BR112016030688B1 - Processo para fabricar lâminas de vidro com um acabamento difuso - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE LÂMINAS DE VIDRO COM UM ACABAMENTO DIFUSO E LÂMINA DE VIDRO RESULTANTE. A presente invenção se refere a um processo de fabricação de lâminas de vidro com um acabamento difuso e à lâmina de vidro resultante deste processo. A lâmina de vidro é submetida a uma série de imersões alternadas em soluções ácidas e soluções alcalinas para eliminar as impurezas e resíduos e para gerar um acabamento nas duas faces da lâmina de vidro. O processo gera na lâmina de vidro em pelo menos um dos seus lados uma superfície difusa com uma rugosidade pico-vale (Rt) entre 5,8343 μm e 9,3790 μm; uma rugosidade média (Ra) entre 0,8020 μm e 0,9538 μm; uma rugosidade RMS entre 0,9653 μm e 1,19167 μm; uma transmissão solar entre 84,8% e 46,50%; uma reflexão solar entre 7,4 e 4,4%; uma transmissão de luz entre 88,5% e 67,60%; uma reflexão de luz entre 6,50% e 5,20%; e uma transmissão UV entre 35,60% e 70,20%.
Description
[001]A presente invenção mostra um processo de fabricação de lâminas de vidro com acabamento difuso, e, mais especificamente um processo de fabricação para a produção de um vidro difuso por meio da sua imersão em soluções ácidas, modificando as suas propriedades óticas e conferindo a ele um acabamento difuso.
[002]Desde que se obteve uma lâmina de vidro contínua sobre uma camada de estanho em 1959 (processo de vidro flotado), as aplicações do mesmo foram se diversificando abarcando um número grande de mercados; desde aplicações no mercado da construção até o seu uso com formas complexas no mercado automotivo.
[003]Uma das aplicações que tem o vidro flotado é a da proteção de obras de arte e retratos, acompanhado de uma moldura de madeira ou de outros materiais. O principal propósito de se cobrir as obras de arte com vidro consiste na proteção física da mesma contra fatores como a umidade, o calor e manchas. Também é utilizado o vidro devido ao fato de que confere bons níveis de proteção contra os raios UV que podem atacar os pigmentos das obras de arte que se deseja proteger, causando uma eventual descoloração.
[004]No entanto, um problema comum que se apresenta ao ser utilizado o vidro plano como proteção das obras de arte, é que, quando um espectador se en-contra diante de uma peça emoldurada com este material, o mais comum é que, em vez de uma obra de arte, veja o seu próprio reflexo. Com a finalidade de eliminar este efeito causado pela reflexão de luz tentou-se atacar por diversos caminhos e a solução mais empregada foi a utilização de vidro plano difuso. Neste caso, a forma por meio da qual os vidros planos difusos evitam reflexos é o tratamento da sua su- perfície com ácidos. Isso evita o brilho acrescentando-se irregularidades à sua su-perfície.
[005]Regulamente, na fabricação deste vidro difuso é utilizado o vidro plano claro devido à sua grande disponibilidade no mercado e ao seu baixo custo em comparação com outros tipos de vidros. A espessura típica deste vidro varia de 2,0 mm a 2,5 mm. O vidro claro convencional com esta espessura tem uma transmissão de luz de aproximadamente 90% e uma reflexão de 8%. Ao lhe ser dado um tratamento com ácido, o nível de reflexão baixa para aproximadamente 1%.
[006]Existe outra opção de matéria prima com baixos níveis de ferro que vem sendo utilizada nos últimos anos, embora apresente um custo mais elevado. As vantagens ao se utilizar este tipo de matéria prima é que se obtém uma transmissão de luz mais elevada, aproximadamente de 92%, o que permite que se tenha uma melhor percepção da imagem que se está protegendo. Ao se fazer o mesmo tratamento com ácido, obtém-se o mesmo nível de reflexão que se obtém com o vidro claro convencional de 1%.
[007]Existem outras opções que podem ser empregadas com o mesmo fim, embora estas envolvam o uso de um processo complexo ou de alta tecnologia, o que faz com que o seu custo de fabricação seja muito mais elevado. Uma destas opções consiste nos vidros anti-reflexo (AR) fabricados por meio da tecnologia de pulverização catódica (sputtering).
[008]Devido ao seu custo, vidros deste tipo normalmente são utilizados para aplicações de alto valor como telas para monitor ou vidros que fazem parte de expo-sitores. As configurações mais comuns utilizadas neste tipo de produto consistem na alternância de uma película de alto índice de refração (TiO2, por exemplo) com um baixo índice de refração (SiO2, por exemplo). Regularmente o nível de reflexão obti-do depende do número de películas alternadas entre si, contando o produto de menor desempenho com pelo menos 4 películas.
