Una composición coloreada que comprende:

• material particulado que dispersa NIR,

el cual se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos, teniendo el material un cristal de tamaño promedio, según se determinó por microscopía electrónica de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante, de más de 0.40 μm y una distribución del tamaño de las partículas según mediciones utilizando una centrífuga de disco de Brookhaven XDC para rayos X, tal que 30% o más de las partículas son menores de 1 μm y donde el material particulado que dispersa NIR está recubierto con dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa;

• uno o más colorantes no blancos; donde el material particulado y el colorante no blanco se dispersan en un vehículo.

Dióxido de titanio recubierto.

Las formas de realización de la presente invención se relacionan en general con el dióxido de titanio recubierto y más específicamente con los materiales particulados de dióxido de titanio recubierto y sus composiciones.

En algunas formas de realización, el material particulado de dióxido de titanio o de dióxido de titanio dopado dispersa radiación infrarroja de manera eficiente en la región infrarroja cercana (NIR) del espectro. En una forma de realización de una composición, el material particulado recubierto se combina con un colorante no blanco con baja absorción en la región NIR del espectro.

Específicamente, en la invención, el material particulado de dióxido de titanio o de dióxido de titanio dopado se recubre y tiene actividad fotocatalítica sumamente baja. Entonces, los productos que contienen este material pueden haber mejorado la fotoestabilidad relativa a los productos similares que contienen dióxido de titanio convencional.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La región NIR del espectro electromagnético oscila entre 700 y 2500 nm. Los materiales que tienen alta reflectancia y baja absorción en este rango pueden resultar ventajosos para muchas aplicaciones. Por ejemplo, los productos elaborados a partir de dichos materiales tienden a permanecer más fríos bajo la iluminación solar y las temperaturas bajas ocasionan menor degradación térmica, durabilidad mejorada, mayor comodidad y costos menores de acondicionamiento de aire y reducción en el impacto ambiental.

Un enfoque ambiental actual (y factor de costos) reduce la cantidad de aire acondicionado necesario para enfriar los edificios. Una forma de reducir los costos de aire acondicionado es utilizar productos de techado que reflejen la energía solar. La Iniciativa Energy Star de la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA, por sus siglas en inglés) requiere que los techos residenciales inclinados tengan un mínimo de Reflectancia Solar Total (TSR) del 25%. Los productos de colores más claros pueden cumplir con el mínimo, pero por su naturaleza, es posible que los productos de colores oscuros o intensos no cumplan y tienden a tener una TSR mucho menor que el 25%, por ejemplo, del 10% o menor. Esto puedo ocasionar un problema para las personas que prefieren estéticamente los colores oscuros o intensos, pero que desean las ventajas de una TSR más elevada.

La reflectancia solar elevada se puede lograr de diferentes maneras. Por ejemplo, los artículos que tienen superficies exteriores blancas pueden tener reflectancia solar elevada, pero si se desea un color, este enfoque no es satisfactorio. De manera alternativa, la reflectancia solar elevada se puede lograr al combinar los pigmentos convencionales de TiO2 con pigmentos y colorantes de color que no absorben la luz en NIR. Este enfoque también está limitado porque los niveles de pigmento convencional de TiO2 requerido para proporcionar los niveles deseados de reflexión solar necesariamente dan como resultado colores relativamente pálidos. Por lo tanto, los colores más oscuros o más intensos no son posibles en dicha formulación reflectiva. En otra alternativa, se puede aplicar una capa blanca con reflectancia solar elevada a un artículo, con una siguiente que contenga pigmentos coloreados NIRtransparentes. La capa pigmentada superior no refleja ni absorbe la radiación NIR. Este sistema tampoco es ideal porque la aplicación de dos capas diferentes toma más tiempo y si no se aplican correctamente, se puede obtener una apariencia de "parches" que muestran la capa inferior blanca en algunas porciones de la capa superior. Además, el color se puede ir aclarando con el tiempo, conforme la capa superior se gasta, exponiendo más la capa inferior.

