АКУСТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОЕ ПОКРЫТИЕ
ACOUSTICALLY TRANSPARENT COATING

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к акустически прозрачным покрытиям, применяемым для улучшения внешнего вида акустических подложек.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентах США №8684344, 8707045 и 8992577 раскрываются гипсокартонные листы или панели, используемые для создания монолитных акустических потолков. Панели перфорированы и покрыты тонкой пористой полупрозрачной сеткой, такой как нетканая полупрозрачная стекло-волоконная вуаль или сетка. Соединения между панелями могут быть отделаны лентой и соединительным составом таким же образом, как обычные гипсокартонные плиты отделаны лентой в соответствии с публикацией Ассоциации по производству гипса GA-216-2013.
Существует необходимость в покрытии, которое можно наносить на гипсокартонные панели, чтобы скрыть проклеенные соединения и перфорации, видимые через вуаль, причем незначительно уменьшающего поглощение звука, создаваемое панелями. Важно, чтобы покрытие можно было наносить, не имея особых навыков художника или технического персонала, и чтобы нанесенное покрытие высыхало в течение ограниченного времени, предпочтительно менее чем половину рабочего дня.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение обеспечивает отделочное покрытие или внешний вид для акустической подложки, которая характеризуется высокой пористостью и, как следствие, высокой акустической прозрачностью. Покрытие особенно полезно для того, чтобы скрыть перфорации в гипсокартонных листах, покрытых прозрачной или полупрозрачной нетканой вуалью, и проклеенные стыки между такими листами в монолитной акустической потолочной конструкции.
Раскрытый материал покрытия выполнен с возможностью распыления в виде капель в несколько слоев, которым дают высохнуть перед нанесением следующего слоя. Полученная структура покрытия представляет собой трехмерную матрицу остаточных капель и промежуточных пустот или пор. Материал покрытия характеризуется относительно крупными частицами наполнителя, высокой объемной концентрацией пигмента, значительным разжижением при сдвиге и свойствами быстрой сушки.
Материал покрытия распыляется в форме относительно крупных капель. Благодаря физическим свойствам материала, капли сохраняют по меньшей мере часть своего индивидуального характера после нанесения на подложку или предыдущий слой материала. Капли в силу своей вязкости и свойств быстрой сушки не полностью сливаются с соседними каплями. Капли представляют собой отдельные сущности, разделенные промежуточными пустотами в одном и том же слое покрытия, а также между текущим и предыдущим слоем покрытия. Эти пустоты, находящиеся в плитах подвесного потолка, достаточно малы и могут быть не замечены случайным наблюдателем. Пустоты, находящиеся в разных слоях, соединяются, обеспечивая пористость по всей толщине покрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1 проиллюстрирован фрагментарный схематический изометрический вид гипсокартонного акустического монолитного потолка в соответствии с изобретением.
На Фиг. 2 проиллюстрирован фрагмент поперечного сечения в увеличенном масштабе монолитного акустического потолка, проиллюстрированного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 проиллюстрирована микрофотография поверхности заявляемого покрытия, полученная на электронном сканирующем микроскопе.
На Фиг. 4 проиллюстрирован график вязкости предпочтительной формулы покрытия в соответствии с настоящим изобретением; а также
На Фиг. 5 проиллюстрирован график удельного сопротивления воздушному потоку покрытия в соответствии с настоящим изобретением.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1 проиллюстрирован схематичный частичный вид акустической монолитной потолочной конструкции 10. Части слоев потолка 10 отделены друг от друга, чтобы показать детали конструкции. Потолок 10 представляет собой подвесную систему, содержащую решетку 11 для гипсокартона, известную в данной области техники, содержащую основные тройники 12, разнесенные на 4-футовые центры (1,2 метра), и пересекающиеся перекрестные тройники 13, разнесенные на 16-футовые центры (4,8 метра) или 2-футовые центры (0,6 метра). Используемые здесь размеры обычно являются номинальными размерами и предназначены для включения признанных в отрасли метрических эквивалентов. Основные тройники 12, с которыми соединены поперечные тройники 13, подвешены с помощью проволочных подвесов 14, прикрепленных к верхней основной конструкции (не проиллюстрирована). Периметр решетки 11 стандартно сформирован путем направляющего профиля 15, прикрепленного к соответствующим стенкам 16.
