DE1570868B2 - Verbundglas mit einer Weichmacherhaltigen Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht, deren Adhäsion am Glas gezielt steuerbar ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbundglas mit einer weichmacherhaltigen Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht, deren Adhäsion am Glas gezielt steuerbar ist.

Verbundsicherheitsglas, wie es für Windschutzscheiben moderner Kraftfahrzeuge verwendet wird, besteht aus zwei Glasscheiben, die durch eine zwischengelegte Kunststoffolie miteinander zu einem Schaltkörper verbunden sind. Das verwendete Kunststoff-Zwischenschichtmaterial ist fast durchweg Polyvinylbutyral. Polyvinylbutyral ist ein Elastomermaterial, das die Energie eines aufprallenden Gegenstandes aufnehmen oder abfangen kann, indem es eine Dehnung oder Streckung bis zu einem Grad erfährt, der von den zwischen dem Polyvinylbutyral und dem Glas wirksamen Adhäsionskräften in erheblichem Maße abhängig ist. Sofern die Adhäsion zwischen einer Kunststoffzwischenschicht und dem Glas auf einem hohen Wert gehalten wird, ist die Fähigkeit der Zwischenschicht, sich zu dehnen oder zu strecken und die Energie eines aufprallenden Gegenstandes aufzunehmen oder abzufangen, verringert bei einer folglichen Abnahme der Durchschlagfestigkeit. Wenn andererseits nur wenig oder überhaupt keine Adhäsion zwischen der Zwischenschicht und dem Glas besteht, liegt die Durchschlagfestigkeit in der Nähe eines Maximalwertes. Es leuchtet jedoch ein, daß der Zustand einer geringen oder überhaupt keiner Adhäsion bei Kraftfahrzeug-Sicherheitsglas nicht zulässig ist auf Grund der Gefahr für die Insassen durch herumfliegende Glasstücke, die sich beim Zerbrechen des geschichteten Verbundteiles von der Zwischenschicht lösen könnten.

Bei Verbundglas für Kraftfahrzeug-Windschutzscheiben gibt es also einen optimalen Wert der Adhäsion zwischen Glas und Zwischenschicht. Bei diesem optimalen Adhäsionswert läßt sich die Zwischenschicht in ausreichendem Maße dehnen oder strecken, um eine gute Durchschlagfestigkeit gegenüber stumpfen Gegenständen zu gewährleisten.

Die bisher zum Steuern der Adhäsion zwischen Polyvinylbutyral und Glas zur Verfügung stehenden Verfahren weisen alle schwerwiegende Mängel oder Nachteile auf. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, die Aufgabe der Beseitigung dieser Mangel und Nachteile durch Regeln des Feuchtigkeitsgehaltes der Vinylbutyral-Zwischenschicht zu lösen. Es ist nämlich seit langem bekannt, daß Vinylbutyral-Kunststoff der bei Verbundglas verwendeten Art bei höherem Feuchtigkeitsgehalt eine vermehrte Adhäsion gegenüber Glas aufweist. Dieser Kunststoff kann 4 bis 5% Wasser absorbieren, jedoch wird es normalerweise bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 0,3 bis 0,8% gewalzt. Indem man den Kunststoff hohen Feuchtigkeiten aussetzt, läßt sich sein Feuchtigkeitsgehalt vermehren, so daß demzufolge vorgeschlagen wurde, den Feuchtigkeitsgehalt vor dem Walzen auf etwa 1% einzustellen als Maßnahme zur Herstellung eines geringeren Adhäsionswertes, bei dem die Zwischenschicht in der Lage ist, sich bei Aufprall erheblich zu dehnen oder zu strecken, der aber noch nicht so niedrig ist, daß sich Glasteilchen von wesentlicher Größe ablösen.

