СУСПЕНЗИЯ И ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩАЯ ПАНЕЛЬ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ СВЯЗАННОЙ ВОДЫ
SUSPENSION AND SOUND-INSULATING PANEL WITH LOW CONTENT OF FIXED WATER

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к звукоизолирующим или потолочным панелям. Более конкретно, данное изобретение относится к звукоизолирующим панелям, которые содержат меньше связанной воды, и поэтому их легче сушить, чем традиционные панели.
Звукоизолирующие плитки, также известные как звукоизолирующие панели, потолочные плитки или потолочные панели, широко применяют в строительной промышленности для создания потолочного покрытия, которое легко устанавливается, является недорогим и легким. Плитки получают из суспензии наполнителей и связующих, наиболее часто либо способом литья, либо способом отлива воды.
При отливе воды такой суспензии дисперсия волокон, связующих и других компонентов течет на движущийся пористый носитель, такой как носитель отливной машины длинносеточного типа или формующей машины типа Оливера, для обезвоживания. Дисперсию обезвоживают сначала под действием силы тяжести, а затем путем прессования и вакуумного отсасывания. Влажный ковер сушат в нагретых конвекционных сушильных печах, а высушенный материал разрезают до требуемых размеров, создают в нем трещины и/или перфорируют его для того, чтобы сообщить ему звукопоглощающие свойства, и, если требуется, наносят на него наружное покрытие, например краску, для получения звукоизолирующих плиток и панелей.
Звукоизолирующую плитку также изготавливают способом формования или литья влажной волокнистой массы, таким как способ, описанный в патенте США №1769519. Формуемую композицию, которая включает волокна, наполнители, красители и связующее, подготавливают для формования или литья основной части плитки. Данную смесь помещают на подходящие лотки, которые покрыты бумагой или металлической фольгой на бумажной основе, а затем композицию формуют до требуемой толщины с помощью разравнивающего бруса или ролика. Разравнивающий брус или ролик может создать декоративную поверхность, например удлиненные трещины. Затем лотки, заполненные волокнистой массой, помещают в печь для сушки или затвердевания композиции. Высушенные листы извлекают из лотков; их можно обработать с одной стороны или с обеих сторон, для того чтобы обеспечить ровные поверхности, достичь требуемой толщины и предотвратить коробление. Затем листы разрезают на панели требуемого размера.
Для применения в изготовлении звукоизолирующих плиток предпочтительными являются очень легковесные наполнители, поскольку они выступают в качестве вещества, увеличивающего объем, таким образом способствуя снижению плотности и облегчая изделие в целом. Данное более легковесное конечное изделие является желательным, поскольку это снижает отгрузочную массу и обеспечивает легкость при перемещении и установке. Предпочтительным наполнителем является вспученный перлит, поскольку он обеспечивает увеличение объема и является легким.
Вспученный перлит имеет внутреннюю структуру, которая по существу состоит из взаимосвязанных открытых ячеек. Данная структура приводит к абсорбции воды во внутреннем пространстве частиц перлита под действием капиллярных сил. Обнаружено, что вода в дисперсии звукоизолирующей потолочной плитки присутствует по существу в двух состояниях. Свободную воду определяют как воду, которую можно удалить из композиции механически, включая осушение с помощью сетки, с применением вакуума или без него, и с помощью секции прессования данного способа. Связанную воду определяют как воду, которая удерживается во внутреннем пространстве частиц, в частности частиц перлита, либо благодаря водородным связям, либо под действием капиллярных сил и которую нельзя удалить механически, например путем отсасывания или прессования. Данную связанную воду можно вытеснить путем нагрева ковра для повышения парциального давления воды, тем самым вытесняя ее из ковра. Однако нагревать ковер и всю воду, удерживаемую в порах, относительно дорого, особенно учитывая высокую стоимость ископаемых топлив. Показатель водоудержания ("ПВУ") определяют как процентное отношение массы связанной воды к сухой массе образца.
Известно применение кремнийорганических соединений для обработки вспученного перлита для снижения количества связанной воды, присутствующей в ковре. В патенте США №5964934, который включен сюда путем ссылки, описана звукоизолирующая панель, в которой применяют вспученный перлит, который обработан кремнийорганическими полимерами, силоксанами, реакционноспособными силановыми мономерами и другими кремнийорганическими соединениями для снижения содержания связанной воды. Однако имеются серьезные недостатки применения кремнийорганических соединений для обработки перлита. Кремнийорганические полимеры дороги. Они стоят почти в четыре раза больше, чем обычные термопластичные полимеры. Также существуют опасности при обращении с ними и опасности для здоровья, связанные с применением кремнийорганических полимеров. Также наблюдаются вредные воздействия на физические свойства панелей в результате обработки перлита кремнийорганическим покрытием. Прочность панели обычно снижается приблизительно на 20% при применении кремнийорганических соединений для нанесения покрытия на вспученный перлит. Имеющийся в продаже обработанный кремнийорганическими соединениями перлит (STP) очень трудно смочить и диспергировать в воде, что затрудняет его смешивание с суспензией.
Существует потребность в обработке вспученного перлита для снижения количества связанной воды, присутствующей в звукоизолирующих панелях. Обработка должна быть эффективной для снижения содержания воды, абсорбированной в порах частиц перлита, но она должна обеспечивать возможность смешивания обработанного перлита с суспензией и его легкую смачиваемость. Опасности и стоимость обработки должны быть понижены, и не должно быть негативного влияния на физические свойства получаемых панелей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанные и другие задачи решает настоящее изобретение, которое обеспечивает стеновую панель. Более конкретно, композиция для суспензии для производства стеновой панели включает один или более наполнителей, одно или более связующих и воду. По меньшей мере один из наполнителей представляет собой вспученный перлит, на который нанесено по меньшей мере частичное покрытие из термопластичного пленкообразующего полимера. В некоторых воплощениях данного изобретения термопластичный пленкообразующий полимер включает гидрофильный полимер, такой как акриловый или винилакриловый полимер. В других воплощениях данного изобретения применяют гидрофобные или пространственно затрудненные полимеры, такие как полистирол и стиролакриловые полимеры. В некоторых воплощениях данного изобретения в качестве связующего или наполнителя применяют кальцинированный или некальцинированный гипс.
