ES2895757A2 - Metodo para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato cuyo material base es metalico - Google Patents
Metodo para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato cuyo material base es metalico Download PDFInfo
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Abstract
Método para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato cuyo material base es metálico. La invención se refiere a un proceso para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato metálico que carece de dichas propiedades biocidas y/o antivirales caracterizado por que comprende aplicar un recubrimiento de cobre con una pureza del 100% sobre la totalidad de la superficie de dicho sustrato metálico mediante electrodeposición, dando lugar a un material con propiedades biocidas y/o antivirales. Es asimismo objeto de protección el material con propiedades biocidas y/o antivirales obtenido mediante dicho proceso.
Description
DESCRIPCIÓN
MÉTODO PARA DOTAR DE PROPIEDADES BIOCIDAS Y/O ANTIVIRALES A
UN SUSTRATO CUYO MATERIAL BASE ES METÁLICO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención tiene su fundamento en el campo de la galvanotecnia y su aplicación, en particular, en el sector técnico sanitario y de servicios. Específicamente, se refiere a un proceso electroquímico de electrodeposición de cobre para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a cualquier sustrato de base metálica que carece de dichas propiedades.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los hospitales, centros sanitarios, residencias geriátricas, centros de día y similares son edificios destinados a la atención de personas con distintas patologías o al cuidado de ancianos que, en muchos casos, padecen infecciones causadas por gérmenes de diversos tipos: bacterias, hongos, levaduras o virus. Para cumplir su función dichos edificios precisan de un equipamiento y mobiliario específicamente sanitario (camillas, camas, goteros, reposabrazos de butacas de acompañante, barandillas para rehabilitación, etc.) y otro equipamiento arquitectónico (pasamanos, interruptores, manillas de puertas, colgadores, tiradores de muebles, botones de ascensor, grifos, etc.) que están fabricados en muchos casos en acero inoxidable, en otros, en acero al carbono con distintos acabados (niquelado, cromado, pintado o con un recubrimiento de un material polimérico de distintos colores) y, en algunos casos, en aluminio. También existe la posibilidad de que en un hospital las camas y otros elementos sean de material plástico: PVC, ABS, polietileno, etc. No obstante, el proceso objeto de la presente invención está dirigido al tratamiento de sustratos de base metálica.
Por ser los usuarios de dichos edificios personas enfermas o ancianos que, en muchos casos, padecen distintos tipos de infecciones, los materiales de los elementos constructivos, del equipamiento y mobiliario adquieren gran relevancia porque desempeñan un rol esencial en la salubridad del medioambiente hospitalario y, por tanto, en los contagios.
En el año 2001 el microbiólogo Americano Philip Tierno publicó que los gérmenes que enferman a los principales usuarios de estos edificios se transmiten en el medioambiente hospitalario en un 80% de los casos por contacto, es decir, a través de las superficies de contacto de los materiales (Tierno, P. M. “The secret life of germs: What they are, why we need them, and how we can protect ourselves against them”, 2001). En efecto, es habitual que una persona con una infección o personal sanitario con guantes toquen un interruptor de la luz, una barandilla de la cama, los botones del ascensor, un pasamanos, etc., dejando depositados gérmenes en dichas superficies de contacto. De este modo, cuando una segunda persona toca dichas superficies, los gérmenes que allí habían quedado depositados se transmiten por contacto a la segunda persona.
Caben otros casos. Por ejemplo, una persona que padece una infección que se trasmite por gotículas al estornudar transfiere los gérmenes al aire y estos finalmente, por gravedad, acaban depositándose en otras superficies de contacto (por ejemplo en mesas) o en el suelo, iniciándose una posible nueva cadena de contagio por contacto. A este problema se une otro al que tampoco hoy se presta la atención necesaria: los guantes y, en general, los EPIs del personal sanitario actúan también como fómites que transmiten gérmenes por contacto a través de superficies de contacto.
Para frenar este tipo de transmisión de gérmenes y evitar contagios nosocomiales existen recomendaciones y precauciones generales (Lupión, C. et al., 2014, “Medidas de prevención de la transmisión de microorganismos entre pacientes hospitalizados. Higiene de manos”, Enfermedades infecciosas y microbiología clínica, 32(9), 603-609), aunque cada hospital tiene sus propios protocolos con medidas de prevención, así como de limpieza y desinfección. El objetivo de todos ellos es impedir que los gérmenes vayan acumulándose y que la carga de gérmenes se incremente.
Sin embargo, tales medidas de prevención no tienen en cuenta el importante rol que desempeñan las propiedades biocidas y antivirales de los materiales, es decir, las propiedades biocidas de las superficies de contacto en las que se depositan los gérmenes, transmitiéndolos.
Por ello, a pesar de se cumplen en mayor o menor medida las medidas de prevención, limpieza y desinfección, hoy en día se producen contagios nosocomiales. Nótese que la prevalencia o porcentaje de contagios nosocomiales en los hospitales españoles
llega en algunos casos al 25% (en Ceuta alcanza el 37, según datos de EPINE, 2019). Quiere ello decir que si la prevalencia es del 25%, uno de cada cuatro enfermos que ingresan en el hospital (en Ceuta, uno de cada dos o tres) contrae una infección hospitalaria, la cual se añade a la patología por la que el enfermo fue ingresado, con todo el coste moral y económico que ello conlleva.
El descubrimiento de Tierno, sin embargo, no ha sido asimilado en el ámbito de la Arquitectura ni de la Ingeniería y hoy día las propiedades biológicas de los materiales no se estudian en las Escuelas de Arquitectura. Por tanto, dichas propiedades no se tienen en cuenta a la hora de seleccionar los materiales en los proyectos de hospitales u otros edificios sanitarios, ni a la hora de seleccionar los materiales de su equipamiento o mobiliario. Tampoco se explican estas propiedades en las Escuelas de Ingenieros, por lo que no se consideran en el proyecto de instalaciones industriales (por ejemplo, de alimentación) o en el proyecto de diseño de autobuses u otros vehículos para transporte público. El Código Técnico de la Edificación (CTE) tampoco las incluye en el capítulo salubridad ni las recomienda en el proyecto de hospitales. Es decir, el carácter biocida o antiviral de un material no se tiene en cuenta como criterio de diseño de dichos edificios.
La normativa vigente en otros ámbitos de la ingeniería tampoco incluye como criterio de diseño el uso de materiales con propiedades biocidas ni, concretamente, el cobre para reducir la carga de gérmenes en proyectos de artefactos, instalaciones o dispositivos para el servicio público (autobuses, autobuses-hospital, buques-hospital, trenes, metro, etc.)
El hecho comprobado, sin embargo, es que en las superficies de contacto del equipamiento actual de acero inoxidable, acero al carbono cromado o pintado, aluminio o plásticos los gérmenes que se depositan por contacto o por gotículas no solo viven o, en el caso de los virus, son estables durante tiempos que pueden llegar a varios días, sino que, además, se reproducen en mayor o menor tiempo dependiendo de las condiciones de humedad y temperatura. La carga de gérmenes en dichos materiales o permanece estable varios días o aumenta con el paso del tiempo. En particular, el material que se selecciona con mayor profusión en hospitales es el acero inoxidable AISI 304 por su aspecto estético y porque parece limpio a simple vista. Sin embargo, las bacterias y otros microorganismos no se ven a simple vista y en el AISI 304, que no es biocida, las bacterias permanecen varios días.
Este fenómeno trata de ser evitado como ya se ha referido por los protocolos de desinfección y limpieza. Sin embargo, en un hospital se limpia cada 24 h y, aunque se aplica un procedimiento de desinfección cada vez que en una habitación hay un cambio de enfermo (Lupión, C. et al., 2014, “Medidas de prevención de la transmisión de microorganismos entre pacientes hospitalizados. Higiene de manos", Enfermedades infecciosas y microbiología clínica, 32(9), 603-609) es un hecho que no consiguen eliminar todos los gérmenes depositados en el equipamiento, mobiliario y material auxiliar (Schmidt, M. G. et al., 2012, “Sustained reduction of microbial burden on common hospital surfaces through introduction of copper", Journal of clinical microbiology, 50(7), 2217-2223). Si fuera así, no habría contagios nosocomiales. Los datos recogidos en EPINE acreditan que se producen (https://epine.es/api/documentopublico/2019%20EPINE%20Informe%20Espa%C3%B1a%2027112019.pdf/reports-esp).
