ES2428142T3 - Método para colorear sustratos celulósicos - Google Patents
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Abstract
Método para colorear sustratos celulósicos, caracterizado porque los sustratos que van a colorearse por susprecursores se ponen en contacto con al menos un pigmento en forma de partículas, tratado, el cual está envuelto almenos parcialmente con al menos un copolímero catiónico, preparado de acuerdo con un método que comprendelos siguientes pasos: a) dispersar al menos un pigmento en forma de partículas con al menos un surfactante no iónico, b) mezclar la dispersión de pigmento en forma de partículas y surfactante no iónico, obtenida de esta manera, conmedio acuoso, c) polimerizar al menos un primer monómero o copolimerizada una primera mezcla de comonómeros en presenciade una mezcla según b), en cuyo caso el polímero o copolímero hidroinsoluble se forma sobre la superficie delpigmento en forma de partículas, d) agregar al menos un segundo monómero o una segunda mezcla de comonómeros y polimerizar o copolimerizada,con la condición de que no se abarcan métodos para estampar.
Description
Método para colorear sustratos celulósicos
La presente invención se refiere a un método para colorear sustratos que celulósicos el cual se caracteriza porque los sustratos que van a colorearse sus precursores se ponen en contacto con al menos un pigmento tratado el cual se encuentra en forma de partículas y el cual se encuentra envuelto al menos parcialmente con al menos un copolímero catiónico, preparado de acuerdo con un proceso que comprende las siguientes etapas:
a) dispersar al menos un pigmento en forma de partículas con al menos una sustancia surfactante no iónico,
b) mezclar la dispersión de pigmentos en forma de partículas, obtenida de esta manera, y la sustancia surfactante no iónica con medio acuoso,
c) polimerizar al menos un primer monómero o copolimerizar una primera mezcla de comonómeros en presencia de una mezcla según b), en cuyo caso el polímero o el copolímero hidroinsoluble se forman en la superficie del pigmento que tiene forma de partículas,
d) adicionar al menos un segundo monómero o una segunda mezcla de comonómeros y polimerizar o copolimerizar con la condición de que no estén comprendidos los procesos para estampar.
Las preparaciones colorantes que van a usarse en procesos modernos de coloración de sustratos que contienen celulosa deben cumplir requisitos exigentes; los sustratos colorados deben presentar colores brillantes, la coloración debe ser durable, es decir deben tener alta solidez, por ejemplo solidez al frotamiento y solidez a la luz. Además, cuando los sustratos celulósicos son de madera, durante la incorporación los colorantes deben penetrar la madera en ciertas porciones y no solamente quedarse en la superficie. Después de la incorporación, los colorantes ya no deben migrar.
Los pigmentos puros que son insolubles de acuerdo con la definición o son solamente muy poco solubles en el medio concernido permanecen muchas veces en la superficie de la madera que va a colorearse.
Existen intentos para tratar los pigmentos envolviéndolos con un polímero. La US 3,133,893 divulga la envoltura de pigmentos, que han sido tratados con un agente tensioactivo, con un poliacrilonitrilo preparado mediante una etapa de polimerización, el cual se sintetiza en presencia del pigmento.
Los pigmentos envueltos de esta manera pueden incorporarse a fibras pero no se usan bien para colorear sustratos que contienen celulosa.
US 4,608,401 divulga un método para in capsular pigmentos para colores del arte que comprende las etapas de dispersar partículas de pigmento en agua usando monómeros hidroinsolubles y un detergente, en condiciones en las cuales no actúan fuerzas de corte y después se somete a las condiciones de una polimerización en emulsión. Los pigmentos envueltos de esta manera no son muy útiles para coloración de sustratos celulósicos.
La solicitud anterior WO 2004/113454 enseña pigmentos envueltos de modo catiónico, en forma de partículas, que se preparan por medio de un proceso de polimerización en emulsión de dos etapas en presencia de pigmento, así como su uso para estampar superficies.
La solicitud anterior WO 2005/037930 describe formulaciones que contienen estos pigmentos en forma de partículas y al menos un componente que puede curar mediante radiación para colorear cuero.
US 4,680,200 divulga un proceso para in capsular pigmentos no pretratados, en el cual se dispersan en agua partículas de pigmento con estireno y el oligómero Polywet KX-3 de la empresa Uniroyal y a continuación se somete a las condiciones de una polimerización en emulsión. No obstante, los resultados en la coloración de sustratos celulósicos son insatisfactorios.
Por lo tanto, el objetivo consistió en proporcionar un método para colorear sustratos celulósicos que evite las desventajas del estado de la técnica que suministre sustratos celulósicos particularmente bien tinturados o saturados de color. El objetivo consistió además en proporcionar sustratos celulósicos tinturados.
Por lo tanto se encontró el método definido al inicio.
Por coloración se entienden lo sucesivo procesos para teñir los cuales provocan no solamente una coloración superficial sino también provocan, al menos proporcionalmente, una coloración a cierta profundidad del sustrato
concernido la cual puedes ser tan intensa o mínimamente menos intensa que la coloración en la superficie. En lo sucesivo no están comprendidos métodos para estampar.
Por sustrato celulósicos se entienden en lo sucesivo papeles, cartulinas, cartones, los cuales contienen madera y los llamados libres de madera, también madera de cualquier dimensión, por ejemplo cortes de madera como, por ejemplo, tablas, palos, bloques, además de algodón de madera, materiales compuestos que contienen madera, productos de madera cortados, contrachapados, tablas de madera aglomerada, tablas MDF (por medium density fiber o fibra de densidad media), tablas OSB (Oriented Strand Board o tabla de hilos orientados), materiales a base de plantas anuales lignificadas, tablas de paja y materiales de fibra tales como, por ejemplo, lino, hilazas, cáñamo, yute, algodón, fibras de bambú, fibras de moral de papel, pasta de madera. En el contexto de la presente invención, sustratos celulósicos pueden tener una configuración de tipo lámina o moldeados.
En el contexto de la presente invención por precursores se entienden principalmente precursores de papel, por ejemplo pulpas de celulosa y de madera, materia prima de papel y madera picada, blanqueadas y sin blanquear.
De acuerdo con la invención, los sustratos que van a colorearse o sus precursores se ponen en contacto con al menos un pigmento tratado que está en forma de partículas y el cual se ha envuelto al menos parcialmente con al menos un copolímero catiónico.
Para realizar el método de la invención se parte específicamente del pigmento tratado. Por pigmento tratado se entiende un pigmento que está envuelto al menos parcialmente con al menos un copolímero catiónico. Pigmento tratado también pueden estar envuelto completamente con copolímero catiónico. En el contexto de la presente invención, el pigmento tratado está envuelto preferentemente en al menos 10% hasta 99% con copolímero catiónico, preferiblemente en 40 a 70%, en cuyo caso los datos de porcentaje pueden determinarse, por ejemplo, mediante métodos microscópicos.
En una modalidad de la presente invención, por parcialmente envueltos puede entenderse que un cierto porcentaje de las partículas de pigmento está envuelto por copolímero catiónico y el resto de las partículas de pigmento no está envuelto por polímero catiónico.
Por parcialmente envuelto, en otra modalidad de la presente invención, se entiende que todas las partículas de pigmento están parcialmente envueltas.
La envoltura con copolímero catiónico es usualmente tan delgada que incluso las partículas de pigmento completamente envueltas tienen un efecto colorante.
El pigmento envuelto parcialmente con copolímero catiónico se produce preferiblemente sintetizando el copolímero catiónico en cuestión en presencia de pigmento. En una modalidad preferida de la presente invención, el copolímero catiónico se sintetiza en presencia de pigmento de acuerdo con un proceso de polimerización en emulsión de al menos dos etapas en el cual se modifica la composición de los comonómeros al menos una vez, modificando la alimentación de comonómeros.
Los copolímeros catiónicos en el contexto de la presente invención son copolímeros de compuestos etilénicamente insaturados, polimerizables por radicales libres, de los cuales al menos uno tiene incorporado a la cadena del polímero un grupo protonizable, por ejemplo átomos de nitrógeno con un par de electrones libres, o grupos catiónicos como, por ejemplo, átomos de nitrógeno cuaternarios.
