减少天花板瓷砖松垂的方法及天花板瓷砖的制作方法

减少天花板瓷砖松垂的方法及天花板瓷砖的制作方法
【专利摘要】通过本发明的经涂布的天花板瓷砖以及减少经涂布的天花板瓷砖中的松垂的方法，减少了天花板瓷砖中的松垂。组合煅烧石膏和水以形成涂层，所述涂层以约100微米至约1000微米的薄层施用至基本天花板瓷砖的背侧。所述涂层任选地包含凝固时间改性剂。该方法由具有前侧和与所述前侧相对的背侧的基本天花板瓷砖制备经涂布的天花板瓷砖。将涂层施用至基本天花板瓷砖的背侧，所述涂层包括硫酸钙二水合物的联锁基体。任选地，所述凝固时间改性剂的剩余部分存在于石膏基体中的间隙内。凝固时间分子的剩余部分包括离子、分子、粒子或它们的组合。
【专利说明】减少天花板瓷砖松垂的方法及天花板瓷砖

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种减少矿物棉天花板瓷砖的松垂（sag)的方法及其产品。更具体 地，将一种石膏基涂层施用至天花板瓷砖的背侧以减少松垂，并同时保持声学性质。

【背景技术】
[0002] 本发明涉及吸声面板或天花板面板。吸声瓷砖（也称为吸声面板）、天花板瓷砖或 天花板面板在建筑业公知用于提供快速安装的便宜且轻质的天花板。瓷砖由填料和粘结剂 的浆料，最通常通过浇铸过程或制毡过程制得。
[0003] 在这种浆料的水制毡中，填料、粘结剂和其他成分的分散体流动至移动的多孔载 体（如Fourdrinier或Oliver板述成型机的移动的多孔载体）上以脱水。分散体首先通 过重力，然后通过真空吸引装置脱水。湿润的基垫在加热的对流干燥烘箱中干燥，将经干燥 的材料切削至所需尺寸并任选地例如使用油漆表面涂布，以制得吸声瓷砖和面板。
[0004] 吸声瓷砖也通过湿纸浆模制或浇铸过程制得，如美国专利No. 1，769, 519中所述。 制备包含纤维、填料、着色剂和粘结剂的模制组合物以用于模制或浇铸瓷砖的本体。将该混 合物置于已覆盖有纸或金属箔的合适的托盘上，然后使用匀泥棒或辊将组合物刮平至所需 厚度。装饰性表面（如细长裂纹）可由匀泥棒或辊提供。然后将填充有纸浆的托盘置于烘 箱中以干燥或固化组合物。将经干燥的片材从托盘中取出，并可在一个或两个面上进行处 理以提供平滑表面，从而获得所需厚度并防止翘曲。然后将片材切削成所需尺寸的瓷砖。
[0005] 矿物棉通常用作天花板瓷砖中的纤维。任选地，矿物棉与纤维素纤维（如再循环 纸纤维）组合。天花板瓷砖面板的强度来自纤维的交织以及粘结剂的作用。尽管这些机制 产生承受自身重量的天花板瓷砖，但这些瓷砖经受随时间（数年）流逝或当暴露于高温和 /或高湿度时的松垂。
[0006] 由于天花板瓷砖通常在水平位置安装，因此松垂也更可能发生。这突出了重力的 作用。当瓷砖的边缘被支撑时，瓷砖的中心仅通过制备瓷砖的矿物棉基体的完整性而保持 在适当位置。随着时间流逝，重力往往将交织的矿物棉纤维拉开，从而削弱基体并降低尺寸 稳定性。当天花板瓷砖承受它们上方的绝缘件的重量时，或者当天花板瓷砖经受温度和湿 度的波动时（如在浴室中），可能在瓷砖中产生难看的松垂。


【发明内容】

[0007] 通过本发明的经涂布的天花板瓷砖以及减少天花板瓷砖中的松垂的方法，减少了 天花板瓷砖中的松垂。组合煅烧石膏和水以形成浆料，所述浆料以约100微米至约1000微 米的薄层作为涂层施用至基本天花板瓷砖的背侧。已发现，即使在作为厚度小于1毫米的 层施用时，该涂层也有效用于保持尺寸稳定性而无声衰减的显著损失。涂层可包括多种任 选的组分，如凝固时间改性剂。
[0008] 将石膏基化合物应用于建筑材料（如灰浆（plaster)或接合配混物）并不以其保 持声衰减的能力著称。凝固石膏通常足够硬，使得其反射声音。在使用中的房间中，这将增 加房间中的噪声，因为其将反射房间内产生的声音。然而，本 申请人:已发现，当涂层作为薄 层施用至基本天花板瓷砖的背侧时，涂层保持天花板瓷砖的声学性质。涂层的厚度允许声 音被经涂布的天花板瓷砖吸收，而不是被反射回至使用中的房间。出乎意料的是，如此薄的 涂层能够为松垂减少的经涂布的天花板瓷砖提供足够的支撑。
[0009] 涂层也易于通过任意已知的方式施用至任意基本天花板瓷砖或吸声面板的背侧。 在一些实施例中，将涂层喷雾至瓷砖上。在其他实施例中，将涂层刮平至瓷砖上。施用涂层 的其他任选的方法包括灌注涂布（flood-coating)基本天花板瓷砖的背部，或者使用石膏 浆料辊施用基本面板的背侧。
[0010] 该方法由具有前侧和与所述前侧相对的背侧的基本天花板瓷砖制备经涂布的天 花板瓷砖。将厚度为约100微米至约1000微米的涂层施用至基本天花板瓷砖的背侧，所述 涂层包括硫酸钙二水合物晶体的联锁基体。如果将凝固时间改性剂添加至制备涂层的浆 料，则凝固时间改性剂的剩余部分存在于石膏基体中的间隙内。凝固时间分子的剩余部分 包括存在于涂层浆料中的离子、分子、粒子或它们的组合，因为浆料中的硫酸钙半水合物被 水合而形成硫酸钙二水合物晶体基体。

