ES2274807T3 - Unidad de vidrio aislante con un sistema de sellante primario estructural. - Google Patents

Unidad de vidrio aislante con un sistema de sellante primario estructural. Download PDF

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Abstract

Una unidad de vidrio aislante (40), incluyendo: una primera hoja (44) de vidrio; una segunda hoja (50) de vidrio; y un sistema espaciador (56) incluyendo (i) un espaciador (58) colocado entre una superficie interior (46) de la primera hoja (44) de vidrio y una superficie interior (52) de la segunda hoja (50) de vidrio, y (ii) un sistema sellante (60) para adherir las superficies interiores (46, 52) de las hojas (44, 50) al espaciador (58), siendo el sistema sellante (60) un sistema de doble sello que tiene dos regiones sellantes separadas o distintas (80, 82), incluyendo: al menos un sellante primario (82), incluyendo: (a) al menos un material termoplástico de fusión en caliente que tiene una temperatura de fusión del orden de 125°F (51°C) a 250°F (121°C); y (b) al menos un material curable, donde el sellante primario, cuando está curado, forma un enlace covalente entre el espaciador (58) y las hojas (44, 50), y donde el sellante primario tiene una dureza inicial del orden de 25 Shore A a 45 Shore A y una dureza post-curación del orden de 30 Shore A a 65 Shore A y, al curar, una tasa de transmisión de vapor húmedo inferior a 2, 5 g/m2/día, y un valor de módulo curado del orden de 35 psi (2, 5 kg/cm2) a 100 psi (7 kg/cm2), y un sellante secundario (80) que tiene un módulo curado más alto que el sellante primario (82).

Description

Unidad de vidrio aislante con un sistema de sellante primario estructural.
1. Campo de la invención
Esta solicitud se refiere en general a unidades de vidrio aislante y, más en particular, a una unidad de vidrio aislante que tiene un sistema de doble sello que proporciona buena protección contra la permeabilidad al vapor húmedo así como mejor integridad estructural.
2. Consideraciones técnicas
Las unidades de vidrio aislante (IG) se usan en una amplia variedad de aplicaciones, como claraboyas, ventanas de visión de entorno a alta temperatura, y ventanas arquitectónicas, para nombrar solamente unas pocas. La unidades IG se utilizan típicamente para reducir la transferencia de calor, tal como entre el interior y el exterior de un
edificio.
Una unidad IG típica está formada por dos hojas de vidrio separadas cerca de sus bordes por un espaciador para proporcionar una cámara entre las dos hojas de vidrio. Esta cámara está llena típicamente de una atmósfera aislante seleccionada, tal como argón, para mejorar las características aislantes de la unidad IG. Se usa un sistema sellante para unir las dos hojas de vidrio al espaciador. Se espera que el sistema sellante proporcione suficiente resistencia estructural para mantener la unidad de la unidad IG y también para proporcionar suficiente protección contra el escape de la atmósfera aislante de la cámara y/o la entrada a la cámara de vapor húmedo de la atmósfera ambiente fuera de la unidad IG. Ejemplos de unidades IG convencionales se describen en las Patentes de Estados Unidos números 4.193.236, 4.464.874, 5.088.258 y 5.106.663; y la referencia europea EP 65510.
La resistencia y rendimiento de la unidad IG dependen fuertemente del sistema sellante y el tipo de sellante usado para fijar las hojas de vidrio al espaciador. La mayoría de sellantes actualmente en uso se pueden dividir generalmente en dos tipos principales: (1) "sellantes estructurales" y (2) "sellantes de baja tasa de transmisión de vapor húmedo (MVT)".
Los sellantes estructurales forman un enlace químico covalente entre la hoja de vidrio y el espaciador y promueven la integridad estructural de la unidad IG. Ejemplos de sellantes estructurales incluyen materiales termoestables, tales como polisulfuros, poliuretanos, y silicona. Estos materiales termoestables tienen típicamente un "módulo" relativamente alto. Como entenderán las personas con conocimientos ordinarios en la técnica de las unidades IG, el término "módulo" se refiere a la relación de esfuerzo/deformación de un material, es decir, la fuerza requerida para estirar o alargar un material una cierta distancia. El módulo se define convencionalmente como la pendiente de la curva de esfuerzo/deformación para un material y puede ser calculado según ASTM D412. Cuanto más alto es el valor del módulo, más fuerza se requiere para alargar o estirar el material, es decir, más fuerte es el material. Los materiales termoestables de poliuretano, polisulfuro, y silicona tienen típicamente valores de módulo en el rango de varios cientos de psi. Mejorando la integridad estructural de la unidad IG, los sellantes estructurales proporcionan típicamente pobres características MVT, por ejemplo, 10 g/m^{2}/día o más (medido según ASTM F1249), y también proporcionan tasas de transmisión de gas relativamente altas. Por ejemplo, los materiales de poliuretano, polisulfuro, y silicona tienen típicamente tasas MVT en el rango de aproximadamente 15, 25, y 50 g/m^{2}/día, respectivamente. Como resultado, las unidades IG hechas solamente con sellantes estructurales convencionales no proporcionan típicamente características MVT o propiedades de retención de gas comercialmente
aceptables.
Por otra parte, los sellantes MVT bajos, que no se unen covalentemente a las hojas de vidrio y/o el espaciador, proporcionan mejores características MVT, por ejemplo, menos de 10 g/m^{2}/día, y mejores capacidades de barrera a los gases en comparación con los sellantes estructurales, pero proporcionan una integridad estructural más pobre. Los ejemplos de sellantes MVT bajos incluyen materiales termoplásticos, tal como materiales de fusión en caliente, por ejemplo, poliisobutileno (PIB). Los materiales PIB tienen típicamente un valor MVT de aproximadamente 1,0 g/m^{2}/día o menos.
