Способ получения огнеупорного остекления

Изобретение относится к огнеупорному остеклению. Технический результат изобретения заключается в повышении огнеупорных свойств и в снижении тенденции к сползанию промежуточного слоя. В полость между двумя противоположными стеклянными панелями заливают смесь, содержащую раствор силиката щелочного металла и золь диоксида кремния. Смесь затвердевает без высыхания. Содержание воды в смеси находится в диапазоне от 35% до 43 мас.%. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к огнеупорным стеклам и к способам получения огнеупорного остекления.

Огнеупорные остекления обычно включают многослойные структуры, включающие как минимум две прозрачные панели и по меньшей мере один огнеупорный промежуточный слой. Прозрачные панели, как правило, представляют собой стеклянные панели, хотя могут быть использованы другие прозрачные материалы, такие как поликарбонаты. Промежуточный слой должен быть оптически прозрачным и должен оставаться прозрачным без обесцвечивания в течение всего срока службы. Он также должен функционировать таким образом, чтобы улучшать огнеупорность стекла.

Во многих странах существуют спецификации, которые определяют огнеупорность, необходимую для использования в определенных местах размещения. Как правило, указанные спецификации определяют или минимальное время, в течение которого остекление должно образовывать барьер для распространения огня, когда одна сторона остекления подвергается действию пламени, и/или минимальное время, в течение которого температура и/или интенсивность излучаемого тепла на стороне остекления, которая не подвергается действию пламени, остается ниже определенной величины. Стеклянные панели не будут удовлетворять любому или всем указанным требованиям и огнеупорные остекления, которые были разработаны, представляют собой многослойные остекления, имеющие по меньшей мере один промежуточный слой между двумя противолежащими стеклянными панелями.

Один из типов промежуточного слоя, который был разработан, основан на растворимом стекле на основе силиката щелочного металла. Указанные силикатные слои набухают по мере подвергания воздействию тепла с образованием прозрачной пены. Пена служит для того, чтобы помочь удержать стеклянные панели, и действует в качестве барьера для излучаемого тепла.

Один из способов получения промежуточного слоя на основе силиката состоит в заливании раствора растворимого стекла на поверхность стеклянной панели и высушивания раствора при регулируемых условиях с получением тонкого слоя на стекле. Вторую панель можно помещать сверху на высохший слой с получением огнеупорного остекления. Такие способы используют при получении огнеупорных оконных стекол, таких как поставляемые группой компаний Pilkington Group под торговой маркой PYROSTOP и PYRODUR.

Второй способ получения огнеупорного остекления состоит в так называемом монолитном способе, при котором раствор вводят в пространство между двумя противоположными панелями и отверждают с получением промежуточного слоя. В монолитном способе содержание воды в растворе сохраняется в затвердевшем промежуточном слое. Указанное высокое содержание воды поглощает какое-то количество тепла огня, но образуемый пар может приводить к растрескиванию остекления. Сложность, которая свойственна монолитному способу, состоит в балансе между необходимостью в том, чтобы раствор имел достаточно низкую вязкость для того, чтобы его можно было заливать в пространство между двумя противоположными стеклянными панелями, и в необходимости отверждения указанного раствора для образования промежуточного слоя, который представляет собой в достаточной степени жесткий для того, чтобы оставаться на месте в ходе всего срока службы остекления.

В EP 590978 описан монолитный способ получения огнеупорного стекла, при котором промежуточный слой, который включает водный гель, включающий акриламидный полимер и оксид металла в форме частиц, получают введением дисперсии, включающей акриламидный мономер, оксид металла в форме частиц и инициатор фотополимеризации, между стеклянными панелями и облучением дисперсии, таким образом, полимеризуя мономеры.

В EP 620781 описан способ получения огнеупорного стекла, включающего промежуточный слой на основе силиката, при использовании монолитного способа, и остекления, получаемые при использовании указанного способа. Промежуточный слой получают помещением между двумя стеклянными панелями раствора, который включает силикат щелочного металла, где молярное отношение диоксида кремния к оксиду щелочного металла составляет более 4:1, и по меньшей мере от примерно 44% до 60 мас.% воды. Раствор включает кремниевую кислоту в качестве отверждающего агента. После помещения раствора его оставляют, пока не происходит самоотверждение с образованием промежуточного слоя.

