Стеновая плита для внутренних работ и способ ее производства

Стеновая плита для внутренних работ и способ ее производства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к усовершенствованной гипсовой стеновой плите, облицованной стекловолокнистым материалом или стекловолокнистым матом. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гипсовой стеновой плите, покрытой стекловолокнистым материалом, особенно стекловолокнистым материалом с покрытием, подходящим для использования внутри помещений. Гипсовая стеновая плита, облицованная стекловолокнистым материалом с покрытием, согласно настоящему изобретению предназначена для выполнения отделки, соответствующей четвертому уровню по стандарту GA-214-96.

Уровень техники

В строительной промышленности широко используют гипсовую стеновую плиту, состоящую из среднего слоя из отвержденного гипса, расположенного между двумя слоями многослойной бумаги облицовочного материала, при строительстве жилых помещений, коммерческих зданий и других объектов. Использование гипсовых стеновых плит, облицованных бумагой, стало одной из наиболее широко распространенных технологий отделки внутренних помещений зданий. Облицованную бумагой гипсовую стеновую плиту, известную также как гипсоцементная плита, сухая штукатурка или гипсокартон, обычно изготавливают (предварительно разрезая) в виде плоских листов размером 4 на 8 фута или 4 на 12 футов и толщиной, обычно, 1/2 дюйма или 5/8 дюйма. Гипсовые стеновые плиты, облицованные бумагой, крепят к деревянным или металлическим стойкам для образования внутренних перегородок или стен комнат, шахт лифтов, лестничных пролетов, потолков и т.п.

Обычную гипсовую стеновую плиту, облицованную бумагой, обычно изготавливают из суспензии штукатурного гипса (суспензии обезвоженного гипса), причем суспензию заливают между двумя облицовочными слоями многослойной бумаги и предоставляют ей время застыть. В типичной гипсовой стеновой плите, облицованной бумагой, два слоя облицовочной многослойной бумаги используют для удерживания суспензии до тех пор, пока она не затвердеет и не будет обеспечивать прочность, требуемую для установки и эксплуатации. Отвержденный гипс является жестким и твердым материалом, получаемым в результате реакции штукатурного гипса с водой с образованием дигидрата сульфата кальция.

При изготовлении стеновой плиты избыточное количество воды, требуемое для гидратации штукатурного гипса, необходимо удалить из суспензии для отверждения. Хотя для гидратации штукатурного гипса требуется определенное количество воды, необходимо добавлять избыточное ее количество, например, порядка двукратного или большего количества, чем действительно требуется для гидратации штукатурного гипса, чтобы получить однородную свободнотекущую суспензию, пригодную для транспортирования и последующего нанесения на облицовочные листы для образования среднего слоя. Это избыточное количество воды требуется выпарить в основном сквозь облицовочные листы при отверждении и сушке стеновой плиты.

Гипсовую стеновую плиту обычно изготавливают в виде непрерывного продукта на замкнутом конвейере, используя рулоны бумажного облицовочного материала. Стеновую плиту разрезают на отдельные отрезки заданной длины для обеспечения возможности последующего использования, а затем сушат в сушилках до полного высыхания отдельной стеновой плиты. Качество бумажных облицовочных материалов определяет использование плит и поверхностную отделку, которую можно осуществить, используя такую стеновую плиту.

Бумажный облицовочный материал, обычно используемый для изготовления гипсовых стеновых плит, облицованных бумагой, бывает двух типов. Облицовочный материал, используемый со стороны стеновой плиты, обращенной внутрь помещения, изготавливают из многослойной конструкции с наружными слоями, обычно состоящими из бумаги более высокого сорта. Это позволяет создавать плиты с более ровной поверхностью, подлежащие отделке с применением широкого диапазона эстетически приемлемых способов, в частности покраской. Внутренние слои, включая слой, контактирующий со средним слоем стеновой плиты, обычно изготавливают из макулатуры и из использованных картонных коробок. Бумажный облицовочный материал, используемый с изнаночной стороны стеновой плиты, обычно изготавливают из множества слоев бумаги более низких сортов, например из макулатуры и из использованных картонных коробок.

