Una breve discusión comparativa entre capas intermedias de película de PVB, EVA y NovoGlass® TPU para construcciones de Smart GlassIt has been an old dream to control the light that goes through the glass windows in such a way we can modulate the intensity of light inside our home rooms without the need of using stores or curtains, as we have been doing since past centuries.
Las nuevas tecnologías basadas en dispositivos electrocrómicos o de cristal líquido (LCD) son opciones técnicas inteligentes a las formas tradicionales de sombreado. Estos nuevos dispositivos transformarán la forma de ensombrecer el interior de nuestras casas de tal manera que podremos modular la intensidad de la luz según nuestras preferencias. El control de la intensidad de la luz será un viejo sueño hecho realidad. Y esto no se limita sólo a controlar la luz del interior de nuestras viviendas, sino que servirá para aumentar el confort en el interior de las cabinas de los nuevos vehículos inteligentes.
Estos dispositivos electrocrómicos o de cristal líquido deben estar laminados entre dos vidrios que les proporcionen la resistencia mecánica, robustez y la protección física que estos dispositivos requieren.
Esencialmente estos dispositivos están fabricados a partir de diferentes materiales químicos con propiedades físicas especiales que al activarse mediante reacciones electroquímicas o polarización física molecular permiten la modulación de la luz que los atraviesa.
La forma de unión de los vidrios y los dispositivos de control de luz se realiza normalmente mediante procesos de laminación en los que se pueden utilizar diferentes tipos de materiales. Obviamente, los materiales seleccionados deben cumplir algunas propiedades clave para ayudar a que el compuesto funcione y funcione bien. Las principales propiedades son las siguientes:
Debe ser muy transparente para no influir en el efecto de los dispositivos de control de iluminación.
Debe ser flexible y suave para envolver y proteger los dispositivos.
Debe ser de fácil procesamiento para permitir la integración de todas las partes.
Debe aportar resistencia mecánica y robustez a la estructura.
No debe cambiar con el tiempo ni degradarse por la radiación UV, proporcionando durabilidad.
Los materiales más adecuados para ello son el PVB, EVA o TPU. ¿Cuál es el mejor?. ¿Cuáles son los inconvenientes de ellos?.
El propósito de este artículo es revisar brevemente las ventajas o desventajas de tres tipos de capas intermedias de película de vidrio para la laminación de LCD (Dispositivos de cristal líquido) o SPD (Dispositivos parciales suspendidos). Estamos hablando de las tres películas ópticas que pueden considerarse capas intermedias para la construcción de Smart Glass. Más específicamente, las capas intermedias objeto de nuestra atención son: las películas de PVB, EVA y NovoGlass®SF TPU. Queremos describir cómo cada una de estas capas intermedias afecta e influye en la fabricación y la fiabilidad y robustez de estos productos.
El futuro de Smart Glass está aquí...
La implementación del Smart Glass en la Arquitectura y el Transporte es todavía un viejo sueño por convertir en realidad. Parece que este sueño está más cerca de convertirse en realidad muy pronto. Pero, ¿qué nos falta todavía para convertirlos en realidades? ¿Qué está frenando la aparición de estos productos?. ¿Qué podemos hacer para acelerarlos?.
No es porque no sea una necesidad socialmente reconocida y no es porque sean un tipo de “dispositivo elegante y agradable de tener”. A todo el mundo le gusta y desea controlar y modular la intensidad lumínica y la temperatura del interior de edificios y cabinas de vehículos que nos protejan de las condiciones ambientales exteriores con sólo pulsar un botón.
La funcionalidad de estos productos está claramente aceptada y se espera que se disfrute más pronto que tarde. El Aumento del Confort y el Ahorro Energético, son dos buenas razones para apostar por ellos. Además, en el caso de la protección del interior de los vehículos, el aumento del confort de los conductores mejorará también su seguridad. Otro valor añadido, y no menos importante a los anteriores, es la reducción de nuestra huella de carbono debido a la reducción del Consumo Energético.
