ES2553662T3 - Pigmentos inorgánicos tratados que tienen fotoactividad reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas, y su uso en composiciones de revestimiento - Google Patents
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Abstract
Una composición de revestimiento que comprende una partícula inorgánica tratada que tiene fotoactividad reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas, en donde la partícula inorgánica tratada comprende: a. una partícula central inorgánica; b. un primer tratamiento de un compuesto de silicio, en donde el compuesto de silicio se añade en una sola etapa; y c. un segundo tratamiento que comprende óxido de cinc y alúmina co-precipitados.
Description
DESCRIPCION
Pigmentos inorganicos tratados que tienen fotoactividad reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas, y su uso en composiciones de revestimiento
Antecedentes de la descripcion
5 Esta descripcion se refiere a un pigmento de oxido inorganico, y en particular a pigmento de dioxido de titanio, TO2, adecuado para uso en composiciones de revestimiento.
Las composiciones de revestimiento de interes en la presente descripcion son composiciones de revestimiento dispersables en agua tales como composiciones de revestimiento de latex, p.ej., acnlico, estireno acnlico, acetato de vinilo, etileno acetato de vinilo, poliuretano, dispersion alqmdica, etc; y basadas en disolventes tales como 10 composiciones de revestimiento alqmdicas; composiciones de revestimiento de uretano; y composiciones de revestimiento de poliester insaturado, acnlico, composiciones de estireno-acnlico, tipicamente una pintura, revestimiento transparente o tincion. Estos revestimientos se pueden aplicar a un sustrato por pulverizacion, aplicacion con una brocha o rodillo o electrostaticamente, tal como revestimiento de pigmentos, etc. Estas composiciones de revestimiento se describen en Outlines of Paint Technology (Halstead Press, Nueva York, NY, 15 Tercera Edicion, 1990) y Surface Coatings Vol. I, Raw Materials and Their Usage (Chapman y Hall, Nueva York, NY, Segunda Edicion, 1984).
Se pueden anadir pigmentos inorganicos a las composiciones de revestimiento. En particular, se han anadido pigmentos de dioxido de titanio a composiciones de revestimiento para comunicar blancura y/o opacidad al artfculo acabado. Para impartir otras propiedades a las composiciones de revestimiento, se incorporan aditivos adicionales a 20 las composiciones. Lo que se necesita es un dioxido de titanio que tenga multiples propiedades asociadas con el.
La solicitud de patente internacional WO 95/10940 describe una composicion antimicrobiana que comprende partfculas centrales de oxidos inorganicos, tales como TiO2, que comprenden una primera y segunda capa.
La patente de EE.UU. 5.180.585 describe composiciones antimicrobianas que comprenden un primer y segundo revestimiento.
25 Existe una necesidad de un procedimiento simplificado para la adicion de sflice, alumina y oxido de cinc al pigmento de dioxido de titanio que proporcione opacidad, fotoactividad reducida y propiedades mohoestaticas al revestimiento.
Compendio de la descripcion
En un primer aspecto, esta descripcion proporciona una composicion de revestimiento que comprende una partfcula inorganica tratada, tipicamente una partfcula de pigmento inorganico tratada y mas tipicamente una partfcula de 30 dioxido de titanio, que tiene fotoactividad reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas, en donde la partfcula inorganica tratada, mas tipicamente una partfcula de dioxido de titanio, comprende:
(a) una partfcula central inorganica, tfpicamente dioxido de titanio;
(b) un primer tratamiento de un compuesto de silicio, tal como sflice, en donde el compuesto de silicio se anade en una sola etapa; y
35 (c) un segundo tratamiento que comprende oxido de cinc y alumina co-precipitados.
Por “co-precipitados” los autores de la invencion quieren decir la precipitacion simultanea o sustancialmente simultanea de oxido de cinc y alumina.
Descripcion detallada de la descripcion
En esta descripcion, “que comprende” es para ser interpretado como que especifica la presencia de los rasgos 40 indicados, numeros enteros, etapas o componentes a los que se hace referencia, pero no excluye la presencia o adicion de uno o mas rasgos, numeros enteros, etapas o componentes, o grupos de los mismos. Adicionalmente, el termino “que comprende” pretende incluir ejemplos abarcados por los terminos “que consiste esencialmente en” y “que consiste en”. De manera similar, el termino “que consiste esencialmente en” pretende incluir ejemplos abarcados por el termino “que consiste en”.
45 En esta descripcion, cuando una cantidad, concentracion u otro valor o parametro se da como un intervalo, intervalo tfpico, o bien como una lista de valores tfpicos superiores y valores tfpicos inferiores, esto es para ser entendido como que describe espedficamente todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier lfmite de intervalo o valor tfpico superior y cualquier lfmite de intervalo o valor tfpico inferior, independientemente de si los intervalos se describen por separado. Donde se recita en la presente memoria un intervalo de valores numericos, a 50 menos que se indique lo contrario, el intervalo pretende incluir los puntos extremos del mismo, y todos los numeros enteros y fracciones dentro del intervalo. No se pretende que el alcance de la descripcion este limitado a los valores espedficos recitados cuando se define un intervalo.