Entonces, existe la necesidad de un material de elevada reflectancia solar total que esté disponible en una amplia gama de colores más oscuros o más intensos, que se pueda utilizar para lograr de otra manera determinada reflectancia solar. Dichos colores incluyen los tonos medios y aún los colores pastel más oscuros y más intensos. Además, existe la necesidad de un sistema de aplicación de una sola capa de los materiales de colores de reflectancia solar, que puedan utilizarse en una gama de aplicaciones, incluyendo las superficies de techos, artículos plásticos, superficies y pinturas de carreteras. De esta manera, los consumidores podrían tener los artículos que desean tanto con la apariencia del color deseado, como con buena reflexión solar total. Dichos artículos podrían entonces, contribuir con una vida en un ambiente más fresco y/o la reducción de la energía utilizada para aire acondicionado, la degradación térmica, la reducción de las huellas ambientales y/o la reducción en la contribución al calentamiento global.

Además, los artículos expuestos al sol pueden no ser fotoestables y pueden deteriorarse prematuramente. Dichos artículos, incluyendo pinturas, productos plásticos, productos para techado y productos para recubrimiento de suelos, pueden contener dióxido de titanio. A pesar de que el dióxido de titanio en sí no se degrada, la medida en que se degrade un artículo que contenga dióxido de titanio puede depender de la actividad fotocatalítica del pigmento de dióxido de titanio que se utilizó para el artículo.

Por ejemplo, sin vincularse a la teoría, si un cristal de dióxido de titanio absorbe la luz ultravioleta, se piensa que se promueve un electrón a un nivel más alto de energía (la banda de conductancia) y se desplaza a través de la red. El vacío o "agujero" resultante en la banda de valencias también se `mueve' de manera eficaz. Si estas cargas móviles alcanzan la superficie del cristal, se pueden transferir al medio del artículo que contiene dióxido de titanio (por ejemplo, al medio resinoso de la pintura) y producir radicales libres que degraden el medio.

Entonces, las partículas de dióxido de titanio de actividad fotocatalítica sumamente baja son necesarias. Luego, las partículas de dióxido de titanio se pueden usar para prolongar la vida de los artículos que se exponen al sol. Por ejemplo, las partículas de dióxido de titanio se pueden usar en combinación con resinas de alta fotoestabilidad, ligantes de pinturas y similares para prolongar la vida útil general de un artículo que se exponga al sol.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En la primera parte de la invención, la presente invención proporciona, en un primer aspecto, una composición coloreada que comprende:

• material particulado que dispersa NIR, el cual se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos, teniendo el material cristales de un tamaño promedio mayor de 0.40 μm y tal distribución del tamaño de las partículas que un 30% o más de las partículas sean menores de 1 μm, donde el material particulado que dispersa NIR está recubierto con dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa y

• uno o más colorantes no blancos:

donde el material particulado y el colorante no blanco se dispersan en un vehículo.

El material particulado con los cristales de tamaño grande presenta una reflexión inusualmente alta de la radiación de NIR y simultáneamente presenta una reducción en la reflectancia de la luz visible, en comparación con los pigmentos convencionales. Este sorprendente efecto indica que un contenido más bajo del material que irradia NIR todavía puede lograr un buen nivel de reflexión de NIR. Una ventaja adicional es que se necesita un nivel más bajo de colorante no blanco para lograr cualquier color más oscuro o más intenso.

Sorprendentemente, el material particulado que es un cristal grande de dióxido de titanio o de dióxido de titanio dopado se mezcla en una composición con un colorante más oscuro o de color más intenso sin afectar indebidamente el color de la composición. En contraste, el pigmento convencional de TiO2 refleja mucho la luz visible y afecta notoriamente el color de una composición, volviéndola notablemente más pálida. Entonces, el material particulado utilizado en la presente invención, que es un cristal grande de dióxido de titanio o de dióxido de titanio dopado, se mezcla en una composición con un colorante de color más oscuro o más intenso sin afectar el color tanto como lo afectaría un pigmento convencional de TiO2.

