CN101142364A - 用在倾斜表面上的防水隔膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用在倾斜表面上的防水隔膜。所述隔膜由柔性薄片材料的一个或多个层制造,所述柔性薄片材料优选由聚丙烯的织造或非织造合成聚合物构成。聚合物元件的防滑图案施加到该隔膜的顶面上。该聚合物具有<15MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D538,23℃,50mm/min)和<90的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。在一个优选的实施方案中,该聚合物元件由聚氯乙烯聚合物制成,该聚氯乙烯聚合物具有<7MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<75的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。聚合物元件的该图案可以直接地施加在隔膜的顶面上或在与该隔膜的顶面附着的载体薄片的一面上制备。

Description

用在倾斜表面上的防水隔膜
发明领域
本发明总体上涉及用在倾斜表面上的防水隔膜,所述倾斜表面具有施加到该隔膜顶面上的不连续聚合物元件的防滑图案。特别地,该防水隔膜可以用作陡坡屋顶应用中的屋顶垫层,其中它用作最初施加在主屋顶覆盖物如沥青瓦、瓦片、金属、雪松木瓦等下方的副分水层。
发明背景
近年来,合成聚合物防水隔膜材料已经引入北美市场以在陡坡(>2∶12相对于平面屋顶的高跨比)屋顶应用中替代传统的沥青柏油的焦油/毡纸屋顶垫层。这些合成材料具有优于传统的柏油纸的若干优点如大大改进的拉伸和撕裂强度,降低的从紧固件撕掉的倾向,这提供了更大的耐风吸性,不受吸水和降解的影响,设计在长期的室外暴露下抵抗UV降解,没有任何油浸出、干燥和破裂,和低得多的单位面积重量,这大大地促进了改进的处理、储存和安装生产率。
虽然合成屋顶垫层具有优于传统柏油纸的若干重要优点,但是它们通常具有差的防滑性能,最尤其是在陡坡湿润表面状态下更如此。大多数垫层,不管它们的工作表面和应用高跨比如何,通常对使用是可接受的并且在非常干燥、无尘条件下是安全的。但是因为屋顶的性质,经常应用表面可能具有呈水、雾和露水形式的湿气,也称为“湿润”条件;在极端条件下,具有雪和冰。取决于表面水分的水平和屋顶高跨比,大多数屋顶安装者将继续在沥青焦油纸的表面上工作(虽然要更加小心和努力),这是因为在较小水平的表面湿润条件下该沥青焦油纸具有通常令人满意的性能。
低防滑合成屋顶垫层所具备的在湿润条件下大大降低的摩擦系数是它们作为产品类别在北美洲加速的市场渗透的重要限制因素。当这一防滑因素与它们比商品沥青毡纸更高的成本结合时,这是对更大的市场认可的双重挑战。除了成本之外,屋顶铺覆人员也不可能继续使用具有如此高固有安全性危险问题的产品,这既是为了人身安全,又是同等重要地为了在屋顶安装期间临时施加到屋顶垫层表面上的各种物体(木瓦、屋面瓦等的包裹)的安全,这种屋顶安装可能导致严重的安全危害,因为它们可能随机地从屋顶表面掉下来。因此,北美洲市场的以机械方式附着的合成聚合物屋顶垫层已经试图通过开发改进的防滑表面减轻所述安全问题。
然而,在欧洲合成垫层已经使用了较长时间并容易接受,而且在陡坡屋顶中具有高得多的市场份额。安全问题虽然同样存在,但并不是大的问题,因为在欧洲大多数陡坡屋顶用基于钉牢的板条的瓦片体系来完成,其中在安装和日常工作中屋顶铺覆人员具有许多用来固定的锚固点。此外,欧洲房屋使用的设计形式(暖屋顶)与北美洲使用的(冷屋顶)不同,并且这一需要使用透湿气性屋顶隔膜,其中所设计的合成物已经很大程度上满足了这一需要(柏油纸缺乏足够的固有透气性)。因此,另一种推动力在欧洲发挥着更大的作用,这是在欧洲合成聚合物垫层的提高发展和渗透的部分原因。因此,通常发现光滑表面合成物屋顶垫层容易使用并且当作柏油纸的代替物。
在全球市场中存在很多可商购的陡坡屋顶,包括以机械方式附着的(透气性和非透气性)合成物,以及聚合物表面自粘附沥青基合成物。这都要求一定水平的防滑性,但是与典型的柏油纸相比在典型的陡坡、湿润表面状态应用中出现的各种表面动态负载下都没有产生更好的或“良好的”或“优异的”性能。(参见表1)
表1
屋顶垫层面材/防滑性对比
  公司   商品名   表面类型   防滑性1
  Flexia   TRIFLEX 30TM   光滑PP*涂层   差2
  RKW   RoofTopGuard IITM   无纺PP   差
  Kirsch   SharksinTM   无纺PP   差
  PGI/Fabrene   MATRIX-ULTM   无纺PP   差
  InterWrap   TITANIUM-UDLTM   PP网面   一般
  Proctor   RoofShieldTM   无纺PP   差
  MFM   Ice Buster FoilTM   压花PE**膜   差
  PolyGlass   Polyprotector-UDLTM   EVA热熔图案   差
  Tamko   Tile&MetalTM   多孔PE膜   差