Акустические панели 20 прикреплены к нижним сторонам тройников решетки 12, 13 с помощью самонарезных винтов 21. Проиллюстрированные акустические панели имеют размеры 4 футов на 8 футов (в одной плоскости), но могут быть длиннее, короче и/или разной ширины по желанию или, исходя из практических соображений. Размер панели 20 и расстояние между тройниками решетки 12 и 13 позволяют краям панели находиться в их основании и непосредственно прикрепляться к тройнику решетки, что обеспечивает надежную поддержку этих краев.
Ссылаясь на Фиг. 2, акустическая панель 20 характеризуется перфорированной гипсовой сердцевиной 24. Один из способов формирования сердцевины 24 состоит в модификации имеющегося в продаже стандартного листа гипсокартона путем его перфорирования через переднюю бумажную поверхность 23, гипсовую сердцевину 24 и заднюю бумажную часть или лицевую часть 25. Перфорационные отверстия 28 могут быть сформированы сверлением, штамповкой или другими известными способами обработки отверстий. Предпочтительно, перфорации 28 расположены равномерно; например, перфорации могут представлять собой круглые отверстия диаметром 8 мм, расположенные в центрах, расстояние между которыми составляет 16 мм. Подобное расположение обеспечивает общую площадь перфораций, по существу, равную 20% от полной плоской площади панели 20. Могут использоваться другие размеры, формы, структуры и плотности расположения отверстий. Например, испытания показали, что плотность отверстий, равная 9% от общей площади панелей, позволяет добиться хороших результатов. Краевые участки листа, а также промежуточные участки, соответствующие центрам опорной решетки, балкам или стойкам, можно оставить не перфорированными для обеспечения прочности в точках крепления.
Листы 29, 30 наслоены на обе полные стороны перфорированного гипсокартонного листа, тем самым, по меньшей мере частично закрывая оба конца перфораций 28.
Защитный лист или полотно 30, находящийся на задней части гипсокартонного листа, предпочтительно является акустически поглощающим нетканым материалом, известным в области акустических потолочных панелей. В качестве примера, подкладочная ткань может продаваться под торговой маркой SOUNDTEX фирмой Freudenberg Vliesstoffe KG.
На фронтальной стороне гипсокартонного листа 22, лист или полотно в форме слоя нетканого полотна 29 зафиксированы подходящим клеем. Облицовочный слой или лист 29 является пористым; подходящим материалом для этого применения является материал, который коммерчески используется в качестве покрытия или поверхности для обычных акустических потолочных панелей. Примером этого типа материала, применяемого в качестве покрытия, является материал, продаваемый компанией Owens Corning Veil Netherlands B.V., и имеющий код продукта А125 ЕХ-СН02.
Панель 20 вместе с другими идентичными панелями подвешивается к решетке 11 так же, как и обычная гипсокартонная панель. Аналогично, как проиллюстрировано на Фиг. 1, стыки 33 приклеиваются лентой так же, как и стыки обычных гипсокартонных панелей. Для приклеивания ленты или аналогичного материала 35 к соседним краям двух соединенным встык панелей 20 применяется соединительный состав для гипсокартона или аналогичный материал 34, наносимый непосредственно на листы 29 и поверх ленты 35, чтобы скрыть эту ленту.
После того, как соединительный состав 34 был отшлифован или обработан гладкой губкой, фронтальные части листов 29 и оставшийся соединительный состав окрашивается акустически прозрачным покрытием 31 согласно изобретению. Когда термин «монолитный» используется в данном документе, он означает, что по существу вся видимая поверхность потолка или стены представляет собой бесшовное пространство без стыков.
Покрытие 31 в соответствии с изобретением распыляется на обращенную к комнате сторону панелей 20, покрытых сеткой или вуалью 29, которые составляют основу для покрытия. В идеале покрытие 31 характеризуется несколькими физическими свойствами, включая относительно крупные частицы наполнителя, высокую объемную концентрацию пигмента (ОКП), высокую вязкость, разжижение при сдвиге и быстродействующую сушку. При использовании в качестве внешнего покрытия для потолочных конструкций покрытие 31 должно приобретать белый цвет при высыхании.
Композиция для подходящего покрытия содержит связующее вещество и относительно крупные частицы, служащие в качестве пигмента или наполнителя, размер которых больше, чем обычно используемый в традиционных лакокрасочных покрытиях. Связующее вещество может быть смолой или полимерным связующим веществом либо использоваться в качестве водной дисперсии, такой как, но, не ограничиваясь этим, акриловый, стирольный или виниловый полимерный латекс или масляная среда, такая как алкидная, полиуретановая, полиэфирная или эпоксидная смола, и их комбинации.
