CN104884691B - 用于屋面产品的玻璃垫、沥青屋面产品及增加其撕裂强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玻璃垫，其包括玻璃纤维组件、粘结剂组合物和沥青涂层。所述粘结剂组合物包含有机树脂和粘附促进剂。相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。本发明还提供了一种包括所述玻璃垫的沥青屋面产品和一种增加沥青屋面产品的撕裂强度的方法。

Description

用于屋面产品的玻璃垫、沥青屋面产品及增加其撕裂强度的 方法
技术领域
本公开涉及玻璃垫，更特别地涉及用于沥青屋面产品的玻璃垫。
背景技术
屋面材料(如屋顶板、屋面卷材和商业屋面)通常由在纤维垫上具有沥青涂层的玻璃纤维垫和嵌入沥青涂层中的颗粒的表面层构成。
适用于屋面材料中的短切丝束垫通常包括玻璃纤维，因为玻璃纤维具有高强度，且在使用过程中不趋于收缩。玻璃纤维通常通过使来自衬套的熔融玻璃材料流变细而形成。从衬套拉引出纤维，然后将纤维直接切碎至容器中。然后将短切纤维分散于水浆料中，所述水浆料含有表面活性剂、粘度改性剂、分散剂和其他化学试剂。在将混合物沉积至移动筛上之前，搅动纤维和浆料以分散纤维，在所述移动筛处去除水的大部分。尽管这通常描述湿法成网过程，但可使用干法成网。
然后施用聚合物粘结剂。脲醛(“UF”)粘结剂由于其低成本、与沥青的相容性和所得的高强度而通常用于沥青屋面产品应用。在施用聚合物粘结剂之后，加热所得垫以去除剩余的水，并固化粘结剂。接着，例如通过将沥青喷射至垫的一侧或两侧上，或通过将垫通过熔融沥青浴，从而将通常包含氧化沥青、矿物质稳定剂和可能的聚合物添加剂的混合物的沥青涂层施用至垫，以将沥青层设置于垫的两侧上。可将颗粒的保护涂层施用至经沥青涂布的垫以提供屋面材料，如屋顶板。
玻璃垫的重要性质包括干拉伸强度、热沥青拉伸强度、热湿拉伸强度和撕裂强度。这些机械性质可用于确定沥青屋面产品制造和屋顶板中的最终增强性质。需要改变玻璃垫和粘结剂组合物以改进这些性质。
因此，本领域持续需要用于玻璃垫的粘结剂组合物，所述粘结剂组合物可满足新的且有时超过要求的应用。
发明内容
在一个实施例中，玻璃垫包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层；其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中所指定的方法所测得。
在另一实施例中，提供了一种沥青屋面产品。所述屋面产品包括玻璃垫，所述玻璃垫包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层；其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中所指定的方法所测得。
在另一实施例中，提供了一种增加沥青屋面产品中的撕裂强度的方法。所述方法包括提供用于沥青屋面产品的玻璃垫，其中所述玻璃垫包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层；其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中所指定的方法所测得。
附图说明
实施例以示例的方式显示，且不限于附图。
图1包括根据本文描述的一个实施例所示的玻璃垫的一部分的横截面图。
本领域技术人员了解，图中的元件为了简单和清晰而显示，且不必按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对于其他元件增大，以协助增进对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
通过结合附图的如下描述以协助理解本文公开的教导。如下讨论将集中于教导的具体实施和实施例。提供该焦点以协助描述教导，且该焦点不应被解释为对教导的范围或适用性的限制。然而，其他教导当然可在本申请中使用。
在描述如下所述的实施例的细节之前，定义或阐明一些术语。术语“撕裂强度”旨在包括如通过ASTM D3462所测得，包括粘结剂组合物和沥青涂层的玻璃垫的横向强度。术语“ASTM D3462”旨在指美国材料试验协会 (ASTM)标准D-3462(由玻璃毡制得且由矿物质颗粒表面处理的沥青屋顶板的标准规格(Standard Specification for AsphaltShingles Made from Glass Felt and Surfaced with Mineral Granules))，其设定了用于住宅玻璃纤维屋面屋顶板的最低标准。术语“长丝”旨在意指具有任意合适长度的细长结构或纤维。术语“垫”旨在意指织造或非织造织物，其包括不同于稀松布中的长丝排列的任何合适的长丝排列，包括无规取向的长丝的排列。
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的方法、制品或装置不必仅限于那些特征，而是可包括未明确列出的或这些方法、制品或装置所固有的其他特征。此外，除非明确相反指出，“或”指包括性的或，而非排他性的或。例如，条件A或B由如下任一者满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。
