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CN105579633B - 用于沥青膜的支撑物的底层及其制备方法 - Google Patents

用于沥青膜的支撑物的底层及其制备方法 Download PDF

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CN105579633B CN201480038472.4A CN201480038472A CN105579633B CN 105579633 B CN105579633 B CN 105579633B CN 201480038472 A CN201480038472 A CN 201480038472A CN 105579633 B CN105579633 B CN 105579633B
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Abstract

本文描述了一种用于沥青膜的支撑物的底层(1)，其包括两个或多个纤维(3)层，所述纤维层(3)包括有机纤维(31)和无机纤维(32)的均匀混合物，增强稀松布(4)介于所述层之间，所述纤维(3)平行于所述底层(1)的纵向(L)取向，且并排交替排列。

Description

用于沥青膜的支撑物的底层及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于沥青膜的支撑物的底层及其制备方法。
背景技术
用于支撑用于屋顶防水的沥青膜的底层需要满足几个技术要求，但是首先必须满足不断增加的对性能改进的要求。
具体地，需要增加与表征沥青浸渍步骤的机械应力和热应力相关的尺寸稳定性，以及增加在屋顶铺设成品膜之后的寿命。
为了增加对机械应力的抵抗，从而改善支撑物及由此产生的膜的尺寸稳定性，使用增强膜，例如由矿物纤维制成、高耐性玻璃、合成或人造纤维制成的线、稀松布、非织造布层。
此外，因经济原因，市场推动生产具有越来越低的单位重量的织物。
除了为抵抗以上所述的机械应力和热应力的刚性和稳定性要求，沥青膜的支撑物还必须满足由技术规格界定的参数，特别是满足对在纵向和横向的极限拉伸强度的值界定的限制。
相比严格地要求满足加工性能特点和纵向相关的规格的性能特点，在大部分情况下，关键是满足后者，通常要求增加非织造布的量。
此外，在由短纤维制备的产品的情况下，在横向方向上对机械特征的满足特别利用了昂贵的技术选择，例如横向方向上设置梳理机、梳理网状物的装置和预针刺机，以巩固在与产品的方向正交的方向上取向的由纤维制成的层。
最后，各工业化国家的批准或待批准的关于建材耐火性方面的安全法规强制制造商使用符合法规限制的材料。
在文献中，有很多由一层或多层合成纤维制成的支撑物，合成纤维层由通过稀松布制成的层或玻璃纤维的非织造布的纵向增强线增强。
US-2010/0119795教导了如何重叠由玻璃纤维的非织造布制成的层与由有机纤维构成的层，并通过机械或喷水针刺将这两个层连接在一起。
US-5118550、US-4539254、US-6131351和EP-0806509教导了使用具有高杨氏模量的玻璃线、矿物纤维、合成纤维、金属线纵向设置来增强有机纤维的非织造布的一个或多个层，该有机纤维的非织造布用作沥青外壳的支撑物。
EP-0285533教导了如何制备用于沥青膜的支撑物，该支撑物由一层或多层的有机纤维、玻璃线稀松布制成，通过水刺工艺加固各层。
EP-0907781通过概述前述专利所教导的内容，教导了如何形成至少一个有机纤维层，其中添加有质量分数为20-40％的具有高耐火和高耐热性的纤维(芳纶纤维)。
EP-0668392教导了如何通过精编工艺(Malimo)连接至聚酯短纤维的非织造布的玻璃线的稀松布。
FR-2804677教导了如何改善用于由非织造玻璃纤维织物制成的膜的支撑物的撕裂强度。
这些通过湿法处理来制成，从切割成长度为几微米的玻璃纤维的水分散体开始制备。
FR-2804677教导了如何将具有短长度、比例约为25％的聚酯纤维混合入玻璃纤维的水分散体中。然后，通常将该分散体分布在吸垫上，以形成纤维层，通过甲醛基树脂加固，然后干燥。