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En esta descripcion, los terminos en singular y las formas singulares “un”, “una” y “el/la”, por ejemplo, incluyen referentes al plural, a menos que el contenido dicte claramente lo contrario. As^ por ejemplo, la referencia a “partfcula de TiO2”, “la partfcula de TiO2”, o “una partfcula de TiO2” tambien incluye una pluralidad de partfculas de TiO2.
Esta descripcion se refiere a nuevas composiciones de pigmentos que comprende partfculas inorganicas inertes, tipicamente partfculas de pigmento y mas tipicamente partfculas de dioxido de titanio, que tienen un primer tratamiento de un compuesto de silicio tal como dioxido de silicio o sflice, silicatos de cinc o borosilicatos, mas tfpicamente dioxido de silicio, y un segundo tratamiento de oxido de cinc y oxido de aluminio que se puede usar en pinturas, revestimientos, masillas, lechadas, cementos y productos de albanilena y artfculos polimericos conformados que incluyen, pero no se limitan a, pelfculas, membranas, fibras y monofilamentos, que incluyen, pero no se limitan a, monofilamentos para brochas. En muchas aplicaciones, las composiciones de esta descripcion se pueden usar para reemplazar todo o parte de las cargas y/o pigmentos usados normalmente en el producto. Por ejemplo, si se selecciona TiO2 como material del nucleo, entonces la partfcula resultante, cuando se incorpora a una fibra, deslustrara la fibra y tambien puede conferir actividad antimicrobiana. Las composiciones de esta descripcion son particularmente utiles cuando se incorporan en un material compuesto polimerico matriz como vetuculo. Las propiedades ffsicas de tales materiales compuestos son similares a las de los polfmeros en sf.
Las partfculas inorganicas inertes pueden ser oxidos de titanio, aluminio, cinc, cobre, hierro; los sulfatos de calcio, estroncio, bario; sulfuro de cinc; sulfuro de cobre, zeolitas; mica; talco; caolm, mullita, carbonato de calcio o sflice. Compuestos de plomo o mercurio son materiales de nucleo equivalentes contemplados, pero pueden ser indeseables debido a su toxicidad. Son materiales de nucleo mas tfpicos el dioxido de titanio, TO2, y el sulfato de bario, y lo mas tfpicamente dioxido de titanio, TO2.
En una realizacion espedfica, el TO2 se puede preparar por cualquiera de varios metodos bien conocidos, que incluyen oxidacion en fase de vapor a alta temperatura de tetracloruro de titanio, hidrolisis en fase de vapor de tetracloruro de titanio, hidrolisis de disoluciones en acido sulfurico de materias primas titamferas sembradas coloidalmente tales como ilmenita, y similares. Tales procedimientos son bien conocidos en la tecnica anterior.
Debido a que el pigmento de esta descripcion es para ser usado en aplicaciones que requieren alto brillo, el tamano de las partfculas centrales de dioxido de titanio iniciales debe ser tfpicamente menor que 1 pm, rondando la media tfpicamente entre 0,15 y 0,25 pm.
Los tratamientos a ser aplicados por el procedimiento de esta descripcion a las partfculas centrales de dioxido de titanio se pueden aplicar por precipitacion en suspensiones acuosas de las partfculas centrales de dioxido de titanio.
Los tratamientos aplicados a las partfculas centrales de acuerdo con esta descripcion son porosos o bien densos. El primer tratamiento es con un compuesto de silicio que puede ser sflice o dioxido de silicio, silicato de cinc o borosilicato. Se usa tfpicamente sflice debido a la facilidad con la que se pueden obtener revestimientos densos, uniformes. Se aplica desde una disolucion de silicato de sodio usando tecnicas conocidas por un experto en la tecnica. Para obtener un tratamiento de sflice denso, es tfpica una temperatura por encima de 50°C, y mas tfpicamente por encima de 70°C. El tratamiento corresponde a aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20% en peso, mas tfpicamente aproximadamente 1 a aproximadamente 7%, en base al peso total de la partfcula central de dioxido de titanio. Las partfculas revestidas con sflice pueden tener un bajo punto isoelectrico, y pueden tender a ser diffciles de dispersar en materiales organicos. El punto isoelectrico representa el pH en el que la superficie de una partfcula lleva carga electrica cero. El control del punto isoelectrico entre 5,5 y 9,5 puede ser beneficioso para facilitar la dispersion y/o floculacion de las composiciones en partfculas durante el procesamiento en planta y en sus aplicaciones de uso final.
La cantidad de sflice anadida en un procedimiento de tratamiento humedo afectara a menudo a la solubilidad en acido del pigmento producido encapsulando las partfculas de TO2. Una partfcula de TiO2 bien encapsulada no sera disuelta por un acido fuerte en el ensayo de solubilidad en acido. Un nivel de sflice mas alto producira tfpicamente un producto de TO2 de solubilidad en acido mas baja. Aunque util para reducir la solubilidad en acido, la sflice adicional tendra tfpicamente impactos negativos sobre el brillo, el tamano de partfcula y el coste. Se conoce anadir materiales a la precipitacion de la sflice para mejorar la uniformidad de la cobertura de la sflice sobre la partfcula de TO2. El borosilicato y el silicato de cinc son dos ejemplos de modificacion del tratamiento de sflice para mejorar la uniformidad de la cobertura.
