Nuevas formulaciones de dispersiones de cera, método para producirlas , y usos.

Una dispersión acuosa de cera, que comprende:

a) agua;

b) al menos una cera en partículas dispersa en el agua,

en la que la cera en partículas comprende partículas quetienen un tamaño medio de partículas de alrededor 0,1 μm a alrededor de 6 μm, en la que sustancialmente todas laspartículas de cera tienen un tamaño de partículas de alrededor de 20 μm o menos, y en la que la cera en partículascomprende de alrededor de 5% a alrededor de 45% en peso de la dispersión; y

c) desde más de 0% hasta alrededor de 5% en peso de un agente dispersante basado en el peso de la cera enpartículas; agente dispersante el cual reviste las superficies de al menos algunas de las partículas de cera; y en laque la dispersión tiene una viscosidad de alrededor de 100 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración decera de alrededor de 10% en peso de la dispersión, y una viscosidad de alrededor de 200 cps o menos a alrededorde 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 45% en peso de la dispersión, y en la que no hayaglomeración sustancial de las partículas de cera.

Nuevas formulaciones de dispersiones de cera, método para producirlas, y usos REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUD RELACIONADA

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional U.S. nº 61/058.027, presentada el 2 de junio 2008, que se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a dispersiones de cera acuosas útiles como modificadores de la superficie para imprimaciones, pinturas, tintas y revestimientos, lubricantes, liberación del molde y otras aplicaciones. Más particularmente, la invención se refiere a dispersiones de cera acuosas en partículas útiles como modificadores de la superficie para proporcionar propiedades mejoradas en formulaciones de imprimación, pinturas, tintas y otras formulaciones de revestimiento.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

En las industrias de pintura y de revestimiento, los aditivos naturales y sintéticos desempeñan un papel importante en la calidad de comportamiento de un producto, contribuyendo a propiedades de superficie deseables, integridad mejorada del revestimiento y aspecto de la superficie de un producto de revestimiento final, así como ayudando al procesamiento aguas abajo de productos revestidos y extendiendo su vida útil. Aunque constituye sólo una pequeña parte de una formulación, un aditivo puede lograr una mejora significativa en las propiedades de la formulación global a una dosis y coste bajos, proporcionando un comportamiento y valor mejorados del producto. Puesto que continúan creciendo las exigencias de comportamiento en los modificadores de la superficie, los usuarios finales en estas industrias también continúan esperando costes más bajos, que han conducido a películas aplicadas más finas y velocidades de línea más rápidas. Adicionalmente, a medida que evoluciona la industria de aditivos global de 4 mil millones de dólares, existe una creciente demanda de dispersiones de aditivos a base de agua que estén libres de tensoactivos medioambientalmente perjudiciales, tengan un contenido cero o bajo de compuestos orgánicos volátiles (VOC) , y estén libres de antiespumantes y desespumantes.

Entre los muchos aditivos disponibles actualmente, las ceras naturales y sintéticas son capaces de satisfacer tales necesidades en estas industrias, proporcionando propiedades modificadoras de la superficie mejoradas a pinturas y revestimientos en forma de dispersiones acuosas de cera medioambientalmente amigables. Las dispersiones acuosas de cera en partículas micronizadas son particularmente útiles puesto que el tamaño de partículas muy pequeño permite que las partículas se distribuyan a conciencia a través de la base acuosa, mejorando la eficacia y eficiencia de la cera. Las dispersiones acuosas de ceras en partículas micronizadas se pueden producir usando tecnología de microfluidos, que emplea dispositivos que son capaces de manipular volúmenes muy pequeños de líquido, es decir, en el intervalo de microlitro/nanolitro, haciendo pasar los fluidos a través de canales con dimensiones de alrededor de 1 !m a 500 !m. A esta escala de tamaño, los factores que influyen sobre el comportamiento de los fluidos son diferentes de aquellos a escalas mayores. Por ejemplo, las fuerzas de superficie se hacen un factor cada vez más dominante para sistemas de microescala en comparación con sistemas de macroescala. Las grandes fuerzas de superficie, y las elevadas velocidades de cizallamiento y de extensión (por ejemplo, número bajo de Reynolds y número elevado de Weissenberg, respectivamente) , que surgen entre el fluido y los microcanales, pueden convertir a los enfoques y estructuras a gran escala, de otro modo útiles, en inútiles o inoperables a las escalas microfluídicas. En la técnica se conocen muchos métodos y aparatos útiles para la reducción del tamaño de partículas, incluyendo homogeneizadores, rotatores/estatores, y molinos de medios, aunque algunas técnicas son mejores que otras. A medida que disminuye el tamaño de los conductos del fluido, se hace más difícil controlar la humectabilidad de la superficie de las partículas, que es importante en dispersiones acuosas de cera.

