借助粘合剂生产基于无机或有机绝热材料的复合元件的方法

摘要

本发明涉及一种生产由至少一个外层a)和绝热材料b)组成的复合元件的方法，其中在外层a)和绝热材料b)之间施加了粘合剂c)。根据所述方法，使外层a)连续移动，将绝热材料b)施加至外层a)上，以及任选将另一外层a)施加至绝热材料b)上，将粘合剂c)施加至绝热材料b)或外层a)上。本发明方法的特征在于借助水平或略偏离水平至多15°，优选平行于外层a)或绝热材料b)安装的旋转扁平体施加粘合剂c)。

说明书

本发明涉及一种使用粘合剂生产包含至少一个外层和绝热材料的复合 元件的方法，其中所述绝热材料的实例为纤维板片或发泡聚苯乙烯片 (EPS)。

尤其包含金属外层和含绝热材料芯的复合元件的生产是已知的。更具体 而言，目前已在更大程度上实现了在连续的双带体系上生产常称作石纤维夹 心元件的包含石纤维芯的片。这类元件除了作为结构元件的用途之外，其关 键优点还在于其高水平的耐燃烧性。石纤维夹心元件尤其用于设计其中非常 高水平的防火性是关键因素的非常广泛的各种建筑物的饰面和屋顶。除了涂 敷钢片之外，用于这类应用的外层还包括不锈钢片、铜片或铝片。

已确定用于将芯材料，更特别是石纤维板相互粘结或与金属外层粘接 的化合物为单组分或两组分的基于异氰酸酯的粘合剂。粘结至金属外层可 以各种方式进行。例如可将活化的多元醇组分和异氰酸酯组分相互分开地 以液滴或液体流(tracks of liquid)的形式施加至金属片上，并可使用摆动刮 水片进行混合。该简单方法的缺点为混合质量不足且产生的高水平的材料 消耗仅得到中等的粘合性能。反应混合物还可使用高压或低压技术机械生 产且借助摆动浇铸耙(casting rake)或喷雾器施加至金属片或石纤维上。使 用浇铸耙需要较大量的粘合剂，因为在低生产量时铸管非常容易堵塞且必 须经常间隔更换。因此，在许多地方，已经确定了喷雾器。然而，该施加 模式也有缺点。连续双带的速率受混料头的最大可能摆动速率限制。另一 缺点为随着摆动增加，粘合剂更多施加在外层的边缘区域且较少施加在中 间区域。这导致芯材料和外部金属层之间的粘合不足。此外，该程序具有 形成气溶胶危险。这些气溶胶危害健康且还污染了双带体系上的排气体系。

因此，本发明的目的是找到一种将粘合剂，更特别是基于异氰酸酯的 粘合剂非常均匀地分布在外层和/或芯材料上的方法，其不限制生产速率， 不形成气溶胶，且尽管粘合剂量少仍确保足够的粘合。该方法应能连续或 不连续地使用。例如当启动双带时和在不连续操作压制的情况下，不连续 程序可能是合适的。

在低水平使用材料下确保粘合的可行方法为将粘合剂以液滴施加至外 层或芯材料上，其中所述粘合剂优选构成最佳混合的聚氨酯反应混合物。 通过将粘合剂连续施加至转盘上且甩出反应混合物易于产生并分配液滴。 圆盘的缺点为以元件中心区域的液滴密度为代价导致了材料在边缘区域的 累积。

一种非常类似于旋涂的方法同样使用旋转设备。然而，此时由于盘的 旋转将物质横向甩出。例如如US3349568、DE2808903和WO9959730 中所述，该技术尤其适合于从内部涂敷管道或其它空心空穴。该技术的开 发用于涂敷模制品以及金属片。然而，在所有这些方法中，用于涂敷的外 层定向在转盘周围，且物质总是从盘上横向甩出至所述外层上，例如如DE 2412686中所述。为了改进应用，使一部分额外经受静电场。然而，在所 有这些方法中，可能在很大程度上形成气溶胶，其危害环境并对健康有害。

