Cerámeros, su aplicación y su uso.

Cerámeros que comprenden óxido de titanio y/u óxido de circonio en forma de partículas nanométricas obtenidas a partir de suspensiones acuosas de óxido de titanio u óxido de circonio

, en las que dichas suspensiones acuosas de óxido de titanio en forma de partículas nanométricas se obtienen a través de un proceso en el que se hace reaccionar un alcóxido de titanio al calentarlo en agua en presencia de un ácido mineral y un tensioactivo no iónico y opcionalmente al evaporar el disolvente cuando se desea la obtención del producto sólido.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2012/050997.

Solicitante: COLOROBBIA ITALIA S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA PIETRAMARINA, 53 50053 SOVIGLIANA VINCI (FIRENZE) ITALIA.

Inventor/es: BALDI, GIOVANNI, BITOSSI, MARCO, BARZANTI,ANDREA, LORENZI,GIADA, CIONI,ANDREA, DAMI,VALENTINA, MARCHESE,EDOARDO MARIA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > C09D5/00 (Composiciones de revestimiento, p. ej. pinturas, barnices o lacas, caracterizados por su naturaleza física o por los efectos que producen; Emplastes)

PDF original: ES-2550951_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Cerámeros, su aplicación y su uso Campo de la invención

[0001] La presente invención se refiere al campo de materiales de revestimiento (revestimiento en lo sucesivo) para la aplicación en general a superficies metálicas para proporcionarles propiedades antiadherentes, a prueba de rayaduras y antibacterianas.

Estado de la técnica

[0002] Las nanotecnologías se utilizan ampliamente en diversos sectores para crear composiciones híbridas conocidas como cerámeros. En el proceso de preparación para estas sustancias orgánicas, como oligómeros o polímeros, se mezclan íntimamente con material inorgánico (óxidos, silicatos), a fin de obtener composiciones que presentan propiedades típicas tanto cerámicas (resistencia a elevada temperatura, rigidez, etc.) como plásticas (plasticidad, baja densidad, facilidad de transformación, etc.).

[0003] La producción de estos híbridos se lleva a cabo esencialmente mediante procesos sol-gel. Este método permite la formación de la red inorgánica a temperaturas significativamente inferiores a las temperaturas de degradación de cualquier componente orgánico. Las reacciones químicas implicadas en este proceso pueden ser hidrólisis y condensación simultánea en solución (sol) de un formador de red de alcóxido metálico hasta la formación de una red tridimensional (gel), combinada posiblemente con las reacciones de polimerización de monómeros insaturados. La incorporación durante la formación de la red inorgánica de una fase orgánica que puede consistir tanto en el producto de bajo peso molecular como los polímeros y oligómeros funcionalizados y no funcionalizados da lugar por lo tanto a la formación de materiales compuestos puros, en los que la parte orgánica e inorgánica constituye fases íntimamente interconectadas pero separadas. En la gran mayoría de los casos, el componente inorgánico de estas estructuras se representa mediante sílice.

[0004] Un campo en el que se utilizan ampliamente, el campo de revestimiento polimérico, estos se utilizan para proporcionar propiedades de materiales ignífugos, a prueba de rayaduras, resistente a UV, barrera a gas, etc.

[0005] Un nuevo campo de aplicación de estos materiales, actualmente en fuerte expansión, es el del tratamiento de superficies metálicas, tales como por ejemplo el revestimiento de aluminio para la creación de ollas y sartenes con propiedades antiadherentes para uso doméstico. De hecho, los estudios científicos han demostrado que el teflón, utilizado normalmente como revestimiento interno en sartenes, cacerolas, etc., tiene una alta toxicidad y por lo tanto diversas empresas han introducido en el mercado artículos que tienen un revestimiento de ceramer con propiedades antiadherentes para reemplazar este material.

[0006] Estos son generalmente mezclas que contienen una composición de silano, nanopartículas de sílice, un ácido orgánico, una composición de la familia de los polidimetilsiloxanos, agua y un disolvente miscible en agua y en algunos casos un componente pigmentante de naturaleza inorgánica. La mezcla obtenida se deposita en el metal, seguido por una fase de secado. El revestimiento puede conseguirse tanto en una como en dos capas, al depositar una primera capa de una mezcla que no contiene la composición de polidimetilsiloxano y posteriormente una capa de la mezcla que contiene la composición de polidimetilsiloxano.

[0007] Un revestimiento de este tipo presenta características antiadherentes y a prueba de rayaduras significantes que pueden estar asociadas con el hecho de que existe un peligro menor asociado con el uso del material. La limitación del uso de este material radica en el hecho de que si la superficie metálica no presenta un grado suficiente de porosidad y/o rugosidad, el revestimiento tiene dificultades de adherencia y tiende a manifestar fenómenos de desgaste por fricción (desprendimiento de la película de ceramer). Esto se relaciona con la baja elasticidad del ceramer, que no puede por lo tanto utilizarse en superficies perfectamente lisas.

Sumario de la invención

[0008] Se describen cerámeros que comprenden óxido de titanio y/o circonio en forma de partículas nanométricas obtenidas a partir de suspensiones acuosas de óxido de titanio o circonio.

Descripción detallada de la invención

[0009] La presente invención permite que se superen los inconvenientes mencionados previamente gracias a los nuevos cerámeros que comprenden óxido de titanio y/o circonio en forma de partículas nanométricas, obtenidos a partir de suspensiones acuosas de óxido de titanio o circonio, en las que dichas suspensiones acuosas de óxido de titanio se obtienen como se describe en la Solicitud de Patente EP 1 996 515 en nombre del mismo solicitante. En resumen, como se ha explicado con mayor detalle en la solicitud previamente mencionada, estas son suspensiones acuosas de nanopartículas de óxido de titanio obtenidas mediante un proceso en el que se hace reaccionar un

alcóxido de titanio al calentarlo en agua en presencia de un ácido mineral y un tensioactlvo no iónico, y opcionalmente al evaporar el disolvente cuando se desea la obtención del producto sólido.

