DE19922507C2 - Brandschutzverglasung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzverglasung aus wenigstens zwei über einen mit den Glasscheiben verklebten Abstandhalter miteinander verbundenen Glas­ scheiben und einer den Zwischenraum zwischen den Glasscheiben ausfüllenden wasserhaltigen Zwischenschicht und ein Verfahren zum Herstellen einer sol­ chen Verglasung.

Brandschutzgläser dieser Art sind beispielsweise aus der EP 0590978 A1 be­ kannt. Bei diesen bekannten Brandschutzgläsern besteht der Abstandhalter aus einem starren Material, nämlich aus Metall oder Keramik, und für die Verklebung des Abstandhalters mit den Glasscheiben dienen Klebebänder aus synthetischem Kautschuk, insbesondere aus Butylkautschuk. Zusätzlich ist die Randfuge zwischen dem Abstandhalter und den Rändern der Glasscheiben durch eine Dichtklebemasse abgedichtet.

Auch aus Pat. Abstr. of Japan, C 1187, April 7, 1994 Vol. 18 Nr. 198 sind Brandschutzgläser mit dem eingangs genannten Aufbau bekannt. Bei diesen Brandschutzgläsern dient als Abstandhalter ein Profilstreifen aus einem Acrylpolymer. Der Profilstreifen ist auf den an den Glasscheiben anliegenden Seiten jeweils mit einer Kleberschicht auf Acrylharzbasis versehen. Acrylpolymere haben eine verhältnismäßig niedrige Erweichungstemperatur und auch eine verhältnismäßig niedrige Zersetzungstemperatur. Im Brandfall bilden sie unangenehme und störende Gase.

Bei der Herstellung der bekannten Brandschutzgläser erfordert die Anordnung der den Abstandhalter bildenden Profilabschnitte oder Profilstreifen auf den Glasscheiben einen erheblichen manuellen Arbeitsaufwand. Es besteht daher ein Interesse, das bei der Herstellung von Isolierglasscheiben bekannte Verfahren (z. B. DE 25 55 383 C3), bei dem der Abstandhalter als fortlaufender Materialstrang auf den Randbereich einer Glasscheibe mit einer geeigneten Extrusionsvorrichtung aufextrudiert wird, für die Herstellung der eingangs genannten Brandschutzverglasung einzusetzen. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Materialien für den vorliegenden Zweck nicht geeignet sind.

Brandschutzgläser der eingangs genannten Art bestehen häufig aus drei bis fünf Glasscheiben und dementsprechend zwei bis vier Zwischenräumen, jeweils mit einem Abstandhalterahmen und einer wasserhaltigen Füllung. Bei der Herstellung derartiger mehrschichtiger Brandschutzgläser wird jeweils nach dem Aufbringen eines Abstandhalterahmens die nächste Glasscheibe aufgelegt, und mit Hilfe einer mechanischen Presse wird das Schichtenpaket auf die gewünschte Solldicke des Zwischenraums zusammengepreßt. Diese Solldicke des Zwischenraums darf sich nicht verändern, wenn nach dem Aufbringen der nächstfolgenden Abstandhalter das Schichtenpaket einem erneuten Preßvorgang unterworfen wird, um den nächsten Zwischenraum auf die gewünschte Solldicke zusammenzupressen. Außerdem sollen die Abstandhalter auch im Brandfall ihre Stabilität und ihre Funktion beibehalten. An die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines thermoplastischen Materials für die Abstandhalter werden daher verschiedene Anforderungen gestellt, die von den für ähnliche Zwecke bekannten Materialien nicht erfüllt werden.