[009]Existem outros materiais que foram empregados procurando-se obter um comportamento análogo ao do vidro, mas que mostrassem uma menor reflexão da luz, um deles é o acrílico, que tem uma grande transmissão de luz e uma qualidade ótica semelhante à do vidro. Mostra uma grande vantagem em comparação com o vidro do ponto de vista da densidade, já que o acrílico é um material muito leve, mas apresenta a desvantagem de ser facilmente arranhado e de reter a carga estática, o que é prejudicial para certo tipo de arte (técnica de pastel e carvão), não tendo tido, por este motivo, muito êxito para aplicações anti-reflexo.
[010]Por outro lado, desde os anos 40 vem se tratando de alterar a superfície do vidro e dar-lhe uma aparência difusa por meio de ataque químico. A patente U.S. No. 2.348.704 (1944) concedida a Frederick W. Adams propõe a redução do reflexo de luz proveniente da superfície do vidro utilizando ácidos. Isso forma uma película delgada que pressupõe uma interferência entre a superfície exposta da película e a superfície do vidro coberta pela película. O estudo descrito por Adams consiste no tratamento do vidro com um ácido mineral forte, neste caso o ácido nítrico a 0,5 N, com a finalidade de se eliminar os componentes básicos do vidro que se encontram na superfície, sem atacar o SiO2. Posteriormente, é utilizada uma solução diluída de ácido fluorídrico a 0,1% em volume. É bem conhecido atualmente o fato de que a utilização do ácido fluorídrico em concentrações tão baixas envolve um período longo de tempo de ataque para serem obtidas as características anti-reflexo obtidas por Adams, sendo, por este motivo, muito pouco viável a aplicação destas descobertas em um processo produtivo.
[011]Na patente No. 2.486.431 concedida a Frederick H. Nicoll e Ferd E. Wil-liams também descreve o uso de uma solução de ácido nítrico a 0,5N. O vidro plano é imerso nesta solução com a finalidade de gerar uma degradação da superfície do vidro eliminando a nível microscópico o caráter plano da superfície e formando uma porosidade no mesmo. Uma vez obtido isso, a reação com o ácido nítrico é extinta para continuar com uma imersão do vidro plano em uma solução de ácido hexafluor- silícico com concentrações que vão de 0,3 a 3,0 moles/litro trabalhando-se a tempe-ratura ambiente entre 35 e 55 °C. Tal como no trabalho feito por Adams, novamente se apresenta o problema de se trabalhar com soluções a uma concentração muito baixa e que precisam ser alteradas muito rapidamente em um processo produtivo. Isso se deve ao fato de que cada lâmina que se imerge na solução de ácido hexa- fluorsilícico enfraquece a concentração do ácido, motivo pelo qual a cada batelada que se prepara para obter um vidro plano difuso é necessário se fazer ajustes nos períodos de tempo de imersão tornando o processo pouco rentável e instável.
[012]Na patente U.S. No. 2.461.840 concedida a Frederick H. Nicoll, foi ex-plorado outro processo para se obter vidro plano difuso, em que não era necessário fazer uma imersão da lâmina de vidro plano em ácidos. Nicoll descobriu que o vapor de ácido fluorídrico pode gerar uma superfície difusa no vidro plano sem a necessi-dade de se usar antes outros ácidos minerais. Para atingir este propósito, foi projetado um tanque tendo uma tampa de cera onde se colocou ácido fluorídrico a 1%. Este tanque, por usa vez, se encontrava imerso em um outro tanque maior que continha água,, que servia para controlar a temperatura do ácido fluorídrico presente no tanque principal. Posteriormente uma lâmina de vidro plano era colocada sobre o tanque principal, e que seria exposta ao ataque com vapor de ácido fluorídrico, gerando a superfície difusa em uma das faces da lâmina. Ao se utilizar este conjunto de tanques foi possível manipular a pressão de vapor do ácido fluorídrico reduzindo- se os períodos de tempo de ataque sobre a lâmina de vidro plano. A principal desvantagem deste processo é que somente pode ser tratada uma das duas superfícies do vidro plano, sendo, além disso, necessários períodos de tempo maiores para se obter o acabamento desejado (períodos mínimos de 40 minutos), motivo pelo qual, a escala em nível industrial deste processo do tipo de bateladas não parece rentável.
