Усовершенствованная облицованная матами гипсовая плита

Усовершенствованная облицованная матами гипсовая плита

Реферат

Данное изобретение относится к усовершенствованной гипсовой плите, облицованной волокнистым матом, например к гипсовой плите, облицованной стекловолокнистым матом. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гипсовой плите, облицованной волокнистым матом, которую изготавливают с использованием предварительно покрытого волокнистого мата. Покрытие на предварительно покрытом мате включает высушенную водную смесь минерального пигмента или наполнителя, органического связующего, включающего гидрофобный, устойчивый к УФ полимерный латексный клей, и необязательно второго связующего, состоящего из неорганического клея.

Настоящее изобретение особенно целесообразно для использования при наружном применении, когда ожидают, что на гипсовую плиту, облицованную волокнистым матом, будет оказываться воздействие как УФ лучей, так и высокой влажности или сырости в течение установки или использования. Другие области применения и использования будут очевидны из детального описания изобретения, которое следует ниже.

Панели гипсовых стеновых плит, которые включают каркас отвержденного гипса, расположенного между двумя листами обклеечной бумаги, долгое время использовались в качестве строительных элементов при строительстве зданий, где панели использовались для создания перегородок или стен комнат, шахт лифта, лестничных колодцев, потолков и тому подобного.

При попытках ослабить или преодолеть проблемы, связанные с использованием гипсовых стеновых плит, облицованных бумагой, в областях использования, в которых ожидается воздействие влаги, предшествующий уровень техники подходил к решению проблемы различными путями в течение долгих лет.

Один подход к проблеме заключался в обработке бумаги, составляющей облицовку стеновой плиты, водостойким материалом, иногда называемым гидрофобным. Примером материала, который используют для обработки обклеечной бумаги для придания водостойких характеристик, является полиэтиленовая эмульсия. Такая обработка предназначена для предотвращения расслаивания многослойной бумажной облицовки путем снижения тенденции бумаги поглощать воду, что является главной причиной расслаивания, и для предотвращения проникновения воды через бумагу в гипс и разрушения связей между обклеечной бумагой и гипсовым каркасом.

Другой подход к данной проблеме включал введение в рецептуру, из которой изготавливают гипсовый каркас, материала, который придает улучшенные водостойкие свойства самому каркасу отвержденного гипса. Такая добавка стремится понизить водопоглощающую тенденцию каркаса и уменьшить характеристики растворимости отвержденного гипса. Примерами таких добавок являются восково-битумные эмульсии и восковые эмульсии.

Хотя были осуществлены усовершенствования путем создания гипсовых стеновых плит, изготовленных в соответствии с данными описаниями, дальнейшие усовершенствования все еще возможны. Опыт показывает, что даже с такими конструкциями бумажная облицовка расслаивается, и гипсовый каркас эродирует из-за разрушающего воздействия влаги. Проблема особенно осложняется действием теплой воды на гипсовый каркас, который включает либо восковую эмульсию, либо восково-битумную эмульсию, обычно используемые в качестве водостойких добавок в каркас. В то время как каркасы, содержащие такие материалы, обладают относительно хорошими водостойкими характеристиками в присутствии воды при комнатной температуре, данные характеристики начинают ослабевать при температурах, превышающих 70°F, и имеют тенденцию исчезать в присутствии воды с температурой примерно 100°F или выше.

В другом коммерчески успешном подходе предлагается строительная панель, включающая водостойкий каркас отвержденного гипса, расположенный между двумя пористыми волокнистыми матами, смотри патент США №4647496. Предпочтительная форма мата описана в виде стекловолокнистого мата, полученного из нитей стекловолокна, ориентированных случайным образом и связанных вместе полимерным связующим. Такие панели отличаются от традиционных гипсовых стеновых плит тем, что волокнистый мат заменяет бумагу в качестве облицовочного(ых) материала(ов) гипсового каркаса. В таких конструкциях отвержденный гипс из каркаса простирается, по меньшей мере, частично в облицовку, представляющую собой волокнистый мат, с получением неразъемного соединения/связи между гипсом и матом.

