МНОГОСЛОЙНОЕ УФ-ПОГЛОЩАЮЩЕЕ СТЕКЛО И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C03C27/12 C08L23/20 

Изобретение относится к многослойным стеклам и может быть использовано для получения тонированных окон, стекол транспортных средств и линз, способных поглощать ультрафиолетовое (УФ) излучение и защищать от его воздействия.

Ультрафиолетовое излучение оказывает острое и хроническое воздействие на кожу и глаза человека, вызывая зуд, жжение, эритему, падение иммунитета, преждевременное старение и рак кожи. УФ-излучение оказывает негативное влияние также на окружающие материалы, вызывая обесцвечивание красителей и пигментов, пожелтение и растрескивание пластмасс, потерю их блеска и механических свойств. УФ-излучение представляет опасность для художественных и архивных коллекций в естественно-освещенных галереях, может подавлять рост и развитие сельскохозяйственных культур, а также оказывает пагубное воздействие на кожу людей, проходя сквозь окна офисных зданий и автомобилей.

УФ-защита органических и биологических материалов может быть реализована внедрением УФ-абсорберов в фотостабильную прозрачную матрицу-носитель, как правило, полимерной природы, например, для нанесения в качестве пленки (УФ-фильтра) на поверхности стекол оконных проемов для сведения к минимуму воздействия УФ-излучения в помещении. При этом пленка может быть нанесена на одну из поверхностей стекла или быть помещена между двумя стеклами. Последний способ более предпочтителен, так как позволяет защитить пленку от механического повреждения и непреднамеренного снятия с поверхности стекла. Однако в этом случае пленка должна иметь хорошую адгезию к стеклу и, по сути, выступать в качестве клея, связывающего два стеклянных листа вместе.

Полимерные клеи, построенные на экологичных принципах отказа от растворителей и реакционных веществ, могут быть двух типов: клеи-расплавы, становящиеся липкими при нагревании, и чувствительные к давлению адгезивы, приобретающие липкость при надавливании. Первый вариант клеев плох, поскольку нагревание требует дополнительных затрат энергии и может приводить к возникновению внутренних напряжений при охлаждении клеевого соединения из-за разности в коэффициентах термического расширения клея и склеиваемых материалов. Это делает чувствительные к давлению адгезивы более предпочтительным выбором при разработке УФ-поглощающих пленок для окон и стекол.

Обычно многослойное стекло состоит из двух стеклянных листов, которые ламинированы друг с другом термопластичной пленкой. Если поверхности стеклянных листов должны располагаться под углом, то принято использовать термопластичную пленку с непостоянной толщиной. В таком случае говорят о клиновидной пленке.

Известно тонированное стекло, покрытое полимерной пленкой на основе оксидов металлов, обладающей высокой адгезией к стеклу (см. RU 2231501 С1, кл. МПК С03С 17/25, С03С 17/28, опубл. 27.06.2004). Способ получения такого тонированного стекла включает получение полимерной тонирующей пленки из раствора металлсодержащих соединений, например, алкоксида алюминия и алкоксида кобальта в ацетилацетоне и нанесение пленкообразующего вещества на закаленное стекло с последующей термообработкой в предварительно нагретой до 400-600°С печи путем нагревания стекла с нанесенным покрытием до температуры 300-400°С в течение 1-3 мин. Оксид кобальта может обладать свойством поглощать УФ-лучи, однако в этом стекле и способе не проводили выбор состава, наиболее эффективного как УФ-абсорбер (УФ-поглощающей композиции).

Другими недостатками известного стекла и способа является то, что получают стекло, покрытое тонирующей пленкой лишь с одной стороны, что приводит к ее износу, и необходимость нагрева до высокой температуры (300-400°С) при получении тонированного стекла для обеспечения адгезии пленки.

Известно многослойное ламинированное стекло, содержащее первый элемент стекла, второй элемент стекла и промежуточную пленку (см. RU 2687824 C1, С03С 27/12, В32В 17/10, опубл. 16.05.2019). УФ-поглощающая промежуточная пленка содержит термопластичную смолу, окрашивающие вещества и вещество, обладающее УФ-экранирующими свойствами (на основе металла, оксида металла, бензотриазола, бензофенона, триазина, сложного эфира малоновой кислоты, оксанилида, бензоата и т.п.).

