DE69823050T2

DE69823050T2 - Nichtbrennbarer verbundschichtstoff

Info

Publication number: DE69823050T2
Application number: DE69823050T
Authority: DE
Inventors: Richard John Rufford HOLLAND; William David Wigan HOLDEN; Karikath Sukumar Varma
Original assignee: Pilkington PLC
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: EP1025185A1; WO1999015604A1; AU9174698A; DE69823050D1; EP1025185B1; GB9720092D0; ATE263822T1

Description

Die Erfindung betrifft feuerfeste Schichtstoffe im allgemeinen und im besonderen schaumbildende Materialien für Zwischenschichten derartiger Schichtstoffe. Es sind feuerfeste laminierte Verglasungen bekannt, die zwei oder mehrere Glasscheiben aufweisen, welche durch Zwischenschichten eines Materials zusammengehalten werden, das aufschäumt, wenn es Feuer ausgesetzt ist, sich somit also ausdehnt und eine Hitzebarriere bereitstellt, während es die Scheiben zusammenhält, um so die Integrität des Schichtstoffs aufrechtzuerhalten und die Ausbreitung von Flammen und Rauch zu verhindern.
Die Anmelder und ihre Tochterunternehmen produzieren derzeit eine Reihe feuerfester laminierter Verglasungen, die unter den Handelnamen PYRODUR und PYROSTOP vertrieben werden. Der grundlegende PYRODUR Schichtstoff umfaßt zwei Glasscheiben, die durch eine Zwischenschicht aus Natriumsilikat zusammengehalten werden, wobei der Schichtstoff dadurch hergestellt wird, dass eine Natriumsilikatlösung auf eine der Glasscheiben gegossen, die Lösung getrocknet und eine zweite Scheibe darauf geschichtet wird. Weitergehende Einzelheiten der Herstellung von PYRODUR-Typ Schichtstoffen sind in der GB-A-1585125 offenbart.
Obwohl PYRODUR Schichtstoffe und ihre PYROSTOP-Derivate hervorragende Eigenschaften aufweisen und einen ökonomischen Erfolg darstellen, gibt es Bedarf für eine feuerfeste laminierte Verglasung, die einfach ist und sich somit relativ kostengünstig herstellen 167-60.142EPDE-Sn lässt. Ein Weg, das Herstellungsverfahren einfach zu halten, würde darin bestehen, von der herkömmlichen Technik der Schichterzeugung durch direktes Gießen Gebrauch zu machen. Diese Technik wird gemeinhin eingesetzt, um laminierte architektonische Verglasungen herzustellen und beinhaltet das Zusammenhalten zweier Glasplatten an ihren Kanten, gewöhnlich mittels eines Klebebandes, um so eine Zelle zu bilden, die mit einem härtbaren Zwischenschichtmaterial, z. B. einem Epoxyharz, gefüllt werden kann. Die Herstellung von Natriumsilikat-Zwischenschichten mittels des direkten Gießens ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, insbesondere mit der Notwendigkeit, im Bereich von 50% Wasser aus der Natriumsilikatlösung zu entfernen. Entsprechend wäre also ein alternatives Schaumzwischenschicht-Material vorteilhaft, um die Technik des direkten Gießens unkompliziert anwenden zu können.
Die Erfindung stellt ein gießfähiges flüssiges schaumbildendes Material für feuerfeste Zwischenschichten von Schichtstoffen bereit, enthaltend ein Metallphosphat, eine verkohlende Komponente und ein Bindemittel.
Bevorzugt enthält das Metallphosphat ein wasserlösliches glasbildendes Metallphosphat. Zink-, Aluminium-, Magnesium-, Zinn-, Titan- oder Calciumphosphat sind Beispiele für derartige Phosphate, obwohl Zinkphosphat bevorzugt ist. Die verkohlende Komponente, die beim Erhitzen dehydriert, um einen festen Kohlenstoff-Rückstand zu bilden, ist ebenfalls vorzugsweise löslich. Die Lösungen der Phosphatkomponente und der verkohlenden Komponente können daher zusammengemischt werden, um eine leicht gießfähige Flüssigkeit zu bilden. Das Bindemittel wird benötigt, um die gemischte Lösung nach dem Gießen fest werden zu lassen.
In der Anwendung wird die anorganische Komponente des Materials, d. h. das Phosphat durch den Kohlenstoff-Rückstand unterstützt, wobei das Phosphat im Gegenzug den Kohlenstoff-Rückstand schützt. Der Vorteil der Verwendung eines glasbildenden Metallphosphats besteht darin, dass es beim Erhitzen schmilzt und über den Kohlenstoff-Rückstand fließt, um diesen vor Oxidation zu schützen. Dabei ist der gewährte Schutz umso größer, je höher die Konzentration der Phosphatlösung ist.