Un metodo alternativo para anadir un revestimiento de sflice a la partfcula de TO2 es una deposicion pirogenica descrita en la patente de EE.UU. 7.029.648, que se incorpora en la presente memoria por referencia.
El segundo tratamiento comprende oxido de cinc y oxido de aluminio. Estos tratamientos son tfpicamente porosos, aplicados desde una disolucion de aluminato soluble y una sal de cinc usando tecnicas conocidas por un experto en la tecnica. El pH de la disolucion durante el tratamiento de aluminato oscilara tfpicamente de aproximadamente 3 a aproximadamente 10, a una temperatura de aproximadamente 10°C a aproximadamente 90°C. El tratamiento corresponde a aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20% en peso, mas tfpicamente aproximadamente 1 a aproximadamente 5%, en base al peso total de la partfcula central de dioxido de titanio. Menos que
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aproximadamente 0,5% puede causar una escasa dispersabilidad del pigmento en formulaciones de pintura, y una cantidad de tratamiento poroso mayor que aproximadamente 20% puede causar degradacion del brillo.
El tratamiento poroso consiste esencialmente en alumina, y se obtiene precipitando un aluminato soluble en presencia de las partfculas centrales. Por “aluminato soluble” se quiere decir sales de metales alcalinos de aniones aluminato, por ejemplo, aluminato de sodio o de potasio. Los aluminatos solubles se disuelven generalmente a un pH mayor que aproximadamente 10, y precipitan a un pH menor que aproximadamente 10, y tfpicamente aproximadamente 7,5 a aproximadamente 9,5. Como sustancialmente toda la alumina que precipita encuentra su camino hacia un tratamiento sobre las partfculas centrales, tfpicamente solo es necesario proporcionar la cantidad de aluminato soluble al lfquido de la suspension que dara como resultado, despues de la precipitacion, el grado apropiado de tratamiento.
La alumina tambien puede ser un tratamiento denso. La alumina para el tratamiento denso se obtiene de una fuente cationica de alumina. El termino “fuente cationica de alumina” se refiere a compuestos de aluminio que se disuelven en agua para dar una disolucion acida. Los ejemplos incluyen sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, fluoruro de aluminio, cloruro basico de aluminio, y similares.
El segundo tratamiento tambien comprende una co-precipitacion de oxido de cinc durante la etapa del tratamiento de alumina. Este tratamiento es un tratamiento poroso, y se aplica desde una disolucion de una sal de cinc a una temperatura de 10°C a 90°C, y mas tfpicamente a 25°C a 80°C. El tratamiento de oxido de cinc se aplica tfpicamente con el tratamiento de alumina desde una mezcla de cloruro de cinc o sulfato de cinc. El tratamiento con oxido de cinc esta presente en la cantidad de aproximadamente 0,3% a aproximadamente 5% en peso, mas tfpicamente aproximadamente 0,5% a aproximadamente 3%, en base al peso total de la partfcula central de dioxido de titanio. Una cantidad de tratamiento poroso mayor que aproximadamente 3% de ZnO puede causar degradacion del brillo en una formulacion de pintura; sin embargo, la perdida de brillo no perjudicara a un producto disenado para el mercado de los revestimientos mates (es decir, formulaciones de pintura satinada).
El procedimiento para formar una partfcula inorganica tratada, mas tfpicamente una partfcula de dioxido de titanio, que tiene fotoactividad reducida, solubilidad en acido reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas comprende:
(a) formar una suspension acuosa de partfculas inorganicas, mas tfpicamente partfculas de dioxido de titanio;
(b) depositar un primer tratamiento de compuesto de silicio, tal como sflice, en las partfculas centrales de oxido inorganico, mas tfpicamente partfculas de dioxido de titanio, en donde el compuesto de silicio se anade en una sola etapa;
(c) depositar un segundo tratamiento sobre el primer tratamiento, comprendiendo dicho segundo tratamiento una sal de cinc y un aluminato de metal alcalino; y
(d) recuperar los solidos, eliminando por lavado las especies solubles en agua y secando. Este procedimiento comprende ademas micronizar las partfculas secadas.
Tfpicamente, la adicion de silicio en la etapa (b) ocurre como una precipitacion en humedo a un pH entre 4 y 10, mas tfpicamente entre 7 y 9,5, y a una temperatura entre 50°C y 100°C, y mas tfpicamente entre 70°C y 90°C. Alternativamente, la sflice se deposita pirogenicamente en el proceso de oxidacion.
Tfpicamente, la co-precipitacion de cinc y aluminato en la etapa (c) ocurre a una temperatura entre 10°C y 90°C, y mas tfpicamente entre 30°C y 80°C, y lo mas tfpicamente entre 50°C y 75°C.
Despues de los tratamientos de acuerdo con esta descripcion, el pigmento se recupera por procedimientos conocidos, que incluyen filtracion, lavado, secado, cribado y molienda en seco tal como micronizacion.
Composiciones de revestimiento:
Esta descripcion es particularmente adecuada para producir composiciones de revestimiento, y en particular formulaciones de pintura arquitectonica o formulaciones de tinta.
Las composiciones de revestimiento preparadas a partir de colorante y el pigmento inorganico tratado, en particular pigmento de TiO2 tratado, que contienen bases de revestimiento tienen un rendimiento de pintura o tinta mejorado.
Base de revestimiento:
La base de revestimiento comprende una dispersion de resina y colorantes tales como las partfculas inorganicas tratadas de esta descripcion. Tambien pueden estar presentes otros aditivos conocidos por un experto en la tecnica.
Resina:
La resina se selecciona del grupo que consiste en composiciones de revestimiento dispersables en agua tales como composiciones de revestimiento de latex; composiciones de revestimiento alqrndicas; composiciones de
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revestimiento de uretano; y composiciones de revestimiento de poliester insaturado; y mezclas de los mismos. Por “revestimientos dispersables en agua”, como se emplea en la presente memoria, se quiere decir revestimientos para superficies destinados a la decoracion o proteccion de un sustrato, que comprenden esencialmente una emulsion, latex, o una suspension de un material formador de pelfcula disperso en una fase acuosa, y que comprende tipicamente tensioactivos, coloides protectores y espesantes, pigmentos y pigmentos extensores, conservantes, fungicidas, estabilizantes de la congelacion-fusion, agentes antiespuma, agentes para controlar el pH, auxiliares de coalescencia y otros ingredientes. Los revestimientos dispersos en agua son ilustrados por, pero no se limitan a, revestimientos pigmentados tales como pinturas de latex. Para pinturas de latex el material formador de pelfcula es un polfmero de latex de acnlico, estireno-acnlico, vinilo-acnlico, etileno-acetato de vinilo, acetato de vinilo, alquidfco, cloruro de vinilo, estireno-butadieno, versatato de vinilo, acetato-maleato de vinilo, o una mezcla de los mismos. Tales composiciones de revestimiento dispersas en agua son descritas por C. R. Martens en “Emulsion and Water- Soluble Paints and Coatings” (Reinhold Publishing Corporation, Nueva York, NY, 1965). Tex-Cote® y Super-Cote®, Rhopelx®, Vinnapas® EF500 son ejemplos adicionales de composiciones de revestimiento basadas en agua que comprenden 100% de resina acnlica.
Las resinas alqmdicas pueden ser poliesteres complejos ramificados y reticulados que tienen residuos de acidos alifaticos insaturados. Las resinas de uretano comprenden tfpicamente el producto de reaccion de un poliisocianato, usualmente diisocianato de tolueno, y un ester de alcohol polihidroxilado de acidos de aceites secantes.
La resina esta presente en la cantidad de aproximadamente 5 a aproximadamente 40% en peso en base al peso total de la composicion de revestimiento. La cantidad de resina vana dependiendo de la cantidad de acabado lustroso deseado.
Colorante:
Los pigmentos inorganicos tratados, particularmente los pigmentos de dioxido de titanio tratados descritos anteriormente, se pueden usar solos o en combinacion con colorantes convencionales. Se puede usar en esta descripcion cualquier colorante convencional tal como un pigmento, tinte o un tinte disperso para comunicar color a la composicion de revestimiento. En una realizacion, de manera general, se puede anadir aproximadamente 0,1% a aproximadamente 40% en peso de pigmentos convencionales, en base al peso total de los solidos componentes. Mas tfpicamente, se puede anadir aproximadamente 0,1% a aproximadamente 25% en peso de pigmentos convencionales, en base al peso total de los solidos componentes.
El componente de pigmento de esta descripcion puede ser cualquiera de los pigmentos bien conocidos generalmente o mezclas de los mismos usados en formulaciones de revestimiento, como se reporta, p.ej., en Pigment Handbook, T. C. Patton, Ed., Wiley-Interscience, Nueva York, 1973. En estas composiciones se puede utilizar cualquiera de los pigmentos convencionales usados en composiciones de revestimiento, tales como los siguientes: oxidos metalicos, tales como dioxido de titanio, oxido de cinc y oxido de hierro, hidroxido metalico, copos de metal, tales como copos de aluminio, cromatos, tales como cromato de plomo, sulfuros, sulfatos, carbonatos, negro de humo, sflice, talco, caolm, azules y verdes de ftalocianina, organorrojos, organogranates, pigmentos perlescentes y otros pigmentos organicos y tintes. Si se desea, tambien se pueden usar pigmentos exentos de cromato, tales como metaborato de bario, fosfato de cinc, trifosfato de aluminio y mezclas de los mismos.
