ES2209071T3 - Unidades de vidrio aislantes y procedimiento de fabricacion de unidades de vidrio aislantes. - Google Patents

Abstract

LA UNIDAD COMPRENDE DOS HOJAS DE VIDRIO (42, 44) SEPARADAS ENTRE SI POR UN SEPARADOR DE MATERIAL TERMOPLASTICO (40) ADHERIDO A LAS HOJAS, UN GAS INERTE O PESADO ATRAPADO DENTRO DE LA UNIDAD, Y UNA CAPA DE ELASTOMERO DE SILICONA (46), SITUADA EN LA PERIFERIA DE LA UNIDAD, ENTRE PARTES DEL BORDE DE LAS HOJAS DE VIDRIO, Y EN CONTACTO CON SUPERFICIES EXTERIORES DEL SEPARADOR. EL MATERIAL TERMOPLASTICO (40) TIENE UNA PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA NO SUPERIOR A APROXIMADAMENTE 0,2 L/M 2 /DIA (MEDIDO A 20°C PARA UN ESPESOR DE 4 MM) Y UNA RESISTENCIA AL DESGARRE DE MAS DE 0,2 MPA, DETERMINADA A UN ESPESOR DEL ELEMENTO SELLADOR DE 0,5 MM, A 23°C, Y UNA VELOCIDAD DE CIZALLAMIENTO DE 100 MM/MIN.

Description

Unidades de vidrio aislantes y procedimiento de fabricación de unidades de vidrio aislantes.

Este invento se refiere a perfeccionamientos en unidades de vidrio aislante o relacionados con las mismas.

Durante muchos años, ha constituido una práctica formar unidades de vidrio aislante constituidas por dos, tres, o más hojas de vidrio que están espaciadas mediante un conjunto de espaciamiento y obturación (al que en general se hace referencia como "junta de borde") que se extiende alrededor de la periferia de las superficies interiores enfrentadas de las hojas de vidrio para definir un espacio aislante sustancial y herméticamente obturado entre las hojas de vidrio. Es una práctica común emplear un espaciador metálico preformado para mantener separadas las hojas de vidrio y asegurar la rigidez requerida de la unidad. El espaciador preformado puede contener también un desecante de tal manera que se permita al desecante mantener aire u otro gas dentro de la unidad en un estado seco después de la fabricación de la unidad. El espaciador preformado se puede fabricar a partir de metales mediante diversos procedimientos de mecanizado. En una forma típica de construcción de unidad aislante de vidrio, la junta de borde comprende un elemento espaciador metálico hueco adherido a las superficies interiores enfrentadas de las hojas de vidrio mediante un elemento de obturación de baja permeabilidad al gas y a la humedad para proporcionar una junta principal hermética. El elemento espaciador hermético está lleno de un material desicante, que se pone en comunicación con el espacio aislante entre las hojas de vidrio para absorber humedad del mismo con el fin de perfeccionar las prestaciones y la durabilidad de la unidad de vidrio aislante. Es también una práctica común emplear un elemento de obturación denominado butílico, que es un compuesto basado en caucho de poli-iso-butileno como elemento principal de obturación para unir el espaciador metálico a las hojas de vidrio, y emplear un elemento secundario de obturación unido a las hojas alrededor del espaciador. Este sistema, denominado "de junta doble", proporciona a la unidad aislante de vidrio una longevidad mayor que el sistema denominado "de junta simple", en el que se emplea un solo elemento de obturación. Se han usado diversos materiales para proporcionar el elemento secundario de obturación, incluyendo, por ejemplo, polisulfuros, poliuretanos y siliconas. Ha llegado también a constituir una práctica la inclusión dentro de la unidad de un gas distinto del aire, por ejemplo un gas inerte tal como argón, xenón, criptón o SF_{6} para perfeccionar el nivel de las prestaciones térmicas o acústicas requeridas. En una unidad de vidriería como la descrita, el elemento butílico de obturación asegura una adherencia satisfactoria del espaciador metálico a las hojas de vidrio de manera que proporcione a la unidad una impermeabilidad conveniente contra el gas o vapor húmedos, evitando de ese modo que el vapor húmedo se introduzca y se condense en la cavidad de la unidad y, en el caso de una unidad llena de gas, impidiendo el escape de gas de la unidad. El elemento secundario de obturación si sirve para promover la integridad de la unión del compuesto basado en caucho butílico mediante la minimización de las tensiones aplicadas a él debidas a factores externos tales como fluctuaciones en la temperatura ambiente, en la presión barométrica o en la presión del viento.

Aunque la práctica común es emplear espaciadores huecos metálicos y preferiblemente de aluminio, han existido propuestas de emplear espaciadores preformados construidos de otros materiales, por ejemplo espaciadores de butilo (que pueden contener una lámina de aluminio ondulada), o bien espaciadores de silicona o espaciadores orgánicos de espuma de caucho.

En la memoria descriptiva de patente de EE.UU. Nº 4226063 se describe una ventana de hojas múltiples que tiene una junta interior de filamento y una junta exterior. La junta interior contiene material desecante cuya concentración es mayor en su parte interior que en su parte exterior. En esta disposición, la junta interior de filamento comprende un compuesto basado en poli-iso-butileno, y la junta exterior se proporciona mediante una masilla, generalmente una masilla basada en polisulfuro o en silicona. La junta exterior es responsable de la estabilidad mecánica de la ventana.

