JP5117959B2 - 複層ガラス窓 - Google Patents

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Description

本発明は、住宅やビルなどの建築物や車両、船舶、航空機などの交通機関などの窓として用いる複層ガラス窓に関する。
複層ガラス窓は、例えば、2枚のガラス板の周囲を、スペーサーを介してシール材で封着して内部に湿気が流入しないようにした密閉空間を形成し、この空間に乾燥空気を封入した構成にしたり、この空間を真空にした構成にしたりしてある。
複層ガラス窓は、内部に密閉空間を設けてあるため、断熱性、防音性、防露性などに優れており、住宅やビルなどに用いる建築用窓や車両、船舶、航空機などに用いる交通機関用窓として用いられている。
一方、近年、ガラス窓の打ち破りや焼き破り等を防止するため、防犯ガラス窓が普及し始めている。防犯ガラス窓は、例えば、単板ガラス窓に防犯フィルムを貼った構成や2枚のガラスを強靱な中間膜で合わせた構成、更には2枚のガラス板の間にポリカーボネート(PC)シートを入れて熱可塑性中間膜で合わせた構成などがあり、熱、衝撃、鋭利な道具に強い中間膜やシートをガラスに合わせたものである。
このように、複層ガラス窓は、断熱性、防音性、防露性などに関して優れており、一方、防犯ガラス窓は、防犯性、安全性、防災性などに関して優れている。これら優れた点を合わせ、PC合わせガラスを用いたPC複層ガラス窓が開発されている。
PC複層ガラス窓は、防犯ガラス窓と複層ガラス窓の利点を両立でき、実際に、新幹線客車窓として、車外側からPC/中間膜/ガラス/空気層/ガラスの順で構成したPC複層ガラス窓が採用されている。しかし、最外層にPCを配置すると、ガラスに比べてキズが入りやすく、長期の外観品質を維持することが難しい。
そこで、図2に示すように、PC複層ガラス窓14を、最外層側からガラス10/中間膜11/PC12/空気層13/ガラス10´の順で構成し、PC12を複層ガラス窓14の内部に配することにより、PC12にキズが付かないようにすることができる。しかし、PC12とガラス10のような異種材料間では線膨張係数が異なることから、硬い中間膜11を用いた場合、PC12に反りが発生してPC12の端部が剥離するという問題が発生していた。窓14のサイズを大きくするほどにその不具合が顕著になり、気密性が低下することから、このようなPC複合ガラス窓14は一般の住宅用窓までは普及していなかった。
この問題を解決するため、PCなどの透明合成樹脂板とガラス板とを硬い中間膜ではなく柔らかい素材である透明粘着剤を中間膜として使用することにより、該透明粘着剤(以下、単に中間膜ともいう。)がガラス板の線膨張差を吸収し、透明合成樹脂板の剥離を防止できる複層ガラス窓が開発されている(下記特許文献1の図1など参照)。
また、透明合成樹脂板をガラス板よりも一回り小さくし、透明合成樹脂板が膨張してガラス板及びスペーサーを封着する封着剤に触れないようにし、封着剤成分による透明合成樹脂板の劣化を防止できる複層ガラス窓が開発されている(下記特許文献1の図4など参照)。
特開2005−68774号公報
図3に示すような、ガラス板16よりも一回り小さい透明合成樹脂板17を密閉空間18内に配した構成の複合ガラス窓15は、透明合成樹脂板17の剥離、キズ、劣化などを防止することができる利点がある。しかし、スペーサー19とガラス板16,16´とを、湿気を通さない一次シール材20で封着し、さらに、スペーサー19の外側を接着性に優れた二次シール材21で封着して内部を密閉構造とした際に、ガラス16と透明合成樹脂板17とを貼り合わせる中間膜22の周囲が黄変してしまうという問題が生じていた。このような問題があり、中間膜22を密閉空間18内に配する構造の複層ガラス窓15は実用化できずにいた。
そこで、本発明の目的は、密閉空間内に配した中間膜が黄変することのない複層ガラス窓を提供することにある。
本発明は、下記(1)〜(3)の構成を採用するものである。
(1)向かい合う2枚のガラス板の周囲を、スペーサーを介してシール材で封着して密閉空間を形成し、その空間内に、透明粘着剤を介してガラス板に積層した透明合成樹脂板を配してある構成を備えた複層ガラス窓において、
