ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ СЛОИ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ЗВУК
NOISE-REDUCING POLYMER INTERLAYERS

Область техники
Настоящее изобретение относится к области полимерных промежуточных слоев и панелей из многослойного стекла, включающих промежуточные полимерные слои, а более конкретно, настоящее изобретение относится к области полимерных промежуточных слоев, включающих многослойные термопластические листы.
Обоснование изобретения
Поливинилбутираль (ПВБ) обычно применяют в изготовлении полимерных листов, которые могут быть использованы в качестве промежуточных слоев в светопропускающих ламинатах, таких как безосколочное стекло или полимерные ламинаты. Безосколочным стеклом часто называют прозрачный ламинат, включающий лист поливинилбутираля, расположенный между двумя листами стекла. Безосколочное стекло часто применяют для создания прозрачного барьера в архитектурных проемах и автомобильных окнах. Основная функция такого стекла - поглощать энергию, например энергию удара неким объектом, но при этом не допускать проникновение объекта через стекло и не допускать разлет осколков стекла, что позволяет сводить к минимуму опасность повреждения объектов или ранения людей, находящихся в ограниченном пространстве. Безосколочное стекло также можно использовать для создания других благоприятных эффектов, например для ослабления акустического шума, уменьшения пропускания УФ и/или ИК излучения, и/или для улучшения внешнего вида и эстетического состояния оконных проемов.
Термопластический полимер, находящийся в безосколочном стекле, может состоять из одного слоя термопластического полимера, например поливинилбутираля, который обладает одной или несколькими характеристиками, позволяющими уменьшить процент прохождения звука через стекло. Традиционные попытки осуществить такое акустическое демпфирование включают применение термопластических полимеров, имеющих низкую температуру стеклования. Другие попытки включают применение двух прилегающих друг к другу слоев термопластического полимера, имеющих несходные характеристики (см., например, патенты США 5340654 и 5190826 и патентную заявку США 2003/0139520 А1).
Для улучшения звукоизоляционных характеристик панелей из многослойного стекла и, в частности, панелей из многослойного стекла, включающих слои, изготовленные из поливинилбутираля, необходимо разработать улучшенные композиции и способы их изготовления, позволяющие производить несложную производственную обработку и не вызывающие негативных изменений в оптических свойствах изделия.
Краткое описание изобретения
Настоящим изобретением предоставлены многослойные промежуточные слои, которые могут быть использованы в панелях из многослойного стекла и подобных изделиях для уменьшения звука, проходящего через панель. Указанную цель реализуют за счет поддержания разных концентраций пластификатора в двух или более полимерных листах, соединением которых получают единый многослойный промежуточный слой.
Подробное описание изобретения
Неожиданно было обнаружено, что в соответствии с настоящим изобретением улучшенные характеристики подавления звука могут быть приданы панелям из многослойного стекла введением в них многослойного промежуточного слоя, который включает два полимерных листа, концентрации пластификатора в которых различаются. Было обнаружено, что путем изготовления полимерных листов, стабильно содержащих различающиеся концентрации пластификатора, как более подробно изложено ниже, можно уменьшить прохождение звука определенной частоты или в определенном интервале частот через панель из многослойного стекла, например, более, чем на 2 децибела. Кроме того, так как в соответствии с настоящим изобретением легко осуществимы примеры реализации, содержащие три слоя из полимерных листов, которые можно применять вместо традиционных промежуточных слоев в традиционных способах изготовления, то промежуточные слои, предлагаемые согласно настоящему изобретению, можно применять в различных изделиях без изменений способов, применяемых при изготовлении этих изделий. Например, изготовление ветровых стекол автомобилей может включать применение традиционного полимерного промежуточного слоя; вместо него может быть использован промежуточный слой, предлагаемый согласно настоящему изобретению, что не повлечет за собой изменений технологического способа ламинирования, применяемого для изготовления ветрового стекла.
Используемый в настоящем описании термин «промежуточный слой» означает любую термопластическую конструкцию, которая может быть использована для изготовления изделий из многослойного стекла, например, безосколочного стекла ветровых стекол автомобилей и архитектурных проемов, а термин «многослойный промежуточный слой» означает любой промежуточный слой, получаемый при соединении, обычно ламинированием, двух или более индивидуальных слоев с образованием единого промежуточного слоя.
В различных примерах реализации настоящего изобретения многослойный промежуточный слой включает два полимерных листа, расположенных вплотную друг к другу, при этом каждый полимерный лист включает термопластический полимер, что подробно рассмотрено в настоящем описании. Термопластический полимер, из которого состоят листы, может быть одинаковым или различным в каждом листе. В этих примерах реализации промежуточному слою придают звукоизоляционные свойства путем изготовления каждого полимерного листа с различной концентрацией пластификатора и затем ламинированием двух слоев вместе с образованием одного многослойного промежуточного слоя. Состав полимерных листов подбирают таким образом, что чистая миграция пластификатора из одного полимерного листа в другой пренебрежимо мала или равна нулю, в результате чего сохраняется разность концентраций пластификатора.
В соответствии с настоящим описанием «содержание пластификатора» измеряют в массовых частях на сто массовых частей (ч/сто) смолы. Например, если в 100 г полимерной смолы добавлено 30 г пластификатора, то содержание пластификатора в полученной пластифицированной смоле составит 30 ч/сто. В соответствии с настоящим описанием, если задано содержание пластификатора в полимерном листе, то содержание пластификатора в этом конкретном листе определяют в частях пластификатора на сто частей смолы в расплаве, который используют для изготовления этого конкретного листа.
