BR102012017356A2 - Processo e composição para obtenção de um pigmento nanoparticulado e encapsulado para tintas - Google Patents

Abstract

PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS, compreendida pelo uso destas partículas (pigmentos), sintéticas e naturais modificadas e encapsuladas, na formulação de tintas imobiliárias e/ou emulsões poliméricas industriais. A invenção compreende um processo de fabricação, a obtenção e a utilização de um material, chamado aqui de pigmento especial. Esse pigmento é preparado a partir de materiais micronizados interagindo com outros materiais nanoparticulados sintéticos e naturais compostos e modificados por processos fisico-químicos, incluindo encapsulamento polimérico, substâncias estas que "promovem" uma ponte de acesso ou associação de "efeito sinérgico" a algumas propriedades como a opacidade, o poder de cobertura úmida e seca do pigmento branco (dióxido de titânio), abrangendo uma faixa ótima na formulação final e não havendo necessidade de ajustes fisico-químicos no processo de fabricação convencional das tintas imobiliárias em todos os grades de qualidade. Este pigmento pode ser utilizado em associação ou em substituição parcial do dióxido de titânio.

Description

“PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO N ANOP ARTICUL ADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS”

Refere-se o presente pedido de patente de invenção a um 5 “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO N ANOP ARTICUL ADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS”, a obtenção do pigmento que foi desenvolvido com a finalidade de ser aplicado como componente de efeito sinérgico ao pigmento branco (dióxido de titânio) e a utilização deste, protegendo sua superfície e 10 mantendo sua qualidade e performance.

Campo da invenção

A invenção refere-se ao uso destas partículas (pigmentos), sintéticas e naturais modificadas e encapsuladas, na formulação de tintas imobiliárias e/ou emulsões poliméricas industriais.

A invenção compreende um processo de fabricação, a obtenção e

a utilização de um material, chamado aqui de pigmento especial.

Esse pigmento é preparado a partir de materiais micronizados interagindo com outros materiais nanoparticulados sintéticos e naturais compostos e modificados por processos físico-químicos, incluindo 20 encapsulamento polimérico, substâncias estas que "promovem" uma ponte de acesso ou associação de "efeito sinérgico" a algumas propriedades como a opacidade, o poder de cobertura úmida e seca do pigmento branco (dióxido de titânio), abrangendo uma faixa ótima na formulação final e não havendo necessidade de ajustes físico-químicos no processo de fabricação 25 convencional das tintas imobiliárias em todos os grades de qualidade.

Este pigmento pode ser utilizado em associação ou em substituição parcial do dióxido de titânio. Este pigmento pode também ser utilizado para formular tintas imobiliárias bem como também diversas tintas emulsionadas (do tipo látex), sem que as mesmas sofram alterações significativas, não havendo necessidade de ajustes físico-químicos em suas formulações, mantendo as 5 propriedades mais importantes para o produto final, e, em algumas formulações do tipo "Premium", apresenta melhora significativa em diversas propriedades, como resistência química e física , cobertura, índice de refração e cor.

Antecedentes da Invenção Os principais componentes que fazem parte da formulação

básica de uma tinta são os pigmentos, as resinas, os aditivos e os solventes. No entanto existem outros produtos que podem ser adicionados na formulação sempre na busca dos melhores benefícios,· tais como: flexibilidade, brilho, secagem, dureza, aderência, resistência química, 15 resistência física, resistência a abrasão, endurecimento da película, antipele, resistência à radiação ultra-violeta, anti-sedimentação, nivelamento, antiespumante, ajustes de viscosidade, controle de fluidez e outros.

Pigmentos são partículas finas insolúveis usadas em coatings por 20 diversas razões, entre elas, oferecer .a cor, a cobertura do substrato, a modificação de certas propriedades e a performance do filme e/ou reduzir custos. Podem ser brancos, coloridos, inertes ou funcionais, conforme "ORGANIC COATINGS"- SCIENCE ANO TECHNOLOLY - Vol.l: Film Formation, Components and Appearance- Chapter XVIII - pg .306- 25 SPE - A Volume in the SPE Monograph Series-1992-"Zeno W. Wicks, Jr., Frank N. Jones and S. Peter Pappas".

