Procedimiento para la obtención de un recubrimiento regulador de los efectos provocados por radiaciones lumínicas y producto resultante.
Objeto de la invención
El objeto de la presente patente de invención se refiere a procedimiento para la obtención de un recubrimiento regulador de los efectos provocados por radiaciones lumínicas, el producto utilizado y el procedimiento para la obtención de este producto que en combinación con su soporte, sirvan de regulador de la temperatura provocada por la radiación solar en los paramentos exteriores de una edificación, y/o provoquen un efecto regulador del gradiente térmico de una edificación (diferencia de temperatura entre la superficie del edificio y el interior) , y/o mejoren el comportamiento energético del mismo, y/o permitan disminuir los efectos perjudiciales que suelen darse al sufrir dilataciones, provocadas por la solarización (radiación solar) sobre los paramentos de la edificación (cubiertas, fachadas, etc...) .
La principal utilidad es para la obtención de productos comúnmente empleados de cerramientos (cerámicos, plásticos, vítreos, etc...) con dicha función reguladora, y en otros equipos y conjuntos (depósitos, tuberías, etc...)
Antecedentes de la invención
Cuando se construye un muro o una cubierta para una vivienda u otro uso donde el confort interior sea importante desde el punto de vista de utilización del edificio debería tenerse en cuenta, como un factor adicional a considerar al momento del proyecto, la temperatura sol-aire. Esta se puede definir como el impacto combinado de la temperatura ambiente y la influencia de la radiación solar combinado con la coloración superficial y la rugosidad de la superficie. El resultado de esta ecuación determina temperaturas superficiales exteriores muy superiores a la temperatura ambiente en ese momento.
Esto que puede llegar a ser muy conveniente durante los meses fríos, puesto que brinda una fuente adicional de aporte energético, resulta netamente perjudicial durante la época estival sobre todo si no fue valorada y neutralizada por medio de un adecuado aislamiento térmico.
Existen multitud de esmaltes y barnices multicomponentes, del tipo que contienen poliesteres y elastómeros, los de base de poliuretano reforzado con fibra de vidrio, los de base de polipropileno modificado y etileno-propileno dieno-monómero. Son muy conocidos los revestimientos multicomponentes a base de resinas epoxi en dispersión acuosa, o resinas epoxídicas en disolvente con múltiples aplicaciones en los revestimientos aplicados en construcción. Entre otros existentes en el mercado y que reaccionan con catalizadores, formando en determinadas condiciones una película o masa de propiedades variables, desde sólidas a blandas e incluso plásticas-viscosas, raramente líquidas.
Concretamente, existe la resina epoxídica a base de bisfenol A con diluyente reactivo, descrita a continuación: Productos de reacción: bisfenol-A-epiclorhidrina; resinas epoxi (peso molecular medio < 700) (Núm-CAS 25068-38-6) y 0-cresil-glicidileter (Núm-CAS 2210-79-9) en concentraciones variables que polimeriza con diferentes compuestos o catalizadores, como por ejemplo la Poliamina cicloalifática 2, 2'-dimetil 4, 4'-metilenbis (ciclohexilamina) (Núm-CAS 6864-37-5) o el preparado de Poliamina modificada; de componentes:
Una de las características de estos esmaltes, barnices y revestimientos es que la polimerización se produce a bajas temperaturas (en frío) .
Existen pinturas termocromáticas, que cambian de color con el cambio de temperatura. Estos colorantes, son extremadamente sensibles y frágiles y se presentan frecuentemente microencapsulados, no son nuevos y reaparecen hoy, empujados por el desarrollo de la tecnología y en particular por el éxito de la microencapsulación. Sus aplicaciones, son por el momento bastante limitadas, por su extrema sensibilidad y fragilidad y por los altos costes y bajos rendimientos que suelen presentar al ser utilizadas directamente.