Интенсивные наружные испытания показали, что водостойкие облицованные стекловолокнистыми матами гипсовые плиты такого типа, которые описаны в вышеуказанном патенте '496, обладают более хорошей атмосферостойкостью, включая водостойкость, чем водостойкие гипсовые плиты, покрытые водостойкой обклеечной бумагой. В одном из последних усовершенствований данной технологии, как описано в U.S. 5397631, облицованная волокнистым матом гипсовая плита покрыта латексным полимером. Покрытие, которое действует в качестве барьера как для жидкости, так и для пара (проницаемость пара примерно 1,2 перм (ASTM E-96)), получают из водной композиции для покрытия, включающей примерно от 15 до 45 мас.% полимерных твердых веществ, примерно от 20 до 65 мас.% наполнителя и примерно от 15 до 45 мас.% воды, наносимой для получения загрузки твердых веществ, по крайней мере, примерно 50 фунт. на 1000 кв. футов, например приблизительно 110 фунт. на 1000 кв. футов. Предпочтительным полимером для использования по данному патенту является латексный полимер, который продается Unocal Chemicals Division корпорации Unocal под торговой маркой 76 RES 1018. Полимер представляет собой стирол-акриловый сополимер, который имеет относительно низкую температуру пленкообразования. Полученную из полимера композицию водного покрытия не наносят на облицованную волокнистым матом гипсовую плиту, пока плита не будет приготовлена. Нанесенное впоследствии покрытие эффективно сушат при температурах печи в диапазоне примерно от 300° до 400°F. Если желательно, можно использовать коалесцирующий агент для снижения температуры пленкообразования полимера.

Недавно была разработана гипсовая плита, облицованная покрытым волокнистым матом, с неожиданно эффективной влагостойкостью, имеющая преимущественно неорганическое покрытие на мате, см. опубликованную заявку США 20020155282, которая приведена здесь в качестве ссылки. Использованный для изготовления гипсовой плиты мат был предварительно покрыт преимущественно неорганическим покрытием, и предварительно покрытый волокнистый мат использовали в качестве, по меньшей мере, одной облицовки при изготовлении гипсовой плиты. Неожиданно было обнаружено, что покрытие на предварительно покрытом мате обладало достаточной пористостью, чтобы дать возможность парам воды проникать через мат в процессе изготовления плиты, но придавало плите неожиданно эффективную влагостойкость. Использование предварительно покрытого мата для изготовления плиты значительно упрощало изготовление плиты. Покрытие состояло из минерального пигмента (пигментированного материала наполнителя), неорганического связующего и латексного полимерного связующего. В частности, покрытие включало высушенную (или отвержденную) водную смесь минерального пигмента, первого связующего из полимерного латексного клея и второго связующего из неорганического клея. По сухой массе первое полимерное латексное связующее составляло не более чем примерно 5,0% от массы покрытия, а второе неорганическое связующее составляло, по меньшей мере, примерно 0,5% массовых от общей массы покрытия.

Второе неорганическое связующее, предпочтительно, включало неорганическое соединение, такое как оксид кальция, силикат кальция, сульфат кальция, оксихлорид магния, оксисульфат магния или гидроксид алюминия. В одном варианте осуществления второе связующее было представлено в виде собственного компонента в минеральном пигменте, как в случае, когда минеральный пигмент включает тригидрат алюминия, карбонат кальция, сульфат кальция, оксид магния или некоторые глины и пески. Отношение, по массе, минерального пигмента к полимерному латексному клею в покрытии, как правило, превышало 15:1.

Полимерные латексные клеи, описанные для использования в данной конструкции панели, включали бутадиен-стирольный каучук (БСК), стирол-бутадиен-стирол (СБС), этилен-винилхлорид (ЭВХ), поливинилиденхлорид (ПВДХ), модифицированный поливинилхлорид (ПВХ), поливиниловый спирт (ПВС), этилен-винилактат (ЭВА) и поливинилацетат (ПВА). Полимерный латекс, используемый в коммерческом варианте данной конструкции плиты, представлял собой бутадиен-стирольный каучуковый (БСК) латекс.

В то время как панель, изготовленная в соответствии с данным описанием, показала превосходную водостойкость для внутренних областей использования, данная панель не способна удовлетворительно работать в наружных областях использования. Впоследствии после долговременных тестов воздействия было определено, что в плохое функционирование панели при наружном использовании вносит вклад разрушение полимера БСК под воздействием УФ.

