(57)【要約】  本発明に係る方法により製造される軽量キャスト物品。デンプンを冷水とブレンドしてからデンプン／水ブレンドを加熱してデンプンゲルを形成することにより発泡音響製品が作製される。ミネラルウールは、パルプを形成すべくデンプンゲルに添加され、パルプは、ウールノジュールが形成されるまで湿式混合される。次いで、パルプは、界面活性剤および一定量の気泡水と組み合させる。起泡剤は、線状ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。起泡剤とパルプとの混合を継続すると発泡パルプが形成される。発泡パルプは、成形型内にキャストされ、そして発泡パルプは、乾燥させると発泡製品を形成する。発泡製品は、成形型から取り出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
デンプンを冷水とブレンドすることと、
このデンプン／水ブレンドを加熱してデンプンゲルを形成することと、
前記デンプンゲルにミネラルウールを添加してパルプを形成することと、
ウールノジュールが形成されるまで前記パルプを湿式混合することと、
界面活性剤を一定量の気泡水と組み合わせることであって、ただし、前記界面活性剤は、線状アルキルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物からなる群から選択されるものとすることと、
前記界面活性剤、前記気泡水、および前記パルプを混合して発泡パルプを形成することと、
前記発泡パルプを成形型内にキャストすることと、
前記発泡パルプを乾燥させて発泡製品を形成することと、
前記成形型から前記発泡製品を取り出すことと、
を含む、発泡音響製品の製造方法。
【請求項２】
前記方法の製品にパーライトが添加されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブレンド工程のデンプンが植物デンプンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ブレンド工程の植物デンプンがさらに、トウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン、コムギデンプン、およびタピオカデンプンから選択される群に属する１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記植物デンプンが架橋トウモロコシデンプンである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記混合工程が、あらかじめ形成された泡を作製することと、前記あらかじめ形成された泡を前記湿潤パルプに混合導入することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記導入工程がさらに、界面活性剤溶液を前記湿潤パルプに添加することと、前記湿潤パルプを撹拌して前記発泡パルプを形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記添加工程のミネラルウールが繊維状ミネラルウールとして添加される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ミネラルウールの乾燥構造体を含み、前記ミネラルウールの繊維間の空間が、ボイドを内有する乾燥デンプンゲルで充填され、前記ボイドの内部表面が、線状アルキルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される膜で覆われ、前記ミネラルウールが、バラ繊維の形態でまたは３ｍｍ以下のウールノジュールとして存在する、発泡音響製品であって、
少なくとも１６ポンド毎ｆｔ３の密度および少なくとも８０重量ポンドの硬度を有する、製品。
【請求項１０】
石膏、ホウ酸、およびそれらの混合物からなる群に属する少なくとも１つをさらに含む、請求項９に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャスト吸音製品の製造方法に関する。より特定的には、軽量製品を生成する発泡音響パネルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響パネルは、建築産業で広く使用されている。音響パネルは、音を制御するために劇場や音楽堂の壁や天井で使用される。この製品は、音響エネルギーを吸収する製品内部に音を進入させることにより音を吸収する。製品内部への進入路は、多くの方法で提供される。製品表面の開口は、製品内部への音の進入を可能にする。製品構成は、少なくとも部分的に音を通して音が製品表面を貫通できるように設計可能である。音響製品業者には公知のように、音響エネルギーを製品内部に進入させる他の手段を使用することが可能である。製品内部への進入後、音響エネルギーは、少なくとも部分的に力学的エネルギーまたは熱エネルギーに変換されて散逸される。
