DE602004011849T2 - Vliesfasermatten mit gutem Deckvermögen, Laminate und Verfahren - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet Vliesmatten mit besonderer Verwendung bei der Bindung auf verschiedene Substrate und zum Abdecken des Substrats, wie z. B. der Farbe des Substrats, von der Mattenseite aus gesehen, sowie das Verfahren zur Herstellung von solchen Matten. Die erfindungsgemäß hergestellten Matten sind auch geeignet als Verstärkung und Abmessungsstabilisatoren, um eine große Anzahl von Produkten wie z. B. Isolationskomposits oder Laminate aller Art und für viele Anwendungen herzustellen. Die Matten sind auch geeignet als stabilisierende und verstärkende Substrate für andere Produkte, wie z. B. Leitungskanalplatte (duct board), Hartfaserplatte (wallboard), etc.
- HINTERGRUND
- Es ist bekannt, verstärkende Vliesmatten aus Fasern herzustellen und diese Matten als Substrate bei der Herstellung einer großen Anzahl von Produkten zu verwenden. Verfahren zur Herstellung von Vliesmatten sind bekannt, wie z. B. herkömmliche Feuchtablegeprozesse, die in
US-Patent Nrn. 4 112 174 ,4 681 802 und4 810 576 beschrieben sind, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen sind. In diesen Verfahren wird eine Aufschlämmung aus Glasfaser hergestellt, indem Fasern zu einem typischen Siebwasser (white water) in einem Pulper hinzugegeben werden, um die Fasern in dem Siebwasser zu dispergieren und eine Aufschlämmung zu bilden, die eine Faserkonzentration von etwa 0,2–1,0 Gew.-% hat, Abmessen der Aufschlämmung in einen Fluss von Siebwasser, um die Faserkonzentration auf 0,1 oder darunter zu verdünnen und Ablagern dieser Mischung auf einem ein sich bewegendes Sieb bildenden Draht, um zu entwässern und eine feuchte Vliesfasermatte zu bilden. - Dieses feuchte Vliesgewebe aus Fasern wird dann auf ein zweites, sich in-line mit dem Bildungssieb bewegendes Sieb übertragen und läuft durch eine Bindemittelauftragssättigungsstation, wo eine wässrige Bindemittelmischung, wie z. B. eine Bindemittelmischung auf Basis von wässrigem Harnstoff-Formaldehydharz (UF) auf die Matte in irgendeiner von verschiedenen bekannten Arten aufgebracht wird. Die Matte, mit Bindemittel gesättigt, wird dann über einen Saugabschnitt laufen lassen, während sie sich noch auf dem sich bewegenden Sieb befindet, um überschüssiges Bindemittel zu entfernen. Die feuchte Matte wird dann auf ein sich bewegendes Band aus Drahtgewebe übertragen und läuft durch einen Ofen, um die feuchte Matte zu trocknen und das Harzbindemittel auf UF-Basis zu härten (polymerisieren), was die Fasern in der Matte mit einander verbindet. Vorzugsweise wird die wässrige Bindemittellösung unter Verwendung eines Vorhangbeschichters oder eines Tauch- und Quetschapplikators aufgebracht, aber andere Verfahren zum Aufbringen, wie z. B. Sprühen, sind ebenfalls bekannt.
- Im Trocknungs- und Härtungsofen wird die Matte Temperaturen von bis zu 450 oder 500 Grad F oder höher für Zeiträume unterzogen, die üblicherweise 1–2 Minuten nicht überschreiten und so gering wie einige Sekunden sind. Alternative Bildungsverfahren für Vliesfasermatten beinhalten die Verwendung von wohlbekannten Verfahren der Zylinderbildung, kontinuierlichen Strangmattenbildung, welches kontinuierliche Stränge von Glasfasern in sich überlappenden Wirbeln ablegt, und „trocken ablegen" unter Verwendung von Kardieren oder zufälliger Faserverteilung.
- UF-Harze, üblicherweise modifiziert mit einem oder mehreren aus Acryl-, Styrol-Butadien- oder Vinylacetatharzen, werden weit verbreitet aufgrund ihrer Eignung für die Anwendungen und ihre relativ geringen Kosten als ein Bindemittel für Glasfasermatten verwendet. Melamin-Formaldehydharze werden manchmal für höhere Temperatur und/oder chemisch beständige Anwendungen verwendet. Um die Festigkeit der Matten zu verbessern, eine Kombination von höherer Mattenabzugsfestigkeit und Mattenflexibilität, was notwendig ist, um höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten in Produktherstellungslinien zu ermöglichen, und für maximale Produktleistung auf Dächern und anderen Anwendungen ist es üblich, die UF-Harze wie oben beschrieben zu modifizieren oder plastifizieren. Der Bindemittelgehalt dieser fertigen Matten liegt typischerweise in dem Bereich von 15 bis 25 Gewichtsprozent oder höher, basierend auf dem Trockengewicht der Matte. Es ist auch bekannt, andere Arten von wässrigen Latexbindemitteln zu verwenden, wie z. B. Acryl, Polyester, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, sowie andere Arten von Harzbindemitteln alleine oder in Kombination.
