Dispersiones acuosas de micropartículas que tienen una fase formada por nanopartículas y composiciones de revestimiento que contienen las mismas.

Un método para preparar una dispersión acuosa estable de micropartículas, comprendiendo dichas micropartículas materiales formados por nanopartículas, comprendiendo el método las siguientes etapas:

(a) proporcionar una pluralidad de materiales formados por nanopartículas que tienen un tamaño medio de partícula de 300 nanómetros o inferior,

(b) mezclar dichos materiales formados por nanopartículas con una mezcla de uno o más monómeros insaturados polimerizables con uno o más polímeros, en donde los uno o más polímeros tienen un peso molecular promedio en peso que varía de 1000 a 20.000 para formar una mezcla;

(c) someter dicha mezcla a condiciones de alta tensión de cizalladura en presencia de un medio acuoso para convertir la mezcla en micropartículas; y

(d) polimerizar dichos monómeros etilénicamente insaturados en condiciones de polimerización por radicales libres; en donde

las micropartículas comprenden micropartículas compuestas que tienen una primera fase que comprende uno o más polímeros y una segunda fase que comprende los materiales formados por nanopartículas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2004/020412.

Solicitante: PPG INDUSTRIES OHIO, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3800 WEST 143RD STREET CLEVELAND, OH 44111 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: O'DWYER, JAMES, B., WOODWORTH, BRIAN, E., FALER, DENNIS, L., DECKER,ELDON L, KULFAN,ANTHONY D, RARDON,LORI S.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Procesos de polimerización > C08F2/44 (Polimerización en presencia de aditivos, p. ej. plastificantes, colorantes, cargas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Procesos de polimerización > C08F2/16 (medio acuoso)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > C08F292/00 (Compuestos macromoleculares obtenidos por polimerización de monómeros sobre sustancias inorgánicas)

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Fragmento de la descripción:

Dispersiones acuosas de micropartículas que tienen una fase formada por nanopartículas y composiciones de revestimiento que contienen las mismas 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere a dispersiones acuosas de micropartículas que tienen una fase polimérica y una fase formada por nanopartículas y al uso de tales dispersiones en composiciones de revestimiento.

Antecedentes de la invención

Las composiciones de revestimiento incluyen por lo general colorantes así como partículas de pigmento o de carga dispersas en un sistema aglutinante resinoso para impartir color y/o propiedades de rendimiento al revestimiento resultante. Las partículas de pigmento tienden a tener una fuerte afinidad entre sí y, a menos que estén separadas, por ejemplo, mediante algún otro material, tienden a agruparse conjuntamente para formar aglomerados.

Convencionalmente, estas partículas colorantes y/o de carga están dispersas en vehículos de molienda resinosos y, opcionalmente, dispersantes mediante trituración o molienda usando técnicas de alta cizalladura para deshacer las partículas de pigmento. Los pigmentos y las cargas consisten habitualmente en partículas cristalinas sólidas que varían en diámetro de aproximadamente 0, 02 a 2 micrómetros (es decir, de 20 a 2000 nanómetros) . Los pigmentos y materiales de carga formados por nanopartículas tienen habitualmente un tamaño medio de partícula de 300 nanómetros o inferior, y por lo general tienen un tamaño medio de partícula de 100 nanómetros o inferior. La aglomeración es un serio problema para los pigmentos y los materiales de carga formados por nanopartículas (tal como el negro de humo) debido a que estos materiales formados por nanopartículas tienen un área superficial relativamente grande. Por lo tanto, la dispersión aceptable de tales materiales formados por nanopartículas requiere por lo general una cantidad excesiva de vehículo de molienda resinoso y/o dispersante para efectuar la desaglomeración y para evitar la reaglomeración posterior del material formado por nanopartículas.

Sin embargo, la presencia de tales niveles elevados de vehículos de molienda resinosos y dispersantes en las composiciones de revestimiento finales puede ser perjudicial para el revestimiento resultante. Por ejemplo, se conoce que los niveles elevados de dispersantes, que por lo general comprenden grupos funcionales hidrofílicos tales como grupos ácido carboxílico e hidroxilo, contribuyen a la sensibilidad al agua del revestimiento resultante. Además, algunos vehículos de molienda resinosos, por ejemplo, vehículos de molienda acrílicos, pueden tener un impacto negativo en las propiedades de rendimiento del revestimiento tales como la resistencia al desportillado y la flexibilidad.

Las partículas de pigmento y los aglomerados convencionales pueden tener tamaños medios de partícula lo suficientemente grandes para dispersar la luz visible, haciendo de ese modo que los revestimientos sean nebulosos y apagados. Por el contrario, los pigmentos en forma de materiales formados por nanopartículas proporcionan generalmente colores intensos y fuertes, incluso cuando los diferentes materiales de pigmento formados por nanopartículas se mezclan para conseguir colores intermedios.