В EP 981580 описан способ получения огнеупорного стекла, включающего промежуточный слой на основе силиката, при использовании монолитного способа, и остекления, получаемые при использовании указанного способа, при котором промежуточный слой получают помещением между двумя стеклянными панелями раствора, который включает по меньшей мере 35 мас.% диоксида кремния в форме наночастиц, от 10 до 60 мас.% полифункционального соединения, такого как полиол, и от 1 до 40 мас.% растворителя, который предпочтительно представляет собой воду. Указанный раствор получают образованием беловатого золя, включающего частицы диоксида кремния, полиол и воду, и добавлением к золю гидроксида щелочного металла.

Далее заявители описывают новый способ получения огнеупорных остеклений, включающих промежуточный слой на основе силиката, при использовании монолитного способа, который включает комбинирование водного раствора силиката с золем диоксида кремния с получением смеси, имеющей более низкую концентрацию воды по сравнению с используемой ранее. Такое пониженное содержание делает возможным получение огнеупорных стекол, имеющих улучшенные свойства, в частности в том, что они демонстрируют пониженную тенденцию к сползанию промежуточного слоя и могут также демонстрировать улучшенные огнеупорные свойства.

Таким образом, с точки зрения первого аспекта, настоящее изобретение обеспечивает способ получения огнеупорного многослойного остекления, включающего промежуточный слой на основе силиката, указанный промежуточный слой образован помещением смеси, включающей раствор силиката щелочного металла и золя диоксида кремния в пространство между двумя противоположными стеклянными панелями, и предоставлением смеси отвердевать без сушки, характеризующийся содержанием воды в смеси в диапазоне от 35% до 43 мас.%. В предпочтительном способе содержание воды в смеси составляет в диапазоне от 38% до 42 мас.%.

Заявители обнаружили, что содержание воды в смеси может быть уменьшено при использовании одного или двух способов или любой комбинации указанных двух способов. В первом способе по меньшей мере часть водного золя диоксида кремния, используемого в настоящем способе, замещают на органический золь диоксида кремния. Во втором способе содержание воды в растворе силиката щелочного металла уменьшают. Неожиданно заявители обнаружили, что такие концентрированные растворы силиката, золи силиката и включающие их смеси являются прозрачными, что они сохраняют способность к заливанию в течение достаточного времени, чтобы их можно было использовать в способе получения, и что они отвердевают при выдерживании с получением прозрачного промежуточного слоя, имеющего улучшенные свойства.

Органические золи диоксида кремния, пригодные в композициях по настоящему изобретению, включают дисперсию частиц диоксида кремния в неводном растворителе. Золи будут предпочтительно включать по меньшей мере 30 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 40 мас.% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 50 мас.% твердого вещества.

Растворитель может представлять собой любой неводный растворитель, в котором может быть диспергировано требуемое количество диоксида кремния. Предпочтительным будет растворитель, который может быть включен в оптически прозрачный стабильный промежуточный слой. Примеры пригодных растворителей включают глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, полиэтиленгликоль и триметилолпропан.

Частицы диоксида кремния будут предпочтительно иметь средний размер в диапазоне от 7 нм до 50 нм. Такие частицы легче диспергируются в золе и не рассевают свет при включении в промежуточный слой. Органический золь диоксида кремния предпочтительно включает органически модифицированный диоксид кремния. Такие дисперсии доступны в качестве коммерческих продуктов. Они характеризуются тем, что демонстрируют более низкий, чем ожидалось, пик поглощения Si-OH в сухом виде. Они могут получены получением частиц диоксида кремния в водной системе, удалением части присутствующей воды и замещением ее органическим веществом. Указанные органически модифицированные диоксиды кремния имеют более однородный размер частиц, по сравнению с полученными путем диспергирования частицами диоксида кремния в органическом веществе. Включение органически модифицированного диоксида кремния в промежуточные слои по изобретению приводит к продуктам, имеющим улучшенные огнеупорные свойства. Использование золей органически модифицированного диоксида кремния представляет собой предпочтительный аспект настоящего изобретения.

