ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГИПСА
ACOUSTIC PANEL MADE FROM PLASTER

Изобретение относится к панели на основе гипса, обладающей звукопоглощающими свойствами. Такую панель можно применять, в частности, для отделки стен, для изготовления  потолочных и напольных покрытий и для изготовления  разделительных перегородок.
Панели на основе гипса обычно представляют собой составные панели, содержащие гипсовый внутренний слой между двумя слоями бумаги или нетканого материала, образованного из стекловолокна или полимера. Эти панели обладают механическими свойствами, отвечающими действующим стандартам, в частности, хорошей прочностью на изгиб под нагрузкой.
Панели на основе гипса как таковые не обладают  особыми звукоизолирующими свойствами. Известно, что когда хотят улучшить эти характеристики, указанную панель сочетают с звукоизоляционным материалом, таким как стекловата или минеральное волокно, или с полимером, чтобы получить композитный  продукт, который можно зафиксировать с помощью профилей, клея, винтов или дюбелей в зависимости от предполагаемого использования.
2
2
Панели на основе гипса чаще всего имеют среднюю толщину 12,5 мм и обычно выпускаются в продажу под наименованием "BA 13". Эти панели имеют поверхностную плотность около 9 кг/м. Конечно, хорошо известно, что улучшить звукоизоляционные характеристики панели можно, увеличив ее поверхностную плотность, например, до 12 кг/м, без изменения толщины, но это неизбежно выражается в увеличении количества гипса в панели. В результате увеличивается стоимость панели.
Монтаж панели с более высокой поверхностной плотностью также имеет недостатки: из-за увеличения веса манипуляции с панелью становятся более сложными, а так как она является более плотной, ее труднее закрепить с помощью винтов. Эти недостатки становятся существенными, когда панель необходимо крепить на высоте (перегородка или потолок).
Целью настоящего изобретения является предоставить панель на основе гипса, которая имеет улучшенные звукоизолирующие свойства при сохранении хороших механических свойств.
2
2
2
В частности, требуется получить панель на основе гипса, звукоизолирующие свойства которой по меньшей мере эквивалентны звукоизолирующим  свойствам классической панели такой же толщины, но с более высокой поверхностной плотностью, порядка 12 кг/м. Более конкретно, по замыслу изобретения поверхностная плотность составляет от 4 до 11 кг/м, предпочтительно примерно 9 кг/м.
Согласно изобретению, эта цель достигается благодаря панели на основе гипса, в частности, содержащей внутренний слой на основе гипса, находящийся между двумя листами бумаги или нетканого материала, отличающейся тем, что указанный внутренний слой содержит  по меньшей мере один  полимер.
Более конкретно, внутренний слой панели содержит гипс и по меньшей мере один полимер, выбранный из поливинилбутираля (PVB), сополимеров винилацетата и олефина, причем температура стеклования этих сополимеров составляет от -10°C до +25°C, тройных сополимеров винилацетата, олефина и винилового эфира, тройных сополимеров винилацетата, винилового эфира и (мет)акрилата, и сополимеров винилацетата и акрилового мономера.
Поливинилбутираль согласно изобретению предпочтительно имеет температуру стеклования, измеренную методом дифференциального калориметрического анализа согласно стандарту ISO 11357-1:2009, в диапазоне 40-100°C, предпочтительно 50-90°C и еще лучше 60-80°C.
Поливинилбутираль предпочтительно находится в виде порошка, состоящего из частиц размером от 20 до 1000 мкм, в частности, в диапазоне 50-100 мкм, 150-400 мкм или 400-1000 мкм.
Соответствующие изобретению сополимеры винилацетата и олефина являются, например, сополимерами винилацетата и по меньшей мере одного мономера, выбранного из этилена, пропилена, бутилена и изобутилена. Температура стеклования этих сополимеров предпочтительно составляет от -5°C до +20 °C, предпочтительно от 0 до +10°C. Температуру стеклования сополимеров измеряют методом дифференциального калориметрического анализа согласно стандарту ISO 11357-1:2009. Предпочтительны сополимеры винилацетата и этилена (EVA).
Тройные сополимеры винилацетата, олефина и винилового эфира являются, например, тройными сополимерами винилацетата, олефина, какой определен в предыдущем абзаце, и акрилата или алкилметакрилата.
Тройные сополимеры винилацетата, винилового эфира и (мет)акрилата являются, например, тройными сополимерами винилацетата, винилового эфира версатовой кислоты (обозначаемой VeoValO) и акрилата.
