СТЕНОВАЯ ПЛИТА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОТДЕЛКИ ПОМЕЩЕНИЙ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
WALL BOARD FOR INTERIOR FINISHING OF PREMISES AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Настоящее изобретение относится к гипсовой стеновой плите с улучшенными свойствами, обе основные наружные поверхности которой облицованы стекловолокнистыми матами. В частности, настоящее изобретение относится к гипсовой стеновой плите для внутренней отделки, одна основная поверхность которой облицована стекловолокнистым матом с покрытием, имеющим первый основной вес и изготовленным из стекловолокна такого определенного диаметра и длины, чтобы мат имел поверхность, подходящую для чистовой отделки 4 уровня (GA-214-96), и другая основная поверхность которой облицована по дополнительному выбору стекловолокнистым матом с покрытием, имеющим второй, в основном, больший основной вес и изготовленным из стекловолокна большего диаметра и большей длины, чем волокна стекловолокнистого мата с покрытием, что позволяет придать плите приемлемую прочность на изгиб.
ПРЕДПОСЫЛКА СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1
2
В строительной отрасли широко применяют гипсовые стеновые плиты в виде трехслойного изделия, состоящие из сердцевины из отвержденного гипса, находящегося между двумя листами облицовочного материала в виде многослойной бумаги, для строительства жилых зданий, торговых зданий и других сооружений. Применение гипсовых стеновых плит, облицованных бумагой, стало наиболее распространенным способом внутренней отделки зданий. Гипсовые стеновые плиты, облицованные бумагой, которые называют также гипсокартон или сухая штукатурка, обычно изготавливают (предварительным разрезанием) в виде плоских листов размером 1,2192 м × 2,438 м (4 фута × 8 футов) или 1,2192 м × 3,6576 м (4 фута × 12 футов) и, как правило, толщиной 1,27 см или 1,5875 см (/ дюйма или 5/8 дюйма). Листы типовых стеновых плит, облицованных бумагой, подвешивают на деревянных или металлических стойках каркаса для образования внутренних перегородок или стен помещений, шахт лифта, шахт лестниц, потолков или тому подобных конструкций.
Обычно применяется гипсовая стеновая плита, облицованная бумагой, как правило, изготавливаемая из штукатурного гипсового раствора для наружных работ (раствора из обожженного гипса, полугидратированного гипсового раствора), при которых раствор помещают между двумя слоями облицовочного материала в виде многослойной бумаги с последующим отверждением раствора. В обычно применяемых гипсовых стеновых плитах, облицованных бумагой, два слоя многослойной облицовочной бумаги удерживают/связывают раствор во время его отверждения и обеспечивают прочность на изгиб, требуемую при установке и использовании. Отвержденный гипс является изделием, обладающим твердостью и жесткостью, которые получают при реагировании обожженного гипса с водой с образованием дигидрата сульфата кальция.
При изготовлении стеновой плиты вода, излишнее количество которой требуется для гидрирования обожженного гипса, должна быть удалена из раствора во время отверждения. Если требуется определенное количество воды для гидратирования обожженного гипса, добавляют излишнее количество воды, например, в два или несколько раз превышающее количество воды, которое фактически требуется для гидратирования обожженного гипса для получения гладкого свободнотекучего раствора, пригодного для транспортировки и последующего осаждения на нижнем облицовочном листе с целью образования сердцевины плиты. Это излишнее количество воды должно испариться в основном сквозь облицовочные листы по мере отверждения и высушивания плиты.
В основном существуют два вида бумажных облицовочных материалов, обычно применяемых при изготовлении гипсовых стеновых плит с облицовкой из бумаги. Облицовочный материал, применяемый на боковой стороне стеновой плиты, предназначенной для внутренней отделки помещения, представляет собой многослойную конструкцию с наружными несколькими слоями, состоящими из бумаги лучшего сорта. Это позволяет произвести отделку гладкой поверхности плиты с помощью различных способов, привлекательных с эстетической точки зрения, в особенности, путем окрашивания. Внутренние слои, включающие один слой, который контактирует с сердцевиной плиты, обычно изготавливают из газетной бумаги, подвергнутой роспуску, и коробок из гофрированной бумаги, подвергнутой переработке. Бумажный облицовочный материал, применяемый на тыльной стороне плиты, предназначенный для размещения на стойках, обычно изготавливают из нескольких слоев бумаги низшего сорта, например из газетной бумаги, подвергнутой роспуску, и коробок из гофрированного картона, подвергнутых переработке.
Многослойную бумагу применяют издавна, так как она позволяет получить уникальное сочетание свойств. Бумага обладает способностью образовывать необходимое сцепление с отвержденным гипсом, в особенности с гипсом, в который добавлено связующее, такое как, например, крахмал, предотвращающий легкое отслаивание облицовочного материала от сердцевины из отвержденного гипса. Как было указано выше, вода, которую добавляют с целью приготовления гипсового раствора, которая химически не связывается со штукатурным раствором (обожженным гипсом), должна испаряться в основном сквозь любые облицовочные листы, не приводя при этом к отслаиванию. Бумага является достаточно пористой, что позволяет пропускать водяные пары сквозь нее во время изготовления гипсовой стеновой плиты. Бумага, к тому же, имеет гладкую поверхность, которая может быть легко подвергнута чистовой отделке несколькими способами, такими как наклеивание обоев или, в особенности, покраска с минимальной подготовкой поверхности.
Несмотря на то, что бумага является относительно недорогим облицовочным материалом и пригодна для применения при процессе изготовления стеновой плиты, она обладает недостатками, в частности, что касается влагостойкости. Влага может оказывать вредное воздействие на стеновую плиту с бумажной облицовкой. Кроме уменьшения прочности и ухудшения других структурных свойств, влага (в сочетании с другими факторами) может вызывать образование грибка (включая, например, образование плесени). Эта проблема может быть (при определенных обстоятельствах) особенно острой в тех случаях, когда определенные пространства вследствие установки стеновой плиты становятся закрытыми и недоступными.
При изготовлении гипсовой плиты вместо бумажного облицовочного материала может также применяться облицовочный материал в виде волокнистого мата (такого как стекловолокнистый мат). Примерами таких стеновых плит могут служить стеновые плиты, описанные, например, в патентах США №3993822, 5644880, 5791109, №5883024 и 6001496. Кроме улучшения водостойкости, облицовочный материал в виде волокнистых матов и, в особенности, в виде стекловолокнистых матов может значительно повысить прочность и другие необходимые структурные свойства.
В заявке №10/957745 на патент США (на которую делается ссылка в настоящем описании) описываются новейшие достижения в технологии изготовления гипсовой стеновой плиты, применяемой для внутренней отделки помещений. Согласно настоящей заявке на патент, по меньшей мере, одну основную поверхность гипсовой стеновой плиты облицовывают нетканым стекловолокнистым матом, обладающим уникальными свойствами и позволяющим получить на гипсовой стеновой плите, облицованной стекловолокнистым матом, поверхность, пригодную для чистовой отделки 4 уровня, такой же, как и в случае изготавливаемой промышленным путем гипсовой стеновой плиты, облицованной многослойной бумагой, т.е. очень гладкой поверхности.
1
3
2
4
Это достигается путем применения в качестве облицовочного материала для изготовления гипсовой стеновой плиты нетканого стекловолокнистого мата с покрытием, который содержит и который, предпочтительно, состоит в основном из волокон, имеющих диаметр не более, чем приблизительно 11 микрон и, предпочтительно, не менее, чем приблизительно 8 микрон и имеющих длину от 0,635 см до 1,905 см (/ до / дюйма), которые склеивают вместе, преимущественно, с помощью акрилового связующего, обладающего соответствующей мягкостью. Покрытие на стекловолокнистом мате получают путем высушивания водного раствора, состоящего из (i) минерального пигмента, (ii) полимерного адгезивного связующего (предпочтительно также акрилового связующего) и (iii) неорганического адгезивного связующего, дополнительно применяемого по выбору. Предпочтительно, покрытие наносят на стекловолокнистый мат до того, как этот мат применяют для изготовления гипсовой стеновой плиты. Такой мат относится к мату с предварительно нанесенным покрытием.
3
4
На первоначальной стадии разработки этого изделия облицовочный материал для стекловолокнистого мата с покрытием, применяемый на внутренней (гладкой) поверхности, изготавливали с использованием смеси стекловолокон (Н-волокон), состоящей из 75 мас.% волокон длиной 0,635 см (1/4 дюйма) и 25 мас.% волокон длиной 1,905 см (/ дюйма), с номинальным диаметром 10-11 микрон, которые склеивали вместе с помощью акрилового связующего. Этот стекловолокнистый мат имеет основной вес (до нанесения покрытия) примерно 0,06835 кг на кв. м (1,4 фунта на 100 кв. футов). Противоположную поверхность гипсовой стеновой плиты также покрывали стекловолокнистым матом. Стекловолокнистый мат, применяемый на этой противоположной поверхности, также представлял собой стекловолокнистый мат с покрытием, имеющий основной вес (до нанесения покрытия), примерно 0,06835 кг на кв. м (1,4 фунта на 100 кв. футов). Стекловолокнистый мат для противоположной поверхности изготавливали, преимущественно, из стекловолокон длиной 1,905 см (3/4 дюйма), имеющих номинальный диаметр примерно 13 микрон (К-волокон), которые склеивали вместе, преимущественно, с помощью связующего из карбамидоформальдегидной смолы.