Один из способов изготовления стеновой панели включает вспучивание перлита, а затем нанесение на вспученный перлит покрытия из пленкообразующего термопластичного полимера. После нанесения покрытия из пленкообразующего термопластичного полимера на вспученный перлит его смешивают с водой и связующим для образования суспензии. Суспензию формуют в виде панели и сушат.
Некоторые воплощения данного изобретения представляют собой стеновую панель, которая включает твердую матрицу кристаллов дигидрата сульфата кальция, связанных со вспученным перлитом. Вспученный перлит включает покрытие из пленкообразующего термопластичного полимера.
Применение эмульсии термопластичного пленкообразующего полимера в качестве покрытия для вспученного перлита выгодно по нескольким причинам. Значительное снижение водоудержания перлита прямо приводит к снижению количества воды, содержащейся в предварительно высушенном плитовом изделии. Поскольку меньше воды проникает во внутреннюю часть частиц перлита, меньше воды необходимо вытеснять путем нагрева. Применение нагрева для удаления влаги дорого с точки зрения стоимости топлива. Открытие состава суспензии, который снижает количество испаряющейся воды (т.е. требования, предъявляемые к сушилке), может снизить количество топлива, необходимого для изготовления конечной панели. Снижения количества топлива можно достичь путем снижения температуры сушильной печи или путем снижения времени пребывания стеновой панели в сушильной печи, например путем увеличения скорости технологической линии в сушилке. В технологических линиях, которые ограничены производительностью сушильной печи, можно осуществить общее увеличение скорости технологической линии.
Эмульсии термопластичных пленкообразующих полимеров также относительно недороги по сравнению с кремнийорганическими маслами. Поскольку их стоимость составляет приблизительно четверть от стоимости кремнийорганических соединений, получается значительная экономия сырья. Физические свойства плит, полученных с применением перлита с покрытием из пленкообразующего термопластичного полимера, также улучшены по сравнению с аналогичными плитами, полученными с применением перлита с покрытием из кремнийорганического масла.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изделие, способ и композиция по данному изобретению предназначены для применения к панелям или к плиткам, которые обычно называют стеновыми панелями, звукоизолирующими панелями, потолочными плитками и т.д. В последующем обсуждении данное изобретение называют стеновой панелью, поскольку она является одним из воплощений данного изобретения. Хотя многие воплощения данного изобретения обладают звукоизолирующими свойствами, данные свойства не являются необходимым условием данного изобретения. Стеновые панели пригодны для применения на стенах и в других местах и не ограничены применением только на потолке. Если не указано иное, составы рассчитаны по массе в расчете на массу сухих компонентов.
3
3
Основным компонентом в новой стеновой плитке по данному изобретению является один или более наполнителей. В некоторых воплощениях данного изобретения в качестве одного из наполнителей применяют вспученный перлит, который обработан покрытием из пленкообразующего термопластичного полимера для снижения количества связанной воды. Применение вспученного перлита в композициях для звукоизолирующих панелей широко известно. Он часто является предпочтительным компонентом из-за его низкой стоимости и низкой плотности, составляющей приблизительно 48-160 кг/м (3-10 фунт/фут). Вспученный перлит обеспечивает увеличение объема, которое снижает общую плотность изделия.
Перлит образуется из любого вулканического стекла, обладающего способностью расширяться при нагреве, аналогично обсидиану, и, в частности, включает вулканическое стекло риолитового состава. В основном, перлит содержит 65-75% диоксида кремния, 10-20% оксида алюминия, 2-5% воды и меньшие количества соды, поташа и извести. При нагреве до его температуры размягчения, вода в перлите, которая превращается в пар, быстро расширяется, вызывая увеличение объема горной породы наподобие попкорна. Объем перлита увеличивается приблизительно в десять раз, что приводит к образованию легких, рыхлых частиц.
В традиционном способе приготовления вспученного перлита перлитную руду сначала измельчают до частиц малого размера. Перлит вспучивают путем введения тонкоизмельченной перлитной руды в нагретый воздух. Обычно устройство для вспучивания перлита нагревает воздух до приблизительно 954°С (1750°F). Перлит увлекается нагретым воздухом, который нагревает его и приводит к вспучиванию. После вспучивания изменение плотности перлита позволяет ему выходить из устройства для вспучивания вместе с горячим воздухом. Вспученный перлит имеет большое количество разломов, трещин и полостей, которые способны удерживать большое количество связанной воды. Связанная вода представляет собой воду, которую нельзя механически удалить из частиц перлита с помощью либо вакуума, либо прессования. Она удерживается на месте действием капиллярных сил или водородными связями, и ее необходимо вытеснять с применением нагрева. Нагревание перлита для того, чтобы вытеснить связанную воду, является дорогим с точки зрения потребления топлива.
Для того чтобы ограничить содержание связанной воды, на вспученный перлит наносят по меньшей мере частичное покрытие из пленкообразующего термопластичного полимера, которое препятствует проникновению воды в полости, трещины и разломы перлита. Данные отверстия не заполнены термопластичным пленкообразующим полимером для того, чтобы физически заблокировать проникновение воды. Скорее, природу термопластичного пленкообразующего полимера выбирают таким образом, чтобы тонкого покрытия было достаточно для замедления проникновения воды во внутреннее пространство частиц перлита. Полости не заполняются водой из-за того, что они отталкивают ее на молекулярном уровне ионными зарядами.
Многие различные термопластичные пленкообразующие полимеры пригодны для применения в данном покрытии. Применяют гидрофильные полимеры, гидрофобные полимеры или их смеси. В Таблице I показан ряд термопластичных пленкообразующих полимеров, от гидрофильного к гидрофобному, которые пригодны для применения в снижении содержания связанной воды. Примеры гидрофобных полимеров включают GENFLO 3317, бутадиен-стирольный сополимер от компании Omnova Solutions, и LUCIDENE 615, стиролакриловый сополимер от компании Rohm and Haas. Примеры гидрофильных полимеров включают ROVACE 9100, винилакриловый сополимер от компании Rohm and Haas.
