ES2362199A1 - Placas plurilaminares de piedra natural y procedimiento de obtencion. - Google Patents
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Abstract
Placas plurilaminares de placas plurilaminares de piedra natural y procedimiento de obtención.Este invento consiste en un tipo de placas de piedra natural de espesor reducido, fijadas sobre un soporte transparente o translúcido de vidrio, metacrilato, policarbonato etc. y su procedimiento de obtención. Debido al grosor de la placa que puede llegar a 2 mm, el producto resultante tiene propiedades ópticas especiales al incidir la luz sobre su superficie, además de térmicas cuando se combina la resina epoxi con materiales de cambio de fase PCM.
Description
Placas plurilaminares de piedra natural y
procedimiento de obtención.
El sector al que pertenece este invento, es el
de los materiales de construcción.
Este invento consiste en un tipo de placas de
piedra natural de espesor reducido, fijadas sobre un soporte
transparente o translúcido de vidrio, metacrilato, policarbonato
etc. y su procedimiento de obtención.
Debido al grosor de la placa que puede llegar a
2 mm, el producto resultante tiene propiedades ópticas especiales al
incidir la luz sobre su superficie, además de térmicas cuando se
combina la resina epoxi con materiales de cambio de fase PCM.
Son conocidos los materiales compuestos por una
capa de piedra junto con una lámina de vidrio, bien sea con fines
estéticos y/o de mejora de la resistencia mecánica del vidrio. En
otros casos se opta por la producción de este tipo de elementos que
comprenden placas finas de piedra natural con el objetivo de reducir
el coste del material, es decir, conseguir un material final con
apariencia de piedra natural pero que, en realidad, sólo está
formado por una pequeña capa de ésta, reduciendo así el uso de
material y, por consiguiente, de los costes (documento ES 2165460 T3
Elemento de piedra natural).
En estas placas plurilaminares el espesor del
elemento de piedra que se incorpora suele ser reducido, habiéndose
alcanzado espesores de hasta 2 mm cuando se desea que el elemento
constructivo finalmente así obtenido resulte translúcido. Además,
dicho espesor se establece como valor límite que no implique rotura
de la placa durante su manipulación, tal y como se indica en el
documento 1052343_U Placa plurilaminar decorativa. En dicho
documento, además, se cita, textualmente, que cuando la lámina de
mármol es de un grosor superior al centímetro no permite el paso de
la luz reduciendo drásticamente la apariencia de translucidez, causa
principal de la difusión de luz.
Los materiales amorfos, tales como los vidrios o
los materiales poliméricos señalados, muestran un grado de
transparencia elevada debido a que no poseen una estructura regular
y ordenada en el espacio y la luz atraviesa dichos cuerpos sin
apenas ser desviada. Todo lo contrario ocurre con los materiales
cristalinos, caracterizados por poseer una estructura regular que
se repite en las tres direcciones del espacio y que no deja pasar la
luz a su través, haciéndolos opacos. Los minerales, por su
estructura cristalina, se pueden englobar dentro de este último
grupo de materiales, pero, a pesar de lo comentado, pueden
presentar unas propiedades ópticas especiales y características que
sólo se manifiestan en lámina fina.
Los nuevos productos de piedra natural
translúcida están compuestos por un material laminado en el que uno
de los materiales es piedra natural (con un espesor siempre inferior
a 3 mm), y otro de los materiales laminados es un material
transparente, normalmente vidrio. Especialmente aplicables
mármoles, calizas, granitos, areniscas, pizarras y el propio
alabastro, y aprovechando las propiedades ópticas de las rocas en
espesores delgados. Los minerales tienen unas propiedades ópticas
características y que se manifiestan en lámina fina. En donde la luz
atraviesa sus estructuras cristalinas descomponiéndose en un haz
ordinario, y un haz extraordinario. Este fenómeno no se produce en
materiales amorfos (p.e. vidrio).
Son aprovechables la polarización de la luz y
los colores de interferencia cuando se usa entre láminas
polarizantes. La interacción de la luz con las diferencias
texturales de las rocas, lo que le confieren unas características
heterogéneas propias con diferencias de intensidad lumínica.
En secciones suficientemente delgadas, la
mayoría de los minerales constituyentes de las rocas son
translúcidos, aunque también los hay los que se conocen en
petrología como minerales opacos.