Conociendo las grandes ventajas que nos aportará el uso de Smart Glass, podemos deducir claramente que el largo tiempo de introducción de estos productos debe estar relacionado con impedimentos técnicos. Mirando al pasado vemos que esta tecnología nació hace unos 20 años. Desde entonces, ha intentado crecer con poco éxito. Diferentes tecnologías han estado compitiendo por el éxito. A lo largo del tiempo, estos productos han seguido diferentes caminos tecnológicos paralelos, desde la electrocrómica hasta el cristal líquido orientado dentro de una matriz acrílica. Parece que este último es el que más cerca está de hacer realidad estos productos. Durante todo este tiempo, varios avances técnicos han ido ayudando a llevar este producto a la exitosa realidad que es casi hoy.
¿Cómo contribuyen las capas intermedias de película a ayudar a fabricar de forma más rápida, más económica y a reducir los rechazos? y también, ¿Cómo contribuyen, en función de sus propiedades específicas, a la fiabilidad, robustez y durabilidad de estos productos?. Estos son los temas que queremos cubrir.
Continuaremos nuestra argumentación respondiendo a las preguntas que a casi todo el mundo le hubiera gustado responder.
Esperemos que pueda encontrar este artículo interesante y útil en un modelo de preguntas frecuentes.
¿Es lo mismo un Smart Glass que un eGlass o un Vidrio Conmutable o Vidrio Control de Luz?. ¿Hay estos títulos haciendo referencia a lo mismo o tienen diferencias entre ellos?.
No hay diferencias entre todos los términos. Su significado es el mismo. Todos ellos se refieren al mismo tipo de productos. Smart Glass, eGlass, Switchable Glass, Light Control Glass o sus “versiones de ventanas”: Smart Windows, eWindows, Switchable Windows o Light Control Windows, se refieren todos a los mismos dispositivos eléctricos que cambian su transparencia con el voltaje, modulando la transmisión de luz visible que pasa por ellos.
A partir de ahora, en nuestras discusiones utilizaremos el término Smart Glass para denominar a este tipo de productos en general.
¿Cómo son y cómo funcionan exactamente los dispositivos Smart Glass?
Los Smart Glass son estructuras laminadas vidrio-vidrio en las que la capa interna funcional funciona como modulador de la intensidad de la luz permitiendo el paso a través de un dispositivo electrocrómico o de Cristal Líquido.
Ambos tipos de sistemas se basan en tecnologías diferentes, pero funcionan eléctricamente de forma similar aplicando una potencialidad diferente entre dos superficies planas y transparentes.
Si quieres saber cómo funcionan los dispositivos electroquímicos te sugerimos visitar las siguientes páginas web ¿Cómo funcionan las ventanas electrocrómicas?
Los Dispositivos de Cristal Líquido funcionan en el momento en que se aplica un voltaje internamente entre dos películas de PET (PolyEsther) conductoras transparentes paralelas. Estas dos películas de PET desempeñan el papel de un condensador eléctrico que permite modular la tensión entre ellas. Dependiendo del voltaje aplicado la “masa” de los cristales líquidos puede orientarse parcial o totalmente debido a sus propiedades de polaridad, y en consecuencia a la intensidad de la luz que los atraviesa.
Los Cristales Líquidos son moléculas que gracias a sus especiales propiedades de polaridad pueden orientarse cuando se les aplica un Voltaje. Dependiendo del voltaje es posible modular su orientación y en consecuencia el nivel de transmisión de luz. Si no se aplica voltaje, los cristales líquidos no están dispuestos en línea y, como consecuencia, la luz se bloquea por completo.
Esta propiedad nos permite construir tipos de dispositivos inteligentes y usarlos como una cortina conmutable para ayudarnos a modular. En el caso de los Cristales Líquidos, por su polaridad, pueden orientarse dejando pasar la luz, o disponerse aleatoriamente dentro de una red acrílica, bloqueando la luz que los atraviesa.
