СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА, МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧЕННЫЙ УКАЗАННЫМ СПОСОБОМ, И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ОБЛИЦОВКИ
METHOD OF PROCESSING SHEET MATERIAL, MATERIAL PRODUCED BY SAID METHOD AND ITS USE AS FACING MATERIAL

Настоящее изобретение относится к способу обработки исходных листовых материалов, содержащих природные органические волокна или регенерированные волокна, и к исходному листовому материалу, предназначенному для применения в качестве облицовки стеновых плит, в частности гипсовых плит.
В настоящей заявке термин «исходные листовые материалы» означает материалы, которые имеют плоскую форму, т.е. материалы, толщина которых очень мала по сравнению с их шириной и длиной. Картон представляет собой один из примеров исходных листовых материалов. Для производственных целей исходные листовые материалы могут быть изготовлены в виде листа или полотна.
Большое количество строительных плит изготавливают с облицовкой, имеющей несколько раздельных или сочетаемых функций. В настоящей заявке термин «строительные плиты» означает плиты, изготовленные из гипса, древесного волокна, бетона, цемента или других материалов, на которые из-за их характеристик или способов их производства рекомендуется наносить облицовку. Обычно основой указанной облицовки являются бумажные или других волокна. Облицовка, описанная в настоящем изобретении, предназначена для использования как внутри помещений, так и на открытом воздухе.
В патенте США 6638356 описана гипсовая плита, защищенная от образования сульфида водорода в присутствии сульфатвосстанавливающих бактерий. Для приготовления раствора применяют антрахинон или его производные, количество которых составляет приблизительно 100 частей на миллион от массы гипса. В патенте США 6680127 (Temple-Inland Forest Products) предложена противогрибковая защита гипсовых плит в виде хлорида цетилпиридиния. Указанные фунгициды могут присутствовать в свободном состоянии или быть заключены в капсулу для высвобождения их химических свойств со временем. Антрахинон является типичным известным катализатором окисления и восстановления.
В патенте США 6773822 (Temple-Inland Forest Products) также описано контролируемое высвобождение активного агента из фунгицида, заключенного внутри толщи гипса. Перечислено в качестве фунгицидов приблизительно 200 соединений, включая соединения, токсичные для живых организмов. В патенте США 6770354, заявленном G-P Gypsum Corporation, описано изготовление влагостойких гипсовых панелей или плит. В этом случае панель облицовывают матом, состоящим из стекловолокна, пигментов, минерального связующего вещества и полимерного связующего вещества на основе латексного адгезива. Кроме того, в указанной публикации определено, что мат должен пропускать воду при испарении воды из гипсовой плиты во время сушки последней. Это осуществляют, скрепляя облицовку и волокна мата связующим веществом, которое очевидно содержит достаточное количество неорганического адгезива, такого как цемент, и лишь ограниченное количество полимерного адгезива, что обеспечивает такое соединение волокон мата при помощи этого связующего вещества, что, по существу, все указанные волокна закрыты этим связующим веществом.
В патенте США 6833137 описана обработка картонной облицовки для гипсовой плиты CIF аминосульфинилпиразолом для отпугивания термитов и других насекомых. Указанные вещества токсичны для человека.
В патенте США 6800361 описана гипсовая плита, облицованная нетканой тканью, имеющей определенный уровень сопротивления. Основная идея состоит в том, что нетканая ткань имеет полимерную основу, так что она, в отличие от бумаги, не может выступать в качестве питательной среды для грибков.
В патенте США 6893752 описан раствор фунгицида, в котором активный ингредиент представляет собой пиритион, который смешивают с гипсом, получая кальциевые соли в концентрациях, составляющих, по меньшей мере, 100 частей на миллион.
В публикации 6767647 рассмотрена та же проблема - предотвращение образования плесени на гипсовой плите, облицованной нетканой тканью и содержащей, по меньшей мере, два различных агента и гипс. Указанные агенты включают, например, пропиоконазол и пиритион натрия. Их применяют в концентрациях, составляющих 50-1200 частей на миллион в облицовке, и в концентрациях, составляющих 80-1200 частей на миллион в гипсовой основе.