但是根据FR 2804677的教导制备的底层具有一系列的重要缺点。该湿法工艺迫使使用具有非常短的长度的纤维。因此，这些底层的机械强度非常低，不仅因为由于纤维长度的限制导致的纤维-纤维粘合点的数量的限制，而且因为缺乏机械加固的作用(传统的或水射流针刺)。
EP-1577436描述了用于制备沥青膜的、由有机纤维和无机纤维构成的混合物。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于沥青膜的支撑物的底层，与能够在市场上获得的底层相比，该底层极度轻，因此具有更好的重量-性能比。
本发明的另一个目的在于制备用于支撑物的底层，其具有高的机械强度、好的尺寸稳定性和好的阻燃特征。
根据本发明，上述目的通过如权利要求1所述的用于沥青膜的支撑物的底层来实现。
本发明的再一个目的为提供用于获得所述底层的方法。
本发明的再一个目的通过用于制备用于沥青膜的支撑物的底层的方法来实现，其特征在于，在从纤维的制备步骤至纤维的梳理步骤过程中通过重复开松和混合操作来实现有机纤维和无机纤维的混合；通过梳理机混合干加工产品，得到的两个或多个纤维层的组合；增强稀松布的层之间的相互介入；通过高压水射流(水刺)进行的底层的加固；干燥；和热定型。
具体实施方式
参考附图1，通过非限制性示例的方式展示了本发明的一些典型实施例，通过对这些典型实施例的详细描述，将会更加清楚本发明的特征，其中图1展示了本发明的底层的透视剖视图。
用于支撑沥青膜的底层1包括两个或多个纤维3层，其通过梳理机干处理制成，其内部介入增强稀松布4；然后通过水刺加固层-稀松布3,4复合体、并进行干燥、热稳定，并可通过施加粘合剂进一步加固。
纤维3包括合适地混合的有机短纤维31和无机短纤维32。
所述纤维31和32的完全混合通过在从制备至梳理的步骤中重复开松和混合操作而进行。因此，通过梳理步骤，可得到纤维3平行于底层1的纵轴L排列，有机纤维31和无机纤维32交替的并排构成均匀的混合物。
纤维31,32的取向、平行和交替改善了产品的尺寸稳定性，对支撑稀松布4的类型和结构的校准选择使得可以在纵向L(纤维31和32的方向)和横向获得机械强度方面的理想性能，从而减少了纤维31,32的使用。
有机纤维31和无机纤维32在底层1的表面单元的尽可能均匀的分布及相应的理想比例是非常重要的。具体地，底层1的表面单元中含有的无机纤维32的重量必须不小于设定平均值的90％，且不大于设定平均值的110％。
在以下三个实验性的实施例中将更好地描述上述内容和校准方法。
有机纤维31可以由各种可纺聚合物制成。合适的聚合物为例如芳香族(如芳纶)和脂肪族(如尼龙)聚氨酯、芳香族和脂肪族聚酯、具有醚和酮基的聚合物(例如PEK和PEEK)。
优选地，有机纤维31由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制得。
用于制备有机纤维31的聚合物可以是初次合成的，也可以是部分或全部由回收材料再次获得的。
PET纤维通常的旦数为1.1-17dtex，优选为2.8-6.7dtex。
切割长度通常为38-120mm，优选为50-100mm。
无机纤维32优选由玻璃短纤维构成。
玻璃短纤维32，E或C型，通常具有的旦数为1.1-6.7dtex，优选为1.7-4.4dtex，切割长度为25-80mm，优选为30-50mm。各种切割长度也是可以接受的。
无机纤维32包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷或金属纤维。
构成本发明的层的纤维3可以具有圆形截面，或者不同形状，例如矩形和/或三叶形、哑铃形或多叶形。
在本发明中，当如上所述的有机纤维31占混合物重量的质量分数为50-90％，优选为60-80％，剩余物由玻璃短纤维32构成时，可得到最佳结果。
上述比例是非常重要的因素，校准该比例以获得无机纤维所提供的产品的尺寸稳定性和良好的阻燃性能，同时优化源自有机成分的机械特征。
