ГРАНУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТАННЫХ ПОТОЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
GRANULATION OF RECYCLED CEILING MATERIALS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[1] Строительные панели, содержащие вторичные материалы, стали все более и более популярными благодаря их стоимости и экологичности. Однако при использовании вторичных материалов становится все более и более трудно улучшить эксплуатационные свойства строительных панелей (например, акустическую эффективность, структурную жесткость и т.д.) на основе ограничений, связанных с использованием вторичных материалов. В настоящее время достижение желаемых эксплуатационных свойств строительной панели требует, чтобы либо меньше вторичного материала использовалось в строительной панели, либо чтобы использовалось дополнительное количество другого, более дорогого, материала, чтобы компенсировать ухудшение эффективности благодаря включению вторичного материала.
[2] Таким образом, существует потребность в строительной панели, которая обладала бы желаемыми эксплуатационными свойствами без уменьшения доли вторичного материала.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[3] Настоящее изобретение направлено на способ производства акустической строительной панели, содержащий: формирование смеси, содержащей вторичный материал и воду; подачу этой смеси к экструдеру в точке входа, посредством чего эта смесь обрабатывается в однородное полотно, которое выходит из экструдера в точке выхода; формирование гранул из этого однородного полотна после точки выхода; и формирование акустической строительной панели из этих гранул.
[4] Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя акустическую строительную панель, содержащую тело, сформированное из: первого компонента, содержащего волокнистый материал; связующего вещества; и второго компонента, содержащего гранулы вторичного материала; в котором второй компонент присутствует в количестве от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 40 мас.% по общей массе тела.
[5] Дополнительные области применимости настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания. Следует понимать, что это подробное описание и конкретные примеры, показывая предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, предназначены только для целей иллюстрации, и не предназначены для ограничения области охвата настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[6] Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания и сопроводительных чертежей, в которых:
[7] Фиг. 1 представляет собой верхний вид сверху в перспективе строительной панели в соответствии с настоящим изобретением;
[8] Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение строительной панели в соответствии с настоящим изобретением вдоль линии II, показанной на Фиг. 1;
[9] Фиг. 3 показывает потолочную систему, содержащую строительную панель по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[10] Следующее описание предпочтительного варианта (вариантов) осуществления является примерным по своей сути, и никоим образом не предназначено для ограничения настоящего изобретения, его применения или использования.
[11] Диапазоны в тексте настоящего документа используются в качестве краткой записи для описания каждого значения, находящегося внутри конкретного диапазона. Любое значение внутри диапазона может быть выбрано в качестве конечной точки диапазона. В дополнение к этому, все ссылки, процитированные в настоящем документе, являются включенными в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте. В случае конфликта между определениями настоящего раскрытия и цитируемой ссылки преимущественную силу имеет настоящее раскрытие.
[12] Если явно не указано иное, все проценты и количества, приведенные в настоящем документе, должны пониматься как массовые проценты. Эти количества определяются по массе активного материала.
[13] Описание иллюстративных вариантов осуществления в соответствии с принципами настоящего изобретения предназначено для прочтения в совокупности с сопутствующими чертежами, которые должны рассматриваться как часть всего письменного описания. В описании вариантов осуществления настоящего изобретения, раскрытых в настоящем документе, любая ссылка на направление или ориентацию предназначается только для удобства описания, и никоим образом не предназначена для ограничения области охвата настоящего изобретения. Относительные термины, такие как «нижний», «верхний», «горизонтальный», «вертикальный», «над», «под», «вверх», «вниз», «верх» и «низ», а также их производные (например, «горизонтально», «вниз», «вверх», и т.д.) должны рассматриваться как относящиеся к ориентации, описываемой или показываемой в рассматриваемом чертеже. Эти относительные термины используются только для удобства описания, и не требуют, чтобы устройство создавалось или эксплуатировалось в конкретной ориентации, если это не указано явно.
[14] Такие термины, как «присоединенный», «прикрепленный», «связанный», «соединенный», «взаимосвязанный» и подобные им относятся к отношению, в котором структуры прикрепляются или присоединяются друг к другу непосредственно или косвенно через промежуточные структуры, а также с помощью подвижных или жестких креплений или зависимостей, если явно не описано иное. Кроме того, особенности и преимущества настоящего изобретения иллюстрируются посредством ссылки на примерные варианты осуществления. Соответственно, настоящее изобретение явно не должно быть ограничено такими примерными вариантами осуществления, иллюстрирующими некоторую возможную неограничивающую комбинацию особенностей, которые могут существовать отдельно или в других комбинациях особенностей; область охвата настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
[15] Если явно не указано иное, все проценты и количества, приведенные в настоящем документе, должны пониматься как массовые проценты. Эти количества определяются по массе активного материала. В соответствии с настоящей патентной заявкой термин «приблизительно» означает +/-5% от референсного значения. В соответствии с настоящей патентной заявкой термин «по существу не содержащий» означает меньше чем приблизительно 0,1 мас.% от референсного значения.