Сополимеры винилацетата и акрилового мономера являются, например, сополимерами винилацетата и акрилата или алкилметакрилата.
Полимер обычно составляет от 1 до 40 мас.% смеси, состоящей из гипса и полимера, предпочтительно от 3 до 30 мас.% и благоприятно от 5 до 20 мас.%.
Полимер согласно изобретению предпочтительно находится в виде частиц со средним размером в диапазоне от 0,01 до 1200 мкм, предпочтительно от 0,1 до 1000 мкм и еще лучше от 0,2 до 400 мкм.
Кроме того, внутренний слой панели согласно изобретению может содержать добавки, улучшающие физико-химические свойства конечного продукта и позволяющие обеспечить хорошие условия исплользования. Так, внутренний слой может содержать следующие добавки в следующих массовых отношениях, выраженных на 100 массовых  частей гипса:
- 0,1-15 частей адгезивного агента, задачей которого является усилить адгезию бумажного покрытия с гипсом, как, например, крахмал, в частности, предварительно обработанный кислотой, декстрин или растительная мука, в частности, пшеничный или кукурузный крахмал,
- 0,001-10 частей ускорителя схватывания, например, гидратированного сульфата кальция или сульфата калия,
- 0,001-10 частей замедлителя схватывания,
- 0-10 частей биоцида, например, омадина натрия,
- 0,0001-1 частей пенообразователя, роль которого заключается в том, чтобы создавать поры в целях снижения плотности конечного продукта. В качестве примера можно назвать простые алкиловые эфиры сульфата натрия и лаурилсульфат натрия,
- 0-10 частей по меньшей мере одной водоотталкивающей добавки, например, силоксана или полисилоксана,
- 0-20 частей по меньшей мере одного огнезащитного средства, например, вермикулит, кремнезем, в частности, микронного размера, глина или металлические нити,
- 0-20 частей по меньшей мере одной армирующей добавки, например, полимерные волокна, минеральные волокна, в частности, стекловолокна, или животные или растительные волокна.
Другим объектом изобретения является способ изготовления вышеописанной панели на основе гипса, в частности, со структурой, содержащей внутренний слой, расположенный между двумя слоями бумаги или нетканого материала.
Способ отличается тем, что для получения внутреннего слоя панели в обожженный гипс добавляют по меньшей мере один полимер, выбранный из поливинилбутираля (PVB), сополимеров винилацетата и олефина, причем указанные сополимеры имеют температуру стеклования в интервале от -10°C до +25°C, тройных сополимеров винилацетата, олефина и винилового эфира, тройных сополимеров винилацетата, винилового эфира и (мет)акрилата, и сополимеров винилацетата и акрилового мономера.
Изготовление панелей на основе гипса само по себе известно. Гипсовую панель получают непрерывным способом, который состоит в смешении порошкообразного обожженного гипса (полугидрата сульфата кальция) с водой, чтобы образовать массу, которую непрерывно размещают сплошным слоем между двумя листами бумаги или нетканого материала, содержащего минеральные волокна, в частности, стекловолокна, или полимерные волокна.
Сформированный  продукт подвергают прессованию для достижения желаемой толщины, затем его в непрерывном режиме перемещают на конвейере на расстояние, позволяющее массе достичь достаточного уровня затвердевания, чтобы ее можно было резать на панели определенной длины. Затем панели сушат в сушильной печи, чтобы удалить излишки воды.
4
2
4
2
Обычно  полугидрат сульфата кальция (CaSO·0,5HO; обожженный гипс), будь то природный или синтетический, то есть, полученный, в частности, при обессеривании газов теплоцентралей, подвергают реакции гидратации в присутствии воды, и он превращается в дигидрат сульфата кальция (CaSO·2HO; гипс).
Количество обожженного гипса, используемого для получения массы, обычно варьируется от 50 до 150 весовых частей на 100 весовых частей воды, предпочтительно от 60 до 120 частей.
Полимер может находиться в виде раствора или водной дисперсии, порошка или гранул. В случае раствора или дисперсии полимер добавляют в воду, служащую для приготовления массы. Когда речь идет о порошке или гранулах, добавление осуществляют в обожженный гипс до его смешения с водой, чтобы образовать массу. Предпочтительны дисперсии и порошки.
Хотя более конкретно имеется в виду панель на основе гипса с толщиной, равной 12,5 мм, не исключаются меньшие толщины, в частности, до 6 миллиметров, или большие, в частности, до 25 миллиметров.