Además, los sellantes termoplásticos de fusión en caliente se deben aplicar típicamente a temperaturas superiores a 300ºF (149ºC). Este requisito de alta temperatura puede dar lugar a mayores costos de fabricación debido al mayor consumo de energía y la necesidad de equipo especializado de alta temperatura. Además, estos materiales termoplásticos tienen típicamente un módulo más bajo que los materiales termoestables, es decir, los materiales termoplásticos requieren menos fuerza para estirarse o alargarse y tienen tendencia al flujo en frío. Por ejemplo, el PIB tiene un valor del módulo de aproximadamente 30 psi (2,1 kg/cm^{2}). Por lo tanto, los sellantes termoplásticos están sujetos a ablandamiento cuando se exponen a calor y, cuando se colocan bajo carga, pueden fluir o deformar excesivamente liberando la carga. Como resultado, las unidades IG hechas solamente con sellantes termoplásticos convencionales no proporcionan típicamente características estructurales comercialmente acepta-
bles.
Un problema de usar un solo sellante para una unidad IG que tiene un espaciador rígido convencional surge de las diferencias de grosor del sellante en el sistema sellante. Por ejemplo, el grosor (anchura) del sellante entre el lado del espaciador y la hoja de vidrio adyacente (región de lado) es mucho menos que el grosor del sellante situado entre las hojas de vidrio fuera del espaciador (región exterior). Por lo tanto, si una de las hojas de vidrio se desplaza hacia fuera del espaciador, por ejemplo debido a un cambio en la presión atmosférica, el porcentaje de elongación relativo para la porción sellante más fina en la región de lado es mucho mayor que para la porción sellante más gruesa en la región exterior. Esto significa que la porción sellante más fina en la región de lado soporta prácticamente toda la carga del sistema sellante, lo que puede hacer que esta porción sellante se raje o falle prematura-
mente.
Recientemente, se han hecho intentos por desarrollar sellantes "híbridos" para unidades IG sellantes únicas que tienen las bajas características MVT de un material termoplástico con las características estructurales de un material termoestable. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos número 5.849.832 describe un sellante de componente único que combina una resina termoplástica de fusión en caliente mezclada con un polímero de curación atmosférica. Las características MVT de este sellante, por ejemplo, aproximadamente 3,0-4,0 g/m^{2}/día, son mejores que las características MVT de los sellantes termoestables convencionales, pero todavía son más altas que las de los sellantes termoplásticos, tal como PIB. Además, dado que este sellante proporciona integridad estructural a la unidad IG, tiene un módulo de aproximadamente 250 psi (17,5 kg/cm^{2}). Además, este material es más duro que los materiales termoplásticos convencionales, por ejemplo, tiene una dureza inicial superior a aproximadamente 50 Shore A y una dureza curada superior a aproximadamente 60 Shore A (medida según el procedimiento de prueba P.1.A de la Asociación de Fabricantes de Unidades de Vidrio Aislante Sellado (SIGMA). Usando un calibre Shore (escala A) que se puede obtener comercialmente la Shore Instrument Company). Por lo tanto, este material no supera completamente los inconvenientes explicados anteriormente.
Como una alternativa a sistemas sellantes únicos se desarrollaron los denominados sistemas de "doble sello" para combinar las ventajas relativas de los sellantes estructurales y los sellantes MVT bajos. Un sistema convencional de doble sello utiliza un sellante termoplástico de MTV bajo interior o primario situado primariamente en la región de lado del espaciador para reducir la transmisión de vapor húmedo a la cámara. Este sellante primario proporciona poca o nula integridad estructural a la unidad IG. Un sellante termoestable estructural exterior secundario está situado primariamente en el exterior del espaciador (región exterior) para unir el espaciador y las hojas de vidrio con el fin de proporcionar integridad estructural a la unidad IG.
Sin embargo, incluso en estos sistemas de doble sello, en el uso normal hay una tendencia natural a que los bordes exteriores de las hojas de vidrio giren o se flexionen debido a cambios en la presión atmosférica, la temperatura, la carga del viento, o cambios de altitud. En estas circunstancias, el sellante termoplástico primario tiende a expandirse y contraerse y puede separarse de la hoja de vidrio y/o el espaciador. Esto puede producir intervalos en el sistema sellante a través de los que puede entrar humedad en la cámara o a través de los que la atmósfera aislante puede escapar de la cámara.
Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar un sistema de doble sello para una unidad IG que proporcione bajas características MVT, pero que también proporcione mejor rendimiento estructural sobre los sistemas sellantes convencionales. También sería deseable que el sellante primario del sistema sellante poseyese un valor del módulo menor que los sellantes estructurales convencionales o los sellantes híbridos para reducir el esfuerzo típicamente soportado por sellantes primarios situados en la región de lado de una unidad IG.
Resumen de la invención
Una unidad de vidrio aislante de la invención incluye una primera hoja de vidrio, una segunda hoja de vidrio, y un sistema espaciador. El sistema espaciador incluye (i) un espaciador colocado entre una superficie interior de la primera hoja de vidrio y una superficie interior de la segunda hoja de vidrio y (ii) un sistema sellante para adherir las superficies interiores de las hojas de vidrio al espaciador. El sistema sellante es un sistema de doble sello que tiene dos regiones sellantes separadas o distintas incluyendo un sellante primario incluyendo (a) al menos un material termoplástico de fusión en caliente que tiene una temperatura de fusión del orden de 125ºF (52ºC) a 250ºF (121ºC), y (b) al menos un material curable. El sellante, cuando está curado, forma un enlace covalente entre el espaciador y las hojas. El sellante tiene una dureza inicial del orden de 25 Shore A a 45 Shore A y una dureza post-curación de entre 30 Shore A y 65 Shore A y, al curar, una tasa de transmisión de vapor húmedo inferior a 2,5 g/m^{2}/día, y un valor de módulo curado de 35 psi (2,5 kg/cm^{2}) de 35 psi (2,5 kg/cm^{2}) a 100 psi (7 kg/cm^{2}).