[16] Как показано на Фиг. 1, строительная панель 100 по настоящему изобретению может содержать первую главную поверхность 111, противоположную второй главной поверхности 112. Потолочная панель 100 может дополнительно содержать боковую поверхность 113, которая проходит между первой главной поверхностью 111 и второй главной поверхностью 112, определяя тем самым периметр потолочной панели 100.
[17] Как показано на Фиг. 3, настоящее изобретение может дополнительно включать в себя потолочную систему 1, содержащую одну или более строительных панелей 100, установленных во внутреннем пространстве, в результате чего внутреннее пространство содержит пространство 3 между перекрытием и подвесным потолком и активное пространство 2 помещения. Пространство 3 между перекрытием и подвесным потолком обеспечивает пространство для механических линий внутри сооружения (например, линий отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), водопровода и т.д.). Активное пространство 2 обеспечивает место для обитателей сооружения во время его обычного целевого использования (например, в офисном здании активное пространство будет занято офисами, содержащими компьютеры, лампы и т.д.).
[18] В установленном состоянии строительные панели 100 могут поддерживаться во внутреннем пространстве одной или более параллельными подвесками 5. Каждая из подвесок 5 может содержать перевернутый тавр, имеющий горизонтальный фланец 31 и вертикальное полотно 32. Потолочная система 1 может дополнительно содержать множество первых распорок, которые по существу параллельны друг другу, и множество вторых распорок, которые по существу перпендикулярны первым распоркам (не показаны). В некоторых вариантах осуществления множество вторых распорок пересекает множество первых подпорок для того, чтобы создать пересекающуюся поддерживающую решетку для потолка. Пространство 3 между перекрытием и подвесным потолком существует выше поддерживающей решетки для потолка, а активное пространство 2 помещения существует ниже поддерживающей решетки для потолка. В установленном состоянии первая главная поверхность 111 строительной панели 100 обращена к активной среде 2 помещения, а вторая главная поверхность 112 строительной панели 100 обращена к пространству 3 между перекрытием и подвесным потолком.
P
P
[19] Как показано на Фиг. 1 и 2, строительная панель 100 по настоящему изобретению может иметь толщину t, измеряемую от первой главной поверхности 111 до второй главной поверхности 112. Толщина панели t может составлять от приблизительно 12 мм до приблизительно 40 мм, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[20] Боковая поверхность 113 строительной панели 100 может содержать первую боковую поверхность 113a, вторую боковую поверхность 113b, третью боковую поверхность 113c и четвертую боковую поверхность 113d. Первая боковая поверхность 113a может быть противоположной второй боковой поверхности 113b. Третья боковая поверхность 113c может быть противоположной четвертой боковой поверхности 113d. Первая и вторая боковые поверхности 113a, 113b могут быть по существу параллельными друг другу. Третья и четвертая боковые поверхности 113c, 113d могут быть по существу параллельными друг другу. Первая и вторая боковые поверхности 113a, 113b могут пересекать третью и четвертую боковые поверхности 113c, 113d так, чтобы формировать периметр потолочной панели 100.
P
P
P
P
P
P
[21] Строительная панель 100 может иметь длину L, измеряемую между третьей и четвертой боковыми поверхностями 113c, 113d (вдоль по меньшей мере одной из первой и второй боковых поверхностей 113a, 113b). Длина панели L может составлять от приблизительно 30 см до приблизительно 95 см, включая все значения и поддиапазоны между ними. Строительная панель 100 может иметь ширину панели W между первой и второй боковыми поверхностями 113a, 113b (и вдоль по меньшей мере одной из третьей и четвертой боковых поверхностей 113c, 113d). Ширина панели W может составлять от приблизительно 30 см до приблизительно 95 см, включая все значения и поддиапазоны между ними. Длина панели L может быть той же самой или может отличаться от ширины панели W.
B
B
P
[22] Строительная панель 100 может содержать тело 120, имеющее верхнюю поверхность 122, противоположную нижней поверхности 121, и боковую поверхность 123 тела, которая проходит между верхней поверхностью 122 и нижней поверхностью 121, определяя тем самым периметр тела 120. Тело 120 может иметь толщину t тела, которая проходит от верхней поверхности 122 до нижней поверхности 121. Толщина t тела может быть по существу равна толщине t панели.
P
B
[23] Первая главная поверхность 111 строительной панели 100 может содержать нижнюю поверхность 121 тела 120. Вторая главная поверхность 112 строительной панели 100 может содержать верхнюю поверхность 122 тела 120. Когда первая главная поверхность 111 строительной панели 100 содержит нижнюю поверхность 121 тела 120, а вторая главная поверхность 112 строительной панели 100 содержит верхнюю поверхность 122 и тела 120, толщина t панели по существу равна толщине t тела.
