BRPI0715813B1 - Processo para fabricar uma dispersão compreendendo fosfato de alumínio amorfo - Google Patents

Abstract

patente de invenção:"preparação de partículas de fosfato ou de polifosfato de alumínio". a presente invenção refere-se a um processo para a preparação de um pigmento com base em um fosfato ou de um polifosfato de alumínio amorfo através da reação do fosfato de alumínio e aluminato de sódio. o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado através de uma densidade esquelética de menos do que 2,50 gramas por centímetro cúbico e uma proporção molar de fósforo para alumínio maior do que 1. em uma modalidade, a composição é útil em tintas como um substituto para o dióxido de titânio.

Description

PEDIDOS DE PATENTE ANTERIORES RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica prioridade com relação ao Pedido de Patente Provisório U.S. N° 60/837.397, depositado em 11 de agosto de 2006, e ao Pedido de Patente Provisório U.S. N° 60/903.237, depositado em 22 de fevereiro de 2007. Com relação à finalidade da política de patentes U.S., os conteúdos de ambos os pedidos de patente provisórios ficam incorporados aqui, neste pedido de patente por referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

São proporcionados aqui, neste pedido de patente, processos para a fabricação de composições que compreendem fosfato de alumínio, ortofosfato de alumínio ou polifosfato de alumínio que compreendem partículas ocas. Também são providos usos de tais partículas como pigmentos em tintas. Também são providas composições de fosfato de alumínio, ortofosfato de alumínio ou polifosfato de alumínio na forma de uma pasta fluida. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio, ortofosfato de alumínio ou polifosfato de alumínio também compreendem um íon, tal como o íon de sódio, fosfato ou lítio.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O dióxido de titânio é o pigmento branco mais comum devido a sua forte capacidade de retrodispersar a luz visível, que por sua vez depende do índice de refração do mesmo. Têm sido procurados substitutos para o dióxido de titânio, porém os índices de refração de ambas as formas de anatásio e de rutila desse óxido são muito mais elevadas do que aquelas de qualquer outro pó branco, devido às razões estruturais.

[004] Os pigmentos de dióxido de titânio são insolúveis em veículos para revestimento nos quais eles são dispersos. As propriedades de desempenho desses pigmentos de óxido de titânio incluindo as características físicas e químicas dos mesmos são determinadas através do tamanho de partícula do pigmento e a composição química da superfície do mesmo. O dióxido de titânio está comercialmente disponível em duas estruturas de cristal, anatásio e rutila. Os pigmentos de dióxido de titânio de rutila são de preferência, na medida em que eles de espalham de forma mais eficiente e são mais estáveis e duráveis do que os pigmentos de anatásio. O titânio se espalha de forma ligeiramente forte devido ao alto índice de refração, o que é marcadamente diferente a partir daquele da maioria dos componentes das resinas ou das tintas. As capacidades decorativas e funcionais do dióxido de titâniosão devidas a sua força de dispersão que torna o mesmo um pigmento altamente desejável. No entanto, o dióxido de titânio é conhecido como sendo um pigmento dispendioso para ser fabricado. Por consequência, existe uma necessidade com relação a um substituto mais disponível para o dióxido de titânio como um pigmento. Também existe a necessidade com relação a métodos para a fabricação mais efetiva em custos do fosfato de alumínio com partículas ocas.

[005] Diversas publicações descrevem a síntese do fosfato de alumínio para diversos usos; por exemplo, a Patente U.S. 4.542.001 descreve a preparação de fosfato de alumínio cristalino através da reação de vários hidróxidos de alumínio, aluminas e ácido fosfórico para serem usados como um material catalítico ou material eletrônico. A FR 2357866 e a GB 1403242 descrevem a preparação de gel de fosfato de alumínio através da reação do aluminato de sódio, ácido fosfórico e sulfato de alumínio. O gel de fosfato de alumínio preparado através do processo é útil como um agente terapêutico. A Publicação U.S. N° 2006/045831 descreve um pigmento branco que compreende partículas de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo para o uso em tintas. As partículas de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo são preparadas através da reação de ácido fosfórico, sulfato de alumínio e hidróxido de sódio ou de amônio.

[006] A Patente U.S. N° 6.0022.513 descreve um processo para a preparação de fosfato de alumínio amorfo com a utilização de uma solução básica de sais tais como uma mistura de aluminato de sódio e fosfato de sódio que é neutralizada com uma solução aquosa de um ácido tal como o HCl com um pH de menos do que 6. O fosfato de alumínio amorfo tem uma micro estrutura de folhas bem como de esferas de fosfato de alumínio e é útil como um suporte para catalisador. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] É provido aqui, neste pedido de patente, um processo para a fabricação de fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato amorfo de alumínio compreendem também um íon, tal como um íon de sódio, potássio, ou lítio. Em uma modalidade, o processo compreende a reação do ácido fosfórico e hidróxido de alumínio para a produção de uma solução ou uma suspensão ácida de fosfato de alumínio. O processo pode ainda compreender a etapa de neutralização. A etapa de neutralização pode ser executada através do aluminato de sódio.

[008] Em determinadas modalidades, o processo para a fabricação de um fosfato ou polifosfato de alumínio compreende a reação do ácido fosfórico, hidróxido de alumínio e do aluminato de sódio.

[009] Em uma modalidade, o processo para a fabricação de um fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo compreende a reação de uma solução ácida de fosfato de alumínio e aluminato de sódio.

[0010] Em uma modalidade, a reação compreende duas etapas. Na primeira etapa, o ácido fosfórico reage com o hidróxido de alumínio para a produção de uma solução ácida de fosfato de alumínio. Em uma modalidade, o fosfato de alumínio é produzido como um fosfato de alumínio solúvel em água. Em determinadas modalidades, o pH do fosfato de alumínio solúvel em água é de menos que cerca de 3,5. Em determinadas modalidades, o pH é de cerca de 3, 2,5, 2, 1,5, ou 1. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio é produzido como uma dispersão fina de sólido-líquido em um pH mais elevado. Em uma modalidade o pH é de cerca de 3, 4, 5 ou 6.

[0011] Em uma segunda etapa, a solução ou a dispersão aquosa ácida de fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química é posta em reação com aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o aluminato de sódio é usado em uma solução em água com um pH maior do que cerca de 10. Em uma modalidade, o pH da solução em água de aluminato de sódio é maior do que cerca de 11, 12 ou 13. Em uma modalidade, o pH da solução em água de aluminato de sódio é maior do que 12. Em uma modalidade, o fosfato de alumínio é gerado como um precipitado sólido. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio é gerado como um precipitado sólido. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e de alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 0,85 e uma proporção molar de Na/Al = 0,50. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 1,0 e uma proporção molar de Na/Al = 0,76. Em determinadas modalidades, as moléculas com outras proporções de formulação podem ser obtidas através dão mesmo procedimento.

[0012] Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado é adicionado ao ácido fosforoso na primeira etapa química. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado é adicionado à solução líquida purificada de aluminato de sódio para a formação de uma solução coloidal ou uma solução verdadeira. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado sólido é adicionado diretamente como um sólido ou uma suspensão de sólido-líquido em água na segunda etapa de reação. Em determinadas modalidades, a reação é executada em uma única etapa.

[0013] Em determinadas modalidades, o reator para a realização da segunda etapa da reação, isto é, a reação de uma solução ou dispersão de fosfato de alumínio aquosa ácida a partir da primeira etapa química com o aluminato de sódio, tem uma misturação e uma performance de esforço de cisalhamento muito alto para a misturação dos reagentes e para a geração de um precipitado sólido com a distribuição de tamanho de partícula desejado. Em determinadas modalidades, as propriedades de dispersão do reator podem ser ajustadas com relação às necessidades do processo de secagem por pulverização.

[0014] Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende um íon, tal como um íon de sódio,potássio ou lítio. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende sódio. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade de esqueleto entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetrocúbico. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para alumínio de mais do que 0,8 ou 1,3. O fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo pode estar em uma forma de pasta fluida. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo está em uma forma de pó e, por exemplo, tem de um a quatro espaços vazios por partícula de pó de fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo. A forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio médio individual de partícula de entre 10 e 40 nanometros.

