ES2926358T3 - Método para fabricar un vidrio de seguridad y vidrio obtenido mediante el mismo - Google Patents

Método para fabricar un vidrio de seguridad y vidrio obtenido mediante el mismo Download PDF

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Abstract

Un método para fabricar un vidrio de seguridad (10) que involucra el raspado de al menos una placa de vidrio (1); colocar una frita vítrea (2) sobre al menos una superficie de la placa (1); calentar la placa (1) y la frita (2) de 600°C a 700°C, preferiblemente 650°C, para vitrificar esta última sobre la placa (1); enfriar dicha placa (1) y dicha frita vítrea (2). La invención también incluye la producción de un vidrio de seguridad (10) obtenido por el método descrito anteriormente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un vidrio de seguridad y vidrio obtenido mediante el mismo
La presente invención se refiere al campo técnico relacionado con el procesamiento de vidrio y, en particular, se refiere a un método para fabricar un vidrio de seguridad y al vidrio así obtenido.
Los vidrios resistentes a la llama conocidos son del tipo de composición de “borosilicato”, denominados comercialmente vidrios “Pyrex” ® o los denominados “vidrios cerámicos” que se componen de materiales con una estructura cerámica o parcialmente cerámica.
Los vidrios de composición de borosilicato tienen una estructura completamente amorfa, mientras que los vidrios cerámicos tienen una estructura cristalina o parcialmente cristalina y se obtienen por enfriamiento lento del vidrio fundido dentro de moldes especiales, proporcionando así placas cerámicas mediante la desvitrificación del material de partida. Estos vidrios conocidos se caracterizan por el hecho de que pueden permanecer expuestos durante mucho tiempo a altas temperaturas y/o a llama directa.
La principal desventaja de los vidrios conocidos es la seguridad. En particular, el vidrio de borosilicato, debido a su composición química y al tratamiento térmico, tiene características típicas de los vidrios templados de seguridad con modos de fallo caracterizados por la dispersión de fragmentos (escamas) de pequeñas dimensiones y no cortantes. Por este motivo, es necesario usar estos vidrios en estructuras compuestas de doble acristalamiento cuando deben realizarse muros medianeros y muros divisorios.
El tema de la seguridad también está presente en los “vidrios cerámicos” usados en muros medianeros, debido a que la naturaleza cerámica se caracteriza por estructuras atómicas de tipo cristalino (o parcialmente cristalino), lo que determina una rotura insegura del vidrio en fragmentos alargados y cortantes, las denominadas “astillas”.
Por tanto, es necesario usar estos vidrios cerámicos en forma estratificada, es decir, interponiendo una película de plástico entre dos vidrios acoplados para evitar la dispersión de peligrosos fragmentos cortantes en caso de rotura accidental de dichos vidrios.
Una desventaja adicional de los vidrios cerámicos reside en el denominado “aspecto mecánico”, es decir, en el hecho de que estos vidrios nunca son completamente transparentes, sino que tienen un color amarillo pajizo y son imposibles de curvar y/o doblar usando las tecnologías habituales.
Otra desventaja de los vidrios conocidos con composición de “borosilicato” y “vidrio cerámico” se relaciona con la disponibilidad limitada en los tamaños de las losas obtenidas, en los grosores, en las dimensiones y en los colores, lo que provoca serias limitaciones de orden logístico-productivo en la realización de elementos estructurales, funcionales y decorativos que van a fabricarse usando estos materiales.
Otra desventaja reside en el hecho de que estos vidrios de borosilicato o cerámicos se consideran especiales y, por tanto, los producen pocos fabricantes con el consiguiente coste unitario elevado.
Una desventaja adicional de los vidrios conocidos mencionados es que, al ser transparentes o casi transparentes a la radiación infrarroja, no son muy eficientes cuando se usan en la producción de fogones de inducción donde permiten que la radiación infrarroja, emitida por el fondo de la olla, sartén o similar, se propague a través de ellos hacia los elementos de inducción, permitiendo así una dispersión de la energía térmica.
Un objeto de la presente invención es proponer un vidrio de seguridad que se compone de sodio-calcio de mayor resistencia térmica y mecánica.