Органические золи диоксида кремния предпочтительно используют в комбинации с водными золями диоксида кремния. Указанные водные золи также предпочтительно имеют содержание твердых веществ по меньшей мере 30%, предпочтительно 40% и наиболее предпочтительно 50 мас.% диоксида кремния. Они также предпочтительно включают частицы диоксида кремния, имеющие размеры от 7 нм до 50 нм.

Относительные соотношения органического золя диоксида кремния и водного золя диоксида кремния будут установлены таким образом, чтобы смесь, которую получают при добавлении к раствору силиката, оставалась прозрачной и текучей. Количество водного золя, которое используют, будет также таким, чтобы получить промежуточный слой, включающий требуемое количество воды. Как правило, масса частиц диоксида кремния, вводимых в форме водного золя, будет равной или большей массы, вводимой в форме неводного золя. Масса, вводимая в форме водного золя, будет, как правило, составлять не более 75 мас.% от общей массы диоксида кремния в виде частиц.

Золи диоксида кремния комбинируют с раствором силиката щелочного металла, где молярное отношение диоксида кремния к оксиду щелочного металла составляет менее чем 4:1. Количество золя диоксида кремния, которое добавляют, предпочтительно представляет собой такое, что молярное отношение диоксида кремния к оксиду щелочного металла составляет в смеси по меньшей мере 4:1 и предпочтительно по меньшей мере 4,5:1.

Силикат может быть силикатом лития, натрия или калия или их смесью. Предпочтительно силикат представляет собой силикат калия. Растворы силиката щелочного металла представляют собой коммерческие товары, и, удобным образом, может быть использован один из таких товаров. Силикаты натрия, в которых молярное отношение диоксида кремния к оксиду натрия находится в диапазоне от 2:1 до 4:1, представляют собой доступные коммерческие товары, какими являются и силикаты калия, в которых молярное отношение диоксида кремния к оксиду калия находится в диапазоне от 1,4:1 до 2,0:1.

Указанные коммерчески доступные растворы типично составляют от 30% до 52 мас.% твердого вещества. Их смешивают с золями диоксида кремния в количествах, которые обеспечивают требуемое молярное отношение диоксида кремния к оксиду щелочного металла. Они могут быть концентрированы испарением. В случае растворов силиката калия, которые представляют собой предпочтительные для использования в настоящем изобретении, растворы могут быть концентрированы до уровня 62 мас.% твердого вещества.

Водные растворы силиката и промежуточные слои, полученные предоставлением им отвердевать, которые включают от 35 до 43 мас.% воды и от 2 до 20 мас.% органического вещества, полагаются новыми и составляют второй аспект настоящего изобретения. Предпочтительно растворы включают от 2% до 15% и более предпочтительно от 2% до 12 мас.% органического вещества.

Органическое вещество можно вводить в составы промежуточного слоя в форме органического золя диоксида кремния или их можно раздельно добавлять в состав. Органические золи, включающие этиленгликоль или глицерин, представляют собой предпочтительные для использования в настоящем изобретении. Органические вещества могут обычно добавлять для модификации свойств промежуточного слоя в ходе подверганию огню.

Соединения, такие как этиленгликоль и глицерин, действуют в качестве пластификаторов для промежуточного слоя и могут пригодным образом быть включены в промежуточные слои, которые в противном случае могли бы быть чересчур хрупкими, чтобы демонстрировать требуемую степень огнеупорности. Предпочтительно промежуточный слой включает до 15 мас.% и более предпочтительно от 2 до 10 мас.% глицерина или этиленгликоля. Сахариды, такие как сорбит, ксилит или маннит, действуют таким образом, что понижают содержание воды в промежуточном слое, для связывания воды в промежуточном слое и улучшения огнеупорности остекления. Предпочтительные промежуточные слои включают от 0 до 10 мас.% сахарида.

