ES2277718A1 - Esmalte ceramico, metodo para la obtencion de tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento y teja fabricada con este metodo. - Google Patents
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Abstract
Esmalte cerámico, método para la obtención de tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento y teja fabricada con este método. El esmalte cerámico es del tipo de los que contienen agua, una frita o mezcla de fritas fundentes, un pigmento y caolín, presentando la siguiente composición: a) agua en una proporción del 30 al 40% en peso. b) Frita o mezcla de fritas de elevada fundencia, en proporción del 50 al 65% en peso. c) Pigmento que desarrolla un color similar al del sustrato cocido en una proporción entre 0 y 5% en peso y d) Caolín en una proporción del 3 al 8% en peso. En su aplicación al esmaltado cerámico sobre tejas para adquirir la calidad de resistencia al envejecimiento, el método presenta las siguientes fases: - aplicar sobre la teja cerámica cruda, un esmaltado cerámico con la composición anteriormente dicha, - someter las tejas a un ciclo de cocción habitual, - tratar la superficie con una solución limpiadora, - recubrir las tejas cocidas con un recubrimiento inorgánico fotocatalítico con TiO2, y - dar un tratamiento térmico de 5 a 20 minutos a temperaturas entre 100 y 200°C.
Description
Esmalte cerámico, método para la obtención de
tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento, y teja fabricada con
este método.
La presente invención se refiere a la obtención
de tejas cerámicas con una superficie impermeable, resistente a la
colonización biológica y que posee propiedades autolimpiantes. La
superficie se obtiene con un esmalte cerámico impermeable y de
aspecto similar al del sustrato que recubre (rojo o blanco), sobre
el que se desarrolla un recubrimiento nanoestructurado cuyo
componente principal es dióxido de titanio. La presente invención
también se refiere a los métodos de preparación, aplicación y
tratamiento térmico, sobre las tejas cerámicas, necesarios para la
obtención de la citada superficie.
Estos recubrimientos se desarrollan sobre tejas
cerámicas y su uso en la fabricación de las mismas permite evitar
los problemas de deterioro del aspecto estético y funcional de las
tejas debidos a su exposición a la intemperie.
El proceso de fabricación de tejas cerámicas
consta de una serie de etapas encadenadas: la primera de ellas
consiste en la dosificación de las distintas materias primas y
molienda vía seca de la mezcla durante el tiempo necesario para
alcanzar una determinada distribución del tamaño de partícula.
Seguidamente, la mezcla es amasada con la cantidad de agua
necesaria para poder ser moldeada en una extrusora. En el caso de
la fabricación de tejas con relieves, la columna extruída es
moldeada posteriormente en una prensa revolver para darle la forma
final. A continuación, las piezas son secadas y luego sometidas a
un proceso de cocción, generalmente llevado a cabo en hornos
túnel. Si se trata de fabricar tejas esmaltadas, la aplicación del
esmalte se realiza sobre la teja cocida y posteriormente el
conjunto es sometido a una segunda cocción, en este caso de forma
más rápida en un horno de rodillos. No obstante, en determinados
tipos de esmaltes o engobes (capas de naturaleza intermedia entre
el soporte y el esmalte) se sigue la técnica de monococción, en la
que, las tejas son esmaltadas tras el secado y posteriormente se
cuece simultáneamente el soporte y el esmalte en una única
cocción.
Un problema que se presenta en relación con los
materiales constructivos de cubierta como las tejas es la
colonización por comunidades biológicas pioneras, tales como
cianobacterias, algas y líquenes. Estos organismos favorecen la
invasión de comunidades heterótrofas secundarias (bacterias,
hongos, musgos) e incluso pueden llegar en posteriores estadios, al
crecimiento de plantas vasculares que pueden dar lugar a la ruina
del edificio.
Estudios anteriores han demostrado que el
problema de la colonización biológica no ésta relacionado con la
materia orgánica en descomposición, como por ejemplo, las hojas.
