VILLALUENGA ARRANZ, Irune (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
BERRIOZABAL SOLANA, Gemma (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
TENAS RICART, Joaquín (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
DE MIGUEL, Yolanda, Rufina (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
VILLALUENGA ARRANZ, Irune (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
BERRIOZABAL SOLANA, Gemma (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
TENAS RICART, Joaquín (Parque Tecnologico De Bizcaia - C/ Geldo. Edificio 700, Derio, E-48160, ES)
| REIVINDICACIONES 1 . Recubrimiento fotocatalítico que comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol. 2. Recubrimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina. 3. Recubrimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina. 4. Recubrimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato 5. Recubrimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano. 6. Recubrimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido. 7. Procedimiento para aplicar un recubrimiento fotocatalítico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -6 sobre un sustrato, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) preparar una composición fotocatalítica que comprende mezclar nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol; (b) recubrir el sustrato con la composición obtenida en (a); y (c) someter el sustrato recubierto a un tratamiento de curado. 8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la etapa (a) comprende obtener previamente las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas del óxido inorgánico y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de silicio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional amina. 10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional amina. 1 1 . Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional metacrilato. 12. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional ciano. 13. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional ciano para obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano; y someter a hidrólisis dichas nanopartículas. 14. Uso de un sustrato recubierto con un recubrimiento fotocatalítico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en la purificación de agua, en la purificación del aire, en la auto-limpieza o fácil limpieza de superficies, y en superficies biocidas. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere al campo de los recubrimientos sobre sustratos que se desean proteger y mantener limpios manteniendo su aspecto original. En particular, la invención se refiere a recubrimientos fotocatalíticos híbridos de tipo inorgánico- orgánico, así como a un procedimiento para aplicarlos sobre sustratos de distinta naturaleza mediante síntesis sol-gel empleando nanopartículas de dióxido de titanio como agente fotocatalítico. El sustrato así recubierto encuentra aplicación en el campo de la construcción o del medio ambiente, entre otros, ya que es capaz de destruir contaminantes diversos en superficies, en fachadas, en agua o en aire, por ejemplo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es bien conocido en el estado de la técnica, es un problema generalizado la existencia de superficies contaminadas o ensuciadas tanto por productos químicos como por el aire atmosférico debido a todos los contaminantes que es capaz de transportar. Esto se debe a que la limpieza de fachadas de edificios, suelos, paredes, etc., conlleva un gasto elevado en cuanto a material a emplear y a intervención humana.
La posibilidad de proteger la superficie o el entorno en el cual se encuentra es de gran interés en el campo de la construcción y del medio ambiente. En estos casos las ventajas que aportan los recubrimientos basados en nanopartículas estriban en que permiten obtener recubrimientos que protegen y mantienen limpias las superficies sobre las que se encuentren.
Hoy en día la mayoría de nanopartículas que se utilizan para lograr estos fines en construcción y medio ambiente son nanopartículas de dióxido de titanio (Ti0 2 ). A partir de que Fujishima y Honda (Fujishima, A.; Honda, K., Nature 1972, 37, 238) descubrieran en la década de los setenta la disociación fotocatalítica del agua sobre electrodos de Ti0 2 (Hashimoto K., Irie, H; Fujishima, A., Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44 (12) 8269) se inició el desarrollo de un gran número de investigaciones basadas en este semiconductor fotocatalítico. El dióxido de titanio es un semiconductor fotosensible, y los electrones de valencia son excitados en la banda de conducción mediante una energía de radiación en el rango del ultravioleta (200-400 nm) (Balasubramanian G.; Dionysiou D.D.; Suidan M.T., "Titanium Dioxide
Coatings on Stainless Steef Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechonology, Marcel Dekker; Schubert U., Husing N., "Synthesis of Inorganic Materials" Wiley- VCH, Weinheim, (2005)). La cristalinidad de este semiconductor es fundamental para una buena actividad fotocatalítica. Las tres formas cristalinas de mayor importancia son: anatasa, brookita y rutilo. La fase rutilo es estable a temperatura ambiente a diferencia de las fases brookita y anatasa que son metaestables; sin embargo, la estructura que presentan mayor actividad fotocatalítica es la anatasa.
Uno de los métodos más extendidos para la obtención de recubrimientos fotocatalíticos sobre diferentes sustratos mediante la metodología sol-gel, es la síntesis in situ del recubrimiento de Ti0 2 . Este método sol-gel consiste en la hidrólisis y condensación del precursor organometálico (isopropoxido de titanio, tetracloruro de titanio, etc.) seguido de la deposición (dip-coating, spin-coating, etc.) del sol sobre el sustrato a recubrir. Con esta metodología sintética, los recubrimientos inicialmente suelen ser amorfos, y se requiere de una etapa de calcinación (500 5 C o 600 5 C, generalmente) para dar lugar a la fase anatasa (estructura cristalina más fotoactiva del Ti0 2 ). Esta ruta presenta la desventaja de que los recubrimientos son sometidos a tratamientos térmicos a elevadas temperaturas.
Así, a finales de los años 80, Takahashi y col. (Takahashi, Y.; Matsuoka, Y. J. Mater. Sci. 1988, 23, 2259) desarrollaron una de las primeras síntesis de recubrimientos de Ti0 2 , que además se basaba en esta metodología in situ. Para ello, emplearon la dietanolamina (DEA) para controlar la etapa de hidrólisis del precursor de titanio (isopropoxido de titanio) bajo la adición de agua. La presencia de etanolaminas da lugar a quelatos estables al reaccionar con los alcóxidos metálicos a través de la reacción de intercambio del alcohol. Existen otros agentes quelantes como ácidos inorgánicos tal como el ácido clorhídrico ((a) Mohammadi, M. R.; Cordero-Cabrera, M. C; Ghorbani, M.; Fray, D. J. J. Sol-Gel Sci. Techn. 2006, 40, 15.; y (b) Shen, Q. H.; Yang, H.; Gao, J. W.; Yang, J. G. Mater. Lett. 2007, 61 , 4160), por ejemplo, y ácidos orgánicos tales como ácido acético ((a) Chen, W.; Zhang, J. Y.; Fang, Q.; Li, S.; Wu, J. X.; Li, F. Q.; Jiang, K. Sensor Actuat. B-Chem. 2004, 100, 195; y (b) Choi, H.; Stathatos, E.; Dionysiou, D. D. Thin Solid Films 2006, 510, 107) o el ácido cítrico (Bu, S. J.; Jin, Z. G.; Liu, X. X.; Yang, L. R.; Cheng, Z. J. J. Eur. Ceram. Soc. 2005, 25, 673), por ejemplo. Aunque estos agentes pueden causar corrosión ácida sobre sustratos metálicos sensibles tales como el acero o el aluminio, la síntesis descrita por Takahashi y col. genera soles estables evitando condiciones ácidas que pueden ser perjudiciales cuando el sustrato empleado sea un metal.
