CN109071335A - 用于制备自粘矿棉垫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制备基于矿棉的自粘绝缘产品的方法，包括：(a)通过熔融玻璃或熔融岩石的离心来形成矿物纤维，(b)在形成矿物纤维后立即在矿物纤维上喷涂第一液体有机胶合剂组合物，(c)通过在传送带上沉积来形成涂有第一液体有机胶合剂组合物的矿物纤维垫，(d)用玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱覆盖矿物纤维垫的面，(e)在干燥炉中，在足以固化有机胶合剂的温度下和时间段期间，加热该覆盖有玻璃纱的矿物纤维垫，(f)在玻璃纱的暴露面上施加自粘材料，在步骤(c)之后，将第二液体有机粘合剂组合物施加到玻璃纱和/或旨在与玻璃纱接触的矿物纤维垫的表面上，该第二液体有机粘合剂组合物优选含有能够与第一液体有机粘合剂组合物的组分反应的组分。

Description

用于制备自粘矿棉垫的方法
本发明涉及基于矿棉的自粘绝缘产品及其制备方法。
基于矿棉的绝缘产品的制备包括通过内部或外部离心分别形成玻璃纤维或岩石纤维的步骤。在离心装置的出口处，非常热且仍然是塑性的纤维被气流拉制并带走。随后，将粘合组合物(也称为胶合剂)喷涂在仍然是热的纤维上。随后将施胶的纤维收集在收集带或传送带上并平整为垫的形式，其进入干燥炉，在干燥炉中胶合剂通过在约200℃的温度下加热来干燥并固化。
传送带通常是气体可渗透的金属带，例如金属筛。吸气装置可以设置在传送带下方。
由于这种形成纤维垫的方式，纤维不具有随机取向，而是平行于所形成的扁平产品的总平面的优先取向。产品的机械性能，例如拉伸强度或压缩后厚度恢复，主要取决于将纤维粘合在一起的固化有机胶合剂的性质和数量。出于限制成本和优化产品耐火性的明显原因，有机胶合剂的含量尽可能低，通常为3-7重量％。
基于矿棉的绝缘产品可另外包含粘合到矿棉垫的一个或两个面上的饰面，通常是牛皮纸(papier Kraft)，玻璃纱或铝薄片。饰面通常在进入干燥炉之前或者在饰面不耐受温度的干燥炉出口(例如牛皮纸或某些彩色饰面)被定位在施胶的矿物纤维垫上。
当申请人公司试图通过将粘合性组合物直接涂覆到纤维垫的表面上或者纸或玻璃纱类型的饰面上使这种绝缘产品的一个面涂抹为粘合性时，它面临以下问题：该产品，其通过其粘合面粘合在垂直载体(如墙壁)上，没有保留在位置上。矿棉垫从墙壁和粘合层(而粘合层本身仍牢固地附着在垂直载体上)上脱离。可以观察到在矿棉中在纤维垫的表面层或板层与最靠近基材的粘合层之间的内聚破裂，而位于下方的垫的层或板层在其自身重量的作用下落下。
已经提出了几种解决方案以解决这种内聚力的缺乏：
-将纤维垫包封并使用壳体作为饰面元件(通过应用自粘材料，例如双面粘合膜或胶带或胶水，使其为粘合性)，
-沿垂直于粘合层平面的方向切割和定位矿棉纤维：因此，纤维锚定在该垫的厚度的深处中并且不易撕裂；作为这种产品的例子，可以提及申请人的Isover Climcover LamellaFix；
-在产品厚度中的网状结构：纱线网络提供在两个面层之间的粘合；申请人的IsoverClimaver 504产品，为其自粘型时，对应于这种类型的产品。
外壳具有阻止产品在制备后被切割的缺点。最后两种解决方案需要复杂的工业方法，并且对于厚实的产品可能无法进行实施。
当然，申请人能够通过改善矿棉垫的内在强度来克服表面纤维的撕裂问题，也就是说通过简单地增加产品的有机胶合剂的含量直到胶合纤维网络是足够坚固的。然而，在基于矿棉的绝缘产品领域中，这种实践不是令人满意的，因为它会损害产品的机械性能，不利地降低产品的面火反应并且会增加生产成本。
