PL202476B1

PL202476B1 - Ekran szklany na podstawie włókien i jego zastosowanie do wytwarzania membran bitumicznych

Info

Publication number: PL202476B1
Application number: PL356704A
Authority: PL
Inventors: Michel Droux
Original assignee: Saint Gobain Vetrotex
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2009-06-30
Also published as: HUP0300019A2; CZ304570B6; FR2804677A1; ES2248278T3; EP1264045B1; SK11622002A3; ATE303468T1; RU2002123872A; US20030124932A1; PL356704A1; CN1398314A; CZ20022725A3; TWI229060B; RU2006111090A; RU2387609C2; DE60113071D1; DE60113071T2; SK287629B6; WO2001058825A3; WO2001058825A2

Abstract

Wynalazek dotyczy ekranu na podstawie w lókien, stosowanego do wytwarzania membran bi- tumicznych, obejmuj acego w lókna szklane, w lókna organiczne i spoiwo, przy czym w lókna organiczne maja wspó lczynnik skurczu w 130°C mniejszy lub równy 5%. Wynalazek dotyczy równie z zastosowa- nia ekranu do wytwarzania membrany bitumicznej obejmuj acej pod lo ze powleczone, pokryte lub na- sycone mas a bitumiczn a, w której pod lo zem jest powy zszy ekran. Ekran i membran e stosuje si e do wytwarzania pokry c i/lub uszczelnie n. PL PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek odnosi się do dziedziny materiałów w postaci arkuszy, na podstawie włókien i dotyczy bardziej szczegółowo ekranu szklanego stosowanego jako podłoże do wytwarzania produktów powlekanych, pokrytych lub nasyconych bitumem, szczególnie do zastosowania jako pokrycie i/lub uszczelnienie.

W dziedzinie pokryć lub uszczelnień znane jest zastosowanie membran bitumicznych stosowanych na powierzchni pokrywającej lub uszczelniającej. Membrany te składają się zwykle z podłoża w postaci arkusza powleczonego lub nasyconego masą bitumiczną.

Materiały w postaci arkuszy mogą mieć różne pochodzenie i zwykle wytwarza się je z włókien organicznych lub mineralnych, korzystnie w postaci włókniny.

Spośród stosowanych materiałów, ekrany szklane stanowią przedmiot dużego zainteresowania, gdyż gwarantują trwałość wymiarów w czasie, w zastosowaniu do membrany bitumicznej.

Ekrany szklane można wytwarzać wszelkimi znanymi technikami, szczególnie techniką zwaną metodą mokrą, opisaną szczegółowo w stanowiącej odnośnik pracy The Manufacturing Technology of Continnous Glass Fibres, K.L. LOEWENSTEIN, Ed. ELSEVIER, 2^e edition, 1983, pp 315-317. Technika ta, zbliżona do technik papierniczych, polega na wytworzeniu wodnej zawiesiny ciętych włókien szklanych, ułożeniu tej zawiesiny w postaci warstewki na dywaniku ssącym poddanym odsysaniu dla usunięcia części wody z nałożonej warstewki, zastosowaniu kompozycji wiążącej wobec wilgotnej warstewki, suszeniu ekranu i usieciowaniu spoiwa w suszarce, następnie na opakowaniu ekranu w pożądany sposób. Produkt koń cowy wystę puje w postaci dość cienkich arkuszy (grubość rzę du 0,2 do 0,8 mm) zwykle przechowywanych w postaci rulonów.

Spoiwo jest często kompozycją wodną na podstawie żywicy mocznikowo-formaldehydowej, która wytrzymuje temperaturę odpowiednią dla późniejszego nasycenia bitumem.

Ekrany szklane posiadają jednak niedogodność w postaci stosunkowo małej wytrzymałości na rozdzieranie, co zmniejsza wygodę stosowania i zmusza, zwłaszcza użytkownika, do ostrożności podczas posługiwania się membraną przy jej wytwarzaniu lub ułożeniu na dachu.

Dla przezwyciężenia tej niedogodności stosuje się podłoża złożone, które składają się z ekranu na podstawie włókien organicznych, odznaczających się dobrą wytrzymałością na rozdzieranie i z siatki szklanej nadającej całości trwałość wymiarową. Te kompleksy stanowiące połączenie dwóch produktów pośrednich wymagają jednakże złożonego wytwarzania.