[0015] O fosfato ou o polifosfato de alumínio pode ser usado como um ingrediente em uma tinta, e de preferência, como um substituto (em parte ou no total) com relação ao dióxido de titânio. O produto também pode ser usado como um ingrediente em um verniz, tinta para impressão, ou plástico. O fosfato ou o polifosfato de alumínio pode ser secado em temperaturas abaixo de 130°C, e mesmo em temperatura ambiente, para a produção de um pó que contenha de 10 a 20 por cento de água.

[0016] Em uma modalidade, o processo para a fabricação do fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo compreende em geral as seguintes etapas: combinando ácido fosfórico e hidróxido de alumínio seguido pela neutralização com aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o processo ainda compreende a filtragem e a lavagem do produto a partir de uma suspensão dentro de uma torta. A torta lavada pode ser em seguida dispersa em um solvente. Em uma modalidade, o processo envolve a secagem da torta. Em outras modalidades, o produto seco é polimerizado. Em outra modalidade, o processo compreende a etapa da micronização do produto.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[0017] Na descrição que se segue, todos os números descritos aqui, neste pedido de patente são de valores aproximados. Eles podem variar a partir de 1 por cento, 2 por cento, 5 por cento ou, algumas vezes de 10 a 20 por cento. Sempre que uma faixa numérica com um limite mais baixo, RL e um limite mais alto RU, sejam descritas, qualquer número que caia dentro da faixa é especificamente descrito, de forma específica os números que se seguem no interior da faixa seja especificamente descrito: R=RL+k*(RU-RL), na qual k é uma variável que varia a partir de 1 por cento até 100 por cento com aumentos de 1 por cento, isto é, k é 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento, 4 por cento, 5 por cento..., 50 por cento, 51 por cento, 52 por cento,..., 95 por cento, 96 por cento, 97 por cento, 98 por cento, 99 por cento ou 100 por cento. Além do mais, qualquer faixa numérica definida através de dois números R como definidos acima também é especificamente descrita.

[0018] É provida aqui, neste pedido de patente uma composição de fosfato de alumínio que compreende fosfato de alumínio, polifosfato de alumínio, metafosfato de alumínio, ou uma mistura dos mesmos. As expressões "fosfato de alumínio"e "composição de fosfato de alumínio" na forma usada aqui, neste pedido de patente, são destinadas a incluir tanto o fosfato de alumínio, bem como o polifosfato de alumínio, metafosfato de alumínio, e as misturas dos mesmos. O termo "vazio" referido aqui, neste pedido de patente, é em geral sinônimo com a expressão "partícula oca" e também é descrito aqui, neste pedido de patente como um "vazio fechado". O vazio (ou vazio fechado ou partícula oca) faz parte de uma estrutura de núcleo e envoltório da mistura do fosfato de alumínio. Os vazios podem ser observados e/ou caracterizados tanto com a utilização de microscópios de elétrons de varredura ou de transmissão ("TEMs" ou "SEMs"). O uso de TEMs ou de SEMs é bem conhecido daquelas pessoas versadas na técnica. Em geral a mi- croscopia ótica é limitada, pelo comprimento de onda da luz, para resoluções na faixa de uma centena e usualmente centenas de nanometros. Os TEMs e SEMs não têm essa limitação e são capazes de atingir a uma resolução consideravelmente mais alta, na faixa de uns poucos nanometros. Um microscópio ótico usa lentes óticas para a focali- zação de ondas de luz dobrando as mesmas, enquanto que um microscópio eletrônico usa lentes eletromagnéticas para a focalização dos feixes de elétrons através da dobragem dos mesmos. Os feixes de elétrons proporcionam grandes vantagens com relação aos feixes de luz tanto no controle dos níveis de ampliação como na clareza da imagem que pode ser produzida. Os microscópios de varredura eletrônica complementam os microscópios de transmissão de elétrons em que eles proporcionam uma ferramenta para ser obtida uma imagem tridimensional da superfície de uma a mostra.

[0019] Os sólidos amorfos (isto é, não-cristalinos) exibem diferenças a partir de suas contrapartes cristalinas com uma composição similar, e essas diferenças podem produzir propriedades vantajosas. Por exemplo, essas diferenças podem incluir uma ou mais dos que se segue: (i) os sólidos não-cristalinos não difratam os raios-x em ângulos definidos com precisão porém podem produzir ao invés um halo de dispersão ampla, (ii) os sólidos não-cristalinos não têm uma estequio- metria bem definida, dessa forma eles podem cobrir uma ampla faixa de composições químicas; (iii) a variabilidade das composições químicas incluem a possibilidade da incorporação de outros constituintes iônicos que os íons de alumínio e de fosfato; (iv) como os sólidos amorfossão meta estáveis de forma termodinâmica, eles podem demonstrar uma tendência para serem submetidos a mudanças morfológicas,químicas e estruturais espontâneas; e (v) a composição química da superfície de partículas cristalinas é altamente uniforme enquanto que a composição química da superfície de partículas amorfas pode exibir diferenças grandes ou pequenas, tanto abrutas como graduais. Além disso, embora as partículas de sólidos cristalinos tendam a cresceratravés de mecanismos bastante conhecidos do amadurecimento de Oswald, as partículas não-cristalinas podem se expandir ou inchar e encolher (desinchar) através da absorção e a desabsorção de água, formando um material do tipo de gel ou de plástico que é deformado com facilidade quando submetido às forças de cisalhamento, compressão ou de capilaridade.

Processos para a preparação de fosfato de alumínio amorfo

[0020] Em um aspecto, é provido aqui, neste pedido de patente um processo sintético que produz fosfatos de alumínio não-cristalinos com propriedades especiais. O processo é descrito nas etapas gerais que se seguem. Uma pessoa versada na técnica irá reconhecer que determinadas etapas podem ser alteradas ou da mesma forma omiti- das. Em uma modalidade, as etapas do processo incluem: preparação dos reagentes principais usados no processo, tais como a solução de ácido fosfórico, hidróxido de alumínio hidratado sólido e solução de aluminato de alumínio; adição dos reagentes em um reator equipado com um sistema de agitação para manter a homogeneidade da mistura durante o processo; controle, durante a adição dos reagentes no reator, da temperatura e do pH da mistura e o tempo de reação; filtragem da suspensão; remoção das impurezas presentes na torta de filtragem por lavagem; dispersão da torta lavada em um dispersador adequado; secagem da polpa dispersada em um secador turbo ou secador por atomização; micronização do produto secado para uma gra- nulometria média de 1,0 até 10 mícrons; e polimerização do produto secado através de tratamento térmico do fosfato de alumínio em um calcinador. Em determinadas modalidades, o processo compreende uma etapa de pré-mistura das soluções do ácido fosfórico e do sulfato de alumínio antes da adição ao reator. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio em pigmentos podem ser preparados e usados como uma polpa em pasta fluida (dispersão com um elevado conteúdo de sólidos, que flui sob a ação da gravidade ou de bombas de baixa pressão) com 20 a 69% ou mais de não-voláteis por peso; como fosfato de alumínio secado ou micronizado com cerca de 1 a 30%, em determinadas modalidades, 10, 12, 15, 17, 20, 25 ou 30% de umidade; e também na forma polimérica como polifosfato de alumínio calcinado e micronizado.

[0021] Em uma modalidade, o fosfato de alumínio amorfo é preparadoatravés da reação entre o ácido fosfórico e o hidróxido de alumínio. O processo pode também compreender uma etapa de neutralização. A etapa de neutralização pode ser executada através do alumina- to de sódio.

[0022] Em determinadas modalidades, o processo para a fabrica- ção de um fosfato ou polifosfato amorfo de alumínio compreende a reação de ácido fosfórico, hidróxido de alumínio hidróxido e aluminato de sódio.

