WO2009061165A1 - Aditivo para recubrimientos conteniendo nanoparti culas metálicas y procedimiento para su preparación - Google Patents

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WO2009061165A1
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Ricardo BENAVIDES PÉREZ
José Gertrudis BOCANEGRA ROJAS
Jesús Manuel MARTÍNEZ MARTÍNEZ
Julio César RANGEL MATA
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Definitions

  • the present invention relates to additives that are used in paints and coatings, with the purpose of giving them desirable properties depending on the final application, in particular the invention relates to an additive containing nanoparticles of one or more compounds, preferably metallic, where the solvents, dispersants and surfactants that accompany it are selected based on the nature of the paint or coating.
  • nanoparticulate compounds to modify properties other than that of the nature of paints, varnishes and coatings in general, is known and in recent years has increased substantially.
  • metallic silver nanoparticles are used to confer antibacterial properties to the materials where they are integrated, as shown in the patents mentioned below.
  • Zinc oxide is known for its fungicidal effect, and is widely used in personal hygiene items and skin medications. It is also known that in nanometric sizes it can absorb ultraviolet light, offering protection to the materials that contain it.
  • the properties of the nanoparticles of Ag, Au, Cu, Bi, Mg, Zn, Sb, their oxides, hydroxides, sulphides, Chlorides, sulfates, and mixtures thereof, are transferred to the coating of the final application.
  • additive is understood as a mixture or combination of components that is added to another substance to give it qualities that it lacks or to improve those it possesses.
  • the additive object of the invention is to be applied in coatings of the type of paints, varnishes and polymeric mixtures flowing at room temperature.
  • CM 1850924 Li, 2006
  • hydroxylated acrylic resin or an acrylic acid polymer emulsion is used, starting from a 6% solution of silver nanoparticles in a polyethylene wax.
  • the product obtained with this procedure cannot be made compatible with other systems and is limited to a maximum concentration of 6%.
  • JP 2005248136 (Ando, 2005), speaks of an additive containing nanometric silver for coatings that prevents marine organisms from adhering to surfaces. This invention is limited to eliminating marine organisms on surfaces submerged in water and a marine application paint.
  • the patent TW 220398 (Liang, 2004), speaks of an additive that contains metal nanoparticles, but which are synthesized directly in an organic solvent.
  • the product of this invention limits the application to materials compatible with organic solvents that can be synthesized therein.
  • WO 2003103392 Nonninger et al. 2003
  • a coating containing antibacterial metal nanoparticles is described, but has the limitation that said nanoparticles are on other titanium oxide particles.
  • Publication US20070173564A1 (Sohn et al., 2007), refers to a composition for generating a transparent coating with a photocurable resin, which contains silver nanoparticles.
  • the product of this invention is limited to silver nanoparticles in a photocurable transparent coating.
  • US6228904B1 (Yadav et al. 2001) specifically refers to a polymeric compound with nanomaterials with resistivity properties, the method and the application of the mixture to produce a plastic with electrical properties.
  • the teachings of this document are not directly applicable to fluid mixtures for coatings, as in our case, only that the properties in question are related to the electrical properties.
  • the additive of the present invention is designed to transfer biocidal properties, UV protection, flame retardation, and in general, the selected properties inherent to metals and compounds of Ag, Au, Cu, Mg, Zn, Bi to a final coating , Sb, the additive includes the use of solvents, surfactants, dispersants and resins that make it compatible with the final coating.
  • Said additive coating guarantees a perfect distribution and dispersion of the nanoparticles throughout it, without the need to be subject to an inorganic substrate.
  • the process for the manufacture of the additive is based on existing nanoparticles of the metals and referred compounds, which can be in aqueous, organic or dry powders, being subjected to a treatment that allows their integration into coatings used in a wide variety of environmental conditions. The process is applicable to obtain a variety of functionalized additives.
  • nanoparticles of the additive that confer the properties to the coating be distributed homogeneously in the volume of the coating.
  • Another object of the present invention is to provide an additive in which the nanoparticles of the additive do not agglomerate, remaining dispersed during the shelf life of both the additive and the coating to which it is incorporated.
  • a further object of the present invention is that the desired properties in the coating can be obtained by proper selection of nanoparticles of one or more metals and their compounds.
  • Still another object of the present invention is to provide an additive in which the metal nanoparticles or their compounds do not require an additional carrier, such as ceramic materials, to remain without agglomerates.
  • Figure 1 is a block diagram representing the process for the preparation of the additive object of the invention.