因此，本发明的目的为找到一种将粘合剂施加至水平金属片或片状绝 热材料上的合适方法，其中所述方法适合于生产夹心元件，不释放任何气 溶胶，维持费用低，不限制双带体系的生产速率，且确保粘合剂在板宽度 上的高度均匀分布。

令人惊讶的是，该目的可通过经由水平，优选与外层或与板基材平行 的旋转扁平体将粘合剂施加至外层而实现。该旋转扁平体可优选具有四角 或五角的平面星、角向上弯曲的四角星或五角星或者具有以阶梯状方式上 升的边缘的平面盘的形式。

因此，本发明提供了一种生产包含至少一个外层a)和绝热材料b)的复 合元件的方法，其中在外层a)和绝热材料b)之间施加了粘合剂c)，尤其是 基于异氰酸酯的粘合剂，其中使外层a)连续移动，将粘合剂c)施加至绝热 材料b)和/或外层上，且使外层a)和绝热材料b)相互连接，该方法包括借 助水平或略偏离水平至多15°，优选平行于外层或绝热材料b)安装的旋转 扁平体施加粘合剂c)。

本发明进一步提供了一种用于生产包含至少一个外层a)和绝热材料b) 的复合元件的设备，其中绝热材料用粘合剂c)相互连接，包括外层a)和绝 热材料b)的连续供入，以及用于施加粘合剂c)的设备，其中粘合剂c)借助 水平或略偏离水平至多15°，优选平行于外层或绝热材料b)安装的旋转扁 平体施加。

本发明进一步提供了一种将液体施加至连续传送的基材，更特别是复合 元件的外层或绝热材料上的设备，其中该设备包括水平，优选平行于外层或 绝热材料安装的旋转扁平体，其中将液体施加至所述旋转扁平体上并通过旋 转扁平体的边缘或表面的旋转而甩出，接着传输至外层和/或绝热材料上。

作为外层可使用石膏板、玻璃瓦、铝箔、铝片、铜片或钢片，优选铝 箔、铝片或钢片，特别优选钢片。钢片可涂敷或未涂敷。优选它们未经过 电晕处理。

外层优选以2-15m/min，更优选3-12m/min，特别优选3-9m/min的 恒定速率运输。从其中施加粘合剂的点，外层或绝热材料位于水平或略微 倾斜的位置。

复合元件可包含仅仅一个外层，该外层与绝热材料b)连接。

在典型的夹心元件的情况下，绝热材料由下部的外层和上部的外层封 闭。对于生产而言两个外层都必须粘结在无机或有机绝热材料上。为将上 部外层粘结至绝热材料，可将粘合剂施加至上部外层或绝热材料上。向上 部外层的施加优选同样使用本发明施加粘合剂的设备进行。

在生产复合元件的本发明方法中，当使用金属片或箔作为外层时，将 外层从卷上连续解开，合适的话成型，加热，以及合适的话电晕处理。随 后将粘合剂施加至外层或绝热材料上，并将元件传输通过加热的双层片带， 其中进行真正的粘结且粘合剂固化。将连续的带锯成所需的元件长度。

这里有利的是施加粘合剂与外层和绝热材料间的接触时之间相距时间 短。这使该方法在起始和结束以及在生产操作中发生不可预见的中断时产 生的浪费最小化。

用于将下部外层粘结至绝热材料或将绝热材料粘结至上部外层的粘合 剂释放如上所述经由水平，优选平行于下部外层安装，并可经由驱动装置 设定旋转的旋转扁平体进行。该旋转体还可偏离水平至多15°安装。该旋 转扁平体可优选在顶面上具有在俯视图中具有圆角且没有直线的四角或五 角的平面星的形式，或者具有以阶梯状方式向外上升的边缘的平面圆盘的 形式以及位于其中的出口，更特别是孔。