Jedoch ist die Annäherung an diese hohe Feuchtigkeit bei wirtschaftlicher Herstellung von Windschutzscheiben auf großem Maßstabe schwierig beizubehalten, da sie es erforderlich macht, die Walzvorgänge unter' Bedingungen sehr hoher Feuchtigkeit durchzuführen, da sonst der Kunststoff beim Zusammenfügen der Windschutzscheibe Feuchtigkeit an die umgebende Atmo-Sphäre abgibt. Außerdem hat man festgestellt, daß Verbundglas, das mit einer Zwischenschicht mit hohem Feuchtigkeitsgehalt hergestellt ist, gegenüber Wärme weniger stabil und gegenüber Witterungseinflüssen weniger beständig ist als Verbundglas mit einer Zwischenschicht mit niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt. Ferner ist die Steuerung der durch Walzen von Zwischenschichten mit hohem Feuchtigkeitsgehalt erzielten Adhäsion nicht übereinstimmend, d. h. gleichbleibend, reproduzierbar. Anscheinend reagieren unterschiedliche Posten des Zwischenschichtmaterials unterschiedlich auf hohen Feuchtigkeitsgehalt bei einer sich daraus ergebenden veränderbaren Auswirkung auf die Adhäsion.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Adhäsion zwischen Glas und einem Vinylbutyral-Kunststoff über den in der Sicherheitsglas-Industrie heutzutage verwendeten normalen Bereich des Feuchtigkeitsgehalts der Zwischenschicht reproduzierbar steuern läßt durch Steuerung der Alkalität der Vinylbutyral-Folie.

Dies hat die Herstellung von neuartigem Verbundglas ermöglicht, das einen optimalen Glas-Zwischenschicht-Adhäsionswert besitzt.

Demzufolge ist Ziel der Erfindung die Schaffung einer

verbesserten geschichteten Verglasungseinheit, also von verbessertem Verbundglas.

Das Ziel wird dadurch erreicht, daß bei der Zwischenschicht ein alkalischer Titer von 60 bis 200 vorliegt, der als die Anzahl an ml einer 0,01 n-Säure definiert ist, die für das Neutralisieren von 100 g als Polyvinylbutyrals mit Bromphenol-Blau als Indikator erforderlich ist.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer Windschutzscheibe, die aus der verbesserten geschichteten Verglasungseinheit, d. h. aus dem verbesserten Verbundglas nach der Erfindung besteht,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 in vergrößertem Maßstäbe und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der 50% Ausfall- oder Zerstörungsgrenze bei verschiedenen Fallhöhen und Temperaturen des Walzgutes oder Verbundglases gemäß der Erfindung beim Aufprall einer 0,908 kg (two pound) schweren Stahlkugel sowie einen Vergleich dieser Grenze mit der Grenze von Walzgut oder Verbundglas, das mit nicht erfindungsgemäß behandelten Polyvinylbutyral-Zwischenschichten erzeugt wurde.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung der Erfindung. Die angegebenen Teilemengen und Prozentsätze sind, sofern nicht anders angegeben, Gewichtsteile und -prozente.

Beispiel I

100 Teile eines mit Kaliumhydroxid behandelten Polyvinylbutylharzes wurden, zunächst mit 44 Teilen eines 3 GH-Weichmachers (TriäthyIenglycol-di-2-äthylbutyrat) versetzt und auf einem Walzwerk zu einer mit einer Dicke von 0,375 mm ausgewalzt.

Die entstehende Zwischenschichtfolie mit hohem Titer wurde mit zwei Außenlagen aus 3 mm dickem Tafelglas in einer Größe von 30 χ 30 cm gewalzt. Dieses Walzgut war durchsichtig, farblos und wärmebeständig. Bei seiner Prüfung durch Eintauchen in siedendes Wasser für die Dauer von 2 Stunden wurden keine Trennstellen, Blasen oder sonstige Mängel festgestellt. Das Walzgut entspricht allen Anforderungen für Kraftfahrzeug-Sicherheitsglas einschließlich der Prüfungen auf Lichtstabilität und Lichtdurchlässigkeit.

