Recubrimientos mejorados con bajo dióxido de titanio.

Una composición de recubrimiento acuoso que tiene un PVC (contenido de pigmento en volumen) de 78 a 85 %que comprende,

basado en el volumen total de sólidos del recubrimiento seco, a menos que se indique otra cosa,

a) partículas de pigmentos opacificantes que comprenden

i) de 3 a 10 % de dióxido de titanio

ii) de 0 a 20 % de partículas poliméricas huecas

b) partículas extensoras no opacificantes que comprenden

i) carbonato de magnesio y calcio y/o

ii) carbonato de calcio y/o

iii) nefelina sienita y/o

iv) caolín

donde i)+ii)+iii)+iv) ≥ 40 a 80 % y iv) es 0 a 20 %

c) partículas poliméricas aglutinantes con una Tg calculada según la ecuación Fox de 5 a 25 ºC que tienen un índicede acidez de 15 a 65 mg de KOH/g de polímero y en donde las partículas poliméricas se derivan de monómerosacrílicos y opcionalmente comprenden además estireno y/o sus derivados

d) dispersante que tiene un peso molecular promedio en peso de al menos 3500 Dalton y seleccionado en base aque la demanda de dispersante de una mezcla de las partículas de pigmentos opacificantes, que no sean laspartículas poliméricas huecas, de a) y de las partículas extensoras de b) sea mayor que 0,35 % en peso, calculadasobre el peso del dióxido de titanio y de las partículas extensoras

e) disolvente coalescente fugitivo

Recubrimientos mejorados con bajo dióxido de titanio Esta invención se refiere a composiciones de recubrimientos pigmentados con contenido energético reducido, especialmente a pinturas pigmentadas con un brillo de bajo a medio, conocidas también como pinturas mates o de brillo suave. Particularmente, esta invención se refiere a pinturas con un contenido de pigmento en volumen de 78 a 85 % y que tienen un brillo inferior al 30 % cuando se mide a 85º.

Las pinturas pigmentadas de colores claros generalmente contienen altos niveles de dióxido de titanio, TiO2. Esto es debido a que tales tonos pastel son predominantemente blancos con una pequeña cantidad añadida de color no blanco. El dióxido de titanio es la mejor fuente de blancura debido a su alto índice de refracción con respecto a los aglutinantes típicos utilizados en las pinturas. Desafortunadamente, el TiO2 requiere grandes cantidades de energía para ser extraído del suelo y ser purificado después. De hecho, en las pinturas conocidas con un alto contenido de pigmento en volumen (PVC) de color pastel/claro, por ejemplo blancos mate y tonos claros mate como las que se describen aquí más adelante, el alto contenido de TiO2 (generalmente de 10 a 20 % en volumen) utilizado para obtener el color y la opacidad deseados es el principal contribuyente al contenido energético total de la pintura.

Por contenido energético, se indica la energía necesaria para extraer, refinar y fabricar los ingredientes que forman parte de la pintura; y la energía necesaria para fabricar la propia pintura.

Debido a que la mayor parte de la energía es generada por la quema de combustible fósil, el alto contenido energético generalmente produce emisiones elevadas de dióxido de carbono - de aquí el uso de la medida alternativa “CO2 embebido” para indicar el contenido energético.

El efecto adverso de tales emisiones sobre el medio ambiente global, en especial sobre el cambio climático, es generalmente aceptado por la mayoría de los comentaristas serios. Por lo tanto, existe la necesidad de reducir la energía consumida en la producción de estas pinturas.

