ES2927031T3 - Método para la oxidación superficial de nanopartículas de negro de carbono y dispersiones que las comprenden - Google Patents

Método para la oxidación superficial de nanopartículas de negro de carbono y dispersiones que las comprenden Download PDF

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Abstract

Un método para la oxidación superficial del negro de carbón comprende mezclar continuamente una solución o suspensión del negro de carbón en un solvente orgánico o de otro tipo con un vehículo líquido que contiene un reactivo para la oxidación superficial del negro de carbón en un reactor de mezcla en contracorriente para obtener la reacción. del negro de humo con el reactivo y la formación de un negro de humo oxidado en la superficie como una dispersión de nanopartículas en la mezcla de vehículo líquido y disolvente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para la oxidación superficial de nanopartículas de negro de carbono y dispersiones que las comprenden
La presente invención se refiere a un método para preparar un negro de carbono oxidado en la superficie.
Las dispersiones de nanopartículas se pueden utilizar como concentrados de tinta para la impresión digital por chorro de tinta. De acuerdo con lo anterior, la presente invención también se refiere a composiciones de tinta que contienen un negro de carbono oxidado en la superficie para la impresión digital por inyección de tinta.
La producción de concentrados de tinta adecuados para la impresión digital por chorro de tinta actualmente requiere la molienda de pigmentos sólidos o colorantes hasta un tamaño de nanopartícula adecuado y la posterior dispersión de las nanopartículas en un líquido portador adecuado que contiene estabilizadores, tal como un agente humectante o un dispersante.
La producción es un proceso por lotes que a menudo requiere mucho tiempo y es costoso, sobre todo porque la molienda requerida generalmente es prolongada y consume mucha energía y grandes cantidades de agua y solvente orgánico.
El negro de carbono es un material orgánico de gran área superficial amorfo que se produce por la combustión incompleta de hidrocarburos. Se utiliza como pigmento debido a su bajo albedo (una medida de cuanta luz se refleja). La composición exacta de un negro de carbono determinado puede variar, pero todos los negros de humo utilizados para la impresión por inyección de tinta poseen una capa exterior de especies de oxígeno quimisorbidas conocidas como contenido volátil (porque el contenido se puede expulsar a altas temperaturas, por ejemplo, por encima de 950°C).
Un alto nivel de contenido volátil es deseable para aplicaciones de recubrimiento y pigmentos porque la hidrofobicidad de la superficie es alta y permite una dispersión más fácil de partículas de negro de carbono en agua o solventes de base acuosa.
De acuerdo con lo anterior, un negro de carbono adecuado para un concentrado de tinta se prepara generalmente mediante la molienda del negro de carbono en nanopartículas seguido de la oxidación superficial de las nanopartículas de negro de carbono.
La oxidación superficial del negro de carbono, que proporciona dispersiones más estables de negro de carbono en solventes de base acuosa, se lleva a cabo como un proceso por lotes y, normalmente, implica mezclar el negro de carbono con una solución de hipoclorito básica (durante 48 horas).
La reacción química es altamente exotérmica y es tan difícil de controlar en el procesamiento por lotes que presenta un grave problema de salud y seguridad por el cual se deben tomar costosas medidas de precaución.
Además, el proceso por lotes tiende a producir negros de humo ligeramente diferentes de un lote a otro y el aislamiento de nanopartículas de negro de carbono de tamaño adecuado a menudo requiere técnicas de filtración costosas, tales como la ultrafiltración.
Más aún, los negros de humo producidos por el proceso por lotes no están necesariamente bien adaptados a la impresión por inyección de tinta y pueden requerir un procesamiento adicional para mejorar su dispersión y almacenamiento o para reducir dichos problemas como la obstrucción de las boquillas de inyección de tinta.
Por ejemplo, el documento JPH1036727 A1 divulga que se pueden obtener dispersiones mejoradas de negro de carbono oxidado en la superficie mediante dispersión con un tensioactivo catiónico soluble en agua basado en ciertas sales de trialquilamonio. El documento US 6468342 B1 divulga que se pueden obtener dispersiones mejoradas de negro de carbono oxidado en la superficie al lavar el contenido de metal alcalino. El documento US 2005/0120914 A1 divulga que se puede obtener una tinta de negro de carbono que no es propensa a obstruirse mediante la oxidación superficial de nanopartículas de negro de carbono de tamaño seleccionado con molienda concomitante que controla el crecimiento del tamaño de las nanopartículas. El documento US 2011/0316947 A1 divulga una tinta de negro de carbono que incluye una resina que proporciona una mejor fijación sobre el medio de grabación sin unirse a una placa de boquillas de inyección de tinta. La tinta se obtiene al injertar un polímero en un negro de carbono oxidado en la superficie seguido de molienda. El documento JP 2002129065 A1 divulga que el negro de carbono que tiene una excelente dispersabilidad en agua se puede obtener mediante una oxidación a alta temperatura (entre 120°C y 550°C) y alta presión (entre 4 MPa y 500000 MPa).
El documento JP3795961 divulga las composiciones que contienen (A) un negro de carbono oxidado obtenido al oxidar (i) negro de carbono con (ii) un ácido hipohaloso y/o su sal en estado húmedo y (B) un tensioactivo catiónico soluble en agua en un medio líquido acuoso. El componente A se obtiene al oxidar el componente (i) finamente disperso en agua utilizando el componente (ii).
El documento US6468342 divulga una dispersión de pigmento acuosa, que contiene negro de carbono modificado en la superficie que se obtiene al oxidar en húmedo el negro de carbono utilizando ácido hipohaloso y/o una sal del mismo, y un catión de metal alcalino, en el que la concentración del catión de metal alcalino no es más del 2 % por peso.
El documento US2005/120914 divulga un negro de carbono modificado obtenido al llevar a cabo el tratamiento de oxidación sobre un negro de carbono que tiene un diámetro de partícula primaria de 11 a 18 nm, un área de superficie específica BET de al menos 180 m2/g, una absorción de aceite DBP de al menos 180 ml/100 g, y un valor de la superficie específica BET (m2/g) dividido por la absorción de aceite de DBP (ml/100 g) de 0.75 a 1.3, en el que al menos se introducen grupos lactona y grupos carboxilo sobre la superficie del mismo, y la relación entre el diámetro medio de las partículas con el diámetro de las partículas primarias es de menos 8.5.
El documento US2004/244622 divulga un colorante dispersable que tiene una estabilidad de dispersión suficientemente alta con una alta densidad de grupos funcionales sobre la superficie y un componente de resina presente sobre la superficie, el componente de resina que no se separa de la superficie, y un método para producirlo simplemente.
El presente inventor ha encontrado sorprendentemente un proceso continuo para preparar un negro de carbono oxidado en la superficie que proporciona directamente dispersiones estables de negro de carbono modificado en la superficie que son muy adecuadas para la impresión por inyección de tinta.