  • the process of the present invention is made from metal nanoparticles and their compounds, with an average particle size that is selected in the range of from 1 to 100 nanometers, preferably monodispersed, that is, having a very narrow size variability. , the particle size being a function of the desired application, - for example it is considered that in medical applications, sizes smaller than 10 nm are preferred, in UV protection sizes around 60 nm are preferred; and with a purity of at least 95%.
  • the selection of the nanoparticle material to be used in the formulation of the additive material of the present invention is closely related with the property that is desired in the final application, as shown in Table 1, which presents some examples that serve to determine the recommended parameters to obtain the desired effects in the final application.
  • biocidal properties such as bactericidal, fungicidal and algicidal.
  • the nanometric particles selected according to Table 1 are subjected to a treatment for integration into the final coating, so that it can be based on nanoparticles in aqueous, organic or powder suspension, without the compatibility between the nanoparticle vehicle and the
  • the basis of the additive to be formulated is limiting, since an important part of the present invention is the change of the vehicle in the additive to make it compatible with the final coating.
  • FIG. 1 is a block diagram of the production process of the additive of the invention
  • block (10) represents the raw material, consisting of metal nanoparticles, their compounds or mixtures thereof, which will be used for the preparation of the additive, preferably being a wet paste although for some applications very specific that require absence of water, dry powder is preferred.
  • the nanoparticles have an average size in the range of 1 to 100 nanometers and with a purity of at least 95%. This material is fed to the block (20).
  • the block (20) represents a so-called “vehicle change” operation, in which the raw material is washed for the purpose of displacing the water or solvent contained, where appropriate, and replacing it with a "compatible” solvent, that is , it is incorporated without causing phase separation, with the solvent or thinner of the final application (the “objective coating”), which will prevent the formation of lumps when making contact with the objective coating;
  • the process is carried out with strong agitation, preferably for 5 to 30 minutes, or for as long as necessary.
  • the mixture is kept under turbulent agitation by means of a disperser with cutting disc or other device that allows a peripheral speed of
  • the "vehicle change" process (20) serves to ensure that the nanoparticles will not agglomerate in the dispersion phase (50) of zone II, in the incorporation into the coating or in the application thereof on the surface to be treated.
  • the block (30) indicates that in the case that the residual moisture tolerated in the additive is very low, close to zero, due to the nature of the resin and solvents or thinners in the target coating and once the " vehicle change "(20), the residual moisture in the solid phase is reduced by a drying process (40), taking care that the operating temperature in said drying is lower than the boiling temperature of the vehicle. The operation continue until a residual moisture tolerated by the target coating is obtained.
  • the result of the operation (40) is a "dry" nanoparticle powder, which can be stored for the subsequent preparation of the additive.
  • the product obtained by this method maintains its properties for prolonged periods of storage.
  • the drying stage represented by the block (40) is omitted.
  • Dispersant compatible with the target coating in accordance with Table 2:
  • the dispersion (50) is carried out by means of a stirrer or disperser with a peripheral speed of between 15 and 30 m / s.
  • the viscosity of the mixture is adjusted to that of the target coating by the addition of solvent or thinner, which is preferably the same as that used with the coating or at least must be compatible with it.
  • the percentage of dispersant in the mixture is maintained between 0.5 and 10% in relation to the nanoparticles on a dry basis.
  • the product (60) obtained from the dispersion process (50) is the additive of the invention, which can be, in the Preferred embodiment, a formulation with up to 99% by weight of nanoparticles.
  • the advantages of the additive obtained by the process of the invention are that as a result of the vehicle change treatment of stage (20) and the mixture with resins and dispersants of stage (50), the product is fully compatible with the objective coating for which it was prepared by selecting the appropriate resin and dispersant according to Table 2 previously included, and selecting a suitable surfactant, when necessary, while also maintaining a high degree of homogeneity in the dispersion of the nanoparticles in the formulation, so that when added to the target coating, the additive will integrate easily and quickly and it is guaranteed that the particles will maintain their dispersion homogeneity throughout the volume and therefore, in the coating layer after the application on the surface to be protected.
  • Example 1 Preparation of the additive to be used in an organic matrix for use in polyester base paint
  • Steps 2 and 3 are repeated 3 more times, but now the solvent is replaced by propylene glycol methyl ether acetate.
  • Example 2 Preparation of the additive to be used in an organic matrix for use in polyurethane base paint
  • the process described for the preparation of the additive material of the present invention can be used to obtain suitable additives that confer properties sought in the final application, by selecting the compound or mixture of compounds according to table 1, without the need to modify the procedure. It will also be apparent that other elements or their compounds can be used to confer these or other properties under the same manufacturing process.