Относительно крупные частицы содержат, но не ограничиваются ими, стеклянные шарики, перлит, керамику, зольную пыль, полимерные шарики, боросиликат, крупнозернистый песок, диоксид кремния и крупнозернистый карбонат. Относительно крупные частицы имеют сферическую или трехмерную форму без заметного пластинчатого характера или без преимущественно столбчатой формы. Размер крупных частиц может составлять от 20 до 900 микрон.
В показанной ниже таблице 1 приведен пример подходящей рецептуры для заявляемого акустически прозрачного покрытия 31.
Назначение или роль различных материалов описано в крайнем правом столбце. Вода, загуститель, связующий материал и наполнитель из крупных частиц являются основными, а антисептик нужен, пока состав находится в таре. Остальные материалы можно считать необязательными. Для справочных целей, средний размер частиц диоксида титана составляет около 0,6 мкм; средний размер частиц карбоната кальция около 12 мкм, а основные размеры пластинчатой слюды составляют около 20 мкм.
3
Материал 3М K1 представлен в виде стеклянных пузырьков (полых сфер) из натриево-кальциевого боросиликата с известной истинной плотностью, которая составляет, как правило, 0,125 г/см и средним размером частиц 65 мкм. Материал 3М K1 особенно полезен при практическом применении изобретения. Этот материал занимает большую часть объема композиции вследствие относительно низкой его плотности, обусловленной структурой полой сферы. Материал K1, кроме того, отличается относительно низкой поглотительной способностью масла, которая составляет 0,2-0,6 г (масла)/см (продукта) в соответствии с ASTM D281-84. Кроме того, материал K1 имеет естественный белый цвет, который полезен для применения при оформлении потолков. Диоксид титана улучшает свойство непрозрачности наполнителя и служит отбеливающим пигментом. Карбонат кальция увеличивает содержание твердых частиц и плотность покрытия, что сокращает время высыхания и увеличивает прочность высушенного покрытия.
Объемная концентрация пигмента (ОКП) в составе покрытия, в перерасчете на все твердые вещества, является относительно высокой, и, в идеале, составляет от 75% до 95%, в то время как для альтернативных составов эти значения находятся в более широком диапазоне, от около 50% до около 99%. Как правило, если покрытие сухое, то связующего материала оказывается недостаточно для заполнения пустот между частицами покрытия, что приводит к появлению воздушных зазоров в покрытии. Отношение объема частиц относительно крупных наполнителей к обычным наполнителям меньшего размера может составлять от около 0,1 до около 10.
Состав покрытия, описанный в таблице 1, имеет относительно высокую вязкость, которая находится в диапазоне от около 190 BBU (единицы Брабендера) до около 265 BBU при комнатной температуре. Альтернативные составы могут иметь вязкость от около 66 BBU до около 1450 BBU при комнатной температуре.
Состав покрытия, приведенный в таблице 1, и альтернативные составы должны отличаться высокой скоростью сдвигового разжижения. Характеристики сдвигового разжижения состава, приведенного в таблице 1, проиллюстрированы на Фиг. 4, где измеренная вязкость уменьшается в соотношении более чем 40:1. Частично, вязкость зависит от компонента загустителя, относящегося к составу. Приведенный загуститель является целлюлозным, но могут применяться известные синтетические и натуральные загустители. Загуститель также служит для удержания компонентов в составе суспензии. Диаграмма вязкости, проиллюстрированная на Фиг. 4, измерена на вискозиметре Brookfield НА с использованием Т-образного стержня: шпинделя С. Альтернативные составы покрытий должны обладать высокими характеристиками сдвигового разжижения, чтобы вязкость могла уменьшаться в условиях сдвига в соотношении по меньшей мере 10 к 1.