En la memoria descriptiva de patente británica Nº 2228519 se describe un panel múltiple de vidriería para un vehículo que comprende al menos dos hojas de vidrio y un espaciador de soldadura, en el que el espaciador de junta comprende un primer elemento flexible y maleable en contacto con ambas hojas, y que sirve de barrera de protección contra la entrada de humedad en el espacio soldado de la unidad, y un segundo elemento en contacto con ambas hojas y que está formado, al menos en parte, por un adhesivo que tiene un módulo de elasticidad mayor de 1,4 MPa. El primer elemento es preferiblemente caucho butílico, y el segundo elemento puede basarse en silicona o en polisulfuro, pero preferiblemente se provee mediante un poliuretano.

El documento de EE.UU. 5007217 describe unidades de vidriería obturadas con hojas múltiples que tienen al menos dos hojas de vidriería que se mantienen separadas usando un espaciador interior en la forma de una esponja de espuma de silicona flexible y permeable a la humedad o de una esponja semirrígida de espuma de silicona. El espaciador interior se recubre luego con un soldador exterior termoendurecible o termoplástico. El documento 0637672 describe una unidad de vidriería que tiene al menos tres hojas de vidrio y que incluye un espaciador que tiene una superficie receptora para mantener a las hojas de vidrio en relación de espaciamiento entre sí. Las hojas de vidrio se fijan al espaciador por medio de un adhesivo impermeable a la humedad y al gas. El documento EE.UU. 4737562 proporciona una composición elastómera de poliorganoxiloxanos capaz de unirse por cohesión a una variedad de sustratos que comprenden poliorganoxiloxanos curables que contienen un agente de reticulación, y un promotor de adherencia de líquidos.

El interés en las unidades de vidriería se debe principalmente a sus propiedades de coeficiente de transmisión de calor o a sus propiedades acústicas. Se puede reducir la transmisión de calor por conducción o por convección mediante la sustitución del aire presente en la cavidad de la unidad de vidrio aislante por un gas raro y denso que tenga menor conductividad térmica. La transmisión de calor por radiación se puede disminuir usando un vidrio de baja emisividad (baja E). Típicamente, el coeficiente térmico (el denominado "valor K", que es una medida del flujo de energía calorífica que atraviesa una superficie de 1 m^{2} en el centro de la unidad de vidrio aislante para una diferencia de temperatura de 1ºK entre el interior y el exterior) para unidades de vidrio aislante de elevadas prestaciones llenas de gas es inferior a 1,5 y puede ser hasta de 1,2, permitiendo algunas combinaciones de recubrimientos de baja E y gases especiales valores K inferiores a 1,0 W/m^{2}/ºK (es decir, vatios por metro cuadrado por grado Kelvin). Para prestaciones acústicas, además del uso de elementos de hojas de vidrio con diferente espesor en combinación con vidrio laminado, se pueden lograr mejores prestaciones acústicas sustituyendo una parte o la totalidad del aire o del gas raro presentes en la cavidad por gas SF_{6}.

Aunque se pueden obtener convenientemente valores bajos de K con un llenado con gas especial y un recubrimiento de baja E en el centro de la unidad de vidrio aislante, el uso de sistemas convencionales de junta de borde, que contienen un espaciador metálico, resulta en una conductividad térmica mayor en el perímetro de la unidad de vidrio aislante. La mayor conductividad de la junta de borde da lugar a que se produzca condensación de agua en la superficie interior del vidrio en ciertas condiciones ambientales, y por tanto no es deseable. Se han propuesto varias soluciones técnicas en relación con juntas de borde con menor conductividad térmica (denominadas sistemas de "borde caliente").

Existe una necesidad de proporcionar unidades de vidriería de altas prestaciones en aplicaciones tales como la vidriería de estructuras o en ciertos tipos de vidriería de techos, donde la totalidad o una parte del sistema de junta de la unidad están expuestas directamente a la luz del sol (que contiene radiación ultravioleta nociva). En dichas aplicaciones, no solamente se requiere que el elemento de junta contribuya a la integridad del sistema de junta de la propia unidad contra la variación de la presión barométrica dentro de la cavidad, sino que también contribuya a la transmisión de la carga de viento o carga muerta sobre la estructura del edificio. Además, la adherencia al vidrio del elemento de junta en dichas aplicaciones debe tener una resistencia excelente contra las influencias nocivas de la luz solar (radiación ultravioleta) y de los demás elementos atmosféricos (especialmente el calor y el agua). Los elementos orgánicos de soldadura, tales como los basados en poliuretano, polisulfuro, polibutadieno, etc., no tienen una adherencia al vidrio suficientemente resistente a la radiación ultravioleta como para permitir su utilización para unidades obturadas para estas aplicaciones. Los elementos de junta de silicona constituyen actualmente el único tipo de elemento de junta conocido que tiene una adherencia al vidrio suficientemente estable, y son los únicos materiales homologados para aplicaciones de vidriería estructural en las diversas normas de especificación, prácticas y códigos de construcción nacionales. Sin embargo, los elementos orgánicos de silicona tienen unas permeabilidades al gas mucho mayores que los elementos orgánicos de soldadura. Las unidades de vidrio aislante llenas con gases especiales (tales como el argón) y que tienen un diseño de junta de doble borde con elemento principal de obturación de caucho butílico y silicona como elemento secundario de obturación presentan una elevada velocidad de fugas de gas y no cumplen con las normas de requisitos nacionales para unidades de vidrio aislante llenas de gas, tales como la norma DIN 1286, parte 2. Por tanto, los fabricantes de unidades de vidrio aislante se enfrentan hoy al siguiente dilema: las unidades que están obturadas con elementos orgánicos de obturación (tales como las especificadas anteriormente) pueden cumplir con las normas de requisitos nacionales para unidades de vidrio aislante llenas de gas, pero no cumplen con los requisitos para la vidriería estructural y no se pueden usar para ésta y otras aplicaciones que impliquen una exposición directa de la junta de borde a la luz solar. Por otra parte, las unidades que están soldadas con elementos adecuados de junta de silicona para vidriería pueden cumplir con los requisitos para la vidriería estructural y se pueden usar para aplicaciones que impliquen una junta de borde libremente expuesta, pero no satisfacen los requisitos para unidades de vidrio aislante llenas de gas.