Ausgehend von der DE 25 55 383 C3 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Materialzusammensetzungen zu entwickeln und bereitzustellen, die den speziel­ len Anforderungen bei der maschinellen Herstellung von Brandschutzgläsern der eingangs genannten Art genügen. Insbesondere müssen diese Materialien einer­ seits mit handelsüblichen Maschinen extrudierbar sein und beim nachfolgenden Preßvorgang die erforderliche plastische Verformung zulassen. Jedoch müssen sie andererseits eine hinreichende innere Festigkeit und Stabilität aufweisen und dürfen nach dem ersten Preßvorgang ihre einmal erreichte Querschnittsabmes­ sung bei nachfolgenden Preßvorgängen nicht mehr verändern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Abstandhalter aus einem auf den Randbereich einer Glasscheibe aufextrudierten Strang eines 40 bis 65 Gew.-% Polyisobutylen, 10 bis 25 Gew.-% Ruß und 10 bis 40 Gew.-% anorganischen Füllstoff enthaltenden Butylpolymers besteht, wobei der anorgani­ sche Füllstoff keine eingeschlossenen Luftanteile enthält, und daß die Zusam­ mensetzung innerhalb dieser Bereiche so gewählt ist, daß das Butylpolymer bei einer Temperatur von 80°C einen Schub- oder Schermodul G* von 1,2 bis 2,2 MPa aufweist.

Als anorganische Füllstoffe kommen beispielsweise CaSO₄, CaCO₃, MgCO₃, Silikate, Al(OH)₃, Al₂O₃, Aluminiumphosphate oder andere anorganische Stoffe mit den genannten Eigenschaften infrage.

Innerhalb der oben angegebenen Bereiche der chemischen Zusammensetzung der Hauptbestandteile des Butylpolymers sind die speziellen Zusammensetzungen erfindungsgemäß so auszuwählen, daß der Schubmodul des Materials bei einer Temperatur von 80°C in dem Bereich von 1,2 bis 2,2 MPa liegt. Nur dann, wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist das Material einerseits mit einer üblichen Extrusionseinrichtung extrudierbar und ist andererseits in seiner Konsistenz und seiner inneren Festigkeit und Verformbarkeit so beschaffen, daß es beim ersten Preßvorgang ohne Schwierigkeiten auf das Sollmaß für den Abstandhalter zusammengepreßt wird, jedoch bei den späteren Preßvorgängen seine Sollabmessungen nicht mehr ändert.

Aus den geschilderten Gründen, nämlich einerseits aus Gründen der Verarbeitbarkeit mit einer Extrusionseinrichtung und andererseits wegen der geforderten geringen Verformbarkeit nach Erreichen der endgültigen Geometrie, muß das Material elastische und plastische Verformungsanteile in ganz bestimmten Verhältnissen aufweisen, was durch den Schub- oder Schermodul G* als Materialkonstante definiert werden kann. Der Schubmodul G*, der ein Maß für die viskoelastischen Eigenschaften eines Elastomers darstellt, wird bei dynamisch mechanischen Messungen entsprechend der Gleichung G* = G' + iG" als komplexe Größe behandelt, wobei G' den sogenannten "Speichermodul" zur Charakterisierung des elastischen Verformungsanteils und G" den sogenannten "Verlustmodul" zur Charakterisierung des plastischen Verformungsanteils bedeuten.

Die Bestimmung des Schubmoduls G* erfolgt mit einem oszillierenden Meßsystem, beispielsweise aus zwei koaxialen Zylindern, die in dem Ringspalt zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder das zu bestimmende Material enthalten. Einem der beiden Zylinder wird dabei eine sich nach Frequenz und Amplitude verändernde Oszillationsbewegung erteilt. Die auf den anderen Zylinder übertragene Oszillationsbewegung hat zwar die gleiche Frequenz, weist jedoch in Abhängigkeit von den viskoelastischen Eigenschaften des zu bestimmenden Materials eine andere Amplitude auf und ist in Bezug auf die Oszillation des angetriebenen Zylinders mehr oder weniger stark phasenverschoben. Durch entsprechende mathematische Behandlung der Eingangs- und der Ausgangssignale der Meßvorrichtung läßt sich der Schubmodul G* bestimmen.

Thermoplastische Butylpolymere, wie sie sich für den erfindungsgemäßen Zweck eignen, haben in Abhängigkeit von der Temperatur folgende rheologische Eigenschaften:

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele für die Herstellung mehrschichtiger Brandschutzgläser mit wasserhaltigen Zwischenschichten und aufextrudierten Abstandsrahmen aus einem thermoplastischen Butylpolymer näher beschrieben.

