СИЛИКАТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТИЧЕСКОЙ ПАНЕЛИ И СПОСОБЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SILICATE COATING FOR IMPROVING OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF ACOUSTIC PANEL AND ITS MANUFACTURING METHODS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение в целом относится к отверждаемому покрытию для акустических панелей, акустическим панелям, покрытым отверждаемым покрытием по данному описанию, и способам его изготовления.  Конкретнее, описание относится к композиции отверждаемого покрытия, которая содержит неорганическое силикатное связующее и неорганический наполнитель, причем композиция отверждаемого покрытия не содержит связующего на основе органических полимеров.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Акустические панели (или плитки) представляют собой специально сконструированные системы, которые предназначены для улучшения акустических характеристик за счет поглощения звука и/или снижения звукопроницаемости в закрытых помещениях, таких как комнаты, коридоры, конференц-залы и тому подобное. Хотя существуют различные типы акустических панелей, стандартный вариант акустической панели обычно состоит из волокон минеральной ваты, наполнителей, красителей и связующего, как описано, например, в патенте США № 1,769,519. Эти материалы, наряду с многими другими, могут быть использованы для достижения желаемых акустических свойств акустических панелей, а также других их свойств, таких как цвет и внешний вид.
[0003] Для изготовления панелей обычно смешивают волокна, наполнители, объемообразующие агенты, связующие вещества, воду, поверхностно-активные вещества и другие добавки до образования суспензии и проводят ее обработку. Целлюлозные волокна, как правило, используют в виде переработанной газетной бумаги. В качестве объемообразующего агента, как правило, используют вспученный перлит. Наполнители могут содержать глинистые материалы, карбонат кальция или сульфат кальция. Связующие могут содержать крахмал, латекс и гомогенизированные бумажные изделия, вместе образующие связующую систему, которая облегчает фиксацию всех ингредиентов в желаемой структурной матрице.
[0004] Часто в качестве основного связующего компонента, обеспечивающего сцепление структурных компонентов панели, используют органические связующие, такие как крахмал. Крахмал является предпочтительным органическим связующим, поскольку, наряду с иными причинами, он относительно недорог. Например, с помощью крахмала можно экономно скрепить панели, содержащие газетную бумагу, минеральную вату и перлит. Крахмал придает структуре панели прочность и долговечность, но подвержен проблемам, вызванным влагой. Влага может вызвать размягчение и провисание панели, которое на потолке выглядит неприглядно и может привести к снижению эффективности панели.
[0005] Один из способов, используемых для противодействия проблемам, вызванным присутствием влаги в панелях, заключается в том, что тыльную сторону панели покрывают меламиноформальдегидной смолой с добавлением или без карбамидоформальдегидных компонентов. Когда такое покрытие на основе формальдегидной смолы подвергается воздействию влаги или сырости, оно имеет свойство сопротивляться сжимающим силам, которые возникают на тыльной поверхности в результате изгибающего движения по направлению книзу.
[0006] При правильном отверждении меламиноформальдегидные смолы имеют жесткую и хрупкую сетчатую структуру. Эта жесткая структура работает на противодействие сжимающим силам, которые возникают на тыльной поверхности в результате изгибающего движения по направлению книзу. Однако формальдегидные смолы имеют тенденцию выделять формальдегид, который является известным экзогенным ирритантом.
[0007] Для уменьшения выделений формальдегида, с целью поглощения свободного формальдегида добавляли химически активные по отношению к формальдегиду вещества, такие как мочевину. К сожалению, такие поглотители малых молекул могут перекрывать реакционноспособные группы формальдегидной смолы и, как следствие, противодействовать образованию структур с высоким уровнем трехмерной связи. В результате, желаемая сетчатая полимерная структура не будет образовываться. Полученное покрытие будет слабым и не сможет сопротивляться провисанию.
[0008] Хотя существуют многие коммерчески доступные типы акустических панелей, которые характеризуются низким уровнем содержания летучих органических соединений (ЛОС), они, тем не менее, выделяют определяемые количества формальдегида за счет использования в этих панелях различных компонентов, выделяющих формальдегид. Хотя выделения формальдегида, которые образуются при термическом воздействии в процессе производства, откачивают в выводные трубы или термические окислители, конечный продукт, тем не менее, будет содержать остаточный формальдегид, который может выделяться после их установки. Снижение выделения формальдегида или устранение такого выделения обеспечит улучшение качества воздуха внутри помещений в местах установки акустических панелей, например в общественных зданиях, включая школы, медицинские учреждения или офисные здания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Один аспект описания предлагает композицию отверждаемого покрытия, содержащая 10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в составе сухого покрытия и 50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в составе сухого покрытия, причем неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0010] Другой аспект описания предлагает потолочную плитку с нанесенным покрытием, в том числе потолочную плитку, имеющую тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону, а также слой отвержденного покрытия, расположенный на тыльной стороне панели, причем слой отвержденного покрытия, содержит 10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии и 50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, причем неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0011] Другой аспект описания предлагает способ покрытия потолочной плитки, включающий следующие этапы: получение потолочной плитки, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону; нанесение на тыльную сторону панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, причем неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего на тыльной стороне потолочной плитки образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0012] Дополнительные аспекты и преимущества изобретения будут ясны специалистам в данной области техники при изучении нижеследующего подробного описания. Хотя способы и композиции предусматривают различные формы реализации изобретения, нижеследующее описание содержит конкретные варианты реализации с пониманием того, что описание является иллюстративным и не ограничивает изобретение конкретными вариантами реализации, описанными в данном документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0013] Фиг.1 представляет собой схематическое изображение вида в перспективе панели с покрытием на тыльной стороне согласно варианту реализации изобретения по данному описанию.
[0014] Фиг.2 представляет собой график влияния температуры и времени отверждения на характеристики провисания панели с покрытием на тыльной стороне согласно варианту реализации изобретения по данному описанию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] В изобретении предлагается композиция отверждаемого покрытия, содержащая 10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в составе сухого покрытия и 50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в составе сухого покрытия, причем неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0016] За счет нанесения на акустическую плитку композиции для покрытия по данному описанию обеспечивается преимущество, состоящее в получении акустических плиток со сниженным провисанием по сравнению с потолочными плитками без покрытия, которые могут демонстрировать по меньшей мере аналогичное, если не улучшенное, сопротивление провисанию по сравнению с готовыми потолочными плитками, имеющими стандартное промышленное формальдегидное покрытие. Кроме того, нанесение на акустическую плитку композиций для покрытия по данному описанию обеспечивает получение акустических плиток, отличающихся сниженным риском выделения формальдегида даже в сравнении с известными покрытиями для акустических панелей, не содержащими формальдегид. В частности, не содержащие формальдегид покрытия для акустических панелей обычно содержат связующие на основе органических полимеров. Некоторые связующие на основе органических полимеров по своей природе содержат, высвобождают, выделяют или образуют определяемые и количественно измеримые уровни формальдегида. В связи с этим, даже если связующее на основе органического полимера, используемое в акустических панелях, может и не содержать формальдегид в качестве компонента, панель может, тем не менее, высвобождать, выделять или образовывать формальдегид по ряду причин, включая, например, деструкцию связующих на основе органических полимеров. Поскольку композиции для покрытия по данному описанию не содержат связующих на основе органических полимеров, композиция для покрытия по описанию не содержит и не выделяет формальдегид, связанный с разрушением таких связующих на основе органических полимеров.
[0017] В контексте данного документа термины «панель» и «плитка» считаются взаимозаменяемыми.
[0018] В контексте данного документа выражение «практически не содержит связующего на основе органических полимеров» означает, что неорганическое связующее не содержит связующего на основе органических полимеров и что композиция покрытия, включающая неорганическое связующее, также не содержит значительных количеств целенаправленно добавленного связующего на основе органических полимеров. При этом несущественные или фоновые количества связующего на основе органических полимеров (например, имеющие концентрацию ниже уровня около 100 ppb) могут присутствовать в композиции покрытия согласно данного описания (например, вследствие выделения из наполняющего материала панели) и находиться в пределах объема данного описания. В контексте данного документа термин «связующее на основе органических полимеров» включает органические полимеры и олигомеры, и дополнительно включает органические мономеры, полимеризация которых может происходить непосредственно в реакционной смеси (с отверждением либо без него) с образованием органического полимера.