Многослойный облицовочный бумажный материал уже давно используют в этих целях, так как благодаря его применению обеспечивают уникальную комбинацию свойств. Бумага способна образовывать удовлетворительное скрепление с отвердевшим гипсом, особенно гипсом с добавленным в него связующим, например крахмалом, в результате чего облицовочный материал не легко отслоить от среднего слоя из отвердевшего гипса. Как описано выше, вода, которую добавляют для приготовления суспензии гипса и которая не должна химически соединяться со штукатурным гипсом (обезвоженным гипсом), должна быть выпарена в основном сквозь любые облицовочные листы, не вызывая отслоения. Бумага имеет по существу пористую структуру, что обеспечивает возможность прохода паров воды сквозь нее при изготовлении гипсовых стеновых плит. При использовании бумага обеспечивают также ровную поверхность, которую можно легко отделывать рядом способов, например приклеиванием обоев или особенно покраской при минимальной подготовке поверхности.

Хотя бумага является относительно недорогим облицовочным материалом, и ее легко использовать при изготовлении плит, она обладает недостатками, особенно связанными с влагостойкостью. Влага может оказывать вредное воздействие на стеновую плиту с бумажным облицовочным покрытием. Помимо снижения прочности и других конструкционных свойств, влага (в сочетании с другими факторами) может способствовать развитию плесени (включая, например, грибков). Проблема может оказаться особенно острой (при определенных условиях) при оборудовании определенных пространств, которые после обшивки плитами оказываются закрытыми и малодоступными.

Альтернативой гипсовой стеновой плите с бумажной облицовкой может быть также плита с волокнистым материалом (например, материалом из стекловолокна) в качестве облицовочного материала. К числу примеров таких стеновых плит можно отнести плиты, описанные в патентах США №№ 3993822, 5644880, 5791109, 5883024 и 6001496. Использование волокнистых материалов и особенно материалов из стекловолокна, часто в дополнение к повышенной водостойкости, позволяет значительно повысить прочность и другие желательные конструкционные характеристики.

Хотя такие волокнистые материалы могут быть во многих отношениях более подходящими облицовочными материалом, чем бумага, особенно в отношении их влагостойкости для наружного применения, такие материалы маложелательны, в сравнении с бумагой, в других отношениях. В частности, известные стеновые плиты, облицованные материалами из стекловолокна или из других похожих волокон, обладают маложелательной (обычно более неравномерной или грубой) поверхностью стены, плохо подходящей для отделки во многих случаях применения и, таким образом, менее эстетически привлекательной. Внутренние стены часто отделывают, например, покраской или наклеиванием обоев. Тогда как при использовании бумажной облицовки обеспечивается ровная поверхность для покраски или наклеивания обоев, применение известной волокнистой облицовки и особенно обычных листов облицовки из стекловолокна этого не обеспечивает.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки и преимущества изобретения станут более понятными при ознакомлении с последующим более подробным описанием определенных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие его, на которых ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам на всех различных видах. Чертежи выполнены не в масштабе, а внимание обращено на иллюстрацию отличительных признаков изобретения.

На фиг.1 представлен схематически поперечный разрез стеновой плиты, облицованной стекловолокнистым материалом с покрытием согласно настоящему изобретению.

На фиг.2 очень схематично показан частичный вид части линии для изготовления стеновой плиты.

Подробное описание настоящего изобретения

Согласно настоящему изобретению гипсовую стеновую плиту облицовывают уникальным нетканым стекловолокнистым материалом (или стекловолокнистым матом) с покрытием, предназначенным для получения в результате гипсовой стеновой плиты с облицовкой из стекловолокнистого материала, поверхность которой пригодна для отделки, соответствующей четвертому уровню, так же, как и коммерчески выпускаемая гипсовая плита с многослойной бумажной облицовкой, т.е. с очень ровной поверхностью. Этого результата можно достигнуть путем использования в качестве облицовочного материала для изготовления гипсовой стеновой плиты нетканого материала с покрытием, материала из стекловолокна, обладающего характеристиками, требуемыми для выполнения настоящего изобретения.

