MX2012009366A

MX2012009366A - Dioxido de titanio.

Info

Publication number: MX2012009366A
Application number: MX2012009366A
Authority: MX
Inventors: John Robb; John Temperley; Anthony G Jones; John L Edwards
Original assignee: Tioxide Europe Ltd
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-09-28
Also published as: EP2536793A1; PL2536793T3; GB201002703D0; EP2536793B1; SG183246A1; ES2544810T3; KR20180102696A; GB2477931A; AU2011217004A1; CA2787741C; WO2011101658A1; CO6602123A2; BR112012020385B1; MY159934A; US20120305865A1; CN102762671A; SI2536793T1; CL2012002260A1; CA2787741A1; JP2013519781A

Abstract

La invención proporciona una composición que imparte capacidad protectora a UV que comprende un material en partículas, revestido, de efecto que tiene un hábito cristalino sustancialmente de rutilo y un tamaño promedio de partícula mayor que o igual a aproximadamente 0.5 µm dispersado en un medio en un medio o la concentración dentro de un intervalo de aproximadamente 1 % en volumen a aproximadamente 40 % en volumen, en base a un volumen total de la composición. La composición puede estar coloreada o no coloreada y se aplica sobre una o más superficies de un sustrato para proporcionar protección a luz UV sin incrementar también los efectos fotocatalíticos activados por luz UV que en general se observa.

Description

DIOXIDO DE TITANIO Campo de la Invención Esta descripción, se refiere en general a composiciones atenuadoras de luz UV que contienen cantidades elevadas de material en partículas, revestido, de efecto y el uso de este material para proporcionar protección a luz ÜV a varios sustratos expuestos a radiación solar Antecedentes de la invención Es bien conocido que la luz ultravioleta (UV) (~10 nm-400 nm) del sol promueve daño a la piel. Pero la luz UV también puede dañar muchos otros artículos expuestos al sol, tal como pinturas, plásticos, revestimientos y caucho, lo que puede provocar que los artículos se lleguen a descolorar, desvanecer, y/o agrietar. El daño sustancial puede provocar aún se desintegre el artículo. Si se puede atenuar este daño por luz UV, se incrementaría el tiempo vida útil y/o la durabilidad de estos artículos expuestos al sol. Esta es una característica muy deseable para plásticos y revestimientos exteriores de color puesto que un tiempo de vida útil incrementado puede conducir a costos disminuidos de reemplazo.

Los actuales medios para atenuar los efectos de la luz UV en las superficies exteriores expuestas al sol incluyen el uso de absorbedores de luz UV de luz, tal como negro de carbono, o estabilizadores a la luz, tal como aminas impedidas. También se pueden usar absorbedores orgánicos de luz UV para inhibir la foto-degradación en pinturas y plásticos, pero debido a que estos absorbentes actúan de forma sacrificada, ofrecen protección limitada. Se han usado ciertas formas de dióxido de titanio, tal como dióxido de titanio ultrafino (tamaño promedio de partícula <100 nm) y dióxido de titanio convencional (tamaño promedio de partícula de 0.1 micrones - 0.4 micrones) para absorber luz UV. Sin embargo, no toda la luz UV se absorbe de manera benéfica. Por ejemplo, algo de la luz UV absorbida por este dióxido de titanio excita los electrones a un mayor nivel de energía conduciendo a "agujeros" positivos rezagados. Los electrones y agujeros son movibles, y deben alcanzar la superficie de las partículas de dióxido de titanio, pueden formar radicales libres que entonces pueden reaccionar para descomponer la materia orgánica. Es tanto que este tipo de efecto fotocatalítico puede ser deseable en algunas aplicaciones, no lo es en otras, tal como en aplicaciones donde una superficie o artículo expuesto al sol se beneficiaría de un prolongado tiempo de vida. Además, el dióxido de titanio convencional también confiere blanqueamiento que frecuentemente es indeseable en muchas aplicaciones, tal como en composiciones coloreadas, barnices y donde el brillo es de interés.

Por consiguiente, existe la necesidad de un material que se puede usar para incrementar la capacidad protectora a luz UV de un articulo expuesto al sol sin incrementar también los efectos fotocataliticos activados por luz UV, descritos anteriormente.

Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona una composición para impartir capacidad protectora a luz UV e incluye un material en partículas revestido, de efecto, dispersado en un medio tal que la concentración del material en partículas, revestido, de efecto en la composición esté en una condición elevada en comparación al estado de las composiciones protectoras a luz UV de la técnica. La composición se puede colorear o no estar coloreada y se puede aplicar sobre una o más superficies de un sustrato para proporcionar protección a la luz UV sin incrementar tampoco los efectos fotocataliticos activados por luz UV que en general se observan.

En un aspecto, la presente descripción proporciona una composición que imparte capacidad protectora a luz UV que comprende un material en partículas, revestido, de efecto que tiene un hábito cristalino sustancialmente de rutilo y un tamaño promedio de partícula mayor que o igual a 0.5 \i dispersado en un medio, en donde la concentración del material en partículas, revestido, de efecto está dentro de un intervalo de aproximadamente 1 % en volumen a aproximadamente 40 % en volumen, en base al volumen total de la composición.

En otro aspecto, la composición se puede usar en una variedad de aplicaciones, tal como en pintura, un barniz, una tinta o revestimiento, que se pueden aplicar a una o más superficies de una variedad de materiales o sustratos expuestos a radiación solar para atenuar los efectos de la luz UV. La composición también puede ser una composición independiente de la cual se puede formar un articulo para atenuar los efectos de cualquier luz UV, a la que se puede exponer el articulo formado.

Breve Descripción de la Figura La Figura 1 representa los valores de claridad para paneles pintados antes de y después de la exposición a luz UV durante un cierto periodo de tiempo.

Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción detallada de las modalidades, se hace referencia a las figuras anexas que forman una parte de la misma, y que muestran, a manera de ilustración modalidades especificas en las cuales se puede practicar la invención. Se pueden utilizar otras modalidades y se pueden hacer cambios sin apartarse del alcance de la presente invención.

La presente descripción, se refiere en general a composiciones atenuadoras a luz UV que contienen cantidades elevadas de un material en partículas, revestido, de efecto. En particular, la presente descripción proporciona el uso de material en partículas, revestido, de efecto en composiciones a volúmenes mayores de 120 % - 500 % que aquellas previamente conocidas que usan material en partículas convencional. El uso de estos altos niveles de material en partículas en composiciones se facilita por baja dispersión visible y baja demanda de medio y permite que los materiales o sustratos revestidos con, o producidos de, las composiciones exhiban durabilidad/longevidad mejorada a exposición a luz UV.

Además, aunque los materiales manométricos o ultrafinos conocidos, tal como dióxido de titanio (tamaño promedio de partícula <100 nm) , pueden absorber luz UV de manera eficiente, son notoriamente fotoactivos, a pesar del tratamiento con altos niveles (10 % en peso - 50 % en peso) de revestimientos inorgánicas. También es difícil incorporar estos materiales ultrafinos en composiciones, puesto que tienden a aglomerarse y de esta manera se disminuye la claridad de las composiciones. En comparación, se ha encontrado de forma sorprendente que el material en partículas, revestido, de efecto de la presente invención es relativamente fotoinerte aún cuando se trata con bajos niveles de revestimientos inorgánicos y se puede incorporar fácilmente en composiciones para proporcionar un equilibrio ventajoso de baja pastelización, poca reducción de tintura y propiedades de fotoactividad reducida.

De esta manera, un aspecto de la presente descripción se refiere a una composición que imparte capacidades protectoras a luz ÜV que incluye un material en partículas, revestido, de efecto que tiene un hábito cristalino sustancialmente de rutilo y un tamaño promedio de partícula mayor de o . igual a 0.5 µt? dispersado en un medio tal que la concentración del material en partículas, revestido, de efecto esté dentro de un intervalo de aproximadamente 1 % en volumen a aproximadamente 40 % en volumen, en base al volumen total de la composición. De acuerdo a una modalidad, el material en partículas se selecciona de dióxido de titanio, dióxido de titanio impurificado y una mezcla de los mismos, este material en partículas que contiene un revestimiento de efecto, tal como un revestimiento de sílice densa, un revestimiento de alúmina, un revestimiento de zirconia o una combinación de esto.

En un aspecto, el dióxido de titanio útil en la presente es dióxido de titanio que tiene un tamaño promedio de partícula mayor a o igual a aproximadamente 0.5 µp?. En otras modalidades, el tamaño promedio de partícula del dióxido de titanio puede ser mayor que o igual a aproximadamente 0.7 µ??, o mayor que o igual a aproximadamente 1.0 µ??, o mayor que o igual a aproximadamente 1.5 pm o mayor que o igual a aproximadamente 1.8 µ?t?. En una modalidad preferida, el dióxido de titanio tiene un tamaño promedio de partícula mayor que o igual a aproximadamente 0.5 pm y menos de o igual a aproximadamente 2 µp?, de manera más preferente mayor que o igual a aproximadamente 0.7 \im y menos que o igual a aproximadamente 1.8 pm, de manera aún más preferente mayor que o igual a aproximadamente 1.0 µp? y menos o igual a aproximadamente 1.5 µp?. En otra modalidad, el dióxido de titanio tiene un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 1.1 µp? ± 0.3 µp?.

Debido a su alto índice de refracción, el dióxido de titanio también está sustancialmente en un hábito cristalino de rutilo. De esta manera, de acuerdo a otra modalidad, más de 90 % en peso del dióxido de titanio, de manera más preferente más de 95 % en peso del dióxido de titanio, y de manera aún más preferente más de 99 % en peso del dióxido de titanio, en base al peso total del material en partículas, está en el hábito cristalino de rutilo. El por ciento de dióxido de titanio en el hábito cristalino de rutilo se puede determinar por cualquier método conocido, por ejemplo, al medir los patrones de difracción de rayos X. En aún otras modalidades, el material en partículas puede contener adicionalmente dióxido de titanio en una forma de cristal de anatasa.

Como se conoce por el experto en la técnica, el tamaño de cristal es distinto del tamaño de partícula. El tamaño de cristal se refiere al tamaño de los cristales fundamentales que constituyen el material en partículas. Estos cristales entonces pueden agregarse en algún grado para formar partículas más grandes. Por ejemplo, el dióxido de titanio convencional en una forma cristalina de rutilo tiene un tamaño de cristal de aproximadamente 0.17 pm -0.29 pm y un tamaño de partícula de aproximadamente 0.25 pm - 0.40 pm en tanto que el dióxido de titanio convencional en una forma de cristal de anatasa tiene un tamaño de cristal de aproximadamente 0.10 pm - 0.25 pm y un tamaño de partícula de aproximadamente 0.20 pm - 0.40 pm. El tamaño de partícula se afecta de esta manera por factores tal como el tamaño de cristal, así como técnicas de molienda usadas durante la producción, tal como molienda en seco, en húmedo o incorporativa . Por consiguiente, en algunas modalidades, el tamaño promedio de partícula del dióxido de titanio puede ser más pequeño o más grande que el tamaño de cristal. De manera preferente, el tamaño promedio de partícula del dióxido de titanio es aproximadamente igual al tamaño de cristal. En una modalidad, el tamaño promedio de partícula es aproximadamente igual al tamaño promedio de cristal, por ejemplo, la relación del tamaño de promedio de partícula al tamaño promedio de cristal es menos de 1.4.

