CN101980863A - 耐火窗玻璃 - Google Patents
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Abstract
在施加于耐火层压窗玻璃的暴露边缘的密封剂中添加纳米微粒氧化硅提供了改进的密封体。优选氧化硅以Ormosil分散于可聚合的有机介质中存在。要求保护的还有施加这样的介质于窗玻璃边缘的方法和原位聚合的方法。该密封体能用于替代已知的金属带。透明密封的使用提供了具有改善外观的密封体。
Description
本发明涉及耐火层压窗玻璃，涉及密封这些窗玻璃边缘的方法以及涉及在本发明方法中有用的新组合物。
众所周知，耐火层压窗玻璃包含至少一个膨胀(intumescent)材料的中间层和至少两个玻璃板。这类窗玻璃的一种普通类型包含膨胀中间层，该膨胀中间层通过干燥碱金属硅酸盐溶液的水溶液获得。Pilkington Group Limited以其商标PYROSTOP和PYRODUR销售这种类型的窗玻璃。当这些叠层遇火时，中间层膨胀并扩展形成泡沫。泡沫提供绝热层，该绝热层充当红外辐射的屏障并且还帮助保持窗玻璃的完整性，从而限制火的蔓延。这些窗玻璃能满足大多数应用楼宇规范的要求并广泛用于建筑物和楼宇。
中间层对外部影响非常敏感。特别地，它们吸湿，也就是说，它们对水分或水蒸汽具有吸收作用并与其反应。与二氧化碳也发生反应。暴露于大气引起中间层分解。其变成乳白色，并且在中间层表面没有被玻璃板之一覆盖并且因而暴露于大气的位置处可能从玻璃的边缘脱落。乳白色的褪色未必显著损害其耐火性能，但对于否则是透明的耐火玻璃而言，出于视觉和美学的原因是不可接受的。中间层暴露边缘的水分蒸发一段延长的时间之后将损坏窗玻璃的耐火性能。
为了保护中间层免于外部的影响并减小水分的蒸发，包含铝箔的边缘保护带可以用于覆盖耐火窗玻璃端面，也就是说，覆盖在单独玻璃板的切割面上以及中间层的自由表面上。边缘保护带突出玻璃板端面以上一点并且延伸到耐火窗玻璃的内和/或外前面。尽管具有相对小的厚度，铝箔严防气体及水的扩散，也就是说，其特别能防止气氛中的湿气和二氧化碳与中间层的自由表面的接触。
当将耐火窗玻璃设计成整个面积都透明的无框窗玻璃时，例如作为无框耐火玻璃门(全玻璃耐火玻璃门)，则延伸到玻璃板的主表面的边缘保护带的条特别干扰视觉。词语“无框窗玻璃”也包括那些并不是所有的边缘，而仅仅是边缘的一部分没有安装围绕边缘的框架的安装情形。对于迄今为止典型存在的安装情形，即在围绕有U形或长方形钢或铝或木边缘轮廓的耐火窗玻璃的安装，所述的边缘保护带的边条不是干扰性的，因为它们被前述提到的轮廓覆盖。
这些边缘带是昂贵的并且必须用手工施加，这是高劳动强度以及昂贵的工序。如果没有将它们仔细地施加，它们将在一段时间后脱落。将它们正常地施加以便覆盖窗玻璃的边缘，而这将损害窗玻璃的外观，特别是当将其用于所谓的无框窗玻璃时。
因而，需求一种密封这些耐火窗玻璃边缘的方法，该方法比施加这些铝带便宜；该方法比这些带容易施加，并且该方法优选不损害窗玻璃的美学外观。
WO 2006/133896公开了用包含硅烷/环氧化物粘结剂的密封剂密封耐火窗玻璃的边缘。这些粘结剂用双筒施加，混合的密封剂能从该双筒中射出并施加于玻璃的边缘。这些密封剂仅仅施加于窗玻璃的边缘并且由于不需要使用铝箔，窗玻璃具有改善的外观。然而这些是用双筒系统施加的混合密封剂，并且该密封剂可能不是视觉透明的。
现在我们已经发现将包含纳米微粒氧化硅的载体施加于这些窗玻璃能够提供一种密封体，在一个优选的实施方案中该密封体是视觉透明的并且其提供有效的密封或其能够用比此前的情况更便宜的边缘带提供有效的密封。纳米微粒氧化硅的这些液体分散液能够容易地和经济地施加于玻璃的边缘并且所得的密封体不损害窗玻璃的外观。
根据本发明的第一方面，提供耐火层压窗玻璃，该玻璃包含至少两个玻璃板、至少一个膨胀耐火中间层和密封剂层，该密封剂层延伸围绕该一个或多个中间层的全部或基本全部的暴露边缘，其特征在于，密封剂包含纳米微粒氧化硅。
根据本发明的第二方面，提供密封耐火窗玻璃边缘的方法，其包含至少两个玻璃板和至少一个膨胀中间层，该膨胀中间层包含碱金属硅酸盐，该方法包括施加包含纳米微粒氧化硅的密封剂于该一个或多个中间层和这些玻璃板的暴露边缘。