El termocromatismo se refiere al cambio de color de ciertos elementos que al ser calentados cambian su estructura absorbiendo cierta gama de colores, luciendo así un nuevo color (Christie, R.M.. La Química del Color. Editorial Escribia, S.A. 2001.) . El proceso es reversible en compuestos que contienen metales pesados, cuyos últimos electrones se encuentran en los orbitales del nivel de energía d (Wulfsberg, Gray (2000) Inorganic Chemistr y . University Science Books. (pp. 368, 826) . University science books.) . Cuando estos compuestos se les incrementa su energía interna por medio del calentamiento, que se manifiesta en los cambios de temperatura, sus electrones saltan de un orbital a otro cambiando su spin, proceso que requiere una ganancia de energía que se obtiene con la absorción de fotones. A esto se debe que los compuestos termocromáticos cambian de un color a otro. En el proceso inverso cuando los compuestos se enfrían, es decir cuando ellos liberan energía, emiten con esta fotones de tal forma que vuelven a encontrarse en su estado natural (Nakasuji, Norikazu; Kataoka, Takashi; Inagaki, Hiroshi & Nakashima, Sunao, Thermochromics Materials. United States Patent 402811) .
El fenómeno también se presenta en otras clases de compuestos. Se puede observar este comportamiento en compuestos orgánicos que son capaces de donar parte de sus electrones, y estos compuestos pertenecen al grupo fenol hidróxido, alcoholes de cadena abierta y compuestos seleccionados de un grupo de esteres alcohólicos ácidos alifáticos monovalentes (Rayner, Geoff. Química Inorgánica Descriptiva. Editorial Canham, segunda edición. (pp 492, 493) ) .
Descripción de la invención
El procedimiento para la obtención de un soporte y recubrimiento regulador de los efectos provocados por radiaciones lumínicas consiste básicamente en pintar la superficie expuesta a la radiación lumínica con una pintura que incluye un pequeños porcentaje de pintura termocromática.
La pintura termocromática cambia de color oscureciéndose cuando la temperatura es más baja lo que hace que la radiación lumínica sea absorbida produciendo un aumento de la temperatura y, de la misma forma, a temperaturas superiores la pintura se aclara con lo que permite el paso de la radiación lumínica enfriándose la superficie.
Para ilustrar el mecanismo que provoca los efectos y mejoras arriba mencionadas se han realizado los gráficos 1, 2 y 3, en el que se representa una superficie de color claro (blanco) recubierta por el compuesto mezcla catalizada de una disolución de esmalte y tinte termocrómico, de color negro (gráfico 1) u oscuro por debajo la temperatura de confortabilidad tradicional (por ejemplo 22ºC) que presenta la peculiaridad de hacerse transparente paulatinamente a partir de dicha temperatura (gráfico 2) y deja al descubierto la cara superficial de color claro (gráfico 3) , disminuyendo la absorción de los rayos solares y por tanto el calor superficial y refrescando el paramento así tratado. El efecto será inverso, de un mayor calentamiento, en las condiciones iniciales al presentar su cara exterior de color negro.
La investigación realizada demuestra que en una zona virtual de estudio, simulada estadísticamente y de clima cálido, podrían darse los siguientes resultados comparativos; para dicha simulación se han considerado los siguientes datos:
\circ Coeficiente de coloración superficial (alfa) α = 0.2 (Blanco) 0.5 (Gris) 0.8 (Negro) \circ Resistencia superficial Rse = 0.06 m2 ºC / W (Cerámica) \circ Temperatura ambiente Text = Estacional (promedio diurno) \circ Radiación solar incidente I = 500 W/m2 (promedio diurno) Zonas de estudio y condiciones de coloración de las mismas:
1. Fachada tratada con productos obtenidos por el procedimiento objeto de la presente invención, cuyo comportamiento de color varia de negro (<25ºC) a blanco (>31ºC) y con tonalidades grisáceas entre dichas temperaturas. Para conseguir el efecto de regulación se ha elegido el tinte termocrómico caracterizado porque cuando la superficie, alcanza la temperatura indicada (25ºC) , el pigmento negro comienza a hacerse transparente, hasta que a los 31ºC se hace del todo transparente dejando a la vista el fondo blanco de la cerámica soporte. 2. Fachada de color blanco. 3. Fachada de color Negro. Comparando la temperatura superficial exterior de la Fachada según el tratamiento elegido y considerando la fórmula conocida
\circ Temperatura sol-aire (Tsa) = Text + I * α * Rse
Los resultados teóricos obtenidos serían los siguientes:
Gráficamente se puede observar mejor el efecto regulador que se obtiene al combinar adecuadamente la coloración variable del paramento tratado con E.M.T.C.