El tamaño promedio de cristal y el tamaño promedio de partícula del dióxido de titanio se puede determinar por métodos bien conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, el tamaño promedio de cristal se puede determinar por microscopía electrónica de transmisión en una muestra frotada con análisis de imagen de la fotografía resultante. Los resultados se pueden validar adicionalmente por referencia usando normas de tamaño de látex NANOSHPHERE (disponibles de Thermo Scientific) . Un método que se puede usar para determinar el tamaño promedio de partícula del dióxido de titanio es técnicas de sedimentación de rayos X.

De acuerdo a otra modalidad, el material en partículas es un dióxido de titanio impurificado. Como se usa en la presente, "dióxido de titanio impurificado" se refiere al dióxido de titanio de la presente descripción, pero que incluye además uno o más impurificadores que se han incorporado durante la preparación del dióxido de titanio. Los impurificadores, que se pueden incorporar por procesos conocidos, pueden incluir, pero no se limitan a, calcio, magnesio, sodio, níquel, niobio, cobalto, aluminio, antimonio, fósforo, cromo, vanadio, manganeso, cesio o combinaciones de estos. En una modalidad particular, el óxido de titanio se puede impurificar con cromo, manganeso, y/o vanadio, que pueden actuar como centros de recombinación para agujeros y electrones. Se estará consciente que con recombinación incrementada se llega a disminuir la actividad fotocatalítica estimulada por UV.

El impurificador se puede incorporar en una cantidad de no más de 30 % en peso, de manera preferente no más de 15 % en peso, y de manera más preferente no más de 5 % en peso, con relación al peso total del dióxido de titanio. Por ejemplo, el impurificador se puede incorporar en una cantidad de 0.1 a 30 % en peso, o de 0.5 a 15 % en peso, o de 1 a 5 % en peso, con relación al peso total del dióxido de titanio. Adicionalmente, este dióxido de titanio impurificado se puede reconocer adicionalmente por estar sustancialmente en un hábito cristalino de rutilo. De esta manera, de acuerdo a otra modalidad, más de 90 % en peso del dióxido de titanio impurificado, de manera más preferente más del 95 % en peso del dióxido de titanio impurificado, y aún de manera más preferente más de 99 % en peso del dióxido de titanio impurificado, en base al peso total del material en partículas, está en el hábito de rutilo. En otras modalidades, el material en partículas puede contener adicionalmente titanio impurificado en una forma cristalina de anatasa.

En modalidades preferidas, el material en partículas incluye al menos aproximadamente 70 % en peso, de manera preferente al menos aproximadamente 80 % en peso, y de manera aún más preferente al menos aproximadamente 90 % en peso de dióxido de titanio, en base al peso total del material en partículas. En otras modalidades, el material en partículas incluye al menos aproximadamente 95 % en peso, de manera preferente al menos aproximadamente 99 % en peso, y de manera aún más preferente al menos aproximadamente 99.5 % en peso de dióxido de titanio, en base al peso total del material en partículas.

Para producir modalidades del dióxido de titanio, los minerales naturales, tal como ilmenita y mineral rutilo, minerales enriquecidos tal como escoria de titanio e ilmenita beneficiada, o ambos se puede usar como la materia prima de inicio. Estos minerales se pueden procesar por cualquier medio adecuado, tal como por el proceso de sulfato o el proceso de cloruro para producir una modalidad del dióxido de titanio.

Por ejemplo, en una modalidad que emplea el proceso básico de sulfato, el mineral o materia prima titaniferosa o se hace reaccionar con ácido sulfúrico para formar una torta porosa. La torta entonces se disuelve en agua y/o ácido débil para producir una solución de un sulfato de titanio. La solución de sulfato de titanio entonces se hidroliza para formar un precipitado de dióxido de titanio hidratado. En una modalidad, la hidrólisis puede presentarse en la presencia de núcleos de anatasa (por ejemplo, el proceso de "Mecllemburg" ) , pero las modalidades no se limitan a esto. El precipitado se puede filtrar, lavar, y/o lixiviar para producir una pulpa.

En algunas modalidades, la pulpa se puede complementar con núcleos y/u otros materiales. Por ejemplo, a la pulpa se pueden adicionar moderadores de crecimiento, promotores de crecimiento, y/o material de siembra que se conoce en la técnica. En algunas modalidades, los moderadores de crecimiento están ausentes, se usan promotores de crecimiento a niveles incrementados, y/o se reducen los materiales de siembra de rutilo.

Un tipo de núcleos que se puede adicionar a la pulpa es núcleos de Blumenfeld. En una modalidad particular, se pueden adicionar a la pulpa de 0.1 a 0.5 % en peso (peso/peso) de núcleos Blumenfeld. En una modalidad particular, la pulpa se puede adicionar 0.3 % en peso (peso/peso) de núcleos Blumenfeld. En general, para formar núcleos Blumenfeld, se digiere una porción del dióxido de titanio hidratado precipitado en solución concentrada de hidróxido de sodio para producir titanato de sodio. El titanato de sodio entonces se hace reaccionar de manera subsiguiente con ácido clorhídrico para producir los núcleos Blumenfeld.

