ES2421303B1 - Método para la síntesis de pigmentos híbridos nanoestructurados con propiedades sintonizables - Google Patents

Método para la síntesis de pigmentos híbridos nanoestructurados con propiedades sintonizables Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para la síntesis de un pigmento híbrido nanoestructurado con propiedades ópticas y coloidales sintonizables que comprende la dispersión de al menos un material inorgánico de tipo filosilicato en agua y la adición posterior de, al menos, un colorante orgánico solubilizado en agua, en agitación, donde la concentración del material inorgánico tipo filosilicato varía entre 25g/l-3g/l, la concentración del colorante orgánico varía entre 1.5 x10{sup,-6} - 2 x 10{sup,-4} M, la fuerza iónica varía mediante la adición de NaCl en una concentración que varía entre 6.50 x 10{sup,-3} - 1.5 x 10{sup,-4} M, el pH varía entre 7-11 y la temperatura en la dispersión de la etapa es de al menos 25ºC. La invención se refiere también al pigmento obtenido por ese método y al uso del mismo en productos de tintas, pinturas y recubrimientos.

Description

MÉTODO PARA LA SíNTESIS DE PIGMENTOS HíBRIDOS NANOESTRUCTURADOS CON PROPIEDADES SINTONIZABLES
Campo de la invención
La presente invención se encuadra en el campo general de la coloración de los materiales y en particular se refiere a un procedimiento de obtención de pigmentos híbridos nanoestructurados con propiedades sintoniza bies y a los pigmentos obtenidos mediante dicho método.
Estado de la técnica anterior
La mayoría de los reportes sobre la termodinámica y cinética de la adsorción de especies orgánicas sobre la superficies de sólidos inorgánicos provienen del área de la descontaminación de aguas residuales, principalmente las que se derivan de procesos industriales de tinción textil (Song Hong, Cheng Wen, Jing He, Fuxing Gan, and Yuh·Shan Ha, Journal of Hazardous Materials 167, 630-3, 2009; T.B. Iyim and G. Guclu, Desalinalion 249, 1377-1379, 2009). En estos estudios se detallan las condiciones bajo las cuales se puede favorecer la adsorción tanto en cantidad como en tiempo, pero no se aplican para la obtención de materias colorantes.
Los aspectos de ciencia molecular referentes a las transiciones de los niveles electrónicos de especies fotoactivas cuando están adsorbidas en sustratos inorgánicos se refieren a los fenómenos cuánticos del acoplamiento de los momentos de transición dipolar y no a la generación de nuevas especies fotoactivas para la coloración de materiales (Y Miyashita, H Yokoyama, M Tanabe, H Kasai, H Nakanishi, and T Miyashita, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 201, 208-213, 2009; N Miyamoto, R Kawai, K Kuroda, and M Ogawa, Appl. Clay Sci. 16, 161-170, 2000.
En las soliciludes de patente W001/04216 y W02009/092103, se describe la síntesis de colorantes híbridos mediante diferentes procesos a baja o alta temperatura, el uso de diferentes sustratos inorgánicos y la incorporación de aditivos.
En la fabricación de compuestos de intercalación de sistemas de silicatos y especies orgánicas no se ha reportado nunca, a nivel de artículos científicos o de desarrollos tecnológicos a nivel de patentes, la sintonización a voluntad de la respuesta óptica de un pigmento híbrido.
El requerimiento para considerar un sólido como un malerial híbrido orgánicoinorgánico, es que la combinación de las dos partes integrantes debe ocurrir al nivel molecular. Todos estos nuevos materiales tienen en común la característica de que son preparados a relativamente bajas temperaturas, generalmente inferiores a 200°C. En estos procesos la componente orgánica se mantiene asociada y uniformemente distribuida en un esqueleto inorgánico.
La estructura nanosc6pica y el grado de organización que pueden ser obtenidos dependen de la naturaleza qufmica de sus componentes, sin embargo, las propiedades del nuevo material solo pueden ser entendidas dependiendo del tipo de interacción entre estas.
Se hace necesario a la luz de lo anteriormente expuesto, proponer una solución tecnológica con mayor control de rendimienlo del color (gama más amplia de colores y control de la gama de colores) y una molfologia diversa en forma y tamaño.