En una modalidad de la presente invención, los copolímeros catiónicos están presentes en condiciones ácidas, por ejemplo a valores de pH de 6 o menos, en forma al menos parcialmente protonizada. Por copolímeros catiónicos pueden entenderse, por ejemplo, aquellos copolímeros que tienen grupos amino libres, por ejemplo grupos NH2, grupos de NH(alquilo de C1-C4) o grupos N(alquilo de C1-C4)2.
En una modalidad de la presente invención por copolímeros catiónicos pueden entenderse aquellos polímeros que contienen incorporados al copolímero, en calidad de uno de los comonómeros, una o varias amidas de al menos un ácido carboxílico etilénicamente insaturado, por ejemplo (met)acrilamida.
En una modalidad de la presente invención los copolímeros catiónicos tienen un peso molecular Mw en el rango de
En una modalidad de la presente invención los copolímeros catiónicos son copolímeros que están compuestos de al menos un comonómero no iónico, por ejemplo un compuesto aromático de vinilo como, por ejemplo, estireno o al menos un éster alquílico de C1-C20 de al menos un ácido carboxílico etilénicamente insaturado, y al menos un comonómero que presenta al menos un átomo de nitrógeno protonizable o cuaternizado por molécula.
Copolímeros catiónicos en el contexto de la presente invención también pueden contener involucrados al copolímero uno o varios comonómeros aniónicos como, por ejemplo, ácido (met) acrílico o ácido crotónico. Si los copolímeros catiónicos también contienen al menos un monómero aniónico incorporado al copolímero, entonces la fracción molar de comonómeros catiónicos siempre será más alta que la fracción molar de comonómeros aniónicos, por ejemplo en 0,5 % molar, respecto de todo el copolímero catiónico, preferiblemente al menos en 1 % molar, particularmente preferible 1,5 a 20 % molar.
Preferentemente el copolímero catiónico es un copolímero catiónico sintético.
Para realizar el proceso de la invención se parte además de pigmentos preferentemente en forma de partículas. En el contexto de la presente invención, por pigmento se entienden colorantes orgánicos o inorgánicos, finamente divididos, prácticamente insolubles, según la definición en DIN 55944.
Los pigmentos pueden seleccionarse de pigmentos inorgánicos y preferiblemente de pigmentos orgánicos.
Los pigmentos inorgánicos seleccionados a manera de ejemplo son óxido de zinc, sulfuro de cinc, litopones, blanco de plomo, sulfato de plomo, creta, dióxido de titanio, carbonato de calcio, caolín; amarillo de óxido de hierro, amarillo de cadmio, amarillo de níquel titanio, amarillo de cromo titanio, amarillo de cromo, cromato de plomo, vanadato de bismuto, amarillo de Nápoles o amarillo de cinc, azul ultramarina, azul cobalto, azul manganeso, azul hierro, verde ultramarina, verde cobalto, óxido de cromo (verde de óxido de cromo); violeta ultramarina, violeta de cobalto, violeta de manganeso, rojo ultramarina, rojo de molibdato, rojo de cromo, rojo de cadmio; marrón de óxido de hierro, marrón de cromo y hierro, marrón de cinc hierro, marrón de manganeso titanio, negro de óxido de hierro, negro de hierromanganeso, negro espinela, negro de humo; espinela naranja y corindón, naranja de cadmio, naranja de cromo, molibdato de plomo; aluminio o aleación de Cu/Zn.
Se prefieren negro de humo, carbonato de calcio, caolín, pigmentos de óxido de hierro como, por ejemplo, amarillo de óxido de hierro, marrón de óxido de hierro y negro de óxido de hierro, óxido de zinc y dióxido de titanio.
Como negros de carbón pueden mencionarse principalmente aquellos que se preparan de acuerdo con el método de negro de gas, el proceso negro de llama o el proceso de negro de horno.
El área según BET del negro de humo empleados según la invención puede encontrarse, por ejemplo, en el rango de 20 a 2000 m²/g, determinada según 66131/2 o ISO 4652.
El negro de humo empleado según la invención puede estar modificado en su superficie, por ejemplo mediante oxidación. El negro de humo empleado según la invención puede tener grupos ácidos y/o básicos, por ejemplo grupos carboxilo, grupos lactol, grupos fenol, grupos quinona, óxidos básicos con estructuras similares habido una, por ejemplo.
Los pigmentos orgánicos seleccionados a manera de ejemplo, entre los cuales también se cuentan en lo sucesivo los tintes de cuba, son:
Pigmentos monoazoicos como, por ejemplo, C.I. Pigment Brown 25; C.I. Pigment Orange 5, 13, 36 y 67; C.I. Pigment Red 1, 2, 3, 5, 8, 9, 12, 17, 22, 23, 31, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 49, 49:1, 52:1, 52:2, 53, 53:1, 53:3, 57:1, 63, 112, 146, 170, 184, 210, 245 y 251; C.I. Pigment Yellow 1, 3, 73, 74, 65, 97, 151 y 183; pigmentos disazoicos como, por ejemplo, C.I. Pigment Orange 16, 34 y 44; C.I. Pigment Red 144, 166, 214 y 242; C.I. Pigment Yellow 12, 13, 14, 16, 17, 81, 83, 106, 113, 126, 127, 155, 174, 176 y 188;
pigmentos de antrantrona como, por ejemplo, C.I. Pigment Red 168 y C.I. Vat Orange 3; pigmentos de antraquinona como, por ejemplo, C.I. Pigment Yellow 147 y 177; C.I. Pigment Violet 31;
pigmentos de antrapirimidina como, por ejemplo, C.I. Pigment Yellow 108, C.I. Vat Yellow 20;
pigmentos de quinacridona, por ejemplo C.I. Pigment Red 122, 202 y 206; C.I. Pigment Violet 19;
pigmentos de quinoftalona, por ejemplo C.I. Pigment Yellow 138;
pigmentos de dicetopirrolopirrol, por ejemplo C.I. Pigment Orange 71, 73 y 81; C.I. Pigment Red 254, 255, 264, 270 y 272,
pigmentos de dioxazina, por ejemplo C.I. Pigment Violet 23 y 37;
pigmentos flavantrona, por ejemplo C.I. Pigment Yellow 24, C.I. Vat Yellow 1;
pigmentos de indantrona, por ejemplo C.I. Pigment Blue 60 y 64, C.I. Vat Blue 4 y 6;
pigmentos de isoindolina, por ejemplo C.I. Pigment Orange 69; C.I. Pigment Red 260; C.I. Pigment Yellow 139 y 185;
pigmentos de isoindolinona, por ejemplo C.I. Pigment Orange 61; C.I. Pigment Red 257 y 260; C.I. Pigment Yellow 109, 110, 173 y 185;
pigmentos de isoviolantrona, por ejemplo C.I. Pigment Violet 31 y C.I. Vat Violet 1; pigmentos de complejos metálicos como, por ejemplo, C.I. Pigment Yellow 117, 150 y 153; C.I. Pigment Green 8;
pigmentos de perinona, por ejemplo C.I. Pigment Orange 43, C.I. Vat Orange 7, C.I. Pigment Red 194, C.I. Vat Red 15;
pigmentos de perileno, ejemplo C.I. Pigment Black 31 y 32; C.I. Pigment Red 123, 149, 178, 179, C.I. Vat Red 23, 190, 29 y 224; C.I. Pigment Violet 29;
pigmentos de ftalocianina, por ejemplo C.I. Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6 y 16; C.I. Pigment Green 7 y 36;
pigmentos de pirantrona, por ejemplo C.I. Pigment Orange 51; C.I. Pigment Red 216 y C.I. Vat Orange 4;
pigmentos de tioíndigo, por ejemplo C.I. Pigment Red 88 y 181, C.I. Vat Red 1; C.I. Pigment Violet 38 y C.I. Vat Violet 3;
pigmentos de triarilcarbonilo, por ejemplo C.I. Pigment Blue 1, 61 y 62; C.I. Pigment Green 1; C.I. Pigment Red 81,
81:1 y 169; C.I. Pigment Violet 1, 2, 3 y 27; C.I. Pigment Black 1 (negro anilina); C.I. Pigment Yellow 101 (amarillo aldazina); C.I. Pigment Brown 22.
