ES2203947T3 - Composicion de caolin perfeccionada para uso en pinturas de electrodeposicion. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a composiciones de caolín que contienen al menos un caolín hidratado caracterizado porque la distribución según la dimensión de sus partículas: 98% de las partículas son inferiores a aproximadamente 2µ, 90% son inferiores a aproximadamente 0,5 µ y la dimensión media de las partículas es inferior a 0,3µ. La invención e refiere también a un procedimento que comprende las siguientes etapas que consisten en (i): preparar una suspensión acuosa que contiene al menos un caolín hidratado; (ii) separar las partículas de dicha suspensión para que la distribución de la dimensión de las partícula sea tal que 98% de las partículas son inferiores a aproximadamente 2µ, 90% son inferiores a aproximadamente 0,5 µ y la dimensión media de las partículas es inferior a 0,3µ; y (iii) secar dichas partículas separadas. La invención se refiere finalmente a pigmentos en pasta y a las pinturas para electrodeposición que contienen dichas composiciones; a la electrodeposición catiónica de dichapintura sobre un sustrato; y al producto así preparado.

Description

Composición de caolín perfeccionada para uso en pinturas de electrodeposición.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

Esta invención se refiere a composiciones hidratadas de caolín y a su uso como pigmento y extensor de pigmentos para pinturas de electrodeposición.

Descripción de la técnica relacionada

En el documento de D.S. Young y A.T. Gronet, "Pigmentation of Electrocoatings", publicado en Electrodeposition of Coatings por Am Chemical, capítulo 7, página 106, (1980), al caolín se le describe como un extensor de pigmentos en sistemas de electrorrecubrimiento.

No obstante, sigue existiendo la necesidad de disponer de composiciones de caolín capaces de proporcionar una mayor concentración de los pigmentos de pintura que las actuales calidades estándar de caolín sin incrementar la viscosidad de la pasta de pigmento, sin incrementar la aglomeración del baño de pintura y sin reducir la suavidad de la película curada.

Resumen de la invención

Esta invención se refiere a unas composiciones de caolín, a un procedimiento de preparación de dichas composiciones y a unas pinturas de electrodeposición que contienen tales composiciones.

En una realización, esta invención se refiere a unas composiciones de caolín que tienen la forma de unas composiciones de pigmento que comprenden al menos un caolín hidratado, caracterizadas por una distribución del tamaño de las partículas en la que el 98% de las partículas es de un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y el 90% es de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu).

En otra realización, esta invención se refiere a una composición de caolín preparada mediante unas etapas que comprenden (i) preparar una suspensión acuosa con al menos un caolín hidratado; (ii) separar las partículas de dicha suspensión para que la distribución del tamaño de las partículas sea de 98% de partículas con un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y 90% de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu); y (iii) secar dichas partículas separadas.

En otra realización, esta invención se refiere a unas pastas de pigmento y a unas pinturas de electrodeposición que contienen las citadas composiciones de caolín.

Incluso en otra realización, esta invención se refiere a la electrodeposición catiónica de dicha pintura sobre un artículo, y al artículo manufacturado preparado mediante el procedimiento en cuestión.

Descripción de la realización preferente

Según lo anteriormente indicado, se pretende que las composiciones de caolín de esta invención se empleen como pigmentos y extensores de pigmentos en pinturas de electrodeposición.

En la formación de las composiciones de pintura, y especialmente las composiciones de pinturas de electrodeposición, un factor importante es la incorporación de los pigmentos/extensores de pigmentos a la composición de recubrimiento. Típicamente, los pigmentos se trituran dentro de un vehículo triturador que actúa como agente dispersante para formar una pasta de pigmento que se incorpora a la composición de recubrimiento y proporciona a dicha composición de recubrimiento unas adecuadas propiedades de color, opacidad, aplicación y formación de película.