В некоторых воплощениях данного изобретения применяют другой тип термопластичного пленкообразующего полимера, в котором применяют пространственные затруднения как средство не допустить проникновения молекул воды. Длинные боковые цепи на термопластичном пленкообразующем полимере мешают воде занимать пространство в трещинах и полостях, когда присутствует пространственно-затрудненный полимер. Температура стеклования многих термопластичных пленкообразующих полимеров составляет от приблизительно 10°С до приблизительно 110°С. Также предусмотрено применение покрытий, изготовленных из любого сочетания пригодных для применения термопластичных пленкообразующих полимеров.
Таблица I
№
Тип полимера
Производитель
Название
Измеренный угол смачивания
T<sub>g</sub>, °C
1
Бутадиен-стирольный
Omnova
Genflo3117
86,8
90
2
Стиролакриловый
Rohm & Haas
Lucidene 615
81,3
20
3
Стиролакриловый
Rohm & Haas
Lucidene 4035+
67,9
30
4
Стиролакриловый
Rohm & Haas
Rhoplex P-376
64,3
19
5
Стиролакриловый
Rohm & Haas
Rhoplex WL 100
61,5
н/д
6
Акриловый
Rohm & Haas
Rhoplex HA-12
52,1
22
7
Бутадиен-стирольный
Omnova
Genflo 3060
51,7
20
8
Стиролакриловый
Dow Reichhold
DL 218 NA
50,0
93
9
Акриловый
Rohm & Haas
Rhoplex EI-6000
43,8
14
10
Поливинилацетат (гомополимер)
Rohm & Haas
Rovace 3270
37,0
38
11
Винилакриловый
Rohm & Haas
Rovace 9100
10
12
12
Сополимер этилена и винилхлорида
Air Products
Airflex 4530
8,2
29
Термопластичные пленкообразующие полимеры в Таблице 1 упорядочены от наиболее гидрофобного к наиболее гидрофильному. Порядок был определен с применением гониометра модели Ramé-Hart 100-00 для измерения угла смачивания. Тонкую пленку каждого термопластичного пленкообразующего полимера наносили на предметное стекло микроскопа с применением пипетки, а затем пленку термопластичного пленкообразующего полимера высушивали в печи, для того чтобы получить пленку. Для каждого образца термопластичного пленкообразующего полимера на пленку наносили каплю воды. Капля воды легко смачивает пленку гидрофильного полимера, делая максимальным контакт с полимером и приводя к малому углу смачивания. Капля воды плохо смачивает пленку гидрофобного полимера, стремясь минимизировать контакт с полимером и, таким образом, остаться в виде шара с соответствующим большим углом смачивания.
Термопластичный пленкообразующий полимер обычно доступен в виде эмульсии, включающей от приблизительно 40 до приблизительно 55% твердых частиц. Раствор для нанесения покрытия образуется, когда жидкую эмульсию термопластичного пленкообразующего полимера разбавляют водой. Некоторые разбавленные растворы для нанесения покрытия включают от приблизительно 2% до приблизительно 55% твердых частиц полимера в расчете на массу (масса твердых частиц термопластичного пленкообразующего полимера, деленная на общую массу разбавленного раствора). Процентное содержание твердых частиц в разбавленном растворе для нанесения покрытия обычно выбирают таким образом, чтобы обеспечить приемлемое количество жидкости для системы нанесения покрытия распылением. Нанесение покрытия на перлит предпочтительно осуществляют путем распыления на перлит отмеренного количества разбавленного раствора для нанесения покрытия. В некоторых воплощениях данного изобретения перлит загружают в лабораторную мешалку для приготовления цементного раствора и перемешивают, в то время как на него распыляют покрытие. Знание массы неиспользованного раствора для нанесения покрытия полезно для контроля количества раствора для нанесения покрытия, которое удерживает вспученный перлит.
Любые необязательные компоненты добавляют непосредственно в суспензию для изготовления панели. Компоненты, которые обычно добавляют, кратко описаны ниже. На панель также можно нанести покрытие, когда требуются особые свойства. Другие компоненты и обработки известны специалистам в области изготовления стеновых панелей или нанесения покрытий на них. Другие компоненты и их концентрации в покрытии сильно зависят от цели, с которой наносят покрытие.
Предпочтительно по меньшей мере один дополнительный компонент представляет собой волокно, такое как целлюлозное волокно, которое служит для обеспечения прочности материала в сыром состоянии. Целлюлозное волокно также может выступать в качестве связующего, а также помогает удерживать мелкие частицы. Несколько типов целлюлозного волокна оценивали в данных композициях. Хорошо известно, что газетную бумагу или другую повторно используемую бумагу применяют в составах звукоизолирующих плиток; исследовали газетную бумагу, измельченную как молотковой дробилкой, так и гидроразбивателем. Газетная бумага является предпочтительной с точки зрения стоимости. В качестве источника целлюлозного волокна также можно применять очищенные бумажные волокна и древесное волокно; однако было обнаружено, что потолочные плитки, изготовленные с применением более длинных волокон хвойной древесины или крафт-целлюлозы, труднее режутся ножом на месте установки. Кроме того, волокна крафт-целлюлозы являются более дорогим источником целлюлозного волокна. Целлюлозные волокна, когда их применяют, присутствуют в количестве до 75% в расчете на массу сухой панели. Предпочтительно целлюлозные волокна составляют менее 30% в расчете на массу панели. Более предпочтительно масса целлюлозного волокна составляет от приблизительно 1% до приблизительно 30% или от приблизительно 12% до приблизительно 28%. Также пригодны для применения другие волокна, такие как стекловолокно или пластмассовое волокно. Минеральная вата представляет собой волокно, широко применяемое в некоторых типах стеновых панелей.
