WO2014076114A1 - Penetrationsfeste mehrschichtfolien aus weichmacherhaltigem polyvinylacetal mit schalldämpfenden eigenschaften - Google Patents

Penetrationsfeste mehrschichtfolien aus weichmacherhaltigem polyvinylacetal mit schalldämpfenden eigenschaften Download PDF

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WO2014076114A1
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film
sub
polyvinyl acetal
plasticizer
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PCT/EP2013/073691
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Jan Beekhuizen
Uwe Keller
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Kuraray Europe Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a suitable as a sound-absorbing interlayer in laminated safety glass plasticizer-containing film, which is composed of at least two sub-films based on plasticized polyvinyl acetal with different polyvinyl alcohol content and good
  • Laminated safety glass generally consists of two glass panes and one connecting the glass panes
  • the film material used is predominantly plasticizer-containing partially acetalized polyvinyl alcohol (polyvinyl acetal), in particular polyvinyl butyral (PVB).
  • VSG Laminated safety glass
  • composite glazing are their sound-insulating properties. This can e.g. be achieved by a particularly soft and thus sound-absorbing interlayer film. However, these films are often not sufficiently stable mechanically or have insufficient adhesion properties to glass.
  • multi-layer systems can be used, wherein the sub-layers differ in their mechanical strengths and thus a sound insulation is achieved by mechanical decoupling.
  • Different mechanical strengths of films based on plasticizer-containing polyvinyl acetal for example, by their plasticizer content or the proportion of polyvinyl alcohol or
  • Polyvinyl acetate groups are set in the polyvinyl acetal used.
  • EP 2153989 A1 or US Pat. No. 5,340,654 describe multilayer films in which a first part-layer contains a polyvinyl acetal having a high residual acetate content and a second part layer contains a polyvinyl acetal having a lower residual acetate content. Due to the different residual acetate contents, one of the partial films can have a high plasticizer content and the other a lower plasticizer content, which results in different mechanical strengths of the partial films.
  • WO 2006/102049 discloses a similar multi-layer system in which two partial films of polyvinyl acetal with a same
  • the multilayer films described here have sound insulating properties owing to the soft partial film, they are mechanically more unstable owing to the high total plasticizer content of more than 29% by weight, which is described, for example, in US Pat. on the penetration resistance of a manufactured herewith
  • Glass / glass laminate (eg a windscreen) has a negative effect.
  • These multilayer films are suitable for use as sound absorbing films in conventional windshields or building glazings.
  • Those in the automotive industry Conventionally used windshields usually have total thicknesses (based on glass) of more than 3.7 mm.
  • Windshields causes a huge disadvantage to the comfort characteristics of the passengers.
  • laminates of thinner slices have lower penetration strengths, especially when using sound-insulating films with lower mechanical strength per se.
  • the object of the present invention was therefore to produce interlayer films for composite glazings with sound-insulating properties which have good damping properties with sufficient rigidity, ie adequate penetration resistance, and thus for the production of, for example, windshields with thinner glasses in a thickness of less than 3.7 mm (based on the total thickness of the two individual panes) are suitable. It has been found that plasticized polyvinyl acetal-based interlayer films having polyvinyl acetal sublayers with different polyvinyl alcohol content and low overall plasticizer contents have sufficient stiffness or penetration strengths, despite good damping properties.
  • the present invention therefore relates to an interlayer film for laminated glazing, comprising at least a first and at least a second sub-film comprising plasticized polyvinyl acetal, each having a different plasticizer content, wherein the first sub-film of plasticized polyvinyl acetal having a Polyvinylalkoholgehalt of 17 to 22 wt.% And the second sub-film consists of plasticized polyvinyl acetal having a polyvinyl alcohol content of 11 to 14 wt.% And the interlayer film has a total plasticizer content of less than 28 wt.% Has.
  • a second sub-film is disposed between two first sub-films in the interlayer film.
  • the total plasticizer content of the interlayer film is understood below to mean the content of plasticizer, based on the total weight of the film.
  • interlayer films according to the invention have a total plasticizer content of 28% by weight to 24% by weight, particularly preferably 27% by weight to 24% by weight and in particular 26% by weight to 24% by weight.
  • inventive films and the currently available soundproofing films based on plasticized polyvinyl acetal lies in their increased mechanical rigidity and the associated penetration resistance.
  • the films are made available by suitable combinations of the partial layers as interlayer films based on plasticized polyvinyl acetal.
  • a special feature is that the films thereby have a low total plasticizer content, which actually appears contradictory for use as a sound-damping film.
  • the soundproofing effect of the films according to the invention should be highest at the application temperatures of the later glass laminate.
  • the application temperatures are around 20 ° C, since the pane is heated in winter and cooled in the summer by air conditioning.
  • films according to the invention preferably have maximum attenuation in the temperature range of 15-25 ° C.
  • the attenuation is given in the form of the loss factor according to ISO16940 and represents a measure of how well the film attenuates the incoming sound, or more precisely converts it into heat (heat dissipation).
  • a laminate made of a film according to the invention and two glass plates of thickness 2 mm preferably has a natural frequency of the 2nd mode measured according to ISO16940 of greater than 780 Hz and in particular greater than 800 Hz at a temperature of 20 ° C.
  • a laminate produced according to the invention from a film according to the invention and two 2 mm thick glass plates according to ISO 16940 for the second mode preferably has loss factors at 10 ° C. of more than 0.15, particularly preferably more than 0.3 and particularly preferably more than 0.35.
  • the loss factors for the 2nd mode are preferably above 0.25 at 30 ° C.
  • a laminate made of a film according to the invention and two glass plates of thickness 2 mm according to ISO16940 has a natural frequency of the 1st mode at 20 ° C. of greater than 160 Hz.
  • the loss factor of the 1st mode at 20 ° C. preferably has values of more than 0.2 and particularly preferably more than 0.25
  • the determination of the damping properties is carried out according to ISO16940 on a test body of a 0.76-1.14 mm thick interlayer film (the damping properties of the film do not change significantly in this thickness range, but the measurement is preferred on films with a thickness of 0.84 mm) laminated between two 2 mm thick glass sheets.
  • the first two vibration modes n are measured, l.mode and 2.mode.
  • the loss factor can also be specified as nl and n2 the lmode, perspective of the second mode.
  • Films of the invention provide a distinct advantage over conventional acoustic films, particularly for lamination with thin glasses, i. Glass sheets such as windshields, with a total thickness of less than 3.7 mm, preferably less than 3.5 mm and more preferably less than 3.3 mm.
  • Inventive film can be used in particular for the production of laminates with asymmetric glass thicknesses.
  • a glass sheet has a thickness of 1.8 mm and the second glass sheet has a thickness of 1.4 mm.
  • Such asymmetric laminates additionally have sound-insulating properties.
  • the interlayer film according to the invention may preferably comprise one or more first partial films of plasticized polyvinyl acetal having a polyvinyl alcohol content of 18-21% by weight and more preferably of 19.5-20.5% by weight.
  • the first part film comprises plasticizer-containing polyvinyl acetal with a proportion of polyvinyl acetate groups of 0.1 to 11 mol%, preferably 0.1 to 5 mol% and particularly preferably 0.1 to 2 mol%.
  • the interlayer film according to the invention may preferably comprise one or more second partial films of plasticized polyvinyl acetal having a polyvinyl alcohol content of 11-13.5% by weight and more preferably of 11.5-13% by weight.
  • the second sub-film plasticizer-containing Polyvinyl acetal with a proportion of polyvinyl acetate groups of 0.1 to 11 mol%, preferably 1-9 mol%, particularly preferably 5-8 mol%.
  • sound insulating interlayer films are very soft or contain at least one layer which is very soft with respect to the other layers of the film laminate. Such films have a low glass transition temperature and have a low rigidity. In contrast, films according to the invention have very good penetration properties despite good sound insulation.
  • laminated safety glass can e.g. to ECE43 (falling ball test).
  • films of the invention are based on plasticized
  • the drop height to be specified is the height at which the glass holds back the ball safely. The higher the drop height, the better the penetration resistance.
  • the adhesion of the film to glass plays a major role in the penetration resistance.
  • films with low glass adhesion usually show a better penetration resistance than films with high glass adhesion.
  • the adhesion to glass is usually determined by the so-called Pummel test.
  • a laminate made from inventive films of thickness 0.76 mm and two glass plates of thickness 2 mm preferably has a penetration resistance in the ball fall according to ECE43 of at least 5.00 m, more preferably of at least 5.25 m and in particular of at least 5.5 m , The penetration properties were determined with films of adhesion Pummel 3 - 5.
  • the films according to the invention therefore also have improved penetration properties according to ECE-43 in addition to good sound insulation properties in comparison to known soundproofing films with the same overall thickness.
