СТЕКЛОВОЛОКОННЫЙ МАТ, СПОСОБ И ЛАМИНАТ
FIBREGLASS MAT, METHOD AND LAMINATE

Настоящее изобретение относится к устойчивым к щелочам матам, имеющим специфическое использование в связывании щелочных материалов, имеющих pH примерно 8 или выше, включая цементирующие листы или другие формы для обеспечения производственных добавок, армирования, огнестойкости и гладкой поверхности, а также ламинаты, содержащие один или более устойчивых к щелочам матов и вяжущий слой в контакте с по меньшей мере одним устойчивым к щелочам матом. Настоящее изобретение также включает способы изготовления устойчивых к щелочам матов и ламинатов, которые содержат один или более слоев устойчивого к щелочам мата. Маты, полученные согласно этому изобретению, применяют как армирование или стабилизаторы размеров для изготовления большого числа неорганических и также ламинированных продуктов, имеющих пенистый слой, но особенно применяют при использовании в контакте со слоем щелочного материала, имеющего pH 8 или выше.
Уровень техники
Известно получение различных типов матов из рубленого или непрерывного стекловолокна с синтетическими полимерными волокнами или другими волокнами и без. Тканые или нетканые волоконные маты включают стекловолокна, скрепленные термореактивными смолами, подобными мочевиноформальдегидной, меламинформальдегидной смоле или резольной формальдегидной смоле, акриловым смолам, модифицированным одним или более пластификаторами, или просто, как описано в патенте США № 5840413, и для использования различных термопластичных смол, включающих поливинилацетат, поливиниловый спирт, бутадиен-стирольный каучук, полистирол-полибутадиен-полистирол, сополимеры стирола и акрила, поливинилхлорид, огнезащитные акриловые волокна или добавки к акрилу бромированных мономеров, обычно применяемых в качестве латекса. Также упоминают использование таких матов в различных кровельных применениях и облицовочных пеноматериалах, а также использование некоторых из таких матов в качестве облицовочного материала для изготовления цементированных листов, подобных гипсовой стеновой панели или подкладочной обшивке. В последнем применении волокна в матах предпочтительно скрепляют смесями на акриловой, фенольной или поливинилхлоридной основе, но также упоминаются латексные связующие, включающие этиленвинилхлорид, поливинилацетат, этиленвинилверсатат, поливинилиденхлорид, PVOH - поливиниловый спирт (ПВС), сложный полиэфир, SBR - бутадиенстирольный каучук, уретан, силикон, меламины, этиленвинилацетат, металлические резонаторы, воск, асфальт, акриловые смолы, акрилстирольные сополимеры, ароматические изоцианаты и диизоцианаты, органогидрополисилоксаны, эпоксидные смолы, фенольные смолы, ацилированный, растворимый в воде сополимер, состоящий из метакриловой кислоты и диметилдиаллиламмонийхлорида. Также раскрыты некоторые связующие смеси, такие как 70% вес. мочевиноформальдегидной смолы с 30% вес. смеси акрилового латекса с добавлением карбоксилированного полимера, также раскрыты сополимеры этилена/винилацетата и винилацетата/винилверсатата. Такие маты для применения с минеральными вяжущими материалами раскрыты в патентах США № 6770354, 6749720, 6808793, 6931131, 6995098, 7049251, 7297396, 7354876 и 7429544 и опубликованных заявках на патент США № 2002/0151240 A1, 2003/0129903 A1, 2003/0175478 A1 и 2005/0202742 A1.
Известно также изготовление матов из нетканого волокна, содержащих полиимидоэфирные волокна и стекловолокна, скрепленные меламинформальдегидным связующим, как раскрыто в патенте США № 7250381, для применения в качестве облицовочного материала на армированном волокном термопластике и слое, сформованном при высокой температуре. Также известно, как раскрыто в патентах США № 6875308 и 7285183, изготовление облицовочного материала для гипсовой стеновой плиты путем нанесения пенопокрытия на стекловолоконный мат мокрой выкладки, содержащий отвердевшее связующее, такое как мочевиноформальдегидная смола, меламинформальдегидная смола или другие связующие из смолы. Известно также изготовление рубероида путем вшивания волокон синтетического полимера в нетканый стекловолоконный мат, содержащий отвердевшее меламинформальдегидное связующее, как описано в патенте США № 7199065, и изготовление облицовочного мата, имеющего хорошую кроющую способность, включающего стекловолокна, бумажный кроющий материал и любое известное связующее для закрепления мата, включающее меламинформальдегид, матов для применения в изготовлении продуктов, подобных временно закрепляющему щиту, стеновой плите и т.д., см. патент США № 7435694.
Известно также изготовление нетканых стекловолоконных матов с помощью прядей рубленых сухих стекловолокон, скрепленных со связующим для образования рубленой стеклопряжи, сбор рубленой стеклопряжи на движущемся конвейере без определенной системы и скрепление рубленой стеклопряжи в их пересечениях с помощью распространения сухого порошкообразного термопластичного связующего, подобного полиамиду, сложному полиэфиру или этиленвинилацетату, на увлажненных рубленых прядях с последующим высушиванием и отвердеванием связующего, как описано в патенте США № 5565049. Несмотря на то что такие продукты-маты являются очень полезными, включая прикрепление к слою полимерной пены для придания жесткости пены, эти маты не имеют такую же высокую прочность на растяжение, как желательно, и как достигнутую со стекловолоконным матом мокрой выкладки, потому что пучки или рубленые пряди в мате согласно изобретению вышеуказанного патента не скреплены, также как отдельные волокна в типичном нетканом мате. Известно также использование пучков рубленых прядей, пучков множества волокон, скрепленных термопластичным или термореактивным связующим в нетканом мате мокрой выкладки, как раскрыто в патенте США № 4129674.