Otros aditivos
Pueden estar presentes una amplia variedad de aditivos en las composiciones de revestimiento de esta descripcion segun sea necesario, deseable o convencional. Estas composiciones pueden comprender ademas diversos aditivos de pintura convencionales, tales como auxiliares de dispersion, auxiliares antideposicion, auxiliares humectantes, agentes espesantes, extensores, plastificantes, estabilizantes, estabilizantes a la luz, antiespumas, desespumantes, catalizadores, agentes mejoradores de la textura y/o agentes antifloculantes. Los aditivos para pintura convencionales son bien conocidos y se describen por ejemplo, en “C-209 Additives for Paints”, de George Innes, febrero de 1998, cuya descripcion se incorpora en la presente memoria por referencia. Las cantidades de tales aditivos son optimizadas de manera rutinaria por el experto habitual en la materia para conseguir propiedades deseadas en la pintura de paredes, tales como espesor, textura, manejo y fluidez.
Las composiciones de revestimiento de la presente descripcion pueden comprender diversos modificadores de la reologfa o aditivos de reologfa (tales como Acrysol®), agentes humectantes, dispersantes y/o co-dispersantes, y microbicidas y/o fungicidas. Para conseguir una resistencia a la intemperie mejorada, las presentes composiciones de revestimiento pueden comprender ademas absorbentes de UV (ultravioleta) tales como Tinuvin®.
Las composiciones de revestimiento de la presente descripcion pueden comprender ademas sustancias ceramicas o elastomericas, que son reflectantes del calor y/o infrarrojos, para proporcionar beneficios reflectantes del calor adicionales.
Preparacion de la composicion de revestimiento y su uso:
La presente descripcion proporciona un procedimiento para preparar una composicion de revestimiento, tal como una formulacion de pintura, que comprende mezclar los componentes que contienen pigmento con la resina para
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formar una base de revestimiento. Opcionalmente puede estar presente un vehnculo. El vehnculo puede ser acuoso o basado en disolvente. ^picamente estas composiciones de revestimiento pueden comprender de aproximadamente 30 a aproximadamente 55% de solidos en peso, y tipicamente aproximadamente 25% a aproximadamente 45% de solidos en volumen. Tfpicamente las composiciones de revestimiento de esta descripcion tienen una densidad de aproximadamente 1.090 a aproximadamente 1.426 g/l (aproximadamente 9,1 a aproximadamente 11,9 libras por galon), mas tfpicamente aproximadamente 1.138 a aproximadamente 1.294 g/l (9,5 a aproximadamente 10,8 libras por galon). Se puede usar cualquier medio de mezcla conocido por un experto en la tecnica para llevar a cabo esta mezcla. Un ejemplo de dispositivo de mezcla incluye un Dispermat® de alta velocidad, suministrado por BYK- Gardner, Columbia, MD.
Las composiciones de revestimiento de la presente descripcion se pueden aplicar por cualquier medio conocido por un experto en la tecnica, por ejemplo, por brocha, rodillo, pulverizadores sin aire de calidad comercial, o electrostaticamente en un revestimiento de partfculas. Las composiciones de revestimiento presentadas en la presente memoria se pueden aplicar tantas veces como sea necesario para conseguir un revestimiento suficiente sobre la superficie revestida, por ejemplo, una pared exterior. Tfpicamente, estas composiciones de revestimiento se pueden aplicar de aproximadamente 0,05 mm (2 miles) a aproximadamente 0,25 mm (10 miles) de grosor de pelfcula en humedo, lo que es equivalente a de aproximadamente 0,025 a aproximadamente 0,127 mm (aproximadamente 1 a aproximadamente 5 miles) de grosor de pelfcula en seco.
Las composiciones de revestimiento presentadas en la presente memoria se pueden aplicar directamente a superficies o aplicar despues de que las superficies sean revestidas primero con imprimaciones conocidas por un experto en la tecnica.
Las composiciones de revestimiento de esta descripcion pueden ser una pintura, y la pintura se puede aplicar a una superficie seleccionada del grupo que consiste en material de construccion, pieza de automovil, bien deportivo, tela para tiendas de campana, lona, geomembrana, asiento de estadio, mueble de jardm y material de techado.
Los pigmentos tratados esta descripcion pueden ser de particular valor en aplicaciones de techado fno donde se desea tanto una durabilidad mas alta como un L* mas alto por un crecimiento de moho reducido.
Los ejemplos que siguen, descriptivos de realizaciones ilustrativas y tfpicas de la presente descripcion, no pretenden limitar el alcance de la descripcion. Se pueden emplear diversas modificaciones, construcciones alternativas y equivalentes sin apartarse del esprntu real y alcance de las reivindicaciones adjuntas. En una realizacion, las pelfculas de revestimiento pueden estar sustancialmente exentas de otros colorantes convencionales y contener unicamente los pigmentos de dioxido de titanio tratados de esta descripcion.
En los ejemplos que siguen, los resultados de los ensayos se obtuvieron mediante los procedimientos descritos a continuacion.