En modalidades donde el dióxido de titanio se va a impurificar, a la pulpa se pueden adicionar uno o más impurificadores adecuados. Típicamente, se adicionan impurificadores a la pulpa en la forma de una sal, aunque estas modalidades no son de este modo limitantes. Por ejemplo, si el impurificante es manganeso, a la pulpa se puede adicionar sulfato de manganeso. En una modalidad particular, se puede adicionar sulfato de manganeso a una concentración de <0.2 % en peso (peso/peso). Por ejemplo, se puede adicionar sulfato de manganeso a una concentración de 0.01 a 0.2 % en peso (peso/peso). En otras modalidades, la pulpa se puede adicionar a A1203 y K20. Por ejemplo, a la pulpa se puede adicionar des 0.01 a 0.5 % en peso de A1203 (peso/peso) y de 0.01 a 0.5 % en peso de K20 (p/p) . En una modalidad particular, a la pulpa se puede adicionar 0.05 % en peso de A1203 (peso/peso) y 0.2 % en peso de K20 (p/p) , y en otra modalidad particular, a la pulpa se puede adicionar 0.2 % en peso K20 (p/p) y 0.2 % en peso A1203 (peso/peso). Aunque a la pulpa se pueden adicionar impurificadores, en otras modalidades pueden venir a través del mineral.

Después de que a la pulpa se adicionan las adiciones deseadas, la pulpa se puede calcinar. En una modalidad, la calcinación toma lugar en un horno giratorio internamente encendido. En general, la pulpa se mueve lentamente a través del horno baja gravedad. En tanto que está en el horno, crecen los cristales, y si se desea se convierten a rutilo. En una modalidad, la temperatura de calcinación puede ser mayor que la usada en general, tal como 900° C o mayor, o 1000°C o mayor. Adicionalmente, la duración para calcinación puede ser más prolongada, tal como 5 horas o más. En una modalidad particular (por ejemplo, usando el proceso Blumenfeld) , la temperatura del horno giratorio se aumenta tipo rampa alrededor de 1000°C a una velocidad de l°C/minuto, donde la temperatura exacta se selecciona para asegurar un nivel de anatasa de entre 0.1-3 % en peso (peso/peso) . En otra modalidad particular (por ejemplo, usando el proceso Mecklemburg), la temperatura del horno se incrementa a una velocidad de l°C/min a 1030°C. Una vez que se alcanza 1030°C la temperatura entonces se mantiene a 1030°C durante 30 minutos. Después de la calcinación, el dióxido de titanio se hace pasa a un enfriador y se deja enfriar.

Aunque el proceso de ejemplo descrito anteriormente se refiere en general al proceso de sulfato, la producción del dióxido de titanio no se limita a este, igualmente se puede producir por el proceso de fluoruro, procesos hidrotérmicos, procesos de aerosol, procesos de lixiviación, o proceso de cloruro.

A pesar del método de producción, el dióxido de titanio resultante (o dióxido de titanio impurificado) se procesa adicionalmente al depositar un material de revestimiento de efectos sobre el sulfato en partículas. Con este revestimiento, el dióxido de titanio exhibe capacidad protectora incrementada a luz UV en comparación al dióxido de titanio de tamaño de cristal pigmentario convencional. También exhibe actividad fotocatalítica reducida y dispersabilidad mejorada.

En general, frecuentemente es deseable tener dióxido de titanio molido puesto que el desempeño óptico depende de reducir el tamaño promedio de partícula de modo que tiende hacia el tamaño de cristal. Se apreciará que la molienda en húmedo (tal como molienda en arena o con cuentas) es más efectiva y de manera subsiguiente, la manera más efectiva para separar el dióxido de titanio y medio acuoso comprende revestir las partículas con oxihidróxido de aluminio. Claramente, el dióxido de titanio se debe dispersar antes de la molienda. Un revestimiento crudo de "alúmina" sirve para volver floculente al dióxido de titanio a pH neutral, facilitando la filtración y lavado antes del secado.

Sin embargo, también se apreciará que se pueden usar revestimientos de pigmentos inorgánicos para impartir efectos. Estos efectos incluyen dispersibilidad, inercia fotocatalitica, estabilidad de color y fotoestabilidad.

Los materiales de revestimiento de efecto pueden incluir, pero no se limitan a: sílice, sílice amorfa densa, zirconia, fosfato de aluminio, titania, estaño, antimonio, manganeso y cerio. Se señala que en tanto el revestimiento crudo de alúmina descrito anteriormente se practica en todos pigmentos molido en húmedo, para ayudar en el procesamiento del material, se adicionan revestimientos de efecto sólo donde se desee un efecto de aplicación en las partículas revestidas .

Las partículas del dióxido de titanio (o dióxido de titanio impurificado) se pueden revestir con cualquier cantidad adecuada de material de revestimiento de efecto. Las partículas se pueden revestir, por ejemplo, con el material de revestimiento de efecto a un nivel de hasta aproximadamente 7 % en peso, tal como de aproximadamente 0.1 % a aproximadamente 7 % en peso, o tal como de aproximadamente 0.2 % a aproximadamente 7 % en peso, con relación al peso total de dióxido de titanio (o dióxido de titanio impurificado) .