【０００３】
従来の音響パネルは、フェルト化プロセスまたはキャストプロセスのいずれかにより製造される。キャスト製品は、通常、重量および強度がより大きい。これらの物品は、繊維およびバインダーを１種以上の充填剤および添加剤と混合してから得られたパルプをトレーまたは成形型に入れて乾燥に供することにより製造される。繊維、バインダー、および充填剤は、得られるパネルが吸音性になるように選択される。さらなる吸音性が望まれるのであれば、場合により、製品に模様のエンボス加工やプレス加工を施すことにより製品の表面にさらなるボイドまたはキャビティーを形成する。吸音性を改良する他の方法は、ニードルを用いた製品表面の突刺（すなわち穿孔）によるものである。以上のエンボス加工の場合と同様に、穿孔により、吸音力をさらに向上させるキャビティーが形成される。キャスト製品の重量を低減する一方法は、膨張パーライトなどの軽量充填剤の添加によるものである。しかしながら、パーライトは、音を反射して物品の吸音能を低下させる。このため、重量と吸音性とのバランスをとって特定の製品に有用な膨張パーライトの量を決定することになる。
【０００４】
キャスト法により製造される製品の例は、米国特許第１，７６９，５１９号明細書に記載されている。ミネラルウールとデンプンゲルとのパルプを成形型内にキャストし、乾燥させて物品を形成する。この物品は音響制御に有効であるが、物品は重い。結果として、輸送に費用がかかり、物品の移動、運搬、または設置をしなければならない者に急速な疲労を引き起こす。
【０００５】
米国特許第４，６５５，９５０号明細書には、重量がより軽いキャスト音響物品を製造するための酵素修飾大豆蛋白系起泡剤の使用が示されている。この特許には、増粘前のデンプンおよび水への起泡剤の添加が教示されている。次いで、発泡パルプはトレー上に分配された。物品の表面は、スクリード処理されて物品に表面テクスチャーが付与され、次いで、湿潤パルプは、約３００°Ｆ（１４９℃）のオーブン内で約１６時間乾燥された。
【０００６】
最近の研究では、デンプンゲルの形成前に起泡剤を添加しても必ずしも平滑発泡パルプが生成されるとは限らないことが示された。いくつかの状況下では、ミネラルウール繊維を添加した場合、ウールが丸まって大きなノットとなり、ときにはノットが除去できるまで混合装置の運転停止が必要になる。得られたパルプは、審美的に満足のいかない大きな塊を含有するうえに、装置の停止を必要とし、製品のコストを増大させた。
【０００７】
さらなる研究では、界面活性剤は、軽量音響製品の製造に一貫して有効であるわけではないことが示唆される。以下に示されるように、いくつかの界面活性剤の添加は、実際に製品密度の増加を引き起こした。軽量キャスト物品の作製は、単に発泡物品を形成するための界面活性剤の添加およびパルプの混合というだけの問題ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、音響特性を備えた軽量キャスト物品の製造方法に対する長い間の切実な要求が当技術分野に存在する。また、膨張パーライトを含まない音響製品およびその製造方法に対する要求も存在する。さらに、ミネラルウールの大きなノットの形成を回避する音響物品の製造方法も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの要件の少なくとも１つは、本発明に係る方法により製造される軽量キャスト物品により満たされる。発泡音響製品は、デンプンと冷水とのブレンド処理、それに続く任意選択の充填剤および添加剤の添加、その後のデンプン／水ブレンドの加熱によるデンプンゲルの形成により作製される。ミネラルウールは、パルプを形成すべくデンプンゲルに添加され、パルプは、ウールノジュールが形成されるまで湿式混合される。次いで、パルプは、界面活性剤および一定量の気泡水と組み合させる。起泡剤は、線状アルキルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される。起泡剤と気泡水とパルプとの混合を継続すると発泡パルプが形成される。発泡パルプは、成形型内またはトレー内にキャストされ、そして発泡パルプは、乾燥されて発泡製品を形成する。発泡製品は、トレーから取り出される。
【００１０】