Wynalazek ma na celu przedstawienie materiału na podstawie szkła, którego wytrzymałość na rozdzieranie jest ulepszona, zaś jego wytwarzanie nie jest bardziej złożone niż tradycyjnego ekranu.

Opis patentowy EP-A-O 763505 opisuje matę z włókien szklanych, służącą do wytwarzania gontów dachu bitumicznego, której wytrzymałość jest ulepszona dzięki spoiwu mocznikowo-formaldehydowemu modyfikowanemu dodatkiem winylowym samosieciującym. W tej macie mniejszy udział mogą stanowić nie włókna szklane, lecz wybrane spośród włókien organicznych, takich jak Nylon®, poliester, polietylen, polipropylen. Ten dokument nie zawiera dokładnych wskazań na temat tych włókien organicznych i nie zawiera żadnego szczególnego przykładu objaśniającego taką możliwość.

Niniejszy wynalazek opiera się na odkryciu stwierdzającym, że liczne włókna organiczne nie są korzystne dla wytwarzania ekranu, a mają nawet bardzo ujemny wpływ na właściwości ekranu przy zastosowaniu do pokryć bitumicznych, lecz bardzo dokładny dobór materiałów syntetycznych pozwala usunąć te niedogodności.

Przedmiotem wynalazku jest ekran na podstawie włókien, stosowany do wytwarzania membran bitumicznych, posiadający strukturę izotropową lub losową, obejmujący włókna szklane, włókna organiczne i spoiwo, przy czym włókna organiczne mają współczynnik skurczu w 130°C mniejszy lub równy 5%. Korzystnie, włókna organiczne mają współczynnik skurczu mniejszy lub równy 3%, w temperaturze 130°C.

Według wynalazku podstawą włókien organicznych jest polimer półkrystaliczny.

Włókna organiczne są włóknami poliestrowymi, szczególnie z politereftalanu etylenu.

Korzystnie, włókna organiczne zawierają natłuszczacz umożliwiający dyspersję w wodzie poszczególnych pojedynczych włókien.

Według wynalazku udział włókien organicznych jest rzędu od 5 do 30% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru włókien.

Udział spoiwa jest rzędu od 15 do 30% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru ekranu.

PL 202 476 B1

Według wynalazku gramatura ekrany wynosi od 30 do 150 g/m. Wynalazek dotyczy również zastosowania ekranu opisanego uprzednio do wytwarzania membrany bitumicznej obejmującej podłoże powleczone, pokryte lub nasycone masą bitumiczną, przy czym podłożem jest wspomniany ekran.

Określenie „ekran szklany” obejmuje według wynalazku materiały dobrze znane specjalistom w dziedzinie produktów na podstawie włókien szklanych. Dotyczy to materiałów w cienkich arkuszach, o strukturze zasadniczo izotropowej, to znaczy, ż e nie mają one przeważ ającej orientacji wł ókien.

Praktycznie, można określić ekran przy pomocy, „stosunku izotropii”, wytrzymałość na rozciąganie ekranu w kierunku maszyny wytrzymałość na rozciąganie ekranu w kierunku maszyny równego zwykle około 1, szczególnie rzędu 1 do 1,5, a dochodzącego czasem aż do 2. Tę orientację włókien, zasadniczo przypadkową, osiąga się zwykle dzięki występowaniu włókien szklanych ciętych służących do wytwarzania ekranu, na przykład zgodnie z techniką metody mokrej wspomnianej powyżej.

Wybór włókien organicznych zgodnie z powyższym kryterium nadaje ekranowi dobrą jakość, a szczególnie wytrzymał o ść mechaniczną i termiczną zgodną z póź niejszym zastosowaniem nasycania bitumem, podczas gdy inne włókna nadają ekranowi niewystarczającą wytrzymałość termiczną i/lub mechaniczną.

Po pierwsze, włókna organiczne stosowane do wytwarzania ekranu mają podwyższoną temperaturę topnienia, aby uniknąć ich rozkładu we wszystkich termicznych etapach wytwarzania ekranu, a szczególnie podczas suszenia i sieciowania w suszarni i podczas manipulowania ekranem, szczególnie w zetknięciu ze spoiwem bitumicznym. Ogólnie, syntetyczny materiał organiczny wybiera się w taki sposób, aby jego temperatura topnienia była wyższa niż około 220°C.