  • interlayer films which consist of several sub-films of plasticizer-containing, but different polyvinyl acetals
  • the film properties over time can still change. This is because the compatibilities of polyvinylacetal films and given plasticizer or plasticizer system depend on the respective proportions of polyvinylacetal, polyvinylalcohol and polyvinylacetate groups as well as the temperature. In particular, the proportion of polar polyvinyl alcohol influences the
  • the plasticizer migration can therefore lead to a change in properties over time, for example, the mechanical properties such as stiffness or tensile modulus, but especially the natural frequencies of the different modes measured according to ISO16940, change.
  • Inventive films therefore show the desired properties in the equilibrium state, which is reached after lamination after a storage time of 10 weeks at room temperature. In general, the equilibrium state is already reached after 6, 7, 8 or 9 weeks of storage at room temperature, which can be easily determined by comparative measurements.
  • the films according to the invention are preferably composed of at least two partial films, wherein at least one first part film (A) is preferably a polyvinyl acetal having a proportion of polyvinyl acetate groups between 0.1 and 11 mol%, preferably 5 and 8 mol% (A) and at least one second Partial film (B) contains a Polyvinyacetal with a proportion of polyvinyl acetate groups of 0.1 to 11 mol%, preferably 0.1 to 4 mol%, particularly preferably 0.1 to 2 mol% (B).
  • A first part film
  • B Partial film
  • the part foils can be combined in the order A / B / A or B / A / B.
  • the partial foils can each be used in almost any thickness, provided that the soundproofing properties do not change negatively.
  • all partial films may have the same thickness, but there are also combinations of partial films of different thickness possible.
  • the outer films A have substantially the same thickness while the sound-insulating film B may be as thin as possible, such as 100-200 ym.
  • the internal, sound-absorbing layer B has a thickness of 100-200 ym and the outer layers correspondingly from 320 to 375 ym.
  • the middle film then counts as the second part film and has the properties mentioned.
  • Inventive interlayer films preferably have a total thickness of 0.5 mm to 1.14 mm, preferably 0.6 to 1 mm and particularly preferably 0.76 to 0.9 mm.
  • plasticizers of higher polarity are more compatible with polyvinyl acetal than those of lower polarity.
  • compatibility of low polarity softeners increases with increasing degree of acetalation, i. with a decrease in the number of hydroxyl groups and thus the polarity of the polyvinyl acetal.
  • the partial films can absorb different amounts of plasticizers without causing the softener to exude.
  • the partial films therefore preferably have a different plasticizer content, based on the film formulation, of at least 5% by weight, more preferably at least 7.5% by weight, and in particular at least 10% by weight.
  • the interlayer film according to the invention may comprise one or more first sub-films having a plasticizer content of 20 to 27% by weight and one or more second sub-films having a plasticizer content of 30 to 38% by weight.
  • the plasticizer contents are determined as the damping properties after lamination of the film between two glass panes in a conventional autoclave process and a storage time of at least 10 weeks.
  • Invention interlayer films can by
  • the partial films may contain identical or different plasticizers in an equal or different amount prior to combination with each other.
  • identical plasticizers is preferred, whereby the composition of plasticizer mixtures in the partial films may change slightly due to migration.
  • the partial films may contain plasticizers or plasticizer mixtures of at least one of the following plasticizers known for PVB film: di-2-ethylhexyl sebacate (DOS), di-2-ethylhexyl adipate (DOA), dihexyl adipate (DHA), dibutyl sebacate (DBS), triethylene glycol bis-n-heptanoate (3G7),
  • DOS di-2-ethylhexyl sebacate
  • DOA di-2-ethylhexyl adipate
  • DHA dihexyl adipate
  • DBS dibutyl sebacate
  • 3G7 triethylene glycol bis-n-heptanoate
  • the partial films according to the invention may contain further additives known to the person skilled in the art, such as residual amounts of water, UV absorbers, antioxidants, adhesion regulators, optical agents Brighteners, stabilizers, colorants, processing aids , organic or inorganic nanoparticles, fumed silica and / or surface-active substances.
  • all partial films have the additives mentioned in substantially the same concentration.
  • at least one of the partial films has no adhesion regulators (anti-adhesion agents).
  • anti-adhesion agents are understood as compounds with which the adhesion of plasticized polyvinyl acetal films to glass surfaces can be adjusted. Compounds of this type are known to the person skilled in the art; in practice for this purpose are commonly used alkali metal or alkaline earth ⁇ of organic acids, such as potassium / magnesium acetate.
  • At least one of the partial sheets to improve the stiffness 0.001 to 20 wt. % Si0 2 , preferably 1 to 15 wt.%, In particular 5 to 10 wt.%, Optionally doped with A1203 or Zr0 2 contains.
  • polyvinyl acetal For the preparation of polyvinyl acetal polyvinyl alcohol is dissolved in water and acetalysed with an aldehyde such as butyraldehyde with the addition of an acid catalyst. The precipitated polyvinyl acetal is separated, washed neutral, optionally suspended in an alkaline aqueous medium, then washed neutral again and dried.
  • an aldehyde such as butyraldehyde
  • the polyvinyl alcohol content of the polyvinyl acetal can be adjusted by the amount of aldehyde used in the acetalization. It is also possible to carry out the acetalization with other or several aldehydes having 2-10 carbon atoms (eg valeraldehyde).
  • the films based on plasticized polyvinyl acetal preferably contain uncrosslinked polyvinyl butyral (PVB), which is obtained by acetalization of polyvinyl alcohol with butyraldehyde.
  • crosslinked polyvinyl acetals especially crosslinked polyvinyl butyral (PVB) is also possible.
  • Suitable crosslinked polyvinyl acetals are e.g. EP 1527107 B1 and WO 2004/063231 A1 (thermal self-crosslinking of polyvinyl acetals containing carboxyl groups), EP 1606325 A1 (polyvinyl acetals crosslinked with polyaldehydes) and WO 03/020776 A1 (polyvinyl acetals crosslinked with glyoxylic acid).
  • EP 1527107 B1 and WO 2004/063231 A1 thermal self-crosslinking of polyvinyl acetals containing carboxyl groups
  • EP 1606325 A1 polyvinyl acetals crosslinked with polyaldehydes
  • WO 03/020776 A1 polyvinyl acetals crosslinked with glyoxylic acid
  • polyvinyl alcohol may also be hydrolyzed from terpolymers
  • Vinyl acetate / ethylene copolymers are used. These compounds are usually hydrolyzed to more than 92 mol% and contain 1 to 10 wt. % ethylene based units (e.g., "Exceval" type from Kuraray Europe GmbH).
  • the polyvinyl alcohol used can also be hydrolyzed copolymers of vinyl acetate and at least one further ethylenically unsaturated monomer.
  • the polyvinyl alcohols can be used in the context of the present invention purely or as a mixture of polyvinyl alcohols with different degree of polymerization or degree of hydrolysis. It is possible that the interlayer films of the invention consist of 2, 3, 4 or 5 sub-films, wherein the respective adjacent sub-films have the said different properties.
  • the part foils can first be produced individually by extrusion and then joined together mechanically, for example by co-rolling on a film roll to form the interlayer film according to the invention.
  • Coextrusion may be e.g. done with a suitably equipped multi-layer nozzle or a feed block.
  • films are often used which have a so-called ribbon in the upper region.
  • the upper part of the film can be coextruded with a correspondingly colored polymer melt or, in a multi-layer system, one of the partial films can have a different coloration. In the present invention, this can be achieved by wholly or partly coloring at least one partial film.
  • the preparation of the films or sub-films according to the invention is generally followed by extrusion or coextrusion, which under certain conditions (melt pressure, melt temperature and mold temperature) to give a melt fracture surface, i. a stochastic surface roughness.
  • a regular, non-stochastic roughness can be applied to an already produced interlayer film according to the invention by means of an embossing process between at least one pair of rolls.
  • Embossed films generally have improved venting behavior in laminated glass production and are preferably used in the automotive sector.
  • films according to the invention have a surface structure having a roughness R z of 15 to 150 ⁇ m, preferably R z of 15 to 100 ⁇ m, particularly preferably R z of 20 to 80 ⁇ m and in particular R z of 30 to 80, applied on both sides 75 yards up.
  • Films of the invention are also well suited for the production of glass / film / plastic laminates, such as for the permanent bonding of a glass sheet with a PET layer.
  • the bonding of two plastic discs, such as polycarbonate or PMMA is feasible with the films of the invention.
  • the films of the invention can be used in particular for the production of laminated safety glass by lamination with one or more glass sheets in a manner known to those skilled in the art.
  • the laminated safety glasses may be used in the automotive sector, e.g. as a windscreen, as well as in the architectural field e.g. used in windows or transparent facade components or in furniture construction.
  • Another use of the films according to the invention consists in the production of photovoltaic modules.
  • the ester number EZ of polyvinyl alcohol is determined according to DIN EN ISO 3681.