発泡音響製品は、このプロセスにより軽量化のためのボイド構造をもたせて製造され、しかも良好な物理特性および音響特性を有する。製品は、ボイドを内有する乾燥デンプンゲルがミネラルウール繊維間の空隙に充填された乾燥ミネラルウール構造体である。ボイドの内部表面は、線状アルキルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物から選択される起泡剤を含む膜で覆われる。ミネラルウールは、バラ繊維の形態でまたは３ｍｍ以下のウールノジュールとして存在する。製品の物理特性は、少なくとも１６ポンド毎ｆｔ３の密度および少なくとも８０重量ポンドの硬度を含む。
【００１１】
ウールノジュールの形成後の起泡剤および気泡水の添加により、ウールノットの形成を伴うことなく適正サイズのウールノジュールの形成が確保される。ウールノットは、混合を継続してもウールノジュールのように破壊されることがない。ときには、ウールノットが原因で、ノット繊維をミキサーから除去するために製造ラインを停止することが必要になる。したがって、成分の添加順序は、適正な一貫性のある製品の形成に重要である。
【００１２】
また、当業者の予想に反して、すべての界面活性剤または起泡剤が軽量音響パネルの作製に有用であるとは限らないことを見いだした。いくつかの起泡剤は、実際に製品密度の増加を引き起こすことが判明した。線状アルキルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物を用いると、軽量キャスト製品の一貫性のある作製が可能になる。
【００１３】
製品の他の予想外の利点は、密度の減少に伴って音響特性が向上することである。吸音力は、小さいキャビティーを泡で置き換えると減少すると予想された。しかしながら、騒音低減係数は、製品密度に反比例することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１および２のサンプル１〜１０での起泡剤の量およびタイプ対製品密度のグラフである。
【図２】実施例１および２のサンプル１１〜２０での起泡剤の量およびタイプ対製品密度のグラフである。
【図３】実施例１および２のサンプル２１〜２８での起泡剤の量およびタイプ対製品密度のグラフである。
【図４】実施例１および２のサンプル１〜１０での起泡剤の量およびタイプ対製品ＭＯＲのグラフである。
【図５】実施例１および２のサンプル１１〜２０での起泡剤の量およびタイプ対製品ＭＯＲのグラフである。
【図６】実施例１および２のサンプル２１〜２８での起泡剤の量およびタイプ対製品ＭＯＲのグラフである。
【図７】実施例３および４のサンプル１〜２０での起泡剤の量およびタイプ対製品密度のグラフである。
【図８】実施例７のサンプルでの混合時間の関数としての密度のグラフである。
【図９】実施例８のサンプルの密度の関数としての騒音低減係数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で用いられる場合、とくに断りのないかぎり、成分の量は、乾燥成分の全重量を基準にして重量パーセントで表される。
【００１６】
キャスト発泡物品の作製は、デンプンと冷水とをブレンドすることにより開始される。冷水は、デンプン成分の早期膨張を防止するために使用される。「冷水」という用語は、水がデンプンの膨張の起こらない十分に低い温度を有することを意味するものとして定義される。厳密な温度は、選択される特定のデンプンに依存するであろうが、冷水は、好ましくは１５０°Ｆ（約６５℃）未満になるように選択される。
【００１７】
熱水の存在下で膨張するデンプンはいずれも有用である。好ましいデンプンとしては、植物デンプン、たとえば、トウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン、コムギデンプン、タピオカ、およびそれらの混合物が挙げられる。いくつかの実施形態では、未修飾デンプン、天然デンプン、またはパール状デンプンが使用される。ＡＤＭ  Ｃｌｉｎｔｏｎ６０８デンプンなどの架橋デンプンをはじめとする修飾デンプンもまた使用される。デンプンは、好ましくは、パルプの全重量を基準にして約３．０重量％〜約４．２重量％または乾燥成分の約１１重量％〜約１６重量％の量で使用される。ゲル形成用のデンプンと水との比は、好ましくは、約０．０４５〜約０．０６５の範囲内である。
【００１８】