Предлагаемую изобретением панель на основе гипса можно использовать самостоятельно или в сочетании с другим материалом, например, минеральной ватой или древесной шерстью, или с полимером, чтобы сформировать звуко- и/или теплоизолирующую панель, или же с прокладочной полимерной пленкой, обеспечивающей связь между двумя панелями на основе гипса, чтобы сформировать слоистую панель.
Эту панель можно использовать для отделки стен, изготовления подвесных потолков, пола и разделительных перегородок.
Другим объектом изобретения является применение полимера, выбранного из поливинилбутираля (PVB), сополимеров винилацетата и олефина, температура стеклования которых составляет от -10°C до +25°C, тройных сополимеров винилацетата, олефина и винилового эфира, тройных сополимеров винилацетата, винилового эфира и (мет)акрилата, и сополимеров винилацетата и акрилового мономера, в композиции на основе обожженного гипса, предназначенной для изготовления панели на основе гипса в целях улучшения звукоизоляционных характеристик указанной панели.
Композиция, подходящая для изготвления описанной выше панели на основе гипса, также является объектом настоящего изобретения. Эта композиция на основе гипса содержит обожженный гипс и по меньшей мере один полимер, выбранный из поливинилбутираля (PVB), сополимеров винилацетата и олефина, имеющих температуру стеклования в интервале от -10°C до +25°C, тройных сополимеров винилацетата, олефина и винилового эфира, тройных сополимеров винилацетата, винилового эфира и (мет)акрилата, и сополимеров винилацетата и акрилового мономера. Композиция может применяться, в частности, для получения соединительных швов.
Следующие примеры позволяют проиллюстрировать изобретение, однако не ограничивают его.
Примеры 1-15
Готовят панели на основе гипса, исходя из композиций, указанных в таблице 1.
В смеситель вводят полугидрат сульфата кальция, полимер и воду.
Смесь перемешивают 15 секунд на 600 об/мин и 45 секунд на 1850 об/мин. Затем добавляют пенообразователь и смесь перемешивают со скоростью 250 об/мин в течение 50 секунд, чтобы получить массу.
Массу вводят в латунную форму, имеющую 4 полости в форме параллелепипеда (длина 300 мм, ширина 30 мм, глубина 13 мм), внутренние стенки которых были заранее покрыты слоем масла. Образцы извлекают из формы через 20 минут, затем оставляют на свежем воздухе на 40 минут и, наконец, сушат в сушильной печи при 40°C до достижения постоянного веса.
2
Для сравнения в тех же условиях были приготовлены две панели, не содержащие полимера, с поверхностной плотностью, равной 9,0 и 11,9 кг/м (сравнительные примеры 10 и 11), и четыре панели, содержащие полимер не по изобретению (сравнительные примеры 12-15).
2
Звукоизоляционные характеристики панелей оценивали, измеряя их механический импеданс MIM ("Measurement of Mechanical Impedance") в условиях стандарта ISO 16940:2008(E). Исходя из кривой зависимости частоты ускорения (дБ) от частоты (Гц), рассчитывают динамический модуль Юнга (в ГН/м) и коэффициент диэлектрических потерь (в %).
Образцы представляли собой бруски длиной 300 мм, шириной 30 мм и толщиной 13 мм.
В таблице 1 представлены значения модуля Юнга, коэффициента диэлектрических потерь и улучшение акустических характеристик, рассчитанное в сравнении с эталонными панелями из сравнительных примеров 10 и 11.
Таблица 1
Пр. 1
Пр.2
Пр.3
Пр.4
Пр.5
Пр.6
Пр.7
Пр.8
Пр.9
Ср.пр. 10
Ср.пр. 11
<b>Состав</b>
Обожженный гипс<sup>(1)</sup> (г)
800
800
1000
800
900
900
1000
1000
1000
1000
1000
Вода (г)
750
750
800
750
750
750
650
700
650
750
750
Пена<sup>(2)</sup> (г)
47
47
0
30
35
30
30
30
30
40
13
Полимер (г)
- водная дисперсия
-
-
200<sup>(5)</sup>
-
-
-
200<sup>(8)</sup>
100<sup>(8)</sup>
200<sup>(9)</sup>
-
-
- порошок
200<sup>(3)</sup>
-
-
200<sup>(6)</sup>
100<sup>(6)</sup>
200<sup>(7)</sup>
-
-
-
-
-
- гранулы
-
200<sup>(4)</sup>
-
-
-
-
-
-
-
-
-
<b>Свойства</b>
Поверхностная плотность (кг/м<sup>2</sup>)
9,1
9,3
10,2
9,0
9,0
9,1
9,0
9,1
9,2
9,0
11,9
Динамический модуль Юнга (ГН/м<sup>2</sup>)
1,52
1,80
1,74
1,55
1,99
1,82
1,59
2,19
2,13
2,92
3,76
Коэффициент потерь (%)
2,61
1,86
1,76
6,5
3,8
2,3
7,69
3,47
2,59
0,5
0,5
Улучшение звукоизоляции (%)
- по сравнению с Пр. 10
47,9
38,3
40,4
46,9
31,8
37,7
45,5
25
27
-
-
- по сравнению с Пр. 11
59,5
52,1
53,7
58,7
47,0
51,5
57,7
41,7
38,5
-
-
(1)
Вторичный гипс, без бумаги CP1, производство фирмы Saint-Gobain Placo
(2)