В процессе разработки этой гипсовой стеновой плиты возникли две проблемы, которые заключались в (1) непредвиденном короблении плит, две основные лицевые поверхности которых были покрыты вышеупомянутыми стекловолокнистыми матами (коробление возникало в основном при прохождении плит через сушильную печь) и (2) в невозможности осуществления постоянного процесса изготовления готовых плит, имеющих приемлемую прочность на изгиб.
Особенно остро проблема, связанная с короблением плит, возникала при изготовлении более длинных плит, например плит размером 1,2192 м на 3,6576 м (4 фута на 12 футов) и толщиной 1,5875 см (5/8 дюйма). Само по себе коробление проявлялось в виде продольного коробления плиты в машинном направлении (т.е. в направлении движения плиты в машине). Для плит толщиной 1,5875 см (5/8 дюйма) коробление было настолько значительным, что невозможно было осуществлять концевую обмотку плит без их повреждения, когда две плиты укладывают внутренними поверхностями друг к другу.
На основе дополнительных разработок было установлено, что настоящее изобретение позволяет получать постоянным образом изделие в виде гипсовой стеновой плиты для внутренней отделки помещений без возникновения коробления, имеющей желаемую прочность на изгиб и имеющей облицовку из стекловолокнистого материала на обеих основных поверхностях, одна из которых представляет собой мат с предварительно нанесенным покрытием, имеющий гладкую поверхность, пригодную для чистовой отделки 4 уровня (GA-214-96).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего подробного описания определенных вариантов осуществления изобретения, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых номера позиций обозначают одни и те же части на различных видах, представленных на этих чертежах. На чертежах не соблюдены масштабы и они иллюстрируют отличительные признаки настоящего изобретения.
Фиг.1 представляет собой схематический вид в поперечном разрезе стеновой плиты, облицованной стекловолокнистым матом с покрытием согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой схематический вид части производственной линии для изготовления стеновых плит.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению гипсовую стеновую плиту, пригодную для отделки внутренних пространств жилых зданий, торговых зданий и других сооружений, подвергают облицовке с двух основных поверхностей неткаными стекловолокнистыми матами.
1
3
4
4
Одну из основных поверхностей гипсовой стеновой плиты, например поверхность, предназначенную для облицовки внутреннего пространства помещения, облицовывают нетканым стекловолокнистым матом с покрытием, пригодным для чистовой обработки 4 уровня, уровень гладкости сравним с промышленно изготавливаемой гипсовой плитой, облицованной многослойной бумагой, т.е. облицовочным материалом с очень гладкой поверхностью (т.е. первый мат). Этого достигают путем применения в качестве облицовочного материала для изготовления гипсовой стеновой плиты нетканого стекловолокнистого мата с покрытием, который содержит и который предпочтительно состоит в основном из волокон, имеющих номинальный диаметр не более, чем приблизительно 11 микрон и, предпочтительно, не менее, чем приблизительно 8 микрон, и которые склеены вместе с помощью акрилового связующего, обладающего подходящей мягкостью. Волокна, из которых состоит стекловолокнистый мат с покрытием, имеют также длину от 0,635 см до 1,905 см (/ до / дюйма), а нетканый облицовочный стекловолокнистый материал с покрытием имеет основной вес от 0,0083 кг до 0,0977 кг на кв. м (1,7 фунта до 2,0 фунтов на 100 кв. футов) до нанесения покрытия.
3
4
Согласно настоящему изобретению другую основную поверхность гипсовой стеновой плиты, т.е. поверхность, которая обращена к несущим стойкам, облицовывают по дополнительному выбору нетканым стекловолокнистым матом, изготовленным из стекловолокон, имеющих номинальный диаметр, по меньшей мере, приблизительно 13 микрон, но не более, чем приблизительно 16 микрон и которые склеены вместе с помощью акрилового связующего (т.е. вторым матом). Волокна, образующие стекловолокнистый мат с покрытием, применяемый по дополнительному выбору, имеют длину, по меньшей мере, приблизительно 1,905 см (/ дюйма) и, в основном, не более чем, приблизительно 2,54 см (1 дюйм), а облицовочный стекловолокнистый материал с покрытием, применяемый по дополнительному выбору, имеет основной вес (до нанесения любого покрытия) приблизительно от 0,0879 кг до 0,1014 кг на кв. м (1,8 до 2,2 фунта на 100 кв. футов), предпочтительно, по меньшей мере, 0,0928 кг на кв. м (1,9 фунта на 100 кв. футов) и обычно более, чем основной вес упомянутого нетканого облицовочного стекловолокнистого материала (первый мат) до нанесения его покрытия. Предпочтительно, основной вес второго мата составляет, по меньшей мере, 0,0244 кг на кв. м (0,5 фунта на 100 кв. футов) и наиболее обычно, по меньшей мере, приблизительно 0,0073 кг на кв. м (0,15 фунта на 100 кв. футов), больше, чем основной вес без покрытия упомянутого нетканого облицовочного стекловолокнистого материала с покрытием (первого мата).
Используемый в данном описании термин «номинальный диаметр» относится к минимальной толщине волокон, которые могут не иметь в основном круглое поперечное сечение, и предназначен для схватывания волокон, имеющих нормальное распределение толщины около среднего значения.
Различные уровни качества чистовой отделки гипсовой плиты описаны в Периодическом издании GA-214-969 «Рекомендуемые уровни качеств чистовой отделки гипсовых плит, поставляемых «Gypsum Associates, Washington, D.C." (Publication GA-214-96, Recommended Levels of Gypsum Board Finish available from Gypsum Associates, Washington, D.C.), на которое делается ссылка в настоящем описании. Уровень 4 качества чистовой отделки обычно применим в тех случаях, когда на поверхность плиты должно быть осуществлено нанесение красок для матовых покрытий, текстурированных красок негустой консистенции или стеновых покрытий. Таким образом, такая поверхность должна быть гладкой настолько, чтобы отделочные материалы могли быть нанесены с осуществлением минимальной подготовки поверхности и обладали приемлемым внешним видом с эстетической точки зрения.
Нетканый стекловолокнистый мат, который пригоден для применения согласно настоящему изобретению на обеих основных поверхностях гипсовой плиты, может быть изготовлен способом мокрой выкладки, осуществляемым с помощью модифицированного оборудования, применяемого при производстве бумаги.
Описание способов мокрой выкладки для изготовления стекловолокнистых матов приводится в ряде патентов США, в том числе в патентах США №2906660, 3012929, 3050427, 3103461, 3228825, 3760458, 3766003, 3838995, 3905067, 4112174, 4129674, 4681802 и 4810576, на которые делается ссылка в настоящем описании. Способ изготовления нетканых стекловолокнистых матов не является составной частью настоящего изобретения.
Обычно способ мокрой выкладки для изготовления нетканых стекловолокнистых матов заключается в том, что сначала образуют водную суспензию, состоящую из коротких стекловолокон (согласно известному уровню техники именуемую «белой водой»), путем перемешивания в смесительном баке, затем подают суспензию на движущуюся сетку, на которой осуществляют приготовление мата из мокрых стекловолокон, которые сцепляются сами по себе, и при этом производят удаление излишнего количества воды из мата, состоящего из волокон.
Для образования мата, получаемого способом мокрой укладки, могут быть применены такие машины, как проволочные барабаны, длинносеточная бумагоделательная машина, формующая машина Стивенза, установка для гидроформинга, формующая машина Roto, формующая машина Delta, формующая машина Inver, формующая машина Venti и тому подобные машины. При использовании такого оборудования проходит осаждение из напорного ящика суспензии на движущуюся проволочную сетку. Воду, образующуюся в мате, получаемом способом мокрой выкладки, удаляют с помощью всасывания или вакуумного отсасывания.
Так как стекловолокна не могут быть хорошо диспергированы в воде, в промышленной практике применяют вспомогательные вещества для суспендирования. Такими веществами являются диспергаторы, т.е. вещества, которые увеличивают вязкость водной среды. Подходящими для этой цели диспергаторами, которые обычно применяют в данной области техники, являются полиакриламиды, оксиэтилцеллюлоза, этоксилированные амины и аминооксиды. В «белую воду» обычно добавляют также такие добавки, как поверхностно-активные вещества, смазочные вещества и противовспенивающие вещества. Такие вещества, к примеру, помогают улучшить смачиваемость и диспергирование стекловолокон.