Задачи, признаки и преимущества изобретения будут понятны из следующего далее более детального описания конкретных вариантов осуществления изобретения и иллюстрирующего сопровождающего чертежа. Чертеж выполнен схематично и не является обязательным для масштабирования, а только в общих чертах приведены признаки изобретения.

Единственный чертеж представляет собой схематический вид установки для изготовления гипсовой плиты по настоящему изобретению и плиты, которая на ней собирается.

Как показано на чертеже, влагостойкую строительную панель 10 по настоящему изобретению можно изготовить скреплением отвержденного каркаса гипсовой панели 23, по меньшей мере, с одним и, предпочтительно, с двумя волокнистыми матами 14 и 16, причем, предпочтительно, оба преимущественно представляют собой стекловолокнистые маты. Поверхность, по меньшей мере, одного из матов (и необязательно обоих матов) предварительно покрывают высушенным (термоотвержденным) покрытием (показано позицией 15 на чертеже) водной композиции для покрытия, содержащей комбинацию (например, смесь) минерального пигмента или наполнителя, органического связующего из устойчивого к действию УФ полимерного латексного клея, имеющего подходящий уровень гидрофобности (гидрофобный, устойчивый к действию УФ полимерный латекс), и, необязательно, второго связующего из неорганического клея. Под "предварительно покрытым" понимают, что мат имеет высушенное связывающее покрытие, которое изначально представляло собой водную композицию для покрытия, как в дальнейшем определено более детально, нанесенную на его поверхность, перед тем как мат используют для изготовления гипсовой плиты по настоящему изобретению.

Не все устойчивые к действию УФ полимерные латексные клеи подходят для использования в настоящем изобретении. Если полимерный клей не демонстрирует удовлетворительный уровень гидрофобности, что определяется легко проводимым тестированием, которое подробно описано ниже, и, кроме того, не обеспечивает, в сочетании с минеральным пигментом или наполнителем и необязательным неорганическим клеем, желаемый уровень пористости при изложенных ниже уровнях использования, что также определяется легко проводимым тестированием, которое подробно описано ниже, полимерный клей не подходит для использования в композиции для покрытия по настоящему изобретению для изготовления предварительно покрытого волокнистого мата.

Используемые в описании и формуле изобретения термины гидрофобный, гидрофобность и аналогичные имеют намерение охватить полимеры, которые дают трехминутное значение Кобба в тесте определения значения Кобба, как детально описано ниже, ниже примерно 1,5 граммов и, предпочтительно, ниже примерно 0,5 граммов.

Так или иначе, предварительно покрытый волокнистый мат, используемый при получении гипсовой плиты по настоящему изобретению, можно изготовить, нанося водную композицию для покрытия, содержащую указанные твердые составляющие, на волокнистый мат в количестве, по сухой массе, эквивалентном, по меньшей мере, 40 фунтам, обычно от 45 и до 100 фунтов, на 1000 кв. футов поверхности мата. Обычно сухое покрытие присутствует в количестве, эквивалентном, по крайней мере, 50 фунтам, в зависимости от толщины стекловолокнистого мата.

Были обнаружены определенные, стойкие к УФ латексные полимеры желаемой гидрофобности, и определено, что данные полимеры можно использовать для получения предварительно покрытого волокнистого мата, применимого, в конечном счете, для изготовления улучшенной гипсовой плиты, особенно применимой для наружной отделки. Было также обнаружено, что маты, покрытые композициями, приготовленными с использованием таких гидрофобных, стойких к УФ латексных смол (полимеров), в пределах определенных композиционных ограничений, являются достаточно пористыми для использования при получении гипсовой плиты по настоящему изобретению и что такие предварительно покрытые волокнистые маты дают гипсовую плиту, имеющую исключительные характеристики сопротивляемости атмосферным условиям.

Каркас гипсовой плиты также предпочтительно включает водостойкую добавку, и облицованная покрытым матом плита имеет массовый эквивалент не более чем примерно 2500 фунтов на 1000 кв. футов площади поверхности плиты (для 1/2” плиты).

Гипсовые плиты, изготовленные из предварительно покрытого волокнистого мата по настоящему изобретению, имеют превосходные характеристики сопротивляемости атмосферным условиям, и, соответственно, их можно эффективно использовать в течение неограниченного периода времени в качестве стабильной основы для наружного использования, включая длительное воздействие солнца, длительный контакт с водой и высокую влажность.