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Abstract

El aditivo de la presente invención esta diseñado para transferir a un recubrimiento final propiedades biocidas, protección UV, retardo a la flama, y en general, las propiedades seleccionadas inherentes a los metales y compuestos de Ag, Au, Cu, Mg, Zn, Bi, Sb, el aditivo incluye el uso de solventes, surfactantes, dispersantes y resinas que lo hacen compatible con el recubrimiento final. Dicho recubrimiento aditivado, garantiza una perfecta distribución y dispersión de las nanopartlculas en la totalidad de éste, sin necesidad de estar sujetas a un sustrato inorgánico. El proceso para la fabricación del aditivo parte de nanopartículas existentes de los metales y compuestos referidos, que pueden estar en medios acuosos, orgánicos o bien como polvos secos, siendo sometidas a un tratamiento que permite su integración a recubrimientos empleados en una amplia variedad de condiciones ambientales. El proceso es aplicable para la obtención de una variedad de aditivos f uncionalizados.

Description

ADITIVO PARA RECUBRIMIENTOS CONTENIENDO NANOPARTICULAS METÁLICAS Y PROCEDIMIENTO PARA SU PREPARACIÓN
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con aditivos que se utilizan en pinturas y recubrimientos, con el propósito de conferirles propiedades deseables en función de la aplicación final, en especial la invención se refiere a un aditivo que contiene nanopartículas de uno o varios compuestos, preferentemente metálicos, donde los solventes, dispersantes y surfactantes que le acompañan son seleccionados en función de la naturaleza de la pintura o recubrimiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El uso de compuestos nanoparticulados para modificar propiedades distintas a la de la naturaleza propia de las pinturas, barnices y recubrimientos en general, es conocido y en los últimos años se ha incrementado sustancialmente . Por ejemplo, se sabe que las nanopartículas de plata metálica son usadas para conferir propiedades antibacterianas a los materiales donde se integran, como se muestra en las patentes que se mencionan más adelante .
El uso de algunos metales o sus compuestos, como agentes que ayudan a mejorar algunas de las propiedades buscadas en productos tales como recubrimientos, pinturas y otras mezclas poliméricas, es común en la práctica cotidiana, por ejemplo, el empleo de la plata como antibacteriano es bien conocido, y se sabe que su efecto mejora sustancialmente al encontrarse en tamaños nanométricos . Aunque existen materiales que llevan integrada plata metálica nanométrica, dicha plata se encuentra depositada sobre sustratos inertes de varias mieras de tamaño, lo que produce zonas localizadas de alta concentración de nanopartículas .
El óxido de zinc es conocido por su efecto fungicida, y es ampliamente usado en artículos de higiene personal y medicamentos cutáneos . También se sabe que en tamaños nanométricos puede absorber la luz ultravioleta, ofreciendo protección a los materiales que lo contienen.
Al igual que todos los compuestos nanométricos, una mejor dispersión y un tamaño controlado de partícula, ofrece ventajas, ya que prácticamente se eliminan las zonas sin protección.
Es también conocido el efecto retardador de flama del hidróxido de magnesio, y se ha observado que en tamaños nanométricos ofrece ventajas, por ejemplo de transparencia, sin afectar las propiedades mecánicas del recubrimiento donde se aplica, esto queda plasmado en la solicitud de patente PCT/MX 2007/000046 (Martínez et al., 2007) , que se refiere al Procedimiento para la preparación de un aditivo retardador de flama para recubrimientos y productos resultantes .
De igual manera las propiedades de las nanopartículas de Ag, Au, Cu, Bi, Mg, Zn, Sb, sus óxidos, hidróxidos, sulfuros, Cloruros, sulfatos, y sus mezclas, se transfieren al recubrimiento de la aplicación final.
Se han encontrado varios ejemplos de recubrimientos a los que se incorporan nanopartículas para conferirle ciertas cualidades o propiedades. El principal problema al que se enfrentan es la eficiente dispersión de las nanopartículas en el volumen de la aplicación, que deriva en la aparición de aglomerados que reducen su efectividad. En la presente invención se describe un aditivo que garantiza la homogénea distribución y - eficiente dispersión de las nanopartículas en todo el recubrimiento . Para mayor claridad en este documento se entiende por aditivo como una mezcla o combinación de componentes que se agrega a otra sustancia para darle cualidades de que carece o para mejorar las que posee. En particular el aditivo objeto de la invención es para aplicarse en recubrimientos del tipo de pinturas, barnices y mezclas poliméricas fluidas a temperatura ambiente .