[0019] В описании дополнительно предлагается потолочная плитка с нанесенным покрытием, в том числе потолочная плитка, имеющая тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону, а также слой отвержденного покрытия, расположенный или нанесенный на тыльной стороне панели, причем слой отвержденного покрытия, содержит 10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии и 50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров. В контексте данного документа термин «тыльное покрытие» относится к покрытию на основе силикатов металлов, созданному на тыльной стороне потолочной плитки или волокнистой панели.
[0020] В описании дополнительно предлагается волокнистая панель с нанесенным покрытием, в том числе волокнистая панель, имеющая тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону, а также слой отвержденного покрытия, расположенный или нанесенный по меньшей мере на одной из сторон панели, причем слой отвержденного покрытия, содержит 10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии и 50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в сухом покрытии, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0021] Необязательно, покрытие согласно настоящему изобретению практически не содержит дополнительных связующих на основе силикатов не щелочных металлов. Необязательно, покрытие согласно описания практически не содержит дополнительных связующих на основе силикатов не щелочноземельных металлов. В контексте данного документа выражения «практически не содержит дополнительных связующих на основе силикатов не щелочных металлов» и «практически не содержит дополнительных связующих на основе силикатов не щелочноземельных металлов» означают, что неорганическое связующее не содержит значительных количеств целенаправленно добавленных связующих на основе силикатов не щелочных металлов либо связующих на основе силикатов не щелочноземельных металлов. При этом несущественные либо фоновые количества связующих на основе силикатов не щелочных металлов либо связующих на основе силикатов не щелочноземельных металлов (например, менее 3 объемных процентов, менее 2 об.% или менее 1 об.% в расчете на общий объем твердых веществ) могут присутствовать в композиции покрытия согласно настоящему изобретению и находиться в пределах объема настоящего изобретения. Таким образом, в вариантах реализации изобретения неорганическое связующее состоит или в значительной степени состоит из одного или нескольких силикатов щелочных металлов, силикатов щелочноземельных металлов и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат металла выбран из группы, состоящей из силиката натрия, силиката калия, силиката лития, силиката магния, силиката кальция, силиката бериллия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат щелочного металла представляет собой силикат щелочного металла, выбранный из группы, состоящей из силиката натрия, силиката калия, силиката лития и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат щелочноземельного металла представляет собой силикат щелочноземельного металла, выбранный из группы, состоящей из силиката магния, силиката кальция, силиката бериллия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения неорганический наполнитель представляет собой наполнитель, выбранный из группы, состоящей из глинистых материалов, необязательно, каолина или бентонита, слюды, песка, сульфата бария, диоксида кремния, талька, гипса, карбоната кальция, волластонита, оксида цинка, сульфата цинка, полых шариков, солей бентонита и сочетаний вышеуказанного. В вариантах реализации изобретения связующее представляет собой силикат натрия, а наполнитель содержит по меньшей мере каолин либо карбонат кальция.
[0022] В вариантах реализации изобретения связующее практически не содержит формальдегид. В контексте данного документа выражение «практически не содержит формальдегид» означает, что связующее было изготовлено без использования формальдегида или химических веществ, приводящих к образованию формальдегида, и не будет выделять формальдегид в нормальных условиях эксплуатации. Желательно, чтобы композиция для покрытия, связующее вещество которой не содержит формальдегид, также практически не содержала формальдегид. Значение выражения «практически не содержит формальдегид» указывает на отсутствие преднамеренно добавленного формальдегида и возможное присутствие незначительных или фоновых количеств формальдегида (например, менее 100 ppb) в композиции покрытия, находящееся в рамках объема настоящего изобретения. Некоторые добавки, такие как консерванты во влажном состоянии или биоциды, используемые при обработке поверхности и нанесении тыльного покрытия, могут высвобождать, выделять или образовывать определяемые и количественно измеримые уровни формальдегида. Вследствие этого, даже если в акустической панели формальдегид и не является преднамеренно добавленным компонентом, панель может, тем не менее, высвобождать, выделять или образовывать формальдегид по ряду причин, включая, например, деградацию биоцидов.
[0023] Количество формальдегида, присутствующего в составе покрытия, может быть определено по стандартной методике ASTM D5197 путем нагрева высушенных образцов покрытия до 115 °C в увлажненной микрокамере Markes и последующего сбора выделений в контролируемых условиях с использованием картриджа с 2,4-динитрофенилгидразином (DNPH). После выдержки картридж DNPH промывают ацетонитрилом, промывку ацетонитрилом разбавляют до объема 5 мл и образец анализируют методом жидкостной хроматографией. Результаты для образца покрытия приводятся в мкг/мг и сравниваются с контрольным образцом. Образцы, которые в пределах погрешности эксперимента соответствуют контрольному образцу в статистически достоверной серии испытаний, безусловно практически не содержат формальдегид.
[0024] Необязательно, композиция для покрытия и/или слой покрытия по настоящему изобретению дополнительно содержат вещество - диспергатор.
[0025] В изобретении дополнительно предлагается способ покрытия потолочной плитки, включающий следующие этапы: получение потолочной плитки, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону; нанесение на тыльную сторону панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего на тыльной стороне потолочной плитки образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0026] В описании дополнительно предлагается способ покрытия волокнистой панели, включающий следующие этапы: получение волокнистой панели, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону; нанесение по меньшей мере на одну из сторон панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего по меньшей мере на одной из сторон волокнистой панели, образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0027] Необязательно, неорганическое связующее и неорганический наполнитель предварительно смешивают для образования композиции отверждаемого покрытия. Вследствие этого в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения неорганическое связующее и неорганический наполнитель наносят одновременно. В некоторых вариантах реализации изобретения предварительно смешанная композиция для отверждаемого покрытия дополнительно содержит вещество - диспергатор. В альтернативных вариантах реализации изобретения неорганическое связующее и неорганический наполнитель наносят поэтапно. Например, вначале могут наносить неорганический наполнитель, а затем могут наносить неорганическое связующее. Необязательно, вместе с неорганическим наполнителем и/или неорганическим связующим могут наносить вещество - диспергатор. В контексте данного документа «слой» наносят на тыльную сторону потолочной плитки вне зависимости от того, наносят ли его с использованием предварительно смешанной композиции отверждаемого покрытия или наносят поэтапно неорганическое связующее и неорганический наполнитель. Аналогично, в контексте данного документа «слой» наносят по меньшей мере на одну из сторон волокнистой панели, вне зависимости от того, наносят ли его с использованием предварительно смешанной композиции отверждаемого покрытия или наносят поэтапно неорганическое связующее и неорганический наполнитель.
[0028] Необязательно, способ дополнительно включает проведение химического отверждения в дополнение или, в некоторых случаях, вместо этапа нагрева. В вариантах реализации изобретения химическое отверждение предусматривает обработку слоя покрытия на основе силиката металла раствором многовалентного металла или кислоты, необязательно, после стадии нагрева, но до охлаждения покрытия. Затем раствор многовалентного металла или кислоты высушивают. В вариантах реализации изобретения химическое отверждение предусматривает использование многовалентного металла или кислоты в сочетании с неорганическим наполнителем и одновременное нанесение многовалентного металла и неорганического наполнителя. В вариантах реализации изобретения многовалентный металл содержит соли двухвалентного металла, соли трехвалентного металла или сочетания вышеуказанных соединений.
Неорганическое связующее
4
[0029] Как правило, неорганическое связующее содержит отверждаемые соединения силикатов металлов, образующих связующую систему, которая облегчает фиксацию всех ингредиентов в желаемой структурной матрице. Неорганическое связующее содержит один или несколько силикатов щелочных металлов, силикатов щелочноземельных металлов и сочетание вышеуказанных соединений. Силикаты щелочных и щелочноземельных металлов путем сшивания и/или дегидратации эффективно образуют силикатные решетки, состоящие из связанных общими вершинами SiO тетраэдров.
