DIAMANTE SINTÉTICO DE DISTINTOS COLORES PERSONALIZADO A PARTIR DE QUERATINA HUMANA O ANIMAL (VIVO O MUERTO). PROCEDIMIENTO PARA SU
FABRICACIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en obtener grandes monocristales de diamante sintético del tipo Ib, Ha y Hb a partir de carbono procedente de aquellos tejidos o partes provenientes de ectodermo, cuyo componente orgánico principal es Ia proteína queratina, así como el procedimiento para su obtención con procesos de carbonización y método que utiliza presiones altas y temperaturas altas (HP HT).
ESTADO DE LA TÉCNICA
El diamante, que es Ia forma cúbica cristalina del carbono, se sintetizó por primera vez en Ia década de los 50, a partir de carbono de origen mineral. Desde entonces ha habido muchos avances en el campo de Ia síntesis de los monocristales de diamante, estos avances han propiciado el uso industrial del diamante debido a sus características extraordinarias tanto físicas como químicas.
Así, el diamante es Ia sustancia más dura conocida por el hombre que, junto con su gran conductividad térmica e inercia química Ie hacen apto para aplicaciones de mecanizado de precisión, disipador de calor, instrumental quirúrgico, detectores de radiaςión, óptica para láser, entre otras múltiples aplicaciones.
Sin embargo, sus aplicaciones en el mundo de Ia joyería y en general del lujo, se han visto restringidas históricamente. Las principales restricciones para su uso como gema han sido en un principio de los primeros diamantes sintéticos, que eran de color amarillo y también posteriormente un cierto escepticismo debido a su carácter artificial. Es decir, determinados mercados Ie son de muy difícil penetración, puesto que compite directamente con muchas piedras naturales y sintéticas, incluido el propio diamante natural.
Por otra parte, es incuestionable que el diamante ejerce una fuerte atracción actualmente en los mercados, debido a su exclusividad y alto precio.
Todos los seres vivos y el ser humano en particular fijan, a partir del medio en el que viven, carbono en sus tejidos mediante un complejo sjstema de reacciones bioquímicas. Este carbono está formando multitud de compuestos orgánicos (hidratos de carbono, grasas, aminoácidos, etc).
Pero en general, existen muy pocos tejidos a partir de los cuales pueda extraerse dicho carbono ya fijado por el ser vivo, en cantidad suficiente sin que se dañe a este o sin que se incurra en un proceso excesivamente engorroso o complicado para extraer el carbono.
Hasta el momento, esto solo se había conseguido a partir de carbono procedente de las cenizas de seres fallecidos, mediante un proceso de purificación del grafito procedente de dichas cenizas. Esta práctica, sin embargo, puede tener un alcance comercial limitado, ya que es necesario esperar el fallecimiento y posterior incineración del ser del que se desea un recuerdo o un presente en forma de cristal y además tiene cierta reprobación moral por parte de determinados colectivos, por ejemplo, aquellos colectivos que censuran Ia comercialización posterior de los productos de Ia incineración.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Existe una proteína natural llamada Ia queratina, que forma parte de muchos seres vivos, en concreto, del ser humano y de los mamíferos entre otros. Esta proteína, que posee una función estructural, es fácilmente separable del ser vivo, sin ocasionarle ningún tipo de daño. Queratina se encuentra en el caso del ser humano, en su cabello, sus uñas y en Ia piel, entre otras partes. La cantidad de carbono contenida en esta proteína se encuentra entre el 45% y el 51 % en peso, esto unido a su facilidad de extracción, hace de dicha proteína una fuente de carbono fácil y asequible.
En el caso de animales, Ia queratina forma parte del pelo, pezuñas, cuernos y otras partes y así es posible extraer carbono de un ser humano mediante el corte de un mechón de cabello y su posterior carbonización. Una vez obtenido el carbono podemos someterlo a un proceso de alta presión y temperatura para obtener un diamante sintético procedente de dicho carbono, procedente de Ia persona.
