ES2248590T3

ES2248590T3 - Dispersiones de pigmentos que se basan en agua, su preparacion y su utilizacion.

Info

Publication number: ES2248590T3
Application number: ES02754796T
Authority: ES
Inventors: Andreas Harz; Lothar Wihan; Martin Alexander Winter; Andreas Pfrengle
Original assignee: Clariant GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-06-29
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: WO2003006556A1; US7135067B2; JP2004521182A; CN1232588C; EP1409593B1; JP4210212B2; CN1525998A; DE50204189D1; EP1409593A1; KR20040018449A; US20050075415A1; DE10133641A1; KR100860185B1

Abstract

Dispersión de pigmentos, que consiste esencialmente en: a) por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico o una combinación de ellos, b) un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) con una masa molecular media de 250 a 1.000 g/mol, c) agentes dispersantes usuales para la preparación de dispersiones acuosas de pigmentos, d) agua, y e) eventualmente otros materiales aditivos usuales.

Description

Dispersiones de pigmentos que se basan en agua, su preparación y su utilización.

Son objeto del presente invento formulaciones de pigmentos que se basan en agua, procedimientos para su preparación, su utilización para teñir predominantemente agentes colorantes para pinturas en dispersión, y agentes colorantes para barnices.

Se conoce un gran número de dispersiones de pigmentos para los más diversos sectores de empleo, que como agentes dispersantes contienen agentes auxiliares aniónicos y/o no ionógenos. Por regla general, en el caso de estos agentes auxiliares se trata de compuestos alquilarílicos, así como de sus productos de oxialquilación y/o de sulfonación. Estos agentes dispersantes, que se adecuan para el dispersamiento de materiales sólidos en sistemas acuosos, no están sin embargo en situación, en el caso de la presencia de agua como único medio líquido, de formular un pigmento de tal manera que la formulación obtenida cumpla todas las propiedades deseadas. Así, durante el proceso de dispersamiento, y también después de él, se pueden presentar fenómenos de floculación y de formación de sedimentos, que conducen a modificaciones de la viscosidad del medio de utilización, a modificaciones del tono de color y a pérdidas de la fuerza colorante, la capacidad de cubrimiento, el brillo, la homogeneidad y la brillantez, así como a tonos de color mal reproducibles y a una tendencia al corrimiento en el caso de barnices en el caso de los materiales teñidos. Además, se resiente considerablemente la estabilidad frente a la desecación superficial y en masa. Las formulaciones habituales de pigmentos contienen, por lo tanto, junto a agentes dispersantes, agentes humectantes, agentes espesantes, agentes conservantes, estabilizadores de la viscosidad y materiales de carga, también un agente de retención, que procura que el producto no se seque en la masa o que todavía no se seque superficialmente antes de la utilización. Por regla general, para esta finalidad se empleaba etilenglicol o propilenglicol. Por motivos de protección del medio ambiente, está prohibida no obstante la utilización de glicoles volátiles tales como propanodiol, 1,2-monoetilenglicol o dietilenglicol.

En el documento de patente europea EP-0.735.109 se emplean, como alternativas para el etilenglicol o bien el propilenglicol, poliéter-polioles, que ciertamente muestran unos resultados bastante buenos en lo que se refiere a la estabilidad frente a la desecación superficial y en la masa, pero cuya estabilidad frente al frotamiento y a la abrasión muestra en el medio de utilización, sin embargo, unas deficiencias significativas.

En los resúmenes en inglés del WPI (Derwent) con los números 1991-027032 y 1987-168573 se describen unas composiciones de pigmentos que contienen monoalquil-poli(etilenglicoléteres).

Por lo tanto, el presente invento se basó en la misión de poner a disposición formulaciones acuosas de pigmentos, que presenten una buena estabilidad frente a la desecación superficial y en masa, que sean irreprochables desde el punto de vista eco-toxicológico y que posean una buena estabilidad frente al frotamiento y a la abrasión en el medio de utilización.

Se mostró que un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) como agente de retención, resuelve el problema planteado por la misión antes citada.

Es objeto del presente invento una dispersión de pigmentos, que consiste esencialmente en

a): por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico, o una combinación de ellos,

b): un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) con una masa molecular media de 250 a 1.000 g/mol,

c): agentes dispersantes usuales para la preparación de dispersiones acuosas de pigmentos,

d): agua, y

e): eventualmente otros materiales aditivos usuales.

