专利名称：使用降解纤维制造涂料和涂覆的吸声嵌板的方法
技术领域：
本发明涉及用于含纤维的吸声嵌板的涂料。更具体地说，本发明涉及涂覆的吸声嵌板，其具有良好的消声特性和平滑美观的表面。
背景技术：
吸声嵌板用于天花板、墙壁、房间隔断以及任何有潜在吸声问题之处是众所周知的。吸声贴砖，也称吸声嵌板、天花板贴砖或天花板嵌板，在建筑行业中是众所周知的，用于提供快速安装、便宜且轻便型的天花板。这些贴砖是由纤维、填料和粘结剂的浆料制备的，最通常的是通过浇注法或毡化法。在这种浆料的水毡化中，纤维、填料、粘结剂及其它成分的分散体在移动的多孔支撑物(如Fourdrinier或Oliver垫成形机)上流动而脱水。分散体首先通过重力、然后通过真空抽吸装置脱水。在加热的对流干燥烘箱中干燥湿底垫，从而形成干燥的嵌板。任选地， 通过例如针刺、针孔或压花在产品表面中造成空腔，由此增加吸声。然后将干燥的嵌板切成所希望的尺寸，并任选如用油漆进行表层涂覆以生产成品吸声贴砖和嵌板。还通过成型的湿浆液模制或浇注法制造吸声贴砖，如美国专利No. I, 769，519中所述。制备包括纤维、填料、着色剂和粘结剂的模制组合物，用于模制或浇注贴砖本体。将此混合物置于已经用纸或纸背衬的金属箔覆盖的合适的托盘上，并然后用刮条或滚筒将组合物刮成所希望的厚度。可以通过刮条或滚筒提供装饰性表面，如细长的裂纹。然后将装满浆液的托盘放入烘箱中以干燥或固化该组合物。将干燥的片材从托盘中取出，并可在一面或两面上进行处理以提供平滑的表面、得到所希望的厚度并且防止翘曲。然后将片材切成所希望尺寸的贴砖。目前的趋势偏好具有类似于邻接的干墙的一种平滑的、整体式表面的吸声嵌板。在生产浇注嵌板期间，嵌板中的棉结倾向于对表面赋予纹理，从而产生吸声的孔或窝。已知有许多层或涂层提供平滑的表面，但这些层或涂层并不一定允许声音穿过涂层并进入吸声嵌板。对于嵌板的任何透声涂层应该能提供平滑、整体、美观的饰面。对于这种嵌板的使用者来说，此饰面是极其优选的。涂层应保持现有的产品特征，即坚固且耐用、挥发物含量低并保持A类级别。粒状或结状棉是成形为豌豆形团粒的矿棉。与常规的矿棉纤维不同，通过料斗或管道量取、倾倒和转移该材料是方便的。结状棉经常用于制造底部吸声嵌板。例如美国专利No. 6，616，804传授了结状棉在吸声底嵌板中的用途。更具体地说，其公开了从成捆的棉出发来生产结状覆盖层，并以40rpm进行混合以原位形成棉结。然后使覆盖物与湿纤维嵌板结合，并将两层一起干燥以制作吸声嵌板。授予Baig的美国专利No. 6，443，256 (以引用方式结合在此)也传授了使用结状棉覆盖层作为改善吸声的手段。然而，传授内容中没有建议在涂料中使用降解的矿棉作为提供平滑涂层的手段。一些覆盖层的制备可能会导致需要特殊的设备以制备和分布涂料。使用‘804专利的覆盖层需要至少有打孔设备和振荡刮刀。购买、安装和维护此附加设备增加了吸声嵌板的成本。与制造具有透声覆盖层的吸声嵌板相关的另一问题是购买、接收、储存和分配用于底嵌板和涂层的大量成分所导致的成本。如上面所传授的那样，底部矿棉在嵌板中是有用的，但在涂料中使用结状棉纤维。与嵌板相比，覆盖层的内含物的这些及其它差异因此增加了生产成品吸声嵌板的成本。有利的是找到用于吸声嵌板的透声平滑涂料。进一步有利的是，能够使用已知的涂覆设备将涂料较薄地施加于底垫以最大限度地降低涂覆成本。更进一步而言，有益的是涂层能够利用许多与底嵌板相同的组分以最大限度地降低获得和利用额外成分的成本。
发明内容