Суспензию волокон, осажденную на движущуюся сетку или барабан, подвергают обработке с целью образования листового нетканого волокнистого мата путем удаления воды, обычно с помощью отсасывающих и/или вакуумных устройств и, как правило, последующего нанесения адгезивного связующего на мат. Адгезивное связующее обычно представляет собой жидкость на водной основе, которую вводят прямо в мат для его пропитки и которая сразу после этого схватывается или затвердевает, обеспечивая тем самым желаемую цельность мата.
Настоящее изобретение зависит от применения акрилового связующего в стекловолокнистых матах, применяемого на обеих основных наружных поверхностях гипсовой плиты. Однако, помимо связующего, маты сами по себе отличаются своей конструкцией.
Если нетканый мат, который приклеивают к основной поверхности гипсовой сердцевины, предназначен для облицовки внутреннего пространства помещения (первый мат), то этот мат приготавливают с использованием стекловолокон, имеющих номинальный диаметр, предпочтительно, не меньше чем приблизительно 8 микрон и не более чем приблизительно 11 микрон. Стекловолокна могут представлять собой Е, С, Т или S волокна или могут представлять собой стекловолокна любого известного вида, которые обладают хорошей прочностью и стойкостью. Предпочтительно, основная часть волокон и более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 мас.% волокон и наиболее предпочтительно, в основном, все волокна (т.е. состоящие в основном из) имеют номинальный диаметр не менее, чем приблизительно 8 микрон и не более, чем приблизительно 11 микрон. К тому же предпочтительным является, чтобы в нетканом первом мате в основном не было волокон, имеющих номинальный диаметр более, чем приблизительно 13 микрон (т.е. никаких волокон крупнее, чем К волокна). Например, первый мат может быть изготовлен из смеси Н и К волокон при условии большего весового процента Н волокон, например 75 мас.% Н волокон и 25 мас.% К волокон, или же первый мат может быть изготовлен главным образом из волокон, имеющих номинальный диаметр приблизительно 10-11 микрон (т.е. более чем 95 мас.% волокон, имеющих номинальный диаметр приблизительно 10-11 микрон (т.е. 95 мас.% Н волокон)).
Применение матов, изготовленных из стекловолокон, имеющих номинальный диаметр менее, чем приблизительно 8 микрон, является нежелательным, так как имеются основания полагать, что прочность на отрыв, способность к склеиванию и, возможно, пористость таких матов (в основном, после нанесения покрытия) не позволяют изготовить гипсовую стеновую плиту, обладающую приемлемыми свойствами. С другой стороны, заявитель предполагает, что применение матов, изготовленных с использованием слишком большого количества волокон, имеющих номинальный диаметр более чем 11 микрон, приводит к получению нетканого мата, который даже после нанесения покрытия, как описано выше, имеет такую морфологию поверхности, которая не позволяет осуществить чистовую отделку приемлемым образом, т.е. поверхность не является гладкой настолько, чтобы применить способы чистовой отделки 4 уровня, как описано выше. Подходящие волокна соответствующего диаметр для изготовления мата из стекловолокна, который пригоден для применения согласно настоящему изобретению, можно приобрести, например, у компаний «Johns Manville" и "Owens-Corning".
1
2
Большинство волокон, если вообще не все волокна, применяемые для изготовления первого мата, также должны иметь длину, которая составляет приблизительно от 0,635 см до 1,905 см (от 1/4 до 3/4 дюйма) и наиболее предпочтительно, приблизительно от 0,635 см до 1,27 см (от 1/4 до 1/2 дюйма). Более короткие волокна делают процесс образования мата более трудноосуществимым, в то время как слишком большая часть более длинных волокон препятствует изготовлению мата с соответствующей морфологией поверхности (гладкостью), пригодной для чистовой отделки 4 уровня. Предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 75 мас.% волокон, применяемых для изготовления мата, имеют длину, которая составляет приблизительно от 0,635 см до 1,905 см (от одной четвертой до трех четвертых дюйма) и более предпочтительно приблизительно от 0,635 см до 1,27 см (от одной четвертой до одной второй дюйма), а также более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90 мас.% волокон, применяемых для изготовления мата, имеют длину, которая составляет приблизительно от 0,635 см до 1,905 см (от одной четвертой до трех четвертых дюйма) и более предпочтительно приблизительно от 0,635 см до 1,27 см (от одной четвертой до одной второй дюйма). Например, было отмечено, что мат, изготовленный с применением 75 мас.% Н волокон длиной 1,27 см (/ дюйма) (с номинальным диаметром приблизительно 10-11 микрон) и 25 мас.% Н волокон длиной 1,905 см (3/4 дюйма), имеет подходящую гладкость поверхности.
Кроме номинального диаметра волокон и длины волокон, вес на единицу площади поверхности при изготовлении первого нетканого стекловолокнистого мата также оказывает влияние на свойства поверхности (например, гладкость) и, в особенности, на характеристики плиты, изготовленной с применением мата, определяя тем самым пригодность мата для применения при изготовлении гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению. Особо предпочтительным является, чтобы изготовление нетканого стекловолокнистого мата (первого мата) осуществлялось таким образом, чтобы вес на единицу площади поверхности (в дальнейшем именуемый «основной вес») составлял приблизительно 0,083 кг на кв. м (1,7 фунта/100 кв.футов), но не более чем приблизительно 0,0977 кг/кв.м (2,0 фунта/100 кв.футов), и толщина мата, не подвергнутого прессованию, составляла приблизительно от 25 до 40 мил, при этом толщина приблизительно 33 мил является наиболее типичной. Предпочтительным является основной вес приблизительно от 0,0879 кг на кв. м до 0,0928 кг на кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов до 1,9 фунта/100 кв.футов), при этом подходящим оказался основной вес приблизительно 0,0879 кг на кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов).
1
3
1
1
1
3
1
1
3
4
4
4
2
4
4
4
2
4
Согласно особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения нетканый волокнистый мат, применяемый при изготовлении гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению, состоит в основном из беспорядочно распределенных волокон, имеющих номинальный диаметр приблизительно от 10 до 11 микрон (и не менее чем 8 микрон) (предпочтительно, по меньшей мере, 90 мас.% волокон имеет диаметр приблизительно от 10 до 11 микрон), а, по меньшей мере, 75 мас.% волокон имеет длину приблизительно от 0,635 см до 1,905 см (/ до / дюйма), имеют предпочтительно длину приблизительно от 0,635 см до 1,27 см (/ до / дюйма) (предпочтительно, по меньшей мере, 90 мас.% волокон имеет длину приблизительно от 0,635 см до 1,905 см (от / до / дюйма) и предпочтительно приблизительно от 0,635 см до 1,27 см (от / до / дюйма), при этом мат имеет основной вес приблизительно 0,0879 кг на кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов). Как показано в Примере, который приводится ниже, наиболее подходящим является мат, изготавливаемый из 75 мас.% Н волокон длиной 1,27 см (1/4 дюйма) и 25 мас.% Н волокон длиной 1,905 см (/ дюйма), при этом основной вес составлял приблизительно 0,0879 кг на кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов).
Нетканый мат, на который по дополнительному выбору наносят покрытие и который приклеивают к другой основной поверхности гипсовой сердцевины, которая должна быть обращена к стойкам, установленным в помещении (второй мат), изготавливают с применением стекловолокон, имеющих номинальный диаметр, по меньшей мере, приблизительно 13 микрон (К волокна), но, в основном, не более чем приблизительно 16 микрон (М волокна). К тому же, могут быть применены волокна Е, С, Т или S или стекловолокна любого известного вида, обладающие хорошей прочностью и стойкостью. Предпочтительно, основная часть волокон и более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 75 мас.% волокон и даже более предпочтительно, в основном, все волокна (т.е. волокна, состоящие в основном из волокон) имеют номинальный диаметр, по меньшей мере, 13 микрон. К тому же, в основном предпочтительным является, чтобы в нетканом втором мате практически не было волокон, имеющих номинальный диаметр более чем приблизительно 16 микрон.
Что касается первого мата, то кроме номинального диаметра волокон и длины волокон, вес на единицу площади поверхности, при котором изготавливают применяемый по дополнительному выбору второй нетканый стекловолокнистый мат, также влияет на характеристики плиты, изготавливаемой с применением мата. Согласно настоящему изобретению нетканый стекловолокнистый мат (второй мат) имеет вес на единицу площади поверхности (именуемый в дальнейшем также «основной вес», измеренный до нанесения на мат покрытия по дополнительному выбору) приблизительно, по меньшей мере, 0,0928 кг на кв. м (1,9 фунта на 100 кв.футов) и обычно более, чем основной вес упомянутого облицовочного материала в виде нетканого стекловолокнистого мата с покрытием (первого мата) до нанесения какого-либо покрытия. Предпочтительно, основной вес второго мата составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,0244 кг на кв. м (0,5 фунта на 100 кв.футов) и более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,0073 кг на кв. м (0,15 фунта на 100 кв.футов), больше, чем основной вес упомянутого облицовочного материала в виде нетканого стекловолокнистого мата с покрытием (первый мат) перед нанесением покрытия.