Las preferidas dispersiones de pigmentos son las que consisten esencialmente en

a): de 10 a 80% en peso, en particular de 20 a 70% en peso, de por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico;

b): de 1 a 50% en peso, de manera especialmente preferida de 2 a 30% en peso, de manera muy especialmente preferida de 4 a 20% en peso, en particular de 5 a 10% en peso, de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) con una masa molecular media comprendida entre 250 y 1.000 g/mol, de manera especialmente preferida entre 400 y 600 g/mol, en particular entre 470 y 530 g/mol;

c): de 2 a 25% en peso, en particular de 3 a 15% en peso, de un agente dispersante usual,

d): de 5 a 80% en peso, en particular de 10 a 60% en peso, de agua;

e): de 0 a 5% en peso de materiales aditivos usuales,

estando referidos los tantos por ciento en peso en cada caso al peso total de la dispersión de pigmentos.

Ejemplos de pigmentos orgánicos en el sentido del invento son pigmentos monoazoicos, pigmentos disazoicos, pigmentos azoicos enlacados, pigmentos de trifenilmetano, pigmentos de tioindigo, pigmentos de tiazina-indigo, pigmentos de perileno, pigmentos de perinona, pigmentos de antantrona, pigmentos de dicetopirrolopirrol, pigmentos de dioxazina, pigmentos de quinacridona, pigmentos de ftalocianina, pigmentos de isoindolinona, pigmentos de isoindolina, pigmentos de bencimidazolona, pigmentos de naftol y pigmentos de quinoftalona, así como negros de carbono desde ácidos hasta alcalinos, escogidos entre el conjunto que consiste en los negros de carbono de horno o negros de carbono de gas.

Pigmentos inorgánicos apropiados son, por ejemplo, dióxidos de titanio, sulfuros de zinc, óxidos de hierro, óxidos de cromo, azul de ultramar, óxidos de níquel- o cromo-antimonio-titanio, óxidos de cobalto, así como vanadatos de bismuto.

Además, se han de mencionar dispersiones, que como materiales sólidos contienen, por ejemplo, menas finamente divididas, minerales, sales difícilmente solubles o insolubles, partículas de ceras o de materiales sintéticos, agentes fitoprotectores y plaguicidas, aclaradores ópticos y agentes colorantes.

El alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter), empleado conforme al invento, es preferiblemente un compuesto de la fórmula (I)

(I)H_{3}C-O-[-CH_{2}CH_{2}-O-]_{m}-H

con m = de 9 a 35 (en promedio).

Los alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléteres) preferidos en el sentido del presente invento pueden contener además todavía ciertas proporciones de poliglicol-éteres no metilados. Tales productos se pueden adquirir comercialmente y tienen un índice de hidroxilo de 50 a 200 mg/g, en particular de 106 a 119 mg/g, de KOH (según la norma ASTM D4272-94d).

Como componente c) se adecuan compuestos tensioactivos (activos interfacialmente) aniónicos, catiónicos y no iónicos. Se han acreditado en particular agentes dispersantes, que tienen una o varias cadenas de hidrocarbilo con una longitud intermedia o larga. Entre el gran número de los compuestos se ha de exponer aquí sólo una selección, sin restringir, sin embargo, la aplicabilidad de los compuestos conformes al invento a estos ejemplos. Ejemplos de ellos son alquil-sulfatos, alquil-sulfonatos, alquil-fosfatos, alquil-benceno-sulfonatos, tales como lauril-sulfato, estearil-sulfato, dodecil-sulfonatos, octadecil-sulfatos, dodecil-sulfonatos, productos de condensación de ácidos grasos y taurina o ácido hidroxietano-sulfónico, productos de alcoxilación de alquil-fenoles, ésteres de colofonia con aceite de ricino, alcoholes grasos, aminas grasas, ácidos grasos, y amidas de ácidos grasos, productos de reacción de nonilfenol y alquil-fenoles sustituidos de cadena corta, así como sus derivados poliméricos, p.ej. productos de condensación de formaldehído, así como compuestos poliméricos, tales como p.ej. poliacrilatos y sus compuestos oxialquilados.

Como materiales aditivos usuales entran en consideración agentes contra la sedimentación, agentes humectantes, agentes conservantes, estabilizadores de la viscosidad, y aditivos que influyen sobre la reología.

Es objeto del invento también un procedimiento para la preparación de las dispersiones de pigmentos conformes al invento, siendo dispersado el componente (a) de una manera en sí usual, en forma de un polvo, un granulado o una torta prensada, en presencia de agua, así como de los componentes (b) y (c), a continuación se añaden eventualmente agua (d) y/o (e), y la obtenida dispersión acuosa de pigmentos se ajusta con agua a la concentración deseada.

Preferiblemente, los componentes (b), (c), (d) y (e) se mezclan primeramente, el componente (a) se introduce con agitación en la mezcla dispuesta previamente y, según sea la dureza de los granos de los pigmentos empleados, se dispersan con mecanismos agitadores, aparatos disolvedores, molinos de estator y rotor, molinos de bolas, molinos de bolas con mecanismo agitador tales como molinos de arena y de perlas, mezcladores rápidos, equipos amasadores o molinos de perlas de alto rendimiento.