Если содержание пластификатора в полимерном листе неизвестно, то оно может быть определено при помощи мокрого химического способа, в котором для экстракции пластификатора из листа используют растворитель или смесь растворителей. Зная массу листового образца до и после экстракции, можно вычислить содержание пластификатора в ч/сто. Если определяют содержание пластификатора в промежуточном слое, состоящем из двух полимерных листов, то их сначала разделяют физически, а затем определяют содержание пластификатора в каждом полимерном листе.
В различных примерах реализации настоящего изобретения содержание пластификатора в двух полимерных листах различается по меньшей мере на 8 ч/сто, на 10 ч/сто, на 12 ч/сто, на 15 ч/сто, на 18 ч/сто, на 20 ч/сто или на 25 ч/сто. Содержание пластификатора в каждом листе может составлять, например, от 30 до 100 ч/сто, от 40 до 90 ч/сто или от 50 до 80 ч/сто.
В различных примерах реализации настоящего изобретения, остаточное содержание гидроксильных групп в термопластических полимерных компонентах полимерных листов различается, что позволяет изготавливать листы со стабильной разностью концентраций пластификатора. В соответствии с настоящим изобретением остаточное содержание гидроксильных групп (в виде винильных гидроксильных групп или содержания поливинилового спирта (PVOH)) относится к количеству гидроксильных групп, остающихся в виде боковых групп на цепочках полимера после завершения обработки. Например, поливинилбутираль может быть приготовлен гидролизом поливинилацетата до поливинилового спирта с последующей реакцией поливинилового спирта с бутиральдегидом с образованием поливинилбутираля. Обычно во время гидролиза поливинилацетата не все боковые ацетатные группы превращаются в гидроксильные группы. Кроме того, обычно не все гидроксильные группы превращаются по реакции с бутиральдегидом в группы ацеталя. Следовательно, в боковых цепочках любого готового поливинилбутираля обычно содержатся остаточные ацетатные группы (в виде винилацетата) и остаточные гидроксильные группы (в виде винилгидроксильных групп). В соответствии с настоящим изобретением определяют остаточное массовое содержание гидроксильных групп в соответствии со стандартом ASTM 1396.
В различных примерах реализации настоящего изобретения остаточное содержание гидроксильных групп в двух соседних полимерных листах может отличаться по меньшей мере на 1,8%, 2,0%, 2,2%, 2,5%, 3,0%, 4,0%, 5,0%, 7,5% или по меньшей мере на 10%. Эту разность вычисляют, вычитая остаточное содержание гидроксильных групп в листе с меньшим содержанием гидроксильных групп из остаточного содержания гидроксильных групп в листе с большим содержанием гидроксильных групп. Например, если в первом полимерном листе содержится 20 мас.% остаточных гидроксильных групп, а во втором полимерном листе содержится 17 мас.% остаточных гидроксильных групп, то разность в содержании остаточных гидроксильных групп составляет 3 мас.%.
Для какого-либо одного типа пластификатора совместимость пластификатора с поливинилбутиралем большей частью определяется содержанием гидроксильных групп. Обычно поливинилбутираль с более высоким остаточным содержанием гидроксильных групп имеет меньшую совместимость с пластификатором или способность к пластификации. Аналогично, поливинилбутираль с меньшим остаточным содержанием гидроксильных групп имеет большую совместимость с пластификатором или способность к пластификации. Это свойство следует учитывать при выборе содержания гидроксильных групп в каждом полимере, содержащем поливинилбутираль, и при определении состава каждого полимерного листа, поскольку оно позволяет добавлять необходимое количество пластификатора и стабильно поддерживать разность концентраций пластификаторов в отдельных полимерных листах.
Как известно в данной области техники, остаточное содержание гидроксильных групп можно контролировать, регулируя время протекания реакции, концентрации реагентов и другие параметры способа изготовления. В различных примерах реализации остаточное содержание гидроксильных групп в двух листах следующее: в первом листе - менее 25% и во втором листе - менее 23%, в первом листе - менее 23% и во втором листе - менее 21%, в первом листе - менее 21% и во втором листе - менее 19%, в первом листе - менее 20% и во втором листе - менее 17%, в первом листе - менее 18% и во втором листе - менее 15%, в первом листе - менее 15% и во втором листе - менее 12%. В любом из этих примеров реализации может быть использовано любое из указанных в предыдущем разделе значений разности между содержанием гидроксильных групп в двух листах.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В соответствии с настоящим изобретением предел прочности на разрыв или прочность на растяжение полимерного листа определяют и измеряют в соответствии со способом, описанным в стандарте JIS K6771. В различных примерах реализации настоящего изобретения пределы прочности на разрыв двух полимерных листов указаны в нижеследующем списке, причем первый полимерный лист, указанный в списке - это полимерный лист с меньшим содержанием пластификатора: первый полимерный лист - более 135 кг/см и второй полимерный лист - менее 120 кг/см; первый полимерный лист - более 150 кг/см и второй полимерный лист - менее 135 кг/см; первый полимерный лист - более 165 кг/см и второй полимерный лист - менее 150 кг/см; первый полимерный лист - более 180 кг/см и второй полимерный лист - менее 165 кг/см; или, в общем случае, разность пределов прочности на разрыв двух полимерных листов составляет по меньшей мере 15 кг/см.
2
Как указано здесь, традиционное ламинированное стекло изготавливают ламинированием традиционного промежуточного слоя, который в настоящее время обычно используют в коммерчески доступном ламинированном стекле, при этом прочность на разрыв традиционного промежуточного слоя составляет 200 кг/см или более. В соответствии с настоящим изобретением традиционное ламинированное стекло в настоящем описании называется «ламинированной панелью сравнения» или «панелью сравнения».