En torno a este tipo de productos están involucradas un interesante conjunto de tecnologías. De forma sencilla podemos enumerar lo siguiente:
- El que se refiere a las composiciones, colores, funcionalidades de los Cristales Líquidos y también a su fabricación industrial (la “carne del sándwich”)
- La tecnología está relacionada con el diseño y fabricación de una superficie semirrígida (un material polimérico como PET, PC o PMMA) en una película transparente y conductora. Esto se hace aplicando por pulverización catódica una capa de ITO sobre la película semirrígida, para proporcionarle un cierto nivel de conductividad. Esta es la parte del sistema que funciona como interruptor y control de nivel potencial del dispositivo (“el pan del sándwich”)
- La dispersión del LC dentro de una matriz acrílica que finalmente se polimeriza dentro de las capas de PET-ITO y consecuentemente se distribuye homogéneamente dentro del sándwich de películas semirrígidas. La dispersión de los Cristales Líquidos debe estar distribuida homogéneamente alrededor de la matriz acrílica. (“la salsa del sándwich”)
- Todos ellos en conjunto son los responsables de permitir la construcción de dispositivos eléctricos inteligentes fiables y robustos que nos permitirán modular la intensidad de la luz que los atraviesa.
El proceso de laminación entre capas, construcción de las ventanas.
El proceso de laminación de estos dispositivos eléctricos entre dos superficies de vidrio es también un paso crítico en la construcción de estructuras eficientes y robustas.
Para la laminación de estas estructuras se requiere utilizar un material encapsulante altamente transparente e inerte. Entre los materiales poliméricos que cumplen estas propiedades básicas podemos considerar el polivinilbutiral (PVB), los etilenvinilacetatos (EVA) y los poliuretanos termoplásticos (TPU).
Los tres tienen buenas propiedades ópticas pero diferentes rendimientos mecánicos y químicos que influyen en su procesamiento, compatibilidad y propiedades de los productos finales de Smart Glass.
¿Cuáles son los principales requisitos de las capas intermedias utilizadas para la laminación Smart Glass?
Las tres capas intermedias cumplen la principal propiedad crítica. Todos ellos tienen buenas propiedades ópticas, siendo muy transparentes. Los tres también son flexibles y suaves. Ok, ¿qué respeto a estas dos propiedades?
Pero no son exactamente iguales en cuanto a las condiciones de procesamiento, robustez mecánica, resistencia a los rayos UV, amarilleamiento, turbidez, distorsiones ópticas, resistencia a la humedad y propiedades de adhesión. Se pueden encontrar algunas diferencias importantes al compararlos bajo estas características. Estas diferencias son las que determinan sus limitaciones de procesamiento, costos y condiciones de durabilidad climática.
¿Por qué el PVB no es la capa intermedia más conveniente para la construcción de Smart Glass?
El PVB es una intercapa óptica rígida que se viene utilizando desde hace mucho tiempo para laminar estructuras vidrio-vidrio en autoclave a 10-12 bares a 130-140ºC.
Debido a su rigidez, el PVB tiene una pobre adhesión al vidrio que normalmente se promueve mediante el uso de altas presiones para permitir la adhesión física al vidrio. Para solucionar este “inconveniente”, algunos materiales de PVB se “dopan” con “plastificantes” que actúan como suavizantes (reduciendo la rigidez) y mejorando su mala adhesividad intrínseca (aumentando el agarre a otras superficies). La necesidad de laminar con altas presiones y el uso de plastificantes no son “cosas” buenas para los dispositivos conmutables. Los plastificantes migran de la masa de polímero y generan heterogeneidades en el producto e inestabilidades de algunas de sus funciones principales.
Los PVB son también materiales altamente hidroscópicos a los que la humedad perjudica sus débiles propiedades de adhesión al vidrio, favoreciendo su deslaminación del vidrio.
Además, los PVB no tienen adherencia a otros materiales semirrígidos como policarbonatos (PC), polimetilmetacrilatos (PMMA) y poliésteres (PET). No se adhieren a los sustratos externos de los dispositivos de vidrio inteligentes (los PETS).
Todos estos hechos convierten al PVB en un material inútil para la laminación de dispositivos inteligentes.
¿Qué pasa con la capa intermedia de EVA? ¿Es el EVA una buena película intermedia para Smart Glass?
Los EVA son buenos candidatos como capas intermedias de dispositivos inteligentes debido a su transparencia y "suavidad" para no dañar los dispositivos eléctricos conmutables. Estas son dos buenas razones técnicas a favor del EVA como una capa intermedia prometedora para Smart Glass.