因此，本发明的目的是提供一种制备基于矿棉的绝缘产品的方法，所述产品至少一面是自粘的，并且当将它们粘合到基材(例如垂直壁或天花板)上时，在自身重量的作用下不会出现内聚破裂。必须克服在该垫的表面层中观察到的内聚力缺乏的问题，而不会显著增加绝缘产品的总胶合剂含量。换句话说，产品的胶合剂含量必须与在市场上可获得的等效非粘合性产品的胶合剂含量基本相同，通常为1-10重量％，优选2-7重量％的干胶合剂，相对于垫的总重量。
经过多次尝试，申请人已经开发出一种相对简单的用于制备绝缘产品的方法，其与已知方法没有很大不同，其允许克服内聚破裂的问题而不会显著增加该绝缘产品的有机胶合剂总含量。在本发明的方法中，上述问题的解决方案在于仅在所观察到的脆性区域(即，最接近界面的层)中增加玻璃纤维垫的胶合剂含量。因此，额外加入有机胶合剂选择性地增强该垫的外层的内聚力并有效地防止破裂。然而，额外的胶合剂(有时称为“过-施胶”)的量足够低，不会改变产品的耐火性。
存在多种将过量的有机胶合剂仅仅引入到矿棉垫的表面层中的方法。
第一种方法是在进入干燥炉之前(即，在垫的胶合剂尚未聚合的阶段)，用胶合剂组合物浸渍界面层产品(玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱)， 并将浸渍有液体组合物的纱定位在矿棉垫上。由该纱引入的过量胶合剂在重力作用下会渗透到直接与该界面层接触的纤维层中。局部形成过量的胶合剂，以能增强待与自粘合装置接触的层的粘合。在干燥炉中，附加的胶合剂固化，并且必要时，与在纤维上尚未固化的胶合剂组合物反应，并形成足够牢固的连接。
在垫的表面局部引入额外量的胶合剂的另一种方法是在施加界面层和在干燥炉中固化垫/界面层组件之前将纤维垫的顶部均匀地浇洒上液体胶合剂组合物。当然，这两种引入胶合剂的方法(施用于界面层，施用于垫)可以组合。
申请人满意且惊讶地观察到，通过实施上述方式，即通过局部引入额外量的胶合剂，最终的自粘绝缘产品表现出令人满意的内聚性；脆弱区域已经消失，并不是简单地向垫的更深处移位(如先前所所认为的那样)。
因此，本发明的第一主题是一种用于制备基于矿棉的自粘绝缘产品的方法，所述方法依次包括以下连续步骤：
(a)通过熔融玻璃或熔融岩石的离心来形成矿物纤维，
(b)在形成矿物纤维后立即在矿物纤维上喷涂第一液体有机胶合剂组合物，
(c)通过在传送带上的沉积来形成涂有第一液体有机胶合剂组合物的矿物纤维垫，
(d)用玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱覆盖矿物纤维垫的面，
(e)在干燥炉中，在足以固化有机胶合剂的温度下和时间段期间，加热该覆盖有玻璃纱的矿物纤维垫，
所述方法的特征在于将第二种液体有机胶合剂组合物施加在纱上和/或施加在将与纱接触的矿物纤维垫的面上，第二液体有机胶合剂组合物优选含有能够与第一液体有机胶合剂组合物的组分反应的组分，第二液体胶合剂组合物的施加在垫形成的步骤(c)之后进行，并且优选地，在用玻璃纱覆盖垫的步骤(d)之前进行。
用于将矿物纤维粘合在一起的有机胶合剂可以是用于这种目的的任何已知的可交联聚合物体系。作为实例，可提及基于苯酚和甲醛的树脂，基于苯酚，脲和甲醛的树脂，基于苯酚，脲，胺和甲醛的树脂，丙烯酸类聚合物，通过单体的缩聚获得的聚酯和/或具有酸和羟基官能团的低聚物，例如糖类和柠檬酸，或由在还原糖和胺之间的Maillard反应产生的产物。有利地将使用含有基于苯酚，胺和甲醛的树脂的胶合剂组合物(其具有降低的甲醛含量)，如在申请WO2008/043960中所述。
第一种液体有机胶合剂组合物，其在离开离心装置之后并在形成垫之前立即喷洒在纤维上，非必须地与局部施加到垫的面上和/或玻璃纱上的第二液体有机胶合剂组合物相同。然而，重要的是，两种组合物的反应性组分是彼此相容的以产生均匀或混合或相互渗透的聚合物基质。优选地，两种组合物的反应性组分可以一起反应并可以形成共价键。
在本发明的方法的一个优选实施方案中，第二液体有机胶合剂组合物基本上含有与第一液体有机胶合剂组合物相同的反应性组分。然而，第二液体胶合剂组合物可以比第一液体胶合剂组合物更浓缩或更低浓缩的。另外，它可以不含在第一液体有机胶合剂组合物中存在的某些施胶助剂。