Вышеуказанное описание показывает, что предотвращение образования плесени и другие защитные меры считаются очень важными при изготовлении изделий из гипсовых плит.
2
Ранее гипсовые и другие плиты обычно облицовывали картоном массой 180-210 г/м. Если для решения указанной проблемы применяют только картон, то он настолько порист, что образующиеся во время сушки водяные пары легко улетучиваются из гипса. В патенте США 6770354, цитированном выше, говорится: «указанный покровный мат имеет пористость, которая позволяет воде испаряться из гипсовой основы во время изготовления панели», но это положение не разъяснено. Из цитируемых выше патентов понятно, что перечисленные продукты имеют проблему, связанную с предотвращением образования плесени и достаточной пористостью облицовки.
Способы предотвращения образования плесени, которые не требуют использования агентов, токсичных для человека, существуют, и они описаны в настоящем изобретении. Водоотталкивающие свойства облицовки плит являются важным фактором. В то же время плита должна быть пористой не только во время изготовления, но и в оптимальном случае весь остальной срок ее службы. Плита и/или ее облицовка должны обладать фунгицидными свойствами, но не быть токсичными для человека.
В нашем представлении здания не должны содержать никаких элементов, которые высвобождают токсичные вещества, поскольку последние могут контактировать с людьми.
В настоящем изобретении описан раствор, позволяющий не менять обычные производственные линии, применяемые для изготовления гипсовых плит, для нанесения на них водоотталкивающей, дышащей облицовки, создающей долговременную противогрибковую защиту.
Облицовка защищает плиты, повышая их прочность на изгиб, предотвращая образование пыли; она может быть окрашена, или на нее может быть нанесен печатный рисунок; облицовка защищает плиты от образования вмятин. Указанный вид облицовки особенно важен для гипсовых плит. Для нанесения облицовки на производственном предприятии, для транспортировки и для переноса к участку, на котором будет установлена плита, необходимо обеспечить подходящие фрикционные характеристики поверхностей плит. Кроме того, плиты должны иметь противогрибковую защиту поверхностей и, в оптимальном варианте, во многих случаях облицовка должна быть проницаемой для паров воды, так что избыток воды может быть испарен из материала основы, находящегося под облицовкой, как, например, в случае гипсовых и цементных плит. В случае гипсовой плиты в процессе гидратации температуру плиты поднимают по меньшей мере до +66°С, а в процессе сушки ее повышают до значений, превышающих 100°С, так что заражение плесенью всегда возникает из-за внешних причин.
Коэффициент трения между поверхностями плит также должен быть оптимальным. Во время контакта плиты с другой плитой необходимо, чтобы воздух мог выходить из пространства между плитами во избежание проскальзывания. Коэффициент трения должен быть достаточно большим для удержания штабеля плит на участке их установки. Предотвращение поглощения воды снижает повреждения, вызываемые появлением плесени, и предотвращает вымывание из плиты фунгицидов, которые не были заключены в толщу продукта.
Настоящее изобретение, которое в основном предназначено для гипсовых и цементных плит, но также может быть применено к любым плитам, которые изготавливают, отливая основу поверх облицовки, и из которых следует удалять избыток влаги, позволяет решать среди прочих и вышеуказанные проблемы доступным и нетоксичным для человека путем. Кроме того, облицовка, описываемая настоящим изобретением, может быть использована в качестве покрытия различных древесноволокнистых плит. Облицовка плит, описываемая в настоящим изобретении, также позволяет наносить поверх облицовки различные гидроизоляционные барьеры, в частности, состоящие из водоэмульсионных полимерных связующих веществ. Такие плиты располагают под облицовочной плиткой во влажных помещениях.
В соответствии с настоящим изобретением, исходный материал, получаемый из древесного или целлюлозного волокна, или их сочетания, толщиной 250-350 мкм и, в оптимальном варианте, толщиной 300 мкм, обрабатывают противомикробным агентом, таким как бензоат натрия, который представляет собой натриевую соль бензойной кислоты. Кроме указанных древесных или целлюлозных волокон исходный материал может включать регенерированные волокна, такие как вискоза.