  Grace   Ice&Water ShieldTM   热熔粘合剂图案   差
  Carlisle   WIP 300TM   聚合物颗粒膜   差
  Carlisle   WIP 100TM   压花PE膜   差
  ProtectoWrap6   RainProofTM   波形PE膜   差
  Bakor   BlueksinTM   聚合物颗粒膜   差
  Dupont   Tyvek SUPROTM   压花HDPE   差
  Caplast   ValmexDivu-TopM170TM   无纺PP   差
  Dorken   Delta LUXXTM   无纺PP   差
  Dorken   Delta MAXXTM   压花Coating   差
  Klober   PermoForte   无纺PP   差
  Silcart   Lamintek 18TM   无纺PP   差
  Various   30#Asphalt Paper   沥青/纤维素纤维   好
*PP=聚丙烯聚合物
**PE=聚乙烯聚合物
1.对模拟的12∶12(45度)倾斜木平台进行试验。试验程序包括水雾喷涂以产生饱和湿润顶面条件,接着60kg+重量的人穿着橡胶底鞋模拟重复的动态倾斜行走(与German Ramp Test DIN 51130相似,不同在于固定的倾斜表面,具有栏杆,23℃)
2.评级:a.差:非常滑
        b.一般:通常滑
        c.好:间歇性地滑
        d.优异:难以引起滑动
表1所示的广泛的现有技术产品的综述清楚地表明当前的技术状态是相对于传统的30#沥青毡纸在陡坡湿润条件屋顶垫层应用方面基本上没有可利用的“良好的”或“优异”评级的聚合物基防滑表面。
发明概述
本发明提供用在倾斜表面上的防水膜。所述隔膜由柔性薄片材料的一个或多个层制造,所述柔性薄片材料优选选自以下物质中的一种或多种:聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙的织造或非织造合成聚合物;金属、织造或非织造玻璃、和沥青材料。因为机械性能、耐热性和成本,最优选的材料是织造或非织造聚丙烯。该隔膜具有顶面和底面,其中该底面面对该倾斜表面。聚合物元件的防滑图案施加到该隔膜的顶面上。该聚合物具有<15MPa的拉伸模量(ASTMD638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<90的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。在一个优选的实施方案中,聚合物元件由选自以下物质的材料制成:聚氯乙烯、聚氨酯、丙烯酸聚合物、有机硅聚合物、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃、天然或合成橡胶,和它们的共混物或共聚物。在一个更加优选的实施方案中,聚合物具有<7MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<75的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。在一个最优选的实施方案中,聚合物是聚氯乙烯。聚合物元件的该图案可以直接地施加在隔膜的顶面上或在与该隔膜的顶面附着的载体薄片的一面上制备。当使用载体薄片时,载体薄片由织造或非织造材料组成,所述织造或非织造材料选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、或它们的共聚物和共混物的合成聚合物,以及玻璃或棉花,或它们的共混物。在一个优选的实施方案中,载体薄片由织造或非织造聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。
在一个优选的实施方案中,防水隔膜提供屋顶垫层的显著改善的陡坡湿润表面防滑性能,同时克服现有技术中产品的许多商业、技术、生产和广泛专用(即屋顶坡度、湿润条件、动态负载、主屋顶材料类型)的性能问题。
在另一个方面中,本发明提供将聚合物元件的防滑图案施加到防水隔膜或载体薄片上的方法。在优选的实施方案中,将该聚合物元件施加到织造或非织造聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的载体薄片上。利用启动(actuated)喷嘴或旋转丝网转印辊或其它已知的挤出涂覆方法如狭槽口模涂覆将液体聚合物乳液配制剂(优选包含聚氯乙烯聚合物)以所需涂覆重量并按防滑图案涂覆。优选的方法是通过旋转丝网转印辊。然后在时间和温度的受控条件下在高温下将在该防水隔膜或载体薄片上的未固化液体图案固化。当现有的材料是其顶面上具有聚合物元件的防滑图案的载体薄片时,则任选地用纱布增强该载体薄片,然后将该载体薄片附着到由柔性薄片材料的一个或多个层制成的防水隔膜上,所述柔性薄片材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙、或它们的共混物和共聚物的织造或非织造合成聚合物;金属、织造或非织造玻璃,和沥青材料中的一种或多种。在一个优选的实施方案中,所述防水隔膜是织造或非织造聚丙烯(PP)。
附图简述