而且，“一种”的使用用于描述本文描述的元件和部件。这仅为了便利，并提供本发明的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种或至少一种，且单数也包括复数，反之亦然，除非其明显具有相反含义。例如，当单个物品在本文描述时，超过一个物品可取代单个物品使用。类似地，当超过一个物品在本文描述时，单个物品可代替超过一个物品。
除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语与本发明所属领域中的普通技术人员所通常理解的具有相同的含义。材料、方法和实例仅为说明性的，且不旨在为限制性的。对于本文未描述的程度，有关具体材料和加工行为的许多细节为常规的，并可在结构领域和相应的制造领域内的参考书和其他来源中找到。
在一个实施例中，本发明提供了一种玻璃垫。所述玻璃垫包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂(如树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物，或它们的组合)的粘结剂组合物。玻璃纤维组件上还包括沥青涂层。将粘附促进剂添加至玻璃垫的粘结剂组合物中提供了相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。玻璃垫可特别用于屋面应用，如用于沥青屋面产品。如上所述具有粘结剂组合物和沥青涂层的用于沥青屋面产品应用的玻璃垫相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂的市售屋面屋顶板具有改进的撕裂强度，并可更好地提供用于沥青屋面产品的所需性质。还提供了一种增加沥青屋面产品的撕裂的方法。
粘结剂组合物包含任何合适的有机树脂。有机树脂可包括一种或多种合适的聚合物、一种或多种合适的共聚物、合适的共混物，或它们的组合。在一个实施例中，有机树脂包括设计用以在沥青屋面产品制造过程中承受热沥青涂层的材料。在一个特定实施例中，有机树脂为热固性树脂。例如，热固性树脂为脲醛树脂。用作本发明的粘结剂组合物的主要组分的热固性脲醛 (UF)树脂可以以任何合适的方式由脲和甲醛单体或由UF预缩合物制得。可预期任何合适形式的脲和甲醛反应物。在一个实施例中，可在制备可用于本发明中的脲醛树脂中使用可反应且不引入不利于所需反应和反应产物的外来部分的任意形式的脲和甲醛反应物。
用于制备合适的UF树脂的甲醛可以以许多形式获得。聚甲醛(固体、聚合的甲醛)和甲醛溶液(有时具有甲醇的甲醛的水溶液，例如具有任意合适浓度的甲醛，如大于约35重量％，如约37重量％，约44重量％，或约50 重量％的甲醛浓度)为常用形式。甲醛也可作为气体获得。这些形式中的任意者适用于在本发明的实践中制备脲醛树脂。在一个特定实施例中，甲醛溶液为甲醛源。
类似地，脲可以以许多形式获得。固体脲(如颗粒)和脲溶液(通常为水溶液)为通常可得的。此外，脲可与另一部分(最通常为甲醛)组合，脲醛加合物通常在水溶液中。任意形式的脲或与甲醛组合的脲适用于实施本发明。在一个特定实施例中，使用脲颗粒和组合的脲醛产物两者，如脲醛浓缩液或UFC 85。
可使用用于使主要脲和甲醛组分反应而形成脲醛热固性树脂组合物的多种工序中的任意者，如分阶段单体加成、分阶段催化剂加成、pH控制、胺改性等。通常，脲和甲醛以约1.1∶1至约4∶1范围内的甲醛/脲的摩尔比(如在约2.1∶1至约3.2∶1的甲醛/脲摩尔比下)反应。通常，脲醛树脂如果不是水溶性的，则是高度水可稀释的。
用于制备脲醛树脂的反应物也可包括一定量的树脂改性剂，如氨、烷醇胺或多胺，如烷基伯二胺，例如乙二胺(EDA)。也可将另外的改性剂(如三聚氰胺、乙烯脲，和伯胺、仲胺和叔胺，例如二氰二胺)掺入用于本发明的脲醛树脂中。这些改性剂在反应混合物中的浓度通常为脲醛树脂固体的 0.05重量％至20.0重量％。这些类型的改性剂可用于促进耐水解性、聚合物柔性和经固化的树脂中的更低的甲醛排放。也可使用另外的脲添加以用于清除甲醛或用作稀释剂。
在一个示例性实施例中，进一步用交联组分改性脲醛组合物。可预期任何合适的交联组分。示例性的交联组分包括但不限于苯乙烯马来酸酐共聚物、苯乙烯丙烯酸、有机硅烷(如氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基苄基硅烷等)、环氧树脂、聚氮丙啶、异氰酸酯、锌盐、锆盐、N-羟甲基丙烯酰胺、异丁氧基甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺基乙醇酸一水合物、N-(2，2′-羟基-1-二甲氧基乙基)丙烯酰胺、封端的异氰酸酯、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯(AAEM)、TACT三嗪、钛酸盐、硼酸钠(Borax) 等，或它们的组合。