充填剤は、場合により、乾燥成分の全重量を基準にして約１０重量％〜約１４重量％の量で蒸解前にデンプンと組み合わされる。いくつかの実施形態では、スタッコ（仮焼石膏、硫酸カルシウム半水和物、および焼き石膏としても知られる）が使用される。スタッコは、α型仮焼タイプまたはβ型仮焼タイプのいずれでもよい。α型仮焼石膏は、やや球状であり、水中でより容易に流動化される。それは、加圧下で硫酸カルシウム二水和物または石膏を仮焼することにより製造される。石膏を大気条件で仮焼した場合、より針状のβ型仮焼スタッコである異なる結晶形態を生じる。α型仮焼石膏、β型仮焼石膏、または両者の混合物はいずれも、製品に有用である。他の有用な充填剤としては、クレー（たとえば、カオリンもしくはボールクレー）、炭酸カルシウム、音響製品の製造からのリサイクルダストもしくは損紙、または粉末石膏（石膏もしくは硫酸カルシウム二水和物としても知られる）が挙げられる。充填剤の使用は、完全に任意選択であり、充填剤を含まない音響製品の作製も考えられる。
【００１９】
他の任意選択の成分はホウ酸である。ホウ酸の種々の機能は、遅炎剤、増白剤、および／または強化助剤としての機能である。使用時、いくつかの実施形態では、それは、デンプンおよびスタッコと共に冷水に添加される。ホウ酸は、乾燥成分の約０〜約１．２０重量％の量で添加される。製品の特定の実施形態では、乾燥成分の約０．４５重量％〜約０．７５重量％の量のホウ酸が使用される。
【００２０】
ヘキサメタリン酸ナトリウムは、音響製品で音響吸収を増大させるために少量で使用される任意選択の添加剤である。理論により拘束することを望むものではないが、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ  ｈｅｘｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅ）は、ボード内に局部収縮を引き起こすことにより、吸音に利用可能なボード構造内部の小さい亀裂および／または細孔を生成すると考えられる。それは、軟水化剤としてＣＡＬＧＯＮという商品名で一般に入手可能である。
【００２１】
デンプンと水との混合物は、加熱されてデンプン顆粒の膨張を開始する。加熱によりデンプンの膨張が可能になり、混合物の増粘が開始される。場合により、混合物は、増粘プロセス時、好ましくは連続的に撹拌される。これは、熱源の近傍でのデンプンの過剰の加熱および増粘を防止する。加熱を継続すると、デンプン顆粒は、膨張し続ける。好ましくは、混合物は、デンプンを完全に蒸解するのに十分な温度にする。これにより、粘稠粘性構造のデンプンゲルが形成される。
【００２２】
混合物の加熱は、当技術分野で公知の任意の技術により達成可能である。いくつかの実施形態では、サンプルは、デンプンと充填剤と添加剤と水との組合せに熱水または水蒸気を添加することにより加熱される。この技術は、溶液のホットスポットおよび局部増粘を低減する。他の実施形態での加熱方法としては、混合槽の加温および混合槽への水蒸気添加が挙げられる。
【００２３】
デンプンゲルの調製後、ミネラルウールなどの繊維が添加される。ミネラルウールは、天然または合成の鉱物、石材、スラグ、または金属酸化物から製造される繊維状材料である。鉱物は、約１６００℃に加熱されて溶融状態にされる。次いで、溶融塊の流れを通過するように空気を吹き付ける。他の製造方法では、溶融塊を高速紡糸装置で紡糸して絡み合った繊維の塊を形成する。有用なミネラルウールの例は、Ｗａｌｗｏｒｔｈ，ＷＩおよびＲｅｄ  Ｗｉｎｇ，ＭＮにあるＵＳＧ  Ｉｎｔｅｒｉｏｒｓのプラントにより製造されるスラグウールである。
【００２４】
デンプンゲルおよびミネラルウールは、湿式混合により組み合わされてパルプを形成する。湿式混合は、少なくともウールノジュールが均一に形成されて均一なパルプが生成されるまで継続される。ウールノジュールは、約０．２５インチ（６ｍｍ）までのサイズのミネラルウールの小さい柔らか豆状ボールである。これらのノジュールは、混合プロセスの一部として自然に形成される。ノジュールの形成後、それらは、高剪断条件下で継続して混合することによりさらに破壊することが可能である。高剪断混合により繊維はより小さい部分に破砕されるので、それらがノジュールから剥がれてサイズが徐々に低減される。選択される混合工程の長さおよび混合条件は、表面の平滑度などの完成品の所望の性質に依存する。比較的重いパルプを十分にブレンド可能な任意のタイプの混合装置を使用することが可能である。いくつかの実施形態ではリボンミキサーが使用される。他の実施形態では、とくにより小スケールの実施形態では、場合によりパドルミキサーを利用することが可能である。
【００２５】
起泡剤は、ウールノジュールの形成後にパルプに添加される。プロセスへの起泡剤の導入が早すぎると、大きいミネラルウールノットが形成される。これは、約０．５〜５インチの範囲内でありうるウールのより大きい集塊である。ミネラルウールの大きいノットが形成されてシステムの運転停止が必要になることもある。それらはまた、製品の審美性を損なう。
【００２６】
