Proceso para fabricar suspensiones de óxidos de titanio (IV) tratados superficialmente.

Un proceso para preparar una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV),

quecomprende: mezclar

(a) un volumen de un primer componente que comprende un alcohol en una cantidad de más de 50 % enpeso basado en el peso del primer componente, un alcóxido de titanio en una cantidad que varía de 0,001% en peso a 6 % en peso basado en el peso del primer componente, y un activador del alcóxido de titanioen una cantidad que varía de 0,2 % en peso a 1,6 % en peso basado en el peso del primer componente,siendo el activador del alcóxido de titano seleccionado del grupo que consiste en agua y una primera baseacuosa seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato desodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio, y las mezclas de los mismos,y

(b) un volumen de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste en agua y una segundabase acuosa, seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfatode sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio, y las mezclas de losmismos,

al menos, uno del primer componente o del segundo componente con una base en el mismo, estando el segundocomponente sustancialmente libre de alcohol, y siendo la velocidad de cizallamiento del mezclado mayor deaproximadamente 100 s-1, para formar una mezcla con un pH mayor de o igual a aproximadamente 6, quecomprende una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV), teniendo la mezcla unarelación molar de agua a titanio que varía de aproximadamente 40 a aproximadamente 1 a aproximadamente 5.000a aproximadamente 1; y

tratar la suspensión de las partículas finamente divididas con una fuente de silicio, aluminio o zinc.

Proceso para fabricar suspensiones de óxidos de titanio (IV) tratados superficialmente

Solicitud relacionada Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional No. 60/876.382 presentada el 21 de diciembre de 2006

Campo de la descripción La descripción se refiere a procesos para preparar partículas de óxido de titanio (IV) tratadas superficialmente, en particular, suspensiones de nanopartículas de óxido de titanio (IV) tratadas superficialmente.

Antecedentes La utilidad comercial de las nanopartículas sigue creciendo a un ritmo rápido. Dos ejemplos de mercados grandes y en expansión para el dióxido de titanio nanocristalino y nanopartículado (también comúnmente llamado "titania") son (1) los revestimientos absorbentes de UV y ópticamente transparentes, es decir, revestimientos que absorben la radiación UV pero transmiten luz visible, y (2) la fotocatálisis para la purificación del agua y del aire y en aplicaciones antibacterianas. Las principales consideraciones para los crecientes mercados de titania/óxido de metal son producir propiedades físicas y químicas únicas (tales como la fotoquímica altamente reactiva para la catálisis, y la alta transparencia óptica con bajos niveles de la fotorreactividad para revestimientos) en combinación con procesos competitivos de fabricación. La generación de los nuevos materiales compuestos polímero/nanopartículas ("nanocomposites") es un área con gran potencial que actualmente es objeto de una intensa investigación.

El TiO2 nanocristalino comercial a gran escala se puede preparar a partir de sulfato de titanilo a través de la química ácido-base, seguido por calcinación lo que proporciona partículas altamente aglomeradas. Un material de nano escala se puede producir a través de la hidrólisis por llama del TiCI4; sin embargo, este material también es altamente aglomerado (los tamaños típicos de un aglomerado son de más de 300 nm) . Para numerosos usos finales son altamente deseables partículas más finamente divididas. Dado que se requiere una cantidad significativa de energía para reducir el tamaño de las partículas aglomeradas, ha existido habido una gran necesidad sentida para un proceso que pueda sintetizar partículas finamente divididas de dióxido de titanio sin la necesidad de procesos químicos o mecánicos de reducción de tamaño de energía intensiva posteriores a la síntesis.