Explicación de la invención
La presente invención proporciona una solución a los problemas planteados en el estado de la técnica puesto que proporciona un método de síntesis de nanopigmentos que sintoniza a voluntad ciertas propiedades, principalmente mediante el control en la cantidad y tipo de área superficial de la componente inorgánica y la accesibilidad de las moléculas orgánicas.
Así pues en un primer aspecto la presente invención se refiere a un método para la síntesis de un pigmento híbrido nanoestructurado con propiedades ópticas y coloidales sinlonizables que comprende (de ahora en adelanle, mélodo de la presente invención)
(a)
la dispersión de al menos un material inorgánico en agua,
(b)
la adición poslerior de, al menos, un coloranle orgániCO solubilizado en agua, en agitación,
que se caracteriza porque comprende las etapas de variación de la concentración del material inorgánico yfo la variación de la concentración del colorante orgánico, y/o la variación de la fuerza jónica, y/o la variación del pH y/o la temperatura en la dispersión de la etapa (a).
En un aspecto más en particular de la presente invención, el material inorgánico tiene una morfología de partfculas mixta del tipo laminar y/o fibrilar.
En otro aspecto más en particular de la presente invención, el material inorgánico tiene una escala de tamaño mixto.
En otro aspecto más en particular de la presente invención, el colorante orgánico es seleccionado de entre los colorantes de tipo azoico, de complejo metálico, nitrosado, nitrado, arilmetina, metina, iminoquinona, sulfuroso, antraquinona, indigoide, ftalocianina, yen general naturales o sintéticos.
En otro aspecto más en particular, el método de la presente invención comprende un paso adicional previo al paso a) de secado del material inorgánico.
En otro aspecto más en particular, el aumento de la temperatura de la dispersión del método de la presente invención, da lugar a un pigmento hibrido nanoestructurado con una proporción mayor del material orgánico adsorbido sobre el sólido.
En otro aspecto más en particular, la disminución del pH de la dispersión del método de la presente invención da lugar a un pigmento híbrido nanoestructurado que comprende especies espectrales con un desplazamiento en el máximo de la absorción a mayores longitudes de onda.
En otro aspecto más en particular, el aumento en la concentración del material inorgánico del método de la presente invención da lugar a un pigmento híbrido nanoestructurado con mayor tamaño de partícula.
En otro aspecto de la presente invención la disminución de la fuerza iónica en el método de la presente invenciónda lugar a un pigmento híbrido nanoestructurado con una distribución de partículas de menor tamaño.
En otro aspecto más en particular, el aumento de la concentración del colorante orgánico en el método de la presente invención da lugar a un pigmento híbrido nanoeslructurado con un desplazamiento en el máximo de la absorción a
mayores longitudes de onda.
En otro aspecto más en particular de la presente invención, la respuesta óptica del nanopigmento varia en función de la distribución del tamaño de las partículas del material inorgánico en la dispersión final.
En otro aspecto más en particular, en el método de la presente invención se dispersa más de un material inorgánico en la etapa (a), en donde dichos materiales comprenden distribuciones de tamaño de partícula a diferentes escalas, de tal forma que el nanopigmento obtenido comprende una distribución de tamaño de partícula proporcional a los materiales inorgánicos de la formulación, de tal forma que se controle la respuesta óptica del nanopigmento.
En un segundo aspecto la presente invención se refiere a un pigmento híbrido nanoestructurado (de ahora en adelante pigmento híbrido nanoestructurado de la presente invención) obtenido por el procedimiento de la presente invención,
En un tercer aspecto la presente invención se refiere al uso del pigmento híbrido nanoestructurado de la presente invención en productos de tintas de impresión, pinturas y recubrimientos, textiles, papel, fibras sintéticas o naturales, materiales poliméricos y cerámicos, morteros y cosméticos.