Ejemplos de pigmentos orgánicos particularmente preferidos son: C.I. Pigment Yellow 138, C.I. Pigment Red 122,
C.I. Pigment Violet 19, C.I. Pigment Blue 15:3 y 15:4, C.I. Pigment Black 7, C.I. Pigment Orange 5, 38 y 43 y C.I. Pigment Green 7.
De acuerdo con la invención también puede partirse de mezclas de dos o más pigmentos diferentes.
Se parte de dos pigmentos que se encuentran en forma de partículas. A manera de ejemplo, puede partirse de los llamados pigmentos crudos que son pigmentos no tratados tal como se han producido de la síntesis de pigmentos. Las partículas pueden tener forma regular o irregular, por ejemplo las partículas pueden presentarse en forma esférica o en forma aproximadamente esférica o en forma de agujas. Para esto, el paso (a) puede realizarse de tal manera que tenga lugar una trituración en mojado.
En una modalidad de la presente invención se parte del pigmento previamente molido.
En una modalidad de la presente invención se parte del pigmento previamente molido el cual se ha recubierto con al menos un derivado de pigmento, por ejemplo un ácido sulfónico de pigmento, un ácido amidsulfónico de pigmento o un derivado de metilenaina.
El o los pigmentos en forma de partículas se dispersan en la etapa a) con al menos una substancia surfactante no iónica.
Ejemplos de sustancias surfactantes no iónica son, por ejemplo, mono-, di- y tri-alquilfenoles etoxilados (grado de etoxilación: 3 a 50, residuo de alquilo: C3-C12) así como alcoholes grasos etoxilados (grado EO: 3 a 80; residuo de alquilo: C8-C36). Ejemplos de estos son las marcas Lutensol® de la BASF AG o las marcas de Triton® de la Union Carbide. Particularmente se prefieren alcoholes grasos lineales etoxilados de la fórmula general III
n-CxH2x+1-O(CH2CH2O)y-H, III
en cuyo caso x significa números enteros en el rango de 10 a 24, preferiblemente en el rango de 12 a 20. La variable y representa preferentemente números enteros en el rango de 5 50, particularmente preferible 8 a 40.
Alcoholes grasos lineales etoxilados de la fórmula general III se presentan usualmente como mezcla de diferentes alcoholes grasos etoxilados con grado de etoxilación diferente. La variable y representa en el contexto de la presente invención del valor promedio.
La dispersión de pigmento en forma de partículas y de al menos un material surfactante no iónico se efectúa en aparatos que son adecuados para dispersar, preferiblemente en molinos tales como, por ejemplo, molinos de bolas
o molinos de bolas con agitador. Particularmente es adecuado el molino de bolas Drais Superflow DCP SF 12.
Un ejemplo del tiempo de dispersión adecuado se encuentra en el rango de media hora a 48 horas pero también son concebibles tiempos más largos. El tiempo dispersión se prefiere en el rango de 5 a 24 horas.
Las temperaturas de presión y de temperatura al dispersar en general no son críticas; por ejemplo, se ha encontrado que la presión atmosférica es adecuado. Las temperaturas en el rango de 10 °C a 100 °C han demostrado ser adecuadas.
La proporción de mezcla de pigmento a material surfactante puede seleccionarse dentro de límites amplios y puede encontrarse, por ejemplo, en el rango de 10:1 a 2:1.
Durante la realización de la etapa a) puede adicionarse agua. También pueden adicionarse agentes auxiliares de molienda no iónicos habituales.
El diámetro promedio del pigmento se encuentra después de la etapa a) usualmente en el rango de 10 nm a 5 µm, preferiblemente en el rango de 50 nm a 3 µm.
Cuando el pigmento negro de carbón el diámetro promedio de las partículas primarias puede encontrarse, por ejemplo, en el rango de 5 a 200 nm.
Para determinar el diámetro promedio son adecuados métodos corrientes, por ejemplo microscopía electrónica.
En la etapa b) se mezcla la dispersión de pigmento en forma de partículas y sustancia surfactante no iónica obtenida después de la etapa a) con medio acuoso. Para la dispersión pueden usarse dispositivos cualesquiera, por ejemplo tanques con agitación o matraces con agitación.
Por medios acuosos se entienden en el contexto de la presente invención aquellos medios líquidos que contienen agua como componente importante, por ejemplo no menos del 40% en peso y preferiblemente no menos de 55% en peso.
En la etapa b), la proporción en peso de la dispersión del pigmento en forma de partículas y del material surfactante no iónico al medio acuoso se encuentra generalmente en el rango de 1:1,5 a 1:15, preferiblemente 1:2,5 a 1:9.
Las condiciones de presión y temperatura para la etapa b) por lo general no son críticas; por ejemplo, las temperaturas adecuadas están en el rango de 5 a 100 °C, preferiblemente 20 a 85 °C y las presiones encuentran en el rango de la presión normal hasta 10 bar.
Mediante la mezcla según la etapa b) se obtiene una mezcla.
En la etapa c) se polimeriza al menos un primer monómero posee copolimeriza una primera mezcla de comonómeros en presencia de una mezcla, que puede obtenerse después de b), en cuyo caso se forma polímero o copolímero hidroinsoluble en la superficie del pigmento en forma de partículas.
Para realizar la etapa c) se adiciona al menos un monómero o al menos una mezcla de comonómeros a una mezcla que puede obtenerse después de b). La adición puede efectuarse, por ejemplo, en una porción, en varias porciones
o también continuamente. Si se quieren copolimeriza al menos diferentes monómeros entre sí, primero puede adicionarse un comonómero y después el segundo y opcionalmente los demás comonómeros. En otra forma de realización, todos los comonómeros se adicionan en una porción.
El monómero o los comonómeros pueden adicionarse en sustancia o en dispersión acuosa.
Como monómeros o comonómeros en la etapa c) se seleccionan aquellos monómeros o comonómeros que se disuelven mal en agua por monómeros o comonómeros que se disuelven mal en agua se entienden aquí aquellos Monómeros o comonómeros cuya solubilidad en agua a 50 °C es de 1 x 10-1 mol/l o de menos.
Ejemplos preferidos de monómeros o comonómeros en la etapa c) son compuestos aromáticos de vinilo y derivados de ácido carboxílico a,�-insaturados que se disuelven mal en agua.
Como compuestos aromáticos de vinilo preferiblemente se selecciona al menos un compuesto de la fórmula general IV
En la cual R7 y R8 representan, independientemente entre sí, respectivamente hidrógeno, metilo o etilo, R9 significa metilo o etilo y k significa un número entero de 0 a 2; muy particularmente se prefieren que R7 y R8 significan hidrógeno y muy particularmente preferible k = 0.
Preferentemente como derivado de ácido carboxílico a, -insaturado, que se disuelven mal en agua, se selecciona un compuesto de la fórmula general I,
En la cual las variables se definen tal como sigue:
R1 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10 ramificado o no ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente se prefiere alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o hidrógeno,
- -
- muy particularmente preferible hidrógeno y metilo;
R2 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10 no ramificado o ramificado como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, npropilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o muy particularmente preferible hidrógeno.
R3 se selecciona de alquilo de C4-C10 no ramificado o ramificado como n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, npentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; muy particularmente n-butilo y 2-etilhexilo.
En una modalidad de la presente invención, la proporción de pigmento a la cantidad de monómero o comonómeros en la etapa c) se encuentra en el rango de 3:1 a 1:2, preferiblemente en el rango de 2:1 a 1:1,5.
En la etapa c) pueden emplearse mezclas de los monómeros previamente mencionados. A manera de ejemplo las mezclas de estireno y acrilato de n-butilo son muy adecuadas, en cuyo caso la proporción de mezcla puede ser cualquiera.
