Nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas, tintas bactericidas multifuncionales obtenidas a partir de los mismos, y método de preparacion.

Nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas, tintas bactericidas multifuncionales obtenidas a partir de los mismos,

y método de preparación.

La presente invención se refiere a un nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas que comprende nanopartículas de plata protegidas por cápsulas de un óxido, un oxihidróxido o cualquier combinación de ambos. También es objeto de la presente invención las tintas apta para la impresión digital por chorro de tinta que comprenden dicho nanocomposite, y que contienen materiales sólidos de tamaño menor a una micra, una mezcla de líquidos y distintos aditivos, que permiten obtener las propiedades físicas y la estabilidad adecuada para su impresión. La fracción sólida de las tintas puede contener elevadas proporciones de pigmento, junto con un nanocomposite de plata, que le confiere una actividad bactericida adicional. La aplicación de estas tintas puede realizarse tanto sobre sustratos cerámicos crudos como cocidos. Mediante el tratamiento térmico correspondiente al sustrato se obtienen las superficies multifuncionales aportadas por la tinta.

Nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas, tintas bactericidas multifuncionales obtenidas a partir de los mismos, y método de preparación

SECTOR DE LA TÉCNICA

Fabricación de nanocomposites de plata con propiedades bactericidas para tintas multifuncionales y decoración con dichas tintas de superficies cerámicas, como por ejemplo baldosas cerámicas, mediante impresión digital, concretamente por chorro de tinta (inkjet) .

ESTADO DE LA TÉCNICA

En los últimos años la industria cerámica se enfrenta al reto de obtener nuevas funcionalidades en las superficies cerámicas. Debido al uso habitual de las baldosas cerámicas, las propiedades de autolimpieza, bactericidas y fungicidas son de máximo interés.

Los metales nobles son sustancias biocidas que se han usado en campos como la medicina desde hace décadas. Actualmente, como resultado del desarrollo de la nanotecnología, se sabe que las nanopartículas de estos metales poseen propiedades distintas y en la mayoría de los casos mejoradas con respecto a los materiales a escala macroscópica. Aunque no está muy claro qué mecanismo es el responsable de la actividad bactericida, se ha comprobado que las nanopartículas de plata exhiben esta propiedad cuando tienen un tamaño (por debajo de 100 nm) , una forma y una dispersión superficial determinada.

En ocasiones las sustancias activas que generan la funcionalidad suelen tener un precio muy elevado, por lo que es necesaria la aplicación de la menor cantidad posible de las mismas para alcanzar la funcionalidad deseada. Las aplicaciones mediante inmersión, pulverización u otro método similar de un precursor preferentemente líquido sobre la superficie de un sustrato cerámico puede requerir una cantidad de sustancia activa muy alta.

Otro factor que debe considerarse es la necesidad de no alterar el proceso de producción. Como ejemplo, en el caso de las baldosas, el proceso de monococción es el más utilizado en la industria cerámica y el más económico. Sin embargo, los tratamientos superficiales posteriores encarecen mucho el producto final y dificultan la viabilidad económica de las nuevas funcionalidades. La aplicación de la sustancia bactericida sobre el sustrato crudo sería lo más adecuado y si esta aplicación se realiza a la vez que la propia decoración, resultaría el modo más acertado de obtener superficies cerámicas bactericidas.

Previamente se han otorgado algunas patentes en las que se pretende conseguir el mismo objetivo que en la presente invención desde aproximaciones diferentes. En la solicitud de patente internacional WO 2008/103621-A1 se describe el desarrollo de superficies cerámicas funcionales utilizando, entre otros, Ag como agente bactericida. Sin embargo, estas propiedades se han obtenido mediante la incorporación de este agente, sólo o en combinación con otros, en la composición de un esmalte cerámico aplicado mediante técnicas tradicionales. La cantidad de plata utilizada por unidad de superficie es extremadamente alta, lo que hace inviable su uso.

Asimismo, en la patente US 7, 201, 888-B2 se describe el método de preparación de tintas estables con propiedades bactericidas, a partir de nanopartículas sintetizadas de Ag2O. No son tintas multifuncionales ya que no contienen pigmentos y la plata no se encuentra protegida, por lo que no se podría utilizar a temperaturas altas.

Por otra parte, en la solicitud de patente US 2006/0246149-A1 se describe el método de obtención de pigmentos bactericidas mediante el recubrimiento de las partículas inorgánicas de pigmento con capas de materiales capaces de conferir dichas propiedades a los sistemas a los que son incorporados. Estas tintas no soportan altas temperaturas, ya que exponen directamente el agente bactericida al vidriado. Es justo lo contrario de lo que se propone en la presente invención. La introducción de nanopartículas de plata en los esmaltes ha resultado una cuestión delicada, ya que éstas por sí solas no resisten incólumes un tratamiento térmico típico de productos cerámicos, que suele alcanzar temperaturas mayores de 1000ºC, y cuyo resultado es la disolución de las nanopartículas en la masa del vidriado o el crecimiento de las mismas.