Weiterhin bevorzugt, kann das Phosphat ein gemischtes Metallphosphat darstellen. Ein erstes zusätzliches Metall in dem Phosphat kann ein Alkalimetall wie etwa Lithium oder Kalium sein, welches dazu dient, die Temperatur zu verringern, bei der das Phosphat schmilzt, um ein Glas auszubilden. In der Anwendung vermindert das Alkalimetall somit die Temperatur, bei der das Glas dazu in der Lage ist, dem Kohlenstoff-Rückstand Schutz zu bieten. Ein zweites zusätzliches Metall in dem Phosphat kann ein mehrwertiges Metall wie etwa Aluminium, Calcium oder Magnesium sein, das dazu dient, die Viskosität des aus dem Phosphat gebildeten Glases zu erhöhen. In einem Schichtstoff wird Viskosität benötigt, um die Neigung des Zwischenschichtmaterials zum Fließen und zu einem Absetzen im Bodenbereich des Schichtstoffes zu vermindern. Die zusätzlichen Metalle werden vorzugsweise als Chloride zugegeben, wodurch das Metallphosphat ein Chlorphosphat bildet. Es wurde herausgefun den, dass die Anwesenheit des Chlorids die Löslichkeit signifikant verbessert.
Die verkohlende Komponente ist vorzugsweise Sorbitol. Eine Anzahl anderer Kohlenhydrate, insbesondere Zucker, ist getestet worden, jedoch schien nur Sorbitol in der maßgebenden Menge hinreichend löslich zu sein.
Das Bindemittel ist bevorzugt ein Polymer. Es ist herausgefunden worden, dass Acrylamid gut mit Phosphatlösungen kompatibel ist. Das Polymer wird bevorzugt durch UV gehärtet, wofür das Material zusätzlich einen Photoinitiator enthält; es kann jedoch auch mittels Hitze gehärtet werden. Geeignete Photoinitiatoren sind in Großbritannien bei der Firma Ciba-Geigy unter den Bezeichnungen Darocure 4263 oder Darocure 1173 erhältlich.
Verbesserte Ergebnisse sind weiterhin dadurch erhalten worden, dass ein vernetzendes Agens zugegeben wird, das die Menge an Polymer reduziert, die benötigt wird, um die Zwischenschicht zu binden, ohne dabei die Stärke der Zwischenschicht signifikant zu vermindern, und das ferner das Ausmaß der Schaumbildung steuert. Die Schaumbildung kann von etwa 1000% auf etwa 100% reduziert und durch Veränderung der Konzentration an vernetzendem Agens gesteuert werden. Durch eine Begrenzung der Schaumbildung kann die Stabilität des Schichtstoffs bei der Anwendung gesteuert werden. N,N'-Methylenbisacrylamid, Cyanursäuretriglycidylether und Ethylenglykol-dimethacrylat sind sämtlich wirksame vernetzende Agenzi en, obgleich N,N'-Methylenbisacrylamid als am besten kompatibel erscheint.
Es ist bekannt, dass die Anwesenheit von Boroxid-bildenden Verbindungen in einer schaumbildenden Zwischenschicht die Adhäsion zwischen Kohlenstoff-Rückstand und Glas verbessert. Wenn das Material also als Zwischenschicht zwischen Glasscheiben verwendet werden soll, kann Borsäure zugegeben werden. Dies scheint die Leistungsfähigkeit bei Feuer zu verbessern, indem die Adhäsion der Zwischenschicht verbessert und ein Aufbrechen verhindert wird. Die Zugabe von mehr als einer kleinen Menge an Borsäure ist jedoch nur in Anwesenheit von Sorbitol möglich.
Weiterhin kann die Adhäsion des Materials am Glas verbessert werden, indem das Glas mit hydrolysiertem, mit Methacryl funktionalisiertem Organosilan beschichtet, gebrannt und UV-Strahlung ausgesetzt wird.
Das Material kann als Zwischenschicht zwischen Scheiben aus Natriumsilikatglas verwendet werden, die getempert, gehärtet oder laminiert sein können, oder bei Borsilikat-Glas. Typischer Weise wird die Zwischenschicht zwischen 0,5 mm und 15 mm dick sein. Das Material kann als Zwischenschicht zwischen feuerfesten Schichtstoffen mit Natriumsilikat-Zwischenschichten verwendet werden und dabei ein feuerfestes Hybrid-Schichtmaterial ausbilden. Die Leistungsfähigkeit dieses Hybrids ist viel höher als erwartet, d. h. es scheint ein synergistischer Effekt aufzutreten, da das Material gemäß der Erfindung, neben seiner Wirkung als schaumbildendes Mittel den Wasserverlust bei dem Natriumsilikat zu vermindern scheint und dadurch dessen Feuerfestigkeit verlängert. Ebenfalls von Nutzen für seine Anwendung bei feuerfesten, laminierten Verglasungen ist die geringe Brennbarkeit des Materials. Bestimmte Länder, z. B. Japan, haben sehr strenge Vorschriften hinsichtlich der Brennbarkeit feuerfester Zwischenschichten.