图1显示了没有直线的四角星的俯视图。此时粘合剂优选通过中间供 入。

液滴从星形盘的上部边缘甩出。该星是扁平的且优选0.5-20mm厚。 取决于复合元件的宽度，其具有4-30cm的外径和1-20cm的内径。优选外 径为5-20cm，内径为2-10cm。该星由粘附少量(如果有的话)聚氨酯的材料 制造。优选使用聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、特氟隆，或涂敷有这些聚合物 的金属载体。如上所述，该星的整个外部边缘为弯曲构造，从而在俯视图 中不存在直线和锐角或钝角。内径代表外部边缘离该星固定在其上的轴(1) 的中心点的最近距离，外径代表相应的最远点。合适的话，甩出边缘可配 有2-10个额外的凹槽。该类星在图2中描述。甩出边缘为在每种情况下位 于旋转方向的滑流中的一个星臂的长边。

图3显示了圆形阶梯盘的侧视图。在该情况下轴(A)位于盘的中心点。 液滴通过孔(B)从阶梯盘甩出。该阶梯(C)位于盘的顶面上。它们以向外面 上升的方式排列。使用两个到至多七个阶梯，优选使用2-4个阶梯。孔(B) 位于各阶梯的内角，该孔向下和向外倾斜。这些孔的角度为水平向下 10-80°，但是优选30-60°。每个阶梯的孔数及其直径取决于待释放体积， 其目的为使在待生产元件宽度上的分布均匀性最大化。每个阶梯使用2-8 个，优选4-6个穿孔。阶梯的间隔可在半径上均匀分布，或非均匀分布， 其意义是间隔从里到外变大。

取决于复合元件的设计宽度，阶梯盘具有4-40cm，优选5-30cm的直径。 将其以距待润湿外层a)或绝热材料b)1-20cm，优选3-10cm的距离安装。

粘合剂从下方到上部外层的施加可借助其角向上弯曲且其外部轮廓以 使得不存在直线或锐角或钝角的曲率而成型的四角星或五角星进行。该星 在其形状上优选相应于如上所述且在图1中描绘的星。在该情况下，粘合 剂又优选通过中心供应。当凹入的星旋转时，将粘合剂施加在旋转轴附近 且通过离心力在边缘处甩出。这里必须选择旋转速率和离上部外层的距离， 以使液滴在到达其轨迹顶点之前打到外层，这是因为由于重力和减速又会 向下移动。

星的内部曲率类似球形界面。球形截面的高度为1-10cm。由星的角的 旋转所描绘的外部直径为8-60cm，但是优选为10-40cm。旋转时星的内部 直径描绘了2-40cm的圆直径，但是优选4-20cm的圆直径。

材料为0.5-20mm厚。星同样由粘附少量(如果有的话)聚氨酯的上述材 料制造。星的整个外部边缘同样具有弯曲构造，从而在俯视图中不存在直 线和锐角或钝角。合适的话，甩出边缘可配有2-10个额外凹槽。

粘合剂的润湿半径应经由旋转体的旋转速率和间隔设定，从而覆盖夹 心元件的整个设计宽度。

旋转扁平体的旋转速率优选为200-2500min^-1，特别优选 200-2000min^-1，尤其是300-1500min^-1。

施加的粘合剂c)的量为每侧30-300g/m²，优选40-200g/m²，特别优选 50-150g/m²。

在粘合剂c)施加至旋转扁平体之前，将粘合剂c)在机器中混合，对其 可使用高压或低压混合器，优选低压混合器，然后将其经由合适的释放工 具如下游搅拌单元施加至旋转扁平体上。如果旋转扁平体借助驱动装置设 定旋转，则粘合剂c)二维分布在位于下方的连续传送的外层或绝热材料上。 当将弯曲的星用于润湿上部外层时发生同样的情况。反应混合物通常通过 旋转轴供应。粘合剂的混合和施加至旋转体例如可使用塑料搅拌单元进行。 释放的粘合剂c)的量以使得实现每m²金属片所需施加量的方式与连续双 带的速率相符合。首先向下部外层提供粘合剂，随后放上绝热材料，然后 使用另一旋转供料器将粘合剂施加至绝热材料以粘结上部外层。

与现有技术相反，粘合剂c)实际上从横向甩出，但是由于低旋转速率 和旋转体的构造设计，所述粘合剂分布在水平放置，优选与旋转体平行且 低于或高于旋转体的外层上。令人惊讶地发现借助上述技术的施加可在不 仅没有气溶胶，而且在宽度上显著更均匀分布的情况下进行。