Według wynalazku, włókna wybiera się pod kątem ich współczynnika skurczu termicznego: ta wielkość związana jest ze zmiennością wymiarów, w postaci skrócenia włókna po jego wystawieniu na działanie danej temperatury w określonym czasie. W tym celu, mierzy się początkową długość włókna Li przed ogrzaniem, a następnie końcową długość Lf, zaś współczynnik skurczu r równa się:

r = (Li-Lf)/Li (w procentach)

Współczynniki skurczu wyznaczane według wynalazku określa się w temperaturze 130°C wytworzonej w atmosferze pary, w okresie 30 min.

Według wynalazku, wybiera się skurcz mniejszy lub równy 5%, korzystnie 4%, szczególnie 3%, na przykład rzędu 2 do 3%.

Korzystnie, tę jakość włókna można uzyskać stosując materiały polimerowe półkrystaliczne, w szczególności takie, których sposób wyciągania pozwala uzyskać wydłużenie, zwiększające współczynnik krystaliczności. Inne warunki wytwarzania, takie jak obecność środków zarodkujących lub czynnik temperatury, mogą również doprowadzić do takiego uporządkowania podstawowych makrocząsteczek, że polimer o początkowej budowie bezpostaciowej zaczyna nabywać struktury krystalicznej i stawać się półkrystaliczny.

Włókna, spełniające wymagania wynalazku można znaleźć wśród włókien poliestrowych, zwłaszcza politereftalanu alkilenu, a szczególnie politereftalanu etylenu.

Korzystne są włókna organiczne przystosowane do sposobów wytwarzania włókien metodą mokrą, zawierające natłuszczacz umożliwiający dyspersję w wodzie poszczególnych włókien elementarnych.

Włókna organiczne mogą mieć zmienne wymiary przy średniej wartości średnicy rzędu 7 do 25 μ^ι, i mianie (titrze) rzędu 0,5 do 2 dtex. Włókna korzystnie tnie się na długość rzędu jednej lub kilku dziesiątek milimetrów, szczególnie od 6 do 30 mm.

Wpływ włókien organicznych jest dobrze zauważalny od 5% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru włókien. Udział włókien organicznych stanowi korzystnie wielkość rzędu od 5 do 30%, zwłaszcza od 20 do 30%, a szczególnie około 25% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru włókien.

Włókna szklane stosowane, według wynalazku, do wytwarzania ekranu, są typu tradycyjnego, korzystnie w postaci włókien ciętych na długość rzędu dziesiątek milimetrów, zwłaszcza od 6 do 30 mm, szczególnie około 10 do 20 mm, na przykład 12 do 18 mm. Rozumie się, że pewna część włókien (na przykład 5 do 10%) może być cięta na długość aż do 100 mm. Ponadto, można wprowadzić do ekranu włókno ciągłe, szczególnie włókno szklane, jako wzmocnienie w kierunku wzdłużnym.

Spoiwo stosowane przy wytwarzaniu ekranu jest korzystnie na podstawie żywicy mocznikowoformaldehydowej, korzystnie modyfikowane dodatkami winylowymi i/lub akrylowymi, w sposób znany

PL 202 476 B1 zwłaszcza z Opisów patentowych US-4.681.802, EP-A-0 763505. Udział spoiwa wynosi zwykle od 15 do 30% wagowych suchej substancji w stosunku do ciężaru ekranu.

₂

Ekran wytwarza się o gramaturze typowej dla ekranów szklanych, rzędu od 30 do 150 g/m², szczególnie od 50 do 120 g/m².

Biorąc pod uwagę różnicę gęstości włókien szklanych i włókien organicznych, ilość substancji w ekranie wedł ug wynalazku, dla danej gramatury, jest nieco wię ksza niż w ekranie szklanym, co powoduje jego grubość stosunkowo większą i/lub mniejszą porowatość. Porowatość stanowi, na przykład, wielkość rzędu od 1500 do 1900 l/m s dla ekranu o gramaturze 50 g/m.

Ekran według wynalazku jest szczególnie przystosowany do zastosowań uszczelniania i/lub pokrycia.

Masę bitumiczną można wybrać spośród znanych mas: bitum naturalny, modyfikowany lub niemodyfikowany, lub spoiwo syntetyczne, takie jak „jasne spoiwo”, umożliwiające zwłaszcza nadanie membranie barwy dekoracyjnej.

Następujące przykłady, objaśniają wynalazek nie stanowiąc jego ograniczenia.