[0023] Em uma modalidade, o processo para a fabricação de um fosfato ou polifosfato de alumínio amorfo compreende a reação do fosfato de alumínio e do aluminato de sódio.

[0024] Em uma modalidade, a reação compreende duas etapas. Na primeira etapa, o ácido fosfórico reage com o hidróxido de alumínio para a produção do fosfato de alumínio em um pH ácido. Em uma modalidade, o fosfato de alumínio é produzido como fosfato de alumínio solúvel em água. Em determinadas modalidades, o pH do fosfato de alumínio solúvel em água é de menos do que 3,5. Em determinadas modalidades, o pH é de cerca de 3, 2,5, 2, 1,5 ou 1. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio é produzido como uma dispersão líquida de sólidos finos em um pH mais elevado. Em uma modalidade, o pH é de cerca de 3, 4, 5 ou 6.

[0025] Em uma segunda etapa, a solução ou a dispersão aquosa de fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química é posta em reação com um aluminato de sódio. Em determinadas modalidades, o aluminato de sódio é usado como uma solução aquosa em um pH maior do que cerca de 10. Em uma modalidade, o pH da solução aquosa de aluminato de sódio é de cerca de 11, 12, ou 13. Em uma modalidade, o pH da solução aquosa de aluminato de sódio é maior do que cerca de 12. O fosfato de sódio e alumínio é gerado como um precipitadosólido. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 0,85 e uma proporção molar de Na/Al = 0,50. Em uma modalidade, o fosfato de sódio e alumínio sólido tem uma proporção molar de P/Al = 1,0 e uma proporção molar de Na/Al = 0,76. Em determinadas modalidades, as moléculas com outras proporções de formulação podem ser obtidas através do mes- mo procedimento.

[0026] Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado sólidoé adicionado ao ácido fosfórico na primeira etapa química. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio sólido hidratado é adicionado à solução líquida de aluminato de sódio purificada para a formação de uma solução coloidal. Em outra modalidade, o hidróxido de alumínio hidratado sólido é adicionado diretamente como um sólido ou como uma suspensão de sólido-líquido em água na segunda etapa de reação. Em determinadas modalidades, a reação é executada em uma única etapa.

[0027] Em determinadas modalidades, o reator para a execução da segunda etapa da reação, isto é, a reação de uma solução ou dispersão aquosa ácida de fosfato de alumínio a partir da primeira etapa química com aluminato de sódio, tem um desempenho de esforço elevado de misturação e de cisalhamento para a mistura dos reagentes e para a geração de um precipitado sólido com a distribuição do tamanho de partícula desejada. Em determinadas modalidades, as propriedades de dispersão do reator podem ser ajustadas com relação às necessidades do processo de secagem por pulverização.

[0028] Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo também compreende um íon, tal como um íon de sódio,potássio ou lítio. Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo compreende sódio. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade esquelética de entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma densidade esquelética de cerca de 1,95, 2,00, 2,10, 2,20, 2,30, 2,40 ou 2,50 gramas por centímetro cúbico. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para alumínio de mais do que 0,8 até 1,3. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para o alumínio de mais do que 0,9 até 1,3. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de fósforo para o alumínio de cerca de 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 ou 1,3. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de sódio para o alumínio de cerca de 0,6 até 1,4. Em determinada modalidade, o fosfato ou o polifos- fato de alumínio amorfo tem uma proporção molar de sódio para o a-lumínio de 0,6, 0,7, 0,76, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 ou 1,3. O fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo pode estar na forma de uma pasta fluida. Em uma modalidade, a pasta fluida compreende cerca de 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% ou 60% de conteúdo não-volátil em peso (ASTM D280). Em uma modalidade, o fosfato ou o polifosfato de alumínio pode estar na forma de um pó, e, por exemplo, tem de um a quatro espaços vazios por partícula de pó de fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo. A forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio de partícula individual médio de entre 10 e 40 nanometros. Em um aspecto, a forma de pó do produto pode compreender um tamanho de raio de partícula individual médio entre 10 e 30 ou 10 e 20 nanometros.

[0029] A solução de aluminato de sódio para ser usada no processo provido aqui, neste pedido de patente pode ser obtida através de métodos conhecidos daquelas pessoas versadas na técnica. Em uma modalidade, a solução de aluminato de sódio é um produto químico padronizado resultante da primeira etapa no processo Bayer de extração da alumina (Al2O3) a partir do minério de Bauxita, quase sempre denominada de "solução grávida purificada de sódio". Esta solução líquida aquosa de aluminato de sódio é saturada em temperatura ambiente e estabilizada com hidróxido de sódio, NqaOH. As suas compo- sições típicas são: aluminato de sódio, 58 a 65% em peso (25 a 28% em peso de Al2O3) e hidróxido de sódio, 3,5 até 5,5% em peso (2,5 a 45 em peso de Na2O livre). Em determinadas modalidades, ela tem uma proporção molar de Na para Al a partir de cerca de 1,10 até 2,20 e baixas impurezas (dependendo da origem da Bauxita: Fe = 40 ppm, Metais pesados = 20 ppm e pequenas quantidades de ânions, Cr e SO42-). Em determinadas modalidades, a solução em água de alumina- to de sódio tem uma proporção molar de Na para Al de cerca de 1,10, 1,15, 1,20, 1,25, 1,30, 1,35, 1,40, 1,45, 1,50, 1,55, 1,60, 1,65, 1,70, 1,75, 1,80, 1,85, 1,90, 1,95, 2,0, 2,05, 2,10, 2,15 ou 2,2. A cor da solução, em determinadas modalidades, é âmbar. Em determinadas modalidades, a viscosidade da solução é de aproximadamente 100 cP. Em determinados aspectos, a solução de aluminato de sódio é purificada através de filtragem por polimento. Em determinadas modalidades, a solução de aluminato de sódio é regenerada a partir do hidróxido de alumínio sólido e do hidróxido de sódio.

[0030] O hidróxido de alumínio hidratado sólido é obtido através de métodos conhecidos das pessoas versadas na técnica. Em uma modalidade, o hidróxido de alumínio é um produto químico industrial produzidoatravés do processo Bayer. O hidróxido de alumínio hidratado sólido pode ser obtido a partir da "solução grávida de aluminato de sódio purificada"através de precipitação que é conseguida através do resfriamento da solução. Em uma modalidade, o aluminato de sódio produzido dessa forma tem um baixo nível de impurezas e uma quantidadevariável de umidade (cátions de cerca de 70 ppm, cloretos de cerca de 0,85% em peso e sulfatos de cerca de 0,60% em peso) (essas impurezas são determinadas através do nível de purificação da "Solução Grávida de Aluminato de Sódio Purificada" e o total der água, hidratação e umidade de cerca de 22,0 até 23,5% em peso. Em um aspecto, ambos os materiais em bruto são produtos industriais primá- rios padronizados, somente a primeira e a segunda etapa do processamento da Bauxita (commodities) produzido em enormes quantidades pelos processadores da Bauxita.

[0031] Em uma modalidade a reação química resulta na formação de fosfato de sódio e alumínio (Al(OH)0,7Na0,7(PO4).1,7H2O). Depois da formação do fosfato de sódio e alumínio, a suspensão contendo cerca de 6,0% até 10,0% de sólidos, com uma temperatura máxima aproximada de 45°C e uma densidade em uma faixa de 1,15 até 1,25 g/cm3, é bombeada para um filtro de prensa convencional, a fase líquida (algumas vezes referida como o "licor") é separada a partir da fase sólida (algumas vezes referida como a "torta"). A torta úmida, que contem aproximadamente de 35% até 45% de sólidos, em determinadas modalidades, cerca de 35, 40 ou 45% de sólidos é mantida no filtro durante o ciclo de lavagem.