Las rocas en lámina fina se manifiestan con una
translucidez característica y determinada por su composición
mineralógica, y por la disposición de los componentes constituyentes
(textura, fábrica, estructura).
El espesor para que se manifieste la
translucidez es muy variable y depende de algunos factores, tales
como el índice de refracción, el grado de pureza del mineral, de la
presencia de otros componentes dispersos.
En general, las características ópticas más
representativas son las siguientes:
- Color, que puede ser debido a su propia
composición o a impurezas.
- Transparencia, relacionada con la intensidad
de luz que puede atravesar el mineral (transparente,
semitransparente, translúcido, opaco).
- Brillo, propiedad característica de refracción
de la luz (metálico, sedoso, nacarado, entre otros).
- Índice de refracción: un rayo de luz que
atraviesa un cristal se desvía un ángulo característico de cada
mineral.
- Luminiscencia: propiedad de emitir luz cuando
se les ilumina.
Otras características morfológicas, como el
hábito, la forma y maclas son también características de los
minerales constituyentes de las rocas.
Además de estas propiedades, cuando la luz es
polarizada, se puede observar también el fenómeno de pleocroísmo de
algunos minerales. Cuando la luz incidente es polarizada y se hace
pasar por otro polarizador con plano de vibración perpendicular al
primero, se puede observar también el color de interferencia
producido por la birrefringencia. En algunas rocas, los colores de
interferencia pueden lugar a colores espectaculares.
La combinación de las características (textura,
fábrica, estructura) y mineralógicas, en lámina fina con o sin
polarizadores proporciona una amplia combinación de formas y colores
en luz transmitidas y combinación de luz transmitida y reflejada,
que da lugar a una nueva dimensión de estética y uso de las rocas en
construcción (como piedra natural).
Aunque es conocido el uso de piedra natural
translúcida en capa gruesa (algunos pocos mármoles y alabastro), no
es conocido en capa fina (<1,5 mm, generalmente <1 mm), en la
que se manifiestan las propiedades translúcidos en la práctica
totalidad mayoría de los mármoles y de los granitos, así como
calizas y cuarcitas. En algunos casos es necesario el alcanzar
espesores menores.
Para obtener las propiedades ópticas en capa
fina, es necesario un soporte transparente para que le de
propiedades mecánicas autoportantes suficientes. El caso más amplio
es el vidrio, pero proporciona excelentes resultados sobre otros
substratos, tales como metacrilato, policarbonato y capa de resina
transparente.
En el actual proceso de obtención, la
unión de laminados de vidrio se realiza mediante un adhesivo hotmelt
en base EVA o PVB. La unión se realiza en condiciones de vacío para
evitar la formación de burbujas de aire, y mediante presión. La
formación de burbujas provoca el deterioro irreversible de la unión,
por lo que es un proceso muy delicado. En el caso de uniones
vidrio-piedra, el proceso de vacío puede ser muy
lento debido a la elevada porosidad de la piedra.
Como alternativa al proceso de unión
mencionado el autor de este nuevo procedimiento, propone la
utilización de resinas epoxi cicloalifáticas, como adhesivos de alta
resistencia que se pueden aplicar mediante un procedimiento
sencillo, consiguiendo excelentes valores de adhesión, resistencia
mecánica y durabilidad. La novedad de estas matrices epoxi reside en
la presencia de grupos cicloalifáticos en la cadena polimérica, los
cuales evitan el amarillamiento del polímero.
Se utilizan distintas resinas epoxi
cicloalifáticas para el proceso de unión de vidrio debido a que
estas resinas son productos de alto rendimiento cuyo uso es
principalmente como adhesivo en aplicaciones donde la resistencia a
la radiación UV es necesaria, al mismo tiempo que es imprescindible
que el adhesivo utilizado en la unión vidrio - piedra natural
muestre una total transparencia para no interferir en la interacción
de la luz con las diferencias texturales de la piedra natural.
El producto resultante del procedimiento que se
describe posteriormente, está constituido por una lámina fina de
piedra natural cuyo espesor está comprendido entre 1 y 2 mm,
adherida a un substrato estructural transparente (vidrio,
metacrilato, policarbonato, lámina de resina, otros) y con
posibilidad de incorporar polarizadores entre la lámina de piedra
natural.
