CN102438827A - 层叠窗玻璃 - Google Patents

Abstract

一种耐火层叠窗玻璃，包括至少两个窗玻璃板和至少一个在窗玻璃板之间的透明的膨胀中间层，所述窗玻璃板由至少部分地沿着其周边延伸的隔离物分开，以限定出用来包含所述中间层的空腔，其中隔离物包含将窗玻璃板之间的间隔控制为预定距离的垫板，和至少部分地密闭垫板的橡胶部分，其中中间层包含碱金属硅酸盐。

Description

层叠窗玻璃

本发明涉及耐火层叠窗玻璃，其包括至少两个窗玻璃板和至少一个在窗玻璃板之间的中间层。本发明还涉及用于生产这种耐火层叠窗玻璃的方法。

制造现场浇铸(CIP)的层叠窗玻璃的特征在于将至少两个玻璃片组装在一起以在玻璃片中间形成具有空腔的密封室(cell)。之后对空腔填充液态树脂，其可能包含含水的碱金属硅酸盐溶液。碱金属硅酸盐溶液随后通过加热、紫外线或化学反应进行固化以形成中间层。

用于生产这种玻璃室的隔离物材料可以是几种不同形式，包括具有粘合剂表面的预成型实心或发泡带、预挤出的自粘合剂材料(例如丙烯酸的或丁基橡胶的密封带)或热塑性隔离物(TPS)，在较高温度下直接挤压到玻璃基材上的液态聚合物。TPS可使用丁基橡胶聚合物与聚异丁烯、炭黑及其它添加剂的组合。

在现代商业化的耐火现场浇铸窗玻璃的应用中，标准制造工艺使用预制带用于制造有机树脂中间层叠层，该预制带在表面上通常具有例如丙烯酸粘合剂，并使用用于包含中间层叠层的含水碱溶液金属硅酸盐的TPS技术。

当使用TPS系统的替代物和含水的碱金属硅酸盐溶液时，在高温烘箱固化之后通常沿着中间层-狭带(tape)界面和玻璃-狭带界面形成气泡。这导致光学缺陷的形成并且意味着常规的隔离物材料在本应用中是不适合的。该边缘气泡问题的起因可能是在狭带或粘合剂材料中捕获的空气或低分子量有机气体。泄漏也是有可能的。

当层叠钢化玻璃时，该问题进一步扩大化，因为钢化玻璃通常具有比普通的浮法玻璃更大的表面变形。这些变形可能在玻璃中导致粘合剂的接触不良，引起产生空气捕获，因此在加热固化后使边缘气泡问题扩大化。

利用TPS技术能使相对不平的钢化玻璃得到使用并且可使固化后的边缘气泡最小化。这是因为TPS被热施加到一个玻璃基材并且使第二玻璃压在TPS上，而TPS材料仍然是热的和粘的，产生良好的密封。在一起组装玻璃中正确地控制施加的压力大小以保证在玻璃之间保持一致的间距。而且，因为TPS材料已在高温下(即130-160℃)挤出，所以几乎没有捕获的空气，这是因为空气在此高温下在液体TPS组合物中的溶解度低。在此工艺中，低分子量挥发性气体也被除去。然而，即使使用TPS技术，在烘箱固化之后仍可直接观察到少量气泡。此外，TPS技术需要在庞大设备方面的昂贵投资，这些在许多应用中是不适合的。

本发明的目标是减少与现有技术相关的问题，避免对TPS技术的需求，以及提供减少或消除边缘气泡问题的层叠窗玻璃。

因此，在第一方面，本发明提供一种耐火层叠窗玻璃，其包含至少两个窗玻璃板和至少一个在窗玻璃板之间的中间层，所述窗玻璃板由至少部分地沿着其周边延伸的隔离物分开，以限定出包含所述中间层的空腔，其中隔离物包含用于控制窗玻璃板之间的间隔为预定距离的垫片，和至少部分地密闭垫片的橡胶部分，其中中间层包含碱金属硅酸盐。

优选地，隔离物的橡胶部分包括丁基橡胶和/或聚异丁烯。

隔离物的橡胶部分还可能包含其它组分，包括干燥剂(其是有益的，因为干燥剂可进一步减少水分移动通过或环绕密封体)，填料(例如炭黑，氢氧化镁或氧化硅)，表面活性剂(例如工艺助剂)或其它添加剂。

