Un método de fortalecimiento de un artículo de óxido frágil tratando esencialmente sólo la superficie de borde secundaria del artículo y sin tratar la mayor parte de las superficies principales del artículo,

en el que dicho artículo está conformado para tener al menos dos superficies principales generalmente paralelas mencionadas, al menos una superficie de borde secundaria mencionada, tiene una razón del área de las superficies principales con respecto al área de la superficie secundaria de al menos 10 y cada superficie principal está conectada al menos con una superficie de borde secundaria, mediante: a) el revestimiento de la superficie de borde secundaria del artículo con una composición de fortalecimiento para óxido frágil, sin revestir al menos un 90% del área de las superficies principales del artículo con dicha composición de fortalecimiento, y b) el curado del revestimiento para formar una capa de fortalecimiento limitada esencialmente a la superficie del borde del artículo

ANTECEDENTES

La presente invención proporciona un método de fortalecimiento de sustratos de óxido frágiles planos (por ejemplo, vidrio de ventana) que se han debilitado por desperfectos en la superficie tales como cuando el vidrio se corta mediante ralladura y rotura. Se conocen revestimientos para reparar desperfectos en la superficie en vidrios y por consiguiente para refortalecer el vidrio hacia la resistencia del vidrio sin desperfectos. Composiciones fortalecedoras particularmente útiles son soluciones acuosas que contienen composiciones basadas en silano especialmente siloxano reticulado polimerizado. La presente invención se refiere a un método de fortalecimiento o de restablecimiento de la resistencia para el vidrio plano cortado y al artículo de vidrio plano refortalecido resultante.

Los artículos fabricados a partir de materiales frágiles, tales como cristales de ventana de vidrio, tienen en general una resistencia a la tracción sustancialmente menor que la predicha. Este debilitamiento puede ser el resultado de factores tales como imperfecciones en el artículo o pequeñas cantidades de impurezas en el cuerpo o bien en la superficie del artículo. Históricamente, se pueden usar muchos tipos de tratamientos de superficie de material frágil para proteger la superficie de la abrasión, del daño y para proporcionar una pequeña medida de apoyo para los artículos frágiles.

El vidrio es intrínsecamente uno de los materiales más fuertes conocidos por el hombre. Teóricamente, los vidrios de silicatos estándar pueden soportar tensiones tan altas como de 14 a 20 gigapascales (de 2 a 3 millones de libras por pulgada cuadrada (psi)). En la práctica, sin embargo, las resistencias obtenidas normalmente son del orden de 70 megapascales (MPa), aproximadamente de 10.000 psi.

La explicación de esta discrepancia entre los valores predichos y los medidos es la existencia de grietas o desperfectos en la superficie. Estos desperfectos fracturan esencialmente la red de siloxano (Si–O–Si), que es el esqueleto del vidrio. Este punto de daño en el vidrio se convierte en el punto focal de las fuerzas en el vidrio y actúa concentrando la fuerza y provocando un fallo catastrófico del artículo de vidrio, normalmente con resistencias mucho menores de lo esperado.

Los investigadores han buscado durante mucho tiempo un medio para mitigar los problemas de resistencia del vidrio. Muchas modificaciones del método de formación y manipulación de los artículos de vidrio han conducido a incrementos insatisfactorios en la resistencia ya que estos procedimientos de manipulación modificados todavía provocan algunos desperfectos en los artículos de vidrio. Por esta razón, es un objetivo de los investigadores reducir el efecto de desperfectos después de que se formen inevitablemente sobre el objeto.

Algunas estrategias para mejorar la resistencia del vidrio incluyen el documento US–A–4859636 en el que los iones metálicos en el vidrio se intercambian con iones de un radio más grande para desarrollar una tensión compresiva de superficie. El documento US–A–3743491 también se refiere a un tratamiento protector de superficie. El documento US– A–4891241 se refiere al fortalecimiento de superficies de vidrio con la aplicación y cura de agentes de acoplamiento de silano junto con compuestos de acriloílo y metacriloílo. La combinación es esencial.

Aunque las patentes descritas anteriormente proporcionen cada una alguna mejora en la resistencia del vidrio así tratado, no están exentas de defectos. Algunos de estos tratamientos requieren tiempos mayores de los disponibles durante la fabricación, necesitando un procesamiento fuera de línea. También hay preocupaciones relacionadas con la salud y la seguridad del trabajador. En particular, el uso y la manipulación de disolventes orgánicos, así como de los compuestos de acrilato y metacrilato, son una preocupación de salud y seguridad para el fabricante.

El vidrio plano se produce comercialmente mediante un método de flotación que produce una lámina continua ancha de vidrio. El vidrio plano a menudo se corta en tamaños más útiles. El método de corte introduce desperfectos en el vidrio. Las piezas de vidrio plano cortadas a menudo se tratan con calor para suavizar y reparar tales desperfectos. El termotratamiento, o el recocido, es un método caro.