El método para establecer los criterios de funcionamiento para una unidad llena de gas incluye la medida de la concentración inicial de gas que necesita estar por encima de un valor mínimo para alcanzar el valor K deseado, y las medidas de las velocidades de fugas de gas expresadas en términos de % al año para determinar si la pérdida de gas de la unidad durante una vida económicamente razonable afectará significativamente al coeficiente de transmisión de calor. Dicho método se describe en la norma DIN 1286 parte 2. Existen varios métodos para establecer si un elemento secundario de junta es adecuado para usarlo en unidades de vidrio aislante que se van a utilizar en un medio ambiente en el que se anticipa una exposición directa a la luz solar (radiación ultravioleta). Por ejemplo, la norma ASTM C-1184 (especificación estándar para elementos de junta de silicona para estructuras), se refiere a una exposición específica de cinco probetas a luz con radiación ultravioleta, humedad y calor durante un tiempo total de 5.000 horas. La exposición se lleva cabo en una máquina acelerada de exposición a los agentes atmosféricos (que cumple con la Norma ASTM G53), con un ciclo atmosférico de 4 horas de exposición a luz ultravioleta (usando lámparas UVA-340) a 60ºC, seguida por 4 horas de condensación a 40ºC. En la prueba, la superficie de unión del elemento de obturación al sustrato de vidrio está enfrentada a la fuente de radiación ultravioleta. La resistencia a la tracción de la probeta se controla antes y después del envejecimiento, y tiene que ser mayor de 0,345 MPa a la terminación de la prueba. Un elemento de obturación que no presente un cambio significativo en su comportamiento frente a esfuerzos y deformaciones se considera como estable a la radiación ultravioleta.

En la actualidad no se dispone de unidades de vidrio aislante económicamente viables que puedan superar satisfactoriamente ambos tipos de pruebas de normas industriales.

Recientemente se ha propuesto emplear materiales termoplásticos para proporcionar el espaciador entre la periferia de las hojas en las unidades de vidrio aislante. Por ejemplo, en la memoria descriptiva de patente Nº WO 95/11364 se describe y reivindica un aparato para la producción de una unidad de vidrio aislante que comprende un espaciador entre dos hojas de vidrio que implica (i) extrudir un material de plástico que forma el marco sobre un soporte al que tenga baja adherencia, (ii) transferir el marco desde el soporte sobre los bordes de una placa de vidrio antes de alinear una primera placa de vidrio, y presionarlos juntos. Para formar el marco, se extrude un termoplástico o un plástico termoendurecible desde una tobera sobre una mesa inclinable con baja adherencia al producto extrudido de plástico. Este procedimiento permite ensamblar las unidades de vidrio aislante inmediatamente después de extrudir el espaciador de distancia.

La memoria descriptiva de patente EP 213 513 describe la fabricación de un panel de vidrio mediante la unión de dos hojas de vidrio juntas alrededor de sus bordes con un intersticio aislante entre sus superficies enfrentadas. Las hojas de vidrio se unen inyectando una pasta alrededor de los bordes mientras las hojas se sujetan paralelas entre sí con una distancia determinada de separación. La pasta se inyecta de modo que forme una tira de material que inicialmente tiene aspecto de pasta, y que subsiguientemente se endurece y se adhiere a las dos hojas de vidrio en toda su extensión a lo largo del borde de las hojas en el espacio comprendido entre ellas.

A pesar de las diversas prácticas y propuestas que han surgido en la técnica, sigue existiendo la necesidad de proveer vidrio aislante que tenga un coeficiente muy pequeño de transmisión de calor, con objeto de disminuir el coeficiente de toda la ventana y de aportar un balance energético positivo a la unidad, conjuntamente con un sistema de junta de borde caliente de gran durabilidad que pueda exponerse a la luz solar en aplicaciones tales como vidriería de estructuras o vidriería de techos, dando lugar a un funcionamiento prolongado de la unidad. En la actualidad, los intentos de lograr una transmisión adecuada de calor a través de una unidad de vidriería se limitan al uso de gases seleccionados y recubrimientos de baja E dentro de la unidad, como se ha citado anteriormente. Conjuntamente con unidades formadas mediante el uso de un espaciador termoplástico como se ha mencionado anteriormente, en lugar del espaciador metálico tradicional, se pueden conseguir mejores propiedades de transmisión de calor en la periferia de la unidad ("borde caliente"), pero continúa existiendo una necesidad de proporcionar una unidad de vidriería que satisfaga las normas de pruebas de la industria para transmisión de calor (que viene determinada por la concentración inicial de gas) acoplada a un rendimiento satisfactorio, determinado por las pérdidas de gas por año, y una durabilidad excelente de la junta de borde en condiciones de exposición, según determina la especificación ASTM 1184.

Entre los objetos del invento, se encuentra la provisión de una unidad perfeccionada de vidrio aislante que emplea un sistema de "junta de borde caliente" que aporta, por ejemplo, una retención mejor de gases especiales contenidos de llenado en unidades de vidrio aislante y que puede usarse, por ejemplo, en aplicaciones en las que la junta de borde está expuesta directamente a la luz solar, tales como la vidriería de estructuras o ciertos tipos de vidriería de techos.

Sorprendentemente, se ha averiguado ahora que una unidad de vidrio aislante constituida por dos hojas de vidrio, un espaciador de material termoplástico y una composición de elemento de obturación de silicona situada en la periferia de las hojas adyacente a una superficie externa del marco y que contiene un gas inerte, por ejemplo un gas noble como argón, criptón o xenón o un gas denso como el SF_{6}, tiene una asombrosa combinación de propiedades.