Durabilidad hasta desintegracion en polvo y decoloracion
La durabilidad de un pigmento se mide usualmente como la resistencia a la desintegracion en polvo en ensayos de exposicion a exteriores a largo plazo (por ejemplo, 2 anos) de pinturas que contienen el pigmento. La degradacion a polvo/decoloracion de pinturas exteriores que contienen pigmentos de TO es atribuida en parte a la accion catalttica de la superficie del TO2 en la oxidacion del aglutinante organico en presencia de radiacion ultravioleta, oxfgeno y vapor de agua (H. B. Clark, “Titanium Dioxide Pigments”, Treatise on Coatings, Vol. 3, Pigments, Marcel Dekker, 1975). En los siguientes ejemplos, se midio la reactividad ultravioleta de pigmentos de TO2 por el metodo anterior. Tfpicamente una durabilidad a polvo y decoloracion semiduradera es mayor que aproximadamente 20, una durabilidad a polvo y decoloracion duradera es mayor que aproximadamente 30, un pigmento superduradero tiene una durabilidad a polvo y decoloracion mayor que aproximadamente 35, y un pigmento mas superduradero tiene una durabilidad a polvo y decoloracion mayor que aproximadamente 45.
Brillo alqrndico
Se determino el efecto comparativo de un pigmento de TO2 sobre el brillo de una capa de pintura preparando pinturas con el pigmento seco de esta descripcion y con pigmentos estandar. Las muestras de pigmento se dispersaron en un vehnculo alqrndico y la dispersion se amaso en un molino de arena y se redujo con resinas hasta consistencia de pulverizacion. Se pintaron por pulverizacion paneles de aluminio usando un equipo de pulverizacion automatico en condiciones controladas para producir un grosor y caractensticas superficiales de pelfcula uniformes. Despues, las pelfculas de pintura se cocieron. Finalmente, se determino el brillo midiendo la reflectancia a 20 grados de los paneles con un medidor de brillo Hunterlab D-48-7 y calculando el brillo en relacion a valores de reflectancia de patrones.
Brillo de emulsion
El brillo de emulsion (TFW-182) se determino preparando una formulacion de pintura en emulsion usando una muestra en suspension producida a partir de 76,5% de solidos de TiO2 en agua. Se deben usar 100 gramos de lote maestro de brillo de emulsion basado en resina de emulsion acnlica (Primal AC-388, de Rohm & Haas, una filial de
Dow Chemicals, Midland, Michigan) (27% de Concentracion en Volumen de Pigmento). La pintura se produjo mezclando 100 gramos de lote maestro, 40,3 gramos de suspension y 0,7 gramos de agua. Se hicieron dibujos con la pintura en paneles negros de PVC, se secaron los paneles durante 3 horas en una vitrina de temperatura constante y humedad constante (CTCH, por sus siglas en ingles), y se midio el brillo a 60 grados usando un medidor 5 de brillo Hunter (disponible en Hunter Laboratories, Reston, Va.), y el brillo se calculo en relacion a valores de reflectancia de patrones.
Solubilidad en acido
La solubilidad en acido se determina como la cantidad de pigmento que se disuelve en acido sulfurico concentrado y caliente.
10 Se puso una pequena muestra de pigmento en acido sulfurico caliente (aproximadamente 175°C) y se digirio durante una hora. Despues se diluyo la muestra con una cantidad medida de agua y todo el material en partfculas se retiro por filtracion. Despues se puso una muestra medida del filtrado en un matraz volumetrico. Se anadio peroxido de hidrogeno al matraz para asegurar que todos los iones de titanio estaban en el estado de oxidacion apropiado para que su concentracion fuera determinada espectrofotometricamente a 400 nm. Despues se lleno el matraz hasta 15 completar su volumen con acido sulfurico al 10%. Se midio la absorbancia frente a un blanco que contema la misma cantidad de peroxido de hidrogeno que la que se anadio a la muestra en acido sulfurico al 10%. El tanto por ciento de dioxido de titanio se leyo en una curva de calibracion preparada a partir de patrones conocidos. Tfpicamente, una partfcula de pigmento semiduradera tiene una solubilidad en acido menor que aproximadamente 15, un pigmento duradero tiene una solubilidad en acido menor que aproximadamente 9, y un pigmento superduradero tiene una 20 solubilidad en acido menor que aproximadamente 6.
Ejemplos
La descripcion sera entendida mejor con referencia a los siguientes ejemplos ilustrativos. Las propiedades de los pigmentos preparados como en los ejemplos, y las de varios pigmentos comerciales, por comparacion, se muestran en las Tablas. Todos los porcentajes son en base a peso.
25 Ejemplo Comparativo 1:
Se anadieron 18,93 litros (cinco galones) de suspension de TiO2 en una concentracion de ~325 gramos por litro a un tanque pequeno agitado. Se ajusto el pH a 9,5 usando sosa caustica al 20%. Se calento la suspension hasta 90°C. Se anadio disolucion de silicato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 30 minutos en una cantidad suficiente para anadir 5,6% de SO2. El pH se mantuvo en 9,5 usando acido clorhudrico diluido. El material 30 se agito durante 30 minutos. La suspension se enfrio hasta 75°C con tiempo y hielo. Se disminuyo el pH a 8,2 usando acido clorhfdrico. Se anadio disolucion de aluminato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 60 minutos en una cantidad suficiente para anadir 1,2% de AhO3. El pH se mantuvo en 8,2 con HCl diluido. El material se agito durante 30 minutos. El material se filtro, se seco, se cribo y se micronizo. Se midio en el pigmento la solubilidad en acido, y la estabilidad a la luz laminada en 72 horas. El pigmento se constituyo en pintura 35 y se ensayo el brillo de emulsion (TFW-182) como se describio anteriormente.