  • the determination of the polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate content of PVB is carried out in accordance with ASTM D 1396-92.
  • the conversion of% by weight into mol% is carried out according to formulas known to the person skilled in the art.
  • the plasticizer content of the films is determined by dissolving the film in ethanol and subsequent quantitative gas chromatography. To determine the plasticizer content of the partial films, the multilayer films must be allowed to cure at room temperature after a conditioning time of 10 weeks. After extensive completion of the plasticizer migration again separated and measured individually. Film roughness:
  • Roughness value R z is in accordance with DIN EN ISO 4287. The indicated measurements were carried out with a roughness measuring device from Messrs. Mahr type S2, feed device PGK with mechanical input button MFW-250. The cut-off wavelength X c , the total measuring distance l m , the number and length of the
  • Single measuring sections l e and the leading and trailing sections l v and l n are selected according to the above-mentioned standard.
  • the determination of the glass transition temperature of the partially acetalized polyvinyl alcohol is carried out by means of
  • DSC Differential Scanning Calorimetry
  • DIN 53765 using a heating rate of 10K / min in the temperature range - 50 ° C - 150 ° C.
  • the position of the glass transition temperature is determined on the measurement curve of the second heating ramp according to DIN 51007.
  • the DIN midpoint (Tg DIN) is defined as the intersection of a horizontal halfway up the grade with the trace.
  • the step height is defined by the vertical distance of the two points of intersection of the central tangent with the baseline of the trace before and after glass transition.
  • the penetration properties of the films are determined by the ball drop test according to ECE43.
  • the films are laminated in one layer between 2 panes of float glass of thickness 2 mm by methods known to those skilled in the art.
  • the size of the discs is 30 x 30 cm.
  • the samples are subjected to the ball drop test after a storage period of 10 weeks at 20 ° C. according to ECE43.
  • a 2.26 kg steel ball hits the discs, which are clamped in a frame.
  • At least 10 slices of the same foil are tested and the drop height is given, at which the ball no longer punctures the disc. Since adhesion also plays a role in the penetration properties, all slices were tested at the same adhesion level of Pummel 3 - 5. Measurement of the damping behavior
  • the damping properties of the films are determined by measuring the mechanical impedance according to ISO 16940.
  • the foils are laminated between two glass sheets of thickness 2 mm and from this a specimen with dimensions of 300 * 25 mm cut out.
  • An adhesive head screw (type UA0866 / Brüel & Kjaer) is applied to this glass sample with the aid of a cyanoacrylate adhesive in the middle, which makes it possible to connect the sample directly to an impedance measuring head (type 8001 / Brüel & Kjaer GmbH) via a thread. This allows the simultaneous measurement of force and acceleration at one point of the glass sample over a frequency range of 1-10000 Hz.
  • the impedance measuring head is located directly on the vibration table of a vibration exciter (type 4809 / Brüel & Kjaer GmbH), via which the desired forces are transmitted. Both are located in a controllable, insulated heating cabinet (Binder), which allows the determination of the damping properties over a temperature range of preferably 0-40 ° C.
  • a noise signal generator PULSE frontend type 3560B-040 / Brüel & Kjaer GmbH
  • the noise is conducted via a power amplifier (Type 2718 / Brüel & Kjaer GmbH) on the oscillator.
  • the frequency range covers 0 to 5000 Hz.
  • the reaction of the glass sample to the generated vibrations can now be measured at different temperatures directly via the impedance measuring head by force / speed recording and evaluated with analysis software (PULSE FFT Analysis Typ7770N2 / Brüel & Kjaer GmbH). From the determined transfer function of force and speed, the different natural frequencies / modes of vibration n of the glass samples, as well as their half-widths can be determined. In this case, the half-width AF is selected at 3dB below the signal maximum.
  • a high loss factor or a high percentage damping value is a measure of the quality of the sound damping properties.
  • the samples are each measured directly, about 2 hours after lamination in the autoclave. Subsequently, the finished and measured samples are stored at 20 ° C and measured again after 10 weeks. This is because the properties change over time until you reach equilibrium to reach. As described above, this time dependence is caused by plasticizer diffusion processes.
  • the height of the natural frequency of the different vibration modes is an important factor.
  • the films For the preferred use in thin windshields, ex. less than 3.7 mm (based on the pure glass thickness without film) but preferably less than 3.5 mm and particularly preferably less than 3.3 mm glass, the films must compensate for the loss of glass thickness and thus also on rigidity in certain parts, without but losing your good sound insulation properties.
  • films according to the invention have a natural frequency of 2.mode at 20 ° C. of greater than 750 Hz and preferably greater than 780 Hz and particularly preferably greater than 800 Hz with loss factors of greater than 0.25, preferably greater than 0.3 and particularly preferably greater than 0.35
  • the polyvinylbutrals used were prepared in the usual way known to those skilled in the art and have the chemical composition and mechanical properties given in the tables.
  • the damping properties were determined after lamination in an autoclave process and 10-week storage of the laminates at room temperature.
  • Examples 1-6 show different variants of films according to the invention. It can be seen that by selective adjustment of the plasticizer content below 28% by weight in various combinations of the partial films, a natural frequency of the 2.mode according to ISO16940 of greater than 750 Hz with loss factors of greater than 0.25 is established.
  • films of the invention also show very good penetration properties in comparison to conventional soundproofing films of the same thickness, as Comparative Example 1 shows.
  • Tables 3 and 4 show the effects of migration of the plasticizer.
  • the films according to the invention show the desired damping properties only after a waiting time due to the migration of the plasticizer (Table 4 in comparison to Table 3).
  • Comparative Example 2 represents an ordinary, non-inventive film based on the partial film Bl. Although this film also exhibits good penetration properties, it has no damping properties in relation to sound according to ISO 16940 in comparison to films according to the invention and is therefore also unsuitable for use as a soundproofing film , Films according to the invention are therefore particularly suitable for use with thin glasses.

Landscapes

  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zwischenschichtfolie für Verbundverglasungen, aufgebaut aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Teilfolie enthaltend weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit jeweils unterschiedlichem Weichmachergehalt, wobei die erste Teilfolie aus weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 17 bis 22 Gew.% und die zweite Teilfolie aus weichmacherhaltiges Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 11 bis 14 Gew.% besteht und die Zwischenschichtfolie einen Gesamtweichmachergehalt von weniger als 28 Gew.% besitzt. Die Folie kann insbesondere für Windschutzscheiben unter Verwendung von Gläsern mit einer Gesamtdicke von weniger als 3,7 mm verwendet werden.

Description

Titel
Penetrationsfeste Mehrschichtfolien aus weichmacherhaltigern Polyvinylacetal mit schalldämpfenden Eigenschaften Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine als schalldämmende Zwischenschicht in Verbundsicherheitsgläsern geeignete weichmacherhaltige Folie, die aus mindestens zwei Teilfolien auf der Basis von weichmacherhaltigen Polyvinylacetalen mit unterschiedlichem Polyvinylalkoholgehalt aufgebaut ist und gute
Penetrationseigenschaften aufweist .
Stand der Technik
Verbundsicherheitsgläser bestehen im Allgemeinen aus zwei Glasscheiben und einer die Glasscheiben verbindenden
Zwischenfolie. Als Folienmaterial wird überwiegend weichmacher- haltiger teilacetalisierter Polyvinylalkohol (Polyvinylacetal) , insbesondere Polyvinylbutyral (PVB) verwendet.
Verbundsicherheitsgläser (VSG) werden beispielsweise als Windschutzscheiben oder Seitenverglasungen im
Kraftfahrzeugbereich sowie als Sicherheitsverglasung im
Baubereich eingesetzt.
Ein immer wichtiger werdendes Merkmal von Verbundverglasungen sind deren schalldämmende Eigenschaften. Dies kann z.B. durch eine besonders weiche und damit schallabsorbierende Zwischenschichtfolie erreicht werden. Diese Folien sind aber mechanisch oft nicht ausreichend stabil oder weisen keine ausreichenden Haftungseigenschaften an Glas auf.
Alternativ können Mehrschichtsysteme eingesetzt werden, wobei sich die Teilschichten in ihren mechanischen Festigkeiten unterscheiden und so durch mechanische Entkopplung eine Schalldämmung erreicht wird. Unterschiedliche mechanische Festigkeiten von Folien basierend auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal können z.B. durch deren Weichmachergehalt oder den Anteil an Polyvinylalkohol- oder
Polyvinylacetatgruppen im eingesetzten Polyvinylacetal eingestellt werden.
So beschreiben EP 2153989 AI oder US 5,340,654 Mehrschichtfolien, bei der eine erste Teilschicht ein Polyvinylacetal mit einem hohen Restacetatgehalt und eine zweite Teilschicht ein Polyvinylacetal mit einem niedrigeren Restacetatgehalt enthalten. Durch die unterschiedlichen Restacetatgehalte kann eine der Teilfolien einen hohen und die andere einen niedrigeren Weichmachergehalt aufweisen, wodurch unterschiedliche mechanische Festigkeiten der Teilfolien resultieren.
