专利名称：耐火玻璃的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有水玻璃的新组合物，涉及包括水玻璃基膨大的中间层的耐火玻璃层压品，以及涉及制备此种层压品的方法。包括一种水玻璃基膨大中间层的耐火玻璃层压品以商品名PYROSTOP和PYRODUR由Pilkington集团公司出售。这些层压品是通过将水玻璃的水溶液倒在第一窗格玻璃的表面上，并以形成澄清的中间层的方式干燥该溶液。而后，将第二窗格玻璃放置在第一窗格玻璃的上面以便形成层压品。还可制备含多于两层玻璃板和多于一层中间层的层压品，当然较厚相应的制备成本也高。
当这些层压品暴露于火中时，中间层膨胀并扩大，从而形成泡沫。该泡沫有助于使层压品结构的完整性保持较长的时间，从而成为火焰蔓延的阻挡层。该泡沫还是绝缘体，它减少玻璃传导的热量，从而阻止玻璃的无火侧的可燃材料点燃。
具有水玻璃基中间层的层压品的制备描述在许多专利中，包括GB1518958，GB2199535和USP4451312，USP4626301以及USP5766770。建议可用的水玻璃溶液为碱金属硅酸盐，其中SiO2∶M2O的重量比(其中M代表碱金属)是2.5∶1～5.0∶1。在这些专利中实际使用的水玻璃溶液以及可商购的耐火玻璃层压品是硅酸钠，其中SiO2∶M2O的比为3.4∶1或更高。SiO2∶Na2O的比小于3.3∶1的硅酸钠水玻璃尚未实际使用，因为它们是粘性的，因此难以处理，并且干燥形成易脆中间层，这使得结合到耐火玻璃中时，仅提供较低的耐火性和较低的耐冲击性。
USP4626301和5766770中进一步公开了将一种多羟基有机化合物结合到水玻璃溶液中。有机化合物起到减少干燥的中间层表面开裂率的作用，并且在火焰中通过与碳结合起到帮助保持火焰阻挡层的作用。然而，由于有机化合物是可燃的，因此器用量保持在最小，以便不为火焰提供燃料。US5766770中指出，优选的此种多羟基化合物是甘油，并且中间层应当优选含有小于6％重量的该有机化合物。
现在我们发现，通过下述方法可以制备出具有改进性能的耐火玻璃层压品，包括形成SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1且含有较高含量的多羟基有机化合物的含硅酸钠水玻璃溶液的水玻璃基组合物，在玻璃板的表面上干燥该组合物，以形成耐火中间层，并形成含有至少一层该中间层的玻璃层压品。
在本发明的组合物中，其它碱金属硅酸盐水玻璃特别是硅酸钾水玻璃和硅酸锂水玻璃也可使用。这些硅酸盐的SiO2∶M2O比(其中M代表碱金属)应根据钾和锂的不同的原子量来调节。本发明将在下文中参考硅酸钠水玻璃进行描述，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1。
据信这些水玻璃基组合物是新的，因此从一方面讲，本发明提供了一种溶液，含有硅酸钠水玻璃，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1，并且含有多羟基有机化合物，其含量至少为溶液重量的8％，并且所述溶液含有30～70％重量的水。
最优选的多羟基有机化合物为甘油。包括其它多元醇如乙二醇；单糖和多糖的其它化合物也能使用，但是不是那么优选的。
在优选的实施方案中，多羟基化合物是甘油，在溶液干燥前甘油在溶液中的浓度优选至少10％重量。随多羟基化合物的浓度增大，当溶液干燥时所产生的中间层的柔性增加。这有助于提高层压品的耐冲击性。但是，特别是如果中间层相对厚时，增加过多的多羟基化合物是不利的。这些较厚、较重的中间层有滑移的可能性，特别是当用于较大尺寸的层压品中时，从而此种层压品不能使用。另外，尽管本发明的层压品具有令人惊奇的优良耐火性能，但是增加多羟基化合物使中间层的可燃性增加，并且这将降低层压品在耐火测试中的性能。由于这些原因，我们优选溶液中含有不高于20％的有机多羟基化合物。最优选的，水玻璃溶液含14～18％重量的有机多羟基化合物(干燥步骤前)。