Si los materiales de óxido coloreados tal como óxido de cerio se incluyen en el material de revestimiento, el nivel de material de revestimiento de efecto revestido en las partículas puede ser menor de las cantidades mencionadas anteriormente, tal como, pero no limitado a, hasta aproximadamente 0.4 % en peso o menos, por ejemplo, hasta aproximadamente 0.3 I en peso o menos, o hasta aproximadamente 0.2 % en peso o menos, o hasta aproximadamente 0.1 % en peso con relación a peso total de dióxido de titanio (o dióxido de titanio impurificado) . Por ejemplo, la cantidad puede ser de 0.01 a 0.4 % en peso o de 0.02 a 0.3 % en peso o de 0.05 a 0.2 % en peso.

Las modalidades no se limitan al material de revestimiento, de efecto, individual. De esta manera, para revestir las partículas se pueden usar dos o más materiales de revestimiento de efecto. Estos revestimientos adicionales se pueden aplicar ya sea de forma simultánea en una operación individua o en sucesión. Si se aplican de forma simultánea, se pueden usar diferentes materiales de revestimiento de efecto en combinación para producir una capa individual. Si se aplican de forma sucesiva, se pueden usar diferentes materiales de revestimiento de efecto de forma separada para producir dos o más capas, cada capa que tiene una composición diferente. De esta manera, en una modalidad, las partículas se revisten con sílice, tal como sílice densa, para producir una capa, y también con zirconia para producir otra capa.

En otra modalidad, para producir los revestimientos descritos en la presente, las partículas de dióxido de titanio (o partículas de dióxido de titanio impurificadas) se pueden moler antes del revestimiento (por ejemplo después de la calcinación y enfriamiento) . En algunas modalidades, las partículas se pueden moler en seco, por ejemplo con un molino Raymond, o se pueden moler en húmedo, por ejemplo con un molino de medios finos o molino de arena, o ambos. En general, para moler en húmedo, las partículas se dispersan en agua y se muelen en partículas con tamaño submicrónico para formar una suspensión espesa acuosa .

En otra modalidad, las partículas descritas anteriormente se pueden moler en seco usando un molino Raymond y luego muelen en húmedo en un molino de medios finos que contiene arena de Ottawa. Durante la molienda en húmedo, las partículas se convierten a suspensión espesa a 350 gramos/litro y se muelen durante 30 minutos. Después de la molienda en húmedo, la arena se puede separar de la suspensión espesa, tal como por asentamiento o cualquier otro medio adecuado para formar la suspensión espesa acuosa.

Las partículas se pueden revestir al adicionar un material de revestimiento de efecto adecuado a la suspensión espesa acuosa antes o durante un ajuste de pH para efectuar la precipitación. Por ejemplo, el material de revestimiento de efecto se puede adicionar primero a la suspensión espesa acuosa, seguido por ajuste de pH; de manera alternativa, el pH de la suspensión espesa acuosa se puede ajustar en tanto el material de revestimiento de efecto se esté adicionando a la suspensión espesa acuosa.

Los materiales de revestimiento de efecto adecuados pueden incluir, pero no se limitan a, sales tal como sulfato de circonio, ácido fosfórico, y silicato de sodio como ejemplos no limitantes. En el caso de sulfato de circonio, se puede precipitar hidróxido de zirconil-oxi sobre la superficie de las partículas para revestir las partículas, en el caso de silicato de sodio, se puede precipitar sílice sobre la superficie de las partículas para revestir las partículas.

En una modalidad de ejemplo, la suspensión espesa acuosa que comprende las partículas de dióxido de titanio (o dióxido de titanio impurificado) se introduce en un tanque para agitación. La temperatura de la suspensión espesa acuosa, entonces se puede ajustar a 75°C y su pH se ajusta a 10.5. El material de revestimiento de efecto entonces se puede introducir en el tanque agitado en una cantidad suficiente para producir el revestimiento deseado. Por ejemplo, para producir un revestimiento de sílice densa al 1 % por peso, se adiciona 1 % de sílice (% peso/peso en dióxido de titanio) al tanque agitado durante 30 minutos y se mezcla durante 30 minutos. Para producir un revestimiento de sílice densa al 3 % en peso, se adicionan 3 % en peso de sílice (% peso/peso en dióxido de titanio) de la misma manera. En una modalidad, se puede adicionar sílice al tanque agitado en la forma del silicato de sodio de material de revestimiento.

Para precipitar un revestimiento de sílice densa (como se describe en el párrafo anterior) sobre las partículas, el pH se puede ajustar al adicionar ácido sulfúrico al tanque agitado. En una modalidad particular, se puede adicionar ácido sulfúrico durante 60 minutos para llevar el pH a 8.8 y, luego durante 35 minutos para ajustar adicionalmente el pH a 1.3.

Un experto en la técnica apreciará que habiendo revestido las partículas de dióxido de titanio o dióxido de titanio impurificado o revestidas con sílice densa, entonces se pueden revestir con un revestimiento de alúmina para ayudar a sacar adelante el procesamiento, tal como filtración. Por ejemplo, en una modalidad estas partículas se pueden revestir adicionalmente con alúmina al 0.6 % en peso al adicionar, al tanque agitado, aluminato de sodio cáustico durante 25 minutos para llevar el pH a 10.25, punto en el cual los contenidos del tanque se mezclan durante 20 minutos. Posteriormente, se puede adicionar ácido sulfúrico al tanque para ajustar el pH a 6.5.

Una vez que se ha completado el revestimiento, el dióxido de titanio revestido, de efecto o dióxido de titanio impurificado se puede lavar o secar antes de la molienda en un micronizador o molino de energía fluida. En general, este paso de molienda separa las partículas que se han pegado conjuntamente durante los procedimientos de revestimiento y/o secado. Adicionalmente, durante este paso final de molienda, se puede tratar el material revestido de efecto con un tratamiento superficial, si se desea de acuerdo a la aplicación de uso final. Los tratamientos superficiales incluyen, sin limitación, tratamientos de superficies orgánicas tal como tratamiento con polioles, aminas y derivados de silicón. Los tratamientos de superficie orgánica pueden mejorar la dispersabilidad del dióxido de titanio revestido, de efecto.