WO 2006/102049 offenbart ein ähnliches Mehrschichtsystem, bei dem zwei Teilfolien Polyvinylacetal mit einem gleichen
Restacetatgehalt aber unterschiedlichen Anteil an Polyvinylalkoholgruppen aufweisen. Auch hier wird ein unterschiedlicher Weichmachergehalt und damit unterschiedliche mechanische Festigkeiten der Teilfolien bewirkt.
Die hier beschriebenen Mehrschichtfolien weisen bedingt durch die weiche Teilfolie zwar schalldämmende Eigenschaften auf, sind aber durch den hohen Gesamtweichmachergehalt von über 29 Gew% mechanisch labiler, was sich z.B. auf die Penetrationsfestigkeit eines hiermit hergestellten
Glas/Glaslaminats (zb eine Windschutzscheibe) negativ auswirkt.
Diese Mehrschichtfolien eignen sich für die Verwendung als Schallabsorbierende Folien in herkömmlichen Windschutzscheiben oder Gebäudeverglasungen . Die in der Automobilindustrie herkömmlich verwendeten Windschutzscheiben weisen meist Gesamtdicken (bezogen auf Glas) von mehr als 3.7 mm auf.
Es ist zur Zeit ein Ziel der Automobilindustrie, die Emission der Kraftfahrzeuge an CO2 zu begrenzen bzw. deren Kraftstoffverbrauch zu senken. Dabei kommt der Reduzierung des Gesamtgewichts von Kraftfahrzeugen eine bedeutende Rolle zu. Zur Verringerung des Gesamtgewichts von Kraftfahrzeugen kann auch die Verringerung des Gewichts der Verglasung beitragen. So werden bei der Verwendung von dünnerem Glas für Windschutzscheiben mehrere Kilogramm Gewicht eingespart.
Ein Nachteil bei dieser Glasdickenreduzierung ist, dass sich dadurch die Schalldämmeigenschaften der Windschutzscheiben verschlechtern. Das liegt zum einen an dem nominellen Verlust von Glasmasse (Massengesetz) und zum Anderen an der Verschiebung von Koinzidenzeinbrüchen zu höheren Frequenzen. Das menschliche Ohr ist besonders in den Regionen 1000-5000 Hz anfällig, was dem Frequenzbereich der menschlichen Sprache entspricht. Die verringerte Schalldämpfung der
Windschutzscheiben bewirkt einen enormen Nachteil auf die Komforteigenschaften der Passagiere. Zudem besitzen Laminate aus dünneren Scheiben geringere Penetrationsfestigkeiten, insbesondere bei der Verwendung von schalldämmenden Folien mit an sich geringerer mechanischer Festigkeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Zwischenschichtfolien für Verbundverglasungen mit schalldämmenden Eigenschaften herzustellen, die gute Dämpfungseigenschaften bei ausreichender Steifigkeit d.h. ausreichender Penetrationsfestigkeit aufweisen und damit zur Herstellung von z.B. Windschutzscheiben mit dünneren Gläsern in einer Dicke unter 3.7 (bezogen auf Gesamtdicke der beiden Einzelscheiben) mm geeignet sind. Es wurde gefunden, dass Zwischenschichtfolien auf Basis von weichmacherhaltigem Polyvinylacetal , die Teilschichten aus Polyvinylacetal mit unterschiedlichem Polyvinylalkoholgehalt und niedrigen Gesamtweichmachergehalten aufweisen, ausreichende Steifigkeiten bzw. Penetrationsfestigkeiten trotz guter Dämpfungseigenschaften besitzen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Zwischenschichtfolie für Verbundverglasungen, aufgebaut aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Teilfolie enthaltend weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit jeweils unterschiedlichem Weichmachergehalt, wobei die erste Teilfolie aus weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 17 bis 22 Gew.% und die zweite Teilfolie aus weichmacherhaltiges Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 11 bis 14 Gew.% besteht und die Zwischenschichtfolie einen Gesamtweichmachergehalt von weniger als 28 Gew.% besitzt.
Bevorzugt ist in der Zwischenschichtfolie eine zweite Teilfolie zwischen zwei erste Teilfolien angeordnet.
Unter dem Gesamtweichmachergehalt der Zwischenschichtfolie wird im Folgenden der Gehalt an Weichmacher, bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie verstanden.
Mechanische Stabilität (d.h. Gesamtweichmachergehalt) und Dämpfungseigenschaften von Zwischenschichtfolie sind in der Literatur als einander sich ausschließende oder zumindest nicht gleich wirkende Eigenschaften beschrieben. So offenbart EP2153989 AI Zwischenschichtfolien mit guten
Dämpfungseigenschaften, aber einem hohen
Gesamtweichmachergehalt von mehr als 29 Gew.%. Das vorliegende Vergleichsbespiel 1 entspricht Beispiel 2c der EP2153989 AI. Es zeigt sich das diese Folie mechanisch weniger widerstandsfähig als erfindungsgemäße Folien ist. Bevorzugt weisen erfindungsgemäße Zwischenschichtfolien einen Gesamtweichmachergehalt 28 Gew.% bis 24 Gew%, besonders bevorzugt 27 Gew.% bis 24 Gew% und insbesondere 26 Gew.% bis 24 Gew% auf. Der Unterschied erfindungsgemäßer Folien zu den zurzeit erhältlichen Schallschutzfolien auf Basis weichgemachten Polyvinylacetals liegt in deren erhöhter mechanischen Steifigkeit und der damit verbundenen Penetrationsfestigkeit. Dazu werden die Folien durch geeignete Kombinationen der Teilschichten als Zwischenschichtfolien auf Basis weichgemachten Polyvinylacetals zur Verfügung gestellt.
Ein besonderes Merkmal ist, dass die Folien dabei einen niedrigen Gesamtweichmachergehalt aufweisen, was eigentlich widersprüchlich zur Anwendung als schalldämpfende Folie erscheint .
Die Schalldämmungswirkung der erfindungsgemäßen Folien sollte bei den Anwendungstemperaturen des späteren Glaslaminats am höchsten sein. Bei Automobilverglasungen liegen die Anwendungstemperaturen bei ca. 20 °C, da die Scheibe im Winter geheizt und im Sommer durch Klimaanlagen gekühlt wird. Erfindungsgemäße Folien weisen gemäß ISO 16940 bevorzugt im Temperaturbereich von 15-25°C maximale Dämpfung auf. Die Dämpfung wird dabei in Form des Verlustfaktors nach ISO16940 angegeben und stellt ein Maß dafür dar, wie gut die Folie den eintreffenden Schall dämpfen, genauer gesagt in Wärme umwandeln kann (Wärmedissipation) . Ein aus der Zwischenschichtfolie und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat weist
a) nach ISO16940 eine Eigenfrequenz der 2. Mode bei 20°C von größer 750 Hz und
b) nach ISO16940 einen Verlustfaktor der 2. Mode bei einer Temperatur von 20°C von mindestens 0,25 auf .
Bevorzugt weist ein aus einer erfindungsgemäßen Folie und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat bei einer Temperatur von 20 °C eine Eigenfrequenz der 2. Mode gemessen nach ISO16940 von größer 780 Hz und insbesondere größer 800 Hz auf.
Bevorzugt weist ein aus einer erfindungsgemäßen Folie und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat gemäß ISO 16940 für die 2. Mode Verlustfaktoren bei 10 °C von über 0.15, besonders bevorzugt von über 0.3 und besonders bevorzugt von über 0.35 auf. Die Verlustfaktoren für die 2. Mode liegen bei 30°C bevorzugt über 0.25.
Bevorzugt weist ein aus einer erfindungsgemäßen Folie und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat nach ISO16940 eine Eigenfrequenz der 1. Mode bei 20°C von größer 160 Hz auf. Der Verlustfaktor der 1. Mode bei 20°C weist dabei bevorzugt Werte von über 0.2 und besonders bevorzugt von über 0.25 auf
Die Bestimmung der Dämpfungseigenschaften (Verlustfaktoren und Eigenfrequenz) erfolgt gemäß ISO16940 an einem Testkörper aus einer 0,76-1,14 mm dicken Zwischenschichtfolie (die Dämpfungseigenschaften der Folie ändern sich in diesem Dickenbereich nicht wesentlich, bevorzugt wird die Messung aber an Folien mit einer Dicke von 0,84 mm durchgeführt), die zwischen zwei 2 mm dicken Glasscheiben laminiert wurde. Gemessen werden dabei die ersten beiden Schwingungsmoden n, l.mode und 2.mode. Der Verlustfaktor lässt sich dabei ebenfalls angeben als nl und n2 der l.mode, repektive der 2.mode.
