Composiciones y métodos que comprenden pigmentos y agentes dispersantes polipróticos.

Un pigmento que comprende una partícula base y un agente dispersante,

comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de:

(i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y

(ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

Composiciones y métodos que comprenden pigmentos y agentes dispersantes polipróticos Antecedentes de la invención Se usan pigmentos en una amplia gama de recubrimientos como, por ejemplo, pinturas, plásticos, papel, estratificados, imprimaciones resistentes a la corrosión y capa final de pinturas decorativas en mercados del automóvil, industriales y de accesorios. Los recubrimientos contienen una mezcla de materiales sólidos y líquidos que forma una película cuando se aplica a una superficie y se deja curar el recubrimiento. El material sólido de un recubrimiento es una mezcla de pigmentos, cargas y resinas. Típicamente, el pigmento proporciona poder de recubrimiento e influye en el brillo y la resina forma la película cuando el recubrimiento se cura.

Se han realizado esfuerzos significativos para producir pigmentos con las características deseadas (por ejemplo, estabilidad, viscosidad, poder de recubrimiento, poder colorante y/o brillo) para la aplicación particular. Muchas referencias de la técnica anterior describen tratar la superficie de un pigmento con ciertos compuestos como, por ejemplo, alúmina, sílice, fosfatos y/o silanos, para impartir al pigmento la característica deseada para la aplicación final particular.

Otras referencias de la técnica anterior describen usar uno o más agentes dispersantes que se pueden añadir a un pigmento o suspensión de un pigmento para obtener un recubrimiento que tenga las características deseadas antes mencionadas. Estos agentes dispersantes se pueden preparar, por ejemplo, por reacción de una amina, como por ejemplo trietanolamina, con un ácido poliprótico, como por ejemplo un ácido policarboxílico. Típicamente, la relación molar de amina a ácido poliprótico es menor que 3:1 (por ejemplo, 1:1, 2:1, 2, 5:1) .

La patente de Estados Unidos número 4.752.340 describe pigmentos de dióxido de titanio caracterizados por su facilidad de dispersión y desarrollo de mayor brillo en recubrimientos de superficies de vehículos y por su menor tendencia a adsorber humedad, pigmentos de dióxido de titanio que comprenden partículas de dióxido de titanio depositadas sobre un agente de tratamiento que comprende por lo menos una sal de una amina y un ácido poliprótico que tiene un pKa mayor que aproximadamente 2, 5 y una solubilidad en agua a 20ºC de por lo menos 2, 0 por ciento en peso y una alcanolamina que tiene un pKb mayor que aproximadamente 4, 4.

La solicitud de patente de Estados Unidos número 2002/0099126 describe un pigmento, preferiblemente de dióxido de titanio, que ha sido tratado con un compuesto de un ácido organofosfórico, como un organopirofosfato o un organopolifosfato, representados por la fórmula R'n-Pn-2O4+3 (n-3) en la que n = 4-14 y R' es un grupo orgánico que tiene 2 a 22 átomos de carbono. El compuesto del ácido organofosfórico se obtiene por reacción de alcoholes orgánicos, como butanol, y P2O5 y/o ácido fosfórico. El compuesto se puede usar en su forma de sal en una cantidad de preferiblemente 0, 7 a 1, 2% en peso, basado en el peso del pigmento base. El pigmento base puede ser pretratado con óxidos metálicos adicionales, como alúmina. Se describe añadir el ácido organofosfórico a una suspensión del pigmento antes de la filtración y lavado, aunque se menciona que este procedimiento no es muy eficiente. Puede estar presente un disolvente, como agua, alcohol, etc. El ácido organofosfórico se puede añadir a un micronizador junto con el polvo del pigmento que se ha de triturar. El producto se puede usar en aplicaciones de recubrimientos acuosos o como aditivo en matrices poliméricas.

Desafortunadamente, algunas suspensiones preparadas usando agentes dispersantes de la técnica anterior tienen menor estabilidad durante su almacenamiento porque el pigmento se puede separar de la suspensión haciendo que la suspensión sea difícil de transportar y bombear. Al incorporar el pigmento en un recubrimiento adecuado, el poder de recubrimiento, poder colorante y/o brillo resultantes del recubrimiento pueden no ser aceptables comercialmente.

Hay necesidad de nuevas composiciones de pigmentos y de nuevos métodos para producir, con velocidades altas de producción, pigmentos aceptables comercialmente. También son necesarias composiciones de pigmentos que tengan mayor estabilidad, poder de recubrimiento, poder colorante y/o brillo.

Resumen de la invención En diversas realizaciones, se proporcionan composiciones y métodos para preparar pigmentos que tienen mayor estabilidad, poder de recubrimiento, poder colorante y/o brillo. En diversas realizaciones, se proporciona una composición de un pigmento que comprende un nuevo agente dispersante, que se puede incorporar fácilmente en procesos actuales de producción de pigmentos y que se puede preparar a costes reducidos.

En una realización, se proporciona un pigmento que comprende una partícula base y un agente dispersante, comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de: (i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y (ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

En otra realización, se proporciona una suspensión de un pigmento que comprende dióxido de titanio y un agente dispersante, comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de: (i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y (ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

En otra realización, se proporciona un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio, que comprende añadir un ácido poliprótico a una amina, alcohol y/o alcanolamina para formar un agente dispersante, y añadir dióxido de titanio al agente dispersante para preparar el pigmento de dióxido de titanio, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es mayor que 3:1.

En una realización que sirve de ejemplo, se proporciona un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio, que comprende: (a) preparar una suspensión acuosa de dióxido de titanio, y (b) añadir a la suspensión en cualquier orden (i) un ácido poliprótico que no contiene ningún ácido carboxílico y (ii) una amina, alcohol y/o alcanolamina, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es mayor que 3:1.

En otra realización que sirve de ejemplo, se proporciona un pigmento que comprende una partícula base y un agente dispersante, comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de: (i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y (ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1, y un disolvente.

Características adicionales y ventajas de diversas realizaciones se especificarán en parte en la descripción que sigue y en parte serán evidentes por la descripción o se conocerán por la práctica de diversas realizaciones. Otras ventajas de diversas realizaciones se conseguirán por medio de los elementos y combinaciones especificadas particularmente en la descripción y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una ilustración gráfica del perfil de la viscosidad del dióxido de titanio y del nuevo agente dispersante, en comparación con un pigmento de dióxido de titanio y un agente dispersante de la técnica anterior.

La figura 2 es una ilustración gráfica de un ensayo de evaluación de la dureza, con un dinómetro, de un pigmento de dióxido de titanio que tiene el nuevo agente dispersante y que ha sido almacenado durante 10 días, en comparación con un pigmento de dióxido de titano que tiene un agente dispersante de la técnica anterior. La evaluación de la dureza con un dinómetro determina la fuerza necesaria para hacer pasar una probeta por una suspensión de dióxido de titanio.

Descripción detallada de la invención Para los fines de esta memoria y de las reivindicaciones adjuntas, salvo que se indique lo contrario, se ha de entender que todos los números que expresan cantidades de ingredientes, porcentajes o proporciones de materiales, condiciones de reacciones y otros valores numéricos usados en la memoria y en las reivindicaciones... [Seguir leyendo]

1. Un pigmento que comprende una partícula base y un agente dispersante, comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de: (i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y (ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

2. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el ácido poliprótico no contiene sustancialmente ningún ácido carboxílico.

3. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende por lo menos un aminoalcohol, diol, triol, aminopoliol, poliol, amina primaria, amina secundaria, amina terciaria o combinaciones de estos compuestos.

4. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende trietanolamina, 2-amino-2-metil-1-propanol, 1-amino-1-butanol, 1-amino-2-propanol, 2-amino-2-metil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-etil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-hidroximetil-1, 3-propanodiol, metanol, alcohol isopropílico, butanol, metoxipropanol, trimetiloletano, trimetilolpropano, pentaeritritol, etilenglicol, propilenglicol o combinaciones de estos compuestos.

5. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la partícula base comprende los óxidos de silicio, titanio, circonio, cinc, magnesio, aluminio, hierro o combinaciones de estos óxidos, carbonato cálcico, caolín, talco, arcilla, mica o combinaciones de estos compuestos.

6. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que agente dispersante comprende de aproximadamente 0, 01 a aproximadamente 5 por ciento en peso, basado en el peso de partícula base.

7. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la partícula base tiene un tamaño dentro del intervalo de aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 1 1m.

8. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la partícula base comprende, como dióxido de titanio, anatasa o rutilo o combinaciones de estos compuestos.

9. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la partícula base se trata con sílice, circonia, alúmina o combinaciones de estos compuestos.

10. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es de 4:1 a aproximadamente 20:1.

11. Un recubrimiento que comprende el pigmento de acuerdo con la reivindicación 1.

12. Una pintura, papel o plástico que comprende el pigmento de acuerdo con la reivindicación 1.

13. Una suspensión de un pigmento que comprende dióxido de titanio y un agente dispersante, comprendiendo el agente dispersante una sal y/o éster de: (i) una amina, alcohol y/o alcanolamina y (ii) un ácido poliprótico, en el que el agente dispersante se prepara combinando la amina, alcohol y/o alcanolamina con el ácido poliprótico en una relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

14. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el ácido poliprótico no contiene ningún ácido carboxílico.

15. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 14, en la que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende por lo menos un aminoalcohol, diol, triol, aminopoliol, poliol, amina primaria, amina secundaria, amina terciaria o combinaciones de estos compuestos.

16. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 15, en la que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende trietanolamina, 2-amino-2-metil-1-propanol, 1-amino-1-butanol, 1-amino-2-propanol, 2amino-2-metil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-etil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-hidroximetil-1, 3-propanodiol, metanol, alcohol isopropílico, butanol, metoxipropanol, trimetiloletano, trimetilolpropano, pentaeritritol, etilenglicol, propilenglicol o combinaciones de estos compuestos.

17. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el agente dispersante comprende de aproximadamente de 0, 01 a aproximadamente 5 por ciento en peso, basado en el peso de dióxido de titanio.

18. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el dióxido de titanio tiene un tamaño de partículas dentro del intervalo de aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 1 1m.

19. Un suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el dióxido de titanio se trata con sílice, circonia, alúmina o combinaciones de estos compuestos.

20. Una suspensión de un pigmento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es de 4:1 a aproximadamente 20:1.

21. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio, que comprende añadir un ácido poliprótico a una amina, alcohol y/o alcanolamina para formar un agente dispersante y añadir dióxido de titanio al agente dispersante para formar el pigmento de dióxido de titanio, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico mayor que 3:1.

22. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el ácido poliprótico no contiene sustancialmente ningún ácido carboxílico.

23. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el agente dispersante se añade al dióxido de titanio después de su oxidación, calcinación o trituración, o antes o después de por lo menos tratar en húmedo, filtrar, secar o micronizar el dióxido de titanio.

24. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende por lo menos un aminoalcohol, diol, triol, aminopoliol, poliol, amina primaria, amina secundaria, amina terciaria o combinaciones de estos compuestos.

25. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 24, en el que la amina, alcohol y/o alcanolamina comprende trietanolamina, 2-amino-2-metil-1-propanol, 1-amino-1-butanol, 1-amino-2propanol, 2-amino-2-metil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-etil-1, 3-propanodiol, 2-amino-2-hidroximetil-1, 3-propanodiol, metanol, alcohol isopropílico, butanol, metoxipropanol, trimetiloletano, trimetilolpropano, pentaeritritol, etilenglicol, propilenglicol o combinaciones de estos compuestos.

26. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que agente dispersante comprende de aproximadamente de 0, 01 a aproximadamente 5 por ciento en peso, basado en el peso de dióxido de titanio.

27. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el dióxido de titanio tiene un tamaño de partículas dentro del intervalo de aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 1 1m.

28. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el dióxido de titanio se trata con sílice, circonia, alúmina o combinaciones de estos compuestos.

29. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 21, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es de 4:1 a aproximadamente 20:1.

30. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio, que comprende: (a) preparar una suspensión acuosa de dióxido de titanio y (b) añadir a la suspensión en cualquier orden: (i) un ácido poliprótico que no contiene sustancialmente ningún ácido carboxílico y (ii) una amina, alcohol y/o alcanolamina, en el que la relación molar de amina, alcohol y/o alcanolamina a ácido poliprótico es mayor que 3:1.

31. Un método de preparar un pigmento de dióxido de titanio de acuerdo con la reivindicación 30, en el que el ácido poliprótico se añade a la suspensión antes del tratamiento en húmedo y la amina, alcohol y/o alcanolamina se añaden durante la micronización del pigmento.

32. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un disolvente.

33. Un pigmento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que el disolvente comprende agua

Comparación de la demanda de dispersante Tiona 596 usando Tamol 1124 y el nuevo dispersante a 76, 5% de sólidos de TiO2