ES2902668T3 - Un aditivo antimicrobiano y de protección UV libre de metales - Google Patents
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Abstract
Un aditivo antimicrobiano y de protección UV que comprende una capa de mezcla de ilita-esmectita, clorita, ilita, carbonatos, sílice y hematita, en el que el aditivo contiene la siguiente relación de componentes, % en peso: - capa de mezcla de ilita-esmectita de entre un 40 a un 70 %, - clorita de entre un 5 a un 10 %, - ilita de entre un 5 a un 10 %, - carbonatos de entre un 0 a un 20 %, - sílice de entre un 5 a un 20 %, - hematita de entre un 0 a un 3 %, en el que la capa de mezcla de ilita-esmectita se organofiliza con antelación con compuestos de amonio cuaternario utilizados en la cantidad de entre un 10 a un 30 % en peso contando a partir del peso requerido de la capa de mezcla de ilita-esmectita.
Description
DESCRIPCIÓN
Un aditivo antimicrobiano y de protección UV libre de metales
Campo de la invención
La invención se refiere a aditivos antimicrobianos y de protección UV libres de metales, que se pueden utilizar en materiales de construcción o de acabado, tales como yesos, morteros, imprimaciones, pinturas y otros revestimientos protectores o decorativos para eliminar el crecimiento de bacterias, hongos, algas y líquenes, y para proteger el material de la radiación ultravioleta (UV).
Técnica anterior
Se conocen varias composiciones de arcilla organofílica utilizadas para proporcionar propiedades reológicas mejoradas de pinturas, tintes y revestimientos.
Por ejemplo, se conocen composiciones de organoarcillas fabricadas con compuestos de amonio cuaternario de éster derivado de ácidos orgánicos, que se pueden utilizar en sistemas de fluidos no acuosos tales como pinturas, tintes y revestimientos para proporcionar propiedades reológicas mejoradas (US 5718841). La composición de arcilla organofílica conocida comprende el producto de reacción de: una arcilla tipo esmectita que tiene una capacidad de intercambio catiónico de al menos 75 miliequivalentes por 100 gramos de arcilla; y un compuesto de amonio cuaternario derivado de un éster derivado de un ácido orgánico en una cantidad suficiente para satisfacer al menos aproximadamente un 75 % de la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla de tipo esmectita.
Se conoce una composición de poliamida de arcilla organofílica vertible (US 5939475), que se puede utilizar en sistemas de fluidos no acuosos tales como pinturas, tintes y revestimientos para proporcionar propiedades reológicas mejoradas al sistema. La composición comprende entre un 5 a un 15 % en peso de una arcilla tipo esmectita modificada de manera organofílica; entre un 25 a un 35 % en peso de una o más poliamidas reológicamente activas y entre un 40 a un 60 % en peso de uno o más disolventes orgánicos, tales como n-propanol, tolueno y mineral spirits.
Se conoce una organoarcilla biocida (US 6165485), que se obtiene al mezclar una organoarcilla basada en bentonita con una amina cuaternaria biocida que contiene una molécula de bencilo en su estructura. Se divulga que, cuando esta organoarcilla se trata además con compuestos de yodo y yoduro, su eficacia mejora. El documento US 6015816 A divulga arcillas esmectitas que se modifican con sales de amonio cuaternario para impartir actividad antimicrobiana. Sin embargo, no se hace mención a la protección UV. L. Fabrice et al en un artículo en Interface Science and Technology, 2004, vol. 1, páginas 459-495, divulgan que la adición de compuestos de amonio cuaternario a los revestimientos normalmente da como resultado una fotoestabilidad reducida.
Las principales desventajas de las composiciones conocidas como aditivos de yesos, morteros, imprimaciones, pinturas y otros revestimientos protectores o decorativos son que estas composiciones no proporcionan características antimicrobianas y de protección UV simultáneas o están destinadas a utilizarse solo en medios acuosos o no acuosos.
