Усиленный гипсокартонный лист с улучшенной огнестойкостью

Изобретение относится к отделочным облицовочным материалам и касается гипсокартонного листа с улучшенной огнестойкостью. Лист имеет две противоположные поверхности, в одну из которых заделан волокнистый мат. Данный волокнистый мат содержит волокна, сцепленные полимерным связующим веществом. Длина волокон превышает 20 мм, а диаметр превышает 14 мкм. Полимерное связующее вещество является, по существу, не содержащим формальдегида. Изобретение обеспечивает огнестойкость гипсокартонного листа без необходимости во включении в связующее вещество огнестойких добавок, а также обеспечивает изгибную прочность. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к гипсокартонным листам, содержащим волокнистые облицовочные маты, а также к волокнистым матам, предназначаемым для применения в качестве такой облицовки.

Уровень техники

Известен способ изготовления гипсокартонных листов, предназначенных для применения, например, в строительстве, размещением слоя гипсовой суспензии между двумя противоположными покровными слоями бумаги. Однако с целью сохранения рабочих характеристик листа даже во влажных средах было предложено заменить бумажные облицовочные листы противоположными слоями, частично образованными стеклотканью. Волокна таких матов в типичном случае сцепляются с помощью связующего из карбамидоформальдегидной смолы.

Однако вследствие проблем, связанных с запахом летучих органических соединений, испускаемых карбамидоформальдегидными смолами, а также из-за необходимости соответствия нормативным требованиям, ограничивающим уровни присутствия этих соединений, желательным является предоставление связующих веществ для матов, по существу, не содержащих формальдегида.

Применяемые безформальдегидные связующие вещества обычно содержат ингибиторы горения, предназначенные для повышения огнестойкости.

Раскрытие изобретения

В самом общем виде настоящее изобретение обеспечивает мат, предназначенный для применения при упрочнении гипса и содержащий волокна, которые сцеплены не содержащим формальдегида связующим веществом, приемлемая огнестойкость которого достигается без необходимости во включении в связующее вещество огнезащитных составов и для которого также достигается приемлемая прочность на изгиб.

В данном контексте термин «не содержащий формальдегида» означает связующее вещество, которое по результатам нормативного испытания ISO 16000 выделяет или испускает формальдегид в количествах, обеспечивающих по истечении 28 дней уровень его содержания ниже 10 мкг/м³, предпочтительно ниже 5 мкг/м³.

В качестве первого объекта настоящее изобретение может предоставить гипсокартонный лист с двумя противоположными поверхностями, при том, что в одной из поверхностей данного листа заделан волокнистый мат, содержащий волокна, которые сцеплены полимерным связующим веществом, при этом такое полимерное связующее вещество, по существу, не содержит формальдегида, длина волокон превышает 20 мм и диаметр волокон составляет более 14 мкм.

Тем самым данный волокнистый мат обеспечивает для листа облицовку.

Предпочтительно полимерное связующее вещество является гидрофильным. Данное связующее вещество может быть гидрофильным по своей природе или же ему могут быть приданы гидрофильные свойства благодаря присутствию гидрофильной добавки.

В некоторых вариантах осуществления такой мат может быть полностью заделан в поверхность листа. То есть слои гипса в этом случае имеются и на внутренней, и на внешней поверхности мата. Как правило, эти варианты осуществления обеспечиваются, когда гипсовую суспензию, которая наносится на внутреннюю поверхность мата, заставляют проникать сквозь мат, таким образом обеспечивая наружный слой гипса, который закрывает наружную поверхность мата. Как известно в данной области, проницанию гипсовой суспензии через мат может способствовать действие валков (как описано, например, в патентном документе US 6524679) или применение вибрации (как описано, например, в патентном документе US 4378405).

В других вариантах осуществления мат может быть лишь частично заделан в поверхность листа, то есть в данном случае полностью наружный слой гипса мат не закрывает.

Предпочтительно длина волокон в мате превышает 22 мм, более предпочтительно превышает 23 мм. Есть основания полагать, что при увеличении длины волокон мат сможет продолжить сохранять свои упрочняющие гипсокартонный лист свойства даже в случае пожара после значительного выгорания связующего вещества. Таким образом, поддерживается целостность листа и подавляется распространение огня даже при отсутствии огнезащитных составов.

Обычно длина волокон составляет менее 30 мм, предпочтительно менее 28 мм, более предпочтительно менее 27 мм.

Гидрофильная природа полимерного связующего гарантирует хорошее пропитывание волокнистого мата гипсовой суспензией в процессе производства, что позволяет достигать приемлемых уровней прочности на изгиб.

Предпочтительно диаметр волокон превышает 15 мкм. Как правило, диаметр волокон составляет менее 30 мкм, предпочтительно менее 20 мкм.

