MXPA02009048A

MXPA02009048A - Vidriados resistentes al fuego.

Info

Publication number: MXPA02009048A
Application number: MXPA02009048A
Authority: MX
Inventors: David William Holden
Original assignee: Pilkington Plc
Priority date: 2000-03-18
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2003-03-12
Also published as: BR0109314A; HUP0300026A2; EP1274569A1; CZ301477B6; ATE343473T1; CN1253307C; US7947384B2; EP1274569B1; CN1422210A; CA2402990A1; WO2001070495A1; US20030180543A1; NO20024447D0; JP2003528020A; AU4087501A; US20070026242A1; DE60124083D1; GB0006443D0; RU2002128020A; KR20020086927A

Abstract

Soluciones que comprenden un vidrio soluble de silicato de sodio que tiene un modulo inferior a 3 y al menos 8% en peso de un compuesto polihidrico organico tal como glicerol, son utiles en la produccion de capas intermedias empleadas en laminados de vidrio resistentes al fuego. Las soluciones se secan en una superficie plana tal como vidrio para producir una capa intermedia intumescente clara que tiene resistencia al impacto mejorada. La capa intermedia seca puede retirarse de la superficie en la forma de un material elastomerico que tambien puede emplearse como una capa intermedia en un vidriado resistente al fuego.