En una modalidad, el dióxido de titanio, revestido, de efecto, obtenido de esta manera, se puede tratar para remover selectivamente fracciones de un tamaño particular. Por ejemplo, las partículas que son mayores que o igual a 5 m de diámetro se pueden remover; de manera alternativa, las partículas que son mayores que o igual a 3 ]im de diámetro se pueden remover. Estos dos tamaños son de ejemplo y las modalidades no se limitan a remover sólo estos tamaños de partícula. En algunas modalidades, la remoción selectiva se puede realizar por centrifugación.

Una vez obtenido, el material en partículas, revestido, de efecto se puede dispersar dentro de un medio.

El medio puede ser cualquier componente o combinación de componentes dentro del cual se puede dispersar el material en partículas revestido, de efecto, e incluye, pero no se limita a, una resina, portador, aglutinante o una mezcla de los mismos.

Las modalidades del dióxido de titanio revestido, de efecto proporcionan una reducción menor de tinta y también son relativamente transparentes. Esta reducción menor de tinta es benéfica en sistemas coloreados en un no es deseable blanqueamiento del color. En comparación, el dióxido de titanio pigmentario tiene una mayor una reducción de tinta que incrementa la claridad de color, en tanto que el negro de carbón tiene el efecto opuesto de reducir la claridad de un color. En tanto que el dióxido de titanio nanométrico es relativamente claro, es notoriamente difícil dispersar apropiadamente dando resultando variabilidad de pastelización . De esta manera, el uso de dióxido de titanio pigmentario, dióxido de titanio nanométrico o negro de carbón limita la capacidad para producir colores fibrantes, brillosos, durables.

A manera de antecedente, la claridad es una propiedad de color o una dimensión de un espacio de color que refleja la percepción de brillo de un color. Una manera para expresar esta propiedad/espacio de color es por la claridad L*. L* es el resultado de la fórmula de CIELAB para definir el espacio de color. Valores altos de L* están más cercanos al blanco y valores menores de L* están más cercanos al negro. Una L* de aproximadamente 50 es el punto medio entre negro y blanco, e indica una coloración gris medio.

Para formar colores, la composición que contiene el material en partículas, revestido, de efecto se puede mezclar con uno o más pigmentos coloreados. Este pigmento o pigmentos coloreados puede ser de cualquier de los pigmentos coloreados que permita la creación de un color deseado. Aunque no se restringen los pigmentos coloreados y los colores resultantes, se prefiere que los pigmentos coloreados se seleccionen para deducir al mínimo una absorbancia de luz UV.

De acuerdo a una modalidad, el pigmento coloreado se selecciona de uno o más colorantes inorgánicos, uno o más colorantes orgánicos, y una mezcla de estos. Los ejemplos de colorantes inorgánicos incluyen, pero no se limitan a, pigmentos de óxido metálicos revestidos o no revestidos tal como pigmentos de bismuto, cromo, cobalto, galio, indio, hierro, lantano, manganeso, molibdeno, neodimio, níquel, niobio y vanadio, pigmentos de sistema compuesto de óxidos metálicos y pigmentos de color inorgánicos complejos, tal como aquellos descritos en las patentes de los estados unidos números 6,174,360, 6,416,868 y 6,541,112, los contenidos completos de las cuales se incorporan de este modo como referencia. De esta manera, es posible que se pueda combinar por ejemplo una modalidad amarilla y una modalidad blanca para dar un tono deseado con inhibición deseable mejorada de fotocatálisis .

Los ejemplos de pigmentos orgánicos incluyen, pero no se limitan a, ftalocianina de cobre, ftalocianina metálica disimilar (por ejemplo, de níquel, cobalto, hierro, etcétera), ftalocianina no metálica, ftalocianina clorada, ftalocianina clorada-bromada, ftalocianina bromada, antraquinona, pigmento de sistema quinacridona, pigmento de sistema de dicetopirrolopirrol, pigmento de sistema de perileno, pigmento sistema monazo, pigmento sistema diazo, pigmento de sistema azo condensado, pigmento de sistema de complejo metálico, pigmento de sistema de quinoftalona, pigmento azul de indantreno, pigmento violeta de dioxadeno, pigmento de sistema bencimidazolona , pigmento de sistema de perinona, pigmento de sistema de índigo/tioíndigo, pigmento de sistema de dioxazina, pigmento de sistema de isoindolinona, pigmento de sistema de isoindolina, pigmento de sistema de azometina o azometina-azo .

La composición puede incluir opcionalmente uno o más aditivos habituales. Los aditivos adecuados para el uso incluyen, pero no se limitan a, espesadores, estabilizantes, emulsionadores , texturizadores, promotores de adhesión, estabilizadores a UV, agentes de des-lustre, dispersantes, agentes anti-espuma, agentes humectantes, agentes coalescentes, partículas separadoras y biocidas o fungicidas .

Como se analiza anteriormente, se ha encontrado de forma sorprendente que niveles elevados del material en partículas, revestido, de efecto en las composiciones, proporciona excelente protección a UV cuando estas composiciones se aplican a varios materiales o sustratos o se usan al forma artículos expuestos a radiación solar. En comparación, si los niveles de dióxido de titanio pigmentario y/o nanométricos incrementan pueden resultar numerosos problemas. Por ejemplo, el incremento del nivel de dióxido de titanio pigmentario aclara el color de modo que sus concentraciones no se pueden incrementar de formas significativas sin cambiar el color deseado. Y el incremento del nivel de dióxido de titanio nanométrico incrementa el potencial para actividad fotocatalítica estimulada por UV de modo que sus concentraciones no se pueden incrementar de forma significativa.

