АКУСТИЧЕСКАЯ ПЛИТА НА ОСНОВЕ ГИПСА
ACOUSTIC PLATE BASED ON GYPSUM

Изобретение относится к плите на основе гипса, обладающей акустическими свойствами. Такую плиту можно использовать, в частности, для выполнения облицовки стены, потолка или пола и перегородки.
Как правило, плиты на основе гипса являются композитными плитами, содержащими гипсовую сердцевину, расположенный между двумя слоями покрытия из бумаги или картона. Эти плиты обладают механическими свойствами, которые отвечают действующим нормам, в частности, хорошим сопротивлением прогибу под нагрузкой.
Сами по себе плиты на основе гипса не имеют особых акустических характеристик. Если необходимо улучшить эти характеристики, как известно, с указанной плитой объединяют звукоизолирующий материал, такой как стекловата или асбест или полимер, для получения композитного изделия. Это композитное изделие можно удерживать на месте при помощи профилей, клея, винтов или штифтов в зависимости от предусматриваемого использования.
2
2
Наиболее распространенные плиты на основе гипса имеют среднюю толщину 12,5 мм и обычно выпускаются в продажу под названием «ВА 13». Эти плиты имеют поверхностную плотность порядка 9 кг/м. Хорошо известно, что улучшить акустические характеристики плиты можно путем увеличения ее поверхностной плотности, например, до 12 кг/м, не меняя ее толщины, но это всегда выражается в увеличении количества гипса в плите.
По этой причине плита имеет высокую стоимость.
Укладка на месте плиты с более высокой поверхностной плотностью тоже создает проблемы: учитывая увеличение веса, манипулирование плиты является более сложным и трудоемким, и, учитывая также, что плита является более плотной, ее трудно просверливать, когда крепление на опоре производят при помощи винтов. Эти недостатки становятся определяющими, когда плиту необходимо крепить на высоте, например, на потолке, или когда необходимо возвести перегородку.
Настоящее изобретение призвано предложить плиту на основе гипса, которая имеет улучшенные акустические свойства, сохраняя при этом хорошие механические свойства.
Согласно изобретению, этого результата достигают, заменив по меньшей мере один из слоев покрытия из бумаги или картона плиты на основе гипса текстильным материалом, содержащим стекловолокна и органическое связующее, и/или внедрив упомянутый текстильный материал в гипсовую сердцевину.
Таким образом, плита на основе гипса содержит текстильный материал, включающий в себя стекловолокна и органическое связующее, и плита отличается тем, что упомянутый текстильный материал образует слой или слои покрытия гипсовой сердцевины и/или внедрен в гипс, образующий сердцевину.
Под «текстильным материалом» следует понимать нетканый материал, выполненный, в частности, в виде полотна или мата, или ткань.
Текстильный материал в соответствии с изобретением включает в себя по меньшей мере 80 мас. % стекловолокон, предпочтительно по меньшей мере 90%.
Стекловолокна могут представлять собой унитарные филаменты, диаметр которых колеблется от 5 до 30 мкм, нити, содержащих множество этих филаментов стекла (базовая нить), или соединение нескольких базовых нитей (ровницы или ʺrovingʺ). Линейная плотность базовых нитей стекла или соединения таких нитей колеблется от 30 до 1500 текс.
Стекло может быть стеклом E, C, R или AR (стойкое к щелочам). Предпочтительным является стекло Е или С.
Присутствующие в нетканом материале стекловолокна могут быть сплошными или штапелированными. Длина штапелированных волокон обычно колеблется от 0,5 до 15 см, предпочтительно от 1 до 10 см и еще предпочтительнее от 1 до 8 см.
Текстильный материал может включать в себя до 20 мас. % волокон, имеющих химическую природу, отличную от химической природы стекловолокон, предпочтительно не более 10%.
В качестве примеров таких волокон можно указать натуральные органические волокна, такие как шелк, шерсть, хлопок и волокна целлюлозы или древесины, синтетические волокна, такие как вискоза или искусственный шелк; полимерные волокна, в частности, из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поли(мет)акрилата, полиамида, поливинилхлорида, полиакрилонитрила, поливинилацетата, поливинилового спирта, полиэфира, такого как полиэтилентерефталат, политетрафторэтилен и арамид; минеральные волокна, такие как волокна кремнезема, глинозема, базальта или керамики; карбоновые волокна; и металлические волокна, такие как волокна серебра, меди или стали.