Por tanto, Ia presente invención tiene por objeto obtener un cristal de diamante sintético con Ia posibilidad de ser personalizado, como consecuencia de partir de Ia
queratina del cabello humano o animal, entre otros, consiguiendo un producto de las características Ia, Ha, Hb.
El procedimiento de obtención está basado en Ia carbonización de Ia queratina por distintos métodos, por Io que una vez secado se somete a Ia máquina de alta presión y alta temperatura (HT HP) reivindicada en Ia patente n° 200500387 del mismo titular, así como de Ia cápsula de reacción protegida por Ia patente n° 200500386 del mismo titular, con Io que se obtiene cristales de diamante sintético en estado bruto.
Los distintos procesos de carbonización de Ia queratina pueden constar en principio de tres métodos que son:
-método 1, por ácido fuerte, -método 2, mechero bunsen, soplete o similar -método 3, horno mufla
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.
Figura 1.- Diagrama de funciones del proceso completo del método por ácido fuerte.
Figura2.- Diagrama de funciones del proceso completo del método por homo mufla.
FORMA DE REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La obtención del diamante sintético está basado en Ia obtención de carbono mediante Ia carbonización de Ia queratina por los distintos métodos que se preconizan en esta invención juntamente con Ia aplicación de dicho carbono en Ia maquina de alta presión y alta temperatura y en Ia cápsula de reacción correspondiente, todas ellas como ya se ha indicado objeto de protección por patentes de este mismo titular. Por tanto puede obtenerse un diamante sintético personalizado.
Los procesos de carbonización que se utilizan son:
-Método por ácido fuerte:
Las fases de que constan este método son
1.- se macera el cabello o muestra con queratina (prensado o no) en exceso de ácido fuerte y caliente (a ebullición normalmente entre 5 y 20 minutos y en general no más de 60 minutos). El ácido fuerte puede ser H2SO4, HCI o cualquier otro ácido o mezcla de ácidos fuertes que no oxide al carbono durante su empleo. 2.-
2.1.- se neutraliza el ácido o bien se "diluye hasta conseguir una solución ligeramente acida. 2.2.- sin neutralizar- concentrado.
3.- Se separa el carbono de Ia disolución neutralizada o ligeramente acida mediante: 3.1. - decantación
3.2.- filtrado 3.3.- centrifugado 4.- lavado 5,- secado
Todo ello puede observarse en el diagrama de funciones del proceso completo que se indica en Ia Figura 1
Ejemplo. El cálculo de rendimiento de Ia concentración del ácido sulfúrico del 96% (en función del tiempo) para Ia carbonización total de Ia muestra nos va a determinar Ia cantidad mínima de H2SO4 del 96 %, necesaria para carbonizar completamente Ia muestra u objetivo en un tiempo no superior a 60 minutos.
Los resultados obtenidos son:
- A) Disolución 100% de H,SO¿ (96%)
Se toman 24 mL de H2SO4 con Ia pipeta graduada de 25 mL y 1 mL de agua destilada con Ia pipeta graduada de 10 mL
Se preparan 5 discos de cabello humano prensado (alrededor de 1 ,2 g en total) de diámetro 14 mm y se añaden a Ia disolución en un vaso de precipitado de 100 mL. Se calienta durante 15 minutos en Ia placa eléctrica de 500 a 1000 W, al final se comprueba, introduciendo una varilla de vidrio dentro del vaso, que no queden restos de muestra sin disolver.
Esta experiencia se repite preparando disoluciones del 80, 70 y 60% de H2SO4 (96%), empleando aproximadamente Ia misma cantidad de muestra y el mismo tiempo de calentamiento. La quinta experiencia se realiza con HCI (16%) e iguales condiciones a las anteriores.
Los datos de las 4 primeras experiencias.
El residuo seco así obtenido se encuentra entre el 10% y el 25% en peso del cual en promedio el 39,85% en peso es carbono libre después de tratado con mezcla crónica.
Método por horno mufla
Las fases de que consta este método son las siguientes: 1.- Se introduce el cabello o muestra con queratina (prensado o no) en un crisol de mullita, o cualquier otro material refractario, con salida de gases.