Более конкретно, установлено, что нетканый материал из стекловолокна с покрытием, содержащий и предпочтительно состоящий по существу из волокон диаметром не более приблизительно 11 мкм, и предпочтительно - не менее приблизительно 8 мкм, скрепленных между собой преимущественно акриловым адгезивным связующим, обладающим подходящей мягкостью, можно использовать с большим успехом при изготовлении гипсовой стеновой плиты, предназначенной для внутренних работ. Покрытие стекловолокнистого материала готовят путем сушки водной смеси (i) минерального пигмента, (ii) полимерного адгезивного связующего и, при необходимости, (iii) неорганического адгезивного связующего. Предпочтительно покрытие наносят на стекловолокнистый материал до того, как стекловолокнистый материал используют для изготовления гипсовой стеновой плиты. Такой материал называют «материалом с предварительным покрытием».

Под термином «диаметр» здесь понимают минимальную толщину волокна, поперечное сечение которого может не иметь по существу круглой формы.

Различные уровни отделки гипсовой плиты описаны в издании GA-214-96 «Рекомендованные уровни отделки гипсовой плиты, поставляемой Ассоциацией поставщиков гипсовых изделий» (г. Вашингтон, федеральный округ Колумбия), включенном в полном объеме в настоящую заявку посредством ссылки. Четвертый уровень отделки обычно предписывают тогда, когда поверхность стеновой плиты надлежит покрыть матовыми красками, создать легкие текстуры или выполнить облицовку стены. Следовательно, такая поверхность должна быть соответственно ровной, чтобы отделку такой стены можно было выполнить с минимальной подготовкой и чтобы она была эстетически приемлемой.

Нетканый стекловолокнистый материал, предназначенный для использования согласно настоящему изобретению, может быть изготовлен способом мокрой выкладки, осуществляемым на оборудовании, которое можно рассматривать, как модифицированное бумагоделательное оборудование. Описание способа мокрой выкладки для изготовления стекловолокнистых материалов можно найти в ряде патентов США, включая патенты: №№ 2906660, 3012929, 3050427, 3103461, 3228825, 3760458, 3766003, 3838995, 3905067, 4112174, 4681802 и 4810576, все включенные в настоящую заявку посредством ссылки.

В основном, способ мокрой выкладки для изготовления нетканых материалов из стекловолокна включает в себя первый этап приготовления водной суспензии из стекловолокна короткой длины (называемой в области отрасли «белой водой») при перемешивании в смесительном резервуаре, затем этап подачи суспензии на движущееся сеточное транспортерное полотно, на котором волокно сцепляется между собой с образованием свежеприготовленного мокрого полотна из стекловолокна, а избыток воды удаляют из волокнистого полотна.

Машины, например сетчатые цилиндры, длинносеточная бумагоделательная машина, формирующая установка Стивенса, «Ротоформер», «Инверформер», «Вентиформер» и подобные машины, могут быть использованы для получения полотна при способе мокрой выкладки. При использовании такого оборудования из напорного ящика напускают суспензию на движущееся сеточное транспортерное полотно. Воду удаляют путем отсоса, или создания разрежения, и получают полотно способом мокрой выкладки.

Так как стекловолокно не очень хорошо диспергируется в воде, то, согласно практике в данной области техники, вводят агенты, способствующие диспергированию стекловолокна. Такими агентами, способствующими диспергированию, обычно являются вещества, повышающие вязкость водной среды. К числу подходящих диспергирующих агентов, обычно используемых в данной отрасли промышленности, можно отнести: полиакриламиды, гидроксиэтилцеллюлозу, этоксилированные амины и аминооксиды. В «белую воду» обычно добавляют также и другие добавки, например поверхностно-активные вещества, замасливатели и пеногасители. Такие агенты дополнительно способствуют, например смачиваемости и диспергированию стекловолокна.

Волокнистую суспензию, подаваемую на движущееся сеточное транспортерное полотно или сетчатый барабан, перерабатывают в нетканый рулонный волокнистый материал путем удаления воды, обычно путем использования устройств для отсоса и/или для создания разрежения, и обычно после этого в материал вносят адгезивное связующее. Композиция адгезивного связующего обычно представляет собой жидкость на водной основе, которой непосредственно пропитывают волокнистый материал, а сразу же после этого связующее отверждают или вулканизируют для достижения желаемой связанности материала.

