專利名稱：耐火玻璃的制作方法
技術領域：
本發明涉及含有水玻璃的新組合物，涉及包括水玻璃基膨大的中間層的耐火玻璃層壓品，以及涉及制備此種層壓品的方法。包括一種水玻璃基膨大中間層的耐火玻璃層壓品以商品名PYROSTOP和PYRODUR由Pilkington集團公司出售。這些層壓品是通過將水玻璃的水溶液倒在第一窗格玻璃的表面上，并以形成澄清的中間層的方式干燥該溶液。而后，將第二窗格玻璃放置在第一窗格玻璃的上面以便形成層壓品。還可制備含多于兩層玻璃板和多于一層中間層的層壓品，當然較厚相應的制備成本也高。
當這些層壓品暴露于火中時，中間層膨脹并擴大，從而形成泡沫。該泡沫有助于使層壓品結構的完整性保持較長的時間，從而成為火焰蔓延的阻擋層。該泡沫還是絕緣體，它減少玻璃傳導的熱量，從而阻止玻璃的無火側的可燃材料點燃。
具有水玻璃基中間層的層壓品的制備描述在許多專利中，包括GB1518958，GB2199535和USP4451312，USP4626301以及USP5766770。建議可用的水玻璃溶液為堿金屬硅酸鹽，其中SiO2∶M2O的重量比(其中M代表堿金屬)是2.5∶1～5.0∶1。在這些專利中實際使用的水玻璃溶液以及可商購的耐火玻璃層壓品是硅酸鈉，其中SiO2∶M2O的比為3.4∶1或更高。SiO2∶Na2O的比小于3.3∶1的硅酸鈉水玻璃尚未實際使用，因為它們是粘性的，因此難以處理，并且干燥形成易脆中間層，這使得結合到耐火玻璃中時，僅提供較低的耐火性和較低的耐沖擊性。
USP4626301和5766770中進一步公開了將一種多羥基有機化合物結合到水玻璃溶液中。有機化合物起到減少干燥的中間層表面開裂率的作用，并且在火焰中通過與碳結合起到幫助保持火焰阻擋層的作用。然而，由于有機化合物是可燃的，因此器用量保持在最小，以便不為火焰提供燃料。US5766770中指出，優選的此種多羥基化合物是甘油，并且中間層應當優選含有小于6％重量的該有機化合物。
現在我們發現，通過下述方法可以制備出具有改進性能的耐火玻璃層壓品，包括形成SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1且含有較高含量的多羥基有機化合物的含硅酸鈉水玻璃溶液的水玻璃基組合物，在玻璃板的表面上干燥該組合物，以形成耐火中間層，并形成含有至少一層該中間層的玻璃層壓品。
在本發明的組合物中，其它堿金屬硅酸鹽水玻璃特別是硅酸鉀水玻璃和硅酸鋰水玻璃也可使用。這些硅酸鹽的SiO2∶M2O比(其中M代表堿金屬)應根據鉀和鋰的不同的原子量來調節。本發明將在下文中參考硅酸鈉水玻璃進行描述，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1。
據信這些水玻璃基組合物是新的，因此從一方面講，本發明提供了一種溶液，含有硅酸鈉水玻璃，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1，并且含有多羥基有機化合物，其含量至少為溶液重量的8％，并且所述溶液含有30～70％重量的水。
最優選的多羥基有機化合物為甘油。包括其它多元醇如乙二醇；單糖和多糖的其它化合物也能使用，但是不是那么優選的。
在優選的實施方案中，多羥基化合物是甘油，在溶液干燥前甘油在溶液中的濃度優選至少10％重量。隨多羥基化合物的濃度增大，當溶液干燥時所產生的中間層的柔性增加。這有助于提高層壓品的耐沖擊性。但是，特別是如果中間層相對厚時，增加過多的多羥基化合物是不利的。這些較厚、較重的中間層有滑移的可能性，特別是當用于較大尺寸的層壓品中時，從而此種層壓品不能使用。另外，盡管本發明的層壓品具有令人驚奇的優良耐火性能，但是增加多羥基化合物使中間層的可燃性增加，并且這將降低層壓品在耐火測試中的性能。由于這些原因，我們優選溶液中含有不高于20％的有機多羥基化合物。最優選的，水玻璃溶液含14～18％重量的有機多羥基化合物(干燥步驟前)。
