專利名稱：使用降解纖維制造涂料和涂覆的吸聲嵌板的方法
技術領域：
本發明涉及用于含纖維的吸聲嵌板的涂料。更具體地說，本發明涉及涂覆的吸聲嵌板，其具有良好的消聲特性和平滑美觀的表面。
背景技術：
吸聲嵌板用于天花板、墻壁、房間隔斷以及任何有潛在吸聲問題之處是眾所周知的。吸聲貼磚，也稱吸聲嵌板、天花板貼磚或天花板嵌板，在建筑行業中是眾所周知的，用于提供快速安裝、便宜且輕便型的天花板。這些貼磚是由纖維、填料和粘結劑的漿料制備的，最通常的是通過澆注法或氈化法。在這種漿料的水氈化中，纖維、填料、粘結劑及其它成分的分散體在移動的多孔支撐物(如Fourdrinier或Oliver墊成形機)上流動而脫水。分散體首先通過重力、然后通過真空抽吸裝置脫水。在加熱的對流干燥烘箱中干燥濕底墊，從而形成干燥的嵌板。任選地， 通過例如針刺、針孔或壓花在產品表面中造成空腔，由此增加吸聲。然后將干燥的嵌板切成所希望的尺寸，并任選如用油漆進行表層涂覆以生產成品吸聲貼磚和嵌板。還通過成型的濕漿液模制或澆注法制造吸聲貼磚，如美國專利No. I, 769，519中所述。制備包括纖維、填料、著色劑和粘結劑的模制組合物，用于模制或澆注貼磚本體。將此混合物置于已經用紙或紙背襯的金屬箔覆蓋的合適的托盤上，并然后用刮條或滾筒將組合物刮成所希望的厚度。可以通過刮條或滾筒提供裝飾性表面，如細長的裂紋。然后將裝滿漿液的托盤放入烘箱中以干燥或固化該組合物。將干燥的片材從托盤中取出，并可在一面或兩面上進行處理以提供平滑的表面、得到所希望的厚度并且防止翹曲。然后將片材切成所希望尺寸的貼磚。目前的趨勢偏好具有類似于鄰接的干墻的一種平滑的、整體式表面的吸聲嵌板。在生產澆注嵌板期間，嵌板中的棉結傾向于對表面賦予紋理，從而產生吸聲的孔或窩。已知有許多層或涂層提供平滑的表面，但這些層或涂層并不一定允許聲音穿過涂層并進入吸聲嵌板。對于嵌板的任何透聲涂層應該能提供平滑、整體、美觀的飾面。對于這種嵌板的使用者來說，此飾面是極其優選的。涂層應保持現有的產品特征，即堅固且耐用、揮發物含量低并保持A類級別。粒狀或結狀棉是成形為豌豆形團粒的礦棉。與常規的礦棉纖維不同，通過料斗或管道量取、傾倒和轉移該材料是方便的。結狀棉經常用于制造底部吸聲嵌板。例如美國專利No. 6，616，804傳授了結狀棉在吸聲底嵌板中的用途。更具體地說，其公開了從成捆的棉出發來生產結狀覆蓋層，并以40rpm進行混合以原位形成棉結。然后使覆蓋物與濕纖維嵌板結合，并將兩層一起干燥以制作吸聲嵌板。授予Baig的美國專利No. 6，443，256 (以引用方式結合在此)也傳授了使用結狀棉覆蓋層作為改善吸聲的手段。然而，傳授內容中沒有建議在涂料中使用降解的礦棉作為提供平滑涂層的手段。一些覆蓋層的制備可能會導致需要特殊的設備以制備和分布涂料。使用‘804專利的覆蓋層需要至少有打孔設備和振蕩刮刀。購買、安裝和維護此附加設備增加了吸聲嵌板的成本。與制造具有透聲覆蓋層的吸聲嵌板相關的另一問題是購買、接收、儲存和分配用于底嵌板和涂層的大量成分所導致的成本。如上面所傳授的那樣，底部礦棉在嵌板中是有用的，但在涂料中使用結狀棉纖維。與嵌板相比，覆蓋層的內含物的這些及其它差異因此增加了生產成品吸聲嵌板的成本。有利的是找到用于吸聲嵌板的透聲平滑涂料。進一步有利的是，能夠使用已知的涂覆設備將涂料較薄地施加于底墊以最大限度地降低涂覆成本。更進一步而言，有益的是涂層能夠利用許多與底嵌板相同的組分以最大限度地降低獲得和利用額外成分的成本。
發明內容