Watanabe y col. emplearon otro agente quelante, la acetilacetona (Watanabe, T.; Fukayama, S.; Miyauchi, M.; Fujishima, A.; Hashimoto, K. J. Sol-Gel Sci. Techn. 2000, 19, 71 ) ya que presenta la ventaja de proporcionar soles estables a pH casi neutrales para dar lugar a recubrimientos sobre cualquier sustrato. La complejación del alcóxido de titanio con la acetilacetona es un buen camino para evitar reacciones rápidas de hidrólisis/condensación.
Por otro lado, existen diversos estudios en los que se emplean surfactantes no iónicos de cadena larga tales como polietilenglicol (PEG) ((a) Ma, Y.; Yao, J. N. J. Photoch. Photobio. A 1998, 1 16, 167; (b) Bu et al., 2005 supra; (c) Yu, J. G.; Zhao, X. J.; Zhao, Q. N. Thin Solid Films 2000, 379, 7; y (d) Chen, Y.; Dionysiou, D. D. Appl. Catal. A-Gen. 2007, 317, 129), derivados del polietilenglicol (Dietilenglicol (DEG) (Fretwell, F¡.; Douglas, P. J. Photoch. Photobio. A 2001 , 143, 229), Tween 20 ((a) Choi et al. 2006, supra; y (b) Yu, J. C; y Yu, J. G.; Zhao, J. C. Appl. Catal. B- Environ. 2002, 36, 31 ), Tritón X-100 (Choi et al, 2006, supra; y Chen, Y. J.; Dionysiou, D. D. Appl. Catal. B-Environ. 2008, 80, 147) como agente formadores de poros para aumentar la actividad fotocatalítica. La descomposición de PEG o derivados del PEG en los recubrimientos puede crear macroporos formados a partir de un sol-gel asociado al PEG-etanol, lo que conlleva una mayor actividad fotocatalítica del recubrimiento final.
Otro tipo de surfactantes empleados como agentes estructurantes para generar mesoporosidad en el recubrimiento son los surfactantes catiónicos (Yusuf, M. M.; Imai, H.; Hirashima, H. J. Sol-Gel Sci. Techn. 2002, 25, 65), diblock ((a) Hwang, Y. K.; Lee, K. C; Kwon, Y. U. Chem. Commun. 2001 , 1738; y (b) Cheng, Y. J.; Gutmann, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4658) o triblock copolimeros ((a) Bosc, F.; Ayral, A.; Albouy, P. A.; Guizard, C. Chem. Mater. 2003, 15, 2463; (b) Liu, K. S.; Zhang, M. L; Zhou, W.; Li, L; Wang, J.; Fu, H. G. Nanotechnology 2005, 16,
3006; (c) Allain, E.; Besson, S.; Durand, C; Moreau, M.; Gacoin, T.; Boilot, J. P. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 549; y (d) Tschirch, J.; Bahnemann, D.; Wark, M.; Rathousky, J. J. Photoch. Photobio. A 2008, 194, 181 ) que dan lugar a soles densos y estables con los que poder recubrir sustratos, generando, después de un tratamiento térmico, recubrimientos uniformes fotocatalíticos de Ti0 2 .
Como se ha comentado anteriormente, una de las grandes desventajas que ocasiona la síntesis in situ de recubrimientos de Ti0 2 , es la difusión de iones en la superficie del sustrato debido a los tratamientos térmicos necesarios para la obtención de la fase anatasa y para dar lugar a una buena adherencia. Así
Fernández y col. observaron que cuando el sustrato a recubrir se trata de un metal, como por ejemplo el acero inoxidable se produce la difusión de iones Fe 3+ y Cr 3+ en la superficie como consecuencia de los tratamientos térmicos (Fernández, A.; Lassaletta, G.; Jiménez, V.M; Justo, A.; González-Elipe, A.R.; Herrmann, J.M.; Tahiri, H.; Ait-lchou, Y. Appl. Catal. B-Environ. 1995, 7, 49). Estos heterocationes generan una recombinación de los centros electrón-hueco, dando lugar a una disminución en la actividad fotocatalítica del recubrimiento. Por lo tanto, esta metodología sintética no es la más adecuada cuando se emplean metales como sustratos a recubrir.
Existen otros métodos sintéticos para obtener recubrimientos fotocatalíticos en los que las nanopartículas de Ti0 2 son sintetizadas en primer lugar, y posteriormente son depositadas sobre el sustrato, de tal manera que se evitan los tratamientos térmicos. Así, Peiró y col. (Peiró, A. M., Peral. J, Domingo, C, Domenéch, X., Appl. Catal. B-Environ. 2001 , 30, 359-373) obtuvieron recubrimientos con nanopartículas de Ti0 2 (fase cristalina anatasa) sintetizadas a partir de la hidrólisis del tetrakis (isopropóxido) titanio.
Una metodología muy común de obtención de recubrimientos empleando nanopartículas sintetizadas previamente es la deposición capa a capa. Así, Sánchez y col. (Sánchez, B.; Coronado, J. M.; Caudal, R.; Pórtela, R.; Tejedor, I.; Anderson, M. A.; Tompkins, D.; Lee, T. Appl. Catal. B-Environ. 2006, 66, 295) desarrollaron recubrimientos fotocatalíticos sobre sustratos de PET, basados en el ensamblaje de diferentes capas a partir de nanopartículas en suspensión cargadas opuestamente. Mediante esta metodología se pueden obtener recubrimientos sobre sustratos sensibles a elevadas temperaturas como los metales, textiles, PET, etc.; ya que no se precisan de tratamientos térmicos a elevadas temperaturas posteriores a la deposición para inducir la cristalinidad del Ti0 2 . Sin embargo, cabe destacar que la interacción electrostática entre las capas en ocasiones no es suficiente (Lee, D.; Rubner, M. F.; Cohén, R. E. Nano. Lett. 2006, 6, 2305) para dar lugar a una buena adherencia.
De tal manera que, teniendo en cuenta todas las desventajas que presentaban los métodos sintéticos anteriormente descritos, en los últimos años se han desarrollado nuevas vías basadas en la síntesis sol-gel de híbridos inorgánicos-orgánicos para la obtención de recubrimientos fotocatalíticos. Así, en la patente EP 1069950 B1 se proponía una composición fotocatalítica obtenida mediante la adición de nanopartículas de Ti0 2 comerciales a una dispersión coloidal acuosa de dióxido de silicio comercial para su posible uso como pintura o como recubrimiento de filtros. Igualmente, Yuranova y col. (Yuranova et al., Journal of Molecular Catalysis A: chemical 244 (2006) 160-167) obtuvieron recubrimientos híbridos fotocatalíticos sobre textiles empleando también una suspensión coloidal de nanosílice comercial que se mezclaba con una suspensión de nanopartículas de Ti0 2 previamente sintetizada, antes de aplicar esta mezcla y proceder luego a su curado a bajas temperaturas (100 5 C, 1 h). Sin embargo, las nanopartículas de Ti0 2 del recubrimiento obtenido tenían una baja cristalinidad y una escasa actividad fotocatalítica.