堿金屬硅酸鹽水玻璃優選為硅酸鈉水玻璃。這些優選的水玻璃優選是那些SiO2∶Na2O的重量比為至少2.0∶1的，更優選為至少2.5∶1，并且最優選為至少2.85∶1。SiO2∶Na2O的重量比為2.0∶1；2.5∶1；2.85∶1和3.3∶1的硅酸鈉水玻璃是可商購的物品。本發明的組合物優選采用SiO2∶Na2O的重量比為2.0∶1；2.5∶1和2.85∶1的硅酸鈉水玻璃，這是因為它們是市場有售的。SiO2∶Na2O的比不是這些特定比例的水玻璃可通過將適當用量的這些市售材料混合來制備。
除硅酸鈉水玻璃以外的堿金屬硅酸鹽水玻璃可用于本發明的組合物。硅酸鉀水玻璃和硅酸鋰基水玻璃特別有用。通常，這些替代品將用來部分代替硅酸鈉基水玻璃，并且在優選的實施方案中，鈉與鉀或鋰中任一種的摩爾比至少為2∶1。
在本發明特別優選的實施方案中，該溶液含有鈉水玻璃和鉀水玻璃的混合物，其中鈉與鉀的摩爾比優選至少為4∶1。當存在此種硅酸鉀水玻璃時，優選SiO2與K2O的比在1.43∶1～2.05∶1的范圍內。
這些溶液可方便地通過將多羥基有機化合物緩慢地加入到攪拌中的水玻璃的水溶液或水玻璃中來制備。所得到的溶液可用于按照常規技術制備耐火玻璃。特別是，溶液可分散在玻璃板的表面上，該玻璃板具有一個邊緣阻擋，該阻擋將該溶液保持在玻璃的表面上。希望溶液的用量根據中間層的厚度而異。該用量可以通過常規實驗來確定。
而后，在精心控制溫度和濕度的條件下干燥溶液，以便確保制備出澄清透明、沒有氣泡和其它光學瑕疵的中間層。溶液的含水量在干燥步驟中下降至某個水平，通常為10～35％重量(基于干燥的中間層的總重量)。在干燥的中間層中有機多羥基化合物的濃度優選相應地增加到10～40％重量，更優選為20～30重量％。水玻璃提供干燥的中間層的組合物的其余部分。相信此種干燥的中間層是新的，并組成本發明的另一個方面。
干燥的中間層的厚度通常在0.5～2.0mm的范圍內。本發明的耐火層壓品優選含有至少一個膨大的中間層，其厚度為1.0～3.0mm。形成較厚的中間層需要較長的干燥時間，因此是不利的。較薄的中間層需要相應較短的干燥時間，并且通過將兩片具有厚度例如為0.5～1.0mm的較薄中間層的玻璃面對面接觸，從而形成厚度為1.0～2.0mm的中間層，由此可方便地制備出含有較厚中間層的層壓品。
可將各種厚度的平玻璃板用于本發明的層壓品中。典型的，可以使用厚度為2.0～4.0mm的鈉鈣浮法玻璃。
通常邊緣阻擋在干燥步驟完成后切除，以便留下其一個表面上具有干燥的中間層的玻璃板。層壓品可以通過將第二玻璃板置于第一玻璃板上來形成。在一個可替代的實施方案中，第二玻璃板自身可以是在其一個表面上安裝有耐火中間層。第二板可以以該中間層靠近第一中間層的方式安裝，以便提供具有相對較厚中間層的兩-窗格玻璃層壓品。通常，第二玻璃板以該中間層在其上表面的方式安裝，并且第三玻璃板安裝在其上，以便提供一個含有三個玻璃板和兩個中間層的層壓品。已生產出具有多達八個中間層的層壓品以滿足特別嚴格的燃燒安全的需要。
我們還發現，本發明的干燥膜的柔性和強度足以使之從其形成的基體表面上除去。按照此種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，以便形成在其一個表面上具有干燥的中間層的玻璃板。然后，可將第二玻璃板置于第一個的頂部，從而形成含有兩個玻璃板和一個干燥中間層的層壓品。