Otra unidad de vidrio aislante incluye una primera hoja que tiene una superficie interior y una superficie exterior y una segunda hoja que tiene una superficie interior y una superficie exterior, con las hojas colocadas de tal manera que la superficie interior de la primera hoja mire a la superficie interior de la segunda hoja. Un espaciador está situado entre las hojas primera y segunda y un sistema sellante adhiere las hojas al espaciador. El sistema sellante incluye (a) el sellante primero o primario incluyendo un material termoplástico y un material curable, y (b) un sellante secundario. El sellante primario tiene una tasa de transmisión de vapor húmedo inferior a 2,5 g/m^{2}/día y una dureza después de curar del orden de 30 Shore A a 65 Shore A y un módulo curado menor que el sellante secundario para reducir la deformación en el sellante primario producida cuando la unidad IG se flexiona, siendo el valor de módulo curado del sellante primario del orden de 35 psi (2,5 kg/cm^{2}) a 100 psi (7 kg/cm^{2}).
Breve descripción del dibujo
El resumen anterior, así como la descripción detallada siguiente de las realizaciones preferidas, se entenderán mejor al leerlos en unión con el dibujo anexo, en el que:
La figura 1 es una sección transversal de una vista en alzado de una porción de un borde conjunto de una unidad IG que tiene un sistema sellante según la invención.
Descripción de las realizaciones preferidas
En el sentido en que se usan aquí, los términos espaciales o direccionales como "interior", "exterior", "izquierdo", "derecho", "trasero" y análogos se refieren a la invención como se representa en la figura del dibujo. Sin embargo, se ha de entender que la invención puede asumir varias orientaciones alternativas y secuencias de paso sin apartarse de los conceptos novedosos aquí descritos. Consiguientemente, tales términos no se han de considerar limitados, a no ser que indique lo contrario. Además, con la excepción de los ejemplos operativos, o donde se indique lo contrario, todos los números que expresan cantidades de ingredientes, condiciones de reacción, etc, usados en la memoria descriptiva y reivindicaciones se han de entender modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". Además, todas las referencias numéricas a cantidades, a no ser que se especifique lo contrario, son "en peso". Además, todos los rangos aquí descritos se han de entender abarcando todos y cada uno de los subtrangos en ellos subsumidos. Por ejemplo, un rango de "1 a 10" incluye todos y cada uno de los subrangos entre (e incluyendo) el valor mínimo de 1 y el valor máximo de 10, es decir, todos y cada uno de los subrangos que tienen un valor mínimo de igual o mayor que 1 y un valor máximo de igual o menor que 10, por ejemplo, 5,5 a 10.
Una unidad IG 40 según la presente invención se representa en la figura 1. La unidad IG 40 tiene una primera hoja 44 que tiene una superficie interior 46 y una superficie exterior 48. La primera hoja 44 está espaciada de una segunda hoja 50, que también tiene una superficie interior 52 y una superficie exterior 54. Las dos hojas 44 y 50 pueden ser de cualquier material usado convencionalmente en la técnica de las unidades IG. Por ejemplo, aunque no se ha de considerar limitativo, las dos hojas 44 y 50 pueden ser de vidrio claro, por ejemplo, vidrio claro flotante, o una o ambas hojas pueden ser de vidrio de color. El vidrio puede ser vidrio recocido, templado, o termorreforzado y puede ser vidrio no recubierto o recubierto.
La superficie interior 46 de la primera hoja 44 mira a la superficie interior 52 de la segunda hoja 50, y las superficies interiores 46 y 52 están espaciadas por un sistema espaciador 56 que tiene un espaciador 58 unido, por ejemplo, con adhesivo, a las dos hojas 44 y 50 por un sistema sellante 60 que tiene dos sellantes. El espaciador 58 puede ser alguno de los tipos usados en la técnica de las unidades IG, tal como un espaciador rígido convencional o del tipo de caja, un espaciador en forma de U, o un espaciador flexible. Tales espaciadores se forman típicamente de metal, tal como aluminio o acero inoxidable 201 o 304, y se curvan o conforman a una forma de espaciador convencional. Se describen ejemplos de espaciadores adecuados, por ejemplo, aunque no se ha de considerar limitativo, en las Patentes de Estados Unidos números 4.193.236, 4.464.874, 5.088.258, 5.655.282, 5.675.944, 5.177.916, 5.255.481, 5.351.451, 5.501.013, y 5.761.946, que se incorporan aquí por referencia. En la realización ilustrativa representada en la figura 1, aunque no se ha de considerar limitativo a la invención, el espaciador 58 se ilustra como un espaciador del tipo de caja que tiene una base 66 con un primer lado 72 y un segundo lado 74 que se extiende desde la base 66. Cada lado 72, 74 incluye una superficie exterior 76, 78 mirando a las superficies interiores 46, 52 de las hojas adyacentes respectivas
44, 50.
Las dos hojas 44 y 50 y el sistema espaciador 56 definen una cámara 62 o "espacio muerto" entre las dos hojas 44 y 50. La cámara 62 se puede llenar con una atmósfera aislante, tal como aire o gas argón o criptón. Se puede colocar un material desecante convencional 64 en la técnica dentro del espaciador 58, por ejemplo, el material desecante puede estar suelto o se puede unir con adhesivo a una de las superficies interiores del espaciador 58 de manera convencional. El espaciador 58 incluye preferiblemente canales o agujeros 65 a través de los que el material desecante 64 está en contacto con el gas aislante en la cámara 62.
