ES2346962T3

ES2346962T3 - Matrices para guantes y preservativos de ceramica ternaria de carburo y nitruro.

Info

Publication number: ES2346962T3
Application number: ES02805157T
Authority: ES
Inventors: Stanley J. Gromelski; Paul Cacioli; Richard L. Cox
Original assignee: Ansell Healthcare Products LLC
Current assignee: Ansell Healthcare Products LLC
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2010-10-22
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: EP1456149A4; JP2005512845A; AU2002357245B2; CA2470112A1; US20050049136A1; CA2470112C; ATE469869T1; US7157393B2; US7235505B2; DE60236618D1; EP1456149B1; WO2003051791A1; US20070021290A1; EP1456149A1; AU2002357245A1

Abstract

El uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina como matriz para un guante o un preservativo, que comprende un material cerámico ternario que tiene una fórmula química de Mn+1AXn, donde M es un metal de transición precoz, donde A es un elemento seleccionado de los elementos del Grupo 13, elementos del Grupo 14, S, P, As y Cd, donde X se selecciona de carbono, nitrógeno y sus combinaciones, y donde n es 1, 2 ó 3.

Description

Matrices para guantes y preservativos de cerámica ternaria de carburo y nitruro.

Campo de la invención

La invención está dirigida a un método para conformar un artículo moldeado mediante colada de barbotina que contiene material cerámico ternario, y al uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina como matriz para un guante o un preservativo.

Antecedentes de la invención

Las matrices son moldes rígidos y que tienen la forma y tamaño para definir las dimensiones del producto acabado. Las matrices se emplean en la fabricación de productos de polímeros sintéticos y de látex, como por ejemplo guantes quirúrgicos y de exploración, y preservativos. Las matrices, están hechas, habitualmente, de madera, material cerámico, vidrio, porcelana, plástico, acero o aluminio y, normalmente, se sumergen primero los dedos, en el caso de una matriz de guantes, en un baño de látex líquido, que incluye productos químicos mezclados, donde el látex se adhiere a la matriz. Las matrices de guantes y de preservativos se pueden calentar antes de empezar el proceso de inmersión. Las matrices para guantes y para preservativos previamente se revisten, normalmente, con un agente coagulante para gelificar el látex y facilitar la retirada del artículo de la matriz. Los agentes coagulantes habituales incluyen nitrato de calcio. Puede requerirse también que haya inmersiones adicionales en baños de látex que contengan cargas. El látex se coagula y el guante o el preservativo se liberan de la matriz normalmente desprendiendo el guante o el preservativo de la matriz. Los artículos se pueden retirar de la matriz en agua. Los guantes o los preservativos pasan por ciclos de lixiviación y lavado para retirar los productos químicos residuales, antes de ser quitados de la matriz. Los artículos acabados sen retiran luego de la matriz de forma que la capa exterior retirada de la matriz será la capa más interna del guante o del preservativo. Los artículos se pueden luego envasar y esterilizar para su transporte.

Después de ciclos repetidos de inmersión en productos químicos, las matrices comienzan a degradarse y deben ser sustituidas. Como punto de referencia para la durabilidad, las matrices de porcelana permanecen en buen estado durante hasta dos semanas cuando están expuestos a una solución concentrada de hidróxido de potasio.

Los materiales cerámicos ternarios se conocen generalmente por ser duros y frágiles y no son adecuados para usarlos en la fabricación de partes que se tengan que maquinar. Sin embargo, se ha sintetizado carburo de silicio y titanio, Ti_{3}SiC_{2}, para dar como resultado un material blando que se puede maquinar, fuerte y ligero de peso. El Ti_{3}SiC_{2} es anormalmente blando para los materiales de carburos. Se caracterizaron muestras monofásicas del material para ver su estabilidad térmica y su resistencia a la oxidación. Se enfriaron rápidamente, desde 1400ºC, barras de material de Ti_{3}SiC_{2} en un cubo de agua y se descubrió que habían aumentado ligeramente su resistencia después del enfriamiento rápido. Las muestras de materiales de Ti_{3}SiC_{2} son también sorprendentemente fáciles de maquinar. Los materiales cerámicos son, habitualmente, demasiado frágiles para ser maquinados, sin embargo, después de perforar el caparazón duro inicial de las muestras de Ti_{3}SiC_{2} se descubrió que se podían maquinar casi como el grafito. El documento WO 97/18162 describe la síntesis de fases "312", por ejemplo Ti_{3}SiC_{2}, y materiales compuestos suyos. Según este documento, un producto que comprenda una fase M_{3}X_{1}Z_{2}, en la que (i) M es al menos un metal de transición, (ii) X es al menos uno de Al, Ge, Ga, y Si, y (iii) Z es al menos uno de B, C, y N, se pueden formar mediante un procedimiento que comprenda una primera etapa de forma una mezcla de (i) especies metálicas de transición, (ii) especies co-metálicas seleccionadas de especies de aluminio, especies de germanio, especies de galio, y especies de silicio, y (iii) especies no metálicas seleccionadas de especies de boro, especies de carbono y especies de nitrógeno, siendo dicha mezcla un polvo que comprende no más del 80% en peso de M_{3}X_{1}Z_{2} y luego, en una segunda etapa, someter la mezcla a compresión reactiva en caliente, a una temperatura de 1000ºC a 1800ºC, bajo una presión de 5 a 200 MPa para convertirla en una fase M_{3}X_{1}Z_{2}.