El presente invento proporciona, en uno de sus aspectos, una unidad de vidrio aislante que tiene dos hojas de vidrio, espaciadas mediante un espaciador, y una capa de elastómero de silicona en la que el espaciador es un material termoplástico formado in situ por aplicación de masa fundida caliente que proporciona el espaciamiento y al mismo tiempo forma una junta interior y como tal está situada adyacente pero espaciada de las partes de borde de las hojas, y la capa de elastómero de silicona está situada entre las partes de borde de las hojas de vidrio y el espaciador, de tal manera que la capa de elastómero de silicona está en contacto con la superficie externa del espaciador, caracterizada porque un gas inerte o un gas denso está retenido dentro de la unidad y el espaciador de material termoplástico tiene una permeabilidad al vapor de agua no mayor de aproximadamente 0,2 l/m^{2}/día, medida a 20ºC para espesor de 4 mm, una resistencia a la cizalladura de más de 0,2 MPa determinada en un espesor de elemento de obturación de 0,5 mm a 23ºC y una velocidad de cizalladura de 100 mm/minuto.

El presente invento se extiende también a un método de fabricación de unidades como las descritas en el párrafo precedente.

En una unidad de vidrio aislante de acuerdo con el invento, es esencial que el elastómero de silicona forme la junta exterior (secundaria) y que el material termoplástico proporcione tanto el elemento espaciador como la junta interior (principal). Se cree que una configuración invertida, donde el material termoplástico, y para ese fin, cualquier elemento orgánico de soldadura, se usaron como junta exterior y la silicona se utilizó como junta interior, fallaría prematuramente, debido a la falta de adherencia estable al vidrio a largo plazo del elemento orgánico de obturación, cuando se expone libremente a los elementos atmosféricos (incluyendo los nocivos rayos ultravioleta), si no se protege con un elemento exterior de junta de silicona. Una vez que el elemento orgánico de obturación había perdido su adherencia, cualquier junta interior de silicona no aportaría una barrera suficiente de protección contra el vapor húmedo y el gas, y la unidad fallaría prematuramente.

En una unidad de vidrio aislante de acuerdo con el presente invento, el material termoplástico del que se forma el espaciador puede ser, por ejemplo, un material termoplástico basado en poli-iso-butileno, que puede contener desecante. Son materiales adecuados los que se pueden extrudir como una masa fundida caliente, y luego enfriar hasta constituir una masa sólida adherente al vidrio. Si se desea, el material puede sufrir una medida de curado tras su aplicación como una masa fundida caliente. Un material adecuado se encuentra disponible comercialmente con el nombre comercial "Naftotherm - Bu TPS", de Chemetall GMBH que se dice que tiene una composición de solo componente, de un termoplástico sin disolvente basado en poli-iso-butileno, que contiene un desecante de zeolita en polvo, tiene una densidad de 1,25 g/cm^{3} y ofrece una resistencia a la cizalladura de 0,4 MPa en un espesor de 0,5 mm a 23ºC (velocidad de cizalladura 100 mm/minuto).

En una unidad de vidriería de acuerdo con el presente invento, el material de silicona empleado para proporcionar la junta alrededor del borde de las hojas de vidrio se puede seleccionar de las composiciones conocidas de elementos de obturación de silicona para vidriería, y puede ser, por ejemplo, una composición curable de siloxano que tiene la capacidad de curarse hasta convertirse en un elastómero a la temperatura ambiente o a temperaturas un poco más altas, bien espontáneamente tras la mezcla de los componentes o bien como resultado de la exposición a la humedad, para proporcionar una masa de elastómero adherente al vidrio. Se puede usar cualquiera de estos materiales, siempre que sean compatibles con el espaciador, no perjudique la integridad de la unidad y tenga adecuadas propiedades adhesivas. Se puede decir que estos materiales tienen una adherencia excelente al vidrio, así como unas características de módulo y de alargamiento que resultan particularmente apropiadas para su uso como elementos de obturación para unidades de vidriería.

Los materiales que pueden usarse para proporcionar el elastómero de silicona son típicamente los que tienen una viscosidad en el intervalo desde 150 hasta 100.000 mm_{2}/s a 25ºC, y que curan para proporcionar elastómeros de propiedades apropiadas de adherencia, cohesión y módulo. Típicamente, estos materiales emplean polidiorganosiloxanos en los que los sustituyentes orgánicos añadidos a los átomos de silicio se seleccionan de grupos alquílicos que tengan de 1 a 10 átomos de carbono, por ejemplo metilo, propilo, hexilo y decilo, grupos de alquenilo que tengan de 2 a 8 átomos de carbono, por ejemplo vinilo, alilo y hexenilo, y grupos arilo, alcarilo y aralquilo que tengan de 6 a 8 átomos de carbono, por ejemplo fenilo, tolilo y feniletilo. Al menos un 30 por ciento de los sustituyentes totales debe ser metilo. Desde el punto de vista económico, se prefieren polidiorganosiloxanos en los que sustancialmente todos los sustituyentes enlazados a silicio sean metilo. Sin embargo, se ha averiguado que la presencia de sustituyentes mayores tales como fenilo puede contribuir a una reducción en permeabilidad. Típicamente, estas composiciones contienen polidiorganosiloxanos con grupos reactivos enlazados con silicio por medio de los cuales se puede efectuar el curado deseado a la temperatura ambiente. Dichos grupos pueden ser, por ejemplo, hidroxilo, alcoxi, oximo o aciloxi, y normalmente están agregados a átomos terminales de silicio de un polidiorganosiloxano.