Ejemplo Comparativo 2:
Se anadieron 18,93 litros (cinco galones) de suspension de TO2 en una concentracion de ~325 gramos por litro a un tanque pequeno agitado. Se ajusto el pH a 9,5 usando sosa caustica al 20%. Se calento la suspension hasta 90°C. Se anadio disolucion de silicato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 30 minutos en una 40 cantidad suficiente para anadir 5,6% de SO2 a la vez que se anadfa simultaneamente cloruro de cinc en una cantidad suficiente para anadir 0,3% de ZnO para formar un vidrio de silicato de cinc. El pH se mantuvo en 9,5 usando acido clorhfdrico diluido. El material se agito durante 30 minutos. La suspension se enfrio hasta 75°C con tiempo y hielo. Se disminuyo el pH a 8,2 usando acido clorhfdrico. Se anadio disolucion de aluminato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 60 minutos en una cantidad suficiente para anadir 1,2% de
45 AhOa. El pH se mantuvo en 8,2 con HCl diluido. El material se agito durante 30 minutos. El material se filtro, se seco,
se cribo y se micronizo. Se midio en el pigmento la solubilidad en acido. El pigmento se constituyo en pintura y se ensayo el brillo de emulsion (TFW-182) como se describio anteriormente.
Ejemplo 1:
Se anadieron 18,93 litros (cinco galones) de suspension de TO2 en una concentracion de ~325 gramos por litro a un 50 tanque pequeno agitado. Se ajusto el pH a 9,5 usando sosa caustica al 20%. Se calento la suspension hasta 90°C.
Se anadio disolucion de silicato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 30 minutos en una cantidad suficiente para anadir 5,6% de SO2. El pH se mantuvo en 9,5 usando acido clorhfdrico diluido. El material se agito durante 30 minutos. La suspension se enfrio hasta 75°C con tiempo y hielo. Se disminuyo el pH a 8,2 usando acido clorhfdrico. Se anadio disolucion de aluminato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un 55 periodo de 60 minutos en una cantidad suficiente para anadir 1,2% de AhO3. Simultaneamente, se anadio una disolucion de cloruro de cinc en una cantidad suficiente para anadir 0,3% de ZnO. El pH se mantuvo en 8,2 con HCl diluido. El material se agito durante 30 minutos. El material se filtro, se seco, se cribo y se micronizo. Se midio en el
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pigmento la solubilidad en acido. El pigmento se constituyo en pintura y se ensayo el brillo de emulsion (TFW-182) como se describio anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 2:
Se repitio el Ejemplo 1 con la siguiente excepcion: la disolucion de cloruro de cinc se anadio en una cantidad suficiente para anadir 0,5% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 3:
Se repitio el Ejemplo 1 con la siguiente excepcion: la disolucion de cloruro de cinc se anadio en una cantidad suficiente para anadir 1,0% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 4:
Se repitio el Ejemplo 1 con la siguiente excepcion: la disolucion de cloruro de cinc se anadio en una cantidad suficiente para anadir 1,5% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Resultados para los Ejemplos Comparativos 1-2 y los Ejemplos 1-4:
Las pinturas producidas en los seis ejemplos anteriores se aplicaron sobre tableros, y se expusieron al exterior mirando al norte para potenciar el crecimiento de moho. Se tomaron imagenes digitales de los tableros despues de 18 meses de exposicion y se analizaron en cuanto a decoloracion usando un Hunter Labscan para medir la blancura (L*) como un representante de la decoloracion debida al crecimiento de moho. Los datos mostraron que la L* de las muestras producidas en los dos ejemplos comparativos fue estadfsticamente mas baja que la L* de las cuatro muestras con cinc co-precipitado con la alumina.
Tambien se midio la solubilidad en acido y la durabilidad hasta desintegracion en polvo y decoloracion en los pigmentos producidos en los ejemplos anteriores. Los resultados para estos se dan a continuacion:
Tabla 1
- Ejemplo
- Solubilidad en acido Polvo y decoloracion Brillo L* a los 18 meses
- C1
- 5,4 39 19,3 73,2
- C2
- 5,3 44 18,1 71,9
- 1
- 4,1 40 18,9 73,7
- 2
- 3,6 47 18,4 74,7
- 3
- 3,2 45 20,6 72,9
- 4
- 3,1 45 20,1 77,4
Ejemplo Comparativo 3:
Se repitio el Ejemplo Comparativo 1 con las siguientes excepciones: la disolucion de silicato de sodio se anadio en una cantidad suficiente para anadir 3% de SiO2. La disolucion de aluminato de sodio se anadio en una cantidad suficiente para anadir 1,3% de AhO3. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Ejemplo 5:
Se repitio el Ejemplo Comparativo 3 con la siguiente excepcion: simultaneamente con la adicion de la disolucion de aluminato de sodio, se anadio una disolucion de cloruro de cinc en una cantidad suficiente para anadir 1,6% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Ejemplo 6:
Se repitio el Ejemplo 5 con la siguiente excepcion: la disolucion de cloruro de cinc se anadio en una cantidad suficiente para anadir 2,3% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Ejemplo 7:
Se repitio el Ejemplo 5 con la siguiente excepcion: la disolucion de cloruro de cinc se anadio en una cantidad suficiente para anadir 3,6% de ZnO. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Resultados para el Ejemplo Comparativo 3 y los Ejemplos 5-7:
Las pinturas producidas en los ejemplos anteriores se aplicaron sobre tableros, y se expusieron al exterior mirando al norte para potenciar el crecimiento de moho. Se tomaron imagenes digitales de los tableros despues de 18 meses
de exposicion y se analizaron en cuanto a decoloracion usando un Hunter Labscan para medir la blancura (L*) como un representante de la decoloracion debida al crecimiento de moho. Los datos mostraron que la L* de la muestra producida en el ejemplo comparativo fue estadfsticamente mas baja que la L* de las tres muestras con cinc co- precipitado con la alumina.
