PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE PIGMENTOS HIDROFOBOS DE ÓXIDOS INORGÁNICOS.

Procedimientos para la preparación de pigmentos hidrófobos de óxidos inorgánicos Campo de la invención: La invención se refiere en general a la preparación de pigmentos hidrófobos a base de óxidos inorgánicos, y más específicamente a procedimientos para el tratamiento de pigmentos de óxidos inorgánicos en medio acuoso con compuestos orgánicos de silicio con el fin de introducir características hidrófobas al pigmento. Antecedentes de la invención: El dióxido de titanio (TiO2) es el pigmento blanco principal utilizado para blanquear, dar brillo y opacidad al papel, pinturas y plásticos. Al igual que muchos otros óxidos inorgánicos, el pigmento de TiO2 no tratado es de naturaleza hidrófila y, como tal, es mojado fácilmente por el agua pero no mojado por sustancias no polares, como hidrocarburos, plásticos, etc. Por lo tanto, con el fin de incorporar TiO2 a plásticos, pinturas a base de aceites y otras sustancias no polares, la superficie del TiO2 con frecuencia debe hacerse hidrófoba para mejorar la capacidad de dispersión del pigmento en la sustancia no polar y mejorar otras propiedades de la sustancia pigmentada resultante. Se han desarrollado numerosos agentes para hacer hidrófobo al TiO2, que incluyen derivados fosforilados de ácidos grasos, dialquilsulfosuccinatos y diversos agentes a base de silicona. Algunos ejemplos de agentes a base de silicona incluyen silanos, silanos sustituidos, hidrosilatos y condensados de estos silanos, siloxanos, polisiloxanos, y siloxanos y polisiloxanos sustituidos. Los grupos sustituidos son a menudo orgánicos y/o funcionales, es decir, grupos químicamente reactivos. A los efectos de esta divulgación esta clase de agentes silanos, siloxanos y polisiloxanos sustituidos se denominarán como agentes orgánicos de silicio. En un enfoque para la preparación de pigmentos de TiO2 hidrófobos, las partículas de TiO2 son tratadas con compuestos orgánicos de silicio químicamente no reactivos, como polidimetilsiloxanos u otros de estos agentes. Por lo general, estos agentes se aplican a óxidos inorgánicos, como los pigmentos, rociando los agentes sin diluir o en solución sobre las superficies de las partículas. Sin embargo, los pigmentos resultantes muestran comúnmente propiedades físicas deficientes para aplicaciones a alta temperatura y el agente no reactivo puede migrar de la superficie del pigmento produciendo problemas potenciales con el sellado por calor, claridad de impresión y otros problemas relacionados en el producto pigmentado final. La Patente de EE.UU. Núm. 5.759.255 desvela un pigmento nacarado que tiene resistencia a la humedad y resistencia a la intemperie mejoradas, realizado mediante un pigmento nacarado de mica revestido con un óxido metálico que tiene una superficie tratada con aluminio o aluminio-cerio en combinación con un agente de acoplamiento de silano hidrolizado. Otro enfoque para la preparación de un pigmento de TiO2 hidrófobo implica el tratamiento de los pigmentos inorgánicos con un silano reactivo que se une directamente a la superficie del pigmento. Las Patentes de EE.UU. Números 5.607.994; 5.631.310; 5.889.090; y 5.959.004 (todas ellas asignadas a E.I. du Pont de Nemours and Company, en adelante denominadas colectivamente como Patentes de DuPont) enseñan el revestimiento de un pigmento de TiO2 con octiltrietoxisilano en el que se pretende que el silano se una directamente a la superficie del pigmento. Por lo general, el silano reactivo, por ejemplo un octiltrietoxisilano en las Patentes de DuPont, se rocía directamente sobre el pigmento cuando el pigmento está seco o incorporado en una torta de filtración. Algunos procedimientos de la técnica anterior usan mezcladores mecánicos para facilitar la dispersión del silano en el pigmento. Las desventajas de estas técnicas de la técnica anterior incluyen el revestimiento incompleto de las partículas de pigmento por el silano reactivo, incluso con el mezclado mecánico, y una unión menos que óptima del silano reactivo a la superficie de las partículas de pigmento. Además, estas técnicas también producen problemas de procesamiento con respecto a la fabricación del pigmento y con frecuencia introducen problemas ambientales mediante la generación de compuestos orgánicos volátiles, como etanol. Otros procedimientos de la técnica anterior incluyen la aplicación de silanos reactivos en una suspensión orgánica con el fin de obtener un revestimiento más completo y uniforme de las partículas de pigmento. Las desventajas de estas técnicas son que generalmente el disolvente orgánico debe ser removido antes de que pueda proceder el procesamiento del pigmento; por