以使中间层的自由表面和至少玻璃板的相邻边缘得到完全覆盖的方式将密封剂直接或间接施加于中间层的暴露边缘。当窗玻璃包含多于一个中间层时，密封剂优选覆盖玻璃板和中间层的全部暴露边缘。在施加该密封剂之前，可以向这些表面施加底层或其它合适的中间层。
密封剂优选包含纳米微粒氧化硅颗粒，所述颗粒分散于能够成膜的液体介质中，该膜无孔隙并充当气体和液体通道的屏障。包含纳米微粒氧化硅的膜应当延伸遍及中间层的暴露边缘以及玻璃板的暴露边缘的至少一部分，并且因而构成围绕窗玻璃周边延伸的连续密封体。
密封剂还可以采用粘结带的形式，该粘结带具有分散于粘结层的纳米微粒氧化硅颗粒。该粘结带可以由包括较少丙烯酸类的不同材料形成。包含纳米颗粒的密封体的改善性能意味着可能不必用已知的铝带来获得令人满意的密封体。纳米微粒氧化硅可以施加于该已知的金属带，但这并不优选，因为其增加了可接受产品的成本。
可以通过干燥溶液或分散液或通过使过量液体蒸发来形成膜。在优选的实施方案中，将纳米微粒氧化硅分散于可聚合的液体介质中，该液体介质包含至少一种可以固化形成聚合物膜的单体或低聚物。分散液可以施加于窗玻璃的边缘并且随后立即固化。优选地，固化反应是通过施加例如紫外辐照、电子(E)束辐照或加热引发的反应，在分散液施加到窗玻璃边缘后可以立即将所述辐照指向分散液。
在优选的实施方案中，在控制聚合反应的氧抑制的条件下进行固化。在除氧剂存在的条件下进行固化的方法形成了本发明的优选方面。用紫外辐照引发并且在惰性气氛下进行固化的方法也是有用的，但可能在生产环境下不太实际。
纳米微粒硅酸盐优选是有机改性氧化硅。有机改性氧化硅称为Ormosils，并且是用有机化合物以将硅烷醇基转变为Si-O-C基的方式进行处理而改性的氧化硅纳米颗粒。改性的氧化硅颗粒在有机介质中更加可溶和/或更加分散。与未改性的氧化硅颗粒相比，它们显示了较少的团聚倾向。不受缚于任何理论，申请人认为包含纳米微粒氧化硅的密封剂且特别是包含有机改性氧化硅的那些密封剂能够提供优异的密封，因为它们能与任何碱性物质反应并且特别是与扩散出膨胀耐火中间层的任何硅酸盐物质反应。
氧化硅颗粒可以用不同的有机化合物例如环氧化物、有机硅、丙烯酸酯、聚氨酯、异氰酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和醇处理以便生产Ormosil。能用于生产Ormosil的有机化合物的例子包括甘油、乙二醇、丙二醇、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯和丙烯酸异冰片酯。Ormosil是可商购的物品并且任何那些可商购的材料在本发明中都是潜在有用的。这些Ormosils能够直接施加于窗玻璃的边缘，但所得的密封体趋于收缩和开裂并且直接施加Ormosil的方法代表本发明的较不优选方面。更优选的方面是将Ormosil引入能施加于窗玻璃边缘的液体载体。液体载体可以包含添加剂以控制和稳定化存储、操作、施加以及制剂的随后固化以形成膜。
用于本发明的氧化硅颗粒优选具有10-100nm的平均颗粒尺寸。具有尺寸大于80nm的颗粒可能形成透明度较差的膜，其在极端情况可能是不透明的。因为这个原因，当需要透明密封体时，氧化硅颗粒优选具有20-70nm的平均颗粒尺寸并且可以典型地具有约50nm的平均颗粒尺寸。
Ormosil优选分散或溶解在有机介质中。所得到的溶液或分散液优选含有1-75重量％的氧化硅，更优选10-60重量％的氧化硅并且最优选10-50重量％的氧化硅。选择Ormosil以及将其分散于其中的介质以便能得到含有所需数量氧化硅的稳定溶液或分散液。
有机介质优选为成膜的有机介质。Ormosil优选溶解或分散于可聚合的有机介质中。用于本发明的优选介质包括环氧化物、有机硅、聚氨酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯以及它们的共聚物。包含多于一种组分的掺混物的成膜介质在本发明中也是有用的。
溶液或分散液的粘度可以通过选择成膜介质来调节或通过调节成膜介质的组成来调节。溶液或分散液的优选粘度根据多个参数变化，这些参数包括施加方法、溶液或分散液所施加的表面的粗糙度和要生产的密封体的厚度。
