite (disponível da Imerys, Roswell, Ga.), ou outros que tenham tamanhos de partícula de apro- ximadamente 1,0 até 1,2 mícrons. O carbonato de cálcio ultra fino auxilia para espaçar otimamente o dióxido de titânio para cobertura (ver, por exem- plo, K. A. Haagenson, "The effect of extender particle size on the hiding pro- perties of an interior Iatex flat paint," American Paint & Coatings Journal, Apr. 4, 1988, pp. 89-94). As tintas de látex formuladas de acordo com as diversas modali-

dades providas aqui, neste pedido de patente podem ser preparadas com a utilização de técnicas convencionais. Por exemplo, alguns dos ingredientes das tintas são em geral combinados juntos sob alto cisalhamento para a formação de uma mistura comumente referida como "a triturada" pelos for- muladores de tintas. A consistência desta mistura pode ser comparada à- quela da lama, que é desejável com o propósito de dispersar de forma efici- ente os ingredientes com um agitador de alto cisalhamento. Durante a pre- paração do triturado, a energia de alto cisalhamento é usada para quebrar e separar as partículas de pigmento aglomeradas.

Os ingredientes não incluídos no triturado são comumente refe- ridos como "o separado". O deixado é usualmente muito menos viscoso do que o triturado e é usado usualmente para a diluição do triturado para obter uma tinta final com a consistência apropriada. A misturação final do triturado com o deixado é tipicamente executada com misturação de baixo cisalha- mento.

A maioria dos látices de polímero não são estáveis no cisalha- mento, e por esse motivo não são usados como um componente do tritura- do. A incorporação de látices instáveis no cisalhamento no triturado pode resultar em coagulação do látex, produzindo uma tinta com grupos, com pouca ou nenhuma capacidade de formação de película. Em conseqüência, as tintas são preparadas em geral através da adição do polímero de látex no deixado. No entanto, algumas tintas formuladas de acordo com as várias modalidades descritas aqui, neste pedido de patente contém polímeros de látex que são geralmente estáveis no cisalhamento. Por esse motivo, as tin- tas de látex podem ser preparadas através da incorporação de algum ou de todos dos polímeros de látex dentro do triturado. Em uma modalidade, pelo menos um pouco do polímero de látex é colocado no triturado.

Os exemplos de formas possíveis do processo são como descri- tos abaixo. De novo, uma pessoa versada na técnica irá reconhecer varian- tes que podem ser utilizadas na execução do novo processo descrito aqui, neste pedido de patente. Os exemplos que se seguem são apresentados para exemplificar modalidades da invenção. Todos os valores numéricos são aproximados. Quando faixas numéricas são fornecidas, deve ser entendido que as modalidades fora das faixas declaradas podem ainda cair dentro do âmbito da invenção. Os detalhes específicos descritos em cada um dos e- xemplos não devem ser considerados como características necessárias da invenção. Exemplo 1

Preparação de fosfato de alumínio em pó

791 g de ácido fosfórico (81,9% em peso de H3PO4 ou 59,3% em peso de P2O5) foram reagidos com 189 g de hidróxido de alumínio hidratado( 85,3% em peso de AI(OH)3 ou 58,1% em peso de AI2O3) em 210 g de água à 80°C durante 1 hora (proporção molar final de P/Al = 2,99) para obter uma solução ácida de fosfato de alumínio. Na segunda etapa, 1155 g de solução purificada comercial de aluminato de sódio (9,7% em peso de Al e 11,2% em peso de Na ou 18,3% em peso de AI2O3 e 15,7% em peso de Na2O, final Na/Al = 1,36) foram adicionados de forma simultânea com uma solução áci- da de fosfato de alumínio a um recipiente agitado carregado com 1500 g de água em temperatura ambiente.