P r z y k ł a d 1

Wytwarza się zawiesinę wodną włókien, w której włókna stanowią:

- 75% wagowych włókna szklanego E ciętego, o średnicy pojedynczego włókna 10 μm i masie liniowej 360 dtex, długość cięcia wynosi 12 mm,

- 25% wagowych ciętego włókna poliestrowego, dostępnego w firmie KURARAY, o symbolu EP 133, dostosowanego do procesów papierniczych, rozpraszalnego w wodzie. To włókno ma średnicę pojedynczego włókna 12 μm i masę liniową 1,4 dtex, a długość cięcia wynosi 15 mm. Chodzi o włókno z politereftalanu etylenu, wyciągane dla zwiększenia jego krystaliczności, posiadające współczynnik skurczu rzędu 2% w 130 °C, w środowisku wilgotnym przy ekspozycji 30 minut i współczynnik skurczu 3% w 170°C w atmosferze suchej przy ekspozycji 15 minut.

Zawiesinę włókien, zawierającą także zwykłe dodatki, takie jak przeciwpienne, dyspergujące, zwiększające lepkość, poddaje się obróbce w typowych warunkach, w urządzeniu do wytwarzania ekranu, obejmującym (i) urządzenie hydroformujące, w którym powstaje wilgotna warstewka częściowo odwodniona, (ii) stanowisko stosowania spoiwa przez rozpylanie, powlekanie (przy pomocy przyrządu „kaskadowego” lub „powlekania kurtynowego”) lub przejście przez kąpiel z kompozycją wodną na podstwie żywicy mocznikowo-formaldehydowej zmiękczonej octanem i związkiem akrylowym, nakładającą na ekran ilość spoiwa 19% wagowych suchej substancji w stosunku do ciężaru ekranu, (iii) suszarkę do suszenia i sieciowania o wielu strefach temperatury od 135 do 215°C, gdzie krąży ekran, przy średnim czasie przebywania rzędu 30 sekund, korzystnie nieco mniej niż 30 sekund.

₂

Wytwarzanie ekranu nie stanowi żadnego zagadnienia, otrzymuje się go o gramaturze 50 g/m², grubości 0,3 mm i porowatości 1580 l/m².s.

Ekran ten poddaje się próbom wytrzymałości mechanicznej w temperaturze otoczenia i w wysokiej temperaturze, a wyniki prób podano w poniższej tablicy 1.

Wytrzymałość na rozciąganie

Z próbki ekranu wycina się 10 próbek w kierunku wzdłużnym i 10 próbek w kierunku poprzecznym, szerokich na 50 mm, długich na 250 mm. Mocuje się próbkę między szczękami maszyny rozciągającej i uruchamia się układ napędowy ruchomego uchwytu aż do zerwania próbki: odczytuje się wówczas wartości siły zrywającej (w newtonach) i wydłużenia przy zerwaniu (w procentach długości nominalnej).

Prowadzi się także pomiar wytrzymałości na rozciąganie w 250°C, pod stałym obciążeniem równym 10% wartości siły zrywającej określonej uprzednio i mierzy się czas upływający do chwili zerwania próbki.

Wytrzymałość na rozdzieranie

Z próbki ekranu wycina się 10 próbek w kierunku wzdłużnym i 10 próbek w kierunku poprzecznym, szerokich na 50 mm i długich na 100 mm. Na każdej próbce wykonuje się na brzegu krótszego boku wyraźne nacięcie równoległe do dłuższych boków w połowie odległości między większymi bokami i długie na 50 mm. Na maszynie do rozciągania reguluje się odległość między szczękami w taki sposób, aby wynosiła 50 mm, blokuje się próbkę w szczękach i uruchamia dynamometr ustalając prędkość wznoszenia na 100 mm/min. Odczytuje się maksymalne obciążenie (w N) gdy próbka jest całkowicie podzielona na dwie części. Wytrzymałość na rozdzieranie wyraża się jako wartość średnią z dziesięciu pomiarów.

PL 202 476 B1

Ekran z przykładu 1 posiada właściwości mechaniczne i trwałość wymiarów bardzo zadowalające. Został on wprowadzony do ciągłej linii wytwarzającej membrany bitumiczne przez nasycenie gorącym bitumem w temperaturze około 200°C, wykazując dobrą przydatność dla nasycania i nawet nadając membranie bardzo zadowalający wygląd estetyczny.