Se puede aplicar de manera convencional un recubrimiento 70, tal como un recubrimiento de control solar, por ejemplo, de baja emisividad o fotocatalítico, tal como MSVD, CVD, pirolisis, sol-gel, etc, a una superficie, por ejemplo, una superficie interior, de una o varias hojas 44 y 50.
El sistema sellante 60 de la presente invención es un sistema de "doble sello" que tiene dos regiones sellantes separadas o distintas, es decir, un sellante exterior o secundario 80 y un sellante interior o primario 82, utilizándose una composición sellante de la invención para formar el sellante primario 82.
El sellante primario 82 está situado principalmente en las regiones laterales del espaciador 58, es decir, la mayor parte del sellante está situado entre un lado del espaciador 58 y la hoja adyacente 44 o 50. Sin embargo, a diferencia de los sellantes primarios convencionales que proporcionan bajas características MVT, pero poca o nula integridad estructural, el sellante primario 82 de la invención se une covalentemente a las hojas 44 y 50 y el espaciador 58 para proporcionar a la unidad IG 40 no solamente buena integridad estructural, sino también para proporcionar una baja tasa de transmisión de vapor húmedo que es generalmente comparable a la de sellantes termoplásticos primarios convencionales, como PIB.
Preferiblemente, el sellante primario 82 tiene una tasa de transmisión de vapor húmedo de menos de 10 g/m^{2}/día, preferiblemente inferior a 5 g/m^{2}/día, más preferiblemente inferior a 3 g/m^{2}/día, y muy preferiblemente inferior a 2 g/m^{2}/día.
El sellante primario 82 tiene preferiblemente un valor de módulo curado menor que el sellante secundario 80 para reducir la deformación en el sellante primario 82 producida cuando la unidad IG 40 se flexiona. Preferiblemente, el sellante primario 82 tiene un valor de módulo curado inferior a 200 psi (14 kg/cm^{2}), preferiblemente inferior a 150 psi (10,5 kg/cm^{2}), y más preferiblemente 35 psi (2,5 kg/cm^{2}) a 120 psi (8,4 kg/cm^{2}).
Como se describirá más específicamente en los ejemplos siguientes, el sellante primario 82 de la presente invención se forma de una composición sellante incluyendo un material termoplástico de fusión en caliente y un material
curable.
El material de fusión en caliente puede incluir un solo material de fusión en caliente o puede ser una mezcla de varios materiales de fusión en caliente químicamente diferentes. El material de fusión en caliente puede incluir una o más poliolefinas, tal como polietilenos, o puede incluir acetatos de polivinilo, poliamidas, resinas de hidrocarbono, asfaltos, bitúmenes, ceras, parafinas, cauchos crudos, cauchos fluorados, cloruro de polivinilo, poliamidas, fluorocarbonos, poliestireno, polipropilenos, resinas celulósicas, resinas acrílicas, elastómeros termoplásticos, resinas de estireno butadieno, terpolímeros de etileno propileno preparados a partir de monómero etileno propileno dieno, politerpenos, y sus mezclas. Por ejemplo, en una realización ejemplar, el material termoplástico de fusión en caliente puede incluir una mezcla de parafina clorada sólida y un aceite de soja epoxidizado. En una realización alternativa ejemplar, el material de fusión en caliente puede incluir una mezcla de parafina clorada sólida y poliisobutileno. En una realización actualmente preferida, el material de fusión en caliente incluye una mezcla de un plastificante de soja epoxidizado, butilacrilato de etileno (EBA), y un material de poliolefina.
Preferiblemente, el material termoplástico de fusión en caliente de la composición sellante primaria está presente en una cantidad de 10% en peso a 90% en peso, más preferiblemente 20% en peso a 70% en peso, incluso más preferiblemente 25% en peso a 65% en peso, y muy preferiblemente 25% en peso a 35% en peso, en base al peso total de la composición sellante primaria.
El sellante primario incluye al menos un material curable, material curable que puede ser un material curable por energía radiante, tal como un material curable por IR o UV, un material curable por calor, o un material curable atmosférico, tal como un material polimérico que se entrecruza a la exposición a un constituyente de la atmósfera ambiente, tal como oxígeno o vapor de agua. El material curable puede incluir uno o más polisulfuros curables por humedad, polidimetilsiloxanos, polisulfuros curables por oxígeno, y sus mezclas, que pueden contener funcionalidades de silicio. Los materiales curables adecuados para la práctica de la invención incluyen alcoxi, acetoxi, poliéteres oxiamino silano terminados y poliéter uretanos; polímeros de alquil solixano entrecruzados con alcoxi, acetoxi, oxiamino silanos organo funcionales; polímeros de polioxialcaleno isocianato funcionales curables por humedad y polímeros de polialcaleno; polímeros tiol funcionales y oligómeros (tal como poliéteres, poliéter uretanos, polisulfuros, politioéteres), adecuadamente catalizados para producir sistemas curables por humedad; polímeros epóxido funcionales y oligómeros con entrecruzadores desbloqueables por humedad; polímeros acrílico funcionales con entrecruzadores desbloqueables, polímeros acrílicos curables por UV, y sus mezclas. Muy preferiblemente, el material curable incluye uno o más poliuretanos alcoxi silano terminados, poliéteres alcoxi silano terminados, polímeros de polidimetilsiloxano, silanos organo funcionales, y sus mezclas. En una realización actualmente preferida, el material curable incluye uno o más poliuretanos curables por humedad, tal como PERMAPOL MS® poliuretano, que se puede obtener comercialmente de PRC Desoto de Glendale, California.
El material curable de la composición sellante primaria está presente preferiblemente en la composición en una cantidad de 5% en peso a 50% en peso, preferiblemente 10% en peso a 40% en peso, más preferiblemente 10% en peso a 28% en peso, y muy preferiblemente 10% en peso a 15% en peso, en base al peso total de la composición sellante.