En este aspecto, un inconveniente importante del AISI 304 es que el protocolo de limpieza recomendado para hospitales tiene un coste muy elevado.
De lo expuesto se deduce que en hospitales, centros sanitarios, residencias geriátricas y, también, en otros ámbitos del sector servicios (educación, transporte, servicios públicos, etc.) sea del máximo interés emplear materiales con propiedades biocidas y antivirales porque, por su propia naturaleza, eliminan los gérmenes que se han depositado sobre las superficies de contacto de dichos recintos y/o instalaciones, de manera continuada, y sin consumir mano de obra ni energía; es decir, impiden la creación de reservorios de gérmenes y, por tanto, reducen de manera importante los contagios nosocomiales.
El uso de materiales con propiedades biocidas y antivirales es, por tanto, una medida de protección pasiva que, junto con los protocolos adecuados de limpieza, permitirá conseguir y mantener un ambiente hospitalario limpio de gérmenes.
A lo anterior conviene añadir que los productos de limpieza que se utilizan en la actualidad contienen sustancias químicas biocidas que pueden dañar la salud humana y el medio ambiente. De hecho, se considera que una de las causas de que se haya elevado la resistencia a los antibióticos de los que dependemos para combatir las enfermedades infecciosas de carácter bacteriano es, precisamente, la exposición constante a los productos antibacterianos y biocidas de los productos de limpieza.
Al desconocimiento que existe sobre las propiedades biocidas de estos materiales hay que añadir otro inconveniente que se deriva de las investigaciones iniciadas por microbiólogos hace escasos años: el precio de las soluciones propuestas.
En efecto, desde hace unos años algunos microbiólogos están proponiendo el uso del cobre en mobiliario de hospitales para prevenir contagios nosocomiales. Las propuestas que se conocen pueden clasificarse en las siguientes:
1. utilización de elementos de cobre macizo: El Prof. Schmidt en EEUU dirige un proyecto de investigación financiado por la Armada en el que han colaborado tres hospitales. En este proyecto se han sustituido por piezas de cobre macizo los siguientes elementos: portasueros/goteros, mesillas de paciente, botones de llamada de enfermera, ratones de ordenador y aparatos de registros vitales;
2. utilización de planchas o láminas de cobre de pequeño espesor (0.5 a 1 mm) como suplementos que se superponen sobre barandillas de camas o reposabrazos de acompañante. Este método ha sido también utilizado en EE.UU. por el equipo investigador del Dr. Schmidt y fue asimismo probado en la clínica de la Universidad de Navarra de Pamplona; 3
3. utilización de láminas de cobre de 50 micras de espesor autoadhesivas. Este método fue probado durante cinco semanas en el Hospital Universitario de Ceuta por Paula Aillón (Aillón P, et al., 2017, “Materiales e innovación en arquitectura sanitaria: cobre, barrera antibacteriana para espacios sanitarios", Anales de Edificación 3(3):55-61). Idéntico método ha sido utilizado de forma permanente en Chile en las UCIs pediátricas por el equipo de la Dra. Tamara Viviani.
Sin embargo, los inconvenientes de las soluciones antedichas son los siguientes:
1. El cobre macizo tiene un precio muy superior al del acero al carbono (puede llegar a multiplicarse hasta por quince dependiendo de la calidad del acero) y, en las condiciones actuales, la sustitución de determinados elementos constructivos de una UCI u otras habitaciones por elementos de cobre macizo tal y como se propone en Schmidt, M. G. et al., 2012, “Sustained reduction of
micmbial burden on common hospital surfaces thmugh intmduction of copper. Journal of clinical microbiology", 50(7), 2217-2223, es prohibitivo para un hospital medio. Si se trata de equipamiento, el precio de un gotero de cobre puede llegar a multiplicar por siete el de un gotero de acero al carbono cromado.
Si se tratara de equipamiento para el sector del transporte, el cobre macizo (densidad 8.96 g/cm3) es mucho más pesado que el aluminio (densidad 2.70 g/cm3) y más pesado también que las aleaciones base hierro, por ejemplo, acero al carbono (densidad 7.84 g/cm3) o acero galvanizado (densidad 7.90 g/m3). Por ello, la sustitución de elementos metálicos por cobre macizo, además de incrementar considerablemente los costes, tampoco es viable desde el punto de vista energético.
Adicionalmente, en el caso de otros servicios públicos, el problema de nuevo del empleo de cobre macizo es el coste económico asociado al mismo.
Respecto de la utilización de láminas de cobre de 0.5 a 1 mm de espesor como suplementos, la superposición de planchas de cobre de pequeño espesor en barandillas de camas ha sido ensayada en la Clínica de la Universidad de Navarra con pésimos resultados. El equipo que propuso y ejecutó dicha solución olvidó que tan importantes son las propiedades biocidas del cobre como sus propiedades mecánicas y que, para dicha aplicación, se precisa un cobre sin acritud, blando (Parga, B., "Informe sobre los suplementos de chapa de cobre instalados en barandillas de camas de la Clínica de la Universidad de Navarra de Pamplona”, 2020). Ello requiere que el procedimiento de laminación de las planchas de cobre sea muy cuidadoso para evitar que aparezca acritud en el cobre lo que, a su vez, requiere un control del proceso y tratamientos que encarecen el procedimiento de fabricación de las láminas. La acritud de los suplementos de cobre instalados en las UCIs de la Clínica de la Universidad de Navarra ocasionó que el personal de enfermería de la clínica retirara todos los suplementos de cobre que se instalaron en fase de experimentación por el peligro que suponían las fisuras y agujas que comenzaron a aparecer en los referidos suplementos, tanto para el personal como para los enfermos y visitas.
3. La modificación de superficies adhiriendo láminas de cobre de 50 mieras de espesor ha sido utilizada en la UCI de pediatría del hospital Dr. Sótero del Rio, Santiago de Chile. Esta solución, sin embargo, es perjudicial para los pacientes porque los adhesivos que actualmente se utilizan contienen numerosas sustancias químicas clasificadas como peligrosas por la Agencia europea de productos químicos (ECHA), algunas de las cuales son, también, disruptores endocrinos, tal y como han expuesto las inventoras de la presente solicitud en el Congreso EMCEI celebrado en Túnez y posteriormente publicado (Aillón García, P., Parga-Landa, B. “An improved proposal for using laminar copper as a biocidal material in touch surfaces in a hospital Intensive Care Unit (ICU)”, Environ. Sci. Pollut. Res., 2021, https://doi.org/10.1007/s11356-020-11678-z)). Además, las láminas de cobre se despegan con el paso del tiempo, por lo que es preciso reponerlas cada dos meses. Ello constituye, por tanto, un coste de mantenimiento que al cabo del año no es despreciable, dado que requiere personal técnico cualificado.
La presente invención soluciona todos los problemas que plantean los métodos anteriores. En particular, se trata de un proceso electroquímico mediante el cual se deposita cobre, metal con propiedades biocidas y antivirales, sobre una pieza metálica o en general, un sustrato metálico (preferentemente acero al carbono, acero inoxidable o aluminio) de tal manera que se dota al sustrato cobrizado de propiedades biocidas y antivirales.
Cabría afirmar que mediante este proceso se obtiene un nuevo material compuesto bimetálico, entendiendo como tal un material compuesto de dos materiales físicamente distintos, mecánicamente separables -mediante técnicas de tribología, como por ejemplo lijado-, y que se obtienen mediante un proceso controlado de mezcla: la electrodeposición.
El objetivo más habitual de la electrodeposición metálica en materiales de construcción es la protección del metal, dotándolo de resistencia a la corrosión. Por ejemplo, se realizan desde hace tiempo galvanizados y niquelados con fines de protección frente a la corrosión y también se utilizan cromados para grifería. Los cobreados o cobrizados se vienen utilizando en las técnicas de recubrimiento electrolítico como sustrato previo auxiliar para mejorar la calidad de algunos tratamientos químicos superficiales como,
por ejemplo, los cromados en los que se aplica, en primer lugar, un cobrizado, posteriormente un niquelado y finalmente el cromado. En segundo lugar, con una frecuencia mucho menor, el cobrizado como tratamiento químico final se utiliza en construcciones arquitectónicas con fines exclusivamente decorativos y de apariencia, y siempre con un acabado barnizado o con pátinas.
Sin embargo, nunca se ha electrodepositado cobre, por sus propiedades biocidas y antivirales, para mejorar la salubridad y dotar de protección pasiva frente a gérmenes a un sustrato de base metálica, reduciendo así la carga ambiental de gérmenes de superficies de contacto y, en definitiva, de un recinto.
De ahí que la primera novedad de la presente invención consista en la aplicación de los principios de la galvanotecnia para dotar de propiedades biocidas y antivirales a elementos constructivos o arquitectónicos (por ejemplo, zócalos), equipamiento sanitario (por ejemplo, goteros) o partes de instalaciones (por ejemplo interruptores, botones de ascensor, etc.), mobiliario auxiliar (por ejemplo, mesas para el paciente, manillas de puertas, tiradores de mesillas, etc.) o de servicios (por ejemplo, asideros o barras de apoyo en autobuses, mostradores, etc.) que, al estar fabricados en acero al carbono pintado, cromado o recubierto de plástico, o en acero inoxidable o aluminio, no poseen propiedades biocidas ni antivirales. Debido a ello, los gérmenes que se depositan en ellos por contacto o por gravedad se mantienen en sus superficies incluso después de haber aplicado un proceso de limpieza, dándose la circunstancia, en algunos casos, de que dichos gérmenes se reproducen, convirtiendo así los elementos constructivos, equipamientos, instalaciones o mobiliario en reservorios o fómites con un potencial riesgo de contagio.
Dicho de otra manera: el método que se propone -un cobrizado biocida y antiviral-, dota de protección pasiva frente a gérmenes a elementos o piezas en los que, previamente, los gérmenes que se depositaban vivían y, en algunos casos, se reproducían.
A mayor abundamiento, como en la electrolisis se depositan solamente iones de cobre que se convierten en Cu sobre las piezas, elementos o sustratos metálicos, el proceso permite obtener piezas, elementos, mobiliario auxiliar o partes de mobiliario auxiliar recubierto de una capa de cobre de pureza 100%, por lo que el carácter biocida y
antiviral de la pieza o elemento así tratado es superior incluso al que exhibe una pieza maciza de cobre cuya máxima pureza nunca alcanza el 100% cobre.
La segunda novedad del método reivindicado es que es aplicable a elementos constructivos, equipamiento, mobiliario, etc., en uso. Un hospital no precisa ya desechar los elementos constructivos, equipamiento o mobiliario cuyo sustrato sea metálico para comprar nuevos elementos o equipamiento con propiedades biocidas y antivirales. Gracias al proceso objeto de la invención, dicho equipamiento puede ser aprovechado y modificado mediante la aplicación de un recubrimiento electrolítico de cobre. De ahí que este método permita reutilizar el material metálico existente en un hospital o centro sanitario, dotándolo de propiedades biocidas y antivirales. Es decir, estamos ante una invención que evita grandes inversiones en compra de material y evita también material de desecho. Se podría afirmar también que estamos ante un desarrollo de economía circular mejorada puesto que el material o equipamiento así tratado, además de ser reutilizado, es dotado de unas propiedades biocidas y antivirales que previamente no exhibía.
La tercera novedad del método reivindicado es que para el caso de elementos de nueva fabricación permite un abaratamiento de los elementos constructivos y equipamiento sanitario metálico y una importante mejora de prestaciones al dotarlo de propiedades biocidas y antivirales. En efecto, una gran parte de elementos arquitectónicos (zócalos, marcos de puertas, puertas, etc.), material y equipamiento sanitario (mesas de apoyo, goteros, etc.) se fabrica en acero inoxidable, por lo general AISI 304. En el caso de piezas de equipamiento o mobiliario de nueva fabricación este método permite utilizar como material base acero al carbono y, posteriormente, cobrizarlo, en lugar de utilizar como materiales base acero inoxidable o cobre macizo. Ello permite un ahorro de precio considerable en todos los elementos constructivos, equipamiento o mobiliario de acero inoxidable, salvo en aquellos casos en los que la selección de acero inoxidable sea para evitar el magnetismo del acero al carbono. De este modo, pueden fabricarse utilizando como metal base acero al carbono -el más barato con diferencia- numerosos elementos que hoy se fabrican en acero inoxidable y, posteriormente, aplicar al acero al carbono un recubrimiento electrolítico de cobre. Si continuamos con el ejemplo del gotero, podrían fabricarse goteros con propiedades biocidas y antivirales con base de plástico reduciendo el precio 2.5 veces o goteros con base de acero cobrizado reduciendo el precio 1.8 veces, es decir, con precios muy competitivos frente a los elevados costes de un gotero de acero inoxidable AISI 304,
cuyo coste de limpieza es también considerable para no acabar de eliminar todas las bacterias que se acumulan en él. Es decir, el proceso objeto de la invención permite dotar al equipamiento de una protección pasiva, unas propiedades biocidas y antivirales que no tienen y ello con un coste muy inferior frente al correspondiente a los procesos conocidos hasta la fecha. Si nos referimos al cobre macizo, el precio de un gotero de cobre macizo se multiplica al menos por cinco veces (pudiendo llegar hasta por siete veces) frente al de un gotero de acero al carbono cobrizado. Además hay que tener en cuenta que los equipamientos de cobre tienen una pureza de cobre de un 99.97%, mientras que las superficies los equipamientos modificados de acuerdo al método reivindicado presentan cobre de una pureza del 100%.
La cuarta novedad del objeto de la invención es que introduce en el medioambiente hospitalario (o edificio o artefacto de que se trate, autobús, tren, etc.) un sistema permanente de limpieza y/o eliminación de gérmenes, por lo que permite reducir la carga bacteriana, carga viral o, en general, la carga de gérmenes. Este hecho redunda en una mayor salubridad del medioambiente y una reducción de contagios nosocomiales producidos por contacto. En ese sentido, esta reducción de contagios reduce los costes económicos ocasionados por el incremento de tiempo que un paciente ha de permanecer en un hospital debido a la nueva infección (uso de materiales y medicamentos, necesidad de más personal sanitario, etc.) y también reduce los costes emocionales y sociales, ya que la mayoría de los contagios nosocomiales causan secuelas o el fallecimiento del paciente. Por último, el proceso objeto de la invención aporta un sistema de autolimpieza de gérmenes que permite reducir el contenido de productos biocidas que se emplean en los productos de la limpieza, reduciendo los efectos perniciosos que tienen en el medioambiente hospitalario (recuérdese que se ha descubierto que son causa de la resistencia a antibióticos).
La finalidad del proceso objeto de la invención es que tanto las bacterias como los virus que habitualmente se depositan en las superficie de contacto en elementos arquitectónicos, mobiliario, determinados equipamientos sanitarios o equipamientos para servicios (por ejemplo, pantallas para restaurantes) sean eliminados de manera continuada al entrar en contacto con la superficie modificada por el nuevo proceso de electrodeposición de cobre.
Finalmente, nótese que en el artículo publicado por el Prof. Keevil et al., Charles William Keevil, et al., Rapid inactivation of SARS-CoV-2 on copper touch surfaces determined using a cell culture infectivity assay, 2021, DOI: 10.1101/2021.01.02.424974 LicenseCC BY-NC-ND 4.0, se compara el comportamiento biocida y antiviral de probetas cobre macizo C11000 frente a probetas de acero inoxidable S30400 (es decir, AISI 304) recubiertas de una capa de 150 micras de cobre que se ha adherido al metal base de acero inoxidable proyectando partículas de cobre puro en frío, a alta presión, para formar una unión permanente. Aparece por primera vez, en enero de 2021, un recubrimiento de cobre aplicado sobre un metal base de acero inoxidable AISI 304. Sin embargo, en ese caso, el método de obtención del recubrimiento de cobre es muy caro en comparación con el que aquí se propone, ya que requiere una tecnología sofisticada y una máquina que proyecte las partículas de cobre a altas velocidades de impacto sobre las probetas de acero inoxidable. Nótese también que sólo se conoce que el referido procedimiento para recubrir acero inoxidable con cobre se ha aplicado a probetas, no a piezas o grandes elementos como cabe electrodepositar cobre con el procedimiento que aquí se propone. En este sentido, una de las ventajas de la presente invención es que, en caso de ser necesario aplicar un recubrimiento electrolítico a una pieza que sea de grandes dimensiones, únicamente se requiere fabricar una cuba electrolítica de mayores dimensiones -lo que es mas económico que una máquina para proyectar polvo de cobre a altas velocidades de deformación-, o bien sumergir una parte de la pieza, aplicar el recubrimiento electrolítico, voltear la pieza y sumergir otra parte de la pieza para electrodepositar cobre.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es un primer objeto de la invención un proceso para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato cuyo material base es metálico (en adelante, sustrato metálico) sin dichas propiedades biocidas y/o antivirales caracterizado por que comprende aplicar un recubrimiento final de cobre con una pureza del 100% sobre la totalidad de la superficie de dicho sustrato metálico mediante electrodeposición, siendo el grosor de dicho recubrimiento muy elevado (entendiendo como tal un grosor igual o superior a veinte micras y preferentemente entre 25 y 40 micras) en comparación con el de los cobrizados auxiliares o los llevados a cabo con fines principalmente decorativos, dando lugar a un nuevo material con propiedades biocidas y/o antivirales.