En general, las composiciones de silicona emplean un agente de curado que es efectivo en convertir el polidiorganosiloxano al estado sólido elástico a temperaturas ambiente normales o un poco más altas, usualmente alrededor de 15 a 30ºC. El polidiorganosiloxano y el agente de curado se pueden seleccionar de manera que proporcionen un sistema de vulcanizado a temperatura ambiente. Son bien conocidas en la técnica una variedad de composiciones basadas en dichos sistemas, y se puede emplear cualquiera de ellas como base de las composiciones del presente invento. Ejemplos de tales composiciones son:

(i)

composiciones vulcanizables de organosiloxano basadas en un polímero de organosiloxano que tiene en la molécula radicales oxime con enlace de silicio, y/o una mezcla de un polímero de organosiloxano que tiene grupos silanol y un silano que tiene al menos 3 grupos oxime con enlace de silicio. Tales composiciones se describen, por ejemplo, en las patentes británicas 975 603 y 990 107;

(ii)

composiciones vulcanizables de organosiloxano basadas en un polímero de organosiloxano que tiene grupos aciloxi terminales con enlace de silicio, y/o una mezcla de un polímero de organosiloxano terminado en silanol y un silano que tiene al menos 3 grupos aciloxi por molécula enlazados con silicio. Dichas composiciones se describen, por ejemplo, en las patentes británicas 862 576, 894 758 y 920 036;

(iii)

composiciones vulcanizables basadas en un polímero de organosiloxano que tiene grupos amida o amino enlazados con silicio, y/o una mezcla de un polímero de organosiloxano terminado en silanol y una sililamina o sililamida. Tales composiciones vulcanizables se describen, por ejemplo, en las patentes británicas 1 078 214 y 1 175 794, y

(iv)

composiciones vulcanizables de organosiloxano basadas en un polímero de organosiloxano que tiene en la molécula grupos alcoxi enlazados con silicio, y/o una mezcla de un polímero de organosiloxano que tiene grupos silanol con un silano que tiene grupos alquil o un producto de hidrólisis parcial de dicho silano, por ejemplo etil polisilicato. Composiciones de este tipo se describen en las patentes británicas 957 255, 962 061 y 841 825.

Las composiciones anteriores de silicona de una parte se pueden usar también en combinación con una segunda parte ("pasta aceleradora") que contiene, por ejemplo, en el caso del sistema de cura acídica, materiales básicos, tales como CaO, MgO, Al_{2}O_{3}/Al (OH)_{3}, etc., resultando en una aceleración del curado.

La composición de silicona puede comprender también un catalizador tal como un compuesto organometálico, por ejemplo octoato estagnoso, dilaurato dibutiltin o un quelato de titanio.

Las composiciones preferidas comprenden también un promotor de adherencia efectivo para aumentar la adherencia al vidrio. Los promotores de adherencia preferidos son materiales multifuncionales tales como los obtenidos haciendo reaccionar (in situ o mediante una etapa preliminar) (i) alquilalcoxisilicona, (ii) aminoalcoxisilano, (iii) un epoxyalcoxisilano.

Como alquilalcoxisilicona se pueden emplear ciertos compuestos de silicio, o mezclas de los mismos, que tengan en la molécula al menos tres grupos alkoxi o alkoxialkoxi con enlace de silicio. El compuesto de silicio puede ser un silano o un siloxano. Son ilustrativos de dichos compuestos de silicio los ortosilicatos alquílicos, por ejemplo, ortosilicato de etilo y polisilicato n-propilo, monoorganotrialkoxisilanos, por ejemplo, metil trimetoxisilano, etil trimetoxisilano, metil tri n-propoxisilano, butil trietoxisilano y fenil trimetoxisilano. Son materiales preferidos los alquiltrialkoxisilanos. Como aminoalkoxisilano, se pueden emplear uno o más materiales de la fórmula RHNR' SiX_{a} (OY)_{3-a} que tengan en la molécula grupos hidrocarbonoxi con enlace de silicio y un grupo hidrocarburo con enlace de silicio (preferiblemente que tenga no más de 12 átomos de carbono) conteniendo al menos un grupo amino. En la fórmula general de los silanos, el sustituyente R puede ser hidrógeno, alquilo más bajo o un grupo alifático que contenga al menos un grupo amino. Por tanto, R puede representar por ejemplo H, metilo, etilo, propilo, el grupo

\hbox{-(CH _{2} CH _{2} NH) _{z} H,}

donde z es un número entero, preferiblemente 1 ó 2, o el grupo H_{2}NQ- donde Q es un grupo hidrocarburo divalente , por ejemplo, -CH(CH_{3})CH_{2}-, -(CH_{2})_{4} ó -(CH_{2})_{5}-. El sustituyente Y pude ser, por ejemplo, metilo, etilo o metoxietilo. a es un número entero, y tiene un valor de 0 ó 1, R' representa un grupo hidrocarburo alquileno que tiene de 3 a 6 átomos de carbono inclusive, X representa un grupo de hidrocarburo monovalente que tiene de 1 a 6 átomos de carbono inclusive. Los aminoalkoxisilanos preferidos de las fórmulas anteriores son compuestos representados por las fórmulas

H_{2}N(CH_{2})_{2}NHR' Si(OY) _{3} \ \ \ y \ \ \ H_{2}NR' Si(OY) _{3},

donde R' representa un grupo alquileno que tiene 3 ó 4 átomos de carbono por ejemplo -(CH_{2})_{3}- ó CH_{2}CH/CH_{3})CH_{2}- y cada Y representa metilo, etilo o metoxietilo. Un material preferido es K-aminopropiltrietoxisilano. Como epoxyalcoxisilano se pueden emplear uno o más silanos que tengan grupos hidrocarbonoxi y un grupo orgánico que contenga epoxy. Un material preferido es glicidoxipropil trimetoxisilano. Preferiblemente, estos silanos se hacen reaccionar en una relación molar de (i) : (ii) : (iii) en el intervalo 0,1 a 6 :0,1 a 5:1.

