Способ получения самоклеящихся матов из минеральной ваты - RU2728750C2

Описание

Настоящее изобретение относится к самоклеящимся изоляционным продуктам на основе минеральной ваты и к способу их получения.

Производство изоляционных продуктов на основе минеральной ваты включает стадию образования стеклянных или каменных волокон соответственно внутренним или внешним центрифугированием. На выходе устройства центрифугирования очень горячие и еще пластичные волокна вытягиваются и уносятся потоком газа. Затем на еще теплые волокна распыляется связующая композиция, известная также как связующее. Затем замасленные волокна собирают и разравнивают в форме полотна на приемной ленте или конвейере, который проходит в сушильную печь, где связующее сушится и отверждается в результате нагрева до температур примерно 200°C.

Конвейер обычно представляет собой газопроницаемую металлическую ленту, например, металлическое сито. Под конвейером можно предусмотреть всасывающее устройство.

В результате этого способа образования полотна волокон, волокна имеют не случайную, а предпочтительную ориентацию параллельно общей плоскости полученного плоского продукта. Механические свойства продукта, такие, как предел прочности на разрыв или восстановление толщины после сжатия, существенно зависят от природы и количества отвержденного органического связующего, которое связывает волокна друг с другом. По очевидным причинам ограничения расходов и оптимизации огнестойкости продуктов, содержание органического связующее должно быть как можно ниже, обычно порядка 3-7 вес.%.

Изоляционные продукты на основе минеральной ваты могут дополнительно иметь наружное покрытие, типично крафт-бумагу, облицовочный мат или алюминиевый лист, приклеенные к одной или обеим сторонам полотна минеральной ваты. Наружное покрытие типично помещают на полотно замасленных минеральных волокон перед вводом в сушильную печь или на выходе сушильной печи в случае наружных покрытий, которые не выдерживают высоких температур, таких как крафт-бумага или некоторые цветные наружные покрытия.

Когда фирма-заявитель попыталась сделать одну из сторон такого изоляционного продукта клейкой посредством нанесения адгезивной композиции прямо на поверхность полотна волокон или на наружное покрытие типа бумаги или облицовочного мата, она столкнулась со следующей проблемой: продукт, приклеенный его клейкой стороной к вертикальной опоре, такой как стена, не оставался на месте. Полотно минеральной ваты отставало от стены и от адгезионного слоя, который сам по себе еще был прочно сцеплен с вертикальной опорой. Можно было наблюдать когезионное разрушение в минеральной вате между поверхностными слоями или пластами полотна волокон и адгезионным слоем, ближайшим к опоре, тогда как слои или пласты полотна, находящиеся ниже, опускались под действием их собственного веса.

Для преодоления этого отсутствия когезии уже предлагалось несколько решений:

- обшивка полотна волокон и использование обшивки как облицовочного элемента, которому придается клейкость посредством нанесения самоклеящейся системы, такой как двусторонняя клейкая пленка, или клейкая лента, или клей,

- резка и позиционирование волокон минеральной ваты в направлении, перпендикулярном плоскости адгезионного слоя: таким образом, волокна закрепляются вглубь в толщине полотна, и их нелегко вырвать; в качестве примера такого продукта можно упомянуть продукт Isover Climcover Lamella Fix производства фирмы-заявителя;

- запутывание продукта по толщине: сетка нитей обеспечивает связывание между двумя наружными покрытиями; продукт Isover Climaver 504 фирмы-заявителя в его самоклеящемся варианте соответствует этому типу продукта.

Недостатком заключения в обшивку является невозможность резки продукта после изготовления. Два последних решения требуют сложных промышленных процессов и могут оказаться невозможными для реализации в случае продуктов большой толщины.

Конечно, фирма-заявитель могла бы решить проблему отрыва поверхностных волокон посредством улучшения собственной прочности полотна минеральной ваты, то есть, просто повышая содержание органического связующего в продукте до тех пор, пока сетка склеенных волокон не станет достаточно крепкой. Однако в области изоляционных продуктов на основе минеральной ваты такая практика является неудовлетворительной, так как это может отрицательно сказаться на механических свойствах продукта, нежелательным образом снизить огнестойкость продуктов и повысить стоимость производства.

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработать способ получения изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, по меньшей мере одна сторона которых является самоклеящейся, которые при наклеивании на основу (например, вертикальную стену или потолок) не демонстрируют когезионного разрушения под действием собственного веса. Проблема отсутствия когезии, наблюдаемая в поверхностном слое полотна, должна быть решена без значительного повышения общего содержания связующего в изоляционном продукте. Другими словами, содержание связующее в продукте должно быть по существу таким же, как в эквивалентных неклейких продуктах, имеющихся на рынке, типично от 1% до 10%, предпочтительно от 2% до 7%, в весе сухого связующего, от общего веса полотна.

После многочисленных попыток фирма-заявитель разработала относительно простой способ получения изоляционных продуктов, который не сильно отличается от известного способа и который позволяет решить проблему когезионного разрушения без значительного повышения общего содержания органического связующего в изоляционном продукте. В способе по настоящему изобретению решение вышеописанной проблемы состоит в повышении содержания связующего в полотне стекловолокон только в области наблюдаемой хрупкости, то есть в слое, ближайшем к облицовке. Как результат, дополнительное количество нанесенного органического связующего избирательно усиливает когезию наружного слоя полотна и эффективно предотвращает разрушение. Однако, количество дополнительного связующего (иногда называемое ниже "сверхзамасливанием") является достаточно малым, чтобы не изменять огнестойкость продукта.

Существует несколько возможностей введения избыточного органического связующего только в поверхностный слой полотна минеральной ваты.

Первая возможность состоит в пропитке облицовочного продукта, такого как облицовочный мат или мат из органических волокон, обладающий высокой термостойкостью, связующей композицией и в размещении этого мата, пропитанного жидкой композицией, поверх полотна минеральной ваты до ввода в сушильную печь, то есть на стадии, когда связующее в полотне еще не заполимеризовалось. Избыточное связующее, введенное в мат, будет просачиваться под действием силы тяжести в слой волокон, находящийся в непосредственном контакте с облицовкой. Локально образуется избыточное содержание связующего, которое будет усиливать связи слоев, приводимых в контакт с самоклеящейся системой. В сушильной печи дополнительное связующее отверждается и, если необходимо, реагирует с еще не полностью отвердевшей связующей композицией на волокнах, и образуется достаточно прочное соединение.

Другим способом локального введения дополнительного количества связующего у поверхности полотна является однородное опрыскивание поверхности полотна волокон жидкой связующей композиции перед нанесением облицовки и отверждения системы полотно/облицовка в сушильной печи. Конечно, оба эти способа введения связующего (нанесение на облицовку, нанесение на полотно) могут комбинироваться.

Фирма-заявитель с удовлетворением и некоторой степенью неожиданности обнаружила, что если действовать вышеописанным способом, то есть локально вводить дополнительное количество связующего, конечный самоклеящийся изоляционный продукт будет обладать удовлетворительной когезионной способностью: область хрупкости исчезла, а не просто сместилась в глубину полотна, как можно было бы думать a priori.

Таким образом, первым объектом настоящего изобретения является способ получения самоклеящихся изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, причем указанный способ включает, следующие стадии, в указанном порядке:

(a) формирование минеральных волокон посредством центрифугирования расплавленного стекла или расплавленной породы,

(b) распыление на минеральные волокна, непосредственно после их формирования, первой жидкой органической связующей композиции,

(c) формирование полотна минеральных волокон, покрытых первой жидкой органической связующей композицией, посредством подачи на конвейер,

(d) покрытие одной стороны полотна минеральных волокон облицовочным матом из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость,

(e) нагревание полотна минеральных волокон, покрытого облицовочным матом из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость, в сушильной печи в течение времени и при температуре, достаточных для отверждения органического связующего,

причем указанный способ отличается тем, что вторую жидкую органическую связующую композицию наносят на мат и/или на сторону полотна минеральных волокон, предназначенную для нахождения в контакте с матом, при этом вторая жидкая органическая связующая композиция предпочтительно содержит компоненты, способные реагировать с компонентами первой жидкой органической связующей композиции, и нанесение второй жидкой связующей композиции проводят после стадии (c) образования полотна и, предпочтительно, перед стадией (d) покрытия полотна облицовочным матом.

Органическое связующее, использующееся для связывания минеральных волокон друг с другом, может быть любой известной сшивающейся полимерной системой, применяющейся для этой цели. Для примера можно упомянуть смолы на основе фенола и формальдегида, смолы на основе фенола, мочевины и формальдегида, смолы на основе фенола, мочевины, амина и формальдегида, акриловые полимеры, сложные полиэфиры, полученные поликонденсацией мономеров и/или олигомеров, имеющих кислотные и гидроксильные функциональные группы, например, углеводов и лимонной кислоты, или продукты, образующиеся по реакции Майяра между восстанавливающим сахаром и амином. Предпочтительно использовать связующие композиции, содержащие смолу на основе фенола, амина и формальдегида со сниженным содержанием формальдегида, какие описаны в заявке WO 2008/043960.

Первая жидкая органическая связующая композиция, распыленная на волокна сразу после их выхода из устройства центрифугирования и до образования полотна, не обязательно идентична второй жидкой органической связующей композиции, наносимой локально на одну сторону полотна и/или на облицовочный мат. Однако важно, чтобы реакционноспособные компоненты обеих композиций были совместимы друг с другом, чтобы получить однородную, или перемешанную, или взаимопроникающую полимерную матрицу. Предпочтительно, реакционноспособные компоненты обеих композиций могут реагировать друг с другом и образовывать ковалентные связи.

В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению вторая жидкая органическая связующая композиция содержит по существу те же реакционноспособные компоненты, что и первая жидкая органическая связующая композиция. Однако вторая жидкая связующая композиция может быть более концентрированной или менее концентрированной, чем первая. Кроме того, она может не содержать некоторых шлихтующих добавок, присутствующих в первой жидкой органической связующей композиции.

Первая и вторая жидкие органические связующие композиции предпочтительно являются композициями на водной основе.

В принципе для облицовки можно использовать любой облицовочный мат или мат из органических волокон, имеющих высокую термостойкость, доступные на рынке, которые совместимы с намеченным применением готового продукта. Предпочтительно это нетканый облицовочный мат или мат из полиэфирных волокон, какой описан в WO 2006/061540. Предпочтительно применять облицовочный мат.

Перед пропиткой второй жидкой органической связующей композицией облицовочный мат из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость, предпочтительно имеет вес на единицу площади от 20 до 100 г/м², предпочтительно от 30 до 90 г/м² и, в частности, от 35 до 80 г/м².

Содержание в нем органического связующего перед суперзамасливанием предпочтительно составляет от 10% до 25%, предпочтительно от 11% до 20% по весу.

В предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению вторую связующую композицию наносят на облицовочный мат. Такое нанесение можно осуществить, например, посредством распыления второй связующей композиции через насадку, посредством погружения мата во вторую связующую композицию или же посредством нанесения покрытия аппликатором "lick-roll", то есть вращающимся цилиндром, который находится в контакте как со второй связующей композицией, так и с облицовочным матом.

Этот третий способ нанесения является предпочтительным, так как он позволяет легко контролировать количество композиции, переносимой на мат, а также позволяет использовать вторую связующую композицию, которая является значительно более вязкой, чем первая.

Вторая жидкая органическая связующая композиция предпочтительно имеет содержание сухих веществ от 100 г/л до 400 г/л, предпочтительно от 120 г/л до 300 г/л, в частности, от 150 г/л до 200 г/л.

Она должна, с одной стороны, быть достаточно текучей, чтобы течь вдоль минеральных волокон в поверхностном слое полотна из волокон, а с другой стороны, быть достаточно вязкой, чтобы повышение когезии в результате суперзамасливания было достаточным.

Содержание сухих веществ и общее количество второй жидкой органической связующей композиции, нанесенной на облицовочный мат и/или на сторону полотна минеральных волокон, предназначенную находиться в контакте с облицовочным матом, таковы, чтобы вклад сухих веществ органического связующего составлял от 2 г/м² до 50 г/м², предпочтительно от 3 до 30 г/м² и, в частности, от 4 до 25 г/м² готового продукта.

После приведения облицовочного мата из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость, в контакт с полотном минеральных волокон, еще не отвердевший продукт предпочтительно подвергают воздействию потока воздуха или конвейера, движущегося вертикально и прикладывающего механическое сжимающее напряжение. Этот воздушный поток, который может создаваться, например, всасывающей системой, находящейся под конвейером, облегчает течение и однородное распределение второй связующей композиции в поверхностном слое полотна минеральных волокон.

Стадия нагревания полотна минеральных волокон, покрытого матом, в сушильной печи не является отличительной особенностью, и может быть реализована известным образом при температуре, например, от 180°C до 240°C, предпочтительно от 200°C до 220°C, в течение периода времени от 30 секунд до 4 минут.

Температура и продолжительность нагрева должны, конечно, подбираться в зависимости от химической природы используемого органического связующего, чтобы гарантировать как можно более полное отверждение при ограничении возможной термической деградации отвержденного связующего.

Затем промежуточный изоляционный продукт, полученный на выходе сушильной печи, делают самоклеящимся. Для этого на открытую сторону облицовочного мата наносят "самоклеящийся материал". Этот термин охватывает все средства, прикрепляемые к облицовочному мату, которые делают возможным приклеивание изоляционного продукта к основе, обычно плоской основе, просто приводя их в контакт.