【具体实施方式】
[0011] 就将浆料喷雾至基本天花板瓷砖的背侧而言来描述浆料的制备、浆料施用至基本 天花板瓷砖和所得的经涂布的天花板瓷砖。这仅是减少天花板瓷砖的松垂的方法的一个 实施例，且不旨在为限制性的。如本申请中所用，基本天花板瓷砖具有前侧，当经涂布的天 花板瓷砖安装于房间中时，房间中的居住者可看见所述前侧。安装时，基本天花板瓷砖的背 侧为与所述前侧相对的侧面，且通常面向壁骨、绝缘件或其他支撑基材材料。通常但非必需 地，基本天花板瓷砖的前侧具有比瓷砖的背侧更平滑的表面精整。
[0012] 基本天花板瓷砖可为任意吸声瓷砖。在一些实施例中，基本天花板瓷砖通过浇铸 或制毡过程制得，尽管可使用制备基本瓷砖的任意过程。合适的基本天花板瓷砖的例子包 括Frost?、Glacier?和Arctic CIimaP丨us?浇铸吸声面板和Radar?、Olympic II⑧或 Cross-Fissured湿法制毡天花板瓷砖。本发明的涂层可施用至坚直面板或其他吸声面板， 然而，由于使用面板的方式，在那些应用中通常不会遇到松垂。
[0013] 在一些实施例中，如上所述，可通过将纤维、粘结剂和其他组分的浆料制毡而获得 基本天花板瓷砖。纤维包括但不限于矿物棉纤维、玻璃纤维、有机聚合物纤维、纤维素纤维 和它们的混合物。本说明书的剩余部分假设基本天花板瓷砖为施用涂层之前的精整产品， 获得基本天花板瓷砖的过程并不重要。
[0014] 在下文，"浆料"指涂层浆料。在产生浆料之后，通过可用于以约100微米至约1000 微米的厚度施用涂层的任意涂布装置，将浆料施用至基本天花板瓷砖。在一些实施例中，涂 层厚度为约100微米至约400微米。其他实施例特征为约100微米至约200微米，或约400 微米至约1000微米的涂层厚度。
[0015] 煅烧石膏（也称为硫酸钙半水合物或灰泥（Stucco))为涂层的主要组分，并用作 粘结剂。在一些实施例中，添加至浆料中的固体的约50%至约100%为α或β形式的煅烧 石膏，然而，煅烧石膏的量可为固体的约10%至约1〇〇%。粘结剂不含挥发性有机组分（包 括甲醛化合物）。
[0016] 任选的凝固时间改性剂用于改变煅烧石膏水合所需的时间。凝固反应通过与水的 水合而将硫酸钙半水合物转化为硫酸钙二水合物（也称为石膏）。存在至少两种凝固时间 改性剂作用机制。凝固改性剂可改变诱导期。诱导期为化学反应的最初部分，其特征在于 极慢的反应速率。凝固时间改性剂可选择为增长或缩短诱导期。在诱导期之后，反应速率 加速。凝固改性剂也可选择为增加或减小诱导期之后的反应速率。
[0017] 可选择凝固促进剂、凝固阻滞剂或它们的组合作为凝固时间改性剂。在有利的是 延迟水合反应的开始，但一旦开始则加速反应速率的情况中，使用组合。例如，当使用具有 喷嘴的喷雾器施用时，石膏基体的粒子可在喷嘴处或在喷嘴中积聚。当积聚足够的石膏时， 其可堵塞喷雾器，由此需要关闭生产线，从而可清洁或替换喷嘴。诱导期的调节可防止喷雾 器的堵塞、防止涂层破坏而粘附至瓷砖，或防止在生产线上的时间增长而允许缓慢凝固的 浆料固化。
[0018] 当必要的是延迟水合反应最初的开始直至浆料已经过喷雾器或浆料施用装置时， