ES2616358T3 - Composición para la coloración de vidrio, gránulos, uso de la misma y procesos de fabricación de gránulos y de vidrio - Google Patents

Composición para la coloración de vidrio, gránulos, uso de la misma y procesos de fabricación de gránulos y de vidrio Download PDF

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Abstract

Una composición colorante para vidrio, libre de óxido de níquel, que comprende: * del 35-50 % en peso de MnO2; * del 4-10 % en peso de Cr2O3. * del 0,5-1,5 % en peso de Co3O4; y * del 40-60 % de un medio vítreo de sílice y/o al menos un silicato.

Description

imagen1
Composición para la coloración de vidrio, gránulos, uso de la misma y procesos de fabricación de gránulos y de vidrio
5 La presente invención se refiere a una composición colorante libre de óxido de níquel y al uso de la misma para la coloración de vidrio. El vidri o de color se pr oduce mediante la adic ión de cantidades muy pequeñas de sustancias colorantes a la mezcla vitrificable. En particular, las mezclas colorantes se añaden a la matriz de vidrio transparente durante la etapa de fundición de vidrio por medio de dispensadores en los que se carga el colorante, normalmente en forma de gránulos o comprimidos.
Los col orantes usados en e ste sector son princi palmente óxidos metá licos, en particular, ó xidos d e metales de transición.
Por ejemplo, óxido de hierro (III) se usa a fin de conferir un color verde oliva al vidrio en condiciones reductoras o bien 15 un color azul verdoso en condiciones de oxidación.
A fin de producir vidrio oscuro (negro), se usan ampliamente composiciones colorantes a base de óxido de níquel.
En particular, el óxido de níquel añadido en bajas cantidades (normalmente a una concentración de aproximadamente el 1 %) a una mezcla de óxidos de metales de transición (dióxido de manganeso, óxido de cromo y óxido de cobalto) se añade a la mezcla vitrificable a fin de obtener un vidrio oscuro caracterizado por un color con tonos que varían de azul a violeta, a negro.
El vidrio oscuro, esencialmente negro, se usa en gran medida en la producción de envases de grado alimentario o
25 envases para uso cosmético y farmacéutico a fin de proteger el contenido (tal como los alimentos y/o los fármacos) de la radiación que tiene una longitud de onda menor que 500 nanómetros (nm), en particular, de la radiación ultravioleta.
El uso de composiciones colorantes que contienen óxido de níquel hace que el proceso de fabricación de vidrio y el procedimiento para la producción de la propia mezcla colorante sean muy peligrosos para la salud de los trabajadores.
Se conoce bien y también se especifica en la clasificación de la Comunidad Europea que el níquel es un elemento que se sospecha que es una causa de cáncer. En particular, la exposición prolongada o repetida a compuestos a base de níquel, tales como el óxido de níquel, puede provocar daños graves a diversos órganos o reacciones alérgicas fuertes en la piel.
35 Por este motivo, se regula estrictamente el uso de níquel o compuestos que lo contengan. En particular, la liberación de níquel está limitada por el reglamento n.º 1907/2006 relativo al REACH de la Comunidad Europea, anexo XVII.
El uso de óxido de níquel a nivel industrial supone un procedimiento de autorización muy largo y costoso. Por lo tanto, actualmente, l os proces os p ara la pr oducción d e col orantes de vidri o a base de óxido de níq uel y los proc esos colorantes d e vidrio que usan estos tipos de col orantes implic an u na s erie d e norm as mu y restricti vas que s on incómodas de seguir.
Por este motivo, en el sector hay una gran necesidad de tener una composición para la coloración de vidrio que esté
45 libre de óxido de níquel y pueda asegurar un color oscuro del vidrio que sea comparable al obtenido usando los colorantes disponibles actualmente para este fin.
La op ortunidad de ten er dis ponible un a compos ición col orante l ibre de níquel p ara l a obtenci ón d e vidrio oscuro evitaría p or e ncima d e tod o l os costos os y exigentes procedimientos burocráticos requeridos para el uso de un a sustancia peligrosa tal como óxido de níquel.