Un objeto adicional es proponer un método para fabricar dicho vidrio de sodio-calcio.
Otro objeto es proponer un vidrio y un método para fabricarlo con bajos costes y con formatos ampliamente variables que sean fáciles de almacenar.
Un objeto adicional es proponer un vidrio casi opaco a la radiación infrarroja y particularmente adecuado, por ejemplo, para producir fogones de inducción al tiempo que también aumenta su rendimiento energético.
El documento WO2004/036084 da a conocer un método que implica colocar una frita vítrea en una superficie de un sustrato de vidrio, calentar dicha frita y dicho sustrato hasta temperaturas de entre 600°C y 650°C y enfriarlos.
Las características de la invención se explican resumidamente a continuación con referencia particular a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 ilustra esquemáticamente las diversas fases del método para producir el objeto de vidrio de la invención;
- la figura 2 muestra esquemáticamente una variante del método mostrado en la figura 1.
La presente invención se refiere a un método para fabricar un vidrio de seguridad según la reivindicación 1.
Una realización preferida comprende las siguientes etapas esquematizadas en la figura 1:
- si es necesario, desbastar una placa 1 de vidrio en el sentido de incluir el procesamiento de la placa 1 con respecto a las dimensiones y la forma deseadas par el vidrio que va a fabricarse;
- rugosificar al menos una superficie, es decir, una cara, de dicha placa 1;
- depositar una frita 2 vítrea, es decir, una formulación en forma líquida con la composición mostrada a continuación, en dicha superficie rugosificada de la placa 1;
- calentar la placa 1 y la frita 2 en un horno a temperaturas que oscilan entre 600°C y 700°C, incluso si la temperatura óptima es de 650°C, para permitir la vitrificación de la frita 2 en la placa 1;
- enfriar rápidamente la placa 1 y la frita 2 en tiempos que varían desde 60 hasta 1000 segundos, preferiblemente en un tiempo de 40 segundos para cada mm de grosor, para obtener el vidrio 10 de seguridad con una resistencia mecánica ur que oscila entre 90 MPa y 150 MPa, normalmente de aproximadamente 120 MPa, y con una resistencia a llama directa para temperaturas mayores de 400°C y una resistencia a una diferencia de temperatura AT entre la superficie expuesta a la llama y la superficie opuesta AT> 250°K.
El método de la invención prevé que dicha etapa de rugosificar al menos dicha superficie de la placa 1 destinada a recibir la frita 2 vítrea se lleve a cabo por medio de al menos uno de esmerilado con chorro de arena, opacificación por láser, lijado, o similares, para obtener una rugosidad de dicha superficie de entre 0,02 ^m y 0,15 ^m, preferiblemente de entre 0,10 ^m y 0,15 ^m.
El método prevé además el esmerilado con chorro de arena usando al menos uno de cristales de bicarbonato de sodio (NaHCÜ3), cristales de silicio y/o derivados de los mismos, cristales o partículas de óxido de aluminio (Al2Ü3), de carburo de silicio (SiC), de óxido de circonio (ZrÜ2), de óxido de cerio (Ce2Ü3), también se prevé que el lijado se lleve a cabo usando al menos uno de papel abrasivo, esponja abrasiva, muela, y similares.
La posible fase del método de desbaste de la placa 1 comprende al menos uno de cortado, conformado y perforado de dicha placa 1 de vidrio antes de colocar la frita 2 vítrea en la misma.
Una variante del método, mostrada esquemáticamente en la figura 2, después del calentamiento de la placa 1 y de la frita 2, proporciona un enfriamiento lento de esta última en periodos variables de tiempo, dependiendo del grosor de la placa, de desde 600 hasta 7.200 segundos, obteniendo así un vidrio 3 semiterminado que todavía puede conformarse y dimensionarse según se desee. De hecho, este producto semiterminado todavía es manejable debido a que no se ha sometido a la fase de temple (por ejemplo, a través de enfriamiento rápido de la placa 1 y la frita 2). El enfriamiento lento se produce mediante soplado forzado de gas refrigerante, normalmente aire, según las técnicas para la producción del denominado vidrio “endurecido” y/o “recocido”.