在本文中气溶胶为气体如空气与细微分布在其中的约10^-7-10^-3cm直径 的小的液体颗粒的胶体体系。

在本领域中对于将绝热材料板粘接至外层的目的，施加尽可能粘的粘 合剂薄膜。令人惊讶地发现通过液滴施加的逐滴粘结代表了在材料方面提 供了显著较高的经济性，同时保持大于无机或有机绝热材料横向拉伸强度 的粘合强度的方案。

令人惊讶的是，额外发现粘合剂施加至外层或绝热材料上的图案比使 用圆盘时更均匀，这是由具有向外倾斜的出口的星型体形状和圆盘的阶梯 状形状引起的。

图4显示了一种使用本发明的阶梯盘生产夹心元件的设备。将粘合剂 经由计量工具(2)施加至阶梯盘(3)上。将粘合剂(4)经由旋转的阶梯盘(3)施 加至下部外层(5)上，然后放上绝热材料板。随后，使用另一阶梯盘(4b)， 又可将粘合剂分布在绝热材料板的顶面，并可施加上部外层(4b)。

作为粘合剂c)，优选使用基于异氰酸酯的粘合剂，更特别是反应性的 单组分或多组分聚氨酯体系。

就此而言，可使用由现有技术已知的基于异氰酸酯的粘合剂。这些粘 合剂通常可通过使多异氰酸酯与具有两个对异氰酸酯呈反应性的氢原子的 化合物反应而获得，其中优选选择反应比以使反应混合物中异氰酸酯基团 的数目与对异氰酸酯呈反应性的基团的数目之比为0.8-1.8∶1，优选1-1.6∶1。

所用多异氰酸酯为典型的脂族，环脂族，尤其是芳族二异氰酸酯和/ 或多异氰酸酯。优选使用甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)，尤其是二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚苯基-多亚甲基多异氰酸酯的 混合物(粗MDI)。

具有至少两个对异氰酸酯呈反应性的氢原子的合适化合物通常为在其 分子中带有两个或更多个选自OH基、SH基、NH基、NH₂基和CH-酸性 基团如β-二酮基的反应性基团的那些。

优选使用聚醚醇和/或聚酯醇，特别优选聚醚型多元醇。所用聚醚醇和 /或聚酯醇的羟基数优选为25-800mg KOH/g；分子量通常大于400。聚氨 酯可在存在或不存在增链剂和/或交联剂的情况下制备。所用增链剂和/或交 联剂尤其包括具有2或3个官能度的醇和胺，尤其是具有小于400，优选 60-300的分子量的二醇和/或三醇。

粘合剂c)的多元醇组分在35℃时的粘度优选为100-1000mPas，更优 选100-800mPas，特别优选100-400mPas。

合适的话在粘合剂c)中可存在添加剂或反应性阻燃剂。这类阻燃剂的 用量基于多元醇组分的总重量通常为0.1-30重量％。

优选不对多异氰酸酯与多元醇的反应加入任何物理发泡剂。然而，所 用多元醇仍可包含残余的水，或可将少量水加入其中，其中该水用作发泡 剂。因此所得聚氨酯粘合剂的密度为40-800g/l，优选50-500g/l，特别优选 60-200g/l。

用作本发明方法的芯材料的无机绝热材料b)尤其为通常作为板材产品 或作为交替条产品提供的石纤维或褐块石棉绝热材料。当对复合元件要求 高水平的防火安全时，尤其优选无机芯材料。

有机绝热材料为由发泡塑料如发泡聚苯乙烯(EPS，XPS)、发泡PVC、 发泡聚氨酯或三聚氰胺树脂泡沫制得的市售板材。

用于此的聚氨酯添加剂的密度为40-800kg/m³，优选50-500kg/m³，更 特别为60-200kg/m³。

复合元件的厚度通常在5-250mm范围内。

实施例

A)粘合剂体系的组成

A组分

20份聚醚醇1，由蔗糖、季戊四醇以及氧化丙烯组成，官能度为4， 羟基数为400mgKOH/g

25份聚醚醇2，由甘油以及氧化丙烯组成，官能度为3，羟基数为 400mgKOH/g

41份聚醚醇3，由丙二醇和氧化丙烯组成，官能度为2，羟基数为 250mgKOH/g

10份阻燃剂，磷酸三氯代异丙基酯，TCPP

2份含硅酮的稳定剂

1份水

1份叔胺

B组分

Isocyanate Lupranat M20，聚MDI(BASF AG)