2
2
x
2
2
2
2
2
2
[0030] Силикаты щелочных и/или щелочноземельных металлов, обычно представленные в виде водных растворов/дисперсий, имеют полезные для использовании в покрытиях физические и химические свойства. В тонких покрытиях растворы/дисперсии силикатов высыхают с образованием пленок, которым присущи одно или несколько следующих преимуществ: низкая стоимость, не горючие, устойчивы к температурам до 3000°F, не имеют запаха и нетоксичны. К пригодным для использования силикатам металлов относят силикат натрия, силикат калия, силикат лития, силикат магния, силикат кальция, силикат бериллия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат металла представляет собой силикат щелочного металла. В вариантах реализации изобретения силикат металла представляет собой силикат щелочноземельного металла. В вариантах реализации изобретения силикат металла выбирают из группы, состоящей из силиката натрия, силиката калия, силиката лития, силиката магния, силиката кальция, силиката бериллия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат щелочноземельного металла выбирают из группы, состоящей из силиката магния, силиката кальция, силиката бериллия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат щелочного металла выбирают из силиката натрия, силиката калия и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения силикат щелочного металла представляет собой силикат натрия. Растворы силиката натрия известны также под названием «жидкое стекло» и имеют номинальную формулу NaO(SiO). В коммерчески доступных растворах силиката натрия массовое соотношение SiO:NaO находится в пределах от около 1,5 до около 3,5. Соотношение представляет собой среднее значение для силикатов с различной молекулярной массой. Пригодные к использованию растворы силиката натрия имеют массовое соотношение SiO:NaO в пределах от около 1,5 до около 3,5, от около 2 до около 3,2, от около 2,5 до около 3,2, например, около 2,5, около 2,6, около 2,7, около 2,8, около 2,9, около 3,0, около 3,1 или около 3,2. В вариантах реализации изобретения раствор силиката натрия имеет массовое соотношение SiO:NaO в пределах от около 3,0 до около 3,2. Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что при более низком содержании щелочного металла образуются силикаты, имеющие меньшее сродство к воде и вследствие этого высыхающие быстрее.
[0031] Растворы силикатов металлов образуют твердые покрытия двумя способами: выпариванием воды (дегидратацией) или химическим отверждением. Оба механизма могут использоваться по отдельности или совместно. Пленки из силикатов металлов подвержены влагопоглощению и деградации. Однако этот процесс может быть замедлен при полном удалении воды из силиката. Одной только воздушной сушки обычно недостаточно для получения покрытий на основе силикатов металлов, которые могут подвергаться воздействию климатических изменений или высокой влажности. Для таких применений может потребоваться нагрев. Для медленного удаления избытка влаги температуру необходимо повышать постепенно до 200-210°F (от около 93°C до около 99°C), а затем можно проводить окончательное отверждение при температуре 350-700°F (от около 175°C до около 370°C). Слишком быстрый нагрев может вызвать выделение пара, что приведет к образованию пузырей или вспучиванию пленки. Относительно нерастворимые пленки могут быть получены за счет прохождения реакций растворов силикатов щелочных металлов с различными соединениями многовалентных металлов, которые приводят к образованию отвержденных покрытий из силикатов щелочных металлов путем осаждения нерастворимых соединений силикатов металлов из раствора с получением твердого слоя, как подробно описано ниже. Реакции химического отверждения могут происходить быстро, и соединения многовалентных металлов можно наносить одновременно с неорганическим связующим, неорганическим наполнителем или в процессе дополнительной обработки, при которой соединение многовалентного металла наносится поверх слоя, содержащего неорганическое связующее.
[0032] В вариантах реализации изобретения композиция для отверждаемого покрытия практически не содержит иных связующих, отличных от силиката металла. В контексте данного документа выражение «практически не содержит связующих, отличных от силиката металла», означает, что неорганическое связующее не содержит значительных количеств целенаправленно добавленных связующих силикатов не щелочных металлов или связующих силикатов не щелочноземельных металлов. При этом несущественные либо фоновые количества связующих на основе силикатов не щелочных металлов либо связующих на основе силикатов не щелочноземельных металлов (например, менее 3 объемных процентов, менее 2 об.% или менее 1 об.% в расчете на общий объем твердых веществ) могут присутствовать в композиции для покрытия согласно данному описанию и находиться в пределах объема данного описания. Таким образом, в вариантах реализации изобретения неорганическое связующее для композиции отверждаемого покрытия состоит или в значительной степени состоит из одного или нескольких силикатов щелочных металлов, силикатов щелочноземельных металлов и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации изобретения композиция отверждаемого покрытия и неорганическое связующее практически не содержат связующих на основе органических полимеров и практически не содержат связующих, содержащих формальдегид.
Неорганический наполнитель
[0033] Пригодные к использованию минеральные наполнители содержат, например, глинистые материалы (например, каолин или бентонит), слюду, песок, сульфат бария, диоксид кремния, тальк, гипс, карбонат кальция, волластонит, оксид цинка, сульфат цинка, полые шарики, солеи бентонита и смеси вышеуказанных компонентов.  В вариантах реализации изобретения наполнитель выбирают из группы, состоящей из глинистых материалов, слюды, песка, сульфата бария, диоксида кремния, талька, гипса, карбоната кальция, волластонита, оксида цинка, сульфата цинка, полых шариков, солей бентонита и сочетаний вышеуказанных компонентов. В вариантах реализации настоящего изобретения наполнитель представляет собой карбонат кальция. В вариантах реализации изобретения наполнитель представляет собой смесь каолиновой глины и карбоната кальция.
[0034] Неорганический наполнитель и неорганическое связующее не являются аналогичными веществами. При этом в вариантах реализации изобретения неорганический наполнитель практически не содержит силикатов щелочных металлов и силикатов щелочноземельных металлов. В контексте данного документа выражения «практически не содержит силикатов щелочных металлов» и «практически не содержит силикатов щелочноземельных металлов» означают, что неорганический наполнитель не содержит значительных количеств преднамеренно добавленных силикатов щелочных металлов, например силиката натрия, силиката калия или силиката лития либо значительных количеств преднамеренно добавленных силикатов щелочноземельных металлов, например силиката магния, силиката кальция или силиката бериллия. При этом несущественные либо фоновые количества силикатов металлов (например, менее 3 объемных процентов, менее 2 об.% или менее 1 об.% в расчете на общий объем твердых веществ) могут присутствовать в неорганическом наполнителе и находиться в пределах объема настоящего изобретения. Состав неорганических наполнителей, содержащих стекла и глинистые материалы, может включать силикат алюминия и находиться в пределах объема данного описания.
[0035] Композиция покрытия и слой покрытия могут дополнительно содержать один или несколько компонентов, выбранных из группы, состоящей из диспергаторов, пигментов, поверхностно-активных веществ, модификаторов рН, буферных агентов, модификаторов вязкости, стабилизаторов, пеноподавителей, модификаторов текучести и сочетания вышеуказанного.
[0036] К пригодным к использованию диспергаторам относятся, например, тетракалий пирофосфат (TKPP) (от компании FMC Corp.), поликарбоксилаты натрия, такие как Tamol 731A (от компании Rohm & Haas), и неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как Triton™ CF-10 алкил арил полиэфир (от компании Dow Chemicals). Предпочтительно композиция для покрытия содержит вещество - диспергатор, выбранное из неионных поверхностно-активных веществ, таких как Triton™ CF-10 алкил арил полиэфир (от компании Dow Chemicals).
[0037] Необязательно, композиция покрытия и слой покрытия могут дополнительно содержать незначительные количества компонента, повышающего водостойкость покрытия. Например, содержание компонента, повышающего водостойкость покрытия в композиции покрытия и/или слое покрытия может составлять около 3 мас.% или менее, около 2 мас.% или менее, около 1% мас. или менее. Пригодные к использованию компоненты, повышающие водостойкость покрытия, включают, например, силоксаны, которые увеличивают гидрофобность покрытия. Пригодные к использованию силоксаны включают среди прочих полиметилгидросилоксан, полидиметилсилоксан и сочетания вышеуказанных соединений.
[0038] Композиция отверждаемого покрытия может быть приготовлена путем смешивания неорганического связующего, неорганического наполнителя и других дополнительных компонентов с использованием обычных технологий смешивания. Как правило, частицы покрытия или твердые вещества суспендированы в водном носителе. Как правило, неорганическое связующее и неорганический наполнитель добавляют и смешивают с водным носителем, а затем добавляют другие дополнительные компоненты в порядке убывания в соответствии с мас.% содержащихся сухих веществ. В альтернативном варианте слой покрытия создают путем поэтапного нанесения неорганического связующего и неорганического наполнителя. В таких вариантах реализации изобретения неорганическое связующее добавляют и смешивают с водным носителем, а затем добавляют другие дополнительные компоненты, как это описано выше, что приводит к образованию дисперсии связующего, которую, как правило наносят вначале и затем добавляют неорганический наполнитель и смешивают его с водным носителем, а затем добавляют другие дополнительные компоненты, как это описано выше, что приводит к образованию дисперсии наполнителя, которую, как правило, наносят на следующем этапе.