- Vliesfasermatten werden manchmal als Verkleidungen für Glasfaserisolationsdecken verwendet, sowie für gepresste Glasfaserisolationsplatten und Kanalauskleidung, wobei die Glasfasern in der Isolation mit einem Bindemittel, typischerweise einem phenolischen Harz, miteinander verbunden werden, die, wenn sie gehärtet sind, eine gelbe, orange, rosa oder braune Farbe haben. Oftmals ist es erwünscht, dass die Mattenverkleidung die gelbe oder andere Farbe des gehärteten Isolationssubstrats verdeckt, wobei eine weiße Oberfläche präsentiert wird, aber normale Glasfasermatte deckt die Farbe aufgrund der Lichtdurchlässigkeit der 10–16 Glasfasern, die normalerweise in der Matte verwendet werden, nicht zu dem gewünschten Ausmaß ab. Es ist möglich, die Deckkraft durch Zugabe von Glasmikrofasern mit kleinem Durchmesser, die mittlere Durchmesser von etwa 2 Mikron oder weniger haben, in die Matte zu erhöhen, aber dies addiert beträchtliche Kosten zu der Matte, macht die Matte schwächer und weicher und erhöht die Menge an Ausschuss, wenn diese Matte Faltproblemen unterworfen wird.
- Es ist auch wie in
US-Patent Nr. 5 965 257 veranschaulicht bekannt, eine Matte herzustellen, die keinen Farbdurchschlag hat, wenn sie als Verkleidungsmatte bei der Herstellung von Schaumisolierung verwendet wird, indem sie auf einer getrennten Beschichtungslinie dick mit einer trockenen, gebundenen Matte beschichtet wird. Dieses Patent lehrt eine Beschichtungszusammensetzung, aufweisend ein oder mehrer Füller und ein Bindemittel, wie z. B. Acryllatex. Es ist auch bekannt, off-line-Beschichtung zu verwenden, um Matten mit besseren Deckeigenschaften herzustellen, aber off-line-Beschichtung ist teuer, was oftmals eine Matte erzeugt, die in den Kosten mit alternativen Verkleidungen wie Faserkraftpapieren und Kunststofffilmen nicht wettbewerbsfähig ist. Obwohl Glasfaser- und manchmal Polymerfaser-Vliesmatten überragend in anderen Gesichtspunkten sind, wie z. B. Beständigkeit, thermischer und Feuchtigkeitsstabilität, verlieren sie oftmals gegenüber den Niedrigkosten-Alternativen. - Es ist in
US-Patent Nr. 5 001 005 und5 965 257 auch offenbart, Glasfasermatten mit 60–90 Gew.-% Glasfasern, 10–40% Nicht-Glas-Füllermaterial und 1–30% eines Nicht-Asphalt-Bindemittels herzustellen, um sie als eine Verkleidung für ein Schaumsubstrat zu verwenden. Die Füllermaterialien werden mit dem Bindemittel auf die Glasfasern gebunden und verhindern das Durchschlagen der Schaumprecursormaterialien, wenn das Letztere vor dem Blasen mit der Matte in Kontakt gebracht wird. - Das Dokument
US 6 432 482 offenbart Mehrschichtfaservliesnetze mit zumindest zwei Schichten mit einer Körperteilschicht und einer Oberflächenteilschicht mit feinen Fasern und/oder Teilchen darin. Das DokumentUS 6 432 482 lehrt jedoch, relativ grobe Teilchen aus verschiedenen Materialien in ein wässriges Bindemittel zu geben. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Es wurde entdeckt, dass die Zugabe von gewissen Arten von Additiven, Papierbeschichtungsmaterialien, zu dem Bindemittel, welches dazu verwendet wird, die Glasfasern in der Vliesmatte miteinander zu verbinden, Vliesverkleidungen erzeugt, die ausgezeichnete Deckkraft haben, ohne der Matte zusätzliche Verarbeitungskosten hinzuzufügen, ohne die Festigkeitseigenschaften zu beeinträchtigen und ohne Herstellungskomplikationen hinzuzufügen, die den bisherigen Verfahren zur Herstellung von Glasfaservliesmatten mit guten Deckeigenschaften inhärent waren.