Текстильный материал, содержащий стекловолокна и, возможно, другие волокна, включает в себя также органическое связующее, которое предназначено для связывания волокон между собой и для их «упрочнения», что придает текстильному материалу лучшие механические свойства, в частности, достаточную жесткость, чтобы им можно было легко манипулировать без риска разрыва.
Органическое связующее в соответствии с изобретением содержит один или несколько органических полимеров с температурой перехода в стеклообразное состояние (Tg), которая колеблется от -50 до +80°С и которую измеряют путем дифференциального калориметрического анализа в соответствии с нормой ISO 11357-1:2009. Предпочтительно температура перехода в стеклообразное состояние колеблется от 0 до +10°С.
Предпочтительно все органические полимеры, присутствующие в органическом связующем, имеют температуру перехода в стеклообразное состояние, находящуюся в вышеуказанных пределах.
Обычно органический полимер выбирают среди сополимеров олефина, такого как этилен, пропилен, бутилен или изобутилен, и винилацетата, сополимеров винилацетата и (мет)акриловой кислоты или (мет)акрилата, сополимеров метакрилата и мономера, отличного от винилацетата, в частности, стирола, гомополимеров (мет)акриловой кислоты или акрилата, терполимеров винилацетата, олефина и мономера винилового эфиры, и полимеров акрилонитрила, в частности, сополимеров акрилонитрила и (мет)акрилата, в частности, акрилонитрила и метилметакрилата, и терполимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола. Наиболее предпочтительными являются сополимеры (мет)акрилата и стирола, в частности, сополимеры бутилакрилата и стирола.
Стекловолоконный текстильный материал в виде нетканого материала в соответствии с изобретением получают, применяя водную композицию органического связующего на стекловолоконном текстильном материале, выполненном сухим способом или влажным способом, затем подвергая текстильный материал термической обработке для удаления воды.
В рамках сухого способа содержащееся в печи расплавленное стекло направляют в набор фильер, из которых филаменты вытекают по действием силы тяжести и вытягиваются газообразной текучей средой. Минеральные филаменты попадают на конвейер, где они перемешиваются, образуя мат.
На верхнюю сторону сформированного таким образом мата наносят водное органическое связующее при помощи соответствующего устройства, чаще всего работающего по принципу нанесения из завесы, и излишек органического связующего удаляют путем отсасывания на уровне противоположной стороны. Затем мат поступает в устройство, содержащее горячий воздух, температура которого порядка 200-250°С обеспечивает удаление воды и сшивание органического связующего за очень короткое время примерно от десятка секунд до 1 минуты, затем (нетканый) мат убирают в виде рулона.
В рамках влажного способа мат получают из водной дисперсии штапелированных стекловолокон, которую наносят при помощи формовочной головки на конвейере, имеющем отверстия, и воду удаляют через конвейер при помощи всасывающего кессона. Остающиеся на конвейере штапелированные волокна образуют мат, который обрабатывают в тех же условиях, которые были описаны в рамках сухого способа для формирования нетканого материала.
Как правило, композиция органического связующего содержит 10-70 мас. % воды, предпочтительно 30-60%.
Как правило, текстильный материал содержит 10-50 мас. % органического связующего из расчета твердого вещества, предпочтительно 15-25%.
Текстильный материал может включать в себя несколько идентичных или разных текстильных материалов, соединенных вместе посредством механической обработки, например, при помощи иглопробивания или воздушной струи, и соединение этих текстильных материалов упрочняют путем применения вышеупомянутого органического связующего.
2
2
2
2
Как правило, текстильный материал имеет поверхностную плотность, которая колеблется от 10 до 800 г/м, предпочтительно от 20 до 600 г/м, предпочтительно от 30 до 500 г/м и еще предпочтительнее от 35 до 120 г/м.
Сердцевину плиты получают из композиции на основе гипса, которая содержит обожженный гипс и возможные добавки, позволяющие улучшить физико-химические свойства конечного изделия и получить хорошие условия применения.