3
4
Второй мат имеет также толщину мата, не подвергнутого прессованию, в диапазоне приблизительно от 25 до 40 мил, при этом толщина составляет приблизительно 33 мил, что является наиболее типичным. Как показано в Примере, наиболее подходящим является второй мат, изготовленный в основном из К волокон длиной 1,905 см (/ дюйма) и имеющий основной вес приблизительно 0,1076 кг на кв. м (2,0 фунта/100 кв.футов).
Нетканые маты, подходящие для применения согласно настоящему изобретению, обычно до нанесения какого-либо покрытия имеют воздухопроницаемость, которая составляет менее, чем приблизительно 25,49 куб. м в минуту (900 куб.футов в минуту) и даже более предпочтительно менее чем 22,65 куб. м (800 куб.футов в минуту) (измеренную с помощью метода испытаний FG436-910, на который делается ссылка в данном описании, но при этом имеющие воздухопроницаемость, по меньшей мере, приблизительно 28,32 куб. м (100 куб.футов в минуту).
Хотя, как было описано, первый и второй маты изготавливают из стекловолокон, можно включать также незначительное количество синтетических волокон, таких как полиэфирные волокна с теми же самыми размерами в качестве заменителя некоторых стекловолокон в матах. Например, 25 мас.% стекловолокон могут быть заменены полиэфирными волокнами с теми же самыми размерами. Стекловолокнистые маты, имеющие такое незначительное количество синтетических волокон, считаются стекловолокнистыми матами, что не выходит за пределы объема описания и формулы изобретения. Но предпочтение отдается матам, изготовленным полностью из стекловолокон, т.е. матам, изготовленным исключительно из стекловолокон.
После первоначального образования мата на нетканый мат наносят адгезивное связующее, предпочтительно, на водной основе для создания цельной структуры. Хотя чаще всего для изготовления нетканых стекловолокнистых матов применяют карбамидоформальдегидные смолы, для достижения целей настоящего изобретения требуется применение акрилового адгезивного связующего как на первом, так и втором матах. Акриловое связующее должно составлять, по меньшей мере, 50 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 75 мас.% и более предпочтительно, по меньшей мере 80 мас.% и, по меньшей мере, до 90 мас.% и наиболее предпочтительно должен представлять собой связующее для стекловолокнистого мата, применяемое исключительно для каждого из матов, служащих для облицовки двух основных поверхностей гипсовой плиты. В качестве адгезивного связующего могут применяться кабамидоформальдегидная смола или меланиноформальдегидная смола в пропорциональных количествах. Однако в случаях применения для внутренней отделки помещений часто возникает необходимость сведения к минимуму выделений формальдегида из мата. В этом случае связующее для мата почти полностью изготавливают с применением акрилового связующего, т.е. только небольшое количество карбамидоформальдегидной смолы может быть применено для образования поперечных связей акрилового связующего.
Акриловыми адгезивными связующими (или, с другой стороны, акриловыми полимерами) являются полимеры или сополимеры, содержащие структурные единицы акриловой кислоты, метакриловой кислоты и их эфиров и связанных с ними производных. Такими полимерами или сополимерами могут быть либо термоотверждающийся акриловый латекс или термопластичный акриловый латекс (известный также как эластомерный акриловый латекс). Преимущественно в качестве адгезивного связующего для первого и второго матов могут быть применены смеси как термоотверждающихся акриловых полимеров, так и термопластичных акриловых полимеров в виде смеси с равной весовой пропорцией. Такие полимеры и сополимеры хорошо известны и являются широкодоступными полимерами и сополимерами промышленного изготовления. Таким образом, не требуется приводить подробно описание таких полимеров. Такие полимеры и сополимеры могут быть применены в виде водных растворов или могут быть поставлены в виде водной латексной эмульсии.
Например, предполагается, что подходящие адгезивы и, в частности, предпочтительные латексные адгезивы на водной основе могут быть изготовлены путем эмульсионной полимеризации с применением нижеследующих мономеров: (мет)акриловая кислота (при условии, что под «(мет)акриловая» подразумевается как «акриловая», так и «метакриловая»), 2-гидрооксиэтил(мет)акрилат, 2-гидрооксипропил(мет)акрилат, 2-гидроксибутил(мет)акрилат, метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, изопропил(мет)акрилат, бутил(мет)акрилат, амил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, t-бутил-(мет)акрилат, пентил(мет)акрилат, изоамил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, октил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, октил(мет)акрилат, изооктил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, нонил(мет)акрилат, децил(мет)акрилат, изодецил(мет)акрилат, ундецил(мет)акрилат, додецил(мет)акрилат, лаурил(мет)акрилат, октадецил(мет)акрилат, стеарил(мет)акрилат, тетрагидрофурфурил(мет)акрилат, бутоксиэтил(мет)акрилат, этоксидиэтиленгликоль(мет)акрилат, бензил(мет)акрилат, циклогексил(мет)акрилат, феноксиэтил(мет)акрилат, полиэтиленгликольмоно(мет)акрилат, полипропиленгликольмоно(мет)акрилат, метоксиэтиленгликоль(мет)акрилат, этоксиэтоксиэтил(мет)акрилат, метоксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат, метоксиполипропиленгликоль(мет)акрилат, дициклопентадиен(мет)акрилат, дициклопентанил(мет)акрилат, трициклодеканил(мет)акрилат, изоборнил(мет)акрилат и борнил(мет)акрилат. Другими мономерами, которые могут быть сополимеризированы с (мет)акриловыми мономерами, в основном в незначительном количестве, являются стирол, диацетон(мет)акриламид, изобутоксиметил(мет)акриламид, N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N,N-диметил(мет)акриламид, t-октил(мет)акриламид, N,N-этил(мeт)aкpилaмид, N,N'-диметиламинопропил(мет)акриламид, (мет)акрилоилморфорин; простые виниловые эфиры, такие как гидроксибутилвиниловый эфир, лаурилвиниловый эфир, цетилвиниловый эфир, а также 2-этилгексилвиниловый эфир; сложные эфиры малеиновой кислоты; сложные эфиры фумаровой кислоты; а также аналогичные соединения.
Акриловые полимеры и сополимеры, которые особенно подходят для изготовления стекловолокнистых матов, пригодных для изготовления гипсовой плиты, облицованной стекловолокнистыми матами, согласно настоящему изобретению поставляются в виде латекса и при их применении имеют температуру стеклования, по меньшей мере, приблизительно 20°С, но не более, чем приблизительно 115°С. Таким образом, особенно подходящими являются акриловые полимеры и сополимеры, имеющие температуру стеклования, по меньшей мере, приблизительно 30°С, но не более, чем приблизительно 85°С. В особенности подходящими являются акриловые полимеры и сополимеры, имеющие температуру стеклования приблизительно 40°С. Так как предпочтительным является применение одного и того же акрилового адгезивного связующего для обоих матов и поскольку температура стеклования каждого акрилового адгезивного связующего составляет, по меньшей мере, приблизительно, 20°С, но не более, чем приблизительно 115°С, то адгезивные связующие должны обладать достаточной приспособляемостью для достижения целей настоящего изобретения.

Одним из подходящих акриловых полимеров или сополимеров, имеющихся в наличии в виде термопластичного акрилового латекса или эластомерного акрилового латекса, являются полимеры Rhoplex, такие как Rhoplex GL-618, которые поставляются компанией Rohm and Haas Company». Rhoplex GL-618 имеет температуру стеклования приблизительно 36°С. Могут быть также применены акриловые латексные полимеры Rohm & Haas TSet, которые являются термоотверждающими, в особенности в виде смеси, по возможности в равных весовых пропорциях с термопластичным или эластомерным акриловым латексом. Эти термоотверждающие вещества могут быть отнесены также к термоотверждающимся полиакриловым полимерам, не содержащим формальдегида. Подходящий термоотверждающийся акриловый латекс может иметь температуру стеклования приблизительно 100°С+.
Акриловое адгезивное связующее, предпочтительно на водной основе, может быть нанесено на нетканый стекловолокнистый мат, полученный при помощи способа мокрой выкладки с применением любого подходящего оборудования, такого как устройство для нанесения покрытий наливом или устройство для нанесения покрытий окунанием и прессованием. В сушильной и вулканизационной печи стекловолокнистый мат нагревают до температуры приблизительно 121,11°С - 148,89°С (250-300°F) в течение периода времени, обычно не превышающего 1 или 2 минуты и чаще всего менее чем 30-50 секунд для высушивания и, если необходимо для отверждения адгезива. Адгезив наносят в количестве, которое необходимо, для получения цельного самонесущего мата. Подходящие количества описаны в вышеупомянутых патентах и в особых случаях могут быть определены при помощи типового (стандартного) испытания.