根据实验，已经注意到由于最小的机械强度，有机成分可以低于50％，同时不可超过90％，因为否则无机成分将非常低，从而危害尺寸稳定性和耐火性能。
此外，通过减少有机成分，产品的机械特征(弹性、韧性、断裂强度和撕裂强度)下降，这表明应该使用不低于60％的有机成分的比例。
类似地，无机成分的比例大于20％(有机成分低于80％)提供好的尺寸稳定性和耐火性。
利用如上所述纤维3，通过滚筒梳理机形成两层或多层膜。增强稀松布4介于所述膜之间。
增强稀松布4的允许增强效果的简单的可预测性，从而更好地选择增强件的类型和结构。
增强稀松布4通常2玻璃线制成，在大多数情况下这些玻璃线以直角相互交错，以形成正方形或矩形网格。为了满足特定需求，也可以使用三方向稀松布，其具有等腰直角三角形的网格。
增强稀松布4可以由总旦数为34-600dtex，优选34-68dtex的玻璃线制成。
在混纺稀松布4的情况下，聚酯线具有的总旦数为7-110tex，优选为18-110tex。
根据性能选择由网格的尺寸表示的线的密度，以获得支撑物的机械强度。通常选择稀松布4，其在两个方向每厘米具有的线数为3 x 3至1 x 0.5，优选为2.5 x 2.5至1.6 x0.8。
在一些情况下，使用混纺稀松布4，其具有纵向玻璃线和横向聚酯线和/或在相同方向交替和/或，在任何情况下根据需要的任何可能的组合。通过根据需要获得的机械断裂特征选择混纺稀松布4。最常用的稀松布在两个方向具有160 x 80N/50mm至700 x 500N/50mm的断裂强度。
由介入有增强稀松布4的两个或多个纤维3层制成的底层1通过水刺工艺进行预加固。
在水刺步骤中，当用水压为50-350bar，优选60-180bar的一个或多个水射流束处理底层1时，进行该步骤。
通过在热空气(空气循环)烘箱中，于200-250℃，优选220-240℃下进行热处理，对底层1进行干燥和稳定。
也可以通过在温度为190-250℃下用辊压延来进行热稳定。
最后，可以通过施加合适的粘合剂进一步加固底层1，该粘合剂由丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸、苯乙烯-丁二烯、乙烯基树脂等，可选择的与源自淀粉或植物纤维的天然粘合剂混合。
可利用粘合剂的水分散液经浸渍工艺(saturation process)，或者可以通过施加泡沫形式的粘合剂来实现粘合剂的施加。
但是，应该注意的是，本发明的一个主要优点在于限制了粘合剂的需要量。具体地，与现有技术中使用的粘合剂的重量比例通常为15-30％相比，本发明的使用粘合剂的重量比降低为5-15％，优选为小于10％。
因此，获得的底层1具有的单位表面的重量为50-180g/m2，优选为60-130g/m2。
相对于现有技术，本发明获得几个优点。
首先，获得的底层1具有高比机械强度，即，相对于单位重量的底层1，N/5cm每g/m2，根据EN 29073-3测得的最大断裂强度。这使得降低了产品的总重量，同时满足强制的机械规格，显著节省了原料的成本。
进一步获得了显著增加的撕裂强度，在选择底层1的单位面积的重量方面撕裂强度是非常重要的性能。
除了增强件的存在之外，紧密的混合在底层1的纤维层中的矿物纤维的存在使得能够获得非常高的尺寸稳定性。
基于相同的原因，即，纤维层内矿物纤维的存在，底层1从本质上提供高的阻燃性能。事实上，当进行阻燃测试时，在有机纤维完全燃烧完，发现了玻璃纤维，其形成连续层，防止可燃聚合物掉落从而为下面的结构件提供保护。
如上所述，进一步的优点在于大幅减少了用于底层的最终加固的粘合剂的使用。
如上文所述，原料消耗的减少对产品对环境的影响的减少是一个非常大的贡献，可由寿命的评估测得。
从这个角度看，进一步地，有机纤维含量的减少，以及沿着增强稀松布的矿物纤维含量的相应的增加，为底层1提供固有的刚度，其便于通过沥青填料的研磨和再利用工艺回收由这种底层制备的沥青膜。
下面报道三个对比实施例。
实施例1
通过将旦数为4.4dtex、长度为76mm、重量比为70wt％的聚酯短纤维31与旦数为5dtex、长度为60mm、重量比为30wt％的玻璃短纤维32混合来制备106g/m2的底层1。通过填充、平衡和梳理-开松系统实现混合，该系统能够获得高的混合均匀性。