前記シール材は、スペーサーとガラス板とを封着する一次シール材と、スペーサーの外側に塗布し、ガラス板間を封着する無溶剤タイプの二次シール材とからなる複層ガラス窓。
(2)無溶剤タイプの二次シール材は、シリコーン系シール材である(1)に記載の複層ガラス窓。
(3)一次シール材は、ブチルゴム系シール材である(1)又は(2)に記載の複層ガラス窓。
本発明の複層ガラス窓は、二次シール材をシリコーン系シール材などの無溶剤タイプのシール材とすることにより中間膜の黄変を防止することができる。
これは、下記1)〜8)に示すように、従来では、二次シール材に含まれる溶剤が原因で中間膜を黄変させていたが、本発明では、二次シール材を無溶剤タイプとしたことにより中間膜の黄変を防止できると考えられる。なお、黄変防止の効果は、当該複層ガラス窓についてJIS R3209に基づく加速耐久試験(耐湿耐光性試験)を行うことで確認することができる。
1)複層ガラス窓内部の防湿性・気密性を確保するため、一次シール材にはブチルゴムなどを主成分とした未架橋のシール材が一般に用いられる。
2)複層ガラス窓を固定するため二次シール材には後硬化性のポリサルファイド系のシール材などが用いられることが多い。ポリサルファイド系シール材は、基材と硬化剤を混ぜ合わせて使用する2液タイプと、1液タイプとがあるが、両者とも使用時のハンドリング性を良くするべく粘度調整のためにトルエンなどの溶剤が数%程度含有されており、硬化後も二次シール材中には微量の溶剤が残留しているものと推測される。
3)このような2つのシール材の組合せで製作した、複層ガラス窓(図3と同様な構成)をJIS R3209に基づく加速耐久試験(耐湿耐光性試験)を実施した。
4)2次シール材には防湿性能はなく、加速耐久試験による55℃90%RHの高温高湿環境下では水分が2次シール材を通過して複層ガラス窓内部へ侵入しようとする。
5)水分は1次シール材でブロックされてそれ以上の内部へ入ることは防止されるが、水分が2次シール材を通過する際に2次シール材中の微量の残留溶剤を含有して1次シール材にアタックする。
6)溶剤のアタックによって、1次シール材中のブチルゴムなどの溶剤に溶出し易い低分子量成分が複層ガラス内部に蒸散・侵入する。
7)蒸散した低分子量成分は吸着し易い軟質材である中間膜の端部に吸着する。
8)加速耐久試験による紫外線照射環境下において、低分子量成分が紫外線劣化して黄変を引き起こす。故に、中間膜の周囲のみに加速耐久試験によって黄変が生じるものと考えられる。
以下、本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明の範囲が下記実施形態に限定されるものではない。
図1は本発明の一実施形態の複層ガラス窓を模式的に示した断面図である。
本発明の一実施形態の複層ガラス窓1は、図1に示すように、一回り小さな透明合成樹脂板3を透明粘着剤4で積層したガラス板2と単層のガラス板5とを向かい合わせ、ガラス板2とガラス板5とをスペーサー6を介して一次シール材7,7´及び二次シール材8で封着し、内部を密閉空間9としたものである。
ガラス板2,5は、通常の複層ガラス窓に使用されているガラス板を使用することができ、それ以外にも、熱処理や化学処理された強化ガラス板、すりガラス等の型ガラス板、網入りガラス板などを使用することができる。
透明合成樹脂板3は、アクリル板、ポリカーボネート(PC)板、塩化ビニル板、脂環系ポリオレフィン板等の透明性の高いものを好ましく使用することができ、なかでも、安全性や防犯性の点からポリカーボネート(PC)板を好ましく使用することができる。
また、透明合成樹脂板3に紫外線吸収及び反射、熱線吸収及び反射、透過率調整、反射防止等の機能を付与することもできる。このような機能を付すことによって複層ガラス窓の断熱効果が高まり、ひいては省エネルギーに寄与することにもなる。
透明粘着剤4は、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系、ゴム系、スチレンエラストマー系等、どのような粘着剤でもよいが、透明性、耐久性の観点からアクリル系やシリコーン系が好ましく、特にアクリル酸エステル共重合体と架橋剤と光重合開始剤からなるアクリル系の粘着剤が好ましい。
