ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТЕРИАЛ СО СЛОЯМИ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО ПЛАСТИФИКАТОР ПОЛИВИНИЛ(Н)АЦЕТАЛЯ И СОДЕРЖАЩЕГО ПЛАСТИФИКАТОР ПОЛИВИНИЛ(ИЗО)АЦЕТАЛЯ Российский патент 2016 года по МПК B32B27/22 B32B17/10 C08L29/14 C03C27/12 

Область техники

Изобретение относится к пригодному, например, в качестве промежуточного слоя в многослойном безопасном стекле пленочному многослойному материалу, который образован из по меньшей мере трех слоев на основе содержащего пластификатор поливинил(н)ацеталя и/или поливинил(изо)ацеталя и имеет хорошие свойства проницаемости.

Уровень техники

Многослойные безопасные стекла состоят в основном из двух стеклянных пластин и соединяющей данные стеклянные пластины промежуточной пленки. В качестве материала пленки чаще всего применяют содержащий пластификатор поливинилбутираль (PVB), доступный в результате реакции поливинилового спирта с н-бутиральдегидом.

Все более важным качеством остекления стеклопакетами становится их прочность к проникновению, то есть их устойчивость к внешним силовым воздействиям. Этого можно достичь с помощью более толстых стекол, а также с помощью соответствующего промежуточного слоя пленки. Так, например, известно так называемое «защитное от ураганов» остекление, которое предлагает улучшенную защиту от летающих вокруг объектов. Для этого, как правило, применяют толстые стандартные пленки из PVB, что, однако, снижает прозрачность остекления. Кроме того, толстое остекление нежелательно по причине ограниченной глубины вмонтирования и высокой стоимости.

Далее можно для улучшения прочности к проникновению остекления стеклопакетами механически устойчивые пленки, например из PET или PU, ламинировать между двумя PVB-пленками. Однако это означает дополнительную стадию обработки, и при этом сохраняется опасность нежелательного расслаивания.

В общем, можно механическую прочность PVB-пленок задавать содержанием пластификатора или содержанием групп поливинилового спирта или поливинилацетата в применяемом поливинилацетале.

Так, например, в US 5340654 или WO 2006/102049 описана многослойная система, в которой первый слой содержит поливинилбутираль с высоким содержанием радикалов ацетата, и второй слой содержит поливинилбутираль с низким содержанием радикалов ацетата.

Аналогично в WO 2008/137367 описана многослойная система, в которой элементарные слои из поливинилбутираля различаются в содержании поливинилового спирта.

Благодаря различному содержанию радикалов ацетата или соответственно различному содержанию групп поливинилового спирта элементарные слои имеют различное содержание пластификатора и вместе с этим различную механическую прочность.

Известные многослойные пленки основаны на поливинилбутирале, который доступен с помощью преобразования поливинилового спирта с н-бутиральдегидом. При применении поливинилбутираля с различным содержанием поливинилового спирта или ацетата получается в результате различное содержание пластификатора в слоях, которое частично может выравниваться из-за миграции.

Миграция пластификатора может также привести к несовместимости с полимерной матрицей и вместе с этим к выпотеванию пластификатора. Механические свойства, такие как прочность при растяжении и прочность на разрыв пленок также сильно зависит от содержания пластификатора. Как правило, механические свойства пленки ухудшаются при увеличении содержания пластификатора или с уменьшением количества групп поливинилового спирта в применяемом поливинилбутирале.

Поэтому задачей данного изобретения является создание многослойных пленок, например, для остекления стеклопакетами с улучшенными механическими свойствами, которые благодаря выбору применяемого поливинилацеталя имеют высокую совместимость пластификатора.

Неожиданно было обнаружено, что пленочный многослойный материал, содержащий поливинилацеталь, который образован из по меньшей мере трех элементарных слоев, из которых по меньшей мере один элементарный слой содержит поливинил(изо)ацеталь, по сравнению с пленочным многослойным материалом, который содержит только элементарные слои, основанные на поливинил(н)ацетале, имеет значительно лучшую совместимость пластификатора.

Смеси поливинил(изо)ацеталя с дибутилфталатом в качестве пластификатора описаны в J. Fitzhugh und R Croizer J. Polym. Sci (1951) Vol VIII, S. 225-241. Данная публикация не относится к получению пленок и их применению.

Содержащие пластификатор поливинил(изо)ацетали также известны из US 2008/0286542 для получения пленочных промежуточных слоев для декоративных элементов из стекла. В данной работе описанные поливинил(изо)ацетали имеют для многослойного безопасного остекления слишком низкую степень ацетализирования 8-30% масс. и вместе с этим недостаточную способность поглощать пластификатор. Из US 2008/0286542 известны только многослойные пленки, у которых содержащий пластификатор поливинил(изо)ацеталь с низкой степенью ацетализирования ламинирован между двумя слоями содержащего пластификатор поливинил(н)ацеталя.