2
Широко известно, что бензойная кислота представляет собой природный консервирующий агент, предотвращающий рост грибков, присутствующий, например, в бруснике и клюкве. Бензойную кислоту (Е210) и ее соли (Е211, Е213) широко используют в качестве консервирующих добавок в пище. В элементах, изготовляемых из древесного и целлюлозного волокна, бензоат натрия вызывает быстрое поглощение воды и большее набухание волокон по сравнению с набуханием, происходящим под действием чистой воды. В соответствии с настоящим изобретением, противомикробный агент, например бензоат, добавляют одновременно с добавлением связующего агента (который может представлять собой, например, адгезив, изготовленный на основе эмульсии акрилового полимера) обычно в количестве 2-4 г/м. Испытания по предотвращению образования плесени показали, что фунгицидные свойства солей бензойной кислоты наиболее выражены, если показатель рН поверхности бумажной облицовки перед обработкой снижали до 3-6,5 при помощи, например, серной кислоты, борной кислоты, квасцов, фосфорной кислоты, адипиновой кислоты, винной кислоты, лимонной кислоты или иной аналогичной кислоты, в оптимальном варианте - при помощи серной кислоты умеренной силы в концентрациях <1 мас.%, или при помощи квасцов, или борной кислоты в концентрациях 1-3 мас.%. В оптимальном варианте подкисление должно быть завершено до обработки противомикробным агентом и связующим веществом. Подкисление также можно не производить, поскольку изделие будет функциональным и без него.
2
2
60
Очевидно, что полимерное связующее вещество может быть связующим веществом любого типа, которое образует эмульсию в воде, например поливинилацетатом. К полимерному связующему веществу могут быть примешаны пигменты и один или более чем один фунгицид. Для обеспечения нужного действия их показатель ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) должен находиться в определенном диапазоне. В зависимости от изготовителя: в пределах шкалы 1-20 (в зависимости от того, какое количество процентов полиэтиленоксида необходимо для эмульгирования или растворения) полимерное связующее вещество может иметь показатель ГЛБ, значения которого находятся в диапазоне от 8 до 12. В соответствии с настоящим изобретением, оптимальный общий показатель ГЛБ для полимерного связующего вещества и пигментного соединения должен находиться в диапазоне от 8 до 11 (эквивалентно значениям 28-32 г/м, оптимальное значение, полученное при помощи способа Cobb, составляет приблизительно 30 г/м). Кроме того, пигмент не должен растворяться в воде, покидая полимер, и затем второй водоотталкивающий слой может быть нанесен поверх этого слоя.
После завершения описанного выше процесса на поверхность наносят новый слой, обычно содержащий 1/3-1/5 частей микрокристаллического воска. Молекулярная структура микрокристаллического воска в основном такая же, как и у разветвленного углеводородного воска. Обычно температура плавления микрокристаллического воска составляет 60-100°С. Кроме микрокристаллического воска слой может включать линейный воск и/или соединения, образованные такими восками и полимерными связующими веществами. Далее этот слой будет называться «восковым слоем». Подходящие линейные воска включают парафины.
Цель нанесения воскового слоя - сделать поверхность устойчивой к воздействию озона и УФ излучения, а также в достаточной степени водоотталкивающей. После нанесения воскового слоя избыток воска счищают при помощи острого ракельного ножа, и восковой слой подвергают операции впитывания тем же способом, что и известный ранее в данной области техники слой акрилата+бензоата+пигмента, при котором температура поверхности сушильного барабана оптимально составляет 125-130°С. Под термином «в достаточной степени водоотталкивающей» здесь понимают поверхность, которая не должна быть настолько водоотталкивающей, что на нее нельзя нанести или распределить по ней влагоизолирующий слой, состоящий из водной эмульсии, который наносят под плитку во влажных помещениях.