Настоящее изобретение зависит от приготовления уникального нетканого стекловолокнистого материала, который затем наносят в качестве облицовочного листа, по меньшей мере одной поверхности, предложенной согласно изобретению гипсовой стеновой плиты. Приготовление подходящего облицовочного нетканого стекловолокнистого материала является результатом целенаправленного выбора соответствующего содержания стекловолокна, формирования из стекловолокна нетканого материала при соответствующем наборе рабочих условий для изготовления в конечном счете материала с заданной поверхностной плотностью и последующей обработки нетканого материала соответствующим адгезивным связующим. Конечно, в практике изготовления плит согласно изобретению незначительная доля стекловолокна может быть заменена органическими волокнами, особенно синтетическими волокнами, например волокнами из сложного полиэфира, что может привести к повышению стоимости продукта.

Нетканый материал из стекловолокна, используемый для изготовления гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению, получают, используя стекловолокно, имеющее диаметр предпочтительно не менее приблизительно 8 мкм и не более приблизительно 11 мкм. Стекловолокно может быть волокнами типа Е, С, Т или S или любого известного типа с хорошей прочностью и долговечностью, однако ослабленное пламенем волокно обычно не желательно. Предпочтительно, чтобы большая часть волокна, а более предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 75 вес.% волокна, и даже предпочтительно, чтобы по существу все волокно (т.е. все волокно, из которого по существу состоит материал) имело диаметр не менее приблизительно 8 мкм и не более приблизительно 11 мкм. Дополнительно предпочтительно, чтобы в нетканом материале по существу не было волокна, имеющего диаметр больше приблизительно 13 мкм.

Использование материалов, изготовленных из стекловолокна, имеющего диаметр менее приблизительно 8 мкм нежелательно, так как считается, что прочность на отслаивание, способность к склеиванию и, возможно, пористость таких материалов (особенно после нанесения покрытия) препятствует изготовлению приемлемой гипсовой стеновой плиты. С другой стороны, использование материалов, содержащих слишком большую долю волокна, имеющего диаметр более приблизительно 11 мкм, может привести к получению нетканого материала, даже после нанесения покрытия (как это раскрыто ниже), имеющего такую структуру поверхности, которую невозможно отделать приемлемым образом, т.е. поверхность будет не достаточно ровной, чтобы непосредственно на ней производить отделку четвертого уровня, как описано выше. Волокна соответствующего диаметра для изготовления стекловолокнистого материала, подходящего для использования в настоящем изобретении, могут быть получены, например, от компаний «Johns Manville» и «Owens-Corning».

Большая часть волокон, если не все волокна, используемые для изготовления материала, должны также иметь длину волокна где-то в диапазоне приблизительно от 1/4 до 3/4 дюйма, а более предпочтительно - в диапазоне приблизительно от 1/4 до 1/2 дюйма. Более короткое волокно затрудняет формирование материала; тогда как слишком большое содержание более длинного волокна пагубно влияет на изготовление материала с подходящей структурой поверхности (гладкость) для четвертого уровня отделки. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 75 вес.% волокон, используемых для изготовления материала, имели длину волокон в диапазоне приблизительно от 1/4 до 3/4 дюйма, а предпочтительно - в диапазоне приблизительно от 1/4 до 1/2 дюйма, при этом более предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 90 вес.% волокон, используемых для изготовления материала, имели длину в диапазоне приблизительно от 1/4 до 3/4 дюйма, а предпочтительно - в диапазоне приблизительно от 1/4 до 1/2 дюйма. Например, ожидается, что материал, изготовленный с использованием 75 вес.% волокна типа Н с длиной волокон 1/4 дюйма (приблизительно 10 мкм в диаметре) и 25 вес.% волокна типа Н с длиной волокна 3/4 дюйма, будет иметь подходящую гладкость поверхности.

Считается также, что помимо диаметра волокна и длины волокна поверхностная плотность материала (т.е. масса единицы площади материала) может оказывать влияние на свойства поверхности (например, ее ровность) и на пригодность материала, которая делает материал пригодным к использованию в изготовлении гипсовой стеновой плиты, соответствующей четвертому уровню отделки, обычным непрерывным способом изготовления гипсовой стеновой плиты. Более конкретно, предпочтительно, чтобы нетканый материал из стекловолокна был изготовлен с поверхностной плотностью, по меньшей мере, составляющей приблизительно 0,8 фунт/100 фут², но не более приблизительно 2,2 фунт/100 фут², и чтобы толщина материала в неспрессованном состоянии была в диапазоне приблизительно от 25 до 40 милей, причем толщина приблизительно 33 миля является наиболее типичной. Часто является подходящей поверхностная плотность, составляющая от 1 до 2,1 фунт/100 фут². В некоторых случаях поверхностная плотность нетканого материала может находиться в диапазоне приблизительно от 0,8 до 1,5 фунт/100 фут² или, как вариант, в диапазоне от 0,9 до 1,4 фунт/100 фут².