Preferentemente se polimeriza en las condiciones de una polimerización en emulsión. En tal caso se consideran de manera particularmente preferida las llamadas "starved conditions" (“condiciones de hambre”), es decir se adiciona solamente poco uno se adiciona preferentemente ningún agente humectante. De esta manera no se obtienen fracciones detectables de gotas estabilizadas del primer monómero o de la primera mezcla de comonómeros, y la fracción de humectante sirve para humectar la superficie del pigmento y para transportar el primer monómero, o la primera mezcla de comonómeros, a través de la fase acuosa continua. Como agentes humectante son adecuados,
por ejemplo, compuestos de azufre orgánicos, por ejemplo sulfatos de alquilo, sulfonatos de alquilo, sulfonatos de alquil arilo, éter sulfatos de alquilo, éter sulfatos de alquil arilo, sulfuro succinatos tales como hemiésteres de ácido sulfosuccínico y diésteres de ácido sulfosuccínico; además, son adecuados los compuestos de fósforo orgánicos como, por ejemplo, éter fosfatos de alquilo.
Habitualmente se polimeriza usando al menos un iniciador. Al menos un iniciador puede ser un peróxido. Ejemplos de peróxidos adecuados son peroxodisulfatos de metal alcalino, por ejemplo peroxodisulfato de sodio, peroxodisulfato de amonio, peróxido de hidrógeno, peróxidos orgánicos como peróxido de acetilo, peróxido de diter.-butilo, peróxido de diamilo, peróxido de dioctanoilo, peróxido de didecanoilo, peróxido de dilauroilo, peróxido de dibenzoilo, peróxido de bis-(o-toluilo), peróxido de succinilo, peracetato de ter.-butilo, permaleinato de ter.-butilo, perisobutirato de ter.-butilo, perpivalato de ter.-butilo, peroctoato de ter.-butilo, perneodecanoato de ter.-butilo, perbenzoato de ter.-butilo, peróxido de ter.-butilo, hidroperóxido de ter.-butilo, hidroperóxido de cumeno, peroxi-2etilhexanoato de ter.-butilo y peroxidicarbamato de diisopropilo. También son adecuados compuestos azoicos como, por ejemplo, azobisisobutironitrilo, azobis(2-amidopropan)dihidrocloruro y 2,2’-azobis(2-metilbutironitrilo) y 2,2’azobis(2-amidinopropan)dihidrocloruro.
También son adecuados los iniciadores redox, por ejemplo de peróxidos y de un compuesto de azufre oxidable. Muy particularmente se prefieren sistemas de bisulfito de acetona y peróxido orgánico como ter.-C4H9-OOH, Na2S2O5 (disulfito de sodio) y peróxido orgánico como ter.-C4H9-OOH o de una combinación de sal alcalina de HO-CH2SO2H y peróxido orgánico como ter.-C4H9-OOH. También se prefieren particularmente sistemas como, por ejemplo, ácido ascórbico /H2O2.
Como temperatura de polimerización pueden seleccionarse temperaturas en el rango de 20 a 100 °C, preferiblemente 50 a 85°C. La temperatura seleccionada depende de la característica de descomposición del iniciador usado.
Las condiciones de presión en general no son críticas, por ejemplo son adecuadas las presiones en el rango de presión normal hasta 10 bar.
Como duración para la etapa c) son adecuados de 1 a 30 minutos, preferiblemente 2 20 minutos y particularmente preferible 3 a 15 minutos.
Por supuesto a la mezcla de reacción pueden añadirse otros aditivos que son usuales en la polimerización en emulsión, por ejemplo glicoles, polietilenglicoles, coloides de protección, búfer/reguladores del valor de pH, reguladores de peso molecular e inhibidores de transferencia de cadena. Después de la etapa c) se obtiene pigmento en forma de partículas, envuelto con polímero o con copolímero, el cual se produce en forma de partículas aisladas. No se observan fracciones medibles, o se observan fracciones extremadamente bajas, de aglomerados, por ejemplo menos de 2% en peso, preferiblemente menos de 0,2 % en peso.
El polímero o el copolímero formado en forma de partículas sobre la superficie del pigmento en la etapa c) es hidroinsoluble.
En otro paso, es posible aislar los pigmentos en forma de partículas, envueltos con polímero o con copolímero, dispersados, que pueden obtenerse después de c) mediante operaciones de purificación, por ejemplo filtración, decantación o lavado y redispersar para poner en práctica la etapa d). Sin embargo, los pigmentos en forma de partículas, envueltos con polímero o con copolímero, mezclados, que pueden obtenerse después de c), siguen procesándose preferentemente in situ.
En la etapa d) se adiciona al menos un segundo monómero o una segunda mezcla de monómeros a la dispersión de la etapa c) a los pigmentos en forma de partículas, envueltos, procesados y redispersados y polimerizados o copolimerizados. En tal caso, el segundo monómero o al menos un comonómeros de la segunda mezcla de comonómeros es catiónico.
En tal caso también se habla en el contexto de la presente invención de una segunda mezcla de comonómeros en la etapa d) si se ha usado un monómero en la etapa c) y en la etapa d) se ha adicionado una mezcla de dos comonómeros. Igualmente, en el contexto de la presente invención también se habla entonces de un segundo monómero en la etapa d), si en la etapa c) se ha empleado una mezcla de comonómeros y en la etapa d) se ha adicionado monómero.
Si se desea agregar una segunda mezcla de comonómeros entonces se agrega al menos un comonómero que sea diferente del monómero o de los comonómeros de la etapa c).
En una modalidad de la presente invención, en la etapa c) se usa un compuesto aromático de vinilo como monómero y en la etapa d) al menos un monómero comonómero que puede hinchar el polímero o el copolímero de
la etapa c). Por hinchar se entiende que en condiciones normales al menos 5% en peso de monómero o de comonómero pueden incorporarse físicamente al polímero o al copolímero de la etapa c).
De manera muy particularmente preferida se agrega al menos un comonómero de la fórmula general II
en cuyo caso las variables se definen tal como sigue:
R4 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10 no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o hidrógeno;
muy particularmente preferible hidrógeno y metilo;
R5 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10 no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o muy particularmente preferible hidrógeno.
R6 se selecciona de alquilo de C1-C10 no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo.
Según la etapa de d) se desea agregar una mezcla de comonómeros entonces es suficiente si al menos un comonómero es diferente del monómero o del comonómero de la etapa c). De esta manera es posible, por ejemplo, emplear estireno en la etapa c) y en la etapa d) una mezcla de metacrilamida y estireno.
En una modalidad de la presente invención, la proporción en peso del segundo monómero o de la segunda mezcla de comonómeros de la etapa d) al pigmento de la etapa a) se encuentra en el rango de 0,1 : 1 a 10 : 1, preferiblemente 0,5 : 1 a 7 : 1, particularmente preferible 2 : 1 a 5 : 1.
En total, la cantidad de monómeros o de comonómeros de la etapa c) y d) se selecciona de tal manera que la proporción de polímero o de copolímero al pigmento se encuentre en el rango de 1 : 2 a 5 : 1, preferiblemente en el rango de 2 : 1 a 4 : 1.
En la etapa d) se polimeriza o copolimeriza preferentemente en las condiciones de una polimerización en emulsión. Usualmente se usa al menos un iniciador en cuyo caso el iniciador o los iniciadores pueden seleccionarse de los mencionados previamente.
Puede emplearse al menos un emulsionante que puede ser catiónico o no iónico.
Emulsionantes no iónicos adecuados son, por ejemplo, mono-, di- y tri-alquilfenoles etoxilados (grado de etoxilación: 3 a 50, residuo de alquilo: C4-C12) así como alcoholes grasos etoxilados (grado de etoxilación: 3 a 80; residuo de alquilo: C8-C36). Ejemplo son las marcas Lutensol® de BASF Aktiengesellschaft y las marcas Triton® de Union Carbide.