Las composiciones de caolín de esta invención pueden actuar como extensores únicos de los pigmentos o como extensores de dichos pigmentos combinados con otros pigmentos ampliamente conocidos en la técnica. Generalmente, el dióxido de titanio es el principal pigmento blanco; otros pigmentos blancos y/o extensores de pigmentos incluyen óxido de antimonio, óxido de zinc, carbonato de plomo básico, sulfato de plomo básico, carbonato de bario, arcilla china, carbonato de calcio, sílice, carbonato de magnesio, y sílice de magnesio, entre otros. También se pueden emplear pigmentos de color, tales como amarillo de cadmio, rojo de cadmio, negro carbón, azul de ftalocianina, amarillo de cromo, rojo de tolidina, y óxido de hierro hidratado, entre otros.

Los vehículos de trituración de pigmentos apropiados son bien conocidos por los expertos con una experiencia normal en la técnica. Unos típicos vehículos de trituración, útiles para los fines de esta invención, son los vehículos resinosos conocidos en la técnica por su uso en sistemas de electrodeposición catiónica, incluyendo los descritos en el documento de P.I. Kordomenos y J.D. Nordstrom, "Polymer Compositions for Cationic Electrodepositable Coatings" publicado en el Journal of Polymer Coatings, páginas 33-41, vol. 54, Nº 686, marzo de 1982.

Las pastas de pigmento de la presente invención se preparan por trituración o dispersión del pigmento en el vehículo de trituración, en una forma bien conocida por los expertos en la técnica. La pasta de pigmento comprende, como ingredientes esenciales, el vehículo de trituración y al menos una composición de caolín de esta invención; no obstante, la pasta también puede contener ingredientes opcionales, tales como otros pigmentos/extensores de pigmentos, plastificantes, agentes humectantes, elementos tensoactivos o eliminadores de espuma.

La trituración se suele realizar usando molinos de bolas, molinos de arena, disolventes Cowles, desgastadores continuos y elementos similares hasta reducir el pigmento al tamaño deseado, preferentemente humedeciéndolo y dispersándolo a través del vehículo de trituración. Después de la trituración, el tamaño de partícula del pigmento debería ser del orden de 10 micrómetros o menos, y preferentemente lo más pequeño que resulte prácticamente factible. Suele emplearse una lectura de 6-8 micrómetros, realizada mediante un calibre de trituración Hegman.

Preferentemente, la trituración se realiza dentro de una dispersión acuosa del vehículo. La cantidad de agua presente en el medio de trituración acuoso debería ser suficiente para producir una fase acuosa continua. Normalmente, el medio de trituración acuoso contiene aproximadamente 30 a 70% en peso del total de sólidos. Una mayor cantidad de agua no hace más que reducir la capacidad efectiva del molino; aunque se puede emplear una menor cantidad de agua, la mayor viscosidad resultante podría crear problemas en determinadas circunstancias. A pesar de que la pasta de pigmento suele prepararse en presencia de agua, ésta no es absolutamente necesaria, ya que se pueden emplear líquidos orgánicos para preparar pastas de pigmento no acuosas que subsiguientemente se convierten en composiciones de base dispersiva.

Preferentemente, se minimiza o se prescinde totalmente del uso de un vehículo de trituración; no obstante, la relación típica de pigmento a vehículo de trituración aglomerante durante la etapa de trituración suele mantenerse en un intervalo aproximado de 2:1 a 7:1 en peso.

Sobre pautas generales relacionadas con trituración de pigmentos, formulación de pinturas y electropintura, se hace referencia a:

- D.H Parker, Principles of Surface Coating Technology, Interscience Publishers, Nueva York (1965).

- R.L. Yates, Electropainting, Robert Draper Ltd., Teddington, Inglaterra (1966).

- H.F. Payne, Organic Coating Technology, vol. 2, Wiley and Sons, Nueva York (1961).

La pasta de pigmento de la presente invención suele combinarse con uno o más vehículos resinosos conocidos en la técnica de la electrodeposición catiónica. Las resinas susceptibles de electrodeposición catiónica son ampliamente conocidas en la técnica, por lo que no requieren una descripción detallada. Algunos ejemplos de resinas apropiadas, además de las anteriormente citadas, incluyen las descritas en la patente de los Estados Unidos Nº 3.799.854, a Jerabek, y en la patente de los Estados Unidos Nº 3.839.252, a Bosso y col.

