ES2224180T3 - Sellador de vidrio aislante, de aplicacion en caliente, de un componente, que cura quimicamente. - Google Patents
Sellador de vidrio aislante, de aplicacion en caliente, de un componente, que cura quimicamente.Info
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Abstract
LA INVENCION ESTA RELACIONADA GENERALMENTE CON UNOS SELLADORES PARA AISLAR UNIDADES DE VIDRIO. MAS ESPECIFICAMENTE, ESTA INVENCION ES UN SELLADOR QUIMICAMENTE SOLIDIFICABLE, QUE SE APLICA EN CALIENTE, Y DE UN SOLO COMPONENTE, PARA EL SELLADO DE LOS BORDES DE UNIDADES DE VIDRIO AISLANTES. EL SELLADOR CONTIENE UNA RESINA TERMOPLASTICA FUNDIDA EN CALIENTE QUE SE MEZCLA CON UNA RESINA QUE SOLIDIFICA ATMOSFERICAMENTE. LA RESINA FUNDIDA EN CALIENTE FUNCIONA COMO COMPONENTE FUSIBLE DURANTE LA APLICACION INICIAL, Y PROPORCIONA UNA RESISTENCIA INMEDIATAMENTE DESPUES DE ENFRIAR. LA FASE POLIMERICA COMIENZA LUEGO A SOLIDIFICAR MEDIANTE UNA REACCION CON EL OXIGENO ATMOSFERICO Y/O LA HUMEDAD PARA FORMAR UN ELASTOMERO TERMOSOLIDIFICADO ENTRECRUZADO QUE ES RESISTENTE A LA TEMPERATURA. EN ESTE PUNTO, LA RESINA FUNDIDA EN CALIENTE FUNCIONA COMO UN PLASTIFICANTE INERTE DENTRO DE LA FASE POLIMERICA SOLIDIFICADA. EL SELLANTE DE LA PRESENTE INVENCION PUEDE INCLUIR ADICIONALMENTE PLASTIFICANTES, DILUYENTES, PIGMENTOS, CATALIZADORES Y SIMILARES.
Description
Sellador de vidrio aislante, de aplicación en
caliente, de un componente, que cura químicamente.
Esta invención se refiere en general a
composiciones en relación con la fabricación de unidades de vidrio
aislantes y en particular, a composiciones para formar un sellador
que se aplica en los bordes de unidades de vidrio aislantes con el
propósito de que se adhieran los componentes de la unidad en
conjunto, y sellar la unidad a subsiguientes penetraciones de
humedad. Más específica-mente, la presente invención
se refiere a un sellador de bordes de unidades de vidrio aislantes
de un solo componente que se aplica como líquido o pasta a una
elevada temperatura, y luego, de forma reversible y rápida
solidifica al enfriarse y más tarde solidifica de forma irreversible
al exponerse a condiciones atmosféricas ambientales.
Las unidades de vidrio aislantes generalmente
comprenden un par de hojas de vidrio mantenidas bastante separadas
que se vinculan entre sí mediante una junta espaciadora y selladora
que se extiende alrededor de la periferia de las superficies
interiores y enfrentadas de las hojas de vidrio, para definir un
espacio de aire aislado y sellado entre las hojas de vidrio. Una
junta espaciadora generalmente comprende un elemento deshidratador
del espacio interior que se extiende alrededor de la periferia de
las superficies de la cara interior de las hojas de vidrio. Las
superficies interiores de las hojas de vidrio están unidas a la
superficie exterior de la junta espaciadora por medio de un sellador
o adhesivo. Generalmente, el adhesivo o sellador se usa también para
sellar los bordes de la unidad de vidrio de manera que se establece
una barrera que previene que la humedad penetre en el interior de la
unidad.
