CZ2003779A3 - Způsob výroby intumescentní vrstvy na povrchu skleněného substrátu, skleněný substrát s vrstvou a vrstvený skleněný výrobek - Google Patents

Description

Vynalez se týká nových způsobů výroby kompozic na bázi vodního skla, kompozic vyrobených takovými způsoby a vrstvených skleněných výrobků odolných proti požáru, obsahujících takové kompozice jako intumescentní vrstvu (vrstvu z materiálu schopného bobtnání nebo napěňovatelného materiálu - dále v čelem textu pro krátkost: intumescentní vrstva) mezi dvěma proti sobě uloženými tabulemi skla.

Dosavadní stav techniky

Vrstvené skleněné výrobky, obsahující intumescentní anorganickou vrstvu, uloženou mezi dvěma proti sobě uloženými tabulemi skla jsou známé a jsou prodávány pod značkami PYROSTOP a PIRODUR skupinou společností Pilkington. Když jsou také vrstvené výrobky vystaveny ohni, anorganická hmota nabývá na objemu a rozpíná se pro vytváření pěny. Pěna vytváří tepelne izolační vrstvu, která chrání skleněnou tabuli odvracenou od ohně tak, že strukturální celistvost skleněného dílce je udržena a vytváří se tak překážka proti šíření ohne. Izolační vlastnosti pěnové vrstvy zmenšují množství tepla prenaseneho vrstvou a tím snižují riziko zapálení materiálů na straně skleněného dílce opačné od požáru. Vrstvené sklenene výrobky obsahující takové anorganické vrstvy byly úspěšně používány jako skleněné konstrukce odolné proti požáru. Takové vrstvené výrobky mohou obsahovat více než dvě tabule skla, sendvičovítě prokládané více než jednou anorganickou vrstvou. V závislosti na přísnosti příslušného předpisu byly používány vrstvené dílce obsahující až osm anorga♦ *· nických vrstev. Vícevrstvé lamináty jsou a v odpovídající míře drahé.

relativně tlusté

Intumescentní vrstva je normálně tvořena hlavně z vodního skla na bázi křemičitanu sodného nebo jeho směsi s vodním sklem na bázi křemičitanu draselného. Přídavně může vrstva obsahovat menší množství vícesytné organické sloučeniny jako glykol, glycerin a jeho deriváty nebo cukr. Anorganická vrstva se normálně tvoři tím, že se připraví vodný roztok vodního skla, roztok se nanese na jednu ze skleněných tabuli a přebytečná voda se vysušuje pro vytvoření anorganické vrstvy. Typicky bude anorganická vrstva obsahovat přibližné 20 hmotn.% vody (včetně hydratační vody) a proměnlivá množství Na₂Sio₂, Na₆si₂o₇ a Na₂Si₃o₇. Roztoky vodního skla a anorganická vrstva mohou obsahovat proměnlivé poměry Na₂o k Sio₂ a mohou také obsahovat látky s obsahem draslíku tím, ze se přidá K₂0 jako alternativa k Na₂0.

Sušicí krok musí být prováděn v pečlivě kontrolovaných podmínkách, má-li se získat opticky čirá vrstva mající uzitecne intumescentní vlastnosti. Typicky se sušení provádí pri vysoké vlhkosti a po dlouhou dobu přibližně od 12 do 24 hodin. Tento zdlouhavý proces zvyšuje náklady výrobního procesu a snižuje produktivitu výrobního zařízení.

Patent USA č.4 190 698 popisuje vrstvené skleněné výrobky, v nichž je mezivrstva křemičité vodní sklo a navrhuje radu přísad k vodnímu sklu, zahrnujících glycerin, ethylenglykol, sorbitol, glukózu, škrob, křemičitan sodný, hlinitan sodný, fosforečnan hlinitý, borax, kyselinu boritou a koloidm oxid křemičitý, uvádí se, že tyto přísady zlepšují účinnost mezivrstvy z hlediska odolnosti proti požáru.

Přísada, která se nejobvykleji přidává do křemičitého vodního skla pro vytváření mezivrstvy mající výhodné vlastnosti je glycerol. Přítomnost glycerolu snižuje rozkladné štěpení mezivrstvy během sušicího procesu a usnadňuje tak tvorbu čiré vysušené mezivrstvy.

Požární odolnost těchto zasklívacích dílců, obsahujících uvedené mezivrstvy, závisí částečně na udržení celistvosti dílce po co nejdelší dobu i když skleněné tabule praskají pod napětím. V některých případech sklo praská katastrofickým způsobem a zasklívací dílec může v důsledku toho selhat při určité zkoušce. Pozorovali jsme, že tato selhání mohou být spojena s tvorbou relativně hrubé pěny, když je mezivrstva zahřáta.