优选地，垫片包含金属、塑料或一些其它的材料，其在本发明所针对的应用中通常是抗压缩的。通常，在隔离物中垫片的横截面可以是任何合适的形状。然而，横截面优选是环形的或椭圆形的，通常是正方形或矩形的，或作为替代，垫片可以是波纹形的。波纹形的垫片优选地在隔离物中取向，使得波纹减少垫片的压缩而且保持侧向柔性使得并入垫片的隔离物可以相对容易地围绕窗玻璃板的边缘弯曲。

优选地，中间层包含可固化的树脂。

通过并入垫片的隔离物在窗玻璃板之间所提供的预定距离优选是1mm(例如1.0mm)至20mm。通常在结合进入层叠窗玻璃之前隔离物的宽度(即高度)将大于预定距离，这是因为当向夹入的窗玻璃片上施加压力时，隔离物的外部部分即橡胶被牢牢地压向窗玻璃片的表面上(随后变形)。橡胶的这种压缩是有益的，这是因为其在隔离物和窗玻璃片的表面之间提供了较好的密封。

优选每个窗玻璃板都包括玻璃板(最优选钠钙玻璃)。通常任何玻璃都是合适的，包括层叠的(例如具有PVB中间层的)或钢化的玻璃。

当玻璃板是钢化玻璃板时，本发明是特别有利的，这是因为钢化玻璃板通常在表面上具有变形。起先，这促进了边缘气泡问题，尤其当预形成的狭带(例如在表面上具有丙烯酸粘合剂的胶带)用作隔离物时。本发明令人惊奇的优点是，通过在隔离物中并入垫片，即使用在钢化玻璃板上时，也减少或消除俘获空气或渗漏以及随后的边缘气泡问题。

如果层叠窗玻璃进一步包含施加于窗玻璃周边(即隔离物外面)的第二密封体时，这是有益的。第二密封体的材料优选包括聚硫化物、聚氨酯或有机硅。

通常在层叠窗玻璃中的窗玻璃板和中间层的数量由窗玻璃的预期特定应用来确定的。在本发明的一个实施方案中，可以有两个窗玻璃板和位于它们之间的单一中间层。在其它的实施方案中，可以有三个窗玻璃板和两个中间层，或四个窗玻璃板和三个中间层，每个中间层都是位于两个窗玻璃板之间。可使用更多数量的窗玻璃板(例如5，6，7或更多)和中间层(例如分别为4，5，6或更多)。

优选地，隔离物的橡胶部分接合于每个窗玻璃板。如果橡胶是丁基橡胶，这可以通过稍微提高丁基橡胶的温度从而增进粘性和通过使每个窗玻璃板压紧到隔离物的粘性橡胶上方便地实现。

为了进一步减小边缘气泡问题，如果已经将隔离物预处理以减少橡胶部分中的气体量，则是优选的。优选地，隔离物的橡胶部分基本是无气体的。更优选所述橡胶部分是完全无气体的。优选橡胶部分中的气体量使得没有气泡出现在中间层-隔离物界面和玻璃-隔离物界面处。预处理可包括在并入层叠窗玻璃之前加热隔离物至预定温度持续预定时间。可选地，可在减压下进行加热。

预定温度可以是至少60℃，优选至少65℃，更优选至少70℃，更优选至少75℃，更优选80℃至200℃，更优选90℃至175℃，更优选100℃至150℃，更优选100℃至130℃，更优选100℃至120℃，更优选100℃至115℃，最优选100℃至110℃。优选温度不大于200℃以避免橡胶部分变得非常软和损失形状。

优选的预定时间在一定程度上取决于进行加热时的预定温度和压力。预定时间可以是至少1小时，优选至少2小时，更优选至少3小时，更优选至少4小时，更优选至少6小时，更优选至少8小时，最优选至少14小时。

