esmaltes cerámicos avanzados.pdf
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Los esmaltes cerámicos se utilizan en gran variedad de
aplicaciones. El mayor es la industria de revestimientos
cerámicos. Los principales productos que usan lo son:
» La cerámica doméstica y Arquitectura.
» Cerámica química.
» Cerámica electrotécnica. Esmalte seco/
Grabilla Esmalte Serigrafía
Vía Húmeda
Esmalte Base
Vía Húmeda
Engobe
Vía Húmeda
Soporte/
Bizcocho
El desarrollo de Esmaltes Avanzados tiene por meta la
creación de valor adicional de los productos
tradicionales, de acuerdo a las nuevas tendencias
ambientales y de mercado.
Disminución de consumo energético
Facilidad de limpieza e higiene
Decoración adaptada a las nueva arquitectura
Considera no solo la producción de energía sino
también el retorno energético, satisfaciendo la
condición:
Ep ≥ Eg + En
Ep: energía producida en su vida útil media,
Eg: sumatoria de la energía gastada en la fabricación,
En: energía necesaria para satisfacer el concepto de «0E»
La investigación se orienta hacia el acondicionamiento
de los nuevos desarrollos a la industria tradicional,
aportando un valor agregado apreciable.
Se busca la aplicación de las nuevas tecnologías en la
producción de productos competitivos, tales como:
• Aplicaciones fotovoltaicas
• Bactericidas
• Autolimpiantes
• Termoeléctricas
• Decoración vanguardista
• Durabilidad
Nanotecnología
Nuevos
Materiales
Nanotecnología.
El desarrollo se basa en la dispersión de nanopartículas
en una matriz de fibras de sepiolita ( <50 nm).
La investigación se orientan hacia el
acondicionamiento de las partículas de la matriz para
soportar y proteger diferentes tipos de nanopartículas
dispersas de naturaleza metálica u oxídica. Para ello
se utiliza la Sepiolita, arcilla fibrosa.
La sepiolita es una arcilla fibrilar de composición
compatible con el esmalte.
Formula: Mg4Si6O15(OH)2·6H2O
Familia: Filosilicato
Estructura: Ortorrómbica
Dureza: Mohs: 2
Estructura: láminas de tetraedros de SiO2
invertidos de cada seis unidades
Macroscópicamente, la sepiolita se presenta en agregados fibrosos,
flexibles, de color blanco, es muy liviana, relativamente suave al
tacto y de baja dureza (2-2,5). Las fibras se presentan en paquetes,
desarrollados paralelos a fracturas dentro de rocas dolomíticas,
comúnmente asociadas a calcita y otros minerales
La sepiolita es una arcilla fibrilar:
Curva TGA y DTG de la sepiolita:
Imágenes SEM de fibras expuestas
al ultrasonido a diferentes escalas:
Tomado de: Castillo L. et al. «Separación y purificación de fibras de sepiolita: Contribución al
procesamiento de arcillas especiales para uso industrial». GEOACTA 36, 113-127, 2011
La sepiolita es una arcilla fibrilar de composición
compatible con el esmalte.
Difractometría de rayos X de Sepiolita Natural
(S: sepiolita, D: dolomita, C: calcita).
Tomado de: Castillo L. et al. «Separación y purificación de fibras de sepiolita: Contribución al
procesamiento de arcillas especiales para uso industrial». GEOACTA 36, 113-127, 2011
Discontinuidades en la capa
octaédrica de MgO y canales
paralelos. Canales de 0.36 x 1.6 nm.
Impedimento de ubicar los
cationes
Lixiviar mediante ataque
químico Mg2+
Tratamiento térmico para
obtener nanopartículas + M+
Precipitación de los cationes
metálicos
Sitios octaédricos substituyendo
a los cationes Metálicos
Partículas de Sepiolita fibrosa
= 20-40 nm L= 2 µm
Las nanopartículas son metálicas si el tratamiento
térmico se produce en atmósfera reductora.
La consecuencia del tratamiento térmico la estructura
de la arcilla se transforma en una sepiolita anhidra.
Tomado de: Castillo L. et al. «Separación y purificación de fibras de sepiolita: Contribución al procesamiento de arcillas especiales para uso industrial». GEOACTA 36, 113-127, 2011
Selección
dependiendo
de las
características
funcionales a
desarrollar.
Estudio de los
mecanismos de
compatibilidad
con las fases
presentes en
esmaltes
Adecuación de
la reología del
esmalte,
determinar la
concentración
óptimas de M+
Esmaltado de
baldosas.
Aerografía,
Pistola o
Campana.
Ajustes.