在制作吸聲嵌板的本方法中，本領域的普通技術人員會意識到這些優點中的至少一種。更具體地說，本方法的特點是，通過首先制備由增稠劑和水組成的增稠劑溶液來對制 成的吸聲嵌板施加非常薄的透聲涂層。將至少一部分增稠劑溶液、一種或多種填料、纖維性填料、粘結劑和水輸送到混合機，在那里于高剪切條件下進行混合以降解纖維性填料并形成平滑涂料。將涂料施加于底墊。使涂料分布在底墊之上，然后切割涂覆的底墊并干燥以形成涂覆的吸聲嵌板。在施加并分布涂料之后，在涂層的表面上，涂料不含可見的結。在本發明的一些實施方案中，將一種或多種纖維、填料、粘結劑和水合并以形成漿液。將漿液的第一部分沉積到移動的支撐物上面以形成底墊。將漿液的第二部分和增稠劑溶液的一部分輸送到高剪切混合機，混合機內含物在那里于高剪切條件下進行混合以降解礦棉纖維并形成涂料。將涂料施加于底墊并使之分布于底墊之上，并使之干燥。有利的是使用許多與在底墊中使用的相同的成分來制備此嵌板的涂料。在一些實施方案中，由用于形成底墊的漿液的一部分制成該涂料。此方法限制了添加和量取額外成分所需要的步驟數。按此方式制備涂料顯著地降低了涂覆的嵌板的成本。其它實施方案包括使用在對底墊進行切割或成形時得到的吸聲嵌板的回收灰塵或細顆粒。在本發明的至少一個實施方案中，主要由回收自底墊的材料來制備涂料。按此方法制備的嵌板的性質不僅包括平滑、整體的表面，而且還是透聲的。本涂料可允許聲音穿過涂層傳入纖維底嵌板，聲音在那里消散。表面的自平整有助于嵌板的平滑性。由于存在增強纖維，表面也是耐用的。
圖I是實例I的數據的圖，顯示以不同的速度混合不同的時間長度后剩余的結狀棉量；并且圖2是實例2的數據的圖，顯示以不同的速度混合不同的時間長度后剩下的結狀棉量。
具體實施例方式利用兩種常用的方法制作吸聲嵌板。一種是類似用于造紙的濕氈化法。將含纖維的漿料沉積在成孔的絲網上以形成底墊。第二類方法是澆注法，其中將漿液澆注到移動的表面上。無論哪一種制備底墊的方法都將其成形成嵌板。澆注產品一般比氈化嵌板致密。本文就澆注法描述本發明方法，然而本領域技術人員容易理解如何將其適配于氈化法或制作吸聲嵌板的任何其它已知的方法。除另有說明外，本文中討論的組分濃度是基于干燥固體重量而按重量表示的。將一種或多種填料和纖維添加到還含有至少一種粘結劑和水的增稠劑溶液中，由此制備用于吸聲底墊或底嵌板的涂料。涂料配方中水的存在量為基于濕物質的總重量約70%至約90%。涂料配方中使用的水應當實際上是純的，以減少鹽及可能存在的其它雜質的量。合適涂料的形成還取決于水的溫度。在該涂料的許多實施方案中使用溫水，其中水溫為約 80° F (27° C)至約 150° F (66° C)。涂料包括一種或多種粘結劑。在一些實施方案中，粘結劑包括淀粉、聚合物粘結齊U、灰泥以及它們的混合物。淀粉的例子包括但不限于粒狀淀粉，如珍珠淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉以及它們的組合。也可以使用衍生化淀粉。淀粉是非常具有成本效益的，并且在本發明的許多實施方案中用作粘結劑。在至少一個實施方案中，將淀粉顆粒分散在水中并加熱淀粉漿料，直到淀粉被完全蒸煮，并且淀粉漿料稠化成粘性凝膠，由此制備粘 結劑。應密切監控淀粉漿料的蒸煮溫度以保證淀粉顆粒的充分溶脹。玉米淀粉的代表性蒸煮溫度為約180° F (82° C)至約195° F (90° C)。任選在不進行預蒸煮的情況下將淀粉用作粘結劑，因其可在底嵌板的干燥過程期間形成凝膠。聚合物粘結劑也是適用的，如熱塑性粘結劑(乳膠)。這些乳膠粘結劑可具有范圍在從約30° C至約110° C的玻璃化轉變溫度。乳膠粘結劑的例子包括聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、醋酸乙烯酯/丙烯酸乳液、偏二氯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/丁二烯和羧化苯乙烯/丁二烯。增稠劑的存在量按涂料的重量計為約I. 5%至約3%。至少一個覆蓋涂層的實施方案利用NATR0S0L B (Aqualon，Wilmington, DE)作為增稠劑。