ES2314462T3

ES2314462T3 - Composiciones de recubrimiento acuoso.

Info

Publication number: ES2314462T3
Application number: ES04796020T
Authority: ES
Inventors: Lang H. Nguyen
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: MY137789A; DE602004017895D1; EP1692233A1; CN1898344A; KR20060127388A; US7897658B2; EP1692233B1; CN1898344B; JP5638036B2; TWI381030B; JP2007510037A; TW200521201A; US20050087104A1; ATE414745T1; RU2006118327A; CA2543651A1; BRPI0415925A; WO2005044927A1; KR101080491B1; RU2347795C2

Abstract

Una composición de pigmento que comprende a) al menos un pigmento que comprende un producto de carbono modificado, que comprende un producto de carbono que tiene unido al menos un grupo orgánico, en el que el grupo orgánico comprende al menos un grupo iónico, al menos un grupo ionizable o una mezcla de los mismos, y b) al menos una composición dispersante que comprende i) al menos un tensioactivo no iónico que comprende un óxido de polialquileno, en el que el tensioactivo no iónico no se disuelve en agua a temperatura ambiente a concentraciones superiores al 2% y permanece soluble en estas condiciones durante más de un día, y ii) al menos un polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico.

Description

Composiciones de recubrimiento acuoso.

La presente invención se refiere a una composición de pigmento modificado y a una composición de recubrimiento acuoso que comprende una composición dispersante que comprende al menos un tensioactivo no iónico y al menos un polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico.

Se usan composiciones de recubrimiento para tratamientos decorativos, protectores y funcionales de muchas clases de superficies. Estas superficies incluyen bobinas, metales, electrodomésticos, muebles, aglomerados, maderos y madera contrachapada, flotas, automóviles, latas y cartón. Algunos recubrimientos, tales como de tuberías submarinas, son con fines protectores. Otros, tales como recubrimientos exteriores de automóviles, cumplen funciones tanto decorativas como protectoras. Otros más proporcionan control de la fricción en la cubierta de barcos o asientos de coches. Algunos recubrimientos controlan las incrustaciones biológicas en el casco de embarcaciones, otras protegen alimentos y bebidas en latas. Chips de silicio, paneles de circuitos impresos, recubrimientos sobre fibras guiaondas para transmisión de señales y recubrimientos magnéticos sobre cintas de vídeo y discos de ordenador están entre muchas de las denominadas aplicaciones de alta tecnología para recubrimientos.

Generalmente las composiciones de recubrimiento de superficies son líquidos más o menos viscosos con tres componentes básicos: una sustancia o combinación de sustancias formadora de películas denominada resina o aglutinante, un pigmento o una combinación de pigmentos y un líquido volátil. La combinación de resina y líquido volátil con frecuencia se denomina como el vehículo. Los vehículos pueden ser acuosos o no acuosos y pueden estar en forma de solución o como una dispersión de partículas de aglutinante finas en un no disolvente. Los componentes y la fabricación de composiciones de recubrimiento tales como recubrimientos acuosos se describen adicionalmente en la Concise Encyclopedia of Polymers, Science and Engineering, páginas 160-171 (1990), que se incorpora en este documento como referencia.

Los pigmentos son partículas sólidas insolubles finamente divididas dispersadas en el vehículo de recubrimiento y se distribuyen por toda la resina o aglutinante en la película final. Se han usado una amplia diversidad de pigmentos negros y coloreados convencionales en composiciones de recubrimiento. Además, se describen tintas acuosas y no acuosas y composiciones de recubrimiento que comprenden productos de carbono modificado que tienen unidos grupos orgánicos en las patentes de Estados Unidos Nº 5.672.198 y 5.713.988, ambas incorporadas en su totalidad en este documento como referencia.

También pueden añadirse tensioactivos a composiciones de recubrimiento para ayudar a mejorar el rendimiento. Típicamente, estos tensioactivos se usan en combinación con los pigmentos de las composiciones de recubrimiento y, como tales, se denominan por lo tanto dispersantes. Se han usado varias clases o tipos diferentes de dispersantes en composiciones de recubrimiento. La selección del dispersante depende de una diversidad de factores, incluyendo las propiedades del pigmento, tamaño de partícula y el tipo de resina o aglutinante. Sin embargo, el dispersante puede tener con frecuencia un impacto negativo sobre propiedades tales como el desarrollo del color. Por lo tanto, la cantidad de dispersante debe ajustarse para los componentes usados para obtener composiciones de recubrimiento con buenas propiedades globales.

Por lo tanto, aunque se han usado dispersantes en composiciones de recubrimiento, sigue existiendo la necesidad de composiciones dispersantes que permitan que se dispersen tipos específicos de pigmentos en un vehículo acuoso al tiempo que también den como resultado un buen rendimiento de color.

La presente invención se refiere a una composición de pigmento como se define en las reivindicaciones 1 a 3 y 7 a 16. La composición de pigmento puede estar en una forma seca o estar presente en un vehículo acuoso.

La presente invención se refiere además a una composición de recubrimiento acuoso como se define en las reivindicaciones 4 a 6.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la descripción detallada siguiente son ejemplares y explicativas solamente y pretenden proporcionar una explicación adicional de la presente invención, según se reivindica.

