Procedimiento para producir material de alto rendimiento que tiene función fotocatalítica y dispositivo para el mismo.

Un proceso para producir un material funcional que tiene actividad fotocatalítica que comprende las etapas de: recubrir una composición de recubrimiento fotocatalizadora que comprende un óxido de metal fotocatalítico y/o un precursor del óxido de metal fotocatalítico sobre la superficie de un sustrato

, y

calentar rápidamente la superficie del sustrato recubierto para fijar el óxido de metal fotocatalítico sobre la superficie del sustrato, caracterizado por que:

se lleva a cabo el calentamiento rápido mediante medios de calentamiento proporcionados con un elemento de calentamiento que tiene un valor de calentamiento por área unitaria no menor de 120 MJ/m2·hr, siendo la distancia entre el elemento de calentamiento y la superficie del sustrato de 5 a 300 nm y

llevándose a cabo el calentamiento rápido durante 2 a 60 s mediante suministro intensivo de energía térmica solo a la superficie del sustrato recubierto con la composición de recubrimiento fotocatalizadora.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP1999/004126.

Solicitante: TOTO LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, Nakashima 2-chome, Kokurakita-ku, Kitakyushu-shi Fukuoka 802-8601 JAPON.

Inventor/es: KOBAYASHI, HIDEKI, SAEKI, YOSHIMITSU, NAKASHIMA, YASUSHI, TANAKA, SHINJI, MAYUMI,YOSHITAKA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Catalizadores en general, caracterizados por su forma... > B01J35/10 (caracterizados por sus propiedades de superficie o su porosidad)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos para preparar catalizadores, en general;... > B01J37/02 (Impregnación, revestimiento o precipitación (protección por revestimiento B01J 33/00))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS;... > LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES,... > Postratamiento de morteros, hormigón, piedra artificial;... > C04B41/87 (Cerámicas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > B01J35/00 (Catalizadores en general, caracterizados por su forma o propiedades físicas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA > COMPOSICION QUIMICA DE LOS VIDRIOS, VIDRIADOS O ESMALTES... > Tratamiento de la superficie del vidrio, p. ej.,... > C03C17/23 (Oxidos (C03C 17/02 tiene prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS;... > LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES,... > Postratamiento de morteros, hormigón, piedra artificial;... > C04B41/50 (con sustancias inorgánicas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos para preparar catalizadores, en general;... > B01J37/08 (Tratamiento térmico)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > C23C30/00 (Revestimiento con materiales metálicos, caracterizado solamente por la composición del material metálico, es decir, no caracterizado por el proceso de revestimiento (C23C 26/00, C23C 28/00 tienen prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > C09D1/00 (Composiciones de revestimiento, p. ej. pinturas, barnices o lacas, a base de sustancias inorgánicas (C04B tiene prioridad; vidriados o esmaltes vítreos C03C))

PDF original: ES-2534892_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para producir material de alto rendimiento que tiene función fotocatalítica y dispositivo para el mismo ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para producir un material funcional que tiene diversos tipos de excelente actividad fotocatalítica, tales como actividad antimicrobiana (bactericida), actividad desodorante y actividad antiincrustante, útil para el tratamiento de aguas residuales o la purificación de gases dañinos.

Antecedentes

En los últimos años, la contaminación ambiental, por ejemplo la contaminación del agua creada por aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales o similares, olores desagradables o contaminación con bacterias tipificadas como SARM, o mohos en espacios de viviendas y espacios laborales ha ido aumentado y se ha vuelto un problema social.

Los fotocatalizadores han atraído la atención como materiales que, tras irradiación con luz, causan la adsorción de moléculas de oxígeno sobre bacterias, mohos y compuestos orgánicos tales como componentes del olor desagradable, o la desorción de moléculas de oxígeno de los mismos, y aceleran la descomposición (oxidación) de los compuestos orgánicos. Se han realizado una serie de Intentos por fijar un fotocatalizador sobre la superficie de un sustrato para limpiar la superficie del sustrato.