Para espesores alrededor de los 3 mm, las
láminas de piedra aún mantienen la opacidad que les otorga su
estructura cristalina, debida a la compactación de las celdas
estructurales que los integra y que no dejan espacios libres para el
paso de la luz. Al laminarlos con un espesor comprendido entre 1 y
1,2 mm, éstos adquieren unas propiedades ópticas que permiten el
paso de la luz. Así, cuando la luz atraviesa las estructuras
cristalinas ésta se descompone en un haz ordinario y un haz
extraordinario, que se traduce en un efecto visual estético muy
atractivo.
Dependiendo de las propiedades ópticas de la
piedra natural puede variar el espesor, pero esta invención se
refiere a aquellos productos con piedra natural de espesores siempre
inferiores a 2 mm y, en general, en torno a 1 mm, en donde se
produce una gran gama de efectos.
Las características de los componentes de la
placa plurilaminar son los siguientes:
Lámina transparente del elemento
portante: Debe tener una resistencia mecánica suficiente para
hacer de soporte estructural del producto final. El vidrio es un
material especialmente adecuado para la mayoría de las posibles
aplicaciones finales, por lo que es muy adecuado. Son también
adecuados el metacrilato en distintos espesores y el policarbonato,
en cuyo caso se obtienen propiedades flexibles y ciertos grados de
curvatura en el producto final.
Adhesivo de resina epoxi: Hace la función
de unión entre los componentes. Se trata de una resina epoxi
cicloalifática que aplicada sola, o combinada con materiales de
cambio de fase PCM, tiene las propiedades siguientes:
- Los índices de refracción de las resinas
permiten efectos antirreflectantes o altamente reflectantes según se
desee, que se pueden conseguir incorporando distintos componentes en
la formulación de la resina de inyección, teniendo en cuenta que no
presenten grupos cromóforos, con tendencia a incrementar la
coloración del adhesivo frente a la radiación UV.
Es interesante la modificación del índice de
refracción mediante la introducción de alcoholes alifáticos de
cadena larga, con temperatura de evaporación elevada (índice de
refracción de 1,36) y acrilatos con funcionalidad epoxi (índice de
refracción de 1,49).
En general, mayor número atómico y cadenas más
entrecruzadas incrementan los índices de refracción del
polímero.
El índice de refracción de una resina epoxi se
puede modificar en intervalos de 1,49 a 1,59 utilizando aditivos,
aunque se puede ampliar el intervalo mediante formulaciones
especiales. En general, se describen posibles intervalos entre 1,47
y 1,62 en epoxi con buenas condiciones de durabilidad.
- Los materiales de cambio de fase (PCM: Phase
Change Materials) aplicados en capas o por impregnación a la piedra
natural mejoran sus propiedades térmicas (calor específico e inercia
térmica), lo cual reduciría el consumo de energía de aparatos de
climatización.
Los componentes y proporciones de resina epoxi
combinadas con materiales PCM, a modo de ejemplo son los
siguientes:
- -
- Resina epoxy: 83,3 g
- -
- Agente endurecedor para la resina epoxy: 50 g
- -
- Agua: 80 g
- -
- PCM (microencapsulado seco): 10,66 g.
Lámina polarizante: Para destacar las
propiedades de la luz polarizada se pude añadir este elemento.
Produce propiedades de pleocroísmo de minerales y destaca algunos
efectos con luz incidente con cierto ángulo de incidencia al igual
que otros aspectos texturales.
Lámina de piedra natural: Es una placa de
piedra natural que puede ser mármol, granito, etc.
El procedimiento de obtención de la placa
plurilaminar de piedra natural es el siguiente:
Se parte de una placa de mármol de 1 cm de
espesor. Estas placas pueden tener hasta una medida de 60x90 cm.
En el contorno de la superficie de la placa se
pega una cinta adhesiva de doble cara que tiene un ancho de 12 a 15
mm.
En dos vértices opuestos y por dentro de los
límites interiores determinados por la cinta adhesiva, se perforan
dos agujeros de diámetro 5 mm.
