Capas cerámicas autolimpiantes para hornos de cochura y procedimiento de fabricación de capas cerámicas autolimpiantes.

Procedimiento de fabricación de una capa cerámica porosa, donde se forma una mezcla con un polvo cerámico poroso y un sistema aglomerante inorgánico que contiene al menos un polvo nanométrico y un disolvente.

Capas cerámicas autolimpiantes para hornos de cochura y procedimiento de fabricación de capas cerámicas autolimpiantes.

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una capa cerámica porosa que puede ser aplicada a sustratos metálicos, cerámicos, esmaltados y/o de vidrio mediante la utilización de partículas cerámicas porosas, preferiblemente de óxido de aluminio, óxido de titanio y óxido de circonio, así como de un sistema aglomerante inorgánico. El sistema aglomerante inorgánico contiene al menos una nanopartícula cerámica con un tamaño de partícula de menos de 100 nm, preferiblemente de menos de 50 nm y con particular preferencia de menos de 25 nm, y como disolvente sirve el agua. Las capas así fabricadas son adecuadas como capas catalíticamente activas y autolimpiantes, p. ej. en hornos de cochura, en motores de combustión interna, etc., o bien también en general para el recubrimiento de sustratos, para incrementar drásticamente su superficie específica, p. ej. para aplicaciones catalíticas.

Los hornos de cochura contienen una cámara de cocción que es susceptible de ser cerrada mediante una puerta y queda delimitada por una mufla de horno de cochura. Al asar y cocer, las paredes laterales de la cámara de cocción son ensuciadas p. ej. por salpicaduras de grasa o jugos de asado o cosas similares. Puesto que este ensuciamiento es inevitable al asar y cocer, hay por parte de los fabricantes varias posibilidades para limpiar las paredes, el techo y el suelo, o sea el espacio interior de la cámara de cocción. En general se distingue aquí entre limpieza catalítica y limpieza pirolítica.

El documento US 6086948 da a conocer un procedimiento de fabricación de capas cerámicas limitadoras de la difusión mediante la utilización de polvos cerámicos finamente dispersados.

En la limpieza pirolítica la cámara de cocción contiene unas llamadas barras de parrilla que mediante un programa aparte regulado electrónicamente pueden ser gobernadas y calentadas y preferiblemente están montadas en el techo de la cámara de cocción. Con ayuda de temperaturas de más de 500ºC (Cepem Cie Euro Equip Menager [FR 2605391] y Bosch Siemens Haushaltsgeräte GmbH [DE 2526096]) la suciedad orgánica es carbonizada, o sea que es quemada por completo. Debido a la alta temperatura a aplicar, la limpieza pirolítica es complicada y costosa. Los hogares que se limpian pirolíticamente deben poseer adecuados mecanismos de protección para bloquear la puerta de la cámara de cocción durante la pirólisis (a partir de aproximadamente 320ºC, Bosch Siemens Hausgeräte GmbH [EP 0940631]) para así proteger al hogar contra un manejo inadecuado. Puesto que estos hogares siguen necesitando elementos calentadores de precio elevado para poder regular de algún modo la alta temperatura, los sistemas de pirólisis han podido establecerse hasta la fecha tan sólo en los sectores de los hogares de alto precio.

Vistos desde el punto de vista de los costes, los sistemas de catálisis son preferibles a los sistemas de pirólisis, puesto que una combustión catalítica de la suciedad se desarrolla a temperaturas más bajas, o sea a temperaturas de menos de 500ºC. Así, p. ej., la Matsushita Elec. Ind. Co. Ltd. [JP 03056144] reviste la cámara interior del horno con un recubrimiento catalíticamente activo que consta de un sistema aglomerante y un polvo catalíticamente activo. Se emplean como catalizador óxidos metálicos, y preferiblemente dióxido de manganeso, y como aglomerante resinas silicónicas. Con este recubrimiento catalítico el espacio interior del horno de cochura puede ser limpiado según las indicaciones del fabricante a temperaturas que ya quedan situadas entre 380ºC y 400ºC. La mezcla de un catalizador con un sistema aglomerante o con una matriz de capa para el recubrimiento de la superficie interior de un horno de cochura también se da en el caso de otros fabricantes de hornos de cochura. Así, Toshiba [JP 60147478] emplea como catalizador óxido de manganeso o ferritas y como fase aglomerante vidrio soluble. Análogamente a ello, Sharp KK [JP 54135076] emplea como fase aglomerante arena cuarzosa o vidrio soluble y como catalizador óxido de hierro u óxido de cobre. En los respectivos derechos de protección no se encuentran datos de tipo alguno sobre la eficacia de estos dos recubrimientos catalíticos que acaban de ser mencionados. Sin embargo, según los impresos anteriormente mencionados la temperatura de inicio de la actividad del recubrimiento, o sea la temperatura a la cual comienza a trabajar la capa, habría sido reducida en el caso de Toshiba a valores situados entre 270ºC y 300ºC, y en el caso de Sharp KK incluso a un valor de 250ºC. En la práctica esto significa que existen recubrimientos catalíticos que a menos de 320ºC comienzan a desintegrar la grasa y las cosas similares en el espacio interior del horno de cochura, pero la eficacia del revestimiento no basta para realizar completamente esta desintegración. Después de cada ciclo de cocción o de asación quedan restos de grasa no desintegrada en o sobre la capa con la cual está revestido el espacio interior del horno de cochura, con lo cual ya tras un muy corto periodo de tiempo la capa ya no sigue siendo funcional, puesto que queda cegada. Para una desintegración total siguen siendo necesarias también en estos sistemas temperaturas habitualmente superiores a los 380ºC.