Adicionalmente, se ha encontrado de forma sorprendente que se puede formular composición coloreada para una amplia variedad de colores, aún cuando esta composición contenga un nivel elevado del material en partículas, revestido, de efecto. Por ejemplo, de acuerdo a una modalidad, se proporciona un color al determinar que pigmentos coloreados se usan y en que proporción o relación se deben usar para producir un color particular. La capacidad protectora a UV, sin embargo, es dependiente de la concentración del material en partículas, revestido, de efecto, en la composición; entre mayor es su concentración, mayor es la capacidad protectora a UV. En algunas modalidades, la concentración del material en partículas, revestido, de efecto en la composición puede ser mayor que o igual a aproximadamente 1 % en volumen y menos o igual a aproximadamente 40 % en volumen, con relación al volumen total de la composición, y en otras modalidades, la concentración del material en partículas, revestido, de efecto en la composición puede ser mayor que o igual a aproximadamente 30 % en volumen y menor que o igual a aproximadamente 40 % en volumen, tal como entre aproximadamente 33 %-37 % en volumen, con relación al volumen total de la composición.

En modalidades de ejemplo, tal como cuando la composición se usa en un plástico, la concentración del material en partículas, revestido, de efecto puede ser mayor que o igual a aproximadamente 1 % en volumen con relación al volumen total de la composición. En otra modalidad de ejemplo, tal como cuando la composición se usa en una pintura o en un revestimiento, la concentración del material en partículas, revestido, de efecto puede ser mayor que o igual a aproximadamente 5 % en volumen con relación al volumen total de la composición.

Para retener la misma posición en el espacio de color, la relación de pigmentos coloreados en la composición se incrementa en proporción con las modalidades del material en partículas, revestido, de efecto. Por ejemplo, la misma posición en el espacio de color se puede lograr al duplicar la concentración de los componentes pigmentarios coloreados en un medio y al duplicar la modalidad del material en partículas, revestido, de efecto. De esta manera, se puede crear una amplia variedad de sistemas coloreados con capacidad protectora mejorada a UV al usar concentraciones elevadas del material en partículas, revestidos de efecto que tiene muy pocas tendencias fotocatalíticas .

Aunque se han analizado composiciones coloreadas, las modalidades de la presente invención no se limitan a estas. Por ejemplo, el material en partículas, revestido, de efecto se puede usar a concentraciones elevadas en una composición no coloreado, en una composición blanca o en una composición clara, tal como en un barniz. Por ejemplo, en una modalidad, el material en partículas, revestido, de efecto se puede usar a concentraciones elevadas en un barniz de madera, y debido a su baja reducción de tinta, se permite que se observe el grano de madera después de su aplicación a una o más superficies de un objeto de madera.

Por consiguiente, la composición que contiene el material en partículas, revestido, de efecto se puede usar en cualquier tipo de aplicación y aplicar a cualquiera de una o más superficies de material o sustrato. Por ejemplo, la composición se puede usar en pintura, un barniz, una tinta, un plástico, un revestimiento, un caucho, etcétera, sólo por nombrar unos pocos. Adicionalmente, los sustratos materiales potenciales y sus superficies a los cuales se pueden aplicar a sus composiciones a (por cualquier medio conocido) son ilimitadas e incluyen cualquier material, sustrato o superficie que se pueda exponer a luz UV, incluyendo, pero no limitado a, una superficie de construcción, un automóvil, una torre de agua, un recipiente portátil, una superficie de camino, un textil, una aeronave, un bote, un barco, otros tipos de embarcaciones, un perfil de ventana, vía muerta, una señal, muebles, cercados, suelos y vallas. La composición también se puede usar como una composición independiente de la cual se puede formar un articulo. Como tal, la atenuación a luz UV proporcionada por las modalidades de la presente invención puede incrementar la capacidad protectora a luz UV y el tiempo de vida de estos tipos de materiales, sustratos, superficies y artículos expuestos a luz UV.

La presente invención se describirá adicionalmente en consideración de los siguientes ejemplos, que se proponen que sean ejemplos de la invención.

Ejemplo 1 Se probaron tres muestras de pinturas de tintura gris para durabilidad. Las muestras A y B fueron muestras comparativas, en tanto que la muestra C fue una muestra inventiva. Cada muestra comparativa incluyó pigmento de dióxido de titanio TR60 (disponible en Huntsman Tioxide Americas Inc.)/ que es un pigmento predominantemente de rutilo superdurable que tiene un revestimiento de alúmina y sílice densa y un tamaño promedio de partícula de 0.36 pm. La muestra C incluyó dióxido de titanio que tiene un tamaño promedio de partícula de 0.87 µ??, predominantemente rutilo en la estructura cristalina y que tiene un revestimiento de alúmina y sílice densa.

Las muestras se prepararon al formular primero un concentrado negro de tinta. Con referencia a la Tabla 1 posterior, el concentrado negro de tinta incluyó, en por ciento en peso proporcionado más adelante, una resina acrílica con grupos funcionales hidroxi, solvente, tinta de negro de carbón y un aditivo dispersante y humectante. El concentrado de tinta entonces se molió con acero ballotini.