将纤维以90m/min气动传输至纵向滚筒梳理机的体积进料系统，该纵向滚筒梳理机产生重量分别为40g/m2的两个单独的膜，其沉积在两个输送机上。
在两个膜之间，插入玻璃稀松布4，其具有68tex纱线的矩形网格1.6 x 0.8线/cm，并利用由在150bar压力下的四个水刺单元构成的喷水针刺机加固由两个薄膜和介入的稀松布形成的复合物。
通过热空气压延机在230℃对底层1进行干燥和热定型，并利用由50％的苯乙烯-丁二烯粘合剂，Basf生产的Lutofan DS2380，以及50％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys A022构成的、分散在水中固体残渣为10％的树脂混合物通过压染机对底层1进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层1进行干燥，树脂在210℃下聚合。
下面将由此得到的产品与根据现有技术制得的产品进行比较。
由纺粘聚酯制成的120g/m2底层，通过机械针刺加固的两层，介入有旦数为68tex，间距8mm放置的纵向增强玻璃线。
通过具有40dots/cm2的密度的机械针刺加固的复合物底层，在230℃的热空气压延机上进行热稳定，并用由50％的苯乙烯-丁二烯粘合剂，Basf生产的Lutofan DS2380，以及50％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys A022构成的、分散在水中固体残渣为25％的树脂混合物进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层进行干燥，树脂在210℃下聚合。
根据EN 29073-3比较测力计测试结果，如表1所示。
表1根据本发明的产品100g/m2与根据现有技术纺的产品120g/m2
实施例2
通过将旦数为4.4dtex、长度为76mm、70wt％的聚酯短纤维31与旦数为5dtex、长度为60mm、重量比为30wt％的玻璃短纤维32混合来制备85g/m2的底层1。通过填充、平衡和梳理-开松系统实现混合，该系统能够获得高的混合均匀性。
将纤维以90m/min气动传输至纵向滚筒梳理机的体积进料系统，该纵向滚筒梳理机产生分别为30g/m2的两个单独的膜，其沉积在两个输送机上。
在两个膜之间，插入玻璃稀松布4，其具有34tex纱线的矩形网格1.6 x 0.8线/cm，并利用由润湿单元和在50-150bar压力下操作的四个水刺单元构成的喷水针刺机加固由两个薄膜和介入的稀松布形成的复合物。
通过热空气压延机在230℃对底层1进行干燥和热定型，并利用由50％的苯乙烯-丁二烯粘合剂，Basf生产的Lutofan DS2380，以及50％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys A022构成的、分散在水中固体残渣为10％的树脂混合物通过压染机对底层1进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层1进行干燥，树脂在210℃下聚合。
下面将由此得到的产品与根据现有技术制得的产品进行比较。
120g/m2的底层由100％的旦数4.4dtex、长度为76mm聚酯短纤维制成的，聚酯短纤维为两层，并通过针刺加固的两层，介入有旦数为68tex，间距8mm放置的纵向增强玻璃线。
由两层构成的、并介入有增强玻璃线的复合物底层通过密度为80dots/cm2的机械针刺进一步被加固，并用由50％的苯乙烯-丁二烯粘合剂，Basf生产的Lutofan DS2380，以及50％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys A022构成的、分散在水中固体残渣为25％的树脂混合物进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层进行干燥，树脂在210℃下聚合。
比较测力计测试结果，如表2所示。
