包含可膨胀石墨的沥青片材的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2013年3月14日提交的美国非临时申请系列No. 13/804, 202,以及 2012年8月29日提交的美国临时申请系列No. 61/694, 435、2012年8月17日提交的美国临 时申请系列No. 61/684, 180和2012年7月12日提交的美国临时申请系列No. 61/670, 864 的权益，全部所述申请以引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本发明的实施例涉及包含可膨胀石墨的沥青片材。这些片材可用作屋顶用底衬、 用作屋顶用膜、和作为阻挡材料（如空气、蒸气和/或水分阻挡层）。
【背景技术】
[0003] 沥青片材广泛用于建筑工业中。例如，经聚合物改性的沥青片材用作防水平坦屋 顶或低斜度屋顶的膜。如本领域已知，这些屋顶用系统可包括沥青片的多个层，包括基底片 材和顶部片材。其他例子包括阻挡材料，如空气、蒸气或水分阻挡层。这些材料通常用于屋 顶或竖直表面（如墙壁）上，以给结构提供所需的耐空气性、耐蒸气性和/或耐湿性。其他 例子包括底衬，其用于屋顶工业中以给屋顶提供额外的保护层。所述另外的保护可提供耐 水性、耐湿性、耐热性和/或耐火性（在其他益处中）。如名称所暗示，底衬通常设置于外部 或主要屋顶用保护的下方，所述外部或主要屋顶用保护可包括木瓦板、膜（如聚合物膜或 沥青膜）、屋顶用瓷砖、和金属面板或覆层。
[0004] 就底衬而言，由沥青饱和的油毡纸在历史上已用作底衬，以给屋顶提供另外的耐 水性和/或耐湿性。底衬的其他形式包括合成材料，如成型为片材的热塑性或热固性材料。 复合材料（如沥青和合成聚合物的层合物）也已用作底衬。
[0005] 为了满足编码或分类可能要求的某些耐火性性质，可使用耐火性或耐燃性底衬。 这些底衬可包括由耐火材料（如玻璃纤维）制得的纺织品，包括织造和非织造织物。这些 织物可包括进一步提高底衬的耐燃性或耐火性的涂层，如矿物质涂层。
[0006] 当希望通过使用底衬而同时获得耐湿性和耐燃性或耐火性时（如使用金属屋顶 用系统），使用多个底衬。例如，第一底衬可用于提供耐湿性或耐水性，第二底衬可用于提供 耐燃性或耐火性。然而，该技术遭受数个缺点，包括安装多个底衬的增加的难度。
【附图说明】
[0007] 图1为根据本发明的一个或多个实施例的沥青片材的横截面的透视图。
[0008] 图2为根据本发明的一个或多个实施例的沥青片材的横截面图。
[0009]图3为根据本发明的一个或多个实施例的沥青片材的横截面图。
[0010]图4为具有包括根据本发明的实施例的沥青片材的金属或瓷砖屋顶用系统的建 筑结构的透视图。
[0011] 图5为具有包括根据本发明的实施例的沥青片材的平坦屋顶用系统的建筑结构 的透视图。
[0012] 图6为具有包括根据本发明的实施例的沥青片材的墙壁系统的建筑结构的透视 图。
【发明内容】
[0013] 本发明的一个或多个实施例提供了一种包括沥青组分的沥青片材，所述沥青组分 包含沥青粘结剂和可膨胀石墨。
[0014] 本发明的其他实施例提供了一种屋顶系统，其包括屋顶板、底衬和覆盖所述底衬 的一个或多个金属面板或屋顶用瓷砖，其中所述底衬包括沥青组分，所述沥青组分包含沥 青粘结剂和分散于所述沥青粘结剂内的可膨胀石墨。
[0015] 本发明的其他实施例提供了一种用于制备沥青片材的方法，所述方法包括通过在 导致可膨胀石墨的不利膨胀的温度以下的温度下将可膨胀石墨引入沥青粘结剂而制备熔 融沥青组合物，和使用所述熔融沥青组合物制造沥青片材。
[0016] 本发明的其他实施例提供了一种沥青片材，所述沥青片材包括含有沥青粘结剂的 沥青组分和含有可膨胀石墨的层，其中所述含有可膨胀石墨的层与所述沥青组分相邻。
