ES1291644U - Recubrimiento con propiedades magnéticas para sustratos cerámicos - Google Patents
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Abstract
Recubrimiento con propiedades magnéticas para sustratos cerámicos, caracterizado porque se ha obtenido con las materias primas siguientes: {IMAGEN-01} tal que el porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita B se muestra en la siguiente tabla {IMAGEN-02}
Description
DESCRIPCIÓN
Recubrimiento con propiedades magnéticas para sustratos cerámicos
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un recubrimiento con propiedades magnéticas, que resulta especialmente idóneo para su deposición sobre piezas cerámicas, dotando a las mismas de adherencia magnética sobre superficies con un campo magnético intenso por alineación de sus dominios magnéticos.
Aunque la invención esta fundamentalmente destinada a proporcionar características magnéticas principalmente a soportes cerámicos, la invención es aplicable también a soportes de otra naturaleza, tales como metales o plásticos.
PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Haciendo referencia a la patente en España con número de publicación ES1232466U, en la actualidad las distintas estructuras de revestimiento de naturaleza cerámica para paredes y suelos se adhieren a las bases estructurales del suelo y/o pared mediante un material adhesivo, mortero u otros materiales.
También son conocidas otras técnicas para adherir estructuras de revestimiento de naturaleza cerámica al suelo o a la pared mediante adherencia magnética (véanse por ejemplo los documentos GB2564104 A, WO2019/00837 A1, US2008202053 A1, US 2017254094 A1, ES1025004U).
Sin embargo estas técnicas requieren etapas adicionales en el proceso productivo para la inclusión y/o adhesión de los materiales magnéticos al soporte, lo cual provoca un encarecimiento y un mayor tiempo de proceso, puesto que se deben suplementar etapas adicionales al proceso productivo de las baldosas cerámicas.
El documento de la patente europea EP1857993 A2 describe una invención en donde se dota de una propiedad magnética a un soporte mediante la aplicación de un sustrato
polimérico seguido de un recubrimiento de minerales magnéticos, para su potencial uso en vallas publicitarias, señales de tráfico y otro tipo de aplicaciones.
Así, no se conoce en el estado de la técnica un material capaz de dotar a un soporte cerámico de características magnéticas sin que sean necesarias etapas de proceso de adhesión. Este hecho se deriva de la dificultad que conlleva el uso de materiales magnéticos en aplicaciones de elevada temperatura, muy por encima de la temperatura de curie (Tc) de los materiales magnéticos, como son los ciclos de cocción cerámicos.
En la presente descripción y reivindicaciones, cualquier referencia a los términos "magnético”, "magnetismo” y similares incluye tanto ferromagnetismo como ferrimagnetismo.
El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra en la misma dirección y sentido. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido.
Generalmente, los ferromagnetos están divididos en dominios magnéticos separados por superficies denominadas paredes de Bloch. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropía.
Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios tienden a alinearse con éste, de forma que aquellos dominios en los que los dipolos están orientados con el mismo sentido y dirección que el campo magnético inductor aumentan su tamaño. Este aumento de tamaño se explica por las características de las paredes de Bloch, que avanzan en dirección a los dominios cuya dirección de los dipolos no coincide; dando lugar a monodomínios. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo.
El ferrimagnetismo, es una sutil variación del ferromagnetismo donde el ordenamiento magnético no presenta una alineación en la misma dirección y sentido de todos los momentos magnéticos Estos materiales pierden su magnetismo por encima de una cierta temperatura, la temperatura de curie (Tc), que es la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material
puramente paramagnético [(Wolhlfarth, E.P., Ferromagnetic Materials (North-Holland, 19080) y Kittel, Charles: Introduction to Solid State Physics (Wiley:New York, 1996)].
La solución propuesta en esta invención se basa en la posibilidad de dotar a un sustrato cerámico con propiedades ferromagnéticas/ferrimagnéticas para su potencial adherencia magnética sobre superficies con un campo magnético por alineación de sus dominios magnéticos. La deposición de la capa magnética sobre el sustrato cerámico se realiza o bien antes de la cocción o bien tras la misma.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1: Difracción de rayos X de la superficie de un soporte cerámico magnético de la invención después del tratamiento térmico.
Figura 2: Fotografía de un soporte cerámico de la invención con propiedades magnéticas bajo el efecto de un campo magnético externo.
Figura 3: Difracción de rayos X de una superficie del recubrimiento magnético de la invención después de tratamiento térmico.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención proporciona un recubrimiento para sustratos cerámicos de naturaleza inorgánica vitrocerámica o bien hibrida inorgánica/orgánica, en función de la aplicación deseada y de la temperatura de cocción de las piezas cerámicas.