Los dos tipos principales de selladores que se
utilizan actualmente en la industria del vidrio aislante son del
tipo butilo termoplástico de fusión en caliente de un componente, y
los productos químicos de curado y termoendurecimiento, generalmente
procedentes de familias genéricas de polisulfuros, poliuretanos, y
silicona. El primero mencionado, o el sellador de vidrio aislante de
butilo de fusión en caliente se ha usado con moderado éxito durante
varios años en la industria del vidrio aislante. Sin embargo, hay
deficiencias significativas en esta tecnología que han limitado la
aplicación de selladores de vidrio aislantes de butilo de fusión en
caliente. En primer lugar el butilo de fusión en caliente es
termoplástico, y no termoendurecible. En otras palabras, esos
selladores son propensos a reblandecerse cuando se exponen al calor.
Por lo tanto, las unidades de vidrio aislantes disponibles en el
mercado, cuando se colocan bajo carga, fluirán o se deformarán para
mitigar la carga. Esta característica es exagerada a altas
temperaturas, lo cual puede ocurrir en las unidades de vidrio
aislantes, especialmente aquellas que se utilizan en vidrios para el
control solar. Como resultado, las unidades de vidrio aislante
fabricadas con selladores de butilo de fusión en caliente tienen
dificultad para superar las pruebas estándar industriales, debido a
la presión y a la temperatura, y solamente se usan con éxito en
unidades relativamente ligeras, pequeñas. Adicionalmente, se deben
tomar precauciones extremas para mantener la unidad de vidrio
aislante durante el manejo, envío e instalación, lo que da como
resultado costes adicionales.
Además, los selladores de fusión en caliente
anteriormente utilizados se deben aplicar a las unidades a
temperaturas que exceden 148,9ºC (300ºF). Esos requerimientos de
alta temperatura han causado lesiones a trabajadores, debido a
quemaduras, además de incrementar los costes de manufacturación
debido al más alto consumo de energía y al requerimiento de equipos
especializados de alta temperatura. Cualquier intento para utilizar
selladores de fusión en caliente a temperaturas más bajas ha dado
como resultado más problemas de fluidez con el sellador, como se ha
discutido previamente.
Los productos termoendurecibles que se usan
actualmente son generalmente selladores de dos componentes que se
mezclan a temperatura ambiente en el punto de aplicación. Los
selladores, luego, se solidifican lentamente por reacción con el
catalizador suministrado o a través de la reacción con la humedad.
Este lento curado requiere que las unidades de vidrio aislante se
mantengan en reserva, desde varias horas a varios días, esperando
para que el sellador se solidifique. Adicionalmente, esos sistemas
de dos componentes son más difíciles de utilizar y además,
incrementan los costes de fabricación debido a los pasos adicionales
que implica su uso.
La patente americana US 4.032.500 divulga una
composición de un sellador curable, de dos componentes, siendo cada
uno de los componentes por separado de almacenamiento estable. Cada
componente contiene caucho butílico sin curar de bajo peso molecular
diluido con aceite. Los componentes se mezclan a la vez, justo antes
de su uso, en una relación de volumen aproximadamente de uno a
uno.
La patente americana US 4.042.736 divulga un
sellador de aplicación sencilla para su uso en unidades de vidrio
aislantes que comprenden un sellador de caucho butílico parcialmente
reticulado de fusión en caliente. La patente, además, divulga que la
reticulación completa del sellador ocurrirá cuando la composición se
calienta posteriormente de aproximadamente 162,8ºC (325ºF) a
aproximadamente 218,3ºC (425ºF). Se aplica suficiente calor a la
cara exterior de la composición selladora para incrementar la
temperatura de la porción extrema de la composición selladora en
este rango de temperatura, mientras la porción interna de la
composición selladora permanece a una temperatura considerablemente
por debajo de este intervalo de temperatura.
La patente americana US 4.808.255 divulga un
adhesivo de uretano de fusión en caliente que reacciona por
extrusión, que contiene un prepolímero de uretano, una resina de
pegajosidad y una resina termoplástica. Sin embargo, puesto que el
curado del uretano libera gas CO_{2}, los adhesivos que utilizan
químicas de curado con uretanos son muy inadecuados para la
industria del vidrio aislante, ya que pueden quedar atrapadas
burbujas en la interfase del sellador y el vidrio.