Alle Dämpfungseigenschaften der erfindungsgemäßen Folie werden nach Herstellung eines Testlaminats im üblichen
Autoklavenverfahren nach einer Lagerungszeit der Glasproben von mind. 10 Wochen bei Raumtemperatur gemessen.
Erfindungsgemäße Folien stellen einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Schallschutzfolien insbesondere für die Laminierung mit dünnen Gläsern, d.h. Glasscheiben wie Windschutzscheiben, mit einer Gesamtdicke von kleiner als 3.7 mm, bevorzugt kleiner als 3.5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 3.3 mm dar. Erfindungsgemäße Folie können insbesondere zur Herstellung von Laminaten mit asymmetrischen Glasdicken verwendet werden. So kann z.B. eine Glasscheibe eine Dicke von 1,8 mm und die zweite Glasscheibe eine Dicke von 1,4 mm aufweisen. Solche asymmetrische Laminaten besitzen zusätzlich schalldämmende Eigenschaften.
Die erfindungsgemäße Zwischenschichtfolie kann bevorzugt eine oder mehrere erste Teilfolien aus weichmacherhaltigem Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 18-21 Gew.% und besonders bevorzugt von 19,5 - 20,5 Gew.% aufweisen. Optional besitzt weist die erste Teilfolie weichmacherhaltiges Polyvinylacetal mit einen Anteil an Polyvinylacetatgruppen von 0,1 bis 11 Mol%, bevorzugt 0,1 bis 5 Mol% und besonders bevorzugt 0,1-2 mol% auf.
Die erfindungsgemäße Zwischenschichtfolie kann bevorzugt eine oder mehrere zweite Teilfolien aus weichmacherhaltigem Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 11 - 13,5 Gew.% und besonders bevorzugt von 11,5 - 13 Gew.% aufweisen. Optional besitzt weist die zweite Teilfolie weichmacherhaltiges Polyvinylacetal mit einen Anteil an Polyvinylacetatgruppen von 0,1 bis 11 Mol%, bevorzugt 1-9 Mol%, besonders bevorzugt 5-8 Mol% auf. Üblicherweise sind schalldämmende Zwischenschichtfolien sehr weich oder enthalten mindestens eine Schicht, die gegenüber den anderen Schichten des Folienlaminats sehr weich ist. Solche Folien weisen eine niedrige Glasübergangstemperatur auf und besitzen eine geringe Steifigkeit. Demgegenüber besitzen erfindungsgemäße Folien trotz guter Schalldämmung sehr gute Penetrationseigenschaften auf.
Die Penetrationseigenschaften von Verbundsicherheitsglas können z.B. nach ECE43 (Kugelfalltest) bestimmt werden. Dabei werden erfindungsgemäße Folien auf Basis weichgemachten
Polyvinylacetals der Dicke von 0,76 mm zwischen 2 mm Floatglas laminiert und eine Stahlkugel von 2,26 Kg Gewicht auf ein vorgegebenes Format von 30x30 cm fallen gelassen. Die anzugebende Fallhöhe ist die Höhe, bei der das Glas die Kugel sicher zurückhält. Je höher also die Fallhöhe, desto besser die Penetrationsfestigkeit.
Eine verbesserte Penetrationsfestigkeit kann durch den Einsatz von dickeren Folien erhalten werden. Für konventionelle weiche schalldämmende Folien ist es daher für eine ausreichende Penetrationsfestigkeit erforderlich, die Foliendicke zu erhöhen. Dies führt aber zu höherem Materialeinsatz und Kosten.
Neben der Foliendicke spielt die Haftung der Folie an Glas eine große Rolle für die Penetrationsfestigkeit. Bei gleicher Foliendicke zeigen Folien mit niedriger Glashaftung üblicherweise eine bessere Penetrationsfestigkeit als Folien mit hoher Glashaftung. Die Haftung zu Glas wird üblicherweise durch den sog. Pummel-Test bestimmt. Ein aus erfindungsgemäßen Folien der Dicke 0,76 mm und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat besitzt bevorzugt eine Penetrationsfestigkeit im Kugelfall gemäß ECE43 von mindestens 5,00 m, besonders bevorzugt von mindestens 5,25 m und insbesondere von mindesten 5,5 m. Die Penetrationseigenschaften wurden mit Folien der Haftung Pummel 3 - 5 bestimmt. Die erfindungsgemäßen Folien weisen daher im Vergleich zu bekannten Schallschutzfolien bei gleicher Gesamtdicke neben guten Schalldämmeigenschaften auch verbesserte Penetrationseigenschaften nach ECE-43 auf. Beim Einsatz von Zwischenschichtfolien, die aus mehreren Teilfolien aus weichmacherhaltigem, aber unterschiedlichen Polyvinylacetalen bestehen, ist weiterhin zu beachten, dass sich die Folieneigenschaften über die Zeit noch ändern können. Dies ist darin begründet, dass die Verträglichkeiten von Polyvinylacetalfolien und gegebenem Weichmacher oder Weichmachersystem von den jeweiligen Anteilen an Polyvinylacetal- , Polyvinylalkohol- und Polyvinylacetatgruppen sowie der Temperatur abhängen. Insbesondere der Anteil an polaren Polyvinylalkoholgruppen beeinflusst die
Weichmacherverträglichkeit stark. Daher kommt es nach nach Laminierung in den üblichen Autoklavenprozessen d.h. Einwirken von Temperaturen von über 100 °C über mindestens eine Stunde zu einer Weichmachermigration zwischen den Teilschichten.
Die Weichmachermigration kann daher zu einer Änderung von Eigenschaften über die Zeit führen, z.B. können sich die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Zugmodul, insbesondere aber die Eigenfrequenzen der verschiedenen Moden gemessen nach ISO16940, ändern.
Dies kann zu nachteiligen Effekten führen, etwa einer Verschlechterung der Schalldämmeigenschaften bei bestimmten Temperaturen oder Frequenzen. Erfindungsgemäße Folien zeigen daher die gewünschten Eigenschaften im Gleichgewichtszustand, der nach Lamination nach einer Lagerzeit von 10 Wochen bei Raumtemperatur erreicht ist. In der Regel ist der Gleichgewichtszustand bereits nach 6, 7, 8 oder 9 Wochen Lagerzeit bei Raumtemperatur erreicht, was durch vergleichende Messungen einfach ermittelt werden kann.
Die erfindungsgemäßen Folien setzen sich bevorzugt aus mindestens zwei Teilfolien zusammen, wobei mindestens eine erste Teilfolie (A) bevorzugt ein Polyvinyacetal mit einem Anteil an Polyvinylacetatgruppen zwischen 0,1 und 11 Mol%, bevorzugt 5 und 8 Mol% (A) und mindestens eine zweite Teilfolie (B) ein Polyvinyacetal mit einem Anteil an Polyvinylacetatgruppen von 0,1 bis 11 Mol%, bevorzugt 0,1 - 4 Mol%, besonders bevorzugt 0,1 - 2 Mol% (B) enthält.
Die Teilfolien können in der Reihenfolge A/B/A oder B/A/B kombiniert werden. Die Teilfolien können jeweils in nahezu beliebiger Dicke verwendet werden, sofern sich die Schallschutzeigenschaften nicht negativ verändern. So können alle Teilfolien die gleiche Dicke aufweisen, es sind aber auch Kombinationen von Teilfolien unterschiedlicher Dicke möglich.
Bei der bevorzugten Anordnung der erfindungsgemäßen Zwischenschichtfolie als Dreifachverbund A/B/A besitzen die außen liegenden Folien A weitgehend die gleiche Dicke während die schalldämmende Folie B so dünn wie möglich sein kann, wie z.B. 100-200 ym. So kann z.B. bei einer Zwischenschichtfolie im Dreifachverbund A/B/A mit einer Gesamtdicke von 0,84 mm die innenliegende, schalldämmende Schicht B eine Dicke von 100 200 ym und die Aussenschichten entsprechend von 320 bis 375 ym aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass in einem entsprechenden Glas/Glaslaminat die zum Glas gerichteten Seiten der Mehrschichtfolie gleiche Haftungseigenschaften aufweisen. Die mittlere Folie gilt im Rahmen der vorliegenden Erfindung dann als zweite Teilfolie und weist die genannten Eigenschaften auf. Erfindungsgemäße Zwischenschichtfolien weisen bevorzugt eine Gesamtdicke von 0,5 mm bis 1,14 mm, bevorzugt 0.6 bis 1 mm und besonders bevorzugt 0,76 bis 0,9 mm auf.