[24] Боковая поверхность 123 тела может содержать первую боковую поверхность 123a тела, вторую боковую поверхность 123b тела, третью боковую поверхность 123c тела и четвертую боковую поверхность 123d тела. Первая боковая поверхность 123a тела может быть противоположной второй боковой поверхности 123b тела. Третья боковая поверхность 123c тела может быть противоположной четвертой боковой поверхности 123d тела. Первая боковая поверхность 113a строительной панели 100 может содержать первую боковую поверхность 123a тела 120. Вторая боковая поверхность 113b строительной панели 100 может содержать вторую боковую поверхность 123b тела 120. Третья боковая поверхность 113c строительной панели 100 может содержать третью боковую поверхность 123c тела 120. Четвертая боковая поверхность, 113d строительной панели 100 может содержать четвертую боковую поверхность 123d тела 120.
P
P
[25] Первая и вторая боковые поверхности 123a, 123b тела могут пересекать третью и четвертую боковые поверхности 123c, 123d тела так, чтобы формировать периметр тела 120. Тело 120 может иметь ширину, которая по существу равна ширине W панели, измеряемой между первой и второй боковыми поверхностями 123a, 123b тела. Тело 120 может иметь длину, которая по существу равна длине L панели, измеряемой между третьей и четвертой боковыми поверхностями 123c, 123d тела.
[26] Тело 120 может быть пористым, позволяя тем самым воздуху проходить через тело 120 между верхней поверхностью 122 и нижней поверхностью 121, как будет обсуждено далее в настоящем документе. Тело 120 может быть сформировано из смеси первого компонента и второго компонента, как будет обсуждено далее в настоящем документе.
[27] Первый компонент настоящего изобретения может содержать волокнистый материал (также называемый «волокнами») и связующее вещество. В некоторых вариантах осуществления первый компонент может дополнительно содержать наполнитель. Волокнистый материал может быть сформирован из первичных материалов, то есть не из вторичного материала.
[28] Волокнистый материал может содержать органические волокна, минеральные волокна или их смесь. Неограничивающие примеры неорганических волокон включают в себя минеральную вату (также называемую шлаковатой), каменную вату и стекловолокно. Неограничивающие примеры органического волокна включают в себя целлюлозные волокна (например, бумажные волокна, такие как газеты, волокна конопли, джутовые волокна, волокна льна, древесные волокна или другие натуральные волокна), полимерные волокна (включая полиэстер, полиэтилен, арамид (ароматический полиамид) и/или полипропилен), белковые волокна (например, шерсть овец), а также их комбинации. В зависимости от конкретного типа материала волокнистый материал может быть гидрофильным (например, целлюлозные волокна) или гидрофобным (например, стекловолокно, минеральная вата, шлаковата, каменная вата).
[29] Волокнистый материал может иметь среднюю длину волокон от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 2,0 мм, включая все длины и поддиапазоны между ними. Волокнистый материал может присутствовать в количестве от приблизительно 40 мас.% до приблизительно 80 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления волокнистый материал может присутствовать в количестве от приблизительно 50 мас.% до приблизительно 75 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[30] Фраза «масса в сухом состоянии» относится к массе компонента без какого-либо носителя. Таким образом, вычисление массовых процентов компонентов в сухом состоянии должно основываться исключительно на твердых компонентах (например, связующее вещество, наполнитель, волокна и т.д.) и должно исключать любое количество остаточного носителя (например, воды, растворителя VOC (летучего органического соединения), который может оставаться от влажного состояния, что будет обсуждено далее в настоящем документе. В соответствии с настоящим изобретением фраза «сухое состояние» может также использоваться для указания компонента, который является по существу не содержащим носителя, по сравнению с термином «влажное состояние», который относится к тому компоненту, который все еще содержит различные количества носителя, что будет обсуждено далее в настоящем документе.
[31] Неограничивающие примеры связующего вещества могут включать в себя полимер на основе крахмала, поливиниловый спирт (PVOH), латекс, полисахаридные полимеры, целлюлозные полимеры, полимеры растворов белка, акриловый полимер, полималеиновый ангидрид, эпоксидные смолы или комбинацию двух или более из них. Связующее вещество может присутствовать в количестве от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 20 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления связующее вещество может присутствовать в количестве от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 15 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[32] Неограничивающие примеры наполнителя могут включать в себя порошки карбоната кальция, включая известняк, диоксид титана, песок, барит, глину, слюду, доломит, кремнезем, тальк, перлит, полимеры, гипс, волластонит, вспученный перлит, кальцит, тригидрат алюминия, пигменты, оксид цинка или сульфат цинка. Строительные панели, которые являются подходящими в качестве акустических потолочных панелей, требуют некоторой пористости, которая приводит к хорошему звукопоглощению. Добавление минеральных материалов в качестве наполнителя, таких как вспученный перлит высокой плотности, может улучшать звукопоглощающие свойства и обеспечивать прочность облегченным плиткам и панелям.
