Producto cerámico que comprende al menos un material de cambio de fase.

La presente invención se refiere a un producto cerámico obtenible a partir de un procedimiento que comprende la incorporación de al menos un material de cambio de fase en un material cerámico soporte, donde dicha incorporación puede llevarse a cabo en la cara superior o cara vista, en al menos uno de los laterales o canto; y/o en la cara posterior del material cerámico soporte. Es asimismo objeto de esta invención el uso de dicho producto cerámico, en edificios de obra nueva, de rehabilitación o de cualquier otra ubicación o localización

Producto cerámico que comprende al menos un material de cambio de fase.

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de los productos y recubrimientos cerámicos (gres porcelánico, revestimientos porosos en pasta roja o pasta blanca, gres de pasta roja o pasta blanca, etc.), con aplicación de materiales de cambio de fase (o PCM, del inglés Phase Changing Materials) para mejorar las propiedades térmicas (conductividad térmica y calor especifico) de dichos productos.

Antecedentes de la invención

Dentro del contexto de la Directiva Europea 2010/31/UE destaca el sector de la construcción por su importancia como instrumento que desarrolla el acuerdo del Consejo Europeo de marzo de 2007 para reducir un 20% el consumo de energía y un 20% adicional las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), incrementando el consumo final de energías renovables con carácter obligatorio un 20%, como mínimo, hasta 2020. Esta Directiva destaca el gran potencial de ahorro de energía, aún sin realizar, en los edificios, la necesidad de adoptar medidas para mejorar la eficiencia energética de los edificios teniendo en cuenta las condiciones climatológicas y las particularidades locales, así como el entorno ambiental interior y la rentabilidad en términos de coste-eficacia.

A pesar de que nuestras ciudades son los mayores centros de consumo de energía y de emisiones de CO₂, su diseño, sin embargo, no atiende a criterios de eficiencia energética. Actualmente, los desarrollos urbanos dependen por completo del cada vez mayor consumo de petróleo y de gas para uso masivo de sistemas individuales de calefacción y refrigeración. Por otra parte, se ha comprobado el lento avance de la energía solar térmica para agua caliente sanitaria o de la fotovoltaica integrada en áreas urbanas.

Abordar la eficiencia de los edificios de las ciudades europeas se ha convertido por tanto en un factor vital para el futuro. En este sentido, es objeto de esta invención un nuevo desarrollo cerámico que pueda aplicarse tanto en edificios de obra nueva como en la rehabilitación energética del parque de edificios existentes con el fin de alcanzar este objetivo en cualquier mercado o país del mundo. Para ello, se propone emplear materiales que presenten suficiente inercia térmica, así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento o calentamiento pasivo controlado, en particular, aquellas que mejoren las condiciones ambientales interiores y creen microclimas en el interior de los edificios, mejorando la calidad y confort en su uso diario.

En este contexto, los Materiales con Cambio de Fase (o PCM, del inglés Phase Changing Materials) son materiales capaces de absorber, almacenar y liberar calor cuando cambian de estado. Por ello, pueden ser empleados en materiales de construcción para lograr un control climático sin dañar el medioambiente. Su funcionamiento esta ligado al punto de fusión del material de cambio de fase (PCM). De este modo, en caso de que el material de cambio de fase (PCM) presente un punto de fusión de 22ºC, cuando la temperatura ambiente se incremente por encima de 22ºC, el material de cambio de fase (PCM) empezará a fundir y absorber el calor del ambiente, sin que se modifique su temperatura. Posteriormente, al disminuir la temperatura ambiente, el calor almacenado será descargado para el calentamiento del mismo, pudiéndose repetir el ciclo continuamente. Las características de la cerámica (conductividad y densidad, así como resistencia, limpieza e higiene del producto) hacen que sea un conjunto de gran valor.

La propiedad de almacenamiento de energía de los materiales de cambio de fase (PCM) se basa en su capacidad de almacenamiento del calor latente, capacidad que permite almacenar elevadas cantidades de energía en volúmenes pequeños, pudiendo absorber y liberar calor de una manera más eficiente que los materiales de construcción usados tradicionalmente. En estos casos, la utilización de los sistemas convencionales de aire acondicionado y calefacción se minimiza, permitiendo un ahorro de energía, al tiempo que se protege el medioambiente.

