ES2285932B1 - Tintado de superficies y efectos visuales mediante el uso de micro y nanoparticulas metalicas. - Google Patents
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Abstract
Tintado de superficies y efectos visuales
mediante el uso de micro y nanopartículas metálicas.
Sistema de coloración de superficies mediante el
empleo de soluciones de partículas nanoscópicas metálicas
depositadas sobre la superficie del objeto a tintar. Al no suponer
un recubrimiento completo de la superficie, como el que se da en
depósitos moleculares, sino un depósito discreto de partículas,
dejará pasar los detalles originales de la superficie. Este método
presenta la ventaja de que el color se controla mediante la elección
del tipo de partícula o mezcla de ellas y no únicamente mediante el
control del espesor de la lámina depositada, en el caso de
deposiciones moleculares. Lo parámetros de control y diseño son:
forma de las partículas, tamaño de las partículas, relación de
aspecto de las mismas, naturaleza material de las partículas,
concentración de partículas, relación de mezcla de las
partículas.
Description
Tintado de superficies y efectos visuales
mediante el uso de micro y nanopartículas metálicas.
El sector de aplicación es muy amplio. Cualquier
sector industrial o empresarial que precise de recubrimientos
superficiales para dar color, modificar el mismo y/o para inducir
efectos visuales controlables mediante la iluminación externa. De
modo directo, el sector de la piedra natural, artificial y
conglomerados son candidatos a la utilización de estos métodos.
La invención que se presenta en esta solicitud
se podría enclavar dentro de los siguientes campos:
- -
- Nanotecnología, piedra natural, piedra artificial y aglomerados.
- -
- Sistemas coloidales de partículas metálicas.
- -
- Tintado de materiales pétreos.
- -
- Tratamientos superficiales.
La piedra natural, cuando se utiliza con fines
ornamentales, debe todo su valor a sus propiedades estéticas. La
piedra natural puede presentar infinidad de colores y patrones,
pero algunos colores son extremadamente difíciles de encontrar, y
esta escasez hace que los materiales con esta coloración sean muy
caros (azul, rojo, violeta, negro, ...).
El tintado mediante técnicas tradicionales
permite obtener cualquier color, pero hace que la piedra pierda su
aspecto natural y por tanto su atractivo.
Las técnicas actuales disponibles para el
tintado de piedra natural se basan en la aplicación de pigmentos
sobre la superficie. Estos pigmentos pierden color, especialmente
cuando se encuentran expuestos a radiación solar (uso exterior) y
reaccionan con determinados agentes químicos. La manipulación y
aplicación de estos productos comporta una serie de riesgos para la
salud; ya que los pigmentos suelen ser sustancias tóxicas.
Ultimamente se están usando técnicas de
electrodeposición por plasma para alterar el aspecto superficial de
la piedra a partir de la formación de películas delgadas metálicas
sobre la superficie de la piedra. Estas técnicas, en el actual
estado de desarrollo, no permiten preservar el aspecto original de
la piedra y, además, su implantación industrial es costosa.
La tecnología de recubrimientos metálicos es una
Ciencia que implica la deposición de material conductor de un
grosor de varios micrómetros sobre una superficie. La absorción
selectiva de longitudes de onda se consigue controlando el espesor
de la lámina metálica depositada, ya sea mediante técnicas de
evaporación o por electrodeposición.
Con el desarrollo de la
Nano-Ciencia, el concepto de coloración se ha
transformado, apareciendo una generación de materiales con respuesta
óptica selectiva. La utilización de micro y nanopartículas
metálicas permite la elección de la tonalidad a través de una
extinción selectiva de colores (longitudes de onda). Estos
materiales pueden ser líquidos o sólidos y disponerse en tres o en
dos dimensiones, formando superficies. El color o colores
extinguidos por las partículas (por tanto el color resultante en
una reflexión será el de la luz de iluminación menos el eliminado)
esta estrechamente relacionado con el tamaño de la partícula, su
forma y relación de aspecto (si ésta no fuese esférica) y la
distancia entre las partículas.
Cuando una misma partícula tiene dos distancias
asociadas (por ejemplo un cilindro tiene la altura y la anchura) se
extinguen dos longitudes de onda (colores) a la vez, si la
iluminación es natural o parcialmente polarizada. Cuando la luz
incidente está linealmente polarizada o domina una dirección de
polarización frente a otra, al incidir ésta sobre la partícula
metálica, provoca una resonancia en la dirección de polarización de
la luz incidente si una de las dimensiones de la partícula coincide
con esta y, por tanto, se absorberá el color asociado a aquella. Si
la polarización es parcial o el alineamiento de una o de las varias
dimensiones de la partícula no es completo, el resultado es un
promedio de aportaciones.