軽量製品を生成する起泡剤の選択は、理解しにくいことが判明した。いくつかの起泡剤を試験したところ、当業者の予想に反して、実際に製品密度の増加を引き起こした。キャスト製品の製品密度を低減するのに十分な泡を形成することが判明した起泡剤としては、線状アルキルベンゼンスルホネート（たとえば、線状ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート）、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、それらの塩、およびそれらの混合物が挙げられる。Ｓｔｅｐａｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｎｏｒｔｈｆｉｅｌｄ，ＩＬ）製のいくつかの有用な起泡剤を実施例１に示す。
【００２７】
製品密度の所望の低下を引き起こす任意の量の起泡剤が使用される。いくつかの実施形態では、パルプ中の乾燥固形分の約０．０１重量％〜約１重量％の活性起泡剤が利用される。起泡剤は、多くの場合、水性溶液で供給される。起泡剤の「活性」部分は、固形分のみを意味し、それが溶解されている水を含まない。他の実施形態では、乾燥成分の全重量を基準にして約０．１重量％〜約０．５重量％の活性起泡剤が使用される。さらに他の実施形態では、起泡剤は、パルプ固形分を基準にして起泡剤の活性成分として測定したときにパルプ重量の約０．２％〜約０．４％の量で添加される。必要とされる起泡剤の厳密な量は、選択される起泡剤、パルプ中の水の量、混合強度の程度、混合作用により生じる連行空気の量、および所望の密度低下に依存する。
【００２８】
気泡水は、それをパルプに添加する前に起泡剤と組み合わされる。これは、起泡剤とパルプとの完全混合を支援し、泡発生用の水を提供する。気泡水の量を増加させると、製品密度の低下により実証されるように、泡の量が増加することが示された。いくつかの実施形態では、気泡水は、起泡剤と共に約１００：３〜約１００：１の比で使用されるが、任意の有用な比を使用可能である。起泡剤および気泡水は、一緒にパルプに添加される。
【００２９】
起泡剤および気泡水の添加後、混合を継続してパルプ中にその場で泡を発生させる。いくつかの実施形態では、泡は、パルプの調製に使用したのと同一のミキサー中で発生される。多くの実施形態では、混合速度を増加させるとより多くの泡を発生し、製品密度がさらに低下する。
【００３０】
製品のいくつかの実施形態では、製品製造ラインとは独立して発生されウールノジュールの形成後にパルプに添加される泡が利用される。あらかじめ発生される泡は、石膏ボードの製造に用いられるような泡発生器に水および起泡剤を導入することにより形成される。それは、起泡剤と水と空気との高剪断混合により泡を発生する。
【００３１】
十分な時間をかけてパルプを混合しなかった場合、得られる製品の面は、多数のソフトスポットを有することがある。これらのスポットは、デンプンゲルが進入しなかったノジュールウールのボールである。ボールは、より大きいパーセントのバインダー材を含有するより硬い骨格により分離される。ソフトスポットは、より硬い骨格構造および顆粒間の溝または間隙とは異なる吸音性を有する。吸音力およびパネルの外観は、主に、湿式混合の程度を調整することにより制御される。
【００３２】
場合により、ミネラルウールの添加前、添加と同時、または添加後、着色材がスラリーに添加される。着色材をパルプと十分に一体化させることにより均等色が得られる。しかしながら、ミネラルウールの後に添加した場合、ミネラルウールの一部分のみに着色材が進入する程度に着色材が混合されるにすぎないこともある。終了後、これは、着色領域と無着色領域との多様なまたは斑点状の外観を呈して天然石の外観に類似する。しかしながら、石の外観は、パネルの多孔度および吸音力に影響を及ぼさない。使用する場合、着色材は、約０．０１重量％〜約４．５重量％の量で添加される。
【００３３】
混合後、一貫性のあるパルプが得られる。塊は、１つ以上のトレー内にパルプをキャストすることにより所望の形状に変換される。パネルは、いくつかの実施形態では所望の形状であるが、この技術を用いて他の形状を生成することが可能である。成形は、場合により、液体を圧搾したり塊を緻密化したりすることなく達成される。塊は、手動によりまたは機械により、たとえば、移動式成形型、平滑化マスターロールなどを用いることにより、好適な形態に成形可能である。バッキング用として成形型の底面上で紙または紙裏打ちアルミニウム箔を用いるとともに、有孔金属プレート形態を用いてより後の段階の乾燥を容易にすることが可能である。過剰のパルプは、手動スクリード処理、機械スクリード処理、またはロールパターン成形により、スクリード処理されて成形型の頂部に押し出される。より粗い外観が望まれる場合、スクリードバーのエッジを用いてスクリード処理を行うことにより、ミネラルウールノジュールの一部を牽引して、タイル内部に延在する表面内の大きい亀裂または溝を形成する。このプロセスにより製造されるパネルは、良好な強度特性を有するとともに軽量を維持する。