Otro ejemplo basado en los recubrimientos híbridos es el trabajo realizado por Park y col. (Park et al., Material Science Forum Vols. 544-545 (2007) pp. 127-130) en el que obtuvieron recubrimientos híbridos fotocatalíticos sobre acero inoxidable a partir de un aglutinante de sílice que consistía en metil-trimetoxisilano, un catalizador ácido y alcohol isopropílico, y que se mezcló con una suspensión comercial de Ti0 2 antes de ser aplicada dicha mezcla sobre el acero y de proceder después al curado del recubrimiento obtenido a 200 5 C durante 1 día. Aunque las propiedades fotocatalíticas y la adhesión eran relativamente buenas, los tiempos de curado eran excesivamente largos.
Asimismo, habría que destacar el estudio llevado a cabo por Textor y col. (Textor et al., Macromol. Symp. 2007, 254, 196-202) sobre recubrimientos híbridos con propiedades fotocatalíticas en textiles. La síntesis consistía en mezclar un organosilano con nanopartículas de Ti0 2 y añadir después 1 -metilimidazol como catalizador; aplicar a continuación dicha mezcla sobre las fibras textiles; y tratar las fibras recubiertas a 1 10 5 C durante 1 h. La actividad fotocatalítica de este recubrimiento, sin embargo, era relativamente baja.
Por lo tanto, teniendo en cuenta las múltiples investigaciones realizadas, sin duda la obtención de buenas adhesiones sin tratamientos térmicos a elevadas temperaturas, es una de las mayores problemáticas hoy en día para la obtención de recubrimientos fotocatalíticos sobre sustratos sensibles a la temperatura.
Así pues, continua existiendo en el estado de la técnica la necesidad de recubrimientos fotocatalíticos alternativos que presenten buenas propiedades fotocatalíticas y de adherencia para aplicar sobre todo tipo de sustratos a bajas temperaturas.
Dos de los investigadores del presente grupo de investigación han propuesto recientemente (WO 2010/122182) un método para obtener recubrimientos fotocatalíticos híbridos mediante la vía sol-gel en condiciones suaves de síntesis a partir de un porcentaje particular de nanopartículas de Ti02 comerciales cristalinas en fase anatasa empleando un catalizador de tipo poliéteramina. Sorprendentemente, los presentes inventores han descubierto ahora que empleando un catalizador completamente diferente consistente en nanopartículas de un óxido inorgánico tal como el óxido de silicio o el óxido de titanio previamente funcionalizadas con determinados grupos funcionales, se pueden obtener recubrimientos fotocatalíticos alternativos sobre sustratos diversos, metálicos u otros, también en condiciones suaves de síntesis.
Así pues, el procedimiento de la invención mediante la síntesis sol-gel de híbridos inorgánicos-orgánicos en el que se emplea este catalizador particular, permite aplicar recubrimientos fotocatalíticos sobre distintos sustratos en condiciones más suaves de síntesis en cuanto a temperatura y disolventes. Esto es especialmente ventajoso en el caso de recubrir sustratos metálicos, por ejemplo, ya que al trabajar a temperaturas bajas se evita la difusión de iones en el sustrato metálico a recubrir, así como la oxidación del mismo. Además, los costes son menores y, si se aplica la mezcla de recubrimiento mediante inmersión, además de reducir los costes de equipamiento, permite recubrir superficies de gran tamaño.
Los recubrimientos así obtenidos, por tanto, presentan propiedades fotocatalíticas y de adherencia aceptables, manteniendo al mismo tiempo las propiedades intrínsecas del sustrato recubierto con los mismos.
Además, en el caso de emplear en el procedimiento de la invención suspensiones de nanopartículas de Ti0 2 obtenidas sintéticamente, se obtienen recubrimientos fotocatalíticos en condiciones suaves de síntesis con unas buenas propiedades ópticas en términos de transparencia.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, por tanto, tiene por objeto proporcionar un recubrimiento fotocatalítico.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para aplicar dicho recubrimiento fotocatalítico sobre un sustrato.
Finalmente, otro objeto de la invención es proporcionar el uso de dicho sustrato recubierto.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 2 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 3 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 4 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 5 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 6 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 7 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
La figura 8 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo. La figura 9 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
La figura 10 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
La figura 1 1 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
La figura 12 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
La figura 13 muestra las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacriloxipropilo.
La figura 14 muestra las imágenes obtenidas mediante microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX) de un recubrimiento según la invención que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacriloxipropilo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un recubrimiento fotocatalítico que comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol, en adelante "recubrimiento de la invención".
En el contexto de la invención el término "recubrimiento fotocatalítico" se refiere a un recubrimiento que es capaz de absorber luz y provocar reacciones de degradación de un gran número de contaminantes (compuestos orgánicos, microorganismos, óxidos de nitrógeno, etc.) sobre su superficie.
En el contexto de la invención el término "óxido inorgánico" se refiere a un óxido de un elemento tal como Ti, Si o Zn, o a una mezcla de dichos óxidos. Estos óxidos a su vez pueden estar dopados con elementos tales como N o Fe, por ejemplo.
En una realización particular del recubrimiento de la invención, el óxido inorgánico se selecciona entre dióxido de silicio y dióxido de titanio. Así, en una realización particular del recubrimiento de la invención, las nanopartículas de óxido inorgánico son nanopartículas de dióxido de silicio. En otra realización particular del recubrimiento de la invención, las nanopartículas de óxido inorgánico son nanopartículas de dióxido de titanio. En un realización particular del recubrimiento de la invención, las nanopartículas de óxido inorgánico son nanopartículas de un óxido inorgánico seleccionado entre dióxido de silicio y dióxido de titanio que están funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En una realización particular del recubrimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de silicio están funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol. En una realización preferida, las nanopartículas de dióxido de silicio están funcionalizadas con un grupo amina. En una realización aún más preferida, las nanopartículas de dióxido de silicio están funcionalizadas con un grupo aminoalquilo(CrC 6 ), preferiblemente un grupo aminopropilo.
Así, en una realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminoalquilo(Cr C 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo.
En otra realización particular, el recubrimiento de la invención comprende un 0,01 -1 ,21 %, preferiblemente un 0,01 %, en peso de nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina.