在一个实施例中，使用苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物改性脲醛组合物。这种苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物包括以无规、交替或嵌段形式排列的交替的苯乙烯和马来酸酐单体单元。根据本发明也可使用经改性的苯乙烯-马来酸酐共聚物，如部分酯化的共聚物或在苯环上含有磺酸酯基团的共聚物。用于实施本发明的合适的苯乙烯-马来酸酐共聚物可通常具有约1,000 至约500,000的重均分子量。这种苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物为未中和的，且初始不可溶于水中。然而，在使用任何合适的碱性物质(如氢氧化物 (如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化锂或氢氧化铯)；碳酸盐(如碳酸钠、碳酸钾或碳酸铵)；氨或胺)中和足够程度之后，苯乙烯-马来酸酐共聚物变得被中和而提供在水中的溶解度。在一个实施例中，可使用强碱性的碱金属化合物来中和SMA共聚物，如氢氧化铵、氢氧化钾，氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯、碳酸铵、碳酸钾、碳酸钠或它们的组合。尽管通常希望使用足以中和100摩尔％的SMA共聚物的量的中和剂，但在一个实施例中，合适的是中和少于100摩尔％的SMA共聚物，如足以获得SMA共聚物的水溶性的中和。用以获得可接受程度的水溶性的任意特定的中和剂的添加水平在本领域普通技术人员所知的范围内。通常，苯乙烯-马来酸酐共聚物作为水溶性苯乙烯-马来酸酐共聚物提供至本发明的粘结剂组合物。
根据本发明的方法使用的合适的苯乙烯-马来酸酐共聚物可购自例如阿科化学公司(ARCO Chemical Co.)、埃尔夫阿托化学公司(Elf Atochem)、乔治亚太平洋树脂公司(Georgia Pacific Resins，Inc.)等。合适的粘结剂可通过如下方式制得：以约99.9∶0.1至约70∶30之间，如约99.8∶0.2至约90∶10之间，或甚至约99.8∶0.2至约95∶5之间的UF∶SMA重量比(以固体计)混合脲醛和苯乙烯-马来酸酐共聚物。在一个实施例中，可预期任意合适量的交联组分。
可用于实施本发明的许多脲醛树脂为市售的。在一个实施例中，脲醛树脂通常具有用于作为粘结剂组合物施用于玻璃垫上的所需粘度。例如，脲醛树脂的粘度为约50厘泊(cps)至约500cps，如约150cps至约300cps。此外，脲醛树脂具有用于施用至纤维组件的所需pH，如约7.0至约9.0的pH，或甚至约7.5至约8.5的pH。可使用诸如由乔治亚太平洋公司(Georgia Pacific Corporation)销售的用于玻璃垫应用的类型的脲醛，以及由迈图化学公司 (Momentive Chemical Company)销售的那些。
在一个特定实施例中，粘结剂组合物包含粘附促进剂，如树脂酸添加剂、脂肪酸添加剂、松香、妥尔油衍生物或它们的组合，其通常为妥尔油的组分或衍生自妥尔油的组分。通常，粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合，其存在以提供粘结剂组合物与垫的组分(如纤维组件和沥青涂层)的提高的相容性。可预期任何合适的妥尔油基添加剂。可预期任何合适的树脂酸添加剂。例如，树脂酸为二萜单羧酸，其通常为通式C20H30O2的异构体。它们的名称“树脂”源于它们由植物，特别是树脂植物合成。可预期任何妥尔油脂肪酸添加剂。通常，妥尔油脂肪酸为作为长链低聚物的混合物妥尔油的另一组分，其主要由油酸和亚油酸和其他类似的化合物组成。这些化合物中的许多含有双键官能团，所述双键官能团可在从粗妥尔油混合物分离的过程中二聚或三聚。可预期衍生自妥尔油提纯过程的任何妥尔油衍生物。可用的妥尔油衍生物(如松香皂、经提纯的二聚体和三聚体脂肪酸以及酯化松香酯胶和马来酸酐改性的松香)也提供对沥青的提高的相容性。
树脂酸取决于它们的基本化学结构而分成数类。因此，区分如下类型的结构：具有三个环的沿着一侧含有连接的六个碳的松香烷、海松烷/异海松烷，或半日花烷。树脂酸具有羧酸官能团和至少一个双键，通常两个或三个双键，包括用于松香烷结构的酸的两个共轭双键。最常见的树脂酸为松香烷族：枞酸(CAS No.514-10-3)、新枞酸(CAS No.471-77-2)、长叶松酸(CAS No. 1945-53-5)、左旋海松酸(CAS No.79-54-9)和去氢枞酸(CAS No.1740-19-8)；和海松烷族：海松酸(CAS No.127-27-5)、异海松酸(CAS No. 5835-26-7)和山达海松酸(CAS No.471-74-9)。妥尔油脂肪酸通常由棕榈酸和更短碳链脂肪酸、油酸、亚油酸、共轭亚油酸和亚麻酸、硬脂酸，和二十碳三烯酸二十碳二烯酸组成。
在一个实施例中，树脂酸和脂肪酸可直接由松脂获得。通常，树脂酸为松木树脂的主要非挥发性组分。通常，脂肪酸为松木树脂的主要挥发性组分。在通过蒸馏某些挥发性成分(如萜烯，例如α-蒎烯)而蒸发之后，固化树脂或松脂由约90重量％的树脂酸(以树脂酸的总％重量计主要为枞酸(如约 40％至约50％))组成。
