BR102013010202A2

BR102013010202A2 - Steam pigment synthesis methodology of precursor substances

Info

Publication number: BR102013010202A2
Application number: BRBR102013010202-4A
Authority: BR
Inventors: Sérgio Mazureck Tebcherani; Evaldo Toniolo Kubaski; Thiago Seguinel; Renata Martins Da Silva; Samara Schmidt
Original assignee: Nanoita Projetos E Consultoria Ltda
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-06-23
Also published as: BR102013010202A8

Abstract

Metodologia de síntese de pigmentos a partir do vapor das substâncias precursoras. A presentepetente de invenção consiste de uma metodologia coma finalidade de sintetizar e preparar pigmentos orgânicos, inorgânicos ou a mistura destes, incluindo pigmentos para a aplicação em tintas de impressão, tintas, polímeros, cosméticos e esmaltes para cerâmicas e vidros. A metodologia objeto desta patente consiste em obter pigmentos através da presença de vapor dos reagentes envolvidos no processo de síntese. As reações de síntese podem envolver a formação de pigmentos ou precursores de pigmentos através de reações no estado de vapor ou através de reações envolvendo fases de vapor e fase sólidas.Methodology for the synthesis of pigments from the vapor of precursor substances. The present invention consists of a methodology for synthesizing and preparing organic or inorganic pigments or a mixture thereof including pigments for application in printing inks, inks, polymers, cosmetics and ceramic and glass enamels. The methodology object of this patent is to obtain pigments through the presence of vapor of the reagents involved in the synthesis process. Synthesis reactions may involve the formation of pigments or pigment precursors through vapor state reactions or through reactions involving solid phase and vapor phase.

Description

METODOLOGIA DE SÍNTESE DE PIGMENTOS A PARTIR DO VAPOR DASSYNTHESIS METHODOLOGY OF PIGMENTS FROM THE STEAM OF

SUBSTÂNCIAS PRECURSORAS A presente patente de invenção apresenta uma metodologia para a preparação e síntese de pigmentos orgânicos e inorgânicos, particularmente pigmentos inorgânicos, incluindo pigmentos cerâmicos para aplicações em peças cerâmicas, porém não limitado a estas classes de pigmentos. A metodologia, objeto desta patente, utiliza substâncias no estado de vapor durante o processo de síntese dos referidos pigmentos.PRECURSING SUBSTANCES The present patent discloses a methodology for the preparation and synthesis of organic and inorganic pigments, particularly inorganic pigments, including ceramic pigments for applications in ceramic parts, but not limited to these pigment classes. The methodology, object of this patent, uses substances in the vapor state during the synthesis process of said pigments.

Estado da técnica Ê conhecido que pigmentos são pós ou partículas, inorgânicas ou orgânicas, que devido as suas características óticas são empregadas, principalmente, para colorir substâncias. As substâncias a serem coloridas incluem polímeros, esmaltes cerâmicos e fritas cerâmicas.Background Art It is known that pigments are inorganic or organic powders or particles, which due to their optical characteristics are mainly employed to color substances. The substances to be colored include polymers, ceramic enamels and ceramic chips.