Composiciones para fortalecer sustratos de óxido frágiles, en particular vidrio, se dan a conocer en las patentes estadounidenses 5.567.235 y 5.486.693 y en la tesis de licenciatura, Alfred University, New York, “Glass Strengthening Via Silane Coupling–Agent Coatings”, R. Bennett (Feb., 1989) y en las referencias citadas en las referencias anteriormente mencionadas. Sin embargo, estas referencias no enseñan la aplicación selectiva de la composición de fortalecimiento en el borde de los artículos planos para lograr una mejora tan buena o mejor de la resistencia como con la aplicación de la composición de fortalecimiento tanto en los bordes como en las superficies principales planas del artículo.

El documento US–A–4076863 describe un método para prevenir una disminución en la resistencia al impacto de las lentes oftálmicas cuando se fabrican a partir de blancos de lentes oftálmicas. La superficie total de un blanco de lente, a partir del que se corta la lente, se fortalece químicamente mediante inmersión en sal de metal alcalino fundida. Sin embargo, si se corta el blanco con la forma para su estructuración se expone una superficie de borde sin tratar y se reduce la resistencia al impacto. La aplicación de una composición de resina de fortalecimiento en los bordes cortados mejora la disminución en la resistencia al impacto.

El documento US–A–5585188 (WO–A–95/00451) describe la fabricación de un cristal fortalecido, por ejemplo para el sector aeronáutico, que comprende una o más capas de vidrio endurecido químicamente. Para proteger los bordes frente a impactos se adhiere una tira elastomérica preformada, por ejemplo de poliuretano, alrededor de la cara del borde usado adhesivo tal como película acrílica.

El documento RU 2035175 describe un revestimiento protector para vidrio en láminas basado en una composición adhesiva de epóxido que contiene una carga mineral y partículas elásticas.

El documento EP–A–0204348 describe marcos de sellado elastoméricos para los bordes de sustratos de vidrio tales como ventanas de vehículos, y el uso de agentes que contienen epoxi para mejorar su adhesión.

La presente invención proporciona un método de fortalecimiento de un artículo de óxido frágil tal como se define en la reivindicación 1, y un artículo de óxido frágil fortalecido tal como se define en la reivindicación 16.

Se proporciona un método de fortalecimiento de piezas de vidrio plano tratando esencialmente sólo los bordes del vidrio y sin tratar la mayor parte de las superficies planas grandes del vidrio. En primer lugar, el uno o más bordes del vidrio plano se revisten con una composición de fortalecimiento de vidrio (por ejemplo, una solución acuosa que contiene un compuesto de fortalecimiento de vidrio basado en silano) sin revestir una parte significativa de las superficies principales planas, seguido de curado para lograr un fortalecimiento máximo. La resistencia resultante del vidrio de borde revestido está sustancialmente mejorada en comparación con la resistencia del vidrio antes de que se revista y sorprendentemente el vidrio de borde tratado es tan fuerte o más que el vidrio que tiene tanto el borde como las superficies planas grandes revestidas con el revestimiento idéntico. También se proporcionan un artículo de vidrio plano de borde recubierto y una ventana que contiene tal artículo de vidrio fortalecido como cristal de ventana.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras muestran vidrio plano fortalecido de borde revestido y las pruebas de vidrio plano fortalecido. La figura 1 es una vista en perspectiva de vidrio plano en el aparato de prueba. La figura 2 es una vista en elevación de la pieza de vidrio sin carga en el aparato de prueba, mientras que la figura 3 muestra la flexión de la muestra de vidrio con carga.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La invención se describe en la presente memoria descriptiva principalmente en función del vidrio como el sustrato que se fortalece mediante revestimiento de borde con una composición de fortalecimiento de vidrio. Sin embargo,... [Seguir leyendo]

1. Un método de fortalecimiento de un artículo de óxido frágil tratando esencialmente sólo la superficie de borde secundaria del artículo y sin tratar la mayor parte de las superficies principales del artículo, en el que dicho artículo está conformado para tener al menos dos superficies principales generalmente paralelas mencionadas, al menos una superficie de borde secundaria mencionada, tiene una razón del área de las superficies principales con respecto al área de la superficie secundaria de al menos 10 y cada superficie principal está conectada al menos con una superficie de borde secundaria, mediante:

a) el revestimiento de la superficie de borde secundaria del artículo con una composición de fortalecimiento para óxido frágil, sin revestir al menos un 90% del área de las superficies principales del artículo con dicha composición de fortalecimiento, y

b) el curado del revestimiento para formar una capa de fortalecimiento limitada esencialmente a la superficie del borde del artículo.

2. Un método de la reivindicación 1, en el que el artículo de óxido frágil es un vidrio plano fabricado cortando el artículo a partir de una pieza más grande de vidrio plano y la composición de fortalecimiento se hace reaccionar con el vidrio y puede fortalecer el vidrio en al menos un 20% en comparación con la resistencia del vidrio plano cortado.