Для получения многослойного ламинированного стекла получают УФ-поглощающую пленку путем перемешивания ее компонентов и формования пленки из перемешанного продукта. Пленка промежуточного слоя располагается между первым элементом ламинированного стекла и вторым элементом ламинированного стекла так, чтобы она была зажата между ними. Первый элемент ламинированного стекла наслаивается на первую поверхность пленки промежуточного слоя. Второй элемент ламинированного стекла наслаивается на вторую поверхность, противоположную первой поверхности пленки промежуточного слоя. После этого ламинированное стекло предварительно прессуют способом вакуумного мешка и окончательно прессуют в течение 20 мин при температуре 135°С и давлении 1.2 МПа с использованием автоклава для того, чтобы получить лист ламинированного стекла.

Недостатком известного многослойного стекла и способа его получения является низкая адгезия применяемой пленки к стеклу и низкая адгезионная прочность, из-за чего для получения многослойного стекла требуется сложное и дорогостоящее двухступенчатое прессование с применением вакуума, высокого давления и повышенной температуры (135°С).

Известно многослойное УФ-поглощающее стекло, которое содержит, по меньшей мере, один первый стеклянный лист и один второй стеклянный лист, которые соединены друг с другом составным слоем, а также прозрачное, электропроводящее покрытие (см. RU 2715871 С1, кл. МПК В32В 17/10, В32В 3/26, опубл. 03.03.2020).

Составной слой содержит первую термопластичную пленку, полиэфирную пленку и вторую термопластичную пленку с отношением толщин второй термопластичной пленки и первой термопластичной пленки от 1.5:1 до 20:1. Первая термопластичная пленка и/или вторая термопластичная пленка может содержать синтетический материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилбутираля (PVB), полиэтиленвинилацетата (EVA), полиуретана (PU), полипропилена (РР), полиэтилена (РЕ), поликарбоната (PC), полиметилметакрилата (РММА), поливинилхлорида (ПВХ), полиацетатной смолы, литьевых смол, полиакрилатов, фторированных сополимеров этилена с пропиленом, поливинил фторида и/или сополимеров этилена с тетрафторэти леном. Первая и/или вторая термопластичная пленки могут быть окрашенными (тонированными), причем цвет и яркость могут выбираться в широких пределах. Вторая термопластичная пленка может быть выполнена поглощающей УФ-излучение, т.е. содержать частицы УФ-абсорбера. Если вторая термопластичная пленка является окрашенной и поглощающей УФ-излучение, полученное многослойное стекло будет УФ-поглощающим тонированным.

Способ получения многослойного стекла включает покрытие верхней стороны первого стеклянного листа термопластичной пленкой до краевой зоны стеклянного листа, полное покрытие противоположной верхней стороне поверхности термопластичной пленки, по меньшей мере, одной полиэфирной пленкой, полное покрытие свободной поверхности полиэфирной пленки, по меньшей мере, одной дополнительной термопластичной пленкой, вертикальную обрезку полиэфирной пленки и дополнительной термопластичной пленки режущим устройством на расстоянии от края термопластичной пленки, удаление полос пленки, так что дополнительная термопластичная пленка и полиэфирная пленка образуют общую кромку, и обнажается свободная горизонтальная поверхность термопластичной пленки, и прижатие другого стеклянного листа под давлением при нагревании и с использованием вакуумного мешка, причем внутренняя сторона другого стеклянного листа вступает в контакт с верхней стороной дополнительной термопластичной пленки и причем свободное пространство между кромкой, внутренней стороной и поверхностью заполняется за счет втекания материала по меньшей мере одной из термопластичных пленок.

Указанное многослойное стекло и способ его получения могут быть приняты в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).

Недостатком многослойного стекла и способа его получения по прототипу является отсутствие адгезии применяемой пленки к стеклу без нагревания из-за чего для получения многослойного стекла требуется сложное и дорогостоящее прессование с применением вакуума, высокого давления и повышенной температуры, а также низкая адгезионная прочность соединений применяемой пленки и стекла в полученном многослойном стекле.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке многослойного УФ-поглощающего стекла на основе термопластичной пленки, содержащей пигменты, поглощающие УФ-излучение, и простого экономичного способа получения многослойного УФ-поглощающего стекла без использования повышенной температуры, вакуума и давления, а также с высокой адгезионной прочностью соединений слоев в полученном многослойном УФ-поглощающем стекле.

Поставленная задача решается тем, что в многослойном УФ-поглощающем тонированном стекле, содержащем первый стеклянный лист и второй стеклянный лист, которые соединены друг с другом УФ-поглощающей тонированной пленкой, содержащей частицы УФ-абсорбера и красящее вещество, распределенные в органической среде, содержащей полиалкены, в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества УФ-поглощающая пленка содержит асфальтены, выделенные из тяжелой нефти, а в качестве полиалкенов - смесь двух полиизобутиленов, характеризующихся молекулярными массами 1100000 г/моль и 51000 г/моль, и олигомерный полибутилен с молекулярной массой 4500 г/моль, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанные асфальтены 5-30; указанный полибутилен 28-38; указанная смесь полиизобутиленов остальное.