[0032] Em uma modalidade, a lavagem da torta úmida é realizada no próprio filtro, e em duas ou até três etapas do processo. Na primeira lavagem ("lavagem de deslocamento") a maior parte da substância filtrada que está contaminando a torta é removida. A etapa de lavagem é executada com a utilização de água tratada sobre a torta em uma velocidade de fluxo de 6,0 m3 de água por tonelada de torta seca. Uma segunda etapa de lavagem, também com água tratada e com um fluxo de 8,0 m3 de água por tonelada de torta seca, pode ser executada para a redução dos contaminantes. E finalmente, uma terceira etapa de lavagem pode ser executada com água para reduzir ainda mais os contaminantes. Finalmente, a torta pode ser insuflada com ar comprimido durante um determinado período de tempo. O produto úmido deve apresentar entre 35% e 45% de sólidos.

[0033] Em seguida, nesta modalidade específica, a dispersão da torta pode ser processada de tal forma que a torta filtrada, úmida e lavada, é extraída a partir do filtro de prensa através de uma correia transportadora e transferida para um reator/dispersador.

[0034] Em determinadas modalidades, a dispersão da torta é auxiliadaatravés da adição de um agente de dispersão, tal como uma solução de polifosfato de sódio.

[0035] Em uma modalidade, depois da etapa de dispersão, o produtoé em seguida secado, quando a "solução espessa" de fosfato de alumínio com uma porcentagem de sólidos dentro da faixa de 30% até 50%, é bombeada para a umidade de secagem. Em outra modalidade, a remoção da água a partir do material pode ser executada com um equipamento de secagem, tal como um tipo de "secador turbo"através da injeção de uma corrente de ar quente, ou em um "secador por ato- mização" em uma temperatura de 80°C até 140°C, através da amostra. A umidade final do produto deve ser mantida de preferência na faixa de 10% até 20% de água.

[0036] Em determinadas modalidades, a etapa que se segue no processo inclui a calcinação do produto. Nessa etapa, os íons de orto- fosfato do fosfato de alumínio seco são submetidos à condensação para íons de polifosfato (difosfato, trifosfato, tetrafosfato, n-fosfato, em que "n" pode ser qualquer número inteiro maior do que 1, em determinadas modalidades, n é maior do que ou é igual a 4). Em uma modalidade, n é maior do que ou é igual a 10. Em outra modalidade, n é maior do que ou é igual a 20. Em uma modalidade, n é de menos do que 100. Em outra modalidade, n é de menos do que 50. Essa etapa do processo é executada através do aquecimento do fosfato de alumínio, em um calcinador do tipo de secagem por pulverização, em uma faixa de temperatura de 500°C até 600°C. Depois da polimerização, o produto pode ser resfriado rapidamente e enviado para a unidade de mi- cronização. Nesse ponto, a etapa de micronização do produto pode ser executada. Finalmente, o produto resultante que sai do secador (ou do calcinador) é transferido para a unidade de peneiração e de a- cabamento, triturado em um micronizador/ classificador, e a sua granu- lometria é mentida na faixa de 99,5% abaixo da malha 400.

[0037] O fosfato de alumínio ou o polifosfato de alumínio, depois do tratamento térmico, pode ser aplicado como um pigmento branco na formulação de tintas para uso doméstico, com base em água, devido a sua propriedade de auto opacificação em películas de látex, PVA e acrílico, devido à formação de partículas com estruturas ocas, com uma elevada capacidade de dispersão de luz, durante o processo da secagem da tinta.

[0038] Quando uma dispersão de tais partículas seca sob o ar em temperatura ambiente ou em até 120°C, são formadas partículas de tamanho nano que tem uma estrutura de núcleo e envoltório. As partículas de tamanho nano mostram uma coalescência parcial dentro de agregados do tamanho de mícron com formatos irregulares. Essas partículas podem ser observadas através de microscopia eletrônica analítica. Além disso, essas partículas contem muitos espaços vazios dispersos como poros fechados no interior das mesmas. Os núcleos das partículas são mais plásticos do que os respectivos envoltórios das partículas. Esse fenômeno é evidenciado através do crescimento dos espaços vazios quando do aquecimento, enquanto o perímetro dos envoltórios permanece essencialmente não-alterado.

[0039] As partículas de fosfato de alumínio descritas aqui, neste pedido de patente, demonstram propriedades melhoradas em determinados aspectos. Por exemplo, as partículas de fosfato de alumínio apresentam espaços vazios, quando as partículas são secadas, por exemplo, em temperatura ambiente, ou em até 130°C. Em uma modalidade, as partículas são secadas entre 40°C e 130°C. Em outra modalidade, as partículas são secadas entre 60°C e 130°C. Em determinadas modalidades, as partículas são secadas entre 80°C e 120°C. Além disso, as partículas de fosfato de alumínio têm uma estrutura de nú- cleo e envoltório. Em outras palavras, essas partículas têm envoltórios quimicamente diferentes dos núcleos das mesmas. Essa propriedade é evidenciada varias observações diferentes. Primeiro, as imagens eletrônicas não-elásticas filtradas por energia na região do plasmônio (10 a 40 eV), como medidas através de um microscópio eletrônico de transmissão, mostram linhas brilhantes em torno da maioria das partículas. As medições de nano entalhes executadas no microscópio digital de força pulsada (DPFM) mostram que as superfícies das partículas são mais rígidas do que o interior da partícula.

[0040] Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio em pigmentos pode ser preparado e usado como uma polpa de pasta fluida (dispersão de um alto conteúdo de sólidos que flui sob a ação da gravidade ou de bombas de baixa pressão) com de 20 a 60% ou mais de não-voláteis em peso.

[0041] Em determinadas modalidades, é provida aqui, neste pedido de patente, uma pasta fluida compreendendo partículas de fosfato de alumínio e um agente de dispersão. Em determinadas modalidades, o agente de dispersão é um sal de polifosfato, tal como o polifos- fato de sódio, um copolímero de poliéter/polissiloxano ou uma combinação dos mesmos. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende a partir de cerca de 25% até cerca de 79% em peso de não-voláteis medidos de acordo com a ASTM D280. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende a partir de cerca de 40% até cerca de 60% em peso de não-voláteis. Em determinadas modalida-des, a pasta fluida compreende cerca de 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60% ou mais em peso de sólidos não-voláteis. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 50% em peso de não- voláteis.

[0042] Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 25% até cerca de 70% de fosfato de alumínio em peso. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 40% até cerca de 60% em peso de fosfato de alumínio. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60% ou mais de fosfato de alumínio em peso. Em determinadas modalidades, a pasta fluida compreende cerca de 50% em peso de fosfato de alumínio.

[0043] Em determinadas modalidades, a pasta fluida de fosfato de alumínio provida aqui, neste pedido de patente tem uma viscosidade variando a partir de cerca de 50 cPs até cerca de 150 cPs. Em determinadas modalidades, a pasta fluida de fosfato de alumínio provida aqui, neste pedido de patente tem viscosidade variando a partir de cerca de 55 cPs até cerca de 120 cPs. Em determinadas modalidades, a pasta fluida de fosfato de alumínio provida aqui, neste pedido de patente tem uma viscosidade de cerca de 50 cPs, 70 cPs, 80 cPs, 90 cPs, 100 cPs, 110 cPs ou cerca de 120 cPs.

[0044] Em determinadas modalidades, o tamanho das partículas do pigmento de fosfato de alumínio é controlado para maximizar a dispersão da luz. Em determinadas modalidades, a determinação do tamanho de partícula é feita através de dispersão estática de luz em um instrumento Cilas modelo 1064. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre cerca de 0,1 até cerca de 5 mí- crons. Em determinadas modalidades, o fosfato ou o polifosfato de alumínio amorfo é caracterizado por uma distribuição do tamanho de partícula entre cerca de 0,2 até cerca de 0,6 mícron, cerca de 0,6 até cerca de 1,0 mícrons, cerca de 1,0 até cerca de 1,5 mícron, cerca de 1,0 até cerca de 3,0 mícrons ou cerca de 1,60 até cerca de 3,82 mí- crons. Em determinadas modalidades, o fosfato de alumínio provido aqui, neste pedido de patente, é micronizado em um moinho de martelo para um tamanho de partícula dentro de 3 mícrons (d10) e 19 mí- crons (d90). Em uma modalidade, o tamanho de partícula com relação a amostras sonicadas altamente diluídas é de 0,1 mícron, em um instrumento de dispersão dinâmica de luz (Brookhaven ZetaPlus).