Descripción de las figuras
La Figura 1 muestra el espectro de absorción VIS de: 1) Azul de metileno en disolución (1 ,5 x10~ M), 2) Pigmento Hibrido de nanoarcílla (25 gi L) Y azul de metileno (1 ,5 x10~ M) y 3) Pigmento Hibrido de nanoarcilla (3 giL) Y azul de metileno (1 ,5 x1 0-' M),
La Figura 2 muestra la distribución de tamaño de partícula obtenida mediante Dispersión dinámica de luz de: 1) Pigmento Híbrido de nanoarcilla (25 gIL) Y azul de metileno (1 ,5 x10~ M) y 2) Pigmento Hibrido de nanoarcílla (3 giL) Y azul de metileno (1,5 x10~ M)
La Figura 3 muestra el espectro de absorción VIS de: 1) Azul de metileno en
disolución (1 ,5 x10~ M), 2) Pigmento Hibrido de nanoarcilla (25 gi L), azul de
metileno (1,5 x10-4 M) y baja fuerza jónica en la disolución; y 3) Pigmento Híbrido
de nanoarcilla (25 giL) Y azul de melileno (1 ,5 x10~ M» Y alta fuerza iónica en la
disolución
La Figura 4 muestra la distribución de tamaño de partícula obtenida mediante Dispersión dinámica de luz de: 1) Pigmento Híbrido de nanoarcilla (20 gIL), azul de metíleno (1 ,5 x10-4 M) Y baja fuerza jónica en la disolución; y 2) Pigmento
Hibrido de nanoarcilla (20 giL), azul de metileno (1 ,5 x10~ M) ) Y alta fuerza
jónica en la disolución La Figura 5 muestra el espectro de absorción VIS de: A) Pigmento Híbrido de
nanoarcilla (10 giL) Y rodamina 6G (1,Ox10~') y B) Pigmento Hibrido de nanoarcilla (10 giL) Y rodamina 6G (2,0 x10~ M).
La Figura 6 muestra el espectro de absorción VIS de Pigmento Híbrido de
nanoarcilla (10 giL) Y rodamina 6G (2,0 x10~ M). A) pH=? Y B) pH=11.
La Figura 7 muestra el espectro de absorción VIS de: A) Pigmento Hibrido
conformado por una mezcla de nanoarcilla sintética (15 gIL) Y arcilla natural (5
giL) Y brilliant green (5,Ox1 O~) y B) Pigmento Hibrido de nanoarcilla (10 gi L) Y rodamina 6G (2,0 x10~ M)~
La Figura 8 muestra la distribución de tamaño de partícula obtenida mediante Dispersión dinámica de luz de: A) Pigmento Híbrido conformado por una mezcla
de nanoarcilla sintética (15 giL) Y arcilla natural (5 giL) Y brilliant green (5,Ox1O"') y B) Pigmento Híbrido de nanoarcilla (10 giL) Y rodamina 6G (2,0 x10~ M).
Descripción detallada de la invención Los nanopigmentos obtenidos mediante el sistema de síntesis descrito en la
presente invención resultan de la inserción intracristalina de las moléculas orgánicas dentro de la estructura inorgánica y se refiere a procesos reversibles en los que se involucra un reordenamiento atómico debido a la influencia de las nuevas interacciones.
Esta inserción molecular en la estructura del sólido puede ser descrita en dos o tres dimensiones, posibilitando una amplia cantidad de aplicaciones en función de la diversidad de propiedades asociadas a la configuración espacial de los componentes, limitándose únicamente por requisitos geométricos y la afinidad entre el par huésped-anfitrión, basada en el comportamiento termodinámico del sistema.
El empaquetamiento de las partículas del sólido en la dispersión, es decir, sus propiedades coloidales, es un factor fundamental, teniendo en cuenta que condiciona la cantidad de supel1icie disponible para las reacciones de intercambio.
Las interacciones entre el sólido y el colorante pOdrían resumirse en dos aspectos: en primer lugar, la molécula del colorante tendrá un cambio en su densidad de carga electrónica y en la estructura de conformación al pasar del estado catiónico cuando está en disolución, al estado neutro cuando se adsorbe sobre la partícula del sólido inorgánico. Por otra parte, la distribución electrónica de su orbital molecular ocupado más alto tendrá un cambio cuando las moléculas formen agregados entre ellas, debido al acoplamiento entre los momentos de transición dipolar. El otro aspecto es que la absorción de la luz visible variará en función de la relación de la concentración de moléculas adsorbidas en el sustrato inorgánico y en disolución. Luego, teniendo control en la cantidad de superficie y el tipo de porosidad del material de acogida disponible para la reacción de intercambio, tendremos control sobre el tipo de especies espectrales; en otras palabras, control sobre la absorción de luz de la materia colorante, y asi, sintonizar el tipo de colores que la aplicación final requiera.