Поставленная задача также решается тем, что в способе получения многослойного стекла, включающего получение УФ-поглощающей тонированной пленки, содержащей частицы УФ-абсорбера и красящего вещества, распределенные в органической среде, содержащей полиалкены, путем перемешивания компонентов и формования перемешанного продукта в пленку, покрытие верхней стороны первого стеклянного листа УФ-поглощающей пленкой, покрытие верхней стороны УФ-поглощающей пленки вторым стеклянным листом и скрепление в многослойное стекло первого стеклянного листа, УФ-поглощающей пленки и второго стеклянного листа, используют УФ-поглощающую тонированную пленку, содержащую в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества асфальтены, выделенные из тяжелой нефти, а в качестве полиалкенов - смесь двух полиизобутиленов, характеризующихся молекулярными массами 1100000 г/моль и 51000 г/моль, и олигомерный полибутилен с молекулярной массой 4500 г/моль, получение компонентов УФ-поглощающей тонирующей композиции осуществляют в роторном смесителе при 120°С, формование перемешанного продукта в способную к адгезии указанную пленку толщиной 130 мкм - путем пропускания перемешанного продукта, помещенного между двумя антиадгезионными полиэфирными пленками, между валами каландра, нагретыми до 120°С, и последующего охлаждения до комнатной температуры, а указанное скрепление в многослойное стекло осуществляют путем освобождения сформованной пленки от антиадгезионных полиэфирных пленок и склеивания благодаря адгезии указанной освобожденной пленки к стеклу при комнатной температуре и атмосферном давлении.

По необходимости скреплению между собой подвергают более двух стеклянных листов для получения многослойного тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в упрощении способа получения многослойного УФ-поглощающего тонирующего стекла, снижении капитальных и эксплуатационных затрат благодаря тому, что при использовании новой УФ-поглощающей тонирующей пленки возможно получать многослойное стекло без применения повышенного давления, вакуума и высокой температуры, увеличении адгезионной прочности соединений слоев в полученном многослойном УФ-поглощающем стекле, а также в утилизации асфальтенов, как побочного продукта деасфальтизации тяжелой нефти.

Неочевидность решения заключается в использовании в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества асфальтенов. Рациональная утилизация остаточных асфальтенов является важной экологической проблемой. Асфальтены в массе имеют черный окрас, однако прозрачны в тонком слое и имеют красно-оранжевый оттенок. Таким образом, они могут служить только для получения тонированных стекол, а не бесцветных. Частичное поглощение асфальтенами видимого света приводит к коричнево-красному окрасу пленки полимерного адгезива в тонком слое, не позволяя получать бесцветные склеенные стекла. Однако эта особенность может быть использована для создания тонированных защитных стекол для автомобилей, очков, окон в музеях и тому подобных приложениях. Такая область применения асфальтенов является новой, придает им добавочную стоимость и открывает новые пути для их рациональной утилизации при получении полезных продуктов.

Нижеперечисленные примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение. Пример 1

5 г асфальтенов, выделенных из тяжелой нефти путем деасфальтизации и имеющих среднюю молекулярную массу 828 г/моль, 38 г полибутилена с молекулярной массой 4500 г/моль и 57 г смеси двух полиизобутиленов (9.5 г полиизобутилена с молекулярной массой 1100000 г/моль и 47.5 г полиизобутилена с молекулярной массой 51000 г/моль) смешивают при 120°С в роторном смесителе до получения однородной композиции. Полученную УФ-поглощающую тонированную композицию формуют в УФ-поглощающую тонированную пленку путем помещения между двумя антиадгезионными полиэфирными пленками и пропускания между валами каландра, нагретыми до 120°С, и охлаждения готовой пленки - УФ-фильтра с толщиной 130 мкм до комнатной температуры.

Верхнюю сторону первого стеклянного листа, представляющего собой листовое оконное стекло, покрывают полученной УФ-поглощающей пленкой, предварительно освобожденной от одной антиадгезионной полиэфирной пленки, при комнатной температуре, липкой стороной к стеклянному листу, затем освобождают верхнюю сторону УФ-поглощающей пленки от второй антиадгезионной полиэфирной пленки и покрывают ее вторым стеклянным листом, также представляющим собой листовое оконное стекло. Скрепление в многослойное стекло первого стеклянного листа, УФ-поглощающей пленки и второго стеклянного листа осуществляется благодаря хорошей адгезии при комнатной температуре и атмосферном давлении.