lo que se añade un paso de procesamiento adicional y costoso a la producción del pigmento. Los inventores de la patente anterior, Patente de EE.UU. Número 5.653.794, describen una técnica que supera las desventajas de la utilización de disolventes orgánicos y los problemas ambientales de la técnica anterior con respecto a la generación de compuestos orgánicos volátiles. Esta patente describe un procedimiento de tratamiento para un pigmento TiO2 en el que se añade un halosilano a una suspensión acuosa de pigmento de TiO2 y agua. El uso de un halosilano, como octiltriclorosilano, evita la generación de compuestos orgánicos volátiles, como el etanol. En este procedimiento, se genera ácido clorhídrico en solución como el subproducto de la reacción de hidrólisis de los silanos. Dado que el ácido clorhídrico está en solución, puede ser neutralizado fácilmente y eliminado en forma de 2 E00975613 29-12-2011   sal; evitando así los problemas ambientales asociados con la liberación de compuestos orgánicos volátiles. Por otra parte, debido a que la reacción tiene lugar en una suspensión acuosa de pigmento y agua este procedimiento de tratamiento no requiere la eliminación de disolventes orgánicos del pigmento con el fin de continuar con el procesamiento. Se ha encontrado, sin embargo, que la adición del halosilano a una solución acuosa de pigmento y agua da como resultado una mezcla de alta viscosidad que a menudo es difícil de procesar. La presente invención supera esta dificultad mientras mantiene las ventajas de la Patente de EE.UU. Núm. 5.653.794. Sumario de la invención: La presente invención proporciona un procedimiento de tratamiento tal como se define en las reivindicaciones para dar partículas de óxidos inorgánicos, como un pigmento de TiO2, hidrófobo que evita los inconvenientes de la técnica anterior. Se ha encontrado que mediante la predispersión de un organohalosilano adecuadamente reactivo en un medio acuoso y el uso intensivo de medios de mezclado (como un emulsificador de rotor estator o un mezclador estático en línea), puede prepararse una dispersión de reactivos. Cuando esta dispersión se combina con partículas de óxido inorgánico, como un pigmento de TiO2, con agitación suficiente, los problemas expuestos anteriormente de la técnica anterior son eliminados. El procedimiento de la presente invención proporciona ventajas de procesamiento inesperadas en la preparación de pigmentos y produce un producto pigmento más económico. El tiempo de preparación del pigmento y los requerimientos de energía del equipo de procesamiento se reducen. Además, los pigmentos hidrófobos preparados mediante el uso de la presente invención tienen buenas propiedades de rendimiento, como capacidad de dispersión en sustancias no polares (es decir, plásticos), y no degradan las propiedades físicas de la sustancia no polar pigmentada, como la resistencia a la formación de orificios de los termoplásticos. Descripción detallada de la invención: La presente sección detalla las realizaciones preferidas de la invención. Estas realizaciones se presentan para ilustrar la invención y ayudar en su comprensión. Dado que esta divulgación no es una introducción a los óxidos inorgánicos o la producción de pigmentos de TiO2 o su tratamiento o el diseño, fabricación u operación de recipientes de tratamiento, los conceptos básicos conocidos o fácilmente determinables por los expertos en el campo de la producción de TiO2 no han sido expuestos en detalle. Conceptos como la elección de materiales o disolventes adecuados para la fabricación, o aditivos adecuados para el procedimiento de tratamiento, o condiciones adecuadas para operar el procedimiento de tratamiento son conocidos o fácilmente determinables por los expertos en la industria. La atención se dirige a los textos adecuados y referencias conocidas para aquellos en el campo de la técnica para más detalles con respecto a estos y otros conceptos que puedan ser necesarios en la práctica de la invención. Los procedimientos para el tratamiento de un pigmento de TiO2 con compuestos orgánicos de silicio son bien conocidos en la técnica anterior y se discuten en numerosas referencias, incluyendo las... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar un óxido inorgánico hidrófobo que comprende las etapas de: (i) mezclar un silano reactivo que tiene una fórmula RnSiX4-n en la que R representa un grupo alquilo, aril cicloalquilo o alquilarilo saturado o insaturado, ramificado o no ramificado que tiene 1 a 20 átomos de carbono. X representa un halógeno y n=1 o 2, con un medio acuoso de modo que el silano reactivo se condense sustancialmente y forme una dispersión acuosa reactiva y, (ii) mezclar la dispersión acuosa resultante con una suspensión de óxido inorgánico en agua para producir una mezcla, (iii) formar un revestimiento hidrófobo en el óxido inorgánico a través de una reacción química entre el óxido inorgánico y la dispersión, en la que el óxido inorgánico es un dióxido de titanio. 