2
Восковой слой проникает внутрь плиты на глубину 90-150 мкм. Наносят и оставляют для проникновения приблизительно 12 г/м воска. Обычно излишки воскового слоя счищают при температуре 125-130°С. Получают новый, в нужной степени проницаемый для воздуха и воды слой. После зачистки на поверхности не остается «свободного» воска в виде непрерывного слоя. В соответствии с настоящим изобретением, показатель ГЛБ воскового слоя должен составлять от 10 до 12 (см. фиг.1, на котором показаны выступающие волокна). Проникновению воскового слоя на другую сторону материала можно воспрепятствовать посредством охлаждения полотна, так что его температура в оптимальном случае понижается до значений ниже 30°С. Охлаждение может быть осуществлено при помощи одного или более чем одного охлаждающего барабана.
2
d
Проницаемость готового продукта по отношению к водяному пару практически такая же, как и у исходного картона, т.е. ~300 г/м при 23°С и относительной влажности 50%=S<0,1 м (Международный стандарт ISO 2428:1995). Срок службы поверхности (Dennison/KCL 129:65) увеличивается приблизительно на 15%.
2
2
2
60
Если изделие в соответствии с настоящим изобретением изготавливают из типичного бумажного изделия, показатели поглощения которого составляют 20-25 г/м (значения, полученные при помощи способа Cobb, ISO 535:1991), то после обработки акрилатом + бензоатом этот показатель обычно повышается до 50-60 г/м, а затем снижается после обработки «воском» и составляет в готовом продукте 12-14 г/м.
Проницаемость бумаги или картона по отношению к воздуху, измеренная при помощи прибора Guerley (ISO 5636-5:1986), приблизительно составляет 60-70 мкПа·с для исходной бумаги и приблизительно 200 мкПа·с после обработки бензоатом + акрилатом. Во время вышеуказанной обработки бензоат присоединяется к акриловому полимеру. В типичных условиях обработки бензоат натрия проникает внутрь волокнистого продукта на глубину 50-60 мкм. Указанные типичные условия создают, если сушку волокнистого изделия производят сразу же после нанесения акрилового полимера + бензоата, вводя изделие в непосредственный контакт с поверхностью сушильного барабана, так что обработанная поверхность находится вблизи горячей поверхности барабана. Образование пористой поверхности осуществляют за счет быстрого высвобождения водяного пара (30% акрилата и бензоата + ~70% воды).
2
2
В оптимальных условиях концентрация бензоата натрия составляет, например, 2-4 г/м, оптимально 3 г/м, и его содержание в поверхностном слое составляет 7-9% от массы поверхностного слоя. Неожиданно было установлено, что идентичная плита, изготовленная и облицованная тем же способом, но в отсутствии бензоата натрия, имеет значительно меньший коэффициент трения, из чего следует, что такие изделия плохо подвергаются складированию в штабель, и, следовательно, их трудно транспортировать. Добавление бензоата натрия повышает коэффициент трения до нужного значения.
Это объясняется тем фактом, что бензоат натрия способствует проникновению воды в волокно, что приводит к набуханию волокон, в результате чего поверхность становится более шершавой. Естественно, что такой эффект может быть получен использованием других известных химикатов, вызывающих набухание волокон. В оптимальном варианте такое вещество также должно обладать противогрибковыми свойствами.
2
Несмотря на то, что в экспериментах использовали каландрированный картон, обработка бензоатом все равно придавала поверхности большую шероховатость, чем обработка простой водой. Очевидно, что аналогичную шероховатость поверхности можно получить при помощи других веществ, которые просто уменьшают поверхностное натяжение. Коэффициент трения покоя для исходного картона составлял 0,36, для обработанного воском картона в отсутствие обработки бензоатом он составлял 0,28, для обработанного воском картона после обработки бензоатом (3 г/м) он составлял 0,36 (коэффициенты трения были измерены при помощи прибора Instron 4665 в соответствии с руководством по обеспечению качества, предложенным заявителем).