Пленочный многослойный материал без применения поливинил(изо)ацеталя известен, например, из WO 2006/102049 A1, WO 2011/078314 A1, WO 2011/081190 A, WO 2011/024788 A1, US 2007014976 и JP 2011042552. Преимущества свойств поливинил(изо)ацеталя в данных работах не описаны.

Поэтому объектом данного изобретения является пленочный многослойный материал, образованный из по меньшей мере трех слоев A, B и C, содержащих по меньшей мере один пластификатор и по меньшей мере один поливинилацеталь, причем по меньшей мере один из слоев A, B или C в качестве поливинилацеталя содержит по меньшей мере один поливинил(изо)ацеталь со средней степенью полимеризации меньше 3000, содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс. и содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс., и слой B имеет содержание пластификатора меньше 32% масс.

Предпочтительно слой B расположен между слоями A и C. Слой B может, в частности, иметь содержание пластификатора от 30 до 15% масс., особенно предпочтительно от 25 до 15% масс. и, в частности, от 20 до 15% масс.

Слои A и C могут иметь одинаковое или разное содержание пластификатора от 60 до 15% масс., особенно предпочтительно от 50 до 25% масс. и, в частности, от 30 до 18% масс.

Предпочтительно слои содержат поливинил(изо)ацеталь или поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилацетата по отношению ко всему слою одинаково или по разному от 0,1 до 15% масс., предпочтительно от 0,1 до 8% масс. и в частности от 0,1 до 3% масс. Особенно предпочтительно содержание групп поливинилацетата от 0,1 до 2% масс.

Содержание поливинилового спирта в применяемом поливинил(изо)ацетале и поливинил(н)ацетале может быть в слоях одинаковым или разным и составлять 10-25% масс., предпочтительно 18-23% масс.

Применяемый в слоях A, B и C поливинилацеталь (поливинил(изо)ацеталь или поливинил(н)ацеталь) может иметь одинаковую или разную среднюю степень полимеризации, которая находится в интервале от 200 до 2800. Предпочтительно применяемый в слоях А, B и C поливинилацеталь (поливинил(изо)ацеталь или поливинил(н)ацеталь) имеет среднюю степень полимеризации от 900 до 2500.

Пленочные многослойные материалы с тремя слоями на практике оказываются легкоизготовимыми. Пленочный многослойный материал по изобретению может также состоять из более чем трех слоев (например, 4, 5, 6 или 7), при этом данные слои имеют упомянутые или приведенные ниже свойства или составы. Вариант осуществления с последовательностью слоев A, B и C следует понимать примерно. Данное изобретение включает также, например, варианты осуществления с последовательностью слоев A, B, C, A или A, B, C, A, B или A, B, C, A, B, C с описанными составами слоев A, B и C.

Во втором варианте осуществления данного изобретения пленочный многослойный материал имеет следующую последовательность и составы слоев A, B и C:

- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс., и

- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10 - 25% масс., и

- элементарная пленка C, содержащая по меньшей мере третий пластификатор и второй поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс.

В третьем варианте осуществления данного изобретения пленочный многослойный материал по изобретению имеет следующую последовательность и составы слоев A, B и C:

- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс., и

- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс., и

- C, содержащий по меньшей мере третий пластификатор и второй поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс.

В четвертом варианте осуществления данного изобретения пленочный многослойный материал по изобретению имеет следующую последовательность и составы слоев A, B и C:

- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием групп поливинилового спирта 10-25% масс., и

- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и второй поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием поливинилового спирта 10-25% масс., и

- C, содержащий по меньшей мере третий пластификатор и третий поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80% масс. и содержанием поливинилового спирта 10-25% масс.

Применяемые согласно данному изобретению слои содержат поливинилацетали, которые можно получить ацетализированием поливинилового спирта с «н»- (то есть линейными соединениями) или «изо»-альдегидами или соответственно кетоновыми соединениями (то есть разветвленными соединениями).

Предпочтительно применяемый согласно данному изобретению поливинил(изо)ацеталь получается в результате преобразования по меньшей мере одного поливинилового спирта с одним или несколькими алифатическими кетоновыми соединениями, имеющими от 4 до 10 атомов углерода с по меньшей мере одним разветвлением в альфа- или бета-положении относительно кетоновой группы. Применяемые для получения поливинил(изо)ацеталей алифатические кетоновые соединения для различных слоев могут быть одинаковыми или разными. Предпочтительно алифатические кетоновые соединения для получения поливинил(изо)ацеталей для различных слоев идентичны; особенно предпочтительно поливинил(изо)ацетали в различных слоях химически идентичны, то есть имеют одинаковое содержание групп поливинилового спирта и поливинилацетата, а также степень полимеризации. В частности, для получения поливинил(изо)ацеталя применяют изо-бутиральдегид.

