Campo técnico de la invención:

La presente invención se refiere una pintura con capacidad de absorber rayos infrarrojos a mediante una película de nano moléculas que absorben la radiación, reduciendo la temperatura al interior de los inmuebles protegidos con este recubrimiento. Antecedentes de la invención:

Después de haber realizado una revisión del estado del arte, no se encontraron productos iguales o semejantes que absorban los rayos infrarrojos, sin embargo, existen en el mercado productos que tienen la función de reflejar dichos rayos, pero no con la capacidad de absorberlos.

La empresa "Protección Térmica Arizpe S.A. de C.V." ofrece un producto aplicable a interiores y exteriores como acabado final en tuberías y placas elastoméricas o de poliolefina, como protección contra la luz solar, para evitar que los materiales sufran degradación por el ozono y la luz ultravioleta.

La empresa "Micro teja S.A.de C.V." ofrece bajo el concepto de "aislante líquido flexible" pinturas acrílicas con una carga de micro esferas cerámicas para aplicación a muros interiores y exteriores. Su principal cualidad es enfriar la superficie exterior y conservar la temperatura al interior del inmueble.

La empresa JAXA (Desarrollo aeroespacial Japonés) ofrece el producto denominado GAINA que es un recubrimiento cerámico utilizado en las cabezas de cohetes espaciales y que actualmente se utiliza como elemento aislante en la construcción, con una infinidad de aplicaciones. Ninguno de los productos que se han encontrado en el mercado utiliza una dispersión o una suspensión de nano partículas como un material coadyuvante en la absorción de la radiación infrarroja.

La solicitud de patente de los Estados Unidos US201 297899 provee un recubrimiento de nano partículas contra rayos infrarrojos, que tiene excelente resistencia al agua y excelente protección contra rayos infrarrojos utilizando un composite de óxido de tungsteno expresado por la fórmula general WyOz y/o una fórmula general MxWyOz, con un promedio primario de tamaño de nano partícula siendo desde 1nm o más, hasta 800 nm o menos, y una superficie de las nano partículas siendo recubiertas con un compuesto de silano tetrafuncional, sus productos de hidrólisis y/o un compuesto organometálico.

La solicitud no refiere el uso de una dispersión coloidal de Sn, tampoco sugiere el uso del Teflon como coadyuvante.

La solicitud de patente de Taiwán TW200906996 se refiere a una invención en donde mediante el uso de métodos de mezclado tradicionales, un polvo nanométrico sólido que tiene un diámetro de 1-300nm o un polvo poroso con un diámetro de polvo de 100-1000nm y un diámetro de poro de 1-100 nm se mezclan en una proporción de 10-50% del peso con una resina líquida para formar una pintura que contribuye al cuidado de la salud. La pintura obtenida puede ser aplicada con rodillo, brocha, por pulverización o cepillado de la pintura en la superficie de la pared interior, el techo; el calor metálico dispersión placa del calentador y otros materiales de cuidado de la salud, la pintura puede mejorar la salud del cuerpo humano. La característica es efectiva y continua conversión de la radiación electromagnética con una longitud de onda diferente de universo en el infrarrojo lejano y de electrones negativos útil para la salud a través de absorción de los electrones con la superficie de la nano partícula y nano poro. Si bien esta tecnología utiliza un polvo nanométrico sólido que se mezcla con una resina, no logra obtener una pintura con las cualidades de absorción logradas en nuestro producto, además de estar orientada más hacia la absorción del espectro electromagnético que a la absorción de radiación infrarroja.

La solicitud de patente Japonesa JP2005038625 Tiene como objetivo proporcionar una composición con capacidad superior para absorber longitudes de onda específicas en la región de la luz visible o cercanas a la región de la radiación infrarroja. La invención para formar una composición absorbente de la luz está caracterizada por que comprende un material formado por partículas finas metálicas en forma de nano cilindro o nano barras, en donde el eje longitudinal es menor a 400 nanómetros y la relación al radio es mayor a 1 , el pigmento que tiene una función de absorción selectiva en una zona de longitud de onda de 780 nm o menos, y preferiblemente una resina de aglutinante, y puede ser utilizado en diversas formas, tales como una composición de recubrimiento, una película de revestimiento, una película o un material de la placa.