Description

VIDRIADOS RESISTENTES AL FUEGO Este invento se refiere a nuevas composiciones que comprenden un vidrio soluble, a laminados de vidrio resistentes al fuego, que tienen una capa intermedia intumescente basada en vidrio soluble y a métodos para la producción de tales laminados . Los laminados de vidrio resistentes al fuego que incorporan una capa intermedia intumescente basada en vidrio soluble son vendidos por el grupo de compañías PYROSTOP y PYRODUR. Estos laminados son producidos al vaciar una solución acuosa de vidrio soluble sobre la superficie de un primer panel de vidrio y secar de la solución de tal manera que se forma una capa intermedia clara. Un segundo panel de vidrio luego se coloca sobre el primer panel para formar un laminado. Los laminados que contienen más de dos hojas de vidrio y más de una capa intermedia también se producen, pero son relativamente gruesos y en consecuencia son más caros para su producción. Cuando estos laminados son expuestos al fuego, la capa intermedia intumesce y se expande para formar una espuma. La espuma ayuda para preservar la integridad estructural del laminado por un más largo tiempo con lo que se mantiene una barrera a la propagación del fuego. La •^ ?G espuma también es un aislante que reduce la cantidad de calor transmitido a través del vidriado, y por eso inhibe la ignición de material inflamable en el lado sin fuego del vidrio. La producción de laminados que tienen una capa intermedia basada en vidrio soluble, ha sido descrita en un número de patentes, incluyendo las patentes británicas GB 1518958, GB 2199535 y las patentes de los E.U.A. Nos. USP 4451312, USP 4626301 y USP 5766770. Las soluciones de vidrio soluble propuestas para ser utilizadas son los silicatos de metales alcalinos en donde la proporción del peso de Si02: 20 (donde M representa un metal alcalino) está en el rango de 2.5:1 a 5.0:1. Las soluciones de vidrio soluble utilizadas en la práctica en estas patentes -y en los laminados de vidrio resistentes al fuego disponibles comercialmente- son silicatos de sodio, en donde la proporción de Si02:M20 es de 3.4:1 o mayor. Silicatos de sodio en vidrio soluble, donde la proporción de Si02:Na20 es menor de 3.3:1, no han sido utilizados en la práctica porque son viscosos y por eso difíciles de manejar y secar, para formar una capa intermedia quebradiza que provee menor resistencia al fuego y menos resistencia al impacto, cuando están incorporados en un vidriado resistente al fuego. Además, las patentes de los E.U.A. Nos. 4,626,301 y 5,766,770 revelan la incorporación de un compuesto orgánico polihídrico en de la solución de vidrio soluble. El compuesto orgánico sirve para reducir la incidencia de fisuración en la superficie de la capa intermedia seca y en un incendio ayuda a mantener una barrera para el fuego al ligar el carbonizado. Sin- embargo, como los compuestos orgánicos son inflamables, la cantidad utilizada ha sido mantenida a un mínimo, para evitar que se proporcione combustible para el fuego. La patente de los E.U.A. No. 5,766,770 expresa que el compuesto polihídrico preferido es el glicerol y que la capa intermedia preferiblemente debería tener menos del 6% por peso del compuesto orgánico. Ahora hemos descubierto que laminados de vidrio resistentes al fuego, que tienen mejoradas propiedades pueden ser producidos formando una composición basada en vidrio soluble, que comprende una solución de vidrio soluble de silicato de sodio, en donde la proporción de Si02:Na20 es menos de 3.0:1, junto con una proporción más alta de un compuesto orgánico polihídrico, secar esa composición sobre la superficie de una hoja de vidrio, para formar una capa intermedia resistente al fuego y formar un laminado de vidrio que comprende al menos una de tales capas intermedias . Otros vidrios solubles de silicatos de metales alcalinos, especialmente de silicatos de potasio y de litio, también son útiles en las composiciones de este invento. La proporción de Si02:M20 (donde M representa un metal alcalino) de tales silicatos debería ajustarse en proporción con la diferencia de pesos atómicos del potasio y del litio. El invento a continuación será descrito con referencia a los vidrios solubles de silicato de sodio donde la proporción en peso del Si02:Na20 es menos de 3.0:1. Tales composiciones basadas en vidrio soluble se consideran novedosas y, de acuerdo con un aspecto del invento da una solución que tiene un vidrio soluble de silicatos de sodio en donde la proporción en peso proporcional de Si02:Na20 es menor a 3.0:1 y un compuesto orgánico polihídrico en una cantidad de al menos 8% por peso de la solución; la solución citada tiene del 30 al 70% por peso de agua . El compuesto orgánico polihídrico más preferido es el glicerol. Otros compuestos que pueden utilizarse pero cuyo uso es meno? preferido incluye otros polioles tales como el etilen glicol, monosacáridos y polisacáridos. En la modalidad preferida, en donde el compuesto polihídrico es el glicerol, la concentración de glicerol en la solución -antes de que tal solución sea drenada- es preferiblemente al menos el 10% por peso. Como la solución del compuesto polihídrico incrementa la flexibilidad de la capa intermedia, que es producida cuando la solución seca se incrementa. Esto tiende a mejorar las propiedades de resistencia al impacto del laminado. Sin embargo, la incorporación de una excesiva proporción del compuesto polihídrico puede ser desventajosa, particularmente si la capa intermedia es relativamente gruesa. Estas capas intermedias más gruesas y más pesadas sufren de una tendencia a desprenderse, particularmente cuando son utilizados en laminados de tamaños mayores, y tales laminados no son aceptables en el uso. Además, aunque los laminados de este invento tienen propiedades de resistencia al fuego sorprendentemente buenas, incrementar la cantidad de compuesto polihídrico presente contribuye a la inflamabilidad de la capa intermedia, esto puede reducir el desempeño del laminado en una prueba de fuego. Por estas razones nosotros preferimos que la solución no tenga más del 20% de compuesto orgánico polihidrico. La solución de vidrio líquido más preferiblemente, comprende del 14 al 18% por peso del compuesto orgánico polihídrico (antes de la etapa del secado) . El vidrio de agua o soluble de silicato de metal alcalino es preferible que sea un vidrio soluble de silicato de sodio. De estos vidrios son preferidos aquellos en donde la proporción en peso de Si02:Na0 es al menos de 2.0:1, más preferible al menos de 2.5:1 y la más preferible de al menos 2.85:1. Los vidrios solubles de silicatos de sodio que tienen una proporción en peso de Si02:Na20 de 2.0:1; 2.5:1; 2.85:1 y 3.3:1 están disponibles como artículos comerciales. Las composiciones del presente invento preferiblemente utilizan los vidrios solubles de silicato de sodio con una proporción de Si02:Na20 de 2.0:1 o 2.85:1 ya que están disponibles comercialmente. Los vidrios solubles que tienen diferentes proporciones de Si02:Na20 que las especificadas, pueden producirse combinando las cantidades apropiadas de tales materiales disponibles comercialmente. Vidrios solubles a base de silicato de metales alcalinos diferentes a vidrio soluble de silicato de sodio, pueden ser útiles en la composición del presente invento.

