ITMO20100287A1 - Composizione vetrosa. - Google Patents

Description

"COMPOSIZIONE VETROSA"

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto una composizione vetrosa .

E' noto che i manufatti in vetro sono largamente utilizzati sia per impieghi funzionali, che per applicazioni strutturali, in diversi settori quali quello industriale, quello automobilistico, quello edilizio e, non ultimo, quello della decorazione artistica .

Tuttavia il peso specifico del vetro e la relativa resistenza strutturale limitano l'estensione dei manufatti che possono essere realizzati ed impiegati. Per questo motivo sono stati sviluppati vetri aventi struttura porosa, cosiddetti vetri cellulari o vetroschiume, che consentono di minimizzare il peso strutturale, massimizzando, per una certa densità, la resistenza meccanica.

Tali materiali sono costituiti da una miscela di vetro e di un agente schiumogeno in polvere che in fase di riscaldamento si decompone o brucia liberando una sostanza gassosa all'interno del vetro allo stato rammollito conferendo alla matrice vetrosa, una volta solidificata, struttura porosa.

Gli agenti schiumogeni impiegati possono essere di diversa natura. Alcuni esempi sono costituiti da carbonato di sodio e da carburo di silicio.

La miscela di vetro ed agente schiumogeno allo stato incoerente viene introdotta in stampi parzialmente riempiti e chiusi; in fase di riscaldamento la sostanza gassosa che si libera all'interno della massa di vetro rammollito ne provoca il rigonfiamento ad occupare tutta l'alveolo di formatura definito all'interno dello stampo .

Tuttavia anche tali materiali non sono scevri di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che a freddo la miscela di vetro ed agente schiumogeno è incoerente e non può essere manipolata per l'ottenimento di forme particolari, in quanto si presenta allo stato incoerente. Di conseguenza, la formatura di manufatti in vetro cellulare è necessariamente legata all'impiego di stampi al cui interno si possa espandere la massa di vetro rammollito, con conseguente limitazione della varietà di forme che si possono ottenere e costi aggiuntivi di realizzazione degli stampi.

Inoltre, la fragilità di tali materiali, che tendono a sgretolarsi facilmente, le limitano le possibilità di impiego rendendoli poco adatti ad utilizzi strutturali. Non ultimo, il costo di acquisto degli agenti schiumogeni impiegati incide notevolmente sul prezzo di questi materiali penalizzandone la diffusione; tale aspetto risulta particolarmente rilevante in riferimento al fatto che la percentuale di agente schiumogeno introdotta è proporzionale al grado di porosità che si desidera ottenere.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati dei vetri cellulari noti escogitando una composizione vetrosa che risulti modellabile a freddo consentendo di ottenere, mediante un opportuno trattamento termico, manufatti di qualunque conformazione ed aventi struttura interna porosa, senza la necessità di impiegare forme di contenimento .

Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di riuscire ad intervenire modificando il livello di porosità interna del materiale ottenuto dalla composizione ed il grado di rugosità delle superfici del manufatto da essa ottenuto in base alle esigenze della specifica applicazione.

Ancora, ulteriore scopo del presente trovato è quello di essere ottenuto mediante l'impiego di componenti largamente disponibili sul mercato, di costo contenuto e la cui lavorazione non comporti il rilascio di sostanze tossiche o inquinanti nell'ambiente.

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dalla presente composizione vetrosa comprendente almeno una fase vetrosa incoerente, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi leganti miscelati con detta fase vetrosa ad ottenere un impasto plastico, i mezzi leganti essendo atti a decomporsi chimicamente ad una temperatura al più pari al punto di fusione della fase vetrosa stessa, conferendo alla matrice vetrosa ottenibile struttura porosa.

La fase vetrosa è, preferibilmente, presente in una quantità compresa tra il 20% ed il 90% in volume rispetto alla composizione vetrosa ed è costituita da granuli di vetro neutro o colorato, eventualmente anche di riciclo.

La granulometria della fase vetrosa impiegata dipende dalle caratteristiche del materiale che si vuole ottenere; ad esempio, per ottenere un manufatto avente superficie liscia è preferibile utilizzare fase vetrosa macinata finemente, con granulometria di 80-150pm, mentre per ottenere un manufatto rugoso in superficie si utilizza generalmente fase vetrosa con granulometria maggiore, ad esempio di 150-350pm.

I mezzi leganti comprendono almeno una fase liquida avente temperatura di evaporazione inferiore al punto di fusione della fase vetrosa. La fase liquida è preferibilmente costituita da acqua ed è presente in quantità almeno pari al 7% rispetto al volume dei mezzi leganti stessi.

La quota di fase liquida compresa nei mezzi leganti concorre a determinare il grado di rugosità superficiale del manufatto ottenuto con la composizione vetrosa .