[0010] De hecho, el óxido de titanio nanométrico tiene éxito al proporcionar al propio ceramer una adhesión al sustrato extremadamente elevada, y por lo tanto una resistencia al desgaste por fricción (antidesgaste por fricción), elasticidad extremadamente elevada y una suavidad excelente mientras que el óxido de circonio proporciona al ceramer una mayor resistencia mecánica y resistencia a las rayaduras.

[0011] El alcóxido de titanio utilizado como producto de partida en el presente proceso puede por ejemplo seleccionarse entre el grupo que consiste en metóxido de titanio, etóxldo, normal-propóxido, iso-propóxido, normal- butóxido e isobutóxido, siendo preferente isopropóxido de titanio.

[0012] Los tensloactivos no iónicos utilizados son sustancias tensloactivas que consisten en una parte no polar y una funcionalidad polar no ionizable, siendo particularmente preferentes éteres, ásteres, éteres-ésteres, con Tritón X-100 (TX-100).

[0013] Como ácido mineral, según la invención, los inventores se refieren por ejemplo a un ácido seleccionado entre el grupo que comprende: ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido bromhídrico y ácido yodhídrico; siendo preferentes ácidos de halógeno, y en particular ácido clorhídrico.

[0014] La relación molar de óxido de titanio/ácido mineral se encuentra entre 0,005 y 15, preferentemente entre 5 y

6.

[0015] La temperatura de reacción se encuentra entre 15 °C y 95 °C, preferentemente entre 45 °C y 55 °C.

[0016] Los tiempos de reacción se encuentran entre 12 h y 72 h, preferentemente 24 horas.

[0017] Las suspensiones acuosas de óxido de circonio según la Invención pueden prepararse disolviendo en agua una sal de circonio soluble (tal como por ejemplo nitrato o cloruro de zirconilo) en un Intervalo de concentración de entre 0,1 y 0,6 M, que se calienta y bulle durante al menos 48 h, obteniendo de este modo una suspensión estable de nanopartículas de óxido de circonio. En caso necesario, puede añadirse una sal orgánica que tiene una función complejante tal como citrato de sodio (hasta un 10 % en peso, por ejemplo) con el fin de modificar el pH de la suspensión.

[0018] Además, si se desea, la suspensión de nanopartículas de circonio, en particular aquellas que han sido objeto de tratamiento de modificación del pH descrito previamente, pueden purificarse mediante la filtración con membranas de osmosis y reintegración posible de agua para mantener la concentración de nanopartículas en la constante de suspensión.

[0019]... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Cerámeros que comprenden óxido de titanio y/u óxido de circonio en forma de partículas nanométricas obtenidas a partir de suspensiones acuosas de óxido de titanio u óxido de circonio, en las que dichas suspensiones acuosas de óxido de titanio en forma de partículas nanométricas se obtienen a través de un proceso en el que se hace reaccionar un alcóxido de titanio al calentarlo en agua en presencia de un ácido mineral y un tensioactivo no iónico y opcionalmente al evaporar el disolvente cuando se desea la obtención del producto sólido.

2. Cerámeros según la reivindicación 1, en los que dichos alcóxidos se seleccionan entre metóxido de titanio, etóxido, normal-propóxldo, ¡so-propóxldo, normal-butóxido e isobutóxido.

3. Cerámeros según la reivindicación 1, en los que dicho ácido mineral se selecciona entre ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido perclórlco, ácido bromhídrico y ácido yodhídrico.

4. Cerámeros según la reivindicación 1, en los que dichos surfactantes no iónicos son sustancias tensloactivas que consisten en una parte no polar y una funcionalidad polar no ionizable, éteres, ásteres, éteres-ésteres.

5. Cerámeros según la reivindicación 1, en los que dichas suspensiones acuosas de óxido de circonio se obtienen disolviendo en agua una sal de circonio soluble y manteniendo la ebullición durante al menos 48 h.

6. Cerámeros según las reivindicaciones 1-5, que comprenden también nanomateriales, que consisten en metales seleccionados entre Ag°, Cu0, Ce02, AI2O3, ferrltos (MIIMIII204, M" = Fe2+, Co2+, Mm = Fe3+), hidroxlapatlta (HA), sílice o sus mezclas.

7. Cerámeros según la reivindicación 6, en los que dichos metales se añaden a la mezcla de la composición de ceramer o se presentan como dopantes del óxido de titanio en suspensión.

8. Proceso para preparar cerámeros según las reivindicaciones 1-7, en el que:

- una suspensión de dióxido de titanio en forma de nanopartículas, opcionalmente en combinación con las otras partículas metálicas nanométricas según la reivindicación 6, se mezcla con agua deslonizada y alcohol isopropílico,

se diluye trimetoximetilsilano en la mezcla con agitación, y se añade una solución acuosa de hidróxldo de sodio a la misma para llevar el pH a aproximadamente 4,5,

- se añade el pigmento y/u opacificante opcional y, tras la agitación, se filtra el revestimiento.

9. Uso de cerámeros según las reivindicaciones 1-7, para la aplicación a superficies metálicas.

10. Uso según la reivindicación 9, en el que dicha aplicación consiste en una o más capas de ceramer superpuestas.