El proceso continuo no solo evita los problemas mencionados anteriormente del procesamiento por lotes, sino que es sencillo de llevar a cabo. El proceso no requiere la molienda del negro de carbono inicial a nanopartículas y no necesita alta temperatura y presión o técnicas de filtración complejas u operaciones de intercambio de iones.
De acuerdo con lo anterior, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un método para la oxidación superficial del negro de carbono, el método comprende mezclar continuamente una solución o suspensión del negro de carbono en un solvente orgánico u otro con un portador líquido que contiene un reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono en un reactor de mezcla a contracorriente con lo que se obtiene la oxidación del negro de carbono con el reactivo y la formación de un negro de carbono oxidado en la superficie como una dispersión de nanopartículas en la mezcla de portador líquido y solvente.
Los reactores de mezcla en contracorriente adecuados incluyen los utilizados para la síntesis hidrotérmica de metales u óxidos de metales. Comprenden generalmente una entrada para una primera solución, una entrada para una segunda solución y una salida tanto para la primera como para la segunda solución.
El reactor de mezcla en contracorriente puede ser un reactor en forma de T o en forma de Y. Preferiblemente, sin embargo, es un reactor en el que la segunda entrada está diametralmente opuesta a la primera entrada y está dispuesta en la salida. Dicho reactor se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional WO 2005/077505 A2, WO 2014/111703 A2 y WO 2015/075439 A1 (todos los cuales se incorporan en su totalidad como referencia en este documento).
Por lo tanto, el reactor de mezcla en contracorriente puede, tener una configuración vertical en la que la primera entrada, la segunda entrada y la salida están dispuestas coaxialmente. La segunda entrada puede comprender una boquilla conformada, en particular, un embudo cónico.
El reactor de mezcla a contracorriente puede estar provisto de uno o más de un precalentador o enfriador para calentar o enfriar uno o ambos de la solución y el portador líquido.
El reactor de mezcla en contracorriente también puede estar provisto de uno o más enfriadores o diluyentes para apagar la oxidación en la dispersión de nanopartículas que sale del reactor.
Los componentes del reactor de mezcla en contracorriente se pueden construir a partir de cualquier material adecuado. Los materiales adecuados incluyen acero inoxidable y polímeros que contienen flúor, como un poli(fluoro)alcano, cuando el reactivo o la mezcla de reacción es corrosiva para el acero inoxidable.
En una realización, el método comprende cargar una solución o suspensión que contiene el negro de carbono hacia arriba a través de la primera entrada y cargar el portador líquido que contiene el reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono hacia abajo a través de la segunda entrada.
En otra realización, el método comprende cargar una solución o suspensión que contiene el negro de carbono hacia abajo a través de la segunda entrada y cargar el portador líquido que contiene el reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono hacia arriba a través de la primera entrada.
Cuando un reactivo requiera un compuesto auxiliar, tal como una base o un ácido, para la oxidación superficial, el compuesto auxiliar se puede proporcionar con la solución o suspensión que contiene negro de carbono o con el portador líquido que contiene el reactivo para la oxidación superficial.
La oxidación superficial del negro de carbono puede emplear cualquier reactivo que sea adecuado para la oxidación superficial del negro de carbono mediante procesamiento por lotes convencional. El reactivo puede ser, en particular, hipoclorito básico (por ejemplo, hipoclorito de sodio o hipoclorito de potasio). Otros reactivos adecuados incluyen uno o más agentes oxidantes tales como peróxido de hidrógeno, peroxodisulfato de diamonio (persulfato de amonio), ácido sulfúrico y ácido nítrico.
El método proporciona directamente dispersiones de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie donde las nanopartículas tienen un diámetro medio entre 1 nm y 500 nm, por ejemplo, entre 1 nm y 300 nm o entre 1 nm y 150 nm o entre 1 nm y 50 nm.
El método también proporciona directamente dispersiones de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tienen polidispersidad unimodal. El índice de polidispersión de diseminación de luz dinámica (DLS) de estas dispersiones de nanopartículas es estrecho y puede, en particular, estar entre 0.1 y 3.0, por ejemplo, 2.0 o menos, o incluso 1.0 o menos.
El método además proporciona directamente dispersiones de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tienen un diámetro medio D50 o D97 entre 10 nm y 300 nm, por ejemplo, entre 10 nm y 150 nm, y en particular, entre 1 nm y 50 nm.
Las dispersiones de nanopartículas pueden presentar un diámetro medio D50, D90 o incluso D97 que es inferior al de las dispersiones de nanopartículas obtenidas por procesamiento por lotes.
Estas dispersiones de nanopartículas se pueden obtener independientemente del tamaño de partícula del negro de carbono de partida. El negro de carbono de partida puede, en particular, comprender partículas de diámetro medio entre 10 nm y 100 pm. Los negros de humo de partida adecuados, que generalmente son hidrofóbicos, incluyen NIPex® 160 IQ (tamaño promedio de partícula primaria 20 nm y número de absorción de aceite 128 ml/100 g según ASTM D2414; suministrado porGrolman Ltd (Reino Unido)).
El tamaño de partícula de las nanopartículas (y el área superficial), el grado de oxidación superficial del negro de carbono y la estabilidad de las dispersiones de nanopartículas se pueden controlar mediante la selección de uno o más de los parámetros del proceso para la oxidación en el reactor de mezcla a contracorriente y en menor medida, la selección del solvente orgánico u otro solvente y el portador líquido.
Los parámetros del proceso incluyen la cantidad de negro de carbono en la solución o suspensión, la temperatura y presión de cada solución o suspensión y el portador líquido, la relación de los caudales de la solución o suspensión y el portador líquido en el reactor, y los tiempos de residencia de la solución o suspensión y el portador líquido.
La selección también puede controlar el modo y/o la polidispersidad de la dispersión de nanopartículas y, en particular, el índice de polidispersidad de la dispersión de nanopartículas.
En realizaciones, el método se lleva a cabo a una temperatura del reactor entre 20°C y 120°C, por ejemplo, entre 20°C y 80°C o entre 20°C y 60°C o entre 20°C y 25°C.
En estas realizaciones, el método se puede llevar a cabo a presión ambiente o superior y, en particular, a presiones entre 1 bar (0.1 MPa) y 250 bar (25 MPa), por ejemplo, entre 1 bar (0.1 MPa) y 120 bar (12 Mpa) o entre 1 bar (0.1 MPa) y 100 bar (10 MPa) o a 1 bar (0.1 MPa)
En realizaciones, la concentración del negro de carbono de partida en la solución o suspensión puede estar entre el 5 % p/p y el 50 % p/p de sólidos de negro de carbono dependiendo del peso molecular del solvente orgánico u otro solvente. Puede estar, por ejemplo, entre el 5 % p/p y el 30 % p/p o entre el 5 % p/p y el 20 % p/p o entre el 5 % p/p y el 10 % p/p cuando el solvente es agua.