Éstas se eliminan mediante precipitaciones fuertes, pero no así el
biofilm que se encuentra adherido fuertemente a la teja y favorece
la acumulación de suciedad, constituyendo un excelente nicho para
la colonización secundaria de todo tipo de organismos.
Actualmente, una forma de minimizar el problema
de envejecimiento de las tejas es mediante la aplicación de
hidrofugantes orgánicos (siliconas), pero este sistema presenta una
serie de problemas:
\bullet La impermeabilización no es completa,
quedando agua ocluida en su interior, lo que disminuye la
resistencia a la helada, siendo éste el principal problema.
\bullet Por tratarse de un compuesto orgánico,
este recubrimiento se deteriora con el paso del tiempo, perdiendo
las propiedades que le confiere a las tejas. La duración depende
del tipo de tratamiento realizado.
La presencia de una superficie esmaltada sobre
las tejas cocidas, impermeabiliza la superficie, impidiendo la
penetración de humedad y dotándola de un ángulo de mojado elevado
que dificulta la adhesión de los organismos colonizadores y
partículas de suciedad en general.
Sin embargo, esta actuación no es suficiente.
Por lo tanto, la prevención del fenómeno debe estar relacionada con
la creación de una superficie de buenas propiedades
autolimpiantes. De esta manera se evitaría la formación del biofilm
y subsecuente protosuelo, mejorando las propiedades funcionales del
sistema.
Las superficies autolimpiantes se obtienen
mediante la aplicación de suspensiones de nanopartículas que dan
lugar a un recubrimiento con una estructura y composición que
favorece la autolimpieza de la superficie. Las propiedades de esta
superficie son consecuencia de un efecto químico denominado
fotocatálisis que se caracteriza porque en presencia de luz
ultravioleta (UV) produce una oxidación que elimina la materia
orgánica en contacto con la superficie.
La fotocatalísis viene dada por el dióxido de
titanio (TiO_{2}) que es el componente principal de los
recubrimientos autolimpiantes. Este material es un semiconductor
capaz de acceder a un estado de alta energía por la acción de la
luz UV.
Además de la actividad fotocatalítica, estos
materiales confieren otra propiedad a la superficie que consiste en
que, por la acción de la luz ultravioleta, son capaces de reducir
el ángulo de contacto del agua con la superficie, así en lugar de
gotas el agua forma una lámina, lo que evita el ensuciamiento y
facilita la limpieza.
No se tiene constancia del uso de un sistema que
combine la impermeabilización mediante un recubrimiento inorgánico
y el efecto fotocatalítico del recubrimiento de TiO_{2}
nanoestructurado.
La presente invención, que consiste en el
desarrollo de un recubrimiento compuesto sobre teja cerámica, puede
dividirse básicamente en una primera capa de naturaleza
inorgánica, de aspecto similar al substrato que recubre (teja
cerámica roja y teja blanca), y una segunda capa, que consiste en
una aplicación de una disolución que contiene el material
fotosensible (TiO_{2}). En la revisión del estado de la técnica
no se ha encontrado ninguna patente que haga referencia al
desarrollo de recubrimientos inorgánicos, basados en la mezcla de
materias primas de naturaleza vítrea (fritas) y cristalina, que a
la temperatura de cocción de la teja sean impermeables y con un
aspecto estético casi idéntico al del sustrato que recubren.
En lo que se refiere al recubrimiento
fotocatalítico, desde el descubrimiento de la actividad
fotocatalítica del TiO_{2} en la década de los 60, se han
publicado numerosas patentes sobre las aplicaciones de esta
importante propiedad: autolimpiante, bactericida, oxidante, etc.