Ejemplo 1: Procedimiento de síntesis para obtener un nanopigmento híbrido con espectro de absorción visible determinado por la concentración del sólido inorgánico.
Como sólido inorgánico se utilizó arcilla sintética con una estructura y composición similar a la arcilla natural hectorita. Es un hidrosilicato de magnesio laminar, perteneciente a la familia de los filosilicatos. La fórmula empírica (Nao/ [(Si8Mgs,sLio,3) 0 2o(OH)4]O/) describe la presencia átomos de oxigeno y grupos hidroxilo, mientras que los átomos de magnesio en las posiciones tetraédricas son parcialmente sustituidos por átomos de litio, proporcionando una carga neta negativa balanceada por cationes interlaminares, predominantemente de sodio. De esta forma su capacidad de intercambio catiónico es de 0,95 meq/g que, de acuerdo con su tamaño, se traduce en una densidad de carga de 0,014 e/A2• Una vez dispersada en agua, la arcilla se hidrata y expande. La liberación de los iones de Na+ conduce al desarrollo de la carga negativa en las superficies del sólido y una protonación de los grupos OH en los bordes de cada crislal, generándose una carga positiva. De esta forma, la arcilla forma una suspensión coloidal de partículas cargadas con forma de disco, con un diámetro de 25 nm y 1 nm de ancho, con cargas negativas en las caras y positivas en los bordes. Su densidad es de 2,53 g/cm3 y el área superficial determinada mediante la técnica BET es de 370 g/m'.
Como colorante orgánico se utilizó azul de metileno (C.1. Basic Blue 9, CAS No. 122965-43-9). Es un colorante catiónico de la familia tiazina, su fórmula química es [C'6H'8N3Sr er y su peso molecular es 319,85 g/mol. Es un polvo fino de color verde, de alta solubilidad en agua y en disolución se toma azul.
Inicialmente se secó toda la arcilla necesaria para la fabricación de la muestra durante 4 horas a 100°C. Luego, se dispersó en agua ultrapura a 25 °e mediante agitación continua hasta obtener un sistema isotrópico. Dependiendo de la concentración del sólido en el sistema se promueven diferentes estados coloidales en la dispersión, así, una muestra se sintetizó con una concentración de 25 gIL Y la otra con una concentración de 3 gIL.
Previamente solubilizado en agua ultrapura a 25°C, se agregó el colorante a cada dispersión y se dejó en agitación hasta alcanzar un estado metaestable en los fenómenos de adsorción en la interfase del sólido inorgánico y el colorante orgánico. La concentración se fijó en 1,5 x10-6 M.
El pH se mantuvo en 9, para no afectar el equilibrio isoeléctrico de las láminas individuales del sólido y mantener configuraciones de partículas "cara-caraH
•
Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante Espectroscopia de Absorción Visible y Dispersión Dinámica de Luz. Los resultados se detallan en las figuras 1 y 2 respectivamente.
La muestra que corresponde a la más alta concentración del sólido en la dispersión presentó mayor formación de especies moleculares con absorción a -600 nm (figura 1) Y el tamaño de las partículas agregadas del sólido tenia una distribución unimodal con un máximo a 9 nm en el radio hidrodinámico (figura 2). La muestra que corresponde a menor concentración de sólido , donde las partículas estaban en clúsleres pequeños con una distribución de tamaño unimodal centrada en 4 nm del radio hidrodinámco, ofreciendo pocos sitios activos para la formación de dímeros moleculares, evidenciado porque la absorción es preferentemente por monómeros moleculares del colorante.
De esta forma se obtienen dispersiones con propiedades reológicas y ópticas características,
Ejemplo 2: Procedimiento de síntesis para obtener un nanopigmento híbrido con espectro de absorción visible determinado por la fuerza iónica del sistema,
Como sólido inorgánico se utilizó la misma arcilla sintética tipo hectorita descrita en el ejemplo anterior y como colorante orgánico azul de metileno, también descrito en el ejemplo anterior.