El Ti_{3}SiC_{2} tiene propiedades de los metales y de los materiales cerámicos. Como un metal se puede maquinar, es conductor térmico y eléctrico, resistente al choque térmico y es plástico a elevadas temperaturas. Como un material cerámico, es refractario (es decir, tiene una temperatura de descomposición superior a 2000ºC), resistente a la oxidación, rígido y ligero de peso (aproximadamente 4,5 gramos por centímetro cúbico), su expansión térmica es relativamente baja, más como un material cerámico que como un metal.

En la colada de barbotina, algunas veces denominada colada por drenaje, se llena un molde de yeso una con barbotina. La barbotina es un líquido que contiene un material cerámico en una suspensión acuosa. A medida que el molde absorbe agua, la suspensión de material cerámico solidifica uniformemente sobre las paredes del molde. Una vez que se alcanza el espesor de pared deseado, se drena la barbotina restante, el molde se separa o se rompe, y se retira la pieza. La pieza se sinteriza luego en un horno.

El documento WO 98/22244 describe una pieza de trabajo de material cerámico denso, hecho prensando una combinación de Ti_{3}SiC_{2} pulverizado y un material pulverizado que es soluble en Ti_{3}SiC_{2}, para dar un cuerpo no sinterizado. El cuerpo no sinterizado se calienta luego bajo condiciones de ausencia de presión hasta una temperatura por encima de un punto en el que se forma un líquido, pero por debajo del punto de fusión de la mezcla; el documento WO 98/22244 no enseña o describe la elaboración de objetos huecos (como las matrices) con un molde de yeso y una dispersión, en un líquido, de Ti_{3}SiC_{2} pulverizado.

Las matrices convencionales que habitualmente están hechas de madera, material cerámico, vidrio, porcelana, plástico, acero o aluminio se deterioran después de la exposición continua al calor y a los productos químicos empleados durante el proceso de fabricación del guante o del preservativo. El deterioro origina picaduras en las matrices, y los guantes y preservativos producidos a partir de matrices picados tienen defectos del tamaño del pinchazo de un alfiler. Hay la necesidad, por lo tanto, de matrices para guantes y preservativos de un material duradero que reduzca la frecuencia con la que las matrices deban ser sustituidas. Es deseable que las matrices duraderas no interfieran de otra forma en la calidad del guante o del preservativo producido.

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Sumario de la invención

La invención está dirigida al uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina como una matriz para un preservativo o como una matriz para un guante, que comprende un material cerámico ternario que tiene una fórmula química de M_{n+1}AX_{n}, donde M es un metal de transición precoz, donde A es un elemento seleccionado de los elementos del Grupo 13, elementos del Grupo 14, S, P, As y Cd, donde X se selecciona de carbono, nitrógeno y sus combinaciones, y donde n es 1, 2 ó 3.

A diferencia de las matrices anteriores, las realizaciones de la presente invención conducen a una matriz hecha de un material de alta resistencia, estable a altas temperaturas, que resiste repetidas inmersiones en productos químicos. Ya que las matrices de la presente invención están hechas con un material más duradero que las matrices anteriores, la frecuencia con la que tienen que ser sustituidas las matrices se reduce enormemente.