本发明优选的实施方案在附图中示出,其中:
图1示出了根据本发明在防水隔膜或载体薄片上的聚合物元件的防滑图案的一种制备方法。
图2示出了根据本发明的在非透气性、机械附着的使用织造增强材料的成品形式中用作陡坡湿润条件防滑屋顶垫层的防水隔膜的实施方案。
图3示出了根据本发明的防水隔膜的另一个实施方案,该防水隔膜具有附着于非透气性、自粘附沥青层的增强载体薄片。
图4示出了根据本发明的使用透气薄膜和非织造增强材料的成品、通常透气性(>1.0US Perms渗透性,ASTM E96A,23℃/50%RH)防水隔膜的另一个实施方案。
图5示出了根据本发明的成品、通常透气性(>1.0US Perms渗透性,ASTM E96A,23℃/50%RH)防水隔膜的另一个实施方案。
图6示出了根据本发明的成品、通常透气性(>1.0US Perms渗透性,ASTM E96A,23℃/60%RH)防水隔膜的另一个实施方案。
图7A-D示出了根据本发明的在非织造表面载体层上的聚合物元件的各种防滑图案。
图8示出了可以用作根据本发明的聚合物元件的防滑图案的互连网孔或网格图案。
图8B示出了图8的互连网孔或网格图案,其中接合点或节点在高度方面可以从主互连图案上进一步凸起。
具体实施方式
本发明的新型隔膜是优于现有屋顶垫层技术的重要改进,因为它涉及防滑尤其是在陡坡、湿润表面动态负载条件下的防滑。所谓的陡坡泛指大于2∶12高跨比,或16.7度的斜坡;更优选大于5∶12高跨比(23度),最优选大于8∶12高跨比(39度)的斜坡。所谓的湿润表面用来描述其中在表面上存在任何水平的液体水分的条件,所述液体水分或者呈雾、露水、小液滴、水洼形式或者呈饱和条件连续层形式。换言之,在垫层的表面与铺覆人员脚的底部或屋顶平台储存包裹的底部或位于屋顶上的用于临时储存和将来使用的主屋顶材料(例如屋顶瓦)之间存在的任何液体。所谓的屋顶动态荷载用来表明负荷(临时位于垫层表面上的铺顶工或非生物体)的质量、负荷的角度和方向、材料类型和负荷元件的静摩擦和动摩擦系数以及负荷速度发生变化。本文所使用的术语“非织造物”是指具有是插入和缠绕而不是以可识别的重复方式的各个纤维或长丝的结构的织物。透气性是指当经由ASTME96A(23℃/50%RH)按US Perms测量时湿蒸气渗透性>1.0。
在斜屋顶、湿润条件、人类、动态载荷因素下测量摩擦系数和防滑性是极其复杂的科学,几乎不可能根据理论预计,或采用测试设备测量,或根据实验室模拟试验条件提供实际的场地铺覆人员防滑性。大部分防滑/防滑移COF(摩擦系数)的现有技术依靠各种ASTM或其它科学上认可的试验标准,但是它们预计防滑性的能力极其有限。本领域技术人员意识到运动的人类铺覆人员在陡坡、湿润表面状态下几乎不可能用测试设备精确地模拟,尽管English XL VIT的使用已经显示出提供某种程度的与湿润表面防滑性的相关性,并且可以用作防滑表面的开发和评价中的工具。更加实际的、辅覆模拟的且有效的试验如下来评价隔膜:在高跨比条件下、模拟实际的湿润表面状态、并且在仅仅由实际典型的铺顶工达到的典型人为因素动态负载下,使用典型的屋顶鞋,并显示主体负荷的角度、质量中心、与表面接触的脚的百分率、脚接触角度、移动速度等的典型动态运动。通过完全模拟真实条件的反复试验并借助于已知防滑性能的对照材料,已经测定了本发明的防滑性能。
存在防滑性能、图案设计和图案基重/面积(这直接影响成本)之间的最佳平衡。超过某种图案密度,表面达到饱和,并回复到几乎“连续光滑”,并因此湿润表面防滑性能严重地降低。在过低的图案密度和/或涂覆重量下,不存在足够数目的产生防滑性能的锚固点。在该表面之上的过大图案高度下,该隔膜将产生对于给定辊压长度来说非常大的直径辊,这显著地影响包装和运输效率,和最终产品安装生产率。
在一个实施方案中,本发明在由高产量、低转化成本手段制造的合成聚合物防水隔膜层的顶面上使用柔软、回弹性、低模量、高拉伸强度和高伸长率聚合物表面图案。该隔膜层的底面面对屋顶平台施加。可以通过较简单的方法以高的生产效率制备聚合物表面。更具体地说,通过使用呈乳液形式的室温挤出的聚合物元件,施加到宽宽度的合成聚合物防水隔膜层上。在一个优选的实施方案中,首先将聚合物元件施加到载体表面上,优选非织造纤维性物质(天然物质,聚合物物质)上,同时形成不同的印记防滑图案,接着热固化以提供固化的、高COF、柔软、低模量、回弹性、非常坚韧、极好粘结、耐UV和高温和低温性的防滑材料。载体层(当它是防水隔膜时)可以包括成品工程产品基底,或用作暂时性防滑载体表面,然后接着利用粘合剂、超声波、机械力、热粘结或聚合物挤压涂层,或其它本领域中已知的手段将该载体表面附着到宽宽度的增强用织造或非织造物或其它增强的或沥青基粘合性主防水隔膜层(透气性或非透气性、机械附着或贴胶的粘合剂垫层)上。该防水隔膜层阻止大体积的水转移至屋顶平台,但是可以设计用来如透气性屋顶垫层中那样允许足够的湿蒸汽透过该隔膜。
在本发明的一个优选的实施方案中,很大程度上克服本身具有低COF主表面材料,和/或较光滑,和/或较硬聚合物表面,和/或较差表面防滑布局物理性质的现有技术材料的固有陡坡、湿润表面、防滑的限制。它还克服了在工业低单元成本生产需要的速度和宽隔膜宽度下使用更加复杂、铺覆限制性(例如低软化点热熔体)和昂贵热熔体生产技术制备防滑聚合物表面的若干技术、生产和工业难题。