- Vliesmatten der vorliegenden Erfindung weisen Glas- oder Polymerfasern auf, die mit einem wässrigen Bindemittelsystem, enthaltend ein herkömmliches Harzbindemittel, vorzugsweise ein wasserlösliches Bindemittel, wie z. B. modifizierten Harnstoff-Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd, Furan, Polyvinylalkohol, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose, Zellulosekautschuke, Polyvinylpyrilidon, Polyvinylacetat-Homopolymer etc., und ein Papierbeschichtungsmaterial, wie z. B. Ton, pulverisierten Kalkstein, Polymer, Glas und Keramikmikrokugeln, sowie andere herkömmliche Weißfarbstoffpigmenten, wie z. B. Titandioxid, miteinander verbunden sind. Die bevorzugten Trübungsmittel sind ROPAQUE®, harte Acryl/Styrol-Copolymer-Mikrokugeln, erhältlich von Rohm und Haas aus Philadelphia, PA, Beschichtungen, die auf NovaCote PCTM-Ton basieren, erhältlich von Georgia-Pacific Corporation aus Atlanta, GA, sowie Titandioxidpigmente, erhältlich von vielen Quellen, wie z. B. SUPER SEHTONE® Titanium White, zur Verfügung gestellt von BF Goodrich aus Cincinnati, OH. Matten der vorliegenden Erfindung enthalten 1–20 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 3–15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–10 Gew.-%, basierend auf dem Trockengewicht des Harzmattenbindemittels, von dem Papierbeschichtungsmaterial.
- Die bevorzugte Faser ist Glasfaser, vorzugsweise eine Faser mit einem Durchmesser K oder H, aber andere Fasern, einschließlich synthetischen Fasern, wie Nylon, Polyester, Polyethylen, etc., können in Mengen von bis zu 100% der Fasern vorhanden sein. Eine kleine Menge der Fasern können gebleichte Zellulosefasern oder Fasern sein, die aus zelluloseartigem Material erhalten werden.
- Die erfindungsgemäßen Matten sind weniger teuer herzustellen als bisherige Matten mit der gleichen Deckkraft, da sie weniger teure Fasern mit großem Durchmesser enthalten, als es in bisherigen Matten notwendig war, um die gleichen Abdeckcharakteristiken zu erhalten. Diese Matten sind besonders geeignet für die Verwendung bei der Herstellung von thermischen und/oder Geräuschisolationskomposits, Anschlagbrett, eine Komponente zur Büromodulkonstruktion, Hartfaserplatte und andere ähnliche Produkte.
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch Laminate, aufweisend eine Schicht aus Isolationsglasfasern, die mit einem Bindemittel miteinander verbunden sind, welches eine andere Farbe als weiß hat, üblicherweise gelb oder braun, und auf die zumindest auf eine Fläche eine Vliesfaserglasmatte in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Matte gebunden wurde.
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vliesfasermatten aus einer Aufschlämmung aus Faser, vorzugsweise Glasfaser, aufweisend das Bilden eines Vliesgewebes auf einer sich bewegenden durchlässigen Oberfläche und danach Sättigen des Fasergewebes mit einem Bindemittel auf wässriger Harzbasis, vorzugsweise wasserlöslich, wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd- oder Polyvinylalkoholbindemittel, mit oder ohne Modifikation, enthaltend 1–20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5–10 Gew.-%, basierend auf dem Trockengewicht des Mattenharzbindemittels, von einem oder mehreren Additiven aus einem Ton, gepulvertem Kalkstein, Glas- oder Keramikmikrokugeln, anderen herkömmlichen Weißpigmenten, Entfernen von überschüssigem wässrigem Bindemittel und Trocknen und Härten der Matte in einem Ofen. Die erhaltene Matte wird normalerweise zu Rollen gewickelt und für den Versand verpackt und/oder zu einem Ort der Verwendung transportiert.