En la primera parte de la invención, la presente invención también proporciona, en un segundo aspecto, el uso de una composición de conformidad con el... [Seguir leyendo]

1. Una composición coloreada que comprende:

• material particulado que dispersa NIR, el cual se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos, teniendo el material un cristal de tamaño promedio, según se determinó por microscopía electrónica de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante, de más de 0.40 μm y una distribución del tamaño de las partículas según mediciones utilizando una centrífuga de disco de Brookhaven XDC para rayos X, tal que 30% o más de las partículas son menores de 1 μm y donde el material particulado que dispersa NIR está recubierto con dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa;

• uno o más colorantes no blancos; donde el material particulado y el colorante no blanco se dispersan en un vehículo.

2. La composición de la reivindicación 1 donde:

(a) el material particulado que dispersa NIR está recubierto a un nivel hasta de 20% peso/peso y/o

(b) el material particulado que dispersa NIR tiene:

(i) un cristal de tamaño promedio, según se determinó por microscopía de transmisión de electrones sobre una muestra barrida para análisis de imágenes de una fotografía resultante, mayor o igual que 0.50 μm o

(ii) un cristal de tamaño promedio, según se determinó por microscopía de transmisión de electrones sobre una muestra barrida para análisis de imágenes de una fotografía resultante, mayor o igual a 0.60 μm o

(iii) un tamaño promedio del cristal, según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante de 0.70 μm a 1.20 μm y/o

(c) la composición comprende un material particulado que dispersa NIR en una cantidad de 0.5 a 70% en volumen y/o

(d) el colorante se selecciona entre amarillo de titanato de cromo, amarillo de titanato de níquel, óxido de hierro rojo sintético, negro de perileno, ftalocianina de cobre y rojo de quinacridona y/o

(e) la composición comprende un colorante no blanco en una cantidad de 0.1 a 20 % en volumen. y/o

(f) la composición coloreada es una composición de plásticos, pintura, un recubrimiento en polvo, una tinta, un componente textil, una composición para tratamiento textil, una composición para tratamiento de cuero, una composición para productos para echado o una composición para productos de recubrimiento de suelos.

3. El uso de una composición de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 2 para:

(a) proporcionar una cubierta de una sola capa que tenga una Reflectancia Solar Total, según la determinación por el método descrito en ASTM E903, de 20% o mayor y un color no blanco o

(b) producir un artículo que tenga una Reflectancia Solar Total, según la determinación de acuerdo con el método descrito en ASTM E903, de 20% o mayor y un color no blanco.

4. El uso de un material particulado que dispersa NIR

que se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos, que tiene un tamaño promedio del cristal, según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de una fotografía resultante, mayor de 0.40 μm, que tiene una distribución del tamaño de las partículas según mediciones usando una centrífuga de disco de Brookhaven XDC para rayos X, tal que un 30% o más de las partículas son menores de 1 μm

y está cubierto con dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa para aumentar el nivel de reflexión solar de una composición de color oscuro o intenso, para obtener una Reflectancia Solar Total, según la determinación por el método descrito en ASTM E903, de 20% o mayor para la composición de color oscuro o intenso.

5. Un artículo que comprende una composición de conformidad con una de las reivindicaciones 1 o 2.

6. El artículo de la reivindicación 5, que es una superficie de techado; un recipiente; un artículo pintado; un vehículo; un edificio; un textil; un producto de cuero; una superficie de concreto; una superficie de carretera; un producto para piso; una superficie de caminos de entrada residencial; una superficie de estacionamiento; una superficie pavimentada; un artículo de recubrimiento en polvo o un artículo plástico.

7. Un material particulado recubierto, donde:

(i) el material se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos:

(ii) según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante, el material tiene un tamaño promedio del cristal de más de 0.40 μm y

(iii) el recubrimiento comprende dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa y donde uno de los materiales de óxido es un óxido de uno o más elementos, que pueden ser:

(a) metales de transición del grupo 4 (IVB) y 12 (IIB) seleccionados de Ti, Zr y Zn y/o

(b) elementos del bloque p del grupo 13 a 15 (IIIA-VA) seleccionados de Al, P y Sn y/o

(c) lantánidos

donde el producto recubierto es sustancialmente blanco.