将A和B组分以使得指数在110左右的比例相互混合。

B)PU体系II的组成

A组分

50份聚醚醇4，由蔗糖和氧化丙烯组成，官能度为4.5，羟基数为480mg KOH/g

25份聚醚醇3，由丙二醇和氧化丙烯组成，官能度为2，羟基数为 250mgKOH/g

20份阻燃剂1，磷酸三氯代异丙基酯，TCPP

0.5份水

1.5份含硅酮的稳定剂

3份叔胺

B组分

Isocyanate Lupranat M50，聚MDI(BASF AG)

使A和B组分以使得指数在120左右的比例反应。

粘合剂体系借助低压混合机器(UNIPRE)在30-50℃的温度下混合，并 借助塑料搅拌单元施加至旋转体上。双带具有1.2m的宽度并以6m/min的 固定速率前进。改变释放的粘合剂的量以实现100g/m²、120g/m²和140g/m²的施加量。双带的温度为30-45℃。中间三分之一的释放量以及总的释放性 能在单独试验中测定。在这些试验中将反应混合物施加至具有固定纸张定 量的纸幅上。通过将从混料头出现的反应混合物施加至旋转体上而进行施 加。由于旋转运动，反应混合物通过阶梯盘中的孔或从星型盘的边缘甩出， 并以液滴形式冲击下部的纸外层。固化后，称量1延米纸幅，将其分成3 个并确定中间三分之一的量。

总施加量与中间三分之一中的施加量的差为粘合剂在板宽度上分布的 量度。

体系固化之后，锯成测量为100×100×5mm的样品，并根据DIN EN ISO 527-1/DIN 53292测定绝热材料与外层的粘合力。

表1.实验参数和结果。

  旋转体    底部  旋转体   顶部   中间三分之一的    断裂拉伸强度  基材  释放总量   (g/m²) 中间三分之一的   施加量(g/m²)   1     A     A     在石纤维中 石纤维     120     105   2     A     A     在EPS中 EPS     100     88   3     B     A     在石纤维中 石纤维     120     101   4     C     C     在石纤维中 石纤维     140     126   5     D     A     在石纤维中 石纤维     120     100   6     D     D     在石纤维中 石纤维     140     127   7     E     F     在石纤维中 石纤维     100     92   8     F     F     在EPS中 EPS     120     102   9     G     G     粘合剂/片 石纤维     120     83   10     H     H     粘合剂/片 石纤维     120     80

实施例9和10为用粘合剂在其边缘甩出的简单圆盘生产的夹心元件的 对比例。

在石纤维中是指：石纤维与片的粘合比其自身的拉伸强度/横向拉伸强 度更强。获得散开的片且石纤维拆散。

在EPS中是指：EPS与片的粘合比其自身的横向拉伸强度更强。片散 开且EPS片抽出。

粘合剂/片是指：存在的粘合剂的量不足；片上保留空白区域，或少量 粘合剂优先保留在石纤维上而不是片上。

表2：所用的星盘的几何形状

  盘   标识   几何形状   外径(mm)  内径(mm)   A   4角星盘     扁平     10     6   B   4角星盘     扁平     7     4   C   5角星盘     扁平     12     4

表3.所用阶梯状盘和圆盘的几何形状

  盘     标识   半径   阶梯数  每个阶梯   的孔数  孔的设置    角度  孔的直径   D   双阶梯盘   4cm     2     4     45°    2mm   E   三阶梯盘   10cm     3     4     45°    1.5mm   F   双阶梯盘   8cm     2     6     45°    1.5mm   G   圆盘   4cm     -     -     -    -   H   圆盘   8cm     -     -     -    -

使用这些盘，仅可用粘合剂从上面润湿下部外层或绝热材料。