Centrándonos en la aplicación de autolimpieza, es en 1995 con el
descubrimiento de la superhidrofília que el TiO_{2} desarrolla
sobre la superficie, cuando se abren nuevas expectativas en cuanto
a la aplicación de este tipo de materiales. Este descubrimiento ha
sido patentado por la empresa japonesa TOTO (WO9629375 y
WO9723572). En estos documentos se describen los métodos de
obtención de los recubrimientos sobre diversos tipos de
superficies, entre las que se incluyen cerámica y vidrio. De esta
patente existen además numerosas licencias y acuerdos de
explotación, ya que el producto puede fácilmente adquirirse en el
mercado europeo. En la presente invención, se hace uso de uno de
esos productos comerciales para, en conjunción con el recubrimiento
inorgánico anteriormente descrito, obtener una superficie con
propiedades mejoradas.
La propiedad de autolimpieza también se describe
en otras muchas patentes, en las que además no se hace uso de
materiales fotocatalíticos como el TiO_{2}. En un primer grupo, a
cargo de la empresa alemana ERLUS (EP0909747, EP1072572, EP1095923
y EP1106315) se describen los métodos para desarrollar
recubrimientos con superficies que generan elevaciones hidrófobicas
de densidad y altura predeterminadas, que evitan la conectividad de
las partículas de suciedad y polvo depositadas sobre la
superficie. En un segundo grupo (WO 01/79142 A1, US 6,486,245 B1,
WO 2004/039896 A2 y WO 2004/037936 A1), la empresa alemana Nanogate
ha desarrollado recubrimientos para facilitar la limpieza de la
superficie, potenciando su carácter repelente del agua y la
suciedad en general. El problema que presenta este tipo de
recubrimientos hidrófobicos es que se degradan con el tiempo de
exposición a la intemperie, perdiendo su efectividad.
Finalmente, en las patentes WO 01/79141 y WO
03/101912 A1 se describen el procedimiento y el producto cerámico
resultante de la aplicación de un recubrimiento fotocatalítico de
TiO_{2}, para dotar a la superficie de propiedades
autolimpiantes. Entre estos productos cerámicos se incluye la teja.
No obstante, en estas patentes se especifica que el recubrimiento
se aplica sobre un substrato poroso, lo que sin duda restará
eficiencia a la aplicación. Aquí es precisamente donde radica la
principal diferencia con la presente invención, ya que, para
obtener las propiedades finales, y en consecuencia, para que el
recubrimiento fotocatalítico desarrolle con plenitud y eficacia sus
prestaciones, se han desarrollado los mencionados recubrimientos
inorgánicos impermeables rojo y blanco.
Las composiciones de los esmaltes inorgánicos
formulados en la presente patente permiten obtener superficies
impermeables de tejas cerámicas, con un acabado mate similar al
soporte que recubren (rojo o blanco), trabajando en condiciones
similares a las utilizadas en la industria en un proceso de
monococción.
La presente invención se caracteriza por evitar
los problemas de deterioro del aspecto estético y funcional de las
tejas cerámicas debidos a su exposición a la intemperie.
Preferiblemente, el esmalte de la invención, es
del tipo que contiene agua, una frita o mezcla de fritas fundentes,
un pigmento y caolín y se caracteriza porque comprende:
- a)
- Agua en una proporción entre el 30 y el 40% en peso.
- b)
- Una frita o mezcla de fritas de carácter fundente en una proporción entre el 50 y el 65% en peso.
- c)
- Un pigmento (amarillo o rojo) que desarrolla un color similar al del sustrato en una proporción entre el 0 y el 5% en peso, y
- d)
- Caolín en una proporción entre el 3 y el 8% en peso.