La relación de caudales del portador líquido a la solución o suspensión de negro de carbono (que se puede controlar mediante bombas proporcionadas con el reactor) puede estar entre 1:10 y 10:1, por ejemplo, entre 1:10 y 2: 1, 5:1 o 8:1.
El tiempo de residencia del negro de carbono en el reactor de mezcla en contracorriente (que se puede controlar al menos en parte mediante la selección de la longitud de la salida) puede estar entre 5 segundos y 120 minutos, por ejemplo, entre 5 segundos y 60 minutos o entre 30 segundos y 15 minutos o entre 30 segundos y 5 minutos.
En una realización, el método se lleva a cabo a una temperatura entre 20°C y 60°C a presión ambiente (0.1 MPa) con una relación de caudales de 2:1 y un tiempo de residencia de 15 minutos.
El método puede comprender además concentrar la dispersión al eliminar el solvente orgánico u otro solvente y, opcionalmente, al menos algo del portador líquido. El método puede comprender además eliminar el reactivo y/o subproducto de reacción sin reaccionar de la dispersión cuando uno o ambos están presentes.
El solvente orgánico, el reactivo sin reaccionar y/o el subproducto se pueden eliminar mediante cualquier método adecuado que incluye filtración, ultrafiltración, centrifugación y similares.
En una realización, el método comprende concentrar la dispersión mediante centrifugación en un gránulo y, después de lavar y secar en el horno, redispersar el negro de carbono oxidado en la superficie en un portador líquido adecuado. Tenga en cuenta que el método no requiere que la densidad de la solución o suspensión que contiene el negro de carbono sea diferente a la del portador líquido, pero el solvente orgánico u otro solvente que contiene el negro de carbono debe ser, al menos en parte, miscible con el portador líquido.
Obsérvese además que el solvente orgánico u otro solvente y el portador líquido no son necesariamente diferentes. El otro solvente y el portador líquido pueden ser el mismo y, en algunas realizaciones, ambos comprenden agua.
No es necesario utilizar el solvente orgánico u otro solvente o un portador líquido en un estado casi crítico o supercrítico. Sin embargo, el método puede utilizar un portador líquido tal como el agua en su estado casi crítico o supercrítico. El solvente orgánico u otro solvente puede ser un solvente líquido o gaseoso. Puede comprender cualquier solvente orgánico u otro adecuado, que incluye, pero no se limita a, agua, acetato de etilo, etanol, metanol, éter dietílico, tetrahidrofurano, dimetilformamida, sulfóxido de dimetilo, N-metil-2-pirrolidona, acetona, etilenglicol, propilenglicol y alcohol isopropílico, así como mezclas de los mismos.
El portador líquido puede ser agua o un portador de base acuosa. El portador de base acuosa puede comprender uno o más polioles, como etilenglicol, propilenglicol o un poliol que tenga al menos 5 átomos de carbono, tales como aquellos descritos en la Solicitud de Patente Internacional WO 2014/127050 A1.
Como se mencionó anteriormente, el método puede comprender concentrar la dispersión al eliminar sólo el solvente orgánico u otro solvente de la dispersión.
Alternativamente, el método puede comprender concentrar la dispersión al eliminar el solvente orgánico u otro solvente junto con parte o la totalidad del portador líquido.
La concentración se puede llevar a cabo por cualquier método adecuado, que incluyen la evaporación, tal como la evaporación rotatoria al vacío o al vacío parcial, la centrifugación, la filtración o la ultrafiltración.
En el caso de la evaporación, la eliminación del solvente orgánico u otro solvente se puede realizar a una primera temperatura y la eliminación del portador líquido se puede realizar a una segunda temperatura superior a la primera. El método también puede comprender la eliminación del reactivo o subproducto que no ha reaccionado cuando está presente. La eliminación del reactivo o subproducto se puede llevar a cabo mediante cualquier método adecuado que incluya centrifugación, filtración o ultrafiltración.
La eliminación puede requerir o resultar en el aislamiento de las nanopartículas de la dispersión. En ese caso, el método puede comprender además volver a suspender las nanopartículas en un portador líquido adecuado. Por supuesto, las nanopartículas se pueden lavar y/o secar antes de su resuspensión.
El método proporciona directamente una dispersión de nanopartículas en la que la concentración de nanopartículas del negro de carbono oxidado en la superficie está entre el 5 % p/p y el 50 % p/p. Puede estar, por ejemplo, entre el 5 % p/p y el 30 % p/p o entre el 5 % p/p y el 15 % p/p o entre el 5 % p/p y el 10 % p/p cuando el solvente es agua.
Por lo tanto, el método puede proporcionar una dispersión de nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie que se puede utilizar como un concentrado de tinta para la impresión por inyección de tinta sin tratamiento adicional.
El método proporciona un negro de carbono oxidado en la superficie que parece ser diferente del obtenido por una oxidación por lotes correspondiente de nanopartículas de negro de carbono.
El método puede proporcionar dispersiones de nanopartículas en las que el grado de oxidación superficial de las nanopartículas sea mayor o menor que el obtenido por el proceso por lotes correspondiente.
Las dispersiones pueden, en particular, tener un potencial zeta de magnitud mayor que o menor que la de la dispersión obtenida por el proceso por lotes correspondiente.
En una realización, en la que el reactivo es hipoclorito básico (por ejemplo, una mezcla de lejía e hidróxido de sodio o potasio), el método proporciona negro de carbono oxidado en la superficie en el que el grado de oxidación superficial del negro de carbono es menor que el obtenido por el proceso por lotes correspondiente.
La magnitud del potencial zeta de la dispersión obtenida por esta realización es menor que la de una dispersión obtenida por el proceso por lotes correspondiente (es decir, menos de aproximadamente 63.9 mV).
El método puede proporcionar dispersiones de nanopartículas que son igual o más estables que las dispersiones de nanopartículas obtenidas por el proceso por lotes correspondiente. Las dispersiones de nanopartículas pueden, en particular, ser estables a temperatura y presión ambiente estándar durante más de seis meses.
Sin pretender estar limitado por ninguna teoría, parece que la mayor estabilidad de las dispersiones de nanopartículas obtenidas por el método puede resultar de una distribución diferente de grupos funcionales sobre la superficie de las nanopartículas oxidadas en comparación con la obtenida por el proceso por lotes correspondiente.
Si bien cada negro de carbono oxidado en la superficie puede contener uno o más del grupo funcional carboxilato (-CO2" ), lactona, éter, fenol, carbonilo, éter, epóxido, anhídrido o quinona, las nanopartículas oxidadas en la superficie obtenidas por el presente método pueden tener un mayor contenido de fenol, éter y carbonilo (que se observa en la literatura como intermediarios para carboxilato en la oxidación de compuestos orgánicos aromáticos).
