MX2007002326A - Partículas de fosfato o polifosfato de aluminio para uso como pigmentos en pinturas y método para obtener las mismas - Google Patents

Abstract

Un producto pigmentario basado en un fosfato o polifosfato de aluminio que estáhecho por un procedimiento que comprende poner en contactoácido fosfórico con sulfato de aluminio y una solución alcalina para producir un producto basado en fosfato de aluminio;y opcionalmente calcinar el producto basado en fosfato de aluminio a una temperatura elevada, donde el procedimiento estásubstancialmente libre de unácido orgánico. El pigmento basado en polifosfato o fosfato de aluminio es amorfo. El fosfato o polifosfato o fosfato de aluminio amorfo estácaracterizado por comprender una densidad de volumen menor de 2,30 gramos por centímetro cúbico y una relación molar de más de 0,8 entre el fósforo y el aluminio. La composición esútil en pinturas y como substituido de dióxido de titanio.

Description

PARTÍCULAS DE FOSFATO O POLIFOSFATO DE ALUMINIO PARA USO COMO PIGMENTOS EN PINTURAS X MÉTODO PARA OBTENER LAS MISMAS .

CAMPO DÉ LA INVECCIÓN La invención se refiere a métodos para la obtención de partículas huecas de fosfato de aluminio, ortofosfato de aluminio y polifosfato de aluminio. Esta invención se refiere además al uso de tales partículas como pigmentos en pintura.

ESTADO DEL ARTE DE LA INVENCIÓN fabricar. De acuerdo con esto, existe la necesidad de contar con un substituto más accesible del dióxido de titanio como pigmento. Tal como se ha mencionado, una característica deseada del dióxido de titanio es la gran capacidad de disipar (o dispersar) la luz visible. Esta propiedad es el resultado de su alto índice de refracción conjuntamente con la ausencia de transiciones electrónicas en la parte visible del espectro. Se han llevado a cabo muchos intentos para reemplazar el dióxido de titanio, parcialmente o totalmente en sus aplicaciones como pigmento. Sin embargo, los índices de refracción de sus dos formas, anatasa y rutilo, son difíciles de obtener por medio de otras sustancias sólidas blancas (Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 57 edición, 1983) . De esta manera, la búsqueda de nuevos pigmentos conduce a la búsqueda de sistemas con otro mecanismo de dispersión de luz. Los medios multifase, que presentan una gran variación del índice de refracción pueden operar como disipadores o dispersores de la luz. Las opciones corrientes para los procesos de fabricación de pigmentos o pinturas que resulten en una película que contiene "poros" en la parte interna de las partículas o entre las partículas y la resina están bastante limitadas. Algunas técnicas para la preparación de partículas huecas se han descripto en la literatura, sin embargo, la mayoría de las técnicas involucra la fabricación de partículas esferoidales huecas y partículas poliméricas por medio de polimerización en emulsión. Un ejemplo es el estudio de N. Kawahashi y E. Matijevic (Preparation of Hollow Spherical Particle of Itrium Compounds, J Colloid and Inerface Science 143(1), 103, 1991) referido al recubrimiento de látex de polietileno con carbonato de itrio básico y la subsiguiente calcinación en aire a altas temperaturas, produciendo partículas huecas de compuestos de itrio. La preparación de partículas huecas de metafosfatos de aluminio mediante la reacción química entre el metafosfato de sodio y el sulfato de aluminio, seguida por tratamiento térmico, fue descripta por Galembeck y otros en la Patente Brasileña BR 9104581. Este estudio se refiere a la formación de partículas huecas de fosfato de aluminio sintetizadas a partir de fosfato de sodio y nitrato de aluminio. Tal como se ha mencionado, los dos pigmentos, el fosfato de aluminio y el metafosfato de aluminio, pueden ser utilizados para reemplazar una gran parte del Ti02 en pinturas basadas en emulsiones acrílicas o látex PVA. La Patente Brasilera BR 9500522-6 de Galembeck y otros describe una forma de hacer un pigmento blanco a partir de un metafosfato de calcio y aluminio doble, obtenido directamente por medio de una reacción química entre el metafosfato de aluminio y partículas de carbonato de calcio en un medio acuoso del tipo emulsión de látex polimérico. Esta patente extiende los resultados previos a las sales de calcio que, desde el punto de vista ambiental son ventajosas debido a su completa falta de toxicidad. Diversas publicaciones describen la síntesis de materiales de fosfato de aluminio principalmente para usos como soporte de catalizador que incluye formas cristalinas y amorfas. Muchos de estos métodos dan como resultado formas cristalinas y altamente porosas y pocas composiciones amorfas térmicamente estables. Ejemplo de tales materiales se describen en las Patentes Norteamericanas Nos. 3.943,231; 4,289,863; 5,030,431; 5,292,701; 5,496,529; 5,552,361; 5,698,758; 5,707,442; 6,022,513 y 6,461,415. Existe la necesidad, sin embargo, de contar con fosfato de aluminio que tenga partículas huecas, particularmente para obtener un polvo que podría ser fabricado con relativa facilidad.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN El objeto de esta invención es el producto y el procedimiento para hacer un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo caracterizado porque tiene una densidad de volumen entre 1.95 y 2.30 gramos por centímetro cúbico y una relación molar mayor de 0,8 entre un fósforo y el aluminio. El fosfato o polifosfato de aluminio puede estar en forma de lodo. También, el fosfato o polifosfato de aluminio puede estar en forma de polvo, y, por ejemplo, tener cuatro huecos por partícula de polvo de fosfato o polifosfato de aluminio. La forma en polvo del producto puede comprender un tamaño de radio promedio de partícula individual de entre 10 nanómetros y 40 nanómetros. El fosfato ó polifosfato de aluminio puede ser utilizado como un ingrediente en una pintura, y preferiblemente, como un substituto (en parte o en forma total) para el dióxido de titanio. El producto también puede ser utilizado como un ingrediente en un barniz, en un a tinta de impresión o en plástico. El fosfato o polifosfato de aluminio puede ser secado a temperaturas por debajo de los 130°C y aún a temperatura ambiente, para producir un polvo que contiene del 10% al 20% en peso de agua. El pigmento de fosfato o polifosfato de aluminio amorfo puede ser hecho poniendo en contacto ácido fosfórico I con sulfato de aluminio y una solución alcalina, ya sea en forma simultánea o de otra manera, y opcionalmente calcinando el producto basado en fosfato de aluminio, a una temperatura elevada, en donde el procedimiento está substancialmente libre de un á'cido orgánico. La mezcla tiene un pH que está en el rango que va desde alrededor de 4,0 a alrededor de 4,5. El procedimiento para hacer el fosfato o polifosfato de aluminio amorfo comprende generalmente las siguientes etapas: combinar el ácido fosfórico, el sulfato i de aluminio y el hidróxido de sodio en una suspensión; filtrar y lavar dicha suspensión para formar una torta; dispersar la torta lavada; secar la torta; polimerizar el producto seco; y micronizar el producto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una foto de una micrografía electrónica de transmisión de una muestra del material del invento utilizando electrones dispersados inelásticos de 25 eV. La Figura 2 es un micrográfico electrónico de transmisión de campo brillante del material de invento. La Figura 3 es un micrográfico electrónico de transmisión de campo brillante que demuestra el efecto "cuello o garganta".

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción, todos los números descriptos en la presente son valores aproximados, independientemente de si se utiliza la palabra "alrededor" o "aproximado" en relación con los mismos. Esto puedo variar en 1%, 2%, 5%, o algunas veces en el 10 al 20 %. Siempre que se mencione un rango numérico con un límite inferior RL y un límite superior Rü cualquier número que caiga dentro del rango estará específicamente descripto. En particular, los siguientes números dentro del rango están específicamente descriptos: R = RL+k* (R°-RL) , donde k es una variable que esta en el rango que va desde 1% a 100% con un incremento del 1%, es decir, k es 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, . . . 50%, 51%, 52%,. . ., 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, o 100%. Más aún, cualquier rango numérico definido por dos números R como se ha definido arriba también se encuentra específicamente descripto. La invención descripta en esta patente se refiere a sólidos no-cristalinos, en oposición a la gran mayoría de productos químicos industriales inorgánicos, incluyendo aquéllos productos corrientemente vendidos como fosfatos o polifosfatos de aluminio cristalinos. El número CAS que con mayor frecuencia se brinda para los productos de fosfato de aluminio es 7784-30-7, pero este número se refiere a un sólido cristalino estiquiométrico. No hay todavía números CAS específicamente asignados a los fosfatos de aluminio amorfos, siguiendo una búsqueda en el sistema ACS SciFinder®.