Se sabe que las ceras en partículas micronizadas proporcionan propiedades de superficie deseables, tales como niveles elevados de resistencia a la fricción, a la erosión, al arañazo y a la abrasión, así como propiedades mejoradas de deslizamiento, control del brillo y antibloqueo/compensación en formulaciones de imprimación, pintura, tinta y otras formulaciones de revestimiento. Como se usa aquí, “micronización” es el proceso de reducción del diámetro medio promedio de las partículas de cera, típicamente mediante fricción o colisiones de partícula con partícula y fractura, y una cera “micronizada” en las dispersiones de la inversión son ceras en partículas que tienen un tamaño de partículas medio promedio (Mv) que se ha reducido a solo unos pocos micrómetros de diámetro, que se describe más específicamente a continuación.

La capacidad de un aditivo de cera en partículas para proteger y mejorar las pinturas y revestimientos de la superficie está directamente relacionada con las características de la cera. Por ejemplo, la durabilidad de un revestimiento se puede determinar mediante el coeficiente de fricción (COF) , dureza y tenacidad de la cera, tipo de cera, peso molecular de la cera y dosificación de la cera en la dispersión de revestimiento. La tenacidad de una cera aumenta al aumentar el peso molecular, la densidad y la cristalinidad de la cera. La densidad de la cera afecta a la estabilidad de la dispersión en una composición de revestimiento, ya que cuanto más cerca esté la densidad de la cera a la densidad del material de revestimiento en el que se mezcla la cera, mejor es la estabilidad. Las propiedades de solubilidad de una cera también son factores relevantes. Las ceras en partículas micronizadas usadas más habitualmente en aplicaciones de tintas, revestimientos y pinturas deben permanecer insolubles en la formulación de tinta, de revestimiento o de pintura a temperatura ambiente (25ºC) , para evitar el hinchamiento de la cera. Cuanto mayor es el peso molecular y la densidad, mayor es la insolubilidad. Adicionalmente, cuando se añaden a un material de revestimiento, estas ceras tienen tamaños de partículas en el intervalo de alrededor de 0, 1 !m a alrededor de 50 !m. Para proteger la integridad de una película de revestimiento, la cera debería permanecer insoluble para mantener su tamaño original de partículas y la distribución original de tamaños de partículas durante el almacenamiento del producto. Esto evitará la formación de defectos en películas de revestimiento aplicadas, defectos los cuales se pueden producir si la cera migra a la superficie de la película durante la aplicación y/o el proceso de curado de la composición de revestimiento sobre una superficie.

El tamaño de las partículas de cera en las dispersiones de cera en partículas es otra consideración importante que está influida por el grosor del revestimiento, los parámetros de aplicación y el calendario de curado del material de revestimiento. En general, cuanto más pequeño es el tamaño de las partículas, menor potencial para los defectos. Particularmente, los defectos de la película se pueden evitar cuando las partículas de cera tienen un tamaño menor que el grosor de la película húmeda de un revestimiento. También, cuanto más pequeñas son las partículas de cera, mayor es el número de partículas por peso unitario y mayor es su área superficial total, incrementando de ese modo el comportamiento de un revestimiento a medida que las partículas florecen hacia la superficie del revestimiento. Por el contrario, las grandes partículas pueden provocar defectos de película o fallo del producto. El tamaño de partículas, la distribución de tamaños de partículas, la morfología de las partículas y el índice de refracción de la cera también afectan a las propiedades de brillo y oscurecimiento de una película.

La eficacia de una cera como un modificador de la superficie también depende de la humectabilidad de la cera en la pintura, tinta u otros materiales de revestimiento seleccionados. Específicamente, la eficacia de un aditivo de cera micronizada en pinturas a base de agua, tintas a base de agua y otros revestimientos a base de agua es complicada por la humectabilidad inadecuada de las ceras que son insolubles en agua. Para compensar este problema, se sabe cómo incorporar un agente dispersante, tal como un tensoactivo, en una dispersión acuosa de cera para mejorar la humectabilidad de las partículas de cera. Por ejemplo, la patente U.S. 5.743.949 muestra dispersiones acuosas de cera que incluyen agentes dispersantes... [Seguir leyendo]