Podstata vynálezu

Nyní bylo autory zjištěno, že přidání soli kyseliny uhličité nebo soli α-hydroxykarboxylové kyseliny k roztoku vodního skla před sušicím krokem vede k vytvoření intumescentní vrstvy mající zlepšené vlastnosti z hlediska odolnosti proti požáru. Tyto vrstvy vytvářejí jemnější pěnu při vystavení plameni a přihlašovatel předpokládá, že to je charakteristické pro zlepšené vlastnosti z hlediska odolnosti proti požáru. Přítomnost soli může také umožnit provádění sušicího procesu během kratšího časového údobí bez jakéhokoli škodlivého účinku na kvalitu výrobku, čímž dochází ke zvyšování produktivity výrobního zařízení.

Podle jednoho znaku vynález přináší způsob výroby intumescentní vrstvy na povrchu skleněného substrátu, při kterém se rozprostírá roztok vodního skla alkalického kovu na

povrchu skla a z roztoku se nechá odpařit voda, až se vytvoří anorganická vrstva, přičemž roztok vodního skla obsahuje alkalickou kovovou sůl (t.j. sůl alkalického kovu) kyseliny uhličité nebo α-hydroxykarboxylové kyseliny. Sůl, která se použije, bude s výhodou taková, která významně neovlivňuje optické vlastnosti intumescentní vrstvy nebo vlastnosti z hlediska požární odolnosti této vrstvy.

Příklady vhodných solí zahrnují kovové soli (t.j. soli kovů) a zejména alkalické kovové soli (t.j. soli alkalických kovů) α-hydroxykarboxylových kyselin, jako kyseliny citrónové, kyseliny jablečné, kyseliny vinné, kyselinu glykolové a kyseliny mléčné, a všechny byly shledány jako vhodné ve způsobu podle vynálezu. Jako vhodné byly shledány soli slabých anorganických kyselin, jako uhličitany a hydrogenuhličitany alkalických kovů.

Množství solí, požadované k tomu, aby bylo účinné, se bude lišit podle volby pufrovacího činidla a podle složení roztoku vodního skla. Zpravidla může roztok vodního skla obsahovat od 0,1 do 2,0 a s výhodou od 0,5 do 1,0 hmotn.% soli (před sušením). Optimální množství jakékoli konkrétní soli může být určeno empirickými prostředky. Použití nadměrného množství jakékoli konkrétní soli může vést k tvorbě vysušené intumescentní vrstvy mající nižší vlastnosti z hlediska požární odolnosti ve srovnání se známými systémy nebo které jsou nepřijatelně zamlžené.

Vodní sklo z křemičitanu alkalického kovu je s výhodou sodnokřemičitanové vodní sklo. Přednostní vodní skla pro použití v kompozicích podle vynálezu jsou ta, v nichž je hmotnostní poměr SiO₂:Na₂O nejméně 2:1 a nejvýhodněji ta,

jejichž uvedený hmotnostní poměr je nejméně 2,5:1 a nejvýhodněji ta, u nichž je uvedený hmotnostní poměr nejméně 2,85:1.

V kompozicích podle vynálezu mohou být použitelná jiná vodní skla z křemičitanů alkalických kovů než sodnokřemicitanove, zejména z křemičitanů draselného a křemičitanů lithného. Zvlášť vhodné je vodní sklo z křemičitanů draselného, v němž je hmotnostní poměr SiO₂:K₂O v rozmezí od 1,4:1 do 2,1:1. Také mohou být vhodné kompozice, které obsahuji směs vodního skla na bázi křemičitanů sodného a vodního skla na bázi křemičitanů draselného.

Roztoky vodních skel, které se rozprostírají na povrchu skla během postupů podle vynálezu, budou mít zpravidla pH v rozmezí od 10,0 do 12,0 a výhodněji 10,5 až 11,8. Typicky budou tyto roztoky obsahovat od 50 do 70 hmotn.% vody. Na konci sušicího procesu je obsah vody anorganické intumescentní vrstvy od 15 do 26 hmotn.% a výhodněji od 18 do 22 hmotn.%. Efektivní pH roztoku se bude snižovat s poměrným snižováním iontové mobility během sušicího procesu. Jelikož se voda odpařuje a vrstva začíná tuhnout, pH se stane méně významným měřítkem vlastností vrstvy.