Tabla 1. Constitución de concentrado de tinta ne ra Después de la molienda, el concentrado de tinta negra entonces se uso para producir una solución de resina negra al mezclar vigorosamente 6.9 gramos (g) del concentrado de tinta negra con 90.4 g de la misma resina acrílica .

Posteriormente, se preparó una base de molienda para cada muestra. Con referencia a la Tabla 2, se adicionó una cantidad de dióxido de titanio a 7.5 g de la solución de resina negra para crear la base de molienda. Las cantidades pigmento TR60MR en las muestras A y B se variaron a fin de hacer corresponder la claridad para la muestra C. Cada base de molienda de muestra se mezcló vigorosamente durante 30 segundos. Posteriormente, se adicionaron 13 g de la solución de resina negra a las bases de molida mezclada y luego se mezclaron durante 2 minutos.

Tabla 2. Constitución de solución de resina coloreada.

Las pinturas resultantes se extendieron cada una sobre un panel separado de aluminio usando un aplicador enrollado de alambre número 6 para dar un espesor de película húmeda de aproximadamente 60 µ??. Los solventes se dejó evaporar y los paneles se cocieron a 105°C durante 30 minutos .

Para reproducir el proceso de envejecimiento natural, los paneles de prueba se expusieron durante un total de 1000 horas en un instrumento Atlas Ci65a WEATHER-0- METERMR, de Atlas Material Testing Technology LLC, Chicago, IL.

Con referencia a la Figura 1, se midió una claridad inicial del panel para cada muestra. Las mediciones de claridad se realizaron por un fotómetro espectral Minolta CM-3600d. El valor de claridad (L*) de cada panel antes de la exposición a luz UV estuvo cerca a L* = 63. Posteriormente, los paneles de prueba se expusieron a luz UV, con mediciones de claridad tomadas cada 250 horas.

Para probar la claridad del panel después de la exposición, los paneles se lavaron con una solución de detergente leve en agua y luego se secaron a temperatura ambiente durante dos horas, antes de la lectura por un espectrofotómetro. Posteriormente, los paneles se regresaron a la máquina de ambientación para exposición adicional.

Como se muestra en la Figura 1, los valores de claridad disminuyeron para los tres paneles de prueba después de 250 horas de exposición. Los valores de claridad para los paneles de prueba pintadas con las muestras comparativas A y B, sin embargo, disminuyeron más que el panel pintado con la muestra inventiva C. Este resultado también se puede ver nuevamente a las 500 horas, 750 horas y 1000 horas. Por ejemplo, a las 1000 horas, la diferencia entre los valores de claridad para los paneles pintados con las muestras A y C es de 1.15, en tanto que diferencia entre los valores de claridad para los paneles pintados en las muestras B y C es 1.02. Estas diferencias son más de dos veces las diferencias iniciales en la claridad medida antes de la exposición a luz UV. De esta manera, el panel pintado con la muestra C no fue tan susceptible a la degradación estimulada por luz UV como los paneles pintados con las muestras A y B. De esta manera, la composición inventiva que contiene concentraciones elevadas de dióxido de titanio como se describe en la presente da mejor protección a luz UV en comparación a composiciones que contiene dióxido de titanio pigmentario normal.

La materia descrita anteriormente se va a considerar ilustrativa, y no restrictiva, y se propone que las reivindicaciones anexas cubran todas estas modificaciones, mejoras y otras modalidades que caen dentro del alcance verdadero de la presente invención. De esta manera, al grado máxima permitido por la ley, el alcance de la presente invención se va a determinar por la interpretación permisible más amplia de las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes, y no se debe restringir o limitar por la descripción detallada anterior.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición que imparte capacidad protectora a UV que comprende un material en partículas, revestido, de efecto que tiene un hábito cristalino sustancialmente de rutilo y un tamaño promedio de partícula mayor que o igual a aproximadamente 0.5 µ?t? dispersado en un medio a una concentración dentro de un intervalo de aproximadamente 1 % en volumen a aproximadamente 40 % en volumen, en base al volumen total de la composición.

2. La composición según la reivindicación 1, en donde la relación del tamaño de promedio de partícula al tamaño promedio de cristal para el material en partículas es <1.4.

3. La composición según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el material en partículas se selecciona de dióxido de titanio, dióxido de titanio impurificado y una mezcla de estos.

4. La composición según la reivindicación 3, en donde el material en partículas es dióxido de titanio.

5. La composición según la reivindicación 4, en donde el material en partículas, revestido, de efecto es dióxido de titanio, revestido de sílice densa.

6. La composición según la reivindicación 5, en donde la cantidad de revestimiento de sílice densa es mayor que o igual a aproximadamente 0.2 % en peso y menor o igual a aproximadamente 7 % en peso, con relación al peso total de dióxido de titanio.

7. La composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además un pigmento coloreado .

8. Uso de la composición de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en una pintura, tinta, barniz o revestimiento o como una composición de la cual se puede formar un articulo.

9. Un método para atenuar los efectos de luz UV en un substrato expuesto a radiación solar que comprende aplicar la composición de la reivindicación 1, o cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, a una superficie del sustrato .

10. Un sustrato revestido con, o formado por, una composición que comprende un material en partículas, revestido, de efecto que tiene un hábito cristalino sustancialmente de rutilo cristal y un tamaño promedio de partícula mayor que o igual a aproximadamente 0.5 µ?? dispersado en un medio a una concentración dentro de un intervalo de 1 % en volumen a aproximadamente 40 % en volumen, en base al volumen total de la composición.

11. Uso de la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para atenuar los efectos de luz UV en un substrato expuesto a radiación solar.