O pH final da reação foi de 7,1 e a temperatura durante a reação foi mantida em 45°C. A dispersão resultante foi centrifugada (30 minutos, 2500 rpm - força centrifuga relativa: 1822 g) para a remoção do líquido da reação, formando uma torta que foi lavada com água uma vez (1000 g de água de lavagem) para dar uma torta úmida branca (3300 g) com 27,0% em peso de conteúdo não-volátil (902 g em base seca seguindo a ASTM D 280) e pH de 7,3. A pasta fluida foi secada por pulverização produzindo 1090 g de pó de fosfato de alumínio (cerca de 83% em peso de conteúdo não-volátil). Exemplo 2

Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

10,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. En- quanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 1,34 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, 150,0 g de solução espessa de fosfato de alumínio (30% de não-voláteis) foram adicionados lentamente (25 g/minuto). Depois de outros minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 109,0 g de fosfato de alumínio em pó (80% não-voláteis) foram adicionados lenta- mente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agi- tação a 1800 RPM durante 20 minutos. Exemplo 3

Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

72,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. En- quanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 0,96 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 122,0 g de fosfato de alumínio em pó (80% não-voláteis) foram adicionados lentamente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agitação a 1800 RPM durante 20 minutos. Exemplo 4

Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

72,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. En- quanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 0,96 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 122,0 g de fosfato de alumínio em pó, preparado de acordo com o Exemplo 1 com a utilização de um secador pulverizador (80% não-voláteis) foram adi- cionados lentamente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agitação a 1800 RPM durante 20 minutos. Exemplo 5

Processo para a secagem da solução espessa de fosfato de alumínio

Uma pasta fluida de fosfato de alumínio contendo um conteúdo de 27% de não-voláteis, pH igual a 7,5 e uma viscosidade de 114 cP a 129 s"1 foi alimentada para dentro de um pulverizador secador com a utilização das condições de operação:

Velocidade de fluxo da entrada da pasta fluida: 1 Ih"1; Fluxo de ar insuflado: 50 ml por minuto"1; Coluna aquecida para 120°C; e Largura do bocal: 1 mm. O conteúdo final de não-voláteis no pó seco foi de cerca de 83% (ASTM D280).

Resultados dos Exemplos de 2 a 4

O conteúdo de não-voláteis e a viscosidade a 129,1 s"1 (24 horas depois da preparação) das suspensões espessas são apresentados na Ta- bela 1.

Tabela 1. Teor de não-voláteis e viscosidade a 129,1 s"1 (24 horas depois

da preparação) das diversas suspensões espessas. Suspensão preparada seguindo Não-Voláteis (%) Viscosidade (cPs) Exemplo 2 51,5 701

Exemplo 3 50,3 1103

Exemplo 4 49,5 660

O teor dos não-voláteis foi medido de acordo com a ASTM D280: As amostras foram secadas a 1100C durante 2 horas. A viscosidade foi medida com um Viscometer Contraves Rheotherm, velocidade de cisa- Ihamento a 129,1 s"1.

A pasta fluida com o teor de 50% dos não-voláteis foi usada para a formulação de tinta na qual 50% do TiO2 foi substituído por fosfato de alumínio. As propriedades de aplicação da tinta preparada com a utiliza- ção da pasta fluida com o conteúdo de 50% de não-voláteis estão providos abaixo:

Descrição

Hegman 5H Viscosidade Stormer 98 KU PH 9,10 Opacidade 91,37% Brancura 75,94% Amarelado 4,17%

Como mencionado, uma tinta à base de água básica com dióxi- do de titânio é feita a partir de uma dispersão adequada de látex e de partí- culas de pigmento. As partículas do látex são responsáveis para fazer uma película coalescente cheia de partículas pigmentadas, e o pigmento é res- ponsável pela força de cobertura da película. Muitos aditivos também são usados, tais como: enchimentos inorgânicos, que diminuem as exigências de resina e de pigmento; agentes de coalescência, que aumentam a formação da película de resina, dispersantes e modificadores reológicos; que impedem a formação de torta de pigmento e de enchimento e dessa forma aumentam a duração em armazenamento da tinta junto com as propriedades reológicas da tinta.

Em uma película de tinta seca típica, as partículas do pigmento e do enchimento estão dispersas na película de resina. A força de cobertu- ra é largamente dependente dos índices de refração e do tamanho das par- tículas. Como mencionado o dióxido de titânio e correntemente o pigmento branco padrão devido ao seu índice de refração grande e a ausência de absorção de luz na região visível. Uma película seca de uma tinta formula- da com o novo fosfato de alumínio em algumas modalidades tem muitas diferenças a partir da película de tinta seca típica. Primeiro, a película com o fosfato de alumínio não é somente uma película de resina. Ao invés, ela também é formada por um emaranhado de resina e de fosfato de alumínio. Ela é dessa forma uma película nano compósita que combina duas fases inter penetrantes com propriedades diferentes para conseguir vantagens sinérgicas, com relação às propriedades mecânicas da película e a resis- tência à água e a outros agentes agressivos. Segundo, é obtida uma boa força de cobertura da película em teores mais baixos de dióxido de titânio, devido a que a película contém uma grande quantidade de poros fechados que dispersam a luz. Além disso, se uma partícula de dióxido de titânio es- tá adjacente a um desses espaços vazios, ela irá dispersar muito mais do que se estivesse totalmente circundada pela resina, devido ao gradiente de índice de refração maior. Isso cria uma sinergia entre o novo fosfato de alumínio e o dióxido de titânio, tanto quanto diz respeito à força de co- bertura.