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения нетканый волокнистый материал, используемый в изготовлении гипсовой стеновой плиты согласно настоящему изобретению, состоит по существу из произвольно распределенного волокна диаметром приблизительно 11 мкм (но не менее 8 мкм) (предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 90 вес.% волокон имели диаметр приблизительно 10-11 мкм), причем, по меньшей мере, 75 вес.% волокон имеют длину волокна приблизительно от 1/4 до 3/4 дюйма, предпочтительно - от 1/4 до 1/2 дюйма (предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 90 вес.% волокон имели длину приблизительно от 1/4 до 3/4 дюйма, а более предпочтительно - от 1/4 до 1/2 дюйма), а материал обладает поверхностной плотностью приблизительно 1,8 фунт/100 фут².

Нетканый материал, подходящий для использования в настоящем изобретении, обычно обладает воздухопроницаемостью до нанесения какого-либо покрытия, составляющей менее приблизительно 900 фут³/мин, и даже более предпочтительно - менее приблизительно 800 фут³/мин (воздухопроницаемость определяют по методике FG 436-910, включенной в настоящую заявку посредством ссылки), но его воздухопроницаемость должна составлять, по меньшей мере, приблизительно 400 фут³/мин.

После формирования исходного волокнистого полотна в него вводят адгезивное связующее, предпочтительно на водной основе, для образования связанной структуры. Хотя для изготовления нетканого материала из стекловолокна обычно использовали мочевиноформальдегидную смолу, для реализации цели согласно настоящему изобретению, заключающейся в изготовлении гипсовой стеновой плиты с облицовкой из стекловолокнистого материала, предназначенного для отделки, соответствующей четвертому уровню, требуется преимущественное применение адгезивных связующих акрилового типа. Количество адгезивного связующего на акриловой основе в стекловолокнистом материале должно составлять, по меньшей мере, 75 вес.%, а предпочтительно - по меньшей мере, 80 вес.%, более предпочтительно - по меньшей мере, 90 вес.% и наиболее предпочтительно - 100 вес.% адгезивного связующего. Адгезивные связующие акрилового типа являются полимерами или сополимерами, содержащими группы акриловой кислоты, метакриловой кислоты, их сложных эфиров и соответствующих производных. Такие полимеры и сополимеры могут быть термореактивными или термопластичными, и они являются хорошо известными и легко доступными. С учетом этого такие полимеры не требуют более подробного описания. Кроме того, такие полимеры и сополимеры обычно можно вводить в водный раствор, или их могут поставлять в виде готовой водной латексной эмульсии.

Например, считается, что соответствующие адгезивные связующие, особенно предпочтительно латексные связующие на водной основе, могут быть приготовлены путем эмульсионной полимеризации при использовании следующих мономеров: (мет)акриловой кислоты (где под обычным (мет)акриловым полимером понимают акриловый и метакриловый полимеры), 2-гидроксиэтил(мет)акрилата, 2-гидропропил(мет)акрилата, 2-гидроксибутил(мет)акрилата, метил(мет)акрилата, этил-(мет)акрилата, пропил(мет)акрилата, изопропил(мет)акрилата, бутил(мет)акрилата, амил(мет)акрилата, изобутил(мет)акрилаат, трет-бутил(мет)акрилата, пентил(мет)акрилата, изоамил(мет)-акрилата, гексил(мет)акрилата, гептил(мет)акрилата, октил(мет)акрилата, изооктил(мет)акрилата, 2-этилгексил(мет)акрилата, нонил(мет)акрилата, децил(мет)акрилата, изодецил(мет)акрилата, ундецил(мет)акрилата, додецил(мет)-акрилата, лаурил(мет)акрилата, октадецил(мет)акрилата, стеарил(мет)акрилата, тетрагидрофурфурил(мет)акрилата, бутоксиэтил(мет)акрилата, этоксидиэтиленгликоль(мет)акрилата, бензил(мет)акрилата, циклогексил(мет)акрилата, феноксиэтил-(мет)акрилата, полиэтиленгликольмоно(мет)акрилата, полипропиленгликольмоно(мет)акрилата, метоксиэтиленгликоль-(мет)акрилата, этоксиэтоксиэтил(мет)акрилата, метоксиполиэтиленгликоль(мет)акрилата, метоксиполипропиленгликоль(мет)акрилата, дициклопентадиен(мет)акрилата, дициклопентанил(мет)акрилата, трициклодеканил(мет)акрилата, изоборнил(мет)акрилата и борнил(мет)акрилата. Другие мономеры, которые можно сополимеризовать с (мет)акриловыми мономерами, обычно в малых количествах, включают в себя: стирол, диацетон(мет)акриламид, изобутоксиметил(мет)акриламид, N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N,N-диметил(мет)акриламид, трет-октил(мет)акриламид, N,N-диэтил(мет)акриламид, N,N′-диметиламинопропил(мет)акриламид, (мет)акрилоилморфорин; виниловые простые эфиры, например: гидроксибутилвиниловый эфир, лаурилвиниловый эфир, цетилвиниловый эфир и 2-этилгексилвиниловый эфир; сложные эфиры малеиновой кислоты; сложные эфиры фумаровой кислоты и подобные составы.