Se conoce un número de aditivos antimicrobianos para pinturas, cementos y otros materiales que comprenden un metal, por ejemplo, plata, zinc, cobre y sulfato de cobre (WO 2013098774). Las desventajas de los aditivos que contienen zinc y cobre son que no son respetuosos con el medio ambiente, donde los aditivos que contienen plata son demasiado caros para utilizarlos en materiales de construcción.
Divulgación de la invención
El aditivo antimicrobiano y de protección UV libre de metales propuesto comprende una capa de mezcla de ilitaesmectita, clorita, ilita, carbonatos, sílice y hematita. El aditivo contiene la siguiente relación de componentes, % en peso: capa de mezcla de ilita-esmectita organofílica de entre un 40 a un 70 %; clorita de entre un 5 a un 10 %; ilita de entre un 5 a un 10 %, carbonatos de entre un 0 a un 20 %, sílice de entre un 5 a un 20 %, hematita de entre un 0 a un 3 %. Dicha capa de mezcla de ilita-esmectita se organofiliza con antelación con compuestos de amonio cuaternario utilizados en la cantidad de entre un 10 a un 30 % contando a partir del peso requerido de la capa de mezcla de ilitaesmectita.
El compuesto de amonio cuaternario se selecciona de entre el grupo que consiste en: sales de amonio cuaternario monometil, dimetil, trimetil sustituidas. Las sustituciones son grupos alifáticos o aromáticos (incluido aralquilo). Según la realización preferida, el compuesto de amonio cuaternario tiene al menos una cadena alifática larga que tiene entre 8 a 18 átomos de carbono. Preferentemente, el compuesto de amonio cuaternario se selecciona de entre el grupo de haluros que consiste en cloruro o bromuro.
Preferentemente, los carbonatos se seleccionan de entre el grupo que consiste en calcita y dolomita.
También se propone un material de construcción o de acabado, tal como yeso, mortero, imprimación, pintura, revestimiento protector o decorativo que comprende dicho aditivo antimicrobiano y de protección UV en una proporción (relación de mezcla de masa) de material de construcción o de acabado de: el aditivo antimicrobiano - de entre 1:500
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 muestra imágenes de dos fragmentos de pared revestidos con pintura que contiene el aditivo ofrecido y la misma pintura sin el aditivo; las imágenes muestran la dinámica del crecimiento de algas en la superficie revestida con pintura sin el aditivo y la ausencia de algas en la superficie revestida con pintura con el aditivo.
La figura 2 es un diagrama que muestra un gráfico de barras que compara los cambios de valores del daño provocado por radiación UV; el gráfico de barras muestra la diferencia de color - delta CIELAB que compara muestras con el aditivo ofrecido en resina y la misma resina sin el aditivo.
El aditivo antimicrobiano y de protección UV libre de metales reivindicado se puede obtener, por ejemplo, por medio de procedimientos mecanoquímicos conocidos.
Ejemplos de implementación de la invención
La invención se explica además por medio de los siguientes ejemplos, donde algunas de las realizaciones posibles del aditivo propuesto se describen con la abreviatura “P1 /C1-10”, donde P1-P7 es una mezcla de composición que tiene proporciones de la Tabla 1 y “C1-10” (y otros) - ejemplos de los compuestos de amonio cuaternario, que tienen proporciones de la Tabla 2.
Tabla 1
Tabla 2
Ejemplo 1 - propiedades antifúngicas
Para determinar la actividad antifúngica del material del aditivo, se utilizaron las cepas fúngicas Cladosporium herbarum MSCL 258 y Alternaría brassicicola MSCL 260. Los hongos se cultivaron en agar de extracto de malta (Becton & Dickinson, EE. UU.) a 22 °C durante 48 horas. Se ponderó polvo del aditivo en una cantidad de entre 0.05 a 0.5 g y se colocó en placas de Petri. Se añadió agar de extracto de malta licuado en una cantidad de 25 ml y se mezcló cuidadosamente con el polvo. Esto produjo una concentración de polvo de un 0.2 % o un 2.0 % en el medio. Después de la solidificación del medio, la suspensión del cultivo fúngico de turbidez OD540 = 0.16±0.02 se extendió uniformemente en placas de Petri. Se evaluó la actividad antifúngica con base en la inhibición del crecimiento fúngico después de incubación a 22 °C durante 4 días y se expresó utilizando una escala de cuatro puntos. Los resultados se enumeran en la Tabla 3 y en la Tabla 4.