- Wenn das Wort „etwa" hier verwendet wird, ist gemeint, dass die Menge oder Bedingung, welche es modifiziert, etwas darüber hinaus variieren kann, solange die Vorteile der Erfindung realisiert werden. Praktisch ist kaum die Zeit oder Ressourcen verfügbar, um sehr genau die Grenzen aller der Parameter einer Erfindung zu bestimmen, da um dies zu tun eine Anstrengung erforderlich wäre, die weitaus größer ist, als zu der Zeit, wenn die Erfindung zu einer kommerziellen Realität entwickelt wird, gerechtfertigt werden kann. Der Fachmann versteht dies und erwartet, dass die offenbarten Ergebnisse der Erfindung zumindest etwas über die eine oder mehrere der offenbarten Grenzen hinausgehen können. Später, wenn die Vorteile der Offenbarung der Erfinder und deren Verständnis des erfindungsgemäßen Konzepts und der offenbarten Ausführungsform, einschließlich der dem Erfinder bekannten besten Art und Weise, verstanden worden sind, können die Erfinder und andere ohne erfinderische Anstrengung über diese offenbarten Grenzen hinaus forschen, um festzustellen, ob die Erfindung über jene Grenzen hinaus realisiert ist, und wenn Ausführungsformen gefunden werden, die ohne jegliche unerwartete Charakteristiken sind, sind solche Ausführungsformen innerhalb der Bedeutung der Bezeichnung etwa, so wie sie hier verwendet wird. Es ist für den Fachmann oder andere nicht schwierig zu bestimmen, ob solch eine Ausführungsform entweder wie erwartet ist oder aufgrund entweder einen Bruch in der Kontinuität von Ergebnissen von einem oder mehreren Merkmalen, die signifikant besser sind als durch den Erfinder berichtet, überraschend ist und somit eine nicht offensichtliche Lehre, die zu einem weiteren Fortschritt der Technik führt.
- EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Matten der vorliegenden Erfindung enthalten etwa 93–99,5, vorzugsweise etwa 96–99,5 Gewichtsprozent Fasern und etwa 0,5–7, vorzugsweise 0,75 oder 1–4 Gewichtsprozent Bindemittel, ausschließlich irgendwelchen Additiven, wie Pigmenten, etc., wie unten beschrieben. Die Mehrzahl der Fasern sind vorzugsweise Glasfasern, aber andere Fasern können vorhanden sein. Die Glasfasern, die verwendet werden, um Matten herzustellen, können verschiedene Faserdurchmesser haben und verschiedene Längen, abhängig von der Festigkeit und anderen Eigenschaften, die in der Matte erwünscht sind, so wie es wohlbekannt ist. Es ist bevorzugt, dass die Mehrzahl der Glasfasern Durchmesser in dem Bereich von weniger als 6 bis zu 23 Mikron oder höher haben, wobei der Hauptanteil der Faser vorzugsweise in dem Bereich von etwa 10 bis 19 Mikron ist und besonders bevorzugt in dem Bereich von etwa 13 bis 17 Mikron, wie z. B. 15–17 Mikron.
- Die Glasfasern können E-Glas, C-Glas, T-Glas, S-Glas oder jede bekannte Glasfaser mit guter Festigkeit und Haltbarkeit in der Gegenwart von Feuchtigkeit sein. Normalerweise haben die verwendeten Glasfasern alle etwa die gleiche Ziellänge, wie z. B. 0,25, 0,5, 0,75, 1 oder 1,25 Inch, aber Fasern mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen mittleren Durchmessern können ebenfalls verwendet werden, um andere Charakteristiken in bekannter Art und Weise zu erhalten. Fasern von bis zu etwa 3 Inch in der Länge können in einem Naßverfahren verwendet werden, um Glasfasermatten herzustellen, und sogar noch längere Fasern können in einigen trockenen Verfahren verwendet werden. Allgemein ist je länger die Faser umso höher die Zugfestigkeit und Abzugsfestigkeit der Matte, aber umso schlechter die Faserdispersion.
- Die Bindemittel, die verwendet werden, um die Fasern miteinander zu verbinden, sind vorzugsweise Harze, die eine wässrige Lösung oder Latexemulsion ergeben. Typische Bindemittel auf Harzbasis, welche diese Beschreibung erfüllen, sind Polyvinylalkohol, Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Lignosulfonate, Harnstoff-Formaldehydharze, modifiziert in bekannter Art und Weise, um das Bindemittel zu plastifizieren und höhere Feuchtigkeitsfestigkeiten zur Verfügung zu stellen, Zellulosekautschuke und andere ähnliche Harze. Von diesen sind herkömmlich modifizierte Harnstoff-Formaldehydharze besonders bevorzugt aufgrund ihrer Kosten, der Bindungsfestigkeit an Fasern, insbesondere Glasfasern, und ihrer Eignung für verschiedene Anwendungen.