La presente invención se refiere a composiciones de pigmento y de recubrimiento acuoso que comprenden composiciones dispersantes.

La composición dispersante usada en la presente invención comprende al menos un tensioactivo no iónico y al menos un polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico. Además, la composición dispersante puede comprender además un disolvente. El disolvente puede ser acuoso o no acuoso, pero preferiblemente es un disolvente acuoso -es decir, el disolvente comprende agua y, opcionalmente, disolventes solubles o miscibles con agua. Preferiblemente, el disolvente es agua y la composición dispersante es una composición dispersante a base de agua.

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El tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno. El óxido de polialquileno puede ser un homopolímero o copolímero que comprende un grupo óxido de alquileno, tal como un grupo óxido de etileno u óxido de propileno. El polímero también puede ser un polímero ramificado o lineal. Preferiblemente, el óxido de polialquileno es un polímero que comprende grupos de óxido de alquileno que tienen de 1 a 12 carbonos. Por ejemplo, el óxido de polialquileno puede ser un polímero que comprende un grupo -CH_{2}-CH_{2}-O-, un grupo -CH(CH_{3})-CH_{2}-O-, un grupo -CH_{2}-CH(CH_{3})-O- o un grupo -CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-O-. También son posibles combinaciones de estos grupos. Además, pueden usarse también mezclas de óxidos de polialquileno.

Típicamente, se preparan polímeros de óxido de polialquileno de tal modo que contengan grupos -OH terminales. Estos grupos terminales pueden reaccionar adicionalmente o terminar formar polímeros que tienen grupos -OR. Son bien conocidos ejemplos de grupos de terminación por un especialista en la técnica. El óxido de polialquileno usado en la composición dispersante de la presente invención puede ser un polímero terminado o no terminado. Preferiblemente, por las razones de solubilidad analizadas en más detalle a continuación, el polímero de óxido de polialquileno comprende un grupo de terminación. El porcentaje de grupos -OH que se terminan puede ser cualquier cantidad. Preferiblemente, el óxido de polialquileno tiene una terminación superior al 50%, más preferiblemente una terminación superior al 75% y, más preferiblemente, una terminación superior al 90%. El grupo de terminación puede ser cualquiera de los conocidos en la técnica pero, preferiblemente, es un grupo alquilo o arilo C1-C20, más preferiblemente, un grupo alquilo C6-C20. Se prefiere más un grupo alquilo C12-C18.

La composición dispersante usada en la presente invención comprende además al menos un polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico. Los ejemplos incluyen homopolímeros o copolímeros preparados a partir de ácido acrílico o metacrílico y poliésteres, poliamidas o policarbonatos que contienen grupos terminales -COOH. Preferiblemente, el polímero es un copolímero de ácido acrílico o metacrílico y el polímero comprende al menos una sal de un grupo repetido de ácido acrílico o metacrílico.

La sal puede ser una sal inorgánica u orgánica. Por lo tanto, la sal de un grupo ácido carboxílico tiene la fórmula general -COO^{-} M^{+}, en la que M^{+} puede ser un contraión inorgánico o un contraión orgánico. Los ejemplos incluyen Na^{+}, K^{+}, Li^{+}, NH_{4}^{+} y NR'_{4}^{+}, en los que R' representa hidrógeno o un grupo orgánico tal como un grupo arilo y/o alquilo sustituido o no sustituido. Preferiblemente, el polímero comprende una sal de amonio de un grupo ácido carboxílico.

El peso molecular determina muchas propiedades tanto de tensioactivos como de polímeros, incluyendo solubilidad, viscosidad y estabilidad. Por lo tanto, aunque el tensioactivo no iónico y el polímero usados en la composición dispersante de la presente invención pueden tener cualquier peso molecular, generalmente, no se prefieren pesos moleculares muy elevados. Por lo tanto, el peso molecular del tensioactivo no iónico, tal como un óxido de polialquileno, se prefiere que sea entre aproximadamente 500 y 200000, más preferiblemente de aproximadamente 1000 a 100000 y, más preferiblemente, entre aproximadamente 2500 y 10000. El peso molecular del polímero que contiene un grupo ácido carboxílico puede ser similar al descrito para el tensioactivo no iónico. Preferiblemente, el peso molecular del polímero está entre aproximadamente 500 y 100000, más preferiblemente entre aproximadamente 5000 y 50000 y, más preferiblemente, entre aproximadamente 10000 y 40000.

La composición dispersante puede comprender además componentes adicionales, tales como antioxidantes, biocidas y similares. Como se ha descrito anteriormente, en una realización preferida, la composición dispersante comprende además un disolvente acuoso, tal como agua. Además, el pH de la composición puede ajustarse dependiendo del uso deseado del material. Por lo tanto, la composición dispersante puede comprender además al menos una base. Esta base puede corresponderse con la sal del polímero que comprende al menos una sal de un ácido carboxílico. Los ejemplos de bases incluyen aminas tales como reactivos de amoniaco e hidróxido, tales como una sal que tiene un contraión hidróxido incluyendo, pero sin limitación, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio e hidróxido de amonio. También pueden usarse otras sales de hidróxido, así como mezclas de reactivos de hidróxido. Además, también pueden usarse otros reactivos alcalinos que generan iones OH^{-} en un medio acuoso. Los ejemplos incluyen carbonatos tales como carbonato de sodio, bicarbonatos tales como bicarbonato de sodio y alcóxidos tales como metóxido de sodio y etóxido de sodio.

La cantidad de cada componente puede variarse dependiendo del uso deseado de la composición dispersante. La cantidad de tensioactivo no iónico está típicamente entre aproximadamente el 5% y el 20%, preferiblemente entre aproximadamente el 9% y el 16% y, más preferiblemente, entre aproximadamente el 11% y el 14%, en base al peso total de la composición dispersante. La cantidad de polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico está generalmente entre aproximadamente el 3% y el 25%, preferiblemente entre aproximadamente el 7% y el 20% y, más preferiblemente, entre aproximadamente el 10% y el 15% en base al peso total de la composición dispersante.

Como se ha descrito anteriormente, preferiblemente la composición dispersante comprende además un disolvente acuoso, tal como agua. Para esta realización preferida, el % de sólidos de la composición dispersante es preferiblemente superior al 10%, más preferiblemente, superior al 15% y, más preferiblemente, superior al 25%.

El tensioactivo no iónico es un material insoluble en agua. Mediante "insoluble" se entiende que no se disuelve en agua a temperatura ambiente a concentraciones superiores al 2% y que permanece soluble en estas condiciones durante más de un día. La insolubilidad puede ser el resultado de muchos factores diferentes. Para un óxido de polialquileno la insolubilidad puede ser el resultado del peso molecular del óxido de polialquileno, del tipo de óxido de alquileno que comprende el polímero o del tipo y nivel de grupos de terminación. Puesto que el tensioactivo no iónico es insoluble en agua, el polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico debe ser soluble en agua. Por lo tanto, puede decirse que el polímero actúa como un agente dispersante o solubilizante para el tensioactivo no iónico insoluble en agua, produciendo de este modo una solución o dispersión acuosa del tensioactivo insoluble.

La presente invención se refiere a una composición de pigmento que comprende al menos un pigmento y la composición de dispersante descrita anteriormente.

La composición de pigmento de la presente invención comprende un pigmento modificado que tiene unido al menos un grupo orgánico, como se describe adicionalmente a continuación. Preferiblemente, el pigmento modificado es un producto de carbono modificado. El producto de carbono modificado puede tener valores de área superficial BET entre aproximadamente 350 y 600 m^{2}/g y, más preferiblemente, entre aproximadamente 350 y 500 m^{2}/g. Aunque puede usarse cualquier producto de carbono modificado con valores de área superficial BET superiores a o iguales a 350 m^{2}/g en la composición de pigmento de la presente invención, se prefieren los que tienen adicionalmente valores de DBPA entre aproximadamente 60 y 150 ml/100 g. Son más preferidos los que tienen adicionalmente un valor de DBPA entre 80 y 120 ml/100 g.

Los productos de carbono modificados se preparan usando métodos conocidos por los especialistas en la técnica, de tal modo que se unen grupos químicos (por ejemplo, poliméricos y orgánicos) al pigmento, proporcionando una unión más estable de los grupos sobre el pigmento en comparación con grupos adsorbidos, por ejemplo, polímeros, tensioactivos y similares. Por ejemplo, los productos de carbono modificado pueden prepararse usando los métodos descritos en las patentes de Estados Unidos nº 5.554.739, 5.851.280, 6.042.643, 5.707.432 y 5.837.045 y publicación PCT WO 99/23174. Los productos de carbono modificado pueden prepararse a partir de cualquiera de los productos de carbono descritos a continuación.

Por ejemplo, los negros de humo pueden denominarse negros colorantes fuertes, negros colorantes medios o negros colorantes normales en base a su intensidad de color. Puede usarse cualquiera de estos negros de humo para la composición de pigmento de la presente invención. Preferiblemente, la composición de pigmento comprende productos de carbono denominados en la técnica como negros colorantes fuertes que tienen generalmente valores de área superficial BET superiores a o iguales a aproximadamente 240 m^{2}/g. Preferiblemente, los negros de humo colorantes fuertes usados en la composición de pigmentos de la presente invención tiene unos valores de área superficial BET superiores a o iguales a aproximadamente 300 m^{2}/g, más preferiblemente superiores a o iguales a 400 m^{2}/g y, más preferiblemente, superiores a o iguales a aproximadamente 500 m^{2}/g. Los ejemplos de negros colorantes fuertes incluyen, pero sin limitación Monarch® 1000, Monarch® 1100, Monarch® 1300, Monarch® 1400, Monarch® 1500, Black Pearls® 1000, Black Pearls® 1100, Black Pearls® 1300, y Black Pearls® 1400.

Estos denominados negros de humo colorantes fuertes tienen además valores de DBPA (absorción de dibutil ftalato) definidos. La DBPA es una medida de la estructura o ramificación del producto de carbono. Cuanto mayor la estructura, en general, mejor la dispersabilidad del producto de carbono en, por ejemplo, una composición de recubrimiento. Sin embargo, cuanto mayor la estructura, mayor la viscosidad de la composición de recubrimiento. Además, generalmente una estructura mayor da como resultado un rendimiento de color más escaso -menor brillo y profundidad de color negro. Por lo tanto, los negros de humo colorantes fuertes preferidos tendrán valores de DBPA entre aproximadamente 50 y 150 ml/100 g. Son más preferidos los que tienen además un valor de DBPA de entre aproximadamente 50 y
100 ml/100 g.

La composición de pigmento de la presente invención puede comprender productos de carbono denominados en la técnica como negros colorantes medios y, generalmente, tienen valores de área superficial BET de entre aproximadamente 150 m^{2}/g y 240 m^{2}/g. Preferiblemente, los negros de humo colorantes medios usados en la composición de pigmento de la presente invención tienen valores de área superficial BET de entre aproximadamente 170 y 240 m^{2}/g y, más preferiblemente, de entre aproximadamente 200 y 230 m^{2}/g. Los negros colorantes medios tienen además valores de DBPA de entre aproximadamente 50 y 150 ml/100 g. Son más preferidos los que tienen además un valor de DBPA de entre aproximadamente 60 y 130 ml/100 g. Los ejemplos de negros colorantes medios incluyen, pero sin limitación, Monarch® 700, Monarch® 800, Monarch® 880, Monarch® 900, Black Pearls® 700, Black Pearls® 800. Black Pearls® 880, y Black Pearls® 900.

La composición de pigmento de la presente invención puede comprender negros de humo que se han oxidado para aumentar la cantidad de funcionalidades de oxígeno en la superficie. Se conocen bien en la técnica negros de humo oxidados y, típicamente, se preparan mediante la reacción de un oxidante, tal como ácido nítrico u ozono, con un negro humo de base. Típicamente, el aumento de funcionalidad en la superficie da origen a una disminución en el pH. Por lo tanto, los negros de humo oxidados son típicamente ácidos. Preferiblemente, el producto de carbono es negro de humo o un negro de humo oxidado.

El grupo orgánico unido se selecciona dependiendo de una diversidad de factores, incluyendo los componentes específicos de la composición dispersante, así como el uso deseado de la composición de pigmento. Esto permite una mayor flexibilidad por confección del producto de carbono modificado para la aplicación específica. El grupo orgánico puede comprender un grupo iónico, un grupo ionizable o una mezcla de un grupo iónico y un grupo ionizable. Un grupo iónico es aniónico o catiónico y se asocia con un contraión de la carga opuesta, incluyendo contraiones inorgánicos u orgánicos tales como Na^{+}, K^{+}, Li^{+}, NH_{4}^{+}, NR'_{4}^{+} acetato, NO_{3}, SO_{4}^{-2}, OH^{-} y Cl^{-}, donde R' representa hidrógeno o un grupo orgánico tal como un grupo arilo y/o alquilo sustituido o no sustituido. Un grupo ionizable es uno que es capaz de formar un grupo iónico en el medio de uso. Por lo tanto, preferiblemente el grupo orgánico es un grupo iónico orgánico. Los grupos iónicos orgánicos incluyen los descritos en la patente de Estados Unidos Nº 5.698.016.

Preferiblemente, el grupo orgánico comprende al menos un grupo aniónico, que es un grupo iónico cargado negativamente. Pueden generarse grupos aniónicos a partir de grupos que tienen sustituyentes ionizables que pueden formar aniones, tales como sustituyentes ácidos, o puede ser el anión en las sales de sustituyentes ionizables. Preferiblemente, cuando el sustituyente ionizable forma un anión, el sustituyente ionizable tiene un pKa de menos de 11. El grupo iónico orgánico puede generarse adicionalmente a partir de una especie que tiene grupos ionizables con un pKa de menos de 11 y sales de sustituyentes ionizables que tienen un pKa de menos de 11. El pKa del sustituyente ionizable se refiere al pKa del sustituyente ionizable como una totalidad, no sólo del sustituyente ácido. Más preferiblemente, el pKa es menor de 10 y, más preferiblemente, menor de 9.

Los ejemplos representativos de grupos iónicos incluyen -COO^{-}, -SO_{3}^{-}, HPO_{3}- y -PO_{3}^{-2}. Los ejemplos representativos de grupos ionizables incluyen -COOH, -SO_{3}H, -PO_{3}H_{2}, -SO_{2}NH_{2} y -SO_{2}NHCOR', donde R' representa hidrógeno o un grupo orgánico tal como un grupo arilo y/o alquilo sustituido o no sustituido. Son especies particularmente preferidas -COO^{-} y -SO_{3}^{-}. Preferiblemente, el grupo iónico orgánico se genera a partir de un grupo carboxifenilo sustituido o no sustituido o un grupo sulfofenilo sustituido o no sustituido. Son grupos iónicos orgánicos específicos -C_{6}H_{4}CO_{2}^{-} y -C_{6}H_{4}CO_{3}^{-}.

Son más preferidos grupos unidos que comprenden grupos iónicos o ionizables cuando la composición de pigmento comprende además un vehículo acuoso. Además, estos grupos cargados también son preferidos cuando la composición de pigmento se usa en una composición de recubrimiento acuoso, como se describe a continuación. En estas condiciones, los grupos unidos pueden proporcionar una estabilidad aumentada del producto de carbono en el vehículo.