Los resultados obtenidos muestran que el aditivo (polvo) antimicrobiano y de protección UV propuesto en una concentración de un 0.2 % y de un 2.0 % inhibe por igual el crecimiento de hongos.
Tabla 4
Los resultados obtenidos muestran que P6 /C5-13 y P4/C6-15 en una concentración de un 0.2 % y de un 2.0 % inhiben solo parcialmente el crecimiento de hongos. PI/C 3-18 inhibió por completo Alternaría brassicicola en ambas concentraciones, pero inhibió parcialmente Cladosporium herbarum en la concentración de un 0.2 %. P5 /C4-10 inhibió por completo el crecimiento de ambos hongos en ambas concentraciones.
Ejemplo 2 - propiedades antibacterianas
Para determinar la actividad antibacteriana del polvo del aditivo antimicrobiano sometido a prueba, se utilizaron las cepas bacterianas Pseudomonas aeruginosa MSCL 331 y Staphylococcus aureus MSCL 334. Las bacterias se cultivaron en agar de recuento en placa (Bio-Rad, Francia) a 37 °C durante 24 horas. Se ponderaron muestras en polvo del aditivo en una cantidad de 0.05 o 0.5 g y se colocaron en placas de Petri. Se añadió agar Mueller-Hinton licuado en una cantidad de 25 ml y se mezcló cuidadosamente con el polvo. Esto produjo una concentración de polvo de un 0.2 % o de un 2.0 % en el medio. Después de la solidificación del medio, se utilizó la suspensión del cultivo bacteriano de turbidez OD540 = 0.16±0.02 y se extendió uniformemente en placas de Petri. Se evaluó la actividad antibacteriana con base en la inhibición del crecimiento bacteriano después de incubación a 37 °C durante 2 días y se expresó utilizando una escala de cuatro puntos. Los resultados se enumeran en la Tabla 5.
Tabla 5
Los resultados obtenidos muestran que todos los aditivos propuestos inhiben el crecimiento de bacterias. Se observó una inhibición completa en el caso de la concentración de un 0.2 % de P1 /C5-19 y en el caso de una concentración de un 2.0 % también de P6 /C3-11 y P4 /C4-22.
Ejemplo 3 - propiedades antifúngicas en sistema no acuoso -Aceite de linaza cocido
Para determinar la actividad antifúngica del aditivo antimicrobiano y de protección UV propuesto para proteger aceite de linaza cocido, se utilizó la cepa fúngica Cladosporium herbarum MSCL 258. Los hongos se cultivaron en agar de extracto de malta (Becton & Dickinson, EE. UU.) a 22 °C durante 48 horas. La suspensión del cultivo fúngico de turbidez OD540 = 0.16±0.02 se extendió en muestras de contrachapado colocadas en placas de Petri estériles. Se evaluó la actividad antifúngica con base en la inhibición del crecimiento fúngico después de incubación a 22 °C durante 7 días y se expresó utilizando una escala de cuatro puntos. Los resultados se enumeran en la Tabla 6.
Tabla 6
Los resultados obtenidos muestran que el aceite de linaza con el aditivo antimicrobiano y de protección UV propuesto en una concentración de un 5-10 % inhibe por completo el crecimiento de hongos en las muestras de contrachapado.
