ДЛЯ ОГНЕСТОЙКОГО СТЕКЛА

Область техники

Изобретение относится к области строительства, в частности, к многослойному огнестойкому стеклу, способу его изготовления, и фотоотверждаемому прозрачному гидрогелю для огнестойкого стекла, и может быть использовано в строительных сооружениях в качестве огнестойких конструкций с остеклением, разного рода противопожарных перегородках и окнах.

Предшествующий уровень техники

Реконструкция старых и строительство новых сооружений нуждается в надежной их защите от различных непредвиденных обстоятельств, способных причинить разрушения - землетрясений, наводнений, пожаров и т.д. В наше время все сооружения и здания проектируются с учетом возможности предотвращения пожаров, способов их тушения, локализации очагов возгорания и методов эвакуации людей из опасных зон. Для этого разработано множество противопожарных средств: противопожарные двери, ворота, перегородки, завесы, окна и т.п. Особое место среди упомянутого ряда средств занимают конструкции с противопожарным остеклением, задачей которых является создание временного препятствия распространению огня. В связи с этим наиболее распространенной сферой применения этих конструкций есть дома общественного и производственного назначения, где при пожаре возникает необходимость препятствования распространению огня с этажа на этаж, из помещения в помещение.

Основным требованием к огнестойким материалам для остекления является обеспечение эффективного барьера от пламени и дыма и обеспечение термической защиты. Несмотря на то, что стекло является негорючим материалом, оно может плавиться, растрескиваться и разрушаться под действием тепла пламени, его рама может гореть или деформироваться так, что защитный барьер нарушается и происходит прямое распространение пламени и дыма.

Известны различные виды огнестойкого стекла. Огнестойкое стекло изготавливают многослойным с одним или несколькими слоями огнестойкого материала, который активируется при пожаре и поглощает тепловое излучение с образованием высокоактивного изоляционного слоя. Многослойное стекло изготавливают с двумя и более слоями силикатного стекла, между которыми находится прозрачная композиция. Для такого стекла важны весовые характеристики, толщина стекла, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, температурный интервал эксплуатации, шумо- и теплоизоляционные свойства, коэффициент светопропускания.

На рынке представлен широкий спектр огнестойкого стекла ведущих мировых производителей, таких как EUROGLAS (Швейцария), CGI - PARAFLAM (Великобритания), AGC (Бельгия), PILKINGTON (Великобритания), INTERVER (Франция), SCHOTT (Германия), ООО «ПТИИЦ СТ» (Россия) и другие.

Известен гидрогель, который используют в качестве огнезащитного слоя в огнестойком многослойном стекле, содержит производные полиакриламида и / или полиметакриламида 3-50 масс. % и их сополимеры со связующим мономера (0,05-5 масс. %), которые имеют, по крайней мере, две ненасыщенные связи в молекуле; добавку, предотвращающую замерзание - многоатомный спирт или смесь многоатомных спиртов, относящихся к соединениям ряда: поливиниловый спирт, этиленгликоль, этилендигликоль, глицерин, изобутилглицерин и им подобные, а также водорастворимые углеводы, например, сахароза, лактоза, глюкоза, фруктоза и им подобные 5-20 масс. %; хлориды щелочных и / или щелочно-земельных металлов 5-50 масс. %; дистиллированная вода - остальное [1].

Однако, известный гидрогель содержит полиамиды, вязкость растворов которых не стабильна во времени, что приведет к изменению эксплуатационных свойств огнезащитного слоя во времени и непродолжительному сроку службы конструкции.

Известен гидрогель, который используют в качестве огнезащитного слоя в пожаробезопасном многослойном стекле, содержит полиакриловую кислоту от 3 до 25 масс. % и / или полиметакриловую кислоту и / или их сополимеры от 3 до 5 масс. %, и / или соли полиакриловой и / или полиметакриловых кислот и щелочных металлов; многоатомные спирты, преимущественно этиленгликоль или глицерин; воду от 65 до 90 масс.%; инициатор полимеризации; органическую кислоту - лимонную кислоту и / или ее соли щелочных металлов; соединения, содержащие аминогруппы преимущественно триэтаноламин; сшивающий агент [2].