La presente invención supera todos los problemas
de la técnica anterior, al proporcionar un sellador de bordes para
usar en unidades de vidrio aislantes proporcionando un producto
termoendurecible que cura químicamente, funcionalizado con silicio,
con una gran fortaleza y resistencia para fluir inherentes, al mismo
tiempo que proporciona la comodidad de un sellador de un solo
componente con propiedades de aplicación tipo de fusión en
caliente. Puesto que el presente sellador utiliza composiciones
compatibles que solidifican a diferentes velocidades y a través de
diferentes mecanismos, la presente invención se puede aplicar a una
temperatura inferior a la tradicional para los de fusión en caliente
y también proporciona una fortaleza suficiente para el manejo de la
unidad de forma más rápida que la de los productos de curado químico
tradicionales, combinando por consiguiente las mejores propiedades
de las tecnologías de curado químico y las de fusión en caliente, en
un eficaz sellador para la industria del vidrio aislante. El
sellador de la presente invención está diseñado para ser aplicado a
elevadas temperaturas en un intervalo de
51,7-121,1ºC (125-250ºF), en forma
de liquido o pasta que se vuelve inmediatamente sólido al enfriarse.
El producto luego se solidifica en un elastómero sólido permanente
al reaccionar con el oxigeno atmosférico y/o la humedad. Estas y
otras ventajas de la presente invención serán fáciles de apreciar en
la memoria descriptiva, en la discusión, y en los ejemplos que
siguen.
La presente invención se dirige a una unidad de
vidrio aislante definida en la reivindicación 1. Se refiere, además,
a un sellador de bordes de un solo componente definido en la
reivindicación.
Se ha descrito en la presente memoria un sellador
de bordes para unidades de vidrio aislantes que comprenden una
resina termoplástica de fusión en caliente y una resina que cura
atmosféricamente del tipo que polimeriza al exponerse a una
atmósfera ambiente, combinándose la resina que cura atmosféricamente
con la resina termoplástica de fusión en caliente, como un solo
material.
El presente sellador comprende, en peso,
10-90% en peso de una resina termoplástica de fusión
en caliente, junto con 5-50% en peso de una resina
que cura atmosféricamente.
En realizaciones particulares, la resina
termoplática de fusión en caliente comprende una parafina clorada
sólida. La resina que cura atmosféricamente es preferiblemente un
poliuretano terminado en silano. El sellador puede también incluir
ingredientes auxiliares tales como plastificantes, catalizadores y
cargas. Los aditivos en pequeñas cantidades pueden incluir
colorantes, materiales reológicos, mejoradores de la capacidad de
aclimatación, y/o pigmentos, como son conocidos en la técnica.
La presente invención se dirige a un sellador de
bordes de un componente, que cura químicamente, de aplicación en
caliente para unidades de vidrio aislantes. El propósito del
sellador es proporcionar integridad estructural a la unidad al mismo
tiempo que cerrar el paso a la humedad y prevenir el intercambio de
gases. El sellador de bordes también resiste ataques
medioambientales de agua, UV, y temperaturas extremas.
Los selladores de la presente invención están
diseñados para aplicarlos a una elevada temperatura de
51,7-121,1ºC (125-250ºF) en forma de
líquido o pasta, el cual luego se vuelve inmediatamente sólido al
enfriarse. Luego, el producto comienza a curar en un elastómero
sólido permanente, por reacción con la humedad atmosférica y/o el
oxígeno. La presente invención combina las propiedades de
aplicación de un producto de fusión en caliente, con el enfriamiento
rápido a sólido que le sigue, lo cual permite el manejo inmediato de
la unidad de vidrio aislante. El sellador de la presente invención,
después, cura químicamente para proporcionar un sellador elastómero
permanente, resistente a la temperatura, el cual proporciona
integridad estructural para la unidad de vidrio aislante.