树脂酸和脂肪酸可作为造纸的“Kraft”过程的副产物获得。那么它们与脂肪酸为通常称为妥尔油或松树油的部分。各种蒸馏有可能获得或多或少经提纯的，并因此或多或少富含树脂酸的妥尔油。所用的松香可由妥尔油制得 (“松树油松香”)，或直接由松木树脂制得(“松树松脂松香”)，或由老化的松根制得(“木松香”)。在一个实施例中，松香由妥尔油获得，那么相比于枞酸(abietic)和其他松香酸(rosin acid)组分通常包含更大比例的海松烷型酸。在一个特定实施例中，妥尔油基添加剂为包含脂肪酸(例如主要具有油酸型的那些)的蒸馏妥尔油。
用于玻璃垫的其他示例性粘附促进剂包括但不限于磷脂、沥青可相容的蜡(如Clariant Licomont BS 100)、氯化烯烃蜡(如Airflex CEN203 Emulsion)、聚乙烯丙烯酸乳液(如Michem Prime 4983-40F)、淀粉接枝的苯乙烯丙烯酸类(Degree 40+，Solv.)乳化沥青、有机硅烷(如乙烯基苄基硅烷)、脂肪酸醇、脂肪酸聚环氧乙烷(PEO)、马来酸酐改性的丁基橡胶、虫胶、松香、松香皂、松香胶、马来酸酐改性的松香、动物胶、植物油、妥尔油二聚体加上三聚体酸、环氧化豆油、CAPA三醇、小麦蛋白、植物蜡(巴西棕榈、向日葵、米糠等)、马来酸酐改性的聚丙烯和聚乙烯、聚乙烯丙烯酸、聚乙二醇-聚乙烯共聚物、聚丙二醇-聚乙烯共聚物等，或它们的组合。在一个特定实施例中，粘附促进剂为水性乳液或分散体的形式。
在一个实施例中，粘附促进剂可以以任何合适的量存在，以增强粘结剂组合物对玻璃垫的粘附力，从而增加纤维组件之间的结合强度。在另一实施例中，粘附促进剂以增加沥青涂层对玻璃垫和粘结剂组合物的粘附力的量存在。例如，粘附促进剂以至多约10.0重量％，如不大于约5.0重量％，如不大于约4.0重量％，或甚至不大于约3.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。在一个实施例中，粘附促进剂以约1.0重量％至约5.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。在一个示例性实施例中，树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合以至多约10.0重量％，如不大于约5.0重量％，如不大于约4.0重量％，或甚至不大于约3.0 重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。在一个特定实施例中，树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合以约1.0重量％至约5.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。
粘结剂组合物也可包含任何合适的添加剂。例如，粘结剂组合物可包含用以增加拉伸强度的另外的聚合物组分，如丙烯酸胶乳，更特别是交联丙烯酸胶乳。在一个实施例中，丙烯酸胶乳以至多约15.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。粘结剂组合物也可含有多种其他已知的添加剂，如用以提高耐火性的二氧化硅胶体、消泡剂、杀生物剂、颜料等，或它们的组合。在一个实施例中，粘结剂组合物可包含小于约25重量％的添加剂，以粘结剂组合物的总重量计。在另一实施例中，粘结剂组合物基本上不含添加剂。如本文所用，“基本上不含”指小于约1重量％的添加剂，小于约0.5 重量％的添加剂，或甚至小于约0.1重量％的添加剂，以粘结剂组合物的总重量计。
为了制备粘结剂组合物，可通过任何合适的方式将有机树脂和粘附促进剂添加至纤维组件中。粘结剂组合物用于固定结合纤维组件。它们可单独或组合添加。在一个特定实施例中，有机树脂和粘附促进剂在环境条件下以所需比例混合在一起。在一个实施例中，在将粘附促进剂添加至粘结剂组合物中之前，最初未分散于水中的粘附促进剂应该被乳化(或分散，在蜡的情况中)。如所述，将有机树脂和粘附促进剂一起添加至粘结剂组合物中。在一个实施例中，可预期添加粘结剂组合物的组分的任意其他顺序。例如，可将粘结剂组合物的有机树脂施用至纤维组件，并在随后的步骤中添加粘附促进剂。例如，可在粘结剂组合物的有机树脂固化之前将粘附促进剂喷射或重力进料至幅材顶部上。在一个可选择的实施例中，可在粘结剂组合物的有机树脂固化之后施用粘附促进剂。
在水溶液中的粘结剂组合物中的组分的总浓度可根据本发明的实施而广泛变化，但通常发现便利且令人满意的是以总水性粘结剂组合物的约5重量％至约40重量％，如约20重量％至约30重量％范围内的总固体浓度组成所述组合物。如本文所用，通过在105℃下加热组合物的小样品(例如约1 克至约5克)达3小时的重量损失而测量组合物的固体含量。
玻璃垫在纤维组件上包括粘结剂组合物。纤维组件可包括多种合适的材料。例如，纤维组件可包括玻璃纤维，如由A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、 E型玻璃纤维、S型玻璃纤维、E-CR型玻璃纤维、羊毛玻璃纤维，或它们的组合制得的纤维。可预期纤维组件的任何合适的构造。在一个实施例中，纤维组件为非织造垫。在一个特定实施例中，纤维组件可为任意长度，如连续原丝、切碎的，或它们的组合。在一个更特定的实施例中，将纤维组件切碎成合适的无规长度，以提供无规设置的纤维。