Emulsionantes catiónicos adecuados son por lo regular sales primarias, secundarias, terciarias o cuaternarias de amonio, alcanolamonio, piridinio, imidazolinio, oxazolinio, morfolinio, tiazolinio que tienen un residuo de alquilo o aralquilo de C6-C18, o heterocíclico, así como sales de óxidos de amina, sales de quinolinio, sales de isoquinolinio, sales de tropilio, sales de sulfonio y sales de fosfonio. A manera de ejemplo pueden mencionarse acetato de dodecilamonio o el correspondiente hidrocloruro, los cloruros o acetatos de los diversos ésteres de ácidos 2-(N,N,Ntrimetilamonio)etilparafínico, cloruro de N-cetilpiridinio, sulfato de N-laurilpiridinio así como bromuro de N-cetil-N,N,Ntrimetilamonio, bromuro de N-dodecil-N,N,N-tri-metilamonio, cloruro de N,N-diestearil-N,N-dimetilamonio así como el surfactante gemini dibromuro de N,N’-(laurildimetil)etilendiamina. Otros ejemplos numerosos se encuentran en H. Stache, Tensid-Taschenbuch (Manual de surfactantes), editorial Carl-Hanser-Verlag, Múnich, Viena, 1981 y en McCutcheon’s, Emulsifiers & Detergents, MC Publishing Company, Glen Rock, 1989.
En una modalidad de la presente invención la cantidad del emulsionante se selecciona de tal manera que la proporción de masa entre el segundo monómero por la segunda mezcla de comonómeros, por una parte, y el emulsionante por otra parte, es mayor a 1, preferiblemente mayor a 10 y particularmente preferible mayor a 15.
El orden de la adición de los reactantes de la etapa de a) no es crítico.
En una modalidad de la presente invención el iniciador se adiciona cuando se ha producido una emulsión de apariencia lechosa, revolviendo, por ejemplo.
Como temperatura de polimerización pueden seleccionarse temperaturas en el rango de 20 a 100 °C, preferiblemente 50 a 85 °C. La temperatura seleccionada depende de la característica de descomposición del iniciador usado.
Las condiciones de presión en general no son críticas, por ejemplo son adecuadas presiones en el rango de la presión normal hasta 10 bar.
Como duración de la polimerización o copolimerización en la etapa d) puede seleccionarse una duración en el rango de 30 minutos hasta 12 horas, preferiblemente de 2 a 3 horas.
En una modalidad de la presente invención en la etapa d) como monómero pueden adicionarse hasta 20% en peso, preferiblemente 2 a 10% en peso, respecto de monómeros o comonómeros de la etapa d), de al menos un compuesto de la fórmula general Va hasta Vb, en los cuales las variables se definen al como sigue:
R10 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10 no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o hidrógeno;
muy particularmente preferible hidrógeno y metilo;
R11 se selecciona de
- -
- alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo;
- -
- o muy particularmente preferible hidrógeno.
R12 se selecciona de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo,
- -
- o muy particularmente preferible hidrógeno.
X se selecciona de
- -
- hidrógeno,
- -
- glicidilo
- -
- grupos con grupos amino terciarios, por ejemplo NH(CH2)b-N(CH3)2, en cuyo caso b es un número entero en el rango de 2 a 6,
- -
- grupos capaces de enolizarse que tienen 1 a 20 átomos de C, por ejemplo acetoacetilo
15 Donde
R13 se selecciona de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo, ter.-butilo, n-pentilo, iso-pentilo, sec.-pentilo, neo-pentilo, 1,2-dimetilpropilo, iso-amilo, n-hexilo, iso-hexilo, sec.-hexilo, n-heptilo, n-octilo, 2-etilhexilo, n-nonilo, n-decilo; particularmente preferible alquilo de C1-C4 como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, sec.-butilo y ter.-butilo.
20 Muy particularmente se prefiere en la fórmula Va o V b que R10 se seleccione de hidrógeno y metilo y R11 y R12 sean respectivamente hidrógeno.
En otra modalidad de la presente invención en la etapa d) como comonómeros pueden usarse: respectivamente 1 a 20, preferiblemente hasta 5% en peso de (met)-acrilonitrilo, (met)-acrilamida, (met)acrilato de ureido, (met)acrilato de 2-hidroxietilo, (met)acrilato de 2-(N,N-dimetilamino)etilo, (met)acrilato de 3-hidroxipropilo, (met)acrilato de 3-(N,N
25 dimetilamino)propilo, ácido acrilamidopropansulfónico, ramificado o no ramificado, sales de metal alcalino y principalmente sal sódica del ácido vinilosulfónico.
En una modalidad de la presente invención la segunda mezcla de comonómeros se selecciona de tal manera que contenga en el rango de 0,1 a 3 % en peso, respecto de la cantidad de pigmento en forma de partículas, de uno o varios ácidos carboxílicos insaturados de la fórmula VI
En cuyo caso, en la fórmula VI las variables se definen tal como se hizo previamente.
En una modalidad de la presente invención el segundo monómero o la segunda mezcla de comonómeros se seleccionan de tal modo que en la etapa d) se produzca un polímero o copolímero con una temperatura de transición vítrea Tg de -30°C.
En una modalidad preferida de la presente invención se emplea pigmento tratado en mezcla con polímero o copolímero, el cual se deriva de monómeros o mezclas de comonómeros de la etapa d). El polímero o copolímero derivado de monómeros o comonómeros de la etapa d) se produce preferentemente en forma de partículas esféricas. Las partículas caracterizadas de esta manera también se llaman en lo sucesivo partículas poliméricas libres de pigmento.
En una modalidad preferida la proporción de peso entre (A) y las partículas poliméricas libres de pigmento se encuentra en el rango de 10 : 0,1 a 10 : 20, preferiblemente de 10 : 0,5 a 10:4.
En una modalidad preferida, los radios promedio r(partículas poliméricas libres de pigmento) son más pequeños que los radios promedio r(A), en cada caso respecto del promedio en número. La proporción de radios
puede encontrarse, por ejemplo, en el rango de 1,2 a 10, preferiblemente en el rango de 1,5 a 5.
El proceso de la invención para colorear sustratos celulósicos puede realizarse según métodos conocidos per se. Si se desea colorear, por ejemplo, papel, cartulina o cartón, entonces el proceso de la invención puede realizarse de tal manera que se ponga en contacto una formulación no acuosa o preferentemente acuosa que contiene al menos un pigmento tratado en forma de partículas, con papel, cartulina o cartón, por ejemplo mediante recubrimiento, aspersión, inmersión o empapándose.
En una modalidad preferida de la presente invención se adiciona al menos un pigmento tratado en forma de partículas un precursor de papel, preferiblemente a la pasta de papel..
La pasta de papel puede contener, por ejemplo, 2 a 10 % en peso, preferentemente de pulpa blanqueada y 90 a 98 % en peso de agua y preferentemente no contiene otros auxiliares.
Puede adicionarse pigmento tratado a la pasta de papel, por ejemplo en cantidades de 0,001 a 1 % en peso, respecto de la pasta de papel total y a continuación procesar de acuerdo con métodos conocidos per se.
Si se desea colorear, por ejemplo, madera o sustratos que contienen madera, entonces puede operarse a presión normal, a presión elevada, por ejemplo a 1,1 a 20 bar, preferiblemente 10 bar, o a presión reducida, por ejemplo a 50 a 800 mbar, preferiblemente a 100 a 650 mbar, o a combinaciones de diversas condiciones de presión. Ejemplos de procesos adecuados a presión normal son procesos de inmersión y de impregnado tales como, por ejemplo, el proceso de succión en tanque abierto, el proceso de prensado-succionado en tanque abierto, impregnado en tanque abierto, proceso de impregnado en caliente y en frío y el proceso de inserción. Ejemplos de procesos a presión elevada son el proceso a presión en tanque. Ejemplos de procesos a presión reducida son el proceso al vacío, el proceso al doble vacío y el proceso de Boucherie. Ejemplos de procesos que emplean combinaciones de diversas condiciones de presión son el proceso de presión alterna, el proceso de Rüping y el proceso de presión-succión en tanque. Para emplear combinaciones de presión elevada y presión reducida pueden emplearse condiciones oscilantes; por esta se entienden, en el contexto de la presente invención, múltiples cambios repetidos de presión reducida en los rangos previamente mencionados hacia presión elevada en los rangos mencionados previamente. El número de cambios de presión no es crítico per se, por ejemplo las condiciones de presión pueden cambiarse de dos veces hasta 500 veces.
Como temperatura para la realización del proceso de la invención para colorear madera son adecuadas, por ejemplo, de 10 a 20 °C y preferiblemente temperatura ambiente.