より具体的には、本実施形態に係る粘着剤4は、ベースポリマーと、架橋モノマーと、架橋開始剤と、必要に応じてその他添加剤とを含有する粘着剤であって、ベースポリマーと、架橋モノマーと、架橋開始剤と、必要に応じてその他添加剤とを含有する粘着剤組成物を紫外線架橋して得られる粘着剤である。
(ベースポリマー)
ベースポリマーとしては、(メタ)アクリル酸エステル系共重合体であり、特に(メタ)アクリル酸アルキルエステル系共重合体を用いるのが好ましい。
なお、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系共重合体以外の樹脂を除外する意図ではなく、(メタ)アクリル酸アルキルエステル系共重合体以外の樹脂であっても、これと同様の結果が得られる樹脂が存在することは想定できる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル系共重合体を形成するために用いる(メタ)アクリレートモノマー成分、即ち、アルキルアクリレートモノマー成分又はアルキルメタクリレートモノマー成分としては、アルキル基がn−オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、n−ブチル、イソブチル、メチル、エチル、イソプロピルのうちのいずれか1つであるアルキルアクリレート又はアルキルメタクリレートモノマーのうちの1種又はこれらから選ばれた2種以上の混合物であるのが好ましい。
その他の成分として、カルボキシル基、水酸基、グリシジル基等の有機官能基を有するアクリレート又はメタクリレートを共重合させたものであってもよい。具体的には、前記アルキル(メタ)アクリレートモノマー成分と有機官能基を有する(メタ)アクリレートモノマー成分とを適宜選択的に組み合わせたモノマー成分を出発原料として重合して得られる(メタ)アクリル酸エステル系共重合体を挙げることができる。
中でも好ましくは、イソ−オクチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等のアルキルアクリレートの1種又はこれらから選ばれた2種以上の混合物か、或いは、イソ−オクチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等から少なくとも1種類以上と、アクリル酸とを共重合させたものを挙げることができる。
(架橋モノマー)
架橋モノマーとしては、アクリル系架橋モノマーを用いるのが好ましい。中でも、単官能(メタ)アクリレートよりは、2官能(メタ)アクリレート、3官能(メタ)アクリレート、4官能(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート、若しくは、単官能〜4官能(メタ)アクリレートの2種以上が混合してなる混合物などの多官能(メタ)アクリレートからなるモノマーを用いるのが好ましい。
ここで、単官能(メタ)アクリレートとしては、アクリル酸、メタタクリル酸およびクロトン酸等の(メタ)アクリル酸類、ラウリルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、テトラヒドロフルフリールアクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノアクリレートおよびジシクロペンタンジエンアクリレート等を挙げることができる。
多官能(メタ)アクリレートとしては、2官能(メタ)アクリレートとして、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール400ジアクリレートおよびトリプロピレングリコールジアクリレート等を挙げることができる。3官能(メタ)アクリレートとしては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンPO変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート等のトリアクリレートや、それらのトリメタクリレートなどを挙げることができる。4官能(メタ)アクリレートとしては、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等を挙げることができる。