Los sólidos amorfos (es decir los no-cristalinos) exhiben diferencias con respecto a sus contrapartes cristalinas con una composición similar, y tales diferencias pueden dar propiedades beneficiosas. Por ejemplo, tales diferencias pueden incluir: (i) los sólidos no cristalinos no difractan los rayos X en ángulos definidamente agudos pero pueden producir un halo de dispersión amplio en su lugar; (ii) los sólidos no cristalinos no tienen una estiquiometría bien definida, de manera que los mismos pueden cubrir un amplio rango de composiciones química; (iii) la variabilidad de la composición química incluye la posibilidad de incorporar constituyentes iónicos distintos a los iones fosfato y aluminio; (iv) como los sólidos amorfos son ter odinámicamente meta-estables, los mismos pueden demostrar una tendencia a padecer cambios espontáneos morfológicos, químicos y estructurales; y (v) la composición química de superficie de partícula cristalina y voluminosa es altamente uniforme mientras que la composición química de superficie y volumen de partículas amorfas puede mostrar mayores o menores diferencias, ya sea en forma abrupta o gradual. Además, mientras que las partículas de sólidos cristalinos tienden a crecer por medio del mecanismo bien conocido de maduración o terminación de Ostwald, las partículas no cristalinas pueden expandirse y/o hincharse y contraerse (deshincharse) por absorción/adsorción y des-absorción/des-adsorción de agua formando un material plástico o similar a un gel que es fácilmente deformado cuando es sometido a fuerzas de corte, con compresión o capilaridad. Tal co o se ha mencionado, un aspecto de la invención descripto en la presente es un procedimiento sintético que produce fosfatos de aluminio no cristalino con propiedades únicas. Cuando una dispersión de tales partículas se seca bajo el efecto del aire a temperatura ambiente o por encima de los 120°C, se forman nano-partículas que tienen una estructura de núcleo y cascara o cubierta. Tales partículas pueden ser observadas por medio de un microscopio electrónico analítico. Más aún, estas partículas contienen muchos huecos dispersados como poros cerrados en su interior. Los núcleos de las partículas son más plásticos que las respectivas cubiertas o cascaras de las partículas. Este fenómeno es evidenciado por el crecimiento dé los huecos bajo calentamiento, mientras que el perímetro , de las cubiertas o cascaras permanecen esencialmente inalterado. Otro aspecto de la invención consiste en el desarrollo de un nuevo producto y procedimiento de fabricación para formar partículas huecas de fosfato y polifosfato de aluminio para ser utilizada como un pigmento. Más específicamente, este aspecto de la invención se refiere a un nuevo pigmento obtenido a través de la reacción del ácido fosfórico, particularmente ácido fosfórico de grado industrial, con sulfato de aluminio bajo condiciones controladas de pH y temperatura. El reactivo puede ser filtrado, dispersado, secado, calcinado, y micronizado para ser utilizado como pigmento en pinturas, incluyendo en pinturas acrílicas domiciliarias. Tales pigmentos pueden ser utilizados en otros productos y aplicaciones, tales como pinturas, plásticos, barnices, tintas de impresión, etc. Tal como se describe en la presente, muchos han tratado de lograr la formación de huecos dentro de partículas, pero esto es un objetivo difícil de obtener dado que los sólidos forman poros abiertos cuando se los seca, y tales poros abiertos no contribuyen a proveer una opacidad en la pintura o un poder de cobertura. Las partículas huecas formadas con fosfato o polifosfato de aluminio confieren características beneficiosas, ya sea físicamente y químicamente, que pueden ser utilizadas en muchas aplicaciones diferentes. Un aspecto de las invenciones descriptas aquí es producir fosfato o polifosfato de aluminio con dichas partículas huecas a los fines de aprovechar tales características beneficiosas.