El sellador de la presente invención comprende
una resina termoplástica de fusión en caliente, y una resina que
cura atmosféricamente, del tipo que polimeriza al exponerse a un
ambiente atmosférico, combinándose la resina que cura
atmosféricamente con la resina termoplástica de fusión en caliente
como un solo material. Esto se sobreentiende que quiere decir que en
una escala macroscópica, el sellador comprende una mezcla
sustancialmente homogénea; también puede incluir variaciones de la
composición en una escala microscópica. La resina de fusión en
caliente funciona como el componente fusible durante la aplicación
inicial y al enfriarse, proporciona inmediatamente resistencia. La
fase polimérica comienza luego a curar mediante una reacción con la
humedad atmosférica para formar un elastómero termoendurecido
reticulado que es resistente a la temperatura. En este punto, la
resina de fusión en caliente funciona como un plastificante inerte
dentro de la fase polimérica curada.
Las propiedades de resistencia en la fase de
fusión en caliente se pueden controlar por el tipo y cantidad de la
resina de fusión en caliente y la selección de la carga. La
resistencia final del sellador de bordes se controla mediante el
tipo y la densidad de reticulación del polímero que cura. Dentro del
contexto de esta descripción, "resinas que curan"
atmosféricamente significan que incluyen materiales poliméricos que
reticulan y/o polimerizan al exponerse a un componente del entorno
ambiental, normalmente oxigeno o vapor de agua.
Preferiblemente, la resina termoplástica de
fusión en caliente está presente en el sellador en una concentración
de 10-90% en peso, más preferiblemente
30-80% en peso y lo más preferiblemente
40-65% en peso. La resina que cura atmosféricamente
esta normalmente presente en el sellador en un intervalo de
5-50% en peso, más preferiblemente
10-40% en peso, y lo más preferiblemente
18-28% en peso. El sellador puede también incluir un
catalizador, plastificantes, cargas, pigmentos, mejoradores de la
capacidad de aclimatación, y similares, como los conocidos en la
técnica.
La resina termoplástica de fusión en caliente es
preferiblemente una resina que solidifica inmediatamente al
enfriarse. Puede, además, comprender polietilenos, poliolefinas,
poliamidas de poli(acetato de vinilo), resinas
hidrocarbonadas, asfaltos, brea, ceras, parafinas, cauchos
naturales, cauchos fluorados, poli(cloruro de vinilo),
poliamidas, fluorocarbonos, poliestireno, polipropilenos, resinas
celulósicas, resinas acrílicas, elastómeros termoplásticos, resinas
butadienestireno, monómeros de propilenetilendieno, politerpenos y
mezclas de los mismos. Una resina termoplástica de fusión en
caliente particularmente preferida es una mezcla de parafina sólida
clorada y un aceite de soja epoxidado. Otra resina termoplástica de
fusión en caliente preferida es una mezcla de parafina sólida
clorada y poliisobutileno.
La resina que cura atmosféricamente comienza a
curar después del enfriamiento de la resina de fusión en caliente,
por la reacción con el oxigeno y/o la humedad atmosférica, para
formar un elastómero termoendurecido reticulado que es resistente a
la temperatura. Un grupo preferente de resinas que curan
atmosféricamente, utilizado en la unidad de vidrio aislante,
comprende poliuretanos curados con la humedad, polisulfuros curados
con la humedad, polidimetilsiloxanos, polisulfuros curados con
oxigeno, y sus mezclas, conteniendo todos funcionalidades de
silicio. Algunas resinas específicas que curan atmosféricamente
incluyen poliéteres y polieter uretanos terminados en
oxiaminosilano, acetoxi, alcoxi; polímeros alquilsiloxano
reticulados con silanos órganofuncionales oxiamino, acetoxi, alcoxi
y sus mezclas. Más preferentemente, la resina que cura
atmosféricamente comprende poliuretanos terminados en alcoxisilano,
poliéteres terminados en alcoxisilano, polímeros polimetilsiloxano,
y sus mezclas. En la preparación más preferida, la resina que cura
atmosféricamente comprende una mezcla de Permapol MS (poliuretano
terminado en alcoxisilano, fabricado por Courtaulds Coatings, Inc.)
y un silano organofuncionalizado.
El catalizador orgánico específico usado en la
presente invención dependerá de la resina específica que cura
atmosféricamente que se use. Catalizadores preferentes comprenden
compuestos organoestaño, titanatos alifáticos (que tiene
1-12 átomos de carbono) tales como titanatos
alquílicos inferiores, y aminas. Mas preferentemente el catalizador
comprende el dilaureato de dibutilestaño, el diacetato de
dibutilestaño, el titanato de tetrabutilo y el titanato de
tetraetilo.