A efectos de esta patente, se entiende por biocida cualquier elemento (en este caso el cobre) con la capacidad de destruir, contrarrestar, neutralizar, impedir la acción o ejercer un control de otro tipo sobre cualquier organismo nocivo por medios químicos o biológicos. A su vez, se entiende por antiviral cualquier elemento que tenga los mismos efectos sobre los virus, los cuales no se consideran organismos vivos al necesitar invadir una célula huésped para poder reproducirse.
El proceso reivindicado tiene aplicación, por tanto, en el sector técnico, industrial, agrícola, ganadero y en el sector servicios (sanidad, geriatría, educación, transporte público, hostelería, comercio, bancos y, en general, cualquier servicio de atención al público).
Según se ha descrito, el proceso objeto de la invención se basa en la electrodeposición de cobre, metal que tiene propiedades biocidas y antivirales, sobre un sustrato metálico que puede consistir en piezas, mobiliario o material auxiliar de base metálica (preferentemente de acero al carbono, hierro, acero inoxidable y/o aluminio). De manera particular, dichas piezas, mobiliario o material auxiliar formarán parte de un equipamiento o un espacio al que se le quiera dotar de propiedades biocidas y antivirales para impedir la supervivencia, transmisión y proliferación de microorganismos patógenos, incluidos virus y, así, evitar contagios y reducir la toxicidad de los productos de la limpieza.
De manera particular, el proceso reivindicado es especialmente adecuado para hospitales y otros centros sanitarios (distintos de hospitales), centros de día, residencias de ancianos e infraestructuras sanitarias, así como para cualquier espacio donde exista riesgo de adquirir infecciones (gimnasios e instalaciones deportivas, colegios, guarderías, oficinas, ambulancias, autobuses, trenes, edificios para servicio público o de atención al público, instalaciones hosteleras, instalaciones agrícolas, instalaciones ganaderas, instalaciones industriales, etc.). También es adecuado para equipamientos de tratamiento de aguas, así como para piscifactorías.
De manera especialmente preferida, el proceso reivindicado será aplicado en equipamientos sanitarios de hospitales (por ejemplo, goteros, barandillas de camas, reposabrazos del acompañante del paciente, interruptores de luz, manillas, botoneras, asideros para ducha, grifos etc.), si bien cabe aplicarlo también a elementos
arquitectónicos (zócalos, etc.), piezas, mobiliario o material auxiliar que presten un servicio público, como por ejemplo manillas o tiradores de puertas, mesas metálicas, barras de apoyo, asideros de vagones de tren o autobús, etc.
A efectos de la patente, se entiende como sustrato metálico cualquier elemento constructivo, pieza, equipamiento o mobiliario que no tiene propiedades biocidas ni antivirales y cuyo material base es metálico.
De manera particular, el proceso reivindicado puede ser utilizado tanto sobre sustratos metálicos ya existentes, como sobre sustratos metálicos de nueva fabricación. De este modo, podrán aprovecharse los elementos constructivos, piezas, equipamientos o mobiliarios existentes sin necesidad de sustituirlos por otros nuevos para lograr dotarlos de propiedades biocidas y/o antivirales.
La electrodeposición o la aplicación de un recubrimiento electrolítico es un tratamiento electroquímico superficial que, en el ámbito industrial, se conoce como galvanotecnia. Consiste en la electrodeposición de un recubrimiento adherente de metal sobre un sustrato mediante electrólisis, es decir, mediante la aplicación de corriente eléctrica, siguiendo las leyes de Faraday de la electrólisis. Se consigue así, mediante esta electrodeposición metálica, una superficie final con unas propiedades que no tenían ni el metal base ni los acabados finales previos.
En esencia, se trata de recubrir de un metal A la superficie de un sustrato (pieza o elemento) de un metal B mediante electrodeposición. Para ello, se precisa crear un circuito por el que circule corriente continua. El sustrato (pieza o elemento) de metal B, que hace de cátodo o polo negativo, se sumerge en una cubeta llena de un electrolito que contiene cationes del metal A que recubrirá la superficie del sustrato de metal B. En dicho electrolito se sumerge también un lingote pequeño o un trozo del metal A que recubrirá el sustrato (elemento o pieza), que hará de ánodo o polo positivo, y aportará los cationes metálicos del recubrimiento. Dado que el proceso ha de realizarse con corriente continua se emplearán rectificadores de corriente que transformen la energía alterna suministrada por la fuente de corriente en corriente continua.
En el ánodo (metal A que se electrodeposita en la superficie del sustrato de metal B que se modifica) tienen lugar las reacciones de oxidación y en el cátodo (donde se sitúa el elemento de metal B cuyas propiedades superficiales se quieren modificar, por
ejemplo una parte de un gotero) tienen lugar reacciones de reducción. Es decir, los cationes del metal A que recubrirá el sustrato (por ejemplo, una parte o la totalidad de un gotero), que son liberados en el ánodo por la reacción de oxidación, llevan el sentido de la corriente eléctrica hacia el cátodo en el que se ha situado el sustrato (pieza o elemento) a modificar de un metal B -por ejemplo, el gotero-, a través del electrolito que es conductor. Para que esta reacción de oxidación reducción (RE-DOX) tenga lugar es preciso tener en cuenta los potenciales de reducción de ambos metales, de tal forma que el potencial de reducción del metal base del sustrato (pieza o elemento) a recubrir (metal B, por ejemplo, el gotero, que hace de cátodo) sea superior que la del metal A (que hace de ánodo) del que se quiere recubrir el referido elemento.
La finalidad más importante de la electrodeposición metálica hasta el momento ha sido conferir a un elemento metálico, por ejemplo a piezas de hierro, de protección frente a la corrosión: en un galvanizado se deposita sobre el sustrato de hierro una capa de Zinc. Se ha utilizado también con fines decorativos: se aplican cromados a grifería. De ahí que una de las principales novedades de la presente invención consista, en primer lugar, en utilizar la electrodeposición metálica para una nueva finalidad: dotar de propiedades biocidas y antivirales mediante la electrodeposición de un metal A (cobre) que exhibe dichas propiedades a un sustrato de un metal B -por ejemplo, un gotero de acero- que carece de dichas propiedades. Dicho sustrato puede ser un elemento, pieza o mobiliario existente o de nueva fabricación con unos acabados poliméricos o metálicos (cromado) que no tienen dichas propiedades biocidas y antivirales, por lo que los gérmenes que se depositan en ellos por contacto o por gravedad se mantienen y/o se reproducen aunque se limpien. Por ejemplo, los goteros cuyo metal base es acero al carbono (que no tiene propiedades biocidas ni antivirales) suelen tener distintos acabados: pintado con pintura epoxi (la pintura epoxi no tiene propiedades biocidas ni antivirales) o cromado (que tampoco tiene propiedades biocidas ni antivirales).
Los goteros cuyo metal base es acero inoxidable AISI 304, cuyo precio es superior a los goteros de acero al carbono como ya se ha descrito, no se recubren de otro material distinto del AISI 304; ni se pintan ni se croman. Sin embargo, el AISI 304 tampoco tiene propiedades biocidas ni antivirales y su protocolo de limpieza, de acuerdo a las recomendaciones de los fabricantes, suele ser más caro que el de un acabado de pintura epoxi o un cromado.