形成根据本发明的玻璃纤维垫的一个示例性方法起始于纤维组件，如具有合适长度的玻璃纤维的短切束。尽管提及使用玻璃纤维的短切束，但也可使用其他形式的玻璃纤维，如连续原丝。通常，使用长度为约0.75英寸至约 3英寸且直径为约3微米至约20微米的纤维。每个组件可含有约20-300个或更多的这种纤维。将纤维组件添加至分散剂介质中以形成本领域称为“白水”的水性浆料。白水通常含有约0.5％的玻璃、一种或多种分散剂、一种或多种粘度改性剂、泡沫控制剂和杀生物剂添加剂。然后搅动纤维浆料以形成具有合适稠度的玻璃纤维的均匀分散体。分散剂可含有聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素，和诸如表面活性剂、润滑剂、消泡剂等或它们的组合的其他添加剂。
然后将纤维和白水分散体传送至含有垫成型丝网(mat forming screen) 的垫成型机上。在分散于丝网上之前，通常用水将分散体稀释至更低的纤维浓度。纤维以湿纤维垫的形式在丝网处收集，并通过重力或更优选地通过常规方式的真空(如真空箱)而去除过量的水。尽管这通常描述湿法成网过程，但可预期干法成网。例如，使用干法成网过程，纤维可从衬套直接纺丝至移动幅材上。随后施用粘结剂组合物。
通常将粘结剂组合物施用至重力辅助或真空辅助的脱水白玻璃垫。粘结剂组合物的施用可通过任何常规方式实现，例如通过将垫浸入过量的粘结剂溶液中，或通过利用粘结剂涂敷器(如喷雾器或辊)涂布垫表面。粘结剂组合物的组分可通过预期的任何方法分别施用或混合在一起。例如，如果分别施用，则粘结剂组合物的组分可通过相同或不同的方法添加。施用至垫的粘结剂的量也可在本发明的广泛实践中显著变化，但发现如下范围内的载量是有利的：约3重量％至约45重量％，如约10重量％至约40重量％，如约15 重量％至约25重量％，或甚至约20重量％至约28重量％的粘结剂组合物，以粘合垫的干重计。对于玻璃纤维垫，可通常通过测量玻璃垫产品的百分比烧失量(LOI)而确定所述值。
在施用粘结剂组合物之后，通过任何合理的方式(如在真空下)将玻璃纤维垫脱水，以去除过量的粘结剂溶液。然后干燥所述垫，在高温下(通常在至少约200℃的温度下)在烘箱中固化粘结剂组合物达足以固化有机树脂的时间。单独的热处理通常足以实现固化。也可使用催化固化，如潜酸催化剂。在一个实施例中，经固化的玻璃垫通常包含约80重量％至约88重量％的玻璃纤维，和约12重量％至约20重量％的粘结剂，以纤维组件和粘结剂组合物的总重量计。
至少一个沥青涂层进一步设置于玻璃垫上。通常，使用具有沥青涂层的最终玻璃垫来制备沥青屋面产品，如屋面屋顶板。在沥青屋面产品中，沥青的主要作用是使材料不透水。其也充当颗粒的载体，并加强材料，且其高度柔软的性质有可能获得易于使用的柔性产品。一般而言，沥青屋面产品的寿命随着沥青的量而增加。沥青涂层通常包含衍生自石油工业的副产物，如简单或鼓风沥青(air-blown pitch)或沥青(asphalt)。
沥青涂层可包含改性剂，例如石油油料、馏分或渣油、聚合物材料(如嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯型)、矿物质稳定剂或抗静电剂。在一个实施例中，这些改性剂的总含量通常不超过沥青组合物的总重量的 15％。在一个实施例中，沥青涂层也可包含至多25重量％的一种或多种无定形聚烯烃，以沥青组合物的总重量计，所述一种或多种无定形聚烯烃例如选自无规立构聚丙烯或选自乙烯和丙烯的共聚物。在一个特定实施例中，无定形聚烯烃显示130℃至160℃之间的软化温度。沥青涂层也可包含矿物质稳定剂。可预期任何合适的稳定剂，并包括例如碳酸钙、滑石、炭黑、飞灰或它们的组合。在一个实施例中，稳定剂以任何合适的量存在，如沥青组合物的约60重量％至约70重量％。
沥青涂层可通过任何合适的方式提供。施用沥青涂层的方法包括熔融涂敷涂布、喷雾、浸渍等，或它们的组合。例如，具有粘结剂组合物的玻璃垫可在至少一个主表面上涂布熔融沥青。在一个特定实施例中，沥青涂层可在纤维组件的第一主表面和第二主表面两者上。通常，沥青涂层基本上接触其所设置于的主表面。在一个实施例中，沥青涂层基本上浸渍垫中的纤维组件之间的多个间隙。如本文所用，“基本上浸渍”指玻璃垫的总深度的至少约 75％至约100％的在玻璃垫内的深度。在另一实施例中，玻璃垫可包括任意合适数量的如本文所述的沥青涂层。例如，玻璃垫可包括超过一个沥青涂层，所述沥青涂层中的每一个从纤维组件的相对主表面基本上浸渍至合适的深度。通常，沥青涂层作为连续均匀涂层存在于玻璃垫上。在一个实施例中，可预期任何沥青涂层，组分和量可由于产品和过程要求而不同。在一个更特定的实施例中，沥青涂层提供至少约732g/m2的质量/沥青面积，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。
为了形成用于商业应用的沥青屋面产品，可将另外的材料添加至玻璃垫。在一个实施例中，颗粒在纤维组件的第一主表面的第一沥青涂层上分布，将剥离剂(例如滑石)施用至纤维组件的第二主表面的第二沥青涂层。可使组合产品在冷却的砑光机的辊之间经过，以将颗粒部分嵌入热沥青中，且一旦冷却，产物以切割至所需尺寸的线圈或片材的形式收集。