将溶液或分散液施加于玻璃边缘，并且过量地施加可导致溶液流下窗玻璃的主表面，这对大多数应用在美学上都是不可接受的。玻璃的边缘可以是平的、倒圆的或有倒角的。中间层的边缘可以位于玻璃片的下方，从而在两个玻璃片的面之间限定通道。玻璃表面并且特别是玻璃边缘表面可以包含微观裂纹和其它缺陷。溶液或分散液将填充这些裂纹并且可以填充玻璃板的面之间的任何通道。生产的膜应是粘性的(coherent)并且连续以及应当覆盖中间层的表面和每个玻璃板的边缘的至少一部分。
所生产的膜厚度与所施加的溶液的量成比例。通过重复施加溶液或通过用本领域已知并与所选有机溶剂相容的常规增稠剂对溶液进行流变改性可以生产较厚的膜。通常在中间层的暴露表面上方的密封剂厚度小于3mm并且更通常小于2mm。
持续施加溶液或分散液直至已在玻璃的边缘上形成所需厚度的膜。膜的厚度就是延伸于中间层的表面上方的粘性膜的厚度。所需的厚度可以典型地在20μm-2mm的宽范围之间变化。
在施加膜之前，在玻璃板的边缘表面可以施加粘接促进剂例如硅烷底漆，以便改善固化膜和玻璃之间的粘接或者替代地添加到涂覆溶液中以改善粘接性能。
图1、2和3是三个典型层压窗玻璃边缘的横断面视图。这些图没有按比例绘制。叠层包含两个玻璃板1和2以及耐火中间层3。密封体4覆盖中间层的暴露边缘并且延伸跨过玻璃板1和2的暴露边缘。
图1中，玻璃板1和2具有倒圆的边缘。中间层3位于板1和2之间。中间层3的上边缘位于玻璃板1和2的上边缘下方。密封体4覆盖中间层3的上边缘并延伸跨过板1和2的上边缘的一部分。
图2中，玻璃板1和2具有带倒角的基本平坦的上边缘。中间层3位于板1和2之间。中间层3的上边缘基本上与板1和2的上边缘平齐。密封体4覆盖中间层3的上边缘并延伸跨过板1和2的上边缘的一部分。
图3中，玻璃板1和2具有倒圆的边缘。中间层3位于板1和2之间。中间层3的上边缘位于板1和2的上边缘的下方。密封体4填充板1和2的边缘与中间层3之间形成的通道，且密封体4的上边缘延伸于板1和2的上边缘的上方。
密封体4可以通过在竖直的或基本竖直的位置支撑叠层并且根据本发明向窗玻璃的上边缘施加溶液或分散液而形成。生产的密封体的厚度与所施加的溶液量成比例并且尺寸和形状受制于溶液的表面张力。施加的溶液量应当被正常地控制以免过量的溶液溢流于窗玻璃的上边缘并且污染板1或2的主表面。
所生产的密封体的品质可以通过在样品上方加速时效或风化试验来测试。在提高的温度下存储和/或在接近100％湿度下存储导致样品的劣化，除非在边缘处的密封体的品质足够好。本发明的密封体的品质已通过在环境温度下将窗玻璃浸在水中两星期的时间所证实。在该浸渍试验后密封体或中间层都没有可见的变化。通过对比的方式，应注意到在边缘没有被密封的窗玻璃中的中间层在水中浸渍几个小时后溶解了几个厘米的深度。
在无框窗玻璃和门中，密封体是可见的并且应长时间保持其外观。通过暴露于提高的温度下的气氛来测试本发明的密封体的外观。其外观在70℃下在96小时后没有改变。
具有水玻璃基中间层的耐火层压窗玻璃的生产已经在多个专利中描述，包括英国专利GB 1518598和GB 2199535，美国专利USP 4451312，USP 4626301和USP 5766770。USP 4626301和USP 5766770进一步公开了在水玻璃溶液中掺入多元有机化合物。
用于本发明的中间层生产的优选碱金属硅酸盐水玻璃是钠或钾的硅酸盐水玻璃。本领域所周知的有用的任何硅酸钠水玻璃可以用于本发明。钠的硅酸盐可以是SiO2∶Na2O的重量比为至少1.6∶1并且优选为2.0∶1-6.0∶1，更通常为2.0∶-4.0∶1的那些。这些优选的硅酸盐可以是SiO2∶M2O的重量比为2.5-4.0那些硅酸盐。具有SiO2∶Na2O的重量比为2∶1-4∶1的硅酸钠水玻璃溶液是可商购的制品。特别是其中这一比率为2.0∶1、2.5∶1、2.85∶1、3.0∶1和3.3∶1的溶液是可以商购的制品。SiO2∶Na2O的重量比介于这些值之间的溶液可以通过掺混这些可商购的材料生产。
硅酸钾和硅酸锂水玻璃溶液也可以用于生产本发明的中间层。通常，它们可用作硅酸钠水玻璃的部分替代并且钠离子与钾和/或锂离子的总量的摩尔比至少为2∶1。当用硅酸钾水玻璃时，优选SiO2∶K2O的摩尔比为1.4∶1-2.5∶1的硅酸钾水玻璃。