Una estrategia para esto, es reducir el contenido de TiO2 de la pintura. Sin embargo, esto reduce simplemente la opacidad del recubrimiento seco y, aunque el contenido energético de cada capa de pintura seca puede haberse reducido también, se necesitarán capas adicionales para conseguir la opacidad. En consecuencia, se pierde todo beneficio o, al menos, se reduce significativamente. Otras estrategias reemplazan algo o todo el TiO2 con pigmentos extensores tales como la tiza. Aunque dichos extensores requieren menos energía que el TiO2 para su extracción y refinado, el índice de refracción más bajo de dichos extensores es muy próximo al de los aglutinantes utilizados en la pintura. Por ello, no dispersan la luz tan bien como el TiO2, y para compensar la reducción de la cantidad de TiO2, se deben añadir más extensores a la pintura para alcanzar el color y la opacidad correctos. Sin embargo, esto aumenta aún más el PVC (contenido de pigmento en volumen) , eventualmente hasta el extremo de que quede atrapado aire en la película de pintura seca. Aunque esto aumenta la opacidad, usualmente produce también una menor resistencia al frote húmedo.

Una posible solución para este dilema es utilizar arcilla calcinada ya que tiene una buena opacidad y es menos perjudicial para la resistencia al frote. Sin embargo, la fabricación de arcilla calcinada requiere que la arcilla sea calentada a 1000 ºC así que se consumen grandes cantidades de energía. Evidentemente, esto no da como resultado ahorros significativos de energía y por lo tanto no es una opción preferida.

La patente de Estados Unidos US 4.277.385 describe composiciones de pintura que tienen un PVC entre 75 y 85 % y además explica que para evitar el craqueo en la películas de pintura con alto PVC, la formulación debe estar libre de pigmentos inorgánicos no opacificantes (otro nombre para los extensores) , reemplazándolos esencialmente por partículas de polímeros sólidos que no forman película. Sin embargo, en estas formulaciones no se hace ningún intento de minimizar el contenido de TiO2 y por lo tanto no se ofrece ninguna solución al problema del alto contenido energético ni de las emisiones elevadas de CO2.

La solicitud de patente europea EP 0113435 describe una pintura acuosa con un contenido reducido de TiO2 en un PVC de 20 a 80 %. Explica cómo utilizar mezclas que contienen perlas de polímeros pigmentadas vesiculadas y partículas más grandes de polímeros opacas que tienen micro-hoyuelos pero no pigmentos, con el fin de reemplazar el TiO2 a la vez que se mantiene la resistencia a la abrasión/frote. Sin embargo, tal como se señala en dicha solicitud, las propias perlas de polímeros vesiculadas pigmentadas contienen TiO2 y, por lo tanto, aumentan considerablemente el contenido de TiO2. Esto contribuye poco, o nada, a reducir el contenido energético total de la pintura. Las perlas de polímeros vesiculadas pigmentadas son partículas de polímeros que contienen ambos, TiO2 y micro-hoyuelos.

Por lo tanto, existe la necesidad de mejores composiciones de pinturas que tengan un contenido reducido de TiO2 , y de este modo un contenido energético bajo, a la vez que tengan también una buena opacidad y una buena resistencia al frote húmedo.

Por consiguiente, se proporciona una composición de recubrimiento acuoso pigmentado que tiene un PVC (contenido de pigmento en volumen) de 78 a 85 %, que comprende, basado en el volumen total de sólidos del recubrimiento seco, a menos que se establezca otra cosa:

a) partículas de pigmentos opacificantes que comprenden i) de 3 a 10 % de dióxido de titanio ii) de 0 a 20 % de partículas poliméricas huecas b) partículas extensoras no opacificantes que comprenden i) carbonato de magnesio y calcio y/o ii) carbonato de calcio y/o iii) nefelina sienita y/o iv) caolín en donde i) +ii) +iii) +iv) = 40 a 80 % y iv) es 0 a 20 %

c) partículas poliméricas aglutinantes con una Tg calculada según la ecuación Fox de 5 a 25 ºC que tienen un índice de acidez de 15 a 65 mg de KOH/g de polímero y en donde las partículas poliméricas se derivan de monómeros acrílicos y opcionalmente comprenden además estireno y/o sus derivados d) dispersante que tiene un peso molecular promedio en peso, de al menos 3500 Dalton y seleccionado en base a que la demanda de dispersante de una mezcla de las partículas de pigmentos opacificantes, que no sean las partículas poliméricas huecas, de a) y de las partículas extensoras de b) , sea mayor que 0, 35 % en peso, calculada sobre el peso del dióxido de titanio y de las partículas extensoras, tal como se determina por el método que se describe aquí más adelante e) disolvente coalescente fugitivo.