减压(如果使用)优选是100mbar或更低，更优选50mbar或更低，更优选20mbar或更低，更优选10mbar或更低，最优选5mbar或更低。

通常，如果预定温度是至少100℃，则随后可在大气压下进行加热。如果预定温度较低和/或预定时间短，在减压下加热是有益的。

在并入层叠窗玻璃之前，预处理可包括：

在最多10mbar，优选最多5mbar的减压下，加热隔离物到至少65℃持续至少8小时，或

在最多10mbar，优选最多5mbar的减压下加热隔离物到至少70℃持续至少7小时，或

在最多10mbar，优选最多5mbar的减压下加热隔离物到至少75℃持续至少6小时，优选至少7小时，或

在最多5mbar的减压下加热隔离物到至少90℃持续至少5小时，优选至少6小时，或

在最多10mbar的减压，优选最多5mbar的减压下加热隔离物到至少95℃持续至少4小时，或

在最多5mbar的减压下加热隔离物到至少100℃持续至少2小时，优选至少3小时，更优选至少4小时，或

加热隔离物到至少100℃持续至少6小时。

在第二方面，本发明提供了一种生产耐火层叠窗玻璃的方法，该方法包括：a)提供至少两个窗玻璃板，b)用至少部分地围绕窗玻璃板周边延伸的隔离物分开两个窗玻璃板以限定出容纳中间层的空腔，c)用流体前体填充空腔，d)固化流体前体以形成透明的膨胀中间层，其中隔离物包含用于控制所述板的间隔为预定距离的垫片，和至少部分地密闭垫片的橡胶部分，以及其中中间层包含碱金属硅酸盐。

优选地，该方法进一步包括在步骤b)之前预处理隔离物，如关于第一方面所述。预处理可包括加热隔离物到至少100℃持续预定时间和/或在减压下加热隔离物到至少60℃持续预定时间。

可手动地或自动地通过机器人或其它机械装置将隔离物施加至少一个窗玻璃板。

在本发明的优选方案中，通过如下方式浇铸中间层：使用流体前体(其通常是分散体或溶液)通过隔离物中的孔来填充空腔，以及随后固化流体前体，从而形成中间层。可通过加热流体前体，或者通过紫外线照射固化流体前体。如果通过以此方式进行流体填充来形成中间层，则优选在隔离物中制造第二孔以允许空气在以流体前体填充空腔的过程中逸出。

如本申请所述，耐火层叠窗玻璃可用于许多玻璃使用的领域中。尤其是，耐火层叠窗玻璃可用于建筑物(包括外部或内部窗户的部件)或作为多层窗玻璃单元的部件。

将理解，可适用于本发明的一个方面的任选特征可以以任何组合和任何数量来使用。而且，它们还可以与本发明的任何其他方面以任何结合和任何数量一起使用。这包括但不限于在本申请的权利要求中从属于任何其它权利要求的从属权利要求。例如，采用合适的改进，根据本发明的第一方面的方法的方面也可用于本发明的第二方面。

现根据附图说明在本发明的实施方案，其中：

图1说明了合适隔离物的实施例，其显示出可用于本发明中的不同类型的垫片。

图2说明了层叠窗玻璃的组装，其使用具有垫片的隔离物作为耐火窗玻璃的现场层叠。

图3说明了未经处理的隔离物的表面光学图像；和

图4展示了已在90℃、10mbar下加热18小时的隔离物的表面光学图像。

图1展示了一些根据本发明的隔离物。隔离物A是具有丁基橡胶芯部，丁基橡胶外部的EPDM(三元乙丙橡胶)绳线。隔离物B是具有波纹状铝或塑料垫片的挤出丁基橡胶条带。隔离物C是具有金属或塑料垫片的挤出丁基橡胶/厚度调节隔离物。

图2说明了层叠窗玻璃的组装，其中将隔离物施加于第一玻璃板1，而第二板2位于顶上。距离边缘3mm施加所述隔离物使用以允许第二密封。

制成隔离物的材料优选是足够软的以允许在两个玻璃表面上的良好接触性能，同时因组装玻璃室的生产过程也能够产生均匀的空腔。可再现的和均匀厚度的空腔的制造是通过在隔离物材料中具有固体厚度调节芯部(垫片)实现的。隔离物材料的总厚度应大于期望的最终厚度以允许钢化玻璃的不平整，因为这在组装工艺中将被压缩至所需的最终厚度。

隔离物材料至玻璃的粘合性应为高的，以保证溶液在固化前不会从室中泄漏，以及不会在装配后泄漏进入室中。这通过使用对玻璃具有高粘合性且具有很好潮湿阻挡性能的(丁基)橡胶密封剂来实现。同时还希望使用第二密封剂(如聚硫化物或聚氨酯)为密封单元提供更好的结构稳定性。