В добавление к предоставлению улучшенных эксплуатационных свойств в условиях высокой влажности огнестойкость облицованных стекловолокнистым матом гипсовых плит по настоящему изобретению, в частности, также усилена, прежде всего, неорганическим покрытием мата.

Гипсовый каркас водостойкой строительной панели по настоящему изобретению представляет собой, в основном, тип, используемый в тех гипсовых строительных продуктах, которые известны как гипсовая стеновая плита, стена сухой кладки, гипсовая плита, основание из узких гипсокартонных листов под штукатурку и обшивка гипсовыми листами. Гипсовый каркас такого продукта получают, смешивая воду с порошкообразным безводным сульфатом кальция или полугидратом сульфата кальция (CaSO₄·1/2H₂O), также известным как обожженный гипс, с получением водной гипсовой суспензии и после этого оставляя суспензионную смесь гидратироваться или схватываться в дигидрат сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), который представляет собой относительно твердый материал. Каркас продукта будет, в общем, содержать, по меньшей мере, примерно 85 мас. процентов отвержденного гипса, хотя настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным содержанием гипса в каркасе.

Композиция, из которой приготовлен отвержденный гипсовый каркас строительной панели, может включать разнообразные необязательные добавки, включая, например, добавки, которые обычно включаются в гипсовую стеновую плиту. Примеры таких добавок включают ускорители схватывания, замедлители схватывания, пенообразующие агенты, армирующие волокна и диспергирующие агенты.

Предпочтительный гипсовый каркас по настоящему изобретению также включает одну или несколько добавок, которые улучшают водостойкие свойства каркаса. В частности, гипсовая плита, облицованная покрытым волокнистым матом, для использования в настоящем изобретении преимущественно содержит гипсовый каркас, который обладает водостойкими свойствами. Преимущественный способ придания водостойких свойств гипсовому каркасу заключается во включении в гипсовую композицию, из которой изготовлен каркас, одной или нескольких добавок, которые улучшают способность отвержденной гипсовой композиции сопротивляться разрушению под действием воды, например сопротивляться растворению.

Примеры материалов, которые, как сообщалось, являются эффективными для улучшения водостойких свойств гипсовых продуктов, представляют собой: поливиниловый спирт, содержащий или не содержащий небольшое количество поливинилацетата; резинаты металлов; воск или асфальт или их смеси, обычно применяемые в виде эмульсии; смесь воска и/или асфальта и, кроме того, василька и перманганата калия; нерастворимые в воде термопластические органические материалы, такие как нефть и природный асфальт, каменноугольный деготь, и термопластичные синтетические полимеры, такие как поливинилацетат, поливинилхлорид, сополимер винилацетата и винилхлорида и акриловые полимеры; смесь металлсодержащего канифольного мыла, водорастворимой соли щелочноземельного металла и топочного мазута; смесь нефтяного воска в форме эмульсии и топочного мазута, соснового дегтя или каменноугольного дегтя; смесь, включающую в себя топочный мазут и канифоль; ароматические изоцианаты и диизоцианаты; органические полисилоксаны, например соединения типа, который описан в патентах США №3455710; 3623895; 4136687; 4447498 и 4643771; силиконаты, такие как продаваемые Dow Corning в виде Dow Corning 772; восковую эмульсию и эмульсию воск-асфальт, каждая из которых содержит или не содержит такие материалы, как сульфат калия, алюминаты щелочных или щелочноземельных металлов, и портланд-цемент; эмульсию воск-асфальт, приготовленную добавлением к смеси плавленого воска и асфальта маслорастворимого, вододиспергирующего эмульгирующего агента, и смешиванием вышеупомянутых компонентов с раствором, в котором содержится в качестве диспергирующего агента сульфонат щелочного металла продукта конденсации полиарилметилена. Также можно использовать смеси этих добавок.

Для улучшения водостойкости гипсовых продуктов также можно использовать смесь материалов, а именно: одного или нескольких компонентов, выбранных из поливинилового спирта, силиконатов, восковой эмульсии и эмульсии воск-асфальт вышеуказанных типов, например, как описано в вышеуказанном патенте США №3935021, который включен здесь ссылкой во всей своей полноте.