I mezzi leganti comprendono, altresì, almeno una sostanza aggregante la fase vetrosa, che si decompone chimicamente ad una temperatura al più pari al punto di fusione della fase vetrosa ed è solubile nella fase liquida .

Tale sostanza aggregante può essere scelta nel gruppo comprendente resine epossidiche, resine acriliche, siliconiche, resine poliestere, resine poliuretaniche, resine epossipoliestere e colle viniliche in genere. Si fa notare che queste sostanze aggreganti, se trattate ad alte temperature, non rilasciano sostanze nocive o inquinanti.

I mezzi leganti sono, preferibilmente, presenti in una quantità compresa tra il 10% e ed il90% in volume rispetto alla composizione vetrosa.

La diluizione della sostanza aggregante nella fase liquida consente di amalgamare la fase vetrosa ottenendo un impasto plastico e, dunque, modellabile a freddo, ossia a temperatura ambiente.

Durante il riscaldamento fino al punto di fusione della fase vetrosa, variabile in funzione della composizione della stessa, la fase liquida evapora liberando un gas all'interno della massa di fase vetrosa che inizia a rammollire, in modo da creare dei pori che vengono parzialmente occupati da particelle di sostanza aggregante che man, mano che la temperatura sale bruciano, liberando i pori stessi che poi si fissano nella matrice vetrosa durante il successivo raffreddamento.

Preferibilmente la sostanza aggregante deve bruciare ad una temperatura prossima al punto di fusione della fase vetrosa.

La presenza di pori aperti in corrispondenza delle superfici esterne del manufatto ottenuto con la composizione secondo il trovato ne determina il grado di rugosità superficiale.

I fattori che concorrono a determinare il grado di rugosità superficiale del manufatto ottenuto dalla composizione vetrosa sono essenzialmente la granulometria della fase vetrosa impiegata, la percentuale di fase liguida contenuta nei mezzi leganti e i parametri (tempo e temperatura) del trattamento termico applicato.

In particolare, a parità di guantità di mezzi leganti introdotti nella composizione vetrosa, al crescere della percentuale in volume di fase liquida presente nei mezzi leganti stessi aumenta il grado di rugosità e porosità ottenibile. Tale caratteristica del materiale è particolarmente interessante nel caso si vogliano ottenere manufatti con proprietà anti-scivolo .

Inoltre, utilizzando mezzi leganti con una maggiore percentuale in volume di fase liquida (ad esempio maggiore del 25% rispetto al volume dei mezzi leganti) è possibile ottenere un amalgama più omogeneo della fase vetrosa, che dopo il trattamento termico dà luogo ad un materiale con elevate caratteristiche di resistenza allo sforzo statico, a discapito della resilienza .

Viceversa, impiegando mezzi leganti con una minore percentuale in volume di fase liquida (ad esempio fino al 25% del volume dei mezzi leganti) si ottiene un impasto che dopo il trattamento termico dà luogo ad un materiale con elevate caratteristiche di resistenza allo sforzo dinamico e ridotta rugosità superficiale. In questo caso il peso specifico del materiale così ottenuto è inferiore rispetto a quello della situazione precedente e, quindi, risulta particolarmente idoneo per l'ottenimento di manufatti di ampia estensione, quali quelli per i rivestimenti verticali.

La composizione vetrosa può prevedere, inoltre, l'impiego di almeno una sostanza fotoluminescente in fase incoerente, quale ad esempio alluminato di stronzio .

La sostanza fotoluminescente è presente in una quantità al più pari al 50% in volume della composizione vetrosa .

Ancora, nel caso in cui la fase vetrosa sia costituita solamente da vetro neutro, la composizione vetrosa può comprendere almeno una sostanza colorante in fase incoerente, preferibilmente del tipo di convenzionali pigmenti, presente in quantità non superiori al 5% del volume della composizione stessa.

Infine, nella composizione vetrosa possono essere introdotte sostanze additive note al tecnico del ramo per conferire al materiale da essa ottenuto determinate caratteristiche chimico-fisiche. Tali sostanze additive, quali ossidi, bi-ossidi, tri-ossidi, devono essere stabili al punto di fusione della fase vetrosa e sono introdotte in quantità non superiori al 5% del volume della composizione.

