MX2015005325A - Proceso para fabricar vidrio delgado. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso para fabricar vidrio plano, que comprende: (a) impregnar un textil de vidrio con una composición de vidrio fundido, el vidrio que forma las fibras del textil de vidrio tiene una temperatura de reblandecimiento por arriba de aquella del vidrio que forma la composición de vidrio fundido, la etapa (a) comprende (a1) impregnar el textil de vidrio con una composición de frita de vidrio, y (a2) calentar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (a1) a una temperatura por arriba de la temperatura de reblandecimiento de la frita de vidrio; y (b) enfriar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (a) para obtener una hoja de vidrio, y una hoja de vidrio fabricada utilizando tal proceso.

Description

PROCESO PARA FABRICAR VIDRIO DELGADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso novedoso para fabricar vidrio plano, en particular hojas de vidrio delgado que comprenden un textil de vidrio incorporado en una matriz de vidrio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos fabricantes de vidrio han producido por unos cuantos años lo que se denomina en inglés como vidrio ultra fino ("verre pelliculaire" o "verre ultramince" en francés) que tiene un espesor comprendido entre unas cuantas decenas de mieras y aproximadamente 200 mm. Este vidrio, fabricado por procesos de estirado por flotación o por fusión, se encuentra disponible en hojas grandes o en la forma de tiras continuas. El vidrio ultradelgado más delgado es flexible y puede enrollarse. Esta flexibilidad permite que se utilice en procesos industriales convencionalmente reservados para películas y hojas hechas de plástico, en particular procesamiento de rollo a rollo.

El proceso de estirado por fusión resulta en un vidrio transparente delgado que se caracteriza por su suavidad superficial excepcional, particularmente importante en aplicaciones de alta teenología tales como pantallas de LCD. Sin embargo, el proceso de estirado por fusión es complejo, improductivo y difícil de controlar, y el alto costo del vidrio que se produce es prohibitivo para muchas aplicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un producto de reemplazo para vidrio delgado y ultradelgado conocido, y un proceso de fabricación que se considera más simple que el proceso de estirado por fusión.

La mayoría de los vidrios delgados de la presente invención tienen una calidad óptica (transparencia) menor que aquella del vidrio delgado conocido. Sin embargo, su calidad de superficie es satisfactoria, incluso equivalente a aquella del vidrio ultradelgado conocido. Se fabrican a partir de materias primas baratas (textiles de vidrio y fritas de vidrio) disponibles en gran cantidad y en diversas calidades.

La idea básica detrás de la presente invención es tomar ventaja de la similaridad entre los textiles de vidrio y el vidrio ultrafino. Específicamente, estos dos tipos de productos tienen una composición química, geometría, y comportamiento mecánico similar, y principalmente difieren en su permeabilidad a fluidos y su transparencia.

El proceso de la presente invención disminuye e incluso remueve la permeabilidad de textiles de vidrio a fluidos, e incrementa su transparencia a la luz, haciéndolos de esta manera más similares al vidrio delgado y ultradelgado.

Para lograr este objetivo, un textil de vidrio ha llenado sus aberturas, sus interconexiones de dispersión reducidas en número, y su superficie alisada al incorporarle en una matriz de vidrio que resulta, por ejemplo, de fundir una frita de vidrio aplicada al textil. El textil de vidrio no se funde completamente, por lo que garantiza que el ensamble retiene resistencia mecánica suficiente durante la etapa de calentamiento, permitiendo de esta manera que se aplique una fuerza de tracción uniforme y se obtenga una buena planaridad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se observó que a partir de dos capas de frita todos los orificios del textil se llenaron. Los productos finales fueron en general bastante frágiles. Estos productos que recibieron dos o tres capas de frita sin embargo podrían manejarse sin demasiada dificultad. Todos los productos tuvieron un aspecto altamente difusivo o fueron incluso casi opacos.

