JP5095906B2 - 耐火性ラミネートの生産 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水ガラス組成物を生産するための新規方法に関し、当該方法によって生産された組成物、及びガラスの2つの対向した板間の膨張層として当該組成物を含む耐火性ガラス膨張層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスの2つの対向した板間に挟まれた膨張無機層を組み込んだガラス膨張層は、商標PYROSTOP及びPYRODURの下、Pilkington group社によって公知であり、販売されている。当該膨張層を火にさらすと、膨張無機層は、膨張し、発泡体を形成する。発泡体は、炎から離れたガラス板を保護する熱的な絶縁層を提供し、その結果、ガラスユニットの構造完全性が維持され、それによって、炎の拡大へ障壁を与える。発泡層の絶縁特性は、層を通じて伝わる熱の量を減少させ、それによって、ガラスユニットの炎の反対側での材料の酸化のリスクを減少させる。当該無機層を組み込んだガラスラミネートは、耐火性ガラス構造として上手く使用されている。当該ラミネートは、1以上の無機層を挟む2以上のガラス板を含むことができる。関連規則の厳格性に依存して、8つの無機層と同じくらい多くを含むラミネートが使用されている。多層ラミネートは、相対的に厚く、かつ、対応して高価である。
【０００３】
膨張無機層は、通常、ケイ酸ナトリウム水ガラス、又はケイ酸カリウムとの混合物から主として形成される。加えて、層は、グリコール、グリセリン、又はその誘導体、又は糖などの少量の多価有機化合物を含むことができる。無機層は、通常水ガラスの水溶液を調製し、溶液をガラス板の一つへ適用し、無機層が形成するように過剰の水を乾燥することによって形成される。典型的に、無機層は、約２０重量％の水（水和物水を含む）と変化する量のNa₂SiO₂、Na₆Si₂O₇,及びNa₂Si₃O₇を含むであろう。水ガラス溶液と無機層は、変化する割合のNa₂OとSiO₂を含み、Na₂Oの代わりとしてK_２Oを導入することによってカリウム含有種を含むこともできる。
【０００４】
乾燥工程は、もし有益な膨張層特性を有する光学的透明層が得られるなら慎重に制御した状況下で実行しなければならない。典型的には、乾燥を高湿度で、かつ、およそ１２〜２４時間の長い期間にわたって行なわれる。この長期にわたるプロセスは、製造方法のコストを加え、製造施設の生産性を減少させる。
【０００５】
米国特許4190698は、内部層が、ケイ酸水ガラスであり、グリセリン、エチレン、グリコール、ソルビトール、グルコース、デンプン、リン酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、リン酸アルミニウム、ボラックス、ホウ酸、コロイド状シリカを含め、多くの水ガラスへの補助剤を含有するガラスラミネートを開示する。これら補助剤は、内部層の耐火性能を改善するために言及されている。
【０００６】
有利な特性を有する内部層を形成するためにケイ酸塩水ガラスへ最も共通して添加される補助剤は、グリセロールである。グリセロールの存在は、乾燥工程中の内部層のクラッキングを減少させ、それによって、透明な乾燥内部層の形成を容易にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これら内部層からなるこれらのガラス製品の耐火性は、ガラス板がストレス下でクラックする間でさえ、できるだけ長い間維持されるガラスの完全性の部分に依存する。いくつかの例において、ガラスは悲劇的な方法でクラックし、ガラス製品は、結果として特定の試験に落ちるかもしれない。
我々は、これらの欠点が、内部層を加熱したとき相対的に粗い発泡層の形成に関連があるかもしれないと考えている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
今、我々は、乾燥工程前に炭酸塩又はαヒドロキシカルボン酸塩を水ガラス溶液へ加えることが、改善された耐火性性能を有する膨張層の生産につながることを見出した。これらの層は、炎にさらすと微細な発泡を生産し、出願人は、これが改善された耐火性性能の原因と考えている。塩の存在は、乾燥工程がより短い時間に渡って、生産物の質にいかなる有害な影響を与えずに行ない、それゆえ、製造施設の生産性を改善することもできる。
【０００９】
一つの側面から、本発明は、ガラス基板の表面での無機膨張層の生産方法であり、アルカリ金属水ガラスの溶液をガラス表面に拡散させ、無機層が形成されるまで、その溶液から水を蒸発させることからなるガラス基板の表面上の膨張層の生産方法であって、水ガラス溶液が、αヒドロキシカルボン酸アルカリ金属塩を含むことを特徴とする方法を提供する。使用する塩は、膨張層の光学特性又はその耐火性性能の価値を顕著に下げないものが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
有用な塩の例は、金属塩、特に、本発明のプロセスにおいて有益であると見出されたクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及び乳酸などのαヒドロキシカルボン酸のアルカリ金属塩を含む。アルカリ金属炭酸塩及び重炭酸塩などの弱無機酸塩が有益であると見出された。