在覆蓋涂層的制造過程中，如果有必要調節涂料的粘度，則調整增稠劑、水或總固體的量以產生具有適當粘度的涂料。在增稠劑溶液的制備中，將水和增稠劑加到一起并攪拌，直到增稠劑充分溶解。攪拌所需的時間長短取決于混合機的類型、水的溫度和所使用的增稠劑的確切類型。使用高剪切混合機，將Natrosol B在溫水中的2%溶液攪拌10分鐘以形成合適的溶液。添加纖維性填料到涂料中以改善透聲性并提供硬度和耐久性。在許多實施方案中使用礦棉作為纖維性填料，這是由于其耐火，并且因為其不會充當害蟲、霉菌或細菌的食物來源。術語“礦棉”是指由礦物材料(如礦渣或玄武巖)產生的纖維棉。使用粒狀或結狀棉是方便的，因為它是可傾倒且自由流動的。結狀棉也在漿液混合機中由礦棉纖維形成。這種材料的形式為不規則形狀的多孔小球。它們一般具有豌豆大小或更大的尺寸，直徑范圍通常在約3至約6mm。通過任何已知的方法制成的礦棉均適合此組合物。基于漿液中的干燥固體，此方法中的纖維性填料的用量按重量計為至少65重量％，但也可以為從約65重量％至約90重量％變化。按相同的重量計，一些實施方案利用從約70%至約80%的纖維性填料。纖維長度可變化，但優選為約1_至約4_。在涂料配方中還使用另外的填料以使之具有適當的稠度。合適填料的例子包括灰泥和吸聲嵌板灰塵。灰泥也被稱為半水合硫酸鈣、熟石膏(Plaster of Paris)或煅燒石膏。其與水發生反應，使半水合硫酸鈣水化以形成二水合硫酸鈣晶體的互鎖基體。灰泥可以有幾種晶形。最常見的是α-煅燒和β-煅燒形。在壓力下煅燒α-灰泥以產生長的針狀晶體。在大氣壓力下煅燒石膏，從而產生較少的針狀晶形，由此制成β-煅燒灰泥的晶體。無論是α形還是β形或它們的組合均適用于作為本涂料中的填料之一。在一些實施方案中，回收由灰塵收集系統捕獲的灰塵作為填料用在嵌板、涂料或這兩者中。吸聲嵌板灰塵是在制造吸聲嵌板期間，當使用鋸分割通過氈化或澆注法制成的嵌板時或者當使用工具細飾嵌板邊緣時的研磨或切割操作產生的灰塵。在嵌板的生產中，保持填料的總量大致不變。灰塵和灰泥任選地相互替代或替代其它填料。在至少一個涂料實施方案中，灰塵為涂料固體的重量的至少50%，但按涂料的干燥組分的重量計可以為從約50%至85%的范圍內。該涂料的一些實施方案包括按重量計從約70%至約90%的灰塵。在涂料中使用水對其進行稀釋并使之自平整。在混合及加水后，纖維性填料的纖維斷裂成更容易流動的較短纖維。優選加水以使涂料的固體含量為基于涂料總重量至少10%或從約10%至約30%重量百分比固體或按重量計從約15%至約30%。通過將纖維性填料、非纖維性填料、粘結劑、水和增稠劑溶液放入高剪切混合機制成涂料。一種合適的混合機是Ross高剪切混合機。它是高剪切分散器類型的混合機，可作 為間歇式混合機或在線混合機。其它適用的混合機是技術人員已知的。采用高混合速度以產生高剪切條件。保持混合，直到通過單個纖維的分離使結狀纖維性填料在很大程度上降解。混合還通過將礦棉破碎成較短纖維而使之降解，即使在不存在結或存在很少結的時候，從而導致形成平滑的涂料。通過#10篩(美國標準篩系列)洗滌涂料樣品，直到只有尺寸過大的結留在篩上，由此測定涂料的平滑度。當按重量計不到O. 5%的結狀纖維性纖維留在篩上時，認為涂料是平滑的。平滑度的另一種量度是，在涂料混合物中是否沒有肉眼可見的結或塊。所需的具體時間及混合速度取決于混合機類型、結狀纖維性填料的類型和量。實例I顯示若干混合時間及混合速度以及留在篩上的尺寸過大的結的量。任選地，將增強纖維與其它涂料組分一起輸送到高剪切混合器。添加按涂料中的固體重量計最多4%的增強纖維。合適的增強纖維的例子包括Minifibers，Inc.的短料 ESS50F,可由 Hall Technologies, Inc. (St. Louis, MO)提供。這些纖維是具有 0. Imm平均長度和5μπι直徑的親水性聚乙烯纖維。