Недостатком известного гидрогеля является низкий коксовый остаток при деструкции гидрогеля вследствие значительного содержания воды от 65 до 90 масс. %. Разрушение всех стекол в многослойном стекле с гидрогелевыми слоями, содержащими более 60 масс. % воды, носит хлопкообразный характер, при этом трещины на стекле образуют замкнутые участки, которые впоследствии разрушаются. Это объясняется высокими напряжениями, возникающими в материале при испарении связанной в геле воды. Кокс, образованный гидрогелем с большим содержанием воды, имеет рыхлую пористую структуру, быстро разрушается и осыпается, не образуя плотного теплоизолирующего слоя.

Известен органо-неорганический гибридный прозрачный гидрогель для огнезащитного стеклопакета [3], включающий: 3-10 масс. % акрилового мономера, 1-10 масс. % раствора алкоксида металла, 5-30 масс. % водорастворимой соли; 0,5-5 масс. % соединения фосфора; 0,01-0,2 масс. % силанового агента, 0,5-3 масс. % соли четвертичного аммония, 0,01-1 масс. % инициатора полимеризации, от 40 до 85 масс. % воды.

Известен описанный там же [3] способ изготовления огнезащитного стеклопакета, содержащего от 2 до 5 листов закаленного стекла и органо- неорганический гибридный прозрачный гидрогель, заполняющий пространство между стеклами, причем процесс полимеризации осуществляется при температуре 35-90°С.

Недостатками известного органо-неорганического гибридного прозрачного гидрогеля для огнезащитного стеклопакета есть необходимость дегазации при пониженном давлении и осуществление процесса полимеризации при температуре 35-90°С, что требует длительного времени и специального оборудования.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача создания фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла, лишенного указанных недостатков, который обеспечивает пределы огнестойкости EI 15, EI 30, EI 45, El 60, имеет высокий коэффициент светопропускания, устойчив к ультрафиолетовому излучению и низким температурам.

Поставленная задача создания фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла, содержащего акриловый мономер, 5 водорастворимую соль, инициатор полимеризации, сшивающий агент, катализатор и воду, - решается за счет того, что в состав дополнительно включены наполнитель, теплоноситель и стабилизатор при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Акриловый мономер 8 - 10%

ю Водорастворимая соль 25 - 35%

Инициатор полимеризации 0,001

Сшивающий агент 0,1 - 0,2%

Катализатор 0,05 - 0, 1 %

Наполнитель 0,05 - 0,1 %

15 Теплоноситель 4 - 6%

Стабилизатор 0,003 - 1 %

Вода - остальное.

Поставленная задача создания фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла решается также за счет того, что в качестве

20 акрилового мономера используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят акриламид-2-метилпропансульфоки� �лота, метакриламид, акриламид, N, Ν-диметилакриламид, Ν-метилакриламид, N, N- диэтилакриламид, Ν-метилметакриламид, N, Ν-бутилметакриламид, акрилонитрил, Ν-этилакриламид, Ν-этилметакриламид, N, N-

25 диметиламиноэтилметакрилат; в качестве водорастворимой соли используют, по меньшей мере, одну, выбранную из группы, в которую входят хлорид калия, хлорид натрия, хлорид бария, хлорид кальция, хлорид магния; в качестве инициатора полимеризации используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят персульфат аммония, персульфат натрия, зо персульфат калия, пероксид водорода, пероксид бензоила, 2-гидрокси-2-метил- 1-фенил-1 -пропанон (darocur 1173), альфа-кетоглутаровая кислота; в качестве сшивающего агента используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят формалин, N, Ν'-метиленбисакриламид, хромокалиевые квасцы, уротропин, хромонатриевые квасцы, бихромат натрия-тиомочевина,