En otra realización particular del recubrimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En una realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo amina. En una realización aún más preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo aminoalquilo(CrC 6 ), preferiblemente un grupo aminopropilo.
En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo metacrilato. En una realización aún más preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo metacriloxialquilo(Ci-C 6 ), preferiblemente un grupo metacriloxipropilo. En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo ciano. En una realización aún más preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo cianoalquilo(Ci-C 6 ), preferiblemente un grupo cianopropilo.
En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo ácido. En una realización aún más preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio están funcionalizadas con un grupo carboxialquilo(CrC 6 ), preferiblemente un grupo carboxipropilo.
Así, en una realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminoalquilo(d-
C 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo aminopropilo. En otra realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo metacriloxialquilo(CrC 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo metacriloxipropilo.
En otra realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo cianoalquilo(d- C 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo cianopropilo.
En otra realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido. En una realización aún más preferida, nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo carboxialquilo(CrC 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
En otra realización preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y una mezcla de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas seleccionadas entre nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amino, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio y una mezcla de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amino y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido. En una realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminoalquilo(CrC 6 ) y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxialquilo(CrC 6 ). En otra realización aún más preferida, el recubrimiento de la invención comprende nanopartículas de dióxido de titanio, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo aminopropilo y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo carboxipropilo.
En otra realización particular, el recubrimiento de la invención comprende un 0,005-0,15%, preferiblemente un 0,01 %, en peso de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina. En otra realización particular, el recubrimiento de la invención comprende un 0,1 -0,2%, preferiblemente un 0,13%, en peso de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato. En otra realización particular, el recubrimiento de la invención comprende un 0,6-1 ,7%, preferiblemente un 0,7%, en peso de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido.
En otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento para aplicar sobre un sustrato el recubrimiento fotocatalítico descrito previamente, en adelante "procedimiento de la invención", que comprende las etapas de:
(a) preparar una composición fotocatalítica que comprende mezclar nanopartículas de dióxido de titanio y nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol;
(b) recubrir el sustrato con la composición obtenida en (a); y
(c) someter el sustrato recubierto a un tratamiento de curado.
En la etapa (a) del procedimiento de la invención se prepara la composición fotocatalítica a aplicar sobre el sustrato, para lo cual es necesario la obtención previa de las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol, en adelante "nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas".
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, la etapa (a) comprende obtener previamente las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas del óxido inorgánico y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
La preparación de las nanopartículas del óxido inorgánico se efectúa mediante cualquier método convencional del estado de la técnica, tal como la síntesis vía sol-gel, por ejemplo, partiendo de un precursor orgánico adecuado.
En una realización preferida del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de silicio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional amina.
Así, por ejemplo, las nanopartículas de dióxido de silicio pueden prepararse a partir de un compuesto organosilano adecuado tal como el tetraetoxisilano. Una vez obtenidas las nanopartículas de dióxido de silicio se procede a su funcionalización mediante reacción de las mismas con un organosilano que contiene el grupo funcional deseado. Para ello las nanopartículas de dióxido de silicio obtenidas se hacen reaccionar con un compuesto organosilano funcionalizado con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En otra realización preferida del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional amina. En otra realización preferida del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; y hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional metacrilato.
En otra realización preferida del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional ciano.
En otra realización preferida del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido se obtienen mediante un procedimiento que comprende preparar las nanopartículas de dióxido de titanio; hacerlas reaccionar después con un organosilano que contiene un grupo funcional ciano para obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano; y someter a hidrólisis dichas nanopartículas.
Así, por ejemplo, las nanopartículas de dióxido de titanio pueden prepararse a partir de un precursor organometálico de titanio mediante síntesis sol-gel (Mohammadi, M. R.; Cordero-Cabrera, M. C; Ghorbani, M.; Fray, D. J. J. Sol-Gel Sci. Techn. 2006, 40, 15). Una vez obtenidas las nanopartículas de dióxido de titanio se procede a su funcionalización mediante reacción con un organosilano con el grupo funcional requerido. Así por ejemplo, para obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina puede emplearse un aminosilano del estado de la técnica seleccionado por el experto, tal como 3- aminopropilsilano, por ejemplo. Análogamente, para obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano puede emplearse un cianosilano del estado de la técnica seleccionado por el experto, tal como 3- cianopropilsilano, por ejemplo. De modo similar, para obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato puede emplearse un metacrilatosilano del estado de la técnica seleccionado por el experto, tal como 3- (trimetoxisililpropil)metacrilato, por ejemplo. En el caso de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido, estas pueden obtenerse a partir de nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ciano que se someten posteriormente a hidrólisis.
Las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas así obtenidas pueden usarse bien en forma de suspensión bien en forma de polvo. Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas se mezclan en forma de polvo con las nanopartículas de dióxido de titanio. En otra realización particular del procedimiento de la invención, las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas se mezclan en forma de suspensión con las nanopartículas de dióxido de titanio. En una realización preferida, las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas se mezclan en forma de suspensión acuosa con las nanopartículas de dióxido de titanio.
Por otro lado, las nanopartículas de dióxido de titanio que se mezclan con las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas pueden ser, a su vez, nanopartículas de dióxido de titanio en forma de polvo o en forma de suspensión.
En una realización particular del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio se añaden en forma de polvo. En otra realización particular del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio se añaden en forma de suspensión. Así, en una realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio que se añaden en polvo son nanopartículas comerciales en polvo. En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio que se añaden en polvo son nanopartículas obtenidas a partir de una suspensión de nanopartículas de dióxido de titanio obtenidas sintéticamente (en adelante "nanopartículas sintéticas") que se prepara a partir de un precursor organometálico de titanio adecuado y que se somete posteriormente a desecado u otra técnica conveniente de eliminación del disolvente. En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio se añaden en forma de suspensión de nanopartículas sintéticas. En otra realización preferida, las nanopartículas de dióxido de titanio se añaden en forma de suspensión de nanopartículas comerciales de dióxido de titanio. Así, por ejemplo se puede emplear una suspensión de nanopartículas sintéticas de dióxido de titanio obtenida a partir de tetrakis (isopropóxido) titanio, si bien puede emplearse cualquier otro precursor organometálico de titanio del estado de la técnica adecuado. Igualmente, se pueden emplear nanopartículas de dióxido de titanio comerciales tal como las nanopartículas P25 o P90 comercializadas por Degussa, por ejemplo, bien en forma de polvo bien en forma de suspensión acuosa. En ambos casos pueden emplearse nanopartículas sin dopar o nanopartículas dopadas con un elemento tal como Fe, N, etc.