В одном варианте осуществления самоклеящийся материал является двухсторонним листом клея, например, структурой на основе волокон (нетканый материал или бумага) или полимерной пленкой, содержащей на каждой своей стороне сплошной или дискретный слой чувствительного к давлению адгезива (PSA).

В другом варианте осуществления самоклеящийся материал является чувствительным к давлению адгезивом (pressure-sensitive adhesive, PSA).

Чувствительные к давлению адгезивы (PSA) представляют собой адгезивы, обычно присутствующие в форме тонкого слоя, нанесенного на подложку. Они склеивают практически мгновенно, посредством простого контакта и приложения давления к склеиваемому материалу. Хотя существует несколько PSA, имеющих очень высокую адгезионную способность, подавляющее большинство PSA считаются ненесущими или полунесущими клеями, то есть склеивание является обратимым. Температура стеклования у PSA всегда значительно ниже, чем предполагаемая температура применения. Таким образом, при температуре окружающей среды полимерная сетка, образующая адгезионный слой, является вязкоупругой жидкостью, это связано с тем, что высокая подвижность полимерных цепей является условием, необходимым для образования множества слабых связей (ван-дер-ваальсовых и водородных связей) между адгезивом и склеиваемой поверхностью.

PSA обычно характеризуются своей липкостью, сопротивлением отслаиванию и пределом прочности на сдвиг.

Типично различают три основных химических класса чувствительных к давлению адгезивов:

- PSA на основе эластомеров,

- акриловые PSA и

- PSA на основе силикона.

PSA, использующиеся в настоящем изобретении, предпочтительно являются акриловыми чувствительными к давлению адгезивами.

Во втором варианте осуществления способа по изобретения PSA наносят непосредственно на облицовочный мат промежуточного изоляционного продукта. Таким образом, предлагаемый изобретением способ получения предпочтительно включает, после стадии нагревания (e), стадию (f) нанесения чувствительного к давлению адгезива на открытую сторону облицовочного мата. Этот PSA предпочтительно является акриловым клеем.

Эта стадия предпочтительно включает распыление водного раствора или дисперсии клея и сушку и/или отвержение осажденного адгезионного слоя, факультативно с внесением энергии посредством нагрева и/или облучения.

Количество PSA, выраженное через сухие вещества, нанесенное на открытую сторону облицовочного мата, предпочтительно составляет от 10 до 50 г/м², предпочтительно от 12 до 40 г/м², в частности, от 15 до 30 г/м².

Можно также предусмотреть нанесение PSA на облицовочный мат посредством распыления порошка плавкого PSA и нагрева.

Слой PSA, нанесенный на открытую сторону облицовочного мата, не обязательно является сплошным слоем. Это может быть дискретный слой, образованный как комбинация адгезионных зон, например, в форме полос или островков, и неадгезионных зон.

Такой дискретный адгезионный слой можно нанести, например, посредством печати адгезивной композиции на основе PSA.

Затем на адгезионный слой известным способом можно нанести легко отслаивающуюся защитную полимерную пленку.

Дополнительным объектом настоящего изобретения является самоклеящийся изоляционный продукт на основе минеральной ваты, полученный описанным выше способом.

Предлагаемый настоящим изобретением самоклеящийся изоляционный продукт на основе минеральной ваты содержит:

- полотно минеральной ваты, образованное из минеральных волокон, скрепленных друг с другом посредством нерастворимого отвержденного органического связующего, при этом можно, чтобы указанное полотно минеральной ваты имело или не имело покрытия на стороне, противоположной стороне, где нанесен самоклеящийся материал,

- на одной из сторон полотна, облицовочный мат из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость, который соединен с полотном посредством нерастворимого отвержденного органического связующего, и

- слой чувствительного к давлению адгезива (PSA) на открытой стороне облицовочного мата,

и отличается тем, что содержание органического связующего в поверхностном слое полотна минеральной ваты, находящемся в контакте с облицовочным матом, значительно больше, чем содержание органического связующего в остальной части полотна минеральной ваты.

При этом под "поверхностным слоем" здесь понимается слой, составляющий примерно 10% от веса полотна минеральной ваты (без облицовочного мата), а под "остальным полотном минеральной ваты" понимается часть полотна, дополняющая до 100 вес.%.