Además, el uso de una composición colorante libre de níquel permitiría que el proceso para la producción de vidrio de color fuese racionalizado, ya que los expedientes y/o las operaciones ligadas al uso de un colorante que contiene óxido de níquel ya no serían necesarios.
55 Por ejemplo, ya no sería necesario sellar el equipo, igual que la autorización por parte de la Comunidad Europea ya no sería obligatoria.
La pate nte es tadounidense 3.928.0 50, co nsiderada co mo el estad o de la técnic a más próximo , desvela u na composición colorante para envases de vidrio de color verde champán oscuro, que contiene óxidos de Cr, Mn y Co y está libre de NiO.
La presente invención encaja en este contexto y resuelve los problemas de la técnica anterior con una composición colorante para vidrio que comprende dióxido de manganeso (MnO2), óxido de cromo (III) (Cr2O3), óxido de cobalto
65 (Co3O4) y un medio vítreo.
imagen2
La composición para la coloración de vidrio de la presente invención está caracterizada por la ausencia de compuestos 5 que contienen níquel, en concreto, carece de óxido de níquel, y, en otras palabras, es una composición libre de níquel que puede usarse para obtener vidrio oscuro (negro).
La composición de la presente invención, a pesar de estar libre de óxido de níquel, permite ventajosamente que se obtenga un color oscuro de vidrio que sea comparable a o mejor que el obtenido con las composiciones que contienen 10 óxido de níquel actualmente usadas para la coloración de vidrio.
Además, est ando libre d e ó xido de níquel, la com posición co lorante d e la pres ente inve nción no está sujeta al reglamento n.º 1907/2006 relativo al REA CH de la Comunida d Europea, anexo XVII, discutido anteriormente. Por lo tanto, además de ser más segur o, cualquier proceso para la producción de vidrio de color que use la composición
15 colorante de la presente invención también será más económico ya que no requerirá ninguna autorización particular. Finalmente, además de estar libre de óxido de níquel, la composición de la presente invención contiene cantidades reducidas de óxido de cobalto y óxido de cromo en comparación con los colorantes de vidrio usados actualmente.
El óxido de cobalto, como el óxido de níquel, es un producto muy costoso. Por lo tanto, la composición colorante de la 20 presente invención es también más económica en comparación con las conocidas en la técnica, ya que está libre de óxido de níquel y se caracteriza por bajas concentraciones de óxido de cobalto.
Con resp ecto al ó xido de cromo, este compuesto es mu y p eligroso p orque cuan do el cromo tiene un estado de oxidación de +6, forma el trióxido de cromo, que es un compuesto gaseoso altamente tóxico.
25 La com posición de la pr esente inv ención se caracter iza por u na co ncentración re ducida de ó xido de crom o en comparación con las conocidas en la técnica y, por tanto, también es más segura (habiendo una menor probabilidad de formación de trióxido de cromo).
30 La composición comprende: del 35-50 % en peso de MnO 2, del 4-10 % en peso de Cr 2O3, del 0,5-1,5 % en peso de Co3O9 y d el 40-60 % del me dio vítreo de s ílice y/o a l me nos u n si licato. El dió xido de mang aneso ( MnO2) est á comprendido preferentemente en una cantidad igual al 40-45 %.
El Cr2O3 está comprendido preferentemente en una cantidad igual al 5-8 % en peso. 35 El Co3O4 está comprendido preferentemente en una cantidad igual al 0,8-1,2% en peso.
En una realización preferida, la composición comprende: del 40-45 % en peso de MnO2; del 5-8 % en peso de Cr2O3, del 0,8-1,2 % en peso de Co3O4 y del 45-55 % del medio vítreo. 40 El medio vítreo es sílice y/o al menos un silicato.
En particular, el al menos un silicato es un silicato de sodio, preferentemente seleccionado entre silicato de sodio 1:2 (Na2O*2SiO2), silicato de sodio 1:3 (Na2O*3SiO2) y/o mezclas de los mismos. 45 Preferentemente, dicho al menos un silicato es anhidro.