Se coloca una lámina de vidrio de igual
superficie que la placa de mármol sobre la cinta adhesiva, quedando
un hueco rectangular comprendido entre la placa de mármol, la lámina
de vidrio y la cinta adhesiva.
A continuación por el lado opuesto se conecta
una bomba de vacío en uno de los agujeros y en el otro un aplicador
de resina. Simultáneamente se hace el vacío y se aplica la resina
epoxi cicloalifática, la cual se introduce en el hueco mencionado,
rellenándolo completamente.
Tras acabar este proceso, se recorta el contorno
de la placa con el objeto de eliminar la cinta adhesiva. El
procedimiento puede hacerse tanto en posición horizontal como en
posición vertical.
Este procedimiento básico descrito, se realiza
por ambas caras, dando lugar a una pieza compuesta por vidrio,
mármol y vidrio.
Después se corta por el centro de la pieza de
mármol quedando dos piezas acabadas con espesor comprendido entre 1
y 2 mm cada una, mas el espesor de la lámina de vidrio. No hay que
olvidar la importancia del grosor de las piezas resultantes pues es
muy difícil conseguir con un corte en el mármol dicho grosor. Las
piezas existentes son de grosores mayores.
Con el objeto de mejorar las propiedades de la
placa plurilaminar, existe una variante del procedimiento básico
mencionado por el cual, antes de colocar la lámina de vidrio se
coloca una lámina polarizante, que es un plástico que se pega en la
misma piedra p.e. granito, lo que genera un efecto óptico.
Esta lámina polarizante se coloca entre la cara
de la piedra y el vidrio, en ambas caras de la piedra, y antes del
procedimiento de pegado y cortado.
Con respecto de la resina epoxi cicloalifática
utilizada como adhesivo:
- La presencia de grupos cicloalifáticos en la
cadena polimérica de la resina, evitan el amarillamiento del
polímero.
- Mejora la resistencia de la unión.
- Resistente al agua.
- Mejora la resistencia química.
- Resistencia a la radiación UV.
- Baja viscosidad, del orden de 0,25 - 1,00 Pa.s
a 25ºC.
- Alto rendimiento
mecánico-térmico.
- Mejor resistencia al impacto, obteniendo un
poder de elongación entre 3% y 8,5%.
- Mejor resistencia a la tracción con valores
comprendidos entre 21 y 59 MPa.
Otras ventajas:
- La capa de adhesivo no interfiere en la
interacción de la luz con las diferencias texturales de la piedra
natural.
- La combinación de las características
mineralógicas y texturas de las rocas en láminas fina con o sin
polarizadores proporciona una amplia combinación de formas, colores
en luz transmitida y combinación de luz transmitida y reflejada, que
da lugar a una nueva dimensión de estética y uso de las rocas en
construcción, como piedra natural.
- La combinación de la resina con materiales de
cambio de fase PCM, modifica la inercia térmica de la placa
plurilaminar mejorando notablemente sus propiedades aislantes.
Para complementar la descripción de este invento
y con el objeto de facilitar la comprensión de sus características,
se acompañan con carácter ilustrativo y no limitativo, las figuras
siguientes:
- (1)
- Placa plurilaminar.
- (2)
- Lámina de mármol.
- (2.1)
- Tubos.
- (3)
- Lámina de vidrio.
- (4)
- Lámina polarizante.
- (5)
- Cinta adhesiva.
- (6)
- Agujero.
- (7)
- Bomba de vacío.
- (8)
- Aplicador de resina adhesiva.
- (8.1)
- Resina.
- (9)
- Sierra de corte.
- (10)
- Placa plurilaminar acabada.
La Figura 1, es una vista explosionada de los
componentes de la placa (1) durante su proceso de obtención, que
incluye la lámina polarizante (4).
La Figura 2, es una vista similar a la anterior
con las láminas polarizantes (4) pegadas a la placa (1).
La Figura 3, es una vista explosionada de los
componentes de la placa (1) durante su proceso básico de obtención,
en la que se observa a la bomba de vacío (7) conectada a un agujero
(6) y al aplicador de resina (8) conectado a un agujero (6), situado
en diagonal con el anterior.
La Figura 4, es una vista explicativa del
proceso de recorte de la cinta adhesiva de la placa plurilaminar
(1).