同樣有用的類似纖維包括也可由HallTechnologies, Inc.提供的E795親水性纖維和E385親水性纖維。還可設想在涂料中使用其它已知的增強纖維。在一些實施方案中使用基于濕漿液的重量按重量計為最多約3%的纖維，或從約0. 5%至約2%。在制成涂料后，將其施加于具有吸聲性質的底嵌板。涂覆方法并不重要，因此常規的涂覆方法是合適的，如淋涂、輥涂和棒涂。在一些實施方案中，通過用自平整涂料浸沒嵌板的濕端的表面來施加涂料。當準備好進行施加時，涂料具有大致為油漆的稠度。其可以在底嵌板于生產線上仍處于濕態時在底嵌板表面之上流動。使涂料在底嵌板的整個寬度上鋪開，并使用例如一個或多個修平條或刮條除去多余的涂料。修平條具有附著于布置在嵌板表面上方的鋼條的一個玻璃嵌板。玻璃嵌板呈銳角接觸嵌板片的濕表面。如果在一個區域中存在過量的涂料，則其在修平條后方積累，然后由于重力原因而流向嵌板的較低區域。在一些實施方案中，該角為約20°至約40°。本發明的涂料的施加厚度可以薄至1/16英寸(I. 6mm)。涂層厚度f范圍可以為從約1/16英寸(I. 6mm)到1/8英寸(3mm)或者甚至到1/4英寸(6mm)。如果需要更薄的涂層，則可以使高剪切混合機中的條件更苛刻，或者可以對涂料進行更長時間的混合以進一步縮小結的尺寸。本發明的另一特點是，用于制備涂料的許多材料在制造底嵌板期間就已經存在。預計至少兩個用于組分材料的組件的實施方案可用于制備涂料。在第一個實施方案中，所有的原材料都取自料箱、料斗、管道、袋或其它存儲器具，如上所述進行量取及合并。在一些實施方案中，從與用于提供基本組分的容器相同的容器中將各組分送往底嵌板。在此實施方案中，任選在將干燥組分添加至高剪切混合機(“混合機”)之前將它們摻混在一起。在第二個實施方案中，使用一些與底嵌板相同的組分制備涂料，并從底嵌板生產線中取出底嵌板漿液的一部分以制備涂料。纖維性填料、粘結劑和填料常用于制造底嵌板，有時按相同的比例。在此實施方案中，將一部分漿液連同另外的水和增稠劑一起輸送到高剪切混合機以形成涂料。如有必要，向漿液部分中添 加一些量的組分以調整組分的比例。在組分量得到校正后，如上所述在高剪切混合機中合并涂料。在此涂料中可以使用本領域技術人員已知的其它少量成分。這些成分包括但不限于顏料(如Ti02)、消泡劑、殺生劑等。一種特別有用的添加劑是三偏磷酸鈉，其可減少吸聲嵌板中的下垂。任何具有吸聲性質的嵌板均適用于本方法。如所述制備并施加涂料，以涂料填補嵌板表面中的洞、裂紋、裂縫或其它缺陷，這使得聲音能夠穿過涂層傳入吸聲嵌板的內部。聲能在那里至少部分地被轉化成機械能或熱能并消散。下面描述嵌板的一個實施方案，但要理解的是，這種描述不以任何方式限制底嵌板的選擇。適合與本涂料一起使用的底嵌板的一個例子是由USG Corp.，Chicago, IL制造的FROST.ii.牌吸聲天花板嵌板。其是通過澆注法制成的細紋理嵌板。澆注嵌板具有的優點是，顏色遍布于整個嵌板中，使得嵌板中的刮痕或切痕不那么明顯。施加作為主題的涂料來填補嵌板表面中的洞或凹穴，使之具有更平滑的紋理和更整體性的外觀。實例I制備增稠劑在水中的2%溶液。稱取3200克水并放入燒杯中。使用高速螺旋槳混合機，將80克得自Aqualon (Wilmington, DE)的Natrosol B增稠劑加到水中。攪拌溶液十分鐘。由75. 05%的礦棉、12. 79%的淀粉、11. 51%的灰泥、0. 64%的硼酸和0. 01%的六偏磷酸鈉制備用于澆注吸聲嵌板的漿液。稱量1628. O克漿液、500. O克上述制備的2%NatrosolB溶液和1443. O克水到一個大金屬燒杯里，由此制備濕覆蓋涂層。使用Ross高剪切混合機(Charles Ross & Son Company, Hauppauge, NY)摻混組分，米用的設置及混合時間如下表I所示。