Los vidrios solubles de silicato de potasio y de litio son particularmente útiles. En general estas alternativas serán utilizadas como un reemplazo parcial para los vidrios solubles basados de silicato de sodio, y en las modalidades preferidas, la proporción molar de sodio a potasio o litio será al menos de 2:1. En una modalidad particularmente preferida soluciones en este invento comprenden una mezcla de un vidrio soluble de sodio y uno de potasio, en donde la proporción molar de sodio a potasio es preferiblemente de al menos 4:1. Cuando este vidrio soluble de silicato de potasio está presente, preferiblemente tendrá una proporción de Si02 a K20 en el rango de 1.43:1 a 2.05:1. Tales soluciones pueden elaborarse convenientemente agregando lentamente el compuesto orgánico polihídrico, mientras se agita una solución acuosa de un o unos vidrios solubles. Las soluciones resultantes pueden utilizarse en la producción de vidriados resistentes al fuego, utilizando técnicas convencionales. Específicamente las soluciones pueden dispersarse sobre la superficie de una hoja de vidrio que tiene una barrera de borde, la cual retiene la solución sobre la superficie del vidrio. La cantidad de solución empleada variará de acuerdo al grosor de la capa intermedia que se desea. Esta cantidad puede estar determinada por experimentación rutinaria. Entonces, la solución se seca bajo condiciones de temperatura y humedad controladas cuidadosamente, a fin de asegurar la producción de una capa intermedia transparente y clara, que está libre de burbujas y otras imperfecciones ópticas . El agua que contiene la solución es reducida durante la etapa del secado, a un nivel que generalmente está en el rango desde 10% al 40% por peso (con base en el peso total de la capa intermedia seca) . La concentración del compuesto polihídrico orgánico en la capa intermedia seca se incrementa de manera correspondiente de preferencia a un valor desde 10 a 40 % en peso y más preferiblemente un valor desde 20 a 30% por peso. Los vidrios solubles dan el balance de la composición de la capa intermedia seca. Estas capas intermedias secas se cree que son nuevos y son un aspecto adicional del invento. El grosor de la capa intermedia seca estará generalmente dentro del rango de 0.5 a 2.0 milímetros. Los laminados resistentes al fuego de este invento tienen preferiblemente, al menos, una capa intermedia intumescente entre 1.0 a 3.0 mm de grueso. La formación de capas intermedias más gruesas requiere más tiempo de secado y es, por lo tanto, desventajoso. En correspondencia, las capas intermedias más delgadas requieren períodos de tiempo de secado más cortos, y los laminados que tienen una capa intermedia más gruesa pueden producirse convenientemente proporcionándole dos hojas de vidrio teniendo una capa intermedia más delgada digamos de 0.5 a 1.0 mm de espesor de contacto de lado a lado, para formar una capa intermedia que debería ser de 1.0 a 2.0 mm de espesor. Hojas de vidrio plano de varios espesores pueden utilizarse en los laminados del presente invento. Típicamente pueden utilizarse las hojas de vidrio flotado de cal y soda con un espesor entre 2.0 a 4.0 mm. La barrera de borde normalmente es recortada al finalizar la etapa de secado para sacar una hoja de vidrio que tiene una capa intermedia seca en una superficie. Un laminado puede estar formado colocando una segunda hoja de vidrio sobre la primera hoja. En una modalidad alternativa la segunda hoja de vidrio puede, en sí misma, ser una teniendo una capa intermedia resistente al fuego montada sobre una superficie. La segunda hoja puede estar montada con esta capa intermedia adyacente a la primer capa intermedia para proveer un laminado de dos paneles teniendo una capa intermedia relativamente gruesa. Más comúnmente, la segunda hoja de vidrio se monta con la capa intermedia sobre la superficie superior y una tercera hoja es montada encima para proveer un laminado que tiene tres hojas de vidrio y dos capa intermedias. Los laminados que tienen hasta ocho capas intermedias han sido manufacturados particularmente para cumplir estrictos requerimientos de seguridad contra incendios . También hemos descubierto que la flexibilidad y la resistencia de las películas secas de este invento pueden ser suficientes para permitir su remoción de la superficie del substrato en el cual se formaron. Las películas formadas de esta manera pueden colocarse en la superficie de una hoja de vidrio y cortar al tamaño necesario, para formar una hoja de vidrio que tenga una capa intermedia en una superficie. Entonces, una segunda hoja de vidrio puede colocarse sobre la parte superior de la primera para formar un laminado que comprende dos hojas de vidrio y una capa intermedia seca. Estas películas pueden formarse al secar una solución de vidrio soluble o de agua, de acuerdo al invento en un substrato que puede ser de vidrio o cualquiera que tenga una superficie plana sobre la cual se pueda secar la solución y subsecuentemente sea removida.

