Formulación que comprende micropartículas de silicio como pigmento absorbente de la radiación UV-visible y reflectante de la radiación IR.

La presente invención se refiere a una formulación caracterizada porque comprende micropartículas de silicio con un tamaño comprendido entre 0,1 {mi}m y 50 {mi}m de diámetro, así como a su uso como pigmento absorbente de la radiación UV-visible y reflectante de la radiación IR.

Formulación que comprende micropartículas de silicio como pigmento absorbente de la radiación UV-visible y reflectante de la radiación IR

Campo de la invención

La presente invención hace referencia a preparados protectores de la radiación de la luz solar, eficaces contra la radiación UV-visible, así como de la radiación térmica IR.

Estado de la técnica previo a la invención La radiación solar que llega a la superficie de la tierra después de que una importante parte haya sido absorbida por la atmósfera, abarca un rango de longitudes de onda entre 295 nm y 2500 nm. Según la energía de los fotones que están involucrados se distinguen 3 principales zonas en el espectro: la zona del ultravioleta (295-400 nm) , la zona del visible (400-700nm) y la zona del infrarrojo (700-2500nm) .

La zona del visible representa aproximadamente el 50% de la energía emitida por la luz solar, el 45% corresponde al rango de los IR. Aunque sólo el 5% restante de la energía esté en forma de fotones ultravioleta, éstos son suficientemente energéticos para romper numerosos enlaces químicos de materiales orgánicos, compuestos principalmente de enlaces carbono-hidrógeno, como la madera, los plásticos, e incluso el asfalto, y producir su deterioro.

Por otra parte, la radiación infrarroja tiene como consecuencia el calentamiento de las superficies expuestas. Concretamente, la absorción de los rayos de longitudes de onda comprendidas entre 700nm y 1100nm (infrarrojos cercanos) resulta en un aumento de la temperatura. Ese calentamiento tiende a favorecer las reacciones químicas que conducen al deterioro, pérdida de volumen o ablandamiento de los materiales. Además, continuos cambios de temperatura de mayor o menor amplitud pueden producir incluso la ruptura de los materiales debido a las tensiones a las que están sometidos.

Aparte de la degradación de los elementos expuestos a la radiación térmica (como plásticos, maderas, cementos…) , el aumento de la temperatura induce un aumento de los costes y consumo energético en edificios y habitáculos (como los de vehículos) expuestos a la radiación solar. En zonas urbanas, la irradiación del calor absorbido por las paredes y tejados de los edificios provoca un aumento de la temperatura del aire exterior. La utilización de pinturas, barnices y recubrimientos con propiedades reflectantes de la radiación térmica infrarroja puede minimizar esos inconvenientes. Incorporan en su composición partículas inorgánicas que no absorben sino que reflejan (o transmiten en su defecto) la radiación en el rango del infrarrojo cercano. Por lo tanto, el mecanismo es diferente al de las cerámicas aislantes o las estructuras laminares poliméricas que se caracterizan por su débil conductividad térmica. Se trata de materiales con índices de refracción más altos que el medio en el cual están dispersos en esa zona del espectro electromagnético, lo que provoca una reflexión difusa de los IR. En general, suelen ser óxidos metálicos (por ejemplo, en la pintura descrita en la patente US2005/0215685) que en ocasiones pueden incorporar partículas metálicas o aleaciones formando una estructura cristalina de tipo corindón-hematita (US6616744) .

Confieren a las preparaciones estabilidad mecánica, opacidad y generalmente un color oscuro. No obstante, para lograr colores claros en pinturas y/o recubrimientos, se emplea frecuentemente el dióxido de titanio (TiO2) , aunque su efectividad como reflector de la radiación térmica IR sea mínima. Sin embargo, la patente GB2453343 propone incorporar alúmina blanca (en particular, corindón blanco) en la composición de pinturas, para obtener a la vez características de reflectividad infrarroja cercanas a las de partículas de metales o aleaciones, al tiempo que un color claro.

Existe toda una gama de compuestos cristalinos inorgánicos (bastantes de ellos usados ya en la industria cerámica) que además de tener buenas cualidades como pigmento proporcionando color, también presentan propiedades reflectoras del IR cercano. Bendiganavale et al. en “Recents Patents on Chemicals Engineering” han evaluado la reflectividad de varios de esos pigmentos comerciales. El color también puede ser proporcionado mediante el recubrimiento de pigmentos blancos (TiO2, Zn) con moléculas orgánicas de colorantes, obteniendo dispersiones de elementos reflectantes de la radiación IR (por el componente inorgánico) como el descrito por Yanagimoto et al. (US20036521038) o los copos de óxidos conductores o metales recubiertos de una capa transparente o coloreada que les da estabilidad mecánica o química (O’Keefe Eoin, US7455904B2) . Incluso en el caso de copos de aluminio y mica en los que se ha incorporado el color en la superficie metálica, pueden presentarse aplicaciones en camuflaje militar (Sutter Christopher et al., US6468647) .

Algunos metales o semiconductores que poseen una alta reflectividad infrarroja son transparentes a la luz visible, pero únicamente en forma de lámina muy delgada, con lo que sólo se pueden utilizar en recubrimientos de ventanas. Como alternativa al oro, de alto coste, o a metales no nobles que carecen de estabilidad frente a la corrosión, se emplean películas delgadas de semiconductores como el estanato de cadmio (Cd2SnO4) dopados o no con cobre (Haacke Gottfried, US3998752) o compuestos binarios como sulfuro de cobre, plata, níquel o estaño (Boletín de la Universidad Nacional Autónoma de México UNAM-DGCS-014, “Desarrollan en la UNAN filtros solares para edificaciones”) .