Otro factor que favorece al EVA es su bajo precio de mercado como materia prima. Los EVA y PVB tienen precios de mercado similares, lo que puede hacer que algunas personas piensen que son el encapsulante perfecto para usar en lugar del PVB.
Pero, ¿es el EVA el mejor y más conveniente material para utilizar como capa intermedia de película para dispositivos inteligentes?
Para responder a esta pregunta necesitamos saber: ¿Qué tipo de material es el EVA?. ¿Qué le pasa cuando se procesa? ¿Cómo el procesamiento podría afectar las propiedades ópticas y mecánicas del EVA? y ¿Cómo afectan las propiedades del encapsulante a las propiedades del Smart Glass?
¿Qué tipo de material es el EVA?.
El EVA es un material copolímero elaborado a partir de moléculas de etileno con monómeros de acetato de vinilo insertados en ellas. Las moléculas de EVA están compuestas principalmente de moléculas de etileno con grupos de acetato de vinilo distribuidos aleatoriamente dentro de las cadenas moleculares. Los porcentajes de los grupos acetato pueden ser diferentes en diferentes porcentajes, desde el 10% hasta el 35%.
El EVA “bruto” es un material muy blando con un punto de fusión muy bajo de 65ºC y una densidad baja, en torno a 0,96 gr/cm3. Sus propiedades mecánicas son muy pobres en este estado.
Los EVA deben procesarse y transformarse para que tengan algunas propiedades mecánicas aceptables para usarse como capa intermedia de Smart Glass. El proceso de construcción de propiedades mecánicas consiste en reticular las moléculas de EVA mediante reacción química, creando una especie de red de cadenas moleculares. Dependiendo de cómo se realice el proceso de “cocción” y del rendimiento de la reacción química, el entrecruzamiento podría terminar en diferentes niveles de entrecruzamiento molecular. Podría ser un 30….40, 60, 70, 80% de reticulación, mientras que el resto del porcentaje no está enlazado y no aporta ninguna propiedad mecánica a la masa siendo un material blando y viscoso mezclado con la parte reticulada.
Si quieres saber en qué se diferencian EVA y PVB te sugerimos visitar las siguientes páginas web: Estructuras Laminadas de Vidrio con EVA o PVB. Un análisis comparativo.
¿Son todos los EVA iguales?. ¿Dan todos los mismos resultados?. ¿El nivel de transmitancia óptica es el mismo independientemente de sus diferencias? ¿Existe alguna relación entre el % de turbiedad (transparencia lechosa) y las condiciones de laminación?
Para nada, no todos los EVA son iguales. Como acabamos de explicar, los EVA pueden tener diferentes contenidos de acetato en sus moléculas. Esta diferencia afecta a su reactividad y en consecuencia a sus propiedades mecánicas y ópticas finales.
Una vez laminado, dependiendo de cómo vaya el proceso, la reacción puede terminar con diferentes valores de reticulación. Así es posible, además de partir del mismo material, terminar el proceso con películas con diferentes transparencias ópticas, con diferentes valores de turbidez (transparencia blanca lechosa) y también diferentes propiedades mecánicas. El nivel de reticulación afecta tanto a la transparencia de la película como a sus propiedades mecánicas. Cuanto mayor sea la reticulación, mayor será la transparencia y mejor respuesta mecánica. Pero incluso en sus valores de reticulación más altos, algunos EVA no pueden alcanzar altos niveles de transparencia, mostrando una transparencia "lechosa". Este defecto se ha intentado convertir en una ventaja usándolos como dispositivos LCD (Liquid Crystal Displays).
Entonces, dado que las propiedades ópticas y mecánicas dependen de las condiciones de procesamiento, la posibilidad de terminar con la misma capa intermedia homogénea es un verdadero desafío. Dependiendo de los resultados de la transformación, es posible terminar de una capa intermedia transparente a lechosa (alta turbidez). El nivel de transparencia depende de la eficiencia del proceso de reticulación y de los valores finales de % de reticulación. Para tener un buen resultado óptico se debe hacer un buen trabajo partiendo de una buena materia prima.