Existen en el arte previo una gran variedad de alternativas para integrar nanopartículas en recubrimientos, y así proveerle ciertas propiedades inherentes a dichas nanopartículas, a continuación se mencionan algunos ejemplos.
En la patente CM 1850924 (Li, 2006) , se describe la producción de un recubrimiento antibacteriano conteniendo nanopartículas de plata. Para la preparación del aditivo se utiliza resina acrílica hidroxilada o una emulsión de polímero de ácido acrílico, se parte de una solución al 6% de nanopartículas de plata en una cera de polietileno. El producto obtenido con este procedimiento no se pueda hacer compatible con otros sistemas y está limitado a una concentración máxima de 6% .
En la patente CN 1837035 (Wang et al., 2006), se habla del procedimiento de preparación de una membrana híbrida de carbón que contiene nanopartículas inorgánicas. El producto de ésta invención se limita a un solo tipo de aplicación.
La patente JP 2005248136 (Ando, 2005) , habla de un aditivo que contiene plata nanométrica para recubrimientos que evita que organismos marinos se adhieran a las superficies. Esta invención se limita a eliminar organismos marinos en superficies sumergidas en agua y a una pintura de aplicación marina.
La patente TW 220398 (Liang, 2004) , habla de un aditivo que contiene nanopartículas metálicas, pero que son sintetizadas directamente en un solvente orgánico. El producto de esta invención, limita la aplicación a materiales compatibles con solventes orgánicos y que se puedan sintetizar en el mismo. En la patente WO 2003103392 (Nonninger et al. 2003), se describe un recubrimiento que contiene nanopartículas metálicas antibacterianas, pero tiene la limitante que dichas nanopartículas están sobre otras partículas de óxido de titanio .
La publicación US20070173564A1 (Sohn et al., 2007), se refiere a una composición para generar un recubrimiento transparente con una resina fotocurable, que contiene nanopartículas de plata. El producto de esta invención está limitado a nanopartículas de plata en un recubrimiento transparente fotocurable.
En la publicación US200S155033A1 (Sisson, 2006) , se describe una emulsión utilizada para mejorar la conductividad eléctrica entre superficies de contacto, por ejemplo conectores eléctricos, y protegerlos del efecto del tiempo. Este recubrimiento se limita a transferir propiedades eléctricas y al uso de nanopartículas de plata.
En la patente US6855749B1 (Yadav et al. 2005), se limita a un polímero nanocompuesto que principalmente es usado como material para usos biológicos en aplicaciones tales como vehículos de medicamentos, dispositivos biomédicos, implantes de huesos o dientes .
La patente US6228904B1 (Yadav et al. 2001) se refiere específicamente a una compuesto polimérico con nanomateriales con propiedades de resistividad, el método y la aplicación de la mezcla para producir un plástico con propiedades eléctricas . Las enseñanzas de este documento no son directamente aplicables a mezclas fluidas para recubrimientos, como nuestro caso, solo que las propiedades en cuestión están relacionadas a las propiedades eléctricas .
El aditivo de la presente invención esta diseñado para transferir a un recubrimiento final propiedades biocidas, protección UV, retardo a la flama, y en general, las propiedades seleccionadas inherentes a los metales y compuestos de Ag, Au, Cu, Mg, Zn, Bi, Sb, el aditivo incluye el uso de solventes, surfactantes, dispersantes y resinas que lo hacen compatible con el recubrimiento final. Dicho recubrimiento aditivado, garantiza una perfecta distribución y dispersión de las nanopartículas en la totalidad de éste, sin necesidad de estar sujetas a un sustrato inorgánico. El proceso para la fabricación del aditivo parte de nanopartículas existentes de los metales y compuestos referidos, que pueden estar en medios acuosos, orgánicos o bien como polvos secos, siendo sometidas a un tratamiento que permite su integración a recubrimientos empleados en una amplia variedad de condiciones ambientales. El proceso es aplicable para la obtención de una variedad de aditivos funcionalizados .
OBJETOS DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar una composición para emplearse como aditivo en mezclas poliméricas, del tipo de pinturas, barnices o recubrimientos de naturaleza fluida, en donde las propiedades deseadas en la aplicación final son proporcionadas por partículas nanométricas metálicas y sus compuestos, seleccionadas específicamente.
Es otro objeto de la presente invención, que las nanopartículas del aditivo que confieren las propiedades al recubrimiento se distribuyan homogéneamente en el volumen del recubrimiento . Otro objeto de la presente invención es proveer un aditivo en el cual las nanopartículas del aditivo no se aglomeran, manteniéndose dispersas durante la vida de anaquel, tanto del aditivo como del recubrimiento al que se le incorpora.