Рассмотренное выше описание обеспечивает получение хороших практических результатов, однако специалисты в данной области техники должны понимать, что эти результаты не обязательно являются оптимальными, и в них могут быть внесены соответствующие изменения. Такие изменения включают замену бензоата натрия производными парабенов и их натриевыми, калиевыми и кальциевыми солями, или известными сложными эфирами парабенов. Указанные парабены представляют собой пара-гидроксибензойные кислоты (номера Е214-Е219 в списке пищевых добавок). Примерами подходящих веществ являются: этил-пара-гидроксибензоат; натриевая, калиевая и кальциевая соли этил-пара-гидроксибензоата; пропил-пара-гидроксибензоат; натриевая, калиевая и кальциевая соли пропил-пара-гидроксибензоата; метил-пара-гидроксибензоат; и натриевая, калиевая и кальциевая соли метил-пара-гидроксибензоата. Другие подходящие вещества, которые могут быть применены в качестве противомикробных агентов, представляют собой: гексаметилентетрамин; орто-фенилфенол; соли, например, натриевые калиевые и кальциевые соли орто-фенилфенола; тиабендазол. В качестве противомикробных агентов также можно использовать соединения вышеуказанных веществ.
Настоящее изобретение включает множество отдельных факторов, описанных выше в тексте. Однако в нем имеются некоторые основные факторы, существенные для изобретения, такие как использование солей бензойной кислоты или их производных, или других веществ, упомянутых в настоящей заявке в качестве фунгицидов, а также обработка связующего вещества, такого как акрилатный полимер, и воскового слоя на горячей поверхности, так что поверхность, на которую были нанесены указанные вещества, непосредственно контактирует с горячей поверхностью барабана.
В настоящем тексте упомянуты акриловые полимеры, однако, в принципе, любые полимеры, образующие эмульсии в воде, могут давать такие же результаты. Такие полимеры включают поливинилацетат и аммонийную форму полиэтилентерефталевого сульфона (например, EvCote, Asia Pacific Specialty Chemicals, USA). Поскольку существует множество приемлемых для указанной цели полимеров, их можно использовать вместе с добавками, обеспечивающими оптимальные значения ГЛБ. В библиографии перечислены сотни таких добавок.
Готовый картон прикрепляют к гипсовой плите при помощи гипсита, после чего готовые плиты сушат. Сушка еще больше повышает проницаемость плиты для водяного пара, а также ее коэффициент трения. Кроме того, было обнаружено, что во время сушки воск глубже проникает в гипсовую плиту, что улучшает сопротивляемость граничного слоя картон/гипс к воздействию воды. На практике это представляет собой большое преимущество, поскольку воск нельзя наносить на картон с той стороны, которая должна быть прикреплена к гипсовой плите, до прикрепления к гипсовой плите, поскольку это снизит адгезию между гипсовой плитой и картоном.
Ниже приведено описание чертежей, где;
на Фиг.1 показана поверхность изделия, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением,
на Фиг.2 показаны гидрофобные свойства изделия, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.1 показана поверхность изделия. Очевидным фактором является наличие на поверхности множества свободных вертикальных волокон. На Фиг.2 изображена фотография гипсовой плиты, на которую нанесли каплю воды. Несмотря на наличие свободных волокон на указанной поверхности краевой угол смачивания водой составляет >90°. Также следует отметить, что изображенные образцы в течение одного года подвергались действию солнечного света в лаборатории. Обычно воска и масла окисляются, что вызывает уменьшение угла смачивания. В примерах, полученных в соответствии с настоящим изобретением, эту проблему решали, применяя разветвленные микровоска, которые, как известно, представляют собой замедлители радикалов, защищающие поверхность от воздействия озона и УФ лучей. Специалисты в данной области техники должны понимать, что можно использовать и другие замедлители радикалов, такие как акрилированные бисфенолы и лактоны.
В тексте отмечено, что бензоат натрия проникает в поверхностный слой во время сушки. Производные и другие соли бензойной кислоты ведут себя аналогично. На основании экспериментов было доказано, что вода не может вымывать бензойную кислоту или ее производные из поверхности, если температура последней составляет менее ~60°С, и ее показатель ГЛБ имеет значения, указанные выше.