La invención está dirigida también a un método para formar un artículo moldeado mediante colada de barbotina, como por ejemplo una matriz, que incluye las siguientes etapas:

mezclar un polvo cerámico ternario, agua, un aglomerante y un agente modificador de la viscosidad para formar una dispersión, en la que el polvo cerámico ternario tiene una fórmula química de M_{n+1}AX_{n}, donde M es un metal de transición precoz, A es un elemento seleccionado de los elementos del Grupo 13, elementos del Grupo 14, S, P, As y Cd, X se selecciona de carbono, nitrógeno y sus combinaciones, y n es 1, 2 ó 3;

verter la dispersión en un molde de yeso que conforma la deseada forma y tamaño del artículo, y permitir que la dispersión permanezca en el molde durante 30 minutos a 5 horas, con el fin de permitir que la dispersión recubra el interior del molde hasta un espesor deseado;

verter fuera cualquier cantidad en exceso de dispersión que haya en el molde;

permitir que la dispersión en el molde se seque al aire durante 1 a 8 horas;

abrir rompiendo y retirar el molde del artículo; y

cocer el artículo moldeado mediante colada de barbotina en un horno a una temperatura de 1000ºC a 1500ºC, durante 1 a 8 horas.

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Descripción detallada de la invención

Los artículos de la presente invención contienen material cerámico ternario. El material cerámico ternario tiene una fórmula química de M_{n+1}AX_{n}, donde M es un metal de transición precoz, donde A es un elemento seleccionado de los elementos del Grupo 13, elementos del Grupo 14, S, P, As y Cd, donde X se selecciona de carbono, nitrógeno y sus combinaciones, y donde n es 1, 2 ó 3. Los artículos incluyen, pero no se limitan a, matrices tales como matrices para guantes y preservativos. La cantidad del material cerámico ternario presente en el artículo es de aproximadamente el 100% en peso, basado en el peso total del artículo.

Un material cerámico ternario preferido es el Ti_{3}SiC_{2}. Se han identificado y sintetizado dos compuestos similares al Ti_{3}SiC_{2}. Estos compuestos son el Ti_{3}GeC_{2} y el Ti_{3}AlC_{2}, donde el silicio es sustituido por un único átomo de germanio o de aluminio. Estos compuestos (Ti_{3}SiC_{2}, Ti_{3}GeC_{2} y Ti_{3}AlC_{2}) se denominan compuestos "312" por el número de átomos de cada elemento en el compuesto, respectivamente.

Los compuestos químicamente relacionados tienen una fórmula "211" o "413". Se espera que los compuestos 413 y 211, químicamente relacionados, tengan características similares a los compuestos 312. Los compuestos ternarios estratificados de fase MAX están definidos generalmente, pues, por la fórmula de M_{n+1}AX_{n}, donde M es un metal de transición precoz, A es un elemento del grupo A que aparece generalmente en los Grupos 13 ó 14 de la Tabla Periódica de los elementos químicos, X es carbono o nitrógeno, o ambos, y n es 1, 2 ó 3.

Los compuestos 413 incluyen Ti_{4}AlN_{3}, mientras que los compuestos 211 incluyen los compuestos de la Tabla 1.

TABLA 1 Compuestos "211"

1

Los artículos de la presente invención están hechos mediante un método referido en la industria como "moldeo mediante colada de barbotina". Se forma una dispersión mezclando un polvo cerámico ternario, agua, un aglomerante y un agente modificador de la viscosidad. Un material cerámico ternario preferido es el Ti_{3}SiC_{2} pulverizado, que se puede conseguir como Maxthal, de Kanthal AB de Suecia. La cantidad de polvo cerámico ternario oscila entre el 15 y el 83% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

La cantidad de agua oscila entre el 15 y el 75% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

El aglomerante y el agente modificador de la viscosidad son materiales basados en la celulosa. Los aglomerantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, polvo de celulosa, derivados de la celulosa, y sus combinaciones. Los aglomerantes están presentes en una cantidad que oscila entre el 1 y el 20% en peso, preferiblemente entre el 5 y el 10% en peso, basado en el peso total de la dispersión. Los agentes modificadores de la viscosidad adecuados incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa, polímeros de ácido de poliacrilato, y sus combinaciones. Los agentes modificadores de la viscosidad están presentes en una cantidad que oscila entre el 1 y el 5% en peso, preferiblemente entre el 1 y el 2% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

La dispersión puede tener del 25 al 85% en peso de sólidos, preferiblemente del 80 al 85% en peso, basado en el peso total de la dispersión. La dispersión o suspensión es la denominada barbotina.

La dispersión se vierte en el molde de yeso (sulfato de calcio semihidratado). El molde de yeso da la forma y el tamaño deseado de la matriz.

Se deja que la dispersión permanezca en el molde de yeso durante un tiempo suficiente para permitir que la dispersión recubra el interior del molde de yeso. La cantidad de tiempo que se deja que la dispersión permanezca en el molde de yeso es directamente proporcional al espesor deseado del artículo acabado. Por consiguiente, cuanto más se permita que la dispersión permanezca en el molde de yeso, más gruesas serán las superficies del artículo.