La segunda novedad de la invención radica en la selección del metal. Son varios los metales con propiedades biocidas que pueden electrodepositarse y que se han utilizado como recubrimiento electrolítico en galvanotecnia con otros fines (por ejemplo oro, plata, cobre). De ellos se ha seleccionado el cobre, siendo una de sus principales ventajas que tanto el cobre puro como el óxido de cobre y el cobre ionizado poseen propiedades biocidas y antivirales. De hecho, el Real Decreto 1054/2002 por el que se regula el proceso de evaluación para el registro, autorización y comercialización de biocidas contempla en el n° 51 del anexo I el óxido de cobre como sustancia activa biocida; y en el 50 el hidróxido de cobre. Por tanto, si el recubrimiento de cobre electrodepositado se oxidara -a pesar de la resistencia a la oxidación del cobre-, se mantendrían las propiedades biocidas y antivirales. No ocurre así con otro tipo de metales biocidas, como por ejemplo la plata.
La electrodeposición de cobre para dotar a un elemento existente o de nueva fabricación de propiedades biocidas y antivirales es otra importante novedad de la invención ya que, hasta la fecha, nunca se ha utilizado la técnica de electrodeposición de cobre con tal finalidad. El cobre es utilizado en galvanotecnia como sustrato auxiliar para optimizar la electrodeposición de otros metales, por ejemplo, en cromados. Asimismo, como ya se ha referido, la electrodeposición de cobre se utiliza en ocasiones en el mundo de la decoración, depositando una capa muy delgada de cobre, a la que se le aplica siempre una pátina de acabado o un barniz. Otra novedad de la invención es que, tras el cobrizado, no se aplica ninguna pátina, barniz, cera o producto abrillantador.
En una realización particular de la invención, el proceso reivindicado puede llevarse a cabo utilizando un proceso e instalaciones (cuba electrolítica, electrolito, etc.) de los que se utilizan para electrodeposición de cobre en talleres (J. Gilaranz Sigüenza, Teoría sobre la electrólisis del cobre), pero con ciertas modificaciones. En particular, en la industria de la galvanotecnia la electrólisis se realiza en cubas electrolíticas que suelen ser de hierro reforzado y recubierto de PVC y otro material plástico resistente a los electrolitos o cubas de poliéster reforzado con fibras de vidrio resistente. El volumen de las cubas suele ser el adecuado a las piezas que se vayan a tratar. Por lo general, actualmente los talleres tienen tanto instalaciones galvánicas automáticas como manuales. En las primeras, las piezas objeto de un tratamiento superficial se transportan automáticamente entre cuba y cuba a lo largo de todo el proceso químico.
En las instalaciones manuales, un operario es el que debidamente protegido tiene que ir sacando y metiendo las piezas en cada una de las cubas que componen el proceso electrolítico. El proceso reivindicado se llevará a cabo, preferentemente, de manera manual.
En una realización particular del proceso, el sustrato metálico a tratar -por ejemplo, una parte de un gotero-, se coloca en unos bastidores recubiertos de un material aislante, de forma que sólo reciba corriente la zona de contacto entre el sustrato y el bastidor. Estos bastidores tendrán una sección suficiente que permita el paso de corriente y no se calentarán para que no haya pérdidas de corriente en forma de calor. Cuando se trate de sustratos o piezas de pequeñas dimensiones, como por ejemplo la tornillería, la electrodeposición podrá llevarse a cabo en masa dentro de bombos rotativos especialmente diseñados para los contactos anódico y catódico.
El proceso de electrodeposición reivindicado puede comprender una fase previa, anterior a la electrolisis metálica, de acondicionamiento y preparación del sustrato metálico a tratar para la electrólisis. Este proceso variará en función del tipo de sustrato metálico (pieza o elemento) y material base a tratar. En caso de tratarse de un sustrato metálico (elemento constructivo, pieza, equipamiento o mobiliario) que esté o haya estado en uso, cuyo metal base sea metálico, dicha etapa previa de acondicionamiento y preparación podrá comprender limpiar (eliminar completamente los acabados superficiales, decapar o ambas) y/o desengrasar, con los consiguientes lavados, neutralizados y activados que acondicionan el sustrato (pieza o elemento) para su recubrimiento electrolítico. Este proceso podrá ser más corto en caso de tratarse de un sustrato metálico de acero al carbono (elemento constructivo, pieza equipamiento o mobiliario) de nueva fabricación.
Esta fase previa de acondicionamiento y preparación para la electrolisis podrá comprender adicionalmente una subetapa final de clasificación de los sustratos metálicos en función de los metales base.
En realizaciones particulares en las que los sustratos metálicos estén en uso, la etapa de acondicionamiento y preparación podrá comprender asimismo una subetapa inicial de desarme de todos los componentes del sustrato, separando distintos elementos: partes de plástico, muelles (en el caso de piezas telescópicas como goteros), tornillos, las distintas piezas de los interruptores eléctricos, etc.
Una vez desarmado el sustrato metálico, se llevarán a cabo las subetapas de limpieza y/o desengrasado. Este proceso de limpieza será común para todos los sustratos metálicos, pero podrá variar en función de los acabados. Tras el proceso de limpieza y/o desengrasado, los distintos componentes podrán separarse, clasificarse, en función del material base. De este modo, aquellos materiales que tengan una conductividad eléctrica baja -por ejemplo, el acero inoxidable AISI 304-, podrán ser sometidos adicionalmente a un tratamiento químico, previo al cobrizado, para aumentar su conductividad eléctrica.
En una realización particular en la que el sustrato metálico sea de acero inoxidable, esta etapa de acondicionamiento y preparación previa a la electrólisis podrá comprender un tratamiento final específico para dotar de mayor conductividad al acero en el posterior proceso de cobrizado. De manera preferente, este tratamiento puede consistir en la aplicación de níquel electrolítico "GULF”.
En una realización especialmente preferida, el proceso de acondicionamiento y preparación previo a la electrólisis aplicado a las piezas de acero inoxidable puede comprender las siguientes etapas:
• desengrase químico por ultrasonidos;
• desengrase alcalino electrolítico;
• lavado;
• neutralizado (agua acidulada);
• aplicación de níquel electrolítico "GULF” (para dotar de mayor conductividad al acero inoxidable);
• lavado;
• neutralizado con H2SO4 (activado); y
• lavado.
En otra realización particular en la que el sustrato metálico sea de hierro o de acero al carbono, el proceso de acondicionamiento y preparación previo a la electrólisis podrá comprender:
• desengrase químico por ultrasonidos;
• desengrase alcalino electrolítico;
• lavado;
• neutralizado (agua acidulada);
• lavado;
• neutralizado con H2SO4 (activado); y
• lavado.
En otra realización particular en la que el sustrato metálico sea de aluminio, el proceso de acondicionamiento y preparación previo a la electrólisis podrá comprender también un tratamiento específico final para incrementar su conductividad eléctrica. De manera preferente, este proceso podrá comprender la aplicación de una amalgama mediante una inmersión química en sales de Cu y Zn para dar conductividad al aluminio.
Preferentemente, el proceso de acondicionamiento y preparación aplicado a un sustrato metálico de aluminio puede comprender:
• desengrase químico por ultrasonidos;
• desengrase alcalino electrolítico;
• lavado;
• ataque con HNO3;
• lavado;
• aplicación de una amalgama mediante inmersión química en sales de Cu y Zn para dotar de conductividad al aluminio;
• lavado;
• neutralizado con HNO3; y
• lavado.
De manera preferente, los sustratos metálicos de nueva fabricación pueden ser de hierro, ya que no requieren un tratamiento final para incrementar su conductividad eléctrica, lo que supone una ventaja económica. En otras realizaciones preferidas, el sustrato metálico de nueva fabricación puede ser de acero al carbono, puesto que es el metal base más barato y el que, por sus propiedades -elevada conductividad eléctrica-, requiere el proceso de acondicionamiento más rápido y más barato.
Una vez preparado el sustrato metálico con los tratamientos descritos de acondicionamiento y preparación se lleva a cabo la electrólisis. Finalmente, el proceso puede comprender una etapa final de lavado y secado del material obtenido tras dicho proceso de electrólisis.
En la electrólisis, la correcta deposición del metal (cobre) se realiza siguiendo las leyes de Faraday de la electrolisis, por lo que depende directamente de la densidad de corriente y del tiempo aplicado. No obstante, también se tendrán en cuenta otros factores que pueden asimismo afectar a la correcta deposición del metal y propiedades finales, como son el tipo de electrolito y las condiciones del mismo, así como la disposición del sustrato que se va a recubrir. Una de las novedades del proceso es el elevado tiempo de electrodeposición, que oscila entre 20 y 60 minutos.