Se emplea una cantidad suficiente de pasta de pigmento para que la composición final susceptible de electrodeposición (resina susceptible de electrodeposición más pasta de pigmento) tenga las propiedades de electrodeposición que se requieren. En la mayoría de los casos, la composición final susceptible de electrodeposición tiene una relación en peso de pigmento a aglomerante (resina susceptible de electrodeposición más vehículo de trituración) del orden de 0,05 a 0,5.

Para la electrodeposición se suele emplear un baño con un contenido aproximado de 5 a 25% en peso de sólidos, es decir, de pigmento más vehículo resinoso. Esta composición acuosa se pone en contacto con un ánodo conductor de electricidad y un cátodo conductor de electricidad, dentro de un circuito eléctrico. Mientras está en contacto con el baño que contiene la composición de recubrimiento, una película adherente de la composición de recubrimiento se deposita sobre el cátodo.

En general, las condiciones en las que se realiza la electrodeposición son similares a las que se emplean en la electrodeposición de otros tipos de recubrimiento. La tensión aplicada puede variar considerablemente, pudiendo ser, por ejemplo, tan baja como 1 voltio o tan alta como varios miles de voltios, aunque típicamente se emplean tensiones de entre 50 y 500 voltios. La densidad de la corriente, que suele ser de 2,7 amperios a 161 amperios por metro cuadrado, tiende a disminuir durante la electrodeposición. El procedimiento de la invención es aplicable al recubrimiento de cualquier substrato conductor, especialmente si es de un metal, como acero, aluminio o cobre.

Después de la deposición, el recubrimiento se cura a elevadas temperaturas empleando cualquier medio adecuado, tal como un horno o una bancada de lámparas térmicas infrarrojas. La pintura final susceptible de electrodeposición puede contener, además de la pasta de pigmento y la resina de electrodeposición, unas resinas auxiliares tales como amino-resinas de reticulación, disolventes, antioxidantes, elementos tensoactivos y medios asociados típicamente usados en procedimientos de electrodeposición.

Las composiciones de caolín de esta invención comprenden al menos un caolín hidratado caracterizado por una distribución del tamaño de las partículas en la que el 98% de las partículas es de un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y el 90% es de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu). La adsorción de aceite Gardner-Coleman de dicha composición preferentemente será inferior a 70 kg de aceite por 100 kg de pigmento.

Generalmente, el caolín hidratado se representa por la fórmula Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}\cdot2H_{2}O, en donde el agua está presente en forma de agua intersticial. El caolín hidratado de esta invención preferentemente no ha sido sometido a estados de calcinación, tales como temperaturas superiores a unos 500ºC, preferentemente no superiores a unos 350º.

Las composiciones de caolín de esta invención se caracterizan por tener una distribución del tamaño de las partículas en la que el 98% de las partículas es de un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y el 90% es de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu). La adsorción de aceite Gardner-Coleman de la composición preferentemente será inferior a 70 kg de aceite por 100 kg de pigmento.

Para los fines de esta invención, el tamaño de partícula se determina mediante técnicas de sedimentación convencionales, utilizando un analizador de tamaño de partículas SEDIGRAPH® 5100, de Micrometrics, Inc., y la adsorción de aceite Gardner-Coleman se determina utilizando el procedimiento de ensayo ASTM D1483-84.

Las composiciones de caolín de esta invención se pueden preparar mediante unas etapas que comprenden (i) preparar una suspensión acuosa con al menos un caolín hidratado; (ii) separar las partículas de dicha suspensión para que la distribución del tamaño de las partículas sea de 98% de partículas con un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y 90% de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu); y (iii) secar dichas partículas separadas.

