Un procedimiento para obtener un tóner cerámico y tóner cerámico obtenido.

La presente invención se refiere a un procedimiento para obtener un tóner, más específicamente, para la decoración de materiales cerámicos, vidrio y metal, caracterizado porque comprende:

- dispersar las partículas de la componente inorgánica del tóner, las cuales tienen una superficie hidrófoba, en una mezcla que comprende al menos: uno o más monómeros orgánicos y uno o más iniciadores,

- dispersión de la mezcla oleofílica obtenida en la etapa anterior en un medio acuoso que comprende uno o más agentes estabilizantes disueltos, obteniendo gotas suspendidas,

- polimerización de las gotas suspendidas obtenidas en la etapa anterior por aumento de la temperatura en un recipiente en agitación, obteniendo partículas de tóner cerámico,

- lavado y posterior secado de las partículas sintetizadas,

- incorporación y mezclado mecánico de aditivos externos.

Un procedimiento para obtener un tóner cerámico y tóner cerámico obtenido

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se encuadra en el sector de decoración de materiales cerámicos, vidrios y metales, por técnicas electrostáticas. Se refiere a la composición y preparación de las tintas cerámicas, a las piezas cerámicas, de vidrio o de metal decoradas con ellas y al proceso de fijación de las tintas.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN

La técnica de impresión xerográfica consiste en depositar selectivamente una tinta en polvo (tóner) sobre un soporte a decorar. Para ello se emplea un rodillo fotoconductor, en donde se forma la imagen latente en forma de cargas electrostáticas. El rodillo revelador (en el caso del tóner de dos componentes) , contiene una mezcla de tóner y revelador. Durante el mezclado de ambos, el tóner desarrolla una tribocarga eléctrica por fricción. Debido a esta carga y a la aplicación de una diferencia de potencial entre los rodillos, se produce una transferencia del tóner cargado hacia el rodillo fotoconductor. Habitualmente existe un rodillo intermedio acondicionador entre el rodillo revelador y el rodillo fotoconductor. Las propiedades magnéticas del revelador, hacen que éste permanezca en el rodillo revelador. La transferencia del tóner desde el rodillo fotoconductor hasta el rodillo de transferencia se realiza por la existencia de una diferencia de potencial. El rodillo de transferencia deposita las partículas de tóner sobre la superficie a decorar. Durante este proceso, la exposición al calor y la presión hacen fijar la imagen al soporte.

En el caso de decoración de piezas cerámicas, vidrio, o metal, estos soportes tienen que ser sometidos a un tratamiento térmico posterior, a temperaturas superiores a los 400 ºC, que elimina los componentes orgánicos del tóner y que permite la integración de la componente inorgánica en la superficie a decorar.

El tóner cerámico debe contener, por tanto, una fracción inorgánica activa en decoración, capaz de modificar estéticamente la superficie a recubrir (por ejemplo: pigmentos inorgánicos, opacificantes inorgánicos, fosfatos, wolframatos, etc., …) y una fracción inorgánica que confiere fundencia, la cual facilite la integración de la fracción inorgánica en la superficie a alta temperatura. Además, debe incluir en su composición un material polimérico con una temperatura de transición vítrea adecuada que le permita fijarse al soporte, con poco aporte de energía. La superficie de las partículas de tóner debe cargarse electrostáticamente con cierta facilidad.

Existen diferentes técnicas para la preparación de las partículas de tóner. Estas pueden agruparse en dos familias, el método tradicional, basado en pulverización, y los métodos de polimerización. El método denominado tradicional consiste en mezclar todos los componentes a una temperatura superior a la de fusión de la resina empleada. La masa fundida se enfría y se corta, pulverizándola posteriormente, para obtener pequeñas partículas del tamaño deseado.

La fabricación del tóner cerámico por el método tradicional se encuentra descrita en diferentes patentes. Zimmer en la patente alemana DE-19709011, reivindica un tóner cerámico fabricado por el método tradicional, con pigmentos inorgánicos, fundente y una resina aglutinante. Este tóner puede aplicarse de forma directa o también indirectamente sobre un medio de transferencia.

Schultheis en la patente alemana DE-10200412, reivindica un tóner preparado por el método tradicional a partir de pigmentos inorgánicos, frita y una resina termoplástica de base acrilada. Además se incluyen en la composición compuestos azo o peróxidos que facilitan la descomposición de los polímeros evitando la presencia de residuos tras el proceso de cocción.

Tavernier en la patente europea EP-0851306 B1 reivindica la posibilidad de aplicar separadamente un tóner que contiene el pigmento inorgánico y un tóner que contiene el material fundente. Ambos tipos de tóner los prepara por el método tradicional descrito previamente.

Kawase en la patente estadounidense US-5.976.736 reivindica un tóner cerámico preparado por el método tradicional, y formado por una resina ligante y un agente de coloreado. Este agente coloreado se obtiene por la sinterización del pigmento inorgánico junto con un agente fundente. Este tóner se transfiere a la pieza cerámica de forma indirecta empleando una hoja de trasferencia.