En una realización particularmente preferida de la invención, el medio vítreo comprende una mezcla de silicato de sodio 1:2 (Na2O*2SiO2) y silicato de sodio 1:3 (Na2O*3SiO2) que comprende silicato de sodio 1:3 al 42-48 % en peso y 50 silicato de sodio 1:2 al 2-8 % en peso.
Los porcentajes deben considerarse porcentajes en peso en relación al peso total de la composición colorante.
El óxido de cobalto usado para la producción de la composición colorante de la invención es preferentemente una 55 mezcla de CoO y Co2O3.
El óxido de cromo (Cr2O3) para la producción de la composición colorante de la invención está preferentemente en polvo o en forma de cristal, más preferentemente en forma de polvo cristalino. Las partículas cristalinas de óxido de cromo tienen dimensiones que preferentemente varían de 3 a 10 micras.
60 Según un aspecto adicional de la presente invención, la composición para la coloración de vidrio se formula como polvo o bien como microgránulos, comprimidos o gránulos.
Se prefiere particularmente la formulación en gránulos. 65
imagen3
(i) proporcionar una mezcla colorante según la presente invención; 5 (ii) humedecer la mezcla colorante;
(iii)
reducir la mezcla en gránulos;
(iii)
humedecer los gránulos de colorante;
(iv) secar los gránulos.
10 En partic ular, l a etap a (i) im plica m ezclar las materias primas nec esarias par a la for mulación de l a composic ión colorante en cuestión en cantidades adecuadas.
Las mater ias primas p ueden ser ó xidos m etálicos, en p articular, ó xidos de meta les de trans ición, y a gentes d e vitrificación, fundición, estabilización, refinación y/u opacificantes.
15 En referencia particular a la presente invención, MnO2, Cr2O3, Co3O4 y el medio vítreo se mezclan en las cantidades que se han indicado previamente.
Preferentemente, la mezcla colorante se compacta antes de reducirse en gránulos. 20 La granulación se logra preferentemente mediante aplastamiento.
La etapa de humidificación se lleva a cabo en una atmósfera que comprende preferentemente del 15 al 35 % en peso de agua, más preferentemente, del 20 al 30 % en peso de agua.
25 La etap a de secado se lle va a cabo a una temp eratura que pr eferentemente varí a entre 15 0 y 300 °C, más preferentemente, entre 180 y 260 °C.
El tiempo de secado preferentemente varía entre 5 y 30 minutos, más preferentemente, entre 5 y 15 minutos.
30 El secado se lleva a cabo preferentemente en rotación, esto es, se lleva a cabo a la vez que los gránulos se agitan para cambiar continuamente la superficie expuesta al agente de secado.
Después de la etapa de secado, puede proporcionarse una etapa de tamizado.
35 Los gránulos obtenidos con el proceso descrito anteriormente tienen una densidad que es preferentemente igual a o mayor que la densidad de la matriz de vidrio fundido.
En una realización preferida de la invención, los gránulos de colorante obtenidos según la presente invención se 40 caracterizan por una d ensidad que varía preferentemente de 1 a 5 g/cm 3, más preferenteme nte, varía entre 2 y 3 g/cm3.
En un a re alización preferida adicional de l a inve nción, los grán ulos de c olorante ti enen una dim ensión qu e varí a preferentemente entre 1 y 15 mm, más preferentemente, entre 2 y 10 mm.
45 En un a real ización pr eferida adicional d e la invenc ión, los gránu los d e c olorante d e la presente invención está n caracterizados por una humedad menor que el 5% p/p, preferentemente menor que el 3 % p/p, más preferentemente, menor que el 2 % p/p.
50 La densidad de los gránu los según la prese nte invención permite un a distribución homogénea y/o una mezcla de l colorante en la matriz de vidrio fundido durante el proceso de producción del vidrio de color. La distribución homogénea y/o la mezcla del colorante hacen posible que se obtenga una coloración rápida y uniforme del vidrio. El vidrio con un color mejorado asegura una alta calidad del producto final, cualquiera que este sea.