第一和第二液体有机胶合剂组合物优选是水基组合物。
原则上，可以使用在市场上可获得的任何玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱作为界面层，其与最终产品的所设想用途相容。它优选是非织造玻璃纱或聚酯纤维纱(如WO2006/061540中所述)。优选使用玻璃纱。
在用第二液体有机胶合剂组合物浸渍之前，玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱有利地具有20至100g/m2，优选30至90g/m2，特别地35至80g/m2的单位面积质量。
在过-施胶(sur-encollage)之前，其有机胶合剂含量优选为10％至25％，优选11％至20％(重量)。
在本发明方法的一个优选实施方案中，将第二胶合剂组合物施加到玻璃纱上。这种施用可以例如通过使用喷嘴喷射第二胶合剂组合物，通过将纱浸入第二胶合剂组合物中或者也可以通过借助于“吸泵辊(Rouleau-lécheur)”(即，旋转圆筒，其同时与第二胶合剂组合物和玻璃纱接触)的涂布来进行。
该第三种施用方法是优选的，因为它同时允许容易地控制转移到纱上的组合物的量和允许使用比第一胶合剂组合物明显更粘稠的第二胶合剂组合物。
第二液体有机胶合剂组合物有利地具有100g/升至400g/升，优选120g/升至300g/升，特别地150g/升至200g/升的干物质含量。
一方面，它必须具有足够的流动性以沿着纤维垫的表面层中的矿物纤维流动，另一方面，必须是足够粘稠的，以便由于过-施胶而使内聚力增加是足够的。
施加到玻璃纱上和/或用于与玻璃纱接触的矿物纤维垫的表面上的第二液体有机胶合剂组合物的干物质含量和总量使得有机粘合剂物的干物质含量为最终产品的2g/m2至50g/m2，优选3至30g/m2，特别是4至25g/m2。
在使具有高耐热性的玻璃纱或有机纤维纱与矿物纤维垫接触之后，尚未固化的产品有利地受到空气流或垂直移动的传送带(施加机械压应力)的作用。该空气流例如可以通过位于传送带下方的吸气系统产生，促进第二胶合剂组合物在矿物纤维垫的表面层中以均匀的方式流动和扩散。
在干燥炉中加热用纱覆盖的矿物纤维垫的步骤不具有特别性，并且可以在例如180℃-240℃之间，优选在200℃和220℃之间的温度下以已知的方式进行30秒至4分钟的时间。
当然，加热的温度和持续时间应根据所用有机胶合剂的化学性质进行调节，以保证尽可能完全的固化，同时限制固化的胶合剂可能的热降解。
随后使在干燥炉出口处获得的中间绝缘产品为自粘性。为此，将“自粘材料”施加到玻璃纱的暴露面上。该术语包括附接到玻璃纱的任何手段，其使得可以通过简单地接触将绝缘产品接触到支撑件(通常是扁平支撑件)上。
在一个实施方案中，自粘材料是双面粘合片，例如基于纤维(非织造或纸)或聚合物膜的结构，在其每个面上包括连续或非连续的压敏粘合剂(PSA)。
在另一个实施方案中，自粘材料是压敏粘合剂(PSA)。
压敏粘合剂(PSA)是通常以由载体承载的薄层形式存在的粘合剂。它们通过简单的接触和施加压力几乎立即粘合到待粘合的材料上。尽管存在一些具有非常高粘合性的PSA，但绝大多数PSA被认为是非结构或半结构粘合剂，也就是说粘合是可逆的。PSA的玻璃化转变温度总是显著低于所设想的使用温度。在环境温度下，形成粘合层的聚合物网络因此是粘弹性流体，这是因为聚合物链的高迁移率是在粘合剂和待粘合的表面之间形成多个弱键(范德华力和氢键)之间必不可少的条件。
PSA通常通过其粘性(tack)，剥离强度(peel strength)和剪切强度(shearstrength)进行表征。
通常区分三种主要化学类别的压敏粘合剂：
-基于弹性体的PSA，
-丙烯酸PSA和
-基于有机硅的PSA。
用于本发明中的PSA优选为丙烯酸PSA。