Указанное выше подкисление бумажного изделия означает, что его рН снижают до значений, составляющих <7, но ≥3, поскольку противогрибковое действие бензоата натрия и его производных проявляется в кислой среде, но очень невелико в нейтральной среде. По своей природе водный раствор бензоата натрия имеет слабощелочную среду. При рН<3 бумага начинает слишком быстро гидролизоваться с образованием сахаров, а также разрушаться другими способами. Для подкисления могут быть использованы любые кислоты, которые не испаряются и не разрушаются, но наиболее дешевой является серная кислота, хотя борная кислота значительно повышает огнестойкость и является особенно действенным противомикробным агентом. Для повышения огнезащитных свойств также можно использовать нетоксичные вещества, такие как сульфат меламина или борат цинка.
Процедура нанесения воска, применяемая в соответствии с настоящим изобретением для получения водоотталкивающей поверхности, означает, что противогрибковые агенты, связанные с полимерным связующим веществом, не могут легко вымываться из изделия. Кроме того, липофильный баланс поверхности и слоя, находящегося под поверхностью, улучшают, например, при помощи акрилового связующего вещества, который также предотвращает вымывание противогрибковых агентов. Описанные методики осуществления способов и предлагаемые основные массы и глубины проникновения являются важными параметрами, поскольку они способствуют, например, тому, что сторона картона, обращенная к гипсовой стороне плиты, сохраняет свою первоначальную форму, которая связывает гипс. На начальной стадии изготовления продукта, во время которой, например, производят незначительное подкисление картона, могут быть добавлены подходящие добавки, используемые в качестве огнезащитных средств, включающие борат цинка и сульфат меламина.
2
2
Теплотворная калориметрическая способность облицовки, предлагаемой в соответствии с настоящим изобретением, составляет с учетом всех добавок <4 МДж/м, если сопротивление исходного картона растяжению в машинном направлении периодически составляет по меньшей мере 12-13 кН/м. При таких условиях масса картона обычно составляет 190 г/м, что соответствует типовым требованиям по износостойкости.
Под «воском» здесь понимают сочетание восков и/или полимеров, характеристики которых включают указанные выше значения показателя ГЛБ, и которые содержат замедлители радикалов, т.е. агенты, повышающие сопротивление действию УФ излучения и озона. Они также могут представлять собой вещества, отличные от разветвленного микровоска, описанного выше. Кроме того, значение общего показателя ГЛБ полимерного слоя и содержащихся в нем пигмента и фунгицида должны соответствовать указанным выше для того, чтобы восковой слой, наносимый позднее, мог должным образом проникать внутрь поверхности. Полимерный слой (и содержащиеся в нем добавки) может быть с успехом нанесен при помощи известных способов, таких как нанесение покрытия с помощью рифленого цилиндра, нанесение покрытия с помощью рифленого цилиндра офсетным методом, нанесение покрытия с удалением излишков с помощью планки, нанесение покрытия с помощью распылителя, обработка прессом, ширина которого соответствует ширине поверхности листа, нанесение покрытия наливом или нанесение покрытия с автоматическим съемом, заполнение поверхности картона полимерной эмульсией снизу.
Облицовка, предлагаемая в соответствии с настоящим изобретением, может быть изготовлена на той же производственной линии, что и исходный материал. Другими словами, обработка исходного материала может быть произведена на бумагоделательной или картоноделательной машине. Жидкое вещество, содержащее противомикробный агент и связующее вещество, может быть распределено по исходному материалу, например, при помощи пресса, ширина которого соответствует ширине поверхности листа. Восковый слой может быть нанесен при повышенной температуре, после чего избыток воска удаляют зачисткой, например скользящим шабером.
На готовые поверхности при помощи стандартных печатных способов также может быть нанесен печатный рисунок, например, в виде логотипа при том лишь условии, что показатель ГЛБ печатной краски приблизительно составляет 10.
Готовую облицовку прикрепляют к поверхности строительной плиты. Если плита содержит гипс, это осуществляют при помощи гипсита. Обычно облицовку наносят на обе стороны строительной плиты.