En el caso de un cobrizado o recubrimiento electrolítico de cobre el electrolito puede ser ácido o alcalino. El baño de cobre alcalino puede realizarse a partir de sales cianuradas cuprosas (Cu+1) con ánodos de cobre electrolítico. En cambio, el baño de cobre ácido puede realizarse a partir de sales cúpricas (Cu+2) con ánodos de cobre fosforoso. Aunque el baño ácido es más económico, no es adecuado para cobrizar piezas de hierro debido a la deposición química del cobre sobre el hierro antes del paso de la corriente, lo que provoca recubrimientos poco adherentes.
En una realización particular del proceso de electrólisis, las condiciones de dicho proceso pueden ser las siguientes:
• electrolito: el electrolito utilizado puede ser el habitual (J. Gilaranz Sigüenza, Teoría sobre la electrolisis del cobre) en un taller para cobrizados con baño de cobre alcalino, pudiendo emplearse una solución acuosa de cianuro de cobre, cianuro alcalino (sódico o potásico), hidróxido sódico y carbonato sódico, a las que se adicionen sales conductoras como la sal de Rochelle. También pueden adicionarse tensoactivos para disminuir la tensión superficial del electrolito y así reducir el picado en las piezas, así como aditivos como abrillantantes y nivelantes, que son compuestos orgánicos que en pequeñas concentraciones reducen el grano del metal electrodepositado, aumentando así el brillo y nivelación en el acabado. Una concentración típica es de 200 g/l de CuSO4 y 35 g/l de H2SO4.
Una vez disueltas las sales, el compuesto esencial del baño cianurado es el complejo formado en el electrolito de cianuro doble de potasio (o sodio) y cobre: CuCNKCN.
Aunque existen industrialmente varios tipos de electrolitos cianurados por su concentración en cobre, una concentración media típica del baño es 50 g/l CuCN, 95 g/l KCN (de los cuales 20 g/l estarán libres en el electrolito sin acomplejar con el CuCN), 10 g/l NaOH, 6 g/l Na2CO3 y 10 g/l de sal de Rochelle. Se puede emplear indistintamente KCN o NaCN. La función del KCN o NaCN, no combinados, es mantener los ánodos libres de CuCN, el cual se forma anódicamente y queda adherido a las superficies del electrodo positivo generando pasivación anódica, la cual dificulta el paso de la corriente eléctrica disminuyendo así el rendimiento en la electrólisis;
ánodos: la invención difiere aquí del cobrizado habitual en que se emplea un elevado número de ánodos de cobre electrolítico de una gran pureza (99.99%). Para la realización particular se añadieron más ánodos. Por ejemplo, en el cobrizado auxiliar convencional con baño electrolítico alcalino suelen utilizarse uno o dos ánodos, dependiendo del tamaño de la pieza, e incluso tres ánodos para piezas grandes. Una de las novedades de la invención es la disposición de más ánodos de cobre electrolítico. Por ejemplo, para cobrizar una plancha de 2000 x 1000 mm2 pueden emplearse trece ánodos. También pueden utilizarse 13 ánodos para cobrizar goteros. De manera preferente, el número de ánodos podrá variar entre 7 y 13 dependiendo del tamaño de las piezas.
condiciones del proceso: el baño puede ser diseñado para trabajar a una densidad de corriente nominal de 3A/dm2, con la que se obtienen recubrimientos con una cantidad de cobre establecida por las leyes de Faraday de la electrólisis. En la práctica de los talleres, ésta se regula midiendo el voltaje, que puede mantenerse por ejemplo entre 4 y 5 voltios. La temperatura de trabajo puede ser preferentemente de 55°C para favorecer la conductividad. Para disminuir la pasivación anódica a la que es propensa este electrolito conviene tener la concentración de KCN libre en condiciones óptimas y poner en el rectificador un dispositivo que dé interrupciones de corriente intermitentemente que hagan que el ánodo se despasive. Las piezas a recubrir entrarán perfectamente desengrasadas y activadas al electrolito. Se aconseja filtración continua y agitación del electrolito de forma mecánica sin aire ya que éste oxidaría los cianuros del electrolito, dando reacciones secundarias de los mismos.
Como se ha descrito anteriormente, la electrólisis precisa corriente continua, por lo que es preciso utilizar rectificadores que transformen la corriente alterna de la red en corriente continua. De manera particular, el polo positivo del rectificador se conectará al ánodo y el polo negativo a la pieza que hace de cátodo. Es importante, además, que la capa de metal -en este caso cobre-, que se deposite sobre el sustrato (la pieza) sea lo más uniforme posible, lo que depende entre otros factores de la disposición de la pieza y del número de ánodos.
De manera preferente, el proceso se llevará a cabo bajo agitación para que haya una buena homogenización del electrolito y no surja una debilitación de cationes en las superficies catódicas a recubrir. Dependiendo del tipo de baño puede agitarse con aire limpio insuflado por una soplante a través de unos serpentines, o bien moviendo mecánicamente el sustrato (la pieza) que hace de cátodo y que se recubre. No obstante, en una realización particular en la que se seleccione un baño alcalino, la agitación necesaria para facilitar la deposición uniforme debe llevarse a cabo mecánicamente, moviendo el sustrato (la pieza o las piezas) a recubrir, para evitar la oxidación de los cianuros presentes en el electrolito.
Asimismo, de manera preferente podrán optimizarse otros factores para evitar resistencias al paso de la corriente. Así por ejemplo, para que la conductividad de los iones sea correcta a través del electrolito y poder dar la intensidad de corriente adecuada a través del rectificador, se adecuará el electrolito para que esté en condiciones óptimas de sales conductoras y de temperatura, ya que éstas favorecen la conductividad en el proceso de electrólisis.
Adicionalmente, de manera preferente puede controlarse el que la pieza (o sustrato) esté lo suficientemente bien dispuesta en cuanto anclaje catódico, para que le pase bien la corriente eléctrica y la intensidad de corriente que circula por el electrolito sea la máxima proyectada.
Finalmente, el tiempo de electrodeposición en el cobrizado como sustrato auxiliar o para fines decorativos es por lo general de tan sólo uno, dos o cinco minutos como máximo, dependiendo de la aplicación. En el caso de la presente invención, la electrodeposición se llevará a cabo durante un tiempo comprendido preferentemente entre 20 y 60 minutos, dependiendo del tipo de pieza. De manera especialmente preferida, el proceso se llevará a cabo durante un tiempo comprendido entre 30 y 40
minutos para obtener un recubrimiento de cobre de un espesor suficiente. De manera preferente, dicho espesor estará comprendido entre veinticinco y cuarenta mieras, dependiendo del tipo de pieza, y recubrirá de la manera más uniforme posible la totalidad de la superficie de la pieza.
De manera particular, una vez transcurrido el tiempo referido y realizada la electrodeposición de cobre se saca el sustrato (la pieza) de la cubeta, se lava para eliminar restos del baño y se pasa a una zona con aire caliente para su secado, preferentemente a una temperatura de entre 35 y 45 °C. Se obtiene así una pieza -por ejemplo, un gotero de acero al carbono- con una superficie exterior de cobre puro. En efecto, tras ser analizada una muestra en el microscopio de la Universidad Complutense de Madrid se corroboró que era cobre de una pureza 100%.
Una de las ventajas adicionales de la invención es que permite obtener a un precio razonable (coste de acero al carbono cobrizado) piezas que exhiben el mayor poder biocida y antiviral, superando al poder biocida y antiviral de las piezas macizas de cobre (cuyo coste es muy superior). Ello se debe a que el poder biocida y antiviral depende del porcentaje de cobre, siendo mayor cuanto mayor es la concentración de cobre. Con el proceso reivindicado se consigue una pieza con una superficie de cobre de pureza 100%, es decir, una pieza que exhibe el mayor poder biocida y antiviral. Por el contrario, el porcentaje de cobre de las piezas macizas depende del método de fabricación del cobre, siendo el mayor el del cobre electrolítico, cuyo máximo porcentaje de Cu es 99.99%. El precio del cobre macizo depende de su pureza, por lo que lo más corriente es que las piezas de cobre macizo tengan un porcentaje de cobre inferior al 99.99%, de ahí que las piezas de cobre macizo siempre exhibirán menor poder biocida que la misma pieza de otro metal modificada con cobre electrodepositado. En resumen, con el proceso reivindicado se consigue que la pieza modificada -por ejemplo, un gotero-, presente unas propiedades biocidas y antivirales que son las máximas que puede exhibir.
