COMPOSICION DE VIDRIO RESISTENTE A LOS ALCALIS Y A LOS ACIDOS PARA LA FABRICACION DE HILOS DE VIDRIO.

Composición de vidrio resistente a los álcalis y a los ácidos,

en particular para la realización de hilos de vidrio de refuerzo, caracterizada porque comprende los constituyentes siguientes en los límites definidos a continuación, en porcentajes ponderales:

SiO22 15-20% R2O (R=Na,K ó Li) = 14% K2O = 0,1%, preferentemente = 0,05% RO (R=Mg,Ca ó Sr) 2,5-6% MgO = 4% TiO2 >1 y = 4% estando la composición además exenta de F, y conteniendo menos de 1% de impurezas (Al2O3, Fe2O3 y Cr2O3) y satisfaciendo las relaciones siguientes:

ZrO2 + TiO2 = 17%

ZrO2/TiO2 = 6

Composición de vidrio resistente a los álcalis y a los ácidos para la fabricación de hilos de vidrio.

La presente invención se refiere a una composición de vidrio resistente a los álcalis y a los ácidos para la realización de hilos de vidrio destinados al refuerzo de materiales inorgánicos u orgánicos, conteniendo los hilos de vidrio obtenidos y los productos reforzados (o compuestos) dichos hilos.

Es conocido desde hace mucho tiempo utilizar unos hilos de vidrio alcalirresistentes para reforzar unos materiales muy básicos, por ejemplo a base de cemento. Sin embargo, cuando los hilos de vidrio se mezclan con el cemento, éstos se degradan progresivamente y llegan a romperse. Así degradados, los hilos de vidrio ya no aseguran correctamente su función de refuerzo: las propiedades mecánicas del material reforzado, en particular la resistencia en tracción y la resistencia en flexión disminuyen, lo que afecta a su solidez.

Clásicamente, la resistencia a los álcalis se obtiene añadiendo óxido de zirconio ZrO₂ en la composición de vidrio. Sin embargo, la adición ZrO₂ aumenta sustancialmente la viscosidad del vidrio y eleva la temperatura de conformado (es decir la temperatura a la cual el vidrio tiene una viscosidad igual a 10³ poises, anotada T_{Log ? =3}) lo que tiene como consecuencia deteriorar la hilera a partir de la cual se obtienen y se estiran los filamentos de vidrio mecánicamente antes de ser reunidos en hilo(s).

Además, la introducción ZrO₂ en la composición de vidrio tiene por efecto aumentar la temperatura de liquidus del vidrio (es decir la temperatura a la cual aparecen los primeros cristales cuando el vidrio en fusión se enfría lentamente, anotada T_liq) y por lo tanto incrementar el riesgo de desvitrificación del vidrio cuando tiene lugar la fusión y el conformado de los hilos provocando en este caso la rotura de los filamentos.

Por estas razones, las composiciones de vidrio alcalirresistentes conocidas contienen en general una cantidad relativamente baja de ZrO₂ y otros compuestos para permitir la formación de los hilos de vidrio en unas condiciones aceptables.

Por ejemplo, unas composiciones de vidrio que contienen 8 a 25% en peso de ZrO₂ se describen en los documentos SU-A-151298, DD-A-293105 y US-B-6 627 569.

Otras composiciones de vidrio basadas en la adición de TiO₂ para mejorar las condiciones de fibrado se describen en los documentos WO-A-92/06931, US-B-5 064 785, CN-A-1 500 763 y CN-A-1 046 147.

El documento US-B-4.345.037 describe unas fibras de vidrio resistentes a los álcalis para el refuerzo del cemento que contienen 0,1 a 1% en peso de Cr₂O₃ y 0,5 a 16% en peso de por lo menos un óxido de tierra rara y de TiO₂. La resistencia a los álcalis se obtiene en este caso por medio de una fusión en unas condiciones no oxidantes, de manera que una proporción sustancial del cromo está en forma de cromo trivalente. Estas fibras son sin embargo susceptibles de contener cromo hexavalente conocido por su carácter tóxico para los seres vivos.

Por otra parte, es conocido utilizar unos hilos de vidrio que contienen ZrO₂ para reforzar unos materiales plásticos del tipo poliéster.

En el documento GB-A-96 5018, se describe la fabricación de hilos de vidrio de alta transmisión luminosa basada en la combinación de 3 a 10% de ZrO₂, 4 a 12% de Al₂O₃ y 3 a 10% de CaO. Los hilos de vidrio poseen además una buena resistencia hidrolítica y a los ácidos.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una composición de vidrio que permita la realización de hilos de vidrio que se puedan utilizar indiferentemente para reforzar unos materiales básicos, en particular a base de cemento, y unos materiales plásticos destinados a entrar en contacto con unos ácidos, pudiendo la composición ser utilizada en las condiciones usuales de las instalaciones de fibrado existentes y con bajo coste.

Este objetivo se alcanza gracias a la composición de vidrio resistente a las bases y a los ácidos para la fabricación de hilos de vidrio, estando esta composición caracterizada porque comprende los constituyentes siguientes en los límites definidos a continuación expresados en porcentajes ponderales:

estando la composición además exenta de F, conteniendo menos de 1% de impurezas (Al₂O₃, Fe₂O₃ y Cr₂O₃) y satisfaciendo las relaciones siguientes:

ZrO₂ + TiO₂ =q 17%

ZrO₂/TiO₂ =q 6

Según una característica de la invención, la composición de vidrio está caracterizada porque la diferencia entre la temperatura de conformado de los hilos (T_{Log ? =3}) y la temperatura de liquidus (T_liq) es por lo menos igual a 60ºC, lo que es suficiente para que el fibrado del vidrio se efectúe en buenas condiciones. Preferentemente, esta diferencia es por lo menos igual a 80ºC.