[0045] As partículas de fosfato de alumínio, como preparadas de acordo com o processo descrito aqui, neste pedido de patente, podem ser dispersas em látex, na presença de sólidos cristalinos particulados. Se for fundida uma película com a utilização dessa dispersão, são produzidas películas altamente opacas. Em determinadas modalidades, as películas altamente opacas podem ser produzidas no caso de uma única camada fina de partículas. Evidência experimental com relação à opacidade de película pode ser obtida com a utilização de fosfato de alumínio amorfo como um substituto para o dióxido de titânio (isto é, TiO2). O dióxido de titânio é o pigmento branco padrão corrente usado pela maioria de todos os fabricantes envolvidos nas formulações de tintas de látex. Uma tinta padrão de lates de estireno-acrílico foi preparada com a utilização de uma carga usual de dióxido de titânio e ela dói comparada com uma tinta na qual cinquenta por dento da carga de dióxido de titânio foi substituída por fosfato de alumínio amorfo. A comparação foi feita em dois laboratórios de teste de tinta diferentes. As medições óticas tomadas a partir das películas tiradas com a utilização das duas tintas demonstraram que o fosfato de alumínio pode substituir as películas produzidas com dióxido de titânio, preservando ao mesmo tempo as propriedades óticas da película.

[0046] O fosfato de alumínio descrito aqui, neste pedido de patente tem um tamanho de partícula relativamente pequeno. Esses tamanhos de partícula relativamente pequenos permitem que as partículas se distribuam de forma extensa na película e a se associarem intimamente com a resinam com enchimentos inorgânicos e com elas próprias, criando por meio disso aglomerados que são locais parta a formação extensa de espaços vazios quando a tinta seca. O fosfato de alumínio presente mostra essa tendência para a formação de espaços vazios fechados, ou partículas ocas, em um grau que não havia sido previamente observado com relação aos fosfatos de alumínio, polifos- fatos ou quaisquer outras partículas. Em algumas modalidades, as partículas de fosfato ou de polifosfato de alumínio são substancialmente isentas de poros abertos contendo ao mesmo tempo uma quantidade de poros fechados. Como resultado, nessas modalidades, o volume de macroporos é substancialmente menor do que 0,1 cm3/grama.

[0047] A opacificação das películas de tinta à base de água com a utilização de fosfato de alumínio em algumas modalidades envolve características únicas. A película de revestimento molhada é uma dispersão viscosa de partículas de polímero, fosfato de alumínio, dióxido de titânio e de enchimentos. Quando essa dispersão é aplicada como uma película e secada, ela se comporta de forma diferente a partir der uma tinta padrão (abaixo da concentração do volume critico de pigmento, CPVC). Em uma tinta padrão, a resina de temperatura de transição para vidro (Tg) baixa, é plástica em temperatura ambiente e se torna coalescente, de tal forma que a película de resina enche os poros e os espaços vazios. Uma tinta formulada com fosfato de alumínio, no entanto, pode exibir um comportamento diferente. Os poros fechados se formam como descrito aqui, neste pedido de patente, e contri-buem com relação à força de cobertura da película.

[0048] O fosfato de alumínio ou o polifosfato de alumínio, usados como um pigmento branco, pode substituir o dióxido de titânio em dispersões em meio aquoso, tal como em uma emulsão polimérica de látex. Em uma modalidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 0,8 e 1,3. Em outra modalidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 0,8 até 1,3. Em outra modalidade, a proporção molas de fósforo para alumínio do fosfato de alumínio está na faixa de entre 1,0 até 1,2.

[0049] Diversas tintas podem ser formuladas com a utilização do fosfato e do polifosfato de alumínio feitos de acordo com as diversas modalidades deste pedido de patente como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com outro pigmento, tal como o dióxido de titânio. Uma tinta compreende um ou mais pigmentos e um ou mais polímeros como o ligante (algumas vezes referido como "polímero de ligação"), e opcionalmente diversos aditivos. Existem tintas à base de água e tintas que não são à base de água. Em geral, uma tinta à base de água é composta de quatro componentes básicos: ligante, veículo aquoso, pigmento(s) e aditivo(s). O ligante é um material resinoso não- volátil que é disperso no veículo aquoso para a formação de um látex. Quando o veículo aquoso se evapora, o ligante forma uma película de tinta que se liga junto com as partículas do pigmento e os outros componentesnão-voláteis da composição de tinta à base de água. As composições de tinta à base de água podem ser formuladas de acordo com os métodos e os componentes descritos na Patente U.S. 6.646.058, com ou sem modificações. A descrição dessa patente é incorporada aqui, neste pedido de patente, por referência em sua totalidade. O fosfato ou o polifosfato de alumínio feito de acordo com as diversas modalidades deste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas à base de água como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com o dióxido de titânio.

[0050] Uma tinta comum é uma tinta de látex que compreende um polímero de ligação, um pigmento para ocultação, e opcionalmente um espessante e outros aditivos. De novo, o fosfato ou o polifosfato de alumínio feito de acordo com as diversas modalidades deste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas de látex como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com o dióxido de titânio. Outros componentes para a fabricação de uma tinta de látex estão descritos nas Patentes U.S. N° 6.881.782 e N° 4.782.109 que são incorporadas aqui, neste pedido de patente, por referência em suas totalidades. A título de ilustração, os componentes e métodos adequado para a fabricação de tintas de látex são explicados de forma resumida abaixo.

[0051] Em algumas modalidades, os polímeros de ligação adequados incluem emulsão de monômeros etilenicamente não saturados copolimerizados que incluem 0,8% até 6% de acrilato ou de metacrila- to de ácido graxo tal como o metacrilato de laurila e/ou o metacrilato de estearila. Com base no peso dos monômeros etilênicos copolimeri- zados, o ligante polimérico compreende de 0,8% até 6% de metacrilato ou acrilato de ácido graxo, em que as composições de preferência contêm de 1% até 5% de metacrilato ou acrilato de ácido graxo, tendo uma cadeia alifática de ácido graxo compreendendo entre 10 e 22 átomos de carbono. Em uma modalidade, as composições de copolíme- ro são baseadas em metacrilato de ácido graxo copolimerizado. Em outra modalidade, são usados o metacrilato de laurila e/ou o metacrila- to de estearila. Em uma modalidade, o metacrilato de laurila é o mo- nômero de escolha. Outros metacrilatos de ácido graxo úteis incluem o metacrilato de miristila, metacrilato de decila, metacrilato palmítico, metacrilato oleico, metacrilato de hexadecila, metacrilato de cetila e metacrilato de eicosila, e metacrilatos similares de cadeia alifática linear. Os metacrilatos ou acrilatos de ácido graxo compreendem tipicamente óleos graxos comerciais correagidos com ácido metacrílico ou com ácido acrílico para prover primariamente a parte de metacrilato de ácido graxo dominante, com quantidades menores de outros acrilatos ou metacrilatos de ácido graxo.