Las partículas de fosfato de aluminio descriptas en la presente demuestran propiedades únicas y sorprendentes. Por ejemplo, las partículas de fosfato de aluminio presentan huecos, aún cuando loas partículas son secadas a temperatura ambiente o por encima de los 130° Celsius. Preferiblemente, las partículas son secadas entre 40° Celsius y 130° Celsius. Más aún preferiblemente, las partículas son secadas entre 80° Celsius y 120° Celsius. Además, las partículas de fosfato de aluminio tienen una estructura formada por un núcleo y una cascara o cubierta. En otras palabras, estas partículas tienen cascaras químicamente diferentes de sus núcleos. Esta propiedad se evidencia por medio de diversas observaciones diferentes. Primero, las imágenes electrónicas inelásticas filtrada con energía de las partículas en la región de plasmon (10-40 eV) , según se mide por medio de un microscópico electrónico de transmisión, muestra líneas brillantes que rodean a la mayoría de las partículas. El contraste que se ve en los microcráficos plasmon depende de la composición química local, y en este sentido, una estructura de partículas de i I núcleo • y cascara pueden observarse a partir de un examen del micrográfico en la Figura 1. Seguidamente, la presencia de huecos dentro de las partículas, tal como se demuestra en la Figura 2, secadas a bajas temperaturas se debe al hecho ; que las partículas pierden peso por deshinchamiento, mientras que sus cascaras I o pieles no sufren ninguna contracción. Tales huecos, o partículas huecas, son posibles si la plasticidad del núcleo de la partícula es mayor que aquélla de la cascara. Indicaciones adicionales de la formación de las partículas huecas se pueden observar j calentando las partículas mediante la concentración de un haz de electrones sobre las partículas. Grandes huecos son luego creados dentro de las partículas mientras que su i perímetro apenas sufre un | pequeño cambio. Aún una indicación adicional de la presencia de huecos cerrados, o partículas huecas, es la densidad de volumen del fosfato de aluminio preparado por I procedimiento descripto en la presente, que está en el i ! rango de 1.95 a 2.27 gramos/!cm3 cuando se lo "mide con un i contenido de agua de aproximadamente 15% a 17%, comparado con los valores de 2.5 a 2 i 8 gramos/cm3 registrado para j partículas densas de fosfato 'de aluminio. Preferiblemente, la densidad de volumen es menor al 2.50 gramos/cm3. Más preferiblemente, la densidad de volumen es menor que 2.30 gramos/cm3. Más preferiblemente, la densidad de volumen es menor que 2.10 gramos/cm3 Aún más preferiblemente, la densidad de volumen es inferior a 1.99 gramos/c i Las partículas de fqsfato, preparadas de acuerdo con el procedimiento descripio en la presente, pueden ser dispersadas en látex en la presencia de sólidos cristalinos en partículas. Si se obtiene una película utilizando esta dispersión, se producen películas altamente opacas. Las películas altamente opacas son producidas aún en el caso de delgadas capas únicas de partículas. La evidencia experimental de la opacidad de la película se obtiene utilizando fosfato de aluminio amorfo como un reemplazado para el dióxido de titanio (es decir Ti02) . El dióxido de titanio es el pigmento blanco corriente y standard utilizado por la mayoría de los fabricantes que hacen formulaciones de pintura al látex. Una pintura al látex estireno- acrílica standard fue preparada utilizando una carga usual de dióxido de titanio y fue comparada con una pintura en donde el 55% de la carga de dióxido de titanio fue reemplaza por fosfato de aluminio amorfo. Esta comparación fue hecha en dos diferentes laboratorios de ensayo de pinturas. Las mediciones ópticas tomadas de las películas ensayadas utilizando las dos pinturas demostraron que el fosfato de aluminio puede reemplazar el dióxido de titanio produciendo películas de cobertura aún preservando las propiedades ópticas de la película. Los resultados sorprendentes y altamente efectivos del nuevo fosfato de aluminio descripto en la presente se relacionan en parte con su tamaño de partícula relativamente pequeño. Tales tamaños de partícula pequeños permiten que las partículas se distribuyan en forma extensiva en la película o cobertura y se asocien íntimamente con la resina y con los rellenos inorgánicos de la pintura, de modo de crear racimos que son sitios para la formación extensiva de huecos cuando la pintura se seca. El presente fosfato de aluminio muestra su tendencia a formar huecos cerrados, o partículas huecas, en un grado que no se ha observado con anterioridad para los fosfatos de aluminio, polifosfato de aluminio o cualquier otra partícula. En algunas realizaciones, las partículas de fosfato o polifosfato de aluminio están sustancialmente libres de poros abiertos mientras que contienen un número de poros cerrados. Como resultado de esto, en tales realizaciones, el volumen de macroporo es substancialmente menor de 0,1 cc/gramo. La opacidad de las películas de pintura basadas en agua utilizando fosfato de aluminio en algunas realizaciones de la invención involucra características únicas. La película de cobertura húmeda es una dispersión viscosa de polímero, fosfato de aluminio, dióxido de titanio y partículas de relleno. Cuando esta dispersión es colocada como una película de cobertura y secada, se comporta en forma diferente a una pintura convencional (por debajo de la concentración crítica de volumen de pigmento, CPVC) . En una pintura standard o convencional la resina de baja temperatura de transición de vidrio (Tg) es plástica a la temperatura ambiente y coalesce o se aglutina de manera que la resina de la película llena los poros y los huecos. Una pintura formulada con fosfato de aluminio, sin embargo, puede exhibir un comportamiento diferente. Los poros cerrados forman, como se ha descripto en la presente, y contribuyen a obtener un poder de cubrimiento de la película. La efectividad del fosfato o el polifosfato de aluminio descriptos en la presente puede ser comparada con las partículas de fosfato de aluminio preparadas por Hem y otros (ver Figura 3) . Las partículas secas descriptas en la presente no muestran pequeños huecos. Además, las partículas sufren grandes cambios morfológicos ante el calentamiento. La formación extensiva de "cuellos o gargantas" tal como se observa en el trabajo de Hem y otros, es particularmente interesante. Tales cuellos son una indicación de que las superficies de las partículas son muy deformables, en oposición a las partículas rígidas que demuestran las propiedades beneficiosas provistas por la invención que aquí se describe. El fosfato o polifosfato de aluminio en pigmentos puede ser preparado y utilizado por lo menos en una de las formas siguientes: como una pulpa de lodo (dispersión de alto contenido de sólidos, que fluye bajo la acción de la gravedad o las bombas de baja presión) con un 50% o más de sólidos; como un fosfato de aluminio secado' y micronizado con un 15% de humedad; y también en la forma pólimérica como fosfato de aluminio calcinado y micronizado. El fosfato de aluminio o polifosfato de aluminio, utilizado como un pigmento blanco, puede reemplazar al dióxido de titanio en dispersiones en un medio acuoso, tal como una emulsión polimérica de látex. La relación molar entre el fósforo y el aluminio del fosfato de aluminio es preferiblemente entre 0,6 y 2,5. Más preferiblemente, la relación molar entre el fósforo y el aluminio del fosfato de aluminio está en el rango entre 0,8 a 1,2. Tal como se ha descripto, un aspecto de la invención es un nuevo procedimiento para fabricar partículas huecas de fosfato de aluminio o polifosfato de aluminio que pueden ser utilizadas en diferentes aplicaciones incluyendo un pigmento blanco en . las formulaciones de pinturas basadas en látex polimérico acuoso. El procedimiento se describe de acuerdo con las siguientes etapas generales. Un experto en el arte podrá reconocer que ciertas etapas pueden ser alteradas o conjuntamente omitidas. Las etapas incluyen: preparación de los reactivos principales utilizados en el procedimiento, tal como una solución diluida de ácido fosfórico, solución diluida de sulfato de aluminio, y solución diluida de hidróxido de sodio o hidróxido de amonio. Simultáneo y controlado agregado de los reactivos en un reactor equipado con un sistema de mezclado para mantener la homogeneidad de la mezcla durante el procedimiento; control, durante el agregado de los reactivos en el reactor, de la temperatura y pH (acidez) de la mezcla y, principalmente, el tiempo de reacción; filtrado de la suspensión, con aproximadamente 0.8% de sólidos y separación de las fases liquida y sólida, en un equipo apropiado; lavado y remoción de las impurezas presentes en la torta del filtro con una solución acuosa ligeramente alcalina; dispersión de la torta lavada, conteniendo aproximadamente 35% de los sólidos, en un dispersor adecuado; secado de la pulpa dispersada en un dispersor adecuado; secado de la pulpa dispersada en un turbo-secador; micronización del producto secado hasta una granulometría promedio de 5,0 a 10 micrones; y polimerización del producto secado por tratamiento térmico del fosfato de aluminio en un calcinador. Existen diversos modos de preparar los reactivos principales en el procedimiento. Tal como se mencionó, una fuente de fósforo para la fabricación de fosfato de aluminio y de polifosfato de aluminio es el ácido fosfórico de grado fertilizador, de cualquier origen, estando clarificado y decolorado. Por ejemplo, un ácido fosfórico comercial que contiene aproximadamente el 54% de P20s puede ser químicamente tratado y diluido con agua tratada resultante en una concentración de 20% de P205. También, como una alternativa a este procedimiento (en lugar de ácido fosfórico de grado fertilizante o ácido fosfórico purificado) , se pueden utilizar sales de fósforo como ortofosfatos o como polifosfatos. Otro reactivo para el procedimiento es el sulfato de aluminio comercial. El sulfato de aluminio comercial puede ser obtenido a partir de la reacción entre alúmina (óxido de aluminio hidrato) con ácido sulfúrico concentrado (98% H2S04) , y luego clarificado y almacenado a una concentración del 28% de A1203. Para que la reacción tenga una cinética favorable, el sulfato de aluminio es diluido con agua tratada a 5,0% de A1203. Como una alternativa de este procedimiento, la fuente de aluminio puede ser cualquier otra sal de aluminio, así como también un hidróxido de aluminio o aluminio en forma metálica. La neutralización de la reacción es llevada a cabo con una solución de hidróxido de sodio que puede ser adquirida comercialmente en diferentes concentraciones. Se puede adquirir una concentración de 50% NaOH y diluirla. Por ejemplo, en la primera fase de la reacción cuando se están mezclando los reactivos iniciales el hidróxido de sodio puede ser utilizado en la concentración del 20% de NaOH. En la segunda fase de la reacción, debido a la necesidad de un afinamiento de la acidez del producto, se puede utilizar una solución de hidróxido de sodio con 5% NaOH. Como un neutralizador alternativo, se puede utilizar hidróxido de amonio o carbonato de sodio (sosa comercial) . En otra realización de la invención, una reacción química resulta en la formación de ortofosfato de aluminio o de ortofosfatos de aluminio (A12(HP04)3 o A1(H2P04)3. La reacción, tal como se describe, es llevada a cabo a través de la mezcla de tres reactivos, es decir una solución de ácido fosfórico, solución de sulfato de aluminio y solución de hidróxido de sodio. Los reactivos son dosificados en un reactor, que contiene típicamente un sistema de mezclado durante un período de 30 minutos. Durante el agregado de los reactivos en el reactor, el pH de la mezcla es controlado dentro del rango que va de 4,0 a 4,5 y a una temperatura de reacción de entre 35°C y 40°C. La reacción es completada luego de 15 minutos de la mezcla del reactivo. En este período, el pH de la mezcla puede ser ajustado a 5,0 con el agregado de hidróxido de sodio más diluido. En esta realización la temperatura está preferiblemente por debajo de aproximadamente 40°C. Al final de la reacción, la suspensión formada debería contener una relación molar entre los elementos fósforo y aluminio entre 0,8 a 1,2. Luego de la formación del ortofosfato de aluminio, la suspensión que contiene alrededor de 6,0% a 10,0% de sólidos, con una temperatura máxima aproximada de 45°C, y una densidad que está en un rango de entre 1,15 a 1,25 gramos/cm3, es bombeada a una prensa de filtro convencional. En la prensa de filtro, la fase líquida (algunas veces indicada como "licor") es separada de la fase sólida (algunas veces indicada como "torta") . La torta húmeda, que contiene aproximadamente de 35% a 45% de sólidos, y que todavía está posiblemente contaminada con la solución de sulfato de sodio, es mantenida en el filtro para el ciclo de lavado. La concentración filtrada, que es básicamente una solución concentrada de sulfato de sodio, es extraída del filtro y almacenada para su posterior utilización. En una realización de la invención, el lavado de la torta húmeda es llevado a cabo en el mismo filtro y en tres etapas de proceso. En el primer lavado ("lavado de desplazamiento") la mayor parte de la sustancia filtrada que es contaminante de la torta es removida. La etapa de lavado es llevada a cabo utilizando agua tratada sobre la torta a un rango de flujo de 6,0 m3 de agua por tonelada de torta seca. Un segunda etapa de lavado, también con agua tratada y con un caudal de 8,0 m3 de agua por tonelada de torta seca, puede ser llevada a cabo para reducir adicionalmente, si no se eliminan totalmente los contaminantes. Y, finalmente, una tercera etapa de lavado utilizando una solución ligeramente alcalina puede ser llevada a cabo. Dicha tercera etapa de lavado puede ser llevada a cabo para neutralizar la torta y mantener su pH I en el rango de 7,0. Finalmente, como la torta puede ser soplada con aire comprimido durante un cierto período de tiempo. Preferiblemente, el producto húmedo debería presentar entre 35% y 45% de sólidos. Seguidamente, en esta realización particular de la invención, la dispersión de la torta puede ser procesada de tal manera que la torta de filtro, húmeda y lavada, y conteniendo aproximadamente 35% de sólidos, es extraída del filtro de prensa por medio de una correa o cinta transportadora y transferida a un reactor barra/dispersor . La dispersión de la torta es ayudada mediante el agregado de una solución de dilución de tetrapirofosfato de sodio. Luego de la etapa de dispersión, el producto es seguidamente secado. Cuando el "lodo o barro" del fosfato de aluminio, con un porcentaje de sólidos dentro del rango del 30% al 50%, es bombeado a la unidad de secado. En una realización, la remoción de agua del material puede ser llevada a cabo con equipo de secado, tal como un equipo del tipo "turbo pecador" a través de una inyección de corriente de aire caliente, a una temperatura de 135°C a 140°C, que pasa a través de la muestra. La humedad final de producto debería estar mantenida preferencialmente en el rango de 10% a 20% de agua. En ciertas realizaciones de la invención, la etapa siguiente del procedimiento incluiría la calcinación del producto. En esta etapa, el ortofosfato del aluminio seco, tal como A1(H2P04)3, es condensado por un tratamiento térmico para formar un polifosfato de aluminio poroso que es (Al (H2P04) 3)n , donde "n" puede ser un número entero mayor que 1, preferiblemente, n es mayor que o igual a 4. Más preferiblemente, n es mayor que o igual a 10. Aún más preferiblemente, n es mayor que o igual a 20. Preferiblemente, n es menor que 100. Aún más preferiblemente, n es menor que 50. Esta etapa de proceso es llevada a cabo calentando el fosfato de aluminio, en un calcinador del tipo pulverizador-secador, en un rango de temperatura' de 500°C a 600°C. Luego de la polimerización, el producto puede ser enfriado rápidamente y enviado a la unidad de micronización. En este punto, se puede llegar a cabo la etapa de micronización del producto. Finalmente, el producto resultante que abandona el secador (o el calcinador) es transferido a la unidad de molienda y terminación, moliéndose en un micronizador/seleccionador, y su granulometria en el rango de 99,5% está por debajo del valor de malla 400.