Так, сердцевина может содержать следующие добавки в следующих весовых пропорциях, выраженных в долях на 100 массовых долей гипса:
- 0,1-25 долей адгезива, функцией которого является улучшение сцепления покрытия, когда оно выполнено из бумаги или картона, с гипсом, предпочтительно не более 15 долей,
- 0,001-10 долей ускорителя схватывания, например, гидратированного сульфата кальция или сульфата калия,
- 0,001-10 долей замедлителя схватывания,
- 0-10 долей бактерицида, например, натрия омадина,
- 0,0001-1 долей порообразователя, предназначенного для создания пор с целью понижения плотности конечного изделия. Например, можно указать алкилэфирсульфаты натрия или лаурилсульфат натрия,
- 0-10 долей по меньшей мере одного водоотталкивающего средства, например, силоксана или полисилоксана,
- 0-20 долей по меньшей мере одного средства против воспламенения, например, вермикулита, кремнезема, в частности, микрометрического размера, глины или металлических волокон,
0-20 долей по меньшей мере одного усилителя, например, полимерных волокон, минеральных волокон, в частности, стекловолокон, и волокон животного или растительного происхождения.
Предпочтительно адгезив представляет собой крахмал, в частности, предварительно обработанный кислотой, декстрин, растительную муку, в частности, пшеничную или кукурузную муку, производное целлюлозы, например, метилцеллюлозу или гидроксиметилцеллюлозу, виниловый полимер, например, многоатомный виниловый спирт, поливинилацетат или сополимер этилена-винилацетата, полимер (мет)акриловой кислоты или алкил(мет)акрилата, например, полиметилметакрилат, поливинилпирролидон, в частности сшитый полистиролсульфонатом, стирол-бутадиеновый латекс, полиэфирную смолу или эпоксидную смолу.
Предпочтительно усилитель состоит не более чем из 5 долей стекловолокон, имеющих длину, составляющую от 3 до 12,5 мм, и диаметр, составляющий от 5 до 50 мкм, предпочтительно не более чем из 3 долей.
Плиту на основе гипса получают при помощи известного способа, в ходе которого обожженный гипс в виде порошка (гемигидрат сульфата кальция) смешивают с водой для получения пасты, которую наносят сплошным слоем между двумя листами бумаги или картона.
Сформированное изделие помещают под пресс для получения необходимой толщины, затем непрерывно перемещают на конвейере на расстояние, позволяющее пасте достичь достаточного уровня затвердевания, чтобы ее можно было разрезать на плиты определенной длины. После этого плиты сушат в сушильной печи для удаления излишка воды.
Толщина полученной таким образом плиты может колебаться от 6 до 25 миллиметров и предпочтительно составляет около 12,5 миллиметров.
4
2
4
2
Классически, гемигидрат сульфата кальция (CaSO.0,5 HO; обожженный гипс), независимо от того, является он натуральным или синтетическим, то есть полученным, в частности, при удалении серы из газов на теплоэлектростанциях, подвергают реакции гидратации в присутствии воды, и он преобразуется в дигидрат сульфата кальция (CaSO.2 HO; гипс).
Количество обожженного гипса, применяемое для получения пасты, как правило, колеблется от 50 до 150 массовых долей на 100 массовых долей воды и предпочтительно от 60 до 120 долей.
Как было указано выше, текстильный материал в соответствии с изобретением заменяет по меньшей мере один из слоев покрытия из бумаги или картона, покрывая главные стороны плиты на основе гипса, и/или указанный текстильный материал внедрен в гипсовую сердцевину.
Согласно первому варианту, плита на основе гипса содержит текстильный материал, расположенный на одной из главных сторон гипсовой сердцевины или внедренный в гипс.
Согласно второму варианту, плита на основе гипса содержит два текстильных материала, расположенные на двух главных сторонах гипсовой сердцевины, или один текстильный материал на одной из этих сторон, а другой - внедренный в гипс.
Согласно третьему варианту, плита на основе гипса содержит два текстильных материала, расположенные на двух главных сторонах гипсовой сердцевины, и третий текстильный материал, внедренный в гипс.
Во всех вышеуказанных вариантах текстильный материал, внедренный в гипсовую сердцевину, расположен параллельно слоям бумаги, картона или текстильного материала, которые покрывают главные стороны сердцевины, и предпочтительно текстильный материал находится на равном расстоянии от двух слоев покрытия.
Вместе с тем, в рамках изобретения можно предусмотреть внедрение  нескольких идентичных или разных текстильных материалов в гипсовую сердцевину, причем эти текстильные материалы могут быть равномерно или неравномерно распределены в толщине гипса и, в частности, могут быть расположены рядом друг с другом.