Типично, каркас облицованной волокнистым матом гипсовой плиты имеет плотность примерно от 40 до 55 фунтов на куб. фут, обычно примерно от 46 до 50 фунтов на куб. фут. Конечно, в конкретных областях применения при желании можно использовать каркасы, имеющие более высокую и более низкую плотность. Изготовление каркасов с заранее заданными плотностями можно осуществить, используя известные методы, например введением подходящего количества пены (мыла) в водную гипсовую суспензию, из которой каркас формуют или отливают.

По настоящему изобретению, по меньшей мере, одна поверхность каркаса гипсовой плиты облицована предварительно покрытым волокнистым матом. Основываясь на испытании, заявители определили, что покрытие волокнистым матом является в основном непроницаемым для жидкой воды. Неожиданно оказалось, что покрытие является достаточно пористым, чтобы позволить воде в водной гипсовой суспензии, из которой изготавливают гипсовый каркас, испаряться через поры в процессе производства плиты. Таким образом, покрытый мат готовят заранее (предварительно покрытым) и используют при изготовлении облицованной матом гипсовой плиты.

Облицованную предварительно покрытым волокнистым матом гипсовую плиту можно эффективно изготовить, как хорошо известно, формированием водной гипсовой суспензии, которая содержит избыток воды, и помещением гипсовой суспензии на горизонтально ориентированное движущееся полотно предварительно покрытого волокнистого мата, причем покрытая поверхность мата ориентирована в другую сторону от осаждаемой гипсовой эмульсии. В предпочтительном варианте осуществления изобретения другое движущееся полотно волокнистого мата, которое необязательно также может представлять собой предварительно покрытый волокнистый мат, но, например, также может представлять собой стекломат, мат, изготовленный из смеси стекловолокна и синтетических волокон, или предварительно обработанный мат, затем помещают на свободную верхнюю поверхность водной гипсовой суспензии. С помощью нагревания избыток воды испаряется через предварительно покрытый мат по мере того, как обожженный гипс гидратируется и схватывается.

Волокнистый(е) мат(ы) включает(ют) волокнистый материал, который способен образовывать сильную связь с отвержденным гипсом, входящим в состав каркаса гипсовой плиты, посредством связывания, подобного механическому, между пустотами волокнистого мата и частями гипсового каркаса, заполняющего эти пустоты. Примеры таких волокнистых материалов включают (1) минералоподобный материал, такой как стекловолокно, (2) синтетические полимерные волокна и (3) их смеси или композиции. Стекловолокнистые маты предпочтительны для получения предварительно покрытых матов. Мат(ы) могут включать непрерывные или ограниченные нити или волокна и могут быть в тканой или нетканой форме. Нетканые маты, например, изготовленные из рубленых прядей и непрерывных нитей, можно удовлетворительно использовать, и они менее затратны, чем тканые материалы. Нити таких матов типично соединяют друг с другом с образованием единой структуры посредством подходящего связующего. Волокнистый мат может иметь диапазон толщины, например, приблизительно от 10 до 40 мил, причем обычно подходит толщина мата примерно от 15 до 35 мил. Вышеуказанные волокнистые маты известны и имеются в продаже во многих видах.

Один подходящий волокнистый мат для изготовления предварительно покрытого мата, используемого в настоящем изобретении, представляет собой стекловолокнистый мат, содержащий штапелированные нетканые стекловолокнистые пряди, ориентированные случайным образом и связанные вместе полимерным связующим, обычно карбамидоформальдегидным полимерным связующим. Стекловолокнистые маты такого типа имеются в продаже, например, под торговой маркой DURA-GLASS корпорации Manville Building Materials и под торговой маркой BUR или кровельный мат корпорации Elk. Пример такого мата, который применим для изготовления покрытого мата для получения гипсовой плиты, используемой в строительстве, имеет номинально толщину 33 мил и включает стекловолокна диаметром от 13 до 16 микрон. Подходящим является мат производства Jons Manville, изготовленный из волокон с номинальным размером 13 микрон (мат 7594). Хотя в определенных областях строительства можно использовать более толстый мат и более толстые волокна, стекловолокнистый мат с номинальной толщиной 20 мил, который включает стеклянные волокна с диаметром примерно 10 микрон, также является подходящим для использования в настоящем изобретении. Маты, подходящие для изготовления покрытого мата, применимого в настоящем изобретении, имеют базовую массу, которая обычно составляет примерно от 10 до 30 фунтов на тысячу квадратных футов площади поверхности мата.

