(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材、および、前記芯材の少なくとも一方の面に粘着的に貼り合せられるペーパー・フ
ェイサー・シート材料を含む複合ボードであって、
前記芯材が、パーライト、バインダ、セルロース繊維、およびミネラル・ウール、石膏、クレイ、フライ・アッシュ、ドロマイトから選ばれる付加的材料の混合物を含む水スラリーから形成され、
前記パーライトが、その粒子が内部空隙を有し、立方フィート当たり３ポンドから１５ポンドの密度である発泡パーライトであり、
前記芯材における前記パーライトの含有量が、１５重量％から４０重量％であり、
前記芯材における前記セルロース繊維の含有量が、２０重量％から３０重量％（２０重量％を除く）あり、
前記芯材における前記バインダの含有量が、５重量％から１５重量％であり、
前記セルロース繊維および前記バインダが、前記パーライト粒子間の隙間の中にマトリ
ックスを形成し、
前記バインダが、前記セルロース繊維を互いに接着させさらに前記パーライト粒子に前
記セルロース繊維を接着させ、
前記ペーパー・フェイサー・シート材料が、前記ペーパー・フェイサー・シート材料のすべての領域にわたって塗布された水ベース接着剤を用いて前記芯材に貼り合わされ、
前記複合ボードが、立方フィート当たり３０ポンド以下の密度を有し、かつ、前記複合ボードの厚さが１／２インチであるときに１００〜１１０ポンドの釘抜き性能、および３６４〜７９５ｐｓｉの破壊係数（ＭＯＲ）を有することを特徴とする複合ボード。
【請求項２】
前記ペーパー・フェイサー・シート材料が、前記芯材の表裏両面に貼り合わされることを特徴とする請求項１に記載の複合ボード。
【請求項３】
前記バインダが澱粉であり、前記芯材における前記澱粉の含有量が、１０重量％から１
５重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合ボード。
【請求項４】
前記パーライトの密度は、立方フィート当たり６ポンドから１０ポンドであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複合ボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静的構造物、特に、壁、吊天井などの建造に有用な複合ボードに関する。
【背景技術】
【０００２】
乾式壁と呼ばれることがある従来の壁ボードは、世界中で広範囲に使用されており、特に内壁の建築において使用されている。この製品は、通常、高い割合の石膏を含んで作製されるが、これは結果としてボードの重量に反映される。典型的には、従来のボードは、立方フィート当たり（ｐｃｆ）約４０  ｌｂｓ．の密度を有する。空気がボード組成の中に混入あるいは封入されることができ、圧縮性をもたらしさらに重量を軽減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、石膏含有量は、通常、十分な「釘抜き」強度を保証するために比較的高いレベルを維持する。従来の壁ボードの重量は、現場への納入および現場での取付けでの疲労および／または負担の影響を含むその配送コストおよび人件コストにおいて、輸送コストおよび取り扱いコストを増加させることから、著しく不利である。
吊天井用のタイルは、種々の製剤、キャリパス（calipers）、フェイス・パターン、および、コーティングを用いて製造される。従来の天井タイルの長い間のならびに頻繁な問題は、取付け後に、特に湿度が高いならびに／または温度が高い環境の中で弛む傾向があり、見苦しくなりそのために不満足な状態になることである。天井タイル製剤中にパーライトを含むと、タイルの弛みの発生度を増加させる傾向があることが知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、とりわけ壁構造物および吊天井タイルに有用である比較的軽量の複合ボード