Inicialmente se secó toda la arcilla necesaria para la fabricación de la muestra durante 4 horas a 100°C. Luego, se dispersó en agua ultrapura a 25 oC con una concentración de 25 gIL, mediante agitación continua hasta obtener un sistema isotrópico. Dependiendo de la fuerza iónica en el sistema se promovieron diferentes estados coloidales en la dispersión y una ocupación parcial de los sitios activos de adsorción, así, una muestra se sintetizó con una concentración de cloruro de sodio de 6,50x10·3 M y la otra a 1,5 x10·4 M.
Previamente solubilizado en agua ultrapura a 25°C, se agregó el colorante a cada dispersión y se dejó en agitación hasta alcanzar un estado metaestable en los fenómenos de adsorción en la interfase entre el sólido inorgánico y el colorante orgánico .. La concentración se fijó en 1,5 x1 0-4 M.
El pH se mantuvo a 9, para no afectar el equilibrio isoeléctrico de las láminas individuales del sólido y mantener configuraciones de partículas ucara-cara~.
Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante Espectroscopia de Absorción Visible y Dispersión Dinámica de Luz. Los resultados se detallan en las figuras 3 y 4 respectivamente.
La muestra que corresponde a la mayor fuerza iónica en la dispersión presentó mayor formación de especies moleculares monoméricas adsorbidas sobre el sustrato inorgánico, con absorción a -656 nm (figura 3) y el tamaño de las partículas agregadas del sólido tuvo una distribución unimodal con un máximo a 9 nm en el radio hidrodinámico (figura 4). La muestra que corresponde a una menor fuerza iónica en la dispersión, debido a la mayor distancia de la doble capa eléctrica de las partículas, forma agregados del sólido más voluminosos facilitando el acceso del colorante a los sitios activos de adsorción, obteniendo especies espectrales con absorción a menores longitudes de onda debido a la estabilización de las moléculas dentro de la estructura inorgánica.
De esta forma se obtiene una dispersión con propiedades reológicas y ópticas características.
Ejemplo 3: Procedimiento de slntesis para obtener un nanopigmento híbrido con espec/ro de absorción visible determinado por la concen/ración de coloran/e.
Como sólido inorgánico se utilizó la misma arcilla sintética tipo hectorita descrita en el ejemplo anterior. El colorante orgánico fue rodamina 6G (C.I. Basic Red 1, GAS 989-38-8). Es un colorante catiónico heterocíclico con el grupo funcional tipo fluorona. Su fórmula química es C2sH3,N20 3CI y su peso molecular es
479,01 glmol.
Inicialmente se secó toda la arcilla necesaria para la fabricación de la muestra durante 4 horas a 100 oC. Luego, se dispersó en agua ultra pura a 25 oC con una concentración de 10 gIL, mediante agitación continua hasta obtener un sistema isotrópico.
Previamente solubilizado en agua ultrapura a 25 oC, se agregó el colorante a cada dispersión y se dejó en agitación hasta alcanzar un estado metaestable en los fenómenos de adsorción en la interfase entre el sólido inorgánico y el colorante orgánico. La concentración del colorante se mantuvo en un nivel inferior al de formación de especies espectrales de moléculas agregadas, así,
una muestra se sintetizó con una concentración de colorante de 1 ,Ox1 0-5 M Y la otra a 2,0 x10-' M.
Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante Espectroscopia de Absorción Visible. Los resultados se detallan en la figura 5.
Cuando la cantidad de colorante en la dispersión es menor, las moléculas disponibles para la reacción de intercambio saturaran los sitios activos para la adsorción que sean más electronegativos, generando especies espectrales características con absorción máxima a 529 nm. Así mismo, cuando la concentración de colorante es mayor, cierta cantidad de moléculas saturarán inicialmente los sitios más activos para la adsorción, sin embargo quedará una cantidad de moléculas disponibles que se adsorberá en sitios donde su estabilización estructural es menor, así generar una respuesta óptica determinada por las interacciones entre ellas a diferente distancia y la consiguiente redistribución de sus orbitales moleculares a causa del acoplamiento del momen10 dipolar. Así la absorción de estas especies espectrales será a menores energías o mayores longitudes de onda.
De esta forma se obtiene una dispersión con propiedades ópticas características.
Ejemplo 4: Procedimiento de síntesis para obtener un nanopigmento híbrido con espectro de absorción visible determinado por el pH del sistema.