Состав заливают в пространство между двумя противоположными панелями, которые, как правило, представляют собой стеклянные панели. Стеклянные панели предпочтительно представляют собой панели из флоат-стекла, имеющего толщину от 2,0 до 8,0 мм. Панели могут иметь теплоотражающее покрытие на по меньшей мере одной поверхности. Стеклянные панели, несущие подобное покрытие, хорошо известны в данной области техники и доступны в качестве коммерческих товаров. Один из примеров стекла с покрытием, которое может быть использовано, представляет собой стекло низкой излучательной способности, продаваемое Pilkington Group под собственной торговой маркой K Glass. Предпочтительно стеклянные панели из флоат-стекла представляют собой ударопрочные стеклянные панели. Панели могут также быть получены из боросиликатных видов стекла или из керамического стекла, такого как продается Nippon Electric Glass Company под торговой маркой FIRELITE.

Узкие стороны полости закрывают при использовании пригодного герметика, который простирается по периметру панелей. Ширина пространства между панелями предпочтительно находится в диапазоне от 2 мм до 12 мм, более предпочтительно от 2 мм до 8 мм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 3 мм до 6 мм. Состав подвергают стадии дегазации и затем его заливают в полость через отверстие в герметике. Когда полость заполняется, отверстие закрывают и остекление оставляют в течение периода времени, достаточного для отверждения состава. Отверждение может быть ускорено путем нагревания остекления до повышенных температур, например от 50 до 90°С.

Изобретение проиллюстрировано следующими примерами.

Составы, имеющие композиции, как представлены в таблице 1, изготавливали предварительным смешиванием этиленгликоля с золями диоксида кремния и сахаридом. Указанные предварительно смешанные золи добавляли с постоянной скоростью к раствору силиката калия при перемешивании при комнатной температуре. Раствор дегазировали при пониженном давлении и помещали в ячейки, сделанные из 5 мм закаленного стекла с 3-мм полостью. Раствор отверждали при повышенной температуре с образованием твердого промежуточного слоя.

1. Способ получения огнеупорного многослойного остекления, включающего промежуточный слой на основе силиката, указанный промежуточный слой образован заливанием смеси, содержащей раствор силиката щелочного металла и золь диоксида кремния, в полость между двумя противоположными стеклянными панелями и предоставлением возможности смеси затвердевать без высыхания, отличающийся тем, что содержание воды в смеси находится в диапазоне от 35% до 43 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание воды в смеси находится в диапазоне от 38% до 42 мас.%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает смесь водного золя диоксида кремния и органический золь диоксида кремния.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что золь включает по меньшей мере 30 мас.% твердого вещества.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что золь включает по меньшей мере 30 мас.% твердого вещества.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что золь включает по меньшей мере 50 мас.% твердого вещества.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что золь включает по меньшей мере 50 мас.% твердого вещества.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что золь диоксида кремния включает частицы, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 7 до 50 нм.

14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что раствор силиката щелочного металла включает от 40% до 62 мас.% воды.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что силикат щелочного металла представляет собой силикат калия.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что силикат калия включает молярное отношение SiO₂ к К₂О по меньшей мере 1,4:1.

17. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что молярное отношение SiO₂ к M₂O, где М представляет собой катион щелочного металла, в смеси составляет по меньшей мере 4:1.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что молярное отношение SiO₂ к M₂O составляет по меньшей мере 4,5:1.

19. Огнеупорное многослойное остекление, включающее по меньшей мере один промежуточный слой и по меньшей мере две прозрачные панели, отличающееся тем, что промежуточный слой включает силикат щелочного металла, от 35 до 43 мас.% воды и от 2 до 20 мас.% органического вещества.

20. Остекление по п.19, отличающееся тем, что молярное отношение SiO₂ к М₂О в промежуточном слое, где М представляет собой катион щелочного металла, составляет по меньшей мере 4,0:1,0.

21. Остекление по п.20, отличающееся тем, что молярное отношение SiO₂ к М₂О составляет по меньшей мере 4,5:1,0.

22. Остекление по любому пп.19-21, отличающееся тем, что силикат щелочного металла представляет собой силикат калия.

23. Остекление по любому пп.19-21, отличающееся тем, что промежуточный слой включает от 2 до 15 мас.% органического вещества.

24. Остекление по п.22, отличающееся тем, что промежуточный слой включает от 2 до 15 мас.% органического вещества.

25. Остекление по п.23, отличающееся тем, что промежуточный слой содержит от 2 до 12 мас.% органического вещества.