Además, la temperatura de conformado es como máximo igual a 1.320ºC, preferentemente es inferior o igual a 1.310ºC, que corresponde a una temperatura totalmente aceptable puesto que no es necesario calentar el vidrio de forma demasiado intensa y que permite reducir al mínimo el desgaste de la hilera.

Según otra característica de la invención, la composición de vidrio satisface la relación Na₂O/ZrO₂ =q 0,75.

SiO₂ es el óxido que forma la red de los vidrios según la invención y desempeña una función esencial para su estabilidad. En el marco de la invención, cuando el porcentaje de SiO₂ es inferior a 58%, la viscosidad del vidrio resulta demasiado baja y los riesgos de desvitrificación del vidrio cuando tiene lugar el fibrado aumentan. En general, el porcentaje de SiO₂ es mantenido inferior o igual a 65%, puesto que más allá de este valor el vidrio se vuelve muy viscoso y difícil de fundir. Preferentemente, el porcentaje de SiO₂ varía de 59 a 63%.

El ZrO₂ es esencial para conferir al vidrio la resistencia a los álcalis y su porcentaje debe por consiguiente ser por lo menos igual a 15%. Además, el ZrO₂ contribuye a la mejora de la resistencia a los ácidos. Preferentemente, cuando el porcentaje de ZrO₂ sobrepasa 18%, el porcentaje de TiO₂ es por lo menos igual a 1% de manera que se obtenga una temperatura de liquidus satisfactoria. Un porcentaje de ZrO₂ superior a 20% aumenta el riesgo de desvitrificación cuando tiene lugar el fibrado.

El Na₂O y el Li₂O se utilizan ambos como fundentes parta mejorar la fusión del vidrio permitiendo en particular disminuir la viscosidad y obtener una mejor solubilización del ZrO₂ en el vidrio. Preferentemente, el contenido de Li₂O es inferior a 0,5% de manera que no aumente demasiado el precio del vidrio (la materia prima del Li₂O tiene un coste elevado) y preferentemente es nulo.

La presencia de K₂O como fundente no se desea en la composición de vidrio, esencialmente por razones ligadas al coste elevado de la materia prima que lo contiene que representa una parte importante del precio del vidrio final. El K₂O puede estar presente como impureza en las materias primas vitrificables, con un porcentaje inferior o igual a 0,1%, preferentemente inferior o igual a 0,05%. De manera particularmente preferida, la composición de vidrio está exenta de K₂O.

De acuerdo con la invención, el porcentaje de R₂O es superior o igual a 14%, preferentemente es inferior a 18% para evitar degradar la resistencia...

1. Composición de vidrio resistente a los álcalis y a los ácidos, en particular para la realización de hilos de vidrio de refuerzo, caracterizada porque comprende los constituyentes siguientes en los límites definidos a continuación, en porcentajes ponderales:

estando la composición además exenta de F, y conteniendo menos de 1% de impurezas (Al₂O₃, Fe₂O₃ y Cr₂O₃) y satisfaciendo las relaciones siguientes:

ZrO₂ + TiO₂ =q 17%

ZrO₂/TiO₂ =q 6

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque satisface la relación Na₂O/ZrO₂ =q 0,75.

3. Composición según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el contenido de Li₂O es inferior a 0,5% y preferentemente es nulo.

4. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el porcentaje de R₂O es inferior a 18%.

5. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque está desprovista de SrO.

6. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque presenta una diferencia entre la temperatura de conformado de los hilos (T_{Log ? =3}) y la temperatura de liquidus (T_liq) por lo menos igual a 60ºC, preferentemente por lo menos igual a 80ºC.

7. Composición según la reivindicación 6, caracterizada porque la temperatura de conformado es como máximo igual a 1.320ºC, preferentemente es inferior o igual a 1.310ºC.

8. Hilo de vidrio destinado al refuerzo de materiales inorgánicos u orgánicos, caracterizado porque se obtiene a partir de una composición de vidrio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Utilización de los hilos de vidrio según la reivindicación 8 para el refuerzo de materiales inorgánicos, en particular muy básicos tales como los materiales cementosos, y de materiales orgánicos, en particular plásticos.

10. Compuesto de hilos de vidrio y de material inorgánico u orgánico, caracterizado porque comprende unos hilos de vidrio según la reivindicación 8.

11. Compuesto según la reivindicación 10, caracterizado porque el material inorgánico se selecciona de entre los materiales cementosos tales como cemento, el hormigón, el mortero, el yeso, la escoria, los compuestos formados por reacción de cal, de sílice y de agua.

12. Compuesto según la reivindicación 10, caracterizado porque el material orgánico se selecciona de entre los materiales plásticos termoplásticos o termoendurecibles.

13. Compuesto según la reivindicación 12, caracterizado porque el material termoplástico se selecciona de entre las poliolefinas, los poliésteres, las poliamidas, los poliuretanos y las mezclas de estos compuestos.

14. Compuesto según la reivindicación 12, caracterizado porque el material termoendurecible se selecciona de entre los poliésteres, las resinas fenólicas, las resinas epoxi, los poliacrílicos y las mezclas de estos compuestos.