Se conocen en la técnica sistemas microcapsulares poliméricos cargados de pigmento inorgánico preparados a 45 partir de partículas de pigmento opacificantes que consisten básicamente en microcápsulas discretas básicamente esféricas que tienen cada una una corteza sólida polimérica y un núcleo sólido polimérico. Las partículas discretas de pigmento inorgánico están dispersas en el núcleo polimérico de las microcápsulas. Los materiales de la corteza y del núcleo están comprendidos por diferentes materiales. Tales microcápsulas cargadas de pigmento inorgánico proporcionan un alto grado de opacidad y un grado predeterminado de brillo a un sustrato al variar el tamaño de las microcápsulas. Las microcápsulas son particularmente útiles para la opacificación de sustratos de papel.

También se conocen en la técnica con posiciones de tinta borrables que contienen una dispersión de partículas sólidas que comprenden partículas de colorante encapsuladas en polímero insoluble en agua. Tales partículas se obtienen a partir de la polimerización por emulsión de monómeros polimerizables en presencia de partículas sólidas 55 de colorante. Dado que las partículas de colorante están encapsuladas por el polímero en estas composiciones de tinta, se cree que existe una pequeña oportunidad de que las partículas se separen del polímero y migren a un sustrato poroso.

Se conocen composiciones de tinta que son adecuadas para el registro por inyección de tinta. Tales composiciones comprenden un colorante (es decir, un colorante o un pigmento) , y un polímero que cubre el colorante, donde el polímero tiene en su cadena molecular sitios que poseen actividad de absorción ultravioleta y/o fotoestabilización, agua, y un disolvente orgánico soluble en agua.

Además, se conocen en la técnica partículas de polímero de colorante compuesto que tienen una fase de colorante y 65 una fase de polímero, donde la fase de polímero se forma a partir de monómeros polimerizables en presencia del colorante in situ usando procesos de polimerización por emulsión. En tales procesos, la mezcla de monómeros se

añade a la mezcla de colorante de forma continua, y se forman las partículas de colorante de polímero compuesto (es decir, el polímero y el colorante se convierten en partículas) a través de este proceso continuo de polimerización por emulsión. El proceso produce una dispersión de partículas de colorante compuesto que es estable según queda definido mediante la no floculación de las partículas durante hasta 20 minutos cuando la dispersión se añade a acetona con una concentración de un 1 % en peso. Tales dispersiones de partículas de polímero de colorante compuesto son útiles como composiciones para inyección de tinta, y se pretende que proporcionen propiedades mejoradas con respecto a las que se forman en procesos discontinuos.

Todas las partículas de colorante-polímero descritas anteriormente requieren que el colorante, por ejemplo, el pigmento, se reduzca a un tamaño submicrométrico antes de formar las partículas de colorante, por lo general mediante molienda con un dispersante de pigmento en agua y/o disolvente. Además, las partículas compuestas se forman a través del propio proceso de polimerización, es decir, mediante la adición continua de monómeros al colorante en condiciones de polimerización o, alternativamente, mediante el simple revestimiento/encapsulado de las partículas de colorante con el polímero. Sería deseable proporcionar un proceso eficaz para la formación de una dispersión estable de micropartículas compuestas adecuada para su uso en composiciones de revestimiento mediante el cual los monómeros y/o polímeros y, si fuera necesario, el iniciador, se mezclen directamente con las nanopartículas, y la mezcla se convierta en partículas mediante medios distintos a la polimerización por emulsión y, opcionalmente, someterla después de los mismos a condiciones de polimerización por radicales. También sería deseable proporcionar un proceso para formar una dispersión acuosa de micropartículas compuestas que no requiera una cantidad de dispersante hidrofílico suficiente para volver cualquier composición de revestimiento que comprenda tales micropartículas excesivamente sensible al agua.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un método para preparar una dispersión acuosa estable de micropartículas que comprenden materiales formados por nanopartículas. La dispersión se prepara... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para preparar una dispersión acuosa estable de micropartículas, comprendiendo dichas micropartículas materiales formados por nanopartículas, comprendiendo el método las siguientes etapas: 5

(a) proporcionar una pluralidad de materiales formados por nanopartículas que tienen un tamaño medio de partícula de 300 nanómetros o inferior,

(b) mezclar dichos materiales formados por nanopartículas con una mezcla de uno o más monómeros insaturados polimerizables con uno o más polímeros, en donde los uno o más polímeros tienen un peso molecular promedio en peso que varía de 1000 a 20.000 para formar una mezcla;

(c) someter dicha mezcla a condiciones de alta tensión de cizalladura en presencia de un medio acuoso para convertir la mezcla en micropartículas; y

(d) polimerizar dichos monómeros etilénicamente insaturados en condiciones de polimerización por radicales libres; en donde

las micropartículas comprenden micropartículas compuestas que tienen una primera fase que comprende uno o más polímeros y una segunda fase que comprende los materiales formados por nanopartículas.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se lleva a cabo en presencia de un medio acuoso.