Известно также изготовление нетканого стекловолоконного мата, скрепленного акриловой смолой В-стадии, имеющей температуру стеклования свыше 45°C, и применение таких матов для образования ламината с помощью вспененного слоя для применения в автомобильных верхних накладках, как раскрыто в патенте США № 6008147, но этот мат не очень хорошо подходит для ламинирования с полимерной волокнистой сетью, если желательная форма содержит сложные пространственные искривления, требующие растягивать мат по существу во время формования. Кроме того, известно применение акрилового сополимерного латекса, такого как перекрестносшитый сам с собой акриловый сополимер анионноактивного эмульгирующего типа, в качестве одного компонента из, по меньшей мере, двухкомпонентного связующего для скрепления стекловолокон и термопластика в виде частиц для изготовления армированного стекловолокном листа, который потом может быть сформован в нагретом состоянии в различные формы и изделия, как раскрыто в патенте США № 5393379.
Поэтому все еще существует необходимость в волоконном мате или облицовочном материале, имеющем более хорошую устойчивость к щелочам для применения в контакте со щелочными минеральными вяжущими веществами, для получения ламинатов, имеющих превосходную стойкость к щелочам.
Раскрытие изобретения
Изобретение основано на удивительном открытии высокой стойкости к щелочам, как определено путем замачивания в насыщенном растворе гидроксида кальция при окружающей комнатной температуре (25°C) стекловолоконных матов, скрепленных меламинформальдегидным связующим или связующими из смесей от примерно 1 до примерно 60% мочевиноформальдегида и от примерно 45 до примерно 99% меланинформальдегида, в сумме достигающие 100%, на основе веса связующего в обработанных сухих матах, по сравнению с тем же самым или подобными матами, в которых связующее, скрепляющее волокна, является акриловым связующим или акриловыми связующими, модифицированными мочевиноформальдегидным связующим или меламинформальдегидным связующим. Это открытие дало в результате улучшенные материи, содержащие стекловолокно, маты и продукты из полотна для применения в контакте с минеральными связующими веществами, имеющими высокий pH, 7,5 или выше, предпочтительно 8 или выше, особенно если сухие, и улучшенные ламинаты, содержащие вяжущий слой, стабилизированный и упрочненный одним или более из таких продуктов, содержащих стекловолокно.
Изобретение включает волоконные тканые или нетканые облицовочные маты, содержащие рубленые и/или непрерывные стекловолокна, которые особенно пригодны для ламинирования со щелочными веществами, имеющими pH 7,5 или выше, примерно 8 или выше, и также различными другими материалами, таким как дерево, сеть из полимерного волокна, стекловата или полотна или листы из минеральных волокон, вспененные обшивки и т.д., стекловолокно скрепляли латексным связующим, причем связующее содержит меламинформальдегидное связующее или композицию или смесь мочевиноформальдегидного связующего и меламинформальдегидного связующего, и меламинформальдегидное связующее с меламинформальдегидом, типично присутствующим в связующей смеси в интервале от примерно 45% вес. до примерно 99% вес., предпочтительно от примерно 45% вес. до примерно 97,5% вес., исходя из отвердевшего связующего в сухих матах. Более типично, меламинформальдегид присутствует в связующей смеси в количествах, по меньшей мере, от примерно 50% вес. до примерно 99% вес., предпочтительно от 55 до примерно 99% вес., более предпочтительно от примерно 60 до примерно 97,5% вес., наиболее предпочтительно от примерно 65 до примерно 95% вес., в особенности от 70 до примерно 92,5% вес.
Изобретение также включает ламинаты, содержащие один или более таких матов и/или тканые или нетканые маты, содержащие рубленые и/или непрерывные стекловолокна или нити, волокна в матах скрепляли связующими на основе меламинформальдегида с имеющимся слоем щелочного минерального связующего вещества и перед отвердеванием минерального связующего вещества. Все эти маты являются особенно полезными в качестве облицовочных материалов на щелочном веществе, имеющем pH примерно 7,5 и выше после отвердевания и, во влажном состоянии, такой как 8 или выше, 8,5 или выше, и в особенности примерно 10 и выше. Такие значения pH - для влажного минерального вяжущего.
Изобретение также включает ламинаты, состоящие из вышеупомянутых тканых и/или нетканых матов и полотен, покрытых или непокрытых, в которых волокна скрепляют связующим, содержащим меламинформальдегид в количествах от примерно 60 до примерно 100% вес., и причем суммарные процентные содержания достигают 100%, и мочевинный меламинформальдегид присутствует в количествах от примерно 60 до примерно 0% вес., и исходя из количества связующего в сухих матах или полотнах, и в которых непокрытая поверхность мата и/или полотна находится в контакте со слоем минерального вяжущего, имеющего pH, по меньшей мере, примерно 7,5, более типично, по меньшей мере, примерно 8 и наиболее типично, по меньшей мере, примерно 8,5 после отвердевания минерального вяжущего, но часто имея pH, по меньшей мере, примерно 10, когда влажное, и перед тем, как влажное минеральное вяжущее гидравлически затвердело.