При получении применяемого согласно данному изобретению поливинил(изо)ацеталя также возможно, наряду с описанными разветвленными кетоновыми соединениями, дополнительно применять один или несколько неразветвленных алифатических кетоновых соединений, имеющих 2-5 атомов углерода для ацетализирования. Предпочтительно применяют смесь из н-бутиральдегида и/или ацетальдегида с изо-бутиральдегидом. Количество ацетальных групп в поливинил(изо)ацетале, которые получаются из разветвленных кетоновых соединений, должно быть больше 50% мол., предпочтительно больше 80% мол. суммы разветвленных и неразветвленных ацетальных групп.

Согласно данному изобретению применяемый поливинил(н)ацеталь получается, в частности, преобразованием по меньшей мере одного поливинилового спирта и одного или нескольких алифатических неразветвленных кетоновых соединений, имеющих от 2 до 10 атомов углерода. Предпочтительно для этого применяют н-бутиральдегид.

При получении применяемого согласно данному изобретению поливинил(н)ацеталя также возможно, наряду с описанными неразветвленными кетоновыми соединениями, дополнительно применять одно или несколько разветвленных алифатических кетоновых соединений, имеющих 4-10 атомов углерода для ацетализирования. Предпочтительно применяют смесь из н-бутиральдегида и/или ацетальдегида с изо-бутиральдегидом. Количество ацетальных групп в поливинил(н)ацетале, которые получены из неразветвленных кетоновых соединений, должно быть больше 50% мол., предпочтительно больше 80% мол. суммы разветвленных и неразветвленных ацетальных групп.

Применяемые для получения поливинилацеталей (поливинил(изо)- и поливинил(н)ацеталей) для разных слоев поливиниловые спирты могут быть одинаковыми или различными, чистыми или могут представлять собой смесь поливиниловых спиртов с различными степенями полимеризации или степенями гидролиза.

Содержание поливинилацетата в поливинилацетале (поливинил(изо)- и поливинил(н)ацетале) в различных слоях может быть задано применением гидролизованного до соответствующей степени поливинилового спирта. С помощью содержания поливинилацетата влияют на полярность поливинилацеталя, вследствие чего также изменяется совместимость пластификатора и механическая прочность элементарных слоев. Также возможно проводить ацетализирование поливинилового спирта со смесью из нескольких альдегидов или кетоновых соединений.

Предпочтительно расположенный между слоями A и C слой B имеет поливинилацеталь (поливинил(изо)ацеталь или поливинил(н)ацеталь) с содержанием групп поливинилового спирта, таким же или больше, чем содержание групп поливинилового спирта в поливинилацетале из слоев A и C. В частности, содержание групп поливинилового спирта в поливинилацетале слоя B на от 0,1 до 10% масс., предпочтительно на от 0,1 до 5% масс. и, в частности, на от 0,1 до 2% масс. больше, чем содержание групп поливинилового спирта в поливинилацетале из слоев A и C.

Слои содержат предпочтительно несшитый поливинил(изо)ацеталь или поливинил(н)ацеталь. Применение сшитого поливинил(изо)ацеталя и/или сшитого поливинил(н)ацеталя также возможно. Способы сшивания поливинилацеталя, например, описаны в EP 1527107 B1 и WO 2004/063231 A1 (термическое самосшивание содержащих карбоксильные группы поливинилацеталей), EP 1606325 A1 (сшиваемые с полиальдегидами поливинилацетали) и WO 03/020776 A1 (сшиваемые глиоксиловой кислотой поливинилацетали).

В общем, совместимость пластификатора и поливинилацеталя снижается с уменьшением полярного характера пластификатора. Так пластификатор с высокой полярностью лучше совместим с поливинилацеталем, чем пластификатор с низкой полярностью. Альтернативно совместимость пластификатора с низкой полярностью повышается с увеличением степени ацетализирования, то есть с уменьшением количества гидроксильных групп и вместе с этим полярности поливинилацеталя.

По причине наличия различных групп поливинилацеталя (н- и изо-), слои могут при одинаковом количестве групп поливинилового спирта принимать различное количество пластификатора, без отделения или миграции пластификатора. Различные количества пластификатора также являются причиной различных механических свойств слоев, так что механические свойства слоев и вместе с этим пленочного многослойного материала можно задавать выбором пластификатора и/или содержания поливинилового спирта в применяемом поливинилацетале.