En una realización particular del procedimiento de la invención, las nanopartículas de dióxido de titanio se mezclan con las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas en una proporción de un 0,5-10% en peso con respecto al peso total, es decir, el peso de nanopartículas de dióxido de titanio, de nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas y del disolvente o disolventes empleados para facilitar su posterior aplicación sobre el sustrato. En una realización particular, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) obtener nanopartículas de dióxido de titanio; y
(II) añadir a las nanopartículas de (I) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En una realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) obtener nanopartículas de dióxido de titanio en forma de polvo; y
(II) añadir a las nanopartículas de (I) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de polvo. En otra realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) obtener nanopartículas de dióxido de titanio en forma de polvo; y
(II) añadir a las nanopartículas de (I) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de suspensión.
En otra realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) obtener nanopartículas de dióxido de titanio en forma de suspensión; y
(II) añadir a las nanopartículas de (I) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de polvo. En una realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) obtener nanopartículas de dióxido de titanio en forma de suspensión; y
(II) añadir a las nanopartículas de (I) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de suspensión.
Asimismo, previamente a la mezcla de las nanopartículas de dióxido de titanio y las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas se pueden añadir las primeras a una disolución de un compuesto organosilano adecuado del estado de la técnica. En una realización particular del procedimiento de la invención, antes de mezclar las nanopartículas de dióxido de titanio con las nanopartículas de óxido inorgánico funcionalizadas, las primeras se añaden a una disolución de un compuesto organosilano en un disolvente adecuado del estado de la técnica tal como un alcohol (isopropanol, por ejemplo) a la que se le ha adicionado agua previamente de modo que el compuesto organosilano se encuentre hidrolizado. En una realización particular, el compuesto organosilano se selecciona entre un epoxisilano, un metacrilatosilano, un isocianatosilano, un vinilsilano y un aminosilano. En una realización preferida, el compuesto organosilano es un epoxisilano. Como ejemplo de los epoxisilanos del estado de la técnica que pueden emplearse en el procedimiento de la invención pueden citarse los siguientes: (3- glicidiloxipropil)trimetoxisilano, glicidoxipropiltrietoxi-silano; glicidoxipropilmetildimetoxisilano; glicidoxipropil-metildietoxisilano y epoxiciclohexiletiltrimetoxisilano. En otra realización preferida, el compuesto organosilano es un metacrilatosilano. Como ejemplo de los metacrilatosilanos del estado de la técnica que pueden emplearse en el procedimiento de la invención pueden citarse los siguientes: 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano y 3- (trimetoxisilil)propil acrilato. Como ejemplo de los isocianatosilanos del estado de la técnica que pueden emplearse en el procedimiento de la invención pueden citarse el 3-(trietoxisilil)propil isocianato. Como ejemplo de los vinilsilanos del estado de la técnica pueden citarse el viniltrimetoxisilano. Como ejemplo de los aminosilanos del estado de la técnica que pueden emplearse en el procedimiento de la invención pueden citarse los siguientes: 3-aminopropiltrietoxisilano, 3-(2- aminoetilamino)propil-trimetoxisilano y bis[3-(trimetoxisilil)propil]amino.
En una realización particular del procedimiento de la invención, el porcentaje de nanopartículas de dióxido de titanio que se añaden a la disolución del compuesto organosilano es de un 0,5-8% en peso con respecto al peso total de disolución, es decir, de la disolución de compuesto organosilano y nanopartículas de dióxido de titanio.
En una realización particular, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) preparar la disolución de un compuesto organosilano hidrolizado;
(II) añadir a la disolución obtenida en (I) nanopartículas de dióxido de titanio; y
(III) añadir a la disolución obtenida en (III) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En una realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) preparar la disolución de un compuesto organosilano hidrolizado;
(II) añadir a la disolución obtenida en (I) nanopartículas de dióxido de titanio en forma de polvo; y
(III) añadir a la disolución obtenida en (III) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de polvo.
En otra realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) preparar una disolución de un compuesto organosilano hidrolizado; (II) añadir a la disolución obtenida en (I) nanopartículas de dióxido de titanio en forma de polvo; y
(III) añadir a la disolución obtenida en (III) una suspensión de nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En otra realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) preparar una disolución de un compuesto organosilano hidrolizado;
(II) añadir a la disolución obtenida en (I) una suspensión de nanopartículas de dióxido de titanio; y
(III) añadir a la disolución obtenida en (III) nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol en forma de polvo.
En otra realización preferida, la etapa (a) del procedimiento de la invención comprende las etapas de:
(I) preparar la disolución de un compuesto organosilano hidrolizado;
(II) añadir a la disolución obtenida en (I) una suspensión de nanopartículas de dióxido de titanio; y
(III) añadir a la disolución obtenida en (III) una suspensión de nanopartículas de un óxido inorgánico funcionalizadas con un grupo funcional seleccionado entre amina, metacrilato, ciano, ácido, isocianato y alcohol.
En la etapa (b) del procedimiento de la invención la composición fotocatalítica previamente descrita se aplica sobre el sustrato a recubrir. Así, para recubrir el sustrato con la composición fotocatalítica previamente descrita puede emplearse cualquier técnica de aplicación conocida del estado de la técnica tal como inmersión (dip-coating), recubrimiento de bobinas (coil-coating), recubrimiento con rodillo (roll- coating), recubrimiento con barra (bar-coating), recubrimiento por pulverizado (spray coating), etc.
Finalmente, en la etapa (c) del procedimiento de la invención, el sustrato recubierto se somete a un tratamiento de curado del recubrimiento sobre el mismo. Este tratamiento suele ser necesario para generar una película en un plazo de tiempo adecuado al de un proceso industrial. Dicho tratamiento de curado puede ser un tratamiento térmico o bien un tratamiento de irradiación de rayos ultravioleta.
En el caso del tratamiento térmico, la temperatura de curado es un factor importante a tener en cuenta ya que puede producir difusión de iones en el caso de un sustrato metálico, alterando las propiedades intrínsecas de este o incluso generando la oxidación del metal. En el procedimiento de la invención se ha solventado este factor ya que se emplean bajas temperaturas de curado obteniendo una buena adherencia y manteniendo de esta manera las propiedades intrínsecas del metal.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, en la etapa (c) el sustrato recubierto se somete a un tratamiento térmico a una temperatura de 90-210 5 C durante un tiempo de 0,5-70 minutos. En una realización preferida, en la etapa (c) el sustrato recubierto se somete a un tratamiento térmico a una temperatura de 105 5 C durante un tiempo de 60 minutos. En otra realización preferida, el sustrato recubierto se somete a un tratamiento térmico a una temperatura de 166 5 C durante un tiempo de 1 minuto. En otra realización preferida, el sustrato recubierto se somete a un tratamiento térmico a una temperatura de 170
5 C durante un tiempo de 30 minutos.
El tratamiento térmico puede efectuarse mediante cualquier técnica conocida del estado de la técnica tal como calentamiento en estufa en horno eléctrico, por ejemplo.