Este esmalte se aplica a tejas cerámicas. Los
componentes del esmalte son los necesarios para proporcionar el
comportamiento reológico y la fundencia adecuados y un acabado
similar al del soporte una vez cocida la teja. El componente
mayoritario (b) es una frita o una mezcla de fritas con la
composición necesaria para proporcionar fundencia al esmalte. Estas
fritas contienen una elevada proporción de óxidos alcalinotérreos
lo que permite la cocción de la teja y el esmalte en un único
proceso de cocción (monococción) y la obtención de un vidriado mate
o escasamente brillante. Preferentemente dicho componente (b) se
encuentra en una proporción entre el 50 y el 65% en peso. El
componente (c) es un pigmento o bien, una mezcla de pigmentos, que
confieren la coloración adecuada al vidriado. Dichos pigmentos se
seleccionan entre los que proporcionan una coloración roja o
amarilla.
Preferentemente el componente (c) se encuentra
en una proporción entre el 0 y el 5% en peso. El componente (d) es
un caolín que actúa como suspensivante y que junto con otros
aditivos como espesantes y desfloculantes proporcionan a la
suspensión de esmalte el comportamiento reológico adecuado para su
aplicación. Preferentemente el componente (d) se encuentra en una
proporción entre el 3 y el 8% en peso.
El esmalte descrito en la presente invención es
del tipo "vitrificable". Se denomina así porque adquiere sus
propiedades finales tras ser sometido a una cocción.
El recubrimiento inorgánico impermeable se
obtiene mediante la aplicación por pulverización de la suspensión
de esmalte sobre la teja cerámica y posterior cocción de la teja
esmaltada a una temperatura entre 800-1000°C.
El recubrimiento fotocatalítico descrito en la
presente invención es del tipo que contiene como componente
principal dióxido de titanio.
La obtención del recubrimiento nanoestructurado
requiere la aplicación de capas excepcionalmente finas (entre
1-10 micrómetros de espesor) distribuidas de forma
homogénea sobre la superficie vitrificada. La aplicación se realiza
sobre la teja esmaltada mediante un sistema de pulverización con
generación de microgotas.
Posteriormente a la aplicación, se realiza el
curado del recubrimiento autolimpiante para la fijación del mismo
al soporte cerámico esmaltado. Para ello se somete la teja aplicada
a un ciclo térmico manteniendo el sistema a una temperatura entre
100-200°C durante un tiempo de entre 5 y 20
minutos. El tratamiento térmico puede realizarse utilizando
lámparas de infrarrojo o mediante un horno eléctrico o de gas.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva, se acompaña una hoja de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se han expuesto
ejemplos del campo de la invención.
Figura 1.- Es un diagrama de la variación de
concentración de azul de metileno (AM) en la disolución con el
tiempo de exposición a la luz UV (teja con esmalte rojo y
recubrimiento fotocatalítico).
Figura 2.- Es un diagrama de la disminución del
ángulo de contacto del agua sobre la superficie de la teja
aplicada con ácido esteárico, con el tiempo de exposición a la luz
ultravioleta (teja con esmalte blanco y recubrimiento
fotocatalícito).
Figura 3.- Es un diagrama de la disminución del
ángulo de contacto del agua sobre la superficie de la teja, con el
tiempo de exposición a la luz ultravioleta (teja con esmalte rojo
y recubrimiento fotocatalítico).
Haciendo referencia a los diagramas
representados en las figuras, vemos en primer lugar cómo se
describen ejemplos de obtención de recubrimientos impermeables y
autolimpiantes sobre tejas cerámicas. También se incluyen ejemplos
de las propiedades de autolimpieza: la fotocatálisis y la
hidrofília de la superficie.
\vskip1.000000\baselineskip
El esmalte cerámico rojo presenta la siguiente
composición:
| Agua | 35% | |
| Frita fundente | 56% | |
| Pigmento rojo | 3.6% | |
| Caolín | 5% | |
| Espesante (Derivado celulósico) | 0.2% | |
| Desfloculante | 0.2% |
El esmalte blanco tiene la siguiente
composición:
| Agua | 35% | |
| Frita fundente | 60.2% | |
| Pigmento amarillo | 0.5% | |
| Caolín | 4% | |
| Espesante (Derivado celulósico) | 0.15% | |
| Desfloculante | 0.15% |
Los esmaltes se aplicaron por pulverización
sobre la teja cerámica cruda. Las condiciones de aplicación
(densidad y viscosidad) se encontraban dentro de los intervalos
habituales de trabajo en la industria. Las tejas esmaltadas se
sometieron al ciclo de cocción habitualmente utilizado para la
cocción de las tejas sin esmaltar.