В качестве антиадгезионной полиэфирной пленки используют силиконизированную полиэтилентерефталатную пленку PPI 0501 с толщиной 36 мкм или ее аналог Получают готовое многослойное тонированное УФ-поглощающее стекло.

Измеренная адгезионная прочность соединений УФ-фильтра со стеклом при отрыве, коэффициент затухания излучения с длиной волны 308 нм и отношение поглощений световой энергии при 308 нм и 524 нм (Т₃₀₈/Т₅₂₄) приведены в таблице.

Пример 2

Получение композиции, поглощающей УФ-излучение, УФ-поглощающей пленки и тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения проводят аналогично способу, указанному в примере 1, но смешивают 10 г асфальтенов, 36 г полибутилена и 54 г смеси двух полиизобутиленов (9 г полиизобутилена с молекулярной массой 1100000 г/моль и 45 г полиизобутилена с молекулярной массой 51000 г/моль).

Получение готового многослойного тонированного УФ-поглощающего стекла осуществляют как в примере 1.

Измеренная адгезионная прочность соединений УФ-фильтра со стеклом при отрыве, коэффициент затухания излучения с длиной волны 308 нм и отношение поглощений световой энергии при 308 нм и 524 нм (Т₃₀₈/Т₅₂₄) приведены в таблице.

Пример 3

Получение композиции, поглощающей УФ-излучение, пленочного УФ-фильтра и тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения проводят аналогично способу, указанному в примере 1, но смешивают 20 г асфальтенов, 32 г полибутилена и 48 г смеси двух полиизобутиленов (8 г полиизобутилена с молекулярной массой 1100000 г/моль и 40 г полиизобутилена с молекулярной массой 51000 г/моль).

Получение готового многослойного тонированного УФ-поглощающего стекла осуществляют как в примере 1.

Измеренная адгезионная прочность соединений УФ-фильтра со стеклом при отрыве, коэффициент затухания излучения с длиной волны 308 нм и отношение поглощений световой энергии при 308 нм и 524 нм (Т₃₀₈/Т₅₂₄) приведены в таблице.

Пример 4

Получение композиции, поглощающей УФ-излучение, УФ-поглощающей пленки и тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения проводят аналогично способу, указанному в примере 1, но смешивают 30 г асфальтенов, 28 г полибутилена и 42 г смеси двух полиизобутиленов (7 г полиизобутилена с молекулярной массой 1100000 г/моль и 35 г полиизобутилена с молекулярной массой 51000 г/моль).

Получение готового многослойного тонированного УФ-поглощающего стекла осуществляют как в примере 1.

Измеренная адгезионная прочность соединений УФ-фильтра со стеклом при отрыве, коэффициент затухания излучения с длиной волны 308 нм и отношение поглощений световой энергии при 308 нм и 524 нм (Т₃₀₈/Т₅₂₄) приведены в таблице.

Пример 5 (сравнительный по прототипу)

Верхнюю сторону первого стеклянного листа, представляющего собой листовое оконное стекло, покрывают термопластичной пленкой из полиэтилена до краевой зоны стеклянного листа, полностью покрывают поверхность термопластичной пленки противоположной верхней стороне полиэфирной пленкой, полностью покрывают свободную поверхность полиэфирной пленки дополнительной термопластичной пленкой из полиэтилена, содержащего 0.34 мас. % диоксида титана в качестве УФ-абсорбера и 0.66 мас. % технического углерода в качестве красящего вещества, вертикально обрезают полиэфирную пленку и дополнительную термопластичную пленку режущим устройством на расстоянии от края термопластичной пленки, удаляют полосы пленки, так что дополнительная термопластичная пленка и полиэфирная пленка образуют общую кромку и обнажается свободная горизонтальная поверхность термопластичной пленки, и прижимают другой стеклянный лист из листового оконного стекла под давлением 1.2 МПа при нагревании до 180°С и с использованием вакуумного мешка, причем внутренняя сторона другого стеклянного листа вступает в контакт с верхней стороной дополнительной термопластичной пленки и причем свободное пространство между кромкой, внутренней стороной и поверхностью заполняется за счет втекания материала по меньшей мере одной из термопластичных пленок.

Получают готовое многослойное тонированное УФ-поглощающее стекло.