Estudio de las
muestras para
funcionalizarlos
y otorgarles
mejoras en
sus propiedades
Desarrollo del
proceso de
producción
de sepiolita con
partículas MO u
OX
Viabilidad industrial del proceso
Para la implantación industrial
MTE de fibras
de sepiolita
soportando
nanopartículas
de diferentes
metales
ORO PLATA
COBRE Fe-Co
Proceso para el desarrollo de los esmaltes:
Varios iones metálicos tienen la propiedad biosida y
fungicida, incluida la Ag, Ti, Cu, Hg, Cd, Cr, Ni, Pb, Co, Zn, Fe,
Mg, Bi, Ba, Ce y Oxidos de Tierras Raras.
Entre los métodos utilizados para la obtención de superficies
cerámicas antimicrobianas se encuentran la aplicación de
nanopartículas de TiO2 cuyo efecto se basa en sus
propiedades fotocatalíticas que requiere la incidencia de
radiación UV para mostrar propiedades bactericidas, por lo
que sólo es útil en exteriores.
Proceso para el desarrollo de los esmaltes:
1. Diseño y producción por fusión (a gas) de vidrios en sistemas de silicato, borosilicato o borofosfosilicato, compatibles con la composición de las baldosas, dopados con cationes metálicos.
2. Preparación por fusión en horno de gas en condiciones oxidantes y se han dopado con cantidades variables de cationes.
3. Caracterización térmica: fluidez, compatibilidad térmica y química con el proceso de sinterización y matriz vítrea.
Proceso para el desarrollo de los esmaltes:
MEB Superficie del mosaico vítreo.
ZrO
Fase Vítrea
Superficie de la Muestra.
Tomado de: M.A.B. Revestimientos vítreos con propiedades bactericidas y fungicidas». Bol. Soc.
Española de Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
Proceso para el desarrollo de los esmaltes:
Resultados de Pruebas
Microbicidas
(Norma ISO 22196:2011):
Disminución del 99% en el
crecimiento de bacterias
Tomado de: M.A.B. Revestimientos vítreos con propiedades bactericidas y fungicidas». Bol. Soc.
Española de Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
Proceso del desarrollo de los esmaltes. Propiedades:
La adherencia es muy alta. No se producen defectos.
Control de la textura mediante las variables térmicas y
tamaño de partícula del polvo activo.
Se determinar el ciclo térmico óptimo para permitir el
acoplamiento recubrimiento-soporte de vidrio.
La adherencia del recubrimiento no varía con el tiempo
Ensayos de Res. al rayado y desgaste mecánico presentan
resultados similares a los del mosaico vítreo tradicional.
Tomado de: M.A.B. Revestimientos vítreos con propiedades bactericidas y fungicidas». Bol. Soc.
Española de Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
Los esmaltes desarrollados tienen la cualidad de ser
multifuncionales:
Aspecto metalizado,
Propiedades hidrofóbicas,
Bactericidas,
Fungicidas,
Autolimpieza.
Esmaltes con propiedades biosidas.
Esquema fotocatalítico del esmalte bactericida(TiO2)
Esmaltes vitrocerámicos bactericidas:
Cristalización de SS ZrO2-MO2 (Tierras Raras)=TRIVZrO2
TRIVZrO2 TRIIIZrO2 + O2 + h
Luz
Bacterias O2
Luz
fenómenos ópticos , térmicos y
fotocatalíticos
Esmaltes con:
Variaciones de color, brillo y reflejo
Aspectos: metálicos brillantes, metalizados mates
Acabados: Liso y mate-rugosos
Permite: serigrafías y cubiertas
Ángulo de mojado 95º
Completamente inorgánico con aspecto metalizado
Funcionalidad biocida a T de cocción de gres porcelánico
Nanopartículas funcionales TiO2-δ, fotobiocida por UV y ZrO2 fungicida
Esmaltes con propiedades Fosforescente.
Capaces de emitir luz, una vez irradiados con una
fuente luminosa.
Desarrollo de pigmentos fluorescentes no
contaminantes de tipo SrAl2O4, tipo tridimita dopados
con Tierras Raras (Eu, Nd, Dy).
Esmaltes con propiedades Fosforescente.
Fase cristalina: M(1−y−z)EuyRzAl2−xBxO4
M: metal divalente (Ca, Mg, Sr, Ba)
R: (Dy, Gd, Nb, Er, Ce)
Valores: x: 0,05-0,8; y: 0,001-0,3; z: 0 - 0,3.