Die Erfindung soll nun mittels eines Beispiels näher beschrieben werden, wobei die darauf Bezug nehmenden Zeichnungen folgendes darstellen:
1 ist eine Seitenansicht, teilweise als Schnitt dargestellt, einer zwei Glasscheiben aufweisenden, feuerfesten laminierten Verglasung einschließlich eines Zwischenschichtmaterials gemäß der Erfindung; und
2 ist eine Seitenansicht, teilweise als Schnitt dargestellt, einer vier Glasscheiben aufweisenden, hybriden, feuerfesten laminierten Verglasung einschließlich eines Zwischenschichtmaterials gemäß der Erfindung.
Bezug nehmend auf 1, weist eine feuerfeste laminierte Verglasung, die allgemein mit 1 angezeigt ist, zwei Scheiben aus Silan-beschichtetem, 3 mm dickem Natriumsilikat-Floatglas auf (2, 4), jeweils 500 mm × 750 mm groß, die durch eine 3 mm dicke Schaumzwischenschicht 6 mit folgender Zusammensetzung getrennt sind:
86% gemischte Phosphat [ZnK_0,5Mg_0,25(H₂PO₄)·HCl] Lösung – 70 Teile
85% Sorbitol-Lösung – 20 Teile
Borsäure – 10 Teile
60% Acrylamid-Lösung – 10 Teile
Die Formulierung wurde wie folgt hergestellt:
Phosphorsäure wurde in einen Kolben gegeben, auf 80°C bis 100°C gehalten, und Zinkoxid unter mildem Rückfluss der Säure bis zum vollständigen Lösen zugegeben. Die Lösung wurde abgekühlt und Kaliumchlorid zugegeben, gefolgt von der Zugabe von Magnesiumchlorid. Sorbitol wurde bei 90°C bei einer Konzentration von 85% in Wasser gelöst. Die vollständige Menge an Borsäure wurde zu der Sorbitollösung hinzu gegeben. Die Sorbitollösung wurde mit der Phosphatlösung bei 70°C gemischt. Acrylamid wurde zusammen mit der erforderlichen Menge an N,N'-Methylenbisacrylamid und Darocure 1173 (zugegeben als 10%ige methanolische Lösung) in Wasser gelöst, um eine 60% (w/w) Lösung zu bilden. Die Phosphat- und Acrylamidlösungen wurden schnell gemischt und zusätzliches Wasser hinzu gegeben.
Der Schichtstoff 1 wurde hergestellt, indem die zwei Scheiben 2, 4 um ihre Kanten herum mit einem geschäumten Polyurethan-Band 8 miteinander verbunden werden, um so eine Zelle zwischen den beiden Scheiben 2, 4 zu bilden. Eine schmale Lücke (nicht gezeigt) wurde in dem Band 8 belassen, um es zu ermöglichen, die Zelle mit dem flüssigen schaumbildenden Material zu füllen. Das flüssige schaumbildene Material wurde, nachdem es durch Erhitzen auf 50°C entgast worden war, in die Zelle gepumpt. Sobald die Zelle gefüllt war, wurde die Lücke mit heißem Schmelzklebstoff versiegelt. Das schaumbildende Material wurde dann durch Aushärten des Acrylamids an Ort und Stelle verfestigt. Um dies zu erreichen, wurde der Schichtstoff UV-Strahlung ausgesetzt.
Der Schichtstoff wurde mittels eines elektrischen Ofens getestet, wobei die im Britischen Standard BS 476 angegebene Feuertestkurve verfolgt wurde. Der Schichtstoff behielt seine Integrität für über 60 Minuten bei einer Temperatur von 925°C. Die Zwischenschicht bildete eine harte, verkohlte Masse mit einer Schaumbildung von nicht mehr als 100%.
Bezug nehmend auf 2, wurde eine hybride, feuerfeste laminierte Verglasung 10 aus zwei der feuerfesten laminierten Gläser 12, 14 des Typs PYRODUR der Anmelder zusammengesetzt, wobei die Gläser 12, 14 durch eine Zwischenschicht 16 der gleichen Formulierung wie in der Beschreibung von 1 getrennt waren. Jedes der PYRODUR Gläser 12, 14 war 15 mm dick und hatte eine 3 mm Zwischenschicht (18, 20) aus Natriumsilikat. Die Zwischenschicht 16 zwischen den PYRODUR Gläsern war 3 mm dick und der Schichtstoff 10 hatte die Maße 1 m × 1 m. Der Schichtstoff 10 wurde getestet und mit einem Isolierwert (F) von 89 Minuten und einem Integritätswert (G) von 105 Minuten belegt.