En la realización de hipoclorito básico, el contenido volátil de las nanopartículas oxidadas en la superficie (medido por desorción a temperatura programada en una atmósfera inerte de nitrógeno a una tasa de calentamiento de 3°C por minuto hasta aproximadamente 900°C) es un 5 % mayor o más, por ejemplo, entre un 10 % y un 50 % o entre un 10 % y un 20 % mayor en comparación con el contenido de volátiles de las nanopartículas oxidadas superficialmente obtenidas por el proceso por lotes correspondiente.
El método puede permitir el ajuste de las dispersiones de negro de carbono oxidado en la superficie no solo para la estabilidad de la tinta sino también para el rendimiento de la impresión por chorro de tinta.
Se puede proporcionar un concentrado de tinta o una tinta con una mejor adherencia a los medios de impresión por chorro de tinta en comparación con un concentrado de tinta o una tinta preparada a partir de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie obtenido a partir de un proceso por lotes correspondiente.
Tenga en cuenta que el método proporciona un negro de carbono oxidado en la superficie autodispersante y dispersiones estables de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie en solventes de base acuosa, sin necesidad de un agente humectante y/o un dispersante.
En otras palabras, el método proporciona dispersiones de nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie en el que la dispersión está sustancialmente libre de agente humectante y/o dispersante. En ese caso, las nanopartículas pueden consistir esencialmente en nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie.
No obstante, puede ser ventajoso proporcionar uno o más de un agente humectante y un dispersante en las dispersiones para facilitar el almacenamiento prolongado o un mejor rendimiento del chorro de tinta de la composición de tinta. Uno o más de un agente humectante y un dispersante se pueden introducir después de que el dispersante haya salido del reactor de mezcla a contracorriente mediante la adición a la dispersión existente o mediante la adición a la dispersión concentrada o mediante la adición a una dispersión reconstituida.
Alternativamente, uno o más de un agente humectante y un dispersante se pueden introducir en el reactor de mezcla en contracorriente. En ese caso, la solución o suspensión del negro de carbono puede contener uno o más de un agente humectante y un dispersante. Alternativa, o adicionalmente, el portador líquido puede contener uno o más de un agente humectante y un dispersante.
En una realización, el portador líquido contiene un agente humectante y el método comprende agregar un dispersante a la dispersión de nanopartículas antes de la eliminación del solvente orgánico y al menos parte del portador líquido. En otra realización, la solución o suspensión que contiene el pigmento orgánico y/o el portador líquido que contiene el reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono contiene solo un agente humectante.
Obsérvese que, si se utiliza uno o más de un agente humectante y un dispersante, la cantidad en masa puede ser sustancialmente menor que la cantidad en masa que se debe utilizar después de la oxidación superficial del negro de carbono mediante el procesamiento por lotes.
Cuando se utilizan uno o más de un agente humectante y un dispersante, el método puede proporcionar que la concentración del agente humectante en la dispersión final de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie esté entre 0.5 % peso/peso y 5.0 % peso/peso, por ejemplo, entre 0.5 % p/p y 3.0 % p/p
El método puede proporcionar, alternativa o adicionalmente, que la concentración de dispersante en la dispersión final de nanopartículas esté entre el 0.5 % p/p y el 5.0 % p/p, por ejemplo, entre el 0.5 % p/p y el 3.0 % p/p.
Uno o más de un agente humectante y un dispersante pueden comprender un tensioactivo aniónico o un tensioactivo no iónico que se utiliza convencionalmente para las composiciones de inyección de tinta.
Los tensioactivos aniónicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, sulfatos de alquilo, sulfatos de éter de alquilo, sulfonatos de alquilarilo (por ejemplo, un sulfonato de alquilbenceno lineal), sulfonatos de a-olefina, sales de metales alcalinos o de amonio de sulfatos de alquilo, de metales alcalinos o de amonio, sales de sulfatos de éter de alquilo, fosfatos de alquilo, fosfatos de silicona, sulfonatos de glicerol de alquilo, sulfosuccinatos de alquilo, tauratos de alquilo, sarcosinatos de alquilo, sarcosinatos de acilo, sulfoacetatos, ésteres de fosfato de alquilo, maleatos de monoalquilo, isotionatos de acilo, carboxilatos de alquilo, ésteres de fosfato, sulfosuccinatos, lignosulfonatos y combinaciones de los mismos.
Otros tensioactivos aniónicos adecuados incluyen laurilsulfato de sodio, lauriléter sulfato de sodio, laurilsulfosuccinato de amonio, laurilsulfato de amonio, lauriléter sulfato de amonio, dodecilbencenosulfato de sodio, dodecilbencenosulfato de trietanolamina, cocoilisotionato de sodio, lauroilisotionato de sodio y N-laurilsarcosinato de sodio.
Los tensioactivos no iónicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, mono y dialcanolamidas, óxidos de amina, alquil poliglucósidos, siliconas etoxiladas, alcoholes etoxilados, ácidos carboxílicos etoxilados, ácidos grasos etoxilados, aminas etoxiladas, amidas etoxiladas, alquilolamidas etoxiladas, alquilfenoles etoxilados, ésteres de glicerilo etoxilados, ésteres de sorbitán etoxilados, ésteres de fosfato etoxilados, copolímeros de bloque (por ejemplo, copolímeros de bloque de polietilenglicolpolipropilenglicol), estearato de glicol, estearato de glicerilo y combinaciones de los mismos.
En el presente documento se divulga una dispersión de nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie en un portador líquido que tiene un potencial zeta de una magnitud menor de aproximadamente 63.9 mV que se obtiene u puede obtenerse mediante el primer aspecto de la invención.
También se divulga en el presente documento una dispersión de nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie que tiene un diámetro medio entre 1 nm y 500 nm, en la que la dispersión tiene polidispersidad unimodal e índice de polidispersidad de diseminación de luz dinámica (DLS) entre 0.1 y 3.0. Las dispersiones divulgadas en el presente documento pueden tener un potencial zeta de una magnitud menor de aproximadamente 63.9 mV.
Las dispersiones divulgadas en este documento pueden estar sustancialmente libres de agentes humectantes y/o dispersantes.
En el presente documento también se divulga un concentrado de tinta para la impresión digital por chorro de tinta, que comprende las dispersiones divulgadas en el presente documento.
También se divulgan en el presente documento nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie capaces de proporcionar una dispersión en agua desionizada que tiene un potencial zeta de una magnitud menor de aproximadamente 63.9 mV que se obtienen o se pueden obtener mediante el primer aspecto de la invención.