[33] Наполнитель может присутствовать в количестве от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 30 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления наполнитель может присутствовать в количестве от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 20 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[34] Наполнитель может иметь размер частиц от приблизительно 1 мкм до приблизительно 15 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления порошки могут иметь размер частиц от приблизительно 3 мкм до приблизительно 7 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[35] Первый компонент может дополнительно содержать одну или более добавок. Неограничивающие примеры добавок включают в себя пеногасители, увлажняющие средства, гидрофобизирующие агенты, биоциды, диспергирующие агенты, антипирены и т.п. Добавки могут присутствовать в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 1,0 мас.% по полной массе в сухом состоянии первого компонента, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[36] Второй компонент содержит вторичный материал, который находится во втором состоянии. Второе состояние включает в себя вторичный материал, являющийся твердыми макроразмерными гранулами вторичного материала, упоминаемыми в настоящем документе как «гранулы». Эти гранулы могут быть дискретными частицами, которые формируются полностью из вторичного материала, то есть вторичный материал присутствует в количестве по меньшей мере 95 мас.% по полной массе в сухом состоянии второго компонента. Эти гранулы могут быть дискретными частицами, которые содержат незначительные количества наполнителя и/или связующего вещества, то есть количество от нуля до приблизительно 5 мас.% по полной массе в сухом состоянии второго компонента. Наполнитель и связующее вещество, присутствующие во втором компоненте, могут быть первичным материалом, то есть невторичным материалом.
[37] Вторичный материал может быть органическим материалом, неорганическим материалом или их комбинацией. Неограничивающие примеры органического вторичного материала включают в себя крахмальные материалы и целлюлозный материал, такой как переработанные волокна старой газетной бумаги, очищенной бумаги и/или древесные волокна, также упоминаемые как «сухой брак». Неограничивающие примеры неорганического вторичного материала включают в себя минеральную вату, стекловолокно, перлит, глину и карбонат кальция.
[38] Вторичный материал может быть получен из многих источников, таких как отходы производства других строительных продуктов. Вторичный материал может быть обеспечен в первом состоянии, таком как влажная пульпа или сухая пыль вторичного материала. Вторичный материал также может быть обеспечен как насыпной материал (например, листы газет), который является предварительно обработанным (например, размолотым) в первое состояние перед тем, как он будет гранулирован во второе состояние. Пыль вторичного материала в первом состоянии может иметь средний размер частиц от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[39] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, когда вторичный материал содержит по меньшей мере 80 мас.% переработанной газетной бумаги, гранулы могут опционально содержать глину в количестве от почти 0 мас.% до приблизительно 20 мас.%, включая все значения и поддиапазоны между ними, по общей массе гранулы в сухом штате. В одном предпочтительном варианте осуществления, когда гранулы содержат по меньшей мере 80 мас.% переработанной газетной бумаги, гранулы могут опционально содержать глину в количестве от 5 мас.% до приблизительно 10 мас.%, включая все значения и поддиапазоны между ними, по общей массе гранулы в сухом штате. Глина может выбираться из волластонита, пластичной глины, перлита, гипса, кальцита, тригидрата алюминия, а также их комбинаций. В одном предпочтительном варианте осуществления глина является пластичной глиной.
[40] Гранулы второго компонента могут быть сформированы путем обработки вторичного материала в первом состоянии (например, в виде пыли), опционально с наполнителем и/или связующим веществом, в однородное полотно. Это однородное полотно может быть затем дополнительно обработано в гранулы второго состояния вторичного материала. Термин «однородное полотно» относится к непрерывной блочной массе, имеющей равномерно распределенный в ней вторичный материал (и опционально наполнитель и/или связующее вещество). Преобразование вторичного материала из пыли в однородное полотно, а затем в макроразмерные гранулы обеспечивает эффективную методологию для производства толстых и акустически эффективных строительных панелей из вторичных материалов в первом состоянии, которые были бы иначе неподходящими для таких приложений.
[41] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения однородное полотно может быть сформировано путем добавления вторичного материала в первом состоянии (и опционально незначительного количества связующего вещества и наполнителя) в миксер или смеситель, такой как ленточно-винтовой смеситель. После этого вода может быть добавлена ко вторичному материалу в первом состоянии с последующим перемешиванием при комнатной температуре или слегка повышенной температуре (например, от 26°C до приблизительно 38°C) для того, чтобы сформировать густую суспензию. Вода может присутствовать в количестве от приблизительно 12 мас.% до приблизительно 70 мас.% по полной массе густой суспензии, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления вода присутствует в количестве, от приблизительно 15 мас.% до приблизительно 30 мас.% по общей массе густой суспензии, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[42] Эта густая суспензия затем передается к экструдеру двухвальным питающим устройством как непрерывная или полунепрерывная масса, посредством чего густая суспензия входит в экструдер в точке входа. Из точки входа густая суспензия проходит в зону обработки, где она обрабатывается в однородное полотно. Зона обработки может содержать один или два продольных шнека внутри продольного канала. Зона обработки может эксплуатироваться при температуре вплоть до приблизительно 170°F. В одном предпочтительном варианте осуществления зона обработки может эксплуатироваться при температуре от приблизительно 100°F до приблизительно 160°F, включая все температуры и поддиапазоны между ними.