3. El método de la reivindicación 1, en el que la dispersión acuosa se prepara mediante las siguientes etapas:

(a) proporcionar una pluralidad de materiales formados por nanopartículas que tienen un tamaño medio de partícula de 300 nanómetros o inferior;

(b) mezclar, opcionalmente en presencia de un medio acuoso, dichos materiales formados por nanopartículas con una mezcla de uno o más monómeros polimerizables etilénicamente insaturados y uno o más polímeros para formar una mezcla;

(c) someter dicha mezcla a condiciones de alta tensión de cizalladura en presencia de un medio acuoso para formar micropartículas compuestas dispersas en el medio acuoso, comprendiendo las micropartículas los uno o más monómeros polimerizables etilénicamente insaturados y uno o más polímeros en una primera fase, y los materiales formados por nanopartículas en una segunda fase; y

(d) polimerizar dichos monómeros etilénicamente insaturados en condiciones de polimerización por radicales libres.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los materiales formados por nanopartículas comprenden materiales formados por nanopartículas que imparten color.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos materiales formados por nanopartículas tienen un tamaño medio de partícula que varía de 1 a 200 nanómetros, preferentemente de 1 a 150 nanómetros, más preferentemente de 1 a 50 nanómetros.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 4, en el que la segunda fase comprende materiales formados por nanopartículas orgánicos y/o inorgánicos.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la segunda fase comprende materiales formados por nanopartículas inorgánicos.

8. El método de la reivindicación 7, en el que los materiales formados por nanopartículas comprenden materiales formados por nanopartículas inorgánicos seleccionados entre sílice coloidal, sílice ahumada, sílice amoría, alúmina, alúmina coloidal, dióxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cesio, óxido de itrio, óxido de itrio coloidal, dióxido de circonio coloidal, dióxido de circonio amorfo y mezclas de los mismos.

9. El método de la reivindicación 7, en el que los materiales formados por nanopartículas comprenden óxidos

metálicos mixtos. 55

10. El método de la reivindicación 7, en el que los materiales formados por nanopartículas son materiales formados por nanopartículas inorgánicos que comprenden silicato de aluminio, silicato de magnesio y mezclas de los mismos.

11. El método de la reivindicación 8, en el que la segunda fase comprende materiales formados por nanopartículas orgánicos.

12. El método de la reivindicación 11, en el que los materiales formados por nanopartículas orgánicos comprenden pigmentos orgánicos seleccionados entre perilenos, quinacridonas, ftalocianinas, isoindolinas, dioxazinas (es decir, trifenodioxazinas) , 1, 4-dicetopirrolopirroles, antrapirimidinas, antantronas, flavantronas, indantronas, perinonas,

pirantronas, tioíndigos, 4, 4'-diamino-1, 1'-diantraquinonilo, compuestos azoicos, derivados sustituidos de los mismos y mezclas de los mismos.

13. El método de la reivindicación 11, en el que los materiales formados por nanopartículas orgánicos comprenden negro de humo.

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 4, en el que los materiales formados por nanopartículas

están presentes en la dispersión en una cantidad que varía de un 0, 1 a un 50 por ciento en peso basado en el peso de los sólidos totales presentes en la dispersión.

15. El método de la reivindicación 1, en el que los uno o más polímeros comprenden un polímero seleccionado entre polímeros acrílicos, polímeros de poliuretano, polímeros de poliéster, polímeros de poliéter, polímeros basados en 10 silicio, copolímeros de los mismos y mezclas de los mismos.

16. El método de la reivindicación 15, en el que los uno o más polímeros comprenden además una resina de aminoplasto y/o un poliisocianato.

17. El método de la reivindicación 1, en el que el índice de ácido de la mezcla de b) es menor o igual que 30 mg de KOH/g.

18. Una dispersión acuosa estable de micropartículas que comprenden materiales formados por nanopartículas, preparándose dicha dispersión mediante el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-17. 20

19. Una composición de revestimiento que comprende una dispersión acuosa estable de micropartículas de acuerdo con la reivindicación 18.

20. La composición de revestimiento de la reivindicación 19, en la que los uno o más polímeros están presentes en

la dispersión acuosa en una cantidad que varía de un 20 a un 60 por ciento en peso basado en el peso de sólidos totales presentes en la dispersión acuosa.

21. Una composición de revestimiento electrodepositable que comprende una fase resinosa dispersa en un medio acuoso, comprendiendo dicha fase resinosa: 30

(a) una resina electrodepositable que contiene hidrógenos activos y que contiene grupos iónicos;

(b) un agente de curado que tiene grupos funcionales reactivos con los hidrógenos activos de (a) ; y

(c) una dispersión acuosa estable de micropartículas compuestas preparada por el método de la reivindicación 1.

22. Un sustrato revestido que comprende un sustrato electroconductor y un revestimiento formado sobre al menos una parte del sustrato a partir de la composición de revestimiento electrodepositable de la reivindicación 21.