Beispiel 1

Es wird ein Brandschutzglas der Feuerwiderstandsklasse F 90 gemäß DIN 4102 hergestellt. Dieses Brandschutzglas besteht aus vier gleichgroßen, jeweils 5 mm dicken Silikatglasscheiben aus thermisch vorgespanntem Floatglas, die über jeweils 5 mm dicke Abstandrahmen aus erfindungsgemäßem Butylpolymer miteinander verbunden sind. Die von den Glasscheiben und den Abstandsrahmen definierten Zwischenräume sind mit einem wasserhaltigen Alkali-Polysilikat gefüllt.

Nach Vorbereitung der Glasscheiben wird auf eine Glasscheibe mit Hilfe einer eine kalibrierte Extrusionsdüse aufweisenden Extrusionsvorrichtung ein etwa 6 mm dicker Strang eines erfindungsgemäßen Butylpolymers auf den Rand einer Glasscheibe aufextrudiert. Die das Butylpolymer enthaltenden und fördernden Einrichtungen und Leitungen der Extrusionsvorrichtung sowie die Extrusionsdüse selbst sind derart mit geregelten Heizeinrichtungen versehen, daß der Butylstrang mit einer Temperatur von etwa 135°C auf der Glasscheibe abgelegt wird. Sobald ein geschlossener Abstandrahmen aufextrudiert ist, wird die zweite Glasscheibe auf den Abstandrahmen aufgelegt, und die beiden Glasscheiben werden in einer Plattenpresse auf den Sollabstand der beiden Glasscheiben, nämlich 5 mm, zusammengepreßt. Während dieses Preßvorgangs weist der Abstandrahmen aus dem Butylmaterial eine Temperatur von etwa 80°C auf.

Das in diesem Fall verwendete Butylpolymer besteht aus 55 Gew.-% Polyisobutylen, 15 Gew.-% Ruß und 30 Gew.-% Magnesiumoxid. Es weist bei 80°C einen Schubmodul von G* = 1,29 MPa auf. Entsprechend der bekannten mathematischen Beziehung entspricht diesem Wert ein Speichermodul von G' = 1,15 MPa und ein Verlustmodul von G" = 0,6 MPa, das heißt der elastische Verformungsanteil ist auch bei der Temperatur von 80°C wesentlich größer als der plastische Verformungsanteil.

Nachdem die beiden Glasscheiben in der Plattenpresse bis auf den Sollabstand zusammengepreßt wurden, wird auf die Außenseite der zweiten Glasscheibe wiederum ein geschlossener Abstandrahmen aufextrudiert, die dritte Glasscheibe auf den Abstandrahmen aufgelegt und der Preßvorgang zur Erzielung des gewünschten Sollabstands der dritten Glasscheibe zur zweiten Glasscheibe wiederholt. Während der zuletzt aufextrudierte Abstandrahmen wiederum eine Temperatur von etwa 80°C aufweist und beim Preßvorgang in der gewünschten Weise plastisch verformt wird, ist die Temperatur des zuerst aufextrudierten Abstandrahmens so weit gesunken, daß dieser bei dem zweiten Preßvorgang keine plastische Deformation mehr erfährt. Auch die vierte Glasscheibe wird anschließend in gleicher Weise über einen weiteren auf die dritte Glasscheibe aufextrudierten Abstandrahmen mit dieser verbunden.

Nach dem letzten Preßvorgang werden die Abstände der Glasscheiben voneinander, das heißt die Dicken der Zwischenräume, überprüft. Dabei zeigt sich, daß sich die Dicke der Zwischenräume durch die nachfolgenden Preßvorgänge nicht verändert hat.