Sin embargo, en el caso de los metales, otra aproximación empleada en la obtención de compuestos reflectantes de la radiación térmica para su incorporación en pinturas y formulaciones de recubrimientos es depositar una fina capa metálica (plata en general) uniforme sobre la superficie de las microesferas (rellenas o huecas) de vidrio (como las comercializadas por la empresa Sherperd Color Co.) o recubrir copos de vidrio como los patentados por Merck GmbH (Anselman Ralf et al. US7226503) , aunque la principal aplicación sea más bien para fines estéticos, ya que producen a la luz del sol un efecto resplandeciente. Sin embargo, la combinación de microesferas huecas (vidrio, cerámica, polímeros) con pigmentos reflectantes de la radiación IR disminuye la conductividad térmica y aumenta la reflectividad IR en las preparaciones (Shelhorn, Anthony D., US20050126441) .

Otra motivación para el desarrollo de pigmentos capaces de reflejar la radiación infrarroja es su aplicación en pinturas y recubrimientos que protejan el material del calor que se desprende del fuego, factor fundamental además para evitar su propagación. En la mayoría de los casos se usan recubrimientos de color blanco o claro empleando para eso dióxido de titanio (TiO2) como pigmento. En la patente US5811180, Berdahl P. propone como pigmentos reflectores de la radiación infrarroja que emite el fuego, copos de aluminio (u otro metal) altamente reflectivo, o copos de mica recubiertos con una capa de espesor adecuado de un material de alto índice de refracción tal como Fe2O3, TiO2 (anatasa y rutilo) , Cr2O3, ZnS, Sb2O3, ZrO2 o ZnO. Algunos cálculos demuestran que el tamaño de partícula (1-2 micras) revierte una crucial importancia en la eficiencia en reflejar la radiación infrarroja.

La presente invención propone el empleo de polvo de silicio metálico con micropartículas del tamaño adecuado para su aplicación como pigmento reflector de la radiación IR en la preparación de pinturas, barnices y recubrimientos protectores térmicos. Dichas preparaciones también absorben la radiación UV-visible (propiedad intrínseca del silicio) , proporcionando, con bajo coste, protección de cualquier superficie en un amplio rango de la radiación electromagnética.

Descripción de la invención La presente invención se refiere, en primer lugar a una formulación caracterizada por que comprende micropartículas de silicio con un tamaño comprendido entre 0, 1 µm y 50 de diámetro y, más preferentemente, entre 1 µm y 20 µm.

A efectos de esta patente, se entiende por micropartículas, partículas de formas variadas y tamaño micrométrico, preferentemente comprendido entre 0, 1 µm y 50 µm de diámetro. Dichas micropartículas de silicio se caracterizan por que presentan un alto índice de refracción (n=3.5) .

De manera preferida, el porcentaje de dichas micropartículas de silicio en la formulación se encuentra comprendido preferentemente, entre un 0, 1% y un 10% en peso y más preferentemente, entre un 0, 8% y un 5%... [Seguir leyendo]

1. Formulación caracterizada por que comprende micropartículas de silicio con un tamaño comprendido entre 0, 1 µm y 50 µm de diámetro.

2. Formulación, de acuerdo a la reivindicación 1, donde el tamaño de las micropartículas de silicio se encuentra comprendido entre 1 µm y 20 µm de diámetro.

3. Formulación, de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, donde el porcentaje de las micropartículas de silicio se encuentra comprendido entre un 0, 1% y un 10% en peso.

4. Formulación, de acuerdo a la reivindicación 3, donde el porcentaje de las micropartículas de silicio se encuentra comprendido entre un 0, 8% y un 5% en peso.

5. Formulación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde las micropartículas de silicio comprenden al menos un componente adicional activo frente a la radiación IR y frente a la radiación UV-visible.

6. Formulación, de acuerdo a la reivindicación 5, donde dicho componente activo se trata de un pigmento.

7. Uso de una formulación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, como pigmento absorbente de la radiación UV-visible y reflectante de la radiación IR.

8. Uso, de acuerdo a la reivindicación 7, donde la radiación IR se trata de radiación del IR cercano en un rango de longitudes de onda comprendido entre 0, 7 µm y 1, 1 µm.

9. Uso, de acuerdo a la reivindicación 7, donde la radiación IR se trata de radiación térmica emitida por el fuego en un rango de longitudes de onda comprendido entre 1 µm y 20 µm.

10. Uso, de acuerdo a la reivindicación 9, donde la radiación térmica emitida por el fuego comprende un rango de longitudes de onda de entre 1 µm y 8 µm.

11. Uso de una formulación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la preparación de composiciones protectoras del calor emitido por la radiación solar y/o por el fuego.

12. Uso de una formulación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la elaboración de un producto seleccionado de un grupo que consiste en pinturas, barnices, lacas, masilla, cementos, fritas cerámicas, esmaltes y films poliméricos o textiles, así como cualquiera de sus combinaciones.

13. Uso, de acuerdo a la reivindicación 12, donde el producto es empleado para su aplicación en tejados, paredes, pavimentos, ventanas, puertas y elementos en plástico, madera y superficies metálicas, así como cualquiera de sus combinaciones.

14. Uso, de acuerdo a la reivindicación 1 donde cuando la preparación es de una composición protectora del calor emitido por el fuego, la formulación es empleada sola o en combinación con al menos un compuesto químico retardante del fuego.