Las formulaciones de pigmentos desde líquidas hasta pastosas, preparadas de esta manera, se adecuan para la tinción de materiales tanto naturales como sintéticos. Se distinguen por unos altos valores de estabilidad frente a la floculación y el almacenamiento, de fuerza colorante, brillo, homogeneidad y brillantez, así como por una sobresaliente estabilidad frente al frotamiento y a la abrasión. Son especialmente valiosas para la pigmentación de agentes colorantes para pinturas y en dispersión, barnices en dispersión, para tintas de impresión, por ejemplo, tintas para la estampación de materiales textiles, la flexografía o el huecograbado, para agentes colorantes para papeles pintados, para barnices diluibles en agua, pata sistemas protectores de maderas, para la tinción en hilatura de viscosa, para barnices, para tripas de embutidos, para materiales de semillas, para botellas de vidrio, para la tinción en masa de tejas, para revoques, para barnices para madera, para masas de papel, para minas de lápices de colores, rotuladores de fieltro, tintas chinas, pastas para bolígrafos, gredas, agentes de lavado y limpieza, agentes para la conservación de los zapatos, para la tinción de productos de látex, agentes abrasivos, así como para la tinción en masa de materiales sintéticos y de materiales de alto peso molecular.

Además, las dispersiones de pigmentos conformes al invento se adecuan como agentes colorantes en tóneres y reveladores electrofotográficos, tales como p.ej. tóneres en polvo de un solo componente o de dos componentes (también llamados reveladores de un solo componente o de dos componentes), tóneres magnéticos, tóneres líquidos, tóneres de polimerización, así como otros tóneres especiales.

Por lo demás, las dispersiones de pigmentos conformes al invento son apropiadas como agentes colorantes en tintas para la impresión por chorros de tinta sobre una base acuosa y no acuosa, así como en tintas que trabajan según el procedimiento de fusión térmica o que se basan en microemulsiones.

Las dispersiones de pigmentos conformes al invento son miscibles con agua en cualquier relación y se distinguen, frente a las habituales dispersiones de pigmentos, por una sobresaliente estabilidad frente a la floculación así como al almacenamiento en numerosos agentes colorantes acuosos en dispersión. Si para la preparación de las dispersiones de pigmentos se utilizan aditivos, que son compatibles con sistemas hidrófobos de agentes aglutinantes para barnices, entonces se pueden preparar dispersiones estables frente a la floculación también en medios hidrófobos. Se han de resaltar en particular las buenas propiedades reológicas, así como la excelente aptitud para la distribución en diferentes medios de utilización.

En los siguientes Ejemplos las partes significan partes en peso.

La estabilidad frente al frotamiento y a la abrasión se ensayó según la norma DIN 53778 o bien DIN EN 13300:

El agente colorante en dispersión que se ha de ensayar se aplica sobre una lámina de Laneta y se seca. La pintura de muestra secada se frota en húmedo en una disposición de frotamiento establecida en condiciones definidas con un cepillo de frotamiento que se mueve en vaivén. Cuando se han frotado a fondo dos franjas en una longitud de por lo menos 10 cm coherentemente hasta llegar a la base, se finaliza el ensayo y se anota el índice de frotamiento (dobles trazos de cepillo).

Ejemplo 1

48 partes del pigmento amarillo C.I. Pigment Gelb 74, 8 partes de un compuesto oxialquilado de un polifenol, 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 0,6 partes de un agente conservante, así como 35,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

La formulación de pigmento tiene una alta fuerza colorante, con un tono de color muy puro, se manifiesta como bien capaz de fluir y estable en almacenamiento, es decir que la muestra permanece en un estado bien capaz de fluir a pesar del almacenamiento en caliente durante 5 semanas a 50ºC.

Se consigue una estabilidad frente a la abrasión de 900 dobles trazos de cepillo después de un período de tiempo de desecación de 28 días, mientras que una formulación del mismo pigmento mediando utilización de propilenglicol en lugar de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) muestra una estabilidad frente a la abrasión de sólo 800 dobles trazos de cepillo después de un período de tiempo de desecación de 28 días.