El documento PCT/WO 96/29375 da a conocer que la superficie de una capa que contiene fotocatalizador proporcionada sobre la superficie de un sustrato exhibe una alta hldrofilia (por ejemplo, un ángulo de contacto del mismo con agua de no más de 1°) en respuesta a la fotoexcltación del fotocatalizador. Esta propiedad puede utilizarse para mejorar las propiedades antiempañamiento y asegurar la visibilidad de miembros transparentes, tales como vidrios, lentes y espejos, para mejorar la limpiabilidad con agua y la limpiabilidad con lluvia de la superficie de artículos y para mejorar otras propiedades.

Los materiales funcionales que utilizan la función de fotocatalizador se han producido hasta el momento proporcionando un líquido de recubrimiento que contiene un óxido de metal fotocatalítlco o un precursor del óxido de metal fotocatalítlco, recubriendo con el líquido de recubrimiento y secando o slnterlzando el recubrimiento. Por ejemplo, se ha recubierto un sol de titania preparado a partir de un alcóxldo de titanio y una alcoholamlna o un sol preparado dispersando partículas de TIÜ2, ZnO, SrT¡C>3 o similar en un disolvente acuoso sobre la superficie de un sustrato, seguido de secado o sinterización. Más específicamente, como se da a conocer en la patente japonesa n° 2517874, el proceso de producción de materiales funcionales comprende: recubrir un sol de titania sobre un sustrato y calentar el sustrato recubierto de tal manera que la temperatura se eleve gradualmente desde temperatura ambiente a una temperatura final de 6 a 7 °C para efectuar la cocción, fijando así el fotocatalizador sobre el sustrato. También el documento JP 1-18118 da a conocer la aplicación de titania sobre un material básico, seguido de calentamiento a una velocidad de 3 °C/mln, y el documento US575627 se refiere al recubrimiento de sustratos con precursores de óxido de metal de transición.

Los presentes Inventores han encontrado ahora que pueden producirse eficazmente materiales funcionales que tienen una actividad fotocatalítica satisfactoria mediante calentamiento rápido. Han encontrado adlclonalmente que el calentamiento rápido Inmediatamente después, es decir, a continuación de la producción del sustrato, puede lograr la producción de materiales funcionales que tienen actividad catalítica de manera más eficaz. La presente Invención se ha realizado basándose en dicho descubrimiento.

En consecuencia, es un objeto de la presente Invención proporcionar un proceso para producir un material funcional que tenga un nivel satisfactorio de actividad fotocatalítica.

Dicho objeto se consigue mediante el proceso de la reivindicación 1 adjunta.

Se exponen realizaciones preferidas de la presente Invención en las reivindicaciones dependientes.

Según el proceso de la presente invención, puede fijarse con seguridad un óxido de metal fotocatalítlco en corto tiempo sobre la superficie de un sustrato y, además, puede obtenerse un material funcional que tiene una alta lisura superficial, posee una alta actividad fotocatalítica y unas altas resistencia a la abrasión y resistencia química. Además, el proceso de la presente invención puede reducir el tamaño del aparato de producción usado y puede lograr la simplificación del proceso de producción y ahorro de espacio. Además, el acortamiento del tiempo llevado para calentar puede contribuir ventajosamente a una reducción del coste y a una reducción de la cantidad de gases de escape emitidos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las Fig. 1 (a) y (b) son diagramas que ilustran una realización del proceso para producir un material funcional que tiene actividad fotocatalítica según la presente invención, en los que la capa 2a de una composición de recubrimiento fotocatalizadora recubierta sobre un sustrato 1 se calienta rápidamente formando una capa fina 2b para conferir actividad fotocatalítica al sustrato 1;

las Fig. 2 (a) y (b) son diagramas que ilustran otra realización del proceso para producir un material funcional que tiene actividad fotocatalítica según la presente invención, en los que, tras el calentamiento rápido de la capa 2a de una composición de recubrimiento fotocatalizadora y la capa 4a de un aglutinante y un disolvente recubierta sobre el sustrato 1, se convierte la capa 2a en una capa fina 2b para conferir actividad fotocatalítica al sustrato 1, mientras que la capa 4a se convierte en una capa 4b que tiene oxígeno no reticulado y contribuye al desarrollo de la hidrofilia;