La cantidad de grupos unidos puede variarse dependiendo del uso deseado de la composición de pigmento. Por ejemplo, la cantidad de grupos orgánicos unidos sobre los productos de carbono modificados se selecciona para obtener el rendimiento deseado de la composición de pigmento en las composiciones de recubrimiento de la presente invención. En general, la cantidad de grupos orgánicos unidos es de aproximadamente 0,001 a aproximadamente 10,0 micromoles de grupo orgánico por m^{2} de área superficial de pigmento (área superficial como se mide por adsorción de nitrógeno y, en particular, el método del área t). Preferiblemente, la cantidad de grupos orgánicos unidos está entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 5,0 micromoles por m^{2} y, más preferiblemente, la cantidad de grupos orgánicos unidos está entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 2,7 micromoles por m^{2}. La cantidad unida puede variarse dependiendo del grupo unido específico y puede ajustarse dependiendo de, por ejemplo, el tamaño del grupo unido o la funcionalidad del grupo iónico. Además, también está dentro del alcance de la presente invención tener más de un tipo de grupo unido sobre el producto de carbono para proporcionar el mejor rendimiento global.

Los productos de carbono modificados pueden purificarse por lavado, tal como mediante filtración, centrifugación o una combinación de los dos métodos para eliminar materiales sin procesar sin reaccionar, sales subproducto y otras impurezas de la reacción. Los productos también pueden aislarse, por ejemplo, por evaporación o pueden recuperarse por filtración y secado usando técnicas conocidas por los especialistas en la técnica. Las dispersiones de los productos de carbono modificados pueden purificarse adicionalmente o clasificarse para eliminar impurezas y otras especies libres indeseables que pueden coexistir en la dispersión como resultado del proceso de fabricación. Por ejemplo, una dispersión del producto de carbono modificado puede someterse a una etapa de clasificación, tal como centrifugación, para eliminar sustancialmente partículas que tienen un tamaño por encima de aproximadamente 1,0 micrómetros. Además, la dispersión puede purificarse para eliminar cualquier especie libre no deseada, tal como agente de tratamiento sin reaccionar. Pueden usarse técnicas conocidas de ultrafiltración/diafiltración usando una membrana o intercambio de iones para purificar la dispersión y eliminar una cantidad sustancial de especies iónicas y no deseadas libres. Además, un intercambio opcional de contraiones, por el que los contraiones que forman parte de los productos de carbono modificados pueden intercambiarse o sustituirse con contraiones alternativos (incluyendo, por ejemplo, iones anfífilos) utilizando técnicas de intercambio de iones conocidas tales como ultrafiltración, ósmosis inversa, columnas de intercambio iónico y similares. Los ejemplos particulares de contraiones que pueden intercambiarse incluyen, pero sin limitación, Na^{+}, K^{+}, Li^{+}, NH_{4}^{+}, Ca^{2+}, Mg^{2}^{+}, Cl^{-}, NO_{3}^{-}, NO_{2}^{-}, acetato y Br. La eliminación de impurezas de los productos de carbono modificados también puede mejorar el rendimiento de las composiciones de pigmento, en particular, en las composiciones de recubrimiento descritas a continuación.

Las composiciones de pigmento pueden prepararse por cualquier método conocido por un especialista en la técnica. En particular, los componentes pueden añadirse en cualquier orden. Por ejemplo, para una composición de pigmento que comprende un producto de carbono modificado, la composición dispersante puede añadirse al producto de carbono modificado o viceversa. Además, la composición dispersante puede añadirse en cualquier momento a lo largo del proceso de preparación y aislamiento del pigmento. Por ejemplo, para una composición de pigmento que comprende un producto de carbono modificado, la composición dispersante puede añadirse antes o después de una etapa de granulación (u otras etapas para modificar la forma del producto para una manipulación mejorada), una etapa de secado o una etapa de preenvasado.

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Las composiciones dispersante y de pigmento de la presente invención pueden usarse en una diversidad de aplicaciones. Los ejemplos incluyen tintas, incluyendo tintas de impresión por chorro de tinta, recubrimientos, adhesivos, plásticos y selladores. En particular, se ha descubierto que las composiciones dispersante y de pigmento descritas en este documento son útiles en aplicaciones de recubrimientos acuosos.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a una composición de recubrimiento acuoso que comprende un vehículo acuoso, al menos un pigmento y al menos una composición dispersante. La composición de pigmento y dispersante son como se describen.

En general, como se ha analizado anteriormente, una composición de recubrimiento comprende un pigmento dispersado en un disolvente y un aglutinante o resina (el vehículo). El vehículo para las composiciones de recubrimiento de la presente invención es un vehículo acuoso y comprende un disolvente acuoso y una resina a base de agua. La composición del vehículo puede variar dependiendo de las condiciones y necesidades del recubrimiento final. Por ejemplo, el contenido de resina puede variar entre aproximadamente el 70-100%.

Como se usa en este documento, la expresión "a base de agua" se refiere a resinas o aglutinantes que contienen o pueden contener un disolvente acuoso tal como agua. Por lo tanto, las resinas a base de agua incluyen látex, resinas acuosas o solubles en agua y resinas reducibles con agua. Los ejemplos de resinas o aglutinantes a base de agua útiles para la composición de recubrimiento acuoso de la presente invención incluyen, pero sin limitación, resinas acrílicas, resinas alquídicas, resinas de poliuretano, resinas epoxi y resinas de copolímero de cloruro de vinilo. El disolvente acuoso puede incluir disolventes solubles en agua pero es preferiblemente agua. El contenido del disolvente acuoso puede variar entre casi el 0% y el 80%. Preferiblemente, el disolvente acuoso comprende más del 50% de agua, más preferiblemente más del 70% de agua y, más preferiblemente, más del 85% de agua.