- Papierbeschichtungsmaterialien wurden lange dazu verwendet, um die Oberfläche des Papiers zu verbessern und in letzter Zeit, um seine Druckcharakteristiken zu verbessern. Papier wird aus Fasern gemacht, die in einem Naßverfahren eng aneinander gelegt werden, sodass die Poren zwischen den Fasern sehr klein sind, sodass, wenn ein Papierbeschichtungsmaterial auf das gebildete Papier aufgebracht wird, die Teilchen in dem Beschichtungsmaterial oben auf dem Papier verbleiben. Vliesfaserglasmatten haben jedoch sehr viel größere Poren zwischen den Fasern, wie durch die hohe Luftdurchlässigkeit in den Matten im Vergleich zu Papier gezeigt werden kann und wie durch die Art und Weise gezeigt werden kann, mit welcher ein wässriges Bindemittel auf das neu gebildete feuchte Gewebe aus Glasfaser aufgebracht wird, d. h. durch Fluß eines wesentlichen Überschusses von Bindemittel durch die Matte hindurch in einer sehr kurzen Zeit innerhalb einiger Fuß, während die Matte sich mit einigen Hundert Fuß pro Minute bewegt, und dann Entfernen von überschüssigem Bindemittel von der Matte, indem die Matte über einen Saugschlitz läuft. Wenn die Permeabilität des feuchten Gewebes nicht wesentlich höher als die von Papier ist, wird das Bindemittel dazu tendieren, auf der Oberfläche eine Lache zu bilden und nicht in die Matte fließen. Aus diesem Grund werden Glasfasermatten nicht in der Art, wie sie für Papiere verwendet wird, feucht „beschichtet".
- Die bevorzugten Trübungsmittel sind ROPAQUE®, harte Acryl/Styrol-Copolymer-Mikrokugeln, erhältlich von Rohm und Haas aus Philadelphia, PA, Beschichtungen, basierend auf NovaCote PCTM-Ton, erhältlich von Georgia-Pacific Corporation aus Atlanta, GA, und Titandioxidpigmente, erhältlich von vielen Quellen, wie z. B. SUPER SEATONE® Titanium White, zur Verfügung gestellt von BF Goodrich aus Cincinnati, OH.
- Verfahren zur Herstellung von Vliesfaserglasmatten sind wohlbekannt und einige von ihnen sind in
US-Patent Nrn. 4 112 174 ,4 681 802 und4 810 576 beschrieben, die als Quellen hiermit durch Bezugnahme in der Offenbarung mit eingeschlossen werden, jedoch kann jedes bekannte Verfahren zur Herstellung von Vliesmatten verwendet werden. Die bevorzugte Technik zur Herstellung von Matten der vorliegenden Erfindung ist die Bildung einer verdünnten wässrigen Aufschlämmung von Fasern und Ablagerung auf einen ein geneigtes, sich bewegendes Sieb bildenden Draht, um die Aufschlämmung zu entwässern und eine feuchte Vliesfasermatte zu bilden, auf Maschinen wie z. B. einem HydroformerTM, hergestellt von Voith-Sulzer aus Appleton, WS oder einem DeltaformerTM, hergestellt von Valmet/Sandy Hill aus Glenns Falls, NY. Die hier offenbarten Beispiele wurden auf einem Modell einer Naßformmaschine, Bindemittelapplikator und Ofen im Pilotmaßstab hergestellt, die eine Matte herstellt, die sehr ähnlich ist einer Matte, die aus der gleichen Aufschlämmung und Bindemittel auf einem Voith-Sulzer DeltaformerTM mit einem Vorhangbeschichtungsbindemittelapplikator und einem Konvektionstrockner vom durchlässigen Flachbett-Förderbandtyp in Produktionsgröße hergestellt werden würde. - Nachdem aus der faserigen Aufschlämmung ein Gewebe gebildet wurde, wird das feuchte, ungebundene faserige Vliesgewebe oder Matte dann auf ein zweites sich bewegendes Sieb übertragen, welches durch eine Bindemittelauftragungssättigungsstation hindurch läuft, wo das Bindemittel, vorzugsweise auf Harzbasis, in wässriger Lösung auf die Matte aufgebracht wird. Der Überschuss an Bindemittel wird entfernt und die feuchte Matte wird auf ein sich bewegendes durchlässiges Band überführt, welches durch einen Konvektionsofen hindurch läuft, wo die ungebundene feuchte Matte getrocknet und gehärtet wird, um die Fasern in der Matte miteinander zu verbinden. Bei der Herstellung wird die trockene gehärtete Matte dann üblicherweise zu Rollen aufgewickelt und verpackt, wie z. B. durch Streck- und Schrumpfumhüllung, oder indem sie in einen Plastikbeutel gegeben wird, um Feuchtigkeit und Schmutz, etc. herauszuhalten.