Ejemplo 2

47 partes del pigmento rojo C.I. Pigment Rot 112, 10 partes de un compuesto oxietilado de estiril-fenilo, 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 0,6 partes de un agente conservante, así como 34,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

Ejemplo 3

50 partes del pigmento amarillo C.I. Pigment Gelb 1, 8 partes de un compuesto oxietilado de estiril-fenilo, 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 0,6 partes de un agente conservante, así como 33,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

Ejemplo 4

40 partes del pigmento negro C.I. Pigment Schwarz 7, 8 partes de un compuesto oxietilado de estiril-fenilo, 3 partes de un compuesto oxialquilado de un polifenol, 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 0,6 partes de un agente conservante, así como 40,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

Ejemplo 5

45 partes del pigmento azul C.I. Pigment Blau 15:3, 13 partes de un aril-poli(glicoléter), 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 5 partes de glicerol, 0,6 partes de un agente conservante, así como 28,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

Ejemplo 6

40 partes del pigmento amarillo C.I. Pigment Gelb 154, 8 partes de un compuesto oxietilado de estiril-fenilo, 3 partes de un compuesto oxialquilado de un polifenol, 7,5 partes de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) (P.M. 470-530 g/mol), 0,6 partes de un agente conservante, así como 40,9 partes de agua desalinizada, se muelen a 30 hasta 40ºC por medio de un molino de perlas (de la entidad Drais) con 280 partes de perlas de óxido de zirconio (d = 1 mm). A continuación, se separan los cuerpos de molienda y se aísla la formulación de pigmento.

Se consigue una estabilidad frente a la abrasión de 760 dobles trazos de cepillo después de un período de tiempo de desecación de 28 días, al contrario de lo cual una formulación sobre la base de propilenglicol, en lugar de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli-(etilenglicoléter), muestra una estabilidad frente a la abrasión de sólo 710 dobles trazos de cepillo, después de un período de tiempo de desecación de 28 días.

Claims

1. Dispersión de pigmentos, que consiste esencialmente en

a): por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico o una combinación de ellos,

d): agua, y

e): eventualmente otros materiales aditivos usuales.

2. Dispersión de pigmentos de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste esencialmente en

a): de 10 a 80% en peso de por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico;

b): de 1 a 50% en peso de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) con una masa molecular media comprendida entre 250 y 1.000 g/mol;

c): de 2 a 25% en peso de un agente dispersante usual,

d): de 5 a 80% en peso de agua;

e): de 0 a 5% en peso de materiales aditivos usuales,

3. Dispersión de pigmentos de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que consiste esencialmente en

a): de 20 a 70% en peso de por lo menos un pigmento orgánico o inorgánico;

b): de 2 a 30% en peso de un alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) con una masa molecular media comprendida entre 250 y 1.000 g/mol;

c): de 3 a 15% en peso de un agente dispersante usual,

d): de 10 a 60% en peso de agua;

e): de 0 a 5% en peso de materiales aditivos usuales,

4. Dispersión de pigmentos de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el alfa-metil-omega-hidroxi-poli(etilenglicoléter) está contenido en una proporción de 4 a 20% en peso.

5. Dispersión de pigmentos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el alfa-metil-omega-hidroxi-poli-(etilenglicoléter) tiene una masa molecular media comprendida entre 400 y 600 g/mol.

6. Dispersión de pigmentos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el alfa-metil-omega-hidroxi-poli-(etilenglicoléter) tiene una masa molecular media comprendida entre 470 y 530 g/mol.

7. Dispersión de pigmentos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el pigmento orgánico es un pigmento monoazoico, un pigmento disazoico, un pigmento azoico enlacado, un pigmento de trifenilmetano, un pigmento de tioindigo, un pigmento de tiazina-indigo, un pigmento de perileno, un pigmento de perinona, un pigmento de antantrona, un pigmento de dicetopirrolopirrol, un pigmento de dioxazina, un pigmento de quinacridona, un pigmento de ftalocianina, un pigmento de isoindolinona, un pigmento de isoindolina, un pigmento de bencimidazolona, un pigmento de naftol y un pigmento de quinoftalona, o un negro de carbono desde ácido hasta alcalino, escogido entre el conjunto que consiste de los negros de carbono de horno o negros de carbono de
gas.

8. Procedimiento para la preparación de una dispersión de pigmentos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el componente (a) se dispersa en forma de un polvo, un granulado o una torta prensada acuosa, en presencia de agua, así como de los componentes (b) y (c), a continuación se añaden eventualmente agua (d) y/o (e), y la dispersión de pigmentos acuosa obtenida se diluye eventualmente con agua.

9. Utilización de una dispersión de pigmentos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 7 para la pigmentación de materiales naturales o sintéticos.

10. Utilización de acuerdo con la reivindicación 9 para la pigmentación de agentes colorantes para pinturas y para pinturas en dispersión, barnices en dispersión, tintas de impresión, agentes colorantes para papeles pintados, barnices diluibles en agua, tripas para embutidos, material de semillas, botellas de vidrio, revoques, barnices para madera, masas de papel, minas de lápices de colores, rotuladores de fieltro, tintas chinas, pastas para bolígrafos, gredas, agentes de lavado y limpieza, agentes para la coservación de los zapatos, productos de látex, agentes abrasivos, materiales sintéticos, tóneres y reveladores electrofotográficos, barnices en polvo y tintas para la impresión por chorros de tinta.