Para concluir se hará aún referencia a la NGK Insulators Ltd. [JP 56095022], que emplea como catalizadores óxido de manganeso, óxido de cobre y óxido de hierro y como matriz de capa un esmalte poroso, para incrementar la cantidad de catalizador aplicado, así como a los derechos de protección de Matsushita [JP 02069574], Cie Euripeene pour L'Equ [Fr 2040822] y Hoover Ltd. [GB 1177434], que usan todas ellas fluoropolímeros como capa de soporte de los catalizadores, para con ello minimizar la energía superficial de la capa de soporte y para evitar las posibles adherencias.

La limpieza pirolítica funciona muy eficazmente a temperaturas de más de 500ºC, si bien resulta costosa debido a las circunstancias técnicas que concurren en el proceso. Estos sistemas se aplican en la actualidad únicamente en los hogares del sector de alto precio (que corresponde como máximo al 10% de todos los hogares). La reducción de costes favoreció el desarrollo de la limpieza catalítica. Aquí las paredes interiores de la cámara de cocción son revestidas con una capa que siempre contiene un catalizador. Son adecuados como catalizador el óxido de manganeso, el óxido de hierro y el óxido de cobre, y como fase aglomerante del catalizador, o sea como componente formador de la capa, se emplean polímeros termorresistentes, vidrio soluble, arena cuarzosa y esmalte. Los catalizadores trabajan a temperaturas de más de 380ºC, lo cual por otra parte exige la adopción de medidas de seguridad y por consiguiente ocasiona costes adicionales. Tan sólo en pocos casos son conocidos recubrimientos catalíticamente activos cuya temperatura de inicio de la actividad, o sea de comienzo de la desintegración de la grasa en la capa, está situada entre 250ºC y 350ºC. Puesto que en estos casos en un régimen de funcionamiento continuo del horno a menos de 350ºC siempre quedan en gran cantidad residuos en o sobre la capa, estos recubrimientos interiores de los hornos de cochura quedan muy rápidamente cegados.

La catálisis está sujeta a reglas termodinámicas, y un catalizador no puede modificar la termodinámica de un sistema, sino que únicamente puede hacer que disminuya la energía de activación, o sea que sea más bajo el nivel de energía al cual se da la tendencia a iniciar la reacción. A pesar de que termodinámicamente la combustión de la suciedad orgánica no se produce por consiguiente hasta que es alcanzada una temperatura elevada, al ser iniciada catalíticamente dicha combustión comienza a una temperatura más baja. Puesto que sin embargo a esta temperatura más baja no se descomponen todos los componentes de la suciedad orgánica, quedan residuos que hacen que quede cegado el espacio interior del horno de cochura. Esto hace que ya tras unos pocos ciclos de cocción y asación empeoren drásticamente la óptica y el tacto del espacio interior del horno de cocción.

La invención persigue la finalidad de desarrollar un recubrimiento interior de hornos de cochura que elimine espontáneamente la suciedad que se produce al asar y cocer, o sea que la elimine mediante la aplicación de una temperatura claramente inferior a los 320ºC, debiendo estar la temperatura de trabajo de la capa preferiblemente situada al nivel de los 250ºC.