la Fig. 3 es un diagrama que ilustra una realización del aparato para producir un material funcional que comprende: un aparato para producir alfarería como sustrato que comprende: un dispositivo de conformación 5, un dispositivo de barnizado 6 y un dispositivo de cocción 7; proporcionado el aparato continuamente desde el aparato para producir el sustrato, comprendiendo el aparato un dispositivo de recubrimiento 8 para recubrir una composición de recubrimiento fotocatalizadora, un dispositivo de calentamiento rápido 9 y un dispositivo de enfriamiento 1; y un dispositivo transportador 16 proporcionado de modo que el sustrato pueda transportarse continuamente a través de cada uno de los dispositivos y entre los dispositivos;

la Fig. 4 es un diagrama esquemático que muestra la estructura del dispositivo de calentamiento rápido 9 mostrado en la Fig. 3, en el que el dispositivo de calentamiento rápido 9 comprende un elemento de calentamiento 21, un material termorresistente 22 que cubre el elemento de calentamiento 21 y conforma un espacio de calentamiento, medios transportadores 16 para mantener el sustrato 23 para calentar dentro del espacio de calentamiento y transportar el sustrato en la dirección indicada por una flecha A en el dibujo, un puerto de entrada de transporte 24 para transportar el sustrato al espacio de calentamiento y un puerto de salida de transporte 25 para transportar el sustrato fuera del espacio de calentamiento; y

la Fig. 5 es un diagrama que muestra otra realización del aparato que tiene la misma construcción que el aparato mostrado en la Fig. 3, excepto porque se proporcionan adicionalmente un precalentador 11 para precalentar la superficie del sustrato antes de recubrir con una composición de recubrimiento fotocatalizadora y un secador 12 para secar el sustrato recubierto con la composición de recubrimiento.

REALIZACIONES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN

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Reivindicaciones:

1. Un proceso para producir un material funcional que tiene actividad fotocatalítica que comprende las etapas de: recubrir una composición de recubrimiento fotocatalizadora que comprende un óxido de metal fotocataUtico y/o un precursor del óxido de metal fotocatalítico sobre la superficie de un sustrato, y

calentar rápidamente la superficie del sustrato recubierto para fijar el óxido de metal fotocatalítico sobre la superficie del sustrato, caracterizado por que:

se lleva a cabo el calentamiento rápido mediante medios de calentamiento proporcionados con un elemento de calentamiento que tiene un valor de calentamiento por área unitaria no menor de 12 MJ/m2 hr, siendo la distancia entre el elemento de calentamiento y la superficie del sustrato de 5 a 3 nm y

llevándose a cabo el calentamiento rápido durante 2 a 6 s mediante suministro intensivo de energía térmica solo a la superficie del sustrato recubierto con la composición de recubrimiento fotocatalizadora.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que se lleva a cabo el calentamiento rápido calentando la superficie del sustrato a 1 a 8 °C.

3. El proceso según la reivindicación 2, en el que se lleva a cabo el calentamiento rápido calentando la superficie del sustrato a 15 a 6 °C.

4. El proceso según la reivindicación 3, en el que, durante el calentamiento rápido, se dispone el sustrato en una atmósfera a 1 a 1. °C.

5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, durante el calentamiento rápido, se mantiene sustancialmente constante la temperatura de calentamiento.

6. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se precalienta la superficie del sustrato antes del recubrimiento de la composición de recubrimiento fotocatalizadora.

7. El proceso según la reivindicación 6, en el que se lleva a cabo el precalentamiento calentando la superficie del sustrato a 2 a 4 °C.

8. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se seca el sustrato recubierto con la composición de recubrimiento fotocatalizadora antes del calentamiento rápido.

9. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se enfría entonces rápidamente la superficie del sustrato calentado rápidamente.

1. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el óxido de metal fotocatalítico se selecciona del grupo consistente en T¡2, ZnO, Sn2, SrTi2, WO3, Bi23, Fe2Ó3 y V2Os.

11. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que el precursor del óxido de metal fotocatalítico es un compuesto que contiene al menos un metal seleccionado del grupo consistente en titanio, cinc, estaño, estroncio, wolframio, bismuto, hierro y vanadio y, tras el calentamiento rápido, se convierte en el óxido de metal fotocatalítico.

12. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la composición de recubrimiento fotocatalizadora comprende adicionalmente un aglutinante.

13. El proceso según la reivindicación 12, en el que el aglutinante comprende: al menos un miembro seleccionado del grupo consistente en partículas de óxido inorgánico, precursores de película de resina de silicona capaces de formar películas de resina de silicona y precursores de película de sílice capaces de formar películas de sílice, y un disolvente.

14. El proceso según la reivindicación 12, en el que el aglutinante comprende: un miembro seleccionado del grupo consistente en silicio, aluminio, potasio, litio, sodio, cesio, calcio, magnesio, titanio, fósforo, boro, circonio, rubidio, francio, itrio, hafnio, lantánidos y compuestos de dichos elementos; y

un silicato alcalino representado por la fórmula Me2.nSi2 en la que Me representa un metal alcalino.

15. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que se recubre una composición de recubrimiento fotocatalizadora idéntica una pluralidad de veces sobre la superficie del sustrato formando un recubrimiento apilado o multicapa o, como alternativa, se proporciona una pluralidad de composiciones de recubrimiento fotocatalizadoras diferentes seguido del recubrimiento sucesivo de la pluralidad de composiciones de recubrimiento fotocatalíticas sobre la superficie del sustrato, formando un recubrimiento apilado o multicapa.

16. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende las etapas de: proporcionar al menos una composición de recubrimiento que comprende un aglutinante y sustancialmente exenta de óxido de metal fotocatalítico y el precursor del óxido de metal fotocatalítico y una composición de recubrimiento fotocatalizadora que comprende el óxido de metal fotocatalítico y/o el precursor de óxido de metal fotocatalítico o una composición de recubrimiento fotocatalizadora que comprende el óxido de metal fotocatalítico y/o el precursor del óxido de metal fotocatalítico y el aglutinante;

recubrirlas sobre la superficie del sustrato, formando un recubrimiento multicapa; y calentar entonces rápidamente el conjunto.

17. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que la composición de recubrimiento fotocatalizadora comprende adicionalmente un metal y/o un óxido de metal seleccionado de plata, cobre, cinc, metales del grupo del platino y óxidos de dichos metales.

18. El proceso según la reivindicación 17, en el que el metal y el óxido de metal están presentes, en estado soportado, sobre la superficie del óxido de metal fotocatalítico.

19. El proceso según la reivindicación 18, en el que el metal y el óxido de metal se han soportado sobre la superficie del óxido de metal fotocatalítico mediante fijación por fotorreducción usando irradiación con luz ultravioleta.

2. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que la concentración de óxido de metal fotocatalítico y/o el precursor de óxido de metal fotocatalítico en la composición de recubrimiento fotocatalizadora es de ,1 a 35 % en peso en una base sólida.

21. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la composición de recubrimiento fotocatalizadora contiene el aglutinante en una cantidad de ,1 a 1 partes en peso basada en una parte en peso de óxido de metal fotocatalítico y de precursor de óxido de metal fotocatalizador.

22. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que la composición de recubrimiento fotocatalizadora contiene el aglutinante a una cantidad de ,1 a 5 partes en peso basada en una parte en peso de óxido de metal fotocatalítico y de precursor del óxido de metal fotocatalítico.

23. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que el sustrato está compuesto por un metal, un material inorgánico, un material orgánico o un material combinado de los mismos.

24. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en el que el material funcional que tiene actividad fotocatalítlca es un material de interiores o exteriores.

25. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, en el que el material funcional que tiene actividad fotocatalítlca es una baldosa, un material sanitario, una vajilla, un panel de silicato de calcio, un material de construcción, un sustrato de cerámica, un material semiconductor, un aislante, un vidrio o un espejo.