55 La composición colorante según la presente invención, preferentemente en forma de gránulos, se usa para colorear el vidrio por medio de cualquier procedimiento para la producción de vidrio de color. El proceso para la producción de vidrio de color según la presente invención comprende las siguientes etapas:
• proporcionar una matriz de vidrio fundido; 60 • añadir el colorante según la presente invención;
• formar el vidrio.
La fun dición d el vidr io se lleva a cab o a u na temp eratura qu e varía pr eferentemente entre 10 00 y 2000 °C; m ás preferentemente, varía preferentemente entre 1200 y 1600 °C. 65
imagen4
El colorante se añade a la matriz de vidrio fundido a una concentración que varía preferentemente entre el 1 y el 6 %, más preferentemente, entre el 3 y el 6 % en peso en relación a la matriz de vidrio fundido. La composición de la presente invención puede añadirse a la matriz de vidrio por sí sola o bien en combinación con otras comp osiciones col orantes para vi drio (por e jemplo, pue den us arse comp osiciones col orantes de vi drio
5 comúnmente conocidas por el término fritas).
En una rea lización particularmente preferida de la inve nción, el vidrio o btenido con la compos ición colorante de la invención tiene un porcentaje de reflectancia de luz muy bajo, de manera que el vidrio se define prácticamente como negro.
En el contexto de la presente invención, el porcentaje de reflectancia de luz (L) significa una propiedad de vidrio que indica la cantidad de luz reflectada o absorbida por el vidrio y esta varía entre un valor de L=0, correspondiente al vidrio negro, y L=100, correspondiente al vidrio que reflecta completamente la luz visible (blanca).
15 EJEMPLO
Proceso de granulación
Se pre paró una com posición qu e conte nía MnO 2 al 43 %, Cr 2O3 al 6 %, Co 3O4 al 1 %, silicato de so dio 1:3 (Na2O*3SiO2) al 46 % y silicato de sodio 1:2 (Na2O*2SiO2) al 4 %.
Los ingredientes se mezclaron en un mezclador de paletas/humidificador durante un tiempo de 5-10 minutos.
La mezcla así obtenida se compactó en supositorios con la ayuda de una prensa rotativa.
25 La composición reducida en supositorios se sometió a la etapa de aplastamiento en un molino de martillos.
Los gránulos se sometieron a una etapa de humidificación durante 5 minutos a una humedad del 20 % p/p.
Los gránulos se secaron durante 10 minutos a 200-250 °C y finalmente se sometieron a una etapa de tamizado.
Los gránulos así obtenidos se añadieron en una concentración al 3 % a la mezcla d e vidrio fundido transparente durante el proceso de coloración de vidrio.
35 Proceso de coloración de vidrio
La mezcl a de vidrio se fun dió e n un h orno de fu ndición a un a te mperatura de apro ximadamente 12 00 °C. Posteriormente, se dejó verter en un canal.
El canal soporta quemadores que tienen el fin de mantener la temperatura alrededor de 1250 °C y así mantener la mezcla de vidrio en estado fundido.
Además, en el canal están presentes los mezcladores, es decir, las paletas que tienen el fin de mezclar la mezcla de vidrio fundido.
45 En el canal de fundición están presentes 4 filas de paletas fijadas a una distancia de 15 minutos entre sí.
El sistema está igua lmente provisto d e una cortad ora, con pes aje gr avimétrico o v olumétrico. La s cortador as dispensan los gránulos que caen en la mezcla de vidrio fundido para la coloración.
Las paletas tienen el fin de mezclar homogéneamente la mezcla de vidrio fundido con el colorante.
Después de la etapa de mezclado, se lleva a cabo la etapa de formación, acompañada de una abrupta reducción de la temperatura y, por lo tanto, de un rápido enfriamiento del vidrio.
55 Las fuertes tensiones mecánicas que se forman en el vidri o debido a la rápida caída de temperatura se eliminaron llevando a cabo lo que se define como una etapa de recocido.
El recocido se llevó a cabo a una temperatura de 600-700 °C. Finalmente, el vidrio de color obtenido se dejó enfriar lentamente a temperatura ambiente.