在本发明方法的第二个实施方案中，PSA直接施加到中间绝缘产品的玻璃纱上。因此，根据本发明的制备方法优选在加热步骤(e)之后包括将压敏粘合剂施加到玻璃纱的暴露面上的步骤(f)。该PSA优选为丙烯酸类粘合剂。
该步骤有利地包括喷涂粘合剂的水溶液或分散体以及该沉积的粘合剂层的干燥和/或固化，任选地通过加热和/或辐射的施用能量。
施加到玻璃纱的暴露面上的PSA的量(以干物质表示)有利地为10-50g/m2，优选12-40g/m2，特别是15-30g/m2。
还可以设想通过投射热熔PSA粉末并加热将PSA施加到玻璃纱上。
施加到玻璃纱的暴露面上的PSA层不必须是连续层。它可以是由粘合区域(例如呈条带或岛的形式)和非粘合区域的组合形成的非连续层。
这种非连续的粘合层可以通过例如通过印刷PSA基粘合性组合物来沉积。
随后可以以已知的方式将可剥离的保护性聚合物膜施加到粘合层上。
本发明的另一主题是基于通过上述方法获得的矿棉的自粘绝缘产品。
本发明的基于矿棉的自粘绝缘产品包含：
-由不溶性固化有机胶合剂粘合在一起的矿物纤维形成的矿棉垫，这种矿棉垫可以在与施加自粘剂的一侧相反的一侧上具有或不具有覆盖层，
-在垫的一个面上，玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱，其通过不溶性固化有机胶合剂粘合到垫上，和
-在玻璃纱的暴露面一侧上的压敏粘合剂(PSA)层，
其特征在于，与玻璃纱接触的矿棉垫表面层中的有机胶合剂的含量显著大于在矿棉垫的其余部分中的有机胶合剂的含量。
“表面层”在此应理解为表示占矿棉垫重量(没有玻璃纱)的约10％的层，并且“矿棉垫的其余部分”在此理解为表示按垫的重量计算直到100％的补充部分。
矿棉垫的其余部分的有机胶合剂含量仅来自于第一液体胶合剂组合物。在本专利申请中，其类似于根据EN ISO 1887标准确定的可燃材料的含量。这种可燃材料的含量(烧失量，LOI)原则上在垫的整个厚度上基本相同，但除了对于表面层，在表面层中还发现由于过-施胶引起的有机胶合剂的含量，即由第二液体有机胶合剂组合物带来的有机胶合剂。
在表面层中有机胶合剂的含量(LOI10)与垫其余部分的有机胶合剂含量(LOI90)之间的差异优选对应于2g/m2-50g/m2，特别是3至30g/m2，理想地为4至25g/m2的施加有机胶合剂(Q)量/绝缘产品。
过-施胶或由第二液体有机胶合剂组合物带入的有机胶合剂量可以以下列方式测定：
-从最终产品中切出具有表面积(S)(至少等于0.5m2)的样品。使用合适的切割工具将胶合的纱与矿棉垫分离，注意使尽可能少的矿物纤维从垫中分离。
-测定清除了纱的具有面积S的样品的总质量(MT)。然后使用合适的切割工具将表面层(在之前与纱接触)(相当于样品重量的约10％)与垫的其余部分(相当于垫重量的约90％)分离。精确地确定表面层的质量(M10)和垫的其余部分的质量(M90)。
分别具有重量M10和M90的两个相应部分的可燃材料的含量(LOI10和LOI90)根据标准EN ISO 1887：2014进行确定。
由于由第二液体有机胶合剂组合物引入胶合剂，具有重量P10(以g表示)的表面层的LOI10(以％表示)将大于具有重量P90的垫剩余部分(以g表示)的LOI90(以％表示)。
过-施胶，即由第二有机胶合剂组合物带入的胶合剂的量(Q)(以g表示)，可以通过以下方式进行计算：
Q=(LOI10-LOI90)×M10
该值随后可以用最终产品的每单位表面积S(以m2表示)的g进行表示。
尽管根据本发明的方法原则上可用于制备基于矿棉的任何类型的自粘绝缘产品，但是对于同时具有相当低密度和大厚度的产品而言提出为本发明的基础的技术问题是更为关键的。另一方面，非常致密和紧凑的产品，以及非常薄的产品，如在引言中所述，不易表现出内聚破裂。
因此，基于本发明的矿棉的自粘绝缘产品有利地具有根据标准NF EN 823测定为10kg/m3至100kg/m3，优选15kg/m3至80kg/m3，特别是20kg/m3和70kg/m3之间的密度。