El vidrio así obtenido se considera un producto semiterminado ya que puede someterse posteriormente a procesamiento mecánico y/o tratamientos térmicos que no pueden ser soportados por los vidrios que ya se han sometido a procedimientos térmicos de templado.
Por tanto, la variante del método proporciona un desbaste adicional del vidrio 3 semiterminado para adaptarlo a las dimensiones y formas de la lámina de vidrio que va a fabricarse.
Luego, la variante del método continua con las fases de:
- calentar el vidrio 3 semiterminado a una temperatura que oscila entre 600°C y 700°C, preferiblemente a una temperatura de 620°C;
- enfriar rápidamente la placa 1 y la frita 2 en tiempos que varían desde 60 hasta 1.000 segundos, preferiblemente en un tiempo de 40 segundos por cada mm de grosor, para obtener el vidrio 10 de seguridad con una resistencia mecánica ur que oscila entre 90 MPa y 150 MPa, normalmente de aproximadamente 120 MPa, y con una resistencia térmica a llama directa para temperaturas mayores de 400°C y una resistencia a la diferencia de temperatura AT entre la superficie expuesta a la llama y la superficie opuesta AT> 250°K.
En la realización preferida del método y en su variante, la frita 2 vítrea se deposita en un grosor que varía entre 5 pm y 300 pm, preferiblemente mediante impresión y/o pintado y/o transferencia.
En ambas realizaciones del método, el enfriamiento rápido, según las técnicas en uso para la producción de vidrio templado térmicamente, se obtiene mediante soplado forzado de mezclas de gases refrigerantes que tienen la siguiente composición típica:
- el 78,09% de N2;
- el 20,94% de O2;
- el 0,93% de Ar;
- el 0,04% de CO2.
La invención también se refiere a un vidrio de seguridad obtenido directamente mediante el método descrito anteriormente tanto en la realización preferida como en su variante.
El vidrio de seguridad se basa en el uso de vidrio de sodio-calcio en placas cuya formulación líquida incluye, en promedio:
- SiO2 en un porcentaje variable entre el 68,0% y el 74,5%, preferiblemente el 72,8%;
- Al2O3 TiO2 en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 0,7%;
- Fe2O3 en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 0,45%, preferiblemente el 0,09%;
- CaO en un porcentaje variable entre el 8,0% y el 14,0%, preferiblemente el 8,6%;
- MgO en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 3,61%;
- Na2O en un porcentaje que varía entre el 10,0% y el 16,0%, preferiblemente el 13,7%;
- K2O en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 0,2%;
- SO3 en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 0,3%, preferiblemente el 0,3%.
La frita 2 vítrea tiene la siguiente composición típica:
- (metil-2-metoxietoxi)propanol con una proporción de 150.000 mg/kg;
- TiO2 SnO (en mica) con una proporción de 20.000 mg/kg;
- (compuestos de) B con una proporción de 9.000 mg/kg;
- (compuestos de) Al con una proporción de 13.000 mg/kg;
- (compuestos de) Zn con una proporción de 12.500 mg/kg.
La principal ventaja de la presente invención es la de proporcionar un vidrio de seguridad de mayor resistencia termo-mecánica con una composición de sodio-calcio.
Una ventaja adicional es la de proporcionar un método para fabricar un vidrio de sodio-calcio de este tipo.
Otra ventaja es proporcionar un vidrio y un método para fabricarlo con bajos costes y con formatos ampliamente variables y facilitar la gestión y el almacenamiento.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para fabricar un vidrio (10) de seguridad caracterizado porque comprende las etapas de:
    - rugosificar al menos una placa (1) de vidrio;
    - colocar una frita (2) vítrea en dicha al menos una superficie de la placa (1);
    - calentar a desde 600°C hasta 700°C, preferiblemente a 650°C, la placa (1) y la frita (2) para vitrificar esta última en la placa (1);
    - enfriar dicha placa (1) y dicha frita (2) vítrea para obtener un producto (3) semiterminado;
    en el que dicha la rugosificación comprende la fase de rugosificar al menos dicha superficie de la placa (1) destinada a recibir la frita (2) vítrea por medio de al menos uno de esmerilado con chorro de arena, opacificación por láser o lijado, para obtener una rugosidad de dicha superficie que oscila entre 0,02 pm y 0,15 pm.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el esmerilado con chorro de arena se lleva a cabo usando al menos uno de cristales de bicarbonato de sodio (NaHCÜ3), cristales de silicio y/o derivados de los mismos, cristales o partículas de óxido de aluminio (Al2Ü3), de carburo de silicio (SiC), de óxido de circonio (ZrÜ2), de óxido de cerio (Ce2Ü3), y porque el lijado se lleva a cabo usando al menos uno de papel abrasivo, esponja abrasiva y muela.