[0039] Содержание твердых веществ в композиции для покрытия по данному описанию, дисперсии связующего и/или дисперсии наполнителя может достигать максимально возможных значений для конкретного применения. Например, ограничивающим фактором в отношении выбора и количества используемого жидкого носителя является вязкость, получаемая при требуемом количестве твердых веществ. Вследствие этого распыление является наиболее чувствительным к вязкости методом, но другие методы менее восприимчивы. Эффективный диапазон содержания твердых веществ в композиции для покрытия составляет, например, около 15 мас.% и более, около 20 мас.% и более, или около 25 мас.% и более, или около 30 мас.% и более, или около 35 мас.% и более, или около 40 мас.% и более, или около 45 мас.% или более. В альтернативных вариантах или дополнительно содержание твердых веществ в композиции для покрытия составляет около 80 мас.% и менее, или около 75 мас.% и менее, или около 70 мас.% и менее. Таким образом, содержание твердых веществ в композиции для покрытия может быть ограничено любыми двумя из вышеуказанных конечных точек, приведенных для содержания твердых веществ в композиции. Например, содержание твердых веществ в композиции для покрытия может составлять от около 15 мас.% до около 80 мас.%, от около 35 мас.% до около 80 мас.%, от около 45 мас.% до около 75 мас.% или от около 45 мас.% до около 70 мас.%
[0040] В вариантах реализации изобретения, в которых связующее и наполнитель предварительно смешивают для образования композиции отверждаемого покрытия, и в вариантах реализации настоящего изобретения, в которых дисперсию связующего и дисперсию наполнителя готовят и наносят отдельно, содержание неорганическое связующего находится в диапазоне от около 10 об.% до около 50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в композиции для покрытия и/или отвержденного слоя покрытия, а содержание неорганического наполнителя находится в диапазоне от около 50 об.% до около 90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в композиции для покрытия и/или отвержденного слоя покрытия. Например, содержание неорганического связующего может находится в пределах от около 10 об.% до около 50 об.%, от около 15 об.% до около 45 об.% или от около 20 об.% до около 30 об.%, например около 10 об.%, около 15 об.%, около 20 об.%, около 25 об.%, около 30 об.%, около 35 об.%, около 40 об.%, около 45 об.% или около 50 об.%. Подобным образом содержание неорганического наполнителя может находиться в пределах, например, от около 50 об.% до около 90 об.%, от около 55 об.% до около 85 об.% или от около 60 об.% до около 80 об.%, например, около 50 об.%, около 55 об.%, около 60 об.%, около 65 об.%, около 70 об.%, около 75 об.%, около 80 об.%, около 85 об.% или около 90 об.%.
3
[0041] Например, композиция для покрытия, содержащая 33,5 мас.% раствора силиката натрия с 37,5 % содержания твердых веществ, 31,4 мас.% дополнительной воды, 17,6 мас.% каолиновой глины и 17,6 мас.% карбоната кальция, содержит твердых веществ около 47,8 мас.%, а также состоит из около 12,6 % силиката натрия в качестве связующего  и около 35,2 % для неорганического наполнителя (каолиновая глина и карбонат кальция). В следствие этого содержание твердых веществ в связующем - силикате натрия составляет около 26,4 мас.%, а в неорганическом наполнителе - около 73,6 мас.% Поскольку плотность отвержденного силиката аналогична плотности каолиновой глины и карбоната кальция (около 2,7 г/см), соответствующие объемные проценты для связующего - силиката натрия и неорганического наполнителя в композиции и конечном покрытии примерно равны массовым процентах их содержания в растворе, т.е. около 26,4 об.% силикатного связующего и около 73,6 об.% неорганического наполнителя. Вследствие этого, для композиций, содержащих силикат натрия, большинство глин и/или карбонат кальция, мас.% содержания твердых веществ в композиции примерно равны их об.% в композиции для покрытия (за счет подобных значений плотности) и конечного силикатного покрытия. Однако специалист в данной области техники легко поймет, что при использовании наполнителя со значительно более высокой плотностью или более низкой плотностью (например, полые шары) по сравнению со связующим на основе силиката металла мас.% содержания твердых веществ в композиции не будут соответствовать об.% в композициях для покрытий и в силикатных покрытиях по настоящему изобретению.
Волокнистая панель
[0042] В описании дополнительно рассматривается панель (например, акустическая панель, потолочная плитка), с покрытием на основе композиции для покрытия по настоящему изобретению. Панель 10 с покрытием в соответствии с одним аспектом данного описания, как схематически представлено на Фиг. 1, содержит внутреннюю часть 20 панели, имеющую тыльную сторону 30 и лицевую сторону 40. Необязательно, панель дополнительно содержит тыльный слой 35, находящийся в контакте с тыльной стороной 30, и/или лицевой слой 45, находящийся в соприкосновении с лицевой стороной 40. Слой тыльного покрытия 50 находится, например, в соприкосновении с тыльной стороной 30 или со вспомогательным тыльным слоем 35. Необязательно, дополнительный слой лицевого покрытия 60 расположен, например, на лицевой стороне 40 или на вспомогательном лицевом слое 45.
[0043] Благодаря наличию слоя тыльного покрытия 50 обеспечивается преимущество, состоящее в противодействии прогибающей силе тяжести во влажных условиях, в связи с чем, покрытие наносят на тыльную сторону 30 (или на тыльный слой 35 в случае его наличия) внутренней части 20 панели. Тыльная сторона 30 может быть стороной, которая в подвесной потолочной системе обращена в сторону замкнутого пространства над плитками. Панель 10 с покрытием может быть акустической панелью для поглощения звука. Тыльная сторона 30 может быть стороной, которая обращена к стене за панелью в тех случаях, когда на стенах предусмотрены акустические панели.
[0044] Иллюстративная технология изготовления внутренней части 20 панели описана в патенте США № 1,769,519. В одном аспекте внутренняя часть 20 панели содержит волокно из минеральной ваты и крахмал. В другом аспекте крахмал присутствует в виде клейстера, который работает как связующее для волокон минеральной ваты, как описано в патентах США. №№ 1,769,519,  3,246,063 и 3,307,651. В дополнительном аспекте данного описания внутренняя часть 20 панели может представлять собой панель из стекловолокна.
[0045] Внутренняя часть 20 панели с покрытием по настоящему описанию также может содержать ряд других добавок и реагентов. Например, внутренняя часть 20 панели может включать материалы на основе сульфата кальция (такие как штукатурку, гипс и/или ангидрит), борную кислоту и гексаметафосфат натрия (SHMP). При изготовлении акустической плитки штукатурку и борную кислоту могут замещать каолином и гуаровой камедью.
[0046] Внутренняя часть панели с покрытием по данному описанию может быть изготовлена с использованием различных технологий. В одном варианте реализации изобретения внутреннюю часть 20 панели изготавливают методом влажного отлива, как описано в патентах США № 4,911,788 и 6,919,132. В другом варианте реализации настоящего изобретения внутреннюю часть 20 панели изготавливают путем объединения и смешивания в воде крахмала и различных добавок для получения суспензии. Суспензию нагревают для приготовления крахмала и получения клейстера, который затем смешивают с волокнами минеральной ваты. Полученная смесь клейстера, добавок и минеральной ваты (именуемая «пульпа») непрерывно дозируется в поддоны. Нижняя часть поддонов, в которые дозируется пульпа, может дополнительно содержать тыльный слой 35 (например, беленую бумагу, небеленую бумагу или фольгированную алюминием крафт-бумагу, в настоящем документе именуемую крафт/алюминиевой фольгой), которая помогает в извлечении материала из лотка, а также остается в составе готового продукта. На поверхности пульпы может быть сформирован рисунок, а лотки, содержащие пульпу, подвергают сушке, например, путем их транспортировки через конвекционную туннельную сушилку. Затем высушенный продукт или плиту направляют на линию финишной обработки, где производят обрезку заготовки по размеру внутренней части 20 панели. Внутренняя часть 20 панели может быть затем преобразована в панель по настоящему изобретению путем нанесения композиции покрытия по настоящему изобретению. Композицию покрытия предпочтительно наносят на внутреннюю часть 20 панели после того, как внутренняя часть сформирована и высушена. В еще одном варианте реализации изобретения внутреннюю часть 20 панели изготавливают в соответствии со способом, описанным в патенте США № 7,364,015, который включен в настоящий документ посредством ссылки. В частности, внутренняя часть 20 панели представляет собой звукопоглощающий слой, содержащий связанную матрицу из отвержденного гипса, которая может быть выполнена в виде монолитного слоя или многослойного композита. Изготовление внутренней части 20 панели желательно выполнять на обычной линии по производству гипсокартонных листов, в которой ленту заготовки акустической панели формируют на конвейерной ленте из смеси воды, жженого гипса, пенообразователя и, необязательно, целлюлозных волокон (например, волокон бумаги), легковесного заполнителя (например, вспененного полистирола), связующего вещества (например, крахмала, латекса) и/или упрочняющего конструкцию материала (например, триметафосфата натрия).
