PL242694B1 - Sposób otrzymywania selektywnej warstwy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi oraz wypełniania tą aktywną warstwą komory lub komór szyby zespolonej i szyba zespolona zawierająca tą lub te warstwy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania selektywnej warstwy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi oraz wypełniania tą aktywną warstwą komory lub komór szyby zespolonej i szyba zespolona zawierająca tą lub te warstwy, przy czym sposób otrzymywania selektywnej warstwy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi jest on realizowany w czterech następujących po sobie etapach technologicznych, przy czym w etapie pierwszym wykonuje się glicerynową dyspersję kropek kwantowych o stężeniu wynoszącym od 20 mg/l do 40 mg/l, w etapie drugim sporządza się matrycę dla kropek kwantowych (QDS) dokonując w tym celu homogenizacji mieszaniny w reaktorze, w etapie trzecim do uzyskanej jednorodnej mieszaniny przy ciągłej rotacji mieszadła reaktora w temperaturze 35°C wkrapla się poliole 0,75% wagowych sorbitolu i 0,85% wagowych ksylitolu oraz 3,00% dyspersji kropek kwantowych w glicerolu i poddaje mieszaniu w czasie 35 - 45 minut, a w czwartym etapie do reaktora z tą mieszaniną składników wprowadza się 30,60% wagowych wodnego roztworu krzemionki koloidalnej i całość poddaje się mieszaniu w temperaturze 40 - 50°C w czasie 40 - 60 minut uzyskując mlecznobiałą mieszaninę, którą poddaje się schłodzeniu do temperatury 20 - 23°C uzyskując aktywny mlecznobiały kompozyt cieczowy o układzie koloidalnym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania selektywnej, aktywnej warstwy - matrycy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi oraz wypełnienia tą aktywną warstwą komory lub komór szyby zespolonej i szyba zespolona zawierająca tę lub te warstwy, stanowiąca wyposażenie okien budynków mieszkalnych i obiektów użyteczności publicznej.

Powszechnie stosowany wielofunkcyjny pakiet szybowy składa się, z co najmniej dwóch szyb tworzących komorę lub komory międzyszybowe wypełnione powietrzem lub innym gazem. Pakiet szklany jednokomorowy zwykle ma zewnętrzną szybę hartowaną oraz wewnętrzną szybę z powłoką emisyjną, które oddzielone są stalową ramką dystansową lub ciepłą ramką dystansową typu TGI, a utworzona między nimi komora wypełniona jest gazem.

Nanocząsteczki (monokryształy) półprzewodnikowe (quantum dots - QDS) są strukturami o wielkości porównywanej do promienia Bohra ekscytonu (para elektron - dziura). Dzięki wysokiej wydajności luminescencji oraz możliwości dopasowania przerwy energetycznej materiały stałe przygotowane z QDS znalazły zastosowanie jako źródła światła oraz w fotowoltaice.

Z kolei niskowymiarowe struktury półprzewodników zwane kropkami kwantowymi (Quantum Dots) absorbują fale promieniowania elektromagnetycznego w szerokim zakresie począwszy od UV do IR, w wyniku czego emitują one fale o ściśle określonej ich długości zależnie od energii przerwy wzbronionej w zakresie od 450 do 850 nm, które z kolei są transferowane do krawędzi układu, w którym zachodzi zjawisko fotowoltaiczne i wytwarzanie energii elektrycznej.

Kropki kwantowe to półprzewodniki o zerowymiarowej strukturze, w których ruch elektronów jest ograniczony we wszystkich trzech kierunkach, a energia elektronu jest skwantowana, przy czym kropki te są szczególnym typem nanocząsteczek, których charakterystyki są ściśle związane z ich rozmiarem. Im mniejsza jest średnica kropki kwantowej tym większa jest przerwa wzbroniona pomiędzy wierzchołkiem pasma walencyjnego i dnem pasma przewodnictwa. Przykładowo im mniejsza jest średnica cząstek tym widmo emisyjne przesuwa się w stronę fal krótszych, a zjawisko to zostało nazwane kwantowym efektem rozmiaru (Quantum Size Effect). Nanocząsteczki są zatem klasą materiałów, których właściwości są definiowane przez cechy cząstek o rozmiarach mniejszych od 100 nm. Zmiana kształtu oraz wielkości nanocząstek wpływa na takie właściwości jak: długość fali emisji, właściwości magnetyczne oraz transport ładunku w systemach półprzewodnikowych. Kluczowym elementem jest wykorzystanie nanocząstek w projektowaniu materiałów, których właściwości mogą być kontrolowane przez skalę wielkości nanocząstek, które mogą być użyte jako części składowe urządzeń oraz systemów funkcjonalnych wykorzystujących nowe technologie, korzystnie także w ogniwach słonecznych, instalacjach BIPV w których kropki kwantowe jako sensybilizatory zaadsorbowane są na fotoelektrodzie. Do najczęściej syntetyzowanych kropek kwantowych należą struktury półprzewodników II - IV zbudowane z CdSe, CdTe oraz CdSe/CdS a w skutek niewielkich ich rozmiarów 1 do 100 nm mają one dyskretne poziomy energetyczne podobne do występujących w atomach.