El vidrio de color obtenido con la composición de la presente invención como se ha descrito anteriormente se comparó con el vidrio obtenido con la composición usada actualmente para obtener la misma tonalidad de color.
65 El vidrio oscuro comercial se hace con una composición que contiene el 1 % de óxido de níquel.
imagen5
5 Análisis del vidrio
Una muestra de vidrio se produjo con la adición de la composición según la presente invención al 1 % en una mezcla de vidrio fundido según el procedimiento descrito anteriormente.
10 El vidrio se analizó usando un colorímetro de laboratorio Minolta CM2500D, que hace lecturas en reflexión y se midió el color real de la muestra de vidrio.
Los resultados del análisis se muestran en la Tabla 1.
imagen6

Claims (10)

  1. imagen1
    imagen2
    REIVINDICACIONES
    1. Una composición colorante para vidrio, libre de óxido de níquel, que comprende:
    5 • del 35-50 % en peso de MnO2;
    •
    del 4-10 % en peso de Cr2O3.
    •
    del 0,5-1,5 % en peso de Co3O4; y
    •
    del 40-60 % de un medio vítreo de sílice y/o al menos un silicato.
    10 2. La composición según la reivindicación 1, que comprende:
    •
    del 40-45 % en peso de MnO2;
    •
    del 5-8 % en peso de Cr2O3;
    • del 0,8-1,2 % en peso de Co3O4; y 15 • del 45-55 % de un medio vítreo de sílice y/o al menos un silicato.
  2. 3.
    La composición según la reivindicación 1 o 2, en la que dicho silicato, es un silicato anhidro.
  3. 4.
    La compos ición se gún la reivindic ación 3, en la que dicho al menos un silic ato es un silica to de sodio ,
    20 preferentemente seleccionado entre silicato de sodio 1:2 (Na2O*2SiO2), silicato de sodio 1:3 (Na2O*3SiO2) y/o mezclas de los mismos.
  4. 5. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho medio vítreo comprende
    silicato de sodio 1:3 al 42-48 % en peso en relación al medio vítreo y/o silicato de so dio 1:2 al 2-8 % en peso e n 25 relación al medio vítreo.
  5. 6. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el óxido de cromo está en forma de polvo, cristales o polvo de cristal, preferentemente con un tamaño de partícula que varía de 3 a 10 micras.
    30 7. La com posición s egún u na cua lquiera d e las r eivindicaciones a nteriores e n forma de p olvo, o en forma de microgránulos, comprimidos o gránulos.
  6. 8. Un proceso para la producción de la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en forma de
    gránulos, comprendiendo dicho proceso las siguientes etapas: 35
    (i)
    proporcionar una composición para la coloración de vidrio según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7;
    (ii)
    humedecer la composición colorante;
    (iii) reducir la composición en gránulos;
    (iv) humedecer los gránulos de colorante; y 40 (v) secar los gránulos.
  7. 9. El proceso según la reivindicación 8, en el que la etapa de humidificación se llevaa cabo en una atmósfera que comprende del 15 al 35 % en peso de agua, preferentemente del 20 al 30 % en peso de agua.
    45 10. Un gránulo de la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por una densidad que varía de 1 a 5 g/cm3, preferentemente entre 2 y 3 g/cm3, un tamaño que varía entre 1 y 15 mm, preferentemente entre 2 y 10 mm y una humedad menor que el 5 % p/p, preferentemente menor que el 3 % p/p.
  8. 11. Un uso de la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y/o del gránulo según la reivindicación 50 10 para la coloración de vidrio.
  9. 12. Un proceso para la producción de un vidrio de color que comprende las siguientes etapas:
    (i) proporcionar una matriz de vidrio fundido;
    55 (ii) aña dir u na composic ión según un a cu alquiera de l as reivin dicaciones 1 a 7 y/o un grá nulo según la reivindicación 10; y
    (iii) formar el vidrio.
  10. 13. Un proceso según la reivindicación 12, en el que dicha composición y/o gránulo se añade a una concentración que 60 varía entre el 1 y 6 %, preferentemente entre el 3 y 6 % en peso, en relación a la matriz de vidrio fundido.
    7
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