Полимерное связующее вещество для мата может содержать акрилатный полимер, такой как поликарбоксилат, полиметакрилат, акрилат-метакрилатный сополимер, стирол-акриловый сополимер, стирол-метакриловый сополимер, бутадиен-стирольный сополимер или их смеси. Полимерное связующее при необходимости содержит гидрофильную добавку. Подходящие гидрофильные добавки включают полисорбатные поверхностно-активные вещества (такие как полиоксиэтиленсорбитанмонолаурат) и неионогенные поверхностно-активные сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленоксида. Подходящими акрилатными полимерами являются Acronal DS 2416 (от BASF), Acrodur DS 3530 (от BASF), Aquaset TF 150 (от Dow); HF05 (от Dow) и Acronal DS 5350 (от BASF).

Acronal DS 2416 может быть предпочтительным в качестве полимерного связующего вещества, поскольку он не требует отдельного добавления гидрофильных соединений.

Как правило, полимерное связующее вещество является термопластичным полимером или эластомером.

В большинстве случаев волокнистый мат содержит стекловолокно, такое как получаемое из Е-стекла. В качестве варианта волокнистый мат может содержать другие неорганические волокна, такие как минеральную вату (например, получаемую из базальта).

Мат в типичном случае содержит минеральные волокна в количестве 10-1100 г/м², предпочтительно 20-300 г/м². Связующее вещество обычно присутствует в количестве 5-350% относительно массы мата из минеральных волокон, предпочтительно от 10 до 100% и предпочтительно от 15 до 30%.

В качестве второго объекта настоящее изобретение может предложить волокнистый мат, содержащий волокна, сцепленные гидрофильным полимерным связующим веществом, в котором данное полимерное связующее, по существу, не содержит формальдегида, длина волокон превышает 20 мм и диаметр волокон составляет более 14 мкм, при этом данный мат предназначается для заделки в гипсе с целью обеспечения гипсокартонного листа согласно первому объекту изобретения.

Волокнистый мат согласно второму объекту изобретения может содержать один или несколько дополнительных признаков мата, заделываемого в одной из поверхностей гипсокартонного листа согласно первому объекту изобретения.

В данной области известно несколько способов нанесения связующего вещества на мат. Например, связующее вещество может быть нанесено на мат способом распыления или с помощью валков. При других способах связующее вещество может наноситься на мат с помощью устройства для нанесения покрытий, которое осуществляет контролируемую подачу связующего материала на мат при его перемещении мимо отверстия для нанесения покрытий. При альтернативном способе связующий материал может наноситься на мат и распределяться по мату с помощью скребка.

Осуществление изобретения

Далее настоящее изобретение будет описано только в качестве примера.

Пример 1

Были приготовлены два литра водного раствора, содержащего 250 г гидроксиэтилцеллюлозы (загуститель, предлагаемый в продаже под наименованием Natrosol™ компанией Hercules) и 0,3 г этоксилированного комплекса октадециламин-октадецилгуанидин (поверхностно-активный агент, предлагаемый компанией Cytec под названием Aerosol С-61; содержание сухого вещества 70%).

К раствору было добавлено 2,54 г пряжи с пересечками (длина 24 мм, диаметр 16 мкм) из Е-стекла.

Суспензия полученной стеклопряжи была перенесена в устройство, позволяющее изготовить мат. Данное устройство содержит контейнер, имеющий перфорированное основание, которое делает возможным сообщение по жидкости между внутренним объемом контейнера и всасывающим аппаратом, расположенным ниже контейнера.

Суспензия помещалась в контейнер и гомогенизировалась энергичным перемешиванием, а затем задействовался всасывающий аппарат для удаления жидкости. На сите образовывался мат из стекловолокна размерами 30×30 см и имеющий показатель массы на площадь поверхности 28,2 г/м².

Мат погружался на одну минуту в водный раствор акриловой смолы (Acronal DS 2416, приобретен в BASF). Избытки связующего вещества в мате удалялись отсасыванием, а затем мат нагревался в течение одной минуты при 210°С для его отверждения. После такой обработки мат содержит 5 г/м² акриловой смолы.

Пример 2 и Сравнительные примеры 3-6.

Пример 2 и Сравнительные примеры 3-6 относятся к гипсокартонным листам, имеющим заделанные стекломаты на обеих поверхностях. Характеристики стекломатов в сводном виде представлены в Таблице 1.

Огнестойкость: испытание 1.

Гипсокартонные листы согласно Примеру 2 и Сравнительным примерам 3-6 были подвергнуты испытаниям на сопротивление воздействию огня в соответствии с BS:EN 1364 1:1999. В кратком изложении, была построена внутренняя стена, каркас которой с каждой поверхности был облицован однослойным листом толщиной 12,5 мм. Одна сторона данной стены была подвергнута воздействию огня.

Рабочие характеристики листов признавались удовлетворительными, если средняя температура на не подвергавшейся воздействию пламени поверхности стены оставалась ниже 140°С в течение по меньшей мере 60 минут. Результаты в итоговом виде представлены в Таблице 1.

Огнестойкость: испытание 2.