Улучшение звукоизоляции, используемое для характеристики стеклянных ламинатов, включающих промежуточные слои согласно настоящему изобретению, определяют в сравнении с ламинированной панелью сравнения, описанной в предыдущем разделе. В обычных ламинатах, включающих два внешних слоя стекла, «общая толщина стекла» является суммой толщин двух слоев стекла; в более сложных ламинатах, включающих три или более слоев стекла, общая толщина стекла является суммой толщин трех или более слоев стекла.
В соответствии с настоящим изобретением «частота совпадения» означает частоту, при которой панель проявляет минимум звукопоглощающей способности, благодаря «эффекту совпадения». Частота совпадения панели сравнения обычно находится в диапазоне от 2000 до 6000 Гц, и она может быть определена эмпирически при помощи монолитного стеклянного листа, толщина которого равна общей толщине стекла в панели сравнения, в соответствии с формулой:
c
в которой "d" представляет собой общую толщину стекла в миллиметрах, a "f" выражена в Гц.
В соответствии с настоящим изобретением улучшение звукоизоляционных качеств может быть выражено через увеличение звукопоглощающей способности при частоте совпадения (частоте сравнения) панели сравнения.
«Звукопоглощающую способность» ламината по настоящему изобретению или традиционной панели сравнения фиксированных размеров определяют в соответствии со стандартом ASTM E90 (95) при фиксированной температуре, равной 20°С.
В различных примерах реализации настоящего изобретения многослойные промежуточные слои по настоящему изобретению, когда они ламинированы между двумя кусками листового стекла, позволяют снизить звукопередачу через панель из ламинированного стекла по меньшей мере на 2 децибела (дБ) в сравнении с соответствующей панелью сравнения, включающей один традиционный промежуточный слой, толщина которого сравнима с многослойным промежуточным слоем, предлагаемым согласно настоящему изобретению.
В различных примерах реализации настоящего изобретения многослойные промежуточные слои по настоящему изобретению, когда они ламинированы между двумя кусками листового стекла, позволяют снизить звукопередачу, по меньшей мере, на 2 дБ, более предпочтительно на 4 дБ, и еще более предпочтительно на 6 дБ или более, возможно на 8 дБ или более в сравнении с соответствующей панелью сравнения.
Ранее предпринимаемые в данной области техники попытки изготовить промежуточные слои, включающие расположенные вплотную друг к другу полимерные листы, уменьшающие прохождение звука через панель из многослойного стекла, были основаны на различиях состава указанных листов. Примеры включают патент США 5190826, в котором описано применение ацеталей с различной длиной углеродной цепочки: Японскую патентную заявку 3124441 А и патентную заявку США 2003/0139520, в которых описано применение разных степеней полимеризации. В других двух документах. Японском патенте 3377848 и патенте США 5340654 описано использование разности остаточных концентраций ацетатов в двух соседних листах, составляющей по меньшей мере 6 мол.%.
В различных примерах реализации настоящего изобретения описан подход, отличный от изложенного в вышеуказанных заявках, состоящий в следующем: как описано выше, содержание пластификатора в двух соседних полимерных листах по настоящему изобретению различается, и, кроме того, остаточное содержание ацетатов в каждом из указанных листов составляет менее 5 мол.%, менее 4 мол.%, менее 3 мол.%, менее 2 мол.% или менее 1 мол.%. Эти остаточные концентрации ацетатов могут быть использованы в различных сочетаниях с остаточным содержанием гидроксильных групп, диапазоны которого указаны выше, для изготовления двух полимерных листов согласно настоящему изобретению, характеризующихся различиями в концентрации пластификатора и содержании остаточных гидроксильных групп, но при этом содержащих лишь небольшие количества или вовсе не содержащих остаточных ацетатов. Другие примеры реализации многослойных промежуточных слоев по настоящему изобретению включают промежуточные слои, составленные из более чем двух полимерных листов, в которых один или несколько дополнительных полимерных листов содержит менее 5 мол.%, менее 4 мол.%, менее 3 мол.%, менее 2 мол.% или менее 1 мол.% остаточных ацетатов.
Другие примеры реализации настоящего изобретения включают любые из вышеуказанных примеров реализации, также включающие третий полимерный лист, расположенный вплотную к полимерному листу, содержащему большее количество пластификатора. Добавление третьего слоя, состоящего из полимерного листа, позволяет изготавливать трехслойную конструкцию со следующей структурой:
(первый полимерный лист с относительно низким содержанием пластификатора/ второй полимерный лист с относительно высоким содержанием пластификатора/ третий полимерный лист). Этот третий полимерный лист может иметь тот же состав, что и первый полимерный лист, или состав его может быть иным.
В различных примерах реализации третий полимерный лист имеет тот же состав, что и первый полимерный лист, что позволяет изготавливать трехслойный ламинированный промежуточный слой, включающий относительно сложный в производстве полимерный лист, расположенный между двумя относительно несложными в производстве полимерными листами, что позволяет получать после ламинирования многослойный промежуточный слой, относительно несложный в производстве, который можно применять в уже существующих способах, в которых ранее применяли единичный полимерный лист, состав которого был аналогичен составам двух внешних полимерных листов по настоящему изобретению, или состав имел сходные технологические характеристики (например, тенденция к слипанию).