【００３４】
場合により、製品の表面は、硬化前にパターンでエンボス加工される。パターンは、加飾パターンを追加することにより製品の審美的価値を増大させることが可能である。表面のエンボス加工はまた、音を吸収する表面積を拡張するために使用される。たとえば、音響パネルにキャビティー、孔、または亀裂を追加することにより、硬化パルプにより音が吸収されるパネルの内部への音の進入能力が増大される。エンボスパターンはまた、吸音性を増大させるべく満足のいくデザインを用いて、これらの両方の機能を発揮するように設計可能である。
【００３５】
製品は、好適には、当技術分野で公知の任意の方法を用いて乾燥される。いくつかの実施形態では、製品は、オーブンまたは炉に導入される。急速乾燥すると製品の収縮が増大して製品の欠陥を引き起こすおそれがあるので、乾燥は、徐々に行うことが望ましい。オーブン温度は、好ましくは約９５℃〜約１６０℃である。製品が音響パネルである場合、２０５℃を超える高いオーブン温度では、パネルのエッジが焦げたり燃焼したりすることがある。
【００３６】
パネルが乾燥した後、それはトレーから剥離される。紙または他のバッキング材料は、典型的には、製品に残存するかまたは場合により除去される。所要により、パネルなどの製品は、所望の仕上げサイズに切断される。パネルの一表面は、場合により、バフ仕上げまたは研磨を行って頂部表面を除去することにより、より多くの多孔性内部表面を露出する。外部表面を除去するのに好適な手段としては、カーボランダムロール、サンダーベルト、プレーナー、サンドブラストなどの使用が挙げられる。パネルのエッジは、要望に応じて傾斜させることが可能である。
【００３７】
所望により、製品表面内に追加の孔、亀裂、キャビティー、または開口を物理的に形成することにより、乾燥製品にさらなる吸音性を付与することが可能である。一般的には、製品の表面を貫通して製品の内部までスパインまたはブレードを押し込む。スパインは一般的にはピンまたはニードルのような形状であるが、加飾デザインをはじめとする任意の形状の使用が考えられる。スパインまたはブレードは、任意の方式で、たとえば、行および列または任意の有用なパターンで配置可能である。
【実施例】
【００３８】
実施例１
試験ボードの作製
音響パネル用のパルプの基本処方は、表Ｉに示される。デンプン、ホウ酸、およびスタッコを個別のカップ内に秤取した。３５０グラムの冷水を計量し、小さい金属ビーカーに入れた。最初にデンプン、次いでホウ酸、そして最後にスタッコを添加することにより、撹拌しながら乾燥成分を冷水に添加した。２５７１グラムの沸騰水を混合物に添加した。混合物を撹拌して均一なゲルを得た。８７１グラムになるようにミネラルウールを計量し、ＨＯＢＡＲＴ（登録商標）ミキサーに入れた。ゲルをミキサーに添加し、速度１で４５秒間混合することによりパルプを形成した。混合ボウルの側面上のブレンドされない成分をパルプ中に押し下げて、パルプを速度２でさらに３分間混合した。
【００３９】
【表１】
2013523597.tif 000002
【００４０】
製品密度を低下させるうえでの有効性を決定するために１４種の起泡剤をスクリーニングした。起泡剤を表ＩＩに記載の量で基本処方のサンプルに添加した。
【００４１】
【表２】
2013523597.tif 000003
【００４２】
サンプル１Ｃは、起泡剤を含有しない比較サンプルである。表ＩＩに記載の量の起泡剤サンプルを表Ｉに記載の４１１５．５グラムのパルプサンプルに添加することにより試験ボードを作製した。以上に記載の最終混合工程の後、４００グラムの気泡水と共に起泡剤を添加した。起泡剤および気泡水の添加後、パルプを速度３でさらに４分間混合して泡を発生させた。次いで、パルプを標準的ボード形態にキャストし、過剰のパルプをスクリード処理して成形型の頂部から除去した。キャストボードを３００°Ｆ（１４９℃）のオーブン内で一晩乾燥させた。同一のパーセント量で使用される起泡剤の重量は異なる。この理由は、異なる起泡剤が成分中に異なる量の活性成分を含有することにある。計算されたパーセントでは、活性成分のみを考慮の対象とした。
【００４３】
実施例２
試験ボードの性質
実施例１で作製された各試験ボードの物理特性を測定した。結果は表ＩＩＩに示される。
【００４４】
【表３】
2013523597.tif 000004
【００４５】