- Vorzugsweise wird die wässrige Bindemittellösung unter Verwendung eines Vorhangbeschichters oder eines Tauch- und Quetschapplikators aufgebracht. In dem Trocknungs- und Härtungsofen wird die Matte auf Temperaturen von etwa 350 Grad F erwärmt, dies kann jedoch von etwa 250 Grad F bis zu so hoch variieren, dass das Bindemittel nicht versprödet oder sich verschlechtert, abhängig von der Art des verwendeten Harzbindemittels, für Zeiträume, die üblicherweise 1 oder 2 Minuten nicht überschreiten und häufig für weniger als 40 Sekunden, vorzugsweise signifikant weniger als 30 Sekunden. Aufgabe der Erfindung sind weiterhin die Lehren der Ansprüche 1 bis 10.
- Beispiel 1
- Eine Faseraufschlämmung wird in einer wohlbekannten Art und Weise hergestellt, indem ein halbes Inch lange feuchte geschnittene Glasfasern vom E-Typ mit Faserdurchmessern im Mittel von etwa 10 Mikron zu einem bekannten kationischen Siebwasser, enthaltend NatrosolTM-Verdickungsmittel, erhältlich von Hercules, Inc., und ein kationisches Tensid C-61, ein ethoxyliertes Talkamin, erhältlich von Cytec Industries, Inc. aus Morristown, NJ, als ein Dispergiermittel gegeben werden, um eine Aufschlämmung mit einer konventionellen Faserkonzentration zu bilden. Nachdem die Aufschlämmung für etwa 20 Minuten rühren gelassen wurde, um die Fasern sorgfältig zu dispergieren, wird die Aufschlämmung in einen sich bewegenden Strom aus dem gleichen Siebwasser hinzugemessen, um die Faserkonzentration auf herkömmliche Konzentrationsgewichtsprozent zu verdünnen, bevor die verdünnte Aufschlämmung in einen Stoffauflaufkasten einer Maschine im Pilotmaßstab ähnlich zu einem Voith HydroformerTM gepumpt wird, wo kontinuierlich eine feuchte Vliesmatte gebildet wird.
- Die feuchte Matte wird von dem Formdraht entnommen und in einen Sandy Hill-Vorhangbeschichter überführt, wo ein herkömmliches wässriges modifiziertes Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel in einer Menge aufgebracht wird, um einen Bindemittelgehalt in der gehärteten Matte von etwa 25 Gewichtsprozent zur Verfügung zu stellen. Das verwendete Bindemittel in dieser Matte enthält keinerlei Füllmittel. Die feuchte Matte wird dann auf ein Ofenband überführt und durch einen Ofen hindurch getragen, um die Matte zu trocknen und das Bindemittelharz bei einer Temperatur von etwa 300 Grad F vollständig zu härten.
- Dies ist eine konventionelle und Kontrollmatte. Das Basisgewicht der hergestellten Matte ist 1,41 lbs./100 sq.ft. und die Durchlässigkeit der Matte ist 704 cu. Ft/sq. ft./min. und die Dicke ist 27 mil. Diese Matte wird unter Verwendung eines Hunter-Colorimeters untersucht, nachdem die Matte in einer herkömmlichen Art und Weise auf ein konventionelles gelbes Fiberglaswolleisolationsbrett gebunden wurde. B* ist ein Maß für (L*a*b*), zur Verfügung gestellt durch das Hunter-Colorimeter. Je niedriger der B*-Wert, umso besser deckt die Matte die gelbe Farbe der Isolation ab. Der B*-Wert der gelben Fiberglasisolation alleine ist etwa 78. Der B*-Wert dieser Kontrollmatte aus Beispiel 1, laminiert auf die gelbe Fiberglasisolierung, ist 27,6.
- Beispiel 2
- Eine weitere Matte wird in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 verwendet hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Zugabe von 5 Gew.-%, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels, hartem hohlem Polymer-Mikrokugellatex mit 0,5 Mikron im Durchmesser zu dem Bindemittel vorgenommen wird. Die Mikrokügelchen sind erhältlich von Rohm und Haas aus Philadelphia, PA, als deren ROPAQUE® OP96-Produkt. Diese Mikrokugeln sind ein harter, nicht filmbildender Acryl/Styrol-Copolymerlatex, der einen vollständig eingekapselten wassergefüllten Kern enthält. Das Wasser in dem Kern diffundiert aus den Mikrokugeln während des Mattentrocknungsprozesses heraus, was die hohlen Mikrokugeln in der Matte belässt. Das OP96-Produkt ist eine milchig weiße Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-%, einer Dichte von 8,6 lbs./Gallone und einer Viskosität von weniger als 300 Centipoise. Es ist als ein Trübungsmittel für die Verwendung bei einer Papierbeschichtung bekannt.
- Das Basisgewicht dieser Matte ist 1,42 lbs./100 sq. ft., die Durchlässigkeit ist 496 cu. ft./sq. ft./min. und die Dicke ist 28,2 mil, etwa das gleiche wie bei der Kontrollmatte, aber der B*-Wert ist mit 24,9 sehr viel besser. Diese erfindungsgemäße Matte deckt die gelbe Farbe des gelben Isolationsbrettes sehr viel besser ab als die herkömmliche Kontrollmatte.
- Beispiel 3
- Eine weitere Matte wird in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 verwendet hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Matte schwerer mit mehr Fasern und dem gleichen Bindemittel gemacht wird, um eine zweite Kontrollmatte mit einem Basisgewicht von 2,04 lbs./100 sq. ft. und einem LOI (Glühverlust) von 26,8% herzustellen. Diese Matte hat eine Durchlässigkeit von 557 cu. ft./sq. ft./min., eine Dicke von 37,4 mil und einen B*-Wert von 19,9. Diese zweite Kontrollmatte hat eine bessere Abdeckfähigkeit als die Matten der Beispiele 1 und 2, aber einen teuren Gewichtsnachteil aufgrund der Verwendung von mehr Faser und Bindemittel.
- Beispiel 4
- Eine weitere Matte wird in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 verwendet hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Gewicht der Matte reduziert wird und eine Zugabe von 10 Gew.-%, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels, hartem hohlem Mikrokugellatex mit 1,0 Mikron im Durchmesser zu dem Bindemittel vorgenommen wird. Diese Mikrokugeln sind erhältlich von Rohm & Haas Company als HP 1005-Produkt.
- Das Basisgewicht dieser Matte ist 1,57 lbs./100 sq. ft., sehr viel geringer als die zweite Kontrollmatte. Die Porosität dieser Beispiel 4-Matte ist 635 cu. ft./sq. ft./min., die Dicke sind dünne 30,6 mil, der LOI ist etwas niedriger bei 26,3% und B*-Wert ist niedriger als 19,7. Diese erfindungsgemäße Matte hat eine leicht bessere Deckkraft bei einem wesentlich geringeren Basisgewicht und Dicke.
- Beispiel 5
- Eine weitere Matte wird in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 verwendet hergestellt, mit der Ausnahme, dass einen halben Inch lange Fasern mit 13 Mikron anstelle der 10 Mikron Fasern verwendet werden, und das Bindemittel wird so gesteuert, dass eine Matte mit einem LOI von etwa 21% hergestellt wird.
- Diese Matte, eine dritte Kontrollmatte, hat ein Basisgewicht von 1,46 lbs./100 sq. ft., eine Durchlässigkeit von 798 cu. ft./sq. ft./min., eine Dicke von 31 mil und einen B*-Wert von 26,5. Diese Matte hat leicht bessere Deckkraft als die erste Kontrollmatte, aber schlechtere als die Matten der Beispiele 2 und 4.
- Beispiel 6
- Eine Matte wird hergestellt unter Verwendung des Verfahrens aus Beispiel 5, mit der Ausnahme, dass eine 10 gew.-%ige Zugabe, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels, NovaCote PCTM 3050, erhältlich von Georgia Pacific aus Atlanta, GA, und eine 5 gew.-%ige Zugabe von Titandioxidpigment, genannt Super Sextone® Titanium White, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels, zu dem konventionellen Bindemittel gemacht werden. Das NovaCote PCTM 3050 ist ein wässriger Ton/Bindemittel mit einem Feststoffgehalt von 64–68%, einer Brookfield-Viskosität in dem Bereich von 100–1000 Centipoise und einer Dichte von 13 lbs./Gallone. Dieses Produkt wird derzeit dazu verwendet, um Produkte aus Pappen zu beschichten, um die Druckeigenschaften zu verbessern. Das Super Sextone® Titanium White ist ein Titanoxidpigment, erhältlich von BF Goodrich aus Cincinnati, Ohio. Dieses Produkt hat eine Dichte von 16,2 lbs./Gallone und einen Feststoffgehalt von 64 Gew.-% in 26,6 Gew.-% Wasser und 4,5 Gew.-% Propylenglykol.
- Das Basisgewicht dieser erfindungsgemäßen Matte ist 1,41 lbs./100 sq. ft., die Durchlässigkeit ist 801 cu. ft./sq. ft./min., bei einer Dicke von 30 mil und einem B*-Wert von 19,7. Diese Matte hat sehr viel besseren Deckwert als die konventionelle Matte aus Beispiel 5 bei leicht geringerem Basisgewicht.
- Beispiel 7
- Eine Matte wird hergestellt unter Verwendung des gleichen Verfahrens und Formulierung wie in Beispiel 6, jedoch wird die Bildung der Matte so gesteuert, dass eine trockene Matte mit einem Basisgewicht von 1,55 lbs./100 sq. ft. und einem Bindemittelgehalt von 24,3 Gew.-% hergestellt wird. Diese Matte hat eine Dicke von 24 mil, eine Durchlässigkeit von 800 cu. ft./Minute/sq. ft. und einen B*-Wert von 21,7.
- Diese Beispiele zeigen die überraschende Tatsache, dass Matten mit 20–30% geringerem Basisgewicht die gleiche überragende Deckkraft haben können, wenn das Harzbindemittel, welches die Fasern zusammenhält, eine ausreichende Menge eines Papierbeschichtungsmaterials enthält, vorzugsweise etwa 5–10 Gew.-%, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels, wenn das Papierbeschichtungsmaterial als ein Bestandteil des Harzbindemittels aufgebracht wird.
Claims (12)
- Faservliesmatte mit ausgezeichnetem Deckvermögen, aufweisend Glasfasern, die mit trocken 5–25 Gew.-% eines wässrigen Bindemittelsystems, enthaltend ein herkömmliches Harzbindemittel, und 3–20 Gew.-% feinen Teilchen aus einem Papierbeschichtungsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ton, gepulvertem Kalkstein, Titandioxid, anderen herkömmlichen weißen Pigmenten und harten Polymer-, Glas- oder Keramikmikrokugeln, basierend auf dem Trockengewicht des Harzbindemittels in der Matte, miteinander verbunden werden.
- Matte nach Anspruch 1, wobei das Harzbindemittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus modifiziertem Harnstoffformaldehyd, Melaminformaldehyd, Furan, Polyvinylalkohol, Hydroxylethylcellulose, Carboxylmethylcellulose, Cellulosekautschuken, Polyvinylpyrilidon, Polyvinylacetathomopolymer, und wobei die Matte etwa 3–15 Gew.-% des Papierbeschichtungsmaterials, basierend auf dem Trockengewicht des Harzbindemittels in der Matte, enthält.
- Matte nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Harzbindemittel ein wasserlösliches Bindemittel ist.
- Matte nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Matte weiterhin andere Fasern aufweist.
- Matte nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Matte 3–10 Gew.-% polymere Mikrokugeln, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels in der Matte, enthält.
- Matte nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Matte 3–10 Gew.-% Ton, Titandioxid oder eine Mischung davon, basierend auf dem Gewicht des Harzbindemittels in der Matte, enthält.
- Laminat, aufweisend eine Schicht aus Glasfaserisolierung, wobei zumindest auf eine Oberfläche eine Vliesglasfasermatte mit ausgezeichnetem Deckvermögen gebunden wurde, wobei die Matte Glasfasern aufweist, die mit einem wässrigen Bindemittelsystem miteinander verbunden sind, enthaltend ein herkömmliches Harzbindemittel, wobei der Bindemittelgehalt der Matte in dem Bereich von etwa 5–25 Gew.-% der Matte liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte etwa 3–20 Gew.-% feine Teilchen aus einem Papierbeschichtungsmaterial enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ton, Titandioxid, anderen weißen Pigmenten und Polymer-, Glas- oder Keramikmikrokugeln, basierend auf dem Gewicht des trockenen Bindemittels in der Matte.
- Laminat nach Anspruch 7, wobei die Matte 3–10 Gew.-% polymere Mikrokugeln enthält, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels in der Matte.
- Laminat nach Anspruch 7, wobei die Matte 5–10 Gew.-% Ton, Titandioxid oder eine Mischung daraus enthält, basierend auf dem Trockengewicht des Harzbindemittels in der Matte.
- Verfahren zur Herstellung einer Faservliesmatte gemäß Anspruch 1, aufweisend das Bilden eines Gewebes aus Glasfasern, Aufbringen eines wässrigen Bindemittels auf Harzbasis auf das Fasergewebe und Trocknen des Gewebes und Härten des Bindemittels, um eine fertige Matte zu bilden, wobei der Bindemittelgehalt der fertigen Matte in dem Bereich von etwa 5–25 Gew.-% liegt, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 3–20 Gew.-% an Teilchen eines Papierbeschichtungsmaterials zugegeben werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ton, Titandioxid, anderen herkömmlichen Weißpigmenten und Polymer-, Glas- oder Keramikmikrokugeln, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei genug Polymermikrokugeln zu dem Bindemittel zugegeben werden, um 3–10 Gew.-% Polymermikrokugeln herzustellen, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels in der Matte.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei genug Ton, Titandioxid oder eine Mischung davon zu dem Bindemittel zugegeben wird, um 3–10 Gew.-% Ton plus Titandioxid herzustellen, basierend auf dem Trockengewicht des Bindemittels in der Matte.
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