El vehículo también puede contener aditivos opcionales que pueden usarse para mejorar propiedades tales como viscosidad, nivelación y tiempo de secado. Los ejemplos incluyen codisolventes (en particular, disolventes solubles en agua para recubrimientos acuosos), tensioactivos y cargas tales como arcillas, talcos, sílices y carbonatos. Además, pueden añadirse modificadores de flujo, adyuvantes de nivelación y biocidas.

Las composiciones de recubrimiento de la presente invención pueden prepararse usando cualquier técnica conocida por los especialistas en la técnica. Por lo tanto, por ejemplo, el pigmento puede combinarse con un vehículo líquido y otros componentes de recubrimiento en una mezcladora y/o molino de alta velocidad. La cantidad de producto de carbono usado en las composiciones de recubrimiento de la presente invención depende del rendimiento deseado del recubrimiento resultante. En general, estas composiciones de recubrimiento comprenden hasta aproximadamente el 30% en peso de pigmento, tal como un producto de carbono. La cantidad de producto de carbono puede ajustarse para optimizar propiedades tales como profundidad de color negro, viscosidad y estabilidad de la dispersión.

Las composiciones de recubrimiento de la presente invención pueden usarse en una diversidad de aplicaciones de uso final diferentes, tales como, por ejemplo, capa de pintura final de automóviles, para dar recubrimientos con propiedades de rendimiento global mejoradas. Las composiciones de pigmento de la presente invención pueden dispersarse fácilmente en las composiciones de recubrimiento para obtener recubrimientos con una profundidad de color negro y un matiz azul mejorados. Esta invención se aclarará adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que pretenden ser puramente ejemplares de la presente invención.

Ejemplos Ejemplo 1

Este ejemplo describe la preparación de una composición dispersante ejemplar para el uso en la presente invención.

En un vaso de precipitados colocado sobre una placa caliente ajustada a 70ºC se añadieron 100 g de NeoCryl BT-24 (una resina acrílica acuosa disponible de Neoresins) en presencia de 100 gramos de agua. Una vez que la temperatura alcanzó 70ºC, se añadieron lentamente 50 g de Unithox 490 (un tensioactivo de óxido de polialquileno disponible de Baker Petrolite) a la solución en agitación. Después de aproximadamente 2 minutos de agitación continua, se añadió una solución de 2,5 g en 200 gramos de agua. Se obtuvo una solución transparente. La mezcla se agitó durante otros 30 minutos mientras se mantenía la temperatura a aproximadamente 70ºC. Después se añadieron 747,5 g de agua DI a la mezcla y se agitó enérgicamente durante otros 5 minutos. La composición dispersante resultante se usó después para la preparación de una composición de pigmento, como se describe en más detalle a continuación.

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Ejemplo 2

Este ejemplo describe la preparación de una composición de pigmento ejemplar de la presente invención.

Se calentó una granuladora de dientes (10 caballos de vapor) a 70ºC. Se añadieron 300 g de negro pigmento Emperor® 2000 (un negro de humo modificado que tiene unidos grupos -C_{6}H_{4}-SO_{3}Na disponibles de Cabot Corporation) a la cámara granuladora y se premezclaron a 400 rpm durante 2 minutos. También se añadieron 60 g de la composición dispersante del Ejemplo 1 a la cámara y se continuó con la mezcla durante otros 10 minutos a 500 rpm. La composición de pigmento resultante se retiró después de la cámara, se secó a 60-70ºC en un horno durante 3 horas y se usó para preparar composiciones de recubrimiento como se describe en más detalle a continuación.

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Ejemplo 3 y Ejemplos comparativos 1-5

El Ejemplo 3 demuestra la preparación y el análisis de una composición de recubrimiento ejemplar de la presente invención.

Para este ejemplo y los ejemplos comparativos, se siguió el procedimiento siguiente. Se preparó una base de molienda por premezcla de 75,63 partes de agua con 2,00 partes de Foamaster NX-1 (un desespumante disponible de Cognis) en presencia de 8,87 partes de Dispersant D1441 (un tensioactivo disponible de Baker Petrolite), en una mezcladora DisperMat de alta velocidad con buena agitación durante 2-3 minutos. A esta premezcla se añadieron 13,5 partes del pigmento deseado (que se muestra en la Tabla 1 y Tabla 2 a continuación) a 2000 rpm durante 2 minutos. Después, la velocidad de mezcla se aumentó hasta 4000 rpm durante otros 5 minutos. La mezcla resultante se recirculó después a través de un molino Eiger a velocidad periférica de 10,0 m/s durante 20 minutos a temperatura ambiente usando perlas de silicato de circonio (0,6-0,8 mm). La base de molienda resultante se usó después para la preparación de una composición de recubrimiento.