Es conocido en la técnica el uso de distintos tipos de materiales de cambio de fase (PCM) como agentes de almacenamiento de energía en materiales como cementos y hormigones, aunque hasta el momento no han sido empleados en cerámicas. En función de la aplicación, los materiales de cambio de fase (PCM) a utilizar pueden ser de distintos tipos y pertenecer a diferentes familias químicas. Entre los más habituales, cabe mencionar las sales inorgánicas hidratadas, ácidos grasos (como el ácido acético, ácido láurico, ácido palmático, o ácido cáprico), acetamida, polietilenglicol 600, estearato butilico, parafinas, etc. En general, el punto de fusión de los materiales de cambio de fase (PCM) para aplicaciones de confort climático suele estar próximo a la temperatura ambiente (18-29ºC).

En la literatura de patentes es posible encontrar diversas solicitudes dirigidas al empleo de materiales de cambio de fase (PCM). Así por ejemplo, la patente ES 2231882 se dirige a una composición que comprende: (a) una pluralidad de microcápsulas, comprendiendo cada una de dichas microcápsulas una envolvente encapsulante y un material absorbente de calor dentro de dicha envolvente; y (b) un soporte a través del cual están dispersadas dichas microcápsulas, estando dicho soporte distribuido alrededor del sustrato.

Asimismo, en las solicitudes US5224356 y US4581285 citadas en la patente anterior describen el empleo de materiales de cambio de fase (PCM). En la solicitud US5224356 se describen materiales microencapsulados empleados para enfriar fuentes de calor, así como microcápsulas que contienen materiales de cambio de fase (PCM). Estos materiales pueden emplearse solos o como mezcla. Por otra parte, la solicitud US4581285 describe una estructura multicapa aislante, particularmente útil para la protección contra la exposición a cambios entre altos y bajos flujos de calor, que comprende láminas de un material de cambio de fase (PCM) que permiten la absorción y almacenamiento de calor durante periodos de alto flujo de calor y la radicación de calor durante periodos de bajo flujo de calor.

A su vez, la solicitud US2009/0333160 describe una estructura de azulejo fabricada a partir de materiales que comprenden: (a) al menos un 10% en masa de un material aglomerante; (b) al menos un 12% en masa de un material de cambio de fase (PCM) ; y (c) al menos un 30% en peso de una base de un medio granular que comprende al menos una piedra de tamaño granular.

Por último, en la solicitud ES2343300 se describe una composición de materiales de cambio de fase (PCM) y su aplicación en piedra natural con objeto de mejorar sus propiedades térmicas. Se utilizan distintos materiales de cambio de fase (PCM) en función del tipo de piedra y de la forma en la que se introduce o aplica a la piedra. El uso de los materiales de cambio de fase (PCM) en polvo, emulsiones, etc. depende de la porosidad de la piedra y de la forma en la que se apliquen los materiales de cambio de fase (PCM). Los materiales de cambio de fase (PCM) se incorporan a la piedra natural como capa sobre la superficie de la piedra, como masilla aplicada en la superficie trasera de la piedra natural y como capa de refuerzo (por ejemplo, en forma de mortero) aplicada en la superficie trasera de la piedra natural.

Las patentes anteriores se basan en las ventajas que presentan los materiales de cambio de fase (PCM) como medio de almacenamiento de energía, entre las que se encuentran: un incremento de la capacidad de almacenamiento de energía; una liberación de calor casi isotérmica; o una minimización del efecto de grandes fluctuaciones en la temperatura ambiente. De este modo, mediante el almacenamiento de grandes cantidades de energía se consigue evitar que se produzcan cambios significativos en la temperatura ambiente.

Si bien en los últimos años se ha incrementado el uso de los materiales de cambio de fase (PCM) principalmente para regular la temperatura de aquellos sustratos o productos que los comprenden (entre los que se encuentran materiales como la piedra natural, ladrillos, polímeros, metales, etc.), hasta el momento nunca han sido empleados en aplicaciones en las que el producto final no vea afectada especialmente su estética, como por ejemplo en baldosas cerámicas (porosas) o porcelánicas.

Es por tanto objeto de esta invención el desarrollo de nuevos productos cerámicos con capacidad para almacenar energía y reducir el consumo energético en el...