[43] По мере того, как густая суспензия проходит через зону обработки, вторичный материал (и опционально связующее вещество и наполнитель) месится и равномерно распределяется, в то время как вода испаряется и выходит из густой суспензии, преобразуя тем самым густую суспензию в однородное полотно. Однородное полотно покидает зону обработки и проходит через точку выхода экструдера. Когда однородное полотно проходит через точку выхода, оно содержит меньше чем приблизительно 5 мас.% воды по общей массе однородного полотна.
[44] После прохождения точки выхода однородное полотно может быть сформовано в гранулы с помощью механического формующего устройства. Гранулы могут формоваться так, чтобы они имели средний размер от приблизительно 500 мкм до приблизительно 4000 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. В некоторых вариантах осуществления гранулы могут формоваться так, чтобы они имели средний размер от приблизительно 500 мкм до приблизительно 2000 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. В некоторых вариантах осуществления гранулы могут формоваться так, чтобы они имели средний размер от приблизительно 500 мкм до приблизительно 1500 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. Гранулы могут формоваться так, чтобы они имели средний размер, который по существу равен размеру частиц по меньшей мере одного из наполнителей, используемых в первом компоненте. Неограничивающие примеры механических формующих устройств включают в себя дробилки, грануляторы с вращающимся ножом и т.п. Гранулы могут быть затем пропущены через одно или более сит для удаления гранул, имеющих размер частиц ниже некоторого предопределенного порога.
[45] Вторичный материал в первом состоянии может иметь первый размер частиц. Вторичный материал во втором состоянии может иметь второй размер частиц. Отношение второго среднего размера частиц к первому среднему размеру частиц может составлять от приблизительно 100:1 до приблизительно 100:1, включая все отношения и поддиапазоны между ними.
[46] Обработка густой суспензии и экструдирование позволяют получить гранулы, имеющие по существу однородную относительную плотность (также называемую «удельным весом»), которая составляет от приблизительно 1,05 до приблизительно 1,8 во всем теле гранулы, включая все плотности и поддиапазоны между ними. В некоторых вариантах осуществления гранула имеет по существу однородную относительную плотность, которая составляет от приблизительно 1,1 до приблизительно 1,7 во всем теле гранулы, включая все плотности и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления гранула имеет по существу однородную относительную плотность, которая составляет от приблизительно 1,3 до приблизительно 1,7 во всем теле гранулы, включая все плотности и поддиапазоны между ними.
3
[47] Термины «относительная плотность» и «удельный вес» являются общепринятыми в данной области техники терминами, которые относятся к отношению плотности некоторого вещества (в данном случае гранулы) и плотности заданного референсного материала. В соответствии с настоящим изобретением, относительная плотность и удельный вес, упоминаемые в настоящем документе, основаны на плотности воды, то есть 1 г/см. Более конкретно:
Относительная плотность (удельный вес)=ρ вещества/ρ воды
3
[48] Таким образом, например, для гранул, имеющих относительную плотность 1,3, фактическая плотность составляет 1,3 г/см.
[49] Гранулы могут быть переработаны во множество различных форм. Неограничивающие примеры форм включают в себя сферическую, цилиндрическую, коническую или призматическую (то есть многогранник с многоугольным основанием).
[50] В соответствии с настоящим изобретением строительная панель 100 может содержать как первый компонент, так и второй компонент. В частности, второй компонент может присутствовать относительно первого компонента в массовом соотношении от приблизительно 1:99 до приблизительно 1:1,5, включая все отношения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления второй компонент присутствует относительно первого компонента в соотношении от 1:30 до приблизительно 1:1,5. Первый компонент и второй компонент могут в сумме составлять количество, которое приблизительно равно полной массе тела 120.
[51] Иначе говоря, второй компонент может присутствовать в количестве от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 40 мас.%, а первый компонент может присутствовать в количестве от приблизительно 60 мас.% до приблизительно 95 мас.% по общей массе тела 120, и первый компонент и второй компонент в сумме составляют приблизительно 100% полной массы в сухом состоянии тела 120.
[52] При производстве строительной панели 100 по настоящему изобретению первый компонент и второй компонент могут быть смешаны вместе для того, чтобы создать смесь прекурсора. В частности, первый и второй компоненты могут быть смешаны таким образом, чтобы они были распределены равномерно.
[53] Смесь прекурсора может быть затем обработана в тело 120 с помощью стандартных процессов влажной укладки, которые используют водную среду (например, жидкую воду). В частности, вода может быть добавлена к смеси прекурсора, которая находится первоначально в сухом состоянии, чтобы сформировать густую суспензию строительной панели.
[54] Густая суспензия строительной панели может быть затем передана к участку формования, где эта густая суспензия строительной панели распределяется по движущейся пористой проволочной сетке, чтобы сформировать эту густую суспензию в однородный мат, имеющий желаемый размер и толщину. Вода удаляется, и мат затем сушится (то есть переводится в сухое состояние). Сухой мат может быть обработан начисто в тело 120 путем резки, штамповки, а затем финишного покрытия и/или ламинирования поверхности плитки.