Типично, но не исключительно, стекловолокнистые маты, используемые в качестве основной подложки предварительно покрытых матов, используемых в настоящем изобретении, формуют во влажном состоянии в непрерывное нетканое полотно, любой поддающейся обработке ширины, на длинносеточных обезвоживающих машинах. Предпочтительно, используют наклоненную вверх сетку, имеющую несколько линейных футов укладки очень разбавленного исходного сырья, после чего следует несколько линейных футов высоковакуумного удаления воды. После этого следует «устройство для нанесения покрытий поливом», которое наносит связующее для стекловолокна, и печь, которая удаляет избыток воды и отверждает связующее, формируя устойчивую структуру мата.

Композиция покрытия, которую наносят на одну свободную поверхность вышеописанного волокнистого мата для изготовления предварительно покрытого мата для использования в настоящем изобретении, включает водную комбинацию преимущественно минерального пигмента или наполнителя, органического связующего, представляющего собой гидрофобный, устойчивый к УФ полимерный латексный клей, и, необязательно, второго неорганического связующего, представляющего собой неорганический клей. На основе сухой массы двух важнейших компонентов (100%) органическое связующее составляет, по меньшей мере, примерно 1% и не более примерно 17% по массе, причем оставшуюся часть составляет минеральный пигмент или наполнитель. Необязательно также может присутствовать второе неорганическое связующее, предпочтительно, составляющее, по меньшей мере, примерно 0,5% массовых от общей массы сухого (отвержденного) покрытия, но не более чем примерно 20% массовых покрытия. Массовое отношение минерального пигмента или наполнителя к полимерному латексному клеевому (органическому) связующему может превышать 15:1 и в некоторых случаях может превышать 20:1, но обычно составляет, по меньшей мере, примерно 5:1.

Таким образом, подходящие композиции покрытия для изготовления предварительно покрытого мата, применимого в настоящем изобретении, могут содержать по сухой массе трех указанных компонентов (100%) примерно от 75 до 99 процентов минерального пигмента или наполнителя, обычно примерно от 83 до 95 процентов минерального пигмента или наполнителя, примерно от 0 до 20 процентов неорганического клея, обычно примерно от 0 до 10 процентов, и примерно от 1 до 17 процентов гидрофобного, устойчивого к УФ полимерного латексного клея (органического связующего), обычно примерно от 1 до 12 процентов.

В добавление к двум необходимым и одному необязательному компонентам водная композиция для покрытия также будет включать воду в количестве, достаточном для придания композиции требуемых реологических свойств (например, вязкости), которые подходят для выбранной формы нанесения композиции для удерживания на поверхности и внутри полостей волокнистого мата, и другие необязательные ингредиенты, такие как красители (например, пигменты), загустители или агенты, обеспечивающие реологический контроль, пеноподавители, диспергаторы и консерванты. При использовании совокупное количество данных других ингредиентов в составе покрытия обычно находится в диапазоне от 0,1 до 5% и обычно не превышает примерно 2% от трех указанных компонентов.

Для получения предварительно покрытого мата можно использовать любой подходящий метод нанесения водной композиции покрытия на основу волокнистого мата, например нанесение покрытия валиком, нанесение покрытия наливом, нанесение покрытия ножевым устройством, нанесение покрытия распылением и аналогичные, включая их комбинацию. После нанесения водной композиции для покрытия на мат композицию сушат (отверждают), обычно нагреванием, получая предварительно покрытый мат. Предварительно покрытый мат, изготовленный в соответствии с данным описанием, является непроницаемым для жидкости, но позволяет проникать парам воды. Действительно, неожиданный аспект настоящего изобретения состоит в том, что предварительно покрытый мат, изготовленный с использованием композиции покрытия по настоящему изобретению, т.е. имеющий в качестве одного существенного компонента гидрофобный, устойчивый к УФ полимерный латексный клей, является достаточно пористым для использования при приготовлении гипсовой плиты непрерывным способом.

Как отмечено выше, минеральный пигмент или наполнитель составляет основной компонент состава покрытия. Примеры минеральных пигментов, подходящих для изготовления покрытых матов, применимых в настоящем изобретении, включают, но не ограничиваются этим, следующие вещества: известковую муку (карбонат кальция), глинозем, песок, слюду, тальк, гипс (дигидрат сульфата кальция), тригидрат алюминия (АТГ), оксид сурьмы или комбинацию любых двух или более данных веществ.