Dicha salida debe impedir o al menos dificultar Ia entrada de oxigeno adicional al ya existente cuando se introduzca Ia muestra a carbonizar de este forma se evita Ia oxidación del carbono. 2.- Se aumenta Ia temperatura hasta conseguir Ia carbonización de Ia muestra (entre 500
0C y 1500 0C).
En hornos con atmósferas reductoras y crisol de grafito (u otro) puede continuarse el calentamiento obteniéndose Ia conversión del carbono o Ia forma de grafito (entre 1800 0C y 3000 0C). Se recupera el carbono mediante: 3.1.- Proceso mecánico de raspado en seco.
3.2.- Proceso de raspado en húmedo seguido de secado.
4.- Secado.
Todo ello queda descrito en el esquema que se indica en Ia Figura 2.
Ejemplo.- A continuación se indica una serie de datos del experimento realizado para conseguir Ia carbonización de Ia muestra objetivo por calentamiento.
Primera experiencia , Muestra H1 : en un vaso de precipitado de 100 mi introducimos Ia muestra (cabello humano) y sin tapar se realiza Ia carbonización hasta 500 0C. Los datos de esta primera experiencia son:
- Peso inicial de muestra, H 1: 0,986 g
- Peso final de muestra, H1 : 0,186 g
- Pérdida: 0,800 g. - % Pérdida: 81,13%
- % Residuo Seco: 18,87 %.
Después de realizar el tratamiento con mezcla crómica, se ha obtenido el siguiente porcentaje de C libre: 43,99.
Segunda experiencia. Muestra H2: en este caso se coloca un vidrio de reloj de diámetro tapando el vaso de precipitado, se obtienen los siguientes resultados, Ia temperatura es también 500 0C:
- Peso inicial de muestra, H2: 0,978 g
- Peso final de muestra, H2: 0,225 g - Pérdida: 0,753 g
- % Pérdida: 77%
% Residuo Seco: 23%
Después de realizar el tratamiento con mezcla crómica, se ha obtenido el siguiente porcentaje de C libre: 39,38
Tercera experiencia. Muestra H3: se preparan 4 discos de cabello humano de muestra utilizando un molde de 13,9 mm de diámetro 60 mm y se someten a 25 bares de presión. Los discos se introducen en cápsulas de mullita de 10 X 65 mm. La temperatura de carbonización es 500 0C y los pesos de los 4 discos son:
1. 0.241 g . 2. 0.234 g
3. 0.256 g
4. 0.334 g
- Peso inicial de muestra, H3: 1 ,065 g
- Peso final de muestra, H3: 0,183 g
- Pérdida: 0,882 g
- % Pérdida: 82,82 %
- % Residuo Seco: 17,18%
Después de realizar el tratamiento con mezcla crónica, se ha obtenido el siguiente porcentaje de C libre: 34,36
Cuarta experiencia. Muestra H4: se preparan otros 4 discos de cabello humano de muestra siguiendo el mismo procedimiento empleado para realizar Ia tercera experiencia. La temperatura de carbonización es 600 0C. Los pesos de los 4 discos.
1. 0.206 g
2. 0.282 g
3. 0.298 g 4. 0.215 g
Peso inicial de muestra, H4: 1,001 g
- Peso final de muestra, H4: 0,158 g
- Pérdida: 0,843 g
- % Pérdida: 84,22 % - % Residuo Seco: 15,78 %
Después de realizar el tratamiento con mezcla crómica, se ha obtenido el siguiente porcentaje de C libre: 37,11
Quinta experiencia. Muestra H5: se prepara un disco de crin de caballo de muestra siguiendo el mismo procedimiento empleado para realizar Ia cuarta experiencia. La temperatura de carbonización es de 650°. El peso del disco es de 1 ,100 g. Peso final de Ia muestra es de 0,153 g.
- % Residuo Seco: 13,9 %
Después de realizar el tratamiento con mezcla crómica, se ha obtenido el siguiente % de C libre: 35,5%
CUADRO RESUMEN
Método de mechero bunsen. soplete o similar
Las fases de que consta este método son las siguientes:
1.- Se introduce el cabello o muestra con queratina (prensado o no) en un matraz de destilación (o útil de destilación). La salida de gases y vapores pueden ser con o sin trampa de vapores. Esta disposición debe impedir o al menos dificultar Ia entrada de oxigeno adicional al ya existente cuando se introduce Ia muestra a carbonizar. De esta forma se evita Ia oxidación del carbono.