35 бихромат натрия-линго-сульфонат, ацетат хрома, 3- метакрилоксипропилотриметоксис илан; в качестве катализатора используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят тетраметилэтилендиамин, 3-диметиламинопропионнитрил, этилендиаминтет- рауксусной кислоты динатриевая соль; в качестве наполнителя используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят акриловая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, лимонная кислота; в качестве теплоносителя используют, по меньшей мере, один, выбранный из группы, в которую входят этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, полиэтиленгликоль, триметилопропан, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, полипропиленгликоль; в качестве стабилизатора используют хлорид аммония и / или медь двохлорную 2-водную.

Акриловый мономер в составе фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла выступает в роли низкомолекулярного вещества, образующего полимер в реакции полимеризации, а также придает прочность гидрогелю.

Водорастворимая соль служит основой для полимерной композиции и способствует высокой огнестойкости полимера.

В процессе полимеризации сшивающий агент встраивается более чем в одну полимеризационную цепь, соединяя его в одну макромолекулу, что придает жесткость, прочность, упругость полимеру, обеспечивает ограниченное набухание, снижает растворимость полимера.

Введение наполнителя в состав гидрогеля повышает его прочность, улучшает технологические и эксплуатационные свойства, а также снижает стоимость изделия на его основе.

Катализатор способствует росту макромолекулы, а также возбуждает процесс полимеризации.

Теплоноситель выступает в роли агента, предупреждающего замерзание полимера.

В результате распада инициатора образуются свободные радикалы, которые вступают в реакцию с молекулами акрилового мономера, образуя при этом более сложные радикалы, которые затем полимеризуются по цепному механизму, а также инициатор ускоряет процесс полимеризации - образование крепкого гидрогеля. Для снижения скорости химических процессов, которые приводят к старению, для сохранения физических и / или химических свойств в процессе использования и экстпуатации гидрогеля, в его состав включен стабилизатор.

Осуществление изобретения

Для получения фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла согласно изобретению в стеклянный реактор закачивают водорастворимую соль, подогревают до комнатной температуры (18-25°С), добавляют акриловый мономер, сшивающий агент с наполнителем и стабилизатором, перемешивают до полного соединения компонентов, добавляют теплоноситель, перемешивают, добавляют катализатор и инициатор полимеризации. После полного смешивания всех компонентов композицию фильтруют и сливают в промежуточную емкость.

Весь цикл приготовления композиции составляет 3,5-4 часа.

В основу изобретения также поставлена задача создания огнестойкого стекла, которое имеет высокий коэффициент светопропускания, обеспечивает пределы огнестойкости EI 15, EI 30, EI 45, EI 60, широкий температурный интервал эксплуатации, имеет небольшой вес, высокий коэффициент светопропускания, устойчиво к ультрафиолетовому излучению и низким температурам.

Поставленная задача создания огнестойкого стекла, выполненного, по меньшей мере, из двух стекол, обработанных адгезивом, по меньшей мере, с одним слоем прозрачного гидрогеля, заполняющего пространство между ними, решается тем, что используют незакаленное флоат-стекло толщиной 4-6 мм; в качестве прозрачного гидрогеля используют фотоотверждаемый прозрачный гидрогель для огнестойкого стекла, толщина слоя которого составляет 4-18 мм.

Имея в своем составе два листа стекла и один слой прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла, предложенное огнестойкое стекло имеет толщину от 12 до 30 мм, высокий коэффициент светопропускания, за счет повышенной жесткости гидрогеля гарантируется отсутствие оптических дефектов, широкий температурный диапазон эксплуатации, устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Следует отметить, что при необходимости можно изготовить стекло, состоящее более чем из двух стекол и более чем из одного слоя гидрогеля.

В основу изобретения также поставлена задача создания способа изготовления огнестойкого стекла путем упрощенного процесса, не требующего использования специального оборудования, длительного времени и специальных условий.