隔离物包含橡胶(优选丁基橡胶)基外部和固体中心芯部或垫片，其在制造该单元时限制隔离物压缩以保证玻璃隔开固定的距离。该距离优选是1mm至20mm，取决于增强芯部(即垫片)的厚度。更优选其是2mm至8mm，更优选是3mm至6mm。固体芯部或垫片可由金属或塑料材料制成。

在制造玻璃室之前，可使隔离物经受加热和减压预处理的组合，以除去空气和挥发性气体。

精确制备条件将会根据要使用的边缘隔离物狭带的组成、厚度和体积来确定。因而，这允许特别制备的隔离物用于包含碱金属硅酸盐中间层的耐火窗玻璃的应用中。在热固化过程之后，在中间层-隔离物和玻璃-隔离物界面处没有或几乎没有气泡。

可手动地或自动地将完全脱气的增强隔离物施加于玻璃，然后可使用商业技术手动地或自动地组装玻璃室。第二级密封剂可施加于室的外围以增加机械稳定性，这可选自那些市售材料，例如聚硫化物，聚氨酯和有机硅。

在玻璃室的组装之后，在单元的一个角落中制出孔洞，并且插入喷嘴以对其填充碱金属硅酸盐溶液。在单元相对端制出放气孔洞以允许空气在填充过程中逸出。使用专用设备将制备的溶液分配进入单元中，并且在填充完成之后最终密封单元以保证没有溶液渗漏。将填充的玻璃单元随后放入热固化炉中并经受合适的固化周期以将液体溶液转换成固体中间层。

使用这些生产技术可以最高至3.5m×2.5m的尺寸生产阻燃窗玻璃，其具有良好的光学性质，而没有缺陷或边缘气泡。

通过以下实施例进一步阐述本发明。

实施例1

使用两个300mm×150mm的退火玻璃板和包含挤出丁基橡胶条带的隔离物制备一些室，该丁基橡胶条带包含4.8mm高的波纹状铝垫片(由TrusealTechnologies Inc.，Solon，Ohio，USA制造的Microseal^TM)。使制造各个室的狭带的样品接受了如下表1所列的不同处理。

将隔离物狭带施加于如图2所示的第一玻璃板1，而第二玻璃片2位于顶部，之后将整个组件加热到40℃并且压制，使得金属垫片接触两个玻璃板。然后，空腔的厚度准确对应于垫片的高度。

在隔离物的相对角落中制出两个孔洞，并且注入含水的碱金属硅酸盐溶液，一个孔洞用作通风口。一旦该室被填满，就通过插入丁基橡胶塞密封孔洞。通过加热到90℃持续6小时进行热固化。表1中显示了各自不同处理的结果，展示了在丁基橡胶和硅酸盐，以及丁基橡胶和玻璃之间何处会出现气泡。

表1：在实施例1的隔离物狭带上的不同预处理制度的结果

NB：真空试样减少至5mbar的压力。

实施例2

使用300mm×150mm的退火玻璃制备三个相同的室，使用丁基橡胶芯部(由Tremco Illbruck Ltd.，Wigan，UK制造的Polyshim^TM)作为隔离物。隔离物包含围绕直径4.8mm的EPDM绳线挤出的丁基橡胶。将组装的室加热至50℃并且将隔离物压缩至绳线的厚度。将两个室在90℃加热14小时，一个在大气压下，一个在5mbar的减压下。使用含水的碱金属硅酸盐溶液填充三个室并且在90℃下固化6小时。结果列在下面的下表2中。

表2：在实施例2的隔离物上的不同的处理制度的结果

实施例3

使用两个2.3m×1.2m尺寸的5mm钢化玻璃板，以及具有4.8mm垫片的微密封丁基橡胶条带制备玻璃室，已预先将其进行热处理和脱气。如实施例1所述地组装所述室，然后在～40℃下通过加热的辊以压缩所述狭带，使得玻璃最终间隔4.8mm。随后施加约3mm宽的的聚硫化物第二密封体，并固化。

玻璃表面和丁基橡胶隔离物之间的接触是连续的并且没有空气空隙，这是由于狭带适应玻璃变形的能力。

所述室填充有含水的碱金属硅酸盐溶液并且在90℃下固化6小时。沿着丁基橡胶-硅酸盐界面上没有气泡形成，并且没有空气进入中间层，这在出现丁基橡胶-玻璃的接合不连续性的地方曾是预期的。