表2根据本发明的产品90g/m2与根据现有技术纺的的产品120g/m2
实施例3
通过将旦数为4.4dtex、长度为76mm、70wt％的聚酯短纤维31与旦数为5dtex、长度为60mm、重量比为30wt％的玻璃短纤维32混合来制备140g/m2的底层1。通过填充、平衡和梳理-开松系统实现混合，该系统能够获得高的混合均匀性。
将纤维3以90m/min气动传输至纵向滚筒梳理机的体积进料系统，该纵向滚筒梳理机产生分别为50g/m2的两个单独的膜，其沉积在两个输送机上。
在两个膜之间，插入玻璃稀松布4，其具有68tex纱线的矩形网格2 x 2线/cm，并利用由润湿单元和在50-150bar压力下操作的四个水刺单元构成的喷水针刺机加固由两个薄膜和介入的稀松布形成的复合物。
通过热空气压延机在230℃对底层1进行干燥和热定型，并利用由100％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys D033构成的、分散在水中固体残渣为10％的树脂混合物通过压染机对底层1进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层1进行干燥，树脂在210℃下聚合。
下面将由此得到的产品与根据现有技术制得的产品进行比较。
200g/m2的底层由100％的旦数4.4dtex、长度为76mm聚酯短纤维制成的，聚酯短纤维为两层，并通过针刺加固的两层，介入有旦数为68tex，间距8mm放置的纵向增强玻璃线。
由两层构成的、并介入有增强玻璃线的复合物底层通过密度为80dots/cm2的机械针刺进一步被加固，并用由70％的苯乙烯-丁二烯粘合剂，Basf生产的Lutofan DS2380，以及50％的玉米糊精，Roquette生产的Stabilys A022构成的、分散在水中固体残渣为25％的树脂混合物进行饱和浸渍。
在强制空气循环烘箱中对底层进行干燥，树脂在210℃下聚合。
比较测力计测试结果，如表2所示。
对尺寸为5cm x 30cm的新产品的底层的样品在纵向进行标准EN 29073-3。
利用毫克精密天平对编号的样品称重，重量记为Pi。
随后将样品放入马弗炉中，在450℃处理30分钟，直至彻底去除有机部分。
在干燥冷却后，对残余灰烬进行称重，将值记下称作Pv(Pv＝玻璃纤维的重量+稀松布的重量)。
通过以下公式计算底层的纤维部分的重量Pf：
Pf＝0.9*(Pi-Pr)
其中Pr为样品的表面包含的增强稀松布的重量，0.9为用于计算任何损失的折减系数。
当纤维的分布均匀时，获得最佳结果，测试实施例的情况下，比例(Pv–Pr)/Pf为0.27-0.33，也就是母体混合物中的玻璃纤维(30％)的比例的90-110％。
表4展示了试验的实验结果。
对于每个样品：
Pi＝样品的初始重量
Pv＝玻璃成分的重量
Pr＝增强稀松布的重量
Pf＝纤维成分(有机纤维31+玻璃纤维32)的重量
(Pv–Pr)/Pf＝玻璃纤维32的成分的重量与纤维成分Pf的重量之比
在实施例3的结果中，玻璃纤维32的成分的重量与纤维成分Pf的重量之比的平均值为29.2％，非常接近设定值30％。
进一步地，根据检查，比值的分布非常均匀，如数据分布的低值所示(标准偏差)。
表3根据本发明的产品140g/m2与根据现有技术的短纤维产品200g/m2
表4纤维混合物均匀程度的确定
样品编号 Pi(g) Pv(g) Pr(g) Pf(g) (Pv-Pr)/Pf
样品1 1.725 0.745 0.403 1.190 0.287
样品2 1.745 0.777 0.403 1.208 0.309
样品3 1.760 0.744 0.403 1.221 0.279
样品4 1.750 0.727 0.403 1.212 0.267
样品5 1.837 0.813 0.403 1.291 0.318
平均值 1.763 0.761 - 1.224 0.292
标准偏差 0.043 0.034 - 0.039 0.021

Claims (20)