No obstante, aunque el sellador aún curará, sin
la adición de catalizador, la adición de un catalizador permite
tiempos de curado más rápidos, lo cual puede ser necesario en
ciertas situaciones. También puede ser deseable, en algunos casos,
añadir cargas adicionales, pigmentos, agentes reológicos y
similares.
Las propiedades de resistencia en la fase de
fusión en caliente dependen del tipo y cantidad de la resina de
fusión en caliente y también de la selección de la carga. Una carga
preferida es el talco. Se pueden usar otras cargas, como se conoce
en la técnica. El intervalo de cargas se puede seleccionar por un
experto en la materia y se puede añadir en una cantidad suficiente
para impartir la fuerza apropiada a la fase de fusión en caliente,
así como para impartir las propiedades de aplicación deseables para
el sellador. El sellador de la presente invención debe ser fácil de
utilizar y de aplicar a las unidades de vidrio aislantes.
El sellador de la presente invención se puede
preparar de la siguiente forma. Preferiblemente, la resina
termoplástica de fusión en caliente o sus mezclas, es primeramente
situada en un recipiente mezclador a una temperatura elevada. En una
realización preferente, el recipiente mezclador es capaz de llevar a
cabo la mezcla en vacío e incluye, además, una mezcladora que
comprende, una unidad multieje con velocidad variable, que tiene una
paleta que gira a baja velocidad, un dispersor de alta velocidad, y
un taladro de baja velocidad. La carga es luego añadida a la resina
de fusión en caliente y el mezclamiento comienza a baja velocidad.
Después de eso, la resina que cura atmosféricamente, o sus mezclas,
a la cual se ha añadido la carga adicional para formar una
composición de resina que cura atmosféricamente, se añade a la
mezcla después de conectar el vacío. En este punto se añade la
composición de resina que cura atmosféricamente, el mezclamiento se
lleva a cabo en vacío para eliminar, de ese modo, cualquier
exposición de la mezcla a las condiciones atmosféricas, y también
para separar el agua residual de los materiales de partida,
mejorando de esa manera la estabilidad del material. Se pueden
añadir pequeñas cantidades de aditivos tales como pigmentos,
mejoradores de la capacidad de aclimatación y similares, antes de la
introducción de la composición de resina que cura atmosféricamente,
aunque después se puede añadir cualquier catalizador. El material se
mantiene esencialmente en condiciones secas hasta el momento en el
que es preparado para aplicarlo a la unidad de vidrio aislante. En
otras realizaciones preferidas, la mezcla se puede llevar a cabo
bajo un manto de gas inerte desecado.
El sellador de bordes de la presente invención se
aplica a la unidad de vidrio aislante a elevadas temperaturas,
51,7-121,1ºC (125-250ºF) en forma de
liquido o pasta. Después de eso, el sellador rápidamente, pero de
forma reversible, se enfría en un sólido. El sellador luego comienza
a curar en un elastómero sólido permanente por reacción con el
oxigeno atmosférico y/o la humedad. El sellador de la presente
invención se aplica a la unidad como un material único, eliminando
por lo tanto la necesidad de combinar varios componentes a la vez en
el punto de aplicación.
La presente invención se ilustrará mejor con la
siguiente secuencia de ejemplos:
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Un plastificador clorado preferido tiene un 52%
de cloro, parafina normal de cadena larga (Cerechlor S52, ICI). Un
aceite de soja epoxidado preferido es un epóxido de aceite de soja
de alto peso molecular (Paraplex G-62, Rohm y Haas).
Una parafina clorada sólida preferida tiene un 70% de cloro,
parafina normal de cadena larga (Chlorez, 700-S,
Dover Chemical).
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Un poliisobutileno preferido es un
poliisobutileno de bajo peso molecular (Vistanex LM, Exxon).