Además, en una realización actualmente preferida, la composición sellante primaria también incluye un agente de pegajosidad, tal como éster de rosina de madera, para proporcionar adhesión a la aplicación inicial de la composición y antes de que tenga lugar la unión covalente. Ejemplos de otros agentes de pegajosidad adecuados incluyen resinas de hidrocarbono, resinas terpeno fenólicas, y resinas alfa metil estireno. El agente de pegajosidad puede estar presente en cualquier cantidad adecuada, por ejemplo, aunque no se ha de considerar limitativo, 5% en peso a 50% en peso en base al peso total de la composición sellante.
Como se ha explicado anteriormente, la composición sellante primaria de la invención puede además incluir un catalizador, tal como un catalizador orgánico. El catalizador orgánico específico y la cantidad usada dependerán del material curable particular que se usa. Los catalizadores adecuados incluyen compuestos de organo estaño, titanatos alifáticos (que tienen de 1-12 átomos de carbono) tal como titanatos de alquilos inferiores, y aminas. Los catalizadores adecuados incluyen dilaurato de dibultilestaño, diacetato de dibultilestaño, titanato de tetrabutilo, y titanato de tetraetilo. Aunque la composición sellante de la invención curará sin la adición del catalizador, la adición de un catalizador puede permitir tiempos de curado más rápidos, que pueden ser ventajosos en algunas situa-
ciones.
Igualmente, se puede añadir un acelerador para aumentar más las tasas de curación. El acelerador específico vendrá dictado por la identidad y la concentración del catalizador y se elegirá de entre los comunes en la técnica. Los ejemplos de aceleradores adecuados incluyen aminas bloqueadas, tales como bis-oxazoladina, que se puede obtener comercialmente como "HARDNER OZ" de Bayer, Inc.
La composición sellante puede incluir catalizadores, aceleradores, plastificantes, rellenos, pigmentos, mejoradores de resistencia a la intemperie, y componentes similares conocidos en la técnica. También puede ser deseable, en algunos casos, añadir rellenos adicionales, tales como talco, carbonato de calcio, sílices, y silicatos, pigmentos, agentes reológicos y análogos como los conocidos en la técnica. Las propiedades de resistencia en el sellante dependen del tipo y la cantidad del material de fusión en caliente, y también de la selección del relleno. Los rellenos pueden ser seleccionados por los expertos en la técnica y añadirse en una cantidad suficiente para impartir la resistencia apropiada, así como para impartir propiedades de aplicación deseables a la composición sellante. La composición sellante primaria de la presente invención deberá ser fácil de manejar y aplicar a la unidad IG.
El material termoplástico de fusión en caliente, el material curable, y cualesquiera componentes opcionales se combinan preferiblemente para formar un único material sellante primario. Por "material único" se entiende que a escala macroscópica el sellante incluye una mezcla sustancialmente homogénea; sin embargo, puede tener variaciones composicionales a escala microscópica.
En una realización alternativa, el material termoplástico de fusión en caliente y el material curable pueden ser los mismos. Una formulación preferida incluye prepolímeros de uretano silicio-terminados de peso molecular alto. Otra formulación incluye polímeros de Kraton silicio-funcionalizados (copolímeros bloque, que se pueden obtener comercialmente de Shell Chemical Company). Los polímeros Kraton son copolímeros bloque de varios tipos tales como SBS (estireno-butadieno-estireno), SIS (estireno-isopreno-estireno), y SEBS (estireno-etileno/butileno-estireno). Otra formulación incluye polímeros Kraton con otros grupos funcionales que realizan rápida solidificación al enfriarse, seguido de curación química a la exposición a condiciones atmosféricas.
El sellante secundario 80 es preferiblemente un sellante estructural convencional, tal como un material sellante termoestable convencional. Por ejemplo, el sellante secundario 80 puede incluir uno o más materiales sellantes estructurales convencionales de silicona, poliuretano, o polisulfuro conocidos en la técnica. Ejemplos de materiales sellantes secundarios adecuados se describen, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos números 4.193.236, 4.464.874, 5.088.258, y 5.106.663, y la referencia europea EP 65510. Alternativamente, el sellante PRC 590, que se puede obtener comercialmente de PRC Desoto International, Inc., de Glendale, California, puede ser usado como el sellante secundario 80. La Patente de Estados Unidos número 5.849.832, aquí incorporada por referencia, también describe un material adecuado como un sellante secundario para la presente invención. En una realización actualmente preferida, el sellante secundario 80 es un material sellante de silicona convencional. Como entenderán las personas con conocimientos ordinarios en la técnica, la función principal del sellante secundario 80 es proporcionar integridad estructural a la unidad IG 40. Por lo tanto, el sellante secundario tiene preferiblemente un valor del módulo superior a 75 psi (5,3 kg/cm^{2}), preferiblemente superior a 125 psi (8,8 kg/cm^{2}), y más preferiblemente superior a 200 psi (14 kg/cm^{2}) medido según ASTM D412. Como se representa en la figura 1, el sellante secundario 80 se extiende preferiblemente a través de la anchura del exterior del espaciador 58 (región exterior), por ejemplo, se extiende a través de la ranura perimétrica formada por la superficie exterior de la base 66 del espaciador 58 y los bordes marginales exteriores de las hojas 44 y 50.
Los sellantes 80, 82 pueden ser de cualesquiera dimensiones adecuadas para adherir las hojas 44, 50 al espaciador 58. Por ejemplo, el sellante primario 82 puede tener un grosor de 3/32 pulgada (0,2 cm) a 3/16 pulgada (0,5 cm) y el sellante secundario 80 puede tener un grosor de 3/16 pulgada (0,5 cm) a 1/4 pulgada (0,6 cm).