在制作吸声嵌板的本方法中，本领域的普通技术人员会意识到这些优点中的至少一种。更具体地说，本方法的特点是，通过首先制备由增稠剂和水组成的增稠剂溶液来对制 成的吸声嵌板施加非常薄的透声涂层。将至少一部分增稠剂溶液、一种或多种填料、纤维性填料、粘结剂和水输送到混合机，在那里于高剪切条件下进行混合以降解纤维性填料并形成平滑涂料。将涂料施加于底垫。使涂料分布在底垫之上，然后切割涂覆的底垫并干燥以形成涂覆的吸声嵌板。在施加并分布涂料之后，在涂层的表面上，涂料不含可见的结。在本发明的一些实施方案中，将一种或多种纤维、填料、粘结剂和水合并以形成浆液。将浆液的第一部分沉积到移动的支撑物上面以形成底垫。将浆液的第二部分和增稠剂溶液的一部分输送到高剪切混合机，混合机内含物在那里于高剪切条件下进行混合以降解矿棉纤维并形成涂料。将涂料施加于底垫并使之分布于底垫之上，并使之干燥。有利的是使用许多与在底垫中使用的相同的成分来制备此嵌板的涂料。在一些实施方案中，由用于形成底垫的浆液的一部分制成该涂料。此方法限制了添加和量取额外成分所需要的步骤数。按此方式制备涂料显著地降低了涂覆的嵌板的成本。其它实施方案包括使用在对底垫进行切割或成形时得到的吸声嵌板的回收灰尘或细颗粒。在本发明的至少一个实施方案中，主要由回收自底垫的材料来制备涂料。按此方法制备的嵌板的性质不仅包括平滑、整体的表面，而且还是透声的。本涂料可允许声音穿过涂层传入纤维底嵌板，声音在那里消散。表面的自平整有助于嵌板的平滑性。由于存在增强纤维，表面也是耐用的。
图I是实例I的数据的图，显示以不同的速度混合不同的时间长度后剩余的结状棉量；并且图2是实例2的数据的图，显示以不同的速度混合不同的时间长度后剩下的结状棉量。
具体实施例方式利用两种常用的方法制作吸声嵌板。一种是类似用于造纸的湿毡化法。将含纤维的浆料沉积在成孔的丝网上以形成底垫。第二类方法是浇注法，其中将浆液浇注到移动的表面上。无论哪一种制备底垫的方法都将其成形成嵌板。浇注产品一般比毡化嵌板致密。本文就浇注法描述本发明方法，然而本领域技术人员容易理解如何将其适配于毡化法或制作吸声嵌板的任何其它已知的方法。除另有说明外，本文中讨论的组分浓度是基于干燥固体重量而按重量表示的。将一种或多种填料和纤维添加到还含有至少一种粘结剂和水的增稠剂溶液中，由此制备用于吸声底垫或底嵌板的涂料。涂料配方中水的存在量为基于湿物质的总重量约70%至约90%。涂料配方中使用的水应当实际上是纯的，以减少盐及可能存在的其它杂质的量。合适涂料的形成还取决于水的温度。在该涂料的许多实施方案中使用温水，其中水温为约 80° F (27° C)至约 150° F (66° C)。涂料包括一种或多种粘结剂。在一些实施方案中，粘结剂包括淀粉、聚合物粘结齐U、灰泥以及它们的混合物。淀粉的例子包括但不限于粒状淀粉，如珍珠淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉以及它们的组合。也可以使用衍生化淀粉。淀粉是非常具有成本效益的，并且在本发明的许多实施方案中用作粘结剂。在至少一个实施方案中，将淀粉颗粒分散在水中并加热淀粉浆料，直到淀粉被完全蒸煮，并且淀粉浆料稠化成粘性凝胶，由此制备粘 结剂。应密切监控淀粉浆料的蒸煮温度以保证淀粉颗粒的充分溶胀。玉米淀粉的代表性蒸煮温度为约180° F (82° C)至约195° F (90° C)。任选在不进行预蒸煮的情况下将淀粉用作粘结剂，因其可在底嵌板的干燥过程期间形成凝胶。聚合物粘结剂也是适用的，如热塑性粘结剂(乳胶)。这些乳胶粘结剂可具有范围在从约30° C至约110° C的玻璃化转变温度。乳胶粘结剂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。增稠剂的存在量按涂料的重量计为约I. 5%至约3%。至少一个覆盖涂层的实施方案利用NATR0S0L B (Aqualon，Wilmington, DE)作为增稠剂。在覆盖涂层的制造过程中，如果有必要调节涂料的粘度，则调整增稠剂、水或总固体的量以产生具有适当粘度的涂料。在增稠剂溶液的制备中，将水和增稠剂加到一起并搅拌，直到增稠剂充分溶解。搅拌所需的时间长短取决于混合机的类型、水的温度和所使用的增稠剂的确切类型。