Изобретение также включает способ изготовления тканых и/или нетканых матов, описанных выше, который включает скрепление и/или покрытие волокон, включающих рубленное и/или непрерывное стекловолокно, латексным связующим, содержащим меламинформальдегид в количествах от примерно 45 до примерно 100% вес. и мочевинный меламинформальдегид, присутствующий в количествах от примерно 60 до примерно 0% вес., доводя общее процентное содержание до 100% и исходя из количества связующего в сухих матах или полотнах. Предпочтительно смесь содержит мочевиноформальдегид и меламинформальдегид, причем мочевиноформальдегид присутствует в смеси в диапазоне от примерно 60 до примерно 1% вес., исходя из отвердевшего связующего в сухих матах, чтобы защитить волокна и получить устойчивые к щелочам маты для применения в качестве облицовочных листов. Другое соотношение UF к MF в смеси описывают выше в устойчивых к щелочам матах. В способе применимы другие связующие смеси, раскрытые для вышеописанных продуктов изобретения. Один частный вариант воплощения способа включает диспергирование волокон, включающих стекловолокна, в обычной оборотной воде, для изготовления водной суспензии, сбор диспергированных волокон на проницаемой подложке для образования влажного, волоконного нетканого мата, пропитывание влажного мата латексом связующего смеси UF/MF, удаление избытка воды и связующего из влажной сети нетканого полотна и высушивание, и нагревание мата при температуре окружающей среды и времени, при которых будет отверждаться связующее, образуя связи там, где волокна пересекают друг друга.
Настоящее изобретение также включает способ изготовления ламинатов, содержащий слой щелочного вещества, в особенности щелочного вещества, имеющего pH 7,5 или выше во влажном состоянии, предпочтительно примерно 8 или выше во влажном состоянии, и один или более устойчивых к щелочам матов или матов, содержащих стекловолокна и латексное связующее, содержащее меламинформальдегид и слой щелочного вещества, имеющего pH примерно 7,5 или выше во влажном состоянии, предпочтительно примерно 8 или выше во влажном состоянии. Щелочное вещество более типично будет иметь pH примерно 8,5 или выше, и часто примерно 9 или выше и даже примерно 10 или выше. Волоконные маты предпочтительно могут быть ткаными или неткаными, мокрой выкладки или сухой выкладки, неткаными, из расплава, полученными аэродинамическим способом из расплава или из стекловолокна кардного, сплошного или прошитой сетью, рубленого и/или непрерывного, стекловолокна с или без утолщений или нитей, и с измельченными и/или цельными волокнами органического полимера, или натуральными волокнами, или без. Волоконные маты могут также включать тканые или нетканые полотна, содержащие жгуты-ровницу непрерывного волокна или нити, и с измельченными и/или непрерывными волокнами органического полимера или натуральными волокнами, или без.
Маты настоящего изобретения могут также иметь пучки неполностью диспергированных волокон, в которых волокна предпочтительно, по меньшей мере, длиной 0,75 дюйма, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, длиной 1 дюйм. Маты по изобретению и в ламинатах могут иметь обычное покрытие на, по меньшей мере, одной поверхности, чтобы улучшить образование скрепляющего или вспененного слоя на непокрытой поверхности мата до известной степени. Маты могут также содержать пигменты, красители, антивоспламенители, а также другие добавки при условии, что они значительно не уменьшают способность мата скрепляться со связывающим слоем или вспененной поверхностью и значительно не уменьшают устойчивость к щелочам матов. Пигменты или другие добавки могут быть включены в связующее при желании.
Когда слово "примерно" используют в настоящем описании, то это означает, что количество или условие может несколько изменяться за пределами, которые установили при условии, что реализуются преимущества изобретения. Практически, редко есть время или источники, доступные для очень точного определения пределов всех параметров чьего-либо изобретения, потому, если бы сделать так, потребовалось бы усилие более значительное, чем может быть обосновано на момент, когда изобретение разрабатывают до коммерческих реальных условий. Специалист понимает это и ожидает, что раскрытые результаты изобретения должны простираться, по меньшей мере, отчасти, вне одного или более раскрытых пределов. Позже, имея преимущество раскрытия изобретателями и понимания идеи изобретения и раскрытые варианты воплощения, включающие лучший известный изобретателям вариант осуществления изобретения, изобретатель и другие могут без изобретательского усилия исследовать пределы, раскрытые для определения, если реализуется изобретение вне этих пределов и если найдены варианты воплощения без любых неожиданных характеристик, эти варианты воплощения существуют в значении понятия "примерно", как использовано в настоящем описании. Для специалиста или других не трудно определять, является ли такое вариантом воплощения, как ожидалось, или по причине или разрыва в непрерывности результатов, или одной или более особенностей, которые являются значительно лучшими, чем доложенные изобретателем, является поразительным и, таким образом, неочевидной идеей, ведущей к дополнительному продвижению в области техники.