Другим объектом настоящего изобретения является использование описанного выше текстильного материала, включающего в себя стекловолокна и органическое связующее, содержащее по меньшей мере один органический полимер, имеющий температуру перехода в стеклообразное состояние, которая колеблется от -10 до +25°С, для улучшения акустических свойств, в частности, звукоизоляционных свойств плиты на основе гипса, содержащей гипсовую сердцевину, расположенный между двумя слоями покрытия, в котором упомянутый текстильный материал образует слой или слои покрытия и/или внедрен  в гипсовую сердцевину. Настоящее изобретение касается также способа улучшения акустических свойств плиты на основе гипса, включающего в себя поставку описанного выше текстильного материала, содержащего стекловолокна и органическое связующее, содержащее по меньшей мере один органический полимер, имеющий температуру перехода в стеклообразное состояние, которая колеблется от -10 до +25°С, и включение упомянутого текстильного материала в плиту на основе гипса, причем он образует слой покрытия и/или погружен в гипсовую сердцевину.
Еще одним объектом настоящего изобретения является использование плиты на основе гипса в соответствии с изобретением для улучшения звукоизоляции в здании. Настоящее изобретение относится также к способу улучшения звукоизоляции в здании, включающему в себя установку заявленной плиты на основе гипса для получения стеновых облицовок, подшивных потолков, полов и/или перегородок.
Плиту на основе гипса в соответствии с изобретением можно использовать саму по себе или в сочетании с другим материалом, например, с минеральной ватой или с древесной шерстью, или с полимером для получения звукоизоляционной и/или теплоизоляционной панели, или с промежуточной полимерной пленкой, обеспечивающей соединение между двумя плитами на основе гипса для получения композитной панели.
Эту плиту можно использовать для выполнения стеновых облицовок, подшивных потолков, полов и перегородок.
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, не ограничивая при этом его объема.
ПРИМЕРЫ 1-10
Плиты на основе гипса, содержащие один или два текстильных материала в соответствии с изобретением, изготавливают в следующих условиях:
а) готовят композицию гипса, вводя 1000 г гемигидртата сульфата кальция, 5 г крахмала, 0,1 г ускорителя схватывания (измельченный гипс, обработанный сахарозой), 0,05 г замедлителя схватывания (Plast Retard L, выпускаемый в продажу компанией Sicit 2000) и 750 г воды в смеситель, оснащенный тройной лопастью, работающий со скоростью 650 об/мин в течение 15 секунд, затем 1850 об/мин в течение 45 секунд.
b) готовят пеноматериал, вводя 138,5 г воды и 1,4 г порообразователя (Milifoam, выпускаемый в продажу компанией Hunstman) в смеситель, оснащенный тройной лопастью, работающий со скоростью 3300 об/мин в течение 1 минуты.
c) вводят композицию гипса, полученную на этапе а), и 30 г пеноматериала, полученного на этапе b), в смеситель, оснащенный планетарной лопастью, работающий со скоростью 250 об/мин в течение 50 секунд, для получения пасты.
d) пасту выливают в латунную пресс-форму, содержащую 4 полости в виде параллелепипеда (длина: 300 мм; ширина: 30 мм; глубина: 13 мм), внутренние стенки которой покрывают слоем масла, и дно покрывают листом картона или текстильного материала в соответствии с изобретением.
Когда текстильный материал в соответствии с изобретением включают в пасту, сначала пасту выливают в пресс-форму по толщине 6 мм, затем укладывают текстильный материал, обрезанный по размеру пресс-формы, и пресс-форму заполняют пастой.
На пасту укладывают лист картона или текстильный материал по размеру пресс-формы и пресс-форму закрывают пластиной, на которой располагают два груза по 5 кг каждый.
Плиты извлекают из пресс-форм после 20 минут, оставляют на открытом воздухе в течение 10 минут, затем помещают в первую сушильную печь при 180°С на 35 минут и во вторую сушильную печь при 100°С на 25 минут. Плиты хранят в сухой камере при 40°С.