V přednostních provedeních vynálezu autoři zjistili, že pH roztoku by nemělo klesnout o více než 2 jednotky pH během počátečního údobí pěti hodin sušicího pochodu. Během tohoto údobí je obsah vody v roztoku vodního skla s výhodou snížen z například 60 hmotn.% na hodnotu v rozmezí od 30 do 35 hmotn. V přednostních provedeních vynálezu bude tato počáteční cast sušicího procesu prováděna v kontrolovaných podmínkách a rychlost ztráty vody bude zhruba stejná nebo

-6bude delší než jaká se běžně používá pro sušení vodního skla stejné hloubky v nepřítomnosti solí podle vynálezu. V provedených postupech podle vynálezu dávají autoři vynálezu přednost, aby pozdější část sušicího procesu byla dokončena v kratší době. Celková doba sušení v typickém postupu podle stavu techniky může být přibližně 12 až 24 hodin. V přednostních provedeních podle vynálezu může však být celková doba sušení tak nízká jako 10 až 15 hodin, i když v případě potřeby mohou být používány delší doby.

Zlepšená schopnost odolávat požáru u anorganických intumescentních vrstev, vytvořených způsoby podle vynálezu, znamená že pro dosažení ekvivalentní schopnosti odolávat požáru mohou stačit relativně tenké intumescentní vrstvy. Při způsobech podle vynálezu může být hloubka intumescentní vrstvy na povrchu skla snížena z 1,4 mm na 1,0 mm a výhodněji na 0,7 mm. Množství vody, které je třeba odpařit pro vytvoření suché intumescentní vrstvy, je odpovídajícím způsobem zmenšené a také se může snížit doba potřebná pro sušení roztoku. I v těchto provedeních je však dávána přednost tomu, aby se počáteční část sušicího procesu prováděla při pečlivě kontrolovaných podmínkách a relativně pomalu. Pokusy sušit roztok v této časné části sušicího postupu rychleji mají sklon k tvorbě anorganických vrstev majících horší vlastnosti a v krajním případě nepřijatelné vlastnosti.

Roztoky vodního skla, vhodné ve způsobech podle vynálezu, s výhodou obsahují vícesytnou organickou sloučeninu. Použití takových vícesytných sloučenin je v oboru známé. Typicky se bude vícesytná sloučenina volit ze skupiny obsahující glykoly, glycerin nebo derivát glycerinu nebo cukr. Nejvýhodnější vícesytná organická sloučenina je glycerol.

-7s výhodou budou roztoky vodního skla (před sušicím pochodem) obsahovat od 2,0 do 10,0 hmotn.% vícesytné sloučeniny.

Roztoky vodního skla, vhodné ve způsobech podle vynálezu, se přednostně připravují způsobem, který vylučuje tvorbu jakékoli extrémní hodnoty pH. S výhodou může být sůl rozpuštěna ve vodném roztoku vícesytné organické sloučeniny. Výsledný roztok může být potom pomalu přidáván a s dobrým mícháním k roztoku vodního skla pro vytváření roztoku, který se hodí při způsobu podle vynálezu.

Anorganické intumescentní vrstvy mohou být vhodně vytvářeny rozprostíráním roztoku vodního skla na povrch skleněné tabule a po té odpařením vody z roztoku. Pro vytvořeni anorganické intumescentní vrstvy požadované tloušťky na skle je zapotřebí uložit na sklo hranové hradítko, například z jílovítých materiálů, které budou zadržovat roztok vodního skla během vypařovacího procesu. Takové postupy jsou v oboru dobře známé. Odpařování vody z roztoku vodního skla se s výhodou provádí jeho sušením v peci při teplotě od 70° do 105°C po dobu až 24 hodin.

Rychlost odpařování vody může být vhodně kontrolována měněním relativní vlhkosti v ovzduší. Udržováním velmi vysoké relativní vlhkosti (až 100% relativní vlhkosti) během počáteční časti sušicího procesu může být rychlost sušení udržována na relativně nízké úrovni. Později v procesu může být relativní vlhkost snížena pro zvýšení rychlosti sušení.

Když je odpařování dokončeno, může být povlečená sklenena tabule vyjmuta z pece a zadržovací meze se odstraní odříznutím okrajů od tabule. Výrobek je skleněná tabule,

-8opatřená anorganickou intumescentní vrstvou na jejím jednom povrchu. Tyto tabule se mohou vhodně řezat na míru u uspořádávat do vrstvených skleněných dílců dalšími vrstvícími pro cesy.