El recubrimiento de superficies para cambios de
coloración y obtención de efectos ornamentales conlleva la
modificación de las propiedades naturales de la superficie, como
son la rugosidad, veteado, ... La utilización de recubrimientos de
superficies con nano partículas metálicas permite diseñar el color
de la superficie, respetar las apariencias originales de la misma,
cambiar la coloración mediante cambios en las características de la
luz de iluminación de la superficie (Polarización).
La idea es emplear soluciones de partículas
micro y nanoscópicas metálicas depositadas sobre superficies para
conseguir efectos de coloración. Al no suponer un recubrimiento
completo de la superficie, como el que se da en depósitos
moleculares, sino un depósito discreto de partículas, dejará pasar
los detalles naturales de la superficie. Además, este método
presenta la ventaja de que el color se controla mediante la
elección del tipo de partícula o mezcla de ellas y no únicamente
mediante el control del espesor de la lámina depositada, como es el
caso de deposiciones moleculares. Los parámetros de control y
diseño son: forma de las partículas, tamaño de las partículas,
relación de aspecto de las mismas, naturaleza material de las
partículas, concentración de partículas, relación de mezcla de las
partículas.
i) Controlando las dimensiones de las partículas
se puede seleccionar el color o colores que se desean eliminar y
por tanto definir el color mediante los colores que permanecen (no
extinguidos por las partículas).
ii) Realizando una mezcla de partículas de
diferentes tamaños o relaciones de aspecto, se puede diseñar el
color deseado. La estrategia de diseño de coloración consiste en
partir de tres especies de partículas con tres tamaños diferentes
asociados a los tres colores básicos, Rojo, Verde y Azul. Mezclando
adecuadamente poblaciones de estas tres especies de partículas se
puede diseñar cualquier color o tonalidad, al igual que se hace en
la pantalla de un monitor o televisión (sistema RGB). Cualquier
otra combinación o modificación en cuanto a características de las
partículas u especies que intervienen en la mezcla para conseguir el
color y efectos deseados, se entiende que se basa en la misma idea
y por tanto debe ser protegida igualmente. Si los tamaños de las
partículas son inferiores o superiores a aquellos que provocan una
absorción (resonancia) en el espectro visible, y por tanto eliminan
longitudes de onda en otros rangos del espectro electromagnético,
como son el ultravioleta o el infrarrojo, se entiende que se basa
en la misma idea y por tanto debe ser protegido mediante
esta
patente.
patente.
iii) Combinando partículas que poseen a la vez
diferentes dimensiones características (ejemplo de cilindros) y
controlando la polarización de la luz incidente, se consiguen
efectos de coloración. La respuesta óptica depende de la
polarización de la luz incidente empleada, de modo que, mediante
cambios de polarización o simplemente del ángulo de incidencia de
la luz incidente (por ejemplo la luz natural a diferentes horas:
amanecer, día y al atardecer), se consiguen diferentes efectos de
coloración y brillo.
iv) La distancia interpartícula también es un
parámetro de control del color, de modo que modificando esta
distancia mediante la concentración de partículas utilizada, pueden
cambiarse los efectos de colora-
ción.
ción.
v) Estos mismos procedimientos pueden aplicarse
a materiales compuestos: partículas de
metal-polímero, metal-material
inorgánico u orgánico de cualquier tipo,
metal-semiconductor, ... al igual que puede usarse
cualquier aditivo de estabilización y fijado o respuesta biológica,
..., sin que se modifique el objeto de protección de esta patente.
Todos estos puntos pueden combinarse entre ellos para conseguir el
efecto deseado. Igualmente, la mezcla de partículas puede realizarse
con un número inferior o superior a tres especies al igual que
combinando partículas de diferentes formas, tamaños y materiales
metálicos.
Las ventajas de este método consisten en:
- -
- Respeta apariencia original: La posibilidad de producir efectos de coloración mediante deposición de partículas, implica un depósito muy delgado, y no continuo, sino discreto de material, lo que permite respetar el aspecto y propiedades de la superficie original (beta natural y defectos en su caso. Cualquier característica visual de la superficie, previa al tratamiento es susceptible de ser respetada).
- -
- Durabilidad: los metales empleados para la nanopartículas (oro, plata, platino, o cualquier aleación,..) son muy resistentes a ataques ambientales externos. No se afectan, por ejemplo, por oxidación o irradiación ultravioleta. Los productos actuales en el mercado se basan en coloraciones con pigmentos, en su mayoría basados en moléculas orgánicas que se degradan con el tiempo, la temperatura, la acción ultravioleta y los agentes químicos del entorno (atmosféricos o de otra naturaleza).
- -
- Aplicación: Puede aplicarse a las superficies mediante deposición mecánica (pulverización), lo que hace de este método una técnica barata de implementar a la producción.