转向图1，示出了根据本文描述的一个实施例的玻璃垫100的一部分的横截面图。玻璃垫100包括长丝组件110，其中长丝组件110通过粘结剂组合物(未显示)固定结合。还包括沥青涂层120的至少一层。所述沥青涂层 120的至少一层可设置于长丝组件110的第一主表面130上。沥青涂层120 的任意数量的层可在玻璃垫100中提供，并可直接设置于长丝组件110上。如所示，沥青涂层120可设置于长丝组件110的至少两个表面上。尽管未示出，但任意数量的另外的层可包括于玻璃垫内，以进一步提高最终沥青屋面产品的任何所需性质。例如，可包括稀松布，如设置于长丝组件110上，如直接接触长丝组件110。“稀松布”也可称为“无纬稀松布”，并通常描述作为具有经纱和纬纱的非织造物的织物。
如所述的玻璃垫和沥青屋面产品可包括合适的性质，如撕裂强度、重量和合适的烧失量(LOI)值。例如，本发明的一个示例性沥青屋面屋顶板具有至少约1700克，至少约1900克，如至少约2100克，或甚至更大的撕裂强度，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，将粘附促进剂添加至玻璃垫提供至少2％的撕裂强度增加，如至少5％的撕裂强度增加，如至少10％的撕裂强度增加，或甚至大于20％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。此外，也应了解，在不具有常规量的纤维组件的情况下，具有本发明的粘结剂组合物的玻璃垫可获得如ASTM D3462所要求的常规最低撕裂强度值。即，具有本发明的粘结剂组合物的玻璃垫相比于常规玻璃垫可掺入更少的纤维组件，并仍然获得如ASTM D3462所要求的最低撕裂强度值。
在一个实施例中，本发明的玻璃垫可具有约0.5磅/100平方英尺至约6.0 磅/100平方英尺的重量。在一个特定实施例中，相比于常规玻璃垫产品，具有如所述的粘结剂组合物的玻璃垫可在更低重量(如约0.5磅/100平方英尺至约4.0磅/100平方英尺的重量)下是有效的。相比于常规玻璃垫产品，更低重量的玻璃垫产品可有利地允许沥青屋面产品制造者使用更少的原料，并获得相同或改进的性能。
在一个实施例中，取决于所包含的粘结剂组合物相对于玻璃垫总重量的重量百分比，玻璃垫可包括不大于约30％，如不大于约25％，或甚至不大于约20％的烧失量(LOI)值。
本发明的玻璃垫和由其制得的沥青屋面产品偏离并改进了常规玻璃垫和沥青屋面产品。不希望受限于特定理论，但具有本发明的粘结剂组合物的玻璃垫提供了纤维组件以及沥青涂层对纤维组件的改进粘附力，从而产生更高的撕裂强度，特别是对于经沥青涂布的玻璃垫。
许多不同的方面和实施例是可能的。那些方面和实施例中的一些描述于本文。在阅读本说明书之后，本领域技术人员将了解那些方面和实施例仅为说明性的，且不限制本发明的范围。实施例可根据如下所列的项目中的任意一个或多个。
项目1.一种玻璃垫，其包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层，其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中所指定的方法所测得。
项目2.一种沥青屋面产品，其中所述沥青屋面产品包括玻璃垫，所述玻璃垫包括玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层，其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用 ASTM D3462中所指定的方法所测得。
项目3.一种增加沥青屋面产品的撕裂强度的方法，所述方法包括提供用于沥青屋面产品的玻璃垫，其中所述玻璃垫包括：玻璃纤维组件；包含有机树脂和粘附促进剂的粘结剂组合物，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香、妥尔油衍生物或它们的组合；和沥青涂层，其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中所指定的方法所测得。
项目4.根据项目1-3中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述有机树脂包含脲醛组合物。
项目5.根据项目4所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述脲醛组合物包含苯乙烯-马来酸酐改性的脲醛。
项目6.根据项目1-5中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘附促进剂包含妥尔油脂肪酸。
项目7.根据项目1-6中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘附促进剂以至多约10.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。