Okahata en la solicitud de patente estadounidense US20080254268, reivindica un tóner cerámico preparado por el método tradicional a partir de pigmento cerámico, frita y una resina ligante que selecciona para que tenga una buena descomposición en el intervalo de cocción sin que genere restos que puedan impedir una buena adherencia a la pieza cerámica o vidrio.

En todos los casos, la preparación del tóner cerámico por el método tradicional presenta una serie de inconvenientes. La componente inorgánica, tiene diferente resistencia a la fractura que la componente orgánica plástica, por lo que durante el proceso de generación del polvo de tóner, las partículas se rompen por la interfase entre las partículas inorgánicas y la matriz polimérica. Esto genera partículas de tóner con formas irregulares y con partículas inorgánicas solo parcialmente recubiertas por la matriz orgánica plástica, pudiendo causar problemas de conductividad eléctrica y fluidez de las partículas. Además, el elevado peso específico del tóner cerámico, hace muy difícil obtener por el método tradicional, una distribución estrecha de tamaños de partícula. Estos inconvenientes pueden generar problemas de impresión como huecos blancos en las imágenes.

Tomiaki en la solicitud de patente estadounidense US20010031415 A1, manteniendo el método tradicional de preparación intenta aminorar el problema, haciendo que el porcentaje de partículas de tóner con un diámetro igual o superior a 16 μm no supere el 20%.

En la preparación del tóner que hace uso de colorantes orgánicos (que no son adecuados para la decoración de cerámica, vidrio o metal, ya que los colorantes empleados descomponen durante la cocción) , para evitar los problemas comentados previamente se han buscado vías de síntesis alternativas. Estas hacen uso de una polimerización in situ de los monómeros orgánicos, obteniendo partículas de tóner más redondeadas. Estos métodos de polimerización, que se encuentran muy desarrollados para el tóner orgánico no se han extendido para el tóner cerámico debido a la complejidad de la presencia de partículas inorgánicas durante el proceso de polimerización.

Durford en la patente estadounidense US6110632, reivindica un tóner cerámico preparado por un método consistente en la floculación de un material polimérico orgánico a partir de una suspensión acuosa de dicho material y de las partículas de pigmento inorgánico y frita. La fracción inorgánica alcanza valores entre el 60 y el 90% en peso. Dicha fracción inorgánica está formada por pigmento inorgánico y frita.

Kmiecik-Lawr y nowicz en la solicitud de patente europea EP-1975728 reivindica un tóner cerámico preparado por un método de polimerización en emulsión a partir de pigmentos cerámicos con modificación superficial hidrófila, y de resinas poliméricas. Estas partículas de tóner tienen porcentajes de pigmento cerámico entre un 2 y un 18% en peso.

Es conocido que el proceso de polimerización por emulsión presenta ciertas desventajas, como la dificultad de eliminar los surfactantes y agentes emulsificantes utilizados, la dificultad de controlar la distribución de tamaño de partícula, obteniéndose distribuciones amplias, siendo por tanto difícil el control de calidad de los mismos. Además, la presencia de partículas de un tamaño nanométrico puede ser perjudicial para la salud humana.

Existen numerosas solicitudes de patentes, y patentes publicadas sobre la preparación de tóner por el método de polimerización en suspensión (EP2124107, US6458502, US5605992, EP90313023, US2009004594) aunque ninguna de ellas emplea este método de preparación, para el tóner destinado a la decoración de vidrio, de metal o de cerámica. Algunas de estas patentes, como Lee en la solicitud de patente WO2009054624, Maeda en la patente estadounidense US3634251, o Wakimoto en la patente estadounidense US4314932 reivindican el empleo de pigmentos inorgánicos en la preparación de un...

1. Un procedimiento para obtener un tóner cerámico, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- dispersar las partículas de una componente inorgánica del tóner, las cuales tienen una superficie hidrófoba, en una mezcla que comprende al menos: uno o más monómeros orgánicos y uno o más iniciadores, obteniendo una mezcla oleofílica,

- dispersión de la mezcla oleofílica obtenida en la etapa anterior en un medio acuoso que comprende uno o más agentes estabilizantes disueltos, y opcionalmente uno o más surfactantes, obteniendo gotas suspendidas,

- polimerización de las gotas suspendidas obtenidas en la etapa anterior por aumento de la temperatura en un recipiente en agitación, obteniendo partículas, preferentemente esféricas, de tóner cerámico,

- lavado y posterior secado de las partículas de tóner cerámico sintetizadas,

- incorporación y mezclado mecánico, de aditivos externos que favorecen la fluidez del tóner sintetizado.

2. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 2, que comprende la polimerización de uno

o varios monómeros en presencia de las partículas de la componente inorgánica.

3. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que para la polimerización se emplea, al menos un monómero de entre las siguientes familias, monómeros vinílicos aromáticos, monómeros etilénicos insaturados, monómeros acrilados, monómeros metacrilados, y monómeros dienilos.

4. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que en la polimerización se usan uno o varios monómeros entrecruzadores, seleccionados de entre monómeros dienilos.

5. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el los iniciadores están seleccionados entre iniciadores de tipo peróxido, iniciadores de tipo azo y mezclas de los mismos.

6. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 5, en el que los iniciadores están presentes en un porcentaje de entre el 0, 01 y el 10 % en peso con respecto al peso total de los monómeros.

7. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que se usan uno o varios agentes de control de carga seleccionados entre: nigrosinas, complejos de trifenilmetano, colorantes catiónicos, dioxacinas, bencimidazolonas, ftalocianinas de cobre, perilenos, quinacridonas, pigmentos azo, sales metálicas de pigmentos azo, complejos azo de cobre, complejos metálicos de ácido salicílico, derivados de tetrafenil borato, derivados de un ácido hidroxicarboxilico aromático, derivados de un ácido hidroxicarboxilico alifático, derivados del calixareno, sales de amonio cuaternario, sales de alquilamonio cuaternario, sales de piridinium cuaternarias, bisulfatos, parafina clorada, poliéster clorado, poliésteres con grupos ácidos, polímeros conteniendo grupos de ácido sulfonico, negro de humo, óxido negro de hierro, grafito, amarillo hansa, amarillo de bencidina y mezclas de ellos.

8. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que se usan uno o más agentes de control de carga en porcentajes de entre el 0, 01 y el 20 % en peso con respecto al peso total de los monómeros.

9. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que se usan una o varias ceras, seleccionadas entre: ceras poliolefínicas como polietileno de bajo peso molecular, polipropileno de bajo peso molecular, polibutileno de bajo peso molecular, ceras naturales como candelilla, carnauba, jojoba, cera de arroz, ceras de petróleo, como parafinas, microcristalinas, vaselina, ceras minerales como montan, ceresina, ozoquerita, y ceras sintéticas como ceras de Fischer-Tropsch, amidas grasas, aceites de silicona.

10. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 9, en el que las ceras están presentes en porcentajes de entre el 0, 1 y el 20 % en peso con respecto al peso total de los monómeros.

11. Un procedimiento para obtener tóner cerámico según la reivindicación 1, en el que se usan agentes fluidificantes externos, formados por partículas de materiales inorgánicos.

12. Un procedimiento definido en una de las reivindicaciones 1 a 11 para obtener tóner cerámico para la decoración de materiales cerámicos, vidrio y metal.

13. Un tóner para la decoración de materiales cerámicos, vidrio y metal, caracterizado porque ha obtenido a través del procedimiento definido en una de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Un tóner para la decoración de materiales cerámicos, vidrio y metal, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:

- una componente inorgánica que está presente entre un 5 y un 90 % en peso, y que comprende:

o una fracción inorgánica activa en decoración y

o una fracción inorgánica que confiere fundencia,

- un componente orgánico que está presente entre un 95 y un 10 % en peso y que comprende uno o más polímeros orgánicos.

15. Un tóner según la reivindicación 13, caracterizado porque la componente inorgánica está presente entre 5 comprendida entre un 40 y un 80 % en peso respecto del peso del tóner.

16. Un tóner cerámico, según la reivindicación 13, en el que la razón fracción inorgánica activa en decoración / fracción inorgánica para fundencia está comprendida entre de 10 y 0, 1.

17. Un tóner cerámico, según la reivindicación 13, caracterizado porque la fracción inorgánica activa en decoración está seleccionada entre al menos uno de los siguientes compuestos: óxidos metálicos, mezclas de óxidos, óxidos

mixtos, soluciones sólidas de óxidos de metales, soluciones sólidas de compuestos coloreados, soluciones sólidas de compuestos no coloreados, metales en estado coloidal, sulfuros, pigmentos protegidos de inclusión o mordientes, óxidos metálicos con fosfatos metálicos, materias primas fundentes que comprenden cerio o wolframio metálico, materias primas fundentes que comprenden titanio.

18. Un tóner cerámico, según la reivindicación 13, en el que las partículas de tóner tienen diámetros medios de 15 partícula comprendidos entre 1 μm y 30 μm.

19. Un tóner cerámico según la reivindicación 13, caracterizado porque es preparado por un proceso de polimerización en suspensión que se consolida tras un proceso de cocción a alta temperatura.

20. Uso del tóner cerámico definido en una de las reivindicaciones 13 a 19, caracterizado porque comprende

- depositar dicho tóner sobre un soporte seleccionado entre soporte cerámico, un vidrio y un metal mediante 20 sistema de decoración electrostática, y

- someter el soporte a un proceso de cocción a temperatura superior a 400ºC quedando la imagen fijada de forma permanente.

21. Piezas obtenidas con el tóner definido en una de las reivindicaciones 13 a 19, y depositado según la reivindicación 20.