¿Cómo es el proceso de laminación con EVA?. ¿Cómo podría afectar el proceso de laminación a la calidad del Smart Glass?
Como se ha explicado durante el proceso de laminación, el EVA se transforma en un material termoestable, al tiempo que se reticula. El proceso de reticulación es una transformación química que es activada y catalizada por un peróxido. Los peróxidos deben estar distribuidos homogéneamente en la masa de EVA y requieren ser activados normalmente a 130 -140ºC. Las condiciones de laminación son críticas para lograr un buen producto.
Pero sucede que los dispositivos orgánicos conmutables (ya sean electrocrómicos o de cristal líquido polarizados), no pueden sostener más de 120ºC por mucho tiempo sin sufrir degradación. Este requisito clave es un gran inconveniente para el uso de EVA en la laminación de Smart Glass.
Dado que es necesario elevar la temperatura a 130ºC para completar la reacción de reticulación del EVA, mientras que la temperatura de laminación no debe superar los 120ºC, el proceso de laminación debe mantenerse a 120ºC durante unas horas (mucho tiempo) para completarlo al 100%. De lo contrario, si la reacción no se completa por completo, parte del catalizador restante y no activado permanece en "estado latente" mezclado en la masa de EVA. Este catalizador permanece como contaminación dentro de la masa de polímero y puede activarse en cualquier momento (cuando se alcancen las condiciones) sin ningún control e iniciar algunas reacciones secundarias que terminan con la degradación de la capa intermedia. Normalmente, la degradación se puede observar en forma de delaminación, coloración amarillenta y pérdida de funcionalidad del dispositivo conmutable.
¿Cómo saber que la reacción se completó?. Podemos ayudarte con eso. Podemos explicar cómo va el proceso y cómo medir la eficiencia de sus reacciones. No dude en hacernos saber su interés al respecto.
Además, durante el proceso de reticulación, el EVA cambia su viscosidad de viscosidades muy bajas a viscosidades ligeramente más altas. Durante este proceso, y hasta alcanzar el nivel final de reticulación, debido a su baja viscosidad, la masa de EVA fluye desde los bordes del laminado alejándose de la estructura. Este fenómeno genera cambios de espesor en la superficie entre capas, perdiendo planaridad y consecuentemente generando diferentes tipos de distorsiones ópticas, como el dicroísmo de bordes. Vea las fotos a continuación.
¿Qué pasa con las propiedades mecánicas de los laminados EVA? ¿Cuáles son las diferencias en las propiedades mecánicas en comparación con los grados TPU NovoGlass® SF?
Las principales diferencias mecánicas entre EVA y TPU no dependen sólo de las características propias del material, en el caso del EVA dependen en gran medida también de la finalización de la reacción.
Comparando materiales, vemos claramente que el EVA “cocido” tiene un comportamiento mecánico como el que se representa en el gráfico (B) siguiente. Su elasticidad se ve de algún modo limitada tras ciertos esfuerzos del que pierde su capacidad de recuperación. En el caso de los TPU, su capacidad casi ilimitada de recuperación los convierte en materiales resistentes y muy útiles para aplicaciones muy exigentes como las requeridas en estructuras de vidrio resistentes a balísticas (BRG) aeroespaciales y. Sus propiedades flexibles y viscosas los convierten en los materiales ideales como encapsulantes de eGlass. .
En el caso del EVA, al depender sus propiedades mecánicas del proceso y condiciones de “cocción”, la homogeneidad mecánica de los laminados puede sufrir variabilidad dando resultados heterogéneos entre piezas y también en una misma pieza.
El TPU, al ser un material termoplástico especial, es un material sencillo que se puede procesar fácilmente bajo bajas presiones y temperaturas.
¿El EVA es sensible a la radiación solar?. ¿Cómo puede afectar la radiación solar a sus propiedades ópticas y mecánicas?. ¿Es esa la razón por la que los productos Smart Glass no se han utilizado en aplicaciones exteriores?