El fosfato de aluminio o polifosfato de aluminio, luego del tratamiento térmico puede ser aplicado como pigmento blanco en la formulación de pinturas hogareñas, basadas en agua, debido a su propiedad de auto-opacificación en películas acrílicas y PVA y látex, debido a la formación de partículas con estructuras huecas con alta capacidad de dispersión o esparcimiento de luz, durante el proceso de secado de la pintura. Diversas pinturas pueden ser formuladas utilizando el fosfato o polifosfato de aluminio hecho de acuerdo con las diversas realizaciones de la invención como un pigmento, solo o en combinación con otro pigmento, tal como dióxido de titanio. Una pintura comprende uno o más pigmentos y uno o más polímeros como el ligante (algunas veces denominado como "polímero ligante"), y opcionalmente algunos aditivos. Existen pinturas hechas a base de agua y pinturas hechas a base de otros solventes distintos a agua. Generalmente, una composición de pintura basada en agua está compuesta de cuatro componentes básicos: ligante, vehículo acuoso, pigmento (s) y aditivo (s) . El ligante es un material de resina no volátil que está dispersado en el vehículo acuoso para formar un látex. Cuando el vehículo acuoso se evapora el ligante forma una película de pintura que une el conjunto las partículas de pigmento y otros componentes no volátiles de la composición de pintura en base a agua. Las composiciones de pintura basadas en agua pueden ser formuladas de acuerdo a los métodos y componentes descriptos en la Patente Norteamericana No. 6.646.058, con o sin modificaciones. La mención de dicha patente se incorpora a modo de referencia en su totalidad a la presente. El fosfato o polifosfato de aluminio hecho de acuerdo con las realizaciones de la presente invención pueden ser utilizados para formular pinturas en base a agua como un pigmento, solo o en combinación con dióxido de titanio. Una pintura común es una pintura al látex que comprende un polímero ligante, un pigmento de cobertura y opcionalmente un espesante y otros aditivos. Nuevamente, el fosfato o polifosfato de aluminio hecho de acuerdo con las realizaciones de la presente invención puede ser utilizado para formular pinturas al látex como un pigmento, solo o en combinación con dióxido de titanio. Otros componentes para hacer una pintura al látex se describen en las Patentes Norteamericanas Nos. 6.881.782 y 4.782.109 las cuales se incorporan a la presente a modo de referencia en su totalidad. A modo de ilustración, debajo se hará una breve referencia a componentes y métodos adecuados para hacer pinturas de látex. En algunas realizaciones, los polímeros ligantes adecuados incluyen una emulsión del monómeros insaturados etilénicamente copolimerizados que incluyen de 0,8% a 6% de metacrilato o acrilato ácido graso tal como metracrilato de laurilo y/o metacrilato de estearilo. En base al peso de los monómeros etilénicos copolimerizados, el ligante polimérico comprende de 0,8% a 6% de acrilato o metacrilato ácido graso en donde las composiciones preferidas contienen de 1% a 5% de metacrilato o acrilato ácido graso copolimerizado que tiene una cadena de ácido graso alifático que comprenden en 10 y 22 átomos de carbono. Las composiciones de copolímero preferida están basadas en metacrilato ácido graso copolimerizado. El metacrilato de laurilo y/o el metacrilato de estearilo son los preferidos y el metacrilato de laurilo es monómero más preferido. Otros metacrilatos ácidos grasos útiles incluyen el metacrilato de miristilo, metacrilato de decilo, metacrilato palmítico, metacrilato oleico, metacrilato hexadecilo, metacrilato cetilo y metacrilato eicosilo, y metacrilatos alifáticos de cadena recta similares. Los acrilatos o metacrilatos ácidos grasos típicamente comprenden aceites grasos comerciales co-reaccionados con ácido metacrílico o ácido acrílico para proveer primariamente la parte de metacrilato ácido graso dominante con cantidades menores de otros metacrilatos o acrilatos de ácido graso.