En otra realización particular del procedimiento de la invención, en la etapa (c) el sustrato recubierto se somete a un tratamiento de irradiación UV. Así, el sustrato recubierto se coloca bajo una lámpara de luz ultravioleta con una longitud de onda máxima de 365 nanómetros durante un tiempo de curado de hasta 24 horas.
De este modo se obtiene un recubrimiento fotocatalítico híbrido con nanopartículas de dióxido de titanio que presenta propiedades fotocatalíticas aceptables y que puede aplicarse en diversos sectores que incluyen, entre otros, la construcción (destrucción de contaminantes en fachadas, superficies, etc.) y el medio ambiente (purificación de aire, de aguas, etc.). Así, se puede emplear para destruir contaminantes orgánicos u otros contaminantes tal como los óxidos de nitrógeno, por ejemplo, al igual que para destruir microorganismos (bacterias, algas, etc.).
En otro aspecto de la invención, por tanto, se proporciona el uso de un sustrato recubierto con un recubrimiento fotocatalítico según se ha descrito previamente en la purificación de agua, la purificación del aire, la auto-limpieza o fácil limpieza de superficies tales como fachadas, placas solares, etc., y en la preparación u obtención de superficies biocidas (bactericidas, fungicidas, etc.).
Estos recubrimientos son particularmente interesantes cuando se emplean para recubrir sustratos metálicos, ya que presentan unas buenas propiedades de adherencia y flexibilidad, manteniendo las propiedades intrínsecas del metal al evitar la difusión de iones en el mismo y/o su oxidación.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, el sustrato es un sustrato metálico seleccionado entre un metal o una aleación metálica, tal como el acero inoxidable, el acero galvanizado, el acero pintado o el aluminio, por ejemplo. En una realización preferida del procedimiento de la invención, el sustrato es acero inoxidable.
Asimismo, se puede aplicar el recubrimiento de la invención sobre otros sustratos diferentes tales como plástico, vidrio, piedra y morteros, hormigones, y otros derivados del cemento. Así, en otra realización particular del procedimiento de la invención, el sustrato es vidrio.
Las condiciones de aplicabilidad que permiten pensar en su interés industrial y comercial en la industria de la construcción, en particular, son las siguientes:
• Uso de una combinación de polímeros, moléculas orgánicas y organosilanos que favorecen la adherencia al sustrato, particularmente a un sustrato metálico.
• Empleo de nanopartículas dióxido de titanio comerciales o sintéticas, dopadas o sin dopar, en este caso obtenidas mediante condiciones suaves de síntesis (temperatura ambiente, agua como disolvente, etc.) .
• Condiciones de trabajo de los recubrimientos a temperatura ambiente que evitan la posible oxidación del sustrato en caso de que este sea metálico.
• Empleo de un sistema de inmersión para llevar a cabo la aplicación de los recubrimientos evitando costes elevados de equipamientos tales como
CVD,PVD, spray pirólisis, etc.
• Posibilidad de recubrir superficies de gran tamaño a diferencia de equipos tales como CVD, PVD, spray pirólisis, etc. En todos los casos, el procedimiento de la invención permite ganar en productividad, abaratamiento de los costes de producción y mejora de la calidad del producto final.
En otro aspecto, la invención proporciona un sustrato recubierto con el recubrimiento obtenido mediante el procedimiento previamente descrito. En una realización particular, dicho sustrato es un sustrato metálico seleccionado entre un metal y una aleación metálica. En una realización preferida, el sustrato metálico es un sustrato de acero inoxidable. En otra realización particular, dicho sustrato es un sustrato de vidrio.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención y no deben ser considerados como limitativos del alcance de la misma.
EJEMPLO 1
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre acero inoxidable que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina
Descripción de los compuestos de partida
Los componentes químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico fueron :(3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano (GLYMO), isopropanol ('PrOH), agua destilada, ácido clorhídrico (HCI), hidróxido amónico (NH 4 OH), tetrakis (isopropóxido) titanio, tetraetoxisilano (TEOS) y aminopropiletoxisilano (APTES).
Se preparó una suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 sintéticas, para lo cual se preparó una disolución de HCI (0,5 mi, 15,6 mmol) en 50 mi de agua a una temperatura de 50 5 C. A continuación, se adicionó tetrakis (isopropóxido) titanio (7,7 mi, 26 mmol) a 50 5 C generándose un precipitado blanco, el cual fue gradualmente peptizando para dar lugar a una suspensión translúcida de nanopartículas de Ti0 2 al cabo de 48 h.
Por otro lado, se preparó una disolución de nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo (STOGA) mediante reacción del tetraetoxisilano (TEOS) y el aminopropil-etoxisilano (APTES) según el procedimiento descrito en WO 2010/076344.
Se disolvieron 10 mi de GLYMO en 180 mi de isopropanol y se adicionaron 2,5 mi de agua destilada a temperatura ambiente y bajo agitación. A continuación se añadió la suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 sintéticas previamente preparada. Posteriormente se adicionaron 4,3 mi de la disolución de nanopartículas de Si0 2 con grupos aminopropilo previamente preparada. La mezcla se basificó con NH 4 OH y se dejó reaccionando durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizó una aplicación por inmersión sobre una placa de acero inoxidable, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último, se dejó curar el conjunto [recubrimiento + sustrato] a 166 5 C durante 1 min.
Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma.
Homogeneidad v uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE- SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 1 se muestra la imagen FE-SEM obtenida a distintas resoluciones en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una buena homogeneidad, a pesar de presentar alguna grieta en su superficie.
En la Figura 2 se muestra la imagen EDAX obtenida en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta también una distribución uniforme del silicio y del titanio.
Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980). Para evaluar la fotoactividad del recubrimiento se realizaron medidas de absorción en un espectrofotómetro de UV/Vis, a tiempo cero (previa a la exposición de luz UV) y a distintos intervalos de tiempo (20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 y 200 min). A partir de los valores de absorción obtenidos, y teniendo en cuenta la concentración de partida de la disolución de azul de metileno, se calcularon las concentraciones del azul de metileno a los diferentes tiempos, con el fin de obtener la eficiencia de degradación del recubrimiento que fue del 8%, comparable a la del recubrimiento comercial sobre vidrio, Pilkington Activ™ que es del 13%.
Propiedades ópticas
Se realizaron medidas de transmitancia del recubrimiento obtenido para evaluar su transparencia. Para ello, se aplicó (bajo las mismas condiciones de síntesis) el recubrimiento anterior sobre una placa de vidrio.
Así, se determinó que la transmitancia del recubrimiento era prácticamente la misma que la del vidrio. Así que se puede concluir que el recubrimiento obtenido es transparente.