Zusätzlich wurde in genau der gleichen Weise erzeugtes Walzgut mit Abmessungen von 30 χ 30 cm mit einer aus einer Höhe von etwa 4,5 m senkrecht frei herabfallenden, 0,908 kg schweren Stahlkugel auf seine Durchschlagfestigkeit geprüft. Das Walzgut, d. h. die Verbundglasplatten, wurden von der Kugel nicht durchschlagen, wobei nur eine geringe Anzahl feiner Glasteilchen aus den Oberflächen des Verbundglasprüflings herausgeschlagen wurde.

I Zu Vergleichszwecken wurde entsprechendes, mit 0,375 mm dicken üblichen Zwischenschichten mit niedrigem Titerwert, d.h. aus Polyvinylbutyralharzen mit einem alkalischen Titer in der Größenordnung von IO bis 30 erzeugtes Walzgut oder Verbundglas von der ),908 kg schweren Stahlkugel bei Fallhöhen von nur !,5mdurchschalgen.

Beispiel II

Ein neutralisiertes Polyvinylbutyralharz gemäß Beipiel I mit einem alkalischen Titer von 25 wurde in im wesentlichen der gleichen Weise behandelt wie nach Beispiel I mit der Ausnahme, daß an die Stelle der 0,025 n-Kaliumhydroxid-Lösung nach Beispiel I eine wäßrige 0,025 n-Kaliumacetat-Lösung trat. Bei Titrieren einer Alkohollösung von 100 g des behandelten Harzes mit einer 0,01 n-H2SO<i-Lösung wurde ein alkalischer Titer von 94 erzielt. Aus zwei 3 mm dicken Tafelglasplatten mit einer Größe von 30 χ 30 cm und einer 0,375 mm dicken, aus dem vorstehend beschriebenen behandelten Polyvinylbutyralharz und einem Weichmacher bestehenden Zwischenschicht zusammengesetztes Walzgut, d. h. Verbundglas, war in jeder Hinsicht zufriedenstellend und hielt einer Fallprobe mit einer 0,908 kg schweren Stahlkugel aus 3 m Höhe ohne Durchschlagen von Glasteilchen von dem Verbundglas stand.

Beispiel III bis V

Neutralisierte Polyvinylbutyralharze wie im Beispiel I mit einem ursprünglichen alkalischen Titer von 20 bis 25 wurde im wesentlichen in der gleichen Weise behandelt wie im Beispiel I mit der Ausnahme, daß an die Stelle der 0,025 n-Kaliumhydroxid-Lösung nach Beispiel I eine wäßrige 0,025 n-Kaliumkarbonat- und Lithiumkarbonat-Lösungen sowie eine wäßrige 0,05 n-Natriumacetat-Lösung traten. Es wurden die untenstehend aufgeführten alkalischen Titer erzielt, wobei sich sämtliche mit aus den behandelten Harzen mit hohem Titer gebildeten Zwischenschichten erzeugten Walzgut- oder Verbundglasproben in jeder Hinsicht als brauchbar erwiesen und mit Erfolg die Fallprobe mit einer 0,908 kg schweren Stahlkugel bei einer Fallhöhe von 3 m bestanden, ohne von der Kugel durchschlagen zu werden und ohne übermäßige Absplitterung von Glasteilchen von den Prüflingen.

Tabelle

Behandlungslösung Titer

0,025 n-Kaliumkarbonat 94

0,025 n-Lithiumkarbonat 112

0,05 n-Natriumacetat 183

Fig. 1 veranschaulicht die Verwendung eines erfindungsgemäß gebildeten geschichteten Verglasungsbauteils, d. h. erfindungsgemäß hergestellten Verbundglases, bei einer allgemein mit 10 bezeichneten Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe. Wie in F i g. 2 gezeigt, besteht die Windschutzscheibe aus zwei Glasscheiben 11 und 12, die mit einer zwischengelegten Zwischenschicht 13 ganz, d. h. über ihre gesamte Flächenausdehnung, verbunden sind, die aus einem Polyvinylbutyralharz, das wie vorstehend beschrieben, so behandelt wurde, daß es einen alkalischen Titer im Bereich von 60 bis 200 besitzt und einem Weichmacher für dieses Harz besteht.

Um die weitgehend verbesserten Eigenschaften, die die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile besitzen, noch deutlicher zu veranschaulichen, wurde eine Anzahl von 30 χ 30 cm großen Verbundglasscheiben hergestellt, die aus zwei Außenlagen aus 3 mm dickem Flachglas und einer 0,75 mm dicken, aus Kunstharz mit einem alkalischen Titer 81 hergestellten Polyvinylbutyral-Zwischenschicht bestehen. Diese Verbundglasscheiben wurden Fallproben mit einer 0,908 kg schweren Stahlkugel bei verschiedenen Temperaturen über einen Bereich von -18°C bis +49°C unterworfen. Fünfundzwanzig Verbundglasschciben wurden jeder von zehn in

diesem Temperaturbereich gewählten unterschiedlichen Temperaturen zerschlagen zum Bestimmen der Fallhöhe bei jeder dieser Temperaturen, bei der 50% der Verbundglasscheiben versagten, d. h. von der 0,908 kg schweren Stahlkugel durchschlagen wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden ausgewertet, und es wurde ein Diagramm angefertigt, in dem die 50% Versagens- oder Zerstörungsgrenze der Verbundglasscheiben gegenüber der Temperatur eingetragen ist. Die Kurve A nach Fig.3 zeigt die mit dem verbesserten Walzgut oder Verbundglas erzielten Prüfergebnisse.

Zu Vergleichszwecken wurde eine zusätzliche Anzahl von 30 χ 30 cm großen Verbundglasscheiben hergestellt, die aus zwei Außenlagen aus 3 mm dickem Flachglas und einer aus Kunstharz mit einem alkalischen Titer 30 hergestellten, 0,75 mm dicken Polyvinylbutyral-Zwischenschicht bestehen. Dann wurden an diesen Proben Versuche vorgenommen unter Verwendung der 0,908 kg schweren Stahlkugel zwecks Bestimmung ihrer Fallhöhe mit 50% Versagen oder Ausfall. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden ausgewertet und mit Hilfe der Kurve B nach Fig.3 graphisch dargestellt.

Wie durch die Kurven A und B nach F i g. 3 deutlich veranschaulicht, betragen die kritischen Fallhöhen der verbesserten Verbundglasscheiben bei einem Temperaturbereich von -18°C bis +27⁰C mindestens das Zweifache derjenigen der mit üblichen Polyvinylbutyral-Zwischenschichten erzeugten Verbundglasscheiben und sind bei Temperaturen von 27 bis 49°C erheblich größer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verbundglas mit einer weichmacherhaltigen Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht, deren Adhäsion am Glas gezielt steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zwischenschicht ein alkalischer Titer von 60 bis 200 vorliegt, der als die Anzahl an ml einer 0,01 η-Säure definiert ist, die für das Neutralisieren von 100 g des Polyvinylbutyral mit Bromphenol-Blau als Indikator erforderlich ist.

2. Verbundglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Dicke von etwa 0,75 mm besitzt.

3. Verbundglas nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung als Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe die Glasscheiben je eine Dicke von etwa 3 mm besitzen.

4. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der alkalische Titer durch Einarbeiten einer alkalisch reagierenden Kaliumverbindung in das Polyvinylbutyral erzielt ist.

5. Verbundglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalisch reagierende Verbindung Kaliumhydroxid ist.

6. Verbundglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalisch reagierende Verbindung Kaliumacetat ist.

7. Verbundglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalisch reagierende Verbindung Kaliumcarbonat ist.

8. Verbundglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Polyvinylbutyral eine alkalisch reagierende Verbindung eines Alkalimetalls in einer Menge von 0,6 bis 2,0 Milliäquivalenten pro 100 gdes Polyvinylbutyral eingearbeitet ist.

9. Verbundglas nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher in einer Menge von 40 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Polyvinylbutyral vorliegt.