El método de fabricar una unidad IG 40 que incorpora un sistema sellante 60 de la invención se describirá ahora. Como se apreciará, la unidad IG 40 y el espaciador 58 se pueden fabricar de manera convencional, tal como, aunque sin limitación, los descritos en las Patentes de Estados Unidos números 4.807.439, 4.831.799, 4.431.691, 4.873.803, y 3.919.023, pero modificado como se explica a continuación para incluir el sistema sellante 60 de la invención. Por ejemplo, un sustrato, tal como una hoja metálica de un grosor, longitud y anchura suficientes para producir un espaciador de dimensiones deseadas, se puede formar por técnicas convencionales de laminación, curvado o conformación. Aunque los sellantes primario y secundario 82, 80 se pueden colocar en el sustrato antes de la conformación, se prefiere aplicar los sellantes primario y secundario 82, 80 después de que el espaciador 58 haya sido conformado. Los sellantes primario y secundario 82, 80 pueden ser aplicados en cualquier orden sobre el espaciador 58. Sin embargo, se prefiere aplicar primero el sellante primario 82 y posteriormente el sellante secundario 80. Por ejemplo, el sellante primario 82 puede ser aplicado a los lados exteriores 76, 78 del espaciador 58 por un conjunto de boquillas y el sellante secundario 80 se puede aplicar posteriormente a la parte trasera o base 66 del espaciador 58 por un conjunto separado de boquillas. Los sellantes 80, 82 pueden ser aplicados en cualquier grosor deseado.
La unidad IG 40 se puede montar entonces colocando y adhiriendo las hojas 44 y 50 al espaciador 58 por el sistema sellante 60. Un gas aislante, tal como aire o gas argón o criptón, puede ser introducido en la cámara 62 de manera convencional.
El sellante primario 82 es preferiblemente fluido o, más preferiblemente es un líquido de alta viscosidad, por ejemplo, que tiene una viscosidad de aproximadamente 50.000 poise, a una temperatura superior a 160ºF (71ºC) a 170ºF (77ºC). El sellante primario 82 de la invención se aplica preferiblemente a una temperatura elevada de aproximadamente 125ºF (51ºC) a 250ºF (121ºC) en forma de un líquido de alta viscosidad o una pasta, que después vuelve a sólido al enfriarse a una temperatura de 90ºF (32ºC) a 100ºF(38ºC). El material de fusión en caliente del sellante funciona como el componente fundible durante la aplicación inicial y suministra resistencia al enfriarse. El material curable comienza entonces a curar, por ejemplo, por reacción con humedad atmosférica o calor, formando un elastómero entrecruzado que resiste la deformación a la aplicación de calor. Después de que el material curable ha curado, el material de fusión en caliente funciona como un plastificante dentro de la fase de polímero curado.
El sellante primario 82 de la invención tiene una dureza inicial de precurado de entre 25 Shore A y 45 Shore A. El sellante primario curado 82 tiene una dureza de entre 30 Shore A y 65 Shore A, preferiblemente una dureza a aproximadamente 48 horas después de la aplicación entre 30 Shore A y 50 Shore A o más.
Un método de hacer el sellante primario de la invención se explicará ahora. El sellante primario 82 de la presente invención se puede preparar de la siguiente manera general, describiéndose preparaciones más específicas en los ejemplos siguientes. El material termoplástico de fusión en caliente, o sus mezclas, se dispensa primero a un recipiente de mezcla a temperatura elevada. En una realización preferida, el recipiente de mezcla es un recipiente de acero inoxidable capaz de realizar la mezcla bajo un vacío de 20 Torr o inferior e incluye además una mezcladora que tiene una velocidad variable, unidad multieje, con una cuchilla de barrido a baja velocidad, un dispersor de alta velocidad, y una barrena a baja velocidad. El material de relleno se añade posteriormente al material de fusión en caliente y la mezcla comienza a baja velocidad. A continuación, el material curable, o sus mezclas, al que se puede añadir relleno adicional para formar una composición curable, se añade a la mezcla después de girar en vacío. En el punto en que se añade preferiblemente el material curable, la mezcla se realiza bajo vacío con el fin de eliminar o reducir la exposición de la mezcla a condiciones atmosféricas, y también para quitar agua residual de los materiales en bruto, mejorando por ello la estabilidad del paquete. Se puede añadir aditivos en un volumen pequeño tal como pigmentos, mejoradores de resistencia a la intemperie tal como absorbedores UV y antioxidantes y análogos antes de la introducción del material curable, mientras que cualquier catalizador puede ser añadido después. El material se mantiene en condiciones sustancialmente secas hasta que se prepara para aplicarlo a la unidad IG. En otras realizaciones preferidas, la mezcla se puede llevar a cabo bajo una manta de gas inerte seco. Métodos ejemplares no limitadores específicos de hacer el sellante primario de la invención se describen en los ejemplos
siguientes.
Como se ha explicado anteriormente, cualquier sellante estructural adecuado, tal como un material sellante de silicona convencional, puede ser usado como el sellante secundario 80.
Ejemplo 1
Este ejemplo ilustra, como se expone en la tabla 1, una composición sellante primaria adecuada de la invención y un método de hacer el sellante primario.
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(Tabla pasa a página siguiente)
1
Nota: El recipiente de acero inoxidable se precalentó a 180ºF (82ºC), manteniéndose dicha temperatura durante todo el proceso. El vacío aplicado era inferior o igual a aproximadamente 20 Torr.
^{1} CERECHLOR S52, una parafina normal de cadena larga, 52% de cloro, que se puede obtener comercialmente de ICI, Inc.
^{2} PARAPLEX G-62, un epóxido de aceite de semilla de soja de peso molecular alto que se puede obtener comercialmente de Rohm y Haas.
^{3} CHLOREZ 700-S, una parafina normal de cadena larga, de 70% de cloro, que se puede obtener comercialmente de Dover Chemical Company.
^{4} Obtenible comercialmente de Columbia Carbon Company.
^{5} Obtenible comercialmente de Specialty Metals Corporation.
^{6} Como se describe en la Tabla 2 a continuación.
^{7} Obtenible comercialmente de Air Products Corporation.
^{8} Bis-oxazoladina, que se puede obtener comercialmente como HARDNER OZ de Bayer, Inc.
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TABLA 2
2
^{1} Obtenible comercialmente de PRC Desoto International, Inc.
^{2} A-171 viniltrimetoxisilano que se puede obtener comercialmente de OSI, Inc.
^{3} A-187 glicidoxipropiltrimetoxisilano que se puede obtener comercialmente de OSI, Inc.
Ejemplo 2
Este ejemplo ilustra otra composición sellante primaria adecuada de la invención y un método de hacerla.
3 
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Ejemplo 3
Este ejemplo ilustra una composición sellante primaria actualmente preferida de la invención y el método de hacerla.
TABLA 4
4
Nota: El vacío usado era inferior o igual a aproximadamente 20 Torr.
^{1} Obtenible comercialmente de Industrial Oil Company.
^{2} Obtenible comercialmente de HP Polymer Company.
^{3} Obtenible comercialmente de Huls Company.
^{4} Obtenible comercialmente de Elf Atochem.
^{5} Obtenible comercialmente de Arizona Chemical Company.
^{6} Obtenible comercialmente de E. I. DuPont de Nemours and Company.
^{7} Mercaptopropiltrimetoxisilano obtenible comercialmente de OSI.
^{8} Como se describe en la Tabla 5 siguiente.
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TABLA 5
5
Nota: El vacío utilizado era inferior o igual a 20 Torr aproximadamente.
Ejemplo comparativo 4
Se realizaron pruebas en composiciones sellantes primarias formadas según el ejemplo 3 anterior, y la tabla 6 expone los resultados de las pruebas (media numérica) para pruebas usando la composición sellante primaria de la invención en función de las de un material sellante primario de poliisobutileno (PIB) convencional que se puede obtener comercialmente de ADCO Products de Michigan City, Michigan.
TABLA 6
6
Los valores de la Tabla 6 se basaban en un grosor de sellante comprobado de 1,5 mm a no ser que se indique lo contrario a continuación. Para los valores de la Tabla 6, la tasa de transmisión de vapor húmedo (MVT) se midió según ASTM F 1249. Los valores de resistencia a la exfoliación se midieron según el método de prueba P.7.A de la Asociación de Fabricantes de Vidrio Aislante Sellado (SIGMA) usando piezas de vidrio de 3/16 pulgada (0,5 cm) por 1 pulgada (2,5 cm) por 5 pulgada (12,5 cm), una tira de acero 0,010 pulgada (0,03 cm) por 1,0 pulgada (2,5 cm); cordón de sellante de 0,060 pulgada (0,15 cm) de grosor; y una velocidad de cruceta de 2,0 pulgadas por minuto (5 cm/min). Los valores de resistencia a la cizalladura de recubrimiento se determinaron usando el método de prueba P.6.A de SIGMA usando piezas de vidrio de 3/16 pulgada por 1 pulgada por 2 pulgada (0,5 cm por 2,5 cm por 5 cm); grosor del sellante de 0,060 pulgada (0,15 cm); y una velocidad de cruceta de 2,0 pulgadas por minuto (5 cm/min). La dureza se determinó según el procedimiento de prueba P.1.A, Prueba de Dureza Inicial, de SIGMA. La prueba de bloque H se realizó colocando tres bloques de madera entre dos piezas de vidrio de 3/16 pulgada (0,5 cm) de 2 pulgada de grosor por 2 pulgada (5 cm por 5 cm). El bloque centra era de 1/2 pulgada por 1/2 pulgada por 2 pulgada (1,3 cm por 1,3 cm por 5 cm). Se rodeó cinta adhesiva alrededor del exterior de las piezas de vidrio para mantener los bloques en posición entre las dos piezas de vidrio. A continuación, el bloque central se quitó dejando un canal de 1/2 pulgada por 1/2 pulgada por 2 pulgada (1,3 cm por 1,3 cm por 5 cm) a través del centro de la estructura. La composición sellante primaria del ejemplo 3 se extrusionó a este canal central llenando de forma ligeramente excesiva el canal. Se cortó el material excedente, es decir, material más allá de los bordes del vidrio, y la muestra se dejó reposar durante una hora. Se quitó la cinta y se sacaron los dos bloques de madera restantes entre las hojas de vidrio. Esto dejó las los dos placas de vidrio de 2 pulgada por 2 pulgada (5 cm por 5 cm) conectadas en sus centros longitudinales por un bloque de material sellante de 1/2 pulgada por 1/2 pulgada por 2 pulgada (1,3 cm por 1,3 cm por 5 cm). La resistencia a la tracción se comprobó usando un aparato comercial de resistencia a la tracción, que se puede obtener comercialmente de Instron, Inc., para separar las piezas de vidrio a una velocidad de cruceta de 2 pulgadas por minuto (5 cm/min). Los valores de la Tabla 6 representan la carga cuando el material falló. El módulo se determinó según ASTM D412.