La Figura 1 es una micrografía de un textil del grupo B obtenida después de que una capa de frita simple se ha impreso y fundido. Ciertos orificios en el textil, los cuales son visibles debido a su transparencia, no se han llenado.

La Figura 2 es una fotografía de un textil del grupo A tomada después de que dos capas de frita se han impreso y fundido. Los orificios ya no son visibles. El esmalte tiene un carácter altamente difusivo. Pequeñas burbujas que salieron a la superficie del esmalte pueden verse.

La Figura 3 muestra una fotografía de la misma muestra como aquella en la figura 2, iluminada desde atrás. Esta vista en la transmisión confirma la presencia de muchas burbujas de gas.

La Figura 4 es una fotografía del textil A sin ningún depósito de esmalte.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El proceso de la presente invención se caracteriza por una flexibilidad en el proceso muy alta. Específicamente, tanto el textil de vidrio como la matriz de vidrio pueden elegirse independientemente de un número muy grande de productos disponibles en el mercado, la única restricción es que la frita debe tener una temperatura de reblandecimiento por debajo del textil de vidrio. El proceso de la presente invención puede implementarse con herramientas que requieran relativamente unas cuantas grandes inversiones, que representan una ventaja considerable sobre los procesos de estirado por flotación o por fusión.

De esa manera, un objeto de la presente invención es un proceso para fabricar vidrio plano, que comprende: (a) impregnar un textil de vidrio con una composición de vidrio fundido, el vidrio que forma las fibras del textil de vidrio tiene una temperatura de ablandamiento por arriba de aquella del vidrio que forma la composición de vidrio fundido, la etapa (a) comprende (al) impregnar el textil de vidrio con una composición de frita de vidrio, y (a2) calentar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (al) a una temperatura por arriba de la temperatura de reblandecimiento de la frita de vidrio; y (b) enfriar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (a) para obtener una hoja de vidrio.

En la presente solicitud la expresión "temperatura de reblandecimiento'' indica lo que se denomina la temperatura de Littleton, también denominada el punto Littleton, determinada de acuerdo con la norma ASTM C338. Esta es la temperatura en la cual la viscosidad de una fibra de vidrio medida de acuerdo con este método es igual a lxlO6·6 Pa.s.

La expresión "composición de vidrio fundido", en la presente invención, se entiende que significa una composición de vidrio fluido calentada a una temperatura por arriba de su punto de ablandamiento de Littleton.

En el momento cuando el textil de vidrio se impregna con la composición de vidrio fundido, la última se calienta de preferencia a una temperatura por arriba, por al menos 100°C y de preferencia por al menos 200°C, su punto de ablandamiento de Littleton.

En la etapa (a) del proceso de la invención el textil de vidrio se reviste con una composición de frita de vidrio, generalmente a temperatura ambiente, y la frita se funde sólo más adelante.

La etapa (a) por lo tanto comprende dos etapas en sucesión, principalmente: - una primera etapa (al) de impregnar el textil de vidrio con una composición de frita de vidrio; y - una segunda etapa (a2) de calentar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (al) a una temperatura por arriba de la temperatura de reblandecimiento de la frita de vidrio.

Implementar la etapa (a) de esta forma permite el control perfecto de la cantidad de vidrio aplicada.

La composición de frita de vidrio puede aplicarse (etapa (al)) utilizando diversas téenicas conocidas tal como serigrafia, recubrimiento por medio de una varilla roscada o una rasqueta, revestimiento por rodillos, o revestimiento por ranuras.

Aunque los productos obtenidos por el proceso de la presente invención son productos "planos" en el sentido que en general conservan la geometría del textil, que se caracterizan por dos superficies principales que yacen paralelas entre sí, el proceso de la presente invención no se encuentra de ninguna forma limitado a productos perfectamente planos. Específicamente, los ensayos iniciales llevados a cabo por la Invención resultaron en materiales que fueron muy satisfactorios desde un punto de vista estético, y puede ser completamente factible utilizarlos para fabricar objetos decorativos de diversas formas, tales como pantallas para lámparas, tubos, paredes corrugadas, etc.