Millifoam C, производство фирмы Huntsman; содержание сухих веществ: 30%
(3)

Shark Powder C2, производство фирмы Shark; поливинилбутираль; содержание сухих веществ: 100%
(4)

Shark Pellets C3, производство фирмы Shark; поливинилбутираль; содержание сухих веществ: 100%
(5)

Shark Dispersion C3, производство фирмы Shark; поливинилбутираль; содержание сухих веществ: 50%
(6)
Vinnapas 5044 N, производство фирмы Wacker Chemie; сополимер этилена с винилацетатом (Tg= -7°C); содержание сухих веществ: 100%
(7)

Vinnapas7055 E, производство фирмы Wacker Chemie; тройной сополимер винилацетат-этилен-виниловый эфир; содержание сухих веществ: 100%
(8)

Emultex VV 665, производство фирмы Synthomer; тройной сополимер винилацетат-VeoValO-акрилат; содержание сухих веществ: 50%
(9)

Emultex VV 675, производство фирмы Synthomer; тройной сополимер винилацетат-VeoValO-акрилат; содержание сухих веществ: 50%
Таблица 1
(продолжение)
Ср.пр. 12
Ср.пр. 13
Ср.пр. 14
Ср.пр. 15
<b>Состав</b>
Обожженный гипс<sup>(1)</sup> (г)
800
800
800
1000
Вода (г)
750
750
750
650
Пена<sup>(2)</sup> (г)
47
47
47
30
Полимер (г)
- водная дисперсия
200<sup>(10)</sup>
200<sup>(11)</sup>
200<sup>(12)</sup>
200<sup>(13)</sup>
- порошок
-
-
-
-
- гранулы
-
-
-
-
<b>Свойства</b>
Поверхностная плотность (кг/м<sup>2</sup>)
9,1
9,3
9,3
9,3
Динамический модуль Юнга (ГН/м<sup>2</sup>)
2,82
2,71
2,89
2,84
Коэффициент потерь (%)
1,01
0,54
0,73
0,91
улучшение звукоизоляции (%)
- по сравнению с Пр. 10
3,4
7,1
1,0
2,7
- по сравнению с Пр. 11
-
-
-
-
(10)
Plextol DV 686, производство фирмы Synthomer; сополимер стирола с акрилатом; содержание сухих веществ: 50%
(11)

Synthomer VL 10946, производство фирмы Synthomer; карбоксилированный сополимер стирола с бутадиеном; содержание сухих веществ: 50%
(12)

LitexN 5140, производство фирмы Synthomer; карбоксилированный сополимер бутадиена с акрилонитрилом; содержание сухих веществ: 50%
(13)

PlextolX 4427, производство фирмы Synthomer; акриловый сополимер; содержание сухих веществ: 50%