[013]Existem outros processos que não utilizam ácidos para reduzir a refle- xão da luz proveniente da superfície do vidro plano, como a descrita por Cook et al. (U.S. 4.434.191) em que se reivindica a possibilidade de se utilizar soluções de ele- trólitos que tenham uma constante de dissociação superior a 10-6 a uma temperatura de 20°C. Este tipo de processo permite que se trabalhe o vidro plano por meio de uma imersão nestas soluções eletrolíticas, que têm um pH neutro de aproximadamente 7,0. Mais especificamente, com este processo, é possível se gerar um revestimento anti-reflexo de alta qualidade sobre a superfície do vidro plano que pode ser utilizado para aplicações óticas. A desvantagem deste processo, tal como nos já mencionados, é que necessita de períodos de tempo muito grandes de exposição do vidro plano à solução eletrolítica. Cook menciona em seu trabalho que os períodos normais para se obter o revestimento anti-reflexo variam de 12 a 90 horas. Infelizmente estes períodos impedem que se tenha uma produção industrial, a não ser que se conte com recipientes extremamente grandes, o que implicaria em um investimento muito elevado.
[014]Foram realizados esforços para se poder obter um processo produtivo para tratar as duas superfícies do vidro simultaneamente, mas sem dúvida, os que mais se aproximaram do objetivo reivindicado são os processos que abrangem a imersão de lâminas de vidro plano em soluções ácidas.
[015]De acordo com o exposto acima, a presente invenção descreve um processo industrial do tipo descontínuo para a produção de diversas lâminas de vidro plano com um acabamento difuso de modo simultâneo, reduzindo de um modo considerável o valor de reflexão de luz especular, o que permite que o produto obtido possa ser aplicado como proteção de fotografias e obras de arte.
[016]Por este motivo, um primeiro objetivo da presente invenção consiste em fornecer um processo de fabricação de lâminas de vidro com acabamento difuso que permite que se obtenha um acabamento acetinado e difuso nas duas superfícies da lâmina de vidro.
[017]Um outro objetivo da presente invenção, consiste em fornecer um pro-cesso de fabricação de lâminas de vidro com um acabamento difuso por meio de sua imersão em soluções ácidas, modificando-se as suas propriedades óticas e con-ferindo-se a elas um acabamento difuso.
[018]Um objetivo adicional da presente invenção consiste em propor um pro-cesso de fabricação de lâminas de vidro com acabamento difuso, proporcionando um nível de reflexão de aproximadamente 1%.
[019]Um outro objetivo da presente invenção consiste em propor um proces-so de fabricação de lâminas de vidro com um acabamento difuso que proporciona uma rugosidade média de 0,8020 μm a 0,7081 μm.
[020]Estes e outros objetivos e vantagens do processo de fabricação de lâ-minas de vidro com um acabamento difuso, da presente invenção, serão evidentes aos peritos na técnica da descrição detalhada da mesma abaixo.
[021]A Figura 1 mostra uma imagem de rugosidade para o vidro ATR, em 3 dimensões, lado um.
[022]A Figura 2 mostra um gráfico de rugosidade, em uma dimensão para o vidro ATR, lado um.
[023]A Figura 3 mostra uma imagem de rugosidade para o vidro ATR, em 3 dimensões, lado dois.
[024]A Figura 4 mostra um gráfico de rugosidade, em uma dimensão, para o vidro ATR, lado dois.
[025]A Figura 5 mostra uma imagem de rugosidade para o vidro PAVIA, em 3 dimensões, lado um.
[026]A Figura 6 mostra um gráfico de rugosidade, em uma dimensão, para o vidro PAVIA, lado um.
[027]A Figura 7 mostra uma imagem de rugosidade para o vidro PAVIA, em 3 dimensões lado dois.
[028]A Figura 8 mostra um gráfico de rugosidade, em uma dimensão, para o vidro PAVIA, lado dois.