Otro objeto más de la presente invención es que las propiedades deseadas en el recubrimiento se pueden obtener por la adecuada selección de nanopartículas de uno o varios metales y sus compuestos .
Aún otro objeto de la presente es invención es proveer de un aditivo en el que las nanopartículas de metal o sus compuestos no requieren de un portador adicional, tales como materiales cerámicos, para mantenerse sin aglomerados .
Estos y otros objetos podrán ser evidentes para una persona con conocimientos en el área, a la luz de la descripción que sigue.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es un diagrama de bloques que representa el procedimiento para la elaboración del aditivo objeto de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El aditivo preparado de conformidad con. el procedimiento de la presente invención, se elabora a partir de nanopartículas metálicas y sus compuestos, con un tamaño promedio de partícula que se selecciona en el rango de desde 1 hasta 100 nanométros, preferentemente monodisperso, esto es, teniendo una variabilidad de tamaño muy estrecha, estando el tamaño de partícula en función de la aplicación que se desee,- por ejemplo se considera que en aplicaciones de tipo médico son preferidos tamaños menores de 10 nm, en protección UV se prefieren tamaños alrededor de 60 nm; y con una pureza de por lo menos 95%.
La selección del material de las nanopartículas a emplearse en la formulación del aditivo materia de la presente invención se encuentra íntimamente relacionada con la propiedad que se desea en la aplicación final, como se muestra en la Tabla 1, que presenta algunos ejemplos que sirven para determinar los parámetros recomendados para obtener los efectos deseados en la aplicación final.
Tabla 1. Selección recomendada de las nanopartículas para la preparación del aditivo.
Figure imgf000013_0001
Donde:
A: propiedades biocidas, tales como bactericida, fungicida y alguicida.
B: Protección UV.
C: Retardo a la Flama. D: Fungicida.
E: Conductividad eléctrica.
F: Propiedades ópticas. Las partículas nanométricas seleccionadas de acuerdo a la Tabla 1 se someten a un tratamiento para su integración al recubrimiento final, por lo que puede partirse de nanopartículas en suspensión acuosa, orgánica o en polvo, sin que la compatibilidad entre el vehículo de la nanopartícula y la base del aditivo que se formulará sea limitante, ya que parte importante de la presente invención es el cambio del vehículo en el aditivo para hacerlo compatible con el recubrimiento final.
Con referencia a la Figura 1, que es un diagrama de bloques del proceso de producción del aditivo de la invención, se presentan dos zonas, referidas por los numerales I y II: la primera, compuesta por los bloques (10) a (40) , que representan un pretratamiento de las nanopartículas, y la zona compuesta por los bloques (50) y (60) que representa el proceso de preparación del aditivo como tal.
En la zona I o fase de pretratamiento, el bloque (10) representa la materia prima, constituida por nanopartículas de metal, sus compuestos o mezclas de éstos, que se emplearán para la preparación del aditivo, siendo preferentemente una pasta húmeda aunque para algunas aplicaciones muy específicas que requieren ausencia de agua, se prefiere polvo seco. Como se ha mencionado antes, las nanopartículas tienen ,un tamaño promedio en el rango de desde 1 hasta 100 nanómetros y con una pureza de por lo menos 95%. Este material es alimentado al bloque (20) .
El bloque (20) representa una operación denominada de "cambio de vehículo", en la cual la materia prima es lavada con el propósito de desplazar el agua o solvente contenidos, en su caso, y substituirlo por un solvente "compatible", esto es, se incorpore sin provocar separación de fases, con el solvente o adelgazador de la aplicación final (el "recubrimiento objetivo"), lo que impedirá en su momento la formación de grumos al tomar contacto con el recubrimiento objetivo; el proceso se lleva a cabo con agitación fuerte preferentemente por entre 5 y 30 minutos, o durante el tiempo que sea necesario. La mezcla se mantiene en agitación en régimen turbulento por medio de un dispersor con disco cortante u otro dispositivo que permita una velocidad periférica de
•por lo menos 2 m/s y hasta 30 m/s como máximo. Después de la agitación, ' se produce la separación de fases y el proceso puede repetirse hasta obtener una humedad residual menor al 5% en la fase sólida. Cuando por la naturaleza del solvente o adelgazador, y de la resina contenida en el recubrimiento objetivo, las nanopartículas pudieran reaccionar, se evalúa como se indica por el bloque (15) la necesidad de dar a las partículas un tratamiento superficial (16) previo a la operación de "cambio de vehículo" (20) , empleando surfactantes convencionales compatibles con el recubrimiento objetivo.