Znane jest również z opisu patentowego US 6346431 urządzenie oparte na kropkach kwantowych pracujące w zakresie bliskiej podczerwieni oraz sposób jego wytwarzania. Urządzenie to stanowi diodę i ma strukturę warstwową, wykorzystującą kropki kwantowe, zwane samo-rosnącymi kropkami GaAs/LnAs. Wytwarza się je w ten sposób, że na podłoże z arsenku galu nanosi się pierwszą warstwę zwilżającą z arsenku indu, a następnie warstwę arsenku galu mocno domieszkowaną indem Inx Ga (1-x) As, która na skutek niedopasowania sieciowego ulega samorzutnie przemianie na małe grudki nanometrowych rozmiarów nazywane kropkami kwantowymi samo-rosnącymi GaAs/LnAs. Następnie nanosi się warstwę buforową, na którą nakłada się warstwę zaporową z niedomieszkowanego arsenku galowo-glinowego w postaci Al(y)Ga(1-y)As. Po obu stronach struktury warstwowej nanosi się elektrody, z których każda jest wykonana na podłożu domieszkowanej warstwy kontaktowej, przy czym elektrody te połączone są ze źródłem zasilania. Emisja promieniowania podczerwonego (w bliskiej podczerwieni) zachodzi wówczas, gdy elektrody podłączy się do źródła zasilania (w układzie diody fotoluminescencyjnej), lub naświetli warstwę arsenku galu stanowiącą podłoże. W celu wytwarzania koherentnych fotonów wykorzystuje się tam ekscytony, tj. pary elektronowo dziurowe w samo-rosnących kropkach kwantowych, które wiążą równocześnie i elektrony i dziury, a w przypadku lasera ekscytonowego światło powstaje w wyniku rekombinacji promienistej pary elektron-dziura w kropce kwantowej. Energia fotonu jest wtedy rzędu przerwy wzbronionej półprzewodnika, co odpowiada promieniowaniu czerwonemu lub bliskiej podczerwieni dla kropek GaAs/LnAs.

Z kolei, z polskiego opisu patentowego nr PL 203033 znane jest urządzenie na kropkach kwantowych do generacji koherentnego promieniowania w dalekiej podczerwieni oraz sposób wytwarzania inwersji obsadzeń w matrycy kropek kwantowych zadawanych polem elektrycznym w wąskiej studni kwantowej w heterostrukturze półprzewodnikowej. Istota urządzenia na kropkach kwantowych według tego wynalazku polega na tym, że struktura warstwowa jest osadzona pomiędzy metalowymi elektrodami, z których elektroda dolna wykonana jest w postaci warstwy przewodzącej ciągłej, natomiast elektroda górna jest wykonana w postaci warstwy metalowej perforowanej. Struktura warstwowa z elektrodami stanowi kondensator, w którym pomiędzy metalowymi elektrodami na podłożu ma naniesioną barierę dolną oraz barierę górną, przy czym pomiędzy barierami jest studnia kwantowa. Kształt i rozmiary otworków elektrody górnej, określają potencjał wiążący elektrony w małych nanometrowych obszarach studni kwantowej, które stanowią kropki kwantowe. Korzystnie podłoże wykonane jest z arsenku galowo-glinowego Al0,3Ga0,7As domieszkowanego chromem Cr, bariera dolna i górna z warstwy niedomieszkowanego arsenku galowo-glinowego w postaci Al0,3Ga0,7As, natomiast studnia kwantowa z warstwy arsenku galu GaAs. W urządzeniu według tego wynalazku wykorzystuje się całkowicie inne kropki kwantowe, a mianowicie kropki kwantowe wytwarzane przy pomocy pola elektrycznego, tzn. przy pomocy elektrostatycznego ogniskowania elektronów w cienkiej studni kwantowej typu Ga(Al)As. Grubość studni jest rzędu 2 nm, co zapewnia quasi-dwuwymiarowy ruch elektronów w studni. Wielowarstwową strukturę studni kwantowej wytwarza się w standardowy sposób, tzn. metodami epitaksji z wiązki molekularnej (MBI)nakłada się warstwy barier AIo,3 Ga0,7 As, między którymi znajduje się cienka warstwa GaAs. Na skutek przesunięć krawędzi pasm w obu materiałach warstwa GaAs tworzy studnię kwantową, do której spływają elektrony z dodatkowej warstwy AIo,3 Gao,7 As domieszkowanej chromem Cr w stopniu zależnym od potrzeb gęstości elektronów w studni. Pod strukturą studni umieszcza się cienką ciągłą elektrodę metalową, zaś nad studnią umieszcza się elektrodę perforowaną wykonaną metodą litografii jonowej lub elektronowej z cienkiej warstwy metalowej. Elektrody te, po podłączeniu napięcia elektrycznego, wytwarzają odpowiednio zmodulowany przestrzennie rozkład pola elektrycznego związany z perforacją górnej elektrody, prowadzący do bocznego potencjału wiążącego dla elektronów w studni kwantowej, który jest równocześnie potencjałem odpychającym dla dziur. W przeciwieństwie do kropek samo-rosnących, puste kropki zadawane polem elektrycznym wiążą, zatem tylko elektrony, a nie ekscytony.