Nos testes comparando uma película padrão de tinta seca a uma

película com fosfato de alumínio, uma formulação padrão do mercado de uma tinta acrílica semi-matt foi escolhida e o dióxido de titânio foi progressi- vãmente substituído pelo produto de fosfato de alumínio descrito aqui, neste pedido de patente. O conteúdo de água e outros componentes da tinta foram ajustados como exigidos. Varias das modificações na fórmula nesta modali- dade estão relacionadas com uma utilização diminuída do espessan- te/modificador de reologia, dispersante, resina acrílica e agente de coales- cência.

A modalidade de preferência do processo descrito aqui, neste pedido de patente tem somente duas etapas químicas a partir dos materiais primários de partida e dependendo da composição química final do fosfato de alumínio ele pode ser executado em somente uma etapa química. Em determinadas modalidades, o consumo de água poderá ser reduzido de for- ma significativa devido a que essa rota química usa pequena quantidade de água no processo. Também, esta nova rota química não gera efluentes ou quaisquer produtos químicos secundários. Além disso, o produto e o processo providos aqui, neste pedido

de patente, também pode ficar livre dos problemas de corrosão associados com alguns fosfatos de alumínio encontrados no mercado e usados na transformação de óxidos de ferro em fosfato de ferro. Além disso, a não estequiometria, junto com a não-cristalinidade relativa (ambos na forma de pasta fluida e de pó) e o teor de água cuidadosamente controlado do pó seco permite um controle fácil do inchamento que é vantajoso para a per- formance do mesmo. As partículas em tamanho nano são dispersas com facilidade e elas são estáveis com relação ao assentamento, o que permite dispersões uniformes da tinta. Também as nanopartículas podem ser for- temente compatíveis com as partículas do látex, através dos mecanismos de adesão capilar (na etapa de secagem da dispersão) seguida pela ade- são eletrostática mediada pelo aglomerado de íon (na película seca) - po- dem ser formadas redes bicontínuas em muitos casos. Finalmente, o pro- duto também é fortemente compatível com muitos outros sólidos particula- dos usados comumente como enchimentos para tintas, tais como os diver- sos silicatos, carbonatos e óxidos encontrados em dispersões formuladas à base de água, o que pode contribuir para a coesão e a resistência da pelí- cuia seca de tinta.

Em determinadas modalidades, a vantagem dessa via química inclui a redução dos materiais brutos, o uso de commodities, a redução de etapas químicas e a eliminação de efluentes e resíduos, a eliminação dos produtos secundários de sulfato de alumínio, redução do tratamento da água servida, a eliminação potencial da separação de sólido-líquido, e a elimina- ção da lavagem do sólido.

Além disso, a reação na segunda etapa química e na etapa de dispersão (formação da pasta fluida) pode ser executada em somente uma unidade do processo, com a possibilidade do ajuste da distribuição do ta- manho de partículas no reator durante a formação do fosfato de alumínio através do controle do esforço de cisalhamento dos reagentes durante a precipitação, para chegar diretamente à pasta fluida de fosfato de alumínio final.

Também, a composição da suspensão para o processo de se-

cagem por pulverização pode ser ajustada diretamente a partir do reator pa- ra ser obtida a viscosidade especificada, a distribuição do tamanho de partí- cula e a redissolução rápida do pó.

