ES2254115T3 - Acristalamiento estratificado que refleja los rayos del sol y los rayos termicos. - Google Patents

Acristalamiento estratificado que refleja los rayos del sol y los rayos termicos.

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ES2254115T3 ES00401676T ES00401676T ES2254115T3 ES 2254115 T3 ES2254115 T3 ES 2254115T3 ES 00401676 T ES00401676 T ES 00401676T ES 00401676 T ES00401676 T ES 00401676T ES 2254115 T3 ES2254115 T3 ES 2254115T3
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Abstract

Acristalamiento estratificado transparente, que comprende , al menos dos vidrios unidos por una hoja intercalar termoplástica y una capa de protección solar que refleja esencialmente los rayos situados fuera del espectro visible de la radiación solar, en particular los rayos infrarrojos, caracterizado porque el acristalamiento estratificado comprende, también, una capa transparente que refleja esencialmente los rayos térmicos del tipo de capa poco emisiva que está dispuesta más hacia el interior que la capa de protección solar.

Description

Acristalamiento estratificado que refleja los rayos del sol y los rayos térmicos.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un acristalamiento estratificado con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Los acristalamientos de vidrio estratificado que tienen estas características se conocen desde hace mucho tiempo y se utilizan de numerosas maneras y en numerosas aplicaciones, principalmente en los automóviles, pero también en los edificios como acristalamiento de seguridad o de protección solar. En la utilización de acristalamientos de vidrio estratificado con una capa que refleja un cierto espectro de rayos solares, es necesario que ésta esté protegida en el interior de la estratificación, porque las capas de protección solar fabricadas hasta ahora en serie no resisten a la intemperie ni a los ataques mecánicos.
Particularmente para los automóviles que tienen una gran superficie vítrea, se reduce el calentamiento en el interior de los habitáculos utilizando vidrios estratificados con una función de protección solar. Así se aumenta la comodidad para los pasajeros y, además, se puede economizar gastos de energía, de peso y de costes de fabricación; los grupos de ventilación y de aire acondicionado habitualmente utilizados se pueden dimensionar de manera que tengan una potencia menor. Además de la utilización prevista por la ley de vidrios estratificados como parabrisas, se utiliza, cada vez con más frecuencia, acristalamientos de vidrio estratificado para las ventanillas laterales, las ventanillas traseras y los cristales de techos. Estos acristalamientos, en esos casos, pueden estar equipados con una capa que refleja principalmente los rayos situados fuera del espectro visible de los rayos del sol, en particular los rayos infrarrojos. Utilizando vidrios estratificados de protección solar se evita efectivamente el excesivo calentamiento del interior de los habitáculos de manera bastante satisfactoria, incluso cuando el automóvil tiene una gran superficie vítrea. Pero la mayor parte de la gente considera que las grandes superficies vítreas dan una sensación desagradable de frío, en razón de su absorción calorífica cuando la temperatura en el exterior son más bajas que las temperaturas en el interior. La comodidad de los pasajeros es afectado por ello.
La invención tiene, entonces, por objeto perfeccionar un acristalamiento de vidrio estratificado con propiedades de protección solar, de manera que la absorción calorífica de una gran superficie vítrea sea fuertemente disminuida en caso de temperaturas exteriores bajas. El objetivo es, pues, procurar un acristalamiento de vidrio estratificado que, además de su protección solar, posea también una función calorífica aislante, sin tener que recurrir a la utilización de cristales múltiples del tipo de acristalamiento aislante.
Este objetivo se alcanza, según la invención por el objeto de la reivindicación 1 y de las reivindicaciones siguientes.
El acristalamiento de vidrio estratificado según la invención está equipado, sobre su superficie orientada hacia el interior del habitáculo, con una capa transparente, que refleja principalmente los rayos térmicos, y mecánicamente resistente. Capas de este tipo se denominan, también, capas "Low-E" (en lo sucesivo traducido por poco emisivas) porque poseen una baja emisividad de aproximadamente 0,1 a 0,25, con una transmisión luminosa de 55% a 85% (longitud de onda de 380 nm a 780 nm). Una emisividad comprendida entre 0,1 y 0,25 significa que entre 90% y 75% de la radiación de ondas largas en el intervalo superior a 1.100 nm, es reflejado por la capa. Sin una capa de este tipo, este rayo térmico, que proviene de la radiación reemitida, por ejemplo, por las superficies interiores en el vehículo o de la radiación corporal de una persona, sería absorbido por el acristalamiento y evacuado al exterior por convección, vía el viento relativo durante el funcionamiento del vehículo. El acristalamiento actúa, en ese caso, como un pozo de calor y, para la persona que se encuentra en su campo de acción, produce la impresión de un cuerpo que irradia frío.