Los monómeros insaturados etilénicamente polimerizables contienen una insaturación carbono-a-carbono e incluyen monómeros de vinilo, monómeros acrílicos, monómeros allílicos, monómeros de acrilamida, y ácidos mono- y dicarboxílicos insaturados. Los esteres de vinilo incluyen acetato de vinilo, propionato de vinilo, butiratos de vinilo, benzoatos de vinilo, isopropil acetatos de vinilo y esteres de vinilo similares; los haluros de vinilo incluyen cloruro de vinilo, fluoruro de vinilo y cloruro de vinilideno; los hidrocarburos aromáticos de vinilo incluyen estireno, metil estírenos y estírenos alquilo inferiores, cloro estírenos, tolueno de vinilo, naftaleno de vinilo y benceno de divinilo; los monómeros de hidrocarburos alifáticos de vinilo incluyen alfa olefinas tales como etilenos, propileno, isobutileno, y ciclohexeno así como también los dienos conjugados tales como 1, 3-butadieno, metil-2-butadieno, 1, 3-piperileno, 2,3 dimetil butadieno, isopreno, ciclohexano, ciclopentandieno y diciclopentadieno. Los éteres alquilo vinilo incluyen éter de metil vinilo, éter de isopropil vinilo, éter de n-butil vinilo, y éter de isobutil vinilo. Los monómeros acrílicos incluyen monómeros tales como: esteres alquilo inferiores de ácido acrílico o metacrílico que tienen una porción de éster alquilo que contienen entre 1 a 12 átomos de carbono asi como también derivados aromáticos del ácido acrílico y metacrílico. Los monómeros acrílicos útiles incluyen, por ejemplo, ácido acrílico y metacrílico, metacrilato y acrilato de metilo, metacrilato y acrilato de etilo, metacrilato y acrilato de butilo, metacrilato y acrilato de propilo, metacrilato y acrilato de 2-etilo hexilo, metacrilato y acrilato de ciclohexilo, metacrilato y acrilato de decilo, acrilato y metacrilato de isodecilo, acrilato y metacrilato de bencilo y diversos productos de reacción tales como butil fenilo, y cresil glicidilo éteres reaccionados con ácidos acrílico y metacrílico, y hidroxi alquil acrilatos y metacrilatos tales como acrilatos y metacrilatos de hidroxietilo e hidroxipropilo, así como también acrilatos y metacrilatos amino. Los monómeros acrílicos pueden incluir muy pequeñas cantidades de ácidos acrílicos que incluyen ácido acrílico y metacrílico, ácido etacrílico, ácido alfa-cloroacrílico, ácido alfa-cinoacrílico, ácido crotónico, ácido beta-acriloxi propiónico y ácido beta-estiril acrílico. En otras realizaciones, los polímeros útiles como componente (a) , el "polímero ligante" de las pinturas de látex son productos de copolimerización de una mezcla de co-monómeros que comprenden monómeros seleccionados entre estireno, metil estireno, vinilo o combinaciones de los mismos. Preferiblemente, los co-monómeros comprenden (más preferiblemente consisten esencialmente de) por lo menos 40% mol de monómeros seleccionados de estireno, metil estireno o combinaciones de los mismos y por lo menos 10% mol de uno o más monómeros seleccionados entre acrilatos, metacrilatos y acrilonitrilo. Preferiblemente, los acrilatos y metacrilatos contienen desde 4 a 16 átomos de carbono tales como, por ejemplo, 2- etilhexil acrilato y metil metacrilatos. También es preferible que los monómeros sean utilizados en una proporción tal que el polímero final tenga una temperatura de transición a vidrio (Tg) mayor a 21°C y menor a 95°C. Los polímeros preferiblemente tienen un peso molecular promedio de por lo menos 100.000. Preferiblemente, el polímero ligante comprende unidades interpolimerizadas derivadas de acrilato de 2-etilhexilo. Más preferiblemente, el polímero ligante comprende unidades polimerizadas que comprenden desde 50 a 70% mol de unidades derivadas de estireno, metil estireno o combinaciones de los mismos, desde 10 a 30% mol de unidades derivadas de acrilato de 2-etilhexilo; y desde 10 a 30% mol de unidades derivadas de metil acrilato, acrilonitrilo o combinaciones de los mismos. Ejemplos ilustrativos de adecuados polímeros ligantes incluyen un copolímero cuyas unidades interpolimerizadas están derivadas desde alrededor de 49% mol de estireno, 11% mol de alfa-metilestireno, 22% mol de acrilato de 2-etilhexilo, y 18% mol de metil metacrilatos con una temperatura Tg de aproximadamente 45°C (disponible como emulsión de polímero de Neocryl XA-6037 de la firma ICI Americas, Inc., Bridgewater, N.J.); un copolímero cuyas unidades interpolimerizadas están derivadas desde alrededor de 51% mol de estireno, 12% mo de alfa-metilestireno, 17% mol de acrilato de 2-etilhexilo, y 19% mol de metacrilatos de metilo con una temperatura Tg de aproximadamente 44 °C (disponible como emulsión de polímero Joncryl 537 de la firma S.C. Johnson & Sons, Racine, Wis.); y un terpolímero cuyas unidades interpolimerizadas están derivadas desde alrededor de 54% mol de estireno, 23% mol de acrilato de 2-etilhexilo, y 23% mol de acrilonitrilo de una temperatura Tg de aproximadamente 44 °C (disponible como emulsión polimérica Carboset.TM. XPD-1468 de la firma B.F. Goodrich Co . ) . Preferiblemente, el polímero ligante es Joncryl.TM. 537. Tal como se ha descripto anteriormente, el fosfato o polifosfato de aluminio hecho con las realizaciones de la invención puede ser utilizado para formular pinturas de látex como un pigmento, solo o en combinación con otro pigmento. Adecuados pigmentos cubrientes adicionales incluyen pigmentos cubrientes blancos proveedores de opacidad y pigmentos orgánicos e inorgánicos coloreados. Ejemplos representativos de adecuados pigmentos blancos cubrientes y proveedores de opacidad incluyen los dióxidos de titanio rutilo y anatasa, litopon, sulfuro de zinc, titanato de plomo, óxido de antimonio, óxido de zirconio, sulfuro de bario, plomo blanco, óxido de zinc, óxido de zinc con plomo y lo similar, y mezcla de los mismos, un pigmento cubriente orgánico cubriente preferido es el dióxido de titanio rutilo. Más preferible es el dióxido de titanio rutilo que tiene un tamaño de partícula promedio de entre alrededor de 0,4 a 0,2 micrones. Ejemplos de pigmentos orgánicos coloreados son azul itálico y amarillo hansa. Ejemplos de pigmentos inorgánicos coloreados son óxido de hierro rojo, óxido marrón, ocres y tímalos. Las pinturas de látex más conocidas contienen espesantes para modificar las propiedades reológicas de la pintura para asegurar buenas características de aplicación, manipulación y esparcido de la pintura. Adecuados espesantes incluyen un espesante no-celulósico (preferiblemente, un espesante asociativo; más preferiblemente, un espesante asociativo uretano) . Los espesantes asociativos tales como, por ejemplo, copolímeros acrílicos álcali capaces de hincharse y modificados hidrofobicamente y copolímeros uretanos modificados hidrofobicamente generalmente imparten una mayor reología Newtoniana a las pinturas de emulsión en comparación con los espesantes convencionales tales como, por ejemplo, espesantes celulósicos. Ejemplos representativos de espesantes asociativos adecuados incluyen ácidos poliacrílicos (disponibles comercialmente, por ejemplo, a través e la firma Rohm & Haas Co., Philadelphia, Pa., como Acrysol RM-825 y QR-708 Rheology Modifier) y atapulguita activada (comercialmente disponible a partir de la firma Engelhard, Iselin, N.J. como Attagel 40) . Las películas de pintura basadas en látex se forman mediante la aglutinación del polímero ligante para formar una matriz ligante a la temperatura ambiente a la que se aplica la pintura para formar una película o lámina dura no-pegajosa. Los solventes aglutinantes ayudan a aglutinar el ligante formador de película al disminuir la temperatura formadora de película. Las pinturas al látex contienen preferiblemente un solvente aglutinante. Ejemplos representativos de adecuados solventes aglutinantes o coalescentes incluyen 2-fenoxietanol, éter de dietilenglicol butilo, ftalato de dibutilo, dietilenglicol, 2,2,4 trimetil -1, 1, 3-pentanodiol monoisobutirato, y combinaciones de los mismos. Preferiblemente, el solvente aglutinante es dietilenglicol butil éter (butil carbitol) (disponible comercialmente a partir de la firma Sigma-Aldrich, Milwaukee, Wis.) o 2, 2, 4-trimetil-l, 1, 3-pentanodiol monoisobutirato (disponible comercialmente a partir de la firma Eastman Chemical Co., Kingsport, Tenn., como Texanol) , o combinaciones de los mismos. El solvente -coalescente es preferiblemente utilizado en un nivel entre alrededor de 12 a 60 gramos (preferiblemente alrededor de 40 gramos) de solvente coalescente por litro de pintura de látex o a alrededor de 20 a 30% en peso basado en el peso de los sólidos poliméricos en la pintura. Las pinturas formuladas de acuerdo con las realizaciones de la presente invención pueden además comprender materiales convencionales utilizados en pintura tales como, por ejemplo, plastificadores, agentes antiespumantes, extendedores de pigmento, ajustadores de pH, colores de tintura y biocidas. Tales ingredientes típicos están listados, por ejemplo, en la publicación TECHNOLOGY OF PAINTS, VARNISHES AND LACQUERS, editadas por C.R. Martens, R.E. Kreiger Pubiishing Co., pág. 515 (1974). Las pinturas están comúnmente formuladas con "extendedores funcionales" para aumentar la cobertura o cubrimiento, reducir el costo, conseguir durabilidad, alterar la apariencia, controlar la reología e influenciar sobre otras propiedades deseables. Ejemplos de extendedores funcionales incluyen, por ejemplo, sulfato de bario, carbonato de calcio, arcilla, yeso, sílice y talco.