Preferiblemente la composición contiene 0,1 a 15%, preferiblemente 0,3 a 7%, con más preferencia 0,5 a 5%, con máxima preferencia 2 a 5% en peso del promotor de adherencia preferido.

Aunque las composiciones de silicona usadas en este invento pueden utilizar cualquier reacción de curado a temperatura ambiente, las composiciones preferidas son las del denominado tipo de dos partes, por ejemplo las descritas en (iv) anteriormente que comprenden una mezcla de polidiorganosiloxano que tiene grupos terminales (=SiOH), un silano o siloxano alcoxi, por ejemplo metiltrimetoxisilano, etilpolisilicato o n-propil polisilicato y una sal metálica de ácido carboxílico, por ejemplo octoato estagnoso, dilaurato dibutiltin o dilaurato dioctiltin o un carboxilato de estaño dimetilo y un promotor de adherencia. Como es bien conocido, dichas composiciones se preparan y almacenan como dos paquetes, mezclándose los paquetes en el punto de uso.

Las composiciones de silicona contienen generalmente al menos 5 partes en peso de un relleno de refuerzo y/o de extensión. Ejemplos de dichos rellenos incluyen sílice vapor, sílice precipitada, cuarzo aplastado, óxido de aluminio, carbonatos cálcicos, que pueden ser de los tipos molidos o precipitados, mica, microglobos y arcillas. Los rellenos, en particular los que son como las sílices y el carbonato cálcico de refuerzo, se pueden tratar, por ejemplo mediante el recubrimiento con compuestos organosilíceos o con estearato de calcio.

Además, estas composiciones de silicona pueden comprender plastificadores tales como triorganosilil polidiorganosiloxanos, pigmentos tales como dióxido de titanio, óxido de hierro y de negro de carbón, y polidiorganosiloxanos de bajo peso molecular como tratamientos de rellenos in situ o para modificar el módulo elastomérico,

La preparación de las composiciones se puede efectuar por técnicas de mezcla conocidas.

En una unidad de vidrio aislante de acuerdo con el invento, el gas retenido dentro de la unidad comprende preferiblemente o consiste en SF_{6} o un gas inerte tal como argón, xenón o criptón para mejorar el nivel de prestaciones térmicas o acústicas obtenidas. Con el fin de asegurar unas propiedades suficientes de aislamiento térmico o acústico, se prefiere asegurar que al menos un 90% del gas retenido dentro de la unidad sea argón, xenón, criptón o mezclas de éstos.

Una unidad de vidriería de acuerdo con el invento se puede construir de cualquier manera conveniente. En un método, el material termoplástico que contiene desecante se calienta y aplica como una pasta caliente a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 120ºC hasta alrededor de 160ºC a la periferia de una hoja limpia de vidrio para formar una "cinta" sinfín adyacente pero espaciada del borde extremo de la hoja. Mientras la cinta está todavía caliente, se presiona contra ella otra hoja limpia de vidrio. Se introduce gas en la cavidad de la unidad a una ligera sobrepresión y se presionan juntas las hojas para estrujar la pasta a una forma deseada que tiene un mínimo espesor medio de aproximadamente 7 mm a 10 mm medidos en una dirección paralela al plano de la hoja de vidrio y en continuo contacto con cada hoja de vidrio sobre una superficie de al menos 6 mm de ancho alrededor de toda la hoja, es decir, medida en una dirección normal al plano de la hoja de vidrio. Se deja enfriar la unidad hasta la temperatura ambiente y el material plástico se endurece para proporcionar el espaciador unido a ambas hojas. Antes o después de que haya finalizado el enfriamiento, se extrude una capa de la composición curable de silicona en el espacio de forma de "U" definido por el espaciador, y se deja que curen porciones periféricas de las hojas de vidrio para formar una junta alrededor del borde de la unidad en la parte superior del espaciador y adherente a las hojas de vidrio. La capa del elemento de obturación de silicona tiene un mínimo espesor medio de 3 mm medido en una dirección paralela al plano de la hoja de vidrio y está en contacto continuo con cada hoja de vidrio. Dependiendo del tipo de aplicación de la unidad de vidrio aislante, se puede requerir un espesor mayor del elemento de obturación de silicona. Por ejemplo, si la unidad de vidrio aislante se va a usar en una aplicación de vidriería de estructuras, el espesor del elemento de obturación de silicona necesita dimensionarse de acuerdo con las normas y prácticas o códigos de construcción nacionales para la utilización de unidades de vidrio aislante en aplicaciones de vidriería de estructuras, tales como la ASTM 1249 ("Guía estándar para junta secundaria para unidades de vidrio aislante obturadas para aplicaciones de vidriería estructural con elemento de obturación").

Se puede preparar una unidad de vidrio aislante de acuerdo con el invento que satisface tanto el requisito térmico (en cuanto al coeficiente de transmisión de calor) como la durabilidad y que sea estable desde el punto de vista estructural, estable frente a la radiación ultravioleta, y que presente una velocidad de fugas de gas de menos del 1% al año.

Los ejemplos siguientes, en los que las partes y los porcentajes se expresan en peso, ilustran el invento. Las medidas de viscosidad se han hecho a 25ºC. Los ejemplos se leerán con los dibujos adjuntos, en los que

La Figura 1 es una vista esquemática en corte a través de una unidad de vidrio aislante comparativa, y

La Figura 2 es un corte esquemático de una unidad de vidrio aislante que ilustra el invento.