Подробное описание изобретения
Известно изготовление армирующих тканых материи и полотна, а также нетканых матов, полотна, причем все содержат рубленое и/или непрерывное стекловолокно с или без других волокон, включая синтетические полимерные волокна, керамические волокна, включающие углеродные волокна и природные волокна. Волокна присутствуют в форме рубленых волокон, рубленых волокнистых прядей, содержащих отвердевшее связующее, прямо намотанных или спутанных вместе, и пряжи для получения этих материй, матов и полотен как таковых, или на подложках, покрытых или непокрытых, и/или ламинатов в производстве большого ряда кровельных и ламинатных продуктов. Могут быть использованы известные способы изготовления нетканых матов, такие как способы мокрой выкладки, описанные в патентах США № 4129674, 4112174, 4681802, 4810576, 5484653 и 6187697, раскрытия каждого, таким образом, включены в настоящее описание посредством этой ссылки. В этих способах суспензия стекловолокна изготавливается путем добавления рубленого стекловолокна с рублеными жгутами - ровницей, или без, включающих пучки волокон, скрепленных отвердевшим связующим, к типичной оборотной воде в пульпере для диспергирования волокон в оборотной воде, образование суспензии, имеющей концентрацию волокна примерно 0,2-1,0% вес., дозирования суспензии в поток оборотной воды для разбавления концентрации волокна до примерно 0,18% вес. или ниже и подачи этой суспензии на наклонную сетку, образованную проволокой для обезвоживания и образования влажной волокнистой сети. Пряжа из непрерывных волокон может быть добавлена, как сформовано влажная сеть - полотно, или сразу после в направлении резания, или в наклоняемую на заданный угол модель, при желании, что является известным. Потом влажное волоконное полотно частично обезвоживают путем пропускания над одним или более сифонными ящиками, влажное полотно перемещают на другую движущуюся проницаемую ленту, на которой затем водное связующее наносят на мат, как например устройством для нанесения покрытий поливом, и избыток связующего удаляют с помощью вакуумного ножа, и получающийся мат из полотна сушат в печи путем нагревания мата до температуры достаточно высокой, чтобы удалить воду и отвердить связующее. Различные пигменты, наполнители и/или другие функциональные составляющие могут быть включены в суспензию оборотной воды или в связующее, как раскрыто в патенте США № 6187697. Эти известные способы с модификациями, как будет описано далее, могут быть применены для изготовления продуктов настоящего изобретения. Альтернативные способы формования для изготовления матов мокрой выкладки из изобретения, модифицированные для использования связующих, как раскрыто в настоящем описании, включают применение обычных технологий изготовления бумаги или картона, таких как формование длинносеточного плоского слоя, цилиндрическое формование и т.д.
Обычные способы "сухого переноса", использующие кардование, соединение внахлестку или распределение неориентированного волокна, такие как известные способы для изготовления матов из рубленых прядей или рубленого волокна, могут также быть использованы для изготовления матов из измельченных прядей из изобретения. Обычные способы изготовления матов из непрерывных прядей могут быть применены в изготовлении матов изобретения. Обычные способы изготовления холстов под штукатурку могут быть использованы для изготовления холстов изобретения, модифицированные для использования связующих, как раскрыто в настоящем описании.
Предпочтительным методом изготовления матов настоящего изобретения является формование разведенной водной суспензии волокон и проведение осаждения суспензии на наклонную движущуюся сетку, образованную проволокой, для обезвоживания суспензии и формирования влажного нетканого волоконного мата на машинах, подобных столовым длинносеточным бумагоделательным машинам Hydroformer™, производимым фирмой Voith - Sulzer, Аплтон Висконсин, или Deltaformer™, производимым компанией North County Engineers of Glens Falls, Нью-Йорк.
Суспензия, используемая в вышеупомянутых способах формования матов мокрой выкладки, содержит волокна, предпочтительно стекловолокна или смесь стекловолокон и волокон одного или более другого типа с частицами пигмента или без, наполнитель или другой функциональный материал, со стекловолокнами, составляющими все волокна или большинство волокон. Степень дисперсности любых частиц в суспензии должна быть такой же наибольшей, как у большинства частиц, которые будут задержаны в мате во время формования и не переместившихся к нижней поверхности или вымытых из мата оборотной водой, покидающей влажное полотно.
Большинство рубленых стекловолокон любого типа, рубленых прядей стекловолокон, скрепленных отвердевшим связующим, пряди непрерывного стекловолокна или пряжа могут быть использованы в изобретении, но предпочтительны стекла, известные как E стекла, AR стекла, R и/или S стекла. Длина и диаметр стекловолокон в рубленых стекловолокнах и рубленных стекловолоконных прядях могут быть выбраны исходя из предполагаемого применения и желательных свойств, но для применения в ламинатах, раскрытых в настоящем описании, типичные длины стекловолокон будут в интервале от примерно 0,2 до примерно 3 дюймов длины, более предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2 дюймов длины и более типично в интервале от примерно 0,7 до примерно 1,2 дюймов длины. Диаметр стекловолокон во всех продуктах из стекловолокна, применяемых в изобретении, будет типично средним или номинальным диаметром волокна в интервале от примерно 6 до примерно 23 микрон, более типично в интервале от примерно 9 до примерно 17 микрон и наиболее типично от примерно 12 до примерно 16 микрон. Наиболее типично, что стекловолокна покрывают амино- или уреидосиланом, имеющими гранулометрический состав, который хорошо известен, и такие стекловолоконные продукты легко доступны от производителей стекловолокна. Предпочтительными волокнами являются М, или К, или Н137 и Н, К или М 117Е стекловолокна, доступные от корпорации Johns Manville International, Inc., Денвер, Колорадо, но большинство любого коммерческого продукта из влажного рубленого стекловолокна будет пригодно для изготовления продуктов из мата влажной выкладки. В то время как наиболее типично все или большинство волокон в материалах, матах или холстах являются стекловолокнами, незначительная часть нестеклянных волокон могут быть также использованы, такие как синтетические или природные органические волокна, подобные нейлону Nylon™, полиэстеру, полиэтилену, полипропилену, целлюлозным волокнам или волокнам производных целлюлозы, а также керамические волокна, включая углеродные волокна.

