DE19731416C1 - Brandschutzverglasung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzverglasung mit wenigstens zwei Glasscheiben, zwischen denen eine transparente Schicht aus einem ausgehärteten wasserhaltigen Alkali-Polysilikat mit einem SiO₂ : Me₂O-Verhältnis von wenigstens 3 : 1 und einem Wassergehalt von 25 bis 60 Gew.-% angeordnet ist, und die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen der Glasscheiben mit einer die Haftung beeinflussenden Schicht aus einem organofunktionellen Silan versehen sind.

Brandschutzverglasungen dieser Art sind aus der WO 94/04 355 bekannt. Vorzugsweise besteht dabei die transparente Schicht aus wasserhaltigem Alkali-Polysilikat mit einem SiO₂ : Me₂O-Verhältnis von < 4 : 1. Die Polysilikatschicht schäumt im Brandfall unter der Einwirkung der Hitze durch das verdampfende Wasser auf, wird für die Wärmestrahlung undurchlässig und bildet für eine bestimmte Zeit einen wirksamen Schutz gegen den unerwünschten Wärmedurchgang. Bei diesen bekannten Brandschutzverglasungen sollen die organofunktionellen Silane zur Steigerung der Adhäsion der Polysilikatschicht an den Glasscheiben dienen, so daß sie unter diesen Gesichtspunkten auszuwählen sind.

Eine gute Haftung zwischen der Polysilikatschicht und den Glasoberflächen ist notwendig und muß für die gesamte Lebensdauer der Brandschutzverglasung gewährleistet sein, da Ablösungen der Polysilikatschicht als großflächige Qualitätsfehler sichtbar sind.

Aus der EP 0 001 531 B1 und der EP 0 590 978 A1 sind Brandschutzgläser bekannt, bei denen zwischen zwei Glasscheiben eine Schicht aus einem salzhaltigen Hydrogel mit einem organischen Gelbildner, beispielsweise auf der Basis von Acrylamid und/oder Methylolacrylamid, angeordnet ist. Auch bei derartigen Brandschutzgläsern werden die Glasscheiben auf der mit dem Hydrogel in Kontakt stehenden Seite mit einer haftverbessernden Substanz behandelt. Dabei werden als haftverbessernde Substanzen ausschließlich organische hydrophile Substanzen auf der Basis von Silanen, Titanaten oder Zirkonaten verwendet, die sowohl mit der Glasoberfläche als auch mit den Doppel- oder Dreifach- Kohlenstoffbindungen des gelbildenden Polymers reagieren.

Bei Brandversuchen mit Brandschutzgläsern des eingangs genannten Aufbaus, das heißt mit einer Zwischenschicht aus einem Alkali-Polysilikat, hat es sich gezeigt, daß sich nach einer bestimmten Zeit häufig örtlich begrenzte Stellen herausbilden, in denen die Schutzwirkung der aufgeschäumten Polysilikatschicht nachläßt, so daß an diesen Stellen die dem Feuer abgewandte Scheibe des Brandschutzglases die zulässige Temperatur überschreitet. Die Bildung dieser Fehlstellen, die sich unzulässig stark erhitzen, beruht darauf, daß Teile des Polysilikatschaums aus der Schicht herausbrechen und in den Brandofen fallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brandschutzverglasung des eingangs genannten Aufbaus dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Entstehung von sich örtlich ausbildenden Fehlstellen verhindert und dadurch die Feuerwiderstandsdauer der Brandschutzverglasung verlängert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen der Glasscheiben mit einem organofunktionellen Silan mit hydrophober Wirkung versehen sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Fehlstellen beim Brandversuch dadurch entstehen, daß die dem Feuer zugewandte Glasscheibe bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturgradienten zwischen der Scheibenfläche und dem eingefaßten Scheibenrand infolge der sich im Randbereich bildenden Zugspannungen zerbricht, und daß die herabfallenden Bruchstücke der Glasscheibe Teile der Brandschutzschicht aus Polysilikat mit sich reißen, weil die Haftung der Polysilikatmasse am Glas größer ist als die Kohäsionskräfte innerhalb der Polysilikatmasse. Die Erfindung sieht deshalb vor, die Adhäsion der Polysilikatmasse am Glas bei den Temperaturen des Brandversuchs gezielt zu verringern, so daß die Kohäsionskräfte in der Polysilikatmasse überwiegen und sich die Glasbruchstücke von der Polysilikatmasse lösen, ohne daß der Zusammenhang der Brandschutzschicht verlorengeht. Selbstverständlich muß die Adhäsion zwischen Glas und Polysilikat hoch genug sein, um bei den normalen Gebrauchstemperaturen auch über lange Zeiträume ein Loslösen der Polysilikatschicht von der Glasoberfläche sicher zu vermeiden.