[029]Fazendo-se referência ao processo de fabricação de lâminas de vidro, este compreende as seguintes etapas:a) FORNECER LÂMINAS DE VIDRO PLANO
[030]Para dar início ao processo de fabricação são providos pacotes de vidro plano que foram processados em grupos, que são recebidos em estantes de arma-zenamento especialmente projetados para que o vidro não sofra nenhum tipo de dano ou por aranhões ou por quebra.b) IMERSÃO DE LÂMINAS DE VIDRO EM UMA SOLUÇÃO ÁCIDA
[031]A etapa seguinte consiste na introdução de pelo menos uma lâmina de vidro em uma primeira solução ácida. Esta solução pode ser uma solução de ácido clorídrico a 32,5% durante um período de tempo entre 0 e 60 segundos, com a finalidade de eliminar todas as impurezas que possam estar presentes nas lâminas de vidro plano tais como restos do pó separador, marcas de impressão digital, manchas de luvas etc. Este processo é conduzido em um recipiente que permite que se processe de 1 a 7 lâminas de dimensões mínimas de 1200 cm por 1800 cm e dimensões máximas de 1800 cm por 2600 cm com espessuras de 2,0 mm a 19 mm o que equivale a se processar de 75,6 kg a 1556,1 kg de vidro.c) RINSAR AS LÂMINAS DE VIDRO
[032]Depois de se ter submetido a lâmina de vidro à solução ácida, as lâminas são submetidas a um processo de lavagem ou enxágue para remover a solução ácida restante e evitar a formação de linhas e marcas indesejáveis no vidro plano.d) IMERSÃO DAS LÂMINAS DE VIDRO EM UMA SEGUNDA SOLUÇÃO ÁCIDA
[033]Depois de terem sido eliminados os restos da primeira solução ácida (ácido clorídrico) a lamina ou lâminas de vidro é ou são submetidos a uma segunda imersão em uma segunda solução ácida composto por uma mistura de 70% de biflu- oreto de amônio e 30 % de ácido clorídrico a 32,5% durante um período de tempo entre 30 segundos e 300 segundos. A imersão das lâminas nesta mistura gera um matizado das lâminas de vidro nas duas faces, mas também gera uma crosta sobre as mesmas, que deve ser retirada.e) IMERSÃO DE LÂMINAS DE VIDRO EM UMA SOLUÇÃO ALCALINA
[034]Para se obter a eliminação da crosta, é necessário introduzir novamente a lâmina ou lâminas de vidro em uma solução alcalina, tal como, por exemplo, uma solução de soda cáustica a 2 %. Para facilitar a remoção da crosta, a solução de soda cáustica é submetida a um processo de agitação por borbulhamento, durante um período de 2 minutos a 5 minutos dependendo do grau de eliminação da crosta.f) RINSAR AS LÂMINAS DE VIDRO
[035]Uma vez eliminada a crosta, a lâmina de vidro é levada a uma segunda etapa de enxágue e eliminação da solução de soda cáustica residual presente nas lâminas e no recipiente.g) IMERSÃO DAS LÂMINAS DE VIDRO EM UMA SOLUÇÃO ÁCIDA
[036]A seguinte etapa consiste em se introduzir novamente uma ou várias lâminas de vidro em uma solução ácida. Esta solução ácida pode ser uma solução de ácido fluorídrico a 32,5%. O período de tempo de imersão será de entre 30 e 600 segundos. Com esta imersão, consegue-se eliminar a opacidade gerada na etapa anterior, mantendo-se a rugosidade que se origina na superfície do vidro, fazendo-se com que o vidro recupere a sua transparência, mas com um nível baixo de reflexão de luz. h) IMERSÃO DE LÂMINAS DE VIDRO EM UMA SOLUÇÃO ALCALINA
[037]Uma vez finalizado o período de tempo de ataque com a solução de ácido fluorídrico a 35 %, a lâmina ou lâminas de vidro são novamente introduzidas em um tanque contém uma solução de soda cáustica a 2 %. Esta etapa tem como finalidade extinguir a reação do ácido fluorídrico com o vidro. Estas lâminas de vidro são mantidas dentro do tanque durante um período de tempo que varia de 20 segundos a 60 segundos dependendo do exigido.i) RINSAR E SECAR AS LÂMINAS DE VIDRO
[038]Depois da lâmina de vidro ter sido tratada com soda cáustica, procede- se a uma segunda etapa de enxágue e secagem para eliminar a solução de soda cáustica residual que tenha continuado presente nas lâminas e no tanque.
[039]Finalmente, uma vez que o produto satisfaz as especificações e a qua-lidade requerida, procede-se ao seu armazenamento.
[040]De acordo com o processo já descrito, foram realizadas medições de rugosidade por perfilometria para vidros ATR (anti-reflexo) e PAVIA® (marca registrada da firma Vitro Vidrio y Cristal), nas duas faces.
[041]As medições foram todas conduzidas nas seguintes condições:- Área de varredura: 1,2 x 1,2 cm com etapas de varredura cada uma de 1 μm.- Força aplicada à amostra: de 10 mg.- Velocidade de varredura: 200 μm • s-1.- À pressão atmosférica e à mppa.