Con respecto a solicitudes más téenicas, los productos obtenidos por el proceso de la presente invención sin embargo de preferencia tienen una forma tanto plana como planar. Para obtener un producto final con planaridad satisfactoria, es esencial estirar el textil de vidrio al menos durante la etapa de enfriamiento, y de preferencia a través del proceso.

En una modalidad preferida, el textil de vidrio por lo tanto se somete a una fuerza de tracción en al menos una dirección en el plano del textil de vidrio, a través de la etapa (a) y esta fuerza de tracción se mantiene de preferencia durante la etapa (b), al menos hasta que el producto obtenido ha endurecido.

Colocar el textil de vidrio bajo tensión durante la etapa de fusión/aplicación de vidrio y la etapa de enfriamiento es perfectamente compatible con e incluso necesario para la implementación de un proceso continuo, que es una modalidad preferida de la presente invención.

En tal proceso continuo, el textil de vidrio es una tira continua y las etapas (a) y (b) son tiras continuas implementadas corriente arriba y corriente abajo en la linea de procesamiento, la dirección de la fuerza de tracción que es paralela a la dirección de ejecución de la tira continua de textil de vidrio.

El textil de vidrio puede ser un material no tejido o incluso uno tejido. Cuando éste es un material tejido, el número de hilos de urdimbre y el número de hilos de trama se encuentra comprendido típicamente entre 3 y 100 por cm, y de preferencia entre 10 y 80 por cm.

El objetivo de la presente invención es llenar todos los orificios en el textil de vidrio. Para lograr este propósito, es indispensable asegurar que las aberturas del textil de partida no sean demasiado grandes. Los textiles de vidrio de material tejido o no tejido con aberturas que tienen un diámetro equivalente promedio más pequeño que 1 mm, y de preferencia más pequeño que 0.1 mm, por lo tanto de preferencia se elegirán.

El peso por área unitaria de los textiles de vidrio utilizados se encuentra generalmente comprendido entre 50 y 500 g/m2, de preferencia entre 80 y 400 g/m2, y en particular entre 100 y 200 g/m2.

La cantidad de vidrio aplicada en la forma de una composición de frita de vidrio se encuentra comprendida en el intervalo que varia de 100 a 2000 g/m2, y de preferencia de 200 a 1500 g/m2.

Esta cantidad de vidrio puede aplicarse por supuesto en una sola vez, es decir, en una sola capa.

Sin embargo, en ciertos casos puede ser ventajoso crear, en la capa de vidrio del producto terminado, un gradiente en ciertas propiedades tal como indice de refracción, constante de expansión térmica, densidad de las partículas de dispersión, etc. En este caso, todo lo que se requiere es aplicar, en sucesión, durante la etapa (al), una pluralidad de capas de composición de frita de vidrio que tiene las propiedades en cuestión, y para fundirlos en conjunto en la etapa (a2).

La composición de frita de vidrio generalmente contiene 50 a 90% en peso, y de preferencia de 70 a 85% en peso de un polvo de vidrio, y de 10 a 50% en peso, y de preferencia 15 a 30% en peso de un aglutinante, o medio, formado de un disolvente de polímero orgánico en un solvente.

La etapa de calentamiento (etapa (a2)) comprende entonces de preferencia una pluralidad de mesetas de temperatura, la primera meseta (100°C - 200°C) que sirve para evaporar el solvente, la segunda meseta (350 - 450°C) para remover el polímero orgánico, y la tercera meseta (por arriba de 550°C) para fundir la frita de vidrio. Cada meseta de temperatura se mantiene de preferencia durante una longitud de tiempo que comprende entre aproximadamente 10 minutos y 1 hora, y en particular entre 15 y 30 minutos.