1. Una dispersión acuosa de cera, que comprende:

a) agua;

b) al menos una cera en partículas dispersa en el agua, en la que la cera en partículas comprende partículas que tienen un tamaño medio de partículas de alrededor 0, 1 !m a alrededor de 6 !m, en la que sustancialmente todas las partículas de cera tienen un tamaño de partículas de alrededor de 20 !m o menos, y en la que la cera en partículas comprende de alrededor de 5% a alrededor de 45% en peso de la dispersión; y

c) desde más de 0% hasta alrededor de 5% en peso de un agente dispersante basado en el peso de la cera en partículas; agente dispersante el cual reviste las superficies de al menos algunas de las partículas de cera; y en la que la dispersión tiene una viscosidad de alrededor de 100 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 10% en peso de la dispersión, y una viscosidad de alrededor de 200 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 45% en peso de la dispersión, y en la que no hay aglomeración sustancial de las partículas de cera.

2. La dispersión acuosa de cera de la reivindicación 1, en la que la cera es hidrófoba.

3. La dispersión acuosa de cera de la reivindicación 1 o reivindicación 2, en la que el agente dispersante comprende uno o más tensioactivos aniónicos, uno o más tensioactivos no iónicos o una combinación de los mismos.

4. Una composición de revestimiento que comprende la dispersión acuosa de cera de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, combinada con al menos un material de revestimiento.

5. Un revestimiento formado a partir de la composición de revestimiento de la reivindicación 4.

6. Un método para producir una dispersión acuosa de cera, que comprende:

a) combinar al menos una cera en partículas que comprende una pluralidad de partículas de cera que tienen un tamaño medio de partículas mayor que alrededor de 6 !m, con agua y con al menos un agente dispersante para formar una mezcla; y

b) someter la mezcla a condiciones suficientes para dispersar las partículas de cera en el agua y revestir las superficies de al menos algunas de las partículas con el agente dispersante; y para reducir el tamaño de las partículas de cera de tal manera que el tamaño medio de las partículas de cera sea de alrededor de 0, 1 !m a alrededor de 6 !m, y de tal manera que sustancialmente todas las partículas de cera tengan un tamaño de partículas de alrededor de 20 !m o menos; y producir de ese modo una dispersión acuosa de cera en la que la cera en partículas comprende de alrededor de 5% a alrededor de 45% en peso de la dispersión; en el que el agente dispersante comprende de más de 0% a alrededor de 5% en peso basado en el peso de la cera en partículas; y en el que la dispersión tiene una viscosidad de alrededor de 100 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 10% en peso de la dispersión, y una viscosidad de alrededor de 200 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 45% en peso de la dispersión.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la etapa b) se lleva a cabo:

i) separando la mezcla en una pluralidad de corrientes de mezcla;

ii) haciendo que las corrientes de mezcla choquen continuamente entre sí, haciendo de ese modo que las partículas de cera choquen continuamente entre sí, a una presión y velocidad suficientes para generar calor y dar como resultado una reducción del tamaño de las partículas de cera; y

iii) eliminando continuamente el calor generado por las colisiones de las partículas, y enfriando la mezcla.

8. El método de la reivindicación 6, en el que la mezcla se mantiene continuamente a una temperatura de alrededor de 2ºC a alrededor de 50ºC durante la etapa b) .

9. El método de la reivindicación 6, en el que la cera en partículas comprende partículas que tienen un tamaño medio inicial de partículas mayor que alrededor de 20 !m y un tamaño medio reducido de partículas de alrededor de 1 !m a alrededor de 6 !m.

10. Un método para preparar una composición de revestimiento, que comprende combinar la dispersión acuosa de cera producida según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 con al menos un material de revestimiento para formar de ese modo una composición de revestimiento.

11. Un método para preparar un revestimiento, que comprende aplicar la composición de revestimiento formada según la reivindicación 10 sobre un sustrato.

12. Una dispersión acuosa de cera producida mediante un procedimiento, que comprende:

a) combinar al menos una cera en partículas que comprende una pluralidad de partículas de cera que tienen un tamaño medio de partículas mayor que alrededor de 6 !m, con agua y con al menos un agente dispersante para formar una mezcla, teniendo la cera un peso molecular medio ponderal de hasta alrededor de 13.000; y

b) separar la mezcla en una pluralidad de corrientes de mezcla;

c) hacer que las corrientes de mezcla choquen continuamente entre sí, haciendo de ese modo que las partículas de cera choquen continuamente entre sí, a una presión y velocidad suficientes para generar calor y dar como resultado una reducción del tamaño de las partículas de cera;