La produzione di un manufatto mediante l'impiego della composizione vetrosa sopra descritta prevede le seguenti fasi:

- preparare la composizione vetrosa ad ottenere un impasto plastico. Tale operazione consiste nel miscelare, manualmente o con l'ausilio di specifiche attrezzature di tipo noto, la fase vetrosa i mezzi leganti e gli eventuali componenti accessori (sostanza fotoluminescente, sostanza colorante, sostanze additive) introdotti nelle quantità desiderate fino ad ottenere un impasto plastico; - modellare l'impasto per la formatura di un semilavorato avente la forma del manufatto finale che si desidera ottenere. Anche tale operazione può essere svolta manualmente (ad esempio per l'ottenimento di manufatti artistici o decorativi) o mediante l'impiego di attrezzature note e non necessita dell'impiego di stampi o di forme di contenimento;

- trattare termicamente il semilavorato ad una temperatura dell'ordine di grandezza del punto di fusione della fase vetrosa ad ottenere la decomposizione chimica dei mezzi leganti con conseguente formazione di porosità nella matrice vetrosa allo stato rammollito;

lasciare raffreddare il manufatto per la solidificazione della matrice vetrosa porosa e l'ottenimento del manufatto.

Si fa notare che il trattamento termico può avvenire in un convenzionale forno ed il semilavorato viene semplicemente posto in appoggio su un piano di acciaio o in materiale refrattario, senza necessitare di forme di contenimento. La successiva fase di raffreddamento può avvenire direttamente nel forno.

La composizione vetrosa può essere fornita sia allo stato plastico, sia allo stato parzialmente o completamente essicato. In quest'ultimo caso deve essere opportunamente re-umidificata prima di procedere alla modellazione.

Ad esempio una composizione vetrosa così composta: fase vetrosa (vetro a bassa fusibilità) 40% mezzi leganti (miscela di colla vinilica e acqua) 40% sostanza fotoluminescente (alluminato di stronzio) 20% viene trattata termicamente a 820-850°C punto di fusione della fase vetrosa. Intorno a 690-720°C la colla vinilica inizia a bruciare.

Se il manufatto formato con questa composizione vetrosa è piastriforme si può ottenere un elemento da rivestimento rugoso in superficie, utilizzabile con funzione anti-scivolo.

Si fa notare che i manufatti ottenuti possono trovare impieghi strutturali o funzionali o possono costituire elementi decorativi a se stanti o eventualmente riportati su supporti di altra natura.

La composizione secondo il trovato, ad esempio, può essere impiegata anche per la decorazione di manufatti ceramici mediante tecnica serigrafica.

Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che la composizione vetrosa secondo il trovato risulta modellabile a freddo e dunque si presta ad essere impiegata per la realizzazione di manufatti a matrice vetrosa e porosa, lisci o rigosi in superficie, delle più svariate forme e dimensioni, senza necessitare di attrezzature di ausilio alla formatura degli stessi.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni .

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1)Composizione vetrosa comprendente almeno una fase vetrosa incoerente, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi leganti miscelati con detta fase vetrosa ad ottenere un impasto plastico, i mezzi leganti essendo atti a decomporsi chimicamente ad una temperatura al più pari al punto di fusione della fase vetrosa stessa conferendo alla matrice vetrosa ottenibile struttura porosa. 2)Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi leganti comprendono almeno una fase liquida. 3)Composizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta fase liquida è costituita da acqua. 4)Composizione secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detta fase liquida è presente in quantità almeno pari al 7% rispetto al volume di detti mezzi leganti. 5)Composizione secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detti mezzi leganti comprendono almeno una sostanza aggregante detta fase vetrosa. 6)Composizione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta sostanza aggregante è scelta nel gruppo comprendente resine epossidiche, resine acriliche, siliconiche, resine poliestere, resine poliuretaniche, resine epossipoliestere e colle viniliche. 7 )Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi leganti sono presenti in quantità compresa tra il 10% ed il 90% del volume della composizione stessa. 8)Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta fase vetrosa comprende almeno uno tra vetro neutro o vetro colorato . 9)Composizione secondo la rivendicazione 1 o 8, caratterizzata dal fatto che detta fase vetrosa è presente in quantità compresa tra il 20% ed il 90% del volume della composizione stessa. 10)Composizione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno una sostanza fotoluminescente. 11)Composizione secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detta sostanza fotoluminescente è costituito da alluminato di stronzio . 12)Composizione secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzata dal fatto che detta sostanza fotoluminescente è presente in quantità al più pari al 50% del volume della composizione stessa. 13)Composizione secondo la rivendicazione una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende almeno una sostanza colorante. 14 )Composizione secondo la rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che detta sostanza colorante è presente in quantità al più pari al 5% del volume della composizione stessa. 15) Metodo per la produzione di un manufatto mediante l'impiego della composizione vetrosa secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: preparare detta composizione vetrosa ad ottenere un impasto plastico; modellare detto impasto per la formatura di un semilavorato; trattare termicamente detto semilavorato ad una temperatura dell'ordine di grandezza del punto di fusione di detta fase vetrosa ad ottenere la decomposizione chimica di detti mezzi leganti con conseguente formazione di porosità nella matrice vetrosa allo stato rammollito; lasciare raffreddare il manufatto per la solidificazione di detta matrice vetrosa porosa e l'ottenimento di un manufatto.