５０００Ｎ（約１０００ｌｂ）ロードセルを用いてＩｎｓｔｒｏｎ３３４５試験装置でＭＯＲ試験を行った。２．０ｉｎ／ｍｉｎのクロスヘッド速度を使用した。「硬度」という用語は、２インチボール硬度試験により測定される硬度を意味する。それは、５０００Ｎ（約１０００ｌｂ）ロードセルおよび０．１０ｉｎ／ｍｉｎのクロスヘッド速度を用いてＩｎｓｔｒｏｎ３３４５試験装置で行われた。試験は、「プレハブ建築音響タイルまたは嵌込み天井パネルの強度特性の標準的試験方法」という名称のＡＳＴＭ  Ｃ  ３６７−９９に準拠して行われた。
【００４６】
表ＩＩの結果から明らかなように、起泡剤の多くは、製品密度に対して無視しうる影響または悪影響を及ぼした。サンプル３〜８および１１〜１８では、起泡剤の量をパルプ重量の０．２０％から０．４０％まで増大させると、製品密度は、同一のままに維持されるかさらには増大された。サンプル１〜２、９〜１０、および２７〜２８は、０．２％および０．４％の起泡剤サンプル間で密度の低下を示したが、比較サンプルと０．２％サンプルとの間で密度の有意な低下を示さなかった。４つのサンプル（線状ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、およびジナトリウムコアンホジプロピオネート（ｄｉｓｏｄｉｕｍ  ｃｏａｍｐｈｏｄｉｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）のサンプル）のみは、製品密度の一貫性のある低下を示した。
【００４７】
実施例３
試験サンプルの作製
実施例１および２のスクリーニング試験で特定された最も有望な起泡剤を選択してさらなる試験に供した。起泡剤が存在する場合には表ＩＶに従って添加して、パルプの基本処方のサンプルを実施例１に従って作製した。
【００４８】
【表４】
2013523597.tif 000005
【００４９】
実施例４
ボードの物理特性
実施例２と同一の試験方法を用いて、実施例３で作製したボードの物理特性を試験した。試験の結果は表Ｖに示される。
【００５０】
【表５】
2013523597.tif 000006
【００５１】
表Ｖの結果から明らかなように、４種の起泡剤のうちの３種は、起泡剤のレベルの増加に伴って密度の一貫性のある有意な低下を示した。これらの３種のサンプルは、１．Ｂｉｏｓｏｆｔ  Ｄ−４０（線状ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート）、２．Ｐｅｔｒｏｓｔｅｐ（登録商標）ＣＧ−５０（コカミドプロピルベタイン）、および３．Ｐｅｔｒｏｓｔｅｐ（登録商標）ＳＢ（コカミドプロピルヒドロキシスルタイン）であった。
【００５２】
実施例５
混合速度、混合持続時間、および気泡水の影響
混合速度、混合持続時間、および気泡水（界面活性剤希釈液）の量がボードの密度および物理特性に及ぼす影響を調べるために、実験室試験を行った。パルプの基本処方を用いて実施例１の方法に従ってサンプルを作製した。コカミドプロピルヒドロキシスルタイン起泡剤を約０．２５％（６．０１ｇ）の量ですべてのサンプルに添加した。以上で参照した変数の変化は、表ＶＩに示される。混合速度および持続時間は、泡発生の最終的混合工程を意味する。
【００５３】
【表６】
2013523597.tif 000007
【００５４】
実施例２の方法に従って同一の装置を用いてボードの物理特性試験を行った。試験の結果は表ＶＩＩに示される。
【００５５】
【表７】
2013523597.tif 000008
【００５６】
０．２５％の起泡剤では、コカミドプロピルヒドロキシスルタインは、気泡水の量の増加に伴って密度の低下を示した。気泡水を添加するとより多くの泡が生成され、密度の低下がもたらされると考えられる。ボード２８〜３０を２５〜２７と比較すると、混合速度の増加もまた、より多くの泡を発生し、密度を低下させることが示される。混合持続時間の影響は、それほど明瞭ではなかった。両方の混合速度で、密度は、混合の最初の４分間では低下したが、混合の最後の２分間では増加した。混合速度も混合持続時間も、密度以外のボードの物理特性に目立った影響を及ぼさなかった。
【００５７】
実施例６
ウールノットの発生
音響材料を製造するためにプラント追試験を行った。実施例１の基本パルプの成分および割合をより大きいバッチサイズで使用した。Ｂｉｏ−Ｓｏｆｔ  Ｄ−４０を０．４０重量％（６．１ｌｂｓ）の量で計量し、約３００ｌｂｓの気泡水に添加した。気泡水の温度を４６°Ｆの曇点超に維持した。起泡剤を水に添加し、スパチュラで撹拌することにより一体化させた。
【００５８】