El desarrollo de los nanocomposites de plata y de las tintas multifuncionales bactericidas objeto de la presente invención permite la obtención de vidriados cerámicos bactericidas, mediante la tecnología inkjet (inyección a chorro) y el tratamiento térmico adecuado al soporte aplicado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un primer objeto de la presente invención está constituido por un nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas, que comprende nanopartículas de plata con tamaño inferior a 100 nm dispersas y encapsuladas en una matriz (es decir, que hace las veces de cápsula) que se compone de al menos un óxido, un oxihidróxido o cualquier combinación de ambos de un elemento independientemente seleccionado dentro del grupo compuesto por Si, Al, Sn, Ti, Zr, Nb, Ta, Sc, Y, La, Ce y Zn.

De esta forma, en la presente invención se ha recurrido a proteger las nanopartículas de plata mediante una cápsula (matriz) de óxido u oxihidróxido o combinación de ambos de los elementos señalados, de manera que dichas nanopartículas están convenientemente dispersadas en una matriz que las separa y mantiene la individualidad de dichas nanopartículas.

Estos materiales o nanocomposites son mucho más resistentes frente al ataque de las fases líquidas generadas por los esmaltes durante la cocción del producto cerámico, evitando la disolución de la plata en el fundido, así como el crecimiento de las nanopartículas y permitiendo que la mayor parte de la plata permanezca en la superficie del vidriado cocido.

Debe entenderse que cada óxido y/o oxihidróxido que compone la matriz-cápsula puede ser de un elemento diferente al resto dentro del grupo enumerado, ya que son seleccionados de manera independiente. Preferiblemente, los óxidos y/o oxihidróxidos mencionados son independientemente seleccionados entre Si, Al y Sn.

De manera preferida, los nanocomposites presentan un contenido en plata comprendido entre 1% y 30% en peso total del nanocomposite, incluidos ambos límites, estando más preferentemente aún comprendido entre el 10% y el 20% en peso total del nanocomposite, incluidos ambos límites.

También preferentemente, el nanocomposite de plata presenta un tamaño de partícula comprendido entre 0, 1 micras y 10 micras, estando más preferentemente aún comprendido entre 0, 1 micras y 1 micra, incluidos ambos límites en los dos intervalos citados.

Un segundo objeto de la presente invención cubre el método de preparación de los nanocomposites de plata descritos anteriormente, que está caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

- preparar una suspensión con al menos un precursor de la plata y con al menos un óxido y/o oxihidróxido de un elemento independientemente seleccionado dentro del grupo compuesto por Si, Al, Sn, Ti, Zr, Nb, Ta, Sc, Y, La, Ce y Zn; y

- secar la suspensión mediante un método que evite la segregación de la plata.

Preferentemente, el o los precursores de las nanopartículas de plata son seleccionados dentro del grupo constituido por las sales solubles en agua, tanto orgánicas como inorgánicas. Preferentemente, dichas sales son del tipo AgNO3, AgCl, AgClO4, AgOOCCH3...

El método descrito también puede llevarse a cabo empleando, no directamente el óxido y/o oxihidróxido que va a componer la matriz-cápsula, sino precursores de dichos compuestos, que se van a mezclar en la suspensión con el o los precursores de la plata.

En una realización particular, la suspensión se seca preferentemente mediante atomización. En un caso particular, la atomización se realiza bajo las siguientes condiciones: temperatura de entrada de 200 ºC y aspiración 100%.

Dependiendo de la aplicación final, el nanocomposite obtenido puede además calcinarse tras el secado, mediante un tratamiento térmico a temperaturas comprendidas en el intervalo de 200ºC y 1200ºC incluidos ambos límites, siendo preferible el intervalo entre 500ºC y 1100ºC, incluidos ambos límites.

El nanocomposite de plata aquí descrito está diseñado para integrarse en tintas de sustratos cerámicos como uno de sus componentes sólidos, al igual que otros como los pigmentos cerámicos. De esta manera, se consigue conferir propiedades bactericidas al sustrato impregnado con la tinta que contiene el nanocomposite de plata.

Así, un tercer objeto de la presente invención se refiere a una tinta bactericida multifuncional para piezas cerámicas esmaltadas que comprende en su formulación el nanocomposite... [Seguir leyendo]

1. Un nanocomposite de plata para tinta de piezas cerámicas, que comprende nanopartículas de plata con tamaño inferior a 100 nm dispersas y encapsuladas en una matriz que se compone de al menos un óxido, un oxihidróxido o cualquier combinación de ambos de un elemento independientemente seleccionado dentro del grupo compuesto por Si, Al, Sn, Ti, Zr, Nb, Ta, Sc, Y, La, Ce y Zn.