Las partículas de óxido de titanio se pueden formar mediante hidrólisis de alcóxidos de titanio con agua o con una base. Se sabe que los alcóxidos de titanio reaccionan rápidamente con el agua para formar un precipitado de partículas aglomeradas que se debe moler para romper los aglomerados para formar las partículas pequeñas. El documento de patente de número JP [1989]-133939 describe un método para fabricar partículas de óxido de titanio disolviendo alcóxido de titanio en alcohol con un contenido de agua de 3 g/litro o menos, y mezclando la disolución que contiene titanio con un alcohol que contiene agua y amoniaco teniendo la mezcla resultante intervalos de relaciones molares específicos de NH3/Ti y H2O/Ti. El documento de patente europea de número EP 0275688 y el documento de patente de los EE.UU. de número US 4861572 describen una primera etapa de hidrolización del alcóxido de titanio seguido de una reacción de condensación para formar el óxido del metal con tamaños de partícula de más de 1 micrómetro de tamaño. El documento de patente de número JP 2001-246247 describe un tratamiento posterior de base o de ácido después de la hidrólisis del alcóxido de titanio para producir partículas relativamente grandes de TiO2.

Saadoun et al, Materials Research Bulletin, 35, 2000, páginas 193-2002 describe una investigación sobre la síntesis de materiales en base a titania obtenidos a partir de la hidrólisis del isopropóxido de titanio (IV) (TIP, del inglés titanium (IV) isopropoxide) en presencia de hidróxido de tetrabutilamonio (TBAOH, del inglés tetrabutyl ammonium hydroxide) .

Para aplicaciones de revestimientos o cosméticos ópticamente transparentes, es importante que las partículas no inhiban la transmisión de la luz visible, lo que requiere la mayor parte de las partículas sean más pequeñas de aproximadamente 100 nm.

Se ha encontrado que sin la adecuada dispersión y estabilización coloidal, las nanopartículas tienden a formar agregados que son difíciles de redispersar y esto afecta a las propiedades ópticas en la aplicación final. Para algunas aplicaciones, puede ser preferible que las nanopartículas permanezcan en suspensión, preferiblemente una suspensión resultante procedente de la síntesis, con el fin de preservar su tamaño, y por lo tanto sus propiedades.

El proceso de esta descripción puede proporcionar una suspensión ópticamente transparente de nanopartículas de óxido de titanio (IV) .

Resumen de la descripción La descripción se refiere a un proceso para fabricar una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV) , típicamente, nanopartículas finamente divididas de óxido de titanio (IV) , que comprende:

mezclar

(a) un volumen de un primer componente que comprende un alcohol en una cantidad de más de 50 % en peso basado en el peso del primer componente, un alcóxido de titanio en una cantidad que varía de 0, 001 % en peso a 6 % en peso basado en el peso del primer componente, y un activador del alcóxido de titanio en una cantidad que varía de 0, 2 % en peso a 1, 6 % en peso basado en el peso del primer componente, siendo el activador del alcóxido de titanio seleccionado del grupo que consiste en agua y una primera base acuosa seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato de sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio y las mezclas de los mismos, y

(b) un volumen de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste en agua y una segunda base acuosa seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato de sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio y las mezclas de los mismos,

al menos, uno del primer componente o el segundo componente con una base en el mismo, estando el segundo componente sustancialmente libre de alcohol, y siendo la velocidad de cizallamiento de la mezcla mayor de aproximadamente 100 s-1, para formar una mezcla con un pH mayor de o igual a aproximadamente 6 que comprende una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV) , teniendo la mezcla una relación molar de agua a titanio que varía de aproximadamente 40 a aproximadamente 1 a aproximadamente 5.000 a aproximadamente 1; y

tratar la suspensón de las partículas finamente divididas con una fuente de silicio, aluminio o zinc.

El proceso puede comprender además, secar la suspensión para recuperar un polvo tratado.

La suspensión puede tener una opacidad baja, de forma adicional la suspensión puede ser translúcida u ópticamente transparente. Cuando la suspensión es translúcida, ésta puede tener una transparencia óptica mayor de aproximadamente 4 % sobre una longitud de trayectoria de 1 cm basada en la cantidad total de luz transmitida a través de la suspensión. Cuando la suspensión es transparente, ésta puede tener una transparencia óptica mayor de aproximadamente 90 % sobre una longitud de trayectoria de 1 cm, basada en la cantidad total de luz transmitida a través de la suspensión.