使用高剪切混合机，将Natrosol B在温水中的2%溶液搅拌10分钟以形成合适的溶液。添加纤维性填料到涂料中以改善透声性并提供硬度和耐久性。在许多实施方案中使用矿棉作为纤维性填料，这是由于其耐火，并且因为其不会充当害虫、霉菌或细菌的食物来源。术语“矿棉”是指由矿物材料(如矿渣或玄武岩)产生的纤维棉。使用粒状或结状棉是方便的，因为它是可倾倒且自由流动的。结状棉也在浆液混合机中由矿棉纤维形成。这种材料的形式为不规则形状的多孔小球。它们一般具有豌豆大小或更大的尺寸，直径范围通常在约3至约6mm。通过任何已知的方法制成的矿棉均适合此组合物。基于浆液中的干燥固体，此方法中的纤维性填料的用量按重量计为至少65重量％，但也可以为从约65重量％至约90重量％变化。按相同的重量计，一些实施方案利用从约70%至约80%的纤维性填料。纤维长度可变化，但优选为约1_至约4_。在涂料配方中还使用另外的填料以使之具有适当的稠度。合适填料的例子包括灰泥和吸声嵌板灰尘。灰泥也被称为半水合硫酸钙、熟石膏(Plaster of Paris)或煅烧石膏。其与水发生反应，使半水合硫酸钙水化以形成二水合硫酸钙晶体的互锁基体。灰泥可以有几种晶形。最常见的是α-煅烧和β-煅烧形。在压力下煅烧α-灰泥以产生长的针状晶体。在大气压力下煅烧石膏，从而产生较少的针状晶形，由此制成β-煅烧灰泥的晶体。无论是α形还是β形或它们的组合均适用于作为本涂料中的填料之一。在一些实施方案中，回收由灰尘收集系统捕获的灰尘作为填料用在嵌板、涂料或这两者中。吸声嵌板灰尘是在制造吸声嵌板期间，当使用锯分割通过毡化或浇注法制成的嵌板时或者当使用工具细饰嵌板边缘时的研磨或切割操作产生的灰尘。在嵌板的生产中，保持填料的总量大致不变。灰尘和灰泥任选地相互替代或替代其它填料。在至少一个涂料实施方案中，灰尘为涂料固体的重量的至少50%，但按涂料的干燥组分的重量计可以为从约50%至85%的范围内。该涂料的一些实施方案包括按重量计从约70%至约90%的灰尘。在涂料中使用水对其进行稀释并使之自平整。在混合及加水后，纤维性填料的纤维断裂成更容易流动的较短纤维。优选加水以使涂料的固体含量为基于涂料总重量至少10%或从约10%至约30%重量百分比固体或按重量计从约15%至约30%。通过将纤维性填料、非纤维性填料、粘结剂、水和增稠剂溶液放入高剪切混合机制成涂料。一种合适的混合机是Ross高剪切混合机。它是高剪切分散器类型的混合机，可作 为间歇式混合机或在线混合机。其它适用的混合机是技术人员已知的。采用高混合速度以产生高剪切条件。保持混合，直到通过单个纤维的分离使结状纤维性填料在很大程度上降解。混合还通过将矿棉破碎成较短纤维而使之降解，即使在不存在结或存在很少结的时候，从而导致形成平滑的涂料。通过#10筛(美国标准筛系列)洗涤涂料样品，直到只有尺寸过大的结留在筛上，由此测定涂料的平滑度。当按重量计不到O. 5%的结状纤维性纤维留在筛上时，认为涂料是平滑的。平滑度的另一种量度是，在涂料混合物中是否没有肉眼可见的结或块。所需的具体时间及混合速度取决于混合机类型、结状纤维性填料的类型和量。实例I显示若干混合时间及混合速度以及留在筛上的尺寸过大的结的量。任选地，将增强纤维与其它涂料组分一起输送到高剪切混合器。添加按涂料中的固体重量计最多4%的增强纤维。合适的增强纤维的例子包括Minifibers，Inc.的短料 ESS50F,可由 Hall Technologies, Inc. (St. Louis, MO)提供。这些纤维是具有 0. Imm平均长度和5μπι直径的亲水性聚乙烯纤维。同样有用的类似纤维包括也可由HallTechnologies, Inc.提供的E795亲水性纤维和E385亲水性纤维。还可设想在涂料中使用其它已知的增强纤维。在一些实施方案中使用基于湿浆液的重量按重量计为最多约3%的纤维，或从约0. 