Claims

Gießfähiges flüssiges schaumbildendes Material für feuerfeste Zwischenschichten von Schichtstoffen, aufweisend ein Metallphosphat, eine verkohlende Komponente und ein Bindemittel.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 1, bei dem das Metallphosphat ein wasserlösliches glasbildendes Metallphosphat umfasst.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 2, bei dem das wasserlösliche glasbildende Metallphosphat Zink-, Aluminium-, Magnesium-, Zinn-, Titan- oder Calciumphosphat ist.
Schaumbildendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die verkohlende Komponente wasserlöslich ist.
Schaumbildendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Metallphosphat ein gemischtes Metallphosphat ist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 5, bei dem das gemischte Metallphosphat ein Alkalimetall umfasst.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 6, bei dem das Alkalimetall Lithium oder Kalium ist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 5, bei dem das gemischte Metallphosphat ein mehrwertiges Metall aufweist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 8, bei dem das mehrwertige Metall Aluminium, Calcium oder Magnesium ist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 4, bei dem die verkohlende Komponente Sorbitol ist.
Schaumbildendes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bindemittel ein Polymer umfasst.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 11, bei dem das Polymer Acrylamid ist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem das Polymer durch UV vernetzt wird und das Bindemittel einen Photoinitiator aufweist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 11, bei dem das Bindemittel ein vernetzendes Agens aufweist.
Schaumbildendes Material nach Anspruch 14, bei dem das vernetzende Agens N,N'-Methylenbisacrylamid, Cyanursäuretriglycidylether und Ethylenglykol-dimethacrylat umfaßt.
Schaumbildendes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Borsäure aufweist.
Feuerfeste, laminierte Verglasung, aufweisend Scheiben aus Verglasungsmaterial, die durch eine Zwischenschicht aus schaumbildendem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 16 getrennt sind.
Feuerfeste, laminierte Verglasung nach Anspruch 17, bei der die Scheiben aus Verglasungsmaterial mit einem Adhäsionsverstärker beschichtet sind.
Feuerfeste, laminierte Verglasung nach Anspruch 18, bei der der Adhäsionsverstärker Silan aufweist.
Feuerfeste, laminierte Verglasung nach Anspruch 17, bei der eine oder mehrere der Scheiben aus Verglasungsmaterial eine laminierte feuerfeste Verglasung aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer laminierten feuerfesten Verglasung nach Anspruch 17 oder Anspruch 20, bei dem das Zwischenschichtmaterial direkt gegossen wird.