Los extendedores funcionales más comunes para pinturas de interior a ser aplicadas a superficies planas son las arcillas. Las arcillas tienen un número de propiedades que las hacen deseables. ' Las arcillas calcinadas de bajo costo, por ejemplo, son útiles en el control de la viscosidad de bajo corte de cizallamiento y tienen una gran área superficial interna que contribuye al "cubrimiento seco". Pero, esta área superficial también es capaz de retener manchas. Debido a su tendencia de absorber manchas, es preferible que las arcillas calcinadas sean utilizadas en las pinturas de la presente invención solamente en pequeñas cantidades requeridas para el control de la reología, por ejemplo, típicamente en cantidades menores a alrededor de la mitad del total del pigmento extendedor, o directamente no se utilizan. Los extendedores preferidos para ser utilizados en las pinturas de la invención son los carbonatos de calcio; los más preferidos son los carbonatos de calcio de grano ultra-fino tales como, por ejemplo, Opacimita (disponible comercialmente a partir de la firma ECC International, Sylacauga, Ala.) Supermita (disponible comercialmente a partir de la firma Imerys, Roswell, Ga.), u otros que tengan un tamaño de partícula de aproximadamente 1,0 a 1,2 micrones. El carbonato de calcio ultra-fino ayuda a espaciar óptimamente el dióxido de titanio para obtener el cubrimiento (ver por ejemplo la publicación K. A. Haagenson, "The effect of extender particle size on the hiding properties of an interior látex fíat paint, "American Paint & Coatings Journal, Apr. 4, 1988, pp. 89-94) . Las pinturas de látex formuladas de acuerdo con las realizaciones de la presente invención pueden ser preparadas utilizando técnicas convencionales. Por ejemplo, algunos de los ingredientes de pintura son generalmente mezclados en conjunto bajo una fuerte fuerza de corte para formar una mezcla comúnmente denominada "la molienda" por los que hacen las formulaciones de pintura. La consistencia de esta mezcla es comparable con aquélla de un barro o lodo el cual es deseable a los fines de dispersar eficientemente los ingredientes con un agitador de alta fuerza de corte. Durante la preparación de la molienda, se utiliza una alta energía de corte para romper y separar las partículas de pigmento aglomeradas. Los ingredientes no incluidos en la molienda se denominan comúnmente como "los reductores". Los reductores tienen usualmente mucho menos viscosidad que la molienda y usualmente se utilizan para diluir la molienda para obtener una pintura final con la consistencia apropiada. La mezcla final de la molienda con los reductores se lleva típicamente a cabo con una acción de mezclado de bajas fuerza de corte. La mayoría de los polímeros de látex, no son estables ante las fuerzas de corte y por lo tanto no son utilizados como un componente de la molienda. La incorporación de látex inestable a las fuerzas de corte en la molienda puede dar como resultado una coagulación del látex, dando como resultado una pintura apelmazada con muy poca, o sin, capacidad formadora de película. Consecuentemente, las pinturas son generalmente preparadas agregando el polímero de látex en el reductor. Sin embargo, algunas pinturas formuladas de acuerdo con las realizaciones de la presente invención, contienen polímeros de látex que son generalmente estables a las fuerzas de corte. Por lo tanto, las pinturas de látex pueden ser preparadas incorporando parte o todo el polímero de látex dentro de la molienda. Preferiblemente, por lo menos algunos polímeros de látex se agregan en la molienda. Seguidamente se describen dos ejemplos de posibles formas del procedimiento. Nuevamente, un experto en el arte podrá reconocer variantes que puedan ser utilizadas en llevar a cabo el procedimiento descripto en la presente. Los ejemplos siguientes se presentan como realizaciones de la invención a modo de ejemplo. Todos los valores numéricos son aproximados. Cuando se dan rangos numéricos, deberá entenderse que las realizaciones por fuera de los rangos indicados todavía pueden caer dentro del alcance de la invención. Los detalles específicos descriptos en cada ejemplo no deben ser tomados como características necesarias de la invención.

EJEMPLO NO. 1 En este ejemplo se prepararon 535,0 kg. de fosfato de aluminio. El producto húmedo fue secado en un "turbo-secador" y presentó características de partículas huecas con un 15% de humedad y una relación de P:A1 (fósforo: aluminio) de 1:1,50. Se prepararon 940,0 kg. de ácido fosfórico fertilizador que contenían 55% de P2Os« En la fase de preparación inicial se llevo a cabo la decoloración del ácido lo cual duró 30 minutos a una temperatura de 85°C. Para esta fase, se agregó al ácido una solución con 8,70 kg. de peróxido de hidrógeno que contenía alrededor de 50% de H202. Luego, el ácido fue diluido con 975,0 kg. de agua de proceso, enfriado a una temperatura de 40°C y luego almacenado con una concentración de 27,0% de P2O5. La fuente de aluminio empleada en esta aplicación fue una solución de sulfato de aluminio comercial que contenía 28% de A1203. La solución fue filtrada y diluida con agua de procedimiento. Específicamente, 884,30 kg. de la solución de sulfato de aluminio y 1.776,31 kg. de agua de proceso se combinaron para crear una solución de aproximadamente 9,30% A1203. Este experimento particular utilizó como reactivo de neutralización una solución diluida de hidróxido de sodio comercial que contenía 20,0% de NaOH. Específicamente, se mezclaron 974,0 kg. de solución de hidróxido de sodio con 50% de HaOH y 1.461,0 kg. de agua de procedimiento. La mezcla final fue enfriada a 40°C. Los tres reactivos fueron mezclados simultáneamente, durante aproximadamente 30 minutos, en un reactor con 7.500 litros. Durante el agregado de los reactivos en el reactor, la temperatura de la mezcla se mantuvo , en un rango de 40°C a 45°C, el pH fue controlado para mantenerse en un rango de 4,0 a 4,5. Al final del agregado de los reactivos, la mezcla fue mantenida bajo movimiento o agitación durante aproximadamente 500 minutos. El pH en este punto fue controlado aproximadamente a 5,0 con el agregado de una solución de hidróxido de sodio que contenía 5,0 de NaOH. La suspensión resultante fue de aproximadamente 7.000 kg. con una densidad de 1,15 gramos/c?ti3, y presentaba 6,5 de sólidos, que representaron alrededor de 455,0 kg. de precipitado. Luego, la suspensión fue filtrada en un filtro-prensa dando como resultado 1.300 kg de torta húmeda y 5.700 kg de filtrado. El filtrado consistió principalmente de una solución de sulfato de sodio (Na2S04) . La torta consistió de aproximadamente 35% de sólidos. La torta fue lavada, directamente en el filtro-prensa, con 3.860 litros de agua de proceso, a temperatura ambiente, manteniéndose una relación de lavado de aproximadamente 8,5 cm3 de solución de lavado por tonelada de torta seca. El filtrado generado en el lavado de la torta fue almacenado para su uso opcional futuro o para tratamiento como efluente. La torta extraída del filtro, aproximadamente 1.300 kg, fue luego transferida a un dispersor (de aproximadamente 1.000 litros) a través de una bomba peristáltica. La solución dispersada, conteniendo aproximadamente 35% de sólidos, tuvo una densidad de 1,33 g/cm3 y una viscosidad de 17.400 cP. La suspensión dispersada de fosfató de aluminio, con aproximadamente 35% de sólidos, fue luego bombeada hacia un turbo-secador. El producto fue calentado a través de una corriente de aire caliente, a una temperatura de 135°C. Se produjeron aproximadamente 535,0 kg de ortofosfato de aluminio con un 15% de humedad. El producto final fue micronizado y su granulometría fue mantenida por debajo del valor de malla 400. El análisis final del producto seco presentó los siguientes resultados: el contenido de fósforo en el producto fue de aproximadamente 15%; el contenido de aluminio fue de aproximadamente 8,7%; el pH fue de aproximadamente 7,0; el contenido de agua fue de aproximadamente 15%; la densidad específica fue 2,20 g/cm3 y el diámetro promedio de partículas fue de entre 5 a 10 um.