В примерах используют:
2
- нетканый материал (1), состоящий из филаментов стекла Е (диаметр: 10 мкм; длина: 10 мм), полученный влажным способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 50 мас. % сополимера бутилакрилата и стирола (выпускаемого в продажу под названием Acronal S 537 S компанией BASF; Tg=-5°C). Нетканый материал содержит 15 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 50 г/м,
2
- нетканый материал (2), состоящий из филаментов стекла С (диаметр 5-13 мкм), полученный сухим способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 50 мас. % сополимера бутилакрилата и стирола (выпускаемого в продажу под названием Acronal S 537 S компанией BASF; Tg=-5°C). Нетканый материал содержит 20 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 80 г/м,
2
- нетканый материал (3), состоящий из филаментов стекла Е (диаметр: 10 мкм; длина: 10 мм), полученный влажным способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 47 мас. % сополимера бутилакрилата и стирола (выпускаемого в продажу под названием Litex S 9076 компанией Synthomer; Tg=-44°C). Нетканый материал содержит 15 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 50 г/м,
2
- нетканый материал (4), состоящий из филаментов стекла Е (диаметр: 10 мкм; длина: 10 мм), полученный влажным способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 50 мас. % сополимера бутилакрилата и стирола (выпускаемого в продажу под названием Lipaton SB 5841 компанией Synthomer; Tg=-5°C). Нетканый материал содержит 15 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 50г/м,
2
- нетканый материал (5), состоящий из филаментов стекла Е (диаметр: 10 мкм; длина: 10 мм), полученный влажным способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 50 мас. % сополимера бутилакрилата и стирола (выпускаемого в продажу под названием Synthomer VL 10946 компанией Synthomer; Tg=-50°C). Нетканый материал содержит 15 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 50г/м,
2
- нетканый материал (6), состоящий из филаментов стекла Е (диаметр: 10 мкм; длина: 10 мм), полученный влажным способом и связанный при помощи водного связующего, содержащего 25 мас. % сополимера метакриловой кислоты и акрилового эфира (выпускаемого в продажу под названием Rohagit sd 40 компанией Synthomer; Tg=100°C). Нетканый материал содержит 15 мас. % связующего из расчета твердого вещества и имеет поверхностную плотность, равную 50г/м, и
- лист картона (V5, выпускаемого в продажу компанией Saint-Régis).
Пример 1 содержит нетканый материал (1) на одной стороне плиты и лист картона на другой стороне.
Пример 2 содержит нетканый материал (1) на каждой стороне плиты.
Пример 3 содержит нетканый материал (2) на одной стороне плиты и лист картона на другой стороне.
Пример 4 содержит нетканый материал (2) на каждой стороне плиты.
Пример 5 содержит нетканый материал в гипсовой сердцевине на половине высоты толщины и лист картона на каждой стороне плиты.
Пример 6 содержит нетканый материал (4) на каждой стороне плиты.
Пример 7 содержит нетканый материал (5) на каждой стороне плиты.
Сравнительный пример 8 содержит нетканый материал (6) на каждой стороне плиты.
Сравнительный пример 9 содержит нетканый материал (7) на каждой стороне плиты.
В качестве контрольного примера в таких же условиях подготовили плиту, содержащую два листа картона и не включающую в себя никакого текстильного материала в соответствии с изобретением в гипсовой сердцевине (Контрольный пример 10).
2
Произвели оценку акустических характеристик плит путем измерения механического сопротивления MIM (ʺMeasurement of Mechanical Impedanceʺ) в условиях, предусмотренных нормой ISO 16940:2008(Е). На основании кривой частоты ускорения (дБ) в зависимости от частоты (Гц) вычисляют динамический модуль Юнга (в ГН/м) и коэффициент потерь η (в %). Вычисляют также акустический выигрыш по сравнению с плитой из примера 6 (сравнительного).
Результаты приведены в следующей таблице.
Поверхностная плотность (кг/м<sup>2</sup>)
Динамический модуль Юнга (ГН/м<sup>2</sup>)
Коэффициент потерь(%)
Акустический выигрыш(%)
Пример 1
8,7
2,33
1,78
24
Пример 2
8,4
1,79
1,10
41
Пример 3
8,9
2,73
0,48
10
Пример 4
9,0
2,64
0,69
13
Пример 5
9,3
1,62
9,95
47
Пример 6
9,1
1,75
3,24
28
Пример 7
9,1
1,52
4,52
38
Пример 8 (сравнительный)
8,9
2,36
0,46
3,3
Пример 9 (сравнительный)
9,0
2,89
0,38
-18
Пример 10 (контрольный)
9,30
3,05
0,15
-