2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el silano reactivo se mezcla con el medio acuoso en la etapa (i) usando un mezclador rotor-estator en línea o un emulsificador. 3. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el silano reactivo se mezcla con un medio acuoso a un pH superior a 9. 4. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el óxido inorgánico se selecciona del grupo que consiste en óxidos de titanio, caolín y otras arcillas, óxido de aluminio, óxido de silicio, trihidratos de aluminio, óxidos de circonio, óxidos de zinc, óxidos de hierro, pigmentos de cadmio, pigmentos de cromato, óxidos de cromo, fibras de vidrio, copos de vidrio, y wollastonita. 5. El procedimiento de la reivindicación 3 en el que el dióxido de titanio ha sido tratado por deposición en el mismo de fosfato, óxido de aluminio, óxido de silicio u óxido de circonio. 6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que X es un grupo cloro, n=1, y R es un grupo alquilo que tiene 1 a 20 carbonos. 7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el silano se selecciona del grupo que consiste en hexiltriclorosilano, hexildiclorosilano, octiltriclorosilano, octildiclorosilano y mezclas de los mismos. 8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además las etapas siguientes: agitación de la mezcla hasta obtener una viscosidad uniforme; ajuste del pH de la mezcla a un pH en el intervalo de aproximadamente 6,5 a aproximadamente 10; y envejecimiento de la mezcla. 9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la mezcla se agita hasta alcanzar una viscosidad Brookfield en el intervalo de aproximadamente 400 a aproximadamente 500 cps. 10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 que comprende además las etapas de: separación del óxido inorgánico hidrófobo formado a partir de la mezcla; lavado de los óxidos inorgánicos hidrófobos separados; secado del óxido; y micronización del óxido. 11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 en el que el óxido inorgánico hidrófobo separado se lava hasta que el óxido tiene una resistividad eléctrica de al menos 3000 ohmios. 12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 en el que la micronización se realiza utilizando un micronizador de vapor, un micronizador de aire o ambos. 7 E00975613 29-12-2011   13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la cantidad de silano reactivo es suficiente para formar un revestimiento hidrófobo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5 por ciento en peso basado en el peso del óxido inorgánico hidrófobo. 14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 para la preparación de un dióxido de titanio hidrófobo que comprende las etapas de: (i) mezclar un silano reactivo que tiene una fórmula RnSiCl4-n en la que R representa un grupo alquilo saturado o insaturado, ramificado o no ramificado que tiene de 4 a 10 átomos de carbono, Cl representan un grupo cloro y n=1 o 2, con un medio acuoso a un pH de aproximadamente 9 o mayor, de modo que el silano reactivo se condense sustancialmente y forme una dispersión acuosa reactiva; (ii) mezclar la dispersión acuosa resultante con una suspensión de dióxido de titanio y agua para formar una mezcla en la que la dispersión reacciona químicamente con el dióxido de titanio directamente o con calentamiento o secado subsiguientes para formar un dióxido de titanio hidrófobo; (iii) agitar la mezcla hasta obtener una viscosidad uniforme; (iv) ajustar el pH de la mezcla a un pH en el intervalo de aproximadamente 6,5 a aproximadamente 10; (v) envejecer la mezcla; (vi) separar el pigmento de dióxido de titanio hidrófobo formado a partir de la mezcla; (vii) lavar el dióxido de titanio hidrófobo separado hasta que el óxido tiene una resistividad eléctrica de al menos 3000 ohmios; (viii) secar el pigmento; y (ix) micronizar el pigmento utilizando un micronizador de vapor, un micronizador de aire o ambos. 15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 en el que la cantidad de silano reactivo es suficiente para formar un revestimiento hidrófobo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5 por ciento en peso basado en el peso del pigmento dióxido de titanio hidrófobo. 16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 en el que el silano se selecciona del grupo que consiste en hexiltriclorosilano, hexildiclorosilano, octiltriclorosilano, octildiclorosilano, o mezclas de los mismos. 8 E00975613 29-12-2011