En todo el presente texto, se entiende por "capa", una capa delgada (de interferencia) o un apilamiento de capas delgadas.
El acristalamiento de vidrio estratificado de acuerdo con la invención se caracteriza, igualmente, por una doble selectividad para diferentes longitudes de ondas que provienen de diferentes direcciones de las radiaciones. Por un lado, las fracciones de rayos solares que vienen del exterior, que poseen una longitud de onda superior a 780 nm son reflejados en gran parte. Por otro lado, la radiación infrarroja térmica de longitudes de ondas superiores a 1.100 nm, que es reemitida por el interior sobre el acristalamiento, es reflejada igualmente.
Las características de las reivindicaciones dependientes 2 a 17 indican los perfeccionamientos ventajosos de este objeto.
En una forma de realización del acristalamiento de vidrio estratificado de acuerdo con la invención, la capa que refleja los rayos térmicos es, por ejemplo, a base de óxido de estaño dopado con flúor. Capas de este tipo se aplican por pirólisis en el momento de la fabricación del vidrio plano, inmediatamente después del proceso de flotación, directamente sobre el vidrio aún caliente. Se conocen diferentes procedimientos, en los que mezclas pulverulentas, líquidas o gaseosas, de compuestos (del tipo organometálicos o halogenuros metálicos) se pulverizan sobre la hoja de vidrio flotado. El óxido de estaño dopado con flúor se forma sobre el vidrio como producto de la descomposición térmica de estos compuestos, Capas de este tipo se pueden fabricar en grandes cantidades a un precio ventajoso, de manera industrial. Los acristalamientos que están equipados con ellas se pueden templar y abombar, además, en las etapas ulteriores del proceso. Capas de este tipo aplicadas por pirólisis se pueden disponer, también, sobre superficies vítreas libres sin peligro de degradación, ya que son muy resistentes al desgaste desde el punto de vista mecánico, en particular al rayado.
Sin embargo, otros sistemas de capa aplicada, por ejemplo, por pulverización se pueden dotar, también, con una resistencia mecánica suficiente para el uso deseado, por ejemplo cuando incorporan como sobrecapa una capa dura de nitruro de silicio.
En el sentido de "capa" es preciso comprender la capa de baja emisividad, eventualmente asociada con, al menos una subcapa y/o, al menos una sobrecapa. Estas capas pueden tener un papel óptico, un papel de protección frente a la migración de los compuestos alcalinos del vidrio para la subcapa, un papel de protección mecánica/química para la sobrecapa. La subcapa y/o la sobrecapa pueden ser, por ejemplo un derivado de silicio del tipo de SiO_{2}, SiOC, SiON, Si_{3}N_{4}, y también se pueden depositar sobre el vidrio, en la línea de flotación por técnicas de pirólisis. Un apilamiento de capas preferido es, así, el apilamiento: vidrio/SiOC/SnO_{2} :F. Naturalmente, se puede sustituir el óxido de estaño dopado con flúor, con otros óxidos dopados, o un óxido de estaño dopado con otro elemento. Se puede tratar de ITO (óxido de indio dopado con estaño), o de óxido de zinc dopado.
Tal como se propone más arriba, así se pueden elegir capas poco emisivas depositadas por pulverización catódica y protegidas, al menos con una sobrecapa. Se puede tratar de capas de óxido dopado, o de capas metálicas de plata, por ejemplo. Para más detalles se remite, por ejemplo, a las patentes EP-648 196 y FR-2 701 474.
La capa de protección solar del acristalamiento de vidrio estratificado de acuerdo con la invención está constituida con, al menos una fina capa funcional metálica transparente, que está incorporada entre, al menos una capa de dieléctrico del tipo óxido metálico o nitruro de silicio cada vez. La plata se ha impuesto como metal para la capa funcional, porque actúa relativamente poco sobre los colores y refleja, de manera selectiva, la radiación infrarroja situada fuera del campo visible de la radiación solar. Las capas de óxido que le son asociadas tienen por objeto mejorar, por el sesgo de su índice de refracción, las propiedades ópticas del vidrio sobre el cual están aplicadas y proteger la capa funcional metálica de la oxidación.