Las tejas cocidas se recubrieron con la
suspensión que contiene el precursor del material fotocatalítico
mediante un sistema de pulverización con generación de microgotas,
obteniéndose un espesor de capa aplicada de aproximadamente 5
micrómetros. Posteriormente se trataron térmicamente en un sistema
con lámparas de infrarrojo manteniéndolas durante 15 minutos a una
temperatura entre 100 y 200°C. Previamente, la superficie fue
tratada con una solución limpiadora para facilitar el anclaje del
material fotocatalítico sobre el sustrato cerámico esmaltado.
A continuación se describe un ejemplo
desarrollado de fotocatálisis de la superficie de las tejas para
alcanzar la calidad de autolimpieza.
La fotocatálisis de las tejas obtenidas se
comprobó determinando la progresiva degradación que sufre la
materia orgánica en contacto con la superficie cuando se expone a
la luz ultravioleta. Para ello, según lo representado en la figura
1, se utilizó como fuente de materia orgánica una disolución acuosa
de azul de metileno (AM), y se determinó su degradación a través de
la decoloración de la disolución tras diferentes tiempos de
insolación con luz ultravioleta. El color de la disolución se
determinó midiendo su absorbancia en un espectrofotómetro
ultravioleta-visible. En la figura 1 se indica la
variación de la concentración de azul de metileno en la disolución
con el tiempo de exposición a la luz ultravioleta para la teja con
el esmalte rojo y el recubrimiento fotocatalítico.
La función fotocatalítica de los recubrimientos
obtenidos se comprobó también a través de la degradación de una
capa de un ácido graso depositada sobre el recubrimiento, que se
determina por la disminución progresiva del ángulo de contacto del
agua sobre la superficie. Así en esta determinación se utilizó,
como fuente de materia orgánica ácido esteárico. Para ello se
aplicó sobre la teja con el esmalte blanco y el recubrimiento
fotocatalítico una disolución al 2% en peso de ácido esteárico en
etanol.
La degradación de la materia orgánica por el
recubrimiento, se evaluó mediante la determinación del ángulo de
contacto del agua sobre la superficie tras distintos tiempos de
exposición a la luz ultravioleta.
En la figura 2 se indica la disminución
progresiva del ángulo de contacto del agua, indicativa de la
degradación del ácido graso, sobre la superficie de la teja con el
esmalte blanco y el recubrimiento fotocatalítico, con el tiempo de
exposición a la luz UV.
Según la figura 3, la hidrofília de la
superficie autolimpiante se comprobó determinando el ángulo de
contacto del agua sobre la superficie de la teja recubierta con el
esmalte rojo y el recubrimiento fotocatalítico, tras distintos
tiempos de exposición a la luz ultravioleta.
En la figura 3 se muestra la disminución del
ángulo de contacto del agua que alcanza valores próximos a 0°, como
consecuencia de la exposición de la superficie a la luz
ultravioleta.
Claims (11)
1. Esmalte cerámico, que contiene agua, una
frita o mezcla de fritas fundentes, un pigmento y caolín y se
caracteriza porque comprende:
- a)
- Agua en una proporción entre el 30 y el 40% en peso.
- b)
- Una frita o mezcla de fritas de elevada fundencia, en una proporción entre el 50 y el 65% en peso.
- c)
- Un pigmento que desarrolla un color similar al del sustrato cocido en una proporción entre el 0 y el 5% en peso, y
- d)
- Caolín en una proporción entre el 3 y el 8% en peso.
2. Esmalte cerámico, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el pigmento (c) es rojo.
3. Esmalte cerámico, según reivindicación 1,
caracterizado porque el pigmento (c) es amarillo.
4. Esmalte cerámico, según reivindicación 1,
caracterizado porque el pigmento (c) es una mezcla de
pigmentos.
5. Esmalte cerámico, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque es aplicado para el
esmaltado de tejas cerámicas por pulverización.
6. Método para la fabricación de tejas
esmaltadas resistentes al envejecimiento, caracterizado
porque incluye las siguientes fases:
- -
- aplicar sobre la pieza cerámica cruda, un esmaltado cerámico según las reivindicaciones 1 a 4,
- -
- someterlas a un ciclo de cocción habitual,
- -
- tratamiento de la superficie con una solución limpiadora,
- -
- recubrir las tejas cocidas con un recubrimiento inorgánico fotocatalítico con TiO_{2},
- -
- dar un tratamiento térmico con infrarrojos o en horno, durante cinco a veinte minutos a temperatura de 100-200°C
7. Teja esmaltada resistente al envejecimiento,
caracterizada porque lleva aplicado un esmaltado cerámico
según las reivindicaciones 1 a 4 y un tratamiento de cocción para
impermeabilización de la teja cerámica.
8. Teja esmaltada resistente al envejecimiento,
según reivindicación 7, caracterizada porque incluye además
un recubrimiento inorgánico fotocatalítico que contiene como
componente principal dióxido de titanio.
9. Teja esmaltada resistente al envejecimiento,
según reivindicación 8, caracterizada porque el
recubrimiento inorgánico fotocatalítico se efectúa mediante un
sistema de pulverización con generación de microgotas.
10. Teja esmaltada resistente al envejecimiento,
según reivindicación 9, caracterizada porque incluye además
un tratamiento térmico durante aproximadamente 15 minutos a una
temperatura entre 100 y 200°C para su curado.
11. Teja esmaltada resistente al envejecimiento,
según reivindicación 8, caracterizada porque incluye un
tratamiento previo de la superficie con una solución limpiadora
para la obtención de una superficie autolimpiante e
hidrofílica.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200500084A ES2277718B1 (es) | 2005-01-18 | 2005-01-18 | Esmalte ceramico, metodo para la obtencion de tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento y teja fabricada con este metodo. |
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| ES200500084A ES2277718B1 (es) | 2005-01-18 | 2005-01-18 | Esmalte ceramico, metodo para la obtencion de tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento y teja fabricada con este metodo. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES2277718A1 true ES2277718A1 (es) | 2007-07-16 |
| ES2277718B1 ES2277718B1 (es) | 2008-06-01 |
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| ES200500084A Expired - Fee Related ES2277718B1 (es) | 2005-01-18 | 2005-01-18 | Esmalte ceramico, metodo para la obtencion de tejas esmaltadas resistentes al envejecimiento y teja fabricada con este metodo. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2277718B1 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES320248A1 (es) * | 1964-12-04 | 1967-03-01 | Lepicard Jean Pier | Perfeccionamientos en el procedimiento de fabricacion de tejas y otros elementos de revestimiento. |
| BR9301424A (pt) * | 1993-03-31 | 1994-12-20 | Ind De Azulejos De Bahia S A | Esmalte cerâmico econômico para base de azulejos bioqueima |
-
2005
- 2005-01-18 ES ES200500084A patent/ES2277718B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES320248A1 (es) * | 1964-12-04 | 1967-03-01 | Lepicard Jean Pier | Perfeccionamientos en el procedimiento de fabricacion de tejas y otros elementos de revestimiento. |
| BR9301424A (pt) * | 1993-03-31 | 1994-12-20 | Ind De Azulejos De Bahia S A | Esmalte cerâmico econômico para base de azulejos bioqueima |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2277718B1 (es) | 2008-06-01 |
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