EJEMPLO 2
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre acero inoxidable que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina
Descripción de los compuestos de partida
Los componentes químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico fueron :(3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano (GLYMO), isopropanol ('PrOH), agua destilada, ácido clorhídrico (HCI), hidróxido amónico (NH 4 OH), nanopartículas de Ti0 2 comerciales (Ti0 2 P25, Degussa), tetraetoxisilano (TEOS) y aminopropiletoxisilano (APTES).
Se preparó una suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 comerciales, para lo cual se preparó una disolución de 15,7 g de nanopartículas de Ti0 2 P25 en agua destilada (50 mi) acidificada con HCI hasta pH ~ 2, seguido de un tratamiento con una sonda de ultrasonidos durante 30 min.
Por otro lado, se preparó una disolución de nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo (STOGA) tal y como se describe en el Ejemplo 1 , de la que se eliminó el disolvente mediante centrifugación para obtener nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo en forma de polvo.
Se disolvieron 10 mi de GLYMO en 180 mi de isopropanol y se adicionaron 2,5 mi de agua destilada a temperatura ambiente y bajo agitación. A continuación se añadió la suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 comerciales previamente preparada. Posteriormente se adicionaron 27 mg de nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo en polvo y se dejó reaccionando la mezcla durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizó una aplicación por inmersión sobre una placa de acero inoxidable, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último, se dejó curar el conjunto
[recubrimiento + sustrato] a 166 5 C durante 1 min.
Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue excelente, 5B, según la clasificación de la norma.
Homogeneidad y uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-
SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 3 se muestra la imagen FE-SEM obtenida a una resolución de 500 y 20 μηι, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una buena homogeneidad.
En la Figura 4 se muestra la imagen EDAX obtenida en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una distribución uniforme del silicio y del titanio. Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980). Se obtuvo una muy buena eficiencia de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento, del orden del 47%.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es translúcido.
EJEMPLO 3
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre acero inoxidable que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales y nanopartículas de dióxido de silicio funcionalizadas con un grupo amina
Descripción de los compuestos de partida
Los componentes químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico mediante el procedimiento de la invención fueron:(3-trimetoxisilil)propil metacrilato (MSMA), isopropanol ('PrOH), agua destilada, ácido clorhídrico (HCI), hidróxido amónico (NH 4 OH), nanopartículas de Ti0 2 comerciales (Ti0 2 P90,
Degussa), tetraetoxisilano (TEOS) y aminopropil-etoxisilano (APTES).
Se preparó una suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 comerciales, para lo cual se preparó una disolución de nanopartículas de P90 Ti0 2 en agua destilada (50 mi) acidificada con HCI hasta pH ~ 2, seguido de un tratamiento con una sonda de ultrasonidos durante 30 min.
Por otro lado, se prepararon nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo en polvo tal y como se describe en el Ejemplo 2.
Se disolvieron 10,75 mi de MSMA en 180 mi de isopropanol y se adicionaron 2,4 mi de agua destilada a temperatura ambiente y bajo agitación. A continuación se añadió la suspensión acuosa de nanopartículas de Ti0 2 comerciales previamente preparada para obtener un 7% en peso respecto al peso total. Posteriormente se adicionaron 27 mg de nanopartículas de Si0 2 funcionalizadas con grupos aminopropilo en polvo y se dejó reaccionando la mezcla durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizó una aplicación por inmersión sobre una placa de acero inoxidable, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último, se dejó curar el conjunto [recubrimiento + sustrato] bajo una lámpara de luz ultravioleta (20 W, longitud de onda máxima 365 nm) durante 24 h.
Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma.
Homogeneidad y uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 5 se muestran las imágenes E-SEM obtenidas a una resolución de 500 y 20 μηι, respectivamente, en las que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una homogeneidad aceptable a pesar de la presencia de algunas calvas en el mismo.
En la Figura 6 se muestra la imagen EDAX obtenida, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una distribución uniforme del silicio y del titanio.
Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980).
Se obtuvo una buena eficiencia de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento que fue del orden del 31 %.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es translúcido. EJEMPLO 4
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre vidrio que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina
Descripción de los compuestos de partida
Los compuestos químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico son: (3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano (GLYMO), 3- aminopropiltrietoxisilano (APTES), isopropanol ('PrOH), agua destilada, hidróxido de amonio (NH 4 OH), tetrakis (isopropóxido) titanio y ácido clorhídrico (HCI).
Se prepararon nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos aminopropilo (TIGANDI) partiendo de 38 mi de una suspensión de nanopartículas de Ti0 2 sintéticas, obtenida mediante el procedimiento descrito en el Ejemplo 1 , a la que se añadieron 0,3 mi de 3-aminopropiltrietoxisilano. La reacción se llevó a cabo a 100 5 C durante 12 horas. A continuación, se dejo agitando a temperatura ambiente durante 3 días.
Se disolvió 1 mi de GLYMO en 18 mi de isopropanol y se adicionaron 0,25 mi de agua destilada a temperatura ambiente y bajo agitación. A continuación se adicionaron 5 mi de la suspensión de nanopartículas sintéticas de Ti0 2 obtenida según el Ejemplo 1 , y 2,7 mg de las nanopartículas de Ti0 2 funcionalizadas con aminopropilo (TIGANDI), preparadas tal y como se ha descrito previamente, obteniendo un 1 ,3% en peso respecto al peso total. La mezcla fue basificada con hidróxido de amonio hasta alcanzar un pH 10 y se dejó reaccionando durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizo una aplicación por inmersión sobre una placa de vidrio, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último se dejó curar el conjunto [revestimiento + sustrato] a 170 5 C durante 30 minutos.
Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma. Homogeneidad v uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 7 se muestra la imagen E-SEM obtenida a una resolución de 500 μηι, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una alta homogeneidad exceptuando algún aglomerado puntual.
En la Figura 8 se muestra la imagen EDAX obtenida, en la que se observa que la distribución de silicio es homogénea al igual que la del titanio y donde no se aprecian casi aglomerados.
Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980).
Se obtuvo una eficiencia aceptable de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento, del orden del 1 1 %.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es transparente. EJEMPLO 5
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre vidrio que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido
Descripción de los compuestos de partida
Los compuestos químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico son: (3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano (GLYMO), 3- aminopropiltrietoxisilano (APTES), 3-cianopropiltrietoxisilano (CPTES), isopropanol ('PrOH), agua destilada, hidróxido de amonio (NH 4 OH), tetrakis (isopropóxido) titanio y ácido clorhídrico (HCI).