В других примерах реализации, в которых для изготовления одного промежуточного слоя используют три полимерных листа, состав третьего полимерного листа отличается от состава первого полимерного листа, и различие в составах третьего полимерного листа и второго полимерного листа может представлять собой любую величину, приведенную выше в качестве разности между составом первого полимерного листа и составом второго полимерного листа. Например, один из иллюстративных примеров реализации изобретения будет следующим: первый лист с остаточным содержанием гидроксильных групп, равным 20%, второй лист с остаточным содержанием гидроксильных групп, равным 16%, и третий лист с остаточным содержанием гидроксильных групп, равным 18%. Следует отметить, что в этом примере третий полимерный лист отличается от второго полимерного листа, поскольку остаточное содержание в нем гидроксильных групп на 2% больше, чем остаточное содержание гидроксильных групп во втором полимерном листе. Разумеется, любые другие отмеченные здесь различия могут по отдельности или в сочетании отличать третий полимерный лист от второго полимерного листа.
Кроме описанного выше трехслойного примера реализации, другие примеры реализации включают промежуточные слои, содержащие более трех слоев, в которых могут использоваться дополнительные листы с низким остаточным содержанием гидроксильных групп, например чередование полимерных листов с изменяющимся содержанием пластификатора и изменяющимся содержанием гидроксильных групп и, возможно, с низким остаточным содержанием ацетатов или с нулевым содержанием ацетатов. Промежуточные слои, получаемые таким способом, могут содержать, например, 4, 5, 6 или до 10 индивидуальных слоев.
В промежуточные слои, предлагаемые согласно настоящему изобретению, могут быть введены другие традиционные слои, известные в данной области техники. Например, между любыми двумя слоями, изготовленными из полимерных листов, по настоящему изобретению могут быть расположены полимерные пленки (более подробно описанные ниже), например, изготовленные из полиэстеров, таких как полиэтилентерефталат, содержащие металлизированный слой, отражающий инфракрасное излучение набор (пачку) слоев, или другие слои, улучшающие эксплуатационные характеристики. Например, в двухслойном примере реализации может быть изготовлен промежуточный слой, имеющий следующую конструкцию: (полимерный лист с относительно высоким содержанием пластификатора/ пленка из полиэстера, содержащая слой, улучшающий эксплуатационные характеристики/ полимерный лист с относительно низким содержанием пластификатора). В общем случае в зависимости от желаемого результата и особенностей применения в многослойные промежуточные слои по настоящему изобретению могут быть введены дополнительные слои термопластиков, например поливинилбутираля, пленки из полиэстера, слои грунтовки и слои твердого покрытия.
В различных примерах реализации настоящего изобретения такое же уменьшение пропускания звука, как при помощи промежуточного слоя, включающего два полимерных листа с различными содержаниями пластификатора, может быть достигнуто при помощи одного полимерного листа, изготовленного посредством совместной экструзии. Как известно в данной области техники, совместную экструзию применяют для изготовления одного полимерного листа, внутри которого находятся области, каждая из которых приблизительно имеет форму отдельного листа, подобную отдельному слою в случае использования нескольких листов. Для каждого примера реализации промежуточного слоя по настоящему изобретению, в котором два или более отдельных полимерных слоя расположены вплотную друг с другом и затем подвергнуты ламинированию с образованием одного промежуточного слоя, также существует пример реализации, в котором полимерный лист, получаемый совместной экструзией, включает две или более отдельных области, соответствующих индивидуальным слоям в ламинированном промежуточном слое по настоящему изобретению. Кроме того, для каждой панели из многослойного стекла, способа изготовления промежуточных слоев и способа изготовления панелей из многослойного стекла, предлагаемых согласно настоящему изобретению, при которых отдельные полимерные листы ламинируют вместе, также существует аналогичный пример реализации, в котором в качестве многослойного промежуточного слоя применяют полимерный лист, полученный совместной экструзией.
Кроме описанных промежуточных слоев, настоящим изобретением также предоставлены способы уменьшения уровня шума, проникающего через проем, включающие операцию расположения в проем панели из многослойного стекла, включающей любой из промежуточных слоев, предлагаемых согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение также включает способы изготовления промежуточного слоя, включающие операции изготовления первого полимерного листа и второго полимерного листа, при этом два указанных полимерных листа имеют различный состав, рассмотренный в настоящем описании, и операцию ламинирования двух полимерных листов с образованием промежуточного слоя.
Настоящее изобретение также включает способы изготовления промежуточного слоя, включающие операции изготовления первого полимерного листа, второго полимерного листа и третьего полимерного листа, при этом состав трех указанных полимерных листов соответствует трехслойному примеру реализации, рассмотренному в настоящем описании, и операцию ламинирования трех полимерных листов с образованием промежуточного слоя.
Настоящее изобретение также включает способы изготовления многослойного остекления, включающие ламинирование любого промежуточного слоя, предлагаемого согласно настоящему изобретению, между двух жестких прозрачных панелей, известных в данной области техники, например между слоями стекла или акрилового полимера.
Настоящее изобретение также включает панели из многослойного стекла, например ветровые стекла автомобилей или окна архитектурных сооружений, включающие многослойный промежуточный слой, предлагаемый согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение также включает панели из многослойного стекла, например, ветровые стекла автомобилей или окна архитектурных сооружений, включающие многослойный промежуточный слой, предлагаемый согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение также включает многослойные панели для остекления, которые вместо стеклянных панелей включают панели из пластических масс, например акриловых полимеров, или другие подходящих материалов.