3
[0047] В вариантах реализации изобретения внутренняя часть панели содержит лист подложки (например, бумагу, металлическую фольгу или сочетание вышеуказанного), необязательно слой покрытия из сетчатого материала (например, бумаги, тканого или нетканого стекловолокна) и/или заготовку слоя высокой плотности, содержащую жженый гипс и имеющую плотность по меньшей мере около 35 фунтов/фут. В еще одном варианте реализации настоящего изобретения внутреннюю часть 20 панели изготавливают методом влажного отлива. В процессе влажного отлива водную суспензию материалов, образующих панели, включая минеральную вату, вспученный перлит, крахмал и незначительные количества добавок, осаждают на подвижном проволочном экране, который используется в длинносеточных или цилиндрических отливных машинах. Путем обезвоживания водной суспензии под действием силы тяжести, а затем, необязательно, с помощью вакуумного отсоса на проволочном экране образуется влажный мат. Для дополнительного обезвоживания влажный мат прессуют до желаемой толщины между прижимными валками. Прессованный мат сушат в печах, а затем разрезают для получения акустических панелей. Внутренняя часть 20 панели затем может быть преобразована в панель по настоящему изобретению путем нанесения композиции для покрытия по настоящему изобретению. Композицию покрытия предпочтительно наносят на внутреннюю часть 20 панели после того, как внутренняя часть сформирована и высушена.
[0048] В дополнительном варианте реализации изобретения внутренняя часть 20 панели может содержать в качестве консерванта один или несколько биоцидов, не содержащих формальдегид, как описано в публикации заявки на патент США 2007/0277948 A1, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Пригодные к использованию биоциды, не содержащие формальдегид, включают 1,2-бензизотиазолин-3-он, предлагаемый как Proxel GXL или Proxel CRL (от компании ARCH Chemicals), Nalcon (от компании Nalco), Canguard™ BIT (от компании Dow Chemical) и Rocima™ BT 1S (от компании Rohm & Haas). Другие изотиазолин-3-оны включают смеси 1,2-бензизотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-он, предлагаемые как ActicideMBS (от компании Acti-Chem). Дополнительные изотиазолин-3-оны включают 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он, 2-метил-4-изотиазолин-3-он и меси вышеуказанных соединений. Смеси 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она предлагают как Kathon™ LX (Rohm & Haas), Mergal K14 (Troy Chemical) и Амерстат 251 (Drew Chemical). Другой пригодный к использованию биоцид, не содержащий формальдегида, представляет собой 1-гидрокси-2(1H)-пиридинатионат цинка, предлагаемые как Zinc Omadine (ARCH Chemicals), и является предпочтительно эффективным как в сухом, так и во влажном состоянии. Цинк-1-гидрокси-2(1H)-пиридинатионат также может использоваться совместно с оксидом цинка в виде эмульсии Zinc Omadine. Другие пригодные биоциды, не содержащие формальдегид, включают 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, предлагаемый как Kathon™893 и SkaneM-8 (Rohm & Haas), и 2-(4-тиазолил)-бензимидазол, предлагаемый как Metasol TK-100 (LanXess).
[0049] Как уже было сказано, панель с покрытием по настоящему изобретению может дополнительно содержать тыльный слой 35. В качестве тыльного слоя 35 могут быть использованы различные материалы, включая небеленую бумагу, беленую бумагу, крафт/алюминиевую фольгу и тому подобное. Для снижения риска поверхностного возгорания в сочетании с тыльным слоем из беленой или небеленой бумаги может быть дополнительно создано огнестойкое тыльное покрытие. Огнестойкое тыльное покрытие может содержать различные компоненты, такие как, например, вода, антипирен и биоцид. Тыльный слой 35 также может быть использован для повышения сопротивления провисанию и/или управления мощностью звука. Кроме того, на тыльный слой 35 может быть нанесено одно или несколько заполняющих покрытий. Заполняющее покрытие может содержать различные компоненты, такие как, например, воду, наполнители, связующие вещества и различные иные добавки, такие как пеногасители, биоциды и вещества - диспергаторы. Как правило, в случае использования заполняющего покрытия, заполняющее покрытие обычно наносят после нанесения покрытия на основе силикатов металлов по данному описанию.
[0050] Композиция для покрытия по настоящему изобретению предназначена для использования при покрытии лицевой и/или тыльной стороны панели, такой как волокнистая панель (например, акустической панели или потолочной плитки). Композиция для покрытия по настоящему изобретению может использоваться с известными в данной области техники акустическими панелями, которые были изготовлены с помощью известных в данной области техники способов, включая акустические панели, полученные методом водного отлива. Промышленные потолочные плитки, пригодные к использованию согласно настоящему изобретению, включают, например, потолочные плитки марки RadarTM, производимые компанией USG Interiors, Inc., г. Чикаго, штат Иллинойс, США. Плитка марки RadarTM представляет собой панель из шлаковаты или минеральной ваты, полученную методом жидкого отлива, имеющую толщину 5/8′′ и следующий состав: 1-75 мас.% - волокна шлаковой ваты, 5-75 мас.% - вспученный перлит, 1 -25 мас.% - целлюлоза, 5-15 мас.% - крахмал, 0-15 мас.% - каолин, 0-80 мас.% -дегидрат сульфата кальция, менее 2 мас.% - известняк или доломит, менее 5 мас.% - кристаллический диоксид кремния и менее 2 мас.% - винилацетатный полимер или этиленвинилацетатный полимер. Величина диаметра волокон минеральной ваты изменяется в значительном диапазоне, например, от 0,25 микрон до 20 микрон, и большинство волокон имеют диаметр от 3 до 4 микрон. Длина минеральных волокон изменяется от около 1 мм до около 8 мм. Акустические панели и способы их изготовления описаны, например, в патентах США №№ 1, 769,519, 3,246,063, 3,307,651, 4,911,788, 6,443,258, 6,919,132 и 7,364,015, каждый из которых включен в настоящий документ посредством ссылки.