La unidad comparativa de vidrio aislante mostrada en la Figura 1 se construyó adquiriendo un marco rectangular (10) de sección uniforme formado de un tubo hueco de aluminio de sección cuadrada, que se fabricó doblando las cuatro esquinas en un equipo especial de doblado y uniendo el marco espaciador a lo largo de una de las secciones más largas mediante el uso de una conexión metálica (no mostrada). El marco se perforó en el lado para dirigirlo al interior de la unidad y se introdujo desecante en el tubo. El marco se usó para proporcionar un espaciador sujeto a las porciones periféricas de las hojas (12) y (14) de vidrio por medio de depósitos continuos (16, 18) de una composición adhesiva basada en poliisobutileno. Se formó un elemento secundario de obturación (20) alrededor del borde de la unidad mediante la extrusión de una composición curable de silicona (A) en el espacio de forma de "U" formado entre los bordes de las hojas de vidrio y el espaciador. Se dejó curar a la composición para proporcionar la soldadura. Se introdujo gas argón en la cavidad (22) entre las hojas. La composición usada de silicona se formó mezclando 10 partes de una parte de base y 1 parte de una parte de catalizador. La parte de base se formó mezclando 52 partes de un polidimetilsiloxano terminado en hidroxi que tenía una viscosidad de 12.500 mm^{2}/s, 47 partes de relleno de carbonato cálcico recubierto de estearato, y 1 parte de un polidimetilsiloxano que tenía una viscosidad de 40 mm^{2}s. La parte de catalizador se formó mezclando 2 partes de sílice vapor tratada con clorosilano y una cantidad de catalítico de una sal de estaño dimetílica o de un ácido orgánico con 50 partes de polidimetilsiloxano trimetilsilil detenido en el extremo que tenía una viscosidad de 350 mm^{2}s y con la mezcla obtenida por la reacción de 18 partes metil trimetilsiloxano con 8 partes de glicidoxipropil trimetoxisilano y 7 partes de \gamma-aminopropil trietoxilano a 50º C. La composición mezclada curó a la temperatura ambiente hasta un material elastómero unido a cada una de las superficies de vidrio. Tenía una resistencia a la tracción en la rotura de más de 1,6 MPa y un alargamiento en rotura de más de 120%.

Cuando se construyó la unidad ilustrativa, se calentó un material termoplástico desecante y se aplicó como una pasta caliente a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 120ºC hasta alrededor de 160ºC a la periferia de una hoja de vidrio limpia (42) para formar una "cinta" sinfín (40) adyacente pero espaciada del borde extremo de la hoja. Con la cinta todavía caliente, se presionó contra ella otra hoja de vidrio limpia (44). El material termoplástico era "Naftotherm ® - Bu TPS"de Chemetail GMBH que se dice que es una composición de termoplástico sin disolvente de un solo componente basada en poliisobutileno. Contenía un desecante de zeolita en polvo. Se introdujo gas argón en la cavidad (48) de la unidad a una ligera sobrepresión y se presionaron juntas las hojas para estrujar la pasta a una forma deseada que tenía un espesor de alrededor de 8 mm medido en una dirección paralela al plano de la hoja de vidrio y en contacto continuo con cada hoja de vidrio sobre una superficie de 12 mm de ancho alrededor de toda la hoja, es decir, medida en una dirección normal al plano de la hoja de vidrio. Se dejó enfriar la unidad hasta la temperatura ambiente y al material termoplástico se le dejó endurecer para proporcionar el espaciador unido a ambas hojas. Antes de que hubiese terminado el enfriamiento, se extrudió una capa de la composición curable de silicona (A) en el espacio de forma de "U" definido por el espaciador y las porciones periféricas de las hojas de vidrio, y se le dejó curar para formar una junta (46) alrededor del borde de la unidad en la parte superior del espaciador y adherente a las hojas de vidrio. La junta de silicona tenía un espesor de aproximadamente 3-4 mm medido en una dirección paralela al plano de la hoja de vidrio y estaba en contacto continuo con cada hoja de vidrio.

Se probaron muestras de unidades construidas en la forma anteriormente descrita para las unidades comparativas de vidrio aislante y la unidad ilustrativa, con el fin de determinar la concentración inicial de gas en las dos unidades (lo cual proporciona la velocidad inicial de fugas L_{A}), sometiendo luego a otras unidades a un método de envejecimiento con ciclos de temperaturas alta y baja en condiciones de humedad elevada (DIN 52293) así como a radiación ultravioleta, y finalmente determinando la velocidad de fugas de gas en las unidades envejecidas como un porcentaje de gas al año (lo cual proporciona la velocidad final de fugas L_{E}). La norma DIN 1286 Parte 2 estipula que tanto las velocidades inicial (L_{A}) como final (L_{E}) de fugas de gas tienen que ser inferiores al 1,0% por año. Si ya la velocidad inicial de fugas (L_{A}) excede de este límite, se interrumpe la prueba y se informa únicamente del valor inicial como velocidad de fugas de gas. Se estimó que una unidad de vidrio aislante que mostrase una velocidad de fugas de gas del 1,0 % por año siguiendo este método de prueba según la norma perdería menos del 5% en 25 años instalada en un edificio, y por tanto no disminuiría el valor K para las unidades en más de 0,1 W/m^{2} K, que se consideró como aceptable.

En la Tabla 1 se muestran los resultados de pruebas realizadas según la norma DIN 1286 Parte 2 en las unidades comparativas y en las unidades ilustrativas. En esta Tabla se puede ver que la unidad ilustrativa demostró que un valor para concentración de gas del 97%, y para velocidad de fugas de gas (0,93 y 0,99% al año) cumplía los requisitos de > 90% y < 1% respectivamente. Estos requisitos no los cumple la unidad comparativa, en la que se averiguó que la concentración de gas estaba en o por encima del límite del 90% (90% y 91%) pero la velocidad de fugas de gas está por encima del límite del 1% al año (5,9 y 2,8%).