碱金属硅酸盐水玻璃优选为硅酸钠水玻璃。这些优选的水玻璃优选是那些SiO2∶Na2O的重量比为至少2.0∶1的，更优选为至少2.5∶1，并且最优选为至少2.85∶1。SiO2∶Na2O的重量比为2.0∶1；2.5∶1；2.85∶1和3.3∶1的硅酸钠水玻璃是可商购的物品。本发明的组合物优选采用SiO2∶Na2O的重量比为2.0∶1；2.5∶1和2.85∶1的硅酸钠水玻璃，这是因为它们是市场有售的。SiO2∶Na2O的比不是这些特定比例的水玻璃可通过将适当用量的这些市售材料混合来制备。
除硅酸钠水玻璃以外的碱金属硅酸盐水玻璃可用于本发明的组合物。硅酸钾水玻璃和硅酸锂基水玻璃特别有用。通常，这些替代品将用来部分代替硅酸钠基水玻璃，并且在优选的实施方案中，钠与钾或锂中任一种的摩尔比至少为2∶1。
在本发明特别优选的实施方案中，该溶液含有钠水玻璃和钾水玻璃的混合物，其中钠与钾的摩尔比优选至少为4∶1。当存在此种硅酸钾水玻璃时，优选SiO2与K2O的比在1.43∶1～2.05∶1的范围内。
这些溶液可方便地通过将多羟基有机化合物缓慢地加入到搅拌中的水玻璃的水溶液或水玻璃中来制备。所得到的溶液可用于按照常规技术制备耐火玻璃。特别是，溶液可分散在玻璃板的表面上，该玻璃板具有一个边缘阻挡，该阻挡将该溶液保持在玻璃的表面上。希望溶液的用量根据中间层的厚度而异。该用量可以通过常规实验来确定。
而后，在精心控制温度和湿度的条件下干燥溶液，以便确保制备出澄清透明、没有气泡和其它光学瑕疵的中间层。溶液的含水量在干燥步骤中下降至某个水平，通常为10～35％重量(基于干燥的中间层的总重量)。在干燥的中间层中有机多羟基化合物的浓度优选相应地增加到10～40％重量，更优选为20～30重量％。水玻璃提供干燥的中间层的组合物的其余部分。相信此种干燥的中间层是新的，并组成本发明的另一个方面。
干燥的中间层的厚度通常在0.5～2.0mm的范围内。本发明的耐火层压品优选含有至少一个膨大的中间层，其厚度为1.0～3.0mm。形成较厚的中间层需要较长的干燥时间，因此是不利的。较薄的中间层需要相应较短的干燥时间，并且通过将两片具有厚度例如为0.5～1.0mm的较薄中间层的玻璃面对面接触，从而形成厚度为1.0～2.0mm的中间层，由此可方便地制备出含有较厚中间层的层压品。
可将各种厚度的平玻璃板用于本发明的层压品中。典型的，可以使用厚度为2.0～4.0mm的钠钙浮法玻璃。
通常边缘阻挡在干燥步骤完成后切除，以便留下其一个表面上具有干燥的中间层的玻璃板。层压品可以通过将第二玻璃板置于第一玻璃板上来形成。在一个可替代的实施方案中，第二玻璃板自身可以是在其一个表面上安装有耐火中间层。第二板可以以该中间层靠近第一中间层的方式安装，以便提供具有相对较厚中间层的两-窗格玻璃层压品。通常，第二玻璃板以该中间层在其上表面的方式安装，并且第三玻璃板安装在其上，以便提供一个含有三个玻璃板和两个中间层的层压品。已生产出具有多达八个中间层的层压品以满足特别严格的燃烧安全的需要。
我们还发现，本发明的干燥膜的柔性和强度足以使之从其形成的基体表面上除去。按照此种方式形成的膜可以放置在玻璃板的表面上，并切割成所需尺寸，以便形成在其一个表面上具有干燥的中间层的玻璃板。然后，可将第二玻璃板置于第一个的顶部，从而形成含有两个玻璃板和一个干燥中间层的层压品。