Preferiblemente, el contenido de pigmento en volumen es de 79 a 85, más preferiblemente de 80 a 85, aún más preferiblemente de 80 a 84 y lo más preferiblemente de 81 a 83 %. Cualquier diferencia entre el nivel real de PVC y la suma de a) y b) se completa con otros pigmentos extensores no opacificantes como se definen aquí más adelante.

Preferiblemente, las partículas de pigmentos opacificantes son blancas.

Más preferiblemente, las partículas de pigmentos opacificantes consisten en TiO2 y partículas poliméricas huecas. Aún más preferiblemente, las partículas de pigmentos opacificantes consisten únicamente en TiO2. En esta invención se prefiere el TiO2 producido por el procedimiento bien conocido del cloruro, ya que éste requiere menos energía para la fabricación y por lo tanto introduce menos CO2 embebido al recubrimiento.

El dióxido de titanio está preferiblemente en la forma de rutilo ya que la anatasa es un dispersor menos eficiente y, por lo tanto, se necesita una mayor cantidad para alcanzar el mismo grado de opacidad.

Preferiblemente, el TiO2 constituye 3 a 9, más preferiblemente de 3 a 8, aún más preferiblemente de 5 a 8, todavía más preferiblemente de 6 a 8, incluso más preferiblemente de 5 a 7 y lo más preferiblemente de 6 a 7 % en volumen de la composición.

Las partículas poliméricas huecas, preferiblemente esféricas, se pueden utilizar también para proporcionar opacidad blanca. Tales partículas apropiadas contienen un hueco de 30 a 50 % en volumen de la partícula. Dichas partículas se encuentran disponibles como dispersiones acuosas bajo el nombre comercial Ropaque™. Sin embargo, la composición, preferiblemente, contiene menos del 10 % en volumen de dichos pigmentos blancos esféricos huecos poliméricos porque ellos contribuyen significativamente al contenido energético de la pintura. Adicionalmente, ellos tienden a proporcionar un brillo no deseado a la... [Seguir leyendo]

1. Una composición de recubrimiento acuoso que tiene un PVC (contenido de pigmento en volumen) de 78 a 85 % que comprende, basado en el volumen total de sólidos del recubrimiento seco, a menos que se indique otra cosa,

a) partículas de pigmentos opacificantes que comprenden i) de 3 a 10 % de dióxido de titanio ii) de 0 a 20 % de partículas poliméricas huecas b) partículas extensoras no opacificantes que comprenden i) carbonato de magnesio y calcio y/o ii) carbonato de calcio y/o iii) nefelina sienita y/o iv) caolín donde i) +ii) +iii) +iv) = 40 a 80 % y iv) es 0 a 20 %

c) partículas poliméricas aglutinantes con una Tg calculada según la ecuación Fox de 5 a 25 ºC que tienen un índice de acidez de 15 a 65 mg de KOH/g de polímero y en donde las partículas poliméricas se derivan de monómeros acrílicos y opcionalmente comprenden además estireno y/o sus derivados d) dispersante que tiene un peso molecular promedio en peso de al menos 3500 Dalton y seleccionado en base a que la demanda de dispersante de una mezcla de las partículas de pigmentos opacificantes, que no sean las partículas poliméricas huecas, de a) y de las partículas extensoras de b) sea mayor que 0, 35 % en peso, calculada sobre el peso del dióxido de titanio y de las partículas extensoras e) disolvente coalescente fugitivo.

2. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 1, en donde cualquier diferencia entre el PVC real y la suma de a) y b) se completa con otras partículas extensoras no opacificantes.

3. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 1, en donde los pigmentos opacificantes son blancos.

4. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 3, en donde los pigmentos opacificantes blancos se seleccionan entre dióxido de titanio y partículas poliméricas huecas.

5. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las esferas poliméricas huecas comprenden menos del 10 % en volumen.

6. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las partículas extensoras se seleccionan del grupo que consiste en carbonato de magnesio y calcio, carbonato de calcio, nefelina sienita, y caolín.

7. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 6, en donde de 20 a 50 % del volumen total de sólidos del recubrimiento seco comprende partículas extensoras de d50 ≤ 2 micras.

8. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el aglutinante polimérico se deriva de estireno, acrilato de butilo y ácido acrílico.

9. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el aglutinante comprende de 5 a 20 % del recubrimiento seco.

10. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el índice de acidez del aglutinante polimérico es de 15 a 60 mg de KOH/g de polímero.

11. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el componente ácido comprende ácido acrílico y/o ácido metacrílico y/o ácido maleico y/o sus anhídridos.

12. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la demanda de dispersante se estima por el siguiente método o su equivalente i) añadir gradualmente un dispersante a una dispersión acuosa del pigmento opacificante no polimérico y de las partículas extensoras y monitorizar la viscosidad de la mezcla resultante para determinar la viscosidad mínima, ii) identificar la cantidad de dispersante añadida para alcanzar la viscosidad mínima, como la demanda de dispersante.

13. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene hasta un 4 % en peso de disolvente coalescente basado en la formulación líquida.

14. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el disolvente coalescente reduce la Tg calculada según la ecuación de Fox del aglutinante polimérico de -10 a -80 ºC.

15. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y que contiene además pigmentos coloreados.

16. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y que tiene cuando está seca un color que satisface los criterios de

C* < Ccrítico y Y > mC* + 35

cuando se calcula utilizando m y Ccrítico según la siguiente tabla

Ángulo de tono h* m Ccrítico

0 0, 098 39, 063

10 0, 063 42, 739

20 0, 231 40, 130

30 0, 399 37, 522

40 0, 498 37, 444

50 0, 579 38, 000

60 0, 655 39, 500

70 0, 732 41, 000

80 0, 793 45, 286

90 0, 854 49, 571

100 0, 803 47, 136

110 0, 740 43, 955

120 0, 663 41, 727

130 0, 580 39, 909

140 0, 498 38, 565

150 0, 416 37, 696

160 0, 346 37, 381

170 0, 318 39, 586

180 0, 283 40, 850

190 0, 190 39, 350

200 0, 101 38, 000

210 0, 060 38, 000

220 0, 021 38, 333

230 -0, 007 40, 000

240 -0, 041 40, 314

250 -0, 083 38, 600

260 -0, 125 36, 886

270 -0, 167 35, 171

280 -0, 152 34, 640

290 -0, 131 34, 240

300 -0, 079 34, 000

310 0, 016 34, 000

320 0, 112 34, 000

330 0, 207 34, 000

340 0, 235 34, 471

350 0, 161 35, 647

360 0, 098 39, 063

17. Una composición de recubrimiento según la reivindicación 16, que tiene un valor de C* inferior a 5 y un valor de Y superior a 85.

18. Una composición de recubrimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y que tiene un brillo de menos del 15 % cuando se mide a 85º.

19. Un método para recubrir un artículo o una estructura que tienen una superficie, con una composición tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye las etapas de aplicar al menos una capa liquida del recubrimiento mediante un pincel, rodillo, almohadilla o pulverización; dejando o haciendo que la capa se seque y/o se endurezca.

20. Un artículo o una estructura con una superficie recubierta con una composición tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

Fig. 1 Fig. 2