Полимерная пленка
Используемый в настоящем описании термин «полимерная пленка» означает относительно тонкий и жесткий слой полимера, функция которого состоит в улучшении технических характеристик изделия. В соответствии с настоящим описанием полимерные пленки отличаются от полимерных листов тем, что сами по себе полимерные пленки не обеспечивают необходимого сопротивления проникновению предметов через многослойную структуру для остекления, а также не обеспечивают необходимого удержания стекол при ее разрушении, но обеспечивают улучшение некоторых характеристик структуры, например характера поглощения инфракрасного излучения. В качестве полимерной пленки чаще всего используют полиэтилентерефталат.
В различных примерах реализации толщина слоя полимерной пленки составляет от 0,013 мм до 0,20 мм, от 0,025 мм до 0,1 мм или от 0,04 мм до 0,06 мм. Для улучшения одного или нескольких свойств слоя полимерной пленки, например адгезии или отражения инфракрасного излучения, его поверхность может быть обработана, или на нее может быть нанесен слой покрытия, улучшающего функциональные характеристики. Указанные слои, улучшающие функциональные характеристики, включают, например, многослойную пачку, предназначенную для отражения солнечного инфракрасного излучения, но пропускающую видимый солнечный свет. Такая многослойная пачка известна в данной области техники (см., например, заявку WO 88/01230 и патент США 4799745) и может включать, например, один или несколько металлических слоев толщиной порядка ангстрема и один или несколько (например, два) последовательно осажденных оптически связанных диэлектрических слоя. Как известно (см., например, патенты США 4017661 и 4786783), металлический слой (слои) может подвергаться нагреванию за счет электрического сопротивления и способствовать оттаиванию или предотвращению запотевания любых контактирующих с ними слоев стекла.
Другой тип полимерной пленки, который может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, описан в патенте США 6797396 и включает несколько неметаллических слоев, отражающих инфракрасное излучение, но в отличие от металлических слоев, не создающих интерференции.
В некоторых примерах реализации слой полимерной пленки оптически прозрачен (т.е. объекты, находящиеся вблизи одной стороны слоя могут быть без труда видны невооруженным глазом наблюдателя, смотрящего сквозь этот слой с другой стороны) и обычно независимо от состава имеет больший, а в некоторых примерах реализации значительно больший модуль упругости по сравнению с модулем упругости прилегающего полимерного листа. В различных примерах реализации слой полимерной пленки включает термопластический материал. Примеры термопластических материалов с подходящими свойствами включают: нейлоны, полиуретаны, акриловые волокна, поликарбонаты, полиолефины, например полипропилен, ацетаты и триацетаты целлюлозы, винилхлоридные полимеры и сополимеры и подобные им вещества. В различных примерах реализации слой полимерной пленки включает такие материалы, как повторно натянутые термопластические пленки, обладающие указанными свойствами, которые включают полиэстеры, например полиэтилентерефталат и полиэтилентерефталатгликоль (ПЭТГ). В различных примерах реализации применяют полиэтилентерефталат, и в различных примерах реализации полиэтилентерефталат подвергают двухосному растяжению для увеличения его прочности и подвергают тепловой стабилизации для обеспечения низкой усадки при воздействии высоких температур (например, усадка менее 2% в обоих направлениях после выдержки в течение 30 минут при 150°С).
Различные способы нанесения покрытий и обработки поверхности пленок из полиэтилентерефталата, которые могут использоваться согласно настоящему изобретению, описаны в опубликованной Европейской заявке № 0157030. Полимерные пленки, предлагаемые согласно настоящему изобретению, также могут включать твердые покрытия и/или слой, предотвращающий запотевание стекла, известные в данной области техники.
Полимерный лист
Используемый в настоящем описании термин «полимерный лист» означает любую термопластическую полимерную композицию, сформованную любым подходящим способом в виде тонкого слоя, который сам по себе или в виде пачек, содержащих более одного слоя, пригоден для использования в ламинированных панелях для остекления в качестве промежуточного слоя, обеспечивающего достаточное сопротивление проникновению и удержание стекол при разрушении. Для изготовления полимерных листов чаще всего используют пластифицированный поливинилбутираль.
Полимерный лист может включать любой подходящий полимер, и в предпочтительном примере реализации полимерный лист включает поливинилбутираль. В любой из примеров реализации, рассмотренный в настоящем описании и включающий в качестве полимерного компонента полимерного листа поливинилбутираль, включен пример реализации, в котором полимерный компонент состоит или по существу состоит из поливинилбутираля. В этих примерах реализации в полимерный лист, содержащий полимер, состоящий или по существу состоящий из поливинилбутираля, могут быть добавлены любые сочетания добавок, рассмотренные в настоящем описании.
В одном из примеров реализации полимерный лист включает полимер, изготовленный на основе частично ацетализованного поливинилового спирта (спиртов). В другом примере реализации полимерный лист включает полимер, выбираемый из группы, состоящей из поливинилбутираля, полиуретана, поливинилхлорида, полиэтиленвинилацетата, их сочетаний и подобных им соединений. В других примерах реализации полимерный лист включает пластифицированный поливинилбутираль. В других примерах реализации полимерный лист включает поливинилбутираль и один или несколько других полимеров. В соответствии с настоящим изобретением также могут быть использованы и другие полимеры, обладающие подходящей пластификационной способностью. Предпочтительные диапазоны, значения и/или способы, указанные в любой части настоящего описания для поливинилбутираля (неограничивающие примеры которых включают данные, указанные для пластификаторов, процентного содержания компонентов, толщин и добавок, улучшающих технические характеристики полимера), также относятся в том случае, если это возможно, к другим полимерам и полимерным смесям, указанным в настоящем описании в качестве полезных компонентов полимерных листов.