Durante los últimos 20 años este tipo de estructuras se han construido con EVA. Pero si miramos a nuestro alrededor veremos que este tipo de productos, además de su longevidad en el mercado de la Arquitectura, no se han popularizado en la Arquitectura y no se han extendido a otros mercados como el de los vehículos de transporte. Durante muchos años, el principal tipo de aplicación ha sido la construcción de paneles de vidrio-vidrio de color blanco brumoso para separar espacios y estancias en el interior de edificios como salas de reuniones, baños, dormitorios, etc. Sorprendentemente este tipo de estructuras inteligentes no se han Se ha utilizado para aplicaciones arquitectónicas exteriores. Sus usos no han podido trasladarse al exterior de los edificios. Sabiendo y dándose cuenta de eso, surgen las siguientes preguntas: ¿Por qué es eso?. ¿Por qué no podemos encontrarlos en el exterior?.
Podemos encontrar la razón si nos fijamos en la sensibilidad del EVA a la radiación solar.
El EVA debido a su composición molecular es sensible a la radiación UV del sol, por esta razón formulamos EVA con estabilizadores UV. Cuando el EVA se expone a la radiación solar, especialmente en verano y en cualquier momento en ciertas partes del mundo, el rango UV de la radiación solar puede "quemar las moléculas", provocando degradación y formando ácido acético (para obtener más información, haga clic en los enlaces: Acerca del EVA solar proceso de degradación, Identificación de la decoloración en etapa temprana en encapsulantes de EVA). Estas moléculas de ácido acético que provienen de la degradación del EVA pueden atacar todo tipo de dispositivos electrónicos y conexiones metálicas provocando severos daños e incluso destruyéndolos. Este proceso desemboca en una decoloración fuertemente amarillenta del EVA. Este es un problema bien conocido que les ocurre a todos los paneles solares entre 7 y 14 años después de su uso.
El TPU, por el contrario, debido a su composición molecular, no es tan sensible a la radiación solar y casi no se ve afectado por la radiación solar UV. Además, también protegemos el TPU con algunos estabilizadores UV especiales para reforzar su resistencia a la radiación solar.
¿Qué tan fácil es reciclar EVA?. ¿Podemos solicitar procedimientos de reciclaje con Smart Glass dañados o desactualizados?.
Desde el punto de vista del reciclaje, el EVA al ser termoestable, hace que los laminados no sean productos reciclables. Esto significa que si desea recuperar el vidrio o el dispositivo de conmutación de un problema de laminación, no podrá hacerlo. La única forma de recuperar el vidrio es quemar toda la estructura para degradar todas las partes orgánicas, es decir, el EVA y el dispositivo eléctrico conmutable.
- Una situación completamente diferente la que tendrás si utilizas TPU en lugar de EVA como capa intermedia. En ese caso, al ser el TPU un material termoplástico, tienes la posibilidad de desmontar las piezas con temperatura sin necesidad de quemarlo.
- ¿Por qué la capa intermedia de TPU NovoGlass® SF es la capa intermedia más conveniente para laminar gafas de control de luz?
- Como se ha revelado respondiendo a las preguntas anteriores, las intercapas de TPU son las que mejores resultados arrojan en términos de:
- Son extremadamente transparentes con valores de turbidez inferiores al 0,5% y sin aspecto lechoso o amarillento.
- Son flexibles y suaves para envolver los dispositivos gracias a sus composiciones elásticas y viscosas.
- Es por diferencia la capa intermedia de procesamiento más fácil, permitiendo la integración de todas las piezas en condiciones de procesamiento suaves. Sus especiales propiedades termoplásticas facilitan el encapsulado de los dispositivos conmutables sin dañarlos. ¡No se necesita ningún proceso de reticulación!
- Proporcionan las mejores propiedades de resistencia mecánica y robustez a la estructura en un amplio rango de temperaturas de operación entre - 30ºC a 80ºC
- No cambian con el tiempo ni se degradan por la radiación UV, lo que proporciona durabilidad debido a su composición molecular y estabilidad a la radiación solar. Son excelentes materiales para ser utilizados en aplicaciones exteriores.
- Su uso garantiza la reciclabilidad de los laminados Smart Glass
Si necesita más información, no dude en hacérnoslo saber y nos pondremos en contacto con usted. .