Измеренная адгезионная прочность соединений в полученном многослойном стекле, коэффициент затухания излучения с длиной волны 308 нм и отношение поглощений световой энергии при 308 нм и 524 нм (Т₃₀₈/Т₅₂₄) приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить многослойное стекло при обычной температуре и атмосферном давлении. При этом полученные клеевые соединения в многослойном тонированном УФ-поглощающем стекле характеризуются высокой адгезионной прочностью, а клейкая полимерная пленка эффективно абсорбирует (поглощает) УФ-излучение. Вследствие относительно низкого отношения поглощений световой энергии в ультрафиолетовой и видимых областях (Т₃₀₈/Т₅₂₄), пленка по изобретению дополнительно тонирует склеенные стекла, снижая также поглощение в видимой области электромагнитного излучения.

Изобретение относится к многослойным стеклам и может быть использовано для получения тонированных окон, стекол транспортных средств и линз, способных поглощать ультрафиолетовое (УФ) излучение и защищать от его воздействия. Многослойное УФ-поглощающее тонированное стекло содержит первый стеклянный лист и второй стеклянный лист, которые соединены друг с другом УФ-поглощающей тонированной пленкой, содержащей следующие компоненты, мас. %: частицы асфальтенов, выделенных из тяжелой нефти в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества - 5-30, олигомерный полибутилен с молекулярной массой 4500 г/моль - 28-38, а также смесь двух полиизобутиленов, характеризующихся молекулярными массами 1100000 г/моль и 51000 г/моль, - остальное. Способ получения описанного стекла включает перемешивание всех исходных компонентов в роторном смесителе при 120°С, формование перемешанного продукта в способную к адгезии указанную пленку толщиной 130 мкм путем пропускания перемешанного продукта, помещенного между двумя антиадгезионными полиэфирными пленками, между валами каландра, нагретыми до 120°С, и последующего охлаждения до комнатной температуры, и скрепление стеклянных листов в многослойное стекло путем освобождения сформованной пленки от антиадгезионных полиэфирных пленок и склеивания стекол благодаря адгезии УФ-поглощающей тонированной пленки при комнатной температуре и атмосферном давлении. Для получения многослойного тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения скреплению между собой можно подвергать более двух стеклянных листов. Технический результат: упрощение способа получения многослойного УФ-поглощающего тонирующего стекла, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также утилизация асфальтенов как побочного продукта деасфальтизации тяжелой нефти. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Многослойное УФ-поглощающее тонированное стекло, содержащее первый стеклянный лист и второй стеклянный лист, которые соединены друг с другом УФ-поглощающей тонированной пленкой, содержащей частицы УФ-абсорбера, распределенные в органической среде, содержащей полиалкены, отличающееся тем, что в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества УФ-поглощающая тонированная пленка содержит асфальтены, выделенные из тяжелой нефти, а в качестве полиалкенов - смесь двух полиизобутиленов, характеризующихся молекулярными массами 1100000 г/моль и 51000 г/моль, и олигомерный полибутилен с молекулярной массой 4500 г/моль, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

указанные асфальтены 5-30 указанный полибутилен 28-38 указанная смесь полиизобутиленов остальное.

2. Способ получения многослойного стекла включает получение УФ-поглощающей пленки, содержащей частицы УФ-абсорбера, распределенные в органической среде, содержащей полиалкены, путем перемешивания компонентов и формования перемешанного продукта в пленку, покрытие верхней стороны первого стеклянного листа УФ-поглощающей пленкой, покрытие верхней стороны УФ-поглощающей пленки вторым стеклянным листом и скрепление в многослойное стекло первого стеклянного листа, УФ-поглощающей пленки и второго стеклянного листа, отличающийся тем, что используют УФ-поглощающую пленку, содержащую в качестве УФ-абсорбера и красящего вещества асфальтены, выделенные из тяжелой нефти, а в качестве полиалкенов - смесь двух полиизобутиленов, характеризующихся молекулярными массами 1100000 г/моль и 51000 г/моль, и олигомерный полибутилен с молекулярной массой 4500 г/моль, в следующем соотношении, мас. %:

указанные асфальтены 5-30 указанный полибутилен 28-38 указанная смесь полиизобутиленов остальное,

получение компонентов УФ-поглощающей композиции осуществляют в роторном смесителе при 120°С, формование перемешанного продукта в способную к адгезии указанную пленку толщиной 130 мкм путем пропускания перемешанного продукта, помещенного между двумя антиадгезионными полиэфирными пленками, между валами каландра, нагретыми до 120°С, и последующего охлаждения до комнатной температуры, а указанное скрепление в многослойное стекло осуществляют путем освобождения сформованной пленки от антиадгезионных полиэфирных пленок и склеивания благодаря адгезии УФ-поглощающей тонированной пленки к стеклу при комнатной температуре и атмосферном давлении.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для получения многослойного тонированного стекла с функцией защиты от УФ-излучения подвергают скреплению более двух стеклянных листов между собой.