Os pigmentos são componentes de extrema importância no processo de pintura e revestimento, pois oferecem propriedades de resistência ao intemperismo, poder de tingimento, poder de cobertura, dispersabilidade e, determinam a qualidade final dependendo do tamanho e geometria das partículas, além do CPVC- ( Concentração Volumétrica de Pigmentos Crítica), conforme 'TINTAS & VERNIZES"- Ciência e 5 Tecnologia - Capo 10,- Pigmentos Inorgânicos e Capo 11 - Pigmentos Orgânicos - pag.340 e pag.366 - "ABRAFATI- ASSOCIAÇÃO."sRASllEIRA DOS FABRICANTES DE TINTAS - Vários Autores"- 3a Edição- 1994.

O pigmento mais utilizado no processo de pintura e revestimento é o dióxido de titânio, devido à sua capacidade de opacidade e por possuir o maior índice de refração (relação pigmento/veículo) entre todos os outros pigmentos brancos conhecidos.

O dióxido de titânio, porém, como também é de conhecimento geral, é muito caro para a manufatura da tinta. Por isso é muito importante 15 a pesquisa e o desenvolvimento de outros materiais que venham substituir este, total e ou em partes, desde que preservem essas características que mais influenciam no poder de recobrimento de tal forma que ocultem melhor o substrato.

.Já é bem conhecido e de longa data, que certos materiais, como 20 cargas finas, partículas minerais e outros, atuam como pigmentos inertes e são utilizados para substituir o dióxido de titânio como pigmento branco. Esse procedimento de utilização é conhecido como extensão. Esses materiais são encontrados no mercado e conhecidos como cargas minerais, pigmentos inertes, ou "extenders". Sua função primária é o ajuste das 25 propriedades reológicas do coating, acerto de brilho e propriedades mecânicas dos filmes, porém, sua capacidade de refração da luz é ineficiente para atuar como pigmento pois atingem um índice de refração máximo de 1,5 enquanto que o dióxido de titânio é superior a 2. Os pigmentos inertes mais conhecidos são as argilas, bentonitas, diatomitas, caulim, filitos, feldspatos, talcos, carbonatos de cálcio naturais e precipitados, micas, sulfatos de bário, dolomitas, sílicas amorfas, silicatos de alumínio e magnésio, e outros.

As cargas minerais são obtidas por diferentes processos de

transformação desde a extração e purificação passando por diversas etapas e operações unitárias, tais como, moagem, britagem, floculação, micronização, classificação por peneiramento, modificação, etc.

Uma das características que mais influenciam no poder de 10 cobrimento dos pigmentos , inertes, quando utilizados como "extenders", é o seu tamanho de partícula, sendo que partículas mais finas são as que ocultam melhor 0 - substrato, desde que, o espaçamento entre elas e os "bolsões de ar" das partículas do pigmento branco (Ti02) , sejam preenchidas de maneira eficaz, o que não acontece na prática, além do que, 15 este extender", por constituição físico-química , altera as características tanto do processo, reologia e alcalinidade, como também no filme final, além não alcançar as características mínimas para o poder de cobertura padrão.

Sumário da Invenção A presente invenção descreve e compreende a execução de um

processo de fabricação, a composição, a obtenção e a utilização de um pigmento encapsulado, em cujo interior da casca polimérica foram pré- processados vários materiais, naturais e sintéticos, na forma de micro e nanopartí cuias.

A invenção, numa etapa da realização, provê o encapsulamento

polimérico, que é realizado em um processo em que todas as matérias primas são controladas de forma a obter partículas uniformes, interligadas por aderência química (Iigantes) e por forças físicas de alinhamento (extrusão mecânica), pois destas depende o sucesso da aplicação e da utilização do mesmo nas formulações.

O encapsulamento polimérico promove o controle e o acesso aos atributos e propriedades do pigmento, criando um cluster (efeito 5 sinérgico), protegendo e mantendo a qualidade e o desempenho deste pigmento de forma eficiente.

A invenção, numa outra etapa da realização, utiliza, para obter o resultado esperado, uma metodologia própria, onde um modificador de acesso, que nesse caso é um polímero termoplástico que pode ser derivado 10 do eteno, estireno, poliéster insaturado, poliamida, acetato de polivinila, polietilenotereftalato, politetrafluoretileno, ou blendas poliméricas ou outro que permita, além de promover e facilitar o encapsulamento polimérico, distribuir uniformemente os materiais dentro de uma casca de formato hexagonal de fundo esferoidal, ligados eletrostaticamente e por 15 forças de coesão entre suas moléculas, define também as propriedades química e física do produto.