Предпочтительно граничащие друг с другом слои пленочного многослойного материала имеют поливинилацетали, у которых содержание групп поливинилового спирта отличается не более чем на 2% масс. Особенно предпочтительно граничащие друг с другом слои имеют поливинилацетали с одинаковым содержанием групп поливинилового спирта. Данный вариант относится, в частности, к варианту осуществления данного изобретения, в котором граничащие друг с другом слои содержат поливинил(изо)ацетали и поливинил(н)ацетали.

Слои могут содержать одинаковые или различные пластификаторы (первый, второй или третий). Предпочтительно применение химически одинаковых пластификаторов во всех слоях. Каждые граничащие друг с другом слои пленочного многослойного материала могут иметь содержание пластификатора, которое отличается самое большее на 10 частей на сто, предпочтительно самое большее на 5 частей на сто и в частности самое большее на 2 части на сто (части на сто = массовая доля пластификатора по отношению к 100 массовым долям поливинилацеталя).

Далее предпочтительно, чтобы слой B имел более высокое содержание пластификатора, чем слои A и C.

Слои могут содержать пластификатор или смеси пластификаторов из по меньшей мере одного из следующих, известных для PVB-пленок пластификаторов:

- сложные эфиры многоатомных алифатических или ароматических кислот, например, диалкиладипаты, такие как дигексиладипат, диоктиладипат, гексилциклогексиладипат, смеси из гептил- и нониладипата, диизонониладипат, гептилнониладипат, а также сложные эфиры адипиновой кислоты с циклоалифатическими или содержащими простые эфирные связи эфирными спиртами, диалкилсебацаты, такие как дибутилсебацат, а также сложные эфиры себациновой кислоты с циклоалифатическими или содержащими простые эфирные связи эфирными спиртами, сложные эфиры фталевой кислоты, такие как бутилбензилфталат или бис-2-бутоксиэтилфталат, сложные эфиры циклогександикарбоновой кислоты, такие как, например, диизонониловый эфир 1,2-циклогександикарбоновой кислоты,

- сложные или простые эфиры многоатомных алифатических или ароматических спиртов или простые олигоэфиры гликолей с одним или несколькими неразветвленными или разветвленными алифатическими или ароматическими заместителями, такие как, например, сложные эфиры ди-, три- или тетрагликолей с линейными или разветвленными алифатическими или циклоалифатическими карбоновыми кислотами; примерами последней группы могут служить диэтиленгликоль-бис(2-этилгексаноат), триэтиленгликоль-бис(2-этил-гексаноат), триэтиленгликоль-бис(2-этилбутаноат), тетраэтиленгликоль-бис-н-гептаноат, триэтиленгликоль-бис-н-гептаноат, триэтиленгликоль-бис-н-гексаноат, диметиловый эфир тетраэтиленгликоля и/или бензоат дипропиленгликоля,

- фосфаты алифатических или ароматических эфирных спиртов, такие как, например, трис(2-этилгексил)фосфат (TOF), триэтилфосфат, дифенил-2-этилгексилфосфат и/или трикрезилфосфат,

- сложные эфиры лимонной кислоты, янтарной кислоты и/или фумаровой кислоты.

Особенно предпочтительно применяют один или несколько следующих пластификаторов: ди-2-этилгексилсебацат (DOS), ди-2-этилгексиладипат (DOA), дигексиладипат (DHA), дибутилсебацат (DBS), триэтиленгликоль-бис-н-гептаноат(3G7), тетраэтиленгликоль-бис-н-гептаноат (4G7), триэтиленгликоль-бис-2-этилгексаноат (3GO или 3G8), тетраэтиленгликоль-бис-н-2-этилгексаноат (4GO или 4G8), ди-2-бутоксиэтиладипат (DBEA), ди-2-бутоксиэтоксиэтиладипат (DBEEA), ди-2-бутоксиэтилсебацат (DBES), ди-2-этилгексилфталат (DOP), ди-изононилфталат (DINP), триэтиленгликоль-бис-изононаноат, триэтиленгликоль-бис-2-пропилгексаноат, диизонониловый эфир 1,2-циклогександикарбоновой кислоты (DINCH), трис(2-этилгексил)фосфат (TOF) и бензоат дипропиленгликоля.

Дополнительно слои могут содержать следующие добавки: остаточные количества воды, УФ-поглотители, антиоксиданты, регуляторы адгезии, оптические осветлители, стабилизаторы, красящие вещества, технологические добавки, органические или неорганические наночастицы, пирогенную кремниевую кислоту и/или поверхностно-активные вещества.