Capas de protección solar de este tipo que se pueden fabricar, por ejemplo, con el procedimiento de pulverización reactiva se utilizan en gran medida en los acristalamientos de edificios, pero ya también en los automóviles. En la mayoría de los casos se utilizan sistemas de capas con dos capas funcionales de plata, de espesores diferentes, ya que su rendimiento y la reflexión de la radiación infrarroja situada fuera del campo visible con respecto a la transmisión de la radiación visible son más grandes. Se tienen, pues, apilamientos del tipo dieléctrico(s)/Ag/dieléctrico(s)/Ag/dieléctrico(s), con cada uno de los dieléctricos que puede ser una o varias capas de óxido metálico del tipo de SnO_{2}, ZnO, Nb_{2}O_{5}, TiO_{2}, Ta_{2}O_{5}, SiO_{2} ó de nitruro del tipo AlN y/o Si_{3}N_{4}. Además, por encima y/o por debajo de cada una de las capas de plata se pueden tener finas capas de metal, eventualmente oxidadas parcialmente, destinadas a servir de capas de nucleación o de capa sacrificadora. Pueden ser de Sn, Zn, Ti, Ni, Cr, NiCr, Nb,..... Para más detalles se remite, por ejemplo, a las patentes EP-638528, EP-844 219 y EP-847 965.
La posición respectiva de los dos tipos de capas utilizadas en la invención (poco emisiva por un lado, y anti-solar por otro lado), en el acristalamiento estratificado es importante. Convencionalmente se enumeran las caras de los vidrios comenzando por la cara exterior del vidrio dirigido hacia el exterior.
La capa de protección solar se puede disponer sobre la cara interior del vidrio exterior (cara 2) o eventualmente sobre la cara exterior del vidrio interior (cara 3). Una tercera posibilidad consiste en sustituir la hoja termoplástica intercalar del tipo PVB o EVA con un apilamiento de dos hojas termoplásticas tipo PVB o EVA entre las cuales se dispone una hoja de polímero del tipo poli(tereftalato de etileno) (PET) que se provee sobre una de sus caras del apilamiento de capas que reflejan los infrarrojos. Las hojas de PVB tienen habitualmente un espesor del orden de 0,38 mm, mientras que la hoja de PET tiene preferentemente un espesor del orden de 60 \mum. Otras propiedades del acristalamiento de vidrio estratificado pueden estar influenciadas por los espesores de las diferentes hojas. Así, hojas de PVB un poco más gruesas dan un mejor aislamiento fónico, una mayor resistencia del acristalamiento de vidrio estratificado a las agresiones y, también, una mayor protección contra la radiación ultravioleta (protección UV). Para ejemplos de este tipo de estructura se puede remitir especialmente a las solicitudes de patentes EP-724 955, EP-758 583, y EP-1 010 677. En cuanto a la capa poco emisiva, está preferentemente sobre la cara 4 del acristalamiento, cara vuelta hacia el interior del vidrio interior.
En otro perfeccionamiento ventajoso del acristalamiento estratificado de acuerdo con la invención, los vidrios que se encuentran delante de la capa de protección solar en relación con el sol son esencialmente e incluso totalmente transparentes. En caso de que la capa de protección solar esté dispuesta en la cara 2, el vidrio exterior está constituido preferentemente con vidrio denominado "blanco", pobre en óxido de hierro. No está, pues, teñido. En caso de que se tenga una hoja de PET situada en el interior de la estratificación y provista de con una capa de protección solar, es preferible que el vidrio exterior y las hojas que se encuentran delante de la capa de protección solar sean esencialmente e incluso totalmente transparentes. Utilizando capas totalmente transparentes delante de la capa de protección solar, la capacidad de la capa de protección solar para reflejar los infrarrojos se puede aumentar considerablemente, ya que no hay, o muy poca, absorción de radiación solar.