Znane jest także z opisu patentowego nr US2017/0069802A1 urządzenie emitujące światło, posiadające powierzchnię emitującą światło i element optyczny zawierający kropki kwantowe zamknięte w elemencie konstrukcyjnym, zawierającym pojedynczy krystaliczny szafir, przy czym ten element optyczny jest sprzężony z elementem emitującym światło będącym półprzewodnikiem przez element przewodzący ciepło. W jednym z przykładów wykonania tego urządzenia element emitujący światło będący półprzewodnikiem umieszczony jest na zewnątrz dolnej części obudowy, a element optyczny zawierający kropki kwantowe przymocowany jest do górnej części tej obudowy między jej ścianami bocznymi, pozostawiając przerwę między obu tymi komponentami. Przerwa ta może być częściowo bądź całkowicie wypełniona żelem termoprzewodzącym, optycznie przezroczystym w zakresie spektralnym promieniowania emitowanego przez barwnik (450 nm), bądź powietrzem.

Z kolei z opisu patentowego US2016/341397A1 znany jest sposób pokrywania obiektów kwantowych jedną lub większą ilością warstw izolacyjnych, po czym naniesione kropki kwantowe są dozowane w arkuszu, który jest instalowany w oświetleniu diodowym lub w elektronicznym urządzeniu wyświetlającym. W ogólnym wykonaniu, struktura półprzewodnikowa zawiera nanokrystaliczny rdzeń złożony z pierwszego materiału półprzewodnikowego, zawierającego również powłokę nanokrystaliczną składającą się z drugiego, innego rodzaju materiału półprzewodnikowego częściowo otaczającego ten rdzeń nanokrystaliczny. Następnie w sposobie tym izoluje się warstwę izolatora i rdzeń nanokrystaliczny powłoką nanokrystaliczną, a po utworzeniu pierwszej warstwy izolatora, naniesione kropki kwantowe mogą być pokryte następnymi warstwami izolatora. Poza tym w razie potrzeby pomiędzy utworzeniem każdej warstwy izolatora powierzchnia z kropkami kwantowymi może być poddawana działaniu kwasu lub zasady.

Znana z polskiego opisu patentowego nr P.423437 płyta szklana świetlna emitująca fale elektromagnetyczne wykonana ze szkła zwykłego lub umocnionego termicznie do stanu hartowanego o grubości wynoszącej od 2 mm do 12 mm typu float, lub tafla szklana wykonana ze szkła cienkiego lub ultracienkiego typu float o grubości wynoszącej od 0,5 mm do 1,8 mm, w tym hartowanego chemicznie, z naniesioną na nią sekwencyjnie co najmniej jedną warstwą falowodową wraz z umieszczoną w części środkowej powierzchni tej warstwy falowodowej warstwą aktywną falowodową konwertera, z naniesioną na nie zewnętrzną warstwą falowodową konwertera. Korzystnie w rozwiązaniu warstwy falowodowe konwertera fali elektromagnetycznej wykonane są z dwutlenku tytanu TO2 i/lub z tlenku cynku ZnO i/lub ze srebra Ag i/lub dwutlenku hafnu HfO2. Korzystnym jest także, gdy grubość warstw falowodowych wynosi od 15 nm do 200 nm, a zewnętrznej warstwy falowodowej wynosi od 10 nm do 250 nm, oraz gdy warstwy aktywne falowodowe konwertera fali elektromagnetycznej wykonane są z nanowymiarowych kropek kwantowych (QD) o architekturze „core shell”, konwertujących fale w zakresie UV i/lub VIS i/lub IR oraz wytwarzających efekt emisji fali elektromagnetycznej o zakresie długości fali widzialnej VIS.