Allgemein sinkt die Verträglichkeit von Weichmacher und teilacetalisiertem Polyvinylalkohol mit der Abnahme des polaren Charakters des Weichmachers. So sind Weichmacher höherer Polarität mit Polyvinylacetal besser verträglich als solche mit niedrigerer Polarität. Alternativ steigt die Verträglichkeit von Weichmachern geringer Polarität mit Zunahme des Acetalysierungsgrades , d.h. mit Abnahme der Anzahl an Hydroxygruppen und damit der Polarität des Polyvinylacetals.
Auf Grund der unterschiedlichen Anteile an Polyvinylalkohol- Gruppen können die Teilfolien unterschiedliche Mengen von Weichmachern aufnehmen, ohne dass es zum Ausschwitzen des Weichmachers kommt. Bevorzugt weisen die Teilfolien daher einen um mindestens 5 Gew.%, besonders bevorzugt mindestens 7,5 Gew.% und insbesondere einen um mindestens 10 Gew.% unterschiedlichen Weichmacheranteil bezogen auf die Folienformulierung auf.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Zwischenschichtfolie eine oder mehrere erste Teilfolien mit einem Weichmachergehalt von 20 bis 27 Gew.% und eine oder mehrere zweite Teilfolien mit einem Weichmachergehalt von 30 bis 38 Gew.% aufweisen. Die Weichmachergehalte werden wie die Dämpfungseigenschaften nach Lamination der Folie zwischen zwei Glasscheiben in einem üblichen Autoklavenprozess und einer Lagerzeit von mindestens 10 Wochen ermittelt.
Erfindungemäße Zwischenschichtfolien können durch
Zusammenlegung einzeln extrudierter Teilfolien oder bevorzugt durch Coextrusion der Teilfolien hergestellt werden. Die Teilfolien können vor der Kombination miteinander gleiche oder unterschiedliche Weichmacher in einer gleichen oder unterschiedlichen Menge enthalten. Bevorzugt ist der Einsatz von gleichen Weichmachern, wobei sich die Zusammensetzung von Weichmachermischungen in den Teilfolien durch Migration geringfügig ändern kann.
Die Teilfolien können Weichmacher oder Weichmachermischungen aus mindestens einem der folgenden, für PVB-Folie bekannten Weichmacher enthalten: Di-2-ethylhexylsebacat (DOS), Di-2- ethylhexyladipat (DOA) , Dihexyladipat (DHA) , Dibutylsebacat (DBS), Triethylenglykol-bis-n-heptanoat (3G7),
Tetraethylenglykol-bis-n-heptanoat (4G7), Triethylenglykol-bis- 2-ethylhexanoat (3GO bzw. 3G8) Tetraethylenglykol-bis-n-2- ethylhexanoat (4GO bzw. 4G8), Di-2-butoxyethyladipat (DBEA) , Di-2-butoxyethoxyethyladipat (DBEEA) , Di-2-butoxyethylsebacat (DBES), Di-2-ethylhexylphthalat (DOP), Di-isononylphthalat (DINP) , Triethylenglykol-bis-isononanoat , Triethylenglykol-bis- 2-propylhexanoat , 1, 2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester
(DINCH) , Tris (2-ethylhexyl) phosphat (TOF) und Dipropylenglykolbenzoat .
Zusätzlich können die erfindungsgemäßen Teilfolien weitere, dem Fachmann bekannte Zusätze enthalten wie Restmengen an Wasser, UV-Absorber, Antioxidantien, Haftungsregulatoren, optische Aufheller, Stabilisatoren, Farbmittel, Verarbeitungshilfs¬ mittel, organische oder anorganische Nanopartikel , pyrogene Kieselsäure und/oder oberflächenaktive Stoffe. In einer Variante der Erfindung weisen alle Teilfolien die genannten Additive in weitgehend der gleichen Konzentration auf. In einer besonderen Variante der Erfindung weist zumindest eine der Teilfolien keine Haftungsregulatoren (Antihaftmittel ) auf. Als Antihaftmittel werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbindungen verstanden, mit der die Haftung von weichmacherhaltigen Polyvinylacetalfolien an Glasoberflächen eingestellt werden kann. Verbindungen dieser Art sind dem Fachmann bekannt; in der Praxis werden hierzu häufig Alkali¬ oder Erdalkalimetallsalze von organischen Säuren, wie z.B. Kalium/Magnesiumacetat eingesetzt.
Es ist ebenso möglich, dass mindestens eine der Teilfolien zur Verbesserung der Steifigkeit 0,001 bis 20 Gew . % Si02, bevorzugt 1 bis 15 Gew.%, insbesondere 5 bis 10 Gew.%, ggf. gedopt mit A1203 oder Zr02 enthält.
Zur Herstellung von Polyvinylacetal wird Polyvinylalkohol in Wasser gelöst und mit einem Aldehyd wie Butyraldehyd unter Zusatz eines Säurekatalysators acetalysiert . Das ausgefallene Polyvinylacetals wird abgetrennt, neutral gewaschen, ggf. in einem alkalisch eingestellten wässrigen Medium suspendiert, danach erneut neutral gewaschen und getrocknet.
Der Polyvinylalkoholgehalt des Polyvinylacetals kann durch die Menge des bei der Acetalisierung eingesetzten Aldehyds eingestellt werden. Es ist auch möglich, die Acetalisierung mit anderen oder mehreren Aldehyden mit 2-10 Kohlenstoffatomen (z.B. Valeraldehyd) durchzuführen. Die auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal basierenden Folien enthalten bevorzugt unvernetztes Polyvinylbutyral (PVB) , das durch Acetalisierung von Polyvinylalkohol mit Butyraldehyd gewonnen wird.
Der Einsatz von vernetzten Polyvinylacetalen, insbesondere vernetztem Polyvinylbutyral (PVB) ist ebenso möglich. Geeignete vernetzte Polyvinylacetale sind z.B. in EP 1527107 Bl und WO 2004/063231 AI (thermische Selbstvernetzung von Carboxylgruppenhaltigen Polyvinylacetalen), EP 1606325 AI (mit Polyaldehyden vernetzte Polyvinylacetale) und WO 03/020776 AI (mit Glyoxylsäure vernetzte Polyvinylacetale) beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Patentanmeldungen wird vollumfänglich Bezug genommen.
Als Polyvinylalkohol können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Terpolymere aus hydrolysierten
Vinylacetat/Ethylen-Copolymeren eingesetzt werden. Diese Verbindungen sind in der Regel zu mehr als 92 Mol% hydrolysiert und enthalten 1 bis 10 Gew . % auf Ethylen basierende Einheiten (z.B. Typ „Exceval" der Kuraray Europe GmbH) .
Als Polyvinylalkohol können im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin auch hydrolysierte Copolymere aus Vinylacetat und mindestens einem weiteren ethylenisch ungesättigten Monomer eingesetzt werden.
Die Polyvinylalkohole können im Rahmen der vorliegenden Erfindung rein oder als Mischung von Polyvinylalkoholen mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad oder Hydrolysegrad eingesetzt werden. Es ist möglich, dass die erfindungsgemäßen Zwischenschichtfolien aus 2, 3, 4 oder 5 Teilfolien bestehen, wobei die jeweils benachbarten Teilfolien die genannten unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folien können die Teilfolien zunächst einzeln durch Extrusion hergestellt und anschließend mechanisch z.B. durch gemeinsames Aufrollen auf einen Folienwickel zur erfindungsgemäßen Zwischenschichtfolie zusammengefügt werden.
Es ist auch möglich, die Zwischenschichtfolie durch gleichzeitige Coextrusion der Teilfolien herzustellen. Die Coextrusion kann z.B. mit einer entsprechend ausgestatteten Mehrschichtdüse oder einem Feed-Block erfolgen.
Im Automobilbereich werden häufig Folien verwendet, die im oberen Bereich ein sog. Farbband aufweisen. Hierzu kann entweder der obere Teil der Folie mit einer entsprechend eingefärbten Polymerschmelze coextrudiert werden oder es kann in einem Mehrschichtsystem eine der Teilfolien eine unterschiedliche Färbung aufweisen. In der vorliegenden Erfindung ist dies durch ganz oder teilweises Einfärben zumindest einer Teilfolie realisierbar.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Folien bzw. Teilfolien folgt in der Regel durch Extrusion oder Coextrusion, die unter bestimmten Bedingungen (Schmelzedruck, Schmelzetemperatur und Werkzeugtemperatur) unter Erhalt einer Schmelzbruchoberfläche, d.h. einer stochastischen Oberflächenrauheit.
Alternativ kann einer bereits hergestellten erfindungsgemäßen Zwischenschichtfolie durch einen Prägevorgang zwischen mindestens einem Walzenpaar eine regelmäßige, nicht stochastische Rauhigkeit aufgeprägt werden. Geprägte Folien weisen in der Regel ein verbessertes Entlüftungsverhalten bei der Verbundglasherstellung auf und werden bevorzugt im Automobilbereich eingesetzt. Erfindungsgemäße Folien weisen unabhängig vom Herstellverfahren eine einseitig oder besonders bevorzugt beidseitig aufgebrachte Oberflächenstruktur mit einer Rauhigkeit Rz von 15 bis 150 ym, bevorzugt Rz von 15 bis 100 ym, besonders bevorzugt Rz von 20 bis 80 ym und insbesondere Rz von 30 bis 75 ym auf.
