Brevet FR2867483A1 — publié le 20050916

Procédé d'obtention de pigments métalliques colorants 5 Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé d'obtention de pigments métalliques colorants. L'article de l'ouvrage Les techniques de l'ingénieur AMI, page A3 233, de R.DEFOSSE distingue trois familles de pigments: Les pigments minéraux (exemple TiO2) Les pigments organiques Les pigments spéciaux. Les pigments métalliques appartiennent à cette dernière catégorie. 15 Etat de la technique Un pigment est une matière colorante, ou apportant un aspect métallique ou irisé , se présentant sous forme d'une poudre (colorée, blanche ou noire), et insoluble, contrairement aux colorants proprement dits, dans les solvants et les substrats. Le terme de pigment métallique recouvre des poudres à base d'aluminium, de magnésium, de cuivre, de fer (acier), de bronze ou des dérivés micacés, utilisés comme additifs, en particulier des peintures et encres. Les paramètres physiques influant sur l'aspect métallique qu'ils confèrent sont le 25 diamètre moyen des particules, leur forme, leur distribution et leur orientation dans la formulation finale. Ils présentent généralement une granulométrie comprise entre 5 et 25 m et une forme dite en écaille plate ou paillette ou encore en micro- lamelle et sont subdivisés en deux types, selon leur comportement au mouillage dans les solvants: - Les pigments pelliculants (ou leafing) qui restent en surface de la formulation et s'orientent parallèlement aux interfaces en formant une couche métallique dense ce qui confère au milieu un pouvoir réflecteur très élevé et une excellente protection. - Les pigments non-pelliculants qui s'orientent plus ou moins parallèlement au substrat, de manière aléatoire et dans le bas de couche de la préparation. Leurs principales applications sont: Les peintures de revêtement et anticorrosion, Les encres pour la sérigraphie, l'héliogravure et la flexographie. Problème posé Les pigments métalliques décrits dans l'art antérieur sont principalement utilisés pour conférer aux formulations un aspect métallisé ou irisé. Pour atteindre la couleur désirée, l'ajout d'autres pigments ou colorants est nécessaire. Par ailleurs, les métaux sont majoritairement très sensibles aux phénomènes d'oxydation, accentués par toute acidité ou alcalinité de l'environnement. Les réactions régissant ces phénomènes sont généralement inhibées en utilisant des huiles, cires, liants aqueux ou de la gomme laque, qui ont pour effet d'isoler physiquement les métaux de l'air ambiant et de l'humidité. Cette addition constitue une contrainte supplémentaire pour l'utilisation de ces pigments. De plus, il est à noter que les pigments métalliques connus de l'art antérieur ( référence: Schieck R., Pigments, in Encyclopedia of chemical technology, vol.17, 1982, p. 788) sont des poudres à base d'aluminium, de magnésium, de cuivre, de fer (ou acier), de bronze voire des dérivés micacés. Le silicium métallurgique ne fait pas partie de cette liste. Le but de l'invention est d'obtenir un pigment métallique coloré ne nécessitant pas l'emploi d'un colorant supplémentaire. Objet de l'invention L'objet de la présente invention est un procédé de traitement de poudre de silicium métallurgique de granulométrie comprise entre 1 et 250 m, consistant à porter cette poudre à une température de 900 à 1350 C en milieu oxydant, pour obtenir un pigment métallique colorant, la température et la durée du traitement étant ajustées en fonction de la couleur recherchée. L'élément oxydant peut être, par exemple, l'oxygène, contenu dans l'air ou ajouté, 5 ou de l'eau injectée au cours dudit traitement. Description de l'invention L'invention repose sur la constatation faite par la demanderesse qu'un traitement de 1 o maintien à température en milieu oxydant de grains de silicium métallurgique permettait d'obtenir ladite coloration. Plus précisément, ce résultat est obtenu en disposant du silicium métallurgique, de préférence de teneur en fer inférieure à 5000 ppm, dans un four électrique. La taille des grains introduits est comprise entre 11. m et 250 m. La température du four est maintenue entre 900 C et 1350 C. Les temps d'exposition pour obtenir une couleur donnée dépendent de la température et sont compris entre 5 minutes (obtention de la couleur bleu) et 9 heures (obtention de la couleur jaune). Plus la température est élevée plus le temps d'exposition est court (cf. exemples). L'oxydation peut se faire par voie sèche (air éventuellement enrichi en oxygène par exemple) ou par voie humide (injection d'eau). Dans le cas d'un traitement par voie humide, le temps d'exposition nécessaire peut être divisé sensiblement par deux (cf. exemples). Les pigments ainsi obtenus sont stables à l'air ambiant, à la lumière, aux milieux alcalin et acide, pour des températures inférieures à 800 C. Les avantages de l'invention par rapport aux caractéristiques de l'art antérieur sont: Un apport simultané de la couleur et de l'aspect métallique, La forme des grains en micro-lamelle ou écaille plate qui confère une surface plane, La stabilité à l'air ambiant (pas de corrosion) , à la lumière et aux milieux alcalin et acide. Exemples Exemple 1: Dans un four électrique, on a introduit du silicium métallurgique avec une taille de grain comprise entre 1 m et 250 m. A 900 C les résultats suivants ont été obtenus: Oxydation par voie sèche: Couleur Temps d'exposition Bleu 2 heures 3 heures Jaune 5 heures 6 heures Rouge 8 heures 9 heures Exemple 2: Dans un four électrique, on a introduit du silicium métallurgique avec une taille de grain comprise entre 1 m et 250 m. A l'aide d'une pompe doseuse on a injecté dans la chambre entre 10g et 100g d'eau déminéralisée par heure. A 900 C les résultats suivants ont été obtenus: Oxydation par voie humide: Couleur Temps d'exposition Bleu 1 heure -1 heure 30mn Jaune 2 heures 30mn 3 heures Rouge 4 heures 4 heures 30mn Exemple 3: Dans un four électrique, on a introduit du silicium métallurgique avec une taille de grain comprise entre 1 gm et 250 m. A 1350 C les résultats suivants ont été 20 obtenus: Oxydation par voie sèche: Couleur Temps d'exposition Bleu 10 minutes -20 minutes Jaune 25 minutes 35 minutes Rouge 40 minutes 60 minutes Exemple 4: Dans un four électrique, on a introduit du silicium métallurgique avec une taille de grain comprise entre 1 m et 250 m. A l'aide d'une pompe doseuse on a injecté dans la chambre entre 10g et 100g d'eau déminéralisée par heure. A 1350 C les résultats suivants ont été obtenus: Oxydation par voie humide: Couleur Temps d'exposition Bleu 5 minutes -10 minutes Jaune 15 minutes - 18 minutes Rouge 20 minutes 30 minutes Revendications Procédé de traitement de poudre de silicium métallurgique de granulométrie comprise entre 1 et 250 gm, pour obtention d'un pigment métallique colorant, consistant à : a. Préparer une poudre de silicium métallurgique b. Porter cette poudre à une température de 900 à 1350 C en milieu oxydant c. Ajuster la température et la durée pour obtenir la couleur recherchée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en fer du silicium métallurgique est inférieure à 5000 ppm. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oxydation est réalisée dans une atmosphère enrichie en oxygène. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oxydation est réalisée dans une atmosphère enrichie en eau. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le temps de maintien à température est compris entre 5mn et 9h.