表2示出了已知在现有技术中已经用于产生屋顶垫层防滑性的所选范围的聚合物的所选机械/热性能。
表2
防滑聚合物性能
  聚合物化学成分   拉伸模量(MPa)1   拉伸屈服强度2(MPa)   拉伸屈服伸长率3(%)   软化点4(℃)   肖氏A硬度5
  PP   1500   35   10   165   D70
  HDPE   1000   30   15   135   D60
  LDPE   300   10   15   95   D50
  EVA6   25   8   9   60   A85
  EVA热熔体7   15   1.5   4   45   A75
1.ASTM D638,23℃,20in/min
2.ASTM D638,23℃,20in/min
3.ASTM D638,23℃,20in/min
4.ASTM D1525
5.ASTM D2240/23℃/0秒
6.Dupont EVA Elvax 28%VA
7.National Starch EVA Hot Melt #34-5227
表2与表1结合的综述表明高模量和高硬度(例如PP或PE涂层)组合,或低模量、低拉伸屈服强度和伸长率、低软化点组合(例如EVA热熔体)与较差的陡坡、湿润表面条件防滑性相关。经由对比性能分析的防滑表现的表面性质对本领域技术人员来说在本发明的特定范围是不直观明显的。高硬度和模量通常产生较低COF和非弹性的材料用于对防滑需要的复杂屋顶动态荷载作出反应。硬且不屈服并且具有低COF(例如PP和PE)的聚合物通常在湿润条件下在防滑方面表现不好。可以将这些材料分类为“硬和光滑材料”。这通常由表1中现有技术材料的评级证实。
另一方面,软得多,但是具有更低模量、更低拉伸屈服强度和伸长率以及更低耐热性的聚合物(例如EVA热熔体)也表现不好,这归因于主表面粘附性,和高剪切负荷条件下低剪切强度的问题。聚合物性能分组的这一组合将倾向于具有更低的基底粘合强度,更低的防滑图案拉伸和剪切强度而不能在屋顶动态荷载下抵抗总剪切破坏,和在高温条件下显著降低的防滑性能。可以将这些材料分类为“柔软和不耐用材料”。此外,由于热熔粘合剂略微发粘,所以随着时间该粘合剂具有变得被粉尘、木材颗粒和其它细小空中悬浮颗粒覆盖的倾向。一旦被这些颗粒覆盖,该粘合剂开始损失它们有限防滑移特性的大部分。另外,热熔粘合剂是昂贵的。热熔粘合剂倾向于污染用来制备该涂料的机器。热熔表面防滑现有技术也需要昂贵且复杂的涂覆技术来制备复杂的表面局部防滑物理性质(例如需要复杂口模的复杂图案),并且通常受到生产宽度(例如较窄宽度和较高单元成本),和较慢速度(例如较高的单元成本)限制。
通过使用低弹性模量、高拉伸和高伸长率、柔软橡胶状聚合物,它们在载荷下更容易压缩和弹性变形,而不会导致总剪切破坏。这一独特的性能亦称“回弹性”,或能够弹性变形到高伸长率而不会屈服或破坏。更具体地说,当被另一个表面压缩时,如当受到铺顶工的鞋的载荷时,该聚合物变形并紧密地适应负载应力图案的外形,这显著地增加聚合物表面和表面负荷元件之间的表观摩擦系数。必要地,当被压缩和/或剪切时,聚合物适应表面并通过更加均匀地再分布载荷而为鞋的底部提供提高的牵引而没有剪切破坏或滑动。但是优选的聚合物必须变形到某种程度,但仍具有足够的回弹性而在远离铺顶工鞋或其它载荷元件下面的地方不显示剪切破坏,这种破坏可能引起总动态滑动。作为特别的优点,本发明的聚合物配制剂和加工方法是低模量、高剪切强度、高拉伸屈服伸长率、回弹性的并且具有较高的摩擦系数而不会如过去使用的热熔粘合剂(例如“柔软和不耐用的材料”)那样发粘、有粘性或具有低的屈服/剪切强度。
考虑表1中的陡坡、湿润条件防滑性能,并结合表2的物理性能分析,同时考虑使用常规聚合物(例如PE、PP、LDPE、热熔体)制备商业上可行且功能上有用的产品的技术、生产和工业问题,公开了液体聚合物乳液制备“优异”评级的陡坡、湿润表面条件屋顶垫层表面的新型用途,该液体聚合物乳液在室温下非容易施涂且投资费用低,并且基于低成本,宽宽度的生产机械设备在高温下固结(固化)。
提供上述新型性能,且商业上成本低,生产效率高的一种优选的陡坡、湿润条件屋顶垫层聚合物体系是增塑的PVC(聚氯乙烯)聚合物。PVC是具有优异UV性能的高容量商品聚合物,并且由于在加工方法中的极大通用性和经由专门添加剂的成品性能以及同时在液体和熔融加工应用中的增塑作用而在本领域中是已知的。
表3
防滑聚合物性能(根据表2 ASTM标准)
  聚合物化学成分   拉伸模量(MPa)   拉伸屈服强度(MPa)   拉伸屈服伸长率(%)   肖氏A硬度
  PVC1   10   10   150   A70
1.固化、增塑的PVC乳液配制剂
表3的综述说明增塑、热固化PVC液体聚合物乳液可以用于制备具有模量、屈服强度和伸长率、以及硬度的独特组合的陡坡、湿润条件屋顶垫层应用的表面聚合物。所述新型性能可以产生具有非常高的屈服强度和耐热性的柔软回弹性聚合物表面;更通常地产生较硬至低COF聚合物,和较软低强度烯烃热熔体,并且可以划分类为“柔软和强的材料”。