EJEMPLO NO. 2 A partir de los resultados del Ejemplo 1, se emplearon alrededor 200 kg de fosfato de aluminio micronizado y secado. La muestra fue utilizada para la fabricación de una muestra de pintura hogareña. Inicialmente se prepararon 900 litros de pintura acrílica blanca opaca. Dicha pintura fue aplicada y se evaluó el comportamiento y características de la misma en comparación con una pintura de venta comercial. La composición de la pintura basada en una formulación original que contenía alrededor de 18% de dióxido de titanio fue como sigue: el fosfato de aluminio fue de aproximadamente 14,20%; el óxido de titanio fue de aproximadamente 8,34%; el caolín fue de aproximadamente 7,10%; la algamatolita fue de aproximadamente 10,36%; la diatomita fue de aproximadamente 0,84%; la resina acrílica fue de aproximadamente 12,25% y el PVC fue de aproximadamente 47,45%. Las características de la pintura preparada con fosfato de aluminio, luego de su aplicación en una pintura fue como sigue: a) cobertura húmeda similar al cubrimiento de una pintura de referencia; b) la cobertura o cubrimiento seco fue mejor que la cobertura con la pintura de referencia; y c) los ensayos de resistencia luego de seis meses de pintar una casa proveyeron excelentes resultados. Finalmente, se vio que la pintura acrílica opaca soluble en agua con fosfato de aluminio, preparada en el Ejemplo No. 2, mantuvo todas las características de las pinturas comerciales con un rendimiento de 50m2/3,6 litros sobre superficies preparadas con rellenos o alisadores. Los datos de la composición química típica del producto de fosfato de aluminio se encuentran en la Tabla 1. Estos resultados demuestran que la invención descripta en la presente es un fosfato de aluminio neutral hidratado y no-cristalino, hecho de nano-partículas . Además, el promedio de agregados y el tamaño de las partículas hinchadas (en el lodo) esta en el rango de 200 a 1500 nm, tal como se ha determinado por dispersión dinámica de luz. Más preferiblemente, el promedio de agregados, y el tamaño de las partículas hinchadas (en el lodo) esta en el rango de 200 a 700 nm. El tamaño de las partículas individuales, sin embargo, puede tener un radio tan pequeño como de 50 a 80 nm, según se ha determinado por medio de microscopía electrónica. Más preferiblemente, los tamaños de partícula individuales pueden tener un radio tan pequeño como de 10 a 40 nm. Tabla 1. Composiciones Químicas de Diversos Grados del Nuevo Producto, Determinadas por Fluorescencia de Rayos X Utilizando Parámetros Fundamentales.

Tal como ya se ha mencionado, una pintura basada en agua, de dióxido de titanio básico esta hecha de una adecuada dispersión de látex y partículas de pigmento. Las partículas de látex son responsables de hacer una película aglutinada rellena con las partículas de pigmento, y son las responsables del poder cubriente de la película. También se utilizan muchos aditivos tales como: rellenos inorgánicos, los cuales disminuyen los requerimientos de resina y pigmentos; agentes coalescentes o aglutinantes, que mejoran la formación de la película de resina; dispersantes y modificadores reológicos, que previenen la coagulación del pigmento y el relleno y de esta manera mejoran la vida de la pintura durante su almacenamiento conjuntamente con las propiedades reológicas de la pintura.

En una típica película seca de pintura, las partículas de pigmento y relleno están dispersadas en la película de resina. El poder cubriente depende en gran medida de los tamaños e índices de refracción de las partículas. Tal como se ha mencionado, el dióxido de titanio es corrientemente el pigmento blanco estándar por su gran índice de refracción y por la ausencia de absorción de luz en la región visible. Una película seca de una pintura formulada con el nuevo fosfato de aluminio en algunas realizaciones presenta diversas diferencias con la película seca de pintura típica. Primero, la película con fosfato de aluminio no es solo una película de resina. Es más que esto, esta formada por el entramado de resina y fosfato de aluminio. De esta manera es una película de nano-compuesto que combina dos fases inter-penetrantes con diferentes propiedades para lograr beneficios sinérgicos que conciernen a las propiedades mecánicas y resistencia al agua y a otros agentes agresivos. Segundo, el buen poder cubriente de la película es obtenido con más bajos contenidos de dióxido de titanio porque la película contiene una gran cantidad de poros cerrados que disipan la luz. Más aún, si una partícula de titanio es adyacente a uno de estos huecos, esta disipará mucho más luz que si estuviera rodeada completamente por resina, debido al mayor gradiente del índice de refracción. Esto crea un sinergismo entre el nuevo fosfato de aluminio y el dióxido de titanio así como también con el poder cubriente. En ensayos comparativos de una película seca de pintura estándar y una película con fosfato de aluminio, se eligió una formulación comercial estándar de una pintura acrílica se i-mate y el dióxido de titanio fue reemplazado progresivamente por el nuevo producto de fosfato de aluminio descripto en la presente. El contenido de agua y otros componentes de pintura fue ajustado tal como era requerido. Varias de las modificaciones en la fórmula de esta realización están relacionadas con un menor uso de espesante/modificador de reología, dispersante, resina acrílica y agente coalescente o aglutinante. La Tabla 2 describe un ejemplo de una de las fórmulas utilizadas en este experimento, juntamente con la fórmula correspondiente para el nuevo fosfato de aluminio. Tabla 2. Una fórmula de pintura estándar corrientemente utilizada en el mercado y la fórmula correspondiente que utiliza el fosfato de aluminio. Las cantidades están en gramos.