Гипс является другим предпочтительным наполнителем в панелях по настоящему изобретению. Одним из источников гипса является необработанный дигидрат сульфата кальция, известный как природный гипс. Пригодны для применения повторно используемые материалы, которые включают гипс, который ранее был кальцинирован до полугидрата и повторно гидратирован. В качестве альтернативы, в некоторых воплощениях данного изобретения источником гипса может являться кальцинированный гипс, который повторно гидратируется во время формования панели с образованием взаимосвязанной матрицы кристаллов дигидрата. Кальцинированный гипс может представлять собой материал, кальцинированный совместно с целлюлозным волокном, для того чтобы получить композитный материал, состоящий из целлюлозных волокон, взаимосвязанных с кристаллами сульфата кальция. Другим источником как гипса, так и целлюлозных волокон являются отходы или обрезки гипсовой стеновой плиты. Панели, изготовленные таким способом, более подробно описаны в патенте США №5320677, который включен сюда путем ссылки. Обрезки можно измельчить и добавить в суспензию, или они могут представлять собой исходный материал для процесса совместного кальцинирования. Имеется много преимуществ добавления гипса в звукоизолирующие панели, включая повышенную поверхностную твердость и огнестойкость.
Другие наполнители также пригодны для применения в композиции по данному изобретению. Также пригодны для применения неорганические наполнители, такие как глины, слюда, волластонит, диоксид кремния, перлит и карбонат кальция.
Другим компонентом панелей является связующее. В некоторых воплощениях данного изобретения целлюлозные волокна обеспечивают достаточное сцепление, чтобы выступать в качестве связующего. Однако в других воплощениях данного изобретения также желательно включать в композицию второе связующее, такое как крахмал. Другие связующие, такие как латексное связующее, можно применять вместе с крахмалом или без него, если требуется. В некоторых воплощениях данного изобретения в качестве связующего выступает полугидрат сульфата кальция, образующий матрицу взаимосвязанных кристаллов дигидрата, которая скрепляет панель.
Крахмал экономически очень выгоден и является предпочтительным связующим. Применение крахмала в качестве связующего в стеновых панелях широко известно. Крахмальный гель можно приготовить путем диспергирования частиц крахмала в воде и нагрева крахмальной суспензии до тех пор, пока крахмал не будет полностью разварен и крахмальная суспензия не сгустится в вязкий гель. Часть целлюлозных волокон можно включить в крахмальную суспензию перед ее развариванием. Температуру разваривания крахмальной суспензии следует тщательно контролировать для того, чтобы обеспечить полное разбухание гранул крахмала. Типичная температура разваривания для кукурузного крахмала составляет от приблизительно 82°С (180°F) до приблизительно 90°С (195°F). Крахмал также можно применять в качестве связующего без предварительного разваривания крахмала, поскольку он образует гель во время процесса сушки ковра.
Латексное связующее можно применять вместо крахмала или латексное связующее можно применять в добавление к крахмальному связующему. Многие латексные связующие пригодны для применения в некоторых воплощениях данного изобретения, таких как составы звукоизолирующих потолочных плиток, описанные в патенте США №5250153, который включен сюда путем ссылки. Специалистам в данной области хорошо известно применение латексных связующих в звукоизолирующих плитках на основе минеральной ваты. Температура стеклования данных латексных связующих может составлять от приблизительно 10°С (50°F) до приблизительно 110°С (230°F). Примеры латексных связующих включают поливинилацетат, винилацетатную/акриловую эмульсию, винилиденхлорид, поливинилхлорид, стиролакриловый сополимер и карбоксилированный бутадиен-стирольный сополимер.
В некоторых воплощениях данного изобретения стеновая панель связана гидратированным гипсом. В случаях когда в суспензии присутствует кальцинированный гипс, он гидратируется с образованием взаимосвязанной матрицы кристаллов дигидрата сульфата кальция. При образовании данной матрицы некоторое количество вспученного перлита оказывается заблокированным в пустотах между кристаллами дигидрата, что приводит к связыванию двух веществ друг с другом. Потолочную плитку согласно настоящему воплощению данного изобретения также можно изготавливать без крахмала, полугидрата сульфата кальция или латексных связующих, но предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из указанных компонентов присутствовал. В предпочтительном воплощении данного изобретения композиция включает как крахмал, так и целлюлозные волокна. В некоторых воплощениях стеновой панели применяют матрицу кристаллов дигидрата сульфата кальция в качестве первого связующего и по меньшей мере один из следующих компонентов: крахмал, волокна, латексное связующее или их сочетания - в качестве второго связующего.
Другим необязательным компонентом в стеновых панелях является глина, которую применяют для повышения огнестойкости. При воздействии огня глина не горит, но некоторое количество энергии нагрева расходуется на ее спекание. Если требуется, композиция включает от приблизительно 4 масс.% до приблизительно 25 масс.% глины. Можно применять многие различные типы глины, включая комовую глину (Ball Clay) из Gleason, штат Техас; CTS-1 и CTS-2 от компании KT Clay из Sledge, штат Миссисипи, от компании Spinks Clay из Gleason, штат Техас и от компании Old Hickory Clay из Hickory, штат Кентукки. Другие промышленные глины, такие как бентонит и каолин, также пригодны для применения в составах звукоизолирующих плиток. Кроме того, звукоизолирующие композиции согласно некоторым воплощениям данного изобретения также могут содержать другие компоненты, которые хорошо известны в составах данного типа. Легковесные заполнители, поверхностно-активные вещества и флокулянты также пригодны для применения и хорошо известны специалистам в области изготовления звукоизолирующих плиток. Если требуется, флокулянты применяют для ускорения объединения мелких волокон и частиц. Их обычно применяют в количествах от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0%. Пригодным для применения флокулянтом является BUFLOC 594 (компания Buckman Laboratories, Мемфис, штат Теннеси).
В большинстве случаев на поверхности стеновых панелей наносят внешние покрытия, чтобы придать изделию определенные свойства. Для задач данного обсуждения термин "внешнее покрытие" означает покрытие, нанесенное на высушенную поверхность панели; данный термин применяют, чтобы отличать данное покрытие от покрытия, нанесенного на перлит. Часто применяют ряд различных внешних покрытий на одной панели, чтобы получить определенное сочетание свойств. В некоторых воплощениях данного изобретения внешние покрытия на одной или более поверхностей панели предназначены для окраски и для придания панели приятного внешнего вида. "Лицевую сторону" панели определяют как поверхность стеновой панели, которая будет примыкать к жилому пространству. Во многих воплощениях данного изобретения внешние покрытия, нанесенные на заднюю сторону панели ("заднюю сторону" определяют как поверхность, противоположную "лицевой стороне" панели), направлены в меньшей степени на внешний вид панели, а в большей степени на ее звукоизолирующие свойства. В идеале стеновые панели действуют как поглотитель звука, чтобы минимизировать прохождение звука через них в смежное жилое пространство и минимизировать отражение звука обратно в комнату или другое пространство, в котором установлена панель. В случае когда требуются звукоизолирующие свойства, данные воплощения изобретения предпочтительно включают покрытие на задней стороне панели, которое предназначено для предотвращения прохождения звука через панель.