El primer silano órganofuncional es
preferiblemente el vinilsilano, o el viniltrimetoxisilano
(A-171,OSI). El segundo silano órganofuncional es
preferiblemente un epoxisilano, o un glicidoxipropiltrimetoxisilano
(A-187, OSI). Los dos silanos son diferentes en el
extremo órgano-funcional de la molécula.
La discusión precedente y los ejemplos pretenden
meramente ilustrar realizaciones particulares de la invención, y no
pretenden poner limitaciones a la práctica de la misma.
Claims (8)
1. Una unidad de vidrio aislante que tiene una
primera hoja de vidrio acristalado mantenida separada de una
segunda hoja de vidrio acristalado por un espaciador, con un
sellador de bordes para dicha unidad de vidrio aislante, sellador
que comprende:
una resina termoplástica de fusión en caliente,
teniendo la resina termoplástica de fusión en caliente una
temperatura de fusión de entre 51,7-121,1ºC
(125-150ºF), y
una resina de curado atmosférico, resina de
curado atmosférico que polimeriza al exponerse a un componente de la
atmósfera, comprendiendo el componente un compuesto seleccionado de
un grupo que consiste en vapor de oxigeno, vapor de agua, y sus
mezclas, comprendiendo la resina de curado atmosférico una resina de
curado atmosférico que contiene silicio, estando la resina de curado
atmosférico combinada con la resina termoplástica de fusión en
caliente como un solo material, por lo que el sellador está en fase
líquida a una temperatura por encima de la temperatura ambiente,
solidifica de forma reversible al enfriarse a temperatura ambiente,
y solidifica de forma irreversible al exponerse posteriormente al
componente de la atmósfera.
2. La unidad de vidrio de la reivindicación 1, en
la que la resina termoplástica de fusión en caliente comprende
10-90% en peso de dicho sellador.
3. La unidad de vidrio de la reivindicación 1, en
la que la resina de curado atmosférico comprende
5-50% en peso de dicho sellador.
4. Un sellador de bordes de un solo componente,
sellador que comprende:
una resina termoplástica de fusión en caliente,
teniendo la resina termoplástica de fusión en caliente una
temperatura de entre 51,7-121,1ºC
(125-150ºF), y
una resina curable por humedad seleccionada de
poliuretanos terminados en alcoxisilano, y mezclas de poliuretanos
terminados en alcoxisilano y silanos órganofuncionales, combinándose
la resina curable por humedad con la resina termoplástica de fusión
en caliente como un solo material, por lo que el sellador está en
fase líquida a una temperatura por encima de la temperatura
ambiente, solidifica de forma reversible al enfriarse a temperatura
ambiente, y solidifica de forma irreversible al exponerse
posteriormente a la humedad.
5. El sellador de la reivindicación 4, en el que
la resina termoplástica de fusión en caliente comprende un compuesto
seleccionado del grupo que consiste en polietilenos, poliolefinas,
poliamidas de poli-(acetato de vinilo), resinas hidrocarbonadas,
asfaltos, breas, ceras, parafinas, cauchos naturales, cauchos
fluorados, poli(cloruro de vinilo), poliamidas,
fluorocarbonos, poliestireno, polipropilenos, resinas celulósicas,
resinas acrílicas, elastómeros termoplásticos, resinas de
butadienoestireno, politerpenos, monómero de
pro-pilendienoetileno, y sus mezclas.
6. El sellador de la reivindicación 4, en el que
la resina termoplástica de fusión en caliente comprende un compuesto
seleccionado del grupo que consiste en parafina clorada sólida,
poliisobutileno, aceite de soja epoxidado, y sus mezclas.
7. El sellador de la reivindicación 4 que
comprende además un compuesto seleccionado del grupo que consiste en
plastificantes, cargas, pigmentos, catalizadores mejoradores de la
capacidad de aclimatación, y sus mezclas.
8. El sellador de la reivindicación 4 que
comprende 10-90% en peso de la resina termoplástica
de fusión en caliente, comprendiendo la resina de fusión en caliente
un compuesto seleccionado del grupo que consiste en parafina clorada
sólida, aceite de soja epoxidado, poliisobutileno, y sus mezclas, y
5-50% en peso de la resina curable por humedad.
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