El proceso de "cambio de vehículo" (20) sirve para garantizar que las nanopartículas no se aglomerarán en la fase de dispersión (50) de la zona II, en la incorporación al recubrimiento o en la aplicación del mismo sobre la superficie a tratar.
El bloque (30) indica que en el caso de que la humedad residual tolerada en el aditivo sea muy baja, próxima a cero, debido a la naturaleza de la resina y solventes o adelgazadores en el recubrimiento objetivo y una vez concluida la etapa de "cambio de vehículo" (20) , la humedad residual en la fase sólida es reducida por un proceso de secado (40) , teniendo cuidado de que la temperatura de operación en dicho secado sea inferior a la temperatura de ebullición del vehículo. La operación se sigue hasta obtener una humedad residual tolerada por el recubrimiento objetivo.
El resultado de la operación (40) es un polvo "seco" de nanopartículas, que puede ser almacenado para la posterior preparación del aditivo. El producto obtenido por este método mantiene sus propiedades durante periodos prolongados de almacenamiento.
Si en la aplicación final se tolera un contenido de humedad del orden del 5%, la etapa de secado representada por el bloque (40) se omite.
El producto obtenido ya sea "seco" o húmedo, proveniente de alguna de las dos vías de la primera fase del proceso
(25) ó (45) se somete a un proceso de dispersión (50) , en la zona II, que propiamente se identifica con la preparación del aditivo listo para su uso en el recubrimiento objetivo que es la materia de la presente invención.
En esta etapa, la pasta o el polvo "seco" provenientes del bloque (20) o (40) , se alimentan a un proceso de dispersión (50) en donde se adicionan una resina y un dispersante compatibles con el recubrimiento objetivo, de conformidad con la Tabla 2 :
Tabla 2. Selección recomendada de la resina y el dispersante para la preparación del aditivo.
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Tabla 2. Selección recomendada de la resina y el dispersante para la preparación del aditivo.
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Tabla 2. Selección recomendada de la resina y el dispersante para la preparación del aditivo.
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Tabla 2. Selección recomendada de la resina y el dispersante para la preparación del aditivo.
Figure imgf000021_0001
La dispersión (50) se realiza por medio de un agitador o dispersor con una velocidad periférica de entre 15 y 30 m/s. La viscosidad de la mezcla se ajusta a la del recubrimiento objetivo por la adición de solvente o adelgazador, que preferentemente es el mismo que se empleará con el recubrimiento o al menos deberá ser compatible con aquél. El porcentaje de dispersante en la mezcla se mantiene entre el 0.5 y el 10% en relación a las nanopartículas en base seca.
El producto (60) obtenido del proceso de dispersión (50) es el aditivo de la invención, mismo que puede ser, en la modalidad preferida, una formulación con hasta el 99% en peso de nanopartículas .
Entre las ventajas que tiene el aditivo obtenido por el procedimiento de la invención, están que como consecuencia del tratamiento de cambio de vehículo de la etapa (20) y la mezcla con resinas y dispersantes de la etapa (50) , el producto es completamente compatible con el recubrimiento objetivo para el que se preparó mediante la selección de la resina y el dispersante apropiados de acuerdo con la Tabla 2 previamente incluida, y la selección de un surfactante adecuado, cuando sea necesario, manteniendo además un alto grado de homogeneidad en la dispersión de las nanopartículas en la formulación, por lo que al adicionarse al recubrimiento objetivo, el aditivo se integrará fácil y rápidamente y se garantiza que las partículas mantendrán su homogeneidad de dispersión en la totalidad del volumen y por ende, en la capa de recubrimiento después de la aplicación sobre la superficie a proteger.
Ejemplo 1: Preparación del aditivo para ser empleado en una matriz orgánica para uso en pintura base poliéster
1. Se parte de una pasta de nanopartículas de plata metálica, con una humedad de 64%, con una distribución de tamaño de partícula Di0, 16.3 nm; D50, 23.9 nm,- D90, 43.5 nm; medido por Espectroscopia de Correlación de Fotones (PCS por sus siglas en inglés) , en un equipo marca MALVERN Zetasizer Nano ZS. Para fines de ilustración, se toman 300 gramos.
2. Vaciar la pasta de nanopartículas en vaso de precipitados boca angosta tipo Berzelius, provisto con propelente de dispersión, adicionar dos volúmenes de solvente Butil Cellosolve, iguales al de la pasta. Dispersar por 5 minutos.
3. Separar las nanopartículas del licor madre, por medios físicos (decantado, filtrado, centrifugado, etc.) . Retener los licores para un análisis de agua física por método Kart Fisher. Pesar la cantidad de pasta de nanopartículas obtenidas, para calcular el contenido de agua en la pasta.