Связующие, использующиеся в матах содержат или меламинформальдегид или смеси мочевиноформальдегида (UF) и меламинформальдегида (MF) обычно в виде растворов с другими функциональными составляющими или без, включая катализаторы отверждения пластификаторов, противовспениватели, диспергирующие агенты, модификаторы вязкости, биоциды, антивоспламенители и пигменты. Поскольку мочевиноформальдегидные связующие по существу менее дорогостоящие, чем меламинформальдегидные связующие, то обычно предпочитают использовать такое же высокое соотношение UF к MF, какое будет давать желательную стойкость к щелочам в любом конкретном ламинатном продукте. Пригодные интервалы отношений UF к MF составляют, по меньшей мере, 1,05 к 1 (UF к MF; весовое соотношение), предпочтительно, по меньшей мере, 1,1 к 1, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1,25 к 1. Некоторые желательные продукты UF и MF связующего, особенно полезные в изобретении, включают следующее. Коммерчески доступные связующие, такие как Resi-Mat 2928, UF связующее, поставляемое корпорацией Georgia-Pacific Corp., Атланта, Джорджия, а также Astromel CR-1, MF связующее, поставляемое фирмой Hexion Speciality Chemicals, Моргантаун, Северная Каролина, являются как раз двумя примерами многих пригодных, коммерчески доступных связующих для применения в изобретении.
В способах мокрой выкладки влажное нетканое полотно из волокон перемещают на вторую движущуюся сетку и пропускают через устройство для пропитывания связующим, предпочтительно используя обычное устройство для нанесения покрытий поливом, где водный меламинформальдегид или мочевиноформальдегидное-меламинформальдегидное связующее с одним или несколькими функциональными составляющими наносят на мат каким-либо одним из нескольких известных способов. Пропитанный мат затем пропускают через один или более вакуумных ножей известным способом, несмотря на удаление еще на движущейся сетке избытка водного связующего. Другие функциональные ингредиенты могут включать катализаторы отвердевания, пластификаторы, противовспениватели, диспергирующие агенты, поверхностно-активные вещества, модификаторы вязкости, биоциды, антивоспламенители, силаны, пигменты и другие.
Влажный мат затем перемещают на сетчатую транспортерную ленту, движущуюся через печь или сотовидный барабан, и подвергают воздействию горячего воздуха для высушивания влажного замедленного полотна и отвердевания связующего в мате, включая места, где волокна контактируют и/или пересекаются друг с другом в непосредственной близости для скрепления волокон, чтобы сформовать маты изобретения. Как правило, мат подвергают воздействию температуры в интервале от примерно 250 до 450°F в течение, по меньшей мере, 20 секунд для отвердевания связующего(их).
При изготовлении материалов и полотна, содержащего жгуты-ровницу в сборе и/или пряжу, отвердевшее связующее в прядях непрерывного волокна, скрепляющее волокна, является предпочтительно меламинформальдегидом или смесью мочевиноформальдегида и меламинформальдегида, в которой меламинформальдегид присутствует в количествах от примерно 2,5 до примерно 99% вес., и мочевиноформальдегид присутствует в количестве от примерно 97,5 до примерно 1% вес., исходя из веса связующего в сухих матах или полотнах. Если связующее, скрепляющее волокна в прядях ровницы, как раз не описано, тогда ткань или полотно подвергают воздействию водного связующего, как описано именно выше, и нагревают для высушивания и отвердевания связующего и для покрытия жгутов ровницы и сцепления жгутов ровницы, когда они контактируют друг с другом, включая те расположения, где они пересекаются друг с другом. Этот последний этап также применяют в изготовлении матов из рубленых прядей с помощью рубки жгутов ровницы в сборе и беспорядочного размещения рубленых прядей на движущемся проницаемой ленте с последующим нанесением связующего, и высушиванием мата, и отвердеванием связующего.
Количество связующего в мате находится в интервале от примерно 10 до примерно 35% вес. от веса сухого, непокрытого мата, более типично в интервале от примерно 15 до примерно 25% вес. и наиболее типично в интервале от примерно 17 до примерно 23% вес., такой как интервал от примерно 18 до примерно 21% вес.