[0052] Os monômeros etilenicamente não saturados polimerizá- veis contêm não saturação de carbono-carbono e incluem monômeros de vinila, monômeros acrílicos, monômeros alicíclicos, monômeros de acrilamida e ácidos mono- e di-carboxílicos não saturados. Os ésteres de vinila incluem acetato de vinila, propionato de vinila, butiratos de vinila, benzoatos de vinila, acetatos de vinil isopropila e ésteres de vini- la similares; os halogenetos de vinila incluem o cloreto de vinila, fluore- to de vinila, e vinilideno cloreto; os hidrocarbonetos aromáticos de vini- la incluem estireno, metil estirenos e estirenos similares de alquila mais baixa, cloro estireno, vinil tolueno, vinil naftaleno, e divinil benzeno; os monômeros de hidrocarbonetos alifáticos de vinila incluem as alfa olefinas tais como etileno, propileno, isobutileno, e ciclohexeno bem como os dienos conjugados tais como 1,3-butadieno, metil-2- butadieno, 1,3-piperileno, 2,3 dimetil butadieno, isopreno, cicloexano, ciclopentadieno, e diciclopentadieno. Os éteres de vinil alquila incluem o éter de vinil metila, éter de vinil isopropila, éter de vinil n-butila, e éter de vinil isobutila. Os monômeros acrílicos incluem os monômeros tais como os ésteres de alquila mais baixa do ácido acrílico ou metacrílico, que tenham uma parte de éster de alquila que contenham entre de 1 a 12 átomos de carbono, bem como os derivados de ácido acrílico e de ácido metacrílico. Os monômeros acrílicos úteis incluem, por exemplo, o ácido acrílico e metacrílico, acrilato e metacrilato de metila, acrilato e metacrilato de etila, acrilato e metacrilato de butila, acrilato e metacrila- to de propila, acrilato e metacrilato de 2-etil hexila, acrilato e metacrila- to de ciclohexila, acrilato e metacrilato de decila, acrilato e metacrilato de isodecila, acrilato e metacrilato de benzila, e diversos produtos de reação tais como butil fenila, e éteres de cresil glicidila reagidos com os ácidos acrílico e metacrílico, acrilatos e metacrilatos tal como acrila- tos de hidroxietila e hidroxipropila e metacrilatos de hidroxil alquila bem como acrilatos e metacrilatos de amino. Os monômeros acrílicos podem incluir quantidades muito menores de ácidos acrílicos incluindo o ácido acrílico e metacrílico, ácido etacrílico, ácido alfa-cloroacrílico, ácido alfa-cianoacrílico, ácido crotaônico, ácido beta-acrilóxi propiônico e ácido beta-estiril acrílico.

[0053] Em outras modalidades, os polímeros úteis como o componente (a) o "polímero de ligação"das tintas de látex são produtos da copolimerização de uma mistura de comonômeros que compreende monômeros selecionados a partir de estireno, metil estireno, vinila, ou combinações dos mesmos. Em uma modalidade, os comonômeros compreendem pelo menos 40 por cento em mol de monômeros selecionados a partir de estireno, metil estireno ou de combinações dos mesmos e pelo menos 10 por cento em mol de um ou mais monôme- ros selecionados a partir de acrilatos, metacrilatos e acrilonitrila. E, outra modalidade, os acrilatos e metacrilatos contêm a partir de 4 até 16 átomos de carbono, tais como, por exemplo, o acrilato de 2-etilhexila e metacrilatos de metila. Os monômeros podem ser usados em uma proporção tal que o polímero final tenha uma temperatura de transição para vidro (Tg) de mais do que 21°C e menos do que 95°C. Em uma modalidade, os polímeros têm um peso médio de peso molecular de pelo menos 100.000.

[0054] Em uma modalidade, o polímero de ligação compreende unidades inter polimerizadas derivadas a partir de acrilato de 2- etilhexila. Em outra modalidade, o polímero de ligação compreende unidades polimerizadas que compreendem a partir de 50 até 70 por cento em mol de unidades derivadas de estireno, metil estireno, ou combinações dos mesmos; a partir de 10 até 30 por cento em mol de unidades derivadas a partir de acrilato de 2-etilhexila; e a partir de 10 até 30 por cento em mol de unidades derivadas a partir de acrilato de metila, acrilonitrila ou combinações dos mesmos.

[0055] Os exemplos ilustrativos de polímeros de ligação adequados incluem um copolímero cujas unidades inter polimerizadas são derivadas a partir de cerca de 49 por cento em mol de estireno, 11 por cento em mol de alfa-metil estireno, 22 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila e 18 por cento em mol de metacrilatos de metila com uma Tg de aproximadamente 45°C (disponível como a emulsão de polímero Neocryl XA-6037 da ICI Americas, Inc., Bridgewator, N.J.); um copolí- mero cujas unidades inter polimerizadas são derivadas a partir de cerca de 51 por cento em mol de estireno, 12 por cento em mol de α-metil estireno, 17 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila, e 19 por cento em mol de metacrilatos de metila com uma Tg de aproximadamente 44°C (disponível como a emulsão de polímero Joncryl 537 da S.C. Johnson & Sons, Racine, Wis.); e um terpolímero cujas unidades in- terpolimerizadas são derivadas a partir de cerca de 54 por cento em mol de estireno, 23 por cento em mol de acrilato de 2-etilhexila, e 23 por cento em mol de acrilonitrila com uma Tg de aproximadamente 44°C (disponível como uma emulsão de polímero Carbo set. TM. XPD- 1468 da B.F. Goodrich Co.). Em uma modalidade, o polímero de ligação é o Joncryl. TM. 537.

[0056] Como descrito acima, o fosfato ou o polifosfato de alumínio de acordo com as diversas modalidades descritas aqui, neste pedido de patente podem ser usados para a formulação de tintas de látex como um pigmento, de forma isolada ou em combinação com outro pigmento.

[0057] Os pigmentos de cobertura adicionais incluem os pigmentos de ocultação brancos de opacificação e pigmentos coloridos orgânicos e inorgânicos. Os exemplos representativos de pigmentos de ocultação brancos de opacificação incluem os dióxidos de rutila e ata- násio de titânio, litopona, sulfito de zinco, titanato de chumbo, óxido de antimônio, óxido de zircônio, sulfato de bário, chumbo branco, óxido de zinco, óxido de zinco com chumbo e os semelhantes, e as misturas dos mesmos. Em uma modalidade, o pigmento branco orgânico de ocultação é o dióxido de rutila de titânio. Em outra modalidade, o pigmento branco orgânico de ocultação é o dióxido de rutila de titânio tendo um tamanho médio de partícula entre cerca de 0,2 e 0,4 mí- crons. Os exemplos de pigmentos orgânicos coloridos são o ftalo azul e o hansa amarelo. Os exemplos de pigmentos coloridos inorgânicos são o óxido vermelho de ferro, óxido marrom, ocres e umbra.

[0058] A maioria das tintas de látex contém espessantes para a modificação das propriedades reológicas da tinta e para assegurar as características de bom espalhamento, manipulação e aplicação. Es- pessantes adequados incluem um espessante não celulósico, em uma modalidade, um espessante associativo; em outra modalidade um es- pessante associativo de uretano.

[0059] Os espessantes associativos tais como, por exemplo, os copolímeros de acrílico incháveis de álcali modificados de forma hidró- foba e os copolímeros de uretano modificados de forma hidrófoba conferem em geral mais reologia Newtoniana a tintas de emulsão quando comparados com os espessantes convencionais tais como, por exemplo os espessantes celulósicos. Os exemplos representativos de es- pessantes associativos adequados incluem os ácidos poliacrílicos (disponíveis da Rohm & Haas Co., Philadelphia, Pa., como Acrysol RM-825 e QR-708 Rheology Modifier); e atapulgita ativada (disponível de Engelhard, Iselin, N.J. como Attagel 40).

[0060] As películas das tintas de látex são formadas por coalescênciado polímero de ligação para a formação de uma matriz de ligação na aplicação da tinta em temperatura ambiente para a formação de uma película rígida, isenta de pegajosidade. Os solventes de coalescênciaauxiliam a coalescência do ligante de formação de película através do abaixamento da temperatura de formação de película. As tintas de látex contêm de preferência um solvente de coalescência. Os exemplos representativos de solvente de coalescência adequados incluem 2-fenoxietanol, éter de butil de dietileno glicol, ftalato de dibutila, dietileno glicol, monoisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,1,3-pentanodiol, e as combinações dos mesmos. Em uma modalidade, o solvente de coalescência é o éter de dibutil de dietileno glicol (butil carbitol) (disponível da Sigma-Aldrich, Milwaukee, Wis.) ou o monoisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,1,3-pentanodiol (disponível da Eastman Chemical Co., Kingsport, Tenn., como Texanol), ou as combinações dos mesmos.