3
3
[55] Получаемое тело 120 имеет по существу однородную объемную плотность от приблизительно 0,12 г/см до приблизительно 0,36 г/см, включая все плотности и поддиапазоны между ними. Получаемое тело 120 также имеет пористость от приблизительно 75% до приблизительно 95%, включая все плотности и поддиапазоны между ними.
[56] В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения гранула может быть сформирована в соответствии со вторичной методологией. В частности, гранулы могут быть сформированы путем добавления вторичного материала (а также опционально незначительных количеств связующего вещества и наполнителя) в смеситель или блендер с водой для того, чтобы сформировать вторичную переработанную густую суспензию. Вода может присутствовать в количестве от приблизительно 70 мас.% до приблизительно 95 мас.% по полной массе вторичной густой суспензии, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления вода присутствует в количестве от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 20 мас.% по общей массе вторичной густой суспензии, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[57] Вторичная переработанная густая суспензия дополнительно содержит альгинатную соль, предпочтительно альгинат натрия. Альгинат присутствует относительно вторичного материала в весовом соотношении от приблизительно 20:1 до приблизительно 10:1, включая все отношения и поддиапазоны между ними. Смесь воды, вторичного материала и альгината затем перемешивается в течение времени, достаточного для полного смачивания вторичного материала (в его начальной форме). Термин «смачивание» относится к равномерному распределению вторичного материала в воде в виде раствора или суспензии. Неограничивающие примеры продолжительности смешивания могут варьироваться от 1 мин до приблизительно 30 мин, включая все значения и поддиапазоны между ними. Продолжительность смешивания будет зависеть от содержания сухого вещества во вторичной переработанной густой суспензии, от отношения альгината ко вторичному материалу, от температуры смешивания и его интенсивности.
[58] Отдельно готовится ванна хлористого кальция в воде. Хлористый кальций присутствует в концентрации приблизительно 3 мас.% на 1 л воды. Смоченная вторичная густая суспензия затем добавляется в ванну хлористого кальция и агломерируется в гранулы, имеющие размер частиц от приблизительно 500 мкм до приблизительно 4000 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления гранулы могут иметь размер частиц от приблизительно 500 мкм до приблизительно 2000 мкм, включая все значения и поддиапазоны между ними. Гранулы затем сушатся и могут использоваться для формирования строительных панелей в соответствии с ранее обсужденным способом.
[59] Вообще говоря, строительная панель 100 по настоящему изобретению является особенно подходящей в качестве акустической потолочной панели, потому что комбинация первого компонента и второго компонента приводит к телу 120, имеющему превосходную структурную целостность, не жертвуя пористостью, необходимой для достижения воздухопроницаемости строительной панели, и имея при этом в строительной панели вплоть до приблизительно 40 мас.% вторичного материала (то есть, второго компонента).
[60] В частности, тело 120 по настоящему изобретению может иметь пористость от приблизительно 60% до приблизительно 98%, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления тело 120 имеет пористость от приблизительно 75% до 95%, включая все значения и поддиапазоны между ними. В соответствии с настоящим изобретением пористость определяется следующим образом:
Total
Binder
Fiber
Filler
RM
Total
% пористости=[V - (V+V+V+V)]/V
Total
Binder
Fiber
Filler
RM
[61] Где V относится к суммарному объему тела 120, определяемому верхней поверхностью 122, нижней поверхностью 121 и боковыми поверхностями 123 тела. V относится к суммарному объему, занятому связующим веществом в теле 120. V относится к суммарному объему, занятому волокнистым материалом 140 в теле 120. V относится к суммарному объему, занятому наполнителем в теле 120. V относится к суммарному объему, занятому вторичным материалом в теле 120. Таким образом, % пористости представляет собой количество свободного объема внутри тела 120.
[62] Тело 120 может иметь сопротивление потоку воздуха, которое измеряется через тело 120 между верхней и нижней поверхностями 121, 122. Сопротивление потоку воздуха измеряется в соответствии со следующей формулой:
A
ATM
R=(P - P)/V̇
A
ATM
[63] Где R - сопротивление потоку воздуха (в омах); P - приложенное давление воздуха; P - атмосферное давление воздуха; и V̇ - объемный поток воздуха. Сопротивление потоку воздуха тела 120 может составлять от приблизительно 0,5 ом до приблизительно 50 ом, включая все значения и поддиапазоны между ними. В одном предпочтительном варианте осуществления сопротивление потоку воздуха тела 120 может составлять от приблизительно 0,5 ом до приблизительно 35 ом, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[64] Тело 120 по настоящему изобретению может обеспечивать достаточный поток воздуха для того, чтобы строительная панель 100 могла уменьшать количество отраженного звука в комнате. Уменьшение количества отраженного звука в комнате выражается коэффициентом шумоподавления (NRC), определяемым в соответствии с методом тестирования C423, описанным в стандарте ASTM. Эта оценка представляет собой среднее значение коэффициентов звукопоглощения в четырех диапазонах в 1/3 октавы (250, 500, 1000 и 2000 Гц), где, например, система, имеющая значение NRC 0,90, имеет приблизительно 90% от поглощающей способности идеального поглотителя. Более высокое значение NRC указывает, что материал обеспечивает лучшее звукопоглощение и уменьшенное отражение звука.