Содержание органического связующего в остальном полотне минеральной ваты определяется только первой жидкой связующей композицией. В настоящей патентной заявке оно сравнимо с содержанием горючих материалов, определяемым в соответствии со стандартом EN ISO 1887. Это содержание горючих материалов (потери при прокаливании, loss on ignition, LOI) в принципе по существу одинаково по толщине полотна, за исключением поверхностного слоя, где обнаружен также вклад суперзамасливания в содержание органического связующего, то есть вклад в органическое связующее, вносимый второй жидкой органической связующей композицией.

Разность между содержанием органического связующего в поверхностном слое (LOI₁₀) и содержанием органического связующего в остальном полотне (LOI₉₀) предпочтительно соответствует количеству нанесенного органического связующего (Q) от 2 г/м² до 50 г/м², в частности, от 3 до 30 г/м² и в идеале от 4 до 25 г/м² изоляционного продукта.

Суперзамасливание, или количество органического связующего, вводимого второй жидкой органической связующей композицией, можно определить следующим образом:

- Из готового продукта вырезают образец с площадью поверхности (S), больше или равной 0,5 м². Приклеенный облицовочный мат отделяют от полотна минеральной ваты, используя подходящий режущий инструмент, стараясь отделить как можно меньше минеральных волокон от полотна.

- Определяют общий вес (W_T) образца с площадью поверхности S, освобожденного от мата. Затем, используя подходящий режущий инструмент, отделяют поверхностный слой (ранее находившийся в контакте с матом), соответствующий примерно 10 вес.% образца от остального полотна, соответствующего примерно 90 вес.% полотна. Точно определяют вес (W₁₀) поверхностного слоя и вес (W₉₀) остального полотна.

Содержание горючих материалов (LOI₁₀ и LOI₉₀) в двух соответствующих весовых фракциях W₁₀ и W₉₀ определяется в соответствии со стандартом EN ISO 1887:2014.

В результате дополнительного количества связующего, введенного через вторую жидкую органическую связующую композицию, значение LOI₁₀ (выраженное в %) в поверхностном слое весом W₁₀ (выраженном в г) будет больше, чем значение LOI₉₀ (выраженное в %) остального полотна весом W₉₀ (выраженном в г).

Суперзамасливание, то есть дополнительное количество (Q) связующего, вносимого второй органической связующей композицией (выражено в г), рассчитывается следующим образом:

Q=(LOI₁₀-LOI₉₀) x W₁₀

Затем этот параметр выражают в граммах на единицу площади поверхности S (выраженной в м²) готового продукта.

Хотя способ согласно изобретению в принципе может применяться для получения любого типа самоклеящихся изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, имеет более важное значение для продуктов, имеющих одновременно довольно низкую плотность и большую толщину. Очень плотные и компактные продукты, с одной стороны, и очень тонкие продукты, с другой стороны, не очень склонны демонстрировать описанное во введении когезионное разрушение.

Таким образом, предлагаемые настоящим изобретением самоклеящиеся изоляционные продукты на основе минеральной ваты предпочтительно имеют плотность, определенную согласно стандарту NF EN 823, от 10 кг/м³ до 100 кг/м³, предпочтительно от 15 кг/м³ до 80 кг/м³, в частности, от 20 кг/м³ до 70 кг/м³.

Их толщина, определяемая в соответствии со стандартом NF EN 823, предпочтительно составляет от 15 до 200 мм, предпочтительно от 30 до 150 мм, в частности, от 50 до 120 мм.

Реферат

Изобретение относится к самоклеящимся изоляционным продуктам на основе минеральной ваты и к способу их получения. Способ получения самоклеящихся изоляционных продуктов на основе минеральной ваты, включающий: (a) формирование минеральных волокон посредством центрифугирования расплавленного стекла или расплавленной породы, (b) распыление на минеральные волокна, непосредственно после их формирования, первой жидкой органической связующей композиции, (c) формирование полотна минеральных волокон, покрытых первой жидкой органической связующей композицией, посредством подачи на конвейер, (d) покрытие одной стороны полотна минеральных волокон облицовочным матом из стекловолокон или органических волокон, имеющих высокую термостойкость, (e) нагревание полотна минеральных волокон, покрытого облицовочным матом, в сушильной печи в течение времени и при температуре, достаточных для отверждения органического связующего, (f) нанесение на открытую сторону облицовочного мата самоклеящегося материала. Причем после стадии (c) вторую жидкую органическую связующую композицию наносят на мат и/или на сторону полотна минеральных волокон, предназначенную для нахождения в контакте с облицовочным матом. Вторая жидкая органическая связующая композиция предпочтительно содержит компоненты, способные реагировать с компонентами первой жидкой органической связующей композиции. Технический результат - усиление когезии наружного слоя полотна. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

Формула