Skleněné tabule s intumescentními povlaky mohou být zpracovávány do vrstvených dílců přidáním druhé skleněné tabule. Druhá skleněná tabule může být nepovlečená a v tomto případě je výrobek vrstvený dílec s jedinou intumescentní vrstvou. Alternativně může být také druhá skleněná tabule opatřena povlakem anorganické intumescentní vrstvy. Je možné vytvářet vrstvené dílce obsahující více než jednu intumescentní vrstvu, která se může hodit tam, kde je požadována zlepšená odolnost proti požáru.

Příklad provedení vynálezu

Použití tabulí s relativně tenkými intumescentními vrstvami představuje přednostní provedení výroby vrstvených dílců, protože vrstvený dílec může být tenčí než obvyklé dílce a poskytovat přitom ekvivalentní odolnost proti požáru.

PŘÍKLAD 1

Transparentní zasklívací dílec, odolný proti požáru, byl vyroben následovně:

Tabule ze sodnovápenatého skla tloušťky 3 mm byla opatřena hradítkem odolným proti vlhkosti a teplu, uloženým okolo jejího obvodu, pro hrazení do výšky 5 mm.

Trikalium-citrát (30 dílů) se rozpustil v deionizované vodě (30 dílů) a rozmíchal se na čirý roztok. Ten se smíchal s glycerolem (87% vodný roztok, 69 dílů) a míchal se až na homogenní roztok. Tento roztok se vlil do roztoku křemičitanu sodného (38,1% vodný, 901 dílů) za intenzivního míchání.

-9Výsledný roztok se rozlil na výše uvedenou tabuli s rozdělením 5 kg na metr čtvereční.

Roztok se sušil v peci při 100°C. Do pece se vháněla pára až relativní vlhkost dosáhla 100%. Pec se uzavřela a roztok se sušil po dobu 14 hodin na obsah zbytkové vlhkosti 20 až 30% a tloušťku přibližně 1,4 mm. Vysušené okrajové hradítko se odejmulo a k silikátové vrstvě se lepivě připojila druhá tabule sodnovápenatého skla.

Slepené souvrství se v podmínkách specifikovaných v vrství (vrstveného výrobku) zachování celistvosti, jak se zkušební pec odpojila.

zkoušelo na požární odolnost normě BS.476 PT.20-22. U soupřesáhla odolnost 60 minut specifikováno v normě, kdy se

Pro srovnání byl vrstvený výrobek zhotoven shodným způsobem až na to, že se ke glycerolu nepřidal trikalium-citrát. Při shodných zkušebních podmínkách tento vrstevný výrobek selhal po 37 minutách.

Claims (13)

1. Způsob výroby intumescentní vrstvy na povrchu skleneneho substrátu, při kterém se rozprostírá roztok vodního skla alkalického kovu na povrchu skla a z roztoku se nechá odpařit voda, až se vytvoří anorganická vrstva, vyznačený. tím, že roztok vodního skla obsahuje alkalickou kovovou sůl kyseliny uhličité nebo α-hydroxykarboxylové kyseliny.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že α-hydroxykarboxylová kyselina se volí ze skupiny obsahující kyselinu citrónovou, kyselinu jablečnou, kyselinu vinnou, kyselinu glykolovou a kyselinu mléčnou.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že roztok vodního skla, který se rozprostírá na povrchu skla, má pH v rozmezí od 10,5 až 11,8.

4. Způsob podle ný tím, že pH roztoku hodin sušicího procesu kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačevodního skla klesá během prvních pěti o ne více než 2 jednotky pH.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že roztok vodního skla obsahuje od 0,1 do 2,0 hmotn.% soli.

6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že roztok vodního skla obsahuje víoesytnou sloučeninu.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačený tím že vícesytná —11— sloučenina je glykol, glycerin nebo derivát glycerinu nebo cukr.

8. Způsob podle nároku 7 vyznačený tím, že vícesytná sloučenina je glycerol.

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že skleněný substrát s roztokem vodního skla rozprostřeným na jeho povrchu se ukládá do vyhřívané pece pro sušení.

10. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačený tím, že obsah vody ve vysušené intumescentní vrstvě je od 30 do 35 hmotn.%.

11. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačený tím, že anorganická intumescentní vrstva má tloušůku od 0,3 do 5,0 mm.

12. Skleněný substrát mající anorganickou intumescentní vrstvu na jednom z jeho povrchů, přičemž tato vrstva je způsobilá být vyrobena způsobem podle kteréhokoli z nároků 1 až 11.

13. Vrstvený skleněný výrobek, obsahující skleněný plošný dílec mající n-1 intumescentních vrstev sendvičovitě uložených mezi n skleněnými tabulemi, vyznačený tím, že intumescentní vrstva je vrstva způsobilá být vytvořena způsobem podle kteréhokoli z nároků 1 až 12.