Por otra parte, este invento provee un método para la producción de vidriados resistentes al fuego que comprenden el vertido de una solución compuesta de vidrio soluble de silicato de sodio donde la proporción de Si02:Na20 es menos de 3.0:1. y al menos 8% por peso de un compuesto polihídrico en una superficie plana, secar esa solución bajo condiciones controladas para producir una hoja (película) elastomérica, separando dicha hoja (película) de tal superficie, colocándola sobre la superficie de una primera hoja de vidrio y colocando una segunda hoja de vidrio en la parte superior de dicha hoja (película) . Las soluciones preferidas de vidrio soluble para el uso en este aspecto del invento, típicamente comprenden de 30 al 70% por peso de agua antes de la etapa de secado y de 10 a 35% de peso del agua después de la etapa de secado.

El compuesto polihídrico preferido es glicerol. Las soluciones de vidrio soluble de este invento también pueden tener otros aditivos conocidos como útiles. En particular, pueden comprender al menos un agregado aniónico que contiene zirconio. Los agregados útiles incluyen todos aquellos descritos en nuestra solicitud de patente Internacional publicada WO 01/10638. Un ejemplo útil de un compuesto que contiene zirconio es carbonato de potasio zirconio. La presencia de una cantidad de este agregado proveerá al menos 0.5% por peso de zirconio en la capa intermedia seca, ha sido encontrado que mejora el desempeño de resistencia al_ fuego del vidrio.. El invento se ilustra con los siguientes ej emplos : Ejemplo 1 _ Una serie de composiciones que tienen un vidrio soluble., de metal alcalino, que fueron hechas utilizando la siguiente técnica. Se utilizaron series de vidrios solubles: A) Una solución de vidrio soluble de silicato de sodio con un peso proporcional de Si02:Na20 de 3.3:1 y 38.1% por peso de sólidos; vendida por Crosfield Company de Warrington, Inglaterra, como solución de silicato de sodio Crystal 79; B) Una solución de un vidrio soluble de silicato de sodio con una proporción de peso de Si02:Na20 de 2.85:1 y 43.2% por peso de sólidos; vendida por Crosfield Company de Warrington, Inglaterra, como Silicato de Sodio Crystal 96; C) Una solución de un vidrio soluble de silicato de sodio con una proporción de peso de Si02:Na20 de 2.5:1 y 43.6% por peso dé sólidos; vendida por Crosfield Company de Warrington, Inglaterra, como Silicato de Sodio Crystal 0503; D) Una solución de un vidrio soluble de silicato de potasio con una proporción de peso de Si02:K0 de 1.43:1 y 52.4% por peso de sólidos; vendida por Crosfield Company de Warrington, Inglaterra, como Silicato de Potasio Crystal K120; Estas soluciones son mezcladas con la apropiada cantidad de glicerol, para dar las composiciones y están expuestas en la Tabla 1. Las cantidades de silicato de sodio y de potasio están expresadas como el peso de la solución acuosa apropiada A, B, C o D. En todos los casos el balance al 100% de la formulación está dada en la forma de una solución de silicato de sodio: Para las formulaciones 12 a 15, el vidrio soluble de silicato de sodio y de potasio fueron inicialmente mezclados juntos en un mezclador de paleta girando a 500 rpm, hasta que se formara una solución que fuera visiblemente homogénea. Luego, el glicerol fue agregado gradualmente a la mezcla agitándola. En el caso de las formulaciones 1 a 8 fue agregado el glicerol al vidrio soluble de silicato de sodio. Estas composiciones mezcladas fueron vaciadas en un panel de vidrio de barrera en el borde en un nivel de llenado máximo de entre 3.5 kg/m2 y 5.0 kg/m2. Los paneles de vidrio fueron formados de un vidrio de cal y soda, con un espesor en milímetros mostrado en la cuarta columna de la Tabla 1. Las soluciones se secaron bajo condiciones cuidadosamente controladas de temperatura y humedad hasta una capa intermedia seca con un espesor de 1.4 mm. y un contenido de agua de aproximadamente 25% por peso formado (medido con la titulación Karl Fischer) . Los laminados con un espesor de 1.4 mm. se formaron colocando un vidrio superior en la parte alta de este capa intermedia seca. Los laminados con un espesor de 2.8 mm se formaron tomando dos hojas, cada una con una capa intermedia seca hasta una superficie y permitiendo el contacto de una capa intermedia con la otra . Fueron cortados los laminados de las medidas que están en las columnas 6 a 9 de la Tabla 1. Se midieron los comportamientos al fuego y al impacto utilizando las metodologías identificadas en los encabezados de las columnas. Los resultados aparecen en las columnas 6 a 9.