Dessa forma são conhecidos métodos comuns de síntese e preparação de pigmentos que incluem as reações no estado sólido, reação em via úmida, incluindo sol-gel, co-precipitação; porém, a rota de preparação mais utilizada é a de reação no estado sólido. Também são conhecido métodos de síntese de pigmentos que utilizam reagentes no estado de vapor. A utilização de vapor de TiCU durante a síntese de pigmentos de dióxido de titânio (TÍO2) é apresentada na publicação US 5922120 A. De acordo com tal publicação, o processo de síntese consiste da reação do tetracloreto de titânio (TiCU) na forma de vapor com um composto de alumínio e um gás com oxigênio em um reator apropriado para a obtenção de uma suspensão gasosa contendo partículas de dióxido de titânio; as temperaturas do reator são mantidas na faixa de 900°C a 1600°C. Esta suspensão gasosa contendo partículas de dióxido de titânio é colocada em contato com um haleto de silício e um precursor dos óxidos de boro, fósforo, magnésio, nióbio, germânio e suas misturas. Finalmente, a suspensão gasosa é resfriada levando à produção de um pigmento de T1O2 com um revestimento de sílica e um segundo óxido. O resultado final do processo de síntese é um pigmento de dióxido de titânio (T1O2) revestido com síiica e um segundo oxido selecionado entre os óxidos de boro, fósforo, magnésio, nióbio, germânio e suas misturas. A publicação GB 404886 A descreve um método para a obtenção de pigmentos onde um metal formador de pigmentos é volatilizado por aquecimento. O vapor do metal formador de pigmento é suspenso em um gás inerte e direcionado para uma zona de reação e um coletor, promovendo a mistura de um elemento formador de pigmento do grupo VI da tabela periódica (excluindo o oxigênio) com o gás e o vapor metálico na zona de reação, mantendo a temperatura da zona de reação acima da temperatura do elemento formador de pigmento. Da acordo com tal publicação, o resultado do processo é a coleta de finas partículas de pigmento a partir do referido gás. Ainda de acordo com a publicação GB 404886 A, o metal formador de pigmento pode ser zinco e o elemento formador de pigmento do grupo VI da tabela periódica pode ser enxofre. A publicação CA 1334227 C apresenta uma dispersão e um método com o propósito de produzir a dispersão que pode possuir duas composições. A primeira composição é uma dispersão não aquosa que compreende partículas de pigmento dispersas em um meio orgânico. A segunda composição é uma dispersão aquosa que compreende certas classes de partículas de pigmentos inorgânicos dispersas em um meio aquoso; as classes de pigmentos orgânicos são selecionadas entre os grupos que consistem óxidos metálicos e sais metálicos. De acordo com tal publicação, o método de síntese consiste em vaporizar um pigmento ou um precursor de pigmento na presença de um fluxo de gás não reativo para obter pigmentos ultrafinos ou partículas precursoras de pigmento, fornecendo um segundo gás capaz de reagir com as partículas precursoras de pigmento e reagindo este segundo gás com as partículas precursoras de pigmento formando partículas ultrafinas de pigmento.Thus common methods of pigment synthesis and preparation are known which include solid state reactions, wet reaction including sol-gel, co-precipitation; however, the most commonly used preparation route is the solid state reaction route. Pigment synthesis methods using vapor reactants are also known. The use of TiCU vapor during the synthesis of titanium dioxide (TiO2) pigments is disclosed in US 5922120 A. According to such publication, the synthesis process consists of the reaction of titanium tetrachloride (TiCU) in the form of steam. with an aluminum compound and an oxygen gas in a suitable reactor to obtain a gaseous suspension containing titanium dioxide particles; reactor temperatures are maintained in the range of 900 ° C to 1600 ° C. This gaseous suspension containing titanium dioxide particles is placed in contact with a silicon halide and a precursor of boron, phosphorus, magnesium, niobium, germanium oxides and mixtures thereof. Finally, the gas suspension is cooled leading to the production of a T1O2 pigment with a silica coating and a second oxide. The end result of the synthesis process is a silica-coated titanium dioxide (T1O2) pigment and a second oxide selected from the oxides of boron, phosphorus, magnesium, niobium, germanium and mixtures thereof. GB 404886 A describes a method for obtaining pigments where a pigment-forming metal is volatilized by heating. The vapor of the pigment forming metal is suspended in an inert gas and directed to a reaction zone and a collector, promoting the mixing of a group VI pigment forming element from the periodic table (excluding oxygen) with the gas and vapor. metal in the reaction zone, keeping the reaction zone temperature above the temperature of the pigment forming element. According to such publication, the result of the process is the collection of fine pigment particles from said gas. Still according to GB 404886 A, the pigment forming metal may be zinc and the group VI pigment forming element of the periodic table may be sulfur. Publication CA 1334227 C discloses a dispersion and a method for producing the dispersion which may have two compositions. The first composition is a non-aqueous dispersion comprising pigment particles dispersed in an organic medium. The second composition is an aqueous dispersion comprising certain classes of inorganic pigment particles dispersed in an aqueous medium; Organic pigment classes are selected from the groups consisting of metal oxides and metal salts. According to such publication, the synthesis method is to spray a pigment or a pigment precursor in the presence of a non-reactive gas stream to obtain ultrafine pigments or pigment precursor particles, providing a second gas capable of reacting with the precursor particles. and reacting this second gas with the pigment precursor particles to form ultra-fine pigment particles.