Акриловые полимеры и сополимеры, особенно пригодные для изготовления стекловолокнистого материала для изготовления гипсовой стеновой плиты с облицовкой из стекловолокнистого материала согласно настоящему изобретению, являются термопластичными веществами, обладающими температурой стеклования (ТС), составляющей, по меньшей мере, приблизительно 20°С, но не превышающей приблизительно 115°С. Таким образом, термопластичные акриловые полимеры и сополимеры, обладающие температурой стеклования, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 30°С, но не превышающей приблизительно 55°С, особенно пригодны. Особенно предпочтительны акриловые полимеры и сополимеры с температурой стеклования приблизительно 40°С.

Одним подходящим полимером или сополимером акрилового типа является Rhoplex® GL-618, обладающий температурой стеклования приблизительно 36°С, от компании «Rohm and Haas».

Связующее акрилового типа, предпочтительно на водной основе, можно применять для изготовления нетканого стекловолокнистого материала согласно способу мокрой выкладки, используя любое подходящее оборудование, например, устройство для нанесения покрытия поливом или пропиточную машину с погружением и отжимом материала. В сушильной и вулканизирующей камере стекловолокнистый материал нагревают до температуры приблизительно 250-300°F в течение периода времени, обычно не превышающего 1-2 минуты, а часто составляющего менее 30-50 секунд, для сушки и, при необходимости, вулканизации адгезивного связующего. Адгезивное связующее вносят в количестве, достаточном для обеспечения связанной самонесущей структуры материала. Подходящие количества указаны в упомянутых выше патентах, причем в конкретных случаях они могут быть определены путем проведения обычных испытаний.

После формирования нетканого стекловолокнистого материала, материал снабжают с одной стороны покрытием из просушенной, предпочтительно водной смеси (i) минерального (неорганического) пигмента или наполнителя, (ii) полимерного адгезивного (органического) связующего и, при необходимости, (iii) неорганического адгезивного связующего. Предпочтительно, покрытие наносят на одну поверхность стекловолокнистого материала до того, как стекловолокнистый материал используют для изготовления гипсовой стеновой плиты с облицовкой из стекловолокнистого материала согласно настоящему изобретению. Обычно покрытие наносят путем контакта материала с водной смесью, содержащей перечисленные компоненты, а затем смесь просушивают или подвергают вулканизации.

Из двух существенных компонентов покрытия (составляющих 100 вес.% в сухом состоянии): минерального пигмента и органического связующего, органическое связующее, обычно латексный адгезив, а предпочтительно - адгезив на акриловой основе, составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 вес.%, а обычно - не более приблизительно 20 вес.%, а наиболее часто - менее приблизительно 17 вес.%, а остальное - неорганический минеральный пигмент или наполнитель. При необходимости, неорганическое адгезивное связующее предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,5 вес.% общей массы высушенного (вулканизированного) покрытия, но может также составлять не более приблизительно 20 вес.% покрытия. Весовое соотношение минерального пигмента или наполнителя и полимерного адгезивного (органического) связующего может составлять более 15:1, а в некоторых случаях - более 20:1, но обычно составляет, по меньшей мере, приблизительно 5:1.

Таким образом, соответствующие композиции покрытия для изготовления материала с покрытием могут содержать (в расчете на сухую массу трех указанных компонентов, составляющих 100 вес.%): приблизительно 75-99 вес.% минерального пигмента или наполнителя, более типично - приблизительно 80-95 вес.% минерального пигмента или наполнителя; приблизительно 0-20 вес.% неорганического адгезивного связующего, более типично - и приблизительно 0-10 вес.%; и приблизительно 1-20 вес.% полимерного адгезивного (органического) связующего, обычно - приблизительно 1-17 вес.%, а наиболее типично - приблизительно 1-12 вес.%.

Как было упомянуто выше, минеральный пигмент или наполнитель является основным компонентом композиции покрытия. К числу примеров минеральных пигментов, пригодных для изготовления материалов с покрытием согласно настоящему изобретению, можно отнести (но они не ограничены данным перечнем): молотый известняк (карбонат кальция), глину, песок, слюду, тальк, гипс (дигидрат сульфата кальция), тригидрат алюминия (ТГА), окись сурьмы или сочетание двух или большего числа этих веществ.

Минеральный пигмент обычно поставляется в форме порошка. Чтобы минеральный пигмент был эффективен при изготовлении материала с покрытием для его использования согласно настоящему изобретению, пигмент предпочтительно должен содержать частицы такого размера, чтобы, по меньшей мере, приблизительно 95% частиц пигмента проходило сквозь сито в 100 меш. Предпочтительно, чтобы из пигмента была удалена большая часть (если не все) мелких частиц. Наблюдали, что присутствие избыточного количества мелких частиц в композиции для покрытия негативно сказывалось на пористости материала с покрытием. Предпочтительным минеральным пигментом является известь, средний размер частиц которой составляет приблизительно 40 мкм. Такие материалы, в общем, и каждый в отдельности, называют в альтернативном варианте «минеральными пигментами» или «наполнителями» во всей остальной части данной заявки.

Полимер, используемый для покрытия, также должен удовлетворять определенному требованию по уровню пористости, когда его используют в сочетании с минеральным наполнителем при изготовлении стекловолокнистого материала с покрытием. Испытания на пористость проводят на материале с покрытием, изготовленном путем покрытия стекловолокнистого материала водным составом покрытия и просушенном при 230°F (110°С) в течение 20 минут. Состав покрытия готовят путем сочетания наполнителя, полимера, обычно латекса, а предпочтительно - латекса акрилового типа, и любого по выбору неорганического адгезивного связующего, и тщательного перемешивания, например, в течение 30 секунд. Водный состав может быть нанесен на материал с использованием простого ракельного аппликатора для получения поверхностной плотности покрытия приблизительно 22 г (по сухой массе) на фут² стекловолокнистого материала.

Испытание на пористость после нанесения и отверждения покрытия на материал проводят согласно модифицированной методике по стандарту TAPPI Т460 (технологической ассоциации бумагоделательной промышленности США), методике Гарлея для измерения воздухопроницаемости бумаги. В этих испытаниях образец материала с покрытием (размером приблизительно 2 на 5 дюймов) зажимают между пластинами плотномера Гарлея (модель 4110) с отверстием площадью 1 дюйм². Внутренний цилиндр освобождают и предоставляют ему возможность опускаться только под действием собственного веса (т.е. под действием гравитации); регистрируют время (измеряемое в секундах), проходящее до момента, когда внутренний цилиндр входит в наружный цилиндр прибора, т.е. до достижения отметки на внутреннем цилиндре, соответствующей 100 мл (вход в наружный цилиндр). Испытание затем повторяют на образце, обращенном (ориентированном) в противоположном направлении.

Пористость, выраженную в секундах, вычисляют как среднее значение из двух повторов испытаний каждого образца. Подходящим стекловолокнистым материалом с предварительным покрытием считается материал, обладающий пористостью, составляющей менее приблизительно 45 секунд, а предпочтительно - менее приблизительно 20 секунд. При пористости свыше приблизительно 45 секунд межповерхностное пространство между гипсовым средним слоем и покрытием из стекловолокнистого материала подвергается гораздо большему риску расслоения (т.е. образования вздутий) из-за того, что пары воды ищут путь выхода во время отверждения стеновой плиты. Предпочтительно, чтобы пористость составляла также не более 2 секунд, чтобы можно было свести к минимуму проникновение гипса сквозь слой покрытия при изготовлении стеновой плиты.