这些膜可以通过将本发明的水玻璃溶液在基体上干燥来制备，该基体可以是玻璃基体，和可以为溶液可以在其上干燥并随后除去的具有扁平表面的任何基体。
因此由另一方面，本发明的提供一种制备耐火玻璃的方法，包括将一种含硅酸钠水玻璃的溶液浇注到扁平表面上，在该硅酸钠水玻璃中，SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1.0并且含有至少8％重量的多羟基化合物，在受控条件下干燥该溶液，从而制备弹性箔，将所述箔从所述表面上分离，将该箔置于第一玻璃板的表面上，并将第二玻璃板置于所述箔上。
优选用于本发明该方面的水玻璃溶液在干燥步骤前通常含有30～70％重量的水，并且在干燥步骤后含有10～35％重量的水。优选的多羟基化合物为甘油。
本发明的水玻璃溶液还可含有其它公知有用的添加剂。具体地说，它们可以包括至少一种含锆的阴离子聚集体。有用的聚集体包括所有在我们公开的国际专利申请WO01/10638中描述的。有用的含锆化合物的例子是碳酸锆钾。发现在干燥的中间层中此种聚集体的存在一定量例如至少为含有0.5％重量的锆能够提高玻璃的耐火性能。
本发明将通过下述实施例进行说明实施例1用下述技术制备包括碱金属水玻璃的一系列的组合物。
使用一系列的水玻璃溶液(A)SiO2∶Na2O的重量比为3.3∶1且含有38.1％的固体的硅酸钠水玻璃溶液；以Crystal 79硅酸钠溶液由Crosfield Company ofWarrington，England出售；(B)SiO2∶Na2O的重量比为2.85∶1且含有43.2％重量固体的硅酸钠水玻璃溶液；以Crystal 96硅酸钠由Crosfield Company出售；(C)SiO2∶Na2O的重量比为2.5∶1且含有43.6％重量固体的硅酸钠水玻璃溶液；以Crystal 0503硅酸钠由Crosfield Company出售；(D)SiO2∶K2O的重量比为1.43∶1且含有52.4％重量固体的硅酸钾水玻璃溶液；以Crystal K120硅酸钾由Crosfield Company出售；这些溶液与适当量的甘油混合，从而提供配方如表1所示的组合物。硅酸钠和硅酸钾的用量以适当的水溶液A，B，C或D的重量来表示。在所有情况下，配平至100％的配方以硅酸钠溶液形式提供。配方12～15，硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃最初在转速为500rpm的桨式混合机中混合在一起，直到形成视觉均匀的溶液。而后，通过搅拌逐渐向该混合物中加入甘油。在配方1～8中，将甘油加入到硅酸钠水玻璃中。
将这些混合组合物浇注在边缘阻挡的窗格玻璃上，填充水平为3.5kg/m2～5.0kg/m2之间。窗格玻璃由钠钙浮法玻璃制成，其厚度如表1的第4栏所示，单位为mm。溶液在精心控制温度和湿度的条件下进行，直到形成了厚度为1.4mm且含水量约为25％重量(卡尔·费歇尔滴定法)的干燥的中间层。厚度为1.4mm的层压品通过将顶玻璃置于该干燥的中间层上而形成。厚度为2.8mm的层压品通过用两片每片均在其一个表面上具有干燥的中间层的玻璃板并使中间层相互接触来制备。
切割成表1的第6～9栏中列出的层压品的尺寸。它们的耐火性能和冲击性能用表头中说明的方法测量。其结果列与第6～9栏中。
实施例1和2是比较例，说明常规配方的性能。这些常规配方在全部冲击测试中失败了。实施例3～15是本发明组合物的实施例。全部通过了英国标准6206级别C的冲击测试，并且配方3，4，6和11～14通过了更为艰巨的DIN 52337级别B的测试。配方3～15的耐火性能与比较例配方1和2区别不明显。