En esta invención la geometría de las nano partículas desempeña un papel importante y es el efecto de la superficie lo que conlleva a una absorción selectiva. La solicitud internacional publicada como WO03087432 se refiere a una cubierta para un artículo exotérmico con excelentes propiedades de absorción de calor hecho de un metal/un no metal, el cual comprende una material de cubierta base y formado en al menos en la superficie más interna del mismo, una capa absorbente de calor que exhibe una emisividad térmica total en la región de longitud de onda de 6000 a 3000 cm-1 de 0.7 o más medida a temperatura de 80 a 200 oC. en esta invención, se trata de un producto final que consta de varias capas, por lo tanto, no afecta a nuestra invención. Descripción de las figuras:

La figura 1 , es una representación de un muro en donde se aplicó la pintura

La figura 2, es una representación de la estructura química de poli tetrafluoroetileno

(PTFE)

La figura 3, es una reacción de síntesis del politetrafluoroetileno a partir del tetrafluoroetileno

La figura 4 es una gráfica de absorbancia en donde se muestra el espectro UV-vis del Sn monometálico

La figura 5, es un espectro de la transmitancia del Sn monometálico

La figura 6, es un espectro de reflectncia del Sn monometálico.

La figura 7 es un cronograma de las etapas de agregación en el proceso de mezclado de la pintura.

Descripción detallada de la invención:

La pintura objeto de la presente invención consiste en un recubrimiento o pintura amigable con el medio ambiente que contiene aditamentos nanotecnológicos con capacidad de absorber fonónicamente a los rayos infrarrojos del sol, permitiendo un aislamiento térmico con baja contribución de carga térmica; logrando evitar el calentamiento de la superficie fría de las estructuras pintadas y minimizando la cantidad de carga térmica, la cual favorece el calentamiento nocturno de la parte fría de las estructuras.

La pintura ha sido diseñada para aplicación en exteriores, siendo en esencia una pintura convencional no tóxica y sin plomo o metales pesados, dando como producto final un recubrimiento amigable con el medio ambiente y con posibilidad de estar en contacto con los seres humanos. El producto ha sido diseñado para aplicarse especialmente en muros o paredes de casa habitación, hospitales, oficinas, hoteles, restaurantes, edificios públicos, etc. La pintura se elabora básicamente a partir de una pintura látex (pintura base vinílica) sin aditamentos nanotecnologicos, en donde la pintura látex es una pintura con acabado satinado, cuya formulación reduce los daños al medio ambiente, está libre de sustancia tóxicas o metales pesados. La fabricada a base de resinas acrílicas y pigmentos inorgánicos.; posee excelente molienda y uniformidad, lo que proporciona un acabado perfecto, excelente dureza, adherencia y durabilidad en color. La ventaja de utilizar una pintura látex como base es la gran cantidad de pigmentos que pueden utilizarse, el rendimiento, adherencia y poder cubriente. Es una pintura que ofrece alto grado de lavabilidad, ya que permite lavar periódicamente las superficies sin que se pierdan las características de calidad y pigmentación.

Problema:

La pintura base no cuenta con propiedades de aislamiento térmico y no es capaz de absorber la radiación infrarroja.

Solución: Una nueva formulación de pintura, en donde la nueva formulación incorpora elementos nanotecnologicos que le proporcionan la cualidad de permitir que el calor del sol no pase a la pared por su capacidad de absorber los rayos infrarrojos y disipar la radiación durante el transcurso del día (el lado de la pared pintada y expuesta al sol), en donde sorprendentemente, la contribución a la carga térmica de la pared es mínima debido a la acción de los aditamentos nanotecnologicos formados por nanopartículas coloides de estaño (Sn9 inmersas en una suspensión de politetrafluoroetileno (teflón por su nombre comercial o PTFE por sus siglas en inglés). La adición del componente nano tecnológico se logra al realizar una mezcla con la pintura base, en una proporción en volumen de 1 :25 8v/v), lo que permite que la pintura base no sufra alteración en sus propiedades intrínsecas anteriormente descritas, pero si permite que se adicione una nueva propiedad a la pintura: el aislamiento térmico con baja contribución de carga térmica. La figura 1 es un esquema que muestra una pared (1) en donde se resalta la superficie pintada con el recubrimiento de la presente invención (2) del lado de la energía solar incidente y del otro lado superficie fría de la pared (3)

El producto de la presente invención se elabora de la siguiente forma:

PTFE:

Se utiliza una suspensión comercial de PTFE líquido, en una proporción de 30% en peso. Las características del PTFE es un polímero compuesto por una cadena carbonada, donde cada carbono está unido a dos átomos de flúor (Figura 2). es un polímero vinílico con estructura y comportamiento similar a polietileno. Se forma a partir de un monómero de tetrafluoroetileno por polimerización vinílica de radicales libres, el teflón de la presente invención se emplea en estado líquido de acuerdo a las características descritas por DUPONT. Cabe señalar que el PTFE que se utiliza en la presente invención tiene como finalidad servir de catalizador para manipular el polímero que en conjunto con el cloruro de estaño dihidratado servirán para obtener el compuesto que absorbe los rayos infrarrojos.