在优选的实施方案中，碱金属硅酸盐水玻璃溶液包含硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃的混合物。更优选地，该溶液包含混合物，其中钠离子与钾离子的摩尔比至少3∶1并且(are)最优选至少4∶1。
生产本发明的中间层所用的水玻璃溶液将优选包含相对高比例的固体材料。溶液必须为透明稳定的水溶液，能干燥该水溶液以形成透明的中间层。可以使用更加稀释的溶液但是另外的水增加了必须在干燥步骤去除的水的量。优选的溶液包含30-45重量％固体材料。包含35-40重量％固体材料的水玻璃溶液是可以商购的并且因此是优选的。
用于生产本发明的中间层的溶液可以进一步包含一种或多种本领域所周知的用作辅料的多元有机化合物。已经提议使用的多元化合物包括甘油、甘油衍生物或单糖及多糖，特别是蔗糖。
本发明中最常用的多元化合物并且最优选使用的化合物是甘油。
用于生产本发明的耐火中间层的水玻璃溶液优选包含6-10重量％(以重量计)的多元有机化合物和30-70重量％的水。
干燥的中间层的厚度通常为0.5-2.0mm。具有较厚的中间层的叠层可以通过如下方式制得：将两个具有较薄中间层例如0.5-1.0mm厚的玻璃片进行面对面接触以便形成具有1.0-2.0mm厚的中间层。
根据本发明，包含膨胀中间层的耐火叠层将通常包含1.0-3.0mm厚的中间层。在这些叠层中所用的玻璃片典型地将为钠钙浮法玻璃片。
溶液干燥于其上的玻璃片的厚度可以典型为2.0mm-4.0mm不等。围绕玻璃片的边缘可以提供由材料例如粘土形成的边缘屏障，以便使溶液保持在玻璃上。玻璃最普通地为钠钙浮法玻璃。也可以使用钢化并退火的浮法玻璃。还可以使用一个或两个表面上具有功能涂层的玻璃板。涂覆的表面可以在叠层的内侧或外侧上。众所周知的吸收紫外辐照的涂层可能特别有利。其它可以使用的涂覆玻璃板包括太阳能控制玻璃和自清洁光活性玻璃。
耐火叠层可以通过将第二玻璃片放在中间层的上部并且层压所生产的结构来形成。装配该第二片以便使中间层相互接触导致了具有较厚中间层的叠层。装配该第二玻璃片以便其玻璃表面接触第一片上的中间层并且接下来将第三玻璃板放在第二玻璃片上的中间层的上部，从而得到了具有在三个玻璃板中装配有两个中间层的叠层。
通过下述实施例阐述本发明。
将包含硅酸盐基中间层的商购耐火玻璃支撑于竖直位置，使得边缘区域可自由触及。将具有下述组成之一的液体密封剂施加于耐火窗玻璃的面向上的边缘，该耐火窗玻璃已预先用异丙醇或其它适合的溶剂清洗。通过组合使用适合的散布装置和刮刀，将均匀的液体密封剂涂层施加于耐火玻璃的面向上的边缘。用紫外辐照固化液体密封剂使得在耐火玻璃的边缘上形成高透明和无色的层。
即使在70℃下96小时后，没有观察到密封剂的黄化和发混。根据本发明所用的密封剂能够特别保护耐火玻璃中的含水玻璃的耐火材料免于与周围中的水直接接触。
实施例1
涉及所用的组分
(1)含有50％SiO2的二丙二醇二丙烯酸酯(Clariant)
(2)甲基丙烯酸聚乙二醇酯，Mn～375(Sigma-Aldrich)
(3)脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(Rahn)
(4)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Ciba Specialty Chemicals)
实施例2
涉及所用的组分
(1)含有30％SiO2的三丙二醇二丙烯酸酯(Clariant)
(2)甲基丙烯酸聚乙二醇酯，Mn～375(Sigma-Aldrich)
(3)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Ciba Specialty Chemicals)
实施例3
涉及所用的组分
(1)含有50％SiO2的1，6-己二醇二丙烯酸酯(Clariant)
(2)甲基丙烯酸聚乙二醇酯，Mn～375(Sigma-Aldrich)
(3)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Ciba Specialty Chemicals)
实施例4
涉及所用的组分