TT de Mezcla: 1.000 - 1.150 C
Componente % P total
Carbonato de
estroncio 52,40
Al_umina 31,72
Oxido de europio
(III) 0,66
Oxido de disprosio
(III) 1,40
Acido borico 6,82
Frita FTAE-7405* 7,00
Componente % P
SiO2 57
Al2O3 4
B2O3 12
ZnO 3
CaO 5
Na2O 5
MgO 1
K2O 4
SrO 8
*Frita Colorobbia España
Esmaltes con propiedades Antielectrostática.
Resistividad eléctrica típica
Capacidad para generar conducción eléctrica
superficial
Esmaltes con propiedades Antielectrostática.
Se basa en el sistema semiconductor SnO2:Sb, que crea
canales de conducción formado en la superficie de las
partículas de SnO2
SnO2:Sb
SnO
Frita
Esmaltes con propiedades Antielectrostática.
Diseño de colocación de la baldosa
Esmaltes con propiedades Antielectrostática.
Diseño de comercialización lista para colocación de la
baldosa
Esmaltes con propiedades Térmicas.
Genera calor por efecto Joule cuando se aplica una
diferencia de potencial y viceversa.
Circuito resistivo de la baldosa
Esmaltes con propiedades
Térmicas:
Los compuestos termoeléctricos nanoestructurados a granel tienen una capacidad termoeléctrica mejorada (ZT). Ésta dependen de la conductividad térmica ya que se reduce por las interfaces de nanoescala. La cual muestra una reducción sistemática con el incremento en %masa de nanopartículas.
Publicado por: Tritt et al., Clemson University, USA P. N. Alboni, X. Ju, J. He, N. Gothard & Terry
M. Tritt Jour of Appl. Phys. 103, 113707_2008. NETZSCH, Germany
Esmaltes con propiedades Térmicas.
Esmaltes preparados a partir de mezclas tradicionales
con aditivos nanoestructurados para lograr efectos
termoeléctricos por la relación de interfase nano.
Muestra de
Baldosas Térmica
Esmaltes con propiedades Térmicas.
Genera calor por efecto Joule cuando se aplica una
diferencia de potencial.
Esquema de la unión de dos piezas
terminadas
Variación de la T(ºC) vs V
Baldosas de vidrio solar fotovoltaico integrado a la
baldosa cerámica.
Es completamente transitable
Admite una gran variedad de usos
Se puede integrar con cualquier otro pavimento
No han revelado todavía: › Detalles y especificaciones del producto,
› Cantidad de energía es capaz de generar
› Detalles de fabricación.
Esmaltes de silicio Deposito Polisilicio sólido 1G CFV
Gas deposición capa delgada, 2G CFV
Obleas de silicio monocristalino (200 μm )
Generación unión p-n Baldosas cerámicas
fotovoltaicas 1G
Capas e 1 μm por PECVD*
Dispositivos multicapas
* PECVD=Deposición Química en Fase Vapor Asistida por Plasma **Celda FotoVoltaica 1G, 2G: 1ra y 2da Generación
Baldosas de vidrio solar fotovoltaico integrado a la baldosa
cerámica.
Módulo Fotovoltaico de capa.
Cinta Estructural 3M.
Baldosa de Gres Extruida Sist. XC.
Caja de Conexiones y Cableado
Tomado de: Pastrana, A. Placa cerámica fotovoltaica para fachadas ventiladas. Bol. Soc.
Española de Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
Tomado de: Pastrana, A. Placa cerámica fotovoltaica para fachadas ventiladas. Bol. Soc.
Española de Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
Bibliografía:
Nuñez, J., Peña, J., Pedra, M., «Investigaciones de interés industrial
sobre baldosas cerámicas.» Técnica Industrial. Mar 2004.
CUOGHI FENOLLAR, I et al., «M.A.B. Revestimientos vítreos con
propiedades bactericidas y fungicidas». Bol. Soc. Española de
Cerámica y Vidrio. Nota Técnica. Marzo-Abril (2012).
SÁNCHEZ-MUÑOZ, L. «Evolución hacia la cerámica fotovoltaica». Bol.
Soc. Española de Cer y Vidrio. Vol 50, 1,15-22, Enero-Febrero 2011
Abad Mejía, P. & Restrepo R.,C. M. «Desarrollo de propiedades
bactericidas en esmaltes para cerámica sanitaria». Rev. Acad.
Colomb. Cienc. V 30, Número 116. Sep. 2006.
Eyras, I, Arribas, F. «Integración arquitectónica de sistemas de energía
solar». Dpto. Técnico ISOFOTON, S.A., España.
http://energeticafutura.com/el-suelo-como-fuente-de-energia-
pavimento-fotovoltaico/
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