[0017] 本发明的其他实施例提供了一种用于制备沥青片材的方法，所述方法包括提供沥 青片材，和将可膨胀石墨粒子施用至所述沥青片材。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的实施例至少部分基于对具有含可膨胀石墨的沥青组分的沥青片材的发 现。在某些实施例中，沥青片材包括沥青组分，且可膨胀石墨分散于所述沥青组分内。在这 些或其他实施例中，沥青片材包括与沥青组分相邻的可膨胀石墨的层。在一个或多个实施 例中，由于片材的沥青性质，沥青片材有利地耐水、耐湿和/或耐空气，且由于可膨胀石墨 的存在，沥青片材也耐燃。据信本发明的一个或多个优点源于可膨胀石墨在片材的沥青组 分内存在或与片材的沥青组分相邻存在。尽管现有技术预期使用可膨胀石墨作为阻燃剂， 但现有技术未预期将可膨胀石墨掺入片材的沥青组分中，或者将可膨胀石墨的层与沥青组 分相邻设置。本发明的实施例提供了一种用于将可膨胀石墨掺入片材的沥青组分中而不会 不利地膨胀石墨（即石墨不膨胀至不利的程度）的方法。而且，在某些实施例中，片材的沥 青组分还包含补充阻燃剂材料，所述补充阻燃剂材料据信与可膨胀石墨协同相互作用以提 供意料不到的阻燃性。
[0019] 片材结构
[0020] 在一个或多个实施例中，沥青片材为沥青材料的平面本体或包括沥青材料的平面 本体，所述沥青材料的平面本体也可称为片材或沥青层12的沥青组分。例如，如图1所示， 沥青片材11包括具有第一平面表面13和第二平面表面14的沥青组分12。片材11可包 括嵌入或浸渍于沥青组分12内的任选的纺织织物15。在某些实施例中，片材不含稀松布 或织物。根据本发明，如在下文更详细描述的沥青组分12可包含各种成分（如聚合物改性 剂和填料）以及可膨胀石墨16和任选的补充阻燃剂（未显示）。在一个或多个实施例中， 片材11还可包括层合至片材11的沥青组分12的一个或多个聚合物层17。例如，沥青片 材11可包括层合至聚丙烯片材的沥青组分12。在其他实施例中，层17可包括脱模剂（如 二氧化硅、砂子或滑石）的层。另外，可将脱模膜19可去除地固定至被暴露平面表面13或 14中的至少一者。
[0021] 在一个或多个实施例中，任选的纺织织物15 (其也可称为织物增强件15、增强构 件15或简单地增强件15)可包括织造和/或非织造织物。各种织物增强件是本领域已知 的，本发明的实践不必受限于选择特定的织物。在一个或多个实施例中，增强件15可由玻 璃纤维和/或合成纱或长丝制得。示例性的合成纱包括由聚酯或聚酰亚胺制得的那些。
[0022] 在一个或多个实施例中，沥青片材11的厚度可为至少10密耳，在其他实施例中至 少20密耳，在其他实施例中至少30密耳。在这些或其他实施例中，沥青片材11的厚度可 为至多120密耳，在其他实施例中至多100密耳，在其他实施例中至多90密耳，在其他实施 例中至多80密耳。在一个或多个实施例中，沥青片材11的厚度可为约10至约100密耳， 在其他实施例中约20至约90密耳，在其他实施例中约30至约80密耳。在其他实施例中， 尤其是当沥青片材用于竖直应用中时，沥青片材的厚度可显著更薄。例如，片材的厚度可小 于20密耳，在其他实施例中小于15密耳，在其他实施例中小于10密耳，且厚度为2至20 密耳，在其他实施例中3至15密耳，在其他实施例中5至10密耳。
[0023] 在一个或多个实施例中，沥青片材的重量可为至少5镑/100平方英尺，在其他实 施例中至少10镑/100平方英尺，在其他实施例中至少15镑/100平方英尺。在这些或其他 实施例中，沥青片材的重量可为至多90镑/100平方英尺，在其他实施例中至多70镑/100 平方英尺，在其他实施例中至多50镑/100平方英尺。在这些或其他实施例中，沥青片材的 重量可为5至100镑/100平方英尺，在其他实施例中10至80镑/100平方英尺，在其他 实施例中15至50镑/100平方英尺。在其他实施例中，尤其是当沥青片材用于竖直应用中 时，沥青片材的重量可显著更轻。例如，片材的重量可小于60镑/100平方英尺，在其他实 施例中小于50镑/100平方英尺，在其他实施例中小于40镑/100平方英尺，且重量为5至 60镑/100平方英尺，在其他实施例中10至50镑/100平方英尺，在其他实施例中15至40 镑/100平方英尺。