Были выполнены дополнительные испытания огнестойкости гипсокартонных листов согласно Примеру 2 и Сравнительным примерам 3-6 с применением методики BS EN 1363-1:1999. В кратком изложении, стальная балка была облицована однослойным листом толщиной 20 мм и подвергнута действию огня.

Рабочие характеристики листов признавались удовлетворительными, если средняя температура стальной балки оставалась ниже 550°С в течение по меньшей мере 82 минут, а листы сохраняли свою механическую целостность в течение более чем 90 минут.

Испытания прочности на изгиб.

Гипсокартонные листы согласно Примеру 2 и Сравнительным примерам 3-6 были подвергнуты испытаниям по определению прочности на изгиб в соответствии с BS:EN 520 1:1999. Рабочие характеристики листов признавались удовлетворительными, если их прочность на изгиб превышала заранее заданный уровень. Результаты представлены в Таблице 1.

Оценка проницаемости суспензии.

Степень проницаемости суспензии через волокнистый мат оценивалась визуальным осмотром и классифицировалась как «удовлетворительная», если проникновение оказывалось полным и полученная поверхность листа была плоской. Результаты представлены в Таблице 1.

1. Гипсокартонный лист с двумя противоположными поверхностями, при том, что в одной из поверхностей данного листа заделан волокнистый мат, содержащий волокна, которые сцеплены полимерным связующим веществом, при этом такое полимерное связующее вещество, по существу, не содержит формальдегида и является гидрофильным, длина волокон превышает 20 мм и диаметр волокон составляет более 14 мкм.

2. Лист по п. 1, в котором волокнистый мат полностью заделан в поверхности листа.

3. Лист по п. 1, в котором волокнистый мат частично заделан в поверхности листа.

4. Волокнистый мат, содержащий волокна, сцепленные гидрофильным полимерным связующим веществом, в котором данное полимерное связующее, по существу, не содержит формальдегида, длина волокон превышает 20 мм и диаметр волокон составляет более 14 мкм, при этом данный мат предназначается для заделки в гипсе с целью обеспечения гипсокартонного листа по любому из пп. 1-3.

5. Мат по п. 4, в котором полимерное связующее вещество выбрано из группы, состоящей из акрилатных полимеров, метакрилатных полимеров, акрилат-метакрилатных сополимеров, стирол-акриловых сополимеров, стирол-метакрилатных сополимеров, бутадиен-стирольных сополимеров и их смесей.

6. Мат по п. 4, в котором полимерное связующее вещество дополнительно содержит гидрофильную добавку.

7. Мат по п. 5, в котором полимерное связующее вещество дополнительно содержит гидрофильную добавку.

8. Мат по п. 6, в котором гидрофильная добавка выбрана из группы, состоящей из полисорбатных поверхностно-активных веществ, полиоксиэтиленсорбитанмонолаурата и неионогенных поверхностно-активных сополимеров полиэтиленоксида и полипропиленоксида.

9. Мат по п. 7, в котором гидрофильная добавка выбрана из группы, состоящей из полисорбатных поверхностно-активных веществ, полиоксиэтиленсорбитанмонолаурата и неионогенных поверхностно-активных сополимеров полиэтиленоксида и полипропиленоксида.

10. Мат по п. 6, в котором акрилатный полимер выбран из группы, состоящей из Acrodur DS 3530 (от BASF), Aquaset TF 150 (от Dow) и HF05 от Dow.

11. Мат по п. 7, в котором акрилатный полимер выбран из группы, состоящей из Acrodur DS 3530 (от BASF), Aquaset TF 150 (от Dow) и HF05 от Dow.

12. Мат по п. 8, в котором акрилатный полимер выбран из группы, состоящей из Acrodur DS 3530 (от BASF), Aquaset TF 150 (от Dow) и HF05 от Dow.

13. Мат по п. 9, в котором акрилатный полимер выбран из группы, состоящей из Acrodur DS 3530 (от BASF), Aquaset TF 150 (от Dow) и HF05 от Dow.

14. Мат по п. 5, в котором акрилатным полимером является Acronal DS 2416 (от BASF).

15. Мат по любому из пп. 4-14, в котором волокнистый мат содержит стекловолокно.

16. Мат по любому из пп. 4-14, в котором диаметр волокон превышает 15 мкм, предпочтительно превышает 16 мкм.

17. Мат по п. 15, в котором диаметр волокон превышает 15 мкм, предпочтительно превышает 16 мкм.

18. Мат по любому из пп. 4-14, 17, в котором длина волокон превышает 22 мм, предпочтительно превышает 23 мм.

19. Мат по п. 15, в котором длина волокон превышает 22 мм, предпочтительно превышает 23 мм.

20. Мат по п. 16, в котором длина волокон превышает 22 мм, предпочтительно превышает 23 мм.

21. Мат по любому из пп. 4-14, 17, 19, 20, в котором данный мат является нетканым матом.

22. Мат по п. 15, в котором данный мат является нетканым матом.

23. Мат по п. 16, в котором данный мат является нетканым матом.

24. Мат по п. 18, в котором данный мат является нетканым матом.