Во внешние покрытия также добавляют ряд полезных компонентов в зависимости от области применения. Пигменты, такие как диоксид титана для белизны, являются обычными компонентами, и их предпочтительно применяют в количествах менее 50% от массы готового покрытия. Глины применяют в количествах до 70 масс.%. Диспергирующие добавки в количествах до 1% помогают поддерживать сухие компоненты во взвешенном состоянии. Загустители, такие как целлюлозные загустители, применяют в количествах до 10% от массы покрытия. Для снижения захвата воздуха во время смешивания применяют пеногаситель в количестве до 0,5%. Все данные компоненты растворяют или диспергируют в воде.
Облицовочные материалы присоединяют к основным поверхностям стеновых панелей. Они придают панели прочность во время ее производства, в частности прочность материала в сыром состоянии. Поверхностные свойства стеновых панелей, если требуется, модифицируют с помощью облицовочных материалов. Внешний вид панели можно улучшить путем применения наружных покрытий, которым легко придать декоративную отделку. Примером такого наружного покрытия является бумага. Звуковые характеристики жилого пространства, смежного с панелью, можно менять путем выбора облицовочных материалов. Например, стекловолокно является звукопроницаемым и будет пропускать звук во внутреннюю часть стеновой панели и в смежные жилые пространства, тогда как бумага будет отражать звук.
Содержание воды сильно меняется в зависимости от применения внешнего покрытия, но предпочтительно вода составляет от приблизительно 20% до приблизительно 98% от массы покрытия. Более предпочтительно вода составляет от приблизительно 30% до приблизительно 95% от массы покрытия. Внешние покрытия, которые включают пигменты или глины, предпочтительно включают от приблизительно 20% до приблизительно 50% воды, тогда как внешние покрытия, выступающие, главным образом, в качестве носителя для биоцида или другого текучего компонента, предпочтительно включают от приблизительно 85% до приблизительно 98% воды в расчете на массу покрытия.
Изготавливают панели толщиной по меньшей мере 3,175 мм (1/8 дюйма) согласно любому известному способу изготовления стеновых панелей. В некоторых воплощениях данного изобретения стеновые панели изготавливают способом, аналогичным способу, который применяют для изготовления гипсовой стеновой плиты, такому как способ, описанный в патенте США №6893752, который включен сюда путем ссылки. В данном способе начинают со смешивания суспензии из наполнителя, связующего и воды. Компоненты, находящиеся в жидкой форме, обычно смешивают с отмеренным количеством воды перед добавлением сухих компонентов. В случае когда латексные связующие поставляются в виде жидкой эмульсии, их смешивают с водой перед добавлением сухих компонентов.
Сухие компоненты отмеряют перед смешиванием. Если требуется, данные компоненты смешивают в сухом состоянии перед добавлением в воду. После добавления сухих компонентов в воду, с которой смешаны любые жидкие компоненты, водную композицию перемешивают до тех пор, пока не будет достигнута однородная консистенция суспензии. После приготовления суспензию перемещают из смесительного сосуда и создают панели.
Если применяют способ литья, то суспензию перемещают в формы требуемого размера и конфигурации, где вода либо абсорбируется одним или более компонентов, либо испаряется. Абсорбция включает физическую абсорбцию, например, под действием капиллярных сил, химическую абсорбцию, например гидратацию, или оба вида абсорбции. Возможно извлечение панели из формы после абсорбции или испарения достаточного для скрепления панели количества воды. После извлечения из формы панель дополнительно сушат, предпочтительно путем вытеснения воды в печи.
Другим широко известным способом изготовления стеновых панелей является способ отлива, такой как способ, описанный в патенте США №6413376, который включен сюда путем ссылки. Суспензию наливают в напорный бак, который распределяет суспензию по всей ширине формовочного стола. Из напорного бака суспензию наносят на отливочный конвейер, на котором образуется обезвоженная лепешка. Обезвоженную лепешку получают посредством отделения от суспензии воды, проходящей через пористую формующую поверхность конвейера. До 90% несвязанной воды можно удалить из отфильтрованного осадка на отливочном конвейере. Обезвоживанию предпочтительно способствуют вакуумом, для того чтобы удалить дополнительную воду. В случаях когда в качестве связующего применяют полугидрат сульфата кальция, предпочтительно удалить как можно больше воды до того, как полугидрат охладится и превратится в дигидрат. Образование обезвоженной лепешки и ее обезвоживание описаны в патенте США №5320677, который включен сюда путем ссылки.
Обезвоженную лепешку прессуют во влажном состоянии, чтобы дополнительно понизить содержание воды и уплотнить ее до требуемой формы, толщины и/или плотности. Хотя еще остается возможность изменения формы обезвоженной лепешки, предпочтительно прессовать ее во влажном состоянии в плиту или панель требуемого размера и толщины. Если требуется придать плите особую поверхностную текстуру или ламинированную поверхностную отделку, то поверхность предпочтительно модифицируют во время данной стадии или сразу после нее. Стадию прессования во влажном состоянии предпочтительно проводят при постепенном повышении давления для того, чтобы сохранить целостность изделия.
После того как обезвоживание завершилось в достаточной степени, чтобы изделие сохраняло свою форму, плиты можно разрезать и подравнять, если требуется, и направить в сушильную печь для сушки. В случае когда в качестве связующего применяют полугидрат сульфата кальция, желательно сушить изделие при постоянной температуре, составляющей от приблизительно 43°С (110°F) до приблизительно 52°С (125°F). В случае когда в качестве связующего применяют сырой крахмал, желательно сушить изделие в условиях, которые позволяют достичь температуры во внутреннем слое изделия, составляющей по меньшей мере 77°С (170°F), более предпочтительно в условиях, которые позволяют достичь температуры во внутреннем слое, составляющей от приблизительно 77°С (170°F) до приблизительно 93°С (200°F).