中でも、好ましくは、例えば1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートなどを挙げることができ、その中でも1,9−ノナンジオールジアクリレートが好ましい。
なお、架橋モノマーは、以上例示した(メタ)アクリレートに限定されるものではなく、例えば有機官能基を含有した(メタ)アクリレートモノマー等も用いることが可能である。
架橋モノマーの分子量は、300〜2000、中でも400〜1500が、その中でも特に500〜1000であるのが好ましい。但し、かかる分子量に限定するものではない。
架橋モノマーの含有量は、所望の保持力が得られるよう他の要因と併せて調整すればよいが、目安としては、ベースポリマー100質量部に対し0.01〜40.0質量部、特に0.1〜30.0質量部、中でも特に0.5〜30.0質量部の割合の範囲内とするのが好ましい。但し、他の要素とのバランスでこの範囲を超えてもよい。
(架橋開始剤)
架橋開始剤としては、光開始剤を用いるのが好ましく、例えば開裂型の光開始剤や水素引抜型の光開始剤を挙げることができる。いずれの光開始剤を用いても良く、両者を併用しても良い。
この際、開裂型の光開始剤としては、例えばベンゾインブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、ヒドロキシアセトフェノン、プロピオフェノンなどのいずれか或いはこれらのうちの二種類以上の組合わせからなる混合物を挙げることができる。中でもプロピオフェノンまたはその誘導体、その中でもオリゴ{2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1メチルビニル)フェニル]プロパノン}が好ましい。
また、水素引抜型光開始剤としては、例えばベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ジベンゾスベロン、2−エチルアントラキノン、イソブチルチオキサンソンなどのいずれか或いはこれらの二種類以上の組合わせからなる混合物を挙げることができる。中でもベンゾフェノン、その中でもトリメチルベンゾフェノンとメチルベンゾフェノンの混合物が好ましい。
但し、水素引抜型や開裂型の光開始剤として前記に挙げた物質に限定するものではない。
(他の添加剤)
上記成分のほか、必要に応じて、可塑剤や、赤外線吸収特性を有する顔料や染料などの色素、粘着付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、吸湿剤、紫外線吸収剤、天然物や合成物の樹脂類、ガラス繊維やガラスビーズなどの各種の添加剤を適宜配合することもできる。
透明粘着剤4は、離型フィルム間に挟み込まれた積層シートとし、この積層シートに高圧水銀ランプなどを用いて紫外線を照射して架橋させて形成した粘着シートとして提供することができる。紫外線の照射に際し、モノマー及び光開始剤の量に応じて照射量を調節することにより好ましい弾性率を得ることができる。
透明粘着剤4のガラス転移温度は、真冬の寒さの厳しい環境下でも粘着材の柔軟性を保
てるように、−20℃以下であることが好ましく、さらには−70℃〜−40℃であることが好ましい。
また、真夏の暑さの厳しい環境下でも合わせた透明合成樹脂板3がずれ落ちたり剥がれたりしないように、透明粘着剤4には保持力が必要であることから、透明粘着剤4のずれ長さは、1.0mm〜25mmであることが好ましく、さらに6.0mm〜22mmであることがより好ましい。
ここで、保持力のずれ長さとは、透明粘着剤を用いて、38μmPETフィルムをSUS板に面積20mm×20mmで接着させた後、JIS Z0237に準じて、40℃の環境下で4.9Nの荷重を2時間かけた後のずれ長さを計測した値である。
このように透明粘着剤4のガラス転移温度とずれ長さを調節することにより、透明粘着剤4の柔軟性と、接着耐久性を両立することができ、これにより合わせガラスの反りを防止したり、複層ガラスの気密性を向上させたりすることができる。すなわちこのことにより透明合成樹脂板3を空間9側に位置させたことと相まって、合わせガラスの反りの反復による呼吸作用も少なく、空気層の気密性を向上させて透明合成樹脂板3を保護することができる。
複層ガラス窓1において、ガラス板2,5や透明合成樹脂板3は微細な凹凸を有していることから、その凹凸を吸収してこれらを良好に接着させるために、透明粘着剤4はある程度の厚さが必要となる。一方、あまり厚すぎると複層ガラス窓1全体の厚さも厚くしなければならず、生産性に劣ることになる。したがって、透明粘着剤4の厚さは、0.1〜2.0mmであることが好ましく、0.5〜1.5mmが特に好ましい。
スペーサー6は、向かい合うガラス板2,5の周囲を塞ぐように配するものであり、アルミなどからなり内部に乾燥剤などの吸湿剤を封入してあるものを好ましく使用することができる。
一次シール材7,7´は、ガラス板2とスペーサー6とを封着するものであり、湿気などを空間9内に浸入させないブチルゴム系シール材などを使用することができる。具体的には、ブチルゴム系粘着剤を用いた日東電工(株)製の両面接着テープNo.252、熱可塑性ポリイソブチレン系シール材の横浜ゴム(株)製のハマタイトSM−488、ポリイソブチレン系シール材のテイパ化工(株)製のPIB−521などを使用することができる。
二次シール材8は、トルエン、酢酸エチル、MEKなどの溶剤を用いてない無溶剤タイプのシーリング材を用い、スペーサー6を介して貼り合わせたガラス板2,5の周囲に塗布し、ガラス板2,5同士及びスペーサー6を強固に固着することのできるシリコーン系シール材などを使用することができる。具体的には、無溶剤タイプのシリコーン系シール材の東レ・ダウコーニング(株)製のSE760SGブラックなどを使用することができる。
複層ガラス窓1は、例えば、以下のように製造することができる。
まず、透明合成樹脂板3を、ガラス板2の一面側に透明粘着剤4で、ガラス板2の周囲が透明合成樹脂板3の端部よりも外側に張り出すように貼り合わせる。貼り合わせ方法は、例えば、予め透明粘着剤4 をシート状に成型しておき、ガラス板2と透明合成樹脂板3の間に挟んで高温、高圧下で貼り合わせる方法、紫外線硬化樹脂である透明粘着剤4をシート状に成型し、ガラス板2と透明合成樹脂板3の間に挟んで紫外線を照射する方法等がある。
次に、スペーサー6の一方の長手端部を、ガラス板2の前記一面側の周囲に一次シール材7で封着し、スペーサー6の他方の長手端部を、ガラス板2の一面側の周囲に一次シール材7´で封着する。
そして、貼り合わせたガラス板2,5の周囲に二次シール材8塗布して封着し、内部を密閉空間9とした複層ガラス窓1を製造することができる。
従来では、上記したように、二次シール材中に残留したトルエンなどの溶剤により一次シール材のブチルゴムなどの低分子量成分が溶出し、空間内の透明粘着剤を黄変させていたが、本発明の複層ガラス窓1は、トルエンなどの溶剤を含まない、無溶剤タイプの二次シール材8としたため、一次シール材7,7´中のブチルゴムなどの低分子量成分が溶出することがなく、透明粘着剤4の周囲が黄変することがない。
以下、実施例を示すが、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
透明合成樹脂板として、両面に直接シリカ膜を蒸着させたポリカーボネート(PC)板(厚さ0.5mm×巾120mm×長さ170mm)を用い、この一面に、片面の離型フィルムを剥がした下記透明粘着シートをニップロールと駆動ロール間に搬入させて貼り合せた後、残りの離型フィルムを剥がした。
次に、上記粘着シートを貼ったPC板の粘着シート側を、ガラス板(市販のソーダライムガラス、厚さ3mm×巾150mm×長さ200mm)に、ガラス板の周囲がPC板の端部よりも張り出すように向かい合わせてニップロールと駆動ロール間に搬入して貼り合わせPC合わせガラスを形成した。