Como demonstrado acima, as modalidades descritas aqui, neste pedido de patente proporcionam um método para a fabricação de um fosfato de alumínio amorfo. Também é provida uma pasta fluida de fosfato de alu- mínio que compreende cerca de 20 a 60% de não-voláteis. Embora o assun- to de interesse tenha sido descrito com relação a um número limitado de modalidades, as características de uma modalidade não devem ser atribuí- das a outras modalidades da invenção. Nenhuma modalidade isolada é re- presentativa de todos os aspectos da invenção. Em algumas modalidades, as composições ou os métodos podem incluir numerosos compostos ou eta- pas não mencionadas aqui, neste pedido de patente. Em outras modalida- des, as composições ou os métodos não incluem, ou estão substancialmen- te isentos de quaisquer compostos ou etapas não enumeradas aqui, neste pedido de patente. Existem variações e modificações a partir das modalida- des descritas. O método para a fabricação das resinas ou dos pigmentos está descrito como compreendendo uma quantidade de atos ou etapas. Es- sas etapas ou atos podem ser praticados em qualquer seqüência ou ordem a não ser que indicados de outra forma. Finalmente, qualquer número des- crito aqui, neste pedido de patente deve ser considerado como significando aproximadamente, sem que seja levado em conta se as expressões "cerca de" ou "aproximadamente" seja usada para descrever o número. As reivindi- cações em anexo pretendem cobrir todas essas modificações e variações como caindo dentro do âmbito da invenção.

Claims (32)

1. Processo para a fabricação de um pigmento branco que com- preende a reação de ácido fosfórico, hidróxido de alumínio e aluminato de sódio, em que o pigmento compreende um fosfato ou um polifosfato de alu- mínio amorfo.

2. Processo para a fabricação de um pigmento branco que com- preende a reação de um fosfato de alumínio e aluminato de sódio, em que o pigmento compreende um fosfato ou um polifosfato de alumínio amorfo.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual o pigmento é caracterizado por uma densidade esquelética de entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico e uma proporção molar de fósforo para alumínio de 1.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual o pigmento compreende de 1 a 4 espaços vazios por partícula de fosfato ou de polifosfato de alumínio amorfo.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual a so- lução de aluminato de sódio é uma solução em água em um pH maior do que 12.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual o produto é separado em forma de uma torta.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, em que também compreende a etapa de lavagem da torta.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, em que também compreende a dispersão da torta.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, em que também compreende a secagem da torta.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, em que também compreende a polimerização do produto seco.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, em que também compreende a micronização do produto.

12. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que também compreende a adição do pigmento a uma mistura que compreende o dióxido de titânio.

13. Pasta fluida que compreende 20 a 60% em peso de fosfato ou de polifosfato de alumínio amorfo medida de acordo com a ASTM D280, e um agente de dispersão selecionado a partir de polifosfato de sódio, copo- límero de poliéter e polissiloxano ou uma combinação dos mesmos, e em que a pasta fluida tem uma viscosidade que varia a partir de 50 cPs até 150 cPs.

14. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 13, na qual o fos- fato ou polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade esquelética de entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico e uma pro- porção molar de fósforo para alumínio de 1.

15. Pasta fluida de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14, na qual o fosfato de alumínio amorfo compreende de 1 a 4 espaços vazios por partícula de pó de fosfato ou de polifosfato de alumínio amorfo.

16. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 13, na qual o a- gente de dispersão é o polifosfato de sódio.

17. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 13, em que a suspensão compreende cerca de 50% em peso de fosfato de alumínio amor- fo.

18. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 13, na qual o fos- fato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre cerca de 0,1 até cerca de 5 mícrons.

19. Pigmento branco que compreende um fosfato ou um polifos- fato de alumínio amorfo, caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 0,1 até 5 mícrons.

20. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 0,2 até 0,6 mícron.

21. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 0,6 até 1,0 mícrons.

22. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 1,0 até 1,5 mícron.

23. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 1,0 até 3,0 mícrons.

24. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre 1,60 até 3,82 mícrons.

25. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo é ainda caracterizado através de uma densidade esquelética de entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico e uma proporção molar de fósforo para alumínio de 1.

26. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, no qual o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compre- ende um íon.

27. Processo de acordo com a reivindicação 26, no qual o íon é um íon de sódio, potássio ou lítio.

28. Processo de acordo com a reivindicação 27, no qual o íon é o sódio.

29. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 13, na qual o fos- fato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende um íon.

30. Pasta fluida de acordo com a reivindicação 29, na qual o íon é o sódio.

31. Pigmento de acordo com a reivindicação 19, no qual o fosfa- to ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende um íon.

32. Pigmento de acordo com a reivindicação 31, no qual o íon é o sódio.