Базовый вес материй, матов или полотен будет зависеть от конкретного применения. Базовый вес может понижаться или повышаться в зависимости от желательной жесткости и прочности ламината. Базовые веса уже 0,5 фунта на 100 квадратных футов могут возрасти в конце машины для матов и позже урезаны и обработаны для применения. Максимальный вес должен определяться производительностью процесса формования мата и/или печи для сушки. Типично, для применения в изготовлении ламинатов, содержащих один или более слоев щелочного вещества, базовый вес должен меняться в интервале от примерно 1 до примерно 5 фунтов/100 кв. футов, более типично от примерно 1,4 до примерно 3 фунтов/100 кв. футов. Так как базовый вес мата может меняться, другие свойства материй, матов и полотен изобретения и ламинатов, использующих эти волоконные продукты, включая проницаемость для воздуха и/или жидкости, прочности на растяжение и разрыв, прочность на растяжение в горячем влажном состоянии или удерживающая способность, а также толщина будут также изменяться, и конкретный номинальный базовый вес и/или другие свойства будут выбираться, чтобы удовлетворить потребность в изготавливаемом конкретном ламинатном продукте и применении его, для которого мат или ламинат предназначен.
2
2
Волокнистый материал для облицовки применяют в значительной степени для изготовления ламинатов, потому что прочность и устойчивость таких материалов для облицовки обеспечиваются в обработанном ламинатном продукте. Таким образом, одним из наиболее важных свойств материй, матов и полотен в качестве используемых для изготовления ламинатов изобретения, в которых они должны быть в контакте со слоем щелочного вещества, является стойкость к щелочным условиям, особенно - влажным щелочным условиям, включая выборочное сохранение прочности на разрыв после подвергания воздействию щелочных растворов с высоким pH, таких как 1%, или более, раствор NaOH, насыщенные растворы Mg(OH) и Ca(OH) при температурах окружающей среды, или повышенных, таких как примерно 60°C в течение периода времени, такого как 6 часов или дольше для повышенных температур, или 30 дней, 90 дней, и дольше при температурах комнатной и окружающей среды (25°C). Одним испытанием для измерения устойчивости к щелочам матов, материй и полотен является замачивание материи или мата в испытываемом растворе при температуре окружающей среды или повышенной в течение желательного времени и затем измерение прочности, потери веса или других характеристик и сравнение с необработанными образцами. Длительный срок выполнения может быть аппроксимирован ускорением коррозии или растворения с помощью нагревания испытываемого раствора вплоть до его температуры кипения на всем протяжении испытания.
2
2
Поскольку NaOH обычно не присутствует в каком-либо значительном количестве в минеральных вяжущих веществах, которые содержат большинство соединений кальция и в гораздо меньшей степени соединения магния, то предпочтительно использование водных растворов Ca(OH) и в некоторых ограниченных применениях также водных растворов Mg(OH) для испытаний на стойкость к щелочам.
Следующие примеры раскрывают некоторые варианты воплощения изобретения и показывают удивительные свойства устойчивости к щелочам по сравнению с некоторыми другими типичными типами связующего, использованного в матах материала для облицовки, содержащих все или большинство стекловолокон. Маты мокрой выкладки применяют в этих примерах для демонстрации влияния связующего на устойчивость к щелочам мата и, таким образом, пригодность волоконных матов, материй и полотен для контакта с минеральными связующими, имеющими высокий pH. Все пределы прочности в примерах измеряют в направлении резки мата, т.е. в том направлении, в котором мат ориентировали на машине для влажных матов, которая формовала маты.
Пример 1
Суспензию волокна готовили путем добавления рубленных влажных волокон длиной 1 дюйм стекла типа M 117 E (номинал 16 микрон), производимых корпорацией Johns Manville International, Inc., Денвер, Колорадо, имеющих содержащее силан химическое проклеивание на поверхности, что хорошо известно, к катионоактивной оборотной воде, содержащей средство для сгущения Natrosol™, производимое компанией Aqualon, Inc., Уилмингтон, Делавэр, и катионное поверхностно-активное вещество С-61, этоксилированный твердый амин, производимый компанией Cytec Industries, Inc., Мористаун, Нью-Джерси, как диспергирующий агент для образования концентрации волокна примерно 0,8% вес. После предоставления суспензии возможности перемешивания в течение, по меньшей мере, примерно 5 минут для тщательного диспергирования волокон суспензию дозировали в движущийся поток такой же оборотной воды для разбавления концентрации волокна до усредненной концентрации примерно от 0,05 до 0,006% вес. перед накачиванием разбавленной суспензии в напорный ящик в Voith Hydroformer™, где влажное нетканое полотно непрерывно формовали с достаточным базовым весом для получения обработанного сухого мата, имеющего номинальный базовый вес от примерно 4,5 фунтов на 100 кв.футов.
Влажное полотно непрерывно удаляли из формующей сетки и перемещали на поточный Sandy Hill Curtain Coater, где наносили меламинформальдегидное связующее в избытке, и пропитанное полотно затем пропускали над вакуумным ножом, который удалял избыток и оставлял достаточное количество в мате для получения концентрации в мате от примерно 13 до примерно 24% вес., номинально примерно 17-21% вес. Водное MF связующее, содержащее 97,8% вес. связующее меламинформальдегидного типа CR-1, 1% вес. катализатора формы Ancel SI-1 Hexion, 1,1% вес. поверхностно-активного вещества Emerest 2646 от компании Pulcra Chemicals, Молдин, Южная Каролина, 0,1% вес. силана Y5823 от Momentive Performance Materials of Friendly, Западная Вирджиния, процентные содержания связующего основывали на весе связующего после высушивания для удаления воды.