En la fórmula indicada arriba se ha logrado un reemplazo del 50% del Ti02, manteniendo las condiciones de blancura y opacidad de la película seca. Además, se exploraron las otras propiedades del nuevo producto tal como modificador reológico y también como agente estructurador de película. La comparación entre las dos fórmulas de arriba muestra que los pigmentos hechos de acuerdo con las realizaciones de la invención conducirán a una reducción adicional de costo más allá de la derivada del reemplazo del pigmento de dióxido de titanio. Más aún, dichas ganancias pueden ser obtenidas mientras se produce un mejor comportamiento y características de la película de pintura aplicada. De la anterior descripción de diferentes realizaciones de la invención se puede observar que el nuevo producto y procedimiento difieren en diversos aspectos de los fosfatos y polifosfatos de aluminio existentes. Por ejemplo, como su estequiometría no es definida, se pueden preparar diversas formulaciones de la invención cambiando el procedimiento de fabricación y de esta manera la composición del producto final. Debido a que I la invención está hecha bajo controlados niveles de pH, I esta es casi neutral evitando así problemas ambientales y toxicológicos. ¡ Además, la invención también puede estar libre de I problemas de corrosión asociados con algunos fosfatos de aluminio encontrados en el mercado y utilizados en la I transformación de óxidos de hierro en fosfato de hierro. Además, la no-estequiometría juntamente con la crístalinidad relativa (tanto en la forma de lodo como en polvo) y el cuidadosamente controlado contenido de agua del polvo seco permiten el fácil control del hinchamiento que es 'beneficioso para sus prestaciones y características. Las partículas de nano-tamaño son fácilmente dispersadas y las mismas son estables hasta su curado lo cual permite dispersiones uniformes de la pintura. También, las nano-par'tículas pueden ser fuertemente compatibles con partículas de látex, mediante los mecanismos de adherencia porj capilaridad (en la etapa de secado de la dispersión) seguido por una adherencia electrostática (en la película seca) mediada por ión-cluster, se pueden formar en muchos casos redes bi-continuas. Finalmente, el nuevo producto también es fuertemente compatible con muchos otros sólidos en partículas comúnmente utilizados como rellenos de pinturas, tales como los diversos silicatos, carbonatos y óxidos encontrados en dispersiones con formulaciones basadas en agua, las cuales pueden contribuir a la cohesión y resistencia de la película de pintura seca. De esta manera, la invención descripta en la presente utiliza un material de partida diferente que ofrece beneficiosos alternativos, haciendo que el procedimiento sea más económico y ofreciendo resultados sorprendentes. Se describe en la presente la purificación de coloración y purificación de un ácido fosfórico ampliamente conocido en la industria de los fertilizantes. El ácido fosfórico generalmente se consigue comercialmente a un precio que es una fracción del precio de los fosfatos o metafosfatos utilizados anteriormente. Como el ácido fosfórico es el material de partida utilizado en la fabricación de pigmentos de fosfatos de aluminio y que típicamente tiene el más alto precio de mercado, el uso de una menor cantidad de ácido permite una importante reducción en los costos de fabricación de los fosfatos de aluminio. El mencionado procedimiento hace posible una adopción más amplia de estos pigmentos. Además, ciertas características de la invención descripta en esta solicitud presentan nuevas vías de utilización de los fosfatos de aluminio, tal como en una dispersión o en un polvo húmedo. Estos nuevos métodos permiten importantes avances tecnológicos. Por ejemplo, los nuevos métodos y productos previenen problemas referidos a la formación de grumos o coágulos de partículas, lo cual daña el comportamiento y características del pigmento y reduce su poder cubriente. Además, el nuevo método y producto eliminan problemas de dispersión de partículas en partículas de látex utilizadas en la fabricación de pinturas basadas en agua, facilitando el procedimiento de uso del fosfato de aluminio en pinturas para el hogar. Además, los nuevos procedimientos y productos no requieren etapas de secado exhaustivo del fosfato, lo cual aumentaría la complejidad y costo de fabricación. Otro aspecto beneficioso del nuevo procedimiento descripto en la presente es que éste puede ser considerado un producto de efluente 0 conocido como (química verde) , en donde el procedimiento se realiza bajo condiciones de presión y temperatura moderadas que no crean problemas ambientales durante el proceso de fabricación. Debido a su naturaleza química, los residuos creados por el nuevo proceso descripto pueden ser procesados con seguridad en el ambiente como un componente fertilizante. Genera una producción similar a un lodo así como también un polvo seco. En ambos casos esto es fácilmente dispersado en agua formando dispersiones estables que tienen propiedades reológicas estables. Como se ha demostrado anteriormente, las realizaciones de la invención proveen un nuevo método para hacer un fosfato de aluminio amorfo. Si bien la invención ha sido descripta con respecto a un limitado número de realizaciones, las características específicas de una realización no deben ser atribuidas a otras realizaciones de la invención. Una única realización no es representativa de todos los aspectos de la invención. En algunas realizaciones, las composiciones o métodos pueden incluir numerosos compuestos o etapas no mencionadas en la presente. En otras realizaciones, las composiciones o métodos no incluyen, o están sustancialmente libres de, cualquier compuesto o etapas no enumeradas aquí. Existen variaciones y modificaciones referidas a las realizaciones descriptas. El método para hacer las resinas está descripto como comprendiendo un número de acciones o etapas. Estas etapas o acciones pueden ser llevadas a cabo en cualquier I orden o secuencia a menos que se indique j de otro modo.

Finalmente, cualquier número descripto en la presente debe ser interpretado como un aproximado promedio independientemente si se utiliza la palabra "alrededor" o "aproximadamente" para referirse , al número. Las reivindicaciones adjuntas tienen por objeto cubrir todas eses modificaciones y variaciones para que caigan dentro del alcance de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo, caracterizado por comprender una densidad de volumen de entre 1,95 y 2,30 gramos por centímetro cúbico y una relación molar de más de 0,8 entre el fósforo y el aluminio.

2. Un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio está en forma de polvo y comprende de 1 a 4 huecos por partícula de polvo de fosfato o polifosfato de aluminio amorfo.

3. Un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio está en forma de polvo seco y comprende además un tamaño radial promedio de partícula individual de entre 10 y 40 nanómetros.

4. Una pintura de acuerdo con la reivindicación 3, donde la opacidad o blancura se desarrolla durante el proceso de aplicación o la fabricación de la pintura.

5. Un fosfato o polifosfato de aluminio hecho de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio es un ingrediente en una pintura.

6. Un fosfato o polifosfato de aluminio hecho de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio es un ingrediente en un barniz, tinta de impresión o plástico.

7. Un fosfato o polifosfato de aluminio en polvo hecho de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio comprende partículas de polvo que contienen huecos producidos durante el secado de las partículas a temperaturas que están en el rango de entre 15°C a 130°C.

8. Un fosfato o polifosfato de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio está en forma de polvo y donde por lo menos el 10% de las partículas de polvo resisten la coalescencia en el secado.

9. Un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio está en forma de lodo.

10. Un fosfato o polifosfato de aluminio amorfo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio está en forma de lodo y donde la concentración de sólidos en el lodo es de entre 10% a 55%.

11. Un fosfato o polifosfato de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio comprende un lodo capaz de secar a temperaturas por debajo de 130°C para producir un polvo que contiene de 10% a 20% en peso de agua.

12. Un fosfato o polifosfato de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fosfato o polifosfato de aluminio comprende un ingrediente en un barniz, tinta de impresión o plástico.

13. Un producto pigmentario basado en un polifosfato o fosfato de aluminio y obtenible a partir de un procedimiento que comprende poner en contacto ácido fosfórico con sulfato de aluminio y una solución alcalina para producir un producto basado en fosfato de aluminio; y opcionalmente calcinar el producto basado en fosfato de aluminio a una temperatura elevada, donde el procedimiento está substancialmente libre de un ácido orgánico, y el pigmento basado en polifosfato o fosfato de aluminio es amorfo.

14. El pigmento de la reivindicación 13, donde el ácido fosfórico, el sulfato de aluminio y la solución alcalina son agregados conjuntamente en forma simultánea.

15. El pigmento de la reivindicación 13, donde la mezcla tiene un pH que está en el rango que va desde alrededor de 4,0 a alrededor de 4,5.

16. El pigmento hecho de acuerdo con la reivindicación 13, donde el pigmento comprende un ingrediente en un barniz, en una tinta de impresión o en un plástico.

17. El pigmento hecho de acuerdo con la reivindicación 13, donde el pigmento comprende un ingrediente en una pintura.

18. El pigmento hecho de acuerdo con la reivindicación 13, donde el pigmento está caracterizado por comprender una densidad de volumen de menos de 2,30 gramos por centímetro cúbico, y donde el radio de partícula promedio de las partículas individuales del fosfato o polifosfato de aluminio es de entre 10 y 40 nanómetros.

19. Un procedimiento para hacer un pigmento blanco que comprende fosfato o polifosfato de aluminio amorfo, donde el procedimiento comprende las siguientes etapas: combinar ácido fosfórico, sulfato de aluminio e hidróxido de sodio en una suspensión; filtrar y lavar dicha suspensión para formar una torta; dispersar la torta lavada; secar la torta; polimerizar el producto seco, y micronizar el producto.

20. El procedimiento de la reivindicación 17, donde el pigmento es agregado a una mezcla que comprende dióxido de titanio.