4. Repetir los pasos 2 y 3 tantas veces como sea necesario hasta que, en la pasta de nanopartículas, se alcance un contenido de agua menor al 5% o el aceptado por la aplicación final.
5. Los pasos 2 y 3 se repiten 3 veces más, pero ahora se sustituye el solvente por acetato de propilen- glicol metil-éter.
6. En recipiente por separado disolver 125 gramos de la resina base poliéster o alguna que sea compatible con éste sistema, por ejemplo, Laropal® A 81 de BASF, con 100 mL del solvente acetato de propilén- glicol metil-éter. Verificar la disolución total de la resina con. métodos convencionales.
7. Dispersar la pasta de nanopartículas, obtenida en el paso 5, en la disolución de resina y solvente, del paso 6, adicionar 20 gr . de dispersante, de la selección recomendada en la Tabla 2. Se recomienda una velocidad periférica de entre 15 y 30 m/s por un periodo de entre 5 y 30 minutos. Verificar la dispersión de la pasta con métodos convencionales conocidos . 8. Diluir el resto de la resina (375 gramos) en la pasta dispersada en el paso 7, agregar además 400 mL de solvente acetato de propilén-glicol metil-éter. Esto se lleva a cabo por 1 hora a una velocidad periférica de 5 m/s. 9.Ajustar la pasta a 1000 gramos con solvente acetato de propilen-glicol metil-éter. Verificar en la pasta el porcentaje de nanoparticulas, el porcentaje de sólidos totales, densidad, viscosidad, morfología en microscopio y humedad física por Kart Fisher.
Ejemplo 2: Preparación del aditivo para ser empleado en una matriz orgánica para uso en pintura base poliuretano
1. Se parte de una pasta de nanoparticulas de plata metálica, con una humedad de 64%, con una distribución de tamaño de partícula D10, 16.3 nm; D50, 23.9 nm,- D90, 43.5 nm,- medido por Espectroscopia de Correlación de Fotones (PCS por sus siglas en inglés) , en un equipo marca MALVERN Zetasizer Nano ZS. Para fines de ilustración, se toman 300 gramos.
2. Vaciar la pasta de nanoparticulas en vaso de precipitados boca angosta tipo Berzelius, provisto con propelente de dispersión, adicionar dos volúmenes de solvente Butil Cellosolve, iguales al de la pasta. Dispersar por espacio de 5 minutos.
3. Separar las nanoparticulas del licor madre, por medios físicos (decantado, filtrado, centrifugado, etc) . Retener los licores para un análisis de agua física por método Kart Fisher. Pesar la cantidad de pasta de nanopartículas obtenidas, para calcular el contenido de agua en la pasta. 4. Repetir los pasos 2 y 3 tantas veces como sea necesario hasta que, en la pasta de nanopartículas, se alcance un contenido de agua menor al 5% o el aceptado por la aplicación final.
5. En recipiente por separado disolver 125 gramos de la resina base poliuretano o alguna que sea compatible con éste sistema, por ejemplo, Laropal® A 81 de BASF, con 100 mL del solvente Butil Cellosolve. Verificar la disolución total de la resina con métodos convencionales . 6. Dispersar la pasta de nanopartículas, obtenida en el paso 5, en la disolución de resina y solvente, del paso 6, adicionar 20 gr. de dispersante, de la selección recomendada en la Tabla 2. Se recomienda una velocidad periférica de entre 15 y 30 m/s por un periodo de entre 5 y 30 minutos. Verificar la dispersión de la pasta con métodos convencionales conocidos .
7. Diluir el resto de la resina (375 gramos) en la pasta dispersada en el paso 7, agregar además 400 mL de solvente Butil Cellosolve. Esto se lleva a cabo por 1 hora a una velocidad periférica de 5 m/s. 8. Ajustar la pasta a 1000 gramos con solvente Butil Cellosolve. Verificar en la pasta el porcentaje de nanoparticulas, el porcentaje de sólidos totales, densidad, viscosidad, morfología en microscopio y humedad física por Kart Fisher.
Como será evidente para un técnico con conocimientos en la materia, el proceso descrito para la elaboración del aditivo materia de la presente invención, puede ser empleado para obtener aditivos adecuados que confieran propiedades buscadas en la aplicación final, al seleccionar el compuesto o mezcla de compuestos de acuerdo con la tabla 1, sin necesidad de modificar el procedimiento . También será evidente que pueden utilizarse otros elementos o sus compuestos para conferir éstas u otras propiedades bajo el mismo procedimiento de fabricación.