を提供する。本発明は、ボードの芯材中の軽量媒質としての発泡パーライトと芯材のクラ
ッディングでの高伸張性材料としての紙との使用を組合せて、驚くべき軽量さと丈夫さと
を兼ね備えるボードを作り出す。
すなわち、本発明は、芯材、および、芯材の少なくとも一方の面に粘着的に貼り合せられるペーパー・フェイサー・シート材料を含む複合ボードであって、
芯材が、パーライト、バインダ、セルロース繊維、およびミネラル・ウール、石膏、クレイ、フライ・アッシュ、ドロマイトから選ばれる付加的材料の混合物を含む水スラリーから形成され、
パーライトが、その粒子が内部空隙を有し、立方フィート当たり３ポンドから１５ポンドの密度である発泡パーライトであり、
芯材におけるパーライトの含有量が、１５重量％から４０重量％であり、
芯材におけるセルロース繊維の含有量が、２０重量％から３０重量％（２０重量％を除く）あり、
芯材におけるバインダの含有量が、５重量％から１５重量％であり、
セルロース繊維およびバインダが、前記パーライト粒子間の隙間の中にマトリックスを形成し、
バインダが、セルロース繊維を互いに接着させさらに前記パーライト粒子にセルロース繊維を接着させ、
ペーパー・フェイサー・シート材料が、ペーパー・フェイサー・シート材料のすべての領域にわたって塗布された水ベース接着剤を用いて前記芯材に貼り合わされ、
複合ボードが、立方フィート当たり３０ポンド以下の密度を有し、かつ、複合ボードの厚さが１／２インチであるときに１００〜１１０ポンドの釘抜き性能、および３６４〜７９５ｐｓｉの破壊係数（ＭＯＲ）を有する。
【０００５】
開示する複合ボードでは、発泡パーライトがストラクチュラル・フォームのように機能することにより、その低い密度にもかかわらず、比較的高い圧縮強度が得られることが分かっている。より具体的には、高圧縮強度は、明らかに、発泡パーライト、セルロース繊維およびバインダがストラクチュラル・フォームとして一体に機能している芯材の構造的完全性に起因すると考えられる。この圧縮強度は驚くほど高い釘抜き性能に反映され、製品が壁ボードとして首尾よく使用されるのを可能にする。芯材が開示するように調製されてさらに貼合紙でクラッディングされているボードの性能は、十分な釘抜き性能を得るために以前は仕方なく壁ボードの密度が比較的高いレベルに維持されていた通常の技術とは正反対である。
【０００６】
本発明の軽量ボード構造物は、ボードが天井用タイルへの応用に首尾よく使用されるのを可能にする。タイルのフェイス側すなわち部屋側に貼り合わされる紙層は、仕上げ塗装などのための一様な基礎を形成するのに加えて、経済的さらに環境的に向上させる形でタイルの弛み抵抗性を著しく強化するように機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を具体化する複合ボードは、平面の芯材、および、芯材の一方の側に貼り合わされる少なくとも１つのペーパー・フェイサー・シートを含む。壁ボードとして使用することを意図する場合、このボードは、典型的には４’×８’、１０’および１２’の公称寸法で製造されてよい。このボードは、もちろん、工場または現場で別のサイズで製造あるいは他のサイズに切断されてよい。このボードは従来の壁ボードより重量が軽いことから、例えば標準で５フィートの大きな幅で製造されることができ、さらに手で取り扱われることができる。芯材は、例えば、典型的には天井タイルの製造に使用される従来のウォーター・フェルティング・プロセスによって製造される。芯材の製剤は大幅に変化することができるが、基礎的あるいは主要な構成物質は、パーライト、セルロース繊維およびバインダである。これらの構成物質および他の任意選択の構成物質は、約５％の固体の水スラリー中で一様に混合され、スクリーン上で脱水されてマットを形成し、次いで、乾燥されて芯材を形成する。