Поставленная задача создания способа изготовления огнестойкого стекла минимум из двух стекол включает обработку стекол адгезивом, размещение стекол параллельно на расстоянии друг от друга с последующей фиксацией и герметизацией их по периметру, заполнение межстекольного пространства прозрачным гидрогелем, воздействие ультрафиолетовым облучением для дальнейшей его полимеризации, - решается за счет того, что в качестве прозрачного гидрогеля используют фотоотверждаемый прозрачный гидрогель для огнестойкого стекла, а ультрафиолетовое облучение для полимеризации гидрогеля может быть искусственным и / или естественным, и осуществляют его при температуре окружающей среды в течение 50-90 минут.

Применение предложенного фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла дает возможность значительно сократить время изготовления огнестойкого стекла, не требует специального оборудования.

Огнестойкое стекло изготавливают по предложенному способу изготовления огнестойкого стекла таким образом.

Подготовленные листы стекла обрабатывают адгезивом, который выдерживают на поверхности стекла 5-20 минут, после чего стекло протирают, удаляя избыточное количество нанесенного адгезива. Рамку из алюминиевого профиля, сечение которого соответствует толщине слоя гидрогеля, размещают по краям листа стекла с обработанной стороны. На рамку сверху размещают второй лист стекла, обработанной стороной внутрь. Герметизируют бутиловой лентой (шнуром). Подготовленную заготовку размещают на заливочном столе под углом 10-15°. Через заливочное отверстие заготовку заполняют гидрогелем, контролируя равномерность заливки. После окончания заливки заливочное отверстие герметизируют бутиловым шнуром или лентой. Пузырьки воздуха, в случае их появления, перемещают в одно место, меняя угол наклона заготовки, и удаляют с помощью медицинского шприца с иглой, пробивая бутиловое уплотнение между стеклом и рамкой. Отверстие от иглы герметизируют бутиловой лентой (шнуром). Заготовку подвергают воздействию ультрафиолетового облучения для полимеризации гидрогеля в течение 50-90 минут при температуре окружающей среды. Проверяют готовность огнестойкого стекла на соответствие геометрическим размерам, на отсутствие пузырьков воздуха, других включений и т. п. Огнестойкое стекло со слоем фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля, изготовленное предложенным способом, прошло апробацию в испытательных лабораториях «Тест», «Пожтест» (Украина) и в сертификационном центре «Альфа «Пожарная безопасность» (Россия).

Примеры различных составов предложенного фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля приведены ниже.

Пример 1.

Название компонента Содержание компонентов, масс. %

Метакриламид 8%

Хлорид калия 25%

Персульфат аммония 0,9%

Формалин 0, 1 %

Тетраметилэтилендиамин 0,09%

Фумаровая кислота 0,06%

Этиленгликоль 5%

Медь двухлорная 2-водная 0,85%

Вода 60%

Пример 2.

Название компонента Содержание компонентов, масс. %

Акрилонитрил 10%

Хлорид натрия 35%

Пероксид бензоила 1 %

N, Ν'-метиленбисакриламид 0,2%

Этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль 0,1 %

Акриловая кислота 0,1 %

Глицерин 6%

Хлорид аммония 0,6%

Вода 47%

Преимуществами предложенного фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля по примеру 1 является упругость гидрогеля, а также повышенная его прочность, что в значительной степени влияет на когезионные свойства гидрогеля.

Фотоотверждаемый прозрачный гидрогель, приготовленный по примеру 2, обеспечивает упругость, жесткость полимера, характеризуется высокой огнестойкостью, что соответственно обеспечивает пределы огнестойкости EI 15, El 30, El 45, El 60. Огнестойкое стекло со слоем данного гидрогеля устойчиво к воздействию ультрафиолетового излучения, не содержит оптических дефектов, имеет высокий коэффициент светопропускания.