También se divulgan en el presente documento nanopartículas de un negro de carbono oxidado con superficie que tiene un diámetro medio entre 1 nm y 500 nm y capaz de proporcionar una dispersión que tiene polidispersidad unimodal y un índice de polidispersidad entre 0.1 y 3.0. Las nanopartículas divulgadas en el presente documento pueden ser capaces de proporcionar una dispersión en agua desionizada que tenga un potencial zeta de una magnitud menor de aproximadamente 63.9 mV.
Tenga en cuenta que el potencial zeta se debe medir utilizando un método óptico, tal como la diseminación de luz electroforética, de acuerdo con ISO 13099-2; 2012 Métodos ópticos. Se puede, en particular, determinar utilizando un medidor de partículas Nano ZS Malvern Instruments (Zetasizer®) equipado con celda de potencial zeta a temperatura y presión estándar.
En el presente documento también se divulga una dispersión de las nanopartículas divulgadas en el presente documento en un portador líquido de base acuosa.
En el presente documento también se divulga un concentrado de tinta para la impresión digital por inyección de tinta, que comprende la dispersión de las nanopartículas divulgadas en el presente documento en un portador líquido de base acuosa.
También se divulga en el presente documento un método para la modificación de la superficie de un pigmento orgánico, el método comprende mezclar continuamente: una solución o suspensión del pigmento orgánico en un solvente orgánico u otro solvente con un portador líquido que contiene un reactivo para la modificación de la superficie del pigmento en un reactor de mezcla en contracorriente mediante el cual se obtiene la reacción del pigmento orgánico con el reactivo y la formación de un pigmento de superficie modificada como una dispersión de nanopartículas en la mezcla de portador líquido y solvente; opcionalmente, eliminar el reactivo y/o el subproducto sin reaccionar de la dispersión cuando esté presente; y opcionalmente, concentrar la dispersión.
Los pigmentos orgánicos adecuados incluyen alizarina, antoxantina, amarillo de arilida, colorante azoico, billin, bistre, púrpura cardenal, negro de carbono, carmín, carmesí, pigmento de diarilida, dibromoantantrona, sangre de dragón, gamboge, amarillo indio, colorante índigo, naftol AS, rojo naftol, omocromo, perinona, azul de ftalocianina BN, verde de ftalocianina G, pigmento azul 15:3, pigmento violeta 23, pigmento amarillo 10, pigmento amarillo 12, pigmento amarillo 13, pigmento amarillo 16, pigmento amarillo 81, pigmento amarillo 83, pigmento amarillo 139, pigmento amarillo 180, pigmento amarillo 185, pigmento rojo 208, quinacridona, rosa roja, tinte rileno, sepia y púrpura de Tiro.
Las realizaciones de las dispersiones y las nanopartículas divulgadas en este documento serán evidentes a partir de la divulgación que se relaciona con el primer aspecto de la presente invención.
La modificación de la superficie del pigmento orgánico puede emplear cualquier reactivo que sea adecuado para la modificación de la superficie de ese pigmento mediante procesamiento por lotes convencional.
El reactivo puede ser, en particular, un agente oxidante seleccionado del grupo que consiste en hipoclorito básico, peróxido de hidrógeno, ácido sulfúrico y ácido nítrico.
El reactivo puede proporcionar un pigmento de superficie modificada que comprende uno o más grupos funcionales seleccionados del grupo que consiste en oxígeno (-O-), dioxígeno (-O22"); carboxilato (-CO2"); nitrito (-NO2"), nitroso (-NO), sulfonato (-SO3') y sus ésteres de alquilo C1-C6 o arilo C6-C10.
Alternativa, o adicionalmente, el reactivo puede proporcionar un pigmento de superficie modificada que comprende uno o más grupos funcionales seleccionados del grupo que consiste en sulfonato de arilo (-Ar-SO3-), carboxilato de arilo (-Ar-CO2-), éster de arilo (-Ar-CO2R) donde el arilo es fenilo (Ph) sustituido o no sustituido, naftilo (Np), piridilo (Py), etc. y R es alquilo C1-C6 o arilo C6-C10; y aminoácidos.
Una modificación de la superficie del negro de carbono y otros pigmentos orgánicos (a través de la formación de sales de diazonio in situ) por éster de sulfonato de arilo se describe, por ejemplo, en el documento US 5922 118. Se conocerán otros reactivos para la modificación superficial de pigmentos orgánicos a partir de los procesos por lotes utilizados en la técnica.
La presente invención se describirá ahora con más detalle con referencia al siguiente ejemplo no limitante y los dibujos acompañantes en los que:
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un reactor de contracorriente, descrito en la Solicitud de Patente Internacional WO 2005/077505 A2, que es adecuado para llevar a cabo el método de la presente invención;
La Figura 2 es una ilustración esquemática de la oxidación superficial del negro de carbono de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 3 es un gráfico que muestra los espectros de absorbancia FT-IR del negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con varias realizaciones de la presente invención;
La Figura 4 muestra gráficos que muestran los espectros de absorbancia FT-IR de un negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con una realización de la presente invención en comparación con el espectro de absorbancia FT-IR de un negro de carbono oxidado en la superficie fabricado mediante un proceso por lotes correspondiente (SD P-100);
La Figura 5 muestra fotografías que destacan la estabilidad de las dispersiones de un negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con la presente invención en comparación con la estabilidad del negro de carbono comercialmente disponible (NIPex® 160 IQ);
La Figura 6 muestra gráficos obtenidos por diseminación de luz dinámica que muestran distribuciones de tamaño de nanopartículas de una dispersión de negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con la presente invención y una dispersión de negro de carbono oxidado en la superficie fabricado mediante un proceso por lotes correspondiente (SDP-100);
La Figura 7 muestra gráficos obtenidos por análisis de tamaño de partícula individual que muestran distribuciones de tamaño de nanopartículas de una dispersión de negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con la presente invención y una dispersión de negro de carbono oxidado en la superficie fabricado por un proceso por lotes correspondiente (SDP-100);
La Figura 8 son gráficos que muestran el potencial zeta de la dispersión de un negro de carbono oxidado en la superficie obtenido de acuerdo con la presente invención y el potencial zeta de una dispersión de un negro de carbono de oxidación superficial obtenido mediante un proceso por lotes correspondiente (SDP-100); y
La Figura 9 son gráficos que muestran la desorción térmica de nanopartículas de negros de humo oxidado en la superficie obtenidos de acuerdo con la presente invención y nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie fabricado mediante un proceso por lotes correspondiente (SDP-100).
Con referencia ahora a la Figura 1, un reactor de mezcla en contracorriente, designado generalmente como 10, comprende una primera entrada 11 y una salida 12 en las que una segunda entrada 13 está diametralmente opuesta a la primera entrada 11 y dispuesta en la primera entrada 11. La primera entrada 11 y la segunda entrada 13 son coaxiales entre sí y la segunda entrada 12 proporciona una boquilla 14 en forma de embudo 15 cónico.