1. Producto cerámico obtenible a partir de un procedimiento que comprende la incorporación de al menos un material de cambio de fase seleccionado de un grupo que consiste en sales inorgánicas hidratadas, ácidos grasos, acetamida, polietilenglicol 600, estearato butílico y parafinas, así como cualquiera de sus combinaciones, en un material cerámico soporte, donde la incorporación del material de cambio de fase se lleva a cabo en la cara superior ó cara vista, en al menos uno de los laterales o canto, y/o en la cara posterior del material cerámico soporte.

2. Producto, de acuerdo a la reivindicación 1, donde cuando la incorporación del material de cambio de fase se lleva a cabo en la cara posterior ó costilla del material cerámico soporte, dicha incorporación se lleva a cabo en los huecos u oquedades situadas en dicha cara posterior del material cerámico soporte.

3. Producto, de acuerdo a la reivindicación 1, donde cuando la incorporación del material de cambio de fase se lleva a cabo en al menos uno de los laterales o cantos del material cerámico soporte, dicha incorporación se lleva a cabo en al menos un entrante situado en dicho lateral del material cerámico soporte.

4. Producto, de acuerdo a la reivindicación 1, donde cuando la incorporación del material de cambio de fase se lleva a cabo en la cara superior del material cerámico soporte, dicha incorporación se lleva a cabo en huecos o bajos relieves situados en dicha cara superior del material cerámico soporte.

5. Producto, de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado porque posteriormente a la incorporación del material de cambio de fase en el material cerámico soporte, se lleva a cabo la incorporación de un segundo cuerpo de material cerámico sobre el material cerámico soporte que comprende el material de cambio de fase, quedando dicho material de cambio de fase situado entre el material cerámico soporte y el segundo cuerpo de material cerámico, en ubicación tipo sándwich.

6. Producto, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde adicionalmente al material de cambio de fase el procedimiento comprende la incorporación de al menos un producto ligante adecuado al material cerámico soporte.

7. Producto, de acuerdo a la reivindicación 6, donde el producto ligante es seleccionado de un grupo que consiste en ligantes acrílicos con endurecedor, ligantes acrílicos sin endurecedor y base acuosa, ligantes acrílicos sin endurecedor y base solvente orgánica y/o ligantes resinas epoxy con endurecedor.

8. Producto, de acuerdo a la reivindicación 7, donde los ligantes acrílicos con endurecedor comprenden una mezcla de entre un 0% y un 55% en peso de agua desmineralizada; entre un 44% y un 98% en peso de una mezcla de resinas acrílicas, estirénicas o vinílicas y entre un 1% y un 8% en peso de un agente endurecedor para resinas acrílicas.

9. Producto, de acuerdo a la reivindicación 7, donde los ligantes acrílicos sin endurecedor y base acuosa comprenden una dispersión en base acuosa de combinaciones y derivados del ácido acrílico, éteres alifáticos y resinas estirénicas.

10. Producto, de acuerdo a la reivindicación 7, donde los ligantes acrílicos sin endurecedor y base solvente orgánica comprenden una dispersión de combinaciones y derivados de ácido acrílico y solventes orgánicos en una base solvente inmiscible en agua.

11. Producto, de acuerdo a la reivindicación 7, donde los ligantes resinas epoxi con endurecedor comprenden una mezcla de entre un 25% y un 55% en peso de agua desmineralizada, entre un 34% y un 60% en peso de una mezcla de resinas epoxi y entre un 11% y un 29% en peso de un agente endurecedor de resina epoxi.

12. Producto, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la incorporación del material de cambio de fase en el material cerámico soporte se lleva a cabo a partir de un método seleccionado entre:

a) aplicación pulverizada de una mezcla de ligantes-selladores líquidos y dicho material de cambio de fase, ya sea mediante el uso de sistemas de aplicación aerográfica ó sistemas de aplicación pulverizada de esmaltes por cabinas de discos giratorios;

b) aplicación en cortinas continuas de mezcla de ligantes-selladores líquidos y PCM, ya sea con el empleo de sistemas de campañas de esmaltación ó dispositivos de esmaltación lineales tipo Filera;

c) aplicación vía serigráfica de la mezcla de ligantes-selladores líquidos y PCM, ya sea mediante el empleo de sistemas de decoración de cabezal serigráfico con pantallas planas o mediante sistemas de decoración por huecograbado;

d) aplicación vía seca de los PCM, mediante el empleo de al menos un sistema de aplicación vía seca, con posterior aplicación de ligantes-selladores sobre los mismos.

13. Uso de un producto cerámico, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en edificios de obra nueva, de rehabilitación o de cualquier otra ubicación o localización.