La Figura 5, es una vista explicativa de la
subdivisión en dos piezas iguales de la placa plurilaminar (1),
quedando dos placas plurilaminares acabadas (10).
Entre los diferentes modos de realización de
este procedimiento básico de obtención de placas plurilaminares de
piedra natural, los materiales utilizados y el procedimiento
preferente es el que se describe a continuación.
- -
- Una pieza de mármol crema marfil de 1 cm de espesor, con acabado apomazado por ambas caras.
- -
- Dos láminas de vidrio translúcido de dimensiones 90x60x0,8 cm.
- -
- Cinta adhesiva de espuma acrílica de 3M, 4910 F de 6 mm de ancho y 1 mm de espesor.
- -
- Imprimación para vidrio de 3M AP111.
- -
- Adhesivo de inyección formado por:
- \circ
- Resina epoxi cicloalifática de curado térmico Araldite 184, con una viscosidad de 700-1000 (mPa.s) y un contenido epoxi aproximado de EEW =168 (g/eq).
- \circ
- Endurecedor de poliamina cicloalifática de baja viscosidad.: Aradur 3253, Su viscosidad es de 200-260 (mPa.s) y tiene un valor aproximado de H+ activos de 95 (g/eq).
Paso 1: La pieza de mármol de 1 cm de grosor, se
recorta para obtener un rectángulo de 60 x 90 cm. Obteniéndose una
lámina de piedra natural (2).
Paso 2: Se hacen dos agujeros (6) de diámetro 5
mm, en la lámina de mármol (2), sobre los extremos de una línea
diagonal comprendida dentro del rectángulo que define la cinta
adhesiva (5).
Paso 3: Se introduce un tubo (2.1) del plástico
del mismo diámetro en cada agujero y se fija mediante ventosas de
caucho.
Paso 4: Se coloca en el contorno exterior de la
superficie de la lámina de mármol (2), la cinta adhesiva (5) de
doble cara.
Paso 5: Se limpia la lámina de vidrio (3) con
etanol.
Paso 6: Se aplica sobre la lámina de vidrio (3)
una capa de imprimación para vidrio.
Paso 7: Se coloca la lámina de vidrio (3) sobre
la lámina de mármol (2), la cual se adhiere a la cinta adhesiva (5),
quedando un hueco rectangular entre la lámina de mármol (2) y la
lámina de vidrio y alto igual al espesor de la cinta adhesiva, que
es inferior a 1 mm.
Paso 8: Se espera 4 horas que es el tiempo de
curado de la cinta adhesiva.
Paso 9: Se conectan la bomba de vacío (7) y el
aplicador de resina (8) epoxi clcloalifática a los tubos (2.1).
Paso 10: Simultáneamente se activan ambos
aparatos, y se inyecta la resina (8.1) en el hueco rectangular
mencionado, aplicando una presión de 1 bar. Este hueco se rellena en
pocos segundos, momento en que se extraen los tubos y se colocan
tapones en los agujeros (6).
Paso 11: El proceso se repite con la otra cara
de la lámina de piedra natural (2), dando lugar a una pieza
compuesta por vidrio - mármol - vidrio.
Paso 12: La pieza laminada se introduce en un
horno a 70ºC durante 2 horas, para el curado de la resina.
\newpage
Paso 13: Finalmente se corta en dos piezas
iguales a la placa plurilaminar (1) según un plano paralelo a su
caras y equidistante a las mismas, resultando dos placas
plurilaminares acabadas (10) de espesor comprendido entre 1 y 2 mm
aproximadamente cada una, sin considerar el espesor del elemento
estructural que es la lámina de vidrio (3).
Una vez descrita suficientemente la naturaleza
de esta invención, así como una aplicación práctica de la misma,
solo queda por añadir que el procedimiento de obtención descrito es
susceptible de modificaciones, siempre que no afecten de forma
sustancial a las características que se reivindican a
continuación.
Claims (3)
1. Placas plurilaminares de piedra natural
compuestas por un soporte transparente o translúcido de vidrio,
metracrilato, policarbonato etc. de vidrio y placas de muy fino
espesor de piedra natural, adheridas con resina epoxi
caracterizado porque,
- El índice de refracción de la resina epoxi y
consecuentemente de la placa plurilaminar se puede modificar,
modificando la composición de dicha resina epoxi mediante la
introducción de alcoholes alifáticos de cadena larga, con
temperatura de evaporación elevada (índice de refracción de 1,36) y
acrilatos con funcionalidad epoxi (índice de refracción de
1,49).