Tenga en cuenta que el reactor está asociado con un sistema de bombeo que incluye bombas respectivas que proporcionan un flujo ascendente a la primera entrada 11 y un flujo descendente a la segunda entrada 13 (no mostrado). Ejemplos
Oxidación Superficial Del Negro de carbono
Se realizó un estudio de la oxidación superficial de un negro de carbono comercialmente disponible (NIPex® 160 IQ de Grolman Ltd, Reino Unido) en el reactor de contramezcla descrito en la solicitud de patente internacional WO 2005/077505 A2.
Tenga en cuenta que, para este estudio, el material de la tubería que proporciona la primera entrada 11 y la salida 12 y el material de la tubería que proporciona la segunda entrada 13 y la boquilla 14 es politetrafluoroetileno (PTFE).
El estudio comenzó con una serie de pruebas por lotes a pequeña escala para determinar el agente oxidante más adecuado y las cantidades adecuadas de negro de carbono y agente oxidante que permitieran controlar la temperatura. En estas pruebas, se agitó vigorosamente una cantidad conocida de negro de carbono (1 g, 2 g o 3 g) con un exceso del agente oxidante durante un período de aproximadamente 8 horas. Después de apagar la reacción (por dilución), el negro de carbono oxidado en la superficie se recogió por centrifugación, se lavó con agua y se secó en horno hasta obtener un polvo.
Se examinó el espectro de absorbancia de la Transformada de Fourier Infrarroja (FT-IR) para cada polvo y se comparó con el espectro de absorbancia de un negro de carbono oxidado en la superficie disponible comercialmente (SensiJet Black; SDP-100; Sensient Colors (Reino Unido) Ltd) fabricado por un proceso por lotes.
Se utilizó un espectrómetro 27 FT-IR Bruker® Tensor que tenía un accesorio de reflectancia total atenuada (ATR) con una placa de cristal de diamante/ZnSe.
Aunque la calidad del espectro en cada caso fue deficiente (debido al índice de refracción similar del negro de carbono al del diamante ATR), el espectro FR-IR del SDP100 exhibió claras diferencias sobre el espectro del negro de carbono, más obviamente en presencia de un pico ancho centrado alrededor de 1555 cirr1.
Los estudios de marcaje de oxígeno (informados en la literatura) sugieren que este pico ancho resulta de la superposición de modos de estiramiento de carbonilo con modos de respiración de anillos aromáticos. Los modos de respiración se mejoran por la conjugación con el grupo carbonilo y las frecuencias de estiramiento del grupo carbonilo se desplazan hacia el rojo (a aproximadamente 1680 cirr1) por conjugación a negro de carbono.
La intensidad del pico ancho es una indicación del grado de oxidación superficial del negro de carbono, aunque se debe tener cuidado dada la mala calidad de los datos. Pero se puede hacer una comparación de intensidad en este pico entre los diferentes espectros con referencia a una banda de estiramiento de carbonilo en alrededor de 1725 cirr1 que permanece relativamente inalterado por la oxidación.
Tenga en cuenta, sin embargo, que una comparación precisa debe tener en cuenta el valor de referencia de la inclinación, observándose que las diferentes correcciones del valor de referencia tienen un efecto marcado en el tamaño y la posición del pico ancho.
Los espectros FT-IR revelaron que una solución acuosa de lejía al 5 % o al 10 % v/v que contenía 1 equivalente en masa (para negro de carbono) de hidróxido de sodio era más eficiente para la oxidación superficial del negro de carbono en comparación con una solución al 5 % o 10 % v /v solución acuosa de lejía sola, una solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 30 % v/v, una solución acuosa de ácido sulfúrico al 5 % v/v y (NH4)2S2Ob y una solución acuosa de ácido nítrico al 5 % v/v.
La temperatura durante la reacción de una solución acuosa de lejía al 10 % v/v que contenía 1 equivalente en masa de hidróxido de sodio con cantidades conocidas de negro de carbono (1 g, 2 g, 3 g) se determinó (durante aproximadamente 10 minutos) mediante un termopar y sistema de registro de temperatura para estar dentro de los límites de seguridad apropiados.
El equivalente en masa de hidróxido de sodio en la solución acuosa de lejía al 10 % v/v se varió (entre 1 y 5 veces en comparación con la masa de negro de carbono) durante pruebas adicionales, pero tendió a dar como resultado la aparición de un amplio pico de absorción en alrededor de 1400 cm-1 en lugar del amplio pico de absorción a 1550 cm-1 (lo que sugiere otros productos de oxidación del alcohol).
Los parámetros de concentración de la prueba de flujo inicial se tomaron en aproximadamente 1 g de negro de carbono y 1 g de hidróxido de sodio por 10 ml de agua y una solución acuosa de lejía al 10 % v/v.
En estas pruebas de flujo, se bombeó una solución acuosa de lejía que contenía hidróxido de sodio en un flujo descendente a la segunda entrada 12 y la suspensión de negro de carbono en agua se bombeó en un flujo ascendente a la primera entrada 11. El caudal relativo varió entre 1:1 y 1:2 (suspensión de negro de carbono a solución acuosa de lejía). La Tabla 1 describe los parámetros de concentración para las pruebas de flujo iniciales utilizando el reactor de mezcla en contracorriente.
En cada caso, la reacción se apagó (por dilución) inmediatamente el flujo salió del aparato. El producto se recogió por centrifugación, se lavó con agua y se secó en horno hasta obtener un polvo.
Tabla 1
Figure imgf000010_0001
Los espectros de absorción FT-IR del negro de carbono oxidado de la superficie recogido se comparan en la Figura 3. Como se puede ver, la oxidación superficial del negro de carbono parece ser sustancialmente menor cuando la concentración de la solución acuosa de lejía es del 5 % v/v en comparación con la oxidación superficial cuando la concentración de las soluciones acuosas de lejía es del 10 % v/v.
La relación de caudales de la suspensión de negro de carbono y la solución acuosa de lejía que contenía hidróxido de sodio se varió entre 1 y 6, pero no pareció tener un efecto apreciable en las relaciones de altura de los picos que se muestran en la Figura 3.
Además, el precalentamiento de la solución acuosa de lejía que contenía hidróxido de sodio a 40°C no pareció tener un efecto apreciable sobre las relaciones de altura de los picos que se muestran en la Figura 3 (incluso cuando la tasa de flujo de la solución acuosa de lejía que contenía hidróxido de sodio era el doble de la suspensión acuosa de negro de carbono).
El menor grado de oxidación superficial en las pruebas de flujo es consistente con un tiempo de reacción más corto en las pruebas de flujo en comparación con las pruebas por lotes.
El reactor se modificó para extender el tiempo de residencia (al ajustar las presiones de flujo ascendente y descendente) a varios minutos ya diferentes temperaturas. La tabla 2 establece las diferentes temperaturas.