Минеральный пигмент обычно поставляется в сыпучем виде. Для того чтобы минеральный пигмент был эффективным для изготовления покрытого мата для использования в настоящем изобретении, пигмент должен иметь такой размер частиц, чтобы, по меньшей мере, 95% частиц пигмента проходили через проволочное сито размером 100 меш. Предпочтительно, чтобы из пигмента была удалена большая часть, если не все количество, тонкодисперсных частиц. Было обнаружено, что присутствие избыточного количества тонкодисперсных частиц в композиции покрытия негативно влияет на пористость предварительно покрытого мата. Предпочтительным минеральным пигментом является известняк, имеющий средний размер частиц около 40 мкм. Такие материалы коллективно и индивидуально в альтернативе называют минеральными пигментами или «наполнителями» в оставшейся части данной заявки.

Второй существенный компонент, гидрофобный, устойчивый к действию УФ полимерный латексный связующий клей, включает, но не ограничивается этим, полимеры и сополимеры, содержащие звенья акриловой кислоты, метакриловой кислоты (совместно называемых (мет)акриловыми кислотами), их сложных эфиров (совместно называемых (мет)акрилатами) или акрилонитрила.

Обычно данные латексы изготавливают эмульсионной полимеризацией мономеров с этиленовой ненасыщенностью. Такие мономеры могут включать (мет)акриловую кислоту, 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, 2-гидроксипропил(мет)акрилат, 2-гидроксибутил(мет)акрилат, метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, изопропил(мет)акрилат, бутил(мет)акрилат, амил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, трет-бутил(мет)акрилат, пентил(мет)акрилат, изоамил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, октил(мет)акрилат, изооктил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, нонил(мет)акрилат, децил(мет)акрилат, изодецил(мет)акрилат, ундецил(мет)акрилат, додецил(мет)акрилат, лаурил(мет)акрилат, октадецил(мет)акрилат, стеарил(мет)акрилат, тетрагидрофурфурил(мет)акрилат, бутоксиэтил(мет)акрилат, этоксидиэтиленгликоль(мет)акрилат, бензил(мет)акрилат, циклогексил(мет)акрилат, феноксиэтил(мет)акрилат, полиэтиленгликольмоно(мет)акрилат, полипропиленгликольмоно(мет)акрилат, метоксиэтиленгликоль(мет)акрилат, этоксиэтоксиэтил(мет)акрилат, метоксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат, метоксиполипропиленгликоль(мет)акрилат, дициклопентадиен(мет)акрилат, дициклопентанил(мет)акрилат, трициклодеканил(мет)акрилат, изоборнил(мет)акрилат и борнил(мет)акрилат. Другие мономеры, которые могут сополимеризоваться с (мет)акриловыми мономерами, обычно в незначительных количествах, включают 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)акрилоилморфолин; сложные виниловые эфиры, такие как гидроксибутилвиниловый эфир, лаурилвиниловый эфир, цетилвиниловый эфир и 2-этилгексилвиниловый эфир; сложные эфиры малеиновой кислоты; сложные эфиры фумаровой кислоты, и аналогичные соединения.

Также можно использовать гидрофобный, устойчивый к действию УФ полимерный латексный связующий клей, предпочтительно, основанный на (мет)акрилатном полимерном латексе, где (мет)акрилатный полимер представляет собой низший алкильный сложный эфир, такой как метиловый, этиловый или бутиловый сложный эфир акриловой и/или метакриловой кислоты, и сополимеры таких сложных эфиров с незначительными количествами других сополимеризующихся мономеров с этиленовой ненасыщенностью (таких как стирол), которые, как известно из уровня техники, подходят для получения устойчивых к УФ (мет)акриловых полимерных латексов. Другим подходящим сомономером является винилацетат, который можно использовать в качестве сомономера, например, с бутилакрилатом в соотношении 70:30 или менее винилацетата к бутилакрилату.

Одним особенно подходящим гидрофобным, устойчивым к УФ полимерным латексным связующим клеем является NeoCar® Acrilic 820. NeoCar® Acrilic 820 представляет собой гидрофобный латекс с ультрамалым размером частиц, поставляемый Dow Chemical Company и очевидно полученный путем сополимеризации высокоразветвленного винилового сложного эфира с акрилатом. Другие подходящие гидрофобные, устойчивые к УФ полимерные латексные связующие клеи включают Glascol® C37 и Glascol® C44, поставляемые Ciba Specialties Chemical Corporation; Rhoplex® AC-1034, поставляемый Rohm & Haas; и UCAR® 626, поставляемый Dow Chemical Company.