Для примеров реализации, включающих поливинилбутираль, поливинилбутираль может быть изготовлен любым известным способом проведения ацетализации, который включает реакцию поливинилового спирта с бутиральдегидом в присутствии кислотного катализатора с последующей нейтрализацией катализатора, отделением, стабилизацией и сушкой смолы, с учетом того, что в различных примерах реализации остаточное содержание гидроксильных групп подвергается регулированию, как раскрыто в настоящем описании.
В различных примерах реализации полимерный лист включает поливинилбутираль, молекулярная масса которого превышает 30000, 40000, 50000, 55000, 60000, 65000, 70000, 120000, 250000 или 350000 граммов на моль (г/мол или Дальтон). Для увеличения молекулярной массы до значений, превышающих 350 г/мол, во время проведения операции ацетализации в систему могут быть добавлены небольшие количества диальдегида или триальдегида (см., например, патенты США 4902464, 4874814, 4814529 и 4654179). В настоящем описании термин «молекулярная масса» означает среднемассовую молекулярную массу.
Кроме вышеописанных примеров реализации, в которых применяют полимерные листы с различными содержаниями пластификатора, совместно с настоящим изобретением могут быть использованы традиционные полимерные листы, которые могут включать от 20 до 60, от 25 до 60, от 20 до 80 или от 10 до 70 частей пластификатора на 100 частей смолы (части на сто). Разумеется, это количество может изменяться в зависимости от предполагаемого применения изделия. В некоторых примерах реализации углеводородная часть пластификатора содержит менее 20, менее 15, менее 12 или менее 10 атомов углерода.
Для изготовления полимерных листов в полимерные смолы согласно настоящему изобретению, могут быть добавлены любые подходящие пластификаторы. Пластификаторы, применяемые в полимерных листах согласно настоящему изобретению, могут включать сложные эфиры многоосновных кислот или многоосновных спиртов, а также другие соединения. Подходящие пластификаторы включают, например, ди-(2-этилбутират) триэтиленгликоля, ди-(2-этилгексаноат) триэтиленгликоля, дигептаноат триэтиленгликоля, дигептаноат тетраэтиленгликоля, дигексиладипат, диоктиладипат, гексилциклогексиладипат, смеси гептил- и нониладипатов, диизонониладипат, гептилнониладипат, дибутилсебакат, полимерные пластификаторы, например модифицированные маслом себациловые алкиды, и смеси фосфатов и адипатов, например описанные в патенте США 3841890, и адипаты, например описанные в патенте США 4144217, а также смеси и сочетания вышеуказанных соединений. Другие возможно используемые пластификаторы представляют собой смешанные адипаты, приготовленные из спиртов с алкильным радикалом, содержащим от 4 до 9 атомов углерода, и из спиртов с циклоалкильным радикалом, содержащим от 4 до 10 атомов углерода, например описанные в патенте США 5013779, и эфиры адипиновой кислоты, содержащие от 6 до 8 атомов углерода в спиртовом остатке, например гексиладипат. В некоторых примерах реализации пластификатор представляет собой дигексиладипат и/или ди-(2-этилгексаноат) триэтиленгликоля.
Для придания листу необходимых адгезионных свойств в полимерные листы, предлагаемые согласно настоящему изобретению, могут быть также введены различные добавки, контролирующие адгезию. Например, такие добавки могут быть введены в листы, расположенные снаружи, в примерах реализации, включающих три полимерных листа. Для этого могут быть использованы любые добавки, контролирующие адгезию, описанные в патенте США 5728472. Кроме того, остаточное содержание ацетата натрия и/или ацетата калия в полимерных листах может быть доведено до нужного значения добавлением необходимого количества соответствующих гидроксидов во время проведения нейтрализации кислоты. В различных примерах реализации полимерные листы, предлагаемые согласно настоящему изобретению, кроме ацетата натрия включают бис(2-этилбутират) магния (Chemical Abstracts № 79992-76-0). Соль магния может быть добавлена в количестве, необходимом для контроля адгезии полимерного листа к стеклу.
Для улучшения технических характеристик готового изделия, включающего полимерный лист, в полимерный лист могут быть введены и другие добавки. Неограничивающие примеры таких добавок включают пластификаторы, красители, пигменты, стабилизаторы (например, ультрафиолетовые стабилизаторы), антиоксиданты, огнезащитные добавки, поглотители ИК излучения, антиадгезивы, сочетания вышеуказанных добавок и подобные им вещества, известные в данной области техники.
6
К любому из подходящих полимерных листов могут быть добавлены добавки, селективно поглощающие свет в видимой области или в ближней области инфракрасного спектра. Возможные применяемые добавки включают красители и пигменты, например смешанный оксид индия и олова, смешанный оксид сурьмы и олова или гексаборид лантана (LaB).
TM
Для изготовления полимерных листов и многослойных промежуточных слоев, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением, может быть применен любой подходящий способ. Подробные описания подходящих способов изготовления поливинилбутираля известны специалистам в данной области техники (см., например, патенты США 2282057 и 2282026). В одном из примеров реализации может быть использован способ с применением растворителя, описанный в разделе Vinyl Acetal Polymers, в Encyclopedia of Polymer Science & Technology (Энциклопедия науки и технологии полимеров), третье издание, Vol.8, стр.381-399, ред. В.Е.Wade (2003). В другом примере реализации может быть использован водный способ, описанный в упомянутой публикации. Поливинилбутираль коммерчески доступен в различных формах; например, его поставляет Solutia Inc., St. Louis, Missouri под маркой смолы Butvar.
