DE10147401A1

DE10147401A1 - Brandschutzgläser aus Glasscheiben und Gelschichten im Sandwichaufbau

Info

Publication number: DE10147401A1
Application number: DE10147401A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schneider; Gerrit Panzner; Klaus-Dieter Schwabe
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-17
Also published as: GB2380160A; SG108869A1; GB0220840D0; FR2830007B1; FR2830007A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Brandschutzgläser aus Glasscheiben und Gelschichten im Sandwichaufbau, bei denen die Gelschichten Umsetzungsprodukte von Gelbildnern sind, die aus wässrigen Lösungen von Aminsalzen und sauren Metallphosphaten oder von Aminsalzen, sauren Metallphosphaten und Borsäure bestehen, in die Zwischenräume zwischen den Glasscheiben eines Scheibenverbundes gefüllt und durch Wärmeeinwirkung geliert sind. Eine hohe UV- und Temperaturbeständigkeit bei dauerhafter Klarheit der Brandschutzgläser bei einfacher Herstellung wird dadurch erreicht, dass die Gemische des Gelbildners in wässrige Sole von kolloidaler Kieselsäure eingebracht und geliert sind.

Description

Die Erfindung betrifft Brandschutzgläser aus Glasscheiben und Gelschichten im Sandwichaufbau, bei denen die Gelschichten Umsetzungsprodukte von Gelbildnern sind, die aus wässrigen Lösungen von Aminsalzen und sauren Metallphosphaten oder von Aminsalzen, sauren Metallphosphaten und Borsäure bestehen, in die Zwischenräume zwischen den Glasscheiben eines Scheibenverbundes gefüllt und durch Wärmeeinwirkung geliert sind.
Brandschutzgläser in diesem Sandwichaufbau unter Verwendung derartiger Gelbildnern sind aus der DE 42 36 936 A1 bekannt. Diese bekannten Brandschutzgläser lösen Brandschutzgläser ab, die keine echten Gelschichten verwenden, sondern Lösungen mit sehr hochviskosen Schichten, wie sie die DE 37 29 867 A1 beschreibt, benutzen. Mit diesen auf neuer Basis bewirkenden Gelbildnern wird die Herstellung der Brandschutzgläser in der Handhabung einfacher, weisen jedoch nach wie vor trotz guter Brandschutzwirkung im praktischen Einsatz anwendungserschwerende Verarbeitungs- und Stabilitätseigenschaften auf.
Dies trifft auch noch für Brandschutzgläser zu, wie sie in den EP 0 732 388 B1, EP 0 582 168 B1 und EP 0 596 324 B1 beschrieben sind und nach wie vor auf der Grundbasis der eingangs angeführten Gelbildnern mit Wasser als wässriges Medium beruhen.
Diese Brandschutzgläser auf der Basis von Aluminium-Phosphat-Aminsalzen sind im Herstellungsprozess schwer zu handhaben. Insbesondere die hohe Viskosität bedingt eine lange Vorbehandlung des Gelbildners zur Entgasung und erschwert das Befüllen des Sandwichaufbaues. Die langen, variierenden Gelzeiten bewirken zudem einen beachtlichen Aufwand für einen ständig qualitätsgerechten und planbaren Produktionsablauf. Bei grundsätzlich guter Stabilität gegenüber UV- und Temperatureinwirkung können aufgrund von Fehlern in der Nachbehandlung Materialfehler (Gelrisse) auftreten.
Andere bekannte, auf dem Markt befindliche Brandschutzgläser basieren auf mit organischen Zusätzen modifizierten Wasserglasgelen. Diese Brandschutzgläser haben eine hohe Brandschutzwirkung, zeigen aber ebenfalls nachteilige Stabilitätseigenschaften. Zudem bilden wasserglashaltige Brandschutzgläser unter anhaltender UV- und Temperatureinwirkung Gasblasen, welche die optischen Eigenschaften des Verbundes nach einiger Zeit wesentlich verschlechtern. Insbesondere im Fassadenbereich sind daher zusätzliche Maßnahmen zum Schutz der Brandschutzgläser mit den Gelschichten vor diesen Einwirkungen erforderlich, z. B. UV-Schutzfolien.