Влажный мат затем переносили на печной конвейер и доводили до конца печи для высушивания и нагревания мата, чтобы удалить воду, и затем - до температуры примерно 400°C в течение менее чем 60 секунд для отверждения связующего из MF смолы, заставляя его скреплять волокна. Получающийся сухой, нетканый мат влажной выкладки имел следующие свойства:
Толщина (мил) - 80 номинальная
Базовый вес (фунт/кв.фут) - 4,5
Потеря веса при прокаливании (%) - 18,5
Предел прочности на растяжение - направление резки (фунт/3 дюйма) - 130
Сопротивление растяжению во влажном состоянии (фунт/3 дюйма) - 75 (после замачивания в воде в течение 10 мин при 180°F.
Растяжение после замачивания через*
<u>Водонасыщенность</u>
<u>Са(ОН)</u><sub>2</sub>
<u>Насыщенность Mg(OH)</u><sub>2</sub>
<u>1% NaOH</u>
30 дней, % удерживания
93
70
50
54
90 дней, % удерживания
74
53
35
31
* Все при окружающей комнатной температуре (25°C).
Эти данные испытаний показывают, что мат этого примера должен быть пригоден для применения в ламинатах, в которых мат находится в контакте со слоем минерального связующего.
Пример 2
Этот мат изготавливали тем же самым способом, как мат примера 1, за исключением того, что влажное полотно было достаточной толщины для получения обработанного сухого мата, имеющего базовый вес только примерно 1,15 фунтов/100 кв. футов, и наносимое связующее было смесью 50% вес. связующего Resi-Mat 2928 UF типа и 50% вес. связующего MF типа, описанного выше в примере 1. Сухой обработанный мат имел следующие свойства:
Базовый вес- 1,15 фунт/кв.фут номинальный
Потеря веса при прокаливании (%) - 18,5
Удерживание растяжения после замачивания через
<u>Нас. Са(ОН)</u><sub>2</sub>
<u>3% NaOH</u>
6 часов при 60°С, % удерживания
51
10
Эти данные указывают, что этот мат должен быть пригоден для применения в качестве материала для облицовки на минеральных связующих материалах в ламинатах.
Пример 3
Контрольный нетканый мат влажной укладки изготавливали с использованием такой же процедуры, примененной в примере 1, за исключением того, что стекловолокна были рублеными влажными стекловолокнами К249 (13 микрон номинал), толщина влажного волоконного полотна была такой, как для получения базового веса в обработанном, сухом мате 1,5 фунт/100 кв.футов, и использованное связующее было связующим акрилового типа, использующееся в промышленности для скрепления стекловолокон в коммерческих нетканых матах. Обработанный сухой мат имел следующие свойства:
Толщина (мил) - 24 номинальная
Базовый вес (фунт/кв.фут) - 1,5 номинальный
Потеря веса при прокаливании (%) - 17
Предел прочности на растяжение - направление резки (фунт/3 дюйма) - 87
Сопротивление растяжению во влажном состоянии (фунт/3 дюйма) - 45
Растяжение после замачивания через*
<u>Водонасыщенность</u>
<u>Са(ОН)</u><sub>2</sub>
<u>Насыщенность Mg(OH)</u><sub>2</sub>
<u>1% NaOH</u>
30 дней, % удерживания
86
44
15
4
90 дней, % удерживания
92
26
8
5
* Все при окружающей комнатной температуре (25°C).
Эти данные испытаний показывают, что устойчивость к щелочам стекловолокна, скрепленного акриловым связующим, существенно хуже мата из стекловолокна, скрепленного меламинформальдегидным связующим, и указывают, что скрепленный акрилом мат также имеет меньшую устойчивость к щелочам, чем маты из стекловолокна, скрепленного смесью MF и UF связующего.
Пример 4
Другой контрольный мат изготавливали с использованием такой же процедуры, примененной в примере 1, за исключением того, что использовали стекловолокна К117 (13 микрон номинал), влажное полотно имело толщину, достаточную для получения базового веса в обработанном сухом мате примерно 1,37 фунт/100 кв.футов, и связующее было смесью большей части коммерчески доступного акрилового связующего и незначительной части коммерчески доступного MF связующего, используемого в промышленности, для скрепления стекловолокон в коммерческом нетканом мате. Получившийся сухой обработанный мат имел следующие свойства:
Базовый вес (фунт/кв.фут) - 1,37 номинальный
Толщина (мил) - 23 номинальная
Потеря веса при прокаливании (%) - 19 номинальная
Предел прочности на растяжение (фунт/3 дюйма) - 85
Воздухопроницаемость (CFM - куб.футов в мин/кв.фут) - 710 среднее
Растяжение после замачивания через*
<u>Водонасыщенность</u>
<u>Са(ОН)</u><sub>2</sub>
<u>Насыщенность Mg(OH)</u><sub>2</sub>
<u>1% NaOH</u>
30 дней, % удерживания
58
43
65
2
90 дней, % удерживания
68
11
50
3
* Все при окружающей комнатной температуре (25°C).