A invenção, numa outra etapa da realização, também poderá utilizar outro polímero para o encapsulamento, ou seja, um hidrocarboneto aromático insaturado de fórmula C6H5C2H3 polimerizado por processo de catálise e suas variações em blendas com qualquer dos polímeros citados acima.

A invenção, reivindicada, apresenta um novo pigmento e um processo, cuja composição, formato e metodologia de fabricação, constitui a função de um pigmento branco, viabilizando assim um 'novo produto ao mercado de coatings para látex decorativo e dispersões poliméricas aquosas.

A invenção, numa outra etapa da realização, poderá utilizar diversos aditivos e ligantes, como ceras dispersantes, dispersantes vegetais, silanos, celulose, sulfeto de zinco, polisiloxano, sal de amina carboxilada, óleo de mamona hidrogenada e/ou propoxilada, absorvedores de luz ultra- violeta, branqueadores ópticos, estearatos, impermeabilizantes, e outros necessários para compor as características finais do processo de obtenção e utilização.

A invenção, numa outra etapa da realização, poderá utilizar cargas minerais, cargas cerâmicas ou pigmentos inertes, do tipo: carbonato de cálcio, talco, barita, feldspato, caulim, quartzo, agalmatolito, mica, silicato de alumínio, elolomita, caulim calcinado, huntita, hidromagnesita, argila, silicatos, óxido de titânio, dióxido de silício e outros.

A invenção, numa outra etapa da realização, é feita inicialmente, por mistura das matérias primas minerais e sintéticas, previamente selecionadas, num equipamento de baixa rotação e alto torque,(Ribbon- Blender), com controle de aquecimento e umidade durante todo o processo e para a efetividade do funcionamento dos aditivos e ligantes escolhidos.

A invenção, numa outra etapa da realização, provê uma nova mistura, em um mixer de alto poder de cisalhamento, para a incorporação dos componentes da fórmula ao pré-polímero escolhido, com redução da umidade ao máximo de 0,1% durante o processo, seguido de transferência 20 para um reator onde será aquecido à temperatura que pode variar da ambiente a até 90°C. Em seguida segue para o encapsulamento em processo cascata com acoplamento a uma extrusora dupla-rosca, com eliminador de umidade.

A invenção, numa outra, etapa da realização, processa a extrusão do produto intermediário, que são expelidas em formato hexagonal de fundo esferoidal, formato este que assegura o efeito eficiente das matérias- primas tratadas. Estas, já encapsuladas, devem ser mantidas para a preservação dos microporos, ou "bolsões" de ar vazios, inerentes aos processos de fabricações de cada uma e, espaçamento este, que será importante para as características do produto final.

A invenção, numa etapa da realização, processa a micronização com criogenia assistida em equipamento adequado em seus periféricos, para que, continuamente, o produto final seja controlado e selecionado entre 10 a 45 microns de tamanho de partícula final.

EXEMPLOS

Descrição resumida das etapas que envolvem a preparação, obtenção, formulação e aplicação deste pigmento especial que acontece

segundo os exemplos abaixo:

Exemplo 1

1. Selecionamos a carga mineral, natural ou sintética (ou as blendas das cargas citadas acima). Utilizamos nesta preparação 80%'em pescrdo mix-01 de cargas minerais (natural ou sintética) e 20% em peso de

mix-02 de polímeros(ou blendas dos materiais poliméricos citados acima).

2. Levamos os dois mix-01 e mix-02 dos compostos para um misturador (Ribbon - Blender) e misturamos,bem lentamente. Certificamos que a mistura está eficiente e adicionamos os aditivos convenientes ao processo, como ligantes e outros de performance conveniente às

características finais.

3. Transferimos esse material purulento processado, para um recipiente (reator) adequado à capacidade do lote, onde se possa ao mesmo tempo agitar e controlar a temperatura do ambiente até 90°C. Levamos esse material, com umidade máxima de 0,1%, para uma extrusora dupla-

rosca com eliminador de umidade e realizamos a extrusão assistida. Nessa etapa está ocorrendo o processo de fusão dos polímeros reagentes e o encapsulamento do mix das cargas e, ainda, ocorrendo a formação de micro poros com espaçamento controlado. Forma-se um material extrudado branco de formato hexagonal de fundo esferoidal.

4. Em seguida efetuamos a moagem, micronização, e seleção do pigmento especial.

Essa micronização deverá ser assistida por criogenia e com

jateamento de ar frio desde a entrada em tubulação periférica até a saída do material selecionado. As partículas obtidas são classificadas, sem retomo, com tamanhos entre 10 a 45 microns. O pigmento final é um pó branco.