Способы изготовления
[0051] В изобретении дополнительно предлагается способ покрытия потолочной плитки, включающий следующие этапы: получение потолочной плитки, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону; нанесение на тыльную сторону панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего на тыльной стороне потолочной плитки образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0052] В изобретении дополнительно предлагается способ покрытия волокнистой панели, включающий следующие этапы: получение волокнистой панели, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону; нанесение по меньшей мере на одну из сторон панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего по меньшей мере на одной из сторон волокнистой панели, образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0053] В вариантах реализации настоящего изобретения неорганическое связующее и неорганический наполнитель предварительно смешивают для образования композиции отверждаемого покрытия и поэтому наносят одновременно в смеси. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения неорганический наполнитель и неорганическое связующее наносят поэтапно из дисперсии неорганического связующего и из дисперсии неорганического наполнителя. Необязательно, вначале наносят неорганический наполнитель, а неорганическое связующее наносят после этого в соприкосновении с первым слоем неорганического наполнителя. Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что нанесение наполнителя на первой стадии способствует стабилизации наполнителя в образованной матрице за счет сшивания/дегидратации силикатного связующего и, к тому же, облегчает процесс сшивания/дегидратации силикатного связующего. В вариантах реализации настоящего изобретения в композицию для отверждаемого покрытия добавляют вещество - диспергатор и наност его одновременно с неорганическим связующим и неорганическим наполнителем. Диспергатор также может быть добавлен в дисперсию неорганического связующего и/или дисперсию неорганического наполнителя в случае поэтапного нанесения связующего и наполнителя.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0054] Композицию для покрытия наносят на одну или несколько поверхностей панели, предпочтительно на волокнистую акустическую панель или на основание потолочной плитки, с помощью различных технических средств, достаточно известных и доступных специалистам в данной области техники. К таким техническим средствам относятся, например, системы безвоздушного распыления, системы пневматического распыления и тому подобное. Способы нанесения покрытия включают валиковое покрытие, струйное покрытие, покрытие обливом, распыление, наливное покрытие с помощью струи - завесы, экструзию, покрытие с помощью лезвия и сочетания вышеуказанного. Масса покрытия на основе силикатов металлов во влажном состоянии может находиться в пределах от около 10 г/фут до около 40 г/фут, от около 15 г/фут до около 35 г/фут и от 15 г/фут до около 25 г/фут. Композиция для покрытия может содержать любую пригодную концентрацию твердых веществ, например, в пределах от около 30 % до около 70 %, от около 40 % до около 70 %, от около 40 % до около 50 % или от около 60 % до около 70 %. Масса покрытия на основе силикатов металлов с содержанием 65 мас.% твердых веществ в композиции в пересчете на сухое вещество может находится в пределах от около 0,014 фунт/фут (около 6,5 г/фут) до около 0,065 фунт/фут (около 29,3 г/фут), от около 0,020 фунт/фут (около 9,8 г/фут) до около 0,050 фунт/фут (около 22,8 г/фут) или от около 0,020 фунт/фут (около 9,8 г/фут) до около 0,036 фунт/фут (около 16,3 г/фут). В вариантах реализации настоящего изобретения масса покрытия на основе силикатов металлов с содержанием 45 мас.% твердых веществ в композиции в пересчете на сухое вещество может находится в пределах от около 0,010 фунт/фут (около 4,5 г/фут) до около 0,040 фунт/фут (около 18 г/фут), от около 0,015 фунт/фут (около 6,8 г/фут) до около 0,035 фунт/фут (около 15,8 г/фут) или от около 0,015 фунт/фут (около 6,8 г/фут) до около 0,025 фунт/фут (около 11,3 г/фут). В одном варианте реализации настоящего изобретения композицию для покрытия по настоящему изобретению наносят на тыльную сторону 30 панели. В другом варианте реализации настоящего изобретения композицию для покрытия по настоящему изобретению наносят на тыльный слой панели 35.
[0055] После нанесения на панель композиции для отверждаемого покрытия по настоящему изобретению либо в виде предварительно смешанной отверждаемой композиции, либо поэтапным нанесением неорганического наполнителя и неорганического связующего, панель нагревают для проведения сушки и отверждения с образованием твердого слоя покрытия на основе сшитого/безводного силиката металла. Безотносительно к теоретическому обоснованию предполагается, что нагрев вызывает отверждение и сшивание/дегидратацию неорганического силикатного связующего, тем самым улучшая фиксацию неорганического наполнителя внутри желаемой структурной матрицы. С помощью сушки полученного продукта из него удаляют всю воду, используемую в качестве носителя для композиции покрытия или любого из компонентов вышеуказанной композиции, и преобразуют связующее на основе неорганического силикатного полимера в жесткий структурный каркас, способный обеспечить панели высокую структурную жесткость. Под термином «отверждение» в настоящем документе подразумевают химические или морфологические изменения, которое являются достаточными для изменения свойств связующего, например, посредством ковалентной химической реакции (например, реакции конденсации), водородных связей и тому подобного.
[0056] Продолжительность и температура нагрева оказывают влияние на скорость сушки, легкость обработки и установки, а также на уровень свойств нагреваемой подложки. Термообработку проводят при температурах от около 100°С до около 300°С (например, от около 150°С до около 300°С, или от около 175°С до около 250°С, или от около 200°С до около 250°С) в течение периода времени от около 3 секунд до около 15 минут. Для акустических панелей необходимые температуры находятся в диапазоне от около 175°С до около 280°С или от около 190°С до около 240°С (от около 375°F до около 450°F). Обычно при температурах поверхности покрытия от около 200°С до 240°С (от около 390°F до около 465°F) наблюдается полное отверждение.
[0057] При желании процессы сушки и отверждения могут быть выполнены в два или более отдельных этапа. Например, композиция для отверждаемого покрытия может быть вначале нагрета до температуры и в течение времени, практически достаточных для высыхания, но не отверждения композиции, а затем композиция может быть снова нагрета до более высокой температуры и/или на более длительный период времени до полного отверждения. Такой способ, именуемый «со стадией B», может быть использован для получения панелей с покрытием по настоящему изобретению.
[0058] Необязательно, способы по настоящему изобретению могут использовать химическое отверждение в дополнение или даже вместо этапа нагрева. Химическое отверждение может включать этап нанесения соединений многовалентного металла или кислотного раствора для образования отвержденного покрытия на основе силикатов металлов за счет осаждения из раствора нерастворимых соединений силикатов металлов с образованием твердого слоя. В вариантах реализации изобретения, после осуществления нагрева, например, для сушки или отверждения слоя покрытия на основе силикатов металлов по настоящему изобретению, но до проведения этапа сушки, слой покрытия на основе силикатов металлов дополнительно покрывают раствором многовалентного металла или кислоты. В вариантах реализации настоящего изобретения, в которых неорганическое связующее и неорганический наполнитель наносят поэтапно, многовалентный металл добавляют в неорганический наполнитель и/или неорганическое связующее и наносят одновременно с вышеуказанным.
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
3+
3+
[0059] Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что многовалентный металл замещает любые одновалентные катионы (например, натрий, литий или калий) в междоузельных пространствах неорганической решетки, что приводит к ускорению процесса отверждения и образованию нерастворимого силикатного покрытия. В качестве многовалентного металла могут быть использованы соли двухвалентных и/или трехвалентных металлов. К пригодным для использования многовалентным металлам среди прочего относятся Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cu, Fe, Fe и Al. В вариантах реализации настоящего изобретения в качестве многовалентного металла используют соль металла, содержащую двухвалентный или трехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из бериллия, магния, кальция, стронция, бария, цинка, меди, железа, алюминия и сочетания вышеуказанных элементов. В вариантах реализации изобретения в качестве многовалентного металла используют соль металла, содержащую двухвалентный или трехвалентный катион, выбранный из группы, состоящей из кальция, магния, цинка, меди, железа, алюминия и сочетания вышеуказанных элементов. В вариантах реализации настоящего изобретения в качестве многовалентного металла используют соль щелочноземельного металла, содержащую катион, выбранный из группы, состоящей из бериллия, магния, кальция, стронция, бария и сочетания вышеуказанных элементов. К пригодным для использования солям относятся хлориды, карбонаты, сульфаты и сочетания вышеуказанных соединений. В вариантах реализации настоящего изобретения многовалентный металл используют в форме оксида, гидроксида или сочетания вышеуказанных соединений. Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что для получения стабильной композиции следует использовать соединения с более низкой растворимостью, например карбонатные соли, оксиды, гидроксиды и тому подобное.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0060] Соединения многовалентного металла наносят с помощью различных технических средств, достаточно известных и доступных специалистам в данной области техники, например, систем безвоздушного распыления, систем пневматического распыления и тому подобное. Способы нанесения покрытия, содержащего многовалентные металлы, включают валиковое покрытие, струйное покрытие, покрытие обливом, распыление, наливное покрытие с помощью струи - завесы, экструзию, покрытие с помощью лезвия и сочетания вышеуказанного. Растворы соединений многовалентных металлов, в том числе хлорида кальция, хлорида магния и сочетания вышеуказанных соединений, можно распылять на горячую панель с нанесенной композицией для отверждаемого покрытия. Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что для проведения реакции химического отверждения требуется минимальное количество соли многовалентного металла. Количества солей многовалентных металлов, пригодные к проведению реакции химического отверждения составляют по меньшей мере около 2,5 ммоль/фут или по меньшей мере около 5 ммоль/фут для влажной или сухой основы. Многовалентный металл может быть нанесен в виде соли, количество которой (в сухом или влажном состянии) находится в пределах от около 2,5 ммоль/фут до около 35 ммоль/фут или от около 5 ммоль/фут до около 30 ммоль/фут, от около 7 ммоль/фут до около 20 ммоль/фут или от около 9 ммоль/фут до около 15 ммоль/фут.