После образования нетканых стекловолокнистых матов изготавливается мат, который должен быть наклеен на основную поверхность плиты, служащую для облицовки внутри помещения (т.е. первый мат), на одной стороне которого имеется покрытие из высушенной, предпочтительно водной, смеси (i) минерального (неорганического) пигмента или наполнителя, (ii) полимерного адгезивного (органического) связующего и по дополнительному выбору (iii) неорганического адгезивного связующего. По дополнительному выбору изготавливают другой (второй) мат с таким же покрытием. Предпочтительно покрытие наносят на одну сторону (поверхность) стекловолокнистого мата перед применением мата для изготовления гипсовой плиты, облицованной стекловолокнистым матом согласно настоящему изобретению. Обычно покрытие наносят путем приведения в соприкосновение мата с водным раствором смеси, содержащим вышеупомянутые компоненты, с последующим высушиванием/отверждением смеси.
Исходя из сухого веса двух основных компонентов (100%) в виде минерального пигмента и органического связующего органическое связующее, которым обычно является латексный адгезив и предпочтительно акриловый адгезив, содержит, по меньшей мере, приблизительно 1% и обычно не более, чем приблизительно 20% и наиболее часто менее, чем приблизительно 17 мас.% покрытия с добавлением недостающего до баланса количества в виде неорганического минерального пигмента или наполнителя. По дополнительному выбору может присутствовать неорганическое связующее, предпочтительно содержащее, по меньшей мере, приблизительно, 0,5 мас.% общего веса высушенного (отвержденного) покрытия, но не более, чем приблизительно 20 мас.% покрытия. Весовое соотношение между минеральным пигментом или наполнителем и полимерным адгезивным (органическим) связующим может быть больше чем 15:1 и в некоторых случаях может быть больше чем 20:1, но обычно, по меньшей мере, больше, чем приблизительно 5:1.
Таким образом, подходящие композиции для покрытия при изготовлении мата с покрытием могут включать исходя из сухого веса трех упомянутых компонентов (100%) приблизительно 75-99 процентов минерального пигмента или наполнителя, обычнее всего приблизительно 80-95 процентов минерального пигмента или наполнителя, приблизительно 0-20 процентов неорганического адгезива, обычнее всего приблизительно 0-10 процентов и приблизительно 1-20 процентов полимерного адгезива (органического связующего), обычно 1-17 процентов и обычнее всего приблизительно 1-12 процентов.
Как отмечено выше, минеральный пигмент или наполнитель содержит основной компонент композиции для покрытия. Примерами таких минеральных пигментов, которые подходят для изготовления покрытых матов, применяемых согласно настоящему изобретению, являются, но не ограничиваясь этим, измельченные известняк (карбонат кальция), глина, песок, слюда, тальк, гипс (дигидрат сульфата кальция), тригидрат алюминия, оксид сурьмы или сочетание любых двух или более этих веществ.
Минеральный пигмент обычно применяют в виде частиц. Для эффективного применения минерального пигмента при изготовлении мата с покрытием, который применяют в виде первого мата согласно настоящему изобретению, пигмент предпочтительно имеет такой размер частиц, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 95% частиц пигмента проходили через проволочную сетку с отверстиями 100 меш. Предпочтительно большая часть мелких частиц должна быть удалена из большей части пигмента, если не из всего пигмента. Наблюдалось, что присутствие чрезмерного количества мелких частиц в композиции для покрытия оказывает отрицательное влияние на пористость мата с покрытием. Предпочтительным минеральным пигментом является известняк, имеющий средний размер частиц приблизительно 40 микрон. В оставшейся части этой заявки такие материалы все вместе и по отдельности в качестве альтернативы именуются «минеральными пигментами» или «наполнителями».
Смола, применяемая в покрытии, должна также соответствовать определенному уровню пористости при применении в сочетании с минеральным наполнителем при изготовлении стекловолокнистого мата с покрытием. Испытание с целью определения пористости проводят в отношении пробного мата с покрытием, изготовленного путем нанесения на стекловолокнистый мат водной композиции покрытия и высушиванием ее при температуре 110°С (230°F) в течение 20 минут. Композицию для покрытия приготавливают путем тщательного перемешивания в течение приблизительно 30 секунд смеси, состоящей из наполнителя, смолы, обычно латекса и предпочтительно акрилового латекса, а также какого-либо неорганического связующего, применяемого по дополнительному выбору. Водная композиция может быть нанесена на мат с помощью ножевого устройства для получения приблизительно 22 грамм сухого основного веса покрытия на кв.фут на стекловолокнистом мате, т.е. 236,6 грамм на кв. м.
2
2
2
2
Испытание с целью определения пористости при дальнейшем применении и испытании на отверждение покрытия мата является разновидностью метода испытания TAPPI T460, метод Гарлея (Guriey) для определения воздухонепроницаемости бумаги. В соответствии с этим методом испытания образец мата с покрытием (размером приблизительно 5,08 см на 12,70 см) (2 дюйма × 5 дюймов)) зажимают между измерительными диафрагмами (1 дюйм = 6,452 см) плотномера Гарлея, модель 4110 (2,54 см (1 дюйм), 6,452 см (1 дюйм). Внутренний цилиндр опускают вниз только под воздействием его собственного веса (т.е. силы тяжести) и регистрируют время (в секундах), прошедшее от момента, когда внутренний цилиндр опускается во внешний цилиндр устройства, и до момента, когда отметка «100 мл» на внутреннем цилиндре достигает внутреннего цилиндра. Испытание проводят повторно, применяя для этого образец, обращенный (ориентированный) в противоположном направлении.
Пористость в секундах представляет собой среднее значение, полученное в результате проведения двух испытаний для каждого образца. Подходящий стекловолокнистый мат с предварительно нанесенным покрытием обладает пористостью менее чем приблизительно 45 секунд, предпочтительно менее чем приблизительно 30 и более предпочтительно менее чем приблизительно 20 секунд. При пористости более чем приблизительно 45 секунд существует повышенный риск отслоения (т.е. образования вздутия) на поверхности раздела между матом с покрытием и гипсовой сердцевиной по мере того, как может происходить улетучивание водяных паров во время отверждения плиты. Предпочтительно пористость составляет также более, чем приблизительно 2 секунды, что необходимо для минимизации вытекания гипсового раствора во время изготовления плиты.
Для изготовления мата с покрытием могут быть применены наполнители, которые в своей основе содержат натуральное адгезивное неорганическое связующее. Примерами таких наполнителей, некоторые из которых относятся к натуральному связующему, являются (но не ограничиваясь этим) нижеследующими наполнителями: известняк, содержащий негашеную известь (СаО), глина, содержащая силикат кальция, песок, содержащий силикат кальция, тригидрат алюминия, содержащий гидроксид алюминия, вяжущая летучая зола и оксид магния, содержащий либо сульфат, либо хлорид магния или оба эти вещества. В зависимости от уровня гидратации гипс может быть как минеральным пигментом, так и неорганическим адгезивным связующим, но при этом является только лишь слегка растворимым в воде, а в твердом виде является кристаллическим непрочным веществом как связующее. Таким образом, гипс в основном не является веществом, которое предпочтительно применяют в качестве неорганического адгезивного связующего.
Наполнители, которые в своей основе содержат неорганическое адгезивное связующее в качестве компонента, которое отверждается путем гидратации, также преимущественно действуют в качестве вещества, подавляющего воспламенение. Например, тригидрат алюминия, сульфат кальция (гипс), а также оксихлорид и оксисульфат магния, которые все содержат молекулы воды, связанные в их молекулярной структуре. Эта вода, которая считается либо водой, образующейся при кристаллизации, либо водой, образующейся при гидратации, выделяется при достаточно необходимом нагреве, фактически подавляя при этом воспламенение.
Таким образом, недорогие неорганические минеральные пигменты, обладающие вышеописанными свойствами, могут выполнять три важные функции в смеси, предназначенной для покрытия, - наполнителя, связующего и подавителя воспламенения.
Примерами полимерных связующих, применяемых в композициях для покрытия, являются, но не ограничиваясь этим, бутадиентстирольный каучук, полистирол-полибутадиен-полистирол, этиленвинилхлорид, поливинилиденхлорид и сополимеры поли(винилидена), модифицированный поливинилхлорид, поливиниловый спирт, этиленвинилацетат, поливинилацетат, а также полимеры и сополимеры, содержащие структурные единицы акриловой кислоты, метакриловой кислоты, их сложных эфиров и производных (акриловые полимеры), такие как сополимеры стирола и акрилата. Большинство этих веществ, если только не все эти вещества, имеются в наличии в виде латексных композиций. В основном предпочтительными являются акриловые латексные полимеры.
В дополнение к двум основным компонентам и одному возможному компоненту, по дополнительному выбору, водная композиция для покрытия содержит также воду в количестве, достаточном для придания композиции желаемых реологических свойств (например, вязкости), что является целесообразным для выбранного вида нанесения композиции и для удерживания на поверхностях стекловолокон мата (включая волокна в промежуточных пространствах стекловолокнистого мата), а также другие ингредиенты, применяемые по дополнительному выбору, такие как красители (например, пигменты), сгустители или вещества, регулирующие реологические свойства, противовспениватели, диспергаторы и стабилизаторы дисперсии. В основном содержание твердых веществ в водной композиции для покрытия составляет приблизительно от 45 до 85 мас.%. При применении совокупное количество таких других ингредиентов в композиции для покрытия составляет обычно от 0,1 до 5% и в основном не более чем приблизительно 2% основных трех упомянутых компонентов.
Для изготовления мата с покрытием может быть применен любой подходящий способ, предназначенный для нанесения водной композиции для покрытия на основу в виде волокнистого мата, такой как нанесение покрытия валиком, нанесение покрытия ножевым устройством, нанесение покрытия распылением и тому подобный способ, включая их сочетание. Для достижения наилучших свойств мата с покрытием и получаемой в результате гипсовой плиты, покрытие наносят таким образом, чтобы оно охватывало волокна стекловолокнистого мата и проникало на глубину приблизительно от 30 процентов до 50 процентов толщины стекловолокнистого мата с покрытием. К данному случаю относится заявка № 10.798 891 на патент США, поданная 12 марта 2004 г., под названием «Применение предварительно покрытого мата для изготовления гипсовой плиты», которая включена в данное описание в виде ссылки. После нанесения водной композиции для покрытия на мат ее высушивают (отверждают) обычно путем нагрева для образования стекловолокнистого мата с покрытием.
Для того чтобы мат с предварительно нанесенным покрытием был наиболее пригодным для изготовления гипсовой плиты, облицованной матом, является предпочтительным, чтобы маты с предварительно нанесенным покрытием были достаточно гибкими, чтобы их можно было свернуть в рулоны в виде непрерывного листа. Таким образом, маты с предварительно нанесенным покрытием не должны быть жесткими и хрупкими, чтобы они не ломались при сгибании. Для достижения этой цели предполагается, что содержание неорганического адгезивного связующего в покрытии мата в основном не должно быть более чем приблизительно 20 мас.% от общего сухого веса покрытия и обычно не менее чем 10%. Кроме того, в отношении полимерного связующего практически применяют верхние пределы, как указано выше, что обусловлено стоимостью и необходимостью ограничить воспламеняемость покрытия.
Количество покрытия, наносимого на поверхность волокнистого мата, обычно должно быть достаточным для того, чтобы можно было покрыть поверхность мата (т.е. волокон, составляющих поверхность мата) композицией для покрытия. В случае первого мата, т.е. мата, служащего для облицовки внутри помещения, должно быть нанесено достаточное количество покрытия для того, чтобы поверхность мата прямо подходила для чистовой отделки 4 уровня. Требуемое количество покрытия зависит частично от толщины мата. Толщина покрытия с трудом поддается измерению вследствие того, что основа волокнистого мата, на которую наносят покрытие, является неровной. В основном глубина покрытия должна быть по меньшей мере 10 мил, а когда стекловолокнистый мат является относительно тонким и покрытие подвергают эффективной сушке, покрытие толщиной 4 мил может быть достаточным. Обычно нет необходимости, чтобы глубина или толщина покрытия превышала приблизительно 30 мил.
Стекловолокнистые маты с покрытием, предназначенные для использования согласно настоящему изобретению, могут быть изготовлены путем нанесения водной композиции для покрытия, содержащей упомянутые компоненты из твердых веществ, добавляемые в волокнистый мат в количестве, исходя из сухого веса, эквивалентного, приблизительно 0,0732 кг на кв. м (15 фунтов на 1000 кв. футов), обычнее всего в диапазоне приблизительно от 0,146 кг до 0,293 кг на кв. м (от 30 до 60 фунтов на 1000 кв.футов) мата. Обычно сухое покрытие существует в количестве, эквивалентном, по меньшей мере, приблизительно 0,198 кг на кв. м (40 фунтов на 1000 кв.футов), и чаще всего в диапазоне приблизительно от 0,171 кг до 0,269 кг на кв. м (от 35 до 55 фунтов на 1000 кв.футов) мата в зависимости от толщины стекловолокнистого мата. Хотя в некотором конкретном случае могут быть применены большие или меньшие количества покрытия, считается, что для большинства случаев применения количество покрытия составляет приблизительно от 0,146 кг до 0,293 кг на кв. м (от 30 до 60 фунтов на 1000 кв.футов мата) (в пересчете на сухое вещество).
1
3

4
4
После нанесения водной композиции для покрытия на мат ее подвергают высушиванию (отверждению) путем нагрева для образования мата с покрытием. Мат с покрытием, изготовленный согласно настоящему изобретению, позволяет пропускать сквозь него водяные пары. Один мат с предварительно нанесенным покрытием, подходящий для применения согласно настоящему изобретению, изготавливают путем нанесения на стекловолокнистый мат водной композиции для покрытия, содержащего акриловое связующее и наполнитель из пластинчатой глины. Стекловолокнистый мат имеет основной вес приблизительно 0,0879 кг на кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов) и его изготавливают исключительно из Н волокон, 75 мас.% которых имеют длину 0,635 см (/ дюйма) и 25 мас.% которых имеют длину 1,905 см (/ дюйма), при этом эти волокна склеивают вместе с помощью смеси из эластомерного акрилового латекса, такого как акриловый латекс Rhophlex GR-618 и термоотверждающегося акрилового латекса, такого как акриловый латекс Rohm & Haas TSet, сшитого при помощи небольшого количества карбамидоформальдегидной смолы. Связующее составляет приблизительно 20 мас.% от веса стекловолокнистого мата перед нанесением покрытия.
На Фиг.1 показан вид в поперечном разрезе стеновой плиты 1 согласно настоящему изобретению. Фиг.1 представляет собой вид не в масштабе; различные углы, толщина и другие размеры даны с увеличением с целью пояснения настоящего изобретения и в иллюстративных целях. Стеновая плита 1 имеет сердцевину 2 гипсовой плиты. Стеновая плита 1 имеет первую основную наружную поверхность 3, две кромки 4 и вторую наружную поверхность 5. Вся площадь (или почти вся площадь первой основной наружной поверхности покрыта нетканым стекловолокнистым матом 6 (первым матом) с покрытием. Вторая основная наружная поверхность 5 также покрыта нетканым стекловолокнистым матом 7 (вторым матом). Как описано выше, нетканый стекловолокнистый мат 6 представляет собой нетканый стекловолокнистый мат с предварительно нанесенным покрытием, которое наносят на поверхность мата, противоположную гипсовой сердцевине (т.е. на свободную поверхность мата).
В стеновой плите, изготовленной для внутренней отделки, в частности для внутренней отделки жилых зданий, первая основная наружная поверхность 3 предпочтительно имеет участки 8 определенной формы, образованные вдоль краевых боковых частей первой наружной поверхности 3, расположенных рядом с кромками 4. Хотя на чертеже показана стеновая плита 1 с одной конкретной скошенной формой кромки, могут быть применены альтернативные формы кромки, включая квадратную кромку, косую кромку, скругленную кромку и другие формы кромки (не показанные на чертеже). Первая основная наружная поверхность 3 покрыта полностью (или в основном полностью) стекловолокнистым матом 6 с покрытием. Вторая основная наружная поверхность 5 покрыта стекловолокнистым матом 7. Мат 7 по дополнительному выбору может представлять собой также стекловолокнистый мат с покрытием, которое нанесено на поверхность мата, противоположную гипсовой сердцевине (т.е. на свободную поверхность). Мат 7 перекрывает часть первого мата 6, который охватывает кромки 4. Само собой разумеется, что возможны также альтернативные способы соединения вместе облицовочных матов.
1
1
2
2
Стеновая плита 1 может быть изготовлена с различной толщиной и различной длиной и шириной, как хорошо известно. Обычно изготавливают стеновые плиты, имеющие две различные толщины - 1,27 см (/ дюйма) и 1,5875 см (5/8 дюйма), и в основном они имеют ширину 1,2192 м (4 фута) и длину либо 2,4384 м (8 футов), либо 3,6576 м (12 футов). В случае стеновой плиты с номинальной толщиной 1,27 см (/ дюйма) типичная скошенная кромка может иметь ширину w приблизительно 6,35 см (2,5 дюйма) и высоту h приблизительно 0,1905 см (0,075 дюйма).
4
2
4
2
Гипсовая сердцевина 2 стеновой плиты 1 согласно настоящему изобретению в основном представляет собой сердцевину таких широко известных гипсовых строительных изделий, как гипсовая стеновая плита с бумажной облицовкой, сухая штукатурка, гипсокартонный лист и гипсовый обшивочный лист. Настоящее изобретение не ограничивается какой-либо конкретной композицией для сердцевины. Сердцевину такого гипсового изделия получают путем смешивания с водой порошкообразного безводного сульфата кальция или полугидрата сульфата кальция (СаSO•1/2 HO), известных как обожженный гипс для образования водного гипсового раствора, с последующим гидратированием или отверждением для превращения в дигидрат сульфата кальция (CaSO•2НO), который является относительно твердым материалом. Сердцевина изделия в основном содержит, по меньшей мере, 85 мас.% отвержденного гипса, но при этом настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным содержанием гипса в сердцевине.