Jak wspomniano wyżej szyby zespolone zbudowane są z kliku elementów mających wpływ na parametry gotowego pakietu szybowego, a w konsekwencji całego okna. Powszechnie stosowane w szybach zespolonych tafle szklane typu „float” hartowane termicznie mają grubość 4 mm, a przy większych powierzchniach zastępuje się je szkłem grubszym 6 mm lub 8 mm, w tym laminowanym lub hartowanym termicznie. W standardowych oknach stosuje się pakiety dwuszybowe ze zwykłym szkłem typu „float” od zewnątrz i thermofloat od wewnątrz pomieszczenia, co zapobiega ucieczce ciepła z pomieszczenia mieszkalnego. Znane są termoizolacyjne szyby zespolone wykorzystywane zwłaszcza przy produkcji okien zbudowanych z dwóch lub trzech tafli szklanych rozdzielonych ramkami dystansowymi wypełnionymi środkiem osuszającym, z przestrzeniami międzyszybowymi wypełnionymi gazem. Termoizolacyjne szyby zespolone montowane są zazwyczaj w oknach w celu ograniczenia strat ciepła z pomieszczenia na zewnątrz. Znana powszechnie termoizolacyjna antywłamaniowa szyba jednokomorowa składa się z dwóch połączonych ze sobą folią polimerową typu EVA lub żywicą, zewnętrznych tafli szklanych typu „float” o grubości 4 mm oraz wewnętrznej tafli szklanej z powłoką termoizolacyjną o grubości 4 mm, pomiędzy którymi umieszczona jest aluminiowa ramka dystansowa o grubości 16 mm, z absorbentem pary wodnej uszczelniona z tymi taflami silikonem, a przestrzeń międzyszybowa wypełniona jest mieszaniną kryptonu i powietrza. Znana jest także termoizolacyjna bezpieczna szyba jednokomorowa składająca się z tafli zewnętrznej o grubości 4 mm wykonanej ze szkła typu „float” oraz z dwóch wewnętrznych połączonych ze sobą folią lub żywicą tafli szklanych typu „float” o grubości 3 mm, z których środkowa tafla szklana na wewnętrznej powierzchni posiada powłokę termoizolacyjną, pomiędzy którymi umieszczona jest aluminiowa ramka dystansowa o grubości 16 mm, z absorbentem pary wodnej uszczelniona z tymi taflami silikonem, a przestrzeń międzyszybowa wypełniona jest mieszaniną argonu i powietrza. Znany jest również standardowy pakiet szybowy jednokomorowy składający się z dwóch połączonych ze sobą folią polimerową typu EVA lub żywicą zewnętrznych tafli szklanych typu „float” o grubości 4 mm lub 8 mm oraz z zewnętrznej tafli szklanej typu „float” o grubości 4 mm z powłoką termoizolacyjną, pomiędzy którymi umieszczona jest ramka dystansowa o grubości 16 mm również z absorbentem pary wodnej uszczelniona z tymi taflami silikonem.

Z polskiego opisu zgłoszenia patentowego wynalazku nr P.395532 znany jest zespół termoizolacyjnych szyb zespolonych, składających się z czterech tafli szklanych, w tym z dwóch szyb typu „float” oddzielonych od siebie ramkami dystansowymi wypełnionymi środkiem osuszającym, w postaci sita molekularnego, z przestrzeniami międzyszybowymi wypełnionymi suchym powietrzem lub gazem szlachetnym charakteryzujący się tym, że co najmniej dwie zewnętrzne szyby pomiędzy którymi znajdują się dwie szyby typu „float” posiadają niskoemisyjną powłokę umieszczoną na wewnętrznych powierzchniach tych szyb, zapewniającą zwiększoną izolację termiczną, a pomiędzy tymi czterema szybami, a ramkami dystansowymi znajduje się uszczelnienie pierwotne i wtórne.

Ze znanego stanu techniki nie są znane rozwiązania techniczne dotyczące zarówno szyb zespolonych jedno lub kilku komorowych jak i urządzeń absorbujących promieniowanie elektromagnetyczne z zastosowaniem ognioodpornego żelu (kompozytu cieczowego) zawierającego w swym składzie chemicznym kropki kwantowe QDS jako półprzewodnikowe struktury.

Zatem celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania uniwersalnej selektywnej warstwy ognioodpornej zwanej również matrycą, modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi wzbogaconymi kropkami kwantowymi rozmieszczonymi równomiernie w całej objętości żelu tej matrycy i jednakową koncentrację w mg/cm³. Dalszym celem wynalazku jest dobranie odpowiedniego typu tafli szklanych i ich powłok służących do wykonania szyb zespolonych, których komora lub komory wypełniane tą żelową warstwą - matrycą zapewniać będą wysoką ognioodporność zgodną z klasą „El” oraz umożliwiać będą konwersję fal UV, VIS i IR, a zarazem uzyskiwanie długości fal widzialnych typu VIS.

Sposób otrzymywania selektywnej warstwy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi według wynalazku polega na tym, że jest on realizowany w pięciu następujących po sobie etapach technologicznych polegających na tym, że:

- w etapie pierwszym wykonuje się dyspersję kropek kwantowych (QDS) o składzie chemicznym CdSe/CdS o architekturze sferoidalnej i o zdolności absorpcji fal elektromagnetyc znych z zakresu UV - VIS - IR i ich konwersji na fale o długości wynoszącej 600 nm w glicerolu lub wodzie uzyskując stężenie tych kropek kwantowych na poziomie od 20 mg/l do 50 mg/l, po czym

- w etapie drugim sporządza się matrycę dla kropek kwantowych (QDS) dokonując w tym celu w reaktorze wyposażonym w mieszadło obrotowe homogenizacji mieszaniny wprowadzając do niego kolejno:

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu, oraz

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu, które w temperaturze 20 - 23°C oraz w czasie 10 - 20 minut poddaje się mieszaniu, uzyskując jednorodną mieszaninę, a następnie

- w etapie trzecim do tej jednorodnej mieszaniny przy ciągłej rotacji mieszadła tego reaktora w temperaturze 35°C wkrapla się:

- 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu, oraz

- 2% - 3,00% wagowych glicerynowej lub wodnej dyspersji kropek kwantowych i całość poddaje się mieszaniu w tym reaktorze w czasie 35 - 45 minut, uzyskując również, jednorodną mieszaninę, po czym

- w etapie czwartym do tego reaktora z tą jednorodną mieszaniną wszystkich składników wprowadza się 30,60% - 32,00% wagowych wodnego roztworu krzemionki koloidalnej i całość w temperaturze 40 - 50°C oraz w czasie 40 - 60 minut poddaje się mieszaniu, a uzyskaną mlecznobiałą, jednorodną mieszaninę poddaje się schłodzeniu do temperatury 20 - 23°C uzyskując ciekłą selektywną matrycę ognioodporną modyfikowaną nanocząsteczkami półprzewodnikowymi, po czym tak otrzymaną matrycą

- w etapie piątym za pomocą dozownika poprzez uprzednio wykonany w ramkach dystansowych umieszczonych pomiędzy każdymi dwoma taflami szklanymi szyby zespolonej otwór wypełnia się komorę lub komory utworzone pomiędzy każdymi dwoma taflami tej szyby, po czym tak wypełnione tą ognioodporną matrycą pakiety szybowe poddaje się działaniu temperatury wynoszącej 60° - 70°C w czasie 6 - 8 godzin, w wyniku czego uzyskuje się żądaną transparentność i ognioodporność całego układu, każdego z tych zestawów szybowych, a następnie układ ten poddaje się ochładzaniu.

Szyba zespolona według wynalazku charakteryzuje się tym, że komora lub komory tej szyby wypełniona jest lub wypełnione są aktywną warstwą ognioodporną modyfikowaną nanocząsteczkami półprzewodnikowymi zawierającą w swym składzie recepturowym:

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu

- 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu

- 2% - 3,00% glicerynowej lub wodnej dyspersji kropek kwantowych

- 30,60% - 32,00% wagowych krzemionki koloidalnej.

Nanokryształy półprzewodnikowe wykorzystane do konwersji fali elektromagnetycznej wykazują wysoką stabilność chemiczną oraz temperaturową, zachowując przy tym swoje właściwości optoelektroniczne. Dzięki występującemu silnemu wiązaniu kowalencyjnemu związki II-VI, III-V nie ulegają degradacji i rozpadowi nawet w wysokich temperaturach rzędu 400°C. Funkcjonalizacja powierzchni zapewnia równomierną dyspersję w matrycy bez efektu aglomeracji oraz sedymentacji. Użyte do budowy matrycy dla kropek kwantowych QDS komponenty na bazie krzemionki - wodne roztwory krzemianów sodu i potasu oraz wodny roztwór krzemionki koloidalnej - zapewniają ognioodporność układu tworząc twardą nieprzezroczystą warstwę stanowiącą czasowe zabezpieczenie przed przedostawaniem się do sąsiednich, nieobjętych pożarem pomieszczeń ognia, dymu i gazów. Podczas spalania zestawów z nieorganicznym wypełnieniem krzemionkowym będących przedmiotem niniejszego wynalazku nie wydzielają się toksyczne substancje o szkodliwym działaniu na organizmy żywe, w przeciwień stwie do ognioodpornych zestawów z matrycami organicznymi na bazie np. związków akrylowych, których produkty rozkładu cechują się wysoką toksycznością. Materiały wchodzące w skład zestawów szklanych z wypełnieniem żelowym będącym przedmiotem niniejszego wynalazku są przyjazne dla środowiska a ich utylizacja jest łatwa, podczas gdy zestawy ognioodporne zawierające wypełnienia organiczne na bazie związków akrylowych wymagają skomplikowanego i kosztownego procesu utylizacji. Głównym komponentem zarówno szkła jak i warstw żelowych jest ditlenek krzemu, zatem rozważane układy ognioodporne cechuje wysoka kompatybilność chemiczna oraz dobra adhezja żelowego wypełnienia do powierzchni szkła. Taka zwarta, jednolita struktura w/w układów przeciwdziała procesom delam inacji zachodzącym na skutek np. niezgodności dwóch ośrodków będących w bezpośrednim kontakcie ze sobą. Oprócz związków ditlenku krzemu żel zawiera modyfikatory pełniące funkcję m.in. plastyfikatorów, do których należą poliole w postaci glicerolu, sorbitolu czy ksylitolu, które nie tylko korzystnie wpływają na proces utwardzania warstwy, ale przede wszystkim warunkują obniżenie temperatury krzepnięcia wody w układzie, dzięki czemu pakiety ognioodporne nie zmieniają swoich właściwości pod wpływem niskich temperatur, zatem mogą być aplikowane w miejscach narażonych na działanie temperatur ujemnych. Pakiet szklany z wypełnieniem żelowym jest transparentny w całym zakresie UV - VIS - IR. Zastosowany typ żelu w pakiecie szklanym nie wymaga stosowania skomplikowanych metod jego utwardzania, a maksymalna temperatura w piecu jest stosunkowo niewielka i wynosi 70°C.