表权利要求
1.一种溶液，包括碱金属硅酸钠水玻璃和可溶于水的多羟基有机化合物，多羟基化合物至少为8％重量，且水为30～70％重量。
2.根据权利要求1的溶液，其中碱金属硅酸盐是硅酸钠，其中SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1。
3.根据权利要求2的溶液，其中水玻璃中SiO2∶Na20的重量比为2.5∶1.0。
4.根据权利要求2的溶液，其中水玻璃中SiO2∶Na20的重量比为2.85∶1.0。
5.根据前述任一项权利要求的溶液，其中包括硅酸钾水玻璃。
6.根据权利要求5的溶液，其中所述钾水玻璃中SiO2∶K2O的重量比为1.43∶1.0。
7.根据权利要求5或6的溶液，其中Na+∶K+的摩尔比至少为2.0∶1。
8.根据前述任一项权利要求的溶液，其中多羟基化合物为甘油。
9.根据权利要求8的溶液，其中含有1O～20％重量的甘油。
10.一种在其一个表面上具有透明干燥的中间层的玻璃板，其中中间层的含水量为10～35％重量，并且是通过将权利要求1～9中任一项的溶液浇注在玻璃的表面上并在受控的条件下干燥制备的。
11.根据权利要求10的板，其中透明中间层为0.5mm～2.0mm厚。
12.一种制备耐火玻璃层压品的方法，其中包括取根据权利要求10或11之一的一片板，并将第二玻璃板置于该中间层的顶部。
13.根据权利要求12的方法，其中第二玻璃板在其任一表面上都不具备耐火中间层。
14.根据权利要求12的方法，其中第二玻璃板在其一个表面上具有透明干燥的中间层，并以使该中间层与第一板上的中间层相互接触的方式布置。
15.根据权利要求12的方法，其中第二玻璃板在其一个表面上具有透明干燥的中间层，并以使其另一表面与第一板上的中间层相互接触的方式布置，并将第三玻璃板置于第二玻璃板的表面上的干燥的中间层的顶部，从而形成含有三片玻璃板和两个中间层的层压品。
16.一种制备耐火玻璃层压品的方法，其包括将根据权利要求1～10之一的溶液浇注到扁平的表面上，在受控的条件下干燥所述溶液，以便形成箔；从所述表面上除去所述箔，将所述箔置于第一玻璃板上，并将第二玻璃板置于所述箔的顶部。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，供溶液干燥的扁平表面是玻璃板。
18.一种透明弹性材料，其包括一种碱金属硅酸盐水玻璃，至少15％重量的一种有机多羟基化合物，以及10～35％重量的水。
19.根据权利要求18的材料，其中碱金属硅酸盐是硅酸钠，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1。
20.根据权利要求18或19的材料，其特征在于，有机多羟基化合物为甘油。
21.根据权利要求18～20任一项的材料，其特征在于，它含有20～30％重量的甘油。
22.根据权利要求18～21任一项的材料，其特征在于，它含有硅酸钾水玻璃。
23.根据权利要求21的材料，其特征在于，Na+∶K+的摩尔比为2∶1或更高。
全文摘要
用于制备耐火玻璃层压品的中间层的溶液，其含有模量小于3的硅酸钠水玻璃且有机多羟基化合物如甘油至少为8％重量。该溶液在诸如玻璃的扁平表面上干燥，从而制备具有改进的耐冲击性的澄清、膨大的中间层。干燥的中间层可以以弹性材料的形式从表面上除去，其也可用作耐火玻璃中的中间层。
文档编号B32B17/10GK1422210SQ018078
公开日2003年6月4日 申请日期2001年3月16日 优先权日2000年3月18日
发明者K·S·瓦尔玛, J·R·霍兰德, D·W·霍尔登 申请人:皮尔金顿公共有限公司