【０００８】
実行可能な範囲で、構成物質は、仕上げにおいて芯材中に一様に分散される。マットの厚さは、好ましくは追加の研削または研磨作業なしで、当技術分野で既知の適切な圧縮技術により、指定の厚さの芯材を製造するために十分な正確さで調整されることが好ましい。
【０００９】
主要な構成物質およびいくつかの任意選択の構成物質の考察は、以下のとおりである。
【００１０】
パーライト
発泡パーライトははじけたポップコーンのように見える。特定の密度への膨張後、パーライト粒子は空隙または空孔を含む。水スラリー中での構成物質との混合後にパーライト粒子は水を含むが、この水は、その後芯材マットの乾燥の間に除去されなければならない。高いパーライト含有量により適切なバルキー性を有する芯材を製造することができるが、パーライト含有量の増加は、含水量の増加のためにボード形成速度を低下させ、さらに天井タイルへの応用において騒音低減および弛み抵抗性を低下させることがある。
【００１１】
セルロース繊維
セルロース繊維は、芯材の形成中に湿潤強度を加える。セルロース繊維は、マットの形成中に、パーライト、ならびに、澱粉および充填剤などの粉体サイズが微細な他の物質を封入する。芯材製剤中にセルロース繊維がないと、パーライトはスラリーの表面に浮かんでしまい、芯材の形成が困難になる。天井タイルへの応用においての過剰量のセルロース繊維は、取付け作業員によりタイルを切断するのに一般に使用されるハンドヘルドのボード・ナイフでのタイルの切断性能に悪影響を及ぼす。適切なセルロース繊維の経済的な供給源は再生紙であるが、別の供給源として木材などのような繊維が実用的である。
【００１２】
バインダ
澱粉およびラテックスは、コアが乾燥された後に主要な芯材成分間に粘着性の結合をもたらすバインダである。通常、典型的な芯材製剤では生の澱粉が使用される。生の澱粉は加熱されるまでいかなる強度も加えないことから、芯材が乾燥されるまでは、圧粉体強さ／湿潤強度をもたらすのはセルロース繊維に依存される。澱粉が加熱されると、芯材は砕け易くなりハンドヘルドのボード・ナイフで容易に切断されることができる。澱粉の量が増加すると、砕け易さが増す。澱粉およびセルロース繊維を含む有機含有量が増加すると、高湿度条件での天井タイルの弛み抵抗性に悪影響が出る。
【００１３】
ミネラル・ウール
天井タイルに使用されるボードの芯材製剤中のミネラル・ウールは、ボードの吸音力（ＮＲＣ）を向上させる。一般に、ミネラル・ウールの量が増加すると、吸音力が向上する。ミネラル・ウールはまた、芯材形成中にスラリーにバルキー性を有利にもたらす。
【００１４】
充填剤
クレイは、防火標準の天井タイルにおいて重要である。火災の際に、クレイは焼結して極めて優れた耐火性を天井タイルにもたらす。しかし、芯材製剤中の高いクレイ含有量は、水へのその親和性のために製造ライン速度を低下させる。
炭酸カルシウムは典型的な充填剤であり、製品にある程度の硬度をもたらすことができるという点を除いてボードの特性に重要な有用性を有していないが、製品のコストを下げることができる。他の一般に使用されている低コストの充填剤は、硫酸カルシウムおよびフライ・アッシュである。
【００１５】
石膏は、水中での有限の可溶性により、凝集性の媒介物として機能する。芯材スラリー中の凝こう剤の作用により、加工（脱水、真空プレスおよび湿式プレス）中のマット内の微細粉末粒子（無機クレイ、有機澱粉など）が保持されて一様に分散される。製剤中に凝集性の媒介物がないと、微細で高密度な粒子が加工中にマットの底部へ移動するために排水に悪影響が出る。石膏は、他の無機充填剤、クレイおよび炭酸カルシウムにより作られるマットより厚いマットを製造することができる。湿式プレス前の高いマット厚さ（バルキー性）は、過剰な水の除去に有益である。石膏により他の凝こう剤、凝固剤および／または界面活性剤の必要性を回避することができる。石膏はボードの硬度を向上させることができる。石膏は、ミネラル繊維および／またはセルロース繊維の塊を分解してそれにより高いスラリー濃度（固体％）を可能にして生産速度を向上させる分散剤として機能することができる。石膏は、芯材のマットのプレスおよび乾燥後に有意に「弾性戻り」をしないあるいは膨張しないことから、芯材の厚さを調整するために芯材をサンドペーパーで磨く必要性を低減する。