這些膜可以通過將本發明的水玻璃溶液在基體上干燥來制備，該基體可以是玻璃基體，和可以為溶液可以在其上干燥并隨后除去的具有扁平表面的任何基體。
因此由另一方面，本發明的提供一種制備耐火玻璃的方法，包括將一種含硅酸鈉水玻璃的溶液澆注到扁平表面上，在該硅酸鈉水玻璃中，SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1.0并且含有至少8％重量的多羥基化合物，在受控條件下干燥該溶液，從而制備彈性箔，將所述箔從所述表面上分離，將該箔置于第一玻璃板的表面上，并將第二玻璃板置于所述箔上。
優選用于本發明該方面的水玻璃溶液在干燥步驟前通常含有30～70％重量的水，并且在干燥步驟后含有10～35％重量的水。優選的多羥基化合物為甘油。
本發明的水玻璃溶液還可含有其它公知有用的添加劑。具體地說，它們可以包括至少一種含鋯的陰離子聚集體。有用的聚集體包括所有在我們公開的國際專利申請WO01/10638中描述的。有用的含鋯化合物的例子是碳酸鋯鉀。發現在干燥的中間層中此種聚集體的存在一定量例如至少為含有0.5％重量的鋯能夠提高玻璃的耐火性能。
本發明將通過下述實施例進行說明實施例1用下述技術制備包括堿金屬水玻璃的一系列的組合物。
使用一系列的水玻璃溶液(A)SiO2∶Na2O的重量比為3.3∶1且含有38.1％的固體的硅酸鈉水玻璃溶液；以Crystal 79硅酸鈉溶液由Crosfield Company ofWarrington，England出售；(B)SiO2∶Na2O的重量比為2.85∶1且含有43.2％重量固體的硅酸鈉水玻璃溶液；以Crystal 96硅酸鈉由Crosfield Company出售；(C)SiO2∶Na2O的重量比為2.5∶1且含有43.6％重量固體的硅酸鈉水玻璃溶液；以Crystal 0503硅酸鈉由Crosfield Company出售；(D)SiO2∶K2O的重量比為1.43∶1且含有52.4％重量固體的硅酸鉀水玻璃溶液；以Crystal K120硅酸鉀由Crosfield Company出售；這些溶液與適當量的甘油混合，從而提供配方如表1所示的組合物。硅酸鈉和硅酸鉀的用量以適當的水溶液A，B，C或D的重量來表示。在所有情況下，配平至100％的配方以硅酸鈉溶液形式提供。配方12～15，硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃最初在轉速為500rpm的槳式混合機中混合在一起，直到形成視覺均勻的溶液。而后，通過攪拌逐漸向該混合物中加入甘油。在配方1～8中，將甘油加入到硅酸鈉水玻璃中。
將這些混合組合物澆注在邊緣阻擋的窗格玻璃上，填充水平為3.5kg/m2～5.0kg/m2之間。窗格玻璃由鈉鈣浮法玻璃制成，其厚度如表1的第4欄所示，單位為mm。溶液在精心控制溫度和濕度的條件下進行，直到形成了厚度為1.4mm且含水量約為25％重量(卡爾·費歇爾滴定法)的干燥的中間層。厚度為1.4mm的層壓品通過將頂玻璃置于該干燥的中間層上而形成。厚度為2.8mm的層壓品通過用兩片每片均在其一個表面上具有干燥的中間層的玻璃板并使中間層相互接觸來制備。
切割成表1的第6～9欄中列出的層壓品的尺寸。它們的耐火性能和沖擊性能用表頭中說明的方法測量。其結果列與第6～9欄中。
實施例1和2是比較例，說明常規配方的性能。這些常規配方在全部沖擊測試中失敗了。實施例3～15是本發明組合物的實施例。全部通過了英國標準6206級別C的沖擊測試，并且配方3，4，6和11～14通過了更為艱巨的DIN 52337級別B的測試。配方3～15的耐火性能與比較例配方1和2區別不明顯。
表權利要求