项目8.根据项目7所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘附促进剂以约1.0重量％至约5.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。
项目9.根据项目1-8中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘结剂组合物还包含以至多约15.0重量％的量存在的丙烯酸胶乳，以粘结剂组合物的总重量％计。
项目10.根据项目1-9中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘结剂组合物固定结合所述纤维组件。
项目11.根据项目1-10中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘结剂组合物为玻璃垫的约15重量％至约25重量％。
项目12.根据项目1-11中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述纤维组件包括非织造垫。
项目13.根据项目12所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述非织造垫包括无规设置的纤维。
项目14.根据项目1-13中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述纤维组件包括A型玻璃纤维、C型玻璃纤维、E型玻璃纤维、S型玻璃纤维、E-CR型玻璃纤维、羊毛玻璃纤维，或它们的组合。
项目15.根据项目1-14中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述玻璃垫具有约0.5磅/100平方英尺至约6.0磅/100平方英尺的重量。
项目16.根据项目1-15中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述玻璃垫具有约0.5磅/100平方英尺至约4.0磅/100平方英尺的重量。
项目17.根据项目1-16中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层包含稳定剂。
项目18.根据项目17所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，所述稳定剂包括碳酸钙、滑石、炭黑、飞灰或它们的组合。
项目19.根据项目1-18中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层直接设置于所述纤维组件的第一主表面上。
项目20.根据项目19所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层基本上浸渍所述纤维组件之间的多个间隙。
项目21.根据项目1-20中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层直接设置于所述纤维组件的第二主表面上。
项目22.根据项目1-21中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层为浸涂涂层、喷涂涂层、熔融涂敷涂层，或它们的组合。
项目23.根据项目1-22中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述玻璃垫还包括不大于约30％的烧失量(LOI)值。
提供如下实例以更好地公开和教导本发明的过程和组合物。如下实例仅为了说明的目的，必须承认在不实质影响如下权利要求书记载的本发明的精神和范围的情况下，可进行较小的变化和改变。
实例
实例1
形成两个示例性经沥青涂布的玻璃垫。对照样品为具有脲醛粘结剂组合物的经沥青涂布的短切纤维无规分布的玻璃垫。样品1类似于具有脲醛粘结剂组合物的对照样品，并添加3％的妥尔油脂肪酸。根据ASTM-D3462测量撕裂强度。对照样品具有1366克的撕裂强度，样品1具有1991克的撕裂强度，从而显示了粘附促进剂对脲醛粘结剂组合物的益处。撕裂强度增加为 46％。
实例2
形成两个示例性经沥青涂布的玻璃垫。对照样品为具有标准脲醛粘结剂组合物的经沥青涂布的短切纤维无规分布的玻璃垫。样品2类似于具有脲醛粘结剂组合物的对照样品，并添加3％的妥尔油脂肪酸和5％的自交联丙烯酸胶乳。根据ASTM-D3462测量撕裂强度。对照样品具有1675克的撕裂强度，样品2具有1869克的撕裂强度，从而显示了在将粘附促进剂添加至脲醛粘结剂组合物的情况下增加的撕裂强度的益处。
实例3
形成两个示例性经沥青涂布的玻璃垫。对照样品为具有标准脲醛粘结剂组合物的经沥青涂布的短切纤维无规分布的玻璃垫。样品3类似于具有脲醛粘结剂组合物的对照样品，并添加3％的妥尔油脂肪酸和6％的自交联丙烯酸胶乳。根据ASTM-D3462测量撕裂强度。对照样品具有1727克的撕裂强度，样品3具有1855克的撕裂强度，从而显示了在将粘附促进剂添加至脲醛粘结剂组合物的情况下增加的撕裂强度的益处。
明显地，来自实例的数据显示，相比于不具有任何妥尔油脂肪酸的对照样品，添加粘附促进剂(如妥尔油脂肪酸)增加了撕裂强度。