Exemplo 2

1. Selecionamos a carga mineral, natural ou sintética (ou as

blendas das cargas citadas acima). Utilizamos nesta preparação 90% em peso do mix-01 de cargas minerais (natural ou sintética) e 10% em peso de mix-02 de polímeros(ou blendas dos materiais poliméricos citados acima).

2. Levamos os dois mix-01 e mix-02 dos compostos para um misturador (Ribbon - Blender) e misturamos bem lentamente. Certificamos

que a mistura está eficiente e adicionamos os aditivos convenientes ao processo, como ligantes e outros de performance conveniente às características finais.

3. Transferimos esse material purulento processado, para um recipiente (reator) adequado à capacidade do lote, onde se possa ao mesmo

tempo agitar e controlar a temperatura do ambiente até 90°C. Levamos esse material, com umidade máxima de 0,1%, para uma extrusora dupla- rosca com eliminador de umidade e realizamos a extrusão assistida. Nessa etapa está ocorrendo o processo de fusão dos polímeros reagentes e o 25 encapsulamento do mix das cargas e, ainda, ocorrendo a formação de micro poros com espaçamento controlado. Forma-se um material extrudado branco de formato hexagonal de fundo esferoidal. 4. Em seguida efetuamos a moagem, micronização, e seleção do pigmento especial.

Essa micronização deverá ser assistida por criogenia e com jateamento de ar frio desde a entrada em tubulação periférica até a saída do material selecionado.

O pigmento branco obtido é classificado em tamanhos entre IOa 45 microns.

Exemplo 3

No exemplo 3 apresentamos uma formulação padrão e a utilização de três formulações preparadas com variações do material do exemplo 1, aqui chamado de pigmento.

Formulações expressas em % massa.

15

20

25

Componente Formulação Formulação Formulação Formulação Padião com 10% com 20% com 30%. Agiia 35,12 35,12 35,12 35,12 Dispers ante 1,09 1,09 1,09 1,09 Bacteridda 0,25 0,25 0,25 0,25 Fungidda 0,15 0,15 0,15 0,15 Antiespumante 0,5 0,5 0,5 0,5 Umectante 0,2 0,2 0,2 0,2 Espessante 0,4 0,4 0,4 0,4 Etileno glicol 1,12 1,12 1,12 1,12 Carbonato cáldo 14,18 14,18 14,18 14,18 Silicato Magnésio 3,78 3,78 3,78 3,78 Resina 20,7 20,7 20,7 20,7 Coalescente 1,61 1,61 1,61 1,61 Amônia 0,1 0,1 0,1 0,1 DióJddo de Titânio 20,8 18,72 16,64 14,56 Pigmento Espedal do exemplo 1 - 2,08 4,16 6,24 Resultados:

• O Poder de Cobertura Úmida da coluna Padrão foi de 92,14, sendo que as colunas de 10%, 20% e 30% mantiveram-se entre 1 a 2% para cima ou para baixo.

· O Poder de Cobertura Seca da coluna Padrão foi de 96,82, sendo que as colunas de 10%, 20% e 30% mantiveram-se entre 0,2 a 0,5% para cima ou para baixo.

• O PH não sofreu alteração entre todas as colunas

• A densidade em média 0,5% em todas as colunas

· A viscosidade não sofreu nenhuma alteração significativa em todas as colunas

Diante do descrito é dado a perceber que a “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” o pigmento 15 que aqui reivindicamos promove o controle e o acesso das propriedades do dióxido de titânio, protegendo este e mantendo-o com qualidade e desempenho de forma muito mais eficiente, permitindo o espalhamento e reflexão da luz, desde que o encapsulamento auxiliado por sistema criogênico de processo contínuo, mantêm as partículas no interior da casca 20 polimérica de maneira estável, coesa e não permitindo que o ambiente poroso necessário para o espalhamento da luz seja perdido, garantindo assim o gradiente de índice de refração original.

Devemos salientar ainda que invenção refere-se ainda, no campo da utilização e obtenção de alguns benefícios, tais como:

· Elevado e acentuado poder de cobertura úmida

• Elevado e acentuado poder de cobertura sêca

• Não interferência no espessamento

• Fácil ação de dispersabilidade • Atuação antisedimentante (baixo peso específico)

• Elevado índice de refração

• Elevada estabilização de cor

• Adição em qualquer etapa do processo · Ótima relação custo X benefício

• Menor peso por volume de produção (menor densidade)

Por ser inovador e até então não compreendidas no estado da técnica que se enquadra perfeitamente dentro dos critérios que definem a patente de invenção. São as seguintes suas reivindicações.