8. Una composición coloreada que comprende:

• el material particulado recubierto, según se define en la reivindicación 7 como material particulado que dispersa NIR, el material tiene una distribución del tamaño de las partículas, según se midió usando una centrífuga de disco Brookhaven XDC para rayos X, tal que un 30% o más de las partículas es menor de 1 μm: y

• uno o más colorantes no blancos;

donde el material particulado y el colorante no blanco se dispersan en un vehículo.

9. La composición de la reivindicación 8, donde el recubrimiento del material particulado recubierto que comprende dos o más materiales de óxido tiene un material de óxido seleccionado entre A1203, ZrO2, CeO2 y P2O5 como uno de los materiales de óxido.

10. Una composición que tiene un material particulado recubierto de la reivindicación 7 proporcionado en la misma, donde la composición no es una composición coloreada que comprenda:

• material particulado que dispersa NIR, el cual se selecciona entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos, teniendo el material un tamaño promedio del cristal, según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante de más de 0.40 μm y una distribución del tamaño de las partículas, según mediciones utilizando una centrífuga de disco de Brookhaven XDC para rayos X, tal que un 30% o más de las partículas son menores de 1 μm y

• uno o más colorantes no blancos: donde el material particulado y el colorante no blanco se dispersan en un vehículo.

11. El uso de:

(i) un material particulado que según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante, tiene un tamaño promedio del cristal mayor de 0.40 μm, donde el material particulado comprende una distribución del tamaño de las partículas, según se midió utilizando una centrífuga de disco de Brookhaven XDC para rayos X, tal que un 30% de las partículas contenidas es menor de 1 μm y

(ii) un recubrimiento que comprende dos o más materiales de óxido, donde uno de los materiales de óxido es un material de sílice densa y donde uno de los materiales de óxido es un óxido de uno o más elementos, que son:

(a) grupo 4 (IVB) y 12 (IIB) metales de transición seleccionados de Ti y Zr y

Zn y/o

(b) grupo 13 a 15 (IIIA-VA) elementos del bloque p seleccionados entre A1, P y Sn y/o

(c) lantánidos,

para reducir la actividad fotocatalítica de un material seleccionado entre dióxido de titanio, dióxido de titanio dopado y combinaciones de los mismos.

12. El uso de un material de conformidad con una de las reivindicaciones 7 a 10 para mejorar la durabilidad y/o la vida útil de un producto que se expone al sol durante su uso.

13. Un producto que se expone al sol durante su uso, el producto comprende un material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10.

14. El uso de la reivindicación 12 o del producto de la reivindicación 13 donde el recubrimiento de las partículas que comprende dos o más materiales de óxido comprende una capa de sílice densa y una capa de alúmina.

15. El uso de la reivindicación 12 o 14 o del producto de la reivindicación 13 o 14, donde:

(a) el producto que se expone al sol durante su uso se selecciona entre productos plásticos, tintas, pinturas y otras composiciones de recubrimiento, composiciones para techos, composiciones para recubrimiento de suelos y productos de reflexión solar y/o

(b) el producto que se expone al sol durante su uso además comprende materiales orgánicos o inorgánicos que absorben o dispersan la luz UV y/o

(c) según se determinó por microscopía de transmisión de electrones en una muestra barrida para análisis de imágenes de la fotografía resultante, el material particulado tiene un tamaño promedio del cristal

(i) mayor o igual que 0.50 μm o

(ii) de 0.50 a 2 μm; y/o

(d) el producto tiene un valor de luminosidad L*, de conformidad con el espacio de color CIE L*a*b* bajo iluminante D65, o mayor de 95, con un valor de a* de acuerdo con el espacio de color CIE L*a*b* bajo iluminante D65, de menos de 5 y un valor de b* de acuerdo con el espacio de color de CIE L*a*b* bajo iluminación D65, de menos de 5; y/o

(e) cualquier material de óxido coloreado incluido en el material particulado está presente en cantidades de 0.5% en peso o menos; y/o

(f) el material particulado tiene una proporción del aspecto de menos de 4:1.