En una modalidad de la presente invención se aplican aproximadamente 0,1 a 50 kg de pigmento tratado /m3, preferiblemente hasta 30 kg de pigmento tratado /m3 de madera. Esta modalidad se prefiere si se desea operar, por ejemplo, con procesos a presión.
En una modalidad de la presente invención se aplican 0,01 a 20 g de pigmento tratado /m2 de superficie de madera. Esta modalidad se prefiere si se desea operar, por ejemplo, en proceso de inmersión.
En una modalidad de la presente invención, se aplica pigmento tratado en forma de partículas que está envuelto al menos parcialmente con al menos un copolímero catiónico, junto con uno o varios agentes de protección de madera. Son adecuados, por ejemplo, agentes de protección de madera como se revelan en EP-A 0 316 602. Pueden aplicarse superficialmente 200 a 600 g de agentes de protección de madera por m2 de superficie de madera, por ejemplo en forma de un proceso de inmersión. En los procesos en los cuales se opera con presión, tal como en el proceso de vacío-presión, puede emplearse, por ejemplo, 1500 a 7000 kg de agentes de protección de madera por m3 de madera.
Como duración del contacto pueden seleccionarse, por ejemplo, 10 segundos hasta 48 horas, preferiblemente 20 segundos hasta 24 horas.
Otro objeto de la presente invención son sustratos celulósicos coloreados que pueden obtenerse según el proceso de la invención. Se caracterizan por un brillo particular de los colores, baja tendencia al corrimiento de un color sobre otro y, en el caso de madera coloreada de acuerdo con la invención, por una buena solidez a la luz y resistencia a la intemperie.
La invención se ilustra mediante ejemplos de trabajo.
Observaciones previas generales:
n-C18H37-(OCH2CH2)25-OH es n-octadecanol etoxilado con óxido de etileno, preparado según el siguiente procedimiento:
242 g de n-octadecanol y 0,1 mol de escamas de KOH se deshidrataron en una autoclave a una temperatura de 100 °C y una presión de 1 mbar en un tiempo de 2 horas, a continuación se despresurizar con nitrógeno y se purgó tres veces con nitrógeno y a continuación se calentó a 130 °C en la autoclave. Después de alcanzar la temperatura en el transcurso de 3 horas y 20 minutos se dosificaron continuamente 1100 g de óxido de etileno a una presión de hasta 6,1 bar. Después de adicionar completamente se dejó reaccionando hasta lograr que la presión fuera constante. A continuación se enfrió a 100°C y desgasificó en el autoclave a 1 mbar durante 60 min y el producto de reacción se desembarazó a 70 °C. El rendimiento fue de 1337 g.
La temperatura de transición vítrea se determinó con ayuda de un aparato de DSC, DSC822 (serie TA8200) de Mettler-Toledo con un auto muestreador TSO 801RO. El aparato de DSC estaba equipado con un sensor de temperatura FSR5. Se operó de acuerdo con DIN 53765.
I. Tratamiento de pigmento en forma de partículas
I a) dispersión de pigmento con surfactante no iónico
I: 1a) dispersión de un pigmento azul con un surfactante no iónico
En un molino de esferas, con agitación, del tipo Drais Superflow DCP SF 12 se molieron entre sí:
1800 g de Pigment Blau 15:3
450 g de n-C18H37O(CH2CH2O)25H
24 g de glutardialdehído
30 g de tetrametilolacetilendiurea
3696 g de agua destilada
La molienda continuó hasta que las partículas de pigmento presentaron un diámetro promedio de 130 nm.
Se obtuvo una dispersión I 1a) de pigmento en forma de partículas y surfactante no iónico.
I. 2a) Dispersión de un pigmento amarillo con un surfactante no iónico
En un molino de esferas con agitación del tipo Drais Superflow DCP SF 12 se molieron entre sí:
1800 g de pigmento amarillo 138
450 g de n-C18H37O(CH2CH2O)25H
24 g de glutardialdehído 30 g de tetrametilolacetilendiurea 3696 g de agua destilada La molienda continuó hasta que las partículas de pigmento presentaron un diámetro promedio de 130 nm. Se obtuvo la dispersión I 2a) de pigmento en forma de partículas y surfactante no iónico.
I. 3a) Dispersión de un pigmento negro con un surfactante no iónico En un molino de esferas con agitación del tipo Drais Superflow DCP SF 12 se molieron entre sí: Pigmento negro 1800g de Pigment Black 7
450g de n-C18H37O(CH2CH2O)25H
3696 g de agua destilada
La molienda continuó hasta que las partículas presentaron un diámetro promedio de 150 nm. Se obtuvo la dispersión I 3a) de pigmento en forma de partículas y surfactante no iónico. I b) Mezcla con agua
I. 1 b) Mezcla de I 1a) con agua
En un tanque de 1 l con agitador, alimentación de nitrógeno y tres dispositivos de dosificación se mezclaron revolviendo 213,3g de la dispersión de I. 1a) con 262,2 g de agua desmineralizada. Se adicionaron 5,8 g de solución acuosa al 40% en peso de sulfato de oleilamonio metil-cuaternizado, etoxilado (en promedio 5 unidades de óxido de etileno por molécula) y 32 g de estireno y se ajustó a un valor de pH de 4 con ácido fórmico.
Se obtuvo la mezcla I. 1 b) de pigmento en forma de partículas en medio acuoso.
I. 2b) Mezcla de I 2a) con agua
En un tanque de 1 l con agitador, alimentación de nitrógeno y tres dispositivos de dosificación se mezclaron revolviendo 213,3 g de la dispersión de I. 2a) con 262,2 g de agua desmineralizada. Se adicionaron 5,8 g de una solución acuosa al 40 % en peso de sulfato de oleilamonio metil-cuaternizado, etoxilado (en promedio 5 unidades de óxido de etileno por molécula) y 32 g de estireno y se ajustó a un valor de pH de 3,1 con ácido fórmico.
Se obtuvo la mezcla I 2b) de pigmento en forma de partículas en medio acuoso
I. 3b) Mezcla de I 3a) con agua
En un tanque de 1 l con agitador, alimentación de nitrógeno y tres dispositivos de alimentación se mezclaron revolviendo 213,3 g de la dispersión de I. 3a) con 262,2g de agua desmineralizada. Se adicionaron 5,8 g de solución acuosa al 40 % en peso de sulfato de oleilamonio metil-cuaternizado, etoxilado (en promedio 5 unidades de óxido de etileno por molécula) y 32 g de estireno y se ajustó a un valor de pH de 4 con ácido fórmico.
Se obtuvo la mezcla I 3b) de pigmento en forma de partículas en medio acuoso
I c) Polimerización
I. 1c) Polimerización de I 1b)
A través de la mezcla de la etapa I. 1b) se condujo nitrógeno durante 1 hora. A continuación se calentó a 85 °C. Después se adicionaron 1,6 g de hidroperóxido de ter.-butilo (10 % en peso en agua) y 1,6 g de HOCH2SO2Na.
Se observa la formación de un polímero hidroinsoluble sobre el pigmento azul en forma de partículas.
I. 2c) Polimerización de I 2b)
A través de la mezcla de la etapa I. 2b) se condujo nitrógeno durante 1 hora. A continuación se calentó a 85 °C.
Después se adicionaron 1,6 g de hidroperóxido de ter.-butilo (10 % en peso en agua) y 1,6 g de HOCH2SO2Na.
Se observa la formación de un polímero hidroinsoluble sobre el pigmento amarillo en forma de partículas.
I. 3c) Polimerización de I 3b)
A través de la mezcla de la etapa I. 3b) se condujo nitrógeno durante 1 hora. Después se calentó 85 °C. Después se
adicionaron 1,6 g de hidroperóxido de ter.-butilo (10 % en peso en agua) y 1,6 g de HOCH2SO2Na.
Se observa la formación de un polímero hidroinsoluble sobre pigmento negro en forma de partículas.