混合機配有3英寸(76_)直徑的鋸齒不銹鋼葉片。初始將混合時間設為15秒。使用小勺從漿液混合物中收集大約140克樣品并轉移到配衡的玻璃燒杯里。將漿液混合物再混合一分鐘，然后獲得另外140克樣品。混合一分鐘，接下來繼續取樣，直到已經過去總共5. 25分鐘的混合時間。這樣共產生了 6個樣品。使用小勺收集樣品(約140克)并放到配衡的燒杯里。對燒杯和樣品進行稱重并記錄重量。在5加侖桶中放約I. 5英寸(41mm)的水。將美國標準篩系列中具有2mm或0. 078英寸開口的#10篩放在水中，使水位達到沿篩側面向上的一半。將樣品加到桶中的篩里，將篩反復升降以“洗去”涂料中除大棉結以外的所有組分。礦棉的松散纖維很容易通過篩。收集未通過篩的結狀棉球并將其轉送回到指定的配衡的燒杯中。在250° F (121° C)烘箱中干燥含棉結的溶液以確定所得到的棉結量。以不同的混合時間及混合速度進行濕篩測試的結果不于表I中。表I濕篩測試
權利要求
1.一種制備用于施加到吸聲嵌板表面的透聲涂層的方法，包括 制備包含增稠劑和水的增稠劑溶液； 將所述增稠劑溶液的一部分、一種或多種填料、纖維性填料、粘結劑和水輸送到混合機； 在選擇為降解纖維性填料的高剪切條件下對混合機內含物進行混合以形成一種平滑的涂料； 將該涂料施加于底墊； 使該涂料分布在該底塾的表面上，其中在施加之后，該涂料不含可見的結， 使涂覆的底嵌板干燥，并 將涂覆的底墊切割成多個吸聲嵌板。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述制備和輸送步驟中的水量導致具有不超過30重量％固體的涂料。
3.根據權利要求I所述的方法，其中所述分布步驟的涂層的厚度平均小于1/8英寸(mm)ο
4.根據權利要求I所述的方法，其中所述施加步驟包括濕端浸沒。
5.根據權利要求I所述的方法，進一步包括在對底嵌板和吸聲嵌板進行切割和成形的同時收集嵌板灰塵，且其中所述輸送步驟的所述一種或多種填料包括由所述收集步驟回收的灰塵。
6.根據權利要求5所述的方法，其中該涂料包含基于干燥固體的重量為至少50%的嵌板灰塵。
7.根據權利要求I所述的方法，其中所述制備步驟中的水的溫度為從約80°F(27。C)至約 150° F (121。C)。
8.根據權利要求I所述的方法，進一步包括 制備包含填料、粘結劑和水的一種凝膠； 將該凝膠的一部分和纖維性填料輸送到混合機以形成一種漿液； 利用該漿液的第一部分以形成該底墊，該涂料施加到該底墊；并且 在所述混合步驟中將該漿液的第二部分與該混合機的內含物合并。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述制備和輸送步驟中的水量導致具有不超過30重量％固體的一種涂料。
10.根據權利要求8所述的方法，進一步包括在對底嵌板和吸聲嵌板進行成形的同時收集嵌板灰塵，且其中所述輸送步驟的所述一種或多種填料包括由所述收集步驟回收的灰
全文摘要
通過對吸聲底墊施加薄的透聲涂層制成了一種吸聲嵌板。由一種或多種填料、纖維性填料、粘結劑和水制成漿液。由增稠劑和水制備增稠劑溶液。在高剪切條件下將一部分漿液和增稠劑溶液進行混合以降解纖維性填料并形成一種平滑的涂料。將涂料施加于底墊并使之分布于其上，然后將涂覆的底墊切割并干燥以形成涂覆的吸聲嵌板。該嵌板在涂層的表面上不含可見的礦物結。任選地，該漿液是用于制作底墊的漿液的一部分。其它實施方案包括使用由對底墊或涂覆嵌板進行切割或成形得到的、該吸聲嵌板的回收的灰塵或細顆粒。
文檔編號D21J1/20GK102812185SQ201180013270
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月15日 優先權日2010年3月23日
發明者M·英格勒特, R·盧, M·蘭登 申請人:Usg內部有限責任公司