При изготовлении материала с покрытием можно использовать наполнители, в действительности содержащие некоторое естественно присутствующее неорганическое адгезивное связующее. К числу примеров таких наполнителей (некоторые из перечисленных наполнителей приведены вместе с естественно присутствующим в них связующим), можно отнести (но они не ограничены данным перечислением): известняк, содержащий негашеную известь (СаО); глину, содержащую силикат кальция; тригидрат алюминия, содержащий гидроксид алюминия; цементирующую зольную пыль и оксид магния, содержащие сульфат магния или хлорид магния, или и то, и другое. В зависимости от уровня гидратации гипс может быть как минеральным пигментом, так и неорганическим связующим, но он только слабо растворим в воде, а твердая форма является кристаллической, что делает его хрупким и непрочным в качестве связующего. В результате гипс обычно не используют в качестве неорганического связующего.

Наполнители, которые в действительности содержат неорганическое связующее в виде составляющего и которые отверждают путем гидратации, также с успехом используют как средства для подавления пламени. В качестве примеров можно указать тригидрат алюминия (ТГА), сульфат кальция (гипс), оксихлорид магния и оксисульфат магния, которые содержат молекулы воды, связанные в их молекулярной структуре. Эта вода, называемая либо кристаллизационной водой, либо гидратационной водой, высвобождается при достаточном нагреве, действительно подавляя воспламенение.

Таким образом, применением недорогих неорганических минеральных пигментов, обладающих свойствами, описанными в предыдущем разделе можно обеспечивать три важных аспекта смеси для покрытия: использовать их в качестве наполнителя, связующего и средства подавления воспламенения.

К числу примеров полимерных связующих можно отнести (но они не ограничены данным перечислением): бутадиен-стирольный каучук (БСК), стирол-бутадиен-стирол, этиленвинилхлорид, сополимеры поливинилиденхлорида и поли(винилидена), модифицированный поливинилхлорид, поливиниловый спирт, этиленвинилацетат, поливинилацетат, полимеры и сополимеры, содержащие группы акриловой кислоты, метакриловой кислоты, их сложные эфиры и производные от них (полимеры акрилового типа), например сополимеры стирола и акрилата. Большая часть (если не все) этих материалов поставляются в форме латексов. Латексные полимеры акрилового типа обычно являются предпочтительными.

В дополнение к двум существенным компонентам и одному, при необходимости, вводимому компоненту композиция водного покрытия может также содержать: воду в количестве, достаточном для обеспечения желаемых реологических свойств (например, вязкости) композиции, приемлемых для выбранной формы применения композиции для удержания ее на поверхностях стекловолокнистого материала (включая волокна в местах их перекрещивания в стекловолокнистом материале); а также другие выборочные ингредиенты, например: красители (например, пигменты); загустители или агенты для регулирования реологических свойств; пеногасители; диспергаторы и консерванты. Обычно содержание твердого вещества в водной композиции для покрытия составляет приблизительно 45-85 вес.%. При использовании суммарное количество таких иных компонентов в композиции для покрытия обычно составляет приблизительно 0,1-5,0 вес.% и обычно не превышает приблизительно 2 вес.% от веса основных трех указанных компонентов.

Любой подходящий способ введения водной композиции в слой волокнистого материала может быть использован для изготовления материала с покрытием, например: нанесение покрытия валичным устройством; покрытие поливом; покрытие с использованием ракельного устройства; покрытие напылением и т.п., включая их сочетание. Для достижения наилучших свойств материалов с покрытием и готовой гипсовой стеновой плиты покрытие наносят таким образом, чтобы оно проникало в структуру и обволакивало волокна стекловолокнистого материала на глубину приблизительно 30-50% толщины стекловолокнистого материала с покрытием. В этом отношении ссылка дается на заявку на патент США № 10/798891, зарегистрированную 12 марта 2004 г. под названием «Использование материала с предварительным покрытием для изготовления гипсовой стеновой плиты», которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. После нанесения на материал водной композиции для покрытия, композицию сушат (отверждают), обычно нагреванием, для образования стекловолокнистого материала с покр