Es wurde gefunden, daß das gewünschte Ziel bei Verwendung von solchen organofunktionellen Silanen erreicht wird, die eine gewisse hydrophobe Wirkung haben. Zu solchen Silanen mit gezielt haftungsbeeinflussender, das heißt in diesem Fall haftungsmindernder Wirkung gehören insbesondere Fluorsilane, Alkylsilane, Phenylsilane und Silikone. Während bei den Gebrauchstemperaturen auch über lange Zeiträume bei Verwendung solcher Silane keinerlei Ablösungen zwischen den Glasoberflächen und der Polysilikatmasse festgestellt werden, entfalten sie offenbar dann ihre haftungsvermindernde Wirkung, wenn das im Polysilikat enthaltene Wasser verdampft. Hydrophobe Silane gehen zwar ebenfalls eine chemische Reaktion mit der Glasoberfläche ein, doch bleibt der verbleibende Molekülteil, bei dem es sich meist um eine fluorierte Alkylkette, eine aliphatische Alkylkette oder um eine Siloxankette handelt, nicht reaktionsfähig und bewirkt die Reduzierung der Haftung im Brandfall.

Als für den erfindungsgemäßen Zweck geeignete Silane sind beispielsweise folgende Silane geeignet:
Fluoralkylsilane, Perfluoralkylsilane, Fluoralkyltrichlorsilane, Perfluoralkyltrichlorsilane, Fluoralkylalkoxysilane, Perfluoralkylalkoxisilane, Fluoraliphatische Silylether, Alkylsilane und Phenylsilane wie Alkyltrimethoxysilan, Alkyltriethoxysilan, Alkyltrichlorsilan, Trialkoxyphenylsilan, Silicone wie Polydimethylsiloxane, Polydimethylsiloxane Ethoxy terminiert und Polydimethylsiloxane Methoxy terminiert.

Nachfolgend werden ein Vergleichsbeispiel für ein Brandschutzglas nach dem Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Brandschutzglas näher beschrieben.

Vergleichsbeispiel

Es wurde ein Brandschutzglas mit den Flächenabmessungen 1,33 × 1,13 m² aus zwei jeweils 5 mm dicken Glasscheiben aus vorgespanntem Floatglas und einer 6 mm dicken Zwischenschicht aus einem K-Li-Polysilikat mit einem K : Li-Verhältnis von 8,5 : 1,5 und einem Molverhältnis von SiO₂ : (K₂O + Li₂O) von 5 : 1 hergestellt. Zur Herstellung des Polysilikats wurde eine Mischung aus einer 30%-igen Kieselsäuredispersion in Wasser und den Alkalioxiden hergestellt, und die Mischung in den Hohlraum zwischen den beiden durch einen Abstandsrahmen und eine geeignete Klebeverbindung auf Abstand gehaltenen Glasscheiben eingefüllt und bei Raumtemperatur ausgehärtet. Der Wassergehalt des ausgehärteten Polysilikats beträgt 51,2 Gew.-%.

Vor dem Zusammenbau der Glasscheiben wurde jeweils die nach innen gerichtete Oberfläche der beiden Glasscheiben mit einem haftvermittelnden Silan, nämlich mit Glycidoxypropyltriethoxysilan behandelt.

Das so hergestellte Brandschutzglas wurde anschließend einem Brandtest entsprechend DIN 4102 bzw. ISO/DIS 834-1 unterworfen, indem es mit einem üblichen Stahlrahmen mit einem Glaseinstand von 20 mm in einen Brandofen eingebaut und gemäß der Einheitstemperaturkurve (ETK) der Beflammung ausgesetzt wurde.