Композиция для изготовления сердцевины из отвержденного гипса для строительной плиты может содержать разнообразные добавки, применяемые по дополнительному выбору, включая, например, те, которые обычно добавляют в гипсовую стеновую плиту и которые хорошо известны специалистам в данной области. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается какими-либо известными добавками, применяемыми для гипсовой сердцевины, а также не исключает применение какой-либо известной добавки. Примерами таких добавок являются ускорители отверждения, пенообразователи, армирующие волокна и диспергирующие вещества. При необходимости могут быть добавлены фунгициды. Для повышения водостойкости сердцевины композиция на основе гипса, из которой изготавливают сердцевину, может также включать одну или более добавок для повышения стойкости отвержденной композиции на основе гипса к ухудшающему воздействию воды (например, стойкости к растворению).
Стеновая плита может содержать в качестве добавки парафин или парафиновую эмульсию для повышения водостойкости гипсовой сердцевины. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается и примерами других веществ, которые, как сообщается, являются эффективными для повышения водостойкости гипсовых изделий, являются нижеследующие вещества: поли(виниловый спирт), не содержащий или содержащий незначительное количество поли(винилацетата); резинаты металлов; парафин или асфальт или их смеси, поставляемые обычно в виде эмульсии; смесь парафина и/или асфальта, а также кукурузная мука и перманганат калия, не растворимые в воде термопластичные органические вещества, такие как нефть и природный асфальт, каменноугольный деготь, а также термопластичные синтетические смолы, такие как поли(винилацетат), поли(винилхлорид) и сополимер винилацетата и винилхлорида; смесь металлического и канифольного мыла, водорастворимая соль щелочноземельного металла и остаточное котельное топливо; смесь нефтяного парафина в виде эмульсии и либо остаточное котельное топливо, сосновый деготь, либо каменноугольный деготь; смесь, содержащая остаточное котельное топливо и канифоль; ароматические изоцианаты и диизоцианаты; органоводород-полисилоксаны, например такие, как указано в патентах США №3455710; 3623895; 4136687; 4447498; а также 4643771, силиконаты, такие как силиконаты Dow Corning 772, производимые компанией «Dow Corning", эмульсия парафина и эмульсия парафина-асфальта, каждая из которых содержит или не содержит такие вещества, как сульфат калия, алюминаты щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, а также портланд-цемент; эмульсия парафина-асфальта, приготовленная путем добавления в смесь расплавленного парафина и асфальта маслорастворимого, диспергируемого в воде эмульгатора и с добавлением в вышеупомянутые вещества раствора казеина, который содержит в качестве диспергирующего вещества сульфонат щелочного металла - продукта конденсации полиарилметилена. Могут быть также применены смеси этих добавок. Среди этих веществ наиболее предпочтительным является поли(метилводород-силоксан). В случае применения количество органополисилоксана должно составлять, по меньшей мере, приблизительно 0,2 мас.%. Как указано выше, какая-либо добавка для придания водостойкости применяется по дополнительному выбору.
Обычно сердцевина гипсовой стеновой плиты, облицованной нетканым стекловолокнистым матом, имеет плотность приблизительно от 648,0 кг до 891,0 кг на куб. м (от 40 до 55 фунтов на куб.фут), обычнее всего приблизительно от 745,2 кг до 810,0 кг на куб. м (от 46 до 50 фунтов на куб.фут). Само собой разумеется, если желательно, в конкретных случаях могут быть применены сердцевины, имеющие как более высокую, так и более низкую плотности. Изготовление сердцевин, имеющих заранее определенную плотность, может осуществляться при помощи известных способов, например, путем введения соответствующего количества пены (мыла) в водный гипсовый раствор, из которого получают сердцевину путем формования или прессования.
Согласно настоящему изобретению и как показано на Фиг.1 одну поверхность сердцевины 2 гипсовой плиты 1 облицовывают нетканым стекловолокнистым матом 6. Первоначально изготавливают нетканый стекловолокнистый мат и затем наносят на него предварительно покрытие, как описано выше, для того чтобы он был пригоден непосредственно под чистовую обработку 4 уровня. По совпадению покрытие может также придать влагостойкость облицовочному материалу и получаемой в результате плите. Покрытие является достаточно пористым для испарения сквозь него в виде водяных паров воды, содержащейся в водном гипсовом растворе, во время изготовления плиты. Мат с покрытием изготавливают заранее и применяют при изготовлении плиты.
Настоящее изобретение обладает поразительным эффектом, который заключается в том, что первый и второй маты, изготовленные с применением вышеупомянутых волокон, склеенных вместе акриловым связующим (волокна с номинальным диаметром, длиной и основным весом, который является предпочтительным), и один из которых имеет покрытие, а предпочтительно оба имеют покрытие, способны обеспечить подходящий уровень пористости для обеспечения возможности непрерывного изготовления гипсовой плиты обычным промышленным способом, избегая при этом чрезмерного отслоения облицовки в виде волокнистого мата и коробления плиты, что позволяет получить обработанную плиту, которая обладает поверхностными свойствами (например, гладкостью), делающими ее пригодной непосредственно под чистовую обработку 4 уровня.
Как описано более подробно ниже, стеновая плита может быть эффективно изготовлена путем образования водного гипсового раствора, который содержит чрезмерное количество воды, и нанесения гипсового раствора на горизонтально ориентированную движущуюся полосу в виде стекловолокнистого мата с покрытием. Другую горизонтально ориентированную движущуюся полосу (второй мат) затем размещают на верхней свободной поверхности водного гипсового раствора. После первоначальной гидратации, дополняемой нагревом, происходит испарение чрезмерного количества воды сквозь маты по мере того, как происходит гидратация и отверждение обожженного гипса.
На Фиг.2 приведен схематический чертеж части стандартной производственной линии для изготовления гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению. Обычным способом может быть произведено предварительное смешивание сухих ингредиентов, из которых образуют гипсовую сердцевину. Затем эти ингредиенты подают в лопастный смеситель (не показано). Воду и другие жидкие компоненты, такие как мыло, дозировано подают в лопастный смеситель, где их смешивают с необходимыми сухими ингредиентами для образования водного гипсового раствора 9, который поступает из нагнетательного трубопровода(ов) 10 лопастного смесителя. Пену (мыло) в основном добавляют в раствор, такой как раствор, находящийся в лопастном смесителе, для регулирования плотности получаемой в результате сердцевины. Следует отметить также, что способ изготовления сердцевины для гипсовой плиты не является существенной частью настоящего изобретения и преимущественно могут быть применены самые различные способы.
Раствор наносят через одно и более выпускных отверстий нагнетательного трубопровода 10 на горизонтально движущуюся полосу в виде волокнистого мата 6 (первый стекловолокнистый мат с покрытием). Регулирование наносимого количества может осуществляться при помощи способов, известных в данной области техники. Мат 6 подают из рулона (не показано) таким образом, чтобы покрытая сторона была расположена снизу, т.е. вне наносимого гипсового раствора. Перед нанесением гипсового раствора 9 полосу в виде мата 6 подвергают разглаживанию при помощи роликов (не показано) и делают на ней надрезы при помощи одного или более устройств для надрезания (не показано). Надрезы позволяют осуществить загибание вверх сторон мата 6 для образования кромок плиты, как описано ниже.
Мат 6 (первый мат) с нанесенным гипсовым раствором 9 движется в направлении, указанном стрелкой В. Движущаяся полоса в виде мата 6 образует первый облицовочный лист для изготавливаемых стеновых плит, а раствор, по меньшей мере частично (и предпочтительно только частично), проникает на толщину мата и отверждается. При отверждении между отвержденным гипсом и стекловолокнистым матом образуется сильная адгезионная связь. Частичное проникание раствора в мат может быть отрегулировано при помощи способов, известных в данной области техники, например такого, как регулирование вязкости раствора.
Известно, что при изготовлении стандартной стеновой плиты наносят относительно тонкое покрытие более высокой плотности водного раствора из обожженного гипса на внутреннюю поверхность какого-либо из облицовочных материалов перед нанесением водного раствора гипса, который образует сердцевину. Облицовочные материалы с тонким покрытием из гипсового раствора затем наслаивают друг на друга вместе с основной сердцевиной для образования влажной плиты. Аналогично этому известен также способ нанесения водного гипсового раствора более высокой плотности вдоль обеих кромок (позиция 4 на Фиг.1) гипсовой стеновой плиты. Эти способы могут быть применены по дополнительному выбору при изготовлении гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению.
После нанесения гипсового раствора 9 на полосу в виде мата 6 кромки этой полосы загибают по всей длине (с использованием оборудования, хорошо известного специалистам в данной области техники) вокруг кромок формируемой стеновой плиты таким образом, чтобы кромки полосы оказались на верхней поверхности раствора вдоль боковых сторон. Второй стекловолокнистый мат 6, подаваемый из рулона (не показано) в направлении, указанном стрелкой С, наносят на верхнюю поверхность гипсового раствора 9 обычно с незначительным перекрытием загнутых кромок (нижней) полосы в виде первого мата 6.