  3. 3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por lograr una rugosidad de dicha superficie que oscila entre 0,10 pm y 0,15 pm.
  4. 4. Método según cualquier reivindicación 1-3, caracterizado por cortar y/o conformar y/o perforar dicha placa (1) de vidrio antes de colocar la frita (2) vítrea en la misma.
  5. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la placa (1) y la frita (2) se enfrían rápidamente en tiempos variables desde 60 hasta 1000 segundos, preferiblemente en 40 segundos por cada mm de grosor, para obtener el vidrio (10) de seguridad con una resistencia mecánica (ur) que oscila entre 90 MPa y 150 MPa, preferiblemente esta última es de 120 MPa, y con una resistencia térmica a llama directa para temperaturas mayores 400°C y una resistencia a una diferencia de temperatura (AT) entre la superficie expuesta a la llama directa y la superficie opuesta AT> 250°K.
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la placa (1) y la frita (2) se enfrían lentamente en tiempos variables, según el grosor de la losa, que oscilan entre 600 y 7.200 segundos para obtener el vidrio (3) semiterminado.
  7. 7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque:
    - el vidrio (3) semiterminado se rugosifica adicionalmente;
    - calentar el vidrio (3) semiterminado a una temperatura que oscila entre 600°C y 700°C, preferiblemente a una temperatura de 620°C;
    - enfriar rápidamente el producto (3) semiterminado en tiempos que varían desde 60 hasta 1.000 segundos, normalmente 40 segundos por cada mm de grosor, para obtener el vidrio (10) de seguridad con una resistencia mecánica (ur) que oscila entre 90 MPa y 150 MPa, normalmente de aproximadamente 120 MPa, y con una resistencia térmica a llama directa para temperaturas mayores de 400°C y una resistencia a una diferencia de temperatura (AT) entre la superficie expuesta a la llama y la superficie opuesta AT> 250°K.
  8. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frita (2) de vidrio se deposita con un grosor que varía entre 5 p y 300 p.
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frita (2) de vidrio se deposita mediante impresión y/o pintado y/o transferencia.
  10. 10. Vidrio fabricado según el método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consiste en un material vítreo en la placa (1) que comprende:
    - SiÜ2 en un porcentaje variable entre el 68,0% y el 74,5%, preferiblemente el 72,8%;
    - AI2O3 TÍO2 en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 0,7%;
    - Fe2O3 en porcentajes que oscilan entre el 0,0% y el 0,45%, preferiblemente el 0,09%;
    - CaO en un porcentaje que varía entre el 8,0% y el 14,0%, preferiblemente el 8,6%;
    - MgO en un porcentaje que oscila entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 3,61%;
    - Na2O en porcentajes que oscilan entre el 10,0% y el 16,0%, preferiblemente el 13,7%;
    - K2O en porcentajes que oscilan entre el 0,0% y el 4,0%, preferiblemente el 0,2%;
    - SO3 en un porcentaje variable entre el 0,0% y el 0,3%, preferiblemente el 0,3%.
    Vidrio según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una frita (2) de vidrio de la composición: - TiO2 SnO en mica con una proporción de 20.000 mg/kg;
    - compuestos de B con una proporción de 9.000 mg/kg;
    - compuestos de Al con una proporción de 13.000 mg/kg;
    - compuestos de Zn con una proporción de 12.500 mg/kg;
    - (metil-2-metoxietoxi)propanol con una razón de 150.000 mg/kg.
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