Ejemplo 4 - Propiedades antifúngicas en sistema acuoso - materiales de construcción con base de cementocal
Para determinar la actividad antifúngica del aditivo antimicrobiano y de protección UV propuesto cuando se mezcla en mortero con base de cemento-cal y pintura con base de cemento, el aditivo se mezcló con una proporción de un 0 % y un 2 % de masa de la parte seca del mortero y de la pintura y se comparó con diferentes combinaciones descritas en la Tabla 7. Para determinar la actividad antifúngica, se utilizaron las cepas fúngicas Cladosporium herbarum MSCL 258 y Alternaría brassicicola MSCL 260. Los hongos se cultivaron en agar de extracto de malta (Becton & Dickinson,
EE. UU.) a 22 °C durante 48 horas. Se utilizó la suspensión de cultivo fúngico de turbidez OD540 = 0.16±0.02 y se extendió uniformemente sobre placas de Petri con agar de extracto de malta. Los materiales sometidos a prueba se colocaron en la superficie de placas de Petri inoculadas. Se evaluó la actividad antifúngica con base en el tamaño de la zona de inhibición alrededor de los materiales sometidos a prueba después de incubación a 22 °C durante 2 a 7 días. Los resultados se expresaron en una escala de tres puntos. Los resultados se enumeran en la Tabla 7.
Tabla 7
Los resultados obtenidos muestran que la inhibición del crecimiento fúngico es provocada por el aditivo antimicrobiano y de protección UV propuesto tanto en la composición de yeso como en la de pintura.
Ejemplo 5 - propiedades antialgas en sistema acuoso - materiales de construcción con base de cal
La pintura con base de cal histórica con y sin el aditivo introducido (P4 /C2-18) se pintó en el lado norte de un edificio sin reformar sin otros tratamientos. Después de apreciar el crecimiento de material microbiano en el área pintada sin aditivo añadido, la prueba de frotis microbiano mostró que los microorganismos eran algas verdes Chlorophyta. Los resultados obtenidos (Figura 1) muestran que la inhibición del crecimiento de algas es provocada por el aditivo propuesto.
Ejemplo 6 - prueba de lavado
Hubo diez ciclos consecutivos de operaciones de prueba. En cada ciclo, se mezclaron 20 g del aditivo antimicrobiano (P4 /C1-23) en 1 litro de agua, se mezcló durante 4 horas, se secó durante 24 horas a 70 °C. Medición del lavado de la sustancia activa después de cada 5 ciclos - tratamiento térmico hasta 450 °C y cálculo del % de la pérdida de masa calentada.
% de sustancia activa 11.5 % - - - - 11.5 % - - - - 11.5 %
La tendencia al lavado del aditivo antimicrobiano y de protección UV propuesto (sustancia orgánica activa encapsulada) después de 10 ciclos se observa en menos de un 0.1 % del punto.
Ejemplo 7 - propiedades de protección uv en sistema no acuoso - película de resina de laminación de contrachapado
Para determinar las propiedades de protección UV del aditivo, se trató una película de resina laminada de un contrachapado con el aditivo ofrecido en resina con radiación UV y, después, se calculó la diferencia de color de la película sin tratar del contrachapado utilizando el procedimiento de prueba estándar CIELAB (o CIE L*a*b*, CIE Lab). Se mezcló polvo seco del aditivo P4 /C1-23 en resina de laminación líquida en proporciones de un 0 %, un 12 % y un 20 % de masa de la parte seca o de resinas para preparar la película de papel de laminación. El aditivo ofrecido en diferentes proporciones se mezcló por igual en la resina. El papel de laminación se remojó en las resinas que contenían diferentes proporciones del aditivo ofrecido, se secó y, después, se laminó en el contrachapado utilizando el procedimiento de prensa caliente. Las películas de resina laminada que contenían diferentes proporciones del aditivo ofrecido no difirieron a simple vista. Después de la laminación, las muestras de contrachapado que contenían un 0 %
y un 12 % se eligieron para determinar las propiedades de protección UV. Las muestras preparadas se cortaron en dos partes y una parte de cada muestra se trató con sistema de línea UV que se utiliza en el proceso de producción de contrachapado tratando las muestras cien veces con la exposición al sistema UV. Las propiedades de protección UV se evaluaron con base en la diferencia de color (delta) calculada utilizando el procedimiento CIELAB. Para calcular cada muestra de delta CIELAB, los datos se tomaron de veinte puntos y se calculó el delta CIELAB promedio de cada muestra que se muestra en la Figura 2.