Перед нанесением (верхнего) второго мата 7 на верхнюю поверхность гипсового раствора может быть нанесен клей на вторую волокнистую полосу вдоль тех частей, которые должны перекрывать и входить в соприкосновение с загнутыми кромками первого мата (нанесение клея не показано). Хотя настоящее изобретение не ограничивается применяемым видом клея, в предпочтительном варианте применяют клей не на основе крахмала. Одним из подходящих видов клея является поли(винилспиртовой) латексный клей. Широко доступным видом промышленного клея является белый клей, т.е. клей на основе винилацетатных полимеров, в частности винилацетата, который подвергнут гидролизу с целью образования поливинилового спирта. После нанесения (верхней) полосы 7 трехслойное изделие в виде стекловолокнистого мата, гипсового раствора и стекловолокнистого мата подвергают прессованию между пластинами 11 и 12 для получения желаемой толщины стеновой плиты. В качестве альтернативы может быть применено прессование полотен и раствора до получения желаемой толщины с помощью роликов или другим способом. Непрерывное трехслойное изделие, состоящее из раствора и нанесенных облицовочных материалов, затем перемещают при помощи конвейера(ов) 13 в направлении, указанном стрелкой D. По мере перемещения на конвейере происходит отверждение раствора 9.
При помощи обычно применяемых способов изготовления стеновой плиты на кромках нижней поверхности формируемой стеновой плиты образуют участок, обладающий определенной формой, по мере перемещения стеновой плиты по производственной линии.
После формирования и после достаточного отверждения гипса стеновую плиту обычно разрезают на отдельные части желаемой длины и подвергают сушке. Для предотвращения ухудшения качества скошенных кромок во время сушки плиту переворачивают перед сушкой.
При изготовлении стеновой плиты согласно настоящему изобретению может быть также применен режим промышленной сушки, обычно используемый при изготовлении стандартной гипсовой плиты в виде непрерывной полосы, но не ограничиваясь этим. Нижеследующие условия сушки являются типичными: температура приблизительно от 93,33 до 315,56°С (от 200 до 600°F), время сушки приблизительно от 30 до 60 минут, линейная скорость приблизительно от 21,336 до 182,88 м в минуту (от 70 до 600 линейных футов в минуту).
ПРИМЕР
Гипсовую стеновую плиту с номинальной толщиной 1,5875 см (5/8 дюйма) (1,2192 м × 3,6576 м) (4 фута × 12 футов) изготавливали на стандартной линии для изготовления стеновых плит с применением стекловолокнистых матов в качестве первого и второго матов. Были изготовлены плиты с применением гипсовой сердцевины одинакового состава в процессе испытания с целью оценки влияния стекловолокнистых матов различной структуры на свойства получаемой в результате стеновой плиты.
3
1
1
3
1
3
1
3
3
1
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
В процессе испытания было применено шесть первых матов различной структуры, обозначенных в таблице 1 как маты 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Мат 1 изготавливали с основным весом 0,0732 кг/кв. м (1,5 фунта/100 кв.фунтов) с применением только Н волокон (с номинальным диаметром 10-11 микрон), причем 25 мас.% волокон имели длину 1,905 см (/ дюйма) и 75 мас.% волокон имели длину 0,635 см (/ дюйма), и при этом применяли акриловое связующее в виде смеси 50 на 50 мас.%, состоящей из эластомерного акрилового латекса и термоотверждающегося акрилового латекса, сшитого при помощи небольшого количества карбамидоформальдегидной смолы. Применялись акриловые смолы, поставляемые компанией «Rohm & Haas". Мат 2 изготавливали с основным весом 0,0732 кг/кв. м (1,5 фунта/100 кв.футов) и с тем же самым распределением Н волокон, которое было применено для мата 1, и с использованием эластомерного акрилового латекса, поставляемого компанией «Rohm & Haas", с добавлением меламиноформальдегидной смолы (также в смеси 50 на 50 мас.%). Мат 3 изготавливали с основным весом 0,0732 кг/кв. м (1,5 фунта/100 кв.футов), при этом применялось 75 мас.% Н волокон и 25 мас.% К волокон (с номинальным диаметром 13 микрон), а также применялось связующее из смеси эластомерного акрилового латекса, поставляемого компанией «Rohm & Haas", с добавлением меланиноформальдегидной смолы. Длина Н волокон составляла 0,635 см (/ дюйма), а длина К волокон составляла 1,905 см (/ дюйма). Мат 4 изготавливали с основным весом 0,0879 кг/кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов) и с применением 75 мас.% Н волокон и 25 мас.% К волокон, а также с применением связующего в виде смеси эластомерного акрилового латекса, поставляемого компанией «Rohm & Haas", с добавлением меланиноформальдегидной смолы. При этом также применялись Н волокна длиной 0,635 см {/ дюйма) и К волокна длиной 1,905 см (/ дюйма). Мат 5 изготавливали с основным весом 0,0879 кг/кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов) с применением 75 мас.% Н волокон и 25 мас.% К волокон и смеси 50 на 50 мас.% эластомерного акрилового латекса и термоотверждающегося акрилового латекса, поставляемого компанией «Rohm & Haas", сшитого при помощи небольшого количества карбамидоформальдегидной смолы. При этом также применялись Н волокна длиной 0,635 см (/ дюйма) и К волокна длиной 1,905 см (/ дюйма). И наконец, изготавливали мат 6 с основным весом 0,0879 кг/кв. м (1,8 фунта/100 кв.футов) с применением только Н волокон, 25 мас.% которых имели длину 1,905 см (/ дюйма) и 75 мас.% которых имели длину 0,635 см (/ дюйма), а также с применением смеси из эластомерного акрилового латекса и термоотверждающегося акрилового латекса.
На все первые маты были нанесены покрытия одинакового состава приблизительно с одинаковым основным весом покрытия.
3
4
Для испытания использовали два различных вторых мата. Оба мата изготавливали с применением К волокон длиной 1,905 см (/ дюйма), склеенных одинаковым акриловым связующим. Связующее в основном представляло собой смесь 50:50 эластомерного акрилового латекса и термоотверждающегося акрилового латекса, поставляемого компанией «Rohm & Haas". Второй мат, обозначенный в таблице 1 как мат А, изготавливали с основным весом 0,068 кг на кв. м (1,4 фунта/100 кв.футов). Второй мат, обозначенный в таблице как мат В, изготавливали с основным весом 0,098 кг на кв. м (2,0 фунта/100 кв.футов). На оба мата были также нанесены покрытия одинакового состава.
Как было описано выше, были изготовлены гипсовые плиты в комбинации с двенадцатью различными матами. В Таблице 1 показана разница между средними значениями, характеризующими эластические свойства пяти подвергнутых испытанию образцов гипсовых плит с каждой комбинации двенадцати матов, которые были изготовлены, а также стандарт годности; проводили четыре испытания при нижеследующих условиях:
Испытание I - первый мат, обращенный вверх, с плитой, напряженной в машинном направлении (стандарт годности = 140); Испытание II - первый мат, обращенный вниз, с плитой, напряженной в поперечном машинном направлении (стандарт годности = 140); Испытание III - первый мат, обращенный вверх, с плитой, напряженной в машинном направлении (стандарт годности = 100) и Испытание IV - первый мат, обращенный вниз, с плитой, напряженной в машинном направлении (стандарт годности = 100) (примечание: только четыре образца были подвергнуты испытанию согласно условиям Испытаний I и II для плиты, изготовленной с комбинацией мат 5 - мат А). Плиты были подвергнуты испытанию согласно Стандарту ASTM 1178 с использованием метода испытания «United tester method В» (ASTM - Американское общество по испытанию материалов).
В затененных клетках таблицы указаны те случаи, когда среднее значение, полученное для образцов, подвергнутых испытанию с повторениями, соответствует стандарту годности для соответствующего испытания. Из всех комбинаций, применяемых при испытаниях и показанных в таблице, наибольшее соответствие, позволяющее обеспечить адекватные результаты, продемонстрировали комбинации мат 4 - мат В, мат 5 - мат В и мат 6 - мат В. В случае комбинаций мат 2 - мат В и мат 3 - мат В наблюдалась неприемлемая величина отклонения от стандарта при испытании II.
Должно быть понятно, что хотя настоящее изобретение было описано применительно к конкретным вариантам его осуществления, вышеприведенное описание и примеры приведены в целях иллюстрации изобретения, не ограничивая при этом объем изобретения. Другие аспекты, преимущества настоящего изобретения будут понятны для специалиста в данной области техники, и эти аспекты и варианты лежат в объеме изобретения, который определен приводимой ниже формулой изобретения. Если не оговорено особо, все проценты являются массовыми процентами. Термин «приблизительно», применяемый в описании и формуле изобретения, означает точность в пределах + или -5%.