Erfindungsgemäße Folien sind auch zur Herstellung von Glas/Folie/Kunststoff-Laminaten, wie etwa zur dauerhaften Verklebung einer Glasscheibe mit einer PET-Schicht gut geeignet. Auch das Verkleben zweier KunststoffScheiben, etwa aus Polycarbonat oder PMMA ist mit den erfindungsgemäßen Folien durchführbar . Die erfindungsgemäßen Folien können insbesondere zur Herstellung von Verbundsicherheitsgläsern durch Laminieren mit einer oder mehreren Glasscheiben in dem Fachmann bekannter Weise verwendet werden. Die Verbundsicherheitsgläser können im Automobilbereich, z.B. als Windschutzscheibe, als auch im Architekturbereich z.B. in Fenstern oder transparenten Fassadenbauteilen oder im Möbelbau verwendet werden.
Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Folien besteht in der Herstellung von Photovoltaikmodulen .
Die prinzipielle Herstellung und Zusammensetzung von Folien auf Basis von Polyvinylacetalen ist z. B. in EP 185 863 Bl, EP 1 118 258 Bl WO 02/102591 AI, EP 1 118 258 Bl oder EP 387 148 Bl beschrieben .
Messmethoden
Die Esterzahl EZ von Polyvinylalkohol wird gemäß DIN EN ISO 3681 bestimmt. Der Hydrolysegrad HG errechnet sich aus der Esterzahl wie folgt: HG [Mol%] = 100*(100 - 0, 1535*EZ) / (100 - 0, 0749*EZ)
Die Bestimmung des Polyvinylalkohol- und Polyvinylacetat- gehaltes von PVB erfolgt gemäß ASTM D 1396-92. Der Acetalysierungsgrad (= Butyralgehalt ) kann als der zu Hundert fehlende Teil aus der gemäß ASTM D 1396-92 bestimmten Summe aus Polyvinylalkohol- und Polyvinylacetatgehalt berechnet werden. Die Umrechnung von Gew.% in Mol% erfolgt gemäß dem Fachmann bekannten Formeln.
Der Weichmachergehalt der Folien wird durch Lösen der Folie in Ethanol und anschließende quantitative Gaschromatographie ermittelt. Um den Weichmachergehalt der Teilfolien zu ermitteln müssen die Mehrschichtfolien nach einer Konditionierungszeit von 10 Wochen bei Raumtemperatur d.h. nach weitgehendem Abschluss der Weichmachermigration wieder getrennt und einzeln vermessen werden. Folienrauhigkeit :
Die Messung der Oberflächenrauhigkeit Rz oder des
Rauhigkeitswerts Rz erfolgt nach DIN EN ISO 4287. Die angegebenen Messungen wurden mit einem Rauhigkeitsmessgerät der Fa. Mahr Typ S2, Vorschubgerät PGK mit mechanischem Einkufentaster MFW-250 durchgeführt. Die Grenzwellenlänge Xc, die Gesamtmessstrecke lm, die Anzahl und Länge der
Einzelmessstrecken le und die Vorlauf- und Nachlaufstrecke lv bzw. ln werden gemäß der o.g. Norm gewählt. Die Bestimmung der Glasübergangstemperatur des teilacetalisierten Polyvinylalkohols erfolgt mittels
Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) gemäß DIN 53765 unter Verwendung einer Heizrate von 10K/min im Temperaturintervall - 50 °C - 150°C. Es wird eine erste Heizrampe, gefolgt von einer Kühlrampe, gefolgt von einer zweiten Heizrampe gefahren. Die Lage der Glasübergangstemperatur wird an der der zweiten Heizrampe zugehörigen Messkurve nach DIN 51007 ermittelt. Der DIN-Mittelpunkt (Tg DIN) ist definiert als Schnittpunkt einer Horizontalen auf halber Stufenhöhe mit der Messkurve. Die Stufenhöhe ist durch den vertikalen Abstand der beiden Schnittpunkte der Mitteltangente mit den Basislinien der Messkurve vor und nach Glasumwandlung definiert. Messung der Penetrationseigenschaften
Die Penetrationseigenschaften der Folien werden über den Kugelfalltest nach ECE43 bestimmt. Dazu werden die Folien einlagig zwischen 2 Scheiben Floatglas der Dicke 2 mm mittles dem Fachmann bekannten Methoden laminiert. Die Größe der Scheiben beträgt 30 x 30 cm. Die Proben werden nach einer Lagerungszeit von 10 Wochen bei 20°C gemäß ECE43 dem Kugelfalltest unterzogen. Dabei trifft eine 2,26 Kg schwere Stahlkugel auf die Scheiben, welche in einen Rahmen eingespannt sind. Es werden mind. 10 Scheiben der gleichen Folie getestet und die Fallhöhe angegeben, bei der die Kugel die Scheibe nicht mehr durchschlägt. Da bei den Penetrationseigenschaften auch die Haftung eine Rolle spielt, wurden alle Scheiben bei gleichem Haftungsniveau von Pummel 3 - 5 getestet. Messung des Dämpfungsverhaltens
Die Dämpfungseigenschaften der Folien werden durch Messung der mechanischen Impedanz gemäß ISO 16940 bestimmt. Dazu werden die Folien zwischen zwei Glasscheiben der Dicke 2 mm laminiert und hieraus ein Probenstück mit den Abmessungen 300*25 mm ausgeschnitten. Auf diese Glasprobe wird mit Hilfe eines Cyanoacrylatklebers in der Mitte eine Klebkopfschraube (Typ UA0866/Fa. Brüel&Kjaer) aufgebracht, welche es ermöglicht, die Probe über ein Gewinde direkt mit einem Impedanzmesskopf (Typ 8001/Fa. Brüel&Kjaer GmbH) zu verbinden. Dieser ermöglicht die gleichzeitige Messung von Kraft und Beschleunigung an einem Punkt der Glasprobe über einen Frequenzbereich von 1-10000 Hz. Der Impedanzmesskopf befindet sich dabei direkt auf dem Schwingtisch eines Schwingerregers (Typ 4809/Fa. Brüel&Kjaer GmbH), über welchen die gewünschten Kräfte übertragen werden. Beide befinden sich in einem regelbaren, isolierten Heizschrank (Fa. Binder), welcher die Bestimmung der Dämpfungseigenschaften über einen Temperaturbereich von bevorzugt 0-40 °C ermöglicht. Nun wird mithilfe eines Rauschsignalerzeugers (PULSE Frontend Type 3560B-040/Fa . Brüel&Kjaer GmbH), welcher zugleich auch als Signalempfänger fungiert, ein Rauschen erzeugt. Das Rauschen wird über einen Leistungsverstärker (Typ2718/Fa. Brüel&Kjaer GmbH) auf den Schwingerreger geleitet. Der Frequenzbereich umfasst dabei 0 bis 5000 Hz. Die Reaktion der Glasprobe auf die erzeugten Schwingungen kann nun bei unterschiedlichen Temperaturen direkt über den Impedanzmesskopf mittels Kraft/Geschwindigkeitsaufnähme gemessen und mit einer Analysensoftware (PULSE FFT Analysis Typ7770N2/Fa . Brüel&Kjaer GmbH) ausgewertet werden. Aus der ermittelten Übertragungsfunktion aus Kraft und Geschwindigkeit lassen sich die verschiedenen Eigenfrequenzen / der Schwingungsmoden n der Glasproben, sowie deren Halbwertsbreiten ermitteln. Dabei wird die Halbwertsbreite Af bei 3dB unterhalb des Signalsmaximums gewählt. Über die Beziehung η = Af / f lässt sich der Verlustfaktor η bei den unterschiedlichen Eigenfrequenzen bestimmen. Ein hoher Verlustfaktor bzw. ein hoher prozentualer Dämpfungswert sind ein Maß für die Güte der Schalldämpfungseigenschaften . Die Proben werden jeweils direkt, etwa 2h nach der Laminierung im Autoklaven gemessen. Anschließend werden die fertigen und gemessenen Proben bei 20°C gelagert und nach 10 Wochen erneut vermessen. Dies hat den Grund, dass sich die Eigenschaften über die Zeit verändern, bis Sie Ihren Gleichgewichtszustand erreichen. Wie oben beschrieben, wird diese zeitliche Abhängigkeit durch Weichmacherdiffusionsprozesse hervorgerufen.