Se preparó una composición de recubrimiento por mezcla de 12,0 partes de disolvente PnB (disponible de Lyondell) con 18 partes de resina de melamina Cymel 325 (disponible de Cytec) hasta que se consiguió una solución homogénea. La mezcla se añadió en 300 partes de poliuretano acuoso Neorez R-9624 (disponible de Neoresin) bajo buena agitación y después se mezcló durante otros 20 minutos bajo buena agitación para producir una mezcla madre diluida. Se mezclaron 71,6 partes de la base de molienda descrita anteriormente junto con 330 partes de la mezcla madre diluida durante 15 minutos bajo buena agitación para producir la composición de recubrimiento final.

Se preparó un recubrimiento base por pulverización de la composición de recubrimiento sobre acero laminado en frío. Esto se usó tanto para un sistema de monorrecubrimiento como para un sistema de recubrimiento base/recubrimiento transparente. Para el sistema de monorrecubrimiento, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y a secado forzado a 150ºC durante 20 minutos para curarlos. Para el sistema de recubrimiento base/recubrimiento transparente, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y a secado forzado a 120ºC durante 10 minutos. Después, se aplicó un recubrimiento transparente en la parte superior (basado en Macrynal 510, disponible de UCB). Después, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y después se curaron a 150ºC durante otros 20 minutos.

Se midieron las propiedades de los recubrimientos resultantes y se muestran en la Tabla 1 y en la Tabla 2 a continuación. Se usó un colorímetro Hunter para medir los valores L (profundidad de color negro), a (matiz rojo) y b (matiz azul). Un valor L inferior significa un mayor nivel de profundidad de color negro mientras que cuanto más negativo un valor para b, mejor el matiz azul. Mc es el valor de negro dependiente del color que puede calcularse a partir de L, a y b. Un valor Mc superior también indica un mayor nivel de profundidad de color negro.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1 Monorrecubrimiento

1

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TABLA 2 Recubrimiento base/recubrimiento transparente

2

Como puede observarse a partir de los resultados de la Tabla 1 y de la Tabla 2, la composición de recubrimiento del Ejemplo 3 tiene un valor Mc considerablemente superior junto con un valor L mucho menor tanto en los sistemas de monorrecubrimiento como de recubrimiento base/recubrimiento transparente. Además, el matiz azul es comparable o, en la mayoría de los casos, también mejoró. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, las composiciones de dispersante pueden usarse para preparar composiciones de pigmentos que proporcionen una composición de recubrimiento con una buena profundidad de color negro y matiz azul en comparación con composiciones de recubrimiento de los Ejemplos comparativos.

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Ejemplo 4 y Ejemplos comparativos 6-10

El Ejemplo 4 demuestra la preparación y el análisis de una composición de recubrimiento ejemplar de la presente invención.

Para este ejemplo y los ejemplos comparativos, se preparó una base de molienda usando un procedimiento similar al del Ejemplo 3. Se premezclaron 30,0 partes de una resina molida en agua BT24 (disponible de Neoresins) con 57,5 partes de agua DI en presencia de 3,0 partes de amoniaco y 2,0 partes de Dehydran 1293 (desespumante disponible de Cognis) en una mezcladora DisperMat de alta velocidad con buena agitación durante 2-3 minutos. A esta premezcla se añadieron 7,5 partes del pigmento deseado (que se muestra en Tabla 3 y en la Tabla 4 a continuación) a 2000 rpm durante 2 minutos. Después, se aumentó la velocidad de mezcla hasta 4000 rpm durante otros 5 minutos. Después, la mezcla se recirculó a través de un molino Eiger a velocidad periférica de 10,0 m/s durante 20 minutos a temperatura ambiente usando perlas de silicato de circonio (0,6-0,8 mm). La base de molienda resultante se usó después para la preparación de una composición de recubrimiento.

Se preparó una composición de recubrimiento por mezcla de 20 partes de disolvente PnB y 16 partes de disolvente DPnB (ambos disponibles de Lyondell) con 37,5 partes de resina de melamina Cymel 373 (disponible de Cytec) hasta que se consiguió una solución homogénea. La mezcla se añadió en 300 partes de látex acrílico acuoso Neocryl XK-100 (disponible de Neoresin) bajo buena agitación. Posteriormente se añadió agente humectante BYK 346 (disponible de BYK Chemie) y desespumante Dehydran 1293 (disponible de Cognis) bajo buena agitación. La mezcla se premezcló durante otros 20 minutos bajo buena agitación para producir una mezcla madre diluida. Se mezclaron 10,0 partes de la base de molienda descrita anteriormente junto con 44,75 partes de la mezcla madre diluida durante 15 minutos bajo buena agitación para producir la composición de recubrimiento final.

Se preparó un recubrimiento base por pulverización de la composición de recubrimiento sobre acero laminado en frío. Esto se usó tanto para un sistema monorrecubrimiento como para un sistema de recubrimiento base/recubrimiento transparente. Para el sistema de monorrecubrimiento, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y a secado forzado a 150ºC durante 20 minutos para curarlos. Para el sistema de recubrimiento base/recubrimiento transparente, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y a secado forzado a 120ºC durante 10 minutos. Después, se aplicó un recubrimiento transparente sobre la parte superior de arriba (basado en Macrynal 510, disponible de UCB). Después, los paneles se sometieron a vaporización instantánea a temperatura ambiente durante 10 minutos y después se curaron a 150ºC durante otros 20 minutos.