2.- Se calienta mediante mechero bunsen o similar con llama preferentemente reductora hasta conseguir Ia carbonización total de Ia muestra. También pueden emplearse sopletes de oxiacetileno o de hidrogeno a condición de sustituir el matraz por útiles refractarios que permiten alcanzar mayor temperatura.
3.- Se recupera el carbono, mediante:
- Proceso mecánico de raspado en seco
- Proceso de raspado en húmedo seguido de secado.
Ejemplo: La carbonización de muestra objetivo con bunsen después de los experimentos llevados a cabo, han dado los siguientes resultados.
Se realizan tres experiencias paralelas, Ia experiencia A se realiza con cabello humano utilizando el matraz redondo de fondo plano con un adaptador para introducir una trampa con agua mientras que Ia experiencia B se realiza con cabello humano con un matraz de
destilación al que se adapta un tapón de teflón. La experiencia C se realiza igual que la experiencia B pero con pelo animal (perro). El residuo seco se trata con mezcla crómica, con objeto de eliminar los restos de materia orgánica no reaccionantes. El porcentaje en peso del carbono se obtiene después del tratamiento con mezcla crómica y su lavado posterior.
- Las muestras 1 se preparan pesando las cantidades de cabello indicadas directamente sobre Ia balanza de precisión.
- Las muestras 2 se preparan fabricando discos de diámetro 14 mm, y están sometidos a presión 20 bares en todos los casos. Para conseguir alrededor de 1 g de muestra se fabrican 4 discos; los pesos de los distintos discos son los siguientes:
DISCOS PESO Muestra PESO Muestra PESO Muestra PESO Muestra A2 (g) B2 (g) A3 (g) B3 (g)
1 0.233 0.508 0.183 0.211
2 0.279 0.460 0.236 0.246
3 0.248 0.219 0.170
4 0.384 0.199 0.154
Total 1.144 0.968 0.837 0.781
A continuación se preparan diversas cápsulas de reacción de alta presión y alta temperatura cuya fuente de carbono es el carbono obtenido por estos procedimientos y se someten dichas cápsulas al proceso de alta presión y alta temperatura, reivindicado en las patentes n° 200500386 y n° 200500387 y los resultados obtenidos son los siguientes:
Para el crecimiento de cristales amarillos tipo I b se emplean los parámetros siguientes: Se ajusta el gradiente de temperatura entre 10 y 50 ° y todos los cristales se caracterizan por ser de color amarillo y forma del cristal octaédrica o cubo octaédrico, Ia concentración de nitrógeno está entre 50 y 150 partes por millón y las incursiones metálicas se concentran en Ia zona de Ia semilla inicial, los resultados se exponen en Ia tabla 1
TABLA I
Para el crecimiento de cristales ligeramente coloreados o blancos tipo Il a se emplean los parámetros siguientes:
Se ajusta el gradiente de temperatura entre 10 y 40°. El color de los cristales del diamante se regula mediante el grosor H de Ia membrana y Ia cantidad de captador presente en Ia mezcla.
Se han obtenido cristales hasta 4,5 quilates en peso y diferentes coloraciones. En todos los cristales se encuentran incursiones metálicas en Ia zona de Ia semilla.
Tales inclusiones no impiden su aplicación comercial, los resultados se exponen en Ia Tabla 2.
TABLA 2
Para el crecimiento de cristales azules tipo Il b se ajusta el gradiente de temperatura entre 10 y 3O
0C y el color de los cristales de diamante se regula mediante el grosor H de Ia membrana y Ia cantidad de captador presente en Ia mezcla. El captador empleado ha sido titanio y aluminio. Se introducen entre 1 y 60 ppm de boro en el metal disolvente y se obtienen cristales de distinto color azul. El resultado obtenido se indica en Ia tabla 3.
TABLA 3