Los Ejemplos 1 y 2 son Ejemplos Comparativos que ilustran el comportamiento de las formulaciones convencionales . Éstas formulaciones convencionales fallaron todas las pruebas de impacto. Los Ejemplos 3 al 15 son ejemplos de composiciones de acuerdo con el presente invento. Todos pasaron la prueba de impacto Clase C, tal y como están en el Estándar Británico 6206 y las formulaciones 3.4.6, y 11 a 14 pasaron la más rigurosa prueba DIN 52337 Clase B. El comportamiento ante el fuego de las formulaciones 3 a la 15 no es significativamente diferente de las formulaciones comparativas 1 y 2.

TABLA 1

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una solución que tiene un vidrio soluble de silicato de metal alcalino y un compuesto orgánico polihídrico soluble, al menos del 8% en peso de un componente polihídrico y de 30 al 70% en peso de agua.
2. Una solución de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el silicato de metal alcalino es un silicato de sodio con un peso proporcional de Si02:Na20 menor de 3.0:1.
3. Una solución de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el vidrio soluble es el que tiene un peso proporcional de Si02:Na20 de 2.5:1.0
4. Una solución de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el vidrio soluble es el que tiene un peso proporcional de Si02:Na20 de 2.85:1.0
5. Una solución de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque comprende vidrio soluble de silicato de potasio
6. Una solución de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el vidrio soluble de potasio es el que tiene un peso proporcional de Si02:K20 de 1.43:1.0
7. Una solución de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizada porque la proporción molar de Na+:K+ es de al menos 2.0:1.
8. Una solución de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el componente polihídrico es glicerol.
9. Una solución de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque comprende de 10 a 20% por peso de glicerol.
10. Una hoja de vidrio que tiene una capa intermedia seca y clara sobre una superficie, esta capa intermedia tiene un contenido de agua desde 10 al 35% por peso y que ha sido producida vertiendo una solución de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 sobre la superficie del vidrio y secándola bajo condiciones controladas .
11. Una hoja de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la capa intermedia clara tiene un espesor entre 0.5 mm hasta 2.0 mm.
12. Un método para la producción de un laminado de vidrio resistente al fuego, que comprende tomar una hoja de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, y colocar una segunda hoja de vidrio sobre la parte superior de la capa intermedia.
13. Un método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la segunda hoja de vidrio no tiene una capa intermedia resistente al fuego sobre cualquier superficie.
14. Un método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la segunda hoja de vidrio tiene una capa intermedia seca y clara sobre una superficie y está colocada de tal manera que la capa intermedia está en contacto con la capa intermedia de la primera hoja.
15. Un método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la segunda hoja de vidrio tiene una capa intermedia seca y clara sobre una superficie y está colocado de tal manera que su otra superficie está en contacto con una capa intermedia sobre la primera hoja y una tercera hoja de vidrio está colocada en la parte superior de la capa intermedia seca sobre la superficie de la hoja de vidrio para formar un laminado que comprende tres hojas de vidrio y dos capa intermedias.
16. Un método para la producción de un laminado de virio resistente al fuego que comprende vaciar una solución de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 sobre una superficie plana, secar dichas soluciones bajo condiciones controladas, de manera que forman una hoja (película) ; removiendo dicha hoja (película) de dicha superficie, colocando tal hoja (película) de la primera hoja de vidrio y colocando una segunda hoja de vidrio sobre la parte superior de dicha hoja (película) .
17. Un método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la superficie plana sobre la que la solución se seca, es una hoja de vidrio.
18. Un material elastomérico claro que comprende un vidrio soluble de silicato de metal alcalino, al menos de 15% de peso de un compuesto orgánico polihídrico, y de 10 al 35% por peso de agua.
19. Un material de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el silicato de metal alcalino es un silicato de sodio con una proporción en peso de Si02:Na20 es menor de 3.0:1.
20. Un material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 o 19, caracterizado porque el compuesto orgánico polihídrico es el glicerol.
21. Un material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque comprende de 20 a 30% en peso de glicerol.
22. Un material de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque comprende un vidrio soluble de silicato de potasio.
23. Un material de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la proporción molar de Na+:K* es de 2:1 o mayor.