【００１６】
主要なおよび可能性のある成分材料の前述の考察から、材料の選択およびそれらの割合は、複合ボードの意図された使用法およびその必要とされる物理的特性に依存してよいことが分かるであろう。
【００１７】
主成分であるパーライト、セルロース繊維およびバインダの中で、パーライトが芯材の体積の大部分を占める。パーライトの密度は、立方フィート当たり３ポンドから１５ポンドであり、より好ましくは立方フィート当たり６ポンドから１０ポンドであり、最も好ましくは立方フィート当たり８ポンドである。芯材におけるパーライトの含有量は、１５重量％から４０重量％とする。
【００１８】
ペーパー・フェイサーが、芯材の少なくとも一方の側に貼りあわされる。ペーパー・フェイサーは、クラフト紙などの種々の形態の中の任意の１つでよく、複合ボードの最終的な使用法に依存する。複合ボードが壁ボードとして使用されることを意図する場合、標準の壁ボード紙（すなわち、乾式壁の表面上または後面上の紙）が芯材に貼りあわされてよい。このような紙の一例は、１１ミルから１３ミルの厚さを有する。このような紙は、一般に、２インチ幅のサンプルサイズを標準的試験の取付け具（ＴＡＰＰＩ試験規格）で固定して引張った場合、機械方向に約１４０ポンドおよび横断方向に約４５ポンドの引張り強さを示す。また、複合ボードが壁ボードとして使用されることを意図する場合、その全体のパスすなわち厚さは、例えば公称３／８インチ、１／２インチまたは５／８インチである。芯材は、芯材の一方の側のみが一枚のペーパー・フェイサーと組み合わされるあるいは芯材の対向するそれぞれの側が別個のペーパー・フェイサーと組み合わされるかのいずれかの場合、この公称厚さを成すような厚さに合わせられる。典型的には、ペーパー・フェイサーは、大きさを合わせるための切断後あるいは切断前に、芯材が作られるのと同時に製造ライン上で芯材に貼り合わされる。ペーパー・フェイサーは、適切な市販の水ベース接着剤、好ましくはラテックスにより芯材に接着される。接着剤は、従来の既知の手法により、スプレーされて、ロール塗布されて、あるいは別の方法で、芯材の一方あるいは両方の表面全体およびペーパー・フェイサーの表面全体にわたって塗布される。マットが乾燥されて工場生産で芯材が完成されるとき、マットは典型的には約２％以下の非常に低い含水率を有する。この低い含水率により、ペーパー・フェイサーが複合ボードの工場生産で芯材に貼り合わされるときに、水ベース接着剤が素早く硬化することが可能になる。
【００１９】
理想的には、得られた複合ボードは、立方フィート当たり３０ポンドの密度を有するべきである。この密度または重量は、標準的な壁ボードの重量に対しての有意な利益をもたらすことができる。輸送コスト、取り扱いコスト、および、取付けコストの節約は、潜在的に大きい。本発明は、軽量の芯材を使用することにより、石膏ベースの壁ボードの場合で少なくとも立方フィート当たり４０ポンドの最低密度を維持する慣行的実務から離れる。現行の慣例では、従来の壁ボートの密度がこの値未満に低下した場合、壁ボードの強度が低下し、典型的には釘抜き性能が許容できなくなる。釘抜きは、ＡＳＴＭ規格Ｃ４７３に詳述されており、壁ボードまたはパネル構造物の性能を業界基準で測定するために産業界で使用される。
【００２０】