[0061] O solvente de coalescência é usado de preferência em um nível entre cerca de 12 até 60 gramas ou de cerca de 40 gramas de solvente de coalescência por litro de tinta de látex em cerca de 20 até 30 por cento em peso com base no peso dos sólidos de polímero na tinta.

[0062] As tintas formuladas de acordo com as diversas modalidades providas aqui, neste pedido de patente podem ainda compreender materiais convencionais usados em tintas tais como, por exemplo, plastificantes, agentes de anti formação de espuma, prolongadores de pigmento, ajustadores de pH, cor de tingimento e biocida. Esses ingredientestípicos estão relacionados, por exemplo, em TECHNOLOGY OF PAINTS, VARNISHES AND LACQUERS, editado por C. R. Martens, R.E. Kreiger Publishing Co., p. 515 (1974).

[0063] As tintas são comumente formuladas com "prolongadores funcionais" para aumentar a cobertura, reduzir os custos, alcançar durabilidade, alterar a aparência, controlar a reologia e influenciar outras propriedades desejáveis. Os exemplos de prolongadores funcionais incluem, por exemplo, sulfato de bário, carbonato de cálcio, argila, gesso, sílica e talco.

[0064] Os prolongadores funcionais mais comuns para tintas planas para interior são as argilas. As argilas têm uma quantidade de propriedades que tornam as mesmas desejáveis. As argilas calcinadas baratas, por exemplo, são úteis no controle da viscosidade em baixo cisalhamento e tem uma grande superfície de área interna, o que contribui para cobertura a seco ("dry hide"). Porém essa área de superfície também fica disponível para prender manchas.

[0065] Devido a sua tendência para a absorção de manchas, é de preferência que sejam usadas argilas calcinadas nas tintas somente em pequenas quantidades necessárias para o controle da reologia, por exemplo, tipicamente como menos do que a metade do total do pro- longador de pigmento, ou que não sejam usadas de nenhuma forma. Os prolongadores de exemplo para serem usados nas tintas descritas aqui, neste pedido de patente dão os carbonatos de cálcio; que em determinadas modalidades são carbonatos de cálcio triturados de forma ultra fina, tais como, por exemplo a Opacimite (disponível da ECC International, Sylacauga, Ala.), Supermite (disponível da Imerys, Roswell, Ga.), ou outros que tenham tamanhos de partícula de aproximadamente 1,0 até 1,2 mícrons. O carbonato de cálcio ultra fino auxilia para espaçar otimamente o dióxido de titânio para cobertura (ver, por exemplo, K. A. Haagenson, "The effect of extender particle size on the hiding properties of an interior latex flat paint," American Paint & Coatings Journal, Apr. 4, 1988, pp. 89 - 94).

[0066] As tintas de látex formuladas de acordo com as diversas modalidades providas aqui, neste pedido de patente podem ser preparadas com a utilização de técnicas convencionais. Por exemplo, alguns dos ingredientes das tintas são em geral combinados juntos sob alto cisalhamento para a formação de uma mistura comumente referida como "a triturada" pelos formuladores de tintas. A consistência desta mistura pode ser comparada àquela da lama, que é desejável com o propósito de dispersar de forma eficiente os ingredientes com um agitador de alto cisalhamento. Durante a preparação do triturado, a energia de alto cisalhamento é usada para quebrar e separar as partículas de pigmento aglomeradas.

[0067] Os ingredientes não incluídos no triturado são comumente referidos como "o separado". O deixado é usualmente muito menos viscoso do que o triturado e é usado usualmente para a diluição do triturado para obter uma tinta final com a consistência apropriada. A misturação final do triturado com o deixado é tipicamente executada com misturação de baixo cisalhamento.

[0068] A maioria dos látices de polímero não são estáveis no cisa- lhamento, e por esse motivo não são usados como um componente do triturado. A incorporação de látices instáveis no cisalhamento no triturado pode resultar em coagulação do látex, produzindo uma tinta com grupos, com pouca ou nenhuma capacidade de formação de película. Em consequência, as tintas são preparadas em geral através da adição do polímero de látex no deixado. No entanto, algumas tintas formuladas de acordo com as várias modalidades descritas aqui, neste pedido de patente contém polímeros de látex que são geralmente estáveis no cisalhamento. Por esse motivo, as tintas de látex podem ser preparadas através da incorporação de algum ou de todos dos polímeros de látex dentro do triturado. Em uma modalidade, pelo menos um pouco do polímero de látex é colocado no triturado.

[0069] Os exemplos de formas possíveis do processo são como descritos abaixo. De novo, uma pessoa versada na técnica irá reconhecer variantes que podem ser utilizadas na execução do novo processo descrito aqui, neste pedido de patente. Os exemplos que se seguemsão apresentados para exemplificar modalidades da invenção. Todos os valores numéricos são aproximados. Quando faixas numéricassão fornecidas, deve ser entendido que as modalidades fora das faixas declaradas podem ainda cair dentro do âmbito da invenção. Os detalhes específicos descritos em cada um dos exemplos não devem ser considerados como características necessárias da invenção.

Exemplo 1 Preparação de fosfato de alumínio em pó

[0070] 791 g de ácido fosfórico (81,9% em peso de H3PO4 ou 59,3% em peso de P2O5) foram reagidos com 189 g de hidróxido de alumínio hidratado( 85,3% em peso de Al(OH)3 ou 58,1% em peso de Al2O3) em 210 g de água à 80oC durante 1 hora (proporção molar final de P/Al = 2,99) para obter uma solução ácida de fosfato de alumínio. Na segunda etapa, 1155 g de solução purificada comercial de alumina- to de sódio (9,7% em peso de Al e 11,2% em peso de Na ou 18,3% em peso de Al2O3 e 15,7% em peso de Na2O, final Na/Al = 1,36) foram adicionados de forma simultânea com uma solução ácida de fosfato de alumínio a um recipiente agitado carregado com 1500 g de água em temperatura ambiente.

[0071] O pH final da reação foi de 7,1 e a temperatura durante a reação foi mantida em 45oC. A dispersão resultante foi centrifugada (30 minutos, 2500 rpm - força centrifuga relativa: 1822 g) para a remoção do líquido da reação, formando uma torta que foi lavada com água uma vez (1000 g de água de lavagem) para dar uma torta úmida branca (3300 g) com 27,0% em peso de conteúdo não-volátil (902 g em base seca seguindo a ASTM D 280) e pH de 7,3. A pasta fluida foi secada por pulverização produzindo 1090 g de pó de fosfato de alumínio (cerca de 83% em peso de conteúdo não-volátil).

Exemplo 2 Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

[0072] 10,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. Enquanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 1,34 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, 150,0 g de solução espessa de fosfato de alumínio (30% de não-voláteis) foram adicionados lentamente (25 g/minuto). Depois de outros 5 minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 109,0 g de fosfato de alumínio em pó (80% não-voláteis) foram adicionados lentamente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agitação a 1800 RPM durante 20 minutos.

Exemplo 3 Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

[0073] 72,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. Enquanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 0,96 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 122,0 g de fosfato de alumínio em pó (80% não- voláteis) foram adicionados lentamente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agitação a 1800 RPM durante 20 minutos.

Exemplo 4 Preparação de uma pasta fluida de fosfato de alumínio

[0074] 72,0 g de água foram adicionados a um béquer de 250 mL. Enquanto era misturado a 800 RPM (Cowles), aproximadamente 0,96 g (1% do conteúdo de não-voláteis) de polifosfato de sódio foram adicionados. Depois de 5 minutos, a velocidade do agitador foi aumentada para 1800 RPM e 122,0 g de fosfato de alumínio em pó, preparado de acordo com o Exemplo 1 com a utilização de um secador pulverizador (80% não-voláteis) foram adicionados lentamente (10 g/min). Depois da adição do pó, a pasta fluida foi mantida em agitação a 1800 RPM durante 20 minutos.