Respecto del espesor del recubrimiento, éste puede variar en función del tiempo durante el cual se lleve a cabo la electrodeposición. Así por ejemplo, en realizaciones particulares de la invención se han logrado los siguientes espesores:
De manera preferente, el proceso puede comprender una etapa final de acabado, donde dicho acabado puede ser rugoso o pulido, en función de la aplicación del sustrato (elemento o pieza).
El proceso reivindicado exige, no obstante, una condición común a cualquier acabado que difiere de los recubrimientos electrolíticos de cobre aplicados hasta el momento: no se puede aplicar ninguno de los acabados superficiales que se utilizan en los cobrizados para decoración u otras aplicaciones que conlleven, según los casos, la utilización de cualquier tipo de barniz, aceite o pátina, ya que dicha aplicación bloquearía el poder biocida y antiviral del recubrimiento electrolítico de cobre. Tampoco cabe utilizar ceras ni otros abrillantadores. De este modo, preferentemente el proceso de acabado consistirá únicamente en un proceso de lijado, pulido y posterior bruñido, sin utilizar productos químicos como barnices, pátinas, ceras y productos para abrillantar.
De manera particular el pulido puede ser manual, sin la utilización de ningún tipo de producto químico ni pasta. En la industria de la galvanotecnia este pulido se realiza con estropajos de polímero. Sin embargo, en este tipo de materiales poliméricos el tiempo de vida de determinadas bacterias y los coronavirus (SARS-CoV-1 y SARS-CoV-2) es mayor que el tiempo de vida que se obtiene con otros materiales (Van Doremalen, N., et al., 2020, “Aerosol and surface stability of HCoV-19 (SARS-CoV-2) compared to SARS-CoV-1”, The New England Journal of Medicine, 382, 1564-1567).
De este modo, en una realización preferente de la invención el proceso de acabado podrá llevarse a cabo mediante lijado, preferentemente en seco. Este proceso de lijado puede llevarse a cabo mediante la utilización de un torno eléctrico empleando discos de lijado y desbaste, aros de lijado o ruedas de abanico. También puede emplearse papel de lija para metales, pudiendo emplearse en primer lugar un papel de grano
1500, posteriormente un papel de grano 2000 y finalmente un papel de grano 3000. El lijado se llevará a cabo preferentemente en seco. Respecto del pulido, éste podrá realizarse preferentemente con rueda de pulido en un torno eléctrico.
Con posterioridad al proceso de lijado y pulido, el proceso podrá comprender una etapa de limpieza, preferentemente con un paño 100% algodón, es decir, que no contenga fibras sintéticas.
A continuación, el proceso puede comprender una etapa de lavado de la superficie para abrillantar, preferentemente con otro paño de algodón con limón (solución con un contenido de ácido cítrico comprendido entre el 5% y 6% que disuelve el óxido), seguido de un secado rápido de la superficie para impedir el secado del ácido cítrico ya que éste podría provocar una "aureola” sobre la superficie al secar.
En otras realizaciones de la invención el lavado puede llevarse a cabo empleando una solución de un pH ácido comprendido preferentemente entre 2 y 3. Se recomienda preferentemente el zumo de limón, aunque puede utilizarse vinagre de limpieza (que contiene ácido acético entre un 2% y un 3%) o una mezcla de zumo de limón y vinagre de limpieza.
Finalmente, el proceso puede comprender una etapa de pulido, preferentemente con otro paño limpio 100% algodón, es decir, sin fibras sintéticas, y sin utilizar en ningún caso ni ceras para pulido ni productos abrillantadores.
Otra opción consiste en el lijado y pulido con lanas de acero, preferentemente de los números 000 (sólo se utiliza para determinadas aplicaciones), 0000 y 00000; seguido de un lavado con zumo de limón y secado rápido como en el caso anterior, y sin utilizar posteriormente, en ningún caso, ni barnices ni ceras ni productos abrillantadores.
Conviene aclarar que no deben aplicarse en ningún caso sobre las piezas cobrizadas productos de pH alcalino.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En particular, el proceso reivindicado será preferentemente utilizado para reducir la carga bacteriana y viral en espacios de hospitales u otros centros sanitarios (centros de día, residencias de ancianos, etc.) e infraestructuras sanitarias, así como en otros espacios donde exista el riesgo de adquirir infecciones (gimnasios e instalaciones deportivas, colegios, guarderías, ambulancias, autobuses o trenes, oficinas, etc.), dotando de propiedades biocidas y antivirales a elementos arquitectónicos (zócalos, marcos de puertas, etc.), equipamientos y/o mobiliario arquitectónico o industrial (asideros de autobuses o trenes, etc.). Más preferentemente, los equipos sanitarios podrán consistir en goteros, interruptores de luz, estructuras de camas o camillas de acero al carbono u otros metales, como acero inoxidable o aluminio. Puede utilizarse también en transporte público, en hostelería, comercio, bancos y, en general, en cualquier servicio de atención al público.
No obstante, el proceso no está limitado para su aplicación a este tipo de elementos constructivos, mobiliario y equipamientos. El recubrimiento electrolítico de cobre con las particularidades descritas previamente podría aplicarse a cualquier material metálico que actúe como superficie de contacto y que se desee convertir en una superficie autolimpiante, entendiendo como tal una superficie con propiedades biocidas y antivirales.
Sobre el carácter biocida y antiviral del cobre, la literatura científica ha aportado datos que acreditan su eficacia frente a muchos tipos diferentes de bacterias, hongos y virus dañinos. En particular, se ha descrito que el cobre es capaz de inactivar o matar a los siguientes organismos patógenos: Acinetobacter baumannii, Adenovirus, Candida albicans, Campylobacter jejuni, Enterobacterias Resistentes a los Carbapenems (ERC), Clostridium difficile (y sus esporas), Coronavirus (Humano 229E), Enterobacter aerogenes, Escherichia coli O157:H7, Helicobacter pylori, Gripe A (H1N1), Klebsiella pneumoniae, Legionella pneumophila, Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis, Norovirus, , Penicilliium chrysogenum, virus de la Polio, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella entérica, Staphylococcus aureus (MRSA, E-MRSA y MSSA), Tubercle bacillus, Enterococos Resistentes a la Vancomicina (ERV) y Vibrio cholerae. (https://www.antimicrobialcopper.org/faq#which_microbial_pathogens_can_copper_ina ctivate); SARS-CoV-1; SARS-CoV-2 (Charles William Keevil, et al., Rapid inactivation
of SARS-CoV-2 on copper touch surfaces determined using a cell culture infectivity assay, 2021, DOI: 10.1101/2021.01.02.424974 LicenseCC BY-NC-ND 4.0 y Van Doremalen, N., et al., 2020, “Aerosol and surface stability of HCoV-19 (SARS-CoV-2) compared to SARS-CoV-1”, The New England Journal of Medicine, 382, 1564-1567).
Ya se han referido mas arriba las ventajas desde distintos puntos de vista de la presente invención: permite reutilizar materiales, equipos, piezas o dispositivos ya existentes; es una solución muy asequible y económica que confiere el mayor poder biocida y antiviral a los sustratos (elementos o piezas) modificados, ya que permite obtener superficies de contacto de cobre de pureza 100% (es importante resaltar que ninguna aleación de cobre, ni el cobre puro electrolítico, presentan un 100% en contenido de cobre); y reduce la carga bacteriana y viral, es decir, limpia el ambiente del espacio en el que se ubiquen los sustratos (elementos o piezas) modificados.
La invención se ha probado modificando material en uso de la Clínica de la Universidad de Navarra de una UCI y de una habitación de trasplantados de médula (goteros, manillas exteriores, tiradores de mesillas, percheros, interruptores y botoneras).
Tras llevar a cabo el proceso de electrólisis reivindicado se tomaron medidas de carga bacteriana con luminómetro y se incubó utilizando una placa de agar agar de contacto que se puso en contacto durante diez segundos con el sustrato da tratar (acero inoxidable AISI 304, cobre macizo o cobre electrodepositado). Una vez realizado el contacto se taparon las placas de agar agar de contacto, se etiquetaron (tipo de superficie de contacto, objeto, habitación) y se dejaron a la temperatura ambiente controlada de la clínica (23 °C) durante setenta y dos horas (72h). Se tomaron al menos dos medidas por cada superficie de contacto. Transcurrido dicho tiempo, se contaron las Unidades formadoras de colonias de cada placa agar agar de contacto que, finalmente, se desecharon, y se obtuvo la media de las dos medidas.