La cantidad en exceso de dispersión se vierte luego fuera y se deja que la dispersión en el molde de yeso se seque al aire durante 30 minutos a 5 horas. El molde de yeso se abre rompiéndolo y retirándolo del artículo.

Después, se deja que el artículo se seque al aire durante 1 a 8 horas, se cuece el artículo en un horno a temperaturas que oscilan entre 1000ºC y 1500ºC. La cocción elimina el agua, los aglomerantes, y los agentes modificadores de la viscosidad, dejando un artículo que contiene aproximadamente 100% de material cerámico ternario.

El siguiente ejemplo describe una realización preferida para ilustrar la invención. Sin embargo, se entenderá que la invención no pretende limitarse a la realización específica.

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Ejemplo 1

Un material ternario de Ti_{3}SiC_{2} se moldeó mediante colada de barbotina y se sinterizó para dar una matriz para u guante de exploración de tamaño medio, dispersando 2355 gramos de polvo cerámico de Ti_{3}SiC_{2}, que se puede conseguir como Maxthal de Kanthal AB de Suecia, en 525 ml de agua, junto con 120 gramos de Cellulose QP, que se puede conseguir de Union Carbide Corp., de Danbury, Connecticut. Se vertió la barbotina en el molde de yeso y se dejó reposar durante 15 minutos antes de que se drenara la barbotina en exceso. Se retiró la matriz del molde y se dejó secar durante 1 hora. Después de secarse, se calentó la matriz en un horno discontinuo (por cargas) a temperaturas de hasta 1400ºC, durante 15 horas.

Se sometió a ensayo una porción de la matriz para determinar la durabilidad de la matriz. Se pesó una porción de la muestra de la matriz y se sumergió en una solución de hidróxido de potasio, al 20%, a 76,7ºC. La muestra se sacó cada 7 días, se pesó, y se volvió a poner en la solución de hidróxido de potasio. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

TABLA 2

2

Al cabo de 8 semanas, la matriz empezó a mostrar una ligera pérdida de peso. Se sabe que las matrices de porcelana estándar se degradan después de dos semanas de exposición a hidróxido de potasio, como se evidencia por las picaduras de la matriz y por la producción de guantes que tienen defectos del tamaño del pinchazo de un alfiler en los guantes.

Se comprenderá que para los expertos en la materia serán evidentes los diversos cambios y modificaciones de las realizaciones aquí descritas.

Claims

1. El uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina como matriz para un guante o un preservativo, que comprende un material cerámico ternario que tiene una fórmula química de M_{n+1}AX_{n}, donde M es un metal de transición precoz, donde A es un elemento seleccionado de los elementos del Grupo 13, elementos del Grupo 14, S, P, As y Cd, donde X se selecciona de carbono, nitrógeno y sus combinaciones, y donde n es 1, 2 ó 3.

2. El uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina según la reivindicación 1, en el que el metal de transición precoz se selecciona de Ti, Nb, Zr, Hf, Cr, Ta, V, Mo, y Sc.

3. El uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que A se selecciona de Al, Ge, Sn, Pb, Ga, Tl, P, Si, As, Cd e In.

4. El uso de un artículo moldeado mediante colada de barbotina según la reivindicación 1, en el que el material cerámico ternario es Ti_{3}SiC_{2}.

5. Un método para formar un artículo moldeado mediante colada de barbotina, que comprende las etapas de

verter fuera cualquier cantidad en exceso de dispersión que haya en el molde;

permitir que la dispersión en el molde se seque al aire durante 1 a 8 horas;

abrir rompiendo y retirar el molde del artículo; y

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6. Un método según la reivindicación 5, en el que el artículo moldeado mediante colada de barbotina es una matriz para un preservativo o una matriz para un guante.

7. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que el aglomerante se selecciona de polvo de celulosa, derivados de la celulosa y sus combinaciones.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el aglomerante está presente en la dispersión en una cantidad del 1 al 20% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que el agente modificador de la viscosidad se selecciona de carboximetilcelulosa, polímeros de ácido de poliacrilato, y sus combinaciones.

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el agente modificador de la viscosidad está presente en la dispersión en una cantidad del 1 al 5% en peso, basado en el peso total de la dispersión.

11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que el material cerámico ternario es Ti_{3}SiC_{2}.

12. Un artículo moldeado mediante colada de barbotina, según el método reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11.