[0061] Необязательно, после распыления на панели раствора соединения многовалентного металла проводят ее повторную сушку и термообработку, например, в диапазоне температур от 100°F до 400°F (от около 35°C до около 210°C) в течение периода времени от 20 секунд до пяти минут.
[0062] В вариантах реализации настоящего изобретения, которые для химического отверждения используют кислоту, кислота может представлять собой любую кислоту, например органическую кислоту или минеральную кислоту, в том числе органическую кислоту или минеральную кислоту, выбранную из группы, состоящей из уксусной кислоты, серной кислоты, фосфорной кислоты и сочетания вышеуказанных соединений.
[0063] Панель с нанесенным покрытием по настоящему изобретению имеет повышенную стойкость к остаточной деформации (сопротивление провисанию), что было определено в соответствии со стандартной методикой испытаний ASTM C367M-09.
Испытание на провисание - ASTM C367M-09
[0064] Провисание потолочной плитки измеряют согласно стандартной методике испытаний ASTM C367M-09. Вкратце, методика состоит в том, что потолочные плитки помещают в испытательный стенд, имитирующий потолочную решетку. Исходное положение продукта определяют после 1-часовой выдержки плитки установленной на стенде при температуре 70°F (21°C) и относительной влажности 50 % посредством измерения вертикального положения геометрического центра панели. После определения исходного положения плитки на стенде, плитку подвергают воздействию различных климатических условий в едином цикле испытаний. В частности, в описанных ниже примерах цикл испытаний, состоящий из 12 часовой выдержки при температуре 104°F (40°C) и относительной влажности 50 %, и последующей 12 часовой выдержки при температуре 70°F (21°C) и относительной влажности 50 %, проводится 3 раза, причем центральное положение измеряют по завершении каждого цикла. Провисание оценивают с помощью двух параметров. «Общее изменение» определяют как разницу в вертикальном положении потолочной плитки между его исходным положением и конечным положением плитки после завершения трех циклов испытаний. «Конечное положение» определяют по окончательной вертикальной позиции плитки. Если не предусмотрено иное, величину провисания указывают в единицах дюймов для плиток размером 2' × 4'. Пригодные плитки с покрытием по настоящему изобретению демонстрируют меньшее провисание, чем плитки без покрытия, например, провисание менее чем около 1,0 дюйма или менее чем около 0,8 дюйма, или менее чем около 0,6 дюйма, или менее чем около 0,5 дюйма, или менее чем около 0,4 дюймов или менее чем около 0,3 дюймов, или менее чем около 0,2 дюймов, или менее чем около 0,1 дюймов.
[0065] Конкретные предполагаемые аспекты изобретения раскрыты в данном документе в следующих пронумерованных пунктах.
[0066] 1. Волокнистая панель с покрытием, содержащая:
волокнистую панель, имеющую тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону, а также слой отвержденного покрытия, расположенный или нанесенный по меньшей мере на одной из сторон панели, причем слой отвержденного покрытия содержит:
10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем сухого покрытия и
50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем сухого покрытия;
при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0067] 2. Композиция для отверждаемого покрытия, содержащая
10-50 об.% неорганического связующего вещества в расчете на общий объем твердых веществ в сухой композиции для покрытия и
50-90 об.% неорганического наполнителя в расчете на общий объем твердых веществ в сухой композиции для покрытия;
при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров.
[0068] 3. Волокнистая панель или композиция по пункту 1 или пункту 2, отличающаяся тем, что покрытие не содержит дополнительных связующих веществ.
[0069] 4. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-3, отличающаяся тем, что силикат металла представляет собой силикат металла, выбранный из группы, состоящей из силиката натрия, силиката калия, силиката лития, силиката магния, силиката кальция, силиката бериллия и сочетания вышеуказанных соединений.
[0070] 5. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-4, отличающаяся тем, что связующее представляет собой силикат натрия.
[0071] 6. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-5, отличающаяся тем, что неорганический наполнитель представляет собой наполнитель, выбранный из группы, состоящей из глины, слюды, песка, сульфата бария, диоксида кремния, талька, гипса, карбоната кальция, волластонита, оксида цинка, сульфат цинка, полых шариков, соли бентонита и сочетания вышеуказанного.
[0072] 7. Волокнистая панель или композиция по пункту 6, отличающаяся тем, что неорганический наполнитель представляет собой каолин и/или карбонат кальция.
[0073] 8. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-7, отличающаяся тем, что покрытие практически не содержит формальдегид.
[0074] 9. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-8, отличающаяся тем, что связующее содержит силикат натрия, а наполнитель содержит по меньшей мере каолин и/или карбонат кальция.
[0075] 10. Волокнистая панель или композиция по любому из пунктов 1-9, отличающаяся тем, что покрытие дополнительно содержит диспергатор.
[0076] 11. Способ нанесения покрытия на волокнистую панель, включающий:
получение волокнистой панели, имеющей тыльную сторону и противоположную ей лицевую сторону;
нанесение по меньшей мере на одну из сторон панели слоя, содержащего неорганическое связующее вещество и неорганический наполнитель, причем количество неорганического связующего находится в пределах 10-50 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в сухом слое, а количество неорганического наполнителя находится в пределах 50-90 об.% в расчете на общий объем твердых веществ в сухом слое, и при этом неорганическое связующее содержит силикат щелочного металла или силикат щелочноземельного металла, неорганическое связующее и неорганический наполнитель не являются аналогичными веществами, а покрытие практически не содержит связующих на основе органических полимеров; и
нагревание поверхности слоя до температуры, равной по меньшей мере 350°F (около 176°С), в следствие чего по меньшей мере на одной из сторон волокнистой панели, образуется покрытие на основе силикатов металлов.
[0077] 12. Способ по пункту 11, отличающийся тем, что неорганическое связующее и неорганический наполнитель предварительно смешивают для образования композиции отверждаемого покрытия.
[0078] 13. Способ по пункту 11, отличающийся тем, что неорганический наполнитель наносят в качестве первого слоя, а неорганическое связующее наносят в качестве последующего слоя, соприкасающегося с первым слоем.
[0079] 14. Способ по любому из пунктов 11-13, дополнительно включающий химическое отверждение.
[0080] 15. Способ по пункту 14, отличающийся тем, что химическое отверждение включает нанесение раствора многовалентного металла или кислоты на слой покрытия из силикатов металлов и сушку покрытия.
[0081] 16. Способ по пункту 14, отличающийся тем, что неорганический наполнитель наносят в качестве первого слоя, а неорганическое связующее наносят в качестве последующего слоя, соприкасающегося с первым слоем, а химическое отверждение включает нанесение многовалентного металла вместе с неорганическим наполнителем в первом слое.
[0082] 17. Способ по пункту 15 или пункту 16, отличающийся тем, что этап химического отверждения включает нанесение раствора многовалентного металла или кислоты на слой покрытия из силикатов металлов, а в качестве многовалентного металла используют соль щелочноземельного металла, содержащую катион, выбранный из группы, состоящей из бериллия, магния, кальция, стронция, бария и сочетания вышеуказанных элементов.
[0083] 18. Способ по пункту 15, отличающийся тем, что химическое отверждение включает нанесение на слой покрытия из силиката щелочного металла раствора кислоты, а кислота представляет собой органическую кислоту, минеральную кислоту или сочетание вышеуказанных соединений.
2
2
[0084] 19. Способ по любому из пунктов 11-18, отличающийся тем, что масса покрытия из силиката металла (в пересчете на сухое вещество) находится в пределах от около 0,01 фунт/фут до примерно 0,07 фунт/фут.
2
2
[0085] 20. Способ по любому из пунктов 14 или 15, в котором химическое отверждение включает нанесение раствора многовалентного металла, количество которого в покрытии (в сухом или влажном состоянии) находится в пределах от 5 ммоль/фут до около 30 ммоль/фут.
[0086] Вышеизложенное описание приведено исключительно для ясности понимания, и не подразумевает наличия каких-либо ненужных ограничений, поскольку модификации в пределах объема изобретения будут очевидными для специалистов в данной области техники.
[0087] Нижеследующие примеры позволяют лучше понять композиции, панели и способы по настоящему изобретению и предназначены лишь для иллюстрации композиций, панелей и способов по настоящему изобретению, и никоим образом не подразумевают ограничения объема вышеупомянутого.