Se elegirá un soporte que presente una cara exterior clara (blanca) o en si sea de color claro (cerámica blanca) . Sobre dicho soporte (cerramiento de fachada, de cubierta, de ventanas, etc...) se aplicará un recubrimiento compuesto por esmaltes en los que la polimerización se produce a bajas temperaturas (en frío) mezclados con bajas concentraciones de tintes termocrómicos, cuyas temperaturas de cambio de color serán elegidas adecuadamente, para que provoquen un efecto regulador del gradiente térmico de una edificación (diferencia de temperatura entre la superficie del edificio y el interior) , y/o mejoren el comportamiento energético del mismo, algo que preocupa enormemente en la actualidad, por las implicaciones de ahorro energético, aumento de la confortabilidad. y mejora también al permitir disminuir los efectos perjudiciales que suelen darse al sufrir grandes dilataciones, provocadas por la solarización (radiación solar) sobre los paramentos de la edificación (cubiertas, fachadas, etc...) .
Es también importante resaltar tal y como se reivindica más adelante que el esmalte utilizado incorpora un porcentaje pequeño de pintura termocromática debido al procedimiento de obtención de este esmalte lo que permite el abaratamiento del esmalte y siendo rentable su aplicación sobre muchas superficies o soportes.
Los esmaltes utilizados podrán incorporar protectores UV para favorecer la durabilidad de los mismos u otros componentes aditivos que pudieran dotarlo de mejores propiedades físico-químicas sin alterar el efecto regulador.
Realización preferente de la invención
La realización de la mezcla de todos los componentes, puede realizarse de una vez, o por partes, al objeto de asegurar un mayor control de la misma. Esta mezcla, se aplicará sobre el soporte cerámico y se formará una película o capa de aspecto final cerámico o vitrificado con las mismas propiedades que la pintura termocromática, pero con un coste menor que si se aplicara la misma sin mezclar, consiguiéndose además un acabado definitivo del producto, con espesores de esmaltado similares a los que se emplean en la actualidad, por lo que no se prevé ningún cambio en los sistemas de fabricación tradicionales en la industria que utiliza este tipo de esmaltes.
Sobre los paramentos de la edificación (cubiertas, fachadas, etc...) in situ o sobre los elementos que lo forman (ladrillos, enfoscados, cerámica, vidrios, etc...) , y cuya cara expuesta presentará preferentemente un color claro (blanco) se aplicará el compuesto formado por una mezcla descrita a continuación:
1º. Se prepara la mezcla de esmalte multicomponente (resina + catalizador + aditivos y protectores UV) , según el procedimiento propuesto en su utilización habitual por el fabricante y en las concentraciones de cada componente que indiquen sus especificaciones.
2º. Se espera unos minutos (si fuera necesario) a que repose la mezcla del esmalte y catalizador (con los aditivos y/o protectores UV si fueran necesarios) .
3º. Se añade la pintura termocromática en proporción inferior al 20% preferentemente del 5 al 10% dependiendo del efecto que se quiera conseguir de mayor o menor intensidad de color. Se ha comprobado que se consigue un efecto similar al de la pintura original mezclando concentraciones pequeñas, debido al efecto producido por la dispersión de la mezcla. Esto, abarata enormemente los costes del producto final.
4º. Se mezclan bien los componentes, agitando y controlando que las temperaturas de la reacción no sobrepasen los límites admisibles especificados para las microcápsulas de las pinturas termocromáticas, si es necesario se utilizarán sistemas de enfriamiento forzado. Este aspecto es de suma importancia para lograr un buen resultado final.
5º. El producto obtenido se aplicará directamente por cualquiera de los medios habituales, pinceles, rodillos, pistolas, etc... sobre el soporte para que termine de catalizar. Se formará una película o capa de aspecto final cerámico o vitrificado con las mismas propiedades que la pintura termocromática, consiguiéndose un acabado definitivo del producto, con espesores de esmaltado similares a los que se emplean en la actualidad.
En los revestimientos de efecto termocrómico de la presente invención se pueden utilizar, sin afectar excesivamente sus propiedades, cantidades menores de otros aditivos empleados normalmente en la industria de pinturas tales como, por ejemplo, disolventes aplicados en los sistemas de base acuosa, otros pigmentos, cargas, agentes niveladores, agentes supresores de espuma, agentes de control reológico, antioxidantes, y estabilizantes de UV.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una forma de llevarla a la práctica, solamente queda por añadir que dicha invención puede sufrir ciertas variaciones en forma y materiales, siempre y cuando dichas alteraciones no varíen sustancialmente las características que se reivindican a continuación.