[042]Os resultados que foram obtidos são resumidos nas Tabelas 1, 2 e 3. As Figuras 1 a 8 mostram, para cada medição, uma imagem da rugosidade em 3 dimensões e um gráfico da rugosidade em uma dimensão.Tabela 1. Parâmetros obtidos nas medições
Tabela 2. Propriedades Óticas de Vidro Anti-reflexo (ATR)
T solar: Transmissão solar; R solar: Reflexão solar; T luz: Transmissão deluz; R Luz: Reflexão de luzTabela 3. Propriedades Óticas de Vidro Anti-reflexo para vidro PAVIA
[043]No exposto acima, foi descrito um processo de fabricação para produzir um vidro difuso e um vidro resultante e será evidente para os versados na técnica que podem ser realizados outros avanços ou melhoras possíveis, que podem ser considerados como incidindo no campo determinado pelas reivindicações que seguem.
Claims (15)
1. Processo para fabricar um acabamento difuso em uma lâmina de vidro, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:a) fornecer uma lâmina de vidro;b) fornecer uma primeira imersão da lâmina de vidro em uma primeira solução ácida por um tempo predeterminado, para remover as impurezas do vidro;c) rinsar ou lavar a lâmina de vidro depois de ter sido imersa na primeira so-lução ácida para remover a solução ácida restante e evitar a formação de linhas e marcas indesejáveis no vidro;d) fornecer uma segunda etapa de imersão à dita lâmina de vidro em uma segunda solução ácida por um segundo tempo predeterminado para gerar um acabamento difuso em ambos os lados do vidro;e) fornecer uma terceira etapa de imersão da lâmina de vidro da etapa d) em uma solução alcalina por um terceiro período predeterminado;f) rinsar ou lavar a lâmina de vidro para remover qualquer solução alcalina residual da lâmina de vidro;g) fornecer uma quarta etapa de imersão à dita lâmina de vidro em uma terceira solução ácida por um quarto período predeterminado;h) fornecer uma quinta etapa de imersão da lâmina de vidro da etapa g) na solução alcalina da etapa e) para interromper a reação da terceira solução ácida na dita lâmina de vidro; ei) rinsar a lâmina de vidro para remover os resíduos da solução alcalina.
2. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, depois da etapa i) compreende a etapa de: secar a lâmina de vidro para armazenamento.
3. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira solução ácida é uma solução de ácido clorídrico.
4. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de imersão da primeira lâmina de vidro na etapa b) é de 20 a 60 segundos.
5. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda solução ácida é uma solução selecionada de bifluoreto de amônio, ácido clorídrico ou uma mistura dos mesmos.
6. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo tempo de imersão da lâmina de vidro na etapa d) é de 30 a 300 segundos.
7. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a terceira solução ácida é uma solução de ácido fluorídrico.
8. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de imersão da primeira lâmina de vidro na etapa g) é de 30 a 600 segundos.
9. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a solução alcalina é uma solução de soda cáustica.
10. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de imersão na solução alcalina da etapa e) é entre 2 e 5 minutos.
11. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de imersão na solução alcalina da etapa h) é entre 20 e 60 segundos.
12. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lâmina de vidro é provida com uma espessura entre 2 e 19 mm.
13. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo gera nas lâminas de vidro, em pelo menos um lado, uma superfície difusa com uma rugosidade pico-vale (Rt) de 5,8343 μm a 9,3790 μm; uma rugosidade média (Ra) entre 0,8020 μm e 0,9538 μm; uma rugosidade RMS entre 0,9653 μm e 1,19167 μm; uma transmissão solar entre 84,8% e 46,50%; uma reflexão solar entre 7,4 e 4,4%; uma transmissão de luz entre 88,5% e 67,70%; uma reflexão de luz entre 6,50% e 5,20%; e uma transmissão UV entre 35,60% e 70,20%.
14. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo gera nas lâminas de vidro, em pelo menos um lado, uma superfície difusa que compreende:uma rugosidade pico-vale (Rt) de aproximadamente 5,9244 μm; uma rugosidade Ra de aproximadamente 0,7081 μm; uma rugosidade RMS de aproximadamente 0,8764 μm; uma transmissão solar de pelo menos 84%; uma reflexão solar de aproximadamente 7,3%; uma transmissão de luz de aproximadamente 88,5%; e uma transmissão UV de aproximadamente 64,2%.
15. Processo para fabricar lâminas de vidro com acabamento difuso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo inclui na lâmina de vidro, em pelo menos um lado, uma superfície difusa sem ataque, que compreende: uma rugosidade pico-vale (Rt) de aproximadamente 0,0641 μm; uma rugosidade Ra de aproximadamente 0,0091 μm; e uma rugosidade RMS de aproximadamente 0,0111 μm.
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