El caolín hidratado útil para este procedimiento preferentemente tiene una adsorción de aceite Gardner-Coleman de la composición inferior a 70 kg de aceite por 100 kg de pigmento. En este procedimiento, el caolín hidratado crudo se dispersa en agua para formar una suspensión acuosa con alto contenido de sólidos, normalmente de al menos un 58% en peso. Para ayudar a la dispersión del caolín crudo, conviene agregar una cantidad efectiva de al menos un dispersante. Típicamente, los dispersantes adecuados son dispersantes inorgánicos, tales como el amoniaco y los fosfatos. Dichos fosfatos incluyen fosfato diamónico, fosfato dipotásico, fosfato disódico, fosfato monoamónico, fosfato monopotásico, fosfato monosódico, tripolifosfato potásico, pirofosfato de ácido sódico, hexametafosfato sódico, tripolifosfato sódico, pirofosfato tripotásico, pirofosfato tetrasódico, fosfato tripotásico, fosfato trisódico, fosfato ureico, y mezclas de los mismos. Estos dispersantes se pueden formar previamente, para luego ser agregados a la suspensión, o bien se pueden formar dentro de la suspensión. La suspensión debería ser aproximadamente neutra, por ejemplo, con un pH de 6-8 y preferentemente de aproximadamente 6,5-7,5. El pH de la suspensión se regula, en caso necesario, mediante adición de un ácido o una base para lograr un pH final de la suspensión aproximadamente neutro. Típicamente, la etapa de la suspensión se realiza a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Se pueden emplear temperaturas y presiones mayores, aunque no son necesarias.

Para llevar a cabo la distribución deseada del tamaño de las partículas del caolín de esta invención, se realizan una o más separaciones de tamaño de partícula del caolín de la suspensión. Generalmente, el procedimiento en cuestión incluye separar de la suspensión de caolín las partículas que exceden del tamaño de partícula deseado, típicamente las que tienen un tamaño superior a la malla 325, y luego efectuar una sedimentación diferencial gravitacional o centrífuga para recuperar la proporción dimensional del tamaño de partícula deseado.

La etapa de secado se puede realizar mediante procedimientos bien conocidos por los expertos con un dominio normal de la técnica, e incluyen secado rápido, secado rotativo y, preferentemente, secado por pulverización.

El secado por pulverización es bien conocido en la industria de la arcilla. A modo de referencia, consúltese, por ejemplo, "Atomization and Spray Drying", por W.R. Marshall (Chemical Engineering Monograph Series, Nº 2, vol. 50 (1954)).

También se puede incorporar a la mezcla una pequeña cantidad de un agente dispersante o de un agente de floculación para facilitar la dispersión/suspensión de las partículas en el medio líquido.

En el secado por pulverización, el caolín se regula, si es necesario, adicionando líquido (preferentemente agua) para que la suspensión de caolín pueda ser bombeada y pulverizada. Preferentemente, la concentración de caolín será de 45% a 55%. Esta suspensión se pulveriza en una atmósfera de gases calientes e inertes (respecto a este producto).

Se pueden usar diversos diseños de secador por pulverización. Estos secadores pueden ser del tipo de flujo a favor de la corriente, en contra de la corriente o mixto. Se pueden usar boquillas, discos y elemento similares para dispersar la suspensión en forma de gotas diminutas. La temperatura del aire de entrada y salida del secador por pulverización dependerá, desde luego, del diseño del secador. La temperatura interna de las atmósferas de la cámara de secado debería ser inferior a 107ºC, por ejemplo, de 83ºC a 93ºC. A tales temperaturas se elimina el exceso de humedad libre de las pequeñas gotas de la suspensión de greda sin que desaparezca el agua de la hidratación (agua de cristalización) de la greda. Así, las pequeñas gotas se convierten, por un procedimiento normal, en microesferas porosas que se acumulan aguas abajo de la cámara de secado. Al emplear un secador de flujo a favor de la corriente, se recomienda una temperatura del aire de entrada del orden de 538ºC a 649ºC para una suspensión de greda cargada a un régimen suficiente para producir una temperatura del aire de salida en el intervalo de 121ºC a 149C.