[65] Тело 120 может иметь NRC по меньшей мере приблизительно 0,5. В одном предпочтительном варианте осуществления тело 120 может иметь NRC от приблизительно 0,60 до приблизительно 0,99, включая все значения и поддиапазоны между ними.
[66] В дополнение к уменьшению количества отраженного звука в среде одиночной комнаты строительная панель 100 по настоящему изобретению должна также обладать превосходным ослаблением звука, которое является мерой уменьшения звука между активной средой 2 комнаты и пространством 3 между перекрытием и подвесным потолком. Способ тестирования E1414 стандарта ASTM стандартизирует измерение затухания звука в воздухе между активной средой 2 комнаты и пространством 3 между перекрытием и подвесным потолком. Получаемая при этом оценка известна как класс ослабления потолка (CAC). Потолочные материалы и системы, имеющие более высокие значения CAC, имеют большую способность к уменьшению передачи звука через пространство 3 между перекрытием и подвесным потолком, то есть функцию гашения звука. Строительные панели 100 по настоящему изобретению могут иметь значение CAC 30 или больше, предпочтительно 35 или больше.
[67] Одно или несколько поверхностных покрытий могут быть нанесены по меньшей мере на одну из верхней или нижней поверхности 122, 121 тела 120, чтобы сформировать строительную панель 100 по настоящему изобретению. В частности, одно или более покрытий могут быть нанесены индивидуально, во влажном состоянии, путем нанесения покрытия распылением, нанесения покрытия с помощью валка, нанесения покрытия методом погружения, а также с помощью их комбинации, с последующей сушкой при температуре от приблизительно 200°C до приблизительно 350°C, включая все значения и поддиапазоны между ними. Поверхностное покрытие может быть непрерывным или прерывистым. По меньшей мере одно из поверхностных покрытий может содержать один из вышеупомянутых наполнителей.
[68] Следующие примеры были подготовлены в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее изобретение не ограничивается описанными в настоящем документе примерами.
ПРИМЕРЫ
[69] Следующие эксперименты были подготовлены для проверки акустических характеристик акустических строительных панелей, использующих переработанный гранулированный материал по настоящему изобретению. При подготовке этих акустических панелей вторичный материал в форме пыли (упоминаемый в настоящем документе как «вторичный брак» или «RB») был собран с пола заводского цеха. Состав этого вторичного брака показан ниже в Таблице 1:
Таблица 1
Компонент
мас.%
Минеральная вата
16,0
Стекловолокно
13,0
Бумага
13,0
Перлит
50,0
Крахмал
8,0
[70] Этот вторичный брак был затем переработан в гранулы в соответствии со следующей методологией. Смесь, содержащая 90 мас.% вторичного брака, была объединена с 10 мас.% пластичной глины. Вода была затем добавлена к этой смеси в соотношении к сухому веществу от приблизительно 1:1 до приблизительно 3:1, и влажная смесь была перемешана в грануляторе. Твердые компоненты смеси начинали агломерироваться по мере того, как они проходили через гранулятор, посредством чего влажные гранулы появлялись на выходе гранулятора. Влажные гранулы затем сушились, чтобы сформировать сухие гранулы (называемые в настоящем документе «переработанными гранулами» или «RP»). Переработанные гранулы показали следующие средние характеристики (см. Таблицу 2).
Таблица 2
Сухая объемная плотность
0,5 г/см<sup>3</sup>
Плотность относительно воды
1,75
Скелетная плотность
1,8 г/см<sup>3</sup>
[71] Первый набор акустических панелей (называемых Примерами 1-4 или «Пр». 1-4) был сформирован с помощью процесса влажной укладки с использованием влажной смеси переработанных гранул, минеральной ваты, бумаги, перлита и крахмального связующего вещества. Второй набор акустических панелей (называемых Сравнительными примерами 1-4 или «Сравн. пр». 1-4) был сформирован процессом влажной укладки с использованием смеси вторичного брака (то есть того же самого вторичного материала пыли, который использовался для формирования переработанных гранул), минеральной ваты, бумаги, перлита и крахмального связующего вещества.
[72] Первая партия из двух акустических панелей (Примера 1 и Сравнительного примера 1) была сформирована как отливки с использованием формы размером 14×26 дюймов в качестве лабораторного эксперимента. Вторая партия из двух акустических панелей (Примера 2 и Сравнительного примера 2) была сформирована как отливки с использованием формы размером 14×26 дюймов в качестве лабораторного эксперимента. Третья партия из двух акустических панелей (Примера 3 и Сравнительного примера 3), а также четвертая партия из двух акустических панелей (Примера 4 и Сравнительного примера 4) были сформированы с использованием оборудования для массового производства, чтобы смоделировать полномасштабное производство акустических панелей. Акустические панели по Примерам 1-4 показали отсутствие значительного уменьшения механической прочности по сравнению с акустической панелью по Сравнительным примерам 1-4.