- -
- Barato de producir: Las partículas metálicas son baratas de producir y por tanto el método es implementable a nivel industrial.
- -
- Coloración: Permite diseñar la coloración de las superficies.
- -
- Efectos de coloración: Permite cambiar el aspecto de las superficies tratadas, mediante cambios de la luz ambiental. El grado de polarización de la luz incidente modifica el color de la superficie.
- -
- Adherencia: el tamaño de las partículas hace que se puedan incrustar en los poros de la superficie (en el caso se superficies pétreas es perfecto, pues estas presentan una alta rugosidad y presencia de poros de gran tamaño), fijándose muy firmemente a esta.
- -
- Compatibilidad: Alternativamente puede recubrirse con resinas de protección y fijación o aplicarse las nanopartículas mezcladas con la misma resina, en un solo proceso industrial.
- -
- Bajos riesgos laborales y bajo impacto ambiental: al contrario que los pigmentos tradicionales, el método de tinción basado en las nanopartículas metálicas presenta muy baja toxicidad en el proceso industrial de tinción. Este hecho reduce los riesgos laborales. Una vez finalizado el producto, este es a su vez no tóxico con lo que es muy seguro para uso doméstico y para su utilización en exteriores, sin que la acción de ningún tipo de meteoro pueda contaminar el medio ambiente, en el caso de extraerse parte del material depositado sobre la superficie tratada.
Figura 1: Se muestra la idea básica del método
de tinción de la superficie, mediante la extinción selectiva por
micro y nanopartículas. La luz incidente es reflejada por la
superficie. Parte de esta luz es dispersada por las partículas, otra
parte es absorbida y el resultado total es una extinción. La
intensidad extinguida no se refleja. Al producirse una extinción
selectiva, de modo que esta se produce más a unas longitudes de
onda (colores) que a otras, la luz reflejada pierde estos colores.
La longitud de onda (\lambda) a la que se produce la máxima
extinción se controla mediante el tamaño y forma de las partículas,
la naturaleza material de las mismas y finalmente de la
concentración, pues el espectro de extinción depende a su vez de las
distancia entre las partículas. En la Figura 1 se representa el
espectro de dispersión, absorción y extinción para nanoparticulas
metálicas esféricas de plata con tamaño de 50 nm. El eje y
representa la sección eficaz, función proporcional a la intensidad
de la radiación, mientras que el eje x es la longitud de onda.
Figura 2: Cuando las partículas presentan varias
dimensiones, se produce una resonancia y por tanto una absorción
por dimensión. Esto se manifiesta si se ilumina con luz no
polarizada o parcialmente polarizada (caso de la gráfica de la
figura). Si se ilumina con luz polarizada en la dirección que
coincide con alguna de las direcciones características de las
partículas, solo se excita un modo y por tanto, solo aparecerá el
pico correspondiente en la gráfica. De este modo, haciendo coincidir
la polarización con la dirección, se puede elegir qué color que
absorberá la partícula y por tanto, el color de la luz reflejada
por la superficie. Las flechas indican la dirección de
resonancia.
Claims (5)
1. Método de tintado y/o producción de efectos
de visuales sobre superficies caracterizado por el uso de
partículas micro y nanoscópicas metálicas depositadas sobre dicha
superficie y donde el control del color y/o efectos visuales
provocados por el depósito se realiza a través de los parámetros
propios de las partículas, entre los que se comprenden los
siguientes:
- -
- Naturaleza material de las partículas (especie química)
- -
- Forma de las partículas
- -
- Tamaño de las partículas
- -
- Relación de aspecto de las partículas
- -
- Distancia entre partículas.
2. Método de tintado y/o producción de efectos
visuales sobre superficies, según reivindicación 1,
caracterizado porque el efecto se consigue mediante la mezcla
de distintas micro y nanopartículas metálicas con diferentes
parámetros propios de modo que el efecto final se consigue como una
mezcla de los efectos de cada uno de los tipos de partículas
empleados.
3. Método de tintado y/o producción de efectos
visuales sobre superficies, según reivindicación 1,
caracterizado porque dicho efecto se consigue mediante
cambios de polarización de la luz o simplemente del ángulo de
incidencia, sobre partículas con mas de una dirección
característica, por ejemplo cilindros.
4. Método de tintado y/o producción de efectos
visuales sobre superficies, según reivindicación 1,
caracterizado porque las partículas utilizadas sean de
naturaleza compuesta: metal-polímero,
metal-semiconductor, ...
5. Método de producción de efectos sobre
superficies, según reivindicación 1, donde se utilizan partículas
que eliminan longitudes de onda en otros rangos del espectro
electromagnético (por ejemplo el infrarrojo o el ultravioleta) y por
tanto el efecto producido queda fuera del espectro visible.
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Non-Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20071116 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2285932B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20211117 |