Используемые в данной спецификации и в формуле изобретения термины гидрофобный, гидрофобность и аналогичные предназначены для охвата устойчивых к УФ полимеров, которые обеспечивают трехминутную величину Кобба ниже примерно 1,5 граммов для предварительно покрытого волокнистого мата. Устойчивые к УФ полимеры, которые демонстрируют трехминутную величину Кобба ниже примерно 0,5 граммов, являются особенно предпочтительными для изготовления предварительно покрытого волокнистого мата. Трехминутную величину Кобба для полимера определяют путем простой процедуры, которая подобна процедуре TAPPI T441. Согласно данной процедуре покрытый тестируемый мат готовят покрытием стандартного стекломата водным составом для покрытия и сушат при 230°F (110°C) в течение 20 минут. Рецептуру для покрытия готовят, объединяя 70 массовых частей известняка, имеющего средний размер частиц около 40 мкм (GFP 102, поставляемый Global Stone Filler Products или эквивалентный), с 17 массовыми частями (по сухому твердому веществу) латексного полимера и тщательно перемешивая в течение 30 секунд. Водную рецептуру наносят на мат, используя простое ножевое устройство для нанесения покрытия, для получения по массе сухого вещества примерно 22 граммов покрытия на кв. фут стекломата (стандартный стекломат - Johns Manville мат 7594 или эквивалентный).

Получают квадратный образец покрытого мата с размером 5,25 дюйма на 5,25 дюйма, взвешивают и затем закрепляют в 100 см² кольце Кобба. В кольцо как можно быстрее наливают сто миллилитров теплой (120°F (49°C)) воды и удерживают там в течение 2 минут и 50 секунд. Затем воду выливают из кольца как можно быстрее (без контакта с любой другой частью образца). После отмеченных трех минут используют гауч-валик с листом промокательной бумаги (прокатывают вперед и назад один раз) для удаления избытка влаги с образца. Затем образец взвешивают и увеличение массы записывают. Тест повторяют еще раз и среднее из двух значений увеличения массы считают трехминутной величиной Кобба для образца. Еще раз, только устойчивые к УФ латексные смолы, демонстрирующие трехминутную величину Кобба 1,5 г или ниже в данном тесте, являются приемлемыми для использования в настоящем изобретении.

Как отмечено выше, латексный полимер также должен удовлетворять определенному уровню пористости при использовании в сочетании с минеральным наполнителем при изготовлении предварительно покрытого стекломата. Тест на пористость проводят с тем же самым образцом покрытого мата, приготовленным указанным выше способом. Тест на пористость является модификацией процедуры TAPPI T460, метода Герли для измерения сопротивления воздуха у бумаги. В данной процедуре образец покрытого мата (приблизительно 2 дюйма на 5 дюймов) зажимают между измерительными диафрагмами размером 1 дюйм² плотномера Герли, модель 4110. Внутренний цилиндр отпускают и дают опуститься под своим собственным весом (т.е. только под силой тяжести) и регистрируют общее затраченное время (измеряемое в секундах) между мгновением, когда внутренний цилиндр входит во внешний цилиндр прибора до тех пор, пока отметка 100 мл на внутреннем цилиндре достигнет внешнего цилиндра (войдет во внешний цилиндр). Затем тест повторяют с образцом, лицевая сторона которого развернута (ориентирована) в противоположном направлении. Пористость, сообщенная в секундах, включает среднюю величину из двух повторных экспериментов для каждого образца. Подходящий полимер демонстрирует пористость менее примерно 45 секунд, предпочтительно менее примерно 20 секунд. При пористости выше, чем примерно 45 секунд, поверхность раздела гипсового каркаса и покрытого мата имеет более высокий риск к расслоению (т.е. к образованию пузырей), поскольку пары воды ищут путь для выхода в процессе отверждения плиты. Предпочтительно, пористость также составляет примерно более 2 секунд для минимизации проступания гипса в процессе изготовления плиты.

Необязательным компонентом композиции для покрытия является неорганическо