2. El nanocomposite de plata según la reivindicación anterior, donde el óxido y/o oxihidróxido es independientemente seleccionado entre Si, Al y Sn.

3. El nanocomposite de plata según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta un contenido en plata comprendido entre 1% y 30% en peso total del nanocomposite, incluidos ambos límites.

4. El nanocomposite de plata según la reivindicación anterior, que presenta un contenido en plata comprendido entre 10% y el 20% en peso total del nanocomposite, incluidos ambos límites.

5. El nanocomposite de plata según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta un tamaño de partícula comprendido entre 0, 1 micras y 10 micras, incluidos ambos límites.

6. El nanocomposite de plata según la reivindicación anterior, que presenta un tamaño de partícula comprendido entre 0, 1 micras y 1 micra, incluidos ambos límites.

7. Un método de preparación del nanocomposite de plata descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

- preparar una suspensión con al menos un precursor de la plata y con al menos un óxido y/o oxihidróxido de un elemento independientemente seleccionado dentro del grupo compuesto por Si, Al, Sn, Ti, Zr, Nb, Ta, Sc, Y, La, Ce y Zn; y

- secar la suspensión mediante un método que evite la segregación de la plata.

8. El método según la reivindicación anterior, donde el al menos un precursor de las nanopartículas de plata es una sal de plata soluble en agua.

9. El método según la reivindicación anterior, donde la sal de plata soluble en agua es seleccionada dentro del grupo compuesto por AgNO3, AgClO4 y AgOOCCH3.

10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde la suspensión se prepara a partir del al menos un precursor de la plata y de precursores del al menos un óxido y/o oxihidróxido.

11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, donde la suspensión se seca por atomización.

12. El método según la reivindicación anterior, donde la atomización se realiza bajo las siguientes condiciones: temperatura de entrada de 200 ºC y aspiración del 100%.

13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, donde el nanocomposite se calcina una vez secado.

14. El método según la reivindicación anterior, donde la calcinación se lleva a cabo mediante un tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 200ºC y 1200ºC incluidos ambos límites.

15. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, donde, la calcinación se lleva a cabo mediante un tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 500ºC y 1100ºC, incluidos ambos límites.

16. Una tinta bactericida multifuncional para piezas cerámicas esmaltadas que comprende en su formulación el nanocomposite de plata descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

17. La tinta según la reivindicación anterior, donde el nanocomposite de plata representa del 1% al 20% en peso del total de la tinta, incluidos ambos límites.

18. La tinta según la reivindicación anterior, donde el nanocomposite de plata representa del 1% al 10% en peso del total de la tinta, incluidos ambos límites.

19. La tinta según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, que comprende además:

- pigmento cerámico; -al menos un vehículo líquido; y -al menos un aditivo para ajustar las propiedades físicas de la tinta.

20. La tinta según la reivindicación anterior, donde el pigmento cerámico está presente en un porcentaje comprendido entre 10% y 60% en peso total de la tinta, incluidos ambos límites.

21. La tinta según una cualquiera de las reivindicaciones 19 ó 20, donde el pigmento cerámico está presente en un porcentaje comprendido entre 30% y el 50%, incluidos ambos límites.

22. La tinta según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, donde el pigmento cerámico es de naturaleza inorgánica.

23. La tinta según la reivindicación anterior, donde el pigmento cerámico es de tipo oxídico.

24. La tinta según la reivindicación anterior, donde el pigmento cerámico se compone de uno o más óxidos simples o de uno o más óxidos complejos.

25. La tinta según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, donde el vehículo líquido es de tipo orgánico, acuoso o mezcla de ambos.

26. La tinta según la reivindicación anterior, donde el vehículo líquido es orgánico, y seleccionado dentro del grupo compuesto por aceites minerales, glicoles y ésteres.

27. La tinta según una cualquiera de las reivindicaciones 25 ó 26, donde el vehículo líquido es orgánico, y está presente en la tinta en un porcentaje comprendido entre 1% y 90%, incluidos ambos límites.

28. La tinta según la reivindicación anterior, donde el vehículo líquido orgánico está presente en la tinta en un porcentaje comprendido entre 50% y 90%, incluidos ambos límites.

29. Un método de decoración de piezas cerámicas esmaltadas con la tinta multifuncional descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 28, caracterizado por que comprende depositar sobre el esmalte dicha tinta mediante la tecnología de chorro de tinta.

30. El método según la reivindicación anterior, donde la pieza cerámica está cruda antes de depositar la tinta.

31. El método según la reivindicación anterior, donde la pieza se somete a cocción mediante tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 500ºC y 1200ºC, incluidos ambos límites.

32. El método según la reivindicación anterior, donde la pieza se somete a cocción mediante tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 1000ºC y 1200ºC incluidos ambos límites.

33. Una pieza cerámica esmaltada con actividad bactericida decorada con la tinta multifuncional descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 28.