В одном варианте данного изобретения все слои имеют упомянутые добавки, по существу, в одинаковых концентрациях. В особом варианте данного изобретения по меньшей мере один слой не имеет регулятора адгезии (средства против адгезии). В качестве средства против адгезии в рамках данного изобретения понимают соединения, с помощью которых можно устанавливать адгезию содержащих пластификатор поливинилацетальных пленок к поверхности стекла. Соединения данного типа известны специалистам; на практике для этого часто применяют соли щелочных или щелочноземельных металлов органических кислот, такие как, например, ацетат калия/магния.

Также возможно, чтобы по меньшей мере один слой для улучшения жесткости содержал от 0,001 до 20% масс. SiO₂, предпочтительно от 1 до 15% масс., в частности от 5 до 10% масс. необязательно легированного Al₂O₃ или ZrO₂.

Пленочный многослойный материал по изобретению имеет предпочтительно общепринятую в промышленности общую толщину, например 0,38, 0,76, 1,14 мм (то есть кратно 0,38 мм).

Для получения пленочного многослойного материала по изобретению можно сначала слои отдельно получать с помощью экструдирования и затем механически, например с помощью совместного наматывания на рулон пленки соединять отдельные слои в промежуточный пленочный слой по изобретению. Также возможно пленочный многослойный материал получать с помощью одновременного соэкструдирования слоев. Соэкструдирование можно проводить, например, с помощью соответствующим образом оборудованной многослойной насадки или с помощью распределительных блоков (Feed-Block).

В автомобильной области часто применяют пленки, которые в верхней области имеют так называемую цветную полосу. Для этого можно либо верхнюю часть пленки соэкструдировать с соответствующим образом окрашенным полимерным расплавом, либо в многослойной системе один слой может иметь различную окраску. В данном изобретении это можно реализовать с помощью полного или частичного окрашивания по меньшей мере одного слоя.

Получение пленочного многослойного материала или слоев происходит, как правило, экструдированием или соэкструдированием, которое при определенных условиях (давление расплава, температура расплава и температура инструментов) происходит с получением поверхности при разрушении потока расплава, то есть поверхности с произвольной шероховатостью.

Альтернативно можно на уже полученный пленочный многослойный материал по изобретению с помощью тиснения между по меньшей мере одной парой валиков нанести равномерную непроизвольную шероховатость. Пленки с тиснением имеют, как правило, улучшенную способность к деаэрации при получении многослойного стекла и применяются предпочтительно в автомобильной области. Пленочный многослойный материал по изобретению имеет независимо от способа получения нанесенную с одной стороны или особенно предпочтительно с обеих сторон поверхностную структуру с шероховатостью R_z от 15 до 150 мкм, предпочтительно R_z от 15 до 100 мкм, особенно предпочтительно R_z от 20 до 80 мкм и в частности R_z от 40 до 75 мкм.

Принципиально способ получения и состав пленок на основе поливинилацеталей описан, например, в EP 185863 B1, EP 1118258 B1, WO 02/102591 A1, EP 1118258 B1 или EP 387148 B1.

Пленочный многослойный материал по изобретению хорошо пригоден для получения систем стекло/пленочный многослойный материал/стекло, стекло/пленочный многослойный материал/полимер или полимер/пленочный многослойный материал/полимер. В качестве полимерных пластин, в частности, применяют пластины из поликарбоната, PET или PMMA.

Особенно пригоден пленочный многослойный материал для получения систем стекло/пленочный многослойный материал/стекло, стекло/пленочный многослойный материал/полимер или полимер/пленочный многослойный материал/полимер для автомобилей, самолетов, кораблей, остекления зданий, конструктивных элементов фасадов или для получения фотоэлектрических модулей.

Пленочный многослойный материал по изобретению можно применять в частности для получения многослойного безопасного стекла с помощью ламинирования с одной или несколькими стеклянными пластинами известными специалистам способами. Многослойные безопасные стекла можно применять в автомобильной области, например в качестве лобовых стекол, а также в архитектурной области, например для окон или для прозрачных конструктивных элементов фасадов, или в производстве мебели.

Для лобовых стекол с HUD свойствами предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из слоев A, B или C имел клиновидное поперечное сечение. В частности, слой B может иметь клиновидное, а слои A и C - равномерное (плоскопараллельное) поперечное сечение.

Методы измерений

Определение содержания поливинилового спирта и поливинилацетата в PVB происходит согласно AS TM D 1396-92. Степень ацетализирования (= содержание бутираля) можно вычислить как недостающую до ста часть от определенной согласно ASTM D 1396-92 суммы содержания поливинилового спирта и поливинилацетата. Пересчет из масс.% в мол.% происходит согласно известным специалистам формулам.

Определение средней степени полимеризации происходит согласно JIS K 6726 и определяется из средневязкостной молекулярной массы применяемого для получения поливинилацеталя поливинилового спирта.