Exemplo 5 Processo para a secagem da solução espessa de fosfato de alumínio

[0075] Uma pasta fluida de fosfato de alumínio contendo um conteúdo de 27% de não-voláteis, pH igual a 7,5 e uma viscosidade de 114 cP a 129 s-1 foi alimentada para dentro de um pulverizador secador com a utilização das condições de operação:

[0076] Velocidade de fluxo da entrada da pasta fluida: 1 l h-1;

[0077] Fluxo de ar insuflado: 50 ml por minuto-1;

[0078] Coluna aquecida para 120°C; e

[0079] Largura do bocal: 1 mm.

[0080] O conteúdo final de não-voláteis no pó seco foi de cerca de 83% (ASTM D280).

Resultados dos Exemplos de 2 a 4

[0081] O conteúdo de não-voláteis e a viscosidade a 129,1 s-1 (24 horas depois da preparação) das suspensões espessas são apresentados na Tabela 1. Tabela 1. Teor de não-voláteis e viscosidade a 129,1 s-1 (24 horas depois da preparação) das diversas suspensões espessas.

[0082] O teor dos não-voláteis foi medido de acordo com a ASTM D280: As amostras foram secadas a 110°C durante 2 horas. A viscosidade foi medida com um Viscometer Contraves Rheotherm, velocidade de cisalhamento a 129,1 s-1.

[0083] A pasta fluida com o teor de 50% dos não-voláteis foi usada para a formulação de tinta na qual 50% do TiO2 foi substituído por fosfato de alumínio. As propriedades de aplicação da tinta preparada com a utilização da pasta fluida com o conteúdo de 50% de não-voláteis estão providos abaixo:

[0084] Como mencionado, uma tinta à base de água básica com dióxido de titânio é feita a partir de uma dispersão adequada de látex e de partículas de pigmento. As partículas do látex são responsáveis para fazer uma película coalescente cheia de partículas pigmentadas, e o pigmento é responsável pela força de cobertura da película. Muitos aditivos também são usados, tais como: enchimentos inorgânicos, que diminuem as exigências de resina e de pigmento; agentes de coalescência,que aumentam a formação da película de resina, dispersantes e modificadores reológicos; que impedem a formação de torta de pigmento e de enchimento e dessa forma aumentam a duração em armazenamento da tinta junto com as propriedades reológicas da tinta.

[0085] Em uma película de tinta seca típica, as partículas do pigmento e do enchimento estão dispersas na película de resina. A força de cobertura é largamente dependente dos índices de refração e do tamanho das partículas. Como mencionado o dióxido de titânio e correntemente o pigmento branco padrão devido ao seu índice de refra- ção grande e a ausência de absorção de luz na região visível. Uma película seca de uma tinta formulada com o novo fosfato de alumínio em algumas modalidades tem muitas diferenças a partir da película de tinta seca típica. Primeiro, a película com o fosfato de alumínio não é somente uma película de resina. Ao invés, ela também é formada por um emaranhado de resina e de fosfato de alumínio. Ela é dessa forma uma película nano compósita que combina duas fases inter penetrantes com propriedades diferentes para conseguir vantagens sinérgicas, com relação às propriedades mecânicas da película e a resistência à água e a outros agentes agressivos. Segundo, é obtida uma boa força de cobertura da película em teores mais baixos de dióxido de titânio, devido a que a película contém uma grande quantidade de poros fechados que dispersam a luz. Além disso, se uma partícula de dióxido de titânio está adjacente a um desses espaços vazios, ela irá dispersar muito mais do que se estivesse totalmente circundada pela resina, de vido ao gradiente de índice de refração maior. Isso cria uma sinergia entre o novo fosfato de alumínio e o dióxido de titânio, tanto quanto diz respeito à força de cobertura.

[0086] Nos testes comparando uma película padrão de tinta seca a uma película com fosfato de alumínio, uma formulação padrão do mercado de uma tinta acrílica semi-matt foi escolhida e o dióxido de titânio foi progressivamente substituído pelo produto de fosfato de alumínio descrito aqui, neste pedido de patente. O conteúdo de água e outros componentes da tinta foram ajustados como exigidos. Varias das modificações na fórmula nesta modalidade estão relacionadas com uma utilização diminuída do espessante/modificador de reologia, dispersan- te, resina acrílica e agente de coalescência.

[0087] A modalidade de preferência do processo descrito aqui, neste pedido de patente tem somente duas etapas químicas a partir dos materiais primários de partida e dependendo da composição química final do fosfato de alumínio ele pode ser executado em somente uma etapa química. Em determinadas modalidades, o consumo de água poderá ser reduzido de forma significativa devido a que essa rota química usa pequena quantidade de água no processo. Também, esta nova rota química não gera efluentes ou quaisquer produtos químicos secundários.

[0088] Além disso, o produto e o processo providos aqui, neste pedido de patente, também pode ficar livre dos problemas de corrosão associados com alguns fosfatos de alumínio encontrados no mercado e usados na transformação de óxidos de ferro em fosfato de ferro. Além disso, a não estequiometria, junto com a não-cristalinidade relativa (ambos na forma de pasta fluida e de pó) e o teor de água cuidadosamente controlado do pó seco permite um controle fácil do inchamento que é vantajoso para a performance do mesmo. As partículas em tamanho nano são dispersas com facilidade e elas são estáveis com re- lação ao assentamento, o que permite dispersões uniformes da tinta. Também as nanopartículas podem ser fortemente compatíveis com as partículas do látex, através dos mecanismos de adesão capilar (na etapa de secagem da dispersão) seguida pela adesão eletrostática mediada pelo aglomerado de íon (na película seca) - podem ser formadas redes bicontínuas em muitos casos. Finalmente, o produto também é fortemente compatível com muitos outros sólidos particulados usados comumente como enchimentos para tintas, tais como os diversos sili- catos, carbonatos e óxidos encontrados em dispersões formuladas à base de água, o que pode contribuir para a coesão e a resistência da película seca de tinta.

[0089] Em determinadas modalidades, a vantagem dessa via química inclui a redução dos materiais brutos, o uso de commodities, a redução de etapas químicas e a eliminação de efluentes e resíduos, a eliminação dos produtos secundários de sulfato de alumínio, redução do tratamento da água servida, a eliminação potencial da separação de sólido-líquido, e a eliminação da lavagem do sólido.

[0090] Além disso, a reação na segunda etapa química e na etapa de dispersão (formação da pasta fluida) pode ser executada em somente uma unidade do processo, com a possibilidade do ajuste da distribuição do tamanho de partículas no reator durante a formação do fosfato de alumínio através do controle do esforço de cisalhamento dos reagentes durante a precipitação, para chegar diretamente à pasta fluida de fosfato de alumínio final.

[0091] Também, a composição da suspensão para o processo de secagem por pulverização pode ser ajustada diretamente a partir do reator para ser obtida a viscosidade especificada, a distribuição do tamanho de partícula e a redissolução rápida do pó.

[0092] Como demonstrado acima, as modalidades descritas aqui, neste pedido de patente proporcionam um método para a fabricação de um fosfato de alumínio amorfo. Também é provida uma pasta fluida de fosfato de alumínio que compreende cerca de 20 a 60% de não- voláteis.

Claims (1)

1. Processo para fabricar uma dispersão compreendendo fosfato de alumínio amorfo caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) obter a dispersão de fosfato de alumínio amorfo : a.1) combinar ácido fosfórico com hidróxido de alumínio hidratado sólido; e a.2) formação de fosfato de alumínio ácido com pH entre 3 e 6; a.2) adicionar na forma líquida o aluminato de sódio em pH entre 10 e 13 ao fosfato de alumínio obtido em a.2) com um íon de sódio, potássio ou lítio: a.3) formação da dispersão de 1 a 4 lacunas por partículas de fosfato de alumínio amorfo em solução com densidade estrutural entre 1,95 e 2,50 gramas por centímetro cúbico, e razão molar de fósforo para alumínio de 1; b) separar o fosfato de alumínio amorfo na forma de uma torta; c) lavar a torta; d) dispersar a torta; e) secar a torta abaixo de 130° C; f) polimerizar o fosfato de alumínio amorfo seco; e g) dimensionar o fosfato de alumínio amorfo.