Tabla 2
- Ejemplo
- Solubilidad en acido Polvo y decoloracion Brillo L* a los 18 meses
- C3
- 5,8 24 27,0 71,9
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- 3,2 35 27,7 75,5
- 6
- 2,8 47 25,4 76,9
- 7
- 2,6 43 19,8 74,2
5 Ejemplo Comparativo 4:
Se mezclaron 5.000 gramos de TiO2 que conteman 2% de SO2 anadida pirogenicamente con 15 litros de agua y se anadieron a un tanque pequeno agitado. Se ajusto el pH a 8,2 usando sosa caustica al 20%. Se calento la suspension hasta 75°C. Se anadio disolucion de aluminato de sodio al tanque pequeno agitado a lo largo de un periodo de 60 minutos en una cantidad suficiente para anadir 1,3% de A^Oa. El pH se mantuvo en 8,2 con HCl 10 diluido. El material se agito durante 30 minutos. El material se filtro, se seco y se cribo. Se midio en el pigmento la solubilidad en acido. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Ejemplo 8:
Se repitio el Ejemplo Comparativo 4 con la siguiente excepcion: simultaneamente con la adicion de la disolucion de aluminato de sodio, se anadio una disolucion de cloruro de cinc en una cantidad suficiente para anadir 1,0% de ZnO. 15 Los resultados se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3
Ejemplo Solubilidad en acido
C4 12,7
8 10,3
Claims (15)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Una composicion de revestimiento que comprende una partfcula inorganica tratada que tiene fotoactividad reducida y propiedades antimicrobianas mejoradas, en donde la partfcula inorganica tratada comprende:a. una partfcula central inorganica;b. un primer tratamiento de un compuesto de silicio, en donde el compuesto de silicio se anade en una sola etapa; yc. un segundo tratamiento que comprende oxido de cinc y alumina co-precipitados.
- 2. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, que comprende ademas una resina.
- 3. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 2, en donde la resina es acnlico, estireno-acnlico, vinilo- acnlico, etileno-acetato de vinilo, acetato de vinilo, alquidfca; cloruro de vinilo, estireno-butadieno, versatato de vinilo, acetato-maleato de vinilo, o una mezcla de los mismos, preferiblemente en donde la resina alqrndica es un poliester complejo ramificado o reticulado que tiene residuos de acido alifatico insaturado.
- 4. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde la resina es una resina de uretano.
- 5. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 2, en donde la resina esta presente en la cantidad de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 % en peso, en base al peso total de la composicion de revestimiento.
- 6. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde la partfcula central inorganica es ZnS, TiO2, CaCO3, BaSO4, ZnO, MoS2, sflice, talco o arcilla.
- 7. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 6, en donde la partfcula central inorganica es dioxido de titanio.
- 8. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 6, en donde el compuesto de silicio es sflice, preferiblemente en donde la sflice es sflice anadida pirogenicamente o bien en donde la sflice se aplica usando tratamiento en humedo.
- 9. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde el compuesto de silicio esta presente en la cantidad de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20% en peso, en base al peso total de la partfcula central de dioxido de titanio.
- 10. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde la alumina esta presente en la cantidad de aproximadamente 0,05% a 20% en peso, calculada como A^O3, y en base al peso total de la partfcula central inorganica.
- 11. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde el oxido de cinc esta presente en la cantidad de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 5% en peso, en base al peso total de la partfcula central inorganica.
- 12. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 7, en donde la partfcula de dioxido de titanio tiene una desintegracion en polvo y decoloracion mayor que aproximadamente 20.
- 13. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 7, en donde la partfcula de dioxido de titanio tiene una solubilidad en acido menor que aproximadamente 15.
- 14. La composicion de revestimiento de la reivindicacion 1, en donde la composicion de revestimiento es una pintura.
- 15. Un revestimiento seco preparado a partir de una composicion de revestimiento que comprende un pigmento inorganico tratado, en donde el pigmento inorganico tratado comprende:a. una partfcula central inorganica;b. un primer tratamiento de un compuesto de silicio, en donde el compuesto de silicio se anade en una sola etapa; yc. un segundo tratamiento que comprende oxido de cinc y alumina co-precipitados.
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