I d) Agregar una emulsión de comonómeros y otra copolimerización
I. 1d) Agregar una emulsión de comonómeros y otra copolimerización a I. 1c)
15 minutos después de la adición de hidroperóxido de ter.-butilo y HOCH2SO2Na de acuerdo con la etapa I. 1c) se adicionó una mezcla durante 90 minutos que estaba compuesta tal como sigue: 224 g de agua desmineralizada 12 g de solución acuosa de sulfato de oleilamonio metil-cuaternizado etoxilado (en promedio 5 unidades de óxido de
etileno por molécula) (40 % en peso) 3,2 g de ácido acrílico 14,4 g de dimetilaminopropilmetacrilamida 24 g de acrilato de n-butilo 44,8 g de acrilato de etilo 73,6 g de metacrilato de metilo Simultáneamente se inició con la adición de una solución de 3,2 g de 2,2’-azobis(2-amidinopropan)dihidrocloruro en
133,3 g de agua y se realizó la adición durante 105 minutos. Durante la adición la temperatura se mantuvo en 85 °C. Después de finalizar la adición se revolvió aún por 30 minutos a 85 °C y a continuación, a fin de desodorizar, se dosificó simultáneamente una solución de 5,5 g de hidroperóxido de ter.-butilo (70% en agua) en 18 g de agua
desmineralizada y una solución de 3,5 g de HOCH2SO2Na en 20 g de agua desmineralizada durante un lapso de 90 minutos. Después se enfrió a temperatura ambiente. A continuación, la dispersión acuosa obtenida de esta manera se filtró a través de una rejilla de 125-mm. Se obtuvo
la dispersión D.1.1. El contenido de sólidos de la dispersión D.1.1 fue de 25%. La distribución de diámetros de partícula se determinó con ayuda de un aparato Autosizer IIC de la empresa de acuerdo con ISO 13321 y dio lugar a máximos en 133 y 120 nm. La temperatura de transición vítrea Tg se determinó en 17°C.
I. 2d) Agregar una emulsión de comonómeros y otra copolimerización a I. 2c)
15 minutos después de la adición de hidroperóxido de ter.-butilo y HOCH2SO2Na de acuerdo con la etapa I. 2c)
durante un lapso de 90 minutos se adicionó una mezcla que estaba compuesta tal como sigue:
224 g de agua desmineralizada
12 g de solución acuosa de sulfato de oleilamonio cuaternizado, etoxilado (en promedio 5 unidades de óxido de
etileno por molécula) (40 % en peso) 3,2 g de ácido acrílico
14,4 g de dimetilaminopropilmetacrilamida
24 g de acrilato de n-butilo
44,8 g de acrilato de etilo
73,6 g de metacrilato de metilo.
Simultáneamente se inició con la adición de una solución de 3,2 g de dihidrocloruro de 2,2’-azobis(2amidinopropano) en 133,3 g de agua, y se realizó la adición durante un lapso de 105 minutos. Durante la adición se mantuvo la temperatura en 85 °C.
Después de finalizar la adición se revolvió por 30 minutos más a 85 °C y a continuación, a fin de desodorizar, se dosificó simultáneamente una solución de 5,5 g de hidroperóxido de ter.-butilo (70 % en peso en agua) en 18 g de agua desmineralizada y una solución de 3,5 g de HOCH2SO2Na en 20 g de agua desmineralizada durante un lapso de 90 minutos. Después se enfrió a temperatura ambiente.
A continuación se filtró la dispersión acuosa obtenida de esta manera a través de una rejilla de 125-mm. Se obtuvo la dispersión D.2.1. El contenido de sólidos de la dispersión D.2.1 fue de 25,6 %. La distribución de diámetros de partícula se determinó con ayuda de un aparato Autosizer IIC de la empresa Malvern de acuerdo con ISO 13321 y dio lugar a máximos en 147 y 128 nm. La temperatura de transición vítrea se determinó en 17°C.
I. 3d) Agregar una emulsión de comonómeros y otra copolimerización a I. 3c)
15 minutos después de adicionar hidroperóxido de ter.-butilo y HOCH2SO2Na según la etapa I. 3c) se adicionó una mezcla durante un lapso de 90 minutos la cual estaba compuesta tal como sigue: 224 g de agua desmineralizada 12 g de solución acuosa de sulfato de oleilamonio metil-cuaternizado, etoxilado (en promedio 5 unidades por
molécula) (40 % en peso) 3,2 g de ácido acrílico 14,4 g de dimetilaminopropilmetacrilamida 24 g de acrilato de n-butilo 44,8 g de acrilato de etilo 73,6 g de metacrilato de metilo. Simultáneamente se inició con la adición de una solución de 3,2 g de dihidrocloruro de 2,2’-azobis (2
amidinopropano) en 133,3 g de agua, y la visión se realizó durante un lapso de 105 minutos. Durante la adición se
mantuvo la temperatura de 85 °C. Después de finalizar la adición se revolvió por 30 minutos más a 85 °C y a continuación, a fin de desodorizar, se dosificó simultáneamente una solución de 5,5 g de hidroperóxido de ter.-butilo (70 % en peso en agua) en 18 g de agua desmineralizada y una solución de 3,5 g de HOCH2SO2Na en 20 g de agua desmineralizada durante un lapso de 90 minutos. Después se enfrió a temperatura ambiente.
A continuación la dispersión acuosa obtenida de esta manera se filtró a través de una rejilla de 125-mm. Se obtuvo la dispersión D.3.1. El contenido de sólidos de la dispersión D.3.1 fue de 25,6 %. La distribución de diámetros de partículas se determinó con ayuda de un aparato Autosizer IIC de la empresa Malvern de acuerdo con ISO 13321 y dio lugar a máximos en 143 y 382 nm. La temperatura de transición vítrea se determinó en 13°C.
II. Preparación de madera coloreada
II.1 Preparación de una formulación
Se preparó una formulación mezclando en un recipiente:
50 g de n-dodecildimetilamina 10 g de ácido 2-etilhexanoico 15 g de ácido fosfónico 25 g de propilenglicol Se obtuvo la formulación F-1.
II.2 Preparación de soluciones para impregnar
II.2.1 Preparación de una solución azul para impregnar
Se preparó una solución acuosa de impregnación T-1, mezclando 30 l de agua con 303 g de la dispersión D.1.1 y 303 g de F-1.
II.2.2 Preparación de una solución de impregnación amarilla
Se preparó una solución acuosa de impregnación T-2 mezclando 30 l de agua con 303 g de la dispersión D.2.1 y 303 g de F-1.
II.2.3 Preparación de una solución de impregnación negra
Se preparó una solución acuosa de impregnación T-3 mezclando 30 l de agua con 303 g de la dispersión D.3.1 y 303 g de F-1.
II.2.4 Preparación de soluciones de impregnación de comparativas En un molino de esferas con agitación del tipo Drais Superflow DCP SF 12 se mezclaron 500 g de Pigment Green
36, 200 g de una solución al 90% en peso de isotridecanol etoxilado con 10 equivalentes, en promedio, de óxido de etileno 100 g de propilenglicol 200 g de agua. Se mezclaron 90 g de la dispersión de pigmento obtenida de esta manera con 303 g de F-1 y 30 l de agua. Se
obtuvo la solución de impregnación comparativa V-T-4.
II.3 Coloración de madera de pino, procedimiento general en el ejemplo de una coloración azul
0,02 m3 de madera (pino, con forma de tabla, cepilladas, largo/ancho/grueso 50 cm/20 cm/3 cm) se impregnó con 30 l de solución de impregnación T-1 en el método a presión en tanque a temperatura ambiente según los siguientes parámetros:
una hora de vacío previo (200 mbar),
dos horas a presión (8 bar)
A continuación se despresurizó, se enjuagó con agua y se secó durante dos días a temperatura ambiente. Se obtuvo madera H-T-1 coloreada de acuerdo con la invención.
Se estudió la compatibilidad con la solución de agente protector de madera, la tintura de la madera, la penetración de la solución de impregnación dentro de la madera, el comportamiento de la coloración en colorantes ya presentes, la estabilidad de la solución de impregnación al colorear (impregnación) y la eliminación de la tintura a la intemperie. Los resultados se recopilan en la tabla 1.
Para investigar la eliminación de la pintura a la intemperie se almacenó la madera coloreada según la invención y la madera comparativa al aire libre con un ángulo de inclinación de 45°, dirigido hacia el sur oeste, durante un mes de verano (julio).