Если требуется, на передней стороне панели создают отверстия, микроотверстия или углубления для поглощения звука. Отверстия создают путем нанесения царапин, образования трещин, прокалывания иглой или создания углублений в ковре любым другим способом, известным специалистам в данной области. В случае когда панели получают литьем, форме можно придать соответствующую конфигурацию, для того чтобы обеспечить углубления в литом изделии. Если требуется, после сушки в печи на панели наносят покрытия, такие как описанные выше покрытия, которые подходят для конкретного применения, для которого предназначаются панели.
ПРИМЕР 1
Образцы перлита с покрытием приготовили с применением перлита №3 от компании Silbrico Corp., Hodgkins, штат Иллинойс. Три стиролакриловых сополимера были запрошены у компании Rohm & Hass, Филадельфия, штат Пенсильвания; они описаны в Таблице II. Если не указано иное, все массы приведены в граммах.
Таблица II
Описание термопластичного пленкообразующего полимера
Полимер
Описание
T<sub>g</sub>, °С
LUCIDENE 615
Стиролакриловый сополимер
20
LUCIDENE 4035 PLUS
Стиролакриловый сополимер
30
RHOPLEX P-376
Стиролакриловое связующее
19
Перлит с покрытием приготовили путем загрузки 1000,0 г перлита в малую мешалку для цементного раствора. Раствор термопластичного пленкообразующего полимера концентрацией 5% загрузили в безвоздушный распылитель и взвесили распылитель. Включили смеситель и раствор распыляли на перлит. Распылитель периодически взвешивали и распыление продолжали до тех пор, пока не было использовано соответствующее количество раствора термопластичного пленкообразующего полимера. Образцы с покрытием и количество каждого покрытия перечислены в Таблице III. Затем образцы сушили при температуре, достаточной для образования пленки термопластичного пленкообразующего полимера. Приведенные здесь номера образцов совпадают с номерами образцов перлита с покрытием, применяемых в последующих испытаниях.
Таблица III
Приготовленные образцы вспученного перлита с покрытием
№ образца
Описание
Масса перлита
Масса раствора
Масса покрытия, %
1
Контрольный
1000,0
0,0
0,00
2
LUCIDENE 615
1000,0
104,7
0,52
3
LUCIDENE 615
1000,0
210,0
1,05
4
LUCIDENE 615
1000,0
412,6
2,06
5
LUCIDENE 4035 PLUS
1000,0
106,8
0,53
6
LUCIDENE 4035 PLUS
1000,0
254,8
1,27
7
LUCIDENE 4035 PLUS
1000,0
400,2
2,00
8
RHOPLEX P-376
1000,0
109,5
0,55
9
RHOPLEX P-376
1000,0
204,0
1,02
10
RHOPLEX P-376
1000,0
368,5
1,84
11
Контрольный
1000,0
0,0
0,00
ПРИМЕР 2
Показатель водоудержания ("ПВУ") обработанного вспученного перлита определяли путем изготовления малых образцов ковра следующим образом.
1. Предварительно взвесили бумажный фильтр Whatman №40 диаметром 12,5 см и стеклянный лабораторный стакан объемом 600 мл.
2. Отвесили 15,0 г образца перлита.
3. Добавили перлит к 300 мл воды. Перемешали шпателем. Дали осесть в течение 30 сек (хронометрировано).
4. Суспензию добавили при перемешивании в воронку Бюхнера, содержащую фильтровальную бумагу. Лабораторный стакан промыли водой из бутылки.
5. Приложили вакуум с остаточным давлением 508 мм рт.ст. (20 дюймов рт.ст.) на 60 сек (хронометрировано).
6. Отключили вакуум, перенесли влажную подкладку в лабораторный стакан с известной массой и взвесили влажную подкладку и лабораторный стакан.
7. Сушили в печи при 105°С до достижения постоянной массы.
8. Взвесили высушенную в печи подкладку и лабораторный стакан. Рассчитали содержание влаги во влажной подкладке.
Данную процедуру повторили три раза и рассчитали среднее значение для каждого образца обработанного перлита. Краткое изложение всех результатов испытаний приведено в Таблице IV. Все образцы перлита с покрытием, кроме одного, показали улучшенный (т.е. более низкий) показатель водоудержания по сравнению с контрольными образцами (без покрытия). Показатель смачиваемости, равный 10, означает, что все образцы перлита с покрытием легко смачивались водой во время процесса испытания.
Таблица IV
Результаты испытаний на водоудержание
Панель
Покрытие
Содержание покрытия, %
ПВУ
Показатель смачиваемости
1
0,5% Lucidene 615
0,52
97,7
10
2
1,0% Lucidene 615
1,05
167,4
10
3
2,0% Lucidene 615
2,06
101,0
10
4
0,5% Lucidene 4035 Plus
0,53
136,6
10
5
1,0% Lucidene 4035 Plus
1,27
143,5
10
6
2,0% Lucidene 4035 Plus
2,00
130,9
10
7
0,5% Rhoplex P-376
0,55
239,5
10
8
1,0% RhoplexP-376
1,02
149,4
10
9
2,0% Rhoplex P-376
1,84
96,2
10
10
Контрольный образец
0,00
209,9
10
11
Контрольный образец
0,00
270,3
10
ПРИМЕР 3
На следующей стадии испытаний в лаборатории изготовили маленькие звукоизолирующие плитки лабораторного масштаба, известные как плиты TAPPI (Техническая ассоциация бумагоделательной промышленности), чтобы определить количество присутствующей связанной воды. Плиты TAPPI изготовили с применением каждого из обработанных перлитов, описанных выше, согласно описанной ниже методике.
Методика изготовления плиты TAPPI.
1. Взвесили воду и поместили ее в смесительный сосуд.
2. Добавили бумажное волокно, минеральную вату, перлит, крахмал, карбонат кальция и латексное связующее (если его применяли). Перемешивали в течение 3,0 мин на максимальной скорости.
3. Добавили флокулянт и дополнительно перемешивали 15 сек.
4. Поместили нетканый холст на проволочную сетку в ящик TAPPI и наполнили ящик TAPPI водой до уровня, покрывающего холст.