El recubrimiento magnético utilizado como revestimiento de un soporte cerámico de la presente invención presenta cristales de hierro alfa o ferrita, con una estructura cristalina cúbico centrada en el cuerpo (o BCC por sus siglas en inglés, ver Figura 1). En particular, los elementos inorgánicos que proporcionan al recubrimiento magnético propiedades magnéticas se seleccionan del grupo consistente en magnetita (Fe3O4), hematita (Fe2O3), hexaferrita de estroncio (SrFe^O^), hexaferrita de bario (BaFe^O^), acero inoxidable.
Para la obtención del sustrato cerámico revestido con el recubrimiento magnético de la invención, entre un 40% y 80% de los materiales magnéticos anteriormente descritos, entre
un 40% y 5% en peso de la frita descrita en la tabla 1 y entre un 0%-30% de diferentes materias primas seleccionadas de entre óxido de silicio, silicato de zirconio, óxido de aluminio, óxido de zinc, nitruro de silicio, carbonato de calcio, óxido de cerio, mullita, caolín, feldespato sódico, wollastonita, nefelina, óxido de praseodimio, óxido de bario, óxido de boro, carbonato de magnesio, arcilla, carbonato de estroncio, carburo de silicio y residuos industriales, preferiblemente entre un 50% y 80% de los materiales magnéticos antes descritos, entre un 5% y 20% de la frita descrita en la tabla 1 y entre un 5% y un 20% las materias primas citadas, se molturan por vía húmeda junto a los aditivos necesarios, siendo éstos carboximetilcelulosa y tripolifosfato sódico, en cantidades de entre un 0% y un 2% respecto a la suspensión acuosa, incluyendo también el conservante necesario. La suspensión resultante se acondiciona reológicamente y se aplica sobre un soporte de gres porcelánico para su posterior tratamiento térmico a alta temperatura, obteniéndose una capa fina del material vitrocerámico.
Tabla 1. Porcentaje aproximado en peso de óxidos equivalentes de la frita utilizada
Según realizaciones particulares la frita tiene los óxidos mencionados en la Tabla 3, en las cantidades indicadas en dicha tabla, y en cuyo caso el recubrimiento tiene la composición dada en el ejemplo 1, o según la composición dada en la Tabla 5, en las cantidades indicadas en dicha tabla y en cuyo caso el recubrimiento tiene la composición dada en el ejemplo 2.
La densidad y la viscosidad son las magnitudes más relevantes de las suspensiones de esmalte. Los valores que deben poseer estos parámetros dependerán directamente del sistema concreto de aplicación del esmalte que se vaya a utilizar en cada caso particular, pero en cualquier caso deben ser tales que aseguren la obtención de una capa consolidada de esmalte seco de características adecuadas. En la presente invención la suspensión resultante, preferiblemente, presenta valores de densidad entre 1,85 y 2,3 g/cm3.
El tratamiento térmico se lleva a cabo en ciclos de cocción industriales de duración entre 30-90 minutos y 700 °C y 1.220 °C de temperatura. El vidriado cerámico resultante de este tratamiento térmico presenta una apariencia oscura (ver figura 2) con propiedades magnéticas bajo el efecto de un campo magnético externo.
En otra aplicación de la invención, el recubrimiento magnético se deposita sobre el sustrato cerámico tras el tratamiento térmico a alta temperatura. En este caso, se prepara una mezcla de naturaleza hibrida orgánica/ inorgánica capaz de adherirse al sustrato cerámico no poroso que le proporciona propiedades magnéticas.
En este caso, el componente orgánico es un polímero seleccionado del grupo consistente en polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), polimetilmetacrilato (PMMA), policloruro de vinilo (PVC), politereftalato de etileno (PET), teflón (o politetrafluoretileno, PTFE), poliacrilato de sodio (PANa), poliacrilato potásico (PAK) y poliamida, o combinaciones de los mismos.
Los elementos inorgánicos que proporcionan al material hibrido propiedades magnéticas se seleccionan del grupo consistente en magnetita (Fe3O4), hematita (Fe2O3), hexaferrita de estroncio (SrFei2Oi9), hexaferrita de bario (BaFei2Oi9) óxidos de cobalto (CoO, Co3O4), aceros inoxidables, fluoruro de manganeso (MnF), níquel metálico, aleación de neodimio, hierro y boro (NdFeB), aleaciones de níquel aluminio cobalto (AlNiCo).
La mezcla inorgánico-orgánica se lleva a cabo utilizando un porcentaje en peso de entre un 40%-80% de los polímeros descritos anteriormente y un 40%-80% en peso de los materiales inorgánicos descritos anteriormente. Adicionalmente se puede añadir entre un porcentaje en peso de entre un 5% - 40% de agua.
La mezcla de estos materiales se realiza mediante agitación, durante un periodo comprendido entre 1 minuto y 20 minutos, en función de las proporciones y cantidad total de la mezcla.
La suspensión resultante, se acondiciona reológicamente y se aplica sobre un soporte de gres porcelánico previamente cocido, obteniéndose una capa magnética con una adhesión adecuada.
En una realización preferente, esta aplicación se puede realizar a la salida del horno, a una temperatura de entre 80 °C y 150 °C, con un tiempo de secado entre 5 y 15 segundos.
En otra realización preferente, esta aplicación se puede realizar sobre el sustrato cerámico a temperatura ambiente, con un tiempo de secado entre 5 y 30 segundos.
EJEMPLOS
Ejemplo 1: Soporte cerámico dotado de un recubrimiento con propiedades magnéticas a alta temperatura de cocción
Para la elaboración del soporte cerámico dotado de un recubrimiento magnético se dosifican inicialmente las materias primas tal como se muestra en la siguiente tabla 2.
Tabla 2. Dosificación de las materias primas a alta temperatura
El porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita A se muestra en la siguiente tabla 3.
Tabla 3. Porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita utilizada
El acero inoxidable utilizado es del tipo 316 austenítico de cromo níquel con molibdeno, proveniente de residuos de la industria metalúrgica. Para su uso se le ha realizado un tratamiento previo de limpieza y purificación.
Posteriormente, se llevaron a cabo las molturaciones por vía húmeda de las materias primas en un molino de bolas de alúmina, con un 75% de contenido en sólidos y un 25% de agua durante 20 minutos. Las barbotinas se acondicionaron reológicamente y se aplicaron a campana sobre una pieza de porosa pasta blanca previamente cocida y decorada, por la parte opuesta a la decoración.
El gramaje de aplicación fue de alrededor de 630 g/m2. El acondicionamiento reológico de la viscosidad se realizó mediante una copa Ford de 4mm, ajustando la viscosidad a 45 segundos.
Las piezas obtenidas se sometieron a una cocción en un horno de rodillos monocanal en un ciclo de 50 minutos a una temperatura máxima de 1.080 °C durante 7 minutos.
La figura 1 muestra la difracción de rayos X de la superficie del recubrimiento magnético de la invención, después del tratamiento térmico.
Se observan los picos de difracción asociados a la presencia de cristales de silicato de zirconio (ZrSiO4), oxido de cromo (C2O3) y hierro con una estructura cúbica.
La figura 2 muestra el aspecto del recubrimiento magnético, aplicado por la parte opuesta a la decoración.
El recubrimiento presentó atracción magnética por acción de un campo magnético externo.
Ejemplo 2: Soporte cerámico dotado de un recubrimiento con propiedades magnéticas a temperatura de cocción baja
Para la elaboración del soporte cerámico dotado de un recubrimiento magnético se dosifican inicialmente las materias primas tal como se muestra en la siguiente tabla 4.
Tabla 4. Dosificación de las materias primas a baja temperatura
El porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita B se muestra en la siguiente tabla 5.
Tabla 5. Porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita utilizada
Posteriormente, se llevaron a cabo las molturaciones por vía húmeda de las materias primas en un molino de bolas de alúmina, con un 75% de contenido en sólidos y un 25% de agua durante 20 minutos. Las barbotinas se acondicionaron reológicamente y se aplicaron a campana sobre una pieza de porosa pasta blanca previamente cocida y decorada, por la parte opuesta a la decoración.
El gramaje de aplicación fue de alrededor de 630 g/m2. El acondicionamiento reológico de la viscosidad se realizó mediante una copa Ford de 4mm, ajustando la viscosidad a 45 segundos.
Las piezas obtenidas se sometieron a una cocción en un horno de rodillos monocanal en un ciclo de 50 minutos a una temperatura máxima de 700 °C durante 7 minutos.
La figura 3 muestra la difracción de rayos X de la superficie del recubrimiento magnético de la invención, después del tratamiento térmico.
Se observan los picos de difracción asociados a la presencia de cristales de hexaferrita de estroncio (SrFei2Oi9), así como de hierro (Fe2O3) en forma de hematita.
El recubrimiento presentó atracción magnética por acción de un campo magnético externo.
Claims (3)
1. Recubrimiento con propiedades magnéticas para sustratos cerámicos, caracterizado porque se ha obtenido con las materias primas siguientes:
tal que el porcentaje en peso de óxidos equivalentes de la frita B se muestra en la siguiente tabla
2. Una pieza que comprende un recubrimiento como el definido en la reivindicación 1.
3. Una pieza según la reivindicación 2 que comprende un recubrimiento con un gramaje de 630 g/m2.
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