Los espectros FT-IR para Se-016 B a D fueron similares, pero mostraron una relación de intensidad de pico a 1725 cm-1 sobre el pico a 1555 cm-1 menos que el de SDP-100 (es decir, menos de 1:2). El espectro FT-IR para SE-016A no mostró pico a 1723 cm-1, sugiriendo alguna reacción distinta de la oxidación deseada.
Tabla 2
Figure imgf000010_0002
Con referencia ahora a la Figura 4, el ajuste de un espectro de absorción obtenido para Se-016D a una línea de base lineal conduce a una intensidad de absorción de banda de carboxilato que es sustancialmente similar a la encontrada para el negro de carbono oxidado en la superficie (SDP-100) obtenido por oxidación convencional del negro de carbono.
Sin embargo, el ajuste no es tan bueno en las otras áreas del espectro. En estas áreas, el ajuste a un valor de referencia exponencial (log) conduce a un mejor acuerdo pero reduce sustancialmente la intensidad de la absorción de la banda de carboxilato.
Las dispersiones de Se-016B a Se-016D mostraron una sorprendente estabilidad en comparación con una dispersión de SFP-100 en agua, lo que requirió una centrifugación extensa (4500 rpm durante 3 horas) para obtener un gránulo suficiente para el análisis FR-IR.
Con referencia ahora a la Figura 5, se muestran fotografías en las que se compara la dispersión de una muestra de negro de carbono oxidado en la superficie (Se-016D, designado B) en agua con una dispersión de negro de carbono sin tratar (NIPex® 160 IQ, designado A) en agua.
Como se puede ver, la dispersión del negro de carbono oxidado en la superficie (B) es relativamente estable en comparación con la dispersión del negro de carbono sin tratar (A).
Caracterización del negro de carbono oxidado en la superficie
Las muestras de la dispersión Se-016D obtenida por las pruebas de flujo se examinaron, después de concentrar y decantar cualquier sedimento, por diseminación de luz dinámica (DLS).
Las muestras se obtuvieron por evaporación rotatoria de la dispersión bruta a temperatura ambiente seguida de evaporación rotatoria a 45° hasta que se obtuvo un concentrado que tenía una carga de negro de carbono oxidado en la superficie de aproximadamente 10 a 15 % p/p. Los concentrados se prepararon para examen por dilución de 1 ml del líquido sobrenadante en 20 ml de agua desionizada.
Las muestras se analizaron a 25°C en una cubeta de 10 mm utilizando un medidor de partículas Malvern Instruments Nano ZS equipado con un detector de retrodiseminación a 173° con una fuente de láser incidente (láser He-Ne con longitud de onda de 632.8 nm).
Se utilizó un algoritmo CONTIN para desconvolucionar la señal de luz diseminada y dar una distribución de tamaño. El análisis supuso una fase continua de agua pura (viscosidad = 0.8872 cP; índice de refracción = 1.330) para las configuraciones de medición. El tamaño promedio Z de las nanopartículas se tomó del ajuste de datos de cumulantes sin procesar del instrumento DLS.
La Figura 6 muestra gráficos en los que se compara la distribución de tamaños de nanopartículas de las muestras Se-016D con la distribución de tamaños de nanopartículas de muestras de SDP-100 en agua desionizada.
Como se puede ver, el tamaño de partícula promedio Z de las nanopartículas de las muestras de Se-016D y SDP-100 es, respectivamente, de aproximadamente 152.5 nm y aproximadamente 128.1 nm. Se determinó que el índice de polidispersión DLS de las muestras Se-016D y SDP-100 era 0.250 y 0.146 respectivamente.
La Figura 7 muestra los gráficos obtenidos por análisis óptico de partícula única (SPOS) de una muestra de la dispersión obtenida de la prueba de flujo Se-016D y una muestra de una dispersión de SDP-100 en agua desionizada. Los análisis se realizaron con un instrumento de dimensionamiento de partículas de autodilución Accusizer® 780 (de Particle Sizing Systems, EE. UU.) con contador de partículas y sensor SUM LE-400-05.
Como se puede ver, los gráficos muestran que las partículas que tienen un diámetro superior a 1000 nm no están presentes en ninguna de las dos dispersiones, y que el pico menor en el espectro DLS de la muestra de Se-016D es un artefacto. Por lo tanto, se muestra que la dispersión Se-016D es unimodal.
También se llevó a cabo un estudio del potencial zeta de las respectivas dispersiones utilizando un medidor de partículas Malvern Instruments Nano ZS equipado con una celda de potencial zeta.
El potencial zeta es una medida de la carga superficial de las nanopartículas en solución. Se mide el potencial eléctrico en el límite entre la nanopartícula y una fina capa de iones de carga opuesta.
La Figura 8 muestra que el potencial zeta en agua desionizada del negro de carbono oxidado en la superficie Se-016D es de -49.0 mV y que el potencial zeta de SDP-100 en agua desionizada es de -69.3 mV.
Estas medidas de potencial zeta sugieren que el negro de carbono superficialmente oxidado obtenido por el proceso continuo tiene un grado de oxidación superficial que es el 76.7 % del negro de carbono superficialmente oxidado obtenido por el proceso por lotes.
La Figura 9 muestra el porcentaje de pérdida de peso en función de la temperatura y la tasa de pérdida de peso a una temperatura determinada obtenida mediante un análisis termogravimétrico convencional de una muestra de Se-022A preparada como se describe a presión ambiente con una temperatura del reactor de 60°C y un tiempo de residencia de 4 minutos por encima en comparación con NIPex® 160 IQ y SDP-100.
El análisis termogravimétrico se realizó utilizando una temperatura de desorción programada en una atmósfera inerte de nitrógeno a una tasa de calentamiento de 3°C por minuto hasta aproximadamente 900°C).
La pérdida de peso hasta 100°C se puede ignorar porque se debe en gran medida al agua absorbida en la superficie. Se considera que las diferencias entre los negros de carbón oxidados en la superficie Se-022A y SDP-100 se deben al proceso de secado más que al proceso de oxidación.
Ambos negros de humo oxidados en la superficie muestran una pérdida de peso alrededor de los 300°C, lo que se atribuye en la literatura a la descomposición de los grupos funcionales carboxilato. Sin embargo, la temperatura inicial y la temperatura de pérdida de peso máxima para Se-022A (285°C y 305°C respectivamente) son diferentes a las de SDP-100 (200°C y 250°C), así como la pérdida de peso total en el presente documento (2 % y 5 % respectivamente) sugiere que una relación mucho mayor de grupos funcionales de ácido carboxílico están presentes sobre la superficie de SDP-100 en comparación con Se-022A.