Es sind auch Brandschutzgläser bekannt, die Hydrogele als Brandschutzmasse verwenden. Aufgrund der großen Schichtdicke für die Gelschichten weisen diese Brandschutzgläser ein erhebliches Flächengewicht auf und können zudem nur in Festmassen gefertigt werden. Darüber hinaus sind sie aufgrund dieses hohen Gewichts nicht universell einsetzbar und nur für bestimmte Anwendungen einsetzbar.
Aus der DE 44 01 636 C2 ist ein Binde- und Beschichtungsmittel bekannt, das aus einem Gemisch aus Aluminium-Phosphat-Aminsalzen und Kieselsol besteht. Obwohl dieses Intumeszenzeigenschaften besitzt, werden diese Gemische aufgrund fehlender Transparenz nicht für Brandschutzverglasungen verwendet. Ein derartiger Einsatz bedingt große Schichtdicken und das Gesamtsystem muss eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit ohne Lichtstreuung aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Brandschutzgläser der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die unter Normbedingungen dauerhaft klar bleiben und eine hohe UV- und Temperaturstabilität aufweisen und in der Herstellung demnach einfacher handhabbar sind.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Gemische des Gelbildners in wässrige Sole von kolloidaler Kieselsäure eingebracht und geliert sind.
Bei diesem wässrigen Medium geliert der Gelbildner definiert in wesentlich kürzerer Zeit und ermöglicht so eine rationelle Fertigung der Brandschutzgläser. Bei wesentlich verringerter Ausgangsviskosität wird überraschenderweise ein hartes Gel erhalten, welches eine deutlich verbesserte Handhabung des Gesamtsystems zulässt. Die geringe Schrumpfung beim Gelieren vereinfacht die Herstellung wesentlich. Überraschenderweise wird eine hohe Transparenz der Gelschichten erreicht, die erstmalig den Einsatz des angegebenen Gemisches in Brandschutzgläsern ermöglicht.
Als Kieselsäuresole können handelsübliche Kieselsäuresole verwendet werden. Diese werden üblicherweise durch Austauscherbehandlung von verdünnten Alkalisilikatlösungen hergestellt. Die verwendeten Kieselsäuresole weisen nach einer Ausgestaltung Teilchenoberflächen zwischen 50 und 500 m²/g auf. Der Feststoffgehalt der Kieselsäuresole liegt zwischen 10 und 50 Gew.-% und der pH-Wert zwischen 7 und 8.
Als Gelbildner werden vorzugsweise Gemische aus sauren Metallphosphaten mit Aminsalzen der Borsäure verwendet. Die sauren Metallphosphate werden bevorzugt durch die Umsetzung von Aluminiumhydroxid mit Orthophosphorsäure erhalten, es können jedoch auch die Umsetzungsprodukte aus Gemischen von Phosphaten und Phosphorsäure sowie anderen Metallverbindungen zum Einsatz können. Ein gut geeignetes Gemisch kann beispielsweise durch Umsetzung von 1 mol Aluminiumhydroxid mit einem mehrfachen Äquivalent an Orthophosphorsäure, vorzugsweise mit 3 bis 5 mol Orthophosphorsäure, erhalten werden. Aminsalze der Borsäure werden durch die Umsetzung von wasserlöslichen, vorzugsweise alipathischen Aminen mit Borsäure erhalten. Bevorzugt wird dabei ein Verhältnis von Borsäure zum alipathischen Amin von 1 zu 2 bis 1 zu 4. Als Amin können primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder deren Gemische verwendet werden, wobei die Verwendung von primären Aminen, z. B. Monoethanolamin, bevorzugt werden.