【００１１】
有効であるために要求される塩の量は、バッファー試薬の選択や、水ガラス溶液の成分で変化するであろう。一般に、水ガラス溶液は、塩の0.1〜2.0、好ましくは0.5〜1.0重量％を含むことができる(乾燥前)。いずれの特定の塩の最適な量は、経験による方法によって決定することができる。いかなる特別な塩での過剰量の使用は、既知のシステムと比較してより劣る耐火特性を有する乾燥膨張層の形成を導くか、又は許容できないものとする。
【００１２】
アルカリ金属ケイ酸塩水ガラスは、ケイ酸ナトリウム水ガラスが好ましい。本発明の合成に使用する好ましい水ガラスは、SiO₂:Na₂Oの重量割合は、少なくとも２：１のものであり、より好ましくは、重量比が、少なくとも2.5:1であり、最も好ましくは、重量比が2.85：１である。
【００１３】
ケイ酸ナトリウム以外のアルカリ金属ケイ酸塩水ガラス、特に、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム水ガラスは、本発明の組成において有益とすることができる。重量比ＳｉＯ_２：Ｋ_２Ｏが、１．４：１〜２．１：１であるケイ酸カリウム水ガラスは、特に有益である。ケイ酸ナトリウム系水ガラス及びケイ酸カリウム水ガラスの混合物を含む組成物も有益とすることができる。
【００１４】
本発明のプロセス中にガラス表面上に拡散する水ガラス溶液は、一般に、10.0〜12.0の範囲、より好ましくは10.5〜11.8の範囲のpHを有するであろう。典型的には、これら溶液は、50〜70重量％の水を含むであろう。乾燥工程の終わりで、無機膨張層の水含有量は、15〜26重量％、より好ましくは18〜22重量％である。溶液の有効なpHは、乾燥工程中のイオン移動度における比例した減少にしたがって減少する。水が蒸発し、層が固化し始めるにつれて、pHは、層の特性の重要な目安としての意味がより少なくなる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様において、我々は、溶液のpHが、乾燥工程中の最初の5時間に渡って２単位未満で落ちるべきであることを見出した。この期間にわたって、水ガラス溶液の水の含有量は、好ましくは、およそ６０重量％〜30から35重量％の範囲内の値までに減少する。本発明の好ましい実施態様において、乾燥工程のこの最初の部分は、制御された条件下で行なわれ、水の損失割合は、本発明の塩の不存在下におけるのと同様の深度の水ガラス溶液を乾燥するのにこれまでに使用されるものと概ね同じかより長いであろう。しかしながら、行なった本発明の方法において、我々は、乾燥工程の最後の部分は、より短い時間で完結することを選ぶ。典型的な従来技術の全乾燥時間は、どんなものでも12〜24時間とすることができる。本発明の好ましい方法において、全乾燥時間は、所望により長い時間を利用することができるけれども、10と同じくらい小さいか15時間とすることができる。
【００１６】
本発明の方法において形成された無機膨張層の改善された耐火性性能は、相対的に薄い膨張層が、同等の耐火性性能を達成するのに十分とすることができることを意味する。本発明の方法において、ガラス表面の膨張層の深さを、1.4mm〜1.0mm、より好ましくは0.7mmへ減少させることができる。乾燥した膨張層を生産するために蒸発させる必要がある水の量は、かなり減少し、溶液を乾燥するのに要求される時間も減少する。しかしながら、これらの実施態様においてさえ、慎重に制御された条件下で、相対的にゆっくりとした速度で乾燥工程の初期の部分を行なうことが好ましい。乾燥工程の初期の部分でより迅速に溶液を乾燥させる試みは、劣った特性を有する無機層の形成及び極端に許容されない特性を生ずる傾向がある。
【００１７】
本発明の方法において役立つ水ガラス溶液は、好ましくは、多価有機化合物を含む。当該多価有機化合物の使用は、当該技術において知られている。典型的には、多価化合物は、グリコール、グリセリン、又はグリセリンの誘導体、又は糖からなる群から選択されるであろう。最も好ましい有機多価化合物は、グリセロールである。好ましくは、水ガラス溶液（乾燥工程前の）は、2.0〜10.0重量％の多価化合物を含むであろう。
【００１８】
本発明の方法において役立つ水ガラス溶液は、部分的にどんな極端なｐH値の製品も避ける方法において好ましくは調製される。好都合なことに、塩は、多価有機化合物の水溶液に溶解することができる。その後、生じた溶液をゆっくり加え、水ガラス溶液へ良好に撹拌し、本発明の方法に役立つ溶液を形成する。
【００１９】
無機膨張層は、水ガラス溶液をガラスシートの表目上に拡散し、次いで、溶液から水を蒸発させることによって上手く生産することができる。所望の厚さの無機膨張層をガラス上に形成するためには、蒸発中に水ガラス溶液を保持するであろう、例えばクレイ様材料からなるガラス上に端部障壁を与える必要がある。このような技術は、当該技術分野において周知である。水の水ガラス溶液からの蒸発は、それをオーブン内で70℃から105℃の温度で、24時間までの期間乾燥することによって行なうのが好ましい。
【００２０】
水の蒸発の割合は、大気中の相対的な湿度を変えることによって上手く制御することができる。乾燥工程の始めの部分の間非常に高い相対的湿度を維持することによって(100RHまで)、乾燥の割合は、かなり低いレベルで維持することができる。方法の後で、相対的湿度を乾燥の割合を増加するために減少することができる。