Bereits nach kurzer Zeit löste sich die dem Feuer zugewandte Glasscheibe von der Polysilikat-Brandschutzmasse und riß kleine und großflächige Teile der Brandschutzmasse aus der Brandschutzschicht heraus. Nach 5 Minuten zerplatzte diese Glasscheibe. Die Bruchstücke der Glasscheibe fielen mitsamt den an ihnen haftenden Teilen der Brandschutzmasse in den Ofen. An den Stellen, an denen die heruntergefallene Brandschutzmasse fehlte, wurde kurze Zeit später eine Überschreitung der auf der Oberfläche der äußeren Glasscheibe maximal zulässigen Temperatur von 190°C festgestellt. Der Versuch mußte nach 15 Minuten abgebrochen werden. Die beabsichtigte Standzeit von 30 Minuten wurde nicht erreicht.

Ausführungsbeispiel

Es wurde ein Brandschutzglas derselben Art wie im Vergleichsbeispiel beschrieben hergestellt mit der einzigen Ausnahme, daß die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen mit einem hydrophoben Silan aus der Gruppe der Perfluoralkylsilane behandelt wurden. Die Oberflächenspannung des Glases wurde dadurch erheblich gesenkt. So wies beispielsweise der Randwinkel von Wassertropfen nach der Behandlung mit dem Silan einen Wert von etwa 90° auf, während der Randwinkel vor der Behandlung etwa 40° betrug.

Dieses Brandschutzglas wurde unter denselben Bedingungen in den Brandofen eingebaut und dem Brandversuch ausgesetzt wie beim Vergleichsbeispiel. Kurze Zeit nach Beginn des Brandversuchs löste sich wiederum die dem Feuer zugewandte Glasscheibe von der Brandschutzmasse, in diesem Fall jedoch vollständig, so daß keinerlei Brandschutzmasse an der Glasscheibe haften blieb. Als nach 5 Minuten diese Glasscheibe platzte und die Bruchstücke in den Ofen fielen, wurden keine Teile der Brandschutzmasse mit in den Ofen gerissen, vielmehr blieb die gesamte Polysilikatschicht in ihrer gesamten Flächenausdehnung als Brandschutzschild erhalten. Fehlstellen mit unzulässig hohen Temperaturen auf der Außenseite der dem Brandofen abgewandten Glasscheibe wurden nicht festgestellt. Die gewünschte Standzeit von 30 Minuten wurde erreicht, und der Brandversuch wurde nach 40 Minuten abgebrochen.

Bei entsprechenden Versuchen mit einer Behandlung der Glasoberflächen mit Alkylsilanen, Fluorchlorsilanen und Silikonen wurden gleich gute Ergebnisse erzielt.

Claims (2)

1. Brandschutzverglasung mit wenigstens zwei Glasscheiben, zwischen denen eine transparente Schicht aus einem ausgehärteten wasserhaltigen Alkali- Polysilikat mit einem SiO₂ : Me₂O-Verhältnis von wenigstens 3 : 1 und einem Wassergehalt von 25 bis 60 Gew.-% angeordnet ist, und die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen der Glasscheiben mit einer die Haftung beeinflussenden Schicht aus einem organofunktionellen Silan versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen der Glasscheiben mit einem organofunktionellen Silan mit hydrophober Wirkung versehen sind.

2. Brandschutzverglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Polysilikatschicht in Kontakt stehenden Oberflächen der Glasscheiben mit einem Silan aus den Gruppen der folgenden Silane versehen sind:
Fluoralkylsilane, Perfluoralkylsilane, Fluoralkyltrichlorsilane, Perfluoralkyltrichlorsilane, Fluoralkylalkoxysilane, Perfluoralkylalkoxisilane, Fluoraliphatische Silylether, Alkylsilane und Phenylsilane wie Alkyltrimethoxysilan, Alkyltriethoxysilan, Alkyltrichlorsilan, Trialkoxyphenylsilan, Silicone wie Polydimethylsiloxane, Polydimethylsiloxane Ethoxy terminiert und Polydimethylsiloxane Methoxy terminiert.