Эти данные испытаний показывают, что получали маты из стекловолокна со смесью акрилового связующего и меламинформальдегидного связующего, имеющие меньше стойкость к гидроксиду кальция, чем маты, скрепленные акриловым связующим.
Пример 5
Другой контрольный мат изготавливали с использованием такой же процедуры, примененной в примере 1, за исключением того, что влажное полотно имело толщину, достаточную для получения базового веса в обработанном сухом мате примерно 4,8 фунт/100 кв.футов, и связующее было смесью основной части - коммерческого акрилового связующего и незначительной части - коммерческого UF связующего, используемого в промышленности для скрепления стекловолокон, чтобы изготовить промышленные нетканые стекловолоконные маты. Получающиеся сухие обработанные маты имели следующие свойства:
Базовый вес - 4,8 (фунт/100кв.фут)
Толщина (мил) - 58 номинальная
Потеря веса при прокаливании (%)- 7 номинальная
Предел прочности на растяжение (фунт/3 дюйма) - 55
Растяжение после замачивания через*
<u>Водонасыщенность</u>
<u>Са(ОН)</u><sub>2</sub>
<u>Насыщенность Mg(OH)</u><sub>2</sub>
<u>1% NaOH</u>
30 дней, % удерживания
82
37
84
3
90 дней, % удерживания
89
14
74
3
* Все при окружающей комнатной температуре (25°C).
Эти данные показывают, что смесь акрилового связующего и мочевиноформальдегидного связующего дала стекловолоконные маты, имеющие меньшую стойкость к гидроксиду кальция, чем маты, скрепленные акриловым связующим.
<b>Удерживание (%) прочности на растяжение при подвергании воздействию насыщенного раствора Са(ОН)</b><sub>2</sub>
Пример
Связующее
Для 30 дней*
Для 90 дней*
6 ч**
1
MF
70
53
2
50 UF/50 MF
51
3
Акриловое
44
26
4
UF/акриловое
37
14
5
MF/акриловое
37
11
* Все при окружающей комнатной температуре (25°C).
** при 60°C.
Таблица показывает неожиданное превосходство в устойчивости к щелочам, как определено замачиванием в насыщенном растворе гидроксида кальция при окружающей комнатной температуре и при повышенной температуре 60°С, стекловолоконных матов, скрепленных меламинформальдегидным связующим или связующими из смесей мочевиноформальдегида и меламинформальдегида, над стекловолоконными матами, в которых связующее, скрепляющее волокна, является акриловым связующим или акриловыми связующими, модифицированными мочевиноформальдегидным связующим и меламинформальдегидным связующим.
Ламинаты изобретения изготавливают путем формования влажной суспензии минерального связующего вещества на одном или более стекловолоконных матов, материях и/или полотнах изобретения в известных процессах для изготовления цементированных листов, подкладных листов и других цементирующих продуктов, и потом позволяющих минеральному связующему веществу образовать гидравлические связи, отвердеть гидравлически с последующим высушиванием листов или других имеющих определенную форму ламинатных продуктов. Существует много известных способов для изготовления ламинатов, имеющих один или более связывающих слоев, включая те, которые описаны в патентах США № 6749720, 6995098, 7049251, 7354876, и опубликованных заявках на патент, раскрытых в 2002/0151240 A1, причем раскрытия внесены в настоящее описание посредством этой ссылки. Ламинаты могут иметь один или более продуктов из стекловолоконных матов, материй и/или полотен изобретения, или любую комбинацию этих продуктов, скрепленных MF или MF/UF связующим, прилипшим к одному или более связующим слоям ламината.
Стекловолоконные продукты изобретения могут быть покрыты при желании, чтобы получить более ровную поверхность и уменьшить частоту "стоячих" волокон (получить более удобный для пользователя стекловолоконный продукт), при желании используя обычную технологию покрытия, включая такие процессы, которые раскрыты в патентах США № 6187697, 6875308, 7426259, 7429544 и опубликованной заявки на патент в США № 2003/0129903A1, раскрытия включали в настоящее описание посредством этой ссылки.
Могут быть сделаны многочисленные модификации предпочтительных вариантов воплощения изобретения, раскрытого в примерах. Можно модифицировать количество связующего, соотношения связующих UF к MF, базовый вес, воздухопроницаемость и другие функциональные составляющие для достижения желательных свойств, включающих прочность на растяжение в стекловолоконных продуктах и ламинатах, сделанных с ними. Могут быть введены различные известные пигменты, наполнители, а также другие известные добавки в мат путем или добавления суспензии в оборотной воде, или к связующему для функций, которые, как известно, они обеспечивают. Эти модификации, которые являются очевидными специалистам в области техники, как считается, являются частью настоящего изобретения и предназначены быть включенными в изобретение, заявленное ниже.
Различные варианты воплощения, применяющие концепцию и идеи изобретения, будут несомненны и очевидны специалистам в этой области техники, и эти варианты воплощения намерены подобным образом быть в объеме формулы изобретения. Автор изобретения не намерен отменить любые раскрытые изобретения, которые корректно сформулированы, но не являются целесообразными для дословно заявленных ниже, но точнее намерен эти варианты воплощения включить в широкую формулу изобретения или дословно или как эквиваленты вариантам воплощения, которые включены дословно.