Claims

REIVINDICACIONESUna vez descrita la invención, lo que se considera novedoso y por tanto se reclama su propiedad es :
1. Un aditivo para ser incorporado en preparaciones para recubrimientos para proteger superficies y conferirles propiedades deseadas, tales como biocida (bactericida, fungicida, alguicida) , protección UV, retardo a la flama y eléctricas, el aditivo conteniendo como agente activo, un metal, un compuesto metálico o combinaciones de los mismos, un vehículo, un dispersante y una resina, dicho aditivo caracterizado porque: a. el agente activo tiene un tamaño de partícula promedio en el rango de desde 1 nanómetro a 100 nanómetros , b. el agente activo se selecciona en función de la propiedad deseada en el recubrimiento, c . el vehículo es compatible con el del recubrimiento para el que se prepara el aditivo, d. la resina es compatible con la del recubrimiento para el que se prepara el aditivo, e. el dispersante es compatible con el recubrimiento objetivo.
2. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente activo preferentemente es monodisperso.
3. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente activo se encuentra en una proporción desde un 1% hasta 99% en peso con base al peso del aditivo.
4. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispersante se encuentra presente en una cantidad de entre el 0.5% y el 10% en base al agente activo en base seca.
5. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente activo es preferentemente un metal o un compuesto metálico seleccionado del grupo que comprende, Ag, Au, Cu, Mg, Zn, Bi, Sb, sus óxidos, hidróxidos, sulfuros y sus mezclas.
6. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho aditivo se dispersa homogéneamente en el recubrimiento objetivo una vez que es incorporado al mismo.
7. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho aditivo no interfiere con las propiedades deseables propias del recubrimiento al que se destina.
8. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las propiedades conferidas por el agente activo, se distribuyen homogéneamente en el volumen del recubrimiento .
9. Un aditivo para recubrimientos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en dicho aditivo, las nanopartículas de agente activo no se aglomeran, manteniéndose dispersas durante la vida de anaquel, tanto del aditivo como del recubrimiento al que se le incorpora.
10. Un procedimiento para la preparación de un aditivo a recubrimientos para proteger superficies, siendo el agente activo del aditivo es un metal, sus compuestos o mezclas de los mismos, dicho procedimiento siendo caracterizado porque comprende una primera fase de pretratamiento del agente activo y una segunda fase de preparación del aditivo, donde : i) en la primera fase de pretratamiento, al agente activo se le disminuye el contenido de humedad, si es necesario, reemplazándolo por un vehículo que sea compatible con el recubrimiento . ii) en la segunda fase se prepara una dispersión del agente activo pretratado, mezclándolo con una resina, un dispersante y un solvente compatibles con dicho recubrimiento, y iii) el aditivo obtenido es compatible y de fácil integración con el recubrimiento, por medio de un mezclado convencional, lo que garantiza una distribución homogénea del agente activo en el volumen del recubrimiento .
11. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la distribución del tamaño de partícula del agente activo es monodispersa, y se encuentra en el rango de 1 a 100 nm.
12. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque en la primera fase de pretratamiento, la humedad contenida en el agente activo es reemplazada por un vehículo compatible con el diluyente del recubrimiento, mediante lavado del agente activo inicial con el vehículo compatible.
13. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el lavado se realiza con agitación fuerte preferentemente con una velocidad periférica entre 5 m/s y 30 m/s y un tiempo de entre 5 y 30 minutos.
14. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque después de la agitación, se separan las fases, eliminándose la fase líquida, y porque el lavado se repite hasta obtener la humedad requerida por la aplicación.
15. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado adicionalmente porque si el agente activo es susceptible de reaccionar con el recubrimiento, el agente activo se somete a un tratamiento superficial con surfactantes previo al lavado.
16. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cuando la humedad residual permitida por el recubrimiento es próxima a cero, el producto obtenido del "cambio de vehículo" es sometido a un proceso de secado.
17. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el compuesto metálico obtenido de la primera fase de pretratamiento contiene una humedad entre 0% y 5%, y es dispersable en una resina compatible con el recubrimiento objetivo.
18. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con. la reivindicación 10, caracterizado porque la dispersión se realiza con una velocidad periférica de entre 15 y 30 m/s.
19. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el porcentaje de dispersante en la mezcla se mantiene entre el 0.5 y el 10% en base al agente activo.
20. Un procedimiento para la preparación de un aditivo, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el producto obtenido es un aditivo que contiene hasta un 99% en peso de compuesto nanométrico como agente activo.
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