Neben dem Verlustfaktor an sich spielt aber auch die Lage, d.h. die Höhe der Eigenfrequenz der verschiedenen Schwingungsmoden eine wichtige Rolle. Je höher diese Eigenfrequenzen liegen, desto steifer ist das Glaslaminat. Dies wird auch ausgedrückt durch das Biegesteifigkeitsmodul B in ISO16940. Aus der Gleichung für B ist ersichtlich, dass bei höherer Eigenfrequenz auch die Biegesteifigkeit größer ist bei der entsprechenden Schwingungsmode, da f~B bei der jeweiligen Mode. Für den bevorzugten Einsatz in dünnen Windschutzscheiben, bsp. kleiner als 3,7 mm (bezogen auf die reine Glasdicke ohne Folie) bevorzugt aber kleiner 3,5 mm und besonders bevorzugt kleiner 3,3 mm Glas, müssen die Folien den Verlust an Glasdicke und damit auch an Steifigkeit in gewissen Teilen ausgleichen, ohne dabei aber Ihre guten Schalldämmeigenschaften zu verlieren.
Daher weisen erfindungsgemäße Folien eine Eigenfrequenz der 2.mode bei 20°C von größer 750 Hz und bevorzugt größer780 Hz und besonders bevorzugt größer800 Hz auf bei Verlustfaktoren von größer 0.25, bevorzugt größer 0.3 und besonders bevorzugt größer 0.35 auf
Da die Dämpfungseigenschaften eines Materials von der Temperatur abhängen, wurden die Proben in einem ausgewählten Temperaturbereich von 10-30°C ( 10 °C-Intervall) gemessen, welcher im Prinzip den Anwendungsbereich des schallabsorbierenden Glases abdeckt. Beispiele
Die eingesetzten Polyvinylbutrale wurden in üblicher dem Fachmann bekannter weise hergestellt und weisen die in den Tabellen angegebene chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften auf. Die Dämpfungseigenschaften wurden nach Lamination in einem Autoklavenprozess und 10-wöchiger Lagerung der Laminate bei Raumtemperatur bestimmt.
In den Beispielen 1-6 sind verschiedenen Variante erfindungsgemäßer Folien dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich durch gezielte Einstellung des Weichmachergehalts unter 28 Gew.% bei verschiedenen Kombinationen der Teilfolien eine Eigenfrequenz der 2.mode nach ISO16940 von größer als 750 Hz mit Verlustfaktoren von größer als 0.25 einstellen.
Dabei zeigen erfindungsgemäße Folien auch sehr gute Penetrationseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Schallschutzfolien gleicher Dicke, wie Vergleichsbeispiel 1 zeigt .
Tabellen 3 und 4 zeigen die Effekte der Migration des Weichmachers. Die erfindungsgemäßen Folien zeigen erst nach einer Wartezeit durch die Migration des Weichmachers die gewünschten Dämpfungseigenschaften (Tabelle 4 im Vergleich zu Tabelle 3) .
Das Vergleichsbeispiel 2 stellt eine gewöhnliche, nicht- erfindungsgemäße Folie auf Basis der Teilfolie Bl dar. Diese Folie zeigt zwar auch gute Penetrationseigenschaften, besitzt aber im Vergleich zu erfindungsgemäßen Folien keine dämpfungseigenschaften gegenüber Schall nach ISO16940 und ist deshalb auch für den Einsatz als Schallschutzfolie nicht verwendbar . Erfindungsgemäße Folien sind daher besonders für den Einsatz mit dünnen Gläsern geeignet sind.
Teilfolie PVB Tg PVB, PVAlkohol/ PVAcetat Butyral/ WM/
A bzw. C DIN [°C] Gew. % /Moli Gew. % Gew. %
Bl 1 74, 9 20 1 78,7 27,5
AI 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 30, 8
A2 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 24,15
A3 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 17, 42
A4 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 25,4
A5 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 25, 1
A6 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 25, 05
A7 2 65, 2 11, 9 7,2 78, 9 37, 5
Tabelle 1
Beispiel Schichtauf au Schichtdicke Weichmacher-gehalt
Teilfolien [mm] Teilschicht B/Gew. %
A/B/A nach 10 Wochen
1 Al/Bl/Al 0, 375/0, 2/0, 375 36, 5
2 A2/B1/A2 0,36/0, 125/0, 36 38, 1
3 A3/B1/A3 0,36/0, 125/0, 36 36, 2
4 A4/B1/A4 0, 32/0, 2/0, 32 36, 1
5 A5/B1/A5 0, 33/0, 175/0, 33 36, 6
6 A6/B1/A6 0, 44/0, 225/0, 44 36, 1
Vgl .1 A7/B1/A7 0,36/0, 125/0, 36 39, 1
Vgl .2 Bl 0,76 27,5
Tabelle 2
Beispiel Verlustfaktor der 2. Mode mit Frequenz in [Hz] Gesamt-WM bei verschiedenen Temperaturen 2 h nach Autoklav Gew. %
[Hz] Verlust[Hz] Verlust[Hz] Verlustfaktor faktor faktor
10°C 20°C 30°C
1175 0,08 1014 0,25 752 0,4 27
1162 0,07 1021 0,24 752 0,4 27 1173 0,05 1061 0,18 816 0,39 26 1125 0,06 1004 0,25 738 0,43 27 1156 0,07 1005 0,24 742 0,39 27 1169 0,08 1013 0,25 748 0,41 27
Vgl.l 1092 0,13 901 0,32 652 0,31 29
Vgl .2
1158 0,026 1094 0,068 966 0,19 27,5
Beispiel Verlustfaktor der 2. Mode mit Frequenz in [Hz] Gesamt-WM bei verschiedenen Temperaturen nach 10 Wochen Gew. %
[Hz] Verlust[Hz] Verlust[Hz] Verlustfaktor faktor faktor
10°C 20°C 30°C
1 1086 0,18 841 0,38 634 0,31
2 1050 0,2 801 0,40 628 0,29 27 3 1086 0,17 874 0,35 661 0,34 26 4 1050 0,16 842 0,37 624 0,35 27 5 1058 0,18 812 0,38 618 0, 32 27 6 1086 0,17 826 0,40 619 0,33 27
Vgl . 1 950 0,27 712 0,37 604 0,22 29 Vgl . 2 1158 0, 026 1094 0, 068 966 0,19
27,5 Beispiel Verlustfaktor der 1. Mode ; Frequenz Kugelfalltest nach ECE-43 mit in [Hz] 2 mm Glas (Format 30x30 cm) bei 20°C und einer Folienlage
[Hz] 2 h nach [Hz] Nach 10 Fallhöhe bei 20°C
Autoklav Wochen
Lagerung
1 195 0,17 168 0,34 6,75
2 191 0,15 161 0,32 5,75
3 196 0,11 173 0,27
6,25
4 193 0,17 170 0,25
5,50
5 191 0,16 164 0, 32
5,50
6 196 0,17 167 0,35
7,50
Vgl. 1 171 0,25 148 0,31
5,00
Vgl .2
195 0,027 195 0,027 5,50

Claims

Patentansprüche
1. Zwischenschichtfolie für Verbundverglasungen, aufgebaut aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Teilfolie enthaltend weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit jeweils unterschiedlichem Weichmachergehalt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfolie aus weichmacherhaltigen Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 17 bis 22 Gew.% und die zweite Teilfolie aus weichmacherhaltiges Polyvinylacetal mit einem Polyvinylalkoholgehalt von 11 bis 14 Gew.% besteht und die Zwischenschichtfolie einen Gesamtweichmachergehalt von weniger als 28 Gew.% besitzt .
2. Zwischenschichtfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Teilfolie zwischen zwei erste Teilfolien angeordnet ist.
3. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die erste Teilfolie aus weichmacherhaltigem Polyvinylacetal mit einem Anteil an Polyvinylacetatgruppen von 0,1 bis 11 Mol% besteht.
4. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, das die zweite Teilfolie aus weichmacherhaltigem Polyvinylacetal mit einem Anteil an Polyvinylacetatgruppen von 0,1 bis 11 Mol% besteht.
5. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Zwischenschichtfolie mit einer Dicke von 0,76 mm und zwei Glassplatten der Dicke 2 mm gefertigtes Laminat eine Penetrationsfestigkeit im Kugelfall gemäß ECE43 von mindestens 5,0 m besitzt.
6. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilfolie einen Weichmachergehalt von 20 bis 27 Gew.% und die zweite Teilfolie einen Weichmachergehalt von 30 bis 38 Gew.% aufweisen .
7. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Teilfolie einen um maximal 5 Gew. unterschiedlichen Weichmachergehalt aufweisen.
8. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das eine zweite Teilfolie mit einer Dicke von 100 - 200 ym zwischen zwei erste Teilfolien einer Dicke von 320 bis 375 ym angeordnet ist .
9. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichtfolie durch Coextrusion der Teilfolien hergestellt wird.
10. Zwischenschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichtfolie durch Zusammenlegen der Teilfolien hergestellt wird.
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