起泡剤および気泡水をリボンミキサーの頂部に注加した。リボンミキサーを用いたとき、ミネラルウール添加後の混合時間は、典型的には、ウールノジュールの完全な形成のために７．５分間（４５０秒間）であった。この試験時、５．５分間の混合後に混合を停止して、対照サンプルを採取した。起泡剤の水性溶液を添加して、混合を再開した。さらに２分間にわたりサンプルを３０秒ごとに採取した。１’×１’×３／４”のボードをサンプルからキャストし、トレーにわずかに過剰充填した。トレーをスクリードバー下に通して過剰のパルプを擦り取り、製品を製造乾燥機で乾燥させた。各サンプルの密度は表ＶＩＩＩに報告される。
【００５９】
【表８】
2013523597.tif 000009
【００６０】
試験データから、最初の３０秒間の後、密度の実質的低下は起こらなかったことが示される。しかしながら、０．５インチ（１２ｍｍ）超のウールノットが発泡パルプ中に存在した。これらのノットは、製品の審美的価値を低下させた。トレーをスクリードバー下に通した時、バー上に捕捉されたウールノットは、製品の表面上に引き上げられ、ノットの上流に大きい目障りなボイドが残った。
【００６１】
実施例７
実施例１の方法に従って表ＩＸの量でデンプンゲルを調製した。
【００６２】
【表９】
2013523597.tif 000010
【００６３】
ゲルを調製した後、ミネラルウールをゲルの一部分に添加し、パルプを３９０秒間混合した。起泡剤（Ｂｉｏ−Ｓｏｆｔ  Ｄ−４０）を秤取し、８つの５ガロンバケットに展延した。全量３００ｌｂｓの冷水を８つのバケットに分け、スパチュラで撹拌して一体化させた。次いで、希釈された起泡剤をリボンミキサーの頂部に注加することにより起泡剤を調製されたパルプに添加し、１分間混合した。発泡パルプの組成は表Ｘに示される。
【００６４】
【表１０】
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【００６５】
１２”×１２”×３／４”の試験パネルを作製するのに十分なサイズの６つの追加サンプルを１分間隔で覗き窓から採取した。各サンプルの採取時、混合を継続した。標準的トレイ上でサンプルを作製し、プラント乾燥機で乾燥させた。実施例２と同一の試験方法を用いて完成サンプルボードの物理特性を試験し、結果を表ＸＩおよび図８に示す。
【００６６】
【表１１】
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【００６７】
起泡剤添加前のサンプル１Ｃを起泡剤添加かつ１分間混合後のサンプル１と比較すると、密度は劇的に低下する。予想どおり、これは、密度を低下させる泡の形成によるものである。しかしながら、後続のサンプルは、密度の増加を示す。これは、より小さい繊維へのミネラルウールの分解によるものと考えられる。
【００６８】
実施例８
音響試験
発泡音響製品のサンプルを作製して、音響試験に付した。実施例７の方法に従ってさまざまな密度を有するように表ＶＩＩＩの量を用いてＡ〜Ｅで表示された５つのサンプルを作製した。サンプルの組成は下記の表ＸＩＩに示される。
【００６９】
【表１２】
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【００７０】
実施例７に記載されるようにデンプンゲルの一部分をミネラルウールおよび水で希釈された起泡剤と組み合わせた。各サンプルの発泡パルプの組成は表ＸＩＩＩに示される。
【００７１】
【表１３】
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【００７２】
通常の製造搬送装置を用いて発泡パルプをサンプルボードに成形した。「残響室法による吸音力および吸音係数」というタイトルのＡＳＴＭ  Ｃ−４２３−０８に準拠して、音を吸収する能力を決定する騒音低減係数（「ＮＲＣ」）に関して各ボードを試験した。表ＸＩＶは、各サンプルＡ〜Ｅの密度およびＮＲＣの値を含む。
【００７３】
【表１４】
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【００７４】
図９は、サンプル密度に対する騒音低減のグラフである。予期せずして、騒音低減は、製品密度に反比例した。したがって、重量の低下に加えて、本発明はまた、音響特性の予想外の改良をもたらした。
【００７５】
キャスト製品の起泡に関する特定の実施形態を説明してきたが、本発明から逸脱することなくそのより広い態様でかつ以下の特許請求の範囲内で変更および修正を行いうることは、当業者であればわかるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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