Используемый в настоящем описании термин «смола» относится к полимерному компоненту (например, изготовленному из поливинилбутираля), который извлекают из смеси, полученной при кислотном катализе и последующей нейтрализации полимерных предшественников. Кроме полимера, например поливинилбутираля, смола обычно содержит и другие компоненты, например ацетаты, соли и спирты. Используемый в настоящем описании термин «расплав» относится к расплавленной смеси смолы и пластификатора и, возможно, других добавок.
Один из примеров способа формования листа, содержащего поливинилбутираль, включает экструзию расплавленного поливинилбутираля, включающего смолу, пластификатор и добавки, путем пропускания полученного расплава через щелевую экструзионную головку (например, через головку, одна сторона отверстия которой значительно больше, чем перпендикулярная ей сторона). Другой пример способа формования листа, содержащего поливинилбутираль, включает разливку расплава из экструзионной головки на валок, отверждение смолы и последующее снятие отвержденной смолы в виде листа (полотна). В каждом из описанных примеров реализации можно создавать желаемую текстуру поверхности одной из сторон слоя или обеих его сторон регулированием формы поверхностей отверстия экструзионной головки или нанесением текстуры на поверхность валка. Другие методики создания желаемой текстуры слоя включают варьирование параметров материала (например, содержания воды и/или пластификатора в смоле, температуры расплава, распределения молекулярной массы поливинилбутираля или сочетания указанных параметров). Кроме того, при формовании слоя на нем могут быть созданы выпуклости, расположенные на определенном расстоянии друг от друга, которые обеспечивают временную нерегулярность поверхности, способствующую деаэрации слоя при проведении ламинирования, после чего применяемые во время ламинирования высокие значения температуры и давления приводят к плавлению выпуклостей с образованием гладкого слоя.
Изготовление многослойного промежуточного слоя может быть выполнено в соответствии со способами, известными в данной области техники, например посредством независимого изготовления трех слоев из полимерных листов с последующим ламинированием трех указанных слоев в соответствующих условиях, например под давлением и при повышенной температуре, с образованием одного многослойного промежуточного слоя.
Полимерные листы, предлагаемые согласно настоящему изобретению, включающие области с различными содержаниями пластификатора, могут быть изготовлены в соответствии с любым способом, известным в данной области техники. Типичный способ включает независимое приготовление двух или более расплавов, включающих полимерную смолу, пластификатор и любые необходимые добавки, и совместную экструзию этих расплавов с образованием одного полимерного листа, включающего области, соответствующие каждому из использованных расплавов. Например, может быть проведена совместная экструзия первого расплава, содержащего определенную концентрацию пластификатора, и второго расплава, содержание пластификатора в котором на 20 частей на сто меньше, чем в первом расплаве, в результате чего получают полимерный лист, включающий первую область и вторую область, каждая из которых имеет приблизительную форму индивидуального листа, причем содержание пластификатора во второй области устойчиво меньше на 20 частей на сто, чем содержание пластификатора в первой области.
В различных примерах реализации полная толщина промежуточных слоев по настоящему изобретению, может составлять от 0,1 до 2,5 мм, от 0,2 до 2,0 мм, от 0,25 до 1,75 мм и от 0,3 до 1,5 мм. Например, толщина индивидуальных полимерных листов в многослойном промежуточном слое может быть приблизительно одинаковой, и при составлении промежуточного слоя его полная толщина оказывается в пределах вышеуказанного диапазона. Разумеется, в других примерах реализации толщина отдельных слоев может быть разной, и общая толщина составного слоя может быть больше пределов вышеуказанного диапазона.
Параметры описанного выше полимерного листа одинаково применимы к любому слою в многослойной конструкции, предлагаемой в соответствии с настоящим изобретением, то есть к слою, подобному слою, изготовленному из поливинилбутираля.
Далее будут описаны различные методики, применяемые для улучшения и/или измерения характеристик полимерных листов.
Прозрачность полимерного листа и, в частности, листа из поливинилбутираля может быть определена посредством измерения показателя помутнения, который является количественной оценкой света, не прошедшего через лист. Процент помутнения может быть измерен с помощью следующей методики. В соответствии со стандартом ASTM D1003-61 (повторно утвержден 1977) Процедура А, с использованием источника света С и угла для наблюдателя, равного 2 град, может быть использован прибор, измеряющий степень помутнения, нефелометр (мутномер), модель D25, поставляемый Hunter Associates (Reston, VA). В различных примерах реализации настоящего изобретения процентное помутнение составляет менее 5%, менее 3% и менее 1%.
Коэффициент пропускания видимого света может быть определен при помощи спектрофотометра UV-Vis-NIR, такого как спектрофотометр Lambda 900, изготовляемого Perkin Elmer Co., в соответствии со способами, описанными в международном стандарте ISO 9050:1990. В различных примерах реализации пропускание света через полимерный лист, предлагаемый согласно настоящему изобретению, составляет по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70% или по меньшей мере 80%.