このPC合わせガラスのPC板側のガラス板が張り出した部位に、アルミスペーサーを1次シール材となるブチルゴム系両面テープ(日東電工(株)製No.525テープ)で貼り合わせてアルミスペーサーをガラス板の周囲に配し、他のガラス板(市販のソーダライムガラス、厚さ3mm×巾150mm×長さ200mm)を、1次シール材となるブチルゴム系両面テープ(日東電工(株)製No.525テープ)でアルミスペーサーに貼り合わせた。そして、アルミスペーサーの外側に、二次シール材となる無溶剤タイプのシリコーン系シール材(東レ・ダウコーニング(株)製SE760SGブラック)を塗布して両ガラス板の周囲全てを封着し、内部を密閉空間にした複層ガラス窓を形成した。
なお、透明粘着シートとしては、アクリル酸エステル共重合体100質量部に対し、硬化剤として1,9−ノナンジオールジアクリレートを0.8質量部、光開始剤として、2,4,6−トリメチルベンゾフェノンと4−メチルベンゾフェノンの混合品を0.8質量部添加して溶融攪拌した後、これを厚さ50μmと100μmの離型PETに挟んで、厚み0.5mmのシート状にホットメルト成形し、次いで、高圧水銀ランプを用いて片面積算光量が1000mJ/cmとなるようにランプを離型PET越しに表裏照射させたものを用いた。なお、用いたアクリル酸エステル共重合体の組成は、n−ブチルアクリレート78.4質量%、2−エチルヘキシルアクリレート19.6質量%、アクリル酸2.0質量%を共重合させたもので、Tgは−35℃、130℃溶融粘度は17.5万(mPa・s)であった。
(実施例2)
一次シール材を、ブチルゴム系シール材(テイパ化工(株)製ブチルテープPIB−521)とした以外は実施例1と同様にして複層ガラス窓を製作した。
(実施例3)
一次シール材を、ブチルゴム系シール材(横浜ゴム(株)製ハマタイト)とした以外は実施例1と同様にして複層ガラス窓を製作した。
(比較例1)
二次シール材を、溶剤としてトルエン5%含有する2液硬化型ポリサルファイド系のシール材(テイパ化工(株)製ペアシール2HS)とした以外は、実施例1と同様にして複層ガラス窓を製作した。
(比較例2)
二次シール材を、溶剤としてトルエン5%含有する2液硬化型ポリサルファイド系のシール材(テイパ化工(株)製ペアシール2HS)とした以外は、実施例2と同様にして複層ガラス窓を製作した。
(比較例3)
二次シール材を、溶剤としてトルエン5%含有する2液硬化型ポリサルファイド系のシール材(テイパ化工(株)製ペアシール2HS)とした以外は、実施例3と同様にして複層ガラス窓を製作した。
(試験)
実施例1〜3及び比較例1〜3の複層ガラス窓について、JIS R3209に基づく加速耐久試験(耐湿耐光性試験)を実施した。試験のIII類である、耐湿耐光試験42日+冷熱繰り返し試験72サイクル後の複層ガラス窓の黄変を目視観察した。観察した結果、黄変が無いものを○、黄変が有るものを×として判断した。
(試験後の黄変の有無)
実施例1:○
実施例2:○
実施例3:○
比較例1:×
比較例2:×
比較例3:×
二次シール材を無溶剤タイプとした実施例1〜3は、黄変が見られず、二次シール材を、溶剤を含むタイプとした比較例1〜3は、黄変が発生した。
本発明の複合ガラス窓の一実施形態を模式的に示した断面図である。 従来の複合ガラス窓の一例を模式的に示した断面図である。 従来の複合ガラス窓の他例を模式的に示した断面図である。
符号の説明
1複合ガラス窓 2ガラス板 3透明合成樹脂板 4透明粘着剤 5ガラス板 6スペーサー 7,7´一次シール材 8二次シール材 9密閉空間

Claims (3)

  1. 向かい合う2枚のガラス板の周囲を、スペーサーを介してシール材で封着して密閉空間を形成し、その空間内に、透明粘着剤を介してガラス板に積層した透明合成樹脂板を配してある構成を備えた複層ガラス窓において、
    前記シール材は、スペーサーとガラス板とを封着する一次シール材と、スペーサーの外側に塗布し、ガラス板間を封着する無溶剤タイプの二次シール材とからなる複層ガラス窓。
  2. 無溶剤タイプの二次シール材は、シリコーン系シール材である請求項1に記載の複層ガラス窓。
  3. 一次シール材は、ブチルゴム系シール材である請求項1又は2に記載の複層ガラス窓。
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