Los resultados de las medidas así realizadas de unidades formadoras de colonias (UFC) en una UCI sin gotero fueron los siguientes:
Tabla 1
Una UCI es un espacio muy dinámico en el que entran enfermeras con guantes que son fómites, es decir, portadores de gérmenes, con los que tocan el gotero, la cama, el interruptor, etc.
Las medidas de la misma UCI tomadas inmediatamente después de que una enfermera tocara solamente un gotero modificado con cobre electrodepositado se aportan en la siguiente tabla:
Tabla 2
Nótese que la media se incrementa de 4.79 UFC a 7.30 UFC por efecto del contacto.
Sin embargo, por el carácter autolimpiante del cobre electrodepositado, en cuanto pasen unos minutos que podrán llegar a 270 o 360 minutos, en función del tipo de patógeno, las unidades formadoras de colonias evolucionarán hacia las que se muestran en la tabla 1.
El resultado de las medidas tomadas en unidades relativas de luz (URL) para la UCI sin el gotero se muestran en la tabla 3:
Tabla 3
A continuación se muestran también los resultados obtenidos en elementos de mobiliario auxiliar de acero inoxidable antes y después de ser sometidos al proceso reivindicado, y, también, en una pieza de cobre macizo con un 72.32% de Cu:
Tabla 4. En primera línea: Media de UFC de botoneras de apertura/cierre de UCI de acero inoxidable modificado con cobre electrodepositado; en segunda línea: Media de UFC de botoneras de cobre macizo de 72.32% Cu; en tercera línea: Media de UFC de una manilla de acero inoxidable
Tabla 5. En primera línea: Media de URL de botoneras de apertura/cierre de UCI de acero inoxidable modificado con cobre electrodepositado; en segunda línea: Media de URL de botoneras de cobre macizo de 72.32% Cu; en tercera línea: Media de URL de una manilla de acero inoxidable
Tabla 6. En primera línea: Media de UFC de manillas internas/externas de unidades médicas de acero inoxidable modificado con cobre electrodepositado; en segunda línea: Media de UFC de manilla de acero inoxidable
Tabla 7. En primera línea: Media de URL de manillas internas/externas de unidades médicas de acero inoxidable modificado con cobre electrodepositado; en segunda línea: Media de URL de manilla de acero inoxidable
Tabla 8. En primera línea: Media de UFC de tiradores de cajoneras ubicadas en el interior de un box UCI de acero inoxidable modificados con cobre electrodepositado. En segunda línea: manilla de acero inoxidable sin ser sometida roceso reivindicado
Se observa que la carga bacteriana es considerablemente inferior en todos los elementos a los que se ha aplicado el proceso reivindicado. De este modo, se ha demostrado que con el proceso objeto de la invención se consigue dotar de propiedades biocidas y antivirales a equipamientos sanitarios o de servicios habitualmente en uso que previamente no las tenían, en los que las bacterias podían llegar a vivir durante largos periodos de tiempo o incluso -dependiendo del tipo de bacteria- organizarse hasta formar colonias.
El proceso reivindicado permite obtener equipamientos sanitarios o de servicios en los que en unos minutos o como mucho unas horas (dependiendo del microorganismo de
que se trate) los patógenos depositados sobre la superficie modificada con cobre de pureza 100% son eliminados o desactivados.
Procede referir que, según el Estudio de Prevalencia de las Infecciones Nosocomiales en España (EPINE), la bacteria hospitalaria que es causa del mayor número de infecciones nocosocomiales es la Escherichia coli. Dicha bacteria es eliminada por un cobre C11000 (99.9 % de pureza) en 90 minutos a una temperatura de 20°C y en 270 minutos si la temperatura es de 4°C (Wilks, S. A., et al., 2005, “The survival of Eschenchia coli O157 on a range of metal surfaces", International journal of food microbiology, 105(3), 445-454). Teniendo en cuenta que el proceso reivindicado dota a las superficies de contacto de cobre de pureza 100%, puede afirmarse que el tiempo de autolimpieza frente a dicha bacteria es inferior a 90 minutos a temperatura ambiente (20°C). Por tanto, si un paciente infectado con Escherichia coli depositara por contacto dicha bacteria en varias superficies de contacto modificadas, con el proceso reivindicado en menos de 90 minutos se eliminaría (mataría) dicha bacteria de toda superficie de contacto que hubiera quedado infectada por la misma. Wilks et al. midieron también el tiempo en el que la Escherichia coli es estable en acero inoxidable (UNS S30400, es decir AISI 304). A los treinta días del ensayo, la Escherichia coli no había desaparecido todavía de la superficie de acero inoxidable. Cabe recordar que aunque se aplique cada 24 h el protocolo de limpieza con sustancias químicas bactericidas y viricidas, dicho proceso no elimina completamente la carga bacteriana de las superficies de contacto, tal y como han comprobado Schmidt et al., 2019 (Schmidt, M. G., et al., 2019, “Self-disinfecting copper beds sustain terminal cleaning and disinfection effects throughout patient care", Applied and environmental microbiology, 86(1)).
El proceso reivindicado también confiere propiedades antivirales. El Prof. Keevil de la Universidad de Southampton ha determinado, en febrero de 2021, que el tiempo de desactivación del virus HCOV-19 (SARS-COV-1 2), causante de la enfermedad COVID, en superficies de contacto de cobre de gran pureza es de un minuto (Charles William Keevil et al., “Rapid inactivation of SARS-CoV-2 on copper touch surfaces determined using a cell culture infectivity assay", 2021, DOI: 10.1101/2021.01.02.424974 License CC BY-NC-ND 4.0). En dicho artículo se discuten los ensayos de otros investigadores (Van Doremalen et al., 2020) que han determinado que el virus HCOV-19 (SARS-COV-2) tarda poco menos de 4 horas en desactivarse en una superficie de cobre de 99.9% de pureza. Los mismos
investigadores publicaron que dicho virus es estable en acero inoxidable hasta un tiempo comprendido entre dos y tres días.
De ahí que la aplicación del proceso reivindicado para tratar equipamientos sanitarios o de servicios con cobre supone también una ventaja fundamental en cuanto a la protección frente a virus y, en concreto, frente al nuevo coronavirus SARS-COV-2.
Claims (12)
1. Proceso para dotar de propiedades biocidas y/o antivirales a un sustrato metálico sin dichas propiedades biocidas y/o antivirales caracterizado por que comprende aplicar un recubrimiento de cobre con una pureza del 100% sobre la totalidad de la superficie de dicho sustrato metálico mediante electrodeposición, dando lugar a un material con propiedades biocidas y/o antivirales.
2. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1, donde el sustrato metálico es de un material seleccionado de un grupo que consiste en hierro, acero al carbono, acero inoxidable y aluminio.
3. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, donde el sustrato metálico es seleccionado de un grupo que consiste en un elemento constructivo, pieza, equipamiento o mobiliario, ya existente o de nueva fabricación, de un hospital, centro sanitario distinto de un hospital, residencia de ancianos, centro de día, instalación deportiva, colegio, guardería, oficina, ambulancia, autobús, tren, edificio de atención al público, instalación hostelera, instalación agrícola, instalación ganadera o instalación industrial.
4. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho proceso comprende una etapa previa de acondicionamiento y preparación del sustrato metálico mediante limpieza y/o desengrasado.
5. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho proceso comprende una etapa final de lavado y secado del material obtenido tras el proceso de electrodeposición de cobre.
6. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el proceso de electrodeposición se lleva a cabo bajo agitación en un baño alcalino que comprende sales cianuradas cuprosas.
7. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la electrodeposición se lleva a cabo en un baño electrolítico con un número de ánodos comprendido entre 7 y 13.
8. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el proceso de electrodeposición se lleva a cabo durante un tiempo comprendido entre 20 y 60 minutos.
9. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una vez realizada la electrodeposición se lleva a cabo un proceso de acabado que consiste en un proceso de lijado, pulido y posterior bruñido, sin utilizar productos químicos seleccionados entre barnices, pátinas, ceras y productos para abrillantar.
10. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el grosor del recubrimiento está comprendido entre 25 y 40 micras.
11. Material con propiedades biocidas y/o antivirales obtenido mediante un proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho material se trata de un equipamiento sanitario.
12. Material, de acuerdo a la reivindicación 11, donde dicho equipamiento sanitario es seleccionado de un grupo que consiste en goteros, barandillas de camas, reposabrazos, interruptores de luz, manillas, botoneras, asideros para ducha y grifos.
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