(1)含有30％SiO2的丙烯酸异冰片酯(Clariant)
(2)双季戊四醇六丙烯酸酯(Rahn)
(3)脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(Rahn)
(4)苯甲酰甲酸甲酯(Rahn)
实施例5
所用组分的化学说明
(4)含30％SiO2的丙烯酸异冰片酯(Clariant)
(5)聚二季戊四醇六丙烯酸酯(Rahn)
(6)脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(Rahn)
(7)苯甲酰甲酸甲酯(Rahn)
(8)对羟基苯甲醚(Sigma-Aldrich)
(9)四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(Sigma-Aldrich)
Claims (22)
1.耐火层压窗玻璃，其包含至少两个玻璃板、至少一个膨胀耐火中间层，该中间层具有覆盖该一个或多个中间层的暴露边缘的密封体，其特征在于，密封剂包含纳米微粒氧化硅。
2.根据权利要求1所述的窗玻璃，其特征在于将纳米微粒氧化硅分散于成膜介质中。
3.根据权利要求1所述的窗玻璃，其特征在于密封剂包含粘结带，该粘结带具有分散于粘结层的纳米微粒氧化硅。
4.根据权利要求2所述的窗玻璃，其特征在于成膜介质是可聚合的液体介质。
5.根据权利要求4所述的窗玻璃，其特征在于成膜介质包含聚合引发剂。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的窗玻璃，其特征在于成膜介质包含可光聚合单体或低聚物和光引发剂。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的窗玻璃，其特征在于成膜介质是选自环氧树脂、聚氨脂、有机硅、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及它们的共聚物的介质。
8.根据权利要求3-7中任意一项所述的窗玻璃，其特征在于成膜介质包含除氧剂。
9.根据前述任意一项权利要求所述的窗玻璃，其特征在于纳米微粒氧化硅是有机改性纳米微粒氧化硅。
10.根据前述任意一项权利要求所述的窗玻璃，其特征在于密封体包含1-75重量％的氧化硅。
11.根据权利要求10所述的窗玻璃，其特征在于密封体包含10-50重量％的氧化硅。
12.根据前述任意一项权利要求所述的窗玻璃，其特征在于在中间层上的暴露表面上方的密封体厚度小于3mm。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的窗玻璃，其特征在于在70℃的温度下暴露于大气中96小时后密封剂的外观没有显著变化。
14.密封耐火窗玻璃边缘的方法，该耐火窗玻璃包含至少两个玻璃板和至少一个膨胀中间层，该方法包括将包含纳米微粒氧化硅的密封剂施加于中间层的暴露边缘。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于将纳米微粒氧化硅在成膜介质中的分散液施加于中间层的暴露边缘。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于成膜介质是可聚合的介质。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于可聚合介质是可光聚合介质。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于密封剂包含光聚合引发剂。
19.根据权利要求14-18中任意一项所述的方法，其特征在于密封剂包含除氧剂。
20.根据权利要求14-19中任意一项所述的方法，其特征在于将分散液的膜施加于中间层的暴露边缘并且用紫外辐照聚合该膜。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于聚合在惰性气氛中进行。
22.根据权利要求14-21中任意一项所述的方法，其特征在于通过重复施加密封剂获得所需密封体的厚度。
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