Przedmiot wynalazku został dokładniej objaśniony w przykładach jego wykonania oraz na schematycznym rysunku przedstawiającym dwie tafle szklane 1 tworzące jedną komorę z umieszczoną w niej matrycą 2 utworzoną z wielu selektywnych warstw aktywnych ognioodpornych modyfikowanych nanocząsteczkami półprzewodnikowymi z udziałem kropek kwantowych 3 w przekroju pionowym.

Przykład 1

Sposób otrzymywania selektywnych warstw ognioodpornych modyfikowanych nanocząsteczkami półprzewodnikowymi i wypełniania nimi komór pakietów dwu i kilkuszybowych realizowany był w sześciu następujących po sobie etapach polegających na tym, że:

- w etapie pierwszym skompletowano kilka uprzednio wykonanych typowych pakietów szyb zespolonych w tym:

o pakiet szybowy z szybami szklanymi typu float o grubościach ich szyb od 0,5 - 1,8 mm wzmocnionych metodą wymiany jonów w kąpieli chemicznej, o pakiet szybowy z szybami szklanymi typu float o grubościach ich szyb od 1,9 - 3,9 mm wzmocnionych metodą wymiany jonów w kąpieli chemicznej oraz z szybami typu float o ich grubościach od 4 - 8 mm hartowanych termicznie, o pakiet szybowy z szybami szklanymi, których powierzchnie były pokryte warstwą dwutlenku tytanu TiO2, lub warstwą tlenku krzemu SO2, lub warstwą tlenku cynku ZnO lub warstwą tlenku hafnu HfO2, przy czym utworzone komory w tych typowych pakietach szybowych oczyszczono znanymi metodami.

- w etapie drugim dokonano dyspersji (rozproszenia) kropek kwantowych (QDS) w glicerolu to jest ich struktur (grup pierwiastkowych) II - IV w wodzie wykorzystując do tego celu 400 mg tych kropek oraz 0,02 litra glicerolu uzyskując stężenie tych kropek kwantowych w tej zawiesinie na poziomie 20 mg/ml, co zapewniło ich rozdyspergowanie w całej objętości ośrodka dyspersyjnego bez efektu aglomeracji i sedymentowania. Do tej dyspersji użyto kropki kwantowe o składzie chemicznym CdSe/CdS o architekturze sferoidalnej i o zdolności absorpcji fal elektromagnetycznych z zakresu UV - VIS - IR i ich konwersji na fale o długości 600 nm, po czym

- w etapie trzecim wykonano matrycę dla kropek kwantowych QDS na bazie krzemionki zapewniającą ognioodporność tego układu, dokonując w tym celu homogenizacji mieszaniny w reaktorze wyposażonym w mieszadło obrotowe przy prędkości obrotów 80 - 150 rpm wprowadzając do niego kolejno: 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu, 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu, które w temperaturze 20 - 23°C poddano mieszaniu w czasie 15 minut, uzyskując jednorodny układ, po czym

- w etapie czwartym do tak uzyskanej jednorodnej mieszaniny przy ciągłej rotacji mieszadła tego reaktora i w temperaturze 35°C wkroplono do niej: 0,75% wagowych sorbitolu i 0,85% wagowych ksylitolu (spełniających funkcje polioli) oraz 3% wagowych otrzymanej w etapie drugim dyspersji kropek kwantowych w glicerolu i całość poddano mieszaniu w czasie 35 - 45 minut, uzyskując jednorodną mieszaninę, a następnie

- w etapie piątym do reaktora z tak uzyskaną jednorodną mieszaniną wprowadzono 30,60% wagowych wodnego roztworu krzemionki koloidalnej i w temperaturze 40 - 50°C całość poddano mieszaniu w czasie 40 - 60 minut, a następnie uzyskaną mlecznobiałą mieszaninę schłodzono do temperatury 20 - 23°C, uzyskując ciekłą selektywną matrycę ognioodporną kompozyt cieczowy o układzie koloidalnym zwany zolem, po czym

- w etapie szóstym tym schłodzonym kompozytem cieczowym za pomocą dozownika zakończonego igłą stożkową wypełniono komory utworzone pomiędzy dwoma taflami szkła o zróż nicowanych ich grubościach 0,5 - 1,8 mm odpowiednio przygotowanych do tego celu pakietów szybowych opisanych w etapie pierwszym, wprowadzając do ich komór kilka następujących po sobie (jedna po drugiej) warstw aktywnych tego kompozytu cieczowego, co uzależnione było od obowiązującej klasy odporności pożarowej „El”, i tak przygotowane pakiety szybowe ogrzewano do temperatury 60°C i wygrzewano w tej temperaturze w czasie 8 godzin uzyskując żądaną transparentność całego układu, każdego z tych zestawów szybowych, a następnie schłodzono.

