Composiciones de recubrimiento que contienen productos de carbono con una gran área T.

Una composición de recubrimiento que comprende un vehículo líquido y un producto de carbono que tiene unárea t mayor o igual a 400 m2/g (ASTM D5816).

Composiciones de recubrimiento que contienen productos de carbono con una gran área T

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de recubrimiento que comprenden un vehículo líquido y un producto de carbono que tiene un área t mayor o igual a 400 m2/g. La presente invención se refiere además a composiciones de recubrimiento que comprenden un vehículo líquido y un producto de carbono modificado que tiene un área t mayor o igual a 350 m2/g.

2. Descripción de la técnica relacionada

Las composiciones de recubrimiento se utilizan para tratamientos decorativos, protectores y funcionales de muchas clases de superficies. Estas superficies incluyen bobinas, metales, electrodomésticos, muebles, madera prensada, madera y madera contrachapada, marina, automóviles, latas y cartón. Algunos recubrimientos, tales como los de tuberías submarinas, son con fines de protección. Otros, tales como recubrimientos exteriores para automóviles, cumplen tanto funciones decorativas como de protección. Incluso otras proporcionan control a la fricción en las cubiertas de barcos o en los asientos de automóviles. Algunos recubrimientos controlan las incrustaciones del fondo de los barcos, otras protegen alimentos y bebidas enlatados. Los chips de silicio, paneles de circuitos impresos, recubrimientos sobre fibras para guía de ondas para transmisión de señales y recubrimientos magnéticos sobre cintas de vídeo y discos de ordenador están entre muchas de las denominadas aplicaciones de alta tecnología para recubrimientos.

Las composiciones para recubrimiento de superficies son en general líquidos más o menos viscosos con tres componentes básicos: una sustancia formadora de película o una combinación de sustancias llamadas el aglutinante, un pigmento o una combinación de pigmentos y un líquido volátil. La combinación de aglutinante y líquido volátil se denomina el vehículo. Los vehículos pueden ser en forma de solución o como una dispersión de partículas finas de aglutinante en un medio no disolvente. Los pigmentos son partículas sólidas finamente divididas, insolubles, dispersas en el vehículo de recubrimiento y se distribuyen por todo el aglutinante en la película final. También se pueden añadir tensoactivos y se utilizan normalmente como dispersantes de pigmentos. Los componentes y la fabricación de composiciones de recubrimiento tales como recubrimientos acuosos se discuten adicionalmente en la Concised Encyclopedia of Polymers, Science and Engineering, páginas 160 - 171 (1990) , que se incorpora aquí por referencia.

Los pigmentos en composiciones de recubrimiento proporcionan opacidad y color. La cantidad y el tipo de pigmento controlan propiedades tales como el brillo de la película final y puede tener efectos importantes sobre sus propiedades mecánicas. Algunos pigmentos incluso inhibir la corrosión. Además, los pigmentos afectan la viscosidad y mejoran las propiedades de aplicación del recubrimiento. Los productos de carbono y, en particular, el negro de humo, son pigmentos comunes utilizados en aplicaciones de recubrimiento.

Una variable importante que determina el rendimiento de los productos de carbono en composiciones de recubrimiento es el área superficial. Es bien conocido en la técnica que cuanto mayor sea el área superficial de un producto de carbono en una composición de recubrimiento, mejor serán las propiedades de color del recubrimiento resultante (véase, por ejemplo, el Cabot Corporation Technical Report del S-140 titulado "Black Pearls® 1400, Monarch® 1400: Superior High Color Carbon Blacks") . El área superficial, que está inversamente relacionada con el tamaño de las partículas, se sabe que son responsables de propiedades tales como el brillo, la intensidad de color y los visos azules.

Existen diferentes medidas del área superficial. Una técnica común es medir la cantidad de un material de sonda que puede ser absorbido sobre la superficie del carbono. Las moléculas típicas de una sonda son nitrógeno (conocido como el método BET) , yodo y bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) .

Diferentes moléculas de la sonda resultan en diferentes valores de área superficial y puede reflejar diferentes aspectos de la superficie del carbono. Por ejemplo, las áreas superficiales con CTAB y yodo dependen de la química de la superficie de carbono. Dos negros de carbono con el mismo tamaño de partícula pueden tener valores muy diferentes con CTAB y con yodo si sus químicas superficiales son diferentes. Además, el área superficial con BET depende de la porosidad del pigmento. Las superficies de carbono generalmente contienen poros. El área superficial total de un pigmento (que se mide por el método BET) es por tanto la suma de su superficie interna (la de los poros) y su superficie externa. En consecuencia, dos pigmentos también pueden tener el mismo tamaño de partícula a pesar de que puedan tener áreas superficiales con BET muy diferentes debido a su porosidad. El área t (también conocida como el área superficial de espesor estadístico, o STSA) es una medida únicamente del área de la

superficie externa de un producto de carbono y se calcula restando el valor de porosidad del valor BET. Como resultado, el área t de un producto de carbono es siempre menor que el valor BET.