5. Добавили суспензию в формующую машину TAPPI. Открыли нижний клапан и предоставили возможность стока воды из суспензии.
6. Приложили вакуум с остаточным давлением 508 мм рт.ст. (20 дюймов рт.ст.) на 5 сек.
7. Переместили формованный ковер на взвешенную пластину и взвесили формованный ковер (масса во влажном состоянии).
8. Поместили ковер в гидравлический пресс между пластмассовым холстом и перфорированной пластиной с каждой стороны.
9. Прессовали ковер до заданной толщины. Извлекли из пресса, удалили сетки и пластины и переместили ковер на взвешенную пластину. Взвесили прессованный ковер (масса после прессования).
10. Поместили прессованный ковер обратно в формующую машину TAPPI и приложили вакуум с остаточным давлением 508 мм рт.ст. (20 дюймов рт.ст.) еще на 5 сек.
11. Переместили формованный ковер на взвешенную пластину и взвесили формованный ковер (масса во влажном состоянии).
12. Переместили ковер в печь. Панели сушили при 316°С (600°F) до тех пор, пока температура печи не достигла 316°С (600°F). Затем плиты сушили при 177°С (350°F) в течение 3 ч. Взвесили высушенную панель (сухая масса).
3
3
Заданные значения толщины и плотности плит составляли соответственно 1,5 см (0,6 дюйма) и 200 кг/м (12,5 фунт/фут). Состав плит указан в Таблице V.
Таблица V
Состав ковра
Компонент
Содержание, масс.%
Сухая масса, г
Содержание твердых веществ, %
Общая масса, г
Минеральная вата
10,00
40,00
100,00
40,00
Перлит
57,00
228,00
100,00
228,00
Газетная бумага
19,00
76,00
2,79
2725,99
Крахмал
8,00
32,00
90,00
35,56
СаСО<sub>3</sub>
6,00
24,00
100,00
24,00
Сумма
100,00
400,00
3053,54
Применяемый крахмал представлял собой кукурузный крахмал, имеющийся в наличии у компании Corn Products International, Westchester, штат Иллинойс. Газетную бумагу, измельченную в гидроразбивателе, поставляли с установки компании USG Cloquet, карбонат кальция получали от компании Cutler Magner, а минеральную вату получали с установки компании USG Red Wing.
Оценка каждого из образцов перлита с покрытием в описанном выше лабораторном ковре приведена в Таблице VI. Данные результаты демонстрируют преимущества применения перлита с покрытием из термопластичного пленкообразующего полимера в звукоизолирующем потолочном изделии данного типа. Последняя колонка, озаглавленная "количество удаленной воды", ясно демонстрирует дополнительную воду, которую можно удалить посредством применения такого покрытия из термопластичного пленкообразующего полимера.
Таблица VI
Оценка перлита с покрытием из стиролакрилового сополимера
№
Масса после первого вакуума
Масса после прессования
Влажность (Tipple Moisture) после прессования, %
Масса после второго вакуума
Масса после сушки в печи (OD)
Влажность (Tipple Moisture) после второго вакуума, %
Количество удаленной воды, %
1
1382
1337
71,9
1044
375,2
64,1
20,8
2
1816
1245
69,9
1046
374,8
64,2
20,4
3
1429
1302
71,3
999
374,3
62,5
26,2
4
1700
1272
70,5
1042
374,7
64,0
20,9
5
1696
1312
71,4
1063
375,3
64,7
18,6
6
1666
1284
70,7
1048
376,3
64,1
20,7
7
1896
1391
72,9
1147
377,5
67,1
10,2
8
1592
1353
72,6
1094
370,4
66,1
13,5
9
1438
1376
73,0
1058
372,2
64,8
18,1
10
2538
1447
74,0
1256
376,7
70
-
11
2116
1480
74,8
1244
373,4
70,0
-
ПРИМЕР 4
Провели испытание плит, полученных в описанном выше Примере 3, на предел прочности при изгибе (MOR). Испытания проводили на лабораторной испытательной машине для материалов INSTRON (компания Instron Corporation, Norwood, штат Массачусетс) с применением динамометрического датчика, рассчитанного на предельную нагрузку 445 Н (100 фунтов-сил). Параметры скорости протяжки диаграммной ленты были Вх (слева) и By (справа), что обеспечивало скорость протяжки диаграммной ленты, равную 10 см/мин. Параметры скорости траверсы были Dx (слева) и Dy (справа), что обеспечивало скорость траверсы, равную 5 см/мин. Применяли настройку всей шкалы на нагрузку 89 Н (20 фунтов-сил). Перед испытанием образцы выдерживали в течение 24 ч при 21°С (70°F) и относительной влажности 50%.
Твердость по Бринеллю определяли на лабораторной испытательной машине для материалов INSTRON с применением шарика диаметром 5,08 см (2 дюйма). Параметры скорости протяжки диаграммной ленты были Вх (слева) и By (справа), что обеспечивало скорость протяжки диаграммной ленты, равную 10 см/мин. Параметры скорости траверсы были Dx (слева) и Dy (справа) с применением понижающего коэффициента 10:1, что обеспечивало скорость траверсы, равную 0,5 см/мин. При применении данных механизмов вдавливанию шарика на 6,35 мм (0,25 дюйма) соответствует протяжка диаграммной ленты на 12,7 см (5,0 дюймов). Вдавливание шарика на 6,35 мм (0,25 дюйма) определяли с применением кольца шириной 6,35 мм (0,250 дюйма), центрованного вокруг шарика. Применяли динамометрический датчик, рассчитанный на предельную нагрузку 2452 Н (250 кгс), с настройкой всей шкалы на 981 Н (100 кгс). Перед испытанием образцы выдерживали в течение 24 ч при 21°С (70°F) и относительной влажности 50%. Результаты данных испытаний приведены в Таблице VII. Данные результаты демонстрируют, что применение перлита с покрытием из термопластичного пленкообразующего полимера не оказывает неблагоприятного воздействия на физические свойства получающихся панелей.