Przykład 2

Sposób otrzymywania selektywnych warstw ognioodpornych modyfikowanych nanocząsteczkami półprzewodnikowymi i wypełniania nimi komór pakietów dwu i kilkuszybowych realizowany był także w sześciu następujących po sobie etapach polegających na tym, że:

- w etapie pierwszym skompletowano kilka uprzednio wykonanych typowych pakietów szyb zespolonych wymienionych w przykładzie pierwszym, po czym

- w etapie drugim wykonano wodną dyspersję kropek kwantowych (QDS) o stężeniu 50 mg/ml wykorzystując do tego celu 500 mg tych kropek kwantowych oraz 0,01 l wody, po czym

- w etapie trzecim do reaktora wyposażonego w mieszadło obrotowe wprowadzono kolejno po sobie: 32,2% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu oraz 32,2% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu i całość w temperaturze 20 - 23°C oraz w czasie 10 - 20 minut mieszano aż do uzyskania jednorodnego układu, po czym

- w etapie czwartym to tej mieszaniny przy ciągłej rotacji mieszadła tego reaktora w temperaturze 35°C wkroplono: 0,75% wagowych sorbitolu i 0,85% wagowych ksylitolu (z grupy polioli) i całość poddano mieszaniu w czasie 35 - 45 minut uzyskując jednorodną ich mieszaninę, a następnie:

- w etapie piątym do tak uzyskanej jednorodnej mieszaniny w tym reaktorze dodano: 32% wagowych wodnego roztworu krzemionki koloidalnej oraz 2% wagowych wodnej dyspersji kropek kwantowych (QDS) otrzymanej w etapie drugim i całość poddano w temperaturze 40 - 50°C oraz w czasie 40 - 60 minut mieszaniu uzyskując mlecznobiałą mieszaninę, którą schłodzono do temperatury 20 - 23°C uzyskując ciekłą selektywną matrycę ognioodporną - kompozyt cieczowy o układzie koloidalnym zwany zolem, po czym

- w etapie szóstym tak otrzymanym kompozytem cieczowym za pomocą dozownika zakończonego igłą stożkową wypełniono komory utworzone pomiędzy każdymi dwoma taflami szkła o zróżnicowanych ich grubościach odpowiednio przygotowanych do tego celu pakietów szybowych opisanych w etapie pierwszym wprowadzając do ich komór kilka następujących po sobie (jedno po drugiej) warstw aktywnych tego kompozytu, co również uzależnione było od obowiązującej klasy odporności pożarowej „El”, a następnie

- w etapie siódmym pakiety szybowe, których komory wypełniono tą kompozycją cieczową poddano działaniu temperatury wynoszącej 70°C w czasie 6 godzin uzyskując także żądaną transparentność całego układu, każdego z tych zestawów szybowych.

W innych przykładach wypełniania pakietów szybowych kompozytem według wynalazku jego dozowanie prowadzono z wykorzystaniem częściowo zamkniętego zestawu szybowego wyposażonego w ramki dystansowe typu „super spacer” oraz ze specjalnie wykonanym otworem umożliwiającym wprowadzenie do komór tych szyb zespolonych tego kompozytu cieczowego tworzącego warstwę aktywną zwaną matrycą, usytuowaną pomiędzy dwoma szybami zestawu szybowego. Ponadto aplikację kompozytu (żelu) można realizować również poprzez jego rozlewanie na zimnej lub ciepłej szybie, następnie suszeniu w temperaturze 40 - 90°C w celu kontrolowanego odparowania nadmiaru wody. Po czym tak przygotowaną taflę szklaną łączy się z drugą taflą w procesie laminacji przy wykorzystaniu folii lub żywicy.

W innych wykonaniach niepokazanych na rysunku kilka pojedynczych pakietów szybowych zawierających warstwę aktywną (matrycę) zespolono znanym sposobem ze sobą uzyskując zarazem wyższą klasę pożarową „El”.

Przykład 3

Szyba zespolona złożona z dwóch szyb szklanych typu float, wzmacnianych metodą jonów w kąpieli chemicznej o grubościach wynoszących 0,5 - 1,8 mm, których powierzchnie pokryte były warstwą dwutlenku TiO2, tworzących jedną komorę, wypełniono warstwą aktywną, którą stanowił kompozyt cieczowy - matryca ognioodporna zawierająca w swym składzie recepturowym:

- 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu

- 32,4% wagowych wodnego roztwór krzemianu potasu

- 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu

- 3,00% dyspersji kropek kwantowych w glicerolu

- 30,6% wagowych krzemionki koloidalnej.

Przykład 4

Szyba zespolona złożona z dwóch szyb szklanych typu float, wzmacnianych metodą jonów w kąpieli chemicznej o grubościach wynoszących 4 - 8 mm, których powierzchnie pokryte były warstwą tlenku cynku ZnO, tworzących jedną komorę, wypełniono warstwą aktywną, którą stanowił kompozyt matryca ognioodporna zawierający w swym składzie recepturowym:

- 32,2% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu

- 32,2% wagowych wodnego roztwór krzemianu potasu

- 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu

- 2,00% dyspersji kropek kwantowych w wodzie

- 32,00% wagowych krzemionki koloidalnej

W innych przykładach wykonania szyby zespolone posiadały dwie lub więcej komór utworzonych z szyb typu float o zróżnicowanych grubościach i wypełnionych warstwami aktywnymi, które stanowił kompozyt o składzie recepturowym opisanym w przykładach 1-2.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania selektywnej warstwy ognioodpornej modyfikowanej nanocząsteczkami półprzewodnikowymi oraz wypełniania tą warstwą komory lub komór szyby zespolonej zawierającej warstwę lub warstwy aktywne posiadającej lub posiadających tafle szklane typu float o grubościach 0,5 - 1,8 mm wzmocnione metodą jonów w kąpieli chemicznej lub zestaw z taflami szklanymi typu float o grubościach 1,9 - 3,9 mm wzmocnionych metodą wymiany jonów w kąpieli chemicznej lub zestaw z taflami szklanymi o grubościach 4 - 8 mm hartowanymi termicznie lub zestaw z taflami szklanymi, których powierzchnie pokryte są warstwą dwutlenku tytanu (TO2) lub warstwą tlenku krzemu (SO2) lub warstwę dwutlenku cynku (ZnO) lub warstwę dwutlenku hafnu HfO2, znamienny tym, że jest on realizowany w pięciu następujących po sobie etapach technologicznych polegających na tym, że:

- w etapie pierwszym wykonuje się dyspersję kropek kwantowych (QDS) o składzie chemicznym CdSe/CdS o architekturze sferoidalnej i o zdolności absorpcji fal elektromagnetycznych z zakresu UV - VIS - IR i ich konwersji na fale o długości wynoszącej 600 nm w glicerolu lub w wodzie uzyskując stężenie tych kropek kwantowych na poziomie od 20 mg/ml do 50 mg/ml, po czym

- w etapie drugim sporządza się matrycę dla kropek kwantowych (QDS) dokonując w tym celu w reaktorze wyposażonym w mieszadło obrotowe homogenizacji mieszaniny wprowadzając do niego kolejno:

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu, oraz

- 32,2- 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu, które w temperaturze 20 - 23°C oraz w czasie 10 - 20 minut poddaje się mieszaniu, uzyskując jednorodną mieszaninę, a następnie

- w etapie trzecim do tej jednorodnej mieszaniny przy ciągłej rotacji mieszadła tego reaktora w temperaturze 35°C wkrapla się: - 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu, oraz

- 2% - 3,00% wagowych glicerynowej lub wodnej dyspersji kropek kwantowych i całość poddaje się mieszaniu w tym reaktorze w czasie 35 - 45 minut, uzyskując również, jednorodną mieszaninę, po czym

- w etapie czwartym do tego reaktora z tą jednorodną mieszaniną wszystkich składników wprowadza się 30,60% - 32,00% wagowych wodnego roztworu krzemionki koloidalnej i całość w temperaturze 40 - 50°C oraz w czasie 40 - 60 minut poddaje się mieszaniu, a uzyskaną mlecznobiałą, jednorodną mieszaninę poddaje się schłodzeniu do temperatury 20 - 23°C

PL 242694 Β1 uzyskując ciekłą selektywną matrycę ognioodporną modyfikowaną nanocząsteczkami półprzewodnikowymi, po czym tak otrzymaną matrycą

- w etapie piątym za pomocą dozownika poprzez uprzednio wykonany w ramkach dystansowych umieszczonych pomiędzy każdymi dwoma taflami szklanymi szyby zespolonej otwór wypełnia się komorę lub komory utworzone pomiędzy każdymi dwoma taflami tej szyby, po czym tak wypełnione tą ognioodporną matrycą pakiety szybowe poddaje się działaniu temperatury wynoszącej 60° - 70°C w czasie 6-8 godzin, w wyniku czego uzyskuje się żądaną transparentność i ognioodporność całego układu, każdego z tych zestawów szybowych, a następnie układ ten poddaje się ochładzaniu.

2. Szyba zespolona zawierająca warstwę lub warstwy aktywne posiadająca zestaw z taflami szklanymi typu float o grubościach wynoszących 0,5 - 1,8 mm wzmacnianymi metodą jonów w kąpieli chemicznej lub zestaw z szybami szklanymi typu float o grubościach wynoszących 1,9 - 3,9 mm wzmacnianymi metodą wymiany jonów w kąpieli chemicznej lub zestaw z szybami szklanymi o grubościach 4-8 mm hartowanych termicznie lub zestaw z szybami szklanymi, których powierzchnie pokryte są warstwą dwutlenku T1O2, lub warstwą tlenku krzemu SiO₂, lub warstwą tlenku cynku ZnO lub warstwą dwutlenku hafnu, znamienna tym, że komora lub komory tej szyby zespolonej wypełniona jest lub wypełnione są aktywną matrycą ognioodporną modyfikowaną nanocząsteczkami półprzewodnikowymi, zawierającą w swym składzie recepturowym:

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu sodu

- 32,2 - 32,4% wagowych wodnego roztworu krzemianu potasu

- 0,75% wagowych sorbitolu

- 0,85% wagowych ksylitolu

- 2 % - 3,00% glicerylowej lub wodnej dyspersji kropek kwantowych

- 30,60% - 32,00% wagowych krzemionki koloidalnej.