5%至约2%。在制成涂料后，将其施加于具有吸声性质的底嵌板。涂覆方法并不重要，因此常规的涂覆方法是合适的，如淋涂、辊涂和棒涂。在一些实施方案中，通过用自平整涂料浸没嵌板的湿端的表面来施加涂料。当准备好进行施加时，涂料具有大致为油漆的稠度。其可以在底嵌板于生产线上仍处于湿态时在底嵌板表面之上流动。使涂料在底嵌板的整个宽度上铺开，并使用例如一个或多个修平条或刮条除去多余的涂料。修平条具有附着于布置在嵌板表面上方的钢条的一个玻璃嵌板。玻璃嵌板呈锐角接触嵌板片的湿表面。如果在一个区域中存在过量的涂料，则其在修平条后方积累，然后由于重力原因而流向嵌板的较低区域。在一些实施方案中，该角为约20°至约40°。本发明的涂料的施加厚度可以薄至1/16英寸(I. 6mm)。涂层厚度f范围可以为从约1/16英寸(I. 6mm)到1/8英寸(3mm)或者甚至到1/4英寸(6mm)。如果需要更薄的涂层，则可以使高剪切混合机中的条件更苛刻，或者可以对涂料进行更长时间的混合以进一步缩小结的尺寸。本发明的另一特点是，用于制备涂料的许多材料在制造底嵌板期间就已经存在。预计至少两个用于组分材料的组件的实施方案可用于制备涂料。在第一个实施方案中，所有的原材料都取自料箱、料斗、管道、袋或其它存储器具，如上所述进行量取及合并。在一些实施方案中，从与用于提供基本组分的容器相同的容器中将各组分送往底嵌板。在此实施方案中，任选在将干燥组分添加至高剪切混合机(“混合机”)之前将它们掺混在一起。在第二个实施方案中，使用一些与底嵌板相同的组分制备涂料，并从底嵌板生产线中取出底嵌板浆液的一部分以制备涂料。纤维性填料、粘结剂和填料常用于制造底嵌板，有时按相同的比例。在此实施方案中，将一部分浆液连同另外的水和增稠剂一起输送到高剪切混合机以形成涂料。如有必要，向浆液部分中添 加一些量的组分以调整组分的比例。在组分量得到校正后，如上所述在高剪切混合机中合并涂料。在此涂料中可以使用本领域技术人员已知的其它少量成分。这些成分包括但不限于颜料(如Ti02)、消泡剂、杀生剂等。一种特别有用的添加剂是三偏磷酸钠，其可减少吸声嵌板中的下垂。任何具有吸声性质的嵌板均适用于本方法。如所述制备并施加涂料，以涂料填补嵌板表面中的洞、裂纹、裂缝或其它缺陷，这使得声音能够穿过涂层传入吸声嵌板的内部。声能在那里至少部分地被转化成机械能或热能并消散。下面描述嵌板的一个实施方案，但要理解的是，这种描述不以任何方式限制底嵌板的选择。适合与本涂料一起使用的底嵌板的一个例子是由USG Corp.，Chicago, IL制造的FROST.ii.牌吸声天花板嵌板。其是通过浇注法制成的细纹理嵌板。浇注嵌板具有的优点是，颜色遍布于整个嵌板中，使得嵌板中的刮痕或切痕不那么明显。施加作为主题的涂料来填补嵌板表面中的洞或凹穴，使之具有更平滑的纹理和更整体性的外观。实例I制备增稠剂在水中的2%溶液。称取3200克水并放入烧杯中。使用高速螺旋桨混合机，将80克得自Aqualon (Wilmington, DE)的Natrosol B增稠剂加到水中。搅拌溶液十分钟。由75. 05%的矿棉、12. 79%的淀粉、11. 51%的灰泥、0. 64%的硼酸和0. 01%的六偏磷酸钠制备用于浇注吸声嵌板的浆液。称量1628. O克浆液、500. O克上述制备的2%NatrosolB溶液和1443. O克水到一个大金属烧杯里，由此制备湿覆盖涂层。使用Ross高剪切混合机(Charles Ross & Son Company, Hauppauge, NY)掺混组分，米用的设置及混合时间如下表I所示。混合机配有3英寸(76_)直径的锯齿不锈钢叶片。初始将混合时间设为15秒。使用小勺从浆液混合物中收集大约140克样品并转移到配衡的玻璃烧杯里。将浆液混合物再混合一分钟，然后获得另外140克样品。