d) eliminar continuamente el calor generado por las colisiones de las partículas, y enfriar la mezcla hasta alrededor de 5ºC o menos; y

e) permitir que continúen las colisiones de las corrientes de mezcla y de las partículas de cera para reducir el tamaño medio de las partículas de cera hasta alrededor de 0, 1 !m a alrededor de 6 !m y de manera que sustancialmente todas las partículas de cera tengan un tamaño de partículas de alrededor de 20 !m o menos; y también para dispersar de forma homogénea las partículas de cera en el agua; y producir de ese modo una dispersión acuosa de cera en la que la cera en partículas comprende de alrededor de 5% a alrededor de 45% en peso de la dispersión; en el que el agente dispersante comprende de más de 0% a alrededor de 5% en peso basado en el peso de la cera en partículas; y en el que la dispersión tiene una viscosidad de alrededor de 100 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 10% en peso de la dispersión, y una viscosidad de alrededor de 200 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración de cera de alrededor de 45% en peso de la dispersión; y en el que no existe sustancialmente aglomeración de las partículas de cera.

13. Un método para producir una dispersión, que comprende:

a) combinar al menos un material en partículas, que comprende una pluralidad de partículas, con un disolvente y con al menos un agente dispersante para formar una mezcla; y

b) someter la mezcla a condiciones suficientes para dispersar las partículas en el disolvente y revestir las superficies de al menos algunas de las partículas con el agente dispersante; y para reducir al menos parcialmente el tamaño de las partículas y producir de ese modo una dispersión en la que el material en partículas comprende de alrededor de 5% a alrededor de 45% en peso de la dispersión; en el que el agente dispersante comprende de más de 0% a alrededor de 5% en peso basado en el peso del material en partículas; y en el que la dispersión tiene una viscosidad de alrededor de 100 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración del material en partículas de alrededor de 10% en peso de la dispersión, y una viscosidad de alrededor de 200 cps o menos a alrededor de 25ºC a una concentración del material en partículas de alrededor de 45% en peso de la dispersión.

14. El método de la reivindicación 13, en el que el material en partículas es una cera o una resina.

15. El método de la reivindicación 13, en el que la etapa b) se lleva a cabo:

i) separando la mezcla en una pluralidad de corrientes de mezcla;

ii) haciendo que las corrientes de mezcla choquen continuamente entre sí, haciendo de ese modo que las partículas choquen continuamente entre sí, a una presión y velocidad suficientes para generar calor y dar como resultado una reducción del tamaño de las partículas; y

iii) eliminando continuamente el calor generado por las colisiones de las partículas, y enfriando la mezcla.

Distribución: Volumen Tiempo del experimento: 30 s Fluido: AGUA

Progresión: Geom 8 Root Num. de exp.: Media de 3 Índice de Ref. de Fluido: 1, 333 Factor de carga: 0, 008

Borde Superior (um) : 1408 Partícula: ACUMIST® B Por encima de Residual: 0 Transmisión: 0, 95

Borde inferior (um) : 0, 0215 Transparencia: Transparente Por debajo de Residual: 0 RMS Residual: 4, 743%

Residuales: Inhabilitado Índice de Ref. de Part.: 1, 55 Caudal: 30%

Num. de canal: 128 Forma de la Part.: Irregular ID de la Celda: 0226 Potencia Usónica: 40 Vatios

Modo de Análisis: S3000 Tiempo Usónico: 120 s

Filtro: Habilitado Registro DB: Estado Recalc. 553: Original Num. de Serie: S3293

Ganancia de Análisis: Defecto Base de Datos: C:\Program Files\Microtrac FLEX 103.7\Databases\Micronized.MDB

FIG. 3A

Tamaño % de cambio % Pasada Tamaño (!m) % de cambio % Pasada Tamaño (!m) % de cambio % Pasada Tamaño (!m) % de cambio % Pasada

1408 0, 00 100 74, 00 0, 00 100 3, 89 3, 79 74, 44 0, 2040 0, 00 0, 00

1291 0, 00 100 67, 86 0, 00 100 3, 57 3, 83 70, 65 0, 1870 0, 00 0, 00

1184 0, 00 100 62, 23 0, 00 100 3, 27 3, 82 66, 82 0, 1720 0, 00 0, 00

1086 0, 00 100 57, 06 0, 00 100 2, 999 3, 80 63, 00 0, 1580 0, 00 0, 00

995, 6 0, 00 100 52, 33 0, 00 100 2, 750 3, 76 59, 20 0, 1450 0, 00 0, 00

913, 0 0, 00 100 47, 98 0, 00 100 2, 522 3, 68 55, 44 0, 1330 0, 00 0, 00

837, 2 0, 00 100 44, 00 0, 00 100 2, 312 3, 58 51, 76 0, 1220 0, 00 0, 00

767, 7 0, 00 100 40, 35 0, 00 100 2, 121 3, 52 48, 18 0, 1110 0, 00 0, 00

704, 0 0, 00 100 37, 00 0, 00 100 1, 945 3, 48 44, 66 0, 1020 0, 00 0, 00

645, 6 0, 00 100 33, 93 0, 00 100 1, 783 3, 50 41, 18 0, 0940 0, 00 0, 00

592, 0 0, 00 100 31, 11 0, 00 100 1, 635 3, 57 37, 68 0, 0860 0, 00 0, 00

542, 9 0, 00 100 28, 53 0, 00 100 1, 499 3, 64 34, 11 0, 0790 0, 00 0, 00

497, 8 0, 00 100 26, 16 0, 00 100 1, 375 3, 73 30, 47 0, 0720 0, 00 0, 00

456, 5 0, 00 100 23, 99 0, 00 100 1, 261 3, 75 26, 74 0, 0660 0, 00 0, 00

418, 6 0, 00 100 22, 00 0, 00 100 1, 156 3, 70 22, 99 0, 0610 0, 00 0, 00

383, 9 0, 00 100 20, 17 0, 00 100 1, 060 3, 53 19, 29 0, 0560 0, 00 0, 00

352, 0 0, 00 100 18, 50 0, 00 100 0, 972 3, 26 15, 76 0, 0510 0, 00 0, 00

322 8 0, 00 100 16, 96 0, 00 100 0, 892 2, 93 12, 50 0, 0470 0, 00 0, 00

296, 0 0, 00 100 15, 56 0, 00 100 0, 818 2, 53 9, 57 0, 0430 0, 00 0, 00

271, 4 0, 00 100 14, 27 0, 00 100 0, 750 2, 10 7, 04 0, 0390 0, 00 0, 00

248, 9 0, 00 100 13, 08 0, 00 100 0, 688 1, 67 4, 94 0, 0360 0, 00 0, 00

228, 2 0, 00 100 12, 00 0, 00 100 0, 630 1, 27 3, 27 0, 0330 0, 00 0, 00

209, 3 0, 00 100 11, 00 0, 20 100 0, 578 0, 88 2, 00 0, 0300 0, 00 0, 00

191, 9 0, 00 100 10, 09 0, 43 99, 80 0, 530 0, 59 1, 12 0, 0279 0, 00 0, 00

176, 0 0, 00 100 9, 25 0, 75 9931 0, 486 035 0, 53 0, 0255 0, 00 0, 00

161, 4 0, 00 100 8, 48 1, 14 98, 62 0, 446 0, 18 0, 18 0, 0234 0, 00 0, 00

148, 0 0, 00 100 7, 78 1, 61 97, 48 0, 409 0, 00 0, 00

135, 7 0, 00 100 7, 13 2, 07 95, 87 0, 375 0, 00 0, 00

124, 5 0, 00 100 6, 54 2, 51 93, 80 0, 344 0, 00 0, 00

114, 1 0, 00 100 6, 00 2, 89 91, 29 0, 315 0, 00 0, 00

104, 7 0, 00 100 5, 50 3, 19 88, 40 0, 289 0, 00 0, 00

95, 96 0, 00 100 5, 04 3, 44 85, 21 0, 265 0, 00 0, 00

88, 00 0, 00 100 4, 62 3, 61 81, 77 0, 243 0, 00 0, 00

80, 70 0, 00 100 4, 24 3, 72 78, 16 0, 223 0, 00 0, 00

- Análisis del tamaño de las partículas -

ACUMIST® B12 en agua

Apartado de datos Valor % Acumulación Tamaño (!m) Dia (!m) Vol % Anchura

MV (!m) : 2, 813 10% 0, 829 3, 02 73, 3 3, 81

MN (!m) : 0, 854 20% 1, 078 0, 913 26, 7 0.48

MA (!m) : 1, 699 30% 1, 360

CS: 3, 53 40% 1, 732

SD: 1, 956 50% 2, 216

Mz: 2, 695 60% 2, 802

SDg: 1, 914 70% 3, 52 Nombre UDef Dato UDef

Ski: 0, 436 80% 4, 43

Kg: 1, 047 90% 5, 76

95% 6, 86