3. Un método de la reivindicación 2, en el que el vidrio plano es una pieza de vidrio conformada rectangularmente que tiene dos superficies principales y cuatro superficies de borde secundarias.

4. Un método de la reivindicación 2, en el que el vidrio plano es una pieza de vidrio conformada circular o elípticamente que tiene dos superficies principales y una superficie de borde secundaria.

5. Un método de la reivindicación 1, en el que el artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada generalmente tubular que tiene dos superficies principales y dos superficies de borde secundarias.

6. Un método de la reivindicación 1, en el que el artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada en forma de bulbo que tiene dos superficies principales y una superficie de borde secundaria.

7. Un método de la reivindicación 2 en el que la composición de fortalecimiento es una solución elaborada combinando un disolvente y una composición basada en silano que puede fortalecer el vidrio.

8. Un método de la reivindicación 7, en el que el disolvente es agua.

9. Un método de la reivindicación 8, en el que dicha composición basada en silano es silano hidrolizable.

10. Un método de la reivindicación 9, en el que dicha composición basada en silano es una mezcla de 2–(3,4 epoxiciclohexil)etiltrimethoxisilano y un tensioactivo en agua que tiene un pH ácido.

11. Un método de cualquier reivindicación precedente, que comprende además aplicar un revestimiento adicional en la parte superior de la composición de fortalecimiento curada.

12. Un método de la reivindicación 11, en el que dicho revestimiento adicional imparte resistencia al impacto a dicho artículo.

13. Un método de la reivindicación 11, en el que dicho revestimiento adicional es insoluble en agua e imparte resistencia a la humedad a la capa de fortalecimiento.

14. Un método de la reivindicación 1, en el que la composición de fortalecimiento reacciona químicamente con el sustrato de óxido frágil sobre el curado.

15. Un método de la reivindicación 2, en el que dicha composición de fortalecimiento es un aminoplasto.

16. Un artículo de óxido frágil en el que dicho artículo está conformado para tener al menos dos superficies principales generalmente paralelas y al menos una superficie de borde secundaria, tiene una razón del área de las superficies principales con respecto al área de la superficie secundaria de al menos 10, y cada superficie principal está conectada con al menos una superficie de borde secundaria, y en el que dicho artículo se ha fortalecido tratando esencialmente sólo la superficie de borde secundaria del artículo y sin tratar la mayor parte de las superficies principales del artículo, revistiendo al menos una superficie de borde secundaria con una composición de fortalecimiento para el óxido frágil y estando al menos un 90% del área de las superficies principales del artículo esencialmente libres de dicha composición de fortalecimiento.

17. Un artículo de la reivindicación 16, en el que el artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada rectangularmente que tiene dos superficies principales y cuatro superficies de borde secundarias.

18. Un artículo de la reivindicación 16, en el que el artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada circular o elípticamente que tiene dos superficies principales y una superficie de borde secundaria.

19. Un artículo de la reivindicación 16, en el que dicho artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada generalmente tubular que tiene dos superficies principales y dos superficies de borde secundarias.

5 20. Un artículo de la reivindicación 16, en el que dicho artículo de óxido frágil es una pieza de vidrio conformada en forma de bulbo que tiene dos superficies principales y una superficie de borde secundaria.

21. Un artículo de la reivindicación 16, en el que dicho artículo de óxido frágil es un artículo de vidrio que tiene curvas en sus superficies principales y está conformado para su uso como vidrio de ventana en un automóvil.

22. Un artículo de una cualquiera de las reivindicación 16 a 21, que comprende además un segundo 10 revestimiento en la parte superior de la composición de fortalecimiento.

23. Un artículo de la reivindicación 22, en el que dicho segundo revestimiento es insoluble al agua y proporciona una barrera de resistencia al agua a dicho revestimiento de fortalecimiento curado.

24. Un artículo de la reivindicación 22, en el que dicho segundo revestimiento es flexible y proporciona resistencia al impacto al artículo.

15 25. Un artículo de la reivindicación 16, en el que la composición de fortalecimiento curada es un siloxano reticulado polimerizado formado a partir de una composición basada en silano acuosa que carece sustancialmente de un disolvente orgánico, seleccionándose el silano del grupo que consta de MPTMO, GPTMO, VTMO, CETMO, MTMO, DMPTMO, 3–ureidopropil–trimetoxisilano, 1,2–bis(trimetoxisilil)etano, 1,2–bis (3–trimetoxisililpropoxi)etano, 5,6– epoxihexiltrimetoxi–silano, amida del ácido N–(trimetoxisililpropil)maleico, formas hidrolizadas de los mismos y mezclas de los mismos.

26. Un artículo de la reivindicación 25, en el que el óxido frágil es vidrio.

27. Una ventana que tiene un marco y al menos un cristal de ventana montado en dicho marco, siendo el cristal de ventana un artículo de vidrio fortalecido de la reivindicación 16.