- El aislamiento térmico de la placa
plurilaminar se puede modificar mediante la combinación de resina
epoxi y materiales de cambio de fase PCM, según la composición
siguiente:
- -
- Resina epoxy: 83,3 g
- -
- Agente endurecedor para la resina epoxy: 50 g
- -
- Agua: 80 g
- -
- PCM (microencapsulado seco): 10,66 g.
2. Procedimiento de obtención de placas
plurilaminares de piedra natural compuestas por un soporte
transparente o translúcido de vidrio, metracrilato, policarbonato
etc. de vidrio y placas de muy fino espesor de piedra natural,
adheridas con resina epoxi, caracterizado porque, consta de
los pasos siguientes:
Paso 1: La pieza de mármol de 1 cm de grosor, se
recorta para obtener un rectángulo de 60 x 90 cm. Obteniéndose una
lámina de piedra natural (2).
Paso 2: En el contorno de la superficie de la
placa se pega una cinta adhesiva (5) de doble cara que tiene un
ancho de 12 a 15 mm. A continuación, se perforan dos agujeros (6) de
diámetro 5 mm, en la lámina de mármol (2), sobre los extremos de una
línea diagonal comprendida dentro del rectángulo que define la cinta
adhesiva (5).
Paso 3: Se introduce un tubo (2.1) del plástico
del mismo diámetro en cada agujero y se fija mediante ventosas de
caucho.
Paso 4: Se coloca en el contorno exterior de la
superficie de la lámina de mármol (2), la cinta adhesiva (5) de
doble cara.
Paso 5: Se limpia la lámina de vidrio (3) con
etanol.
Paso 6: Se aplica sobre la lámina de vidrio (3)
una capa de imprimación para vidrio.
Paso 7: Se coloca la lámina de vidrio (3) sobre
la lámina de mármol (2), la cual se adhiere a la cinta adhesiva
(5), quedando un hueco rectangular entre la lámina de mármol (2) y
la lámina de vidrio y alto igual al espesor de la cinta adhesiva,
que es inferior a 1 mm.
Paso 8: Se espera 4 horas que es el tiempo de
curado de la cinta adhesiva.
Paso 9: Se conectan la bomba de vacío (7) y el
aplicador de resina (8) epoxi clcloalifática a los tubos (2.1).
Paso 10: Simultáneamente se activan ambos
aparatos, y se inyecta la resina (8.1) en el hueco rectangular
mencionado, aplicando una presión de 1 bar. Este hueco se rellena en
pocos segundos, momento en que se extraen los tubos y se colocan
tapones en los agujeros (6).
Paso 11: El proceso se repite con la otra cara
de la lámina de piedra natural (2), dando lugar a una pieza
compuesta por vidrio - mármol - vidrio.
Paso 12: La pieza laminada se introduce en un
horno a 70ºC durante 2 horas, para el curado de la resina.
Paso 13: Finalmente se corta en dos piezas
iguales a la placa plurilaminar (1) según un plano paralelo a su
caras y equidistante a las mismas, resultando dos placas
plurilaminares acabadas (10) de espesor comprendido entre 1 y 2 mm
aproximadamente cada una, sin considerar el espesor del elemento
estructural que es la lámina de vidrio (3).
La diferencia entre el grosor original de la
pieza de mármol (10 mm), y las dos placas plurilaminares acabadas
(10) cuya suma puede ser 2 o 4 mm, se debe al ancho de la muela de
corte.
\newpage
3. Procedimiento de obtención de placas
plurilaminares de piedra natural de espesor reducido, fijadas sobre
un soporte transparente o translúcido de vidrio, metacrilato,
policarbonato etc., según reivindicación segunda
caracterizado porque, la versión del procedimiento para la
obtención de placa plurilaminar con lámina polarizante (4),
comprende además de los pasos descritos en la reivindicación
segunda, el paso siguiente:
Paso 2.1: Se pega una lámina polarizadora (4) en
cada cara de la lámina de piedra natural, dentro del contorno
definido por la cinta adhesiva.
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