TABLA 1

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 \+ Velocidad de fugas de gas argón en %/año \+ Parte en volumen de
gas argón en %\cr  Muestras ilustrativas\+\+\cr  Muestra 1 \+ 0,93
(L _{E} ) \+ 97\cr  Muestra 2 \+ 0,99 (L _{E} ) \+ 97\cr  Muestras
comparativas\+\+\cr  Muestra 1 \+ 5,9 (L _{A} ) \+ 90\cr  Muestra 2
\+ 2,8 (L _{A} ) \+
91\cr}

Existen varios métodos que se pueden usar para establecer si un elemento secundario de obturación es adecuado para usarlo en unidades de vidriería que estarán sometidas a radiación ultravioleta directa tal como la que puede encontrarse en la vidriería de estructuras. Un ejemplo es la ASTM C-1184, como se ha mencionado anteriormente. Las pruebas realizadas sobre composición A de silicona de este modo demostraron que la composición curada tenía una estabilidad excelente contra la radiación ultravioleta. En la Tabla 2 se comparan los valores iniciales de módulo en alargamiento del 100% (Módulo 100%), alargamiento en la rotura, resistencia a la tracción y modo de fallo con los obtenidos después de 5.000 horas de puesta acelerada a la intemperie (envejecimiento QUV) obtenidos de acuerdo con el método de prueba de la norma ASTM 1184. No se pudo observar degradación alguna en ninguno de los valores. Más bien, todos los valores mejoraron tras la puesta acelerada a la intemperie, habiéndose observado aumentos en módulo, resistencia a la tracción y alargamiento en la rotura. Además, el elemento de obturación falla por cohesión (modo de fallo, CF) tanto inicialmente como después de la puesta acelerada a la intemperie. El elemento de obturación pasó también el requisito de tener una resistencia a la tracción de más de 0,345 MPa tras la terminación de las 5.000 horas de envejecimiento acelerado.

TABLA 2

1

Claims (8)

1. Una unidad de vidrio aislante (48) que tiene dos hojas (42, 44) de vidrio, espaciadas aparte por un espaciador (40), y una capa de elastómero de silicona (46), donde el espaciador es un material termoplástico formado in situ por aplicación de masa fundida caliente que proporciona espaciamiento y al mismo tiempo forma una junta interior (40) y como tal está situado adyacente pero espaciado de las partes de borde de las hojas (42, 44), y la capa (46) de elastómero de silicona está situada entre las partes de borde de las hojas (42, 44) de vidrio y el espaciador (40), de tal manera que la capa (46) de elastómero de silicona está en contacto con la superficie externa del espaciador (40), caracterizada porque un gas inerte o denso está retenido dentro de la unidad (48) y porque el espaciador (40) de material termoplástico tiene una permeabilidad al vapor de agua de no más de aproximadamente 0,2 l/m^{2}/día, medida a 20ºC para espesor de 4 mm, una resistencia a la cizalladura de más de 0,2 MPa determinada en un espesor de elemento de obturación de 0,5 mm a 23ºC y una velocidad de cizalladura de 100 mm/min.

2. Una unidad de vidrio aislante de acuerdo con la Reivindicación 1, que tiene una permeabilidad al gas argón de no más del 1% al año.

3. Una unidad de vidrio aislante de acuerdo con la Reivindicación 1, en la que el material termoplástico (40) está basado en poliisobutileno.

4. Una unidad de vidrio aislante de acuerdo con la Reivindicación 3, en la que el material termoplástico (40) es Chemetall Naftotherm® Bu-TPS según es suministrado a 1 de septiembre de 1997.

5. Una unidad de vidrio aislante de acuerdo con la Reivindicación 1, en la que el elastómero de silicona se forma mediante el curado de una composición que comprende polidiorganosiloxano terminado en hidroxy y un trialcoxisilano en presencia de un catalizador de condensación.

6, Un procedimiento de fabricación de una unidad de vidrio aislante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende las etapas siguientes:

adquirir dos hojas de vidrio,

disponer entre las dos hojas (42, 44) de vidrio una cinta sinfín de material termoplástico (40) en un estado plástico aplicada como una masa fundida caliente que contiene un material deshidratante,

presionar a las dos hojas (42, 44) de vidrio una hacia otra contra el material termoplástico (40) de tal manera que dicho material termoplástico forma un espaciador entre dichas hojas (42, 44) de vidrio y es adherente a las hojas (42, 44),

introducir en la cavidad definida por las dos hojas (42, 44) y el espaciador (40) un gas inerte o denso, y

aplicar una capa de elastómero de silicona (46) situada en la periferia de la unidad en contacto con las superficies externas del espaciador.

7. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 6, en el que el material termoplástico se aplica con un mínimo espesor medio de alrededor de 7 mm medido en una dirección paralela al plano de una primera de las hojas de vidrio y de tal manera que está en contacto continuo con cada hoja de vidrio.

8. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 7, en el que el elastómero de silicona (46) se aplica con un mínimo espesor medio de aproximadamente 3 mm medido en una dirección paralela al plano de la hoja de vidrio y de tal manera que está en contacto continuo con cada hoja de vidrio.

9. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 6, en el que la adherencia al vidrio del elastómero de silicona es de una estabilidad contra la radiación ultravioleta suficiente para permitir el uso de la unidad aislante en aplicaciones en las que la junta de borde está expuesta directamente a la luz solar, tales como vidriería de techos o vidriería de estructuras.