Se puede desear una confortabilidad visual, por ejemplo para las ventanillas laterales y las ventanillas traseras, a la manera de lo que se denomina el acristalamiento "DARK-TAIL" (parte posterior oscura) o para las ventanillas de techo de gran superficie. En este caso, un vidrio o una hoja que se halle detrás de la capa de protección solar cuando se mira en la dirección de la que viene la radiación solar, se elige preferentemente teñida en la masa o impresa. Por el hecho de la absorción de la radiación solar no reflejada, el acristalamiento estratificado se recalienta, por cierto, globalmente gracias a la capa poco emisiva sobre la cara orientada hacia el interior (cara 4). Pero el recalentamiento del interior por emisión de calor se puede reducir considerablemente en relación con un acristalamiento estratificado sin capa poco emisiva por el hecho de la reducción de la emisividad. El recalentamiento del interior se reduce, por tanto, limitando la radiación secundaria, contrariamente a un acristalamiento estratificado sin capa poco emisiva.
Los dos vidrios del estratificado están constituidos con vidrio flotado, con un espesor generalmente comprendido entre 1 mm y 4 mm. Un vidrio de 2,1 mm representa un buen compromiso entre estabilidad y peso. Si el acristalamiento estratificado se debe abombar, los dos vidrios se abomban de manera conocida por parejas, por gravedad y después se asocian uno con otro por la hoja termoplástica mediante la acción de la presión y/o del calor. En este procedimiento de abombamiento, los dos vidrios pueden tener, igualmente, espesores diferentes. Antes de estratificarlos, ni que decir tiene que es preciso depositar la capa que refleja los rayos térmicos y la capa de protección solar. Cuando se desean resistencias elevadas a la flexión, es posible igualmente utilizar vidrios parcial o completamente templados. Entonces, los dos vidrios (parcialmente) se templan y abomban separadamente. En este caso, los dos vidrios deben poseer espesores semejantes, con objeto de que sus líneas de curvatura tengan la forma más parecida posible.
La capa de protección solar se puede utilizar, también, para otras aplicaciones (conjuntamente con su función térmica): en calidad de dispositivo de calentamiento de cristal de ventana o en calidad de de antena de recepción para los rayos electromagnéticos. La capa que refleja los rayos infrarrojos es, en efecto, conductora de electricidad. Simplemente es preciso proveerla con acometida de corriente. La capa puede, en caso necesario, ser adaptada en su forma según la aplicación prevista. Por ejemplo, puede tener forma de antena con ranura.
Otros detalles y ventajas del objeto de la invención se deducen del siguiente ejemplo, no limitativo, de un acristalamiento utilizado en techo de automóvil.
Ejemplo
El acristalamiento estratificado de acuerdo con la invención, previsto para el montaje sobre un techo de vehículo está constituido (considerado desde el exterior hacia el interior):
\rightarrow
con un vidrio exterior de un espesor de 3 mm,
\rightarrow
con una capa de protección solar transparente (cara 2),
\rightarrow
con una hoja intercalar totalmente transparente de poli(butiral de vinilo), con un espesor de 0,78 mm,
\rightarrow
con otra hoja intercalar con un espesor de 0,38 mm, de poli(butiral de vinilo) teñido,
\rightarrow
con un vidrio interior con un espesor de 3 mm, y
\rightarrow
con una capa de protección térmica transparente, mecánicamente resistente (cara 4), del tipo de capa poco emisiva.
Las dos hojas de poli(butiral de vinilo) forman una capa adhesiva termoplástica para los dos vidrios. La estratificación se efectúa con ayuda de un procedimiento habitual en la industria del vidrio, utilizando presión y/o calor. La hoja vecina del vidrio exterior posee un espesor elevado y protege, por tanto, la otra hoja de PVB, que está teñida, de los rayos UV que podrían destruir sus pigmentos.
La capa de protección solar que refleja esencialmente los rayos situados fuera del espectro visible de rayos solares, por tanto, en particular los rayos infrarrojos, se deposita por pulverización catódica asistida por campo magnético, de manera conocida. Esta capa comprende un apilamiento que tiene dos capas funcionales de plata, de espesores diferentes, que están cada una rodeada de capas de dieléctrico del tipo óxido metálico y/o nitruro de metal o de silicio. La reflexión en el infrarrojo se eleva ya a 50% por encima de una longitud de onda de 900 nm y sube a más de 80% para la radiación de longitudes de ondas más grandes. La transmisión en el visible es, por ejemplo de aproximadamente 78% para una luz que tiene una longitud de onda de 580 nm.
El vidrio interior está provisto sobre su superficie orientada hacia el interior (cara 4) con una capa poco emisiva de SnO_{2} dopada con flúor. Esta capa poco emisiva se puede fabricar, por ejemplo, por pirólisis directamente sobre la cinta de vidrio flotante, proyectando un compuesto de estaño orgánico pulverulento y un compuesto de flúor pulverulento, que están en suspensión en una corriente portadora gaseosa, sobre el vidrio aún caliente, a una temperatura de 400ºC a 650ºC. Esta capa posee un factor de baja emisividad de 0,15 y esto significa que se refleja el 85% de la radiación infrarroja de gran longitud de onda. También se puede depositar por pirólisis en fase gaseosa (CVD) y depositarse preferentemente sobre una precapa de SiOC depositada por
CVD.
Ni que decir tiene que las capas de protección solar y térmica se deben depositar antes de la estratificación de los dos vidrios.
La transmisión luminosa del vidrio estratificado en su conjunto es igual a 31%, el 69% de la radiación visible es reflejada o, según el caso, absorbida por la capa calorífica, la capa poco emisiva y la hoja de PVB teñida.

Claims (18)

1. Acristalamiento estratificado transparente, que comprende , al menos dos vidrios unidos por una hoja intercalar termoplástica y una capa de protección solar que refleja esencialmente los rayos situados fuera del espectro visible de la radiación solar, en particular los rayos infrarrojos, caracterizado porque el acristalamiento estratificado comprende, también, una capa transparente que refleja esencialmente los rayos térmicos del tipo de capa poco emisiva que está dispuesta más hacia el interior que la capa de protección solar.
2. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa que refleja los rayos térmicos es una capa de óxido metálico dopado, especialmente de óxido de estaño dopado con flúor, y preferentemente dopado por pirólisis.
3. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa que refleja los rayos térmicos está provista con, al menos una subcapa y/o con, al menos una sobrecapa, y especialmente con una capa de protección mecánicamente resistente.
4. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de protección solar está constituida con un apilamiento de capas que comprende, al menos una capa metálica incorporada entre dos capas de dieléctrico del tipo de óxido metálico o nitruro, tal como AlN ó Si_{3}N_{4}, y en particular con, al menos una capa a base de plata.
5. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la capa de protección solar está constituida con un apilamiento de de capas que comprende dos capas de plata de espesores diferentes.
6. Acristalamiento estratificado se acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de protección solar está aplicada sobre la cara interior del vidrio exterior, cara 2, o sobre la cara exterior del vidrio interior, cara 3.
7. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la hoja intercalar está equipada con una capa de protección solar.
8. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la hoja intercalar comprende, al menos dos hojas de polímero termoplástico del tipo PVB y entre éstas una hoja de polímero del tipo PET provista con la capa de protección solar.
9. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la hoja provista con la capa de protección solar tiene un espesor comprendido entre 25 \mum y 90 \mum, y preferentemente 60 \mum aproximadamente.
10. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa que refleja los rayos térmicos está dispuesta sobre la cara interior del vidrio interior, cara 4.
11. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, con respecto al exterior, las capas/hojas/vidrios del acristalamiento estratificado delante de la capa de protección solar son esencial o totalmente transparentes.
12. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, con respecto al exterior, detrás de la capa de protección solar, al menos una de las capas/hojas/vidrios del acristalamiento, está teñida o impresa.
13. Acristalamiento estratificado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la hoja intercalar comprende varias hojas termoplásticas, de las cuales una transparente y una teñida en la masa o impresa, estando la hoja teñida dispuesta más hacia el interior que la hoja transparente.
14. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los dos vidrios tienen cada uno un espesor comprendido entre 1 mm y 4 mm, y preferentemente 2,1 mm aproximadamente.
15. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los dos vidrios están, al menos parcialmente templados y/o abombados.
16. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de protección solar sirve, además, de capa calefactora.
17. Acristalamiento estratificado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de protección solar sirve, además, de antena de recepción para las radiaciones electromagnéticas.
18. Aplicación del acristalamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, como parabrisas, ventanilla lateral, ventanilla trasera, o techo de vehículos del tipo automóvil.
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