为了清晰，在分开的实施例的情况下在本文描述的某些特征也可在单个实施例中组合提供。相反，为了简便，在单个实施例中描述的各种特征也可分开地或在任何亚组合中提供。此外，对范围中所述的值的引用包括在该范围内的每一个值。
益处、其他优点和问题的解决方法已关于具体实施例如上进行描述。然而，益处、优点、问题的解决方法和可能使任何益处、优点或解决方法出现或变得更明显的任何特征不应被解释为任何权利要求或所有权利要求的关键、所需或必要特征。
本文描述的实施例的详述和显示旨在提供对各个实施例的结构的一般理解。详述和显示不旨在充当使用本文所述的结构或方法的装置和系统的全部元件和特征的穷举全面的描述。分开的实施例也可在单个实施例中组合提供，相反，为了简明而在单个实施例的情况下描述的各个特征也可分开提供或以任何亚组合提供。此外，对范围中所述的值的引用包括在该范围内的每一个值。仅在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。其他实施例可使用并衍生自本公开，从而可在不偏离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或另一改变。因此，本公开应被视为示例性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种玻璃垫，其包括：
玻璃纤维组件；
粘结剂组合物，其包含：脲醛有机树脂作为所述粘结剂组合物的主要组分、和粘附促进剂，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香或它们的组合；和
沥青涂层；
其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。
2.一种沥青屋面产品，其中所述沥青屋面产品包括
玻璃垫，所述玻璃垫包括玻璃纤维组件；
粘结剂组合物，其包含：脲醛有机树脂作为所述粘结剂组合物的主要组分、和粘附促进剂，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香或它们的组合；和
沥青涂层；
其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。
3.一种增加沥青屋面产品的撕裂强度的方法，所述方法包括提供用于沥青屋面产品的玻璃垫，其中所述玻璃垫包括：
玻璃纤维组件；
粘结剂组合物，其包含：脲醛有机树脂作为所述粘结剂组合物的主要组分、和粘附促进剂，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香或它们的组合；和
沥青涂层；
其中相比于具有不含粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述脲醛组合物包含苯乙烯-马来酸酐改性的脲醛。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘附促进剂包含妥尔油脂肪酸。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘附促进剂以至多约10.0重量％的量存在，以粘结剂组合物的总重量％计。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘结剂组合物还包含以至多约15.0重量％的量存在的丙烯酸胶乳，以粘结剂组合物的总重量％计。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述粘结剂组合物为玻璃垫的约15重量％至约25重量％。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述纤维组件包括非织造垫。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述玻璃垫具有约0.5磅/100平方英尺至约6.0磅/100平方英尺的重量。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层包含稳定剂。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层直接设置于所述纤维组件的第一主表面上。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述沥青涂层直接设置于所述纤维组件的第二主表面上。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃垫、沥青屋面产品或方法，其中所述玻璃垫还包括不大于约30％的烧失量(LOI)值。
15.一种玻璃垫，其包括：
玻璃纤维组件；
粘结剂组合物，其包含：脲醛有机树脂作为所述粘结剂组合物的主要组分、和粘附促进剂，所述粘附促进剂包括树脂酸添加剂、妥尔油脂肪酸、松香或它们的组合；
其中相比于具有不含所述粘附促进剂的粘结剂组合物的经沥青涂布的玻璃垫，所述玻璃垫具有至少2％的撕裂强度增加，如使用ASTM D3462中指定的方法所测得。
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