1.一种用于沥青膜的支撑物的底层(1)，其特征在于，该底层包括两个或多个纤维(3)层，所述纤维(3)层包括有机纤维(31)和无机纤维(32)的均匀混合物，增强稀松布(4)介于所述纤维层之间，所述纤维(3)平行于所述底层(1)的纵向(L)取向，且并排交替排列，所述混合物提供质量分数为50-90％的有机纤维(31)，剩余物为由无机纤维(32)构成。
2.根据权利要求1所述的底层(1)，其特征在于，所述混合物具有质量分数为60-80％的有机纤维(31)，所述剩余物为由无机纤维(32)构成。
3.根据前面任一项权利要求所述的底层(1)，其特征在于，所述有机纤维(31)由各种可纺聚合物制成，该可纺聚合物为聚酰胺、聚酯和带有酯基团或酮基团的聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的底层(1)，其特征在于，所述底层包括粘合剂，该粘合剂为丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸、苯乙烯-丁二烯、乙烯基化合物，该粘合剂最终与源自淀粉或植物纤维的天然粘合剂混合。
5.根据权利要求4所述的底层(1)，其特征在于，所述粘合剂的质量分数为5-15％。
6.根据权利要求5所述的底层(1)，其特征在于，所述粘合剂的质量分数为5-10％。
7.根据权利要求1或2所述的底层(1)，其特征在于，所述有机纤维(31)的旦数为1.1-17dtex，其切割长度为38-120mm。
8.根据权利要求6所述的底层(1)，其特征在于，所述有机纤维(31)的旦数为2.8-6.7dtex，和/或其切割长度为50-100mm。
9.根据权利要求1或2所述的底层(1)，其特征在于，所述无机纤维(32)为玻璃纤维。
10.根据权利要求9所述的底层(1)，其特征在于，所述玻璃纤维的旦数为1.1-6.7dtex，切割长度为25-80mm。
11.根据权利要求10所述的底层(1)，其特征在于，所述玻璃纤维的旦数为1.7-4.4dtex，和/或切割长度为30-50mm。
12.根据权利要求1或2所述的底层(1)，其特征在于，底层的每单位面积的重量等于或高于100g/m2，其比强度高于0,60DaN/5cm每g/m2。
13.一种用于制备根据权利要求1至12中任意一项所述的用于沥青膜的支撑物的底层(1)的方法，其特征在于，该方法提供了在从纤维的制备步骤至纤维的梳理步骤过程中通过重复开松和混合操作获得的对有机纤维(31)和无机纤维(32)的混合；通过梳理机由所述混合干加工产品得到两个或多个纤维(3)层的组合；在所述层之间夹入增强稀松布(4)的层；通过高压水射流(水刺)进行的底层的加固；干燥和热定型。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法提供了通过施加粘合剂进行的进一步的加固步骤。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在水刺步骤中，利用一个或多个水射流束处理所述底层(1)，其中所述水射流束的水压为50-350bar。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在水刺步骤中，利用一个或多个水射流束处理所述底层(1)，其中所述水射流束的水压为60-180bar。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述干燥和热定型在温度为200-250℃的热空气烘箱中进行。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述干燥和热定型在温度为220-240℃的热空气烘箱中进行。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述热定型通过在温度为190-250℃下用辊压延来进行。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述无机纤维(32)为玻璃纤维。
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