Zur Gemischbildung wird die Aluminium-Phosphat-Aminsalzlösung bei Temperaturen zwischen 10 und 75°C, vorzugsweise 20 und 60°C vorgelegt. Der pH-Wert in der vorgelegten Lösung kann mit basischen Lösungen auf pH-Werte zwischen 5,8 und 6,5 oder 8 bis 10 eingestellt werden. Besonders gut geeignet sind wässrige Lösungen von Natrium- oder Kaliumhydroxid. Insbesondere für pH-Werte im Bereich von 5,8 bis 6,5 können wasserlösliche Amine zugegeben werden. Das Kieselsäuresol wird unter intensivem Rühren eingebracht. Das Mischungsverhältnis kann zwischen 1 zu 0,005 bis 1 zu 0,25 betragen. Die entstehende Lösung ist nahezu klar.
Nach einer Behandlung zur Entgasung wird die Lösung in einen mehrschichtigen Scheibenverbund gefüllt und anschließend in einem Trockenschrank bei Temperaturen zwischen 50 und 120°C geliert. Die Gelierung kann an einem oder in mehreren Schritten erfolgen. Die so erhaltenen Gele sind transparent und klar.
Der Scheibenverbund kann aus Natriumsilikatgläsern und/oder Borsilikatgläsern bestehen. Es können Teilsysteme gefertigt werden, die als UV- oder Temperaturschutz in Verbindung mit UV-empfindlichen Innenkomponenten verwendet werden.
Nach dem Gelieren können die Brandschutzglasbänder auf die gewünschten Größen zugeschnitten werden. Die Kanten der Verbundgrößen werden gebrochen und versiegelt.
Die Brandschutzmasse wird z. B. in einen Standard-Scheibenverbund mit 4 × 3 mm Natriumsilikatscheiben mit 3 × 1,5 mm Zwischenräumen gefüllt. Dabei ist der Scheibenverbund gegen hydrostatischen Druck verschlossen und anschließend in einem Trockenschrank auf 90°C erwärmt. Nach 2 bis 8 h hat die Brandschutzmasse zu einem harten Gel geliert. Es tritt dann kein hydrostatischer Druck mehr auf. Nach dem Schneiden der gewünschten Verbundgrößen wird dieser seitlich gedichtet und versiegelt.
Der so hergestellte Scheibenverbund stellt ein Brandschutzglas mit hoher optimaler Qualität und mechanischer Robustheit dar und hat zudem eine hohe Klimastabilität. Der Scheibenverbund ist mit Funktionsgläsern kombinierbar.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Herstellung eines für die erfindungsgemäßen Brandschutzgläser verwendbaren Gelbildners beschrieben.
In einer ersten Vorstufe werden 100 g Al(OH)₃ m 445 g 65%-iger Phosphorsäure gelöst, wobei die Lösung bei 90°C 1 h lang gerührt wird.
In einer zweiten Vorstufe werden 125 g H₃BO₃ in 260 g 98%-igem H₂-N-CH₂- CH₂OH gelöst und für 1 h auf 90°C erhitzt.
Die in den beiden Vorstufen erhaltenen wässrigen Lösungen werden vereinigt und mit 50%-iger NaOH auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt. Danach wird der so eingestellten Lösung bei 65°C 10 g 30%-iges Kieselsäuresol (220 m²/g) zugesetzt.
Die so erhaltene Brandschutzmasse (= Gelbildner) wird entgast, bevor sie in den Scheibenverbund gefüllt wird. Der Gelbildner wird vor dem Einfüllen in den Scheibenverbund bei einer Temperatur von 20 bis 60°C vorbehandelt.
Der Geliervorgang findet bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C in einer oder mehreren Stufen statt und zwar über einen Zeitraum von 1 bis 24 h.
Die vorstehend als Ausführungsbeispiel angegebenen Mengen der Gemischanteile geben das Verhältnis zueinander an. Je nach benötigter Menge an Gelbildnern werden Mehrfache dieser Mengen miteinander vermischt.
Der Scheibenverband kann n Glasscheiben und (n-1) Gelschichten umfassen, wobei n ≥ 2 z. B. n = 4 ist.