Así, la presente invención proporciona un material sellante que es especialmente útil como un sellante primario para una unidad IG de doble sello. Como se expone en la tabla 6, el sellante primario de la invención tiene una tasa de transmisión de vapor húmedo (1,95 g/m^{2}/día) muy inferior a la de materiales termoestables convencionales (típicamente superior a 10 g/m^{2}/día) y es comparable a la del sellante PIB convencional (1,0 g/m^{2}/día). Además, el sellante primario de la invención tiene un valor de módulo más alto (35-100 psi; 2,5-7 kg/cm^{2}) que el PIB convencional (30 psi; 2,1 kg/cm^{2}), que promueve la integridad estructural de la unidad IG. Sin embargo, el valor del módulo del material sellante primario es generalmente menor que el de los materiales termoestables convencionales (típicamente superior a 200 psi; 14 kg/cm^{2}) de modo que el sellante primario de la invención no se someterá excesivamente a esfuerzo si la unidad IG se flexionase o torciese durante la operación normal. Así, el sellante primario de la invención proporciona una tasa de transmisión de vapor húmedo comparable a la de un material termoplástico convencional y también promueve la integridad estructural de la unidad IG.
Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se puede hacer modificaciones en la invención sin apartarse de los conceptos descritos en la descripción anterior. Consiguientemente, las realizaciones particulares descritas en detalle aquí son ilustrativas solamente y no limitan el alcance de la invención, a la que se ha de dar el pleno alcance de las reivindicaciones anexas y todos y cada uno de sus equivalentes.

Claims (19)

1. Una unidad de vidrio aislante (40), incluyendo:
una primera hoja (44) de vidrio;
una segunda hoja (50) de vidrio; y
un sistema espaciador (56) incluyendo (i) un espaciador (58) colocado entre una superficie interior (46) de la primera hoja (44) de vidrio y una superficie interior (52) de la segunda hoja (50) de vidrio, y (ii) un sistema sellante (60) para adherir las superficies interiores (46, 52) de las hojas (44, 50) al espaciador (58), siendo el sistema sellante (60) un sistema de doble sello que tiene dos regiones sellantes separadas o distintas (80, 82), incluyendo:
al menos un sellante primario (82), incluyendo:
(a)
al menos un material termoplástico de fusión en caliente que tiene una temperatura de fusión del orden de 125ºF (51ºC) a 250ºF (121ºC); y
(b)
al menos un material curable,
donde el sellante primario, cuando está curado, forma un enlace covalente entre el espaciador (58) y las hojas (44, 50), y donde el sellante primario tiene una dureza inicial del orden de 25 Shore A a 45 Shore A y una dureza post-curación del orden de 30 Shore A a 65 Shore A y, al curar, una tasa de transmisión de vapor húmedo inferior a 2,5 g/m^{2}/día, y un valor de módulo curado del orden de 35 psi (2,5 kg/cm^{2}) a 100 psi (7 kg/cm^{2}),
y un sellante secundario (80) que tiene un módulo curado más alto que el sellante primario (82).
2. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material termoplástico de fusión en caliente incluye de 10% a 90% en peso del sellante primario.
3. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material termoplástico de fusión en caliente y el material curable son los mismos, incluyendo especialmente cada uno un material seleccionado de prepolímeros de uretano conteniendo silicio de peso molecular alto y copolímeros de acrilonitrilo butadieno conteniendo
silicio.
4. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material termoplástico de fusión en caliente incluye al menos un material seleccionado de poliolefinas, acetatos de polivinilo, poliamidas, hidrocarbonos, asfaltos, bitúmenes, ceras, parafinas, cauchos crudos, cauchos fluorados, cloruros de polivinilo, poliamidas, fluorocarbonos, poliestirenos, resinas celulósicas, acrílicos, elastómeros termoplásticos, polímeros de estireno butadieno, politerpenos, terpolímeros de etileno-propileno, y sus mezclas.
5. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material termoplástico de fusión en caliente incluye un material seleccionado de parafina clorada sólida, poliisobutileno, aceite de soja epoxidizado, butilacrilato de etileno, poliolefina, y sus mezclas.
6. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material termoplástico de fusión en caliente incluye una mezcla de un material epoxídico, un material de acrilato, y un material de poliolefina.
7. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material curable incluye de 5% a 50% en peso del sellante primario.
8. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material curable polimeriza a la exposición a un constituyente de la atmósfera, incluyendo especialmente el constituyente un material seleccionado de oxígeno, vapor de agua, y sus mezclas.
9. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material curable incluye un material seleccionado de materiales curables por UV, materiales curables por IR, materiales curables por humedad, materiales curables por oxígeno, materiales curables por temperatura, y sus mezclas.
10. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el material curable incluye un material seleccionado de poliuretanos alcoxi silano terminados, poliéteres alcoxi silano terminados, resinas de polidimetilsiloxano, silanos organo funcionales, y sus mezclas.
11. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, incluyendo además un aditivo seleccionado de plastificantes, rellenos, pigmentos, catalizadores, aceleradores, mejoradores de resistencia a la intemperie, y sus mezclas.
12. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el sellante primario es un primer sellante y la unidad incluye además un segundo sellante situado junto al primer sellante.
13. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 12, donde el segundo sellante es un sellante termoestable.
14. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 12, donde el segundo sellante se selecciona de sellantes de silicona, polisulfuro, y poliuretano.
15. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el sellante secundario (80) tiene un módulo curado superior a 75 psi (5,3 kg/cm^{2}).
16. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde al menos una de las hojas tiene un recubrimiento dispuesto encima.
17. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 6, donde el material termoplástico o material termoplástico de fusión en caliente incluye una mezcla de plastificante de soja epoxidizado, butilacrilato de etileno, y una poliolefina, especialmente poliolefina amorfa.
18. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el sellante primario incluye un acelerador incluyendo especialmente un material de amina bloqueado.
19. La unidad de vidrio aislante (40) según la reivindicación 1, donde el sellante primario incluye un agente de pegajosidad incluyendo especialmente un éster de rosina de madera o ésteres de rosina de madera seleccionados, resinas de hidrocarbono, resinas terpeno fenólicas, y resinas alfa metil estireno.
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