Como sólido inorgánico se utilizó la misma arcilla sintética tipo hectorita descrita en el ejemplo anterior. El colorante orgánico fue rodamina 6G (C.1. Basic Red 1, CAS 989-38-8), descrito en el ejempto anterior.
Inicialmente se secó toda la arcilla necesaria para la fabricación de la muestra durante 4 horas a 100 oC. Luego, se dispersó en agua ultrapura a 25 oC con una concentración de 10 gIL, mediante agitación continua hasta obtener un sistema isotrópico.
El pH de la dispersión está determinado por la concentración de arcilla, debido a la liberación de iones hidroxilo de su estructura. El nanopigmento se sintetizó ajustando el pH en dos niveles, por encima y por debajo del pH de equilibrio de la dispersión. El nivel inferior se ajustó a pH 7, con ácido clorhídrico 0,5 M, mientras que el nivel superior se ajustó a pH 11 , con hidróxido de sodio 0,1 M. las interacciones entre partículas, determinadas por la distancia de la doble capa eléctrica, se afectan por el cambio de pH, generando determinadas zona activas en el sólido para las reacciones de adsorción, además de desplazar la concentración de equilibrio de colorante adsorbido a niveles inferiores en medios ácidos.
Previamente solubilizado en agua ultrapura a 25 oC, se agregó el colorante a cada dispersión y se dejó en agitación hasta alcanzar un estado metaestable en los fenómenos de adsorción en la interfase entre el sólido inorgánico y el colorante orgánico. La concentración del colorante se ajustó en 2,0 x10-4 M, nivel inferior al de formación de especies espectrales de moléculas agregadas.
Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante Espectroscopia de Absorción Visible. Los resultados se detallan en la figura 6.
Cuando el pH del sistema es inferior al de equilibrio, los bordes de las caras de las partículas del sólido inorgánico pierden los grupos hidroxilo que estaban adsorbidos debido a la coordinación incompleta de las capas octaédricas y tetraédricas. De este modo, se creará un sitio activo para la adsorción de las moléculas de colorante que facilitará el acoplamiento de los momentos de transición dipolar y generar bandas de absorción visible características.
Ejemplo 5: Procedimiento de sfntesís para obtener un nanopigmenlo hfbrido con distribución de tamaño bimodal y respuesta óptica sinlonizable.
Como sólido inorgánico se utilizó una combinación de la misma arcilla sintética tipo hectorita descrita en el ejemplo anterior y una montmorillonita de origen natural tipo esmectita con una capacidad de intercambio iónico de 1,16 meq/g, densidad de 340 gIL Y área superficial de 750 m2/g. La principal diferencia con la arcilla anterior es su relación longitud-espesor, que está alrededor de 1000:1 , a comparación de la relación de 25:1 de la arcilla sintética.
Mediante la adición de cantidades relativas de arcillas sintéticas y naturales se controla la distribución de tamaño de las partículas, así los agregados del sólido inorgánico serán del orden de la nanoescala y la microescala, respectivamente.
El colorante orgánico fue Brilliant Green (C.1. Basic Green 1, CAS 633-03-4). Es un colorante catiónico heterocíclico con un esqueleto estructural del grupo trifenilmetano. Su fórmula química es C2sH3,N20 3CI y su peso molecular es
482,63 glmol.
Inicialmente se secó toda la arcilla necesaria para la fabricación de la muestra durante 4 horas a 10Q"C. Una muestra se dispersó en agua ultrapura a 25 oC con una concentración de 15 gIL de arcilla sintética y 5 gIL de arcilla natural, mediante agitación continua hasta obtener un sistema isotr6pico. Otra muestra se preparó mediante la adición de arcilla sintética únicamente con una concentración de 20 gIL.
Previamente solubilizado en agua ultrapura a 25"C, se agregó el colorante a cada dispersión y se dejó en agitación hasta alcanzar un estado metaestable en los fenómenos de adsorción en la interfase entre el sólido inorganico y el colorante orgánico. La concentración del colorante se ajustó en 5,0 x10-4 M.
Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante Espectroscopia de Absorción Visible y Dispersión Dinámica de Luz. Los resultados se detallan en las figuras 7 y 8 respectivamente.