Como se indicó anteriormente, un objetivo para el proveedor del recubrimiento es proporcionar un recubrimiento con las mejores propiedades generales de color. En general, se desean los pigmentos de partícula más pequeña con el fin de obtener estos resultados. Sin embargo, los pigmentos con tamaño de partícula más pequeño (mayor área superficial) también se traducen en un aumento de la viscosidad de la composición de recubrimiento. Además, y quizás más importante, el tamaño de partícula y el área superficial del pigmento afectan su capacidad de dispersarse en la composición de recubrimiento. En la elaboración de los recubrimientos, es deseable dispersar el pigmento de tal manera que se logre una dispersión estable en donde la mayor parte de las partículas de pigmento, si no todas, están separadas en las partículas individuales. El mecanismo de dispersión de un pigmento implica hidratación, separación, y estabilización. Se sabe que cuanto mayor es el área superficial de un pigmento, más difícil que se hidrate el pigmento y por lo tanto que se disperse en el vehículo utilizado para la composición de recubrimiento. Una pobre dispersión de pigmento conduce a un deterioro de las propiedades de recubrimiento. La estabilidad de la dispersión también pueden sufrir. Los pigmentos de gran área superficial a menudo requieren procesos de alta energía (tal como de molienda) para obtener dispersiones estables y por lo tanto un buen desempeño del color. Por estas razones, los pigmentos disponibles comercialmente para aplicaciones de recubrimiento de alta calidad de color se diseñan para producir el mejor compromiso entre el área superficial y la calidad de la dispersión y la estabilidad.

En las patentes estadounidenses Nos. 5.672.198 y 5.713.988 se divulga un método para preparar composiciones de recubrimiento con propiedades mejoradas, que divulgan tintas acuosas y no acuosas, y recubrimientos que contienen productos modificados de carbono que tienen grupos orgánicos enlazados. Aunque las composiciones anteriores han producido buenos recubrimientos, aún subsiste la necesidad de composiciones mejoradas con alto rendimiento de color y buenas propiedades mecánicas y de aplicación en general.

Breve descripción del dibujo La Figura 1 es una vista esquemática de una porción de un tipo de reactor que puede ser utilizado para producir productos de carbono con una gran área t útiles en las composiciones de recubrimiento de la presente invención.

Resumen de la invención La presente invención se refiere a composiciones de recubrimiento que comprenden un vehículo líquido y un producto de carbono que tiene un área t mayor o igual a 400 m2/g. El vehículo líquido puede ser un vehículo acuoso o no acuoso.

La presente invención se refiere además a composiciones de recubrimiento que comprenden un vehículo líquido y un producto de carbono modificado que tiene un área t mayor o igual a 350 m2/g, en el que el producto de carbono modificado comprende un producto de carbono que tiene enlazado al menos un grupo orgánico. El vehículo líquido puede ser un vehículo líquido acuoso o no acuoso.

Se debe entender que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplos y explicaciones únicamente y están destinadas a proporcionar una explicación adicional de la presente invención, como se reivindica.

Descripción... [Seguir leyendo]

1. Una composición de recubrimiento que comprende un vehículo líquido y un producto de carbono que tiene un área t mayor o igual a 400 m2/g (ASTM D5816) .

2. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el vehículo líquido es un vehículo acuoso.

3. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el vehículo líquido es un vehículo no acuoso.

4. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el producto de carbono es negro de humo.

5. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el producto de carbono tiene un área t entre 400 m2/g y 600 m2/g (ASTM D5816) .

6. La composición de recubrimiento de la reivindicación 5, en la que el producto de carbono tiene un área t entre 400 m2/g y 500 m2/g (ASTM D5816) .

7. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el producto de carbono tiene además un DBPA d.

60. 150 cc/100 g.

8. La composición de recubrimiento de la reivindicación 7, en la que el producto de carbono tiene además un DBPA d.

80. 120 cc/100 g.

9. La composición de recubrimiento de la reivindicación 1, en la que el producto de carbono es un negro de humo oxidado.

10. Una composición de recubrimiento que comprende un vehículo líquido y un producto de carbono modificado que tiene un área t mayor o igual a 350 m2/g (ASTM D5816) , en la que el producto de carbono modificado comprende un producto de carbono que tiene enlazado al menos un grupo orgánico.

11. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el vehículo líquido es un vehículo acuoso.

12. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el vehículo líquido es un vehículo líquido no acuoso.

13. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el producto de carbono es negro de humo.

14. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el producto de carbono tiene un área t entre 350 m2/g y 600 m2/g (ASTM D5816) .

15. La composición de recubrimiento de la reivindicación 14, en la que el producto de carbono tiene un área t entre 350 m2/g y 500 m2/g (ASTM D5816) .

16. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el producto de carbono tiene además un DBPA d.

60. 150 cc/100 g.

17. La composición de recubrimiento de la reivindicación 16, en la que el producto de carbono tiene además un DBPA d.

80. 120 cc/100 g.

18. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el producto de carbono es un negro de humo oxidado.

19. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el grupo orgánico comprende al menos un grupo iónico, al menos un grupo ionizable, o una mezcla de al menos un grupo iónico o al menos un grupo ionizable.

20. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el grupo orgánico comprende al menos un grupo sulfonato o al menos un grupo carboxilato.

21. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el grupo orgánico es un grupo sulfofenilo.

22. La composición de recubrimiento de la reivindicación 10, en la que el grupo orgánico está presente en una cantidad de aproximadamente 0, 1 a 5, 0 micromoles/m2 del producto de carbono usado con base en dicha área t del producto de carbono.

23. La composición de recubrimiento de la reivindicación 22, en la que el grupo orgánico está presente en una cantidad de aproximadamente 0, 1 a 2, 7 micromoles/m2 del producto de carbono usado con base en dicha área t del producto de carbono.