Покрытие из Таблицы 1 или ему эквивалентное предпочтительно наносить путем распыления отдельных слоев на покрытые лентой вуали оболочки, перфорированные панели из гипсокартона или другую подложку. Каждому из слоев дают возможность хорошо просохнуть перед нанесением следующего слоя. Предпочтительно, чтобы влажный покрывающий материал распылялся крупными каплями с использованием, например, обычного текстурного распылителя с бачком, например предлагаемого компанией Graco. В идеале пистолетный распылитель и/или воздушный резервуар должен быть отрегулирован так, чтобы размер капель составлял от около 1 до около 4 мм и, предпочтительно, около 2 мм. Характеристики сдвигового разжижения для влажного покрытия, проиллюстрированные на Фиг. 4, позволяют легко его распылять в форме капель, несмотря на высокую вязкость. Один слой покрытия должен предполагать распыление подложки в двух перпендикулярных направлениях или проходах, чтобы достигалось равномерное покрытие данным слоем. При этом могут наноситься от двух до семи слоев, причем предпочтительными являются четыре слоя, чтобы скрыть перфорации и проклеенные соединения потолка. Расход на покрытие по всем слоям может составлять от 15 до 35 квадратных футов на галлон, причем предпочтительным является расход равный 25 квадратным футам на галлон. Состав, описанный в таблице 1, или подобный этому состав имеет плотность от 4 до 11 фунтов на галлон с предпочтительным диапазоном от 5 до 6,5 фунтов на галлон.
На Фиг. 3 проиллюстрирована пористая среда покрытия, выполненного согласно изобретению, при нанесении его на акустическую подложку. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, вкрапления сохраняют индивидуальную среду, в то время как связующее вещество соединяет твердые вещества с подложкой в первом слое и смежные вкрапления слоев и между слоями. Шкала, представленная в нижнем правом углу Фиг. 3, обозначает величину вкрапления, равного 1 мм, причем на фигуре проиллюстрированы вкрапления, размеры которых не превышают 1 мм. Предпочтительно, чтобы диапазон высушенных вкраплений составлял от 0,5 мм до 2,5 мм. Исходный размер вкраплений уменьшится при испарении воды.
По мере нанесения слоев покрытия образуется трехмерная матрица вкраплений. Пустоты, которые обозначены темными областями, как проиллюстрировано на Фиг. 3, можно наблюдать между остаточными формами вкраплений. Эти пустоты связаны между собой по всей толщине покрытия, что формирует пористое и акустически прозрачное покрытие. Пустоты или поры, проиллюстрированные на Фиг. 3, как правило, имеют размер менее 0,5 мм, так что на уровне потолка их трудно заметить наблюдателю, находящемуся на уровне пола. Низкая скорость поглощения основного объема твердых частиц покрытия в рецептуре таблицы 1, которая поддерживается наличием крупных частиц 3М K1, гарантирует быстрое высыхание покрытия. Свойство разжижения при сдвиге для влажного покрытия позволяет легко распылять его в форме капель.
Сочетание свойств высокой вязкости и быстрого высыхания позволяет каплям сохранять форму, что приводит к неполному слиянию с соседними каплями. Материалы, проиллюстрированные в представленной Таблице 1, при нанесении их указанными слоями высыхают до такой степени, что он не переносятся на палец при касании, то есть, покрытие становится сухим на ощупь, наиболее предпочтительно через 20 минут для первого слоя, и через 30 минут для последующих слоев в среде, которая характеризуется температурой, равной 75 градусов по Фаренгейту и относительной влажностью 50%. Предпочтительно, альтернативные составы, обладающие свойствами быстрого высыхания, обычно высыхают (до сухого на ощупь состояния) через 60 минут для первого слоя. Данное свойство быстрого высыхания покрытия также имеет большое значение, поскольку позволяет маляру завершить работу за один день.
На Фиг. 5 проиллюстрировано удельное сопротивление воздушного потока, измеренное отдельно для каждого последующего сухого покрытия при использовании материалов, приведенных в таблице 1. Удельное сопротивление определяли при наличии потока воздуха с характеристиками 2 литра в минуту через площадь поверхности 3,14 кв. дюйма. Общая толщина сухого покрытия, которое служило образцом для проиллюстрированного на Фиг. 5 результата, составила 0,031 дюйма. Начальный показатель удельного сопротивления при «0 слоях» служит мерой сопротивления вуали 29. Толщина сухого покрытия, предпочтительно, составляет от 0,03 до 0,15 дюйма.
Должно быть очевидным, что данное описание изобретения представлено в качестве примера и что различные изменения могут быть внесены путем добавления, изменения или исключения подробностей, не выходя за рамки объема представления, содержащегося в этом описании. Следовательно, изобретение не ограничивается конкретными деталями данного описания, за исключением того, что нижеследующая формула изобретения обязательно им ограничена.