Содержание пластификатора в пленках определяют с помощью раствора пленки в этаноле и последующей количественной газовой хроматографии. Для того чтобы определить содержание пластификатора элементарной пленки, необходимо многослойные пленки после выдерживания в течение примерно 1 недели, то есть после полного окончания миграции пластификатора, снова разделить и измерять у отдельных пленок.

Измерение свойств растяжения пленок

Значения прочности на разрыв и удлинения при разрыве пленок определяли с помощью разрывной машины (фирма TIRA) согласно ISO 527 при скорости 200 мм/мин.

Испытание падающим шариком согласно ECE43

Определение показателей испытания падающим шариком происходило согласно ECE43 со стальным шариком весом 2,26 кг для стеклянных пластин размерами 30×30 см и толщиной 2 мм, которые содержали упомянутые в примерах пленки. Измерение проводили для 10 образцов стекла при температуре и влажности воздуха согласно ECE43.

Испытание адгезии при ударе

Для испытания адгезии пленок на основе содержащего пластификатор частично ацетализированного поливинилового спирта и для проверки действия антиадгезионного средства применяли так называемое испытание адгезии при ударе, которое описано в литературе в определенных вариантах. Указанное в рамках данного изобретения испытание адгезии при ударе проводили как описанное в WO 15 03/033583 A1 испытание адгезии при ударе.

Испытание на сдвиг при сжатии

Для оценки адгезии PVB-пленки к минеральному стеклу проводили так называемое испытание на сдвиг при сжатии согласно приведенному ниже описанию. Для получения испытательного образца проверяемую PVB-клеевую пленку, помещенную между двумя плоскими пластинами из силикатного стекла размером 300 мм×300 мм и толщиной 4 мм, в печи для предварительного соединения с каландровыми вальцами деаэрировали, и получали полуфабрикат стекла, а затем в автоклаве при давлении 12 бар и температуре 14,0°C в течение 30 мин спрессовывали до получения плоского многослойного безопасного стекла. Из полученного таким образом многослойного безопасного стекла вырезали 10 образцов с размерами 25,4 мм×25,4 мм. Данные образцы вставляли под углом 45° в двухкамерное испытательное устройство. Верхнюю половину устройства нагружали постоянно увеличивающейся силой, направленной точно вертикально вниз, до тех пор, пока не происходил сдвиг внутри испытательного образца, то есть в проверяемых пластинах многослойного безопасного стекла.

Параметры испытания

Испытательный образец Квадратный 25,4 мм x 25,4 мм Укладка Нижняя пластина воздушной стороной или огневой стороной к пленке (воздух/воздух) или верхняя и нижняя пластины оловянной стороной к пленке (расплав/расплав) Хранение перед испытанием 4 ч при нормальных условиях 23°C/50% относительная влажность воздуха Подача 2,5 мм/мин Количество испытаний 10 Обработка данных Максимальная сила, которая необходима для сдвига пленки стекла. Данную силу относят к поверхности образца (в Н/мм² или psi (фунтов на квадратный дюйм))

Для каждого примера полученную при сдвиге силу линейно усредняли для десяти одинаковых образцов. Если в последующих примерах и пунктах формулы изобретения ссылались на среднее значение испытания на сдвиг при сжатии, то имелось ввиду среднее значение из 10 измерений.

Примеры

Общая инструкция проведения синтеза поливинил(н)ацеталя

100 массовых долей поливинилового спирта Mowiol 28-99 (товарный продукт Kuraray Europe GmbH) растворяли в 975 массовых долях воды при нагревании до 90°C. При температуре 40°C добавляли 57,5 массовых долей н-бутиральдегида и при температуре 12°C при перемешивании 75 массовых долей 20%-ной соляной кислоты. Смесь после выпадения в осадок поливинилбутираля (PVB) нагревали до 73°C и при данной температуре перемешивали 2 часа. PVB после охлаждения до комнатной температуры отделяли, промывали нейтральной водой и сушили. Получили поливинил(н)ацеталь с содержанием поливинилового спирта 20,3% масс. и содержанием поливинилацетата 0,9% масс.

Общая инструкция проведения синтеза поливинил(изо)ацеталя

100 массовых долей поливинилового спирта Mowiol 28-99 (товарный продукт Kuraray Europe GmbH) растворяли в 975 массовых долях воды при нагревании до 90°C. При температуре 40°C добавляли 57,6 массовых долей изо-бутиральдегида и при температуре 12°C при перемешивании добавляли 75 массовых долей 20% соляной кислоты. Смесь после выпадения в осадок поливинилбутираля (PVB) нагревали до 73°C и при данной температуре перемешивали 2 часа. PVB после охлаждения до комнатной температуры отделяли, промывали нейтральной водой и сушили. Получили поливинил(изо)ацеталь с содержанием поливинилового спирта 20,3% масс. и содержанием поливинилацетата 1,2% масс.