Se midieron las propiedades del recubrimiento y se muestran en la Tabla 3 y en la Tabla 4 a continuación. Se usó un colorímetro Hunter para medir los valores L (profundidad de color negro), a (matiz rojo) y b (matiz azul). Un valor L inferior significa un mayor nivel de profundidad de color negro mientras que cuanto más negativo un valor para b, mejor el matiz azul. Mc es el valor de negro dependiente del color que puede calcularse a partir de L, a y b. Un valor Mc superior también indica un mayor nivel de profundidad de color negro.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 3 Monorrecubrimiento

3

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TABLA 4 Recubrimiento base/recubrimiento transparente

4

Como puede observarse a partir de los resultados de la Tabla 3 y de la Tabla 4, la composición de recubrimiento del Ejemplo 4 tiene un valor de Mc considerablemente superior junto con un valor de L mucho menor tanto en los sistemas de monorrecubrimiento como de recubrimiento base/recubrimiento transparente. Además, también se mejora el matiz azul. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, las composiciones dispersantes pueden usarse para preparar composiciones de pigmentos que proporcionen una composición de recubrimiento con buena profundidad de color negro y matiz azul en comparación con composiciones de recubrimiento de los Ejemplos comparativos.

Como resultado, se ha descubierto que las composiciones de recubrimiento de la presente invención, que contienen las composiciones de pigmento y las composiciones dispersantes descritas en este documento, proporcionan un rendimiento de color elevado en aplicaciones de recubrimiento.

La descripción anterior de las realizaciones preferidas de la presente invención se ha presentado con fines de ilustración y descripción. No pretende ser exhaustiva o limitar la invención a la forma exacta descrita. Son posibles modificaciones y variaciones a la luz de los contenidos anteriores o pueden adquirirse de la práctica de la invención. Las realizaciones se seleccionaron y se describieron para explicar los principios de la invención y su aplicación práctica para permitir a un especialista en la técnica utilizar la invención en diversas realizaciones y con diversas modificaciones según sean convenientes para el uso particular que se contemple. Se pretende que el alcance de la invención se defina por las reivindicaciones adjuntas a este documento.

Claims

1. Una composición de pigmento que comprende

a): al menos un pigmento que comprende un producto de carbono modificado, que comprende un producto de carbono que tiene unido al menos un grupo orgánico, en el que el grupo orgánico comprende al menos un grupo iónico, al menos un grupo ionizable o una mezcla de los mismos, y

b): al menos una composición dispersante que comprende

i): al menos un tensioactivo no iónico que comprende un óxido de polialquileno, en el que el tensioactivo no iónico no se disuelve en agua a temperatura ambiente a concentraciones superiores al 2% y permanece soluble en estas condiciones durante más de un día, y

ii): al menos un polímero que comprende al menos una sal de un grupo ácido carboxílico.

2. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el grupo orgánico comprende al menos un grupo carboxílico, un grupo sulfonato, o sales de los mismos, preferiblemente un grupo carboxifenilo, un grupo sulfofenilo o sales de los mismos.

3. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno, el polímero es una sal de amonio de un copolímero de ácido acrílico y metilmetacrilato y el pigmento es un producto de carbono modificado que comprende un producto de carbono que tiene unido al menos un grupo sulfonato.

4. Una composición de recubrimiento acuoso que comprende:

a): un vehículo acuoso que comprende una resina a base de agua y un disolvente acuoso, y

b): una composición de pigmento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,

en la que la resina a base de agua es preferiblemente una resina acrílica, una resina de poliuretano, una resina epoxi, una resina de poliéster, una resina alquídica o una resina de copolímero de cloruro de vinilo, mas preferiblemente un látex acrílico.

5. La composición de recubrimiento acuoso de la reivindicación 4, en la que el disolvente acuoso contiene más del 70% de agua, preferiblemente más del 85% de agua.

6. La composición de recubrimiento acuoso de la reivindicación 4, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno, el polímero es una sal de amonio de un copolímero de ácido acrílico y metilmetacrilato y el pigmento es un producto de carbono modificado que comprende un producto de carbono que tiene unido al menos un grupo sulfonato.

7. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno que comprende un grupo óxido de alquileno de 1 a 12 átomos de carbono.

8. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno que comprende un grupo -CH_{2}CH_{2}-O, un grupo -CH(CH_{3})-CH_{2}-O-, un grupo -CH_{2}-CH(CH_{3})-O-, un grupo -CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-O- o una combinación de los mismos.

9. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno que comprende un grupo de terminación, preferiblemente un grupo alquilo C_{1}-C_{20} o un grupo aromático.

10. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el tensioactivo no iónico es un óxido de polialquileno que tiene un peso molecular de entre aproximadamente 500 y 20000.

11. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el polímero comprende una sal de amonio de un copolímero de ácido acrílico.

12. La composición de pigmento de la reivindicación 1, que comprende además al menos una base.

13. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que la composición de pigmento comprende además un vehículo acuoso.

14. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el al menos un grupo iónico comprende un grupo aniónico.

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15. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el al menos un polímero comprende un copolímero de ácido acrílico.

16. La composición de pigmento de la reivindicación 1, en la que el al menos un polímero es soluble en agua.