Foi demonstrado que métodos para a síntese e preparação de pigmentos orgânicos e inorgânicos da técnica anterior, incluindo os métodos que utilizam substâncias no estado de vapor durante o processo de síntese dos referidos pigmentos apresentam características não satisfatórias.It has been shown that methods for the synthesis and preparation of prior art organic and inorganic pigments, including methods that use substances in the vapor state during the synthesis process of said pigments, have unsatisfactory characteristics.

Os métodos de síntese da técnica anterior que utilizam substâncias no estado de vapor durante a síntese de pigmentos ou precursores de pigmentos, muitas vezes, necessitam que as substâncias na forma de vapor a seram utilizadas na síntese sejam suspensas ou dispersas em um meio líquido ou gasoso durante o processo de síntese. O meio líquido pode ser aquoso ou formado por solventes orgânicos e o meio gasoso pode ser constituído por um gás inerte. Além disso, os métodos de síntese do estado da técnica necessitam que o vapor das substâncias para a síntese de pigmentos ou precursores de pigmentos reajam com outro gás para a obtenção dos referidos pigmentos ou precursores de pigmentos. Outra limitação é que métodos de síntese de pigmentos envolvendo fase vapor do estado da técnica foram desenvolvidos para a síntese e preparação de composições de pigmentos e precursores de pigmentos específicas a não são metodologias destinadas à síntese e preparação de uma maior variedade de composições de pigmentos. É objetivo da presente invenção a descrição de um método para a síntese e preparação de pigmentos que utilize substâncias no estado de vapor durante a síntese e apresente melhorias em relação aos métodos de síntese e preparação de pigmentos do estado da técnica. Os pigmentos obtidos pelo método de síntese objeto desta patente podem ser orgânicos ou inorgânicos, particularmente pigmentos inorgânicos, incluindo pigmentos para aplicações em peças cerâmicas Descricão da invenção Os problemas apresentados pelos métodos de síntese e preparação de pigmentos do estado da técnica são solucionados de acordo com a presente substâncias na forma de vapor durante o processo de síntese. As composições de pigmentos que podem ser sintetizadas utilizando-se o método de síntese desta patente de invenção incluem composições para aplicações em esmaltes cerâmicos utilizados no revestimento de peças cerâmicas que incluem telhas, revestimentos e utensílios domésticos. Ressalta-se que as composições sintetizadas com o método objeto desta patente úe invenção incluem as composições referentes a pigmentos para serem aplicados em peças cerâmicas, mas não são limitadas a estas composições. O método que se requer nesta patente também é destinado para se obter pigmentos orgânicos e outros pigmentos destinados a coloração de materiais poliméricos, tintas de impressão, tintas, cosméticos e vidros. O método de síntese objeto desta patente consiste na colocação dos reagentes, que podem ser pigmentos ou substâncias precursoras de pigmentos, em uma câmara de síntese adequada para este fim. No interior da câmara de síntese, em função de suas condições de temperatura e pressão, ocorre a vaporizaçâo de um ou mais reagentes. De acordo com os reagentes utilizados, a temperatura da câmara de síntese pode ser suficiente para a vaporizaçâo de todos os reagentes presentes em seu interior, levando à formação de pigmentos ou precursores de pigmentos através de reações no estado de vapor; ou a temperatura da câmara pode ser insuficiente para a vaporizaçâo de todos as substâncias presentes, deixando uma ou mais substâncias no estado sólido e, desta forma, a reação de formação dos pigmentos ou precursores de pigmentos envolve uma fase vapor e uma fase sólida. Os produtos obtidos após as reações utilizando-se o referido método de sínstese consistem de materiais particulados, orgânicos ou inorgânicos, com propriedades pigmentantes, que podem apresentar partículas nanométricas ou micrométricas. O método de síntese objeto desta patente não necessita que os reagentes vaporizados ou sólidos, sejam dispersos ou suspensos em um gás, inerte ou reativo, ou em um meio dispersante líquido, que pode ser aquoso ou orgânico.Prior art synthesis methods that utilize vapor-state substances during the synthesis of pigments or pigment precursors often require that the vapor-form substances to be used in the synthesis be suspended or dispersed in a liquid or gaseous medium. during the synthesis process. The liquid medium may be aqueous or formed of organic solvents and the gaseous medium may consist of an inert gas. In addition, prior art synthesis methods require that the vapor of pigment synthesis substances or pigment precursors react with another gas to obtain said pigment or pigment precursors. Another limitation is that prior art vapor phase pigment synthesis methods have been developed for the synthesis and preparation of pigment compositions and specific pigment precursors and are not methodologies for the synthesis and preparation of a greater variety of pigment compositions. It is an object of the present invention to describe a method for the synthesis and preparation of pigments using vapor state substances during synthesis and to improve upon the state of the art pigment synthesis and preparation methods. Pigments obtained by the synthetic method object of this patent may be organic or inorganic, particularly inorganic pigments, including pigments for ceramic tile applications. Description of the invention The problems presented by the prior art pigment synthesis and preparation methods are solved according to the present substances in the form of steam during the synthesis process. Pigment compositions that can be synthesized using the synthesis method of this patent include compositions for ceramic enamel applications used in coating ceramic tiles including tiles, coatings and household items. It is emphasized that compositions synthesized with the method object of this invention include pigment compositions for application to ceramic pieces, but are not limited to these compositions. The method required in this patent is also intended for obtaining organic pigments and other pigments for the coloring of polymeric materials, printing inks, inks, cosmetics and glass. The synthesis method object of this patent consists in placing the reagents, which may be pigments or pigment precursor substances, in a synthesis chamber suitable for this purpose. Within the synthesis chamber, depending on their temperature and pressure conditions, one or more reagents are sprayed. According to the reagents used, the temperature of the synthesis chamber may be sufficient for vaporization of all reagents present in it, leading to the formation of pigments or pigment precursors through reactions in the vapor state; or the chamber temperature may be insufficient for vaporization of all substances present, leaving one or more substances in the solid state, and thus the reaction of pigment formation or pigment precursors involves a vapor phase and a solid phase. The products obtained after the reactions using said synthesis method consist of particulate materials, organic or inorganic, with pigmenting properties, which may have nanometric or micrometer particles. The synthesis method object of this patent does not require that the vaporized or solid reagents be dispersed or suspended in a gas, inert or reactive, or in a liquid dispersing medium, which may be aqueous or organic.