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1. Procedimiento de fabricación de una capa cerámica porosa, donde se forma una mezcla con un polvo cerámico poroso y un sistema aglomerante inorgánico que contiene al menos un polvo nanométrico y un disolvente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por el hecho de que se emplea agua como disolvente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por el hecho de que se emplea como disolvente alcohol, y preferiblemente 2-butoxietanol, etanol, 1-propanol o 2-propanol.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado por el hecho de que el polvo cerámico poroso presenta una gran superficie específica en su mayor parte interior de más de 50 m²/g, preferiblemente de más de 100 m²/g y con particular preferencia de más de 150 m²/g, teniendo el polvo cerámico poroso una distribución media del tamaño de partículas de más de 500 nm, preferiblemente de más de 1 μm y con particular preferencia de más de 30 μm.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por el hecho de que como polvo cerámico poroso se aplica o se aplican un óxido, oxihidrato, calcogenuro, nitruro o carburo de Si, Al, B, Zn, Zr, Cd, Ti, Fe o Ti, preferiblemente un polvo de óxido y con particular preferencia óxido de aluminio, bohemita, óxido de circonio, óxido de hierro, dióxido de silicio, dióxido de titanio, silicatos, cal natural en polvo, perlitas o zeolitas o mezclas de estas partículas sólidas inorgánicas.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado por el hecho de que el contenido de polvo cerámico poroso en la mezcla está situado entre un 20 y un 80% en peso, pero preferiblemente entre un 50 y un 80% en peso, siempre referido al contenido de sólidos de la mezcla.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado por el hecho de que el polvo nanométrico contiene nanopartículas inorgánicas, siendo utilizadas en calidad de nanopartículas inorgánicas en particular las de Al₂O₃, AlO(OH), ZrO₂, TiO₂, SiO₂, Fe₃O₄ o SnO₂ o bien mezclas de estas nanopartículas.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por el hecho de que el polvo nanométrico contiene nanopartículas inorgánicas, siendo el tamaño medio de partículas primarias de las nanopartículas aplicadas de menos de 100 nm, preferiblemente de menos de 50 nm, y con particular preferencia de menos de 20 nm.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8,

caracterizado por el hecho de que el contenido de polvo nanométrico en la suspensión cerámica que está en forma de aglomerante está situado entre un 1 y un 20% en peso, pero preferiblemente entre un 5 y un 15% en peso, referido al contenido de sólidos de la mezcla.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9,

caracterizado por el hecho de que la mezcla contiene un tercer polvo cerámico, siendo el tercer polvo cerámico un polvo cerámico con una distribución media del tamaño de partículas de entre 10 nm y 1 μm, y preferiblemente de entre 150 nm y 600 nm, y aplicándose como tercer polvo cerámico un óxido, y preferiblemente óxido de aluminio, bohemita, óxido de circonio, óxido de hierro, dióxido de silicio, dióxido de titanio, silicatos o cal natural en polvo.

11. Procedimiento según la reivindicación 10,

caracterizado por el hecho de que el contenido del tercer polvo cerámico en la mezcla está situado entre un 5 y un 50% en peso, pero preferiblemente entre un 10 y un 30% en peso, siempre referido al contenido de sólidos de la mezcla.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11,

caracterizado por el hecho de que a la mezcla le están agregados uno o varios colorantes inorgánicos, aplicándose como colorantes inorgánicos preferiblemente espinelas, y pudiendo mediante la combinación de varios distintos colorantes inorgánicos ajustarse a voluntad también efectos de color (dibujos y jaspeados) además de tonos puramente de color.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12,

caracterizado por el hecho de que la mezcla es aplicada a un deseado sustrato cerámico o metálico o esmaltado o de tipo vítreo mediante procedimientos tales como los de recubrimiento por centrifugación, recubrimiento en baño, inmersión, riego y preferiblemente pulverización, secada y compactada para quedar en forma de una capa inorgánica porosa.

14. Procedimiento según la reivindicación 13,

caracterizado por el hecho de que la capa cerámica es compactada a temperaturas de hasta 1200ºC, pero preferiblemente de entre 200ºC y 1000ºC.

15. Capa cerámica porosa que es susceptible de ser fabricada según el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Capa cerámica porosa según la reivindicación 15,

caracterizada por el hecho de que la capa presenta una superficie interior de más de 20 m²/g, preferiblemente de más de 70 m²/g, y con particular preferencia de más de 120 m²/g.

17. Uso de la capa cerámica porosa según la reivindicación 15 o 16 como capa autolimpiante en hornos de cochura.

18. Uso de la capa cerámica porosa según la reivindicación 15 o 16 como soporte de fármacos, preferiblemente en aparatos médicos.

19. Uso de la capa cerámica porosa según la reivindicación 15 o 16 como soporte de sustancias bactericidas para aplicaciones bactericidas.

20. Uso de la capa cerámica porosa según la reivindicación 15 o 16 como soporte de catalizadores.

21. Capa cerámica porosa autolimpiante,

caracterizada por el hecho de que la capa presenta una superficie interior de más de 20 m²/g.

22. Capa cerámica porosa autolimpiante según la reivindicación 21,

caracterizada por el hecho de que la capa presenta una superficie interior de más de 70 m²/g, y con particular preferencia de más de 120 m²/g.

23. Capa cerámica porosa autolimpiante según la reivindicación 21 o 22,

caracterizada por el hecho de que la capa elimina casi cuantitativamente la suciedad orgánica a temperaturas de menos de 380ºC.