它们的根据标准NF EN 823进行测定的厚度有利地在15mm-200mm之间，优选在30mm-150mm之间，特别是在50mm-120mm之间。

Claims (11)

1.一种用于制备基于矿棉的自粘绝缘产品的方法，包括：
(a)通过熔融玻璃或熔融岩石的离心来形成矿物纤维，
(b)在形成矿物纤维后立即在矿物纤维上喷涂第一液体有机胶合剂组合物，
(c)通过在传送带上沉积来形成涂有第一液体有机胶合剂组合物的矿物纤维垫，
(d)用玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱覆盖矿物纤维垫的面，
(e)在干燥炉中，在足以固化有机胶合剂的温度下和时间段期间，加热该覆盖有玻璃纱的矿物纤维垫，
(f)在玻璃纱的暴露面上施加自粘材料，
其特征在于-在步骤(c)之后并且优选在步骤(d)之前-将第二液体有机粘合剂组合物施加到玻璃纱上和/或旨在将与玻璃纱接触的矿物纤维垫的表面上，该第二液体有机粘合剂组合物优选含有能够与第一液体有机粘合剂组合物的组分反应的组分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二液体有机胶合剂组合物基本上含有与第一液体有机胶合剂组合物相同的反应性组分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于它包括，在加热步骤(e)之后，将压敏粘合剂(PSA)施加到玻璃纱的暴露面上的步骤(f)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于PSA是丙烯酸粘合剂。
5.如权利要求2至4所述的方法，其特征在于，PSA以10至50g/m2，优选12至40g/m2，特别地15至30g/m2之间的量施加至玻璃纱的暴露面上。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在施加第二液体有机胶合剂组合物之前，所述玻璃纱的每单位面积质量为20-100g/m2，优选30-90g/m2，特别是35至80g/m2。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第二液体有机胶合剂组合物的干物质含量为100克/升至400克/升。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，施加到玻璃纱上和/或旨在将与玻璃纱接触的矿物纤维垫的面上的第二液体有机胶合剂组合物的干物质含量及其总量使得有机胶合剂干物质引入量为2克/平方米绝缘产品至50克/平方米绝缘产品。
9.一种基于矿棉的自粘绝缘产品，其包含：
-由不溶性固化有机胶合剂粘合在一起的矿物纤维形成的矿棉垫，
-在垫的一个面上，玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱，其通过不溶性固化有机胶合剂粘合到垫上，和
-在玻璃纱的暴露面上的压敏粘合剂层，
其中与玻璃纱或具有高耐热性的有机纤维纱接触的矿棉垫表面层中的有机胶合剂的含量显著大于在矿棉垫的其余部分中的有机胶合剂的含量。
10.如权利要求9所述的自粘绝缘产品，其特征在于，在表面层中有机胶合剂含量(LOI10)与该垫的其余部分的有机胶合剂含量(LOI90)之间的差异对应于为2克/平方米绝缘产品至50克/平方米绝缘产品的有机胶合剂带入量(Q)。
11.如权利要求9或10所述的自粘绝缘产品，其特征在于，其具有为10kg/m3至100kg/m3，优选为15kg/m3至80kg/m3，特别地20kg/m3至70kg/m3的密度。
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