При применении 55,6 массовых долей изо-бутиральдегида при в остальном одинаковых условиях получали поливинил(изо)ацеталь с содержанием поливинилового спирта 22,3% масс. и содержанием поливинилацетата 1,2% масс.

Получение пленки

Получали пленки из элементарных слоев с составами согласно таблицам 1 и 2 складыванием. В качестве пластификатора применяли триэтиленгликоль-2-этилгексаноат (3G8). Содержание пластификатора при складывании слоев одинаковое.

Пример 1 демонстрировал пленки по изобретению со строением поливинил(изо)бутираль/поливинил(н)бутираль/поливинил(изо)

бутираль с одинаковым содержанием поливинилового спирта и поливинилацетата. Сравнительный пример 2 демонстрировал не соответствующие изобретению пленки со строением поливинил(н)бутираль/поливинил(н)бутираль/поливинил(н)бутираль с одинаковым содержанием поливинилового спирта и поливинилацетата.

В таблице 3 представлены физические данные пленок. Оказалось, что хотя адгезионные свойства пленок к стеклу были на одном уровне, у пленок по изобретению получилась значительно лучшая прочность к проникновению.

Прочность к проникновению многослойных безопасных стекол зависит наряду с уже упомянутыми толщинами стекла и пленок также от адгезии к стеклу применяемых пленок. В общем, известно, что пленки с высокой адгезией к стеклу (адгезия при ударе 8-10) показывают более худшие результаты испытания падающим шариком, чем пленки с более низкой (адгезия при ударе 1-3) адгезией к стеклу при идентичном строении, то есть при одинаковых толщинах применяемых стекол и пленок.

Для того чтобы оценить влияние механических свойств пленки на свойства проницаемости с помощью испытания падающим шариком, сравниваемые примеры должны иметь близкий уровень адгезии, то есть отличаться не более чем на одну единицу значения адгезии при ударе.

Пример 1 показал, что при применении пленок по изобретению с изо-PVB во внешнем слое достигалась значительно лучшая прочность к проникновению, чем в примере 2, который представлял собой сравнительный пример, содержащий только пленки на основе поливинил(н)бутираля.

В примерах 3 и 4 пленок по изобретению, кроме того, общая толщина пленки меньше, чем в примере 2, из-за чего в общем ожидалась худшая прочность к проникновению. Однако неожиданно оказалось, что несмотря на меньшую толщину пленок, получилась явно лучшая прочность к проникновению.

Обозначения в таблицах:

PVA изо-PVB A: Содержание PVA в изо-PVB элементарного слоя A (масс.%)

PVA изо-PVB С: Содержание PVA в изо-PVB элементарного слоя C (масс.%)

PVA н-PVB B: Содержание PVA в н-PVB элементарного слоя B (масс.%)

PVA н-PVB А: Содержание PVA в н-PVB элементарного слоя A (масс.%)

PVA изо-PVB В: Содержание PVA в изо-PVB элементарного слоя B (масс.%)

PVA н-PVB С: Содержание PVA в н-PVB элементарного слоя C (масс.%)

Толщина изо-PVB: Толщина элементарного слоя изо-PVB (мм)

Толщина н-PVB: Толщина элементарного слоя н-PVB (мм)

Адгезия F/Sn CSS: Испытание на сдвиг при сжатии (Н/мм²)

Падение шарика: Испытание падением шарика согласно ECE43, 2 мм стекло, 30×30 см, 2,26 кг шарик (высота падения, м)

Mowiol 28-99: товарный продукт фирмы Kuraray Europe GmbH со степенью полимеризации 1700.

Таблица 1 Пример Изо-PVB
А Изо-PVB
C Н-PVB Толщина
изо-PVB Толщина
Н-PVB Общая
толщина Содержа-
ние
пласти-
фикатора
в эле-
ментар-
ном слое
изо-PVB
(масс.%) Содержа-
ние
пласти-
фикатора
в эле-
ментар-
ном слое
н-PVB
(масс.%) 1 20,3 20,3 20,3 0,3 0,2 0,8 27,5 27,5 2 - - 20,3 - 0,8 0,8 27,5 27,5 2a 21,5 21,5 20,8 0,3 0,2 0,8 27,5 27,5

Таблица 2 Пример Изо-PVB
А Изо-PVB
B н-PVB
C Толщина
изо-PVB Толщина
Н-PVB Общая
толщина Содержа-
ние
пласти-
фикатора
в эле-
ментар-
ном слое
изо-PVB
(масс.%) Содержа-
ние
пласти-
фикатора
в эле-
ментар-
ном слое
н-PVB
(масс.%) 3 20,3 20,3 20,3 0,3 0,2 0,7 27,5 27,5 4 20,3 22,3 20,3 0,3 0,2 0,7 27,5 27,5