Адгезия при ударах (pummel adhesion) может быть измерена в соответствии со следующей методикой, и, там где термин «удары (pummel)» упомянут в настоящем описании для определения адгезии полимерного листа к стеклу, для нанесения ударов используют следующую методику. Образцы двухслойного стеклянного ламината изготавливали в стандартных условиях автоклавного ламинирования. Ламинаты охлаждали приблизительно до -18°С (0°F) и колотили вручную молотком до раскалывания стекла. Затем удаляли все куски стекла, которые не прилипли к листу поливинилбутираля, после чего количество стекла, которое осталось прилипшим к листу поливинилбутираля, визуально сравнивали с набором стандартов. Стандарты соответствовали шкале, в которой различные количества осколков оставались прилипшими к листу поливинилбутираля. В частности, при стандарте ударов, равном нулю, на листе поливинилбутираля совсем не оставалось стекла. При стандарте ударов, равном десяти, на листе поливинилбутираля оставалось 100% прилипших стеклянных фрагментов. Для слоев из поливинилбутираля, предлагаемых согласно настоящему изобретению, значение адгезии при ударах может составлять, например, от 3 до 10.
Предел прочности полимерного листа на разрыв определяют в соответствии со способом, описанным в стандарте JIS K6771.
Примеры
Листы из поливинилбутираля, имеющие заданное остаточное содержание гидроксильных групп, изготавливали, варьируя количество триэтиленгликоль-ди-(2-этилгексаноата) (3ГЭГ); толщины указанных листов приведены в Таблице 1. Эти листы применяли либо для изготовления промежуточных слоев, предлагаемых согласно настоящему изобретению, или использовали в качестве традиционного промежуточного слоя, который затем включался в панели сравнения. Во всех листах остаточное содержание ацетатов было незначительным и составляло менее 1 мол.%.
Таблица 1.
Листы из поливинилбутираля
№ листа ПВБ
Лист ПВБ
Остаточное содержание гидроксильных групп (%)
Содержание 3ГЭГ (ч/сто)
Толщина листа (мм)
1
ПВБ-1
18,5
38
30
2
ПВБ-2
18,5
38
45
3
ПВБ-3
18,5
35
13
4
ПВБ-4
18,5
38
13
5
ПВБ-5
18,5
38
15
6
ПВБ-6
18,5
22
30
7
ПВБ-7
15,7
52
15
8
ПВБ-8
15,9
51
20
9
ПВБ-9
13,5
73,7
9
10
ПВБ-10
11,8
72,9
9
11
ПВБ-11
11,8
72,9
6
Традиционные промежуточные слои и примеры промежуточных слоев, предлагаемые согласно настоящему изобретению, представлены в Таблице 2, см. в конце описания.
Традиционное ламинированное стекло, т.е. панели сравнения, и примеры ламинированного стекла, включающие промежуточные слои, в которых были обнаружены улучшенные звукоизоляционные характеристики по сравнению с панелями сравнения, представлены в Таблице 3.
Таблица 3
№ ламината
Конструкция промежуточного слоя
Общая толщина стекла (мм)*
Звукопоглощающая способность при частоте сравнения (дБ)
Усиление звукопоглощающей способности при частоте сравнения (дБ)
Лист 1
Лист 2
Лист 3
1
-
ПВБ1
-
4,2
31
0
2
-
ПВБ1
-
4,6
32
0
3
-
ПВБ2
-
4,2
31
0
4
ПВБ1
ПВБ6
-
4,6
32
0
5
ПВБ5
ПВБ7
ПВБ5
4,6
37
5
6
ПВБ5
ПВБ8
-
4,2
38
7
7
ПВБ4
ПВБ9
ПВБ4
4,2
39
8
8
ПВБ4
ПВБ10
ПВБ4
4,6
41
9
9
ПВБ3
ПВБ10
ПВБ3
4,2
41
10
10
ПВБ3
ПВБ11
ПВБ3
4,2
39
8
* Стеклянные ламинаты содержали два симметричных куска листового стекла, т.е. толщина стеклянных листов была одинакова
Настоящее изобретение предоставляет возможность изготовления многослойных промежуточных слоев, уменьшающих пропускание звука; получение указанных многослойных промежуточных слоев просто, и они могут быть легко введены в многослойные конструкции, например панели из ламинированного стекла, применяемые для изготовления ветровых стекол автомобилей и остекления архитектурных сооружений.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано при помощи определенных примеров реализации, специалисты в данной области техники должны понимать, что в данном изобретении могут быть сделаны различные изменения, и некоторые элементы изобретения могут быть замещены соответствующими эквивалентами, не выходящими за рамки настоящего изобретения. Кроме того, для применения изобретения к конкретным ситуациям или материалам в нем могут быть произведены различные модификации, не отступающие от существа настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что изобретение не только не ограничено конкретными примерами реализации, рассмотренными в настоящем описании для иллюстрации наилучшего способа реализации настоящего изобретения, но и включает все примеры реализации, попадающие в область, защищаемую прилагаемой формулой изобретения.
Также следует понимать, что любые диапазоны, значения или характеристики, указанные для каждого конкретного компонента настоящего изобретения, могут быть заменены там, где это возможно, другими диапазонами, значениями или характеристиками, указанными для других компонентов настоящего изобретения, в результате чего получают пример реализации с конкретными значениями для каждого компонента подобно тому, как указано в настоящем описании. Например, может быть сформован полимерный лист, остаточное содержание ацетатов в котором там, где это возможно, находится в любом из диапазонов, указанных в дополнение к любым диапазонам, указанным для пластификатора, в результате чего получают различные модификации изобретения, находящиеся в пределах объема охраны настоящего изобретения, полное перечисление которых было бы затруднительно.
Любые цифровые значения, указанные в реферате или формуле изобретения, даны исключительно для иллюстрации изобретения и не ограничивают область действия изобретения каким-либо одним примером его реализации, указанным любым конкретным значением.
Если не указано особо, чертежи показаны не в масштабе.
Содержание каждой ссылки, включая журнальные статьи, патенты, заявки и книги, полностью включено в настоящее описание по ссылке.