Таблица VII
№ плиты
Толщина, см (дюйм)
Плотность, кг/м<sup>3 </sup>(фунт/фут<sup>3</sup>)
Предел прочности при изгибе (MOR)
Скорректированный предел прочности при изгибе (MOR)
Твердость по Бринеллю (диаметр шарика 5,08 см (2 дюйма))
1
1,37 (0,539)
204,72 (12,78)
126,1
120,6
152,1
2
1,41 (0,557)
199,59 (12,46)
118,3
118,0
162,7
3
1,35 (0,532)
206,00 (12,86)
123,2
116,5
151,0
4
1,40 (0,551)
199,91 (12,48)
118,5
118,8
150,7
5
1,41 (0,557)
197,35 (12,32)
115,6
118,9
150,7
6
1,39 (0,548)
202,79 (12,66)
119,7
116,7
161,5
7
1,37 (0,541)
206,64 (12,90)
140,7
132,0
175,0
8
1,37 (0,541)
200,55 (12,52)
120,6
120,1
149,5
9
1,37 (0,538)
205,20 (12,81)
132,7
126,3
152,1
10
1,42 (0,561)
199,91 (12,48)
122,5
123,1
179,1
11
1,41 (0,554)
197,67 (12,34)
113,9
137,5
174,9
ПРИМЕР 5
В качестве покрытий для перлита испытали дополнительные типы полимеров, указанные в Таблице VIII. Растворы с концентрацией твердых частиц полимеров, составляющей 5%, изготовили согласно Примеру 1 и нанесли на 1000 г перлита №3 от компании Silbrico.
Таблица VIII
Термопластичные пленкообразующие полимеры для нанесения покрытия на перлит
Название продукта
Образец
Тип полимера
Производитель
T<sub>g</sub>, °C
Rovace 3270
Поливинилацетат (гомополимер)
Rohm & Haas
38
Airflex 4530
Сополимер этилена и винилхлорида
Air Products
29
RhoplexHA-12
Акриловый
Rohm & Haas
22
Rovace 9100
Винилакриловый
Rohm & Haas
12
Genflo 3060
Бутадиен-стирольный
Omnova
20
Вспученный перлит обработали указанными выше термопластичными пленкообразующими полимерами согласно методике, описанной в Примере 1. Показатели водоудержания (ПВУ), определенные согласно методике, описанной в Примере 2, представлены ниже.
Образец
Покрытие и содержание покрытия
ПВУ
12 и 18
Необработанный
246,6
Необработанный
301,2
Обработан 0,48% Rovace 3270
119,3
13 и 19
Обработан 0,99% Rovace 3270
118,1
Обработан 0,48% Airflex 4530
172,7
14 и 20
Обработан 1,04% Airflex 4530
160,1
Обработан 0,52% Rhoplex HA-12
168,5
15 и 21
Обработан 1,01% Rhoplex HA-12
151,2
16 и 22
Обработан 0,58% Rovace 9100
126,0
Обработан 1,10% Rovace 9100
177,0
17 и 23
Обработан 0,49% Genflo 3060
132,1
Плиты TAPPI приготовили с применением образцов 12-23 вспученного перлита с покрытием согласно методике, описанной в Примере 3. Показатели удаления воды, определенные согласно методике, изложенной в Примере III выше, приведены в Таблице IX.
Таблица IX
Удаление воды для различных полимеров
№
Масса после первого вакуума
Масса после прессования
Влажность (Tipple Moisture) после прессования, %
Масса после второго вакуума
Масса после сушки в печи (OD)
Влажность (Tipple Moisture) после второго вакуума, %
Количество удаленной воды, %
12
1701
1425
74,2
1133
367,9
67,5
-
13
1411
1337
72,9
1041
363,8
65,1
8,1
14
1461
1337
72,8
1030
363,7
64,7
9,3
15
1491
1317
72,6
1045
364,4
65,1
7,8
16
1428
1325
72,6
1037
363,3
65,0
8,4
17
1477
1328
72,6
1021
364,2
64,3
10,6
18
1815
1371
73,4
1113
365,4
67,2
-
19
1396
1332
72,9
1040
361,4
65,3
7,4
20
1523
1355
72,9
1055
366,7
65,2
7,4
21
1496
1320
72,5
1045
362,9
65,3
7,3
22
1449
1342
72,7
1047
366,0
65,0
8,1
23
1448
1340
73,0
1029
361,6
64,9
8,7
ПРИМЕР VIII
Провели испытание плит 12-23 для определения (MOR), как описано в Примере IV. Результаты приведены в Таблице Х ниже.
Таблица X
№ плиты
Толщина, см (дюйм)
Плотность, кг/м<sup>3 </sup>(фунт/фут<sup>3</sup>)
Предел прочности при изгибе (MOR)
Скорректированный предел прочности при изгибе (MOR)
12
1,45 (0,570)
189,18 (11,81)
51,9
53,6
13
1,42 (0,561)
191,10 (11,93)
52,6
53,4
14
1,41 (0,557)
191,10 (11,93)
53,2
53,5
15
1,44 (0,566)
188,54 (11,77)
54,1
56,4
16
1,42 (0,558)
191,26 (11,94)
55,1
55,7
17
1,42 (0,558)
191,58 (11,96)
51,2
51,5
18
1,44 (0,565)
188,54 (11,77)
55,0
57,1
19
1,41 (0,556)
190,30 (11,88)
56,4
57,6
20
1,44 (0,568)
189,66 (11,84)
51,9
53,3
21
1,43 (0,562)
190,14 (11,87)
75,7
77,2
22
1,44 (0,556)
372,45 (23,251)
70,7
69,0
23
1,44 (0,557)
371,95 (23,22)
71,8
70,4
Как и ранее, применение перлита с покрытием из термопластичного пленкообразующего полимера способствует снижению влажности (Tipple Moisture), что указывает на то, что полимерное покрытие являлось эффективным для предотвращения проникновения воды в частицы перлита. Кроме того, применение покрытия из термопластичного пленкообразующего полимера не оказывает неблагоприятного воздействия на физические свойства получающейся плиты.
Хотя выше были показаны и описаны конкретные воплощения звукоизолирующей панели и суспензии с пониженным содержанием связанной воды по настоящему изобретению, специалистам в данной области понятно, что в них можно произвести изменения и модификации без отклонения от данного изобретения в его расширенных аспектах, как оно изложено в последующей формуле изобретения.