可以使用其它聚合物乳液配制剂,如聚氨酯、丙烯酸树脂和天然或合成橡胶热塑性弹性体,只要它们通常落入上面参考的性能值范围内。即,肖氏A硬度<90(ASTM D2240,23℃,0sec),拉伸模量<15MPa(ASTM D638,23℃,50mm/min)和拉伸屈服伸长率>50%(ASTM D638,23℃,50mm/min)。在一个优选的实施方案中,聚合物配制剂具有<7MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<75的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。
非织造织物载体表面的使用与光滑抗渗材料如薄膜(例如现有技术中的一些PE薄膜表面)相比是优选的,因为固化聚合物和载体表面之间的界面粘合强度对陡坡、湿润表面、屋顶动态负载屋顶防滑性是重要的。在初始聚合物乳液施涂/沉积过程中,液体乳胶将流下并进入无规纤维中并且当固化时获得明显的“机械”附着,即使在通常非相容的聚合物之间也如此。乳液有效地在各个纤维周围固化,从而将自身机械地锁入载体织物材料。
图1示出了根据本发明将聚合物元件的防滑图案施加到防水隔膜或载体薄片上的一个实施方案的一种制备方法。使防水隔膜或非织造表面载体1,优选织造或非织造聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的巨大长度卷形物开卷到分发(payoff)散布器上。经由重绕机10通过下拉使该载体从分发散布器展开。本领域技术人员将认可为了产生均匀的张力,表面涂覆的最终产品将需要必要的速度控制技术。利用泵送4将储存在容器3中的室温、预共混、曝气和除湿的液体聚合物乳液配制剂,优选聚氯乙烯聚合物基乳液配制剂泵入图案涂覆器头6。对转辊5用来确保涂覆器头和基底之间的距离是恒定和精确的。在室温下操作的涂覆器头6控制图案设计并借助于启动喷嘴,或者旋转转印辊设备,或其它已知的挤涂方法如狭槽口模涂覆控制所施涂的涂料重量。在优选的实施方案中,使用旋转印网转印辊。然后在时间和温度的受控条件下将未固化的液体图案7输送到高温热固化烘箱8中,以确保在涂层以最终的9固化形式离开烘箱8之前进行了必要的乳液固化。离开的材料是具有聚合物元件的防滑图案的载体和/或可用作陡坡、湿润表面条件、“优异评级”的屋顶垫层的新型防水隔膜,这取决于载体设计和制造方法,和最终产品性能应用。然后将固化的表面图案涂覆的隔膜/载体重绕成巨大卷形物用于进一步的下游加工。在优选的实施方案中,然后任选地用纱布增强该载体薄片,然后将该载体薄片附着到由柔性薄片材料的一个或多个层制成的防水隔膜上,所述柔性薄片材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙、或它们的共混物和共聚物的织造或非织造合成聚合物;金属、织造或非织造玻璃,和沥青材料中的一种或多种。在一个优选的实施方案中,所述防水隔膜是织造或非织造聚丙烯(PP)。所公开的涂覆器头和烘箱组合系统是非常简单、低成本、高速和宽宽度的有力生产方法。
图2示出了根据本发明的在透气性、机械附着的使用织造增强材料的成品形式中用作陡坡湿润条件防滑屋顶垫层的防水隔膜16的一个实施方案,该防水隔膜16由柔性薄片材料的一个或多个层制造。非织造载体薄片12形成顶层并具有施加到一面上的聚合物元件11的防滑图案,该防滑图案优选经由图1描述的方法产生。载体薄片12挤压涂覆层压到内部织造纱布14(经由涂覆层压层13)上,该内部织造纱布14为要求经得起典型屋顶安装应用上的撕裂载荷的增强材料提供强度,所述撕裂载荷来自动态载荷和拉伸和所暴露的气候因素如疾风抬起。然后将这一织物/表面组合前体进一步挤涂在优选具有高COF(>0.5,经由English XL VIT在干燥条件下)的防滑移涂层15上,该涂层15由PP、PE、EVA或EMA或它们的共混物和共聚物构成,在对于相容性的烯烃基织物情况下,以在通过涂覆器紧固垫层之前在平台表面界面上提供表面防滑移,由此降低进一步的垫层下侧/平台滑移。
图3示出了根据本发明由柔性薄片材料的一个或多个层制造的防水隔膜20的另一个实施方案,该防水隔膜用作具有自粘附粘合剂层(通常是橡胶改性的沥青)的陡坡、湿润条件防滑屋顶垫层用于极端防水应用,如高跨比屋顶屋檐和屋谷中通常出现的冰坝。载体层22在其一面具有聚合物元件21的防滑图案,该聚合物元件21的防滑图案优选经由图1描述的方法产生。载体薄片22挤压涂覆层压到内部织造纱布24(经由涂覆层压层23)上,该内部织造纱布24为要求经得起典型屋顶安装应用上的撕裂载荷的增强材料提供强度,所述撕裂载荷来自载荷和拉伸动力学和暴露的天气要素如疾风抬起。在沥青涂覆机上进一步加工该增强的载体薄片(层21-24),该沥青涂覆机施加本领域中通常已知的自粘附沥青25的层,然后以施加本领域中通常已知的防粘衬垫26结束,所述防粘衬垫26由硅化基底如纸、PP、PET或LDPE薄膜等组成。
图4示出了根据本发明由柔性薄片材料的一个或多个层制造的成品、通常透气性(>1.0US Perms渗透性,ASTM E96A,23℃/50%RH)防水隔膜40的另一个实施方案,该防水隔膜40用作具有优异评级的防滑性能的陡坡、湿润表面条件屋顶垫层。通常高度透湿蒸气的非织造载体薄片42在其一面上施加有聚合物元件41的防滑图案。如为基底构件提供所需的透气性和粘附性能那样,用通常透气性聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯或其它已知的透气薄膜43热、超声波、间歇挤涂、或粘合剂层压该载体薄片42。然后再次用超声波、热(加热和压力)或用粘合剂或不妨碍透气性的其它已知的手段使这一前体与下面增强用、透气性基底44粘结,如较高基重/强度的通常透气性织造或非织造物。或者,可以在层压过程中将开放纱布型式的织造纱布插在透气薄膜43和下侧透气性基底44之间以在较低的总成本下提供较高的增强性能。