Obtención de nanopartículas coloidales de estaño (Sn)

La innovación tecnológica de la presente invención radica en la aplicación de partículas coloides de estaño con diámetro promedio de 3 nm.

Se emplearon como reactivos para la preparación de la pintura cloruro de estaño dihidratado (SnCI ₂ 2H ₂ 0), polivinil pirrolidona (PVP) como agente estabilizador, alcohol etílico (CH ₃ CH ₂ OH) todos grado reactivo y agua desionizada. La dispersión coloidal de las partículas de estaño estabilizadas con PVP fueron preparadas por reflujo de la solución etanol/agua (2:1 , V:V) con SnCI2-2H20 a una concentración 1.0 mM (milimolar) en presencia del PVP, la reacción molar entre el estaño y la unidad monomérica del PVP fue 1 :40. Se obtuvieron 2 dispersiones coloidales de Sn, variando el tiempo que se mantuvo a reflujo el sistema de reacción, una muestra a un tiempo de una hora y la segunda muestra a tiempo de dos horas, notando que en la segunda muestra se forma un precipitado, mientras que la muestra a una hora no se observó el mismo fenómeno. A las dispersiones coloidales se les realizó una caracterización mediante el espectro de absorbancia en la región del UV-vis (200 nm a 800 nm) Figura 4, en donde se observaron el espectro para la sal disuelta en cloruro de estaño (sin reflujo s/r), sometido a reflujo durante una hora (Sn a reflujo 1 hr) y sometida a reflujo dos horas (Sn a reflujo 2 hr) respectivamente, de la gráfica se puede observar un desplazamiento notable entre el estaño sin reflujo, y el estaño después de una hora de reflujo.

Las partículas coloidales de estaño se mezclaron con una emulsión de Teflón en una relación de 2 mi del coloide por un mi de teflón. La mezcla resultante se empleó como un recubrimiento en forma de película sobre un vidrio (portaobjetos) y se caracterizó mediante Transmitancia y reflectancia (figuras 5 y 6 respectivamente), en la figura 5, se observan las curvas de transmitancia del teflón solo (blanco), el estaño sin reaccionar/teflón (Sn s/r), el estaño (tratado a una hora de reflujo)/teflón (Sn 1hr) y el estaño( tratado a dos horas de reflujo) / (teflón (Sn 2 hr). El resultado de las pruebas arrojó que la muestra de estaño tratado sin reflujo presenta una menor transmitancia a diferencia de las dos muestras tratadas con reflujo en un intervalo de espectro de 500 a 2100 nm. En la figura 6 se muestra el espectro de reflectancia de las películas de Sn/teflón en el intervalo de 300 a 2500 nm, se puede observar que todas las muestras tienen un índice de reflectancia muy bajo, siendo la película de teflón el que mayor reflectancia muestra y el de menor reflectancia es la muestra de estaño tratado a una hora con reflujo, mientras que las muestras de estaño sin reflujo y a dos horas a reflujo muestran una reflectancia similar. Las muestras utilizadas fueron preparadas de la siguiente forma:

Muestra MI- Teflon/Sn s/r [(sin reflujo, solo se disolvió cloruro de estaño +

PVP/agua (2:1 , v/v)]

Muestra M2.- Teflon/Sn 1 hr [la sal disuelta + PVP en etanol/agua sometida a reflujo durante una hora]

Muestra M3.- Teflon/Sn 2 hr [la sal disuelta + PVP en etanol/agua sometida a reflujo durante dos horas]

La figura 7, muestra un cronograma del proceso en donde están marcados las diferentes etapas de agregación de cada uno de los componentes que integran la pintura.

Proceso de elaboración:

Se suministran los materiales según su requerimiento de acuerdo al esquema de la figura 8, en donde las cantidades están expresadas en términos de porcentaje en volumen.

1. Se ingresa 14.4% del agua necesaria para la integración primaria de los productos

2. Se adiciona CaC0 ₂ evitando que partículas del carbonato se dispersen en el ambiente, evitando la formación de grumos o asentamiento en el fondo de la olla de molienda

3. A los seis minutos de iniciado el proceso se agrega el óxido de titanio (Τί0 ₂ ), con la misma precaución de evitar que partículas de óxido de titanio se dispersen en el medio ambiente.