La base del primer componente o del segundo componente puede ser la misma o diferente y se puede seleccionar del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato de sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio, y las mezclas de los mismos. En realización, la base del primer componente o del segundo componente, o ambas, es una base débil. Cuando la base está presente en el primer componente, la concentración de la base puede ser de hasta aproximadamente 0, 2 M en el primer componente. Cuando la base está presente en el segundo componente, la concentración de la base puede variar de 0, 001 M a aproximadamente 0, 030 M en el segundo componente.

En una realización, el segundo componente comprende una base que es hidróxido de amonio en una concentración que varía de aproximadamente 0, 006 M a aproximadamente 14, 8 M en el segundo componente.

El activador puede variar de 0, 2 a 1, 6 por ciento en peso, típicamente 0, 8 % en peso, basado en el peso total del primer componente.

La relación del volumen del primer componente al volumen del segundo componente puede variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 1 a aproximadamente 9 a... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para preparar una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV) , que comprende: mezclar

(a) un volumen de un primer componente que comprende un alcohol en una cantidad de más de 50 % en peso basado en el peso del primer componente, un alcóxido de titanio en una cantidad que varía de 0, 001 % en peso a 6 % en peso basado en el peso del primer componente, y un activador del alcóxido de titanio en una cantidad que varía de 0, 2 % en peso a 1, 6 % en peso basado en el peso del primer componente, siendo el activador del alcóxido de titano seleccionado del grupo que consiste en agua y una primera base acuosa seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato de sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio, y las mezclas de los mismos, y

(b) un volumen de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste en agua y una segunda base acuosa, seleccionada del grupo que consiste en hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, pirofosfato de sodio, pirofosfato de potasio, citrato de sodio, hidrógeno fosfato de diamonio, y las mezclas de los mismos,

al menos, uno del primer componente o del segundo componente con una base en el mismo, estando el segundo componente sustancialmente libre de alcohol, y siendo la velocidad de cizallamiento del mezclado mayor de aproximadamente 100 s-1, para formar una mezcla con un pH mayor de o igual a aproximadamente 6, que comprende una suspensión de partículas finamente divididas de óxido de titanio (IV) , teniendo la mezcla una relación molar de agua a titanio que varía de aproximadamente 40 a aproximadamente 1 a aproximadamente 5.000 a aproximadamente 1; y

tratar la suspensión de las partículas finamente divididas con una fuente de silicio, aluminio o zinc.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la fuente de silicio es orto silicato de tetraetilo o un silano que tiene la fórmula:

RxSi (R’) 4-x

en la que R es un grupo aromático, cicloalifático o alifático no hidrolizable que tiene al menos 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono;

R’ es un grupo hidrolizable tal como un alcoxi, halógeno, acetoxi o hidroxi o mezclas de los mismos; y

x= 1 a 3.

3. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de aluminio es aluminio trietoxi.

4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de zinc es zinc etóxido de 2metoxi.

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el alcóxido de titanio se selecciona del grupo que consiste en isopropóxido de titanio (IV) , n-butóxido de titanio (IV) , metóxido de titanio (IV) , etóxido de titanio (IV) , y n-propóxido de titanio (IV) y mezclas de los mismos.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el alcohol es un alcohol alifático C1 a C10 monohídrico o dihídrico.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el alcohol se selecciona del grupo que consiste en metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, etilenglicol y butanodiol y mezclas de los mismos.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la base de la primera base acuosa está en una concentración de hasta aproximadamente 0, 2 M en el primer componente.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la base de la segunda base acuosa está en una concentración que varía de aproximadamente 0, 001 M a aproximadamente 0, 030 M en el segundo componente.

10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la base de la segunda base acuosa es hidróxido de amonio en una concentración que varía de aproximadamente 0, 006 M a aproximadamente 14, 8 M en el segundo componente.

Figura 1 A Figura 1 B

Figura 5

Figura 6