微密封狭带的光学显微观察

对将会与中间层接触的微密封狭带的表面结构进行了分析，以确定在预处理时表面形貌是否变化。在原始背衬狭带上以两种状态提供了微密封体：未经处理的和在90℃、10mbar下加热18小时的。

观察表明，在提供的样品的表面结构中存在视差，因此使用光学显微术进行观察(Wild，具有同轴入射反射光的照明)。

光学图像如图3(未经处理的)和4(在90℃下真空处理)所示。未经处理的样品是相对平滑的，而在90℃下处理的样品展示了似乎大的破裂气泡和已敞开和宽化的孔隙的区域，这与挥发性气体的排出是相一致的。橡胶表面中的物理变化与如下假设是相一致：在窗玻璃的热固化时由隔离物释放气体引起气泡问题。

与微密封狭带的接触角

分析了一些微密封狭带样品的表面接触角，以确定预处理是否导致橡胶表面化学性质的变化。表3展示了使用水对于未经处理的；以及在55℃、75℃和90℃在10mbar下处理18小时的；和在55℃和75℃在大气压下处理18小时的样品的接触角。结果表明，任何预处理均未改变橡胶表面的接触角。这表明，预处理没有改变表面化学性质，至少在疏水性方面没有改变。这与光学显微观察结果相一致，该光学显微观察结果显示出预处理导致了橡胶表面的物理变化。

表3：不同预处理对隔离物表面接触角的效果

本发明允许商业生产热固化的、耐火的水基碱金属硅酸盐阻燃窗玻璃，其具有良好的装饰性能并且现场浇铸生产技术没有产生或几乎没有产生边缘气泡。此类替代性商售产品目前使用热塑性隔离物技术(TPS)，其缺点是需要高投资设备。本发明允许成本有效且灵活的制造工艺用于手动地或自动地生产耐火窗玻璃。TPS系统的使用将其限于全自动工艺中，并且由于高投资要求大量生产以保证商业可行性。

Claims (15)

1.一种耐火层叠窗玻璃，包含至少两个窗玻璃板和至少一个在窗玻璃板之间的透明的膨胀中间层，所述窗玻璃板由至少部分地围绕其周边延伸的隔离物分开，以限定出包含所述中间层的空腔，其中隔离物包含用于控制窗玻璃板之间的间隔为预定距离的垫片，和至少部分地密闭垫片的橡胶部分，其中中间层包含碱金属硅酸盐。

2.如权利要求1所述的层叠窗玻璃，其中橡胶部分包括丁基橡胶和/或聚异丁烯。

3.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中垫片的横截面基本上是环形的或椭圆形的，通常是正方形或矩形的，或垫片是波纹形的。

4.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中预定距离是1mm至20mm，优选2mm至16mm，更优选2mm至12mm并且最优选2mm至8mm。

5.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中在并入层叠窗玻璃之前隔离物的直径大于所述预定距离。

6.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，进一步包括第二密封体。

7.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，包括三个窗玻璃板和两个中间层，或四个窗玻璃板和三个中间层，每个中间层都位于两个窗玻璃板之间。

8.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中隔离物的橡胶部分接合于每个窗玻璃板。

9.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中隔离物的橡胶部分基本上是无气体的。

10.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中橡胶部分中的气体量使得在中间层-隔离物界面和玻璃-隔离物界面处没有气泡出现。

11.如之前任一权利要求所述的层叠窗玻璃，其中预处理隔离物以减少橡胶部分中的气体量。

12.一种生产耐火层叠窗玻璃的方法，该方法包括：

a)提供至少两个窗玻璃板，

b)用至少部分地围绕窗玻璃板周边延伸的隔离物分开两个窗玻璃板以限定出容纳中间层的空腔，

c)用流体前体填充空腔，

d)固化流体前体以形成透明的膨胀中间层，

其中隔离物包含用于控制所述板的间隔为预定距离的垫片，和至少部分地密闭垫片的橡胶部分，以及其中中间层包含碱金属硅酸盐。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括在步骤b)之前通过加热隔离物到至少100℃持续预定时间和/或在减压下加热隔离物到至少60℃持续预定时间来预处理隔离物。

14.如权利要求13所述的方法，其中预定时间是至少2小时。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中减压是20mbar或更低。

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