图5示出了成品、通常透气性(>1.0US Perms渗透性,ASTM E96A,23℃/50%RH)防水隔膜50的另一个实施方案,该防水隔膜50用作具有优异评级的防滑性能的陡坡、湿润表面条件屋顶垫层。通常高度透湿蒸气的非织造载体薄片52具有在其一面上施加的聚合物元件51的防滑图案。将该载体薄片52与通常透气性聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、或其它已知的透气性非织造增强用层53一起热、超声波、间歇挤涂、或粘合剂层压。
图6示出了用作具有优异评级的防滑性能的陡坡、湿润表面条件屋顶垫层的成品、通常防水隔膜60的另一个实施方案。聚合物元件61的防滑图案施加到防水隔膜60的一面上。
图7A-D示出了通过图1的方法使用非织造载体薄片,并具有优选的固结PVC乳液图案涂层产生的若干优选的防滑凸起轮廓重复图案。图7A表示具有错开排列的排的简单均匀圆锥形点图案表面。图7B表示与图7A相似的图案的侧视图,不同在于由交替的小和大点组成,这提供更加复杂的陡坡表面载荷相互作用。图7C表示在其斜向和横向上都具有防滑元件的交叉设计,从而提供更复杂的防滑动态载荷。图7D是图7C的重复。图8是互连网孔或网格图案,其中接合点或节点在高度方面可以从主互连图案上进一步凸起,如图8B所示。
实施例1-机械附着的、非透气性屋顶垫层
在室温下将包含乳液等级PVC树脂(100份)、DINP增塑剂(100份)、碳酸钙(10份)、环氧化大豆油(3份)和钙锌稳定剂(2份)的液体PVC乳液配制剂间歇混合到均匀,同时除去夹带的空气和湿气,以达到表3中的最终固化PVC树脂性能。根据图1在30gsm非织造PP表面载体薄片上加工该混合物,其中在室温下以150m/min的线速度将该图案施加到载体上,在130℃的固化炉温度下进行30秒的固化,以产生30gsm的最终固化的乳液涂层重量。产生了如图7A所示的PVC点图案,具有15个点/英寸2(232个点/100cm2),0.3mm的平均点高度(按载体的表面至点的顶部测量)。固化的PVC点具有高剪切强度、低模量和高回弹性。然后将这一防滑载体薄片挤涂层压(与25gsm PP涂层)到100gsm充当增强纤维的织造PP纱布上,然后通过施加高COF防滑EVA底面挤出涂层(25gsm)进一步加工以产生成品、通常非透气性、机械附着的陡坡屋顶垫层,如图2所示。
然后经由塑料帽屋面钉将实施例1制备的防滑垫层机械附着到表1引用的试验设备上。根据表1中所述的程序,使用细喷嘴喷雾水瓶将该表面饱和湿润。75kg铺顶工,穿着试验程序的橡胶底安全鞋,模拟典型的铺覆人员倾斜表面动态行走载荷。试验程序包括铺顶工用脚上的球缓慢地努力走上倾斜表面,同时为了安全握住栏杆,并评价垫层表面的防滑程度。这重复若干次,每一次使该表面重新饱和,以各种脚角度和脚载荷下以根据表1测定防滑等级。在对照ASTM 30#沥青毡纸,和具有等同载体薄片但没有防滑图案的屋顶垫层上进行相同程序。实施例1的屋顶垫层的试验结果是“优异的”的防滑等级。在湿润表面状态下将没有打开的聚乙烯包覆的屋顶木瓦的典型包装物装到相同设备上,并保持一整夜。次日,观察到该包装物没有从它的原始位置移动。根据USA Miami-Dade TAS-104-95建筑规范(不同在于在室温下进行),将10个平面水泥瓦的堆叠体放置在与单独的5∶12高跨比陡坡设备附着的垫层表面上。次日,观察到这些瓦片没有从它们的原始放置场所移动。此外,使用English XL SlipMeter在饱和湿润条件下在水平表面上测试实施例1中屋顶垫层防滑表面的摩擦系数(COF)。COF>0.5认为是安全的,但是优选,COF>0.7认为在湿润条件下是优异防滑的。实施例1中的垫层记录1.0的COF。同一种屋顶垫层产生0.14的US PERM等级,并且认为是非透气性的。
使用加热模具,用与实施例1相同的液体乳液配制剂和加工条件制备0.30mm厚的铸塑板。这一铸塑板的所得性能在表4中示出。
表4
防滑聚合物性能:实施例1(根据表2ASTM标准)
  聚合物化学   拉伸模量(MPa)   拉伸屈服强度(MPa)   拉伸屈服伸长率%  肖氏A硬度
  实施例1   10   8   125  A60
取决于对外部UV暴露耐受性的要求,该配制剂可以任选地包含UV添加剂(例如二氧化钛)以降低PVC聚合物降解。取决于成品聚合物涂层重量,聚合物元件密度,和聚合物元件高度,可以改进该配制剂以为了最佳防滑性能而改变所得的硬度和拉伸屈服强度。
该垫层可以任选地包含添加剂用于对延长的UV暴露施加UV保护。该层优选是淡色的(或与黑色沥青毡纸相比高度反射性的)以降低热吸收,这促进较低的工作表面温度和较冷的屋顶系统。
实施例2-自粘合性沥青屋顶垫层
将实施例1的相同屋顶垫层涂覆并层压到1毫米厚的自粘合性沥青层上(自粘合性沥青配制剂在本领域中是已知的,一般由SBS聚合物和沥青组成),从而形成顶面层。进一步将硅化PP防粘薄膜衬垫施加到该自粘附沥青的暴露面上,从而形成底面层。所得的屋顶垫层具有0.05US PERMS的透气性(ASTM E96A,23℃/50%RH)。然后将这一自粘附的垫层隔膜附着于木制平台上并根据实施例1测试防滑性。行走防滑性和屋顶荷载性能试验结果是优异的。
实施例3-机械附着的、透气性屋顶垫层
同时将实施例1的防滑非织造载体薄片超声粘结到25gsm包括内层的LDPE微孔透气薄膜(Tredegar Film Products)和150gsm非织造PP增强用下层上。所得的屋顶垫层具有35US PERMS的透气性(ASTME96A,23℃/50%RH),并认为是透气性的。将该透气性屋顶垫层机械附着到测试屋顶平台上,并根据实施例1测试防滑性,并产生优异的结果。
本领域普通技术人员应理解的是,本发明的论述仅是示例性实施方案的描述,并且没有限制本发明更宽方面的意图。
虽然已经在此详细地描述了本发明的各种优选的实施方案,但是对本领域技术人员来说不言而喻的是,在不脱离本发明的精神或所附权利要求书的范围的情况下可以对本发明作出改变。

Claims (46)

1.用在倾斜表面上的防水隔膜,所述隔膜由柔性薄片材料的一个或多个层制造并且具有顶面和底面,其中所述底面经设计来面对该倾斜表面,和其中将聚合物元件的防滑图案施加到该隔膜的顶面上,其中所述聚合物具有<15MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<90的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0sec)。
2.根据权利要求1的防水隔膜,其中所述聚合物具有<7MPa的拉伸模量(ASTM D638,23℃,50mm/min),>50%的拉伸屈服伸长率(ASTM D638,23℃,50mm/min)和<75的肖氏A硬度(ASTM D2240,23℃,0 sec)。
3.根据权利要求1或2的防水隔膜,其中将聚合物元件的所述图案直接施加在该隔膜的顶面上。
4.根据权利要求1或2的防水隔膜,其中在与该隔膜顶面附着的载体薄片的一面上产生所述不连续聚合物元件的图案。
5.根据权利要求4的防水隔膜,其中所述载体薄片由织造或非织造材料组成,所述织造或非织造材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、和尼龙的合成聚合物,或它们的共混物和共聚物;或玻璃或棉,或它们的共混物。
6.根据权利要求4的防水隔膜,其中所述载体薄片由聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的织造或非织造合成聚合物组成。
7.根据权利要求1、2或3的防水隔膜,其中所述形成该隔膜的材料的一个或多个柔性薄片选自以下物质中的一种或多种:聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙的织造或非织造合成聚合物,或它们的共混物和共聚物;金属、织造或非织造玻璃、和沥青材料。
8.根据权利要求2的防水隔膜,其中所述形成隔膜的材料的一个或多个柔性薄片是聚丙烯的织造或非织造合成聚合物。
9.根据权利要求8的防水隔膜,其中该隔膜的ASTM E96A(23/50%RH)透湿气性<1.0US Perms,并且认为是不透气的。
10.根据权利要求8的防水隔膜,其中该隔膜的ASTM E96A(23/50%RH)透湿气性值>1.0US Perms,并且认为是透气的。
11.根据权利要求4的防水隔膜,其中利用粘合剂、超声波、机械力或热粘结,或聚合物涂层使所述载体薄片与隔膜层附着。
12.根据权利要求1-11中任一项的防水隔膜,其中所述聚合物元件由选自以下物质的材料制成:聚氯乙烯、聚氨酯、丙烯酸聚合物、有机硅聚合物、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃、天然或合成橡胶,和它们的共混物或共聚物。
13.根据权利要求12的防水隔膜,其中所述聚合物元件由聚氯乙烯制成。
14.根据权利要求1-13中任一项的防水隔膜,其中当在水平面、饱和湿润条件下测试时所述聚合物元件的图案具有由English XL VIT测量的>0.5的摩擦系数(COF)。
15.根据权利要求14的防水隔膜,其中聚合物元件各自具有选自以下的形状:圆锥、角锥、半球、矩形、正方形、线、网格、或其它对称或非对称形状。
16.根据权利要求15的防水隔膜,其中所述聚合物元件的图案具有5g/m2-50g/m2的表面施用量。
17.根据权利要求16的防水隔膜,其中所述聚合物元件的图案具有10g/m2-30g/m2的表面施用量。
18.根据权利要求1-17中任一项的防水隔膜,其中聚合物元件的高度为0.02mm-1.0mm。
19.根据权利要求18的防水隔膜,其中各个聚合物元件的高度在0.02mm-1.0mm的范围内不等。
20.根据权利要求1-19中任一项的防水隔膜,其中所述聚合物元件的图案由不同的聚合物区域组成,所述聚合物区域具有25/100cm2至2500/cm2的密度范围。
21.根据权利要求20的防水隔膜,其中所述聚合物元件可以是完全或部分地不连续的或互连的以形成最终图案。
22.根据权利要求1-21中任一项的防水隔膜,其中相对于具有相同构造但是不具有防滑图案的对照试验隔膜,在湿润表面状态下在相同的陡坡条件(>2∶12,16.7度)下所述防滑图案提供优异的防滑性能。
23.根据权利要求1-21中任一项的防水隔膜,其中相对于30#ASTM沥青毡纸垫层,在湿润表面状态下在相同的陡坡条件(>2∶12,16.7度)下所述防滑图案提供优异的防滑性能。
24.根据权利要求1-23中任一项的防水隔膜,其中柔性薄片材料的一个或多个层包含紫外添加剂。
25.根据权利要求1-24中任一项的防水隔膜,其中柔性薄片材料的一个或多个层包含阻燃剂。
26.根据权利要求1-25中任一项的防水隔膜,当由ASTM E903-96在黑背景上测量时,该隔膜在500nm波长下具有>25%的暴露顶面日光反射率。
27.根据权利要求1-26中任一项的防水隔膜,其中所述隔膜由用作屋顶垫层的材料的一个或多个增强柔性薄片制造。
28.根据权利要求27的防水隔膜,其中所述不连续聚合物元件的图案在与该隔膜顶面附着的载体薄片的一面上产生并且为该隔膜提供增强性。
29.根据权利要求28的防水隔膜,其中该载体薄片是利用粘合剂、超声波、机械力、或热粘结,或聚合物涂层层压到该隔膜上的非织造或织造材料。
30.根据权利要求29的防水隔膜,其中该隔膜由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、尼龙、金属或玻璃,或它们的共混物和共聚物中一种或多种的织造纱布的一个或多个层组成。
31.根据权利要求30的防水隔膜,其中该隔膜由选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、或玻璃,或它们的共混物和共聚物中的一种或结合物的非织造材料的一个或多个层组成。
32.根据权利要求30的防水隔膜,其中将由高COF(>0.5,通过English XL VIT在干燥条件下测量)PP、PE、EVA、EMA或它们的共聚物和共混物组成的涂层挤涂到该织造结构层的底面上,从而赋予该底面防滑性。
33.根据权利要求7中任一项的防水隔膜,其中形成该隔膜的材料的一个或多个所述柔性薄片由沥青层组成。
34.根据权利要求32或33的防水隔膜,其中该载体薄片是选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、玻璃或棉的非织造或织造物。
35.根据24的防水隔膜,其中该载体薄片附着于增强结构层。
36.根据权利要求35的防水隔膜,其中所述增强结构层由织造聚丙烯、聚乙烯、玻璃、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、金属、或棉纤维织造增强材料或它们中任何的结合物的一个或多个层组成。
37.根据权利要求36的防水隔膜,其中所述增强结构层由多轴取向聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯薄片或薄膜,和它们的共混物和共聚物组成。
38.根据权利要求37中任一项的防水隔膜,其中该隔膜是增强的透气性隔膜。
39.根据权利要求38的防水隔膜,其中该增强的透气性隔膜是选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、金属或玻璃,或它们的共混物和共聚物的非织造或织造物。
40.根据权利要求39的防水隔膜,其中该增强的透气性隔膜选自微孔性聚丙烯、聚乙烯或它们的共聚物和共混物的薄膜或薄片,或热塑性聚氨酯、共聚酯、醚-酰胺、热塑性弹性体和它们的共混物的整体薄膜和薄片,和其它透气性整体合成聚合物。
41.根据权利要求40的防水隔膜,其中该增强材料由透气性织造层提供,该透气性织造层选自织造聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、金属或玻璃,或它们的共混物和共聚物。
42.将聚合物元件的防滑图案施加到防水隔膜或载体薄片上的方法,其中通过旋转丝网转印辊将液体聚合物乳液配制剂按防滑未固化液体图案施加到所述防水隔膜或载体薄片的顶面上,然后在时间和温度的受控条件下在高温下将在该防水隔膜或载体薄片上的未固化的液体图案固化。
43.根据权利要求42的方法,其中将该聚合物元件施加到织造或非织造聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的载体薄片上。
44.根据权利要求42或43的方法,其中该液体乳液配制剂包含聚氯乙烯聚合物。
45.根据权利要求42、43或44的方法,其中然后任选地用纱布增强其顶面上具有聚合物元件的防滑图案的载体薄片,然后将该载体薄片附着到由柔性薄片材料的一个或多个层制成的防水隔膜上,所述柔性薄片材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙、或它们的共混物和共聚物的织造或非织造合成聚合物;金属、织造或非织造玻璃,和沥青材料中的一种或多种。
46.根据权利要求45的方法,所述防水隔膜由织造或非织造聚丙烯(PP)组成。
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