Claims (12)

1. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS”, caracterizado pelo processo de fabricação, composição e obtenção utilizar um pigmento encapsulado, cujo interior da casca polimérica foram pré-processados vários materiais, naturais e sintéticos, na forma de micro e nanopartículas.

2.“PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS”, caracterizado pelo processo em uma primeira etapa realizar o encapsulamento polimérico, onde todas as matérias primas são controladas de forma a obter partículas uniformes e interligadas por aderência química (ligantes) e por forças físicas de alinhamento (extrusão mecânica).

3. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS”, de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelo encapsulamento polimérico promover o controle e o acesso aos atributos e propriedades do pigmento, criando um efeito sinérgico.

4.“PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em outra etapa, utilizar uma metodologia, onde um modificador de acesso, que nesse caso é um polímero termoplástico que pode ser derivado do eteno, estireno, poliéster insaturado, poliamida, acetato de polivinila, polietilenotereftalato, politetrafluoretileno, ou blendas poliméricas ou outro que permita, além de promover e facilitar o encapsulamento polimérico, distribuir uniformemente os materiais dentro de uma casca de formato hexagonal de fundo esferoidal, ligados eletrostaticamente e por forças de coesão entre suas moléculas, definir também as propriedades química e física do produto.

5. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em uma outra etapa de realização, utilizar outro polímero para o encapsulamento, tal como um hidrocarboneto aromático insaturado de fórmula CeH5C2H3 polimerizado por processo de catálise e suas variações em blendas com do eteno, estireno, poliéster insaturado, poliamida, acetato de polivinila, polietilenotereftalato, politetrafluoretileno.

6. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em uma outra etapa de realização, utilizar diversos aditivos e ligantes, como ceras dispersantes, dispersantes vegetais, silanos, celulose, sulfeto de zinco, polisiloxano, sal de amina carboxilada, óleo de mamona hidrogenada e/ou propoxilada, absorvedores de luz ultra-violeta, branqueadores ópticos, estearatos, impermeabilizantes.

7. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em uma outra etapa de realização, utilizar cargas minerais, cargas cerâmicas ou pigmentos inertes, do tipo: carbonato de cálcio, talco, barita, feldspato, caulim, quartzo, agalmatolito, mica, silicato de alumínio, elolomita, caulim calcinado, huntita, hidromagnesita, argila, silicatos, óxido de titânio, dióxido de silício e outros.

8. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em uma outra etapa de realização, , provêr uma nova mistura, em um mixer de alto poder de cisalhamento, para a incorporação dos componentes da fórmula ao pré-polímero escolhido, com redução da umidade ao máximo de 0,1% durante o processo, seguido de transferência para um reator onde será aquecido à temperatura que pode variar da ambiente a até 90°C, seguindo para o encapsulamento em processo cascata com acoplamento a uma extrusora dupla-rosca, com eliminador de umidade.

9.“PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pelo processo em uma outra etapa de realização, processar a extrusão do produto intermediário, que são expelidas em formato hexagonal de fundo esferoidal, cujo formato assegura o efeito eficiente das matérias-primas tratadas, que já encapsuladas, são mantidas para a preservação dos microporos, ou "bolsões" de ar vazios, inerentes aos processos de fabricações de cada uma.

10. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pela composição e a utilização de carga mineral natural e ou sintética, ou ainda blendas de cargas minerais naturais e ou sintéticas, serem utilizadas variando de 50,0% a 99,0% em massa na preparação e formulação de diversas resinas e tintas imobiliárias dispersas ou emulsionadas e emulsões do tipo Látex e tintas tipo Premium.

11. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pela composição e a utilização do pigmento em que este poderá ser utilizado variando de 1,0% a 50% em massa na preparação e formulação de diversas resinas e tintas imobiliárias, emulsões do tipo Látex, dispersas ou emulsionadas, e aquelas tintas tipo Premium.

12. “PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA OBTENÇÃO DE UM PIGMENTO NANOPARTICULADO E ENCAPSULADO PARA TINTAS” caracterizado pela composição ser assim apresentada: <table>table see original document page 16</column></row><table>