Sin embargo, también puede visualizarse reemplazar esta etapa de calentamiento escalonado con una etapa de calentamiento instantáneo que implica incrementar la temperatura del textil por al menos 600°C en unos cuantos segundos. Tal calentamiento instantáneo es particularmente ventajoso en el contexto de un proceso industrial continuo, y puede, por ejemplo, lograrse utilizando un rayo láser, un banco de soplete de plasma, un banco de quemadores, o utilizando elementos de calentamiento (resistivos, inductivos, o por microondas).

Después que la frita de vidrio se ha fundido completamente, el textil de vidrio impregnado con vidrio fundido se enfría (etapa (b)). Este enfriamiento puede llevarse a cabo pasivamente o en una forma controlada, el textil impregnado se mantiene en un ambiente caliente por ejemplo. Para asegurar una buena uniformidad de temperatura a través de la etapa de enfriamiento, también puede ser útil calentar ciertas zonas susceptibles de enfriar más rápidamente que otras.

El textil de vidrio caliente obtenido en la etapa (a) de preferencia no hace contacto con ninguno de los sólidos o líquidos antes de que se haya enfriado a una temperatura por debajo, por al menos 50°C y de preferencia por al menos 100°C, la temperatura de reblandecimiento del vidrio que forma la composición de vidrio fundido.

Las primeras muestras preparadas por la Invención han probado ser altamente difusivas. Esta alta capacidad de difusión se ha atribuido, por un lado, a la gran diferencia entre el indice de refracción del vidrio que forma el textil y aquella del vidrio que forma la frita de vidrio o el baño de vidrio. Cuando se desea obtener una alta capacidad de difusión, por ejemplo en el campo de los sustratos de OLED, se tendrá cuidado de asegurar que el índice de refracción del vidrio que forma la frita de vidrio o el baño de vidrio sea mayor, por al menos 0.01 y de preferencia por al menos 0.05, que el índice de refracción del textil de vidrio.

En contraste, cuando se desea incrementar, tanto como sea posible, la transparencia de los productos finales, el índice de refracción del vidrio que forma la frita de vidrio o el baño de vidrio necesitará ser sustancialmente idéntico a aquel del vidrio que forma el textil de vidrio.

La microscopía de las secciones transversales de los productos mostraron que la alta capacidad de difusión también es debido, al menos en parte, a la humectación insuficiente de las fibras de vidrio por el vidrio líquido, impidiendo la penetración satisfactoria de la matriz en el centro de las fibras de multifilamentos. Se cree que es posible alinear, incluso superar este problema al reducir la viscosidad del vidrio liquido y/o al incrementar el tiempo por el cual el vidrio líquido se mantiene a alta temperatura.

Para el conocimiento de la Invención, en la actualidad no existe descripción de un producto plano obtenido al combinar un textil de vidrio y una composición de vidrio fundido. Tal producto plano u hoja de vidrio, capaz de fabricarse por un proceso tal como se describe en lo anterior, por lo tanto es otro objeto de la presente invención.

Esta hoja de vidrio de preferencia tiene un espesor comprendido entre 50 mm y 1000 mm, y en particular entre 100 pm y 800 pm.

En esta hoja de vidrio, la estructura del textil de vidrio, debido a su transparencia, puede ser visible a simple vista. Esta estructura también puede enmascararse por una película de vidrio altamente difusiva, o puede incluso ya no ser visible debido a la desaparición de las interconexiones entre el textil y el esmalte que recubre el último.

Ejemplo Dos textiles de vidrio tejido que tienen respectivamente un peso por área unitaria de 165 g/m2 (A) y 117 g/m2 (B) fueron impresos por serigrafía con una, dos o tres capas de composición de frita de vidrio (aproximadamente 80% en peso de un polvo de vidrio en 20% de un medio que contiene terpineol, ácido acético y etilcelulosa).

La tabla siguiente da el número de capas serigrafiadas, el peso por área unitaria del textil impregnado, el peso por área unitaria, el tejido de vidrio solo, el peso acumulativo por área unitaria de las capas impresas, y el espesor estimado de la película de vidrio formada después de fundir la composición de frita (peso por volumen unitario = 2.5).

Cada valor indicado es el promedio calculado de dos muestras.

Las telas asi impregnadas se someten a calentamiento gradual con las tres mesetas: - aumentar la temperatura de 5°C/minuto desde 25 - 150°C; - mantener la temperatura en 150°C durante 20 minutos; - aumentar la temperatura de 5°C/minuto desde 150 - 430°C; - mantener la temperatura en 430°C durante 20 minutos; - aumentar la temperatura de 5°C/minuto desde 430 - 570°C; y - mantener la temperatura en 570°C durante 20 minutos;

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para fabricar vidrio plano, caracterizado porque comprende: (a) impregnar un textil de vidrio con una composición de vidrio fundido, el vidrio que forma las fibras del textil de vidrio tiene una temperatura de ablandamiento por arriba de aquella del vidrio que forma la composición de vidrio fundido, la etapa (a) comprende (al) impregnar el textil de vidrio con una composición de frita de vidrio, y (a2) calentar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (al) a una temperatura por arriba de la temperatura de reblandecimiento de la frita de vidrio; y (b) enfriar el textil de vidrio impregnado obtenido en la etapa (a) para obtener una hoja de vidrio.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizado porque la temperatura de reblandecimiento del vidrio que forma las fibras del textil de vidrio se encuentra por arriba, por al menos 100°C y de preferencia por al menos 200°C, que aquella del vidrio que forma la composición de vidrio fundido.

3. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la etapa (al) se lleva a cabo por serigrafia, revestimiento por medio de una varilla roscada o una rasqueta, revestimiento por rodillo o revestimiento por ranura.

4. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el textil de vidrio se somete a una fuerza de tracción en al menos una dirección en el plano del textil de vidrio, a través de la etapa (a) y en que esta fuerza de tracción se mantiene durante la etapa (b) al menos hasta que el producto ha endurecido.

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el textil de vidrio tiene un peso por área unitaria comprendido entre 50 y 500 g/m2, de preferencia entre 80 y 400 g/m2, en particular entre 100 y 200 g/m2.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad de vidrio aplicada en la etapa (al) en la forma de la composición de frita de vidrio se encuentra comprendida en el intervalo que varia de 100 a 2000 g/m2, y de preferencia de 200 a 1500 g/m2.

7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el diámetro equivalente promedio de las aberturas del textil de vidrio es más pequeño que 1 mm, y de preferencia más pequeño que 0.1 mm.

8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el textil de vidrio es un material tejido que tiene un número de hilos de urdimbre y/o un número de hilos de trama comprendidos entre 3 y 100 /cm, y de preferencia entre 10 y 80 /cm.

9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el textil de vidrio es un material no tejido.

10. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el textil de vidrio caliente obtenido en la etapa (a) no hace contacto con ningún sólido o liquido antes de enfriar a una temperatura por debajo, por al menos 50°C y de preferencia por al menos 100°C, la temperatura de reblandecimiento del vidrio que forma la composición de vidrio fundido.

11. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el indice de refracción del vidrio que forma la frita de vidrio o el baño de vidrio es sustancialmente idéntico a aquel del vidrio que forma el textil de vidrio.

12. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el indice de refracción del vidrio que forma la frita de vidrio o el baño de vidrio es mayor, por al menos 0.01 y de preferencia por al menos 0.05, que el índice de refracción del textil de vidrio.

13. Una hoja de vidrio caracterizada porque es capaz de fabricarse por un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

14. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque tiene un espesor comprendido entre 50 mm y 1000 mm, y de preferencia entre 100 pm y 800 pm.

15. La hoja de vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizada porque la estructura del textil de vidrio, debido a su transparencia, es visible a simple vista.