Таблица 3 Пример Адге
зия
F/Sn CSS Адге
зия
при ударе
F Адге
зия
при
ударе Sn Падение
шарика 1 Прочность
на разрыв
(Н/мм²) Удли
нение при
раз
рыве
(%) Содержа-
ние плас-
тификато-
ра в эле-
ментарном
слое изо-
PVB после
ламиниро-
вания
(масс.%) Содержа-
ние плас-
тификато-
ра в эле-
ментарном
слое н-
PVB после
ламиниро-
вания
(масс.%) 1 14,6 4 4 11,0 29 254 28,3 25

2 14,5 5 3 5,0 30 270 - 27,5 2а 16,4 4 2 6 28,9 259 28 26 3 13,6 5 3 7,0 28,8 272 28,6 26,5 4 15,9 6 4 7,75 29,9 270 27,6 27,4

Изобретение относится к многослойным полимерным материалам для использования в безопасном остеклении. Высокопрочный пленочный многослойный материал образован из по меньшей мере трех слоев A, B и C, содержащих по меньшей мере один пластификатор и по меньшей мере один поливинилацеталь. По меньшей мере один из слоев A, B или C в качестве поливинилацеталя содержит по меньшей мере один поливинил(изо)ацеталь со средней степенью полимеризации меньше 3000, с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.% и содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.%, а слой B имеет содержание пластификатора меньше 32 мас.%. Изобретение обеспечивает создание многослойных пленок с улучшенными механическими свойствами, которые благодаря выбору применяемого поливинилацеталя имеют высокую совместимость пластификатора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

1. Пленочный многослойный материал, образованный из по меньшей мере трех слоев A, B и C, содержащих по меньшей мере один пластификатор и по меньшей мере один поливинилацеталь, отличающийся тем, что по меньшей мере один из слоев A, B или C в качестве поливинилацеталя содержит по меньшей мере один поливинил(изо)ацеталь со средней степенью полимеризации меньше 3000, с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.% и содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% , и расположенный между слоями A и C слой B имеет содержание пластификатора меньше 32 мас.%.

2. Пленочный многослойный материал по п.1, отличающийся тем, что слой B расположен между слоями A и C.

3. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что слой B содержит поливинилацеталь с содержанием групп поливинилового спирта, которое одинаковое или больше чем содержание групп поливинилового спирта в поливинилацетале в слоях A и C.

4. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что последовательность и состав слоев A, B и C являются следующими:
- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- элементарный слой C, содержащий по меньшей мере третий пластификатор и второй поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и с содержанием поливинилового спирта 10-25 мас.%.

5. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что последовательность и состав слоев A, B и C являются следующими:
- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- C, содержащий по меньшей мере третий пластификатор и второй поливинил(н)ацеталь с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%.

6. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что последовательность и состав слоев A, B и C являются следующими:
- A, содержащий по меньшей мере первый пластификатор и первый поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- B, содержащий по меньшей мере второй пластификатор и второй поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%, и
- C, содержащий по меньшей мере третий пластификатор и третий поливинил(изо)ацеталь с содержанием групп поливинил(изо)ацеталя 50-80 мас.% и с содержанием групп поливинилового спирта 10-25 мас.%.

7. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что граничащие друг с другом слои имеют содержание пластификатора, которое отличается не больше чем на 10 частей на сто частей полимера.

8. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что граничащие друг с другом слои содержат поливинилацетали, у которых содержание групп поливинилового спирта отличается не более чем на 2 мас.%.

9. Пленочный многослойный материал по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что поливинил(изо)ацетали получаются в результате взаимодействия по меньшей мере одного поливинилового спирта с одним или несколькими алифатическими кетоновыми соединениями, имеющими от 4 до 10 атомов углерода с по меньшей мере одним разветвлением в альфа- или бета-положении относительно кетоновой группы.

10. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что поливинил(н)ацетали получают в результате взаимодействия по меньшей мере одного поливинилового спирта с одним или несколькими алифатическими, неразветвленными кетоновыми соединениями, имеющими от 2 до 10 атомов углерода.

11. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что данный пленочный многослойный материал получают соэкструдированием слоев.

12. Пленочный многослойный материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что данный пленочный многослойный материал получают складыванием слоев друг с другом.

13. Применение пленочного многослойного материала по одному из пп.1-12 для получения системы стекло/пленочный многослойный материал/стекло для автомобилей, самолетов, кораблей, остекления зданий, конструктивных элементов фасадов или для получения фотоэлектрических модулей.