本発明は、セルロース（紙）繊維とバインダとの均質な混合物中に発泡パーライト・セルまたは粒子を使用することを含む。バインダの実用的な形態は、例えば、トウモロコシ、ジャガイモおよび／または小麦の原料から得られる澱粉である。澱粉は、芯材のマットが形成されるスラリーの中に導入される前に予熱されてよい。セルロース繊維およびバインダはパーライト粒子間の隙間にマトリックスを形成する。バインダは、セルロース繊維を互いに対して、ならびにセルロース繊維をパーライト粒子に対して動けなくする。セルロース繊維は芯材の引張り強さの大部分に寄与する。好ましくは、パーライトとセルロース繊維との組合せの重量は、芯材の総重量の少なくとも２５％である。
【００２１】
開示するプロセスおよび開示する製剤により作られる複合ボードは、特に、標準的な石膏ベースの壁ボートおよび軽量の石膏ベースの壁ボートと比較された場合、驚くほど高い釘抜き性能を示す。最もよく理解されるように、さらに、実際の製剤に一部依存して、芯材混合物のパーライト成分は、紙繊維およびバインダの安定化機能とあいまって、パーライト粒がストラクチュラル・フォームとして集団的に機能することにより重量が比較的軽量である一方で高い圧縮強度を生み出すことを可能にすることが理論づけられている。芯材の圧縮だけでなく引張りの強度も、ペーパー・フェイサーのみでクラッディングされさらに高いレベルの釘抜き性能を実現する複合ボードの特有の機能を提供する。すわなち、第２のペーパー・フェイサーが、釘の頭またはねじ部が打ち込まれるパネルの面が１枚の紙でクラッディングされた側である場合に、適切な釘抜き強度を得るために必ずしも使用されるとは限らない。
【００２２】
芯材の基本成分に加えて、言及したように、他の材料も芯材製剤中で使用されてよい。これらの付加的な材料は、ミネラル・ウールと、石膏と、クレイおよびフライ・アッシュなどの充填剤と、ドロマイトとを含んでよい。以下は、芯材混合物の可能性のある成分および重量ベースでの可能性のある相対的なパーセンテージを示す表である。複合ボードの芯材は、以下のパラメータ内の製剤を有する。
【００２３】
【表１】
0005392469.tif 000002
【００２４】
標準的な壁ボード紙が貼り合わされた１つまたは２つの面と、前述の表に記載されている例示的な芯材製剤とを有する複合ボードは、以下の性能を示した。
【００２５】
【表２】
0005392469.tif 000003
【００２６】
ＭＯＲ（破壊係数（ｍｏｄｕｌｕｓ  ｏｆ  ｒｕｐｔｕｒｅ））は、以下の式によって与えられる曲げ強さの測定値である（ＡＳＴＭ  Ｄ１０３７）。
【００２７】
【数１】
0005392469.tif 000004
【００２８】
前述に基づいて、当業者は、予測結果を得るために６０００ポンドの固体を含む水スラリー・バッチを調製することができる。
【００２９】
【表３】
0005392469.tif 000005
【００３０】
概して、セルロース繊維の量が多いと、ボードの密度は低下する。前に示したように、本発明の低密度のボードは、相当するボード厚さでの産業界の釘抜きの基準を容易に超えることができる。
業界基準は、厚さ３／８インチの壁ボードに対して５６ポンドおよび厚さ１／２インチに対して７７ポンドの容認された釘抜きの値を設定している。前述の表は、標準的な乾式壁紙が一方または両方の面に貼り合わされた例示的な製剤の軽量芯材が、これらの業界基準を超えることができることを示す。これらのデータから、芯材の密度および／またはペーパー・フェイサーの強度は、得られる十分な釘抜き性能が少なくとも業界基準である間は、記録された軽量構造物から下げることができることは明白である。
【００３１】
本開示が例であること、ならびに、本開示に包含される教示内容の公正な範囲から逸脱することなく、詳細を追加、修正および削除することにより種々の変更形態が作られることができることは明白である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲が必然的に限定される範囲を除いて、本開示の特定の詳細に限定されない。