En otros experimentos se procedió de manera análoga, aunque la solución de impregnación T-1 se reemplazó por T2, T-3 o V-T-4. Se obtuvo madera coloreada de acuerdo con la invención H-T-2 (amarilla), H-T-3 (negra) y madera comparativa V-H-T-4.
Tabla 1: resultados de los experimentos de coloreado (con comentarios de la impresión óptica)
- H-T-1
- V-H-T-4
- Compatibilidad, estabilidad al almacenamiento [nota]
- 5 (prácticamente no hay sedimentación de las partículas de pigmento) 4 (ligera sedimentación de las partículas de pigmento)
- Trituración de la madera [nota]
- 5 (recubriendo de modo uniforme) 3 (ligeramente nuboso, no recubriendo de manera uniforme)
- Comportamiento de penetración [nota]
- 4 (visible) 2 (el pigmento se encuentra encima y bloquea los poros)
- Estabilidad al colorear [nota]
- 4 (solución de impregnación permanece estable) 3-4 (solución de impregnación permanece casi estable)
- Reducción de la trituración a la intemperie
- 4 (buena cobertura de color) 2 (cobertura de color no uniforme, en pocos sitios de cobertura la madera se deja entrever gris)
- Notas: 5 (muy bien), 4 (bien), 3 (suficiente), 2 (deficiente), 1 (insatisfactorio)
III. Preparación de papel coloreado
La preparación de papel coloreado se realizó de acuerdo con el siguiente procedimiento general (en el ejemplo de D.1.1):
Una mezcla de 70 % en peso pulpa sulfatada de pino blanqueada y 30 % en peso de pulpa sulfatada de abedul blanqueada se murió en un refinador de laboratorio a 1° de molienda de 22° según Schopper-Riegler. Se obtuvo una mezcla de pulpa molida con un contenido seco de 10,3 % en peso, determinado mediante secado en estufa.
En un vaso de vidrio se cargaron inicialmente 48,5 g de mezcla de pulpa molida (correspondientes a 5 g de masa seca) y se suspendieron en un total de 250 ml de agua potable. A la suspensión de pulpa obtenida de esta manera se adicionaron 0,5 g de la dispersión D1.1. Se revolvió durante cinco minutos y se diluyó con agua potable hasta un total de 3 l. Después se preparó una hoja de papel con un formador de hojas de la empresa Rapid-Köthen (gramaje: 150 g/m2). La hoja se pensó y se secó entre los papeles de filtro 85 °C sobre un cilindro de acero. La coloración obtenida se inspeccionó visualmente y se evaluó según CIE-LAB. El filtrado se recogió y se inspeccionó visualmente. Se obtuvo el papel coloreado de acuerdo con la invención P1.
En otros experimentos se procedió de manera análoga aunque la dispersión D.1.1 se reemplazó por D.2.1, D.3.1 y por una dispersión comparativa V-D4. Se obtuvo papel coloreado P2 según la invención (amarillo), P3 (negro) y papel comparativo V-P4.
Para realizar el experimento comparativo para colorear el papel, en lugar de una dispersión empleada según la invención del pigmento tratado, se emplearon 0,05 g de una dispersión comparativa V-D4, la cual se obtuvo tal como sigue:
en un molino de esferas con agitación del tipo Drais Superflow DCP SF 12 se mezclaron 400 g de Pigment Blau 15:1
80 g de n-C18H37O(CH2CH2O)25H
70 g de dietilenglicol
450 g de agua desmineralizada
Se procedió tal como se describió previamente aunque se reemplazó D.1.1 por la dispersión comparativa V-D4. Se observó que a pesar de la baja cantidad de colorante en el experimento comparativo el filtrado estaba intensamente coloreado. Cantidades superiores de colorante no condujeron a una mayor absorción del colorante.
Tabla 2: Evaluación de los papeles según la invención y de la eficiencia de tintura
- Colorante
- L a* b* Filtrado de tintura
- P1
- 62,1 -21,3 36,0 Débil
- P2
- 92,8 -10,7 66,4 Débil
- P3
- 47,6 0,7 2,4 Débil
- V-P4
- 59.7 -21.0 -27.6 Muy fuerte
Los teñidos se caracterizan por su brillo, alta solidez al corrimiento de color y alta solidez a la luz.
Las dispersiones D.1.1, D.2.1 o D.3.1 son invisibles entre sí sin problemas. De esta manera pueden producirse, por ejemplo, tonos verdes brillantes, intensos, mezclando amarillo y azul. Las dispersiones D.1.1, D.2.1 o D.3.1 son estables, ejemplo, durante un lapso de 10 semanas a temperaturas, por ejemplo, de 4°C y 50 °C.
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Método para colorear sustratos celulósicos, caracterizado porque los sustratos que van a colorearse por sus precursores se ponen en contacto con al menos un pigmento en forma de partículas, tratado, el cual está envuelto al menos parcialmente con al menos un copolímero catiónico, preparado de acuerdo con un método que comprende los siguientes pasos:a) dispersar al menos un pigmento en forma de partículas con al menos un surfactante no iónico,b) mezclar la dispersión de pigmento en forma de partículas y surfactante no iónico, obtenida de esta manera, con medio acuoso,c) polimerizar al menos un primer monómero o copolimerizada una primera mezcla de comonómeros en presencia de una mezcla según b), en cuyo caso el polímero o copolímero hidroinsoluble se forma sobre la superficie del pigmento en forma de partículas,d) agregar al menos un segundo monómero o una segunda mezcla de comonómeros y polimerizar o copolimerizada, con la condición de que no se abarcan métodos para estampar.
-
- 2.
- Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los copolímeros catiónicos son copolímeros que están compuestos de al menos un comonómero no iónico y al menos un comonómero que presenta al menos un átomo de nitrógeno protonizable por molécula.
-
- 3.
- Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la etapa d) se prepara un polímero o copolímero con una temperatura de transición vítrea Tg de -30°C o mayor.
-
- 4.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los pigmentos en forma de partículas se seleccionan de negro de humo, carbonato de calcio, caolín y pigmentos orgánicos.
-
- 5.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer monómero en la etapa c) es un compuesto aromáticos de vinilo o un compuesto de la fórmula general I,
en cuyo caso en la fórmula I las variables se definen tal como sigue: R1 se selecciona de hidrógeno, alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado, R2 se selecciona de hidrógeno, alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado, R3 se selecciona de alquilo de C4-C10, no ramificado o ramificado. -
- 6.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la primera mezcla de comonómeros es una mezcla de al menos un compuesto aromáticos de vinilo y al menos un compuesto de la fórmula general I.
-
- 7.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en un compuesto de la fórmula general I R1 y R2 se seleccionan iguales a hidrógeno.
-
- 8.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque como segundo monómero se adiciona un monómero de la fórmula general II
En cuyo caso las variables en la fórmula II se definen tal como sigue:R4 se selecciona de hidrógeno, de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado,R5 se selecciona de hidrógeno, de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado,5 R6 se selecciona de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado. -
- 9.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la segunda mezcla de comonómeros contiene al menos un monómero de la fórmula general II.
-
- 10.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en un compuesto de la fórmula general II R4 se selecciona igual a hidrógeno o metilo y R5 igual a hidrógeno.
10 11. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque en la segunda mezcla de comonómeros está contenido al menos un comonómero seleccionado de un compuesto aromáticos de vinilo y un compuesto de la fórmula general I. - 12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en la etapa d) está contenidohasta 20 % en peso, respecto de la segunda mezcla de comonómeros, de al menos un compuesto de la fórmula Va 15 o VbEn cuyo caso las variables se definen tal como sigue:R10 a R12 son iguales o diferentes y se seleccionan de hidrógeno y de alquilo de C1-C10, no ramificado o ramificado,X se selecciona de hidrógeno, glicidilo, grupos protonizable es con grupos amino terciarios y grupos capaces de 20 enolizarse que tienen 1 a 20 átomos de C.
-
- 13.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque los sustratos celulósicos son madera.
-
- 14.
- Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque sustratos celulósicos son papel que contienen madera o papel llamado libre de madera y los precursores de papel son pasta de papel.
25 15. Sustratos celulósicos coloreados, que pueden obtenerse según un método de acuerdo con la reivindicación 1 a - 12.
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