[0024] 在其他实施例中，例如如图2所示，沥青片材11包括具有第一平面表面13和第二 平面表面14的沥青组分12。包括可膨胀石墨16的层18与沥青组分12相邻。由于制造 沥青片材11的方式，层18可与沥青组分12相邻，如下文更详细地描述。沥青片材11可承 载任选的聚合物层17 (其也可称为聚合物衬里17)。在其他实施例中，层17可包括脱模剂 (如二氧化硅、砂子或滑石）的层。在其他实施例中，层17可为玻璃稀松布、聚酯垫、金属箔 (例如铝箔）、织物、弹性体层等。
[0025] 在一个或多个实施例中，层18包括可膨胀石墨16的粒子的一个或多个层。这些 粒子可通过存在于层18的至少一部分内的沥青材料的基体而保持在适当位置。在这些或 其他实施例中，可膨胀石墨16通过粘附至沥青的表面而保持在适当位置。在一个或多个实 施例中，沥青组分12也可包含分散于其中的可膨胀石墨。换言之，沥青片材可包括分散于 整个沥青组分中的可膨胀石墨和与组分12相邻的可膨胀石墨的层18。
[0026] 在一个或多个实施例中，层18可在片材11内包括平面区域，相比于片材11的任 何其他区域，所述平面区域包含更高浓度的可膨胀石墨。因此，层18可包括在片材11中具 有可变或相对恒定的厚度的可膨胀石墨的连续层。或者，在其他实施例中，可膨胀石墨可在 整个区域中为不连续的，只要区域内的可膨胀石墨的浓度高于片材11的其他区或区域。在 一个或多个实施例中，层18内的可膨胀石墨的不连续性可源自可形成基体的沥青材料，在 所述基体中，可膨胀石墨至少部分分散于该区域或层内。也应了解，可膨胀石墨的浓度在该 层内可不恒定。实际上，如根据对如何制造该实施例的片材的描述可了解，可存在浓度梯 度，由此可膨胀石墨的浓度从最大浓度的区域变动至减小浓度的区域。如图2的展开图所 示，在层18内离平面表面13最远的可膨胀石墨16的浓度最高，其对应于沥青浓度的最小 值。在另一方面，邻近平面表面13的可膨胀石墨16的浓度相对于层18内的可膨胀石墨的 浓度为最小。
[0027] 在可参照图3描述的其他实施例中，沥青的另外的层12'与沥青组分或层12相对， 与可膨胀石墨层18相邻。层12'也可称为表层12'，该实施例的方面可描述为嵌入沥青粘 结剂或材料的层之间的层或区域18。与上述其他实施例一致，所述层12'可包括浓度低于 层18的可膨胀石墨16。尽管如此，在一个或多个实施例中，层12'可包括分散于其中的可 膨胀石墨，尽管浓度低于区域18内的可膨胀石墨的浓度。实际上，在一个或多个实施例中， 浓度梯度可以以类似于上述浓度梯度的方式存在于层12'和18之间。
[0028] 尽管据信连续层或区域（例如区域18)为有利的，但也预期片材可包括可膨胀石 墨的多个分立的区域，例如可以以如下图案存在：可膨胀石墨在片材的纵向上以行或条施 用至沥青片材的顶部。当需要对顶部片材（例如片材17)的更大粘附力时，这可为有利的。
[0029] 在一个或多个实施例中，层18的厚度可为至少10 μπι，在其他实施例中至少 20 μm，在其他实施例中至少30 μm，在其他实施例中至少75 μm，在其他实施例中至少 100 μ m。在这些或其他实施例中，层18的厚度可为至多3_，在其他实施例中至多2_，在 其他实施例中至多1_。在一个或多个实施例中，层18的厚度可为约10 μ m至约3_，在其 他实施例中约75 μ m至约2mm，在其他实施例