Un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice en el que la superficie de cada partícula se reviste con sílice,

en donde las partículas grandes de 5 µm o más representan 0,1% en peso o menos, y en donde el número de partículas grandes se ha reducido por una clasificación de formato en seco

Polvo que comprende óxido de zinc revestido con sílice, composición de polímero orgánico que contiene el polvo y artículo conformado a partir de ella.

La presente invención se refiere al óxido de zinc empleado en composiciones de material de polímero orgánico, productos de caucho, papel, cosméticos, pinturas, tintas de impresión, etc., y más concretamente al polvo que contiene partículas de óxido de zinc revestidas con sílice con un número pequeño de partículas grandes, a las composiciones de material de polímero orgánico que contiene tal polvo, y a los productos con forma conformados a partir de las composiciones.

Antecedentes de la técnica

El óxido de zinc, también llamado flor de zinc, se conoce desde hace mucho tiempo como un pigmento blanco. El óxido de zinc está dotado con las siguientes propiedades ópticas: Cuando el óxido de zinc se reduce a finas partículas con un diámetro de aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz visible, las partículas permiten que la luz visible pase a su través, debido a que se deteriora considerablemente el efecto de dispersión de las partículas del óxido de zinc, y a que se absorben selectivamente los rayos ultravioleta en virtud del excelente efecto de la absorción de los rayos ultravioleta del óxido de zinc.

En relación a los materiales absorbentes de la radiación ultravioleta que hacen uso de tales partículas de óxido de zinc, la Solicitud del Documento de Patente de Japón abierta a la inspección pública (kokai) de número 5-171130 describe un producto moldeado de resina en el que se incorpora polvo fino de óxido de zinc con un tamaño de partícula de 0,1 μm o menos a una resina transparente. Las Solicitudes del Documento de Patente de Japón abierta a la inspección pública (kokai) de números 5-295141 y 11-302015 describen finas partículas de óxido de zinc que están revestidas con un compuesto que contiene silicio con el fin de prevenir el posible deterioro de la resistencia a la intemperie de los productos que contienen las finas partículas que de otro modo sería atribuible a la acción fotocatalítica del óxido de zinc y para mejorar la capacidad de dispersión de las finas partículas en una resina.

El Documento de Patente de Japón de número 2501663 (Documento de Publicación Internacional de número WO 90/06974) describe un método de encapsular una composición de óxido de zinc para su uso como pigmento en una carcasa formada por caustificación de un jabón metálico insoluble en agua que se deposita sobre el pigmento. El método incluye las etapas de añadir, a una suspensión de la composición de óxido de zinc que se usa como pigmento, una sal soluble en agua de metal alcalino de un ácido monocarboxílico saturado o insaturado con 7 a 22 átomos de carbono, y una sal soluble en agua de metal compuesta de un resto catiónico de un metal seleccionado de entre los grupos IB, II, III, IV, V, VIB, VIIB, y VIII de la tabla periódica y un resto de anión inorgánico seleccionado de un ion nitrato, un ion sulfato y un ion de halógeno, por el cual se logra la formación y la deposición in situ del jabón metálico insoluble en agua del mencionado ácido monocarboxílico saturado o insaturado.

Mientras tanto, los métodos que usan un disolvente (tal como agua o un disolvente orgánico) en el tratamiento de las superficies requieren etapas que incluyen la filtración y para el secado del disolvente y, por lo tanto, tiende a ocurrir la mala distribución del agente de tratamiento de superficie que se deposita durante el secado o la coalescencia de las partículas de polvo. Así, este método se acompaña del inconveniente de que es difícil de alcanzar una buena dispersión de las partículas de óxido de zinc revestidas.

En los usos relacionados con la confección y los materiales de embalaje se demandan frecuentemente transparencia, resistencia a la intemperie, flexibilidad, o propiedades similares y, en tales casos, ha surgido la demanda para películas delgadas o fibras finas con un alto nivel de capacidad de protección frente a la radiación UV.

Las partículas de óxido de zinc convencionales no son satisfactorias en términos de un efecto fotocatalítico o de un efecto que impida la liberación de los iones de zinc, y esto es cierto incluso en el caso de partículas de óxido de zinc de superficie tratada, debido a que el tratamiento de superficie es insuficiente. Así, en tales partículas de óxido de zinc convencionales, no se puede evitar la degradación de los materiales orgánicos, y, en la práctica, la durabilidad de los productos resultantes es baja.

Por ejemplo, como los poliésteres y las poliamidas se moldean y procesan a elevada temperatura, es difícil el uso de materiales orgánicos absorbentes de radiación UV en los mismos. Una aproximación concebible para evitar este problema es el uso de, como un material inorgánico absorbente de radiación UV, partículas de óxido de zinc. Sin embargo, las resinas mencionadas se descomponen fácilmente, y además, están dotadas de propiedades que permiten la degradación como resultado de la interacción con los iones de zinc, de modo que es difícil proporcionar composiciones prácticas y duraderas.

Además, en los casos donde las fibras obtenidas por hilado de una composición que contiene las partículas convencionales de óxido de zinc están teñidas y, surge otro problema al no poder evitarse la liberación de los iones de zinc en la disolución del colorante.