Los resultados obtenidos muestran que el aditivo propuesto en una concentración de un 12 % mejora la resistencia de la película de resina (color del pigmento) a los daños provocados por la radiación UV mejorando el coeficiente delta CIELAB (mejorar significa menor valor delta) en un promedio de un 39 %.
El aditivo antimicrobiano y de protección UV libre de metales reivindicado se puede utilizar en un sistema acuoso tal como pinturas, yesos, morteros, tintas, revestimientos y sistemas de fluidos no acuosos tales como pinturas, resinas, aceite, tintas, biopolímeros y otros revestimientos en una proporción (relación de mezcla de masa) de sistema fluido: el aditivo antimicrobiano - de entre 1:500 a 1:5.
La presencia del aditivo reivindicado garantiza de manera ventajosa propiedades de protección UV de los medios acuosos y no acuosos respectivos, y conserva los revestimientos y los materiales de construcción al evitar el crecimiento de bacterias, hongos, algas y líquenes.
También, el aditivo mejora la adherencia de los materiales y la calidad de la superficie del color, haciéndola más suave. El revestimiento que comprende el aditivo es adecuado para enjuague - retiene las propiedades físicas y antimicrobianas cuando entra en contacto con el agua. Una trituración a < 150 pm ayuda a una mezcla uniforme con otras materias primas. Como polvo seco, su uso es conveniente durante la producción del material y en el proceso de construcción. El aditivo es tratable para trituración en seco y en húmedo (> 5pm) y para dispersión en mezcla seca y húmeda. Un tratamiento térmico de hasta 170 °C no afecta a las características físicas y funcionales del producto.
Por consiguiente, el aditivo reivindicado puede ayudar a proteger las propiedades iniciales y la apariencia estética del volumen de la superficie u objetos, es decir, pinturas, yesos, morteros, plásticos, resinas, sellantes, adhesivos biocompuestos y ligantes, papel, obras de arte, mampostería, materiales compuestos u otros materiales de construcción, incluida madera. El aditivo no es peligroso para la salud humana y es respetuoso con el medio ambiente debido a su microestructura resistente a la lixiviación.
Claims (6)
1. Un aditivo antimicrobiano y de protección UV que comprende una capa de mezcla de ilita-esmectita, clorita, ilita, carbonatos, sílice y hematita, en el que el aditivo contiene la siguiente relación de componentes, % en peso:
- capa de mezcla de ilita-esmectita de entre un 40 a un 70 %,
- clorita de entre un 5 a un 10 %,
- ilita de entre un 5 a un 10 %,
- carbonatos de entre un 0 a un 20 %,
- sílice de entre un 5 a un 20 %,
- hematita de entre un 0 a un 3 %,
en el que la capa de mezcla de ilita-esmectita se organofiliza con antelación con compuestos de amonio cuaternario utilizados en la cantidad de entre un 10 a un 30 % en peso contando a partir del peso requerido de la capa de mezcla de ilita-esmectita.
2. El aditivo antimicrobiano según la reivindicación 1, en el que los carbonatos se seleccionan de entre el grupo que consiste en calcita y dolomita.
3. El aditivo antimicrobiano según la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto de amonio cuaternario se selecciona de entre el grupo que consiste en: monometil, dimetil, trimetil o sus sustitutos con grupo alifático o aralquilo.
4. El aditivo antimicrobiano según la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto de amonio cuaternario tiene al menos una cadena alifática larga que tiene entre 8 a 18 átomos de carbono.
5. El aditivo antimicrobiano según la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto de amonio cuaternario se selecciona de entre el grupo de haluros que consiste en cloruro y bromuro.
6. Un material de construcción o de acabado, tal como yeso, mortero, imprimación, pintura, revestimiento protector o decorativo que comprende el aditivo antimicrobiano y de protección UV según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en una proporción (relación de mezcla de masa) de material de construcción o de acabado: el aditivo -de entre 1:500 a 1:5.
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