Se prepararon nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos aminopropilo (TIGANDI) según lo descrito en el Ejemplo 4. Asimismo, se prepararon nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos carboxipropilo (TIACID) de un modo análogo, si bien empleando 3- cianopropiltrietoxisilano (CPTES) en lugar de 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES), a fin de obtener nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos cianopropilo que, a continuación, se dispersaron en una disolución de H 2 S0 4 (50% en agua destilada). Dicha dispersión se dejó durante 12 horas a 145 5 C. La mezcla resultante fue centrifugada y lavada con H 2 0 dos veces obteniendo así un polvo blanco.
Se dispersaron 250 mg de nanopartículas de Ti0 2 TIACID en 18 mi de isopropanol. Seguidamente se añadieron 0,5 mi de GLYMO y 0,25 mi de agua destilada a temperatura ambiente, bajo agitación. A continuación se adicionaron 5 mi de las nanopartículas sintéticas de Ti0 2 y 2,7 mg de las nanopartículas de Ti0 2 TIGANDI, obteniendo un 3,4% en peso respecto al peso total. La mezcla fue basificada con hidróxido de amonio hasta alcanzar un pH 10 y se dejó reaccionando durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizó una aplicación por inmersión sobre una placa de vidrio, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último se dejó curar el conjunto [revestimiento + sustrato] a 170 5 C durante 30 minutos. Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma. Homogeneidad y uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX). En la Figura 9 se muestra la imagen E-SEM obtenida a una resolución de 500 μηι, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una alta homogeneidad aunque puede apreciarse algún aglomerado seguramente correspondiente al Ti0 2 .
En la Figura 10 se muestra la imagen EDAX obtenida, en la que se observa que la distribución de silicio es bastante uniforme y tan solo se observa alguna calva que se complementa con la figura del titanio que muestra pequeños aglomerados correspondientes a las partículas de Ti0 2.
Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980). Se obtuvo una eficiencia aceptable de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento, del orden del 14%.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es translúcido.
EJEMPLO 6
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre vidrio que comprende nanopartículas de dióxido de titanio comerciales, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo amina y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo ácido
Descripción de los compuestos de partida
Los compuestos químicos empleados para preparar este recubrimiento fotocatalítico son: (3-glicidiloxipropil)-trimetoxisilano (GLYMO), 3- aminopropiltrietoxisilano (APTES), 3-cianopropiltrietoxisilano (CPTES), isopropanol
('PrOH), agua destilada, hidróxido de amonio (NH 4 OH), tetrakis (isopropóxido) titanio, ácido clorhídrico (HCI) y nanopartículas de Ti0 2 comerciales P25 (Degussa). Se prepararon nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos aminopropilo (TIGANDI) y nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos carboxipropilo (TIACID) según lo descrito en el Ejemplo 5.
Se dispersaron 100 mg de nanopartículas de Ti0 2 TIACID en 18 mi de isopropanol y se añadieron después 0,25 mi de GLYMO y 0,25 mi de agua destilada a temperatura ambiente, bajo agitación. A continuación se adicionaron las nanopartículas de Ti0 2 en polvo comerciales (Ti0 2 P25, Degussa) y 2,7 mg de las nanopartículas de Ti0 2 TIGANDI, obteniendo un 2,1 % en peso respecto al peso total. La mezcla fue basificada con hidróxido de amonio hasta alcanzar un pH 10 y se dejó reaccionando durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizo una aplicación por inmersión sobre una placa de vidrio, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último se dejó curar el conjunto [revestimiento + sustrato] a 170 5 C durante 30 minutos.
Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma.
Homogeneidad v uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 11 se muestra la imagen E-SEM obtenida a una resolución de 500 μηι, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una homogeneidad aceptable, si bien con algún aglomerado .
En la Figura 12 se muestra la imagen EDAX obtenida, en la que se observa que la distribución de silicio es bastante uniforme y tan solo se observa alguna calva debida a los pequeños aglomerados de titanio .
Actividad fotocatalítica La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980).
Se obtuvo una eficiencia excelente de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento, del orden del 43%.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es translúcido. EJEMPLO 7
Preparación de un recubrimiento fotocatalítico sobre vidrio que comprende nanopartículas de dióxido de titanio sintéticas, nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacrilato
Descripción de los compuestos de partida
Los compuestos químicos empleados para preparar este revestimiento fotocatalítico son: isopropanol ('PrOH), agua destilada, tetrakis (isopropóxido) titanio, ácido clorhídrico (HCI), 3-(trimetoxisililpropil)metacrilato (MSMA) y nanopartículas de Ti0 2 sintéticas P25 Degussa Se prepararon nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con un grupo metacriloxipropilo (TIMETA) siguiendo el método de preparación de las nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas con grupos aminopropilo (TIGANDI) descrito en el Ejemplo 4, empleando 3-(trimetoxisililpropil)metacrilato (MSMA) en lugar de 3-aminopropilsilano (APTES).
Se dispersó 1 mi de nanopartículas de Ti0 2 TIMETA en 18 mi de isopropanol. A continuación se añadieron 0,25 mi de agua destilada a temperatura ambiente, bajo agitación y 5 mi de la suspensión de nanopartículas sintéticas de Ti0 2 obtenida según el Ejemplo 1 , obteniendo un 1 ,7% en peso respecto al peso total. La mezcla se dejó reaccionando durante 30 min. Al cabo de ese tiempo, se realizo una aplicación por inmersión sobre una placa de vidrio, a una velocidad de inmersión/emersión de 20 cm/min. Por último se dejó curar el conjunto [revestimiento + sustrato] a 105 5 C durante 1 hora. Caracterización del recubrimiento
Adhesión
Se realizó un ensayo de adhesión mediante la norma ASTM D3359. La adhesión del recubrimiento obtenido fue muy buena, 5B, según la clasificación de la norma.
Homogeneidad y uniformidad
La homogeneidad y uniformidad del recubrimiento de la invención fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido ambiental (E-SEM) y por microanálisis de dispersión de energía de rayos X (EDAX).
En la Figura 13 se muestra la imagen E-SEM obtenida a una resolución de 500 μηι, en la que se observa que el recubrimiento obtenido presenta una alta homogeneidad y solo algún aglomerado de pequeño tamaño .
En la Figura 14 se muestra la imagen EDAX obtenida, en la que se observa que las distribuciones de titanio y silicio presentan una buena homogeneidad para toda la superficie. Solo en la imagen correspondiente al titanio puede apreciarse alguna zona donde la concentración de Ti0 2 es algo mayor, pero conservando la uniformidad .
Actividad fotocatalítica
La actividad fotocatalítica se determinó mediante el ensayo del Azul de Metileno según la norma JIS 1703-2:2007 (o DIN52980).
Se obtuvo una eficiencia aceptable de degradación del azul de metileno por parte del recubrimiento, del orden del 8,4%.
Propiedades ópticas
El recubrimiento obtenido es transparente.