As reações no interior da câmara de síntese podem ocorrer sob atmosfera imposta pelo ambiente, sob vácuo ou em condições de atmosfera controlada. Em condições de atmosfera controlada, pode ser utilizado um gás reativo em relação aos reagentes, um gás inerte em relação aos reagentes ou misturas destes gases.Reactions within the synthesis chamber may occur under an environmentally imposed atmosphere, under vacuum or under controlled atmosphere conditions. Under controlled atmosphere conditions, a reactant reactive gas, an inert gas reactant or mixtures thereof may be used.

Os exemplos a seguir explicam adicionalmente a invenção sem a limitar.The following examples further explain the invention without limiting it.

Exemplo 1 0,2 kg de carbonato de cádmio, e 0,2 kg de enxofre e 0,6 kg de óxido de zinco são misturados em um almofariz de ágata e posteriormente levados à câmara de síntese do reator objeto desta patente a 1200 °C por 1 hora. Nestas condições de síntese, uma fase vapor contendo cádmio e enxofre é gerada.Example 1 0.2 kg of cadmium carbonate, and 0.2 kg of sulfur and 0.6 kg of zinc oxide are mixed in an agate mortar and then taken to the reactor synthesis chamber of this patent at 1200 ° C. for 1 hour. Under these synthesis conditions, a vapor phase containing cadmium and sulfur is generated.

Um pigmento de cor amarela foi obtido.A yellow pigment was obtained.

Exemplo 2 0,2 kg de sulfato de cádmio e 0,8 kg de óxido de zinco são misturados em um almofariz de ágata e posteriormente levados à câmara de síntese do reator objeto desta patente a 1200 °C por 1 hora. Nestas condições de síntese, uma fase vapor contendo cádmio é gerada. Um pigmento de cor marrom avermelhada foi obtido.Example 2 0.2 kg of cadmium sulfate and 0.8 kg of zinc oxide are mixed in an agate mortar and then taken to the reactor synthesis chamber of this patent at 1200 ° C for 1 hour. Under these synthesis conditions, a cadmium-containing vapor phase is generated. A reddish brown pigment was obtained.