A continuación se incluye un ejemplo de la presente invención. Desde luego, este ejemplo no debe suponer una limitación de la invención, y cualquier modificación del mismo a través de procedimientos convencionales resultará fácilmente comprensible para los expertos con una experiencia normal en la técnica.

A menos que se indique otra cosa en el siguiente ejemplo y en otras partes de la memoria descriptiva y de las reivindicaciones, las partes y porcentajes son en peso, las temperaturas son en grados Celsius y las presiones son atmosféricas o aproximadamente atmosféricas.

Ejemplo 1

Se prepara una suspensión mezclando 70 partes de caolín hidratado crudo tipo East Georgia, 50 partes de agua, 0,1 partes de hidróxido de amonio acuoso al 30%, y 0,66 partes de una solución de hexametafosfato de sodio acuosa al 30%. En caso necesario, el pH de la suspensión se regula a aproximadamente 7 con ácido o base. La suspensión se mezcla hasta conseguir una dispersión uniforme de las partículas de caolín. La suspensión se purifica empleando una rejilla de malla 20 y una centrifugadora de sólidos de vaso, marca Bird, para eliminar los sólidos de un tamaño superior a la malla 325. A continuación, la suspensión purificada se centrifuga en una centrifugadora de vaso y tobera, marca Alpha Laval, para obtener la distribución deseada del tamaño de las partículas. Seguidamente, el producto resultante se seca.

Los productos de caolín de esta invención brindan unas propiedades considerablemente beneficiosas a los imprimantes de deposición catiónica, incluyendo i) mayor economía, gracias a la sustitución del dióxido de titanio; ii) suministro del caolín en forma de pulverización seca; iii) mejor dispersión de la pasta de pigmento; iv) reducción de la aglomeración en los baños de pintura; y v) mayor suavidad de la película curada. Además, las composiciones de caolín de esta invención pueden proporcionar una concentración del pigmento usado en la pintura de electrodeposición mayor que la de los actuales calidades convencionales de caolín sin incrementar la viscosidad de la pasta de pigmento, sin incrementar la aglomeración del baño de pintura y sin reducir la suavidad de la película curada.

Claims (10)

1. Una composición de pigmento que comprende al menos un caolín hidratado, caracterizada por una distribución del tamaño de las partículas en la que el 98% de las partículas es de un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y el 90% es de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu).

2. Una composición según la reivindicación 1, en la que la adsorción de aceite Gardner-Coleman de dicha composición es inferior a 70 kg de aceite por 100 kg de pigmento.

3. Un procedimiento que comprende las etapas de (i) preparar una suspensión acuosa con al menos un caolín hidratado; (ii) separar las partículas de dicha suspensión de manera que la distribución del tamaño de las partículas sea de 98% de partículas con un tamaño inferior a 2 \mum (2 \mu) y 90% de un tamaño inferior a 0,5 \mum (0,5 \mu), con un tamaño medio inferior a 0,3 \mum (0,3 \mu); y (iii) secar dichas partículas separadas.

4. Una composición preparada según el procedimiento de la reivindicación 3.

5. Una pasta de pigmento que comprende al menos una composición según la reivindicación 1 y al menos un vehículo de trituración.

6. Una pasta de pigmento que comprende al menos una composición según la reivindicación 4 y al menos un vehículo de trituración.

7. Una composición de pintura de electrodeposición que comprende al menos una composición según la reivindicación 1 y al menos un vehículo de resina de electrodeposición.

8. Una composición de pintura de electrodeposición que comprende al menos una composición según la reivindicación 4 y al menos un vehículo de resina de electrodeposición.

9. Un procedimiento de recubrimiento por electrodeposición de un substrato conductor que comprende aplicar a dicho substrato, en estado de electrodeposición, un recubrimiento que comprende al menos una composición según la reivindicación 1 para preparar un artículo manufacturado.

10. Un procedimiento de recubrimiento por electrodeposición de un substrato conductor que comprende aplicar a dicho substrato, en estado de electrodeposición, un recubrimiento que comprende al menos una composición según la reivindicación 4 para preparar un artículo manufacturado.