Además, como las partículas de óxido de zinc revestidas convencionales permiten la co-presencia de partículas grandes, el procesado de una composición de resina que contiene tales partículas convencionales implica los siguientes problemas: en la formación de fibras finas tales como multifilamentos, se produce con frecuencia la rotura del hilo; en la formación de películas muy delgadas por inflado, se produce la punción; y en la formación de cintas, está limitado el factor del alargamiento.

La presente invención está dirigida hacia la provisión de un polvo que contiene partículas finamente divididas de óxido de zinc, revestidas específicamente de sílice conteniendo un número pequeño de partículas grandes que garantice la formación facilitada de una película delgada, de una fibra fina, o de productos similares que estén libres de una resistencia a la intemperie deteriorada que de otro modo sería atribuible a la acción fotocatalítica y que estén dotados de una suficiente capacidad de protección frente a la radiación UV; a las composiciones de material de polímero orgánico que contienen tal polvo, y a los productos con forma conformados a partir de las composiciones.

Además, la presente invención está dirigida a la provisión del polvo, a las composiciones de material de polímero orgánico que comprenden tal polvo; y a los productos con forma formados a partir de las composiciones, que están libres de un fenómeno de desparramado, a diferencia de un material orgánico absorbente de radiación UV, y que tengan una buena durabilidad frente al lavado.

Resumen de la invención

Los inventores de la presente invención han llevado a cabo una amplia investigación en un intento de alcanzar los objetivos anteriormente mencionados, y han encontrado que el uso de polvo de óxido de zinc revestido con sílice contiendo un número pequeño de partículas grandes; específicamente, el uso de tal polvo en el que las partículas grandes con un tamaño de 5 μm o más se encuentran en una cantidad de 0,1% en peso o menos, en donde el número de partículas grandes se ha reducido por una clasificación de formato en seco, en combinación con una resina termoplástica permite su conformado facilitado en película delgada, fibra fina, o productos similares que están libres de una resistencia a la intemperie deteriorada, que de otro modo sería atribuible a la acción fotocatalítica, y que están dotados de suficiente capacidad de protección frente a la radiación UV, lo que tiene como resultado la consecución de la presente invención.

En consecuencia, la presente invención comprende lo siguiente:

(1) Un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice en el que la superficie de cada partícula está revestida con sílice, en el que las partículas grandes de 5 μm o más representan el 0,1% en peso o menos.

(2) Un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie...

1. Un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice en el que la superficie de cada partícula se reviste con sílice, en donde las partículas grandes de 5 μm o más representan 0,1% en peso o menos, y en donde el número de partículas grandes se ha reducido por una clasificación de formato en seco.

2. Un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie hidrófoba en el que las finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice cuyas superficies se han revestido con sílice se tratan de forma adicional con un agente que imparte características hidrófobas, en donde las partículas grandes de 5 μm o más representan 0,1% en peso o menos, y en donde el número de partículas grandes se ha reducido por una clasificación de formato en seco.

3. El polvo según la reivindicación 2, en donde el agente que imparte características hidrófobas es uno o más miembros seleccionados del grupo que consiste en aceites de siliconas, alcoxisilanos, agentes de acoplamiento de silano, y sales de ácidos grasos superiores.

4. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice tienen un revestimiento de sílice de 0,5 a 100 nm de espesor (determinado por TEM).

5. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde las finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice tienen un tamaño promedio de partícula primaria de 1 a 200 nm (determinado por TEM).

6. El polvo según se reivindica en la reivindicación 2 ó 3, en donde las finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie hidrófoba tienen un tamaño promedio de partícula primaria de 5 a 120 nm y un espesor de película de sílice de 0,5 a 25 nm.

7. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la relación I de la intensidad del máximo de absorción de infrarrojos de la película de sílice de las finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice de 1.150 a 1.250 cm^-1 a la de 1.000 a 1.100 cm^-1 determinada sobre un espectro de absorción de infrarrojos es 0,2 o más (I = I1/I2; donde I1 denota la intensidad del máximo de absorción de 1.150 a 1.250^-1 cm y I2 denota la intensidad del máximo de absorción de 1.000 a 1.100 cm^-1), y la película de sílice tiene un índice de refracción de 1,435 o más.

8. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el polvo exhibe una actividad fotocatalítica de 60 Pa/min o menos medida a través del método de la auto-oxidación de la tetralina.

9. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el polvo exhibe una velocidad de deterioro del color del colorante (ΔABS₄₉₀/hora) de 0,1 o menos medida a través del método del amarillo anaranjado.

10. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el polvo exhibe una velocidad de la descomposición del material orgánico absorbente de radiación UV (ΔABS₃₄₀/hora) de 0,01 o menos, medida a través del método del Parasol 1789.

11. El polvo según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el polvo exhibe un porcentaje de descomposición del material orgánico absorbente de radiación UV del 5% o menos medido a través del método del etilhexil p-metoxicinamato.

12. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que contiene óxido de titanio.

13. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica la reivindicación 12, en donde contiene de forma adicional el óxido de titanio en una cantidad de 2 partes en peso a 5 partes en peso en base a 10 partes en peso de óxido de zinc.

14. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice según se reivindica en la reivindicación 12 ó 13, en donde al menos una parte del óxido de titanio está revestido con sílice.

15. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde el óxido de titanio contiene un cristal mixto con un enlace titanio-oxígeno-silicio en sus partículas primarias.

16. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en la reivindicación 15, en donde cuando el área de la superficie específica BET del óxido de titanio esta representada por "A, m²/g" y el contenido de SiO₂ está representado por "%, en peso B", la relación de B/A es de 0,02 a 0,5.

17. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en la reivindicación 15 ó 16, en donde el área de la superficie específica BET del óxido de titanio es 10 a 200 m²/g.

18. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en donde el tamaño promedio de la partícula primaria del óxido de titanio es 0,008 μm a 0,15 μm.

19. El polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en donde el óxido de titanio tiene una estructura núcleo/carcasa (núcleo)/(cáscara), en donde el núcleo es la estructura rica en TiO₂ y la carcasa es la estructura rica en SiO₂.

20. Una composición de material de polímero orgánico que contiene un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, y una resina termoplástica.

21. Una composición de material de polímero orgánico que consiste esencialmente en un polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, y una resina termoplástica.

22. La composición de material de polímero orgánico como se reivindica en la reivindicación 20 ó 21, en donde la resina termoplástica se selecciona del grupo que consiste en polietilenos, polipropilenos, poliestirenos, poliamidas, poliésteres y policarbonatos.

23. Un producto de forma-impartida de una composición de material de polímero orgánico como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22.

24. El producto de forma-impartida como se reivindica en la reivindicación 23, que se selecciona del grupo que consiste en fibras, hilos, películas, cintas, productos huecos, y estructuras de múltiples capas.

25. Un objeto que comprende un producto de forma-impartida como se reivindica en la reivindicación 23 ó 24 y seleccionado del grupo que consiste en materiales de construcción para mobiliario de interior y acabado exterior, maquinaria, materiales de decoración de exteriores e interiores para automóviles, productos de vidrio, aparatos eléctricos, materiales agrícolas, aparatos electrónicos, herramientas, vajillas, artículos de baño, productos para el baño, muebles, ropa, telas tejidas, telas no tejidas, productos de tela, productos de cuero, productos de papel, artículos deportivos, futones, contenedores, anteojos, letreros, tubos, cables, soportes, materiales sanitarios, piezas de automóvil, productos para al aire libre tales como tiendas de campaña, medias, mallas, calcetines, guantes y másca- ras.

26. El material cosmético que comprende el polvo que comprende finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

27. Un proceso para producir finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice según la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

poner una composición para formar un revestimiento de sílice en contacto con materia prima de partículas de óxido de zinc cuyas partículas primarias tienen un tamaño promedio de partícula de 5 nm a 200 nm, en donde la composición para formar el revestimiento de sílice contiene al menos la siguiente composición:

1) ácido silícico que no contiene ni un grupo orgánico ni un halógeno, o un precursor capaz de producir tal ácido silícico,

2) agua,

3) un álcali, y

4) un disolvente orgánico,

por el que las superficies de las partículas de óxido de zinc se revisten selectivamente con un revestimiento de sílice, y

someter a las partículas de óxido de zinc revestidas con sílice a una clasificación de formato en seco para reducir el número de partículas grandes.

28. El proceso según la reivindicación 27, en donde dicha composición para formar el revestimiento de sílice tiene una relación de agua/disolvente orgánico en volumen que está dentro de un intervalo de 0,1 a 10, y un contenido de silicio que está dentro de un intervalo de 0,001 a 5 mol/L.

29. Un proceso para producir finas partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie hidrófoba según la reivindicación 2, que comprende las etapas de:

poner una composición para formar un revestimiento de sílice en contacto con una materia prima de partículas de óxido de zinc cuyas partículas primarias tienen un tamaño promedio de partícula de 5 nm a 200 nm, en donde la composición para formar el revestimiento de sílice contiene al menos la siguiente composición:

1) ácido silícico que no contiene ni un grupo orgánico ni un halógeno, o un precursor capaz de producir tal ácido silícico,

2) agua,

3) un álcali, y

4) un disolvente orgánico,

por el que las superficies de las partículas de óxido de zinc se revisten selectivamente con un revestimiento de sílice,

someter a las partículas de óxido de zinc revestidas con sílice producidas a un tratamiento de superficie con un agente que imparte características hidrófobas para obtener partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie hidrófoba, y

someter a las partículas de óxido de zinc revestidas con sílice y de superficie hidrófoba obtenidas a clasificación de formato en seco para reducir el número de partículas grandes.

30. El proceso según la reivindicación 29, en donde dicha composición para formar el revestimiento de sílice tiene una relación de agua/disolvente orgánico en volumen que está dentro de un intervalo de 0,1 a 10, y un contenido de silicio está dentro de un intervalo de 0,001 a 5 mol/L.