[73] Каждая из первой, второй, третьей и четвертой партий была произведена из одного и того же источника вторичного материала. В то время как состав вторичного материала был довольно постоянным в пределах одной партии, небольшие вариации состава существовали между партиями благодаря природе используемого вторичного материала. Как будет обсуждено далее в настоящем документе, небольшие вариации состава вторичного материала приводят к небольшим вариациям в акустической эффективности идентичных во всем остальном панелей (например, акустическая эффективность Примера 1 по сравнению с акустической эффективностью Примера 2). Кроме того, характеристики в Таблице 2 являются средними значениями для всех четырех партий Примеров 1-4.
[74] После производства каждой акустической панели было измерено сопротивление потоку воздуха каждой панели. Сопротивление потоку воздуха этих примеров было измерено в омах, как было обсуждено ранее. Эффективность каждой акустической панели по Примерам 1-4 и Сравнительным примерам 1-4 показаны ниже в Таблице 3.
Таблица 3
Компонент (мас.%)
пример 1
Сравнительный пример 1
пример 2
Сравнительный пример 2
пример 3
Сравнительный пример 3
примера 4
Сравнительный пример 4
Минеральная вата
55,5
55,5
55,5
55,5
55,5
55,5
43,7
55,1
Бумага
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,6
2,7
Перлит
12,2
12,2
12,2
12,2
12,2
12,2
10,6
11,6
Крахмал
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,1
6,0
Глина
-
-
-
-
-
-
-
-
Вторичный брак
-
24,0
-
24,0
-
24,0
-
24,5
Переработанные гранулы
24,0
-
24,0
-
24,0
-
37,0
-
Всего
100
100
100
100
100
100
100
100
Пористость
90,8%
91,3%
86,9%
87,4%
90,8%
91,3%
88,5%
88,4%
Ом
2,9
3,1
4,0
5,3
2,9
3,1
5,5
5,7
Структурный фактор
12100
16200
5300
7400
12100
16150
10600
10500
[75] Как показано в Таблице 3, замена вторичного брака в виде пыли переработанными гранулами обеспечивает неожиданное уменьшение сопротивления потоку воздуха акустической панели.
3,5
[76] Кроме того, чтобы учесть небольшие вариации в пористости между панелями, также был вычислен структурный фактор («K») для каждой акустической панели. Структурный фактор K представляет скорректированное измерение сопротивления потоку воздуха, которое учитывает небольшие вариации пористости в каждой конкретной панели. Структурный фактор может быть рассчитан с использованием соотношения: Ω=K (1-Φ), где Ω=сопротивление (Ом); (1-Φ)=пористость (Φ представляет собой долю твердого вещества); и K=структурный фактор. Аналогично сопротивлению потоку воздуха, уменьшение структурного фактора означает соответствующее увеличение поглощения звука акустической панелью. Очень трудно точно управлять пористостью между двумя или более отдельными панелями. Следовательно, коррекция, обеспечиваемая структурным фактором K, является особенно полезной для обеспечения точного сравнения поглощения звука для двух или более панелей, которые сформированы из тех же самых типов и количества материала (например, минеральной ваты, бумаги, перлита и крахмала), но при этом имеют отличающуюся пористость (например, акустические панели по Примеру 1 по сравнению со Сравнительным примером 1).
[77] С учетом этого Таблица 3 демонстрирует заметное улучшение акустической эффективности для потолочных панелей настоящего изобретения, которые используют переработанные гранулы вместо вторичного брака в виде пыли. Это улучшение поглощения звука показано ниже в Таблице 4.
Таблица 4
пример 1
Сравнительный пример 1
пример 2
Сравнительный пример 2
пример 3
Сравнительный пример 3
пример 4
Сравнительный пример 4
Структурный фактор (K)
12100
16200
5300
7400
12100
16150
10600
10500
Отношение замены RP:RB
1:1
1:1
1:1
1,5:1
% уменьшения K при использовании RP вместо RB
25,3%
28,4%
25,1%
-1,0%
[78] Как показано в Таблице 4, каждая акустическая панель по Примерам 1-3 показала, по меньшей мере, 25%-ое уменьшение структурного фактора K при замене вторичного брака (RB) на равное количество переработанных гранул (RP), то есть при отношении замены 1:1. Кроме того, в то время как акустическая панель по Примеру 4 показала очень небольшое увеличение структурного фактора K по сравнению со Сравнительным примером 4, и оно увеличилось при использовании намного большего количества переработанных гранул (RP) по сравнению с количеством вторичного брака (RB), использованного в Сравнительном примере 4, то есть при отношении замены 1,5:1. Таким образом, в зависимости от их количества в акустической панели переработанные гранулы по настоящему изобретению могут использоваться для улучшения звукопоглощения и/или уменьшения материальных затрат на акустические панели, достигая при этом адекватной эффективности звукопоглощения, поскольку переработанные гранулы позволяют включать большее количество вторичного материала в акустические панели, достигая при этом по существу тех же самых характеристик звукопоглощения, что и в акустических панелях, сформированных из пылевого материала вторичного брака.