1.一種溶液，包括堿金屬硅酸鈉水玻璃和可溶于水的多羥基有機化合物，多羥基化合物至少為8％重量，且水為30～70％重量。
2.根據權利要求1的溶液，其中堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉，其中SiO2∶Na2O的比小于3.0∶1。
3.根據權利要求2的溶液，其中水玻璃中SiO2∶Na20的重量比為2.5∶1.0。
4.根據權利要求2的溶液，其中水玻璃中SiO2∶Na20的重量比為2.85∶1.0。
5.根據前述任一項權利要求的溶液，其中包括硅酸鉀水玻璃。
6.根據權利要求5的溶液，其中所述鉀水玻璃中SiO2∶K2O的重量比為1.43∶1.0。
7.根據權利要求5或6的溶液，其中Na+∶K+的摩爾比至少為2.0∶1。
8.根據前述任一項權利要求的溶液，其中多羥基化合物為甘油。
9.根據權利要求8的溶液，其中含有1O～20％重量的甘油。
10.一種在其一個表面上具有透明干燥的中間層的玻璃板，其中中間層的含水量為10～35％重量，并且是通過將權利要求1～9中任一項的溶液澆注在玻璃的表面上并在受控的條件下干燥制備的。
11.根據權利要求10的板，其中透明中間層為0.5mm～2.0mm厚。
12.一種制備耐火玻璃層壓品的方法，其中包括取根據權利要求10或11之一的一片板，并將第二玻璃板置于該中間層的頂部。
13.根據權利要求12的方法，其中第二玻璃板在其任一表面上都不具備耐火中間層。
14.根據權利要求12的方法，其中第二玻璃板在其一個表面上具有透明干燥的中間層，并以使該中間層與第一板上的中間層相互接觸的方式布置。
15.根據權利要求12的方法，其中第二玻璃板在其一個表面上具有透明干燥的中間層，并以使其另一表面與第一板上的中間層相互接觸的方式布置，并將第三玻璃板置于第二玻璃板的表面上的干燥的中間層的頂部，從而形成含有三片玻璃板和兩個中間層的層壓品。
16.一種制備耐火玻璃層壓品的方法，其包括將根據權利要求1～10之一的溶液澆注到扁平的表面上，在受控的條件下干燥所述溶液，以便形成箔；從所述表面上除去所述箔，將所述箔置于第一玻璃板上，并將第二玻璃板置于所述箔的頂部。
17.根據權利要求16的方法，其特征在于，供溶液干燥的扁平表面是玻璃板。
18.一種透明彈性材料，其包括一種堿金屬硅酸鹽水玻璃，至少15％重量的一種有機多羥基化合物，以及10～35％重量的水。
19.根據權利要求18的材料，其中堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉，其中SiO2∶Na2O的重量比小于3.0∶1。
20.根據權利要求18或19的材料，其特征在于，有機多羥基化合物為甘油。
21.根據權利要求18～20任一項的材料，其特征在于，它含有20～30％重量的甘油。
22.根據權利要求18～21任一項的材料，其特征在于，它含有硅酸鉀水玻璃。
23.根據權利要求21的材料，其特征在于，Na+∶K+的摩爾比為2∶1或更高。
全文摘要
用于制備耐火玻璃層壓品的中間層的溶液，其含有模量小于3的硅酸鈉水玻璃且有機多羥基化合物如甘油至少為8％重量。該溶液在諸如玻璃的扁平表面上干燥，從而制備具有改進的耐沖擊性的澄清、膨大的中間層。干燥的中間層可以以彈性材料的形式從表面上除去，其也可用作耐火玻璃中的中間層。
文檔編號B32B17/10GK1422210SQ018078
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月16日 優先權日2000年3月18日
發明者K·S·瓦爾瑪, J·R·霍蘭德, D·W·霍爾登 申請人:皮爾金頓公共有限公司