В Таблице 1 приведены характеристики образцов огнестойкого стекла, изготовленного из двух листов флоат-стек а толщиной 4 мм со слоем предложенного фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля, обеспечивающие соответствующий предел огнестойкости.

Таблица 1

В Таблице 2 приведены сравнительные характеристики огнестойкого стекла, которое обеспечивает предел огнестойкости EI 60 различных изготовителей и предложенного в данном изобретении.

Таблица 2

Защита от Морозо- Светопро-

Толщина, Вес,

Изготовитель УФ- стойкость, пускание мм кг/м ²

излучения °с %

EUROGLAS

(FIRESWISS) 23 55 нужно -20 82 (Швейцария)

CGI - PARAFLAM

32 52 не нужно -20 85 (Великобритания)

AGC (Бельгия) 26,6 60 нужно -40 80

PILKINGTON

23 50 нужно -40 86 (Великобритания)

INTERVER

24 52 не нужно -15 83 (Франция)

SCHOTT

23 57,7 нужно -20 81 (Германия)

ООО «ПТИИЦ СТ»

25 61 ,5 нужно -40 81 (Россия)

Стекло,

предложенное

25 41 не нужно -40 85 изобретением

(Пример 2) Суть метода испытания огнестойкости заключается в том, что образец конструкции нагревают в специальной печи, при этом определяют продолжительность времени от начала испытания до одного из предельных состояний: потеря целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на поверхность, не подвергаемую нагреву, проникают продукты горения или пламя; потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на поверхности конструкции.

В условиях стандартного пожара фотоотверждаемый прозрачный гидрогель полистирола теряет прозрачность и обеспечивает пределы огнестойкости EI 5, EI 30, EI 45, EI 60.

Промышленная применимость

Предложенное огнестойкое стекло имеет превосходные оптические свойства и высокие эксплуатационные характеристики: повышенный коэффициент светопропускания (до 0,85), неизменность характеристик под воздействием УФ-излучения, вес стекла в среднем на 30% ниже, чем у существующих аналогов, минимальное количество оптических дефектов и искажений, тепло- и звукоизоляция, безопасность и долговечность, температурный диапазон эксплуатации от -40°С до +80Х.

Огнестойкое стекло может использоваться во внутренних и внешних конструкциях без дополнительного ультрафиолетового фильтра, в том числе и в составе стеклопакета, в сочетании с декоративными конструкциями из стекла: тонированными, матированными, с художественным оформлением и т.п.

Технология изготовления огнестойкого стекла с внутренним слоем из фотоотверждаемого прозрачного гидрогеля для огнестойкого стекла проста и не требует дорогостоящего оборудования. Изготовление можно проводить вручную на монтажном столе.

Источники информации:

1 . Пат. RU 15725 U1 , С03В23/24, С03С27/12; СТЕКЛО ОГНЕСТОЙКОЕ МНОГОСЛОЙНОЕ/ А.В.Евланов, А.Е.Демидов, В.В.Аникейчик; заявитель и патентообладатель ООО "Штивер" (RU). - N° 20001 18141/20, заявл. 11.07.2000; опубл. 10.11.2000. WO03061963 (A1), B32B 17/10; Fireproof glazing and fireproof window, in addition to method for producing a fireproof composition and fireproof glazing / Rodenberg Volker (DE); Flamro Brandschutz Systeme GMB (DE); Rodenberg Volker (DE). - WO2002EP 14400 заявл. 17.12.2002; опубл. 31.07.2003.

ЕР 2330174 (B1), В32В17/06; В32В17/10; С09К21/14; Organic-inorganic hybrid transparent hydrogel complex for fire retardant glass, fire retardant glass assembly using the same, and manufacturing method thereof / Oh Jae- Hwan (KR); Choi Myungjin (KR); патентовласник Samgong Co LTD (KR). - NQ EP 20100174251 заявл. 27.08.2010; опубл. 23.07.2014.