【００２１】
蒸発を完了するとき、被覆したガラスシートは、オーブンから取り除き、保持するボーダーは、端をシートからカットすることによって取り除くことができる。製品は、１つの表面に無機膨張層を有するガラスシートである。これらのシートは、サイズに上手くカットし、ラミネートガラスユニットへさらにラミネートプロセスによって形成することができる。
【００２２】
膨張層被膜を有するガラスシートは、ラミネートへ第二ガラスシートを加えることによって形成することができる。この第二シートは、製品が、単一の膨張層を有するラミネートである場合において被覆されないこととすることができる。あるいは、第二ガラスは、無機膨張層で被覆することもできる。向上した耐火性が要求される場所へ役立つ1以上の膨張層を有するラミネートを生産することが可能である。
【００２３】
相対的に薄い膨張層を有するシートの使用は、ラミネートの製品の好ましい実施態様を示す。なぜならラミネートガラスユニットは、従来のユニットよりより薄くし、なお、同等の耐火性性能を与えることができるからである。
【００２４】
実施例１
透明な耐火ガラスは、以下のように製造された。
【００２５】
ソーダライムガラス３ｍｍ厚の板は、その境界周辺に適用された湿度及び耐熱性障壁を有し、5mm高さのダムを形成する。
【００２６】
クエン酸トリカリウム(30部)を脱イオン化水(30部)に溶解し、撹拌し、透明な溶液を形成した。これをグリセロール(87％水溶液、69部)と混合し、均質化するまで撹拌した。この溶液をケイ酸ナトリウム溶液(38.1％水溶液、901部)の中へ強制的に撹拌して注いだ。
【００２７】
生じた溶液を後述する板上に5kgｍ^-2の配分で注いだ。
【００２８】
溶液をオーブンで100℃にて乾燥した。相対的湿度が100％になるまで、蒸気をオーブンの中へ注入した。オーブンを閉じ、溶液を、14時間の間、残りの水含有量を２０→３０％へ、約1.4mmの厚さへ乾燥した。乾燥した端部障壁を取り除き、ソーダライムガラスの第二の板をケイ酸層へ結合させた。
【００２９】
この結合したラミネートは、BS.476PT.20-22で特定された条件下で、耐火テストされた。ラミネートは、炉のスイッチを切ったとき、標準で特定されるような60分の完全性を上回った。
【００３０】
比較として、ラミネートは、グリセロールへクエン酸トリカリウムを加えなかった以外、同様方法で製造された。
同様に条件の下、このラミネートは、37分後失敗に終わった。

Claims (13)

1. ガラス基板の表面での膨張層の生産方法であり、アルカリ金属水ガラスの溶液をガラス表面に拡散させ、無機層が形成されるまで、その溶液から水を蒸発させることからなるガラス基板の表面上の膨張層の生産方法であって、水ガラス溶液が、αヒドロキシカルボン酸アルカリ金属塩を含むことを特徴とする方法。
2. αヒドロキシカルボン酸が、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及び乳酸からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ガラス基板上に拡散する水ガラス溶液が、１０．５〜１１．８の範囲のｐＨを有することを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
4. ガラス表面上へ拡散した水ガラス溶液は、乾燥工程の最初の５時間中にｐＨの２単位未満で減少させることを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
5. 水ガラス溶液が、０．１〜２．０重量％の塩を含むことを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
6. 水ガラス溶液が多価化合物を含むことを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
7. 多価化合物が、グリコール、グリセリン、又はグリセリンの誘導体、又は糖であることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 多価化合物が、グリセロールである請求項７記載の方法。
9. 表面に拡散した水ガラスを有するガラス基板が、加熱したオーブン上へ設置し、乾燥することを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
10. 乾燥した無機膨張層の水含有量が、３０〜３５重量％であることを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
11. 無機膨張層が、０．３〜５．０ｍｍ厚さであることを特徴とする先行するいずれか１の請求項に記載の方法。
12. 表面に無機膨張層を有するガラス基板であって、前記層が、請求項１〜１１のいずれか１に記載の方法によって生産することが可能であることを特徴とするガラス基板。
13. ガラスのｎシート間に挟まれたｎ−１の膨張層を有するガラスシートを含む膨張層ガラス製品であって、膨張層が、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法によって生産することが可能なものである膨張層ガラス製品。