Exemplo 3 0,077 kg de metavadanato de amônio e 0,79 kg de óxido de bismuto são misturados em um almofariz de ágata e posteriormente levados à câmara de síntese do reator objeto desta patente a 1200 °C por 1 hora. Um pigmento de cor laranja com uma quantidade de pentóxido de vanádío inferior à metade da quantidade deste óxido utilizada comercialmente foi obtido.Example 3 0.077 kg of ammonium metavadanate and 0.79 kg of bismuth oxide are mixed in an agate mortar and then taken to the reactor synthesis chamber of this patent at 1200 ° C for 1 hour. An orange pigment with an amount of vanadium pentoxide less than half the amount of this commercially used oxide was obtained.

Claims

1. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS caracterizada por apresentar: vaporização de um ou mais reagentes no interior de uma câmara de síntese, sob condições controladas de tempo, temperatura e atmosfera de acordo com a composição química dos reagentes; reagentes que incluem pigmentos ou substâncias precursoras de pigmentos; formação de pigmentos ou precursores de pigmentos através de reações no estado de vapor; formação de pigmentos ou precursores de pigmentos através de reações envolvendo fases de vapor e fases sólidas; e que, apôs as reações de síntese, seja efetiva na síntese e preparo de pigmentos orgânicos e inorgânicos, incluindo pigmentos para aplicações em peças cerâmicas.1. METHODOLOGY FOR PIGMENT COMPOSITION SYNTHESIS AND PREPARATION characterized by: vaporization of one or more reagents within a synthesis chamber, under controlled conditions of time, temperature and atmosphere according to the chemical composition of the reagents; reagents including pigments or pigment precursor substances; formation of pigments or pigment precursors through vapor state reactions; formation of pigments or pigment precursors through reactions involving vapor phases and solid phases; and which, after synthesis reactions, is effective in the synthesis and preparation of organic and inorganic pigments, including pigments for ceramic tile applications.

2. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da síntese ser realizada sob a atmosfera imposta pelo ambiente, sobre a presença de um gás reativo em relação aos reagentes, sobre a presença de um gás inerte em relação aos reagentes ou misturas destes gases.Methodology for the synthesis and preparation of pigment composition according to claim 1, characterized in that the synthesis is performed under the atmosphere imposed by the environment, on the presence of a reactive gas in relation to the reactants, on the presence of an inert gas with respect to the reactants or mixtures of these gases.

3. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da síntese poder ser realizada sob vácuo.Methodology for the synthesis and preparation of pigment composition according to Claim 1, characterized in that the synthesis may be carried out under vacuum.

4. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os reagentes utilizados incluem pigmentos, substâncias geradoras de pigmentos ou misturas de pigmentos e substâncias geradoras de pigmentos.Methodology for the synthesis and preparation of pigment composition according to Claims 1 to 3, characterized in that the reagents used include pigments, pigment generating substances or mixtures of pigments and pigment generating substances.

5. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os pigmentos e as substâncias geradoras de pigmentos podem incluir compostos orgânicos ou inorgânicos ou misturas destes compostos.Methodology for the synthesis and preparation of pigment composition according to claim 4, characterized in that the pigments and pigment generating substances may include organic or inorganic compounds or mixtures thereof.

6. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de ser possível a geração de compostos orgânicos, compostos inorgânicos ou misturas dessas substâncias orgânicas e inorgânicas.Methodology for the synthesis and preparation of pigment composition according to Claims 1 to 5, characterized in that the generation of organic compounds, inorganic compounds or mixtures of these organic and inorganic substances is possible.

7. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de se poder gerar composição de pigmentos que pode ser usada como agente pigmentante em tintas de impressão, tintas, polímeros, cosméticos e esmaltes para cerâmicas e vidros.METHODOLOGY FOR PIGMENT COMPOSITION SYNTHESIS AND PREPARATION according to claim 6, characterized in that pigment composition can be generated which can be used as a pigmentant in printing inks, inks, polymers, cosmetics and enamels for ceramics and glass.

8. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a composição de pigmento seja produzida com tamanho granulométrico convencional ou em nano escala.METHODOLOGY FOR THE SYNTHESIS AND PREPARATION OF PIGMENT COMPOSITION according to claim 6, characterized in that the pigment composition is produced with conventional or nanoscale particle size.

9. METODOLOGIA PARA A SÍNTESE E PREPARAÇÃO DE COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada oelo fato de que a composição de pigmentos seja aplicada pura ou em mistura com outros pigmentos comercialmente disponíveis.METHODOLOGY FOR THE SYNTHESIS AND PREPARATION OF PIGMENT COMPOSITION according to claim 6, characterized in that the pigment composition is applied pure or in admixture with other commercially available pigments.