Die Zwischenräume werden anschließend mit einem wasserhaltigen Alkali- Polysilikat gefüllt, wie es in der WO 94/04355 beschrieben ist. Die Alkali- Polysilikat-Gießmasse enthält 30 bis 55 Gew.-% Siliziumdioxid, maximal 16 Gew.-% Alkali-Metalloxid und bis zu 60 Gew.-% Wasser. Zur Schaffung der Einfüllöffnungen und der notwendigen Entlüftungsöffnungen wurden vor dem Auflegen der Glasscheiben auf den jeweiligen Abstandrahmen quer über den Abstandrahmen an zwei diagonal entgegengesetzten Ecken jeweils kurze zylindrische Stababschnitte aufgelegt, die nach dem letzten Preßvorgang entfernt wurden. Nach dem Einfüllen der Gießmasse werden diese Öffnungen verschlossen. Die mit der Gießmasse gefüllten Gläser werden sodann für einen Zeitraum von 10 Stunden einer Temperatur von 80 bis 90°C ausgesetzt, wobei die Gießmasse aushärtet. Zur Beschleunigung des Härtevorgangs kann der Gießmasse ein zusätzliches Härtungsmittel zugesetzt sein.

An mehreren auf diese Weise hergestellten Brandschutzgläsern wurden Brandversuche nach DIN 4102, Teil 13 durchgeführt. Alle Gläser erfüllten die Bedingungen der Brandschutzklasse F 90.

Beispiel 2

Es werden wiederum Brandschutzgläser aus vier jeweils 5 mm dicken Glasscheiben und drei ebenfalls je 5 mm dicken Zwischenräumen wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt.

In diesem Fall wird ein Butylpolymer verwendet, das aus 48 Gew.-% Polyisobutylen, 22 Gew.-% Ruß und 30 Gew.-% Al₂O₃ besteht. Dieses Butylpolymer weist bei 80°C einen Schubmodul von G* = 1,55 MPa auf. Der Speichermodul bei dieser Temperatur beträgt G' = 1,35 MPa, und der Verlustmodul G" = 0,76 MPa.

Auch die Brandschutzgläser mit diesen aufextrudierten Abstandhaltern erfüllen die Bedingungen der Feuerwiderstandsklasse F 90, wie die entsprechenden Brandversuche zeigten.

Claims (4)

1. Brandschutzverglasung aus wenigstens zwei über einen mit den Glasschei­ ben verklebten Abstandhalter miteinander verbundenen Glasscheiben und einer den Zwischenraum zwischen den Glasscheiben ausfüllenden wasserhaltigen Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter aus einem auf den Randbereich einer Glasscheibe aufextrudierten Strang eines 40 bis 65 Gew.-% Polyisobutylen, 10 bis 25 Gew.-% Ruß und 10 bis 40 Gew.-% anorgani­ schen Füllstoff enthaltenden Butylpolymers besteht, wobei der anorganische Füll­ stoff keine eingeschlossenen Luftanteile enthält, und daß die Zusammensetzung innerhalb dieser Bereiche so gewählt ist, daß das Butylpolymer bei einer Temperatur von 80°C einen Schub- oder Schermodul G* von 1,2 bis 2,2 MPa aufweist.

2. Brandschutzverglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter aus einem Butylpolymer besteht, das 50 bis 60 Gew.-% Polyisobutylen, 12 bis 18 Gew.-% Ruß und 25 bis 35 Gew.-% anorganischen Füllstoff enthält und bei 80°C einen Schub- oder Schermodul G* von 1,8 MPa aufweist.

3. Brandschutzverglasung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff aus einem oder mehreren der Stoffe CaSO₄, CaCO₃, MgCO₃, einem Silikat, Al(OH)₃, Al₂O₃ oder einem Aluminiumphosphat besteht.

4. Verfahren zur Herstellung einer aus wenigstens zwei Glasscheiben, einem mit den beiden Glasscheiben verklebten rahmenförmigen Abstandhalter und einer den Zwischenraum zwischen den Glasscheiben ausfüllenden wasserhaltigen Zwischenschicht bestehenden Brandschutzverglasung, dadurch gekennzeichnet, daß der rahmenförmige Abstandhalter aus einem 40 bis 65 Gew.-% Polyisobutylen, 10 bis 25 Gew.-% Ruß und 10 bis 40 Gew.-% anorganischen Füllstoff enthaltenden Butylpolymer mit einem Schub- oder Schermodul G* von 1,2 bis 2,2 MPa bei 80°C mit Hilfe einer kalibrierten Extrusionsdüse unmittelbar auf den Randbereich der Glasscheibe aufextrudiert wird.