Claims

1. Brandschutzgläser aus Glasscheiben und Gelschichten im Sandwichaufbau, bei denen die Gelschichten Umsetzungsprodukte von Gelbildnern sind, die aus wässrigen Lösungen von Aminsalzen und sauren Metallphosphaten oder von Aminsalzen, sauren Metallphosphaten und Borsäure bestehen, in die Zwischenräume zwischen den Glasscheiben eines Scheibenverbundes gefüllt und durch Wärmeeinwirkung geliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemische des Gelbildners in wässrige Sole von kolloidaler Kieselsäure eingebracht und geliert sind.

2. Brandschutzgläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelbildner Kieselsäure mit Teilchen einer spezifischen Oberfläche von 50 bis 500 m²/g enthält, gemessen nach der BET-Methode.

3. Brandschutzgläser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kieselsäure einen Feststoffgehalt von 10 bis 55 Gew.-% aufweist,
dass der Gelbildner 25 bis 85 Gew.-% an wässriger Lösung von Aminsalzen und Metallphosphaten oder von Aminsalzen, Metallphosphaten und Borsäure enthält und das Gelbildnergemisch einen Feststoffgehalt von 30 bis 75 Gew.-% aufweist.

4. Brandschutzgläser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Gelbildners auf 5,8 bis 6,5 oder auf 8 bis 10 eingestellt ist.

5. Brandschutzgläser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert durch Zugabe wässriger Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid oder von wasserlöslichen Aminen eingestellt ist.

6. Brandschutzgläser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch der wässrigen Lösung von Aminsalzen und Metallphosphaten oder von Aminsalzen, Metallphosphaten und Borsäure zu dem Anteil von Kieselsäuresol im Verhältnis von 1 zu 0,005 bis 1 zu 0,25 steht.

7. Brandschutzgläser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch aus wässrigen Lösungen von Aminsalzen und Metallphosphaten oder von Aminsalzen, Metallphosphaten und Borsäure mit dem Kieselsäuresol Additive, wie Oxidationsschutzmittel, Haftvermittler, Reduktionsmittel, UV-Stabilisatoren und Porenbildner zugesetzt sind.

8. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzgläser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Gelbildner in einen Scheibenverbund eingebracht wird, der an seinen seitlichen Rändern hydrostatisch verschlossen wird, bei dem der Gelbildner in einen Scheibenverbund eingefüllt und durch Wärmeeinwirkung zum Gelieren gebracht und bei dem aus dem so hergestellten Scheibenverbund-Band Zuschnitte in gewünschten Größen abgetrennt werden, die an ihren seitlichen Rändern gedichtet und versiegelt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Einbringen des Gelbildners in den Scheibenverbund eine erste wässrige Lösung von 100 g Al(OH)₃ in 445 g 65%-iger Phosphorsäure bei 1 h langem Rühren bei 90°C und eine zweite wässrige Lösung von 125 g HBO₃ in 250 g 98%-iger H₂N-CH₂-CH₂ OH bei 1 h langer Erhitzung auf 90°C hergestellt werden,
dass diese beiden wässrigen Lösungen zusammen gebracht und mit 50%-iger NaOH auf einen pH-Wert von etwa 6,5 eingestellt werden, dass dieser so hergestellten wässrigen Lösung bei 55°C 10 g 30%-iges Kieselsäuresol zugesetzt wird und
dass der Gebildner in diesem vorgegebenen Verhältnis der Komponenten entsprechend des erforderlichen Bedarfs zur Verfügung gestellt und in den Scheibenverbund eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelbildner nach einer Vorbehandlung bei einer Temperatur von 20 bis 60°C direkt in den Scheibenverbund eingefüllt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Geliervorgang bei einer Temperatur zwischen 50 und 120°C über einen Zeitraum von 1 bis 24 h direkt oder in mehreren Schritten durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kieselsäuresol unter intensivem Rühren in die auf den pH-Wert eingestellte wässrige Lösung eingebracht wird, wobei ein Mischungsverhältnis zwischen wässriger Lösung und Kieselsäuresol von 1 zu 0,005 bis 1 zu 0,25 gewählt wird.