La muestra que corresponde a la mezcla de tos dos tipos de arcilla presenta una distribución de tamaflo de partícula bimodal, con agregados en la nanoescala y la microescala. Los agregados en la nanoescala son mayoritarios en cuanto a número debido a la mayor concentración de la arcilla sintética.
De acuerdo con el espectro de absorción de la muestra sin arcilla natural, se confirma que las especies espectrales con absorción a longitud de onda mayor son debidas a la adsorción de las moléculas de colorante en agregados inorgánicos micrométricos. La menor cantidad de arcilla sintética también se refleja en una distribución de tamaño de partícula en el rango nanométrico más estrecha.
Se concluye que las propiedades coloidales y ópticas pueden ser sntonizadas a voluntad, dependiendo de la aplicación final para la que se disef'ie el producto.
Los ejemplos muestran que mediante los procedimientos de síntesis descritos en los ejemplos de la presente invención, se obtiene un nanopigmento con las siguientes propiedades:
Control de la gama de color: Mediante el control en la formación de las diferentes especies espectrales, se modifica la respuesta óptica del sistema híbrido, ampliando la gama de colores (Figura 1, 3. 5, 6, 7) posibles del colorante y el sustrato de partida.
Incremento del poder colorante: La capacidad del material de incrementar la absorción de una superficie está condicionada a tres aspectos que se pueden obtener con este sistema híbrido. Primero, el coeficiente de absorción molar del nanopigmento es mayor que el del colorante en solución, ya que las nuevas especies espectrales formadas debido a la interacción molécula-molécula y molécula-sólido generan absorción en un rango mayor de longitudes de onda. Segundo, la dispersión de luz provocada por las nanopartículas y el cubrimiento adicional de la superficie a colorear por el sólido, genera mayor opacidad. Tercero, las características reológicas y fisicoquímicas del material no impiden obtener dispersiones homogéneas en las tintas, pinturas o matrices en las que se incorpore el pigmento, aprovechando la alta área superficial por unidad de masa caracteristica de las dispersiones nanoestructuradas.
Reducción del impacto ambiental: Algunos de los pigmentos convencionales contienen metales pesados en su composición, mientras que los sólidos inorgánicos que se utilizan en la presente invención están libres de estas impurezas e incluso figuran en la lista de sustancias permitidas para cosméticos. Si a esto se incluye el uso de colorantes naturales que se encuentran también en la lista de sustancias permitidas en alimentación y cosméticos, tendremos un producto novedoso y respetuoso con el medio ambiente. Así, uno de los argumentos de venta del nanopigmento con colorantes naturales son las garantías de preservación de la salud humana y la reducción del impacto ambiental que generan los pigmentos de uso convencional.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para la síntesis de un pigmento híbrido nanoestructurado con propiedades ópticas y coloidales sintonizables que comprende
    (a)
    la dispersión de al menos un material inorgánico de tipo filosilicato en agua,
    (b)
    la adición posterior de, al menos, un colorante orgánico solubilizado en agua,
    en agitación, caracterizado por que la concentración del material inorgánico tipo filosilicato varía entre 25 9/1-39/1, la concentración del colorante orgánico varía entre 1.5 x10·6 -2 x10·4 M, la fuerza iónica varía mediante la adición de NaCI en una
    concentración que varía entre 6.50 x1O·-1.5 x1O·4 M, el pH varía entre 7-11 y la temperatura en la dispersión de la etapa a) es de al menos 252C.
  2. 2.
    Método según la reivindicación 1 donde el colorante orgánico es seleccionado de entre los colorantes de tipo azoico, de complejo metálico, nitrosado, nitrado, arilmetina, metina, iminoquinona, sulfuroso, antraquinona, indigoide, ftalocianina, y en general naturales o sintéticos.
  3. 3.
    Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un paso adicional previo al paso a) de secado del material inorgánico tipo filosilicato.
  4. 4.
    Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en la etapa a) se dispersa más de un material inorgánico tipo filosilicato con distribuciones de tamaño de partícula a diferentes escalas,
  5. 5.
    Pigmento híbrido nanoestructurado obtenido por un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4.
  6. 6.
    Uso del pigmento híbrido nanoestructurado de la reivindicación 5 en productos de tintas de impresión, pinturas y recubrimientos, textiles, papel, fibras sintéticas
    o naturales, materiales poliméricos y cerámicos, morteros y cosméticos.
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