Ambos negros de humo oxidados en la superficie muestran una pérdida de peso que comienza a los 580°C y continúa hasta los 700°C, lo que se atribuye en la literatura a la descomposición de los grupos funcionales anhídrido y lactona. La pérdida de peso de Se-022A (10 %) en el rango es mayor que la de SDP-100 (7 %), lo que sugiere que hay más grupos funcionales anhídrido y lactona presentes en la superficie de Se-022A en comparación con SDP-100.
Solo el negro de carbono oxidado en la superficie Se-022A muestra una pérdida de peso que comienza a los 700°C y continúa hasta los 860°C, lo que se atribuye en la literatura a la descomposición de los grupos funcionales fenol, éter y carbonilo. El Se-022A pierde otro 14 % de su peso inicial. La ausencia de fenoles, éteres y carbonilos en SDP-100 sugiere una oxidación más completa en comparación con Se-022A, especialmente porque las especies de fenol, éter y carbonilo se observan como especies intermedias para el carboxilato en la oxidación de compuestos orgánicos aromáticos.
Rendimiento del negro de carbono oxidado en la superficie
Se preparó una muestra de Se-018 de negro de carbono oxidado en superficie como se describió anteriormente para Se-016D excepto que el tiempo de residencia se extendió hasta aproximadamente una hora. La muestra se lavó mediante concentrado repetido por ultrafiltración a 1/5 del volumen inicial y diluido a su volumen original con agua desionizada. La muestra lavada se concentró a 1/5 de su volumen inicial para dar una dispersión con un contenido de sólidos del 5 % p/p (inferior a SDP-100).
Se realizó una prueba de muestra de colores sobre el papel de impresora de oficina para evaluar el color de la dispersión en comparación con dispersiones similares (5 % p/p en agua desionizada) de SDP-100 y NIPex.® 160 IQ. Se colocó una gota de 0.1 ml de cada dispersión sobre el papel utilizando una jeringa y se extrajo con el borde plano de una espátula de metal.
La dispersión de NIPex® 160 IQ apenas mostró adherencia al papel (pista gris claro) mientras que la dispersión de SDP-100 se adhirió mejor (pista oscura) y la dispersión de Se-018 se adhirió mejor (pista más oscura).
Estos estudios muestran claramente un proceso continuo para la oxidación superficial del negro de carbono que proporciona dispersiones de nanopartículas. El negro de carbono oxidado en la superficie obtenido por el proceso continuo puede ser diferente del obtenido por el proceso por lotes correspondiente y puede exhibir mayor estabilidad y rendimiento de impresión.
De acuerdo con lo anterior, la presente invención proporciona un único proceso continuo para la preparación de dispersiones estables de un negro de carbono oxidado en la superficie con un tamaño de nanopartícula adecuado para la impresión por chorro de tinta.
El proceso continuo es más fácil de controlar en comparación con el proceso por lotes y proporciona dispersiones altamente estables (por ejemplo, en agua) sin técnicas complejas de purificación o tratamientos posteriores.
Las dispersiones se pueden utilizar directamente en composiciones para inyección de tinta o incluso en composiciones cosméticas (que requieren un alto contenido de pureza).
Tenga en cuenta que las referencias en el presente documento a nanopartículas son referencias a partículas que tienen un diámetro medio entre 1 nm y 500 nm. Las referencias a rangos “entre” un primer valor y un segundo valor incluyen el primer valor y el segundo valor.
También tenga en cuenta que las referencias en este documento a un reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono incluyen referencias a más de un reactivo y, en particular, a mezclas de dos o más compuestos químicos que se combinan o proporcionan una especie química que oxida el negro de carbono.
Tenga en cuenta adicionalmente que, excepto cuando el contexto exija lo contrario, las referencias en este documento a un proceso por lotes correspondiente son referencias a un proceso por lotes que utiliza el mismo reactivo o reactivos que el presente método (pero no necesariamente las mismas concentraciones, temperatura, presión, tiempo, etc.).

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método para la oxidación superficial del negro de carbono, el método comprende mezclar continuamente: una solución o suspensión del negro de carbono en un solvente orgánico u otro solvente con un portador líquido que contiene un reactivo para la oxidación superficial del negro de carbono en un reactor de mezcla a contracorriente por lo cual se obtiene la reacción del negro de carbono con el reactivo y la formación de un negro de carbono oxidado en la superficie como una dispersión de nanopartículas en la mezcla de portador líquido y solvente.
2. Un método de acuerdo con la Reivindicación 1, que comprende adicionalmente eliminar el reactivo y/o subproducto sin reaccionar de la dispersión cuando está presente.
3. Un método de acuerdo con la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, que comprende además concentrar la dispersión.
4. Un método de acuerdo con cualquier Reivindicación precedente, en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tienen un diámetro medio entre 1 nm y 500 nm, preferiblemente entre 10 nm y 300 nm;
y/o en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tiene polidispersidad unimodal;
y/o en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tiene un índice de polidispersidad de diseminación de luz dinámica (DLS) entre 0.1 y 3.0, por ejemplo, 2.0 o menos, o incluso 1.0 o menos.
5. Un método de acuerdo con cualquier Reivindicación precedente, en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie en el que las nanopartículas tienen un contenido volátil mayor que el de las nanopartículas de un negro de carbono oxidado en la superficie producido por una oxidación por lotes que corresponde al negro de carbono;
y/o en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tiene una concentración de nanopartículas entre el 5 % p/p y el 50 % p/p, por ejemplo, entre el 5 % p/p y el 30 % p/p o entre 5 % p/p y 20 % p/p o entre 5 % p/p y 10 % p/p;
y/o en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie que tiene un potencial zeta de una magnitud menor de aproximadamente 63.9 mV en agua desionizada.
6. Un método de acuerdo con cualquier Reivindicación precedente, en el que el método proporciona una dispersión de nanopartículas de negro de carbono oxidado en la superficie sustancialmente libre de un agente humectante y/o dispersante;
y/o en el que el método se lleva a cabo a una temperatura de reactor entre 20°C y 120°C, por ejemplo, entre 20°C y 80°C o entre 20°C y 60°C;
y/o en el que el método se lleva a cabo a una presión de entre 1 bar (0.1 MPa) y 250 bar (25 MPa), por ejemplo, entre 1 bar (0.1 MPa) y 120 bar (12 MPa) o entre 1 bar (0.1 MPa) y 100 bar (10 MPa)
7. Un método de acuerdo con cualquier Reivindicación precedente, en el que el tiempo de residencia del negro de carbono en el reactor de mezcla en contracorriente está entre 5 segundos y 60 minutos.
y/o en el que la relación de caudales del portador líquido a la solución o suspensión de negro de carbono está entre 1:10 y 10:1
y/o en el que el reactivo comprende hipoclorito básico y cada uno del solvente orgánico u otro solvente y el portador líquido comprenden agua.
ES19739354T 2018-07-05 2019-07-04 Método para la oxidación superficial de nanopartículas de negro de carbono y dispersiones que las comprenden Active ES2927031T3 (es)

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