P r z y k ł a d porównawczy 1

Wytwarza się ekran na podstawie tylko włókna szklanego, w sposób podany w przykładzie 1. Ekran ma gramaturę 50 g/m, udział spoiwa 24% wagowe suche] substancji w stosunku do ciężaru ekranu, grubość 0,3 mm i porowatość 2000 l/m². s. Poddaje się go takim samym testom mechanicznym jak ekran z przykładu 1.

P r z y k ł a d porównawczy 2

Powtarza się przykład 1 z włóknem organicznym, które nie spełnia kryteriów wynalazku. Chodzi o włókno poliestrowe sprzedawane przez firmę TERGAL FIBRES o symbolu 1,6 dtex T110, półmatowe cięte, również rozpraszalne w wodzie, odznaczające się mianem 1,6 dtex, długością cięcia 12 mm, współczynnikiem skurczu, w 130°C w atmosferze pary, równym 7%.

Wytwarza się ekran o gramaturze 50 g/m, z udziałem spoiwa 24% wagowe, o grubości od 0,3 do 0,4 mm i porowatości 1700 l/m². s.

Wytwarzanie stwarza problemy na końcu linii, gdyż stwierdza się tworzenie fałdy przy wyjściu z suszarki, co moż na wiązać ze zjawiskiem skurczu termicznego włókna organicznego.

Jak wskazują testy mechaniczne, ekran odznacza się małą wytrzymałością mechaniczną, obniżoną w stosunku do klasycznego ekranu z włókna szklanego. Stwierdzono szczególnie, że anizotropia ekranu jest znacznie zwiększona. Oprócz tego, nie ma wytrzymałości mechanicznej w 250°C.

Ten ekran nie nadaje się do wytwarzania membran bitumicznych.

T a b l i c a 1

	Prz. 1	Prz. por.1	Prz. por.2
Wytrzymałość na rozciąganie
Wzdłużna (N/5cm)	214	165	150
Poprzeczna (N/5cm)	133	93	70
Anizotropia	1,6	1,7	2,1
Wydłużenie (%)	1,9	1,1	1,2
Wytrzymałość na rozdzieranie
Wzdłużna (N)	3,0	1,5	3,2
Poprzeczna (N)	3,5	1,7	3
Wytrzymałość w 250°C	> 4 min	> 4 min	0
Fałda na linii	Nie	Nie	Tak

Wynalazek opisuje szczegółowo przypadek wytwarzania ekranu o określonej gramaturze, metodą mokrą, do zastosowania przy wytwarzaniu membran bitumicznych, lecz należy rozumieć, że wynalazek nie ogranicza się do tego sposobu wytwarzania i obejmuje szczególnie inne techniki wytwarzania ekranu (metodą suchą), inne jakości ekranów, ewentualnie wzmocnione ciągłymi włóknami szklanymi jak również inne produkty stosowane jako pokrycia i/lub uszczelnienia.

Claims

1. Ekran na podstawie włókien, stosowany do wytwarzania membran bitumicznych, posiadający strukturę izotropową lub losową, obejmujący włókna szklane, włókna organiczne i spoiwo, znamienny tym, że włókna organiczne mają współczynnik skurczu w 130°C mniejszy lub równy 5%.

2. Ekran według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że włókna organiczne mają współczynnik skurczu mniejszy lub równy 3%, w temperaturze 130°C.

3. Ekran według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że podstawą włókien organicznych jest polimer półkrystaliczny.

PL 202 476 B1

4. Ekran według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że włókna organiczne są włóknami poliestrowymi, szczególnie z politereftalanu etylenu.

5. Ekran według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-4, znamienny tym, że włókna organiczne zawierają natłuszczacz umożliwiający dyspersję w wodzie poszczególnych pojedynczych włókien.

6. Ekran według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-5, znamienny tym, że udział włókien organicznych jest rzędu od 5 do 30% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru włókien.

7. Ekran według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-6, znamienny tym, że udział spoiwa jest rzędu od 15 do 30% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru ekranu.

8. Ekran według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-7, znamienny tym, że jego gramatura wynosi od 30 do 150 g/m².

9. Zastosowanie ekranu określonego tak jak w którymkolwiek z zastrzeżeń 1-8 do wytwarzania membrany bitumicznej obejmującej podłoże powleczone, pokryte lub nasycone masą bitumiczną, przy czym podłożem jest wspomniany ekran.