4. A los doce minutos de iniciado el proceso se agrega el CH ₂ CHOOCH ₃

5. A los 17 minutos se agrega el CH ₂ CH ₂ OH 6. A los veintitrés minutos se agrega el resto del agua para completar el 100% del volumen de agua requerido, así mismo, se agrega el 100% de C ₆ H ₁₄ para su integración

7. A los veintinueve minutos de iniciado el proceso se agrega C ₂ H ₆ 0

8. A los treinta y cinco minutos se agrega el 100% del volumen requerido de C ₄ H ₉ NO

9. Al minuto cuarenta y uno se integra el C3H4O2

10. Al minuto cuarenta y siete se integra a la mezcla el 100% requerido de C ₅ HnON junto con el polímero preparado que incorpora el polímero preparado que integra la tecnología IR a (el Sn (tratado a 1 hr a reflujo) / teflón (Sn 1 hr))

1 . La mezcla se mantiene en molienda hasta completar un periodo de e tiempo de sesenta y siete minuto sin adición de mas componentes, logrando al final la obtención de una pintura que absorbe los rayos infrarrojos.

La composición de la pintura se presenta en la siguiente tabla:

Datos de Formulación: % Peso

Bióxido de Titanio Ti0 ₂ 13.95 - 16.044

Carbonato de Calcio Precipitado CaC0 ₃ 2.79 - 4.54

Espesante Cellulozico CH ₂ =CHCOOH (Etil Hidroxietil) 0.299 - 0.534

Eter-glicol C ₆ Hi ₄ (Dispersante) .039 - .093

Ester-Alcohol C ₂ H ₆ 0 coalescente 0.19 - 0.32

Alquifenoles C ₆ H ₅ CH=CH ₂ (Humectante) .598- 802

Ácido Acrflico 0 Ácido propénico C ₃ H ₄ 0 ₂ (Espesante Acrílico) .299-.Θ68

Ácido Carboxílico CH ₂ CHCOOCH ₃ (Resina Vinil-Acrílica) 35.88-32.09

Polímero que absorbe IR (compuesto descrito anteriormente) 15.94-16.045

Agua H ₂ 0 29.90-28.74

CsH^O Metiloxazolidina (Bactericida) 0.079 - 0.106 El proceso de integración de la pintura se realizó en una maquina mezcladora, la cual consiste en una olla cilindrica fabricada en lámina galvanizada, con un dispositivo de salida en la parte del fondo para envasar usando la gravedad, en donde la molienda es realizada por una flecha que en su extremo inferior consta de 4 aleros con una inclinación de 60° con relación a la horizontal y cada uno de ellos cuenta con dos diente superiores de 4 cm de alto, y una rotación a su eje horizontal de de 45°.

Con la pintura obtenida se realizaron pruebas de absorción en donde la pintura se aplicó en materiales similares a los utilizados en construcción, en donde se compararon los resultados de la variación de temperatura en superficies tratadas con y sin la pintura que absorbe rayos infrarrojos. Los resultados se exponen a continuación:

Se localizaron materiales comunes en obras de casa habitación y edificios (públicos o privados), para poder determinar si las condiciones de materiales en donde se aplicaría la pintura que absorbe los rayos infrarrojos, fuera la óptima, se encontraron materiales como:

• Concreto (muros de block, ladrillo y repello cem:cal:arena)

• Madera

• Yeso (muros de tablaroca)

• Lamina (galvanizada y asbesto)

· Vidrio

La prueba consistió en pintar cada superficie hasta obtener una apariencia uniforme en cada superficie por la parte exterior el cual tuviera el contacto directo con un emisor de calor, colocar termómetros digitales en el interior y exterior para poder tener varias medidas y sacar un promedio de ellas para minimizar los errores de lecturas. Teniendo un comportamiento de la pintura que absorbe los rayos infrarrojos igual en todas las condiciones (materiales antes descritos), ya que la pintura no importa o influye en que superficie esta aplicada, mientras tenga la adherencia adecuada. Se tuvieron varios muéstreos hasta llegar al óptimo y se determino que la disminución del calor al interior de cada material fue un éxito al encontrar que no importaba cuanta temperatura haya en el exterior en algunas pruebas se disminuyo hasta 7°c a comparación de la temperatura del exterior (ejemplo: exterior 35°c, interior 28°c).