Примеры
Пример 1
[0088] Серия акустических потолочных плиток с покрытием была изготовлена и испытана на сопротивление провисанию. Если не указано иное, все потолочные акустические плитки, использованные в примерах, представляют собой потолочные плитки марки RadarTM, поставляемые компанией USG Interiors, Inc., Чикаго, штат Иллинойс, США. Плитка марки RadarTM представляет собой панель из полученной методом водного отлива шлаковаты или минеральной ваты, имеющую толщину 5/8′′ и следующий состав: 1-75 мас.% - волокна шлаковой ваты, 5-75 мас.% - вспученный перлит, 1 -25 мас.% - целлюлоза, 5-15 мас.% - крахмал, 0-15 % мас.- каолин, 0-80 мас.% -дегидрат сульфата кальция, менее 2 мас.% - известняк или доломит, менее 5 мас.% - кристаллический диоксид кремния и менее 2 мас.% - винилацетатный полимер или этиленвинилацетатный полимер. Значение диаметра волокон минеральной ваты изменяется в значительном диапазоне, например, от 0,25 микрон до 20 микрон, и большинство волокон имеют диаметр от 3 до 4 микрон. Длина минеральных волокон изменяется от около 1 мм до около 8 мм.
2
2
[0089] Образцы изготавливали, используя композицию для покрытия, представляющую собой не содержащую формальдегид композицию по настоящему изобретению, содержащую раствор силиката натрия (однонормальный раствор силиката натрия, 3,22 SiO:NaO, 37,5 % твердых веществ, от компании PQ Corporation, Вэлли Фордж, штат Пенсильвания, США) в сочетании с неорганическим наполнителем. Композиция силикатного покрытия содержала 33,5 мас.% раствора силиката натрия, 31,4 мас.% воды, 17,6 мас.% каолина и 17,6 мас.% карбоната кальция. Композиция силикатного покрытия имела плотность 11,86 фунт/галлон, вязкость при 5 об/мин - 4000 сП, вязкость при 100 об/мин - 280 сП, содержание твердых веществ при 120°С - 52 мас.% Вязкость измеряли на вискозиметре фирмы Brookfield со шпинделем № 3 НВ. Покрытия на отдельные панели-образцы наносили валиковым способом и получали панели образцов размером 4′ × 4′  с лицевым грунтовочным покрытием и силикатным тыльным покрытием. Плитки не были перфорированы, не имели сетчатой поверхности и верхних отделочных покрытий.
[0090] Для сравнения использовали результаты по трем контрольных образцам: (1) полностью обработанной потолочной плитке, которая была перфорирована, имела сетчатую поверхность и меламиноформальдегидное отделочное покрытие, лицевое грунтовочное покрытие и силикатное тыльное покрытие, (2) необработанной потолочной плитке только с меламиноформальдегидным отделочным покрытием и лицевым грунтовочным покрытием и (3) потолочной плитке без покрытия
[0091] Первый набор образцов потолочной плитки покрывали композицией для силикатного покрытия по данному описанию, а также один раз пропускали через высокоскоростную конвекционную печь с воздушным обдувом и температурой 600°F. Общее время нахождения в печи 25 секунд сразу же после извлечения обеспечивало температуру поверхности 350°F, определяемую с помощью ручного инфракрасного термометра (Силикат № 1). Второй набор образцов изготавливали аналогично первому набору образцов, но потолочные плитки трижды пропускали через одну и ту же печь, достигая значений температуры на тыльной стороне 450°F и общего времени пребывания в печи в течение 75 секунд (Силикат № 2). Испытание на провисание проводили по описанной выше методике.
[0092] Как показано в приведенной выше таблице и графически представлено на Фиг.2, все потолочные плитки с покрытием по настоящему изобретению имеют меньшее провисание по сравнению с потолочными плитками без покрытия.  Кроме того, в тех случаях, когда отверждение силикатного покрытия проводили при более высокой температуре (Силикат № 2), потолочная плитка, покрытая силикатной композицией для покрытия по настоящему изобретению, демонстрирует характеристики, аналогичные готовой потолочной плитке с формальдегидным покрытием и потолочной плитке, имеющей только формальдегидное покрытие. Таким образом, Пример 1 показывает, что потолочные плитки, покрытые композициями отверждаемого покрытия по настоящему изобретению, демонстрируют характеристики по меньшей мере сопоставимые с промышленными стандартами для потолочных плиток с формальдегидным покрытием.
Пример 2
2
2
[0093] Серия акустических потолочных плиток с покрытием была изготовлена и испытана на сопротивление провисанию. Образцы изготавливали, используя композицию для покрытия по настоящему изобретению, представляющую собой не содержащую формальдегид композицию, содержащую раствор силиката натрия в сочетании с неорганическим наполнителем. Композиция силикатного покрытия содержала 45,7 мас.% раствора силиката натрия (однонормальный раствор силиката натрия, 3,22 SiO: NaO, 37,5 % твердых веществ, компании PQ Corporation, Вэлли Фордж, штат Пенсильвания, США) (27,3 об.% в расчете на общий объем твердых веществ), 8,6 мас.% воды и 45,7 мас.% карбоната кальция (72,7 мас.% в расчете на общий объем твердых веществ) (CC90, Superior Minerals Company, Саваж, штат Миннесота, США). В серии потолочных плиток размером 2′ × 4′  покрытия наносили с тыльной стороны с помощью валикового устройства, как описано в таблице ниже. Образцы пропускали через высокоскоростную конвекционную печь с воздушным обдувом с температурой воздуха 600°F (315,5 °C), достигая значений температуры на тыльной стороне около 400°F. Некоторые образцы были покрыты вторым слоем силикатного покрытия с помощью валикового устройства для нанесения покрытий и проходили через ту же печь, достигая значений температуры на тыльной стороне около 400°F. Затем плитки покрывали водным раствором соли щелочноземельного металла, как описано в приведенной ниже таблице, с помощью валикового устройства для нанесения покрытий или устройства для распыления и пропускали через газовую печь с открытым пламенем и температурой воздуха около 400°F, достигая значений температуры на тыльной стороне около 375°F. Все нижеуказанные значения массы приведены для сухого вещества. Плитки имели стандартную перфорированную/сетчатую отделку и верхнее отделочное покрытие. Перфорация или сверление отверстий или борозд во внутренней части потолочной плитки обеспечивает поглощение и ослабление звуковых волн.  Образцы были испытаны на устойчивость к провисанию при воздействии влаги, как было описано выше. Для сравнения проводили испытания образцов плитки с меламиноформальдегидным покрытием и потолочной плитки без покрытия.
[0094] Все плитки с покрытием имели меньшее провисание по сравнению с плиткой без покрытия. Сравнение плиток, имеющих композицию для покрытия по настоящему изобретению, силикат № 6 и силикат № 8, указывает на повышение устойчивости к провисанию (уменьшение общего изменения) с увеличением общего количества наносимого силиката. Кроме того, сравнение плиток, имеющих составы для покрытия по настоящему изобретению, силикат № 7 и силикат № 9, указывает на повышение устойчивости к провисанию (уменьшение общего изменения) с увеличением общего количества раствора соли щелочноземельного металла в покрытии. Безотносительно к теоретическому обоснованию, предполагается, что при увеличении количества раствора соли щелочноземельного металла увеличивается количество многовалентного щелочноземельного металла, который замещает большее количество одновалентных катионов (например, натрия) в междоузельных пространствах неорганической силикатной решетки, что ускоряет отверждение и приводит к образованию нерастворимого силикатного покрытия. Таким образом, Пример 2 демонстрирует отверждаемые композиции для покрытия и покрытые потолочные плитки по настоящему изобретению. При этом, Пример 2 демонстрирует повышенную устойчивость к провисанию плитки с покрытиями по настоящему изобретению в тех случаях, когда увеличивали общее количество наносимого силиката и когда общее количество соли щелочноземельного металла в покрытии было достаточном для образования нерастворимого покрытия. Пример 2 дополнительно показывает, что потолочные плитки, с нанесенными композициями для отверждаемого покрытия по настоящему изобретению, демонстрируют по меньшей мере сопоставимые, если не более высокие, эксплуатационные характеристики по сравнению с промышленными стандартами для потолочных плиток с меламинформальдегидным покрытием.