混合一分钟，接下来继续取样，直到已经过去总共5. 25分钟的混合时间。这样共产生了 6个样品。使用小勺收集样品(约140克)并放到配衡的烧杯里。对烧杯和样品进行称重并记录重量。在5加仑桶中放约I. 5英寸(41mm)的水。将美国标准筛系列中具有2mm或0. 078英寸开口的#10筛放在水中，使水位达到沿筛侧面向上的一半。将样品加到桶中的筛里，将筛反复升降以“洗去”涂料中除大棉结以外的所有组分。矿棉的松散纤维很容易通过筛。收集未通过筛的结状棉球并将其转送回到指定的配衡的烧杯中。在250° F (121° C)烘箱中干燥含棉结的溶液以确定所得到的棉结量。以不同的混合时间及混合速度进行湿筛测试的结果不于表I中。表I湿筛测试
权利要求
1.一种制备用于施加到吸声嵌板表面的透声涂层的方法，包括 制备包含增稠剂和水的增稠剂溶液； 将所述增稠剂溶液的一部分、一种或多种填料、纤维性填料、粘结剂和水输送到混合机； 在选择为降解纤维性填料的高剪切条件下对混合机内含物进行混合以形成一种平滑的涂料； 将该涂料施加于底垫； 使该涂料分布在该底塾的表面上，其中在施加之后，该涂料不含可见的结， 使涂覆的底嵌板干燥，并 将涂覆的底垫切割成多个吸声嵌板。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述制备和输送步骤中的水量导致具有不超过30重量％固体的涂料。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述分布步骤的涂层的厚度平均小于1/8英寸(mm)ο
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述施加步骤包括湿端浸没。
5.根据权利要求I所述的方法，进一步包括在对底嵌板和吸声嵌板进行切割和成形的同时收集嵌板灰尘，且其中所述输送步骤的所述一种或多种填料包括由所述收集步骤回收的灰尘。
6.根据权利要求5所述的方法，其中该涂料包含基于干燥固体的重量为至少50%的嵌板灰尘。
7.根据权利要求I所述的方法，其中所述制备步骤中的水的温度为从约80°F(27。C)至约 150° F (121。C)。
8.根据权利要求I所述的方法，进一步包括 制备包含填料、粘结剂和水的一种凝胶； 将该凝胶的一部分和纤维性填料输送到混合机以形成一种浆液； 利用该浆液的第一部分以形成该底垫，该涂料施加到该底垫；并且 在所述混合步骤中将该浆液的第二部分与该混合机的内含物合并。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述制备和输送步骤中的水量导致具有不超过30重量％固体的一种涂料。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在对底嵌板和吸声嵌板进行成形的同时收集嵌板灰尘，且其中所述输送步骤的所述一种或多种填料包括由所述收集步骤回收的灰
全文摘要
通过对吸声底垫施加薄的透声涂层制成了一种吸声嵌板。由一种或多种填料、纤维性填料、粘结剂和水制成浆液。由增稠剂和水制备增稠剂溶液。在高剪切条件下将一部分浆液和增稠剂溶液进行混合以降解纤维性填料并形成一种平滑的涂料。将涂料施加于底垫并使之分布于其上，然后将涂覆的底垫切割并干燥以形成涂覆的吸声嵌板。该嵌板在涂层的表面上不含可见的矿物结。任选地，该浆液是用于制作底垫的浆液的一部分。其它实施方案包括使用由对底垫或涂覆嵌板进行切割或成形得到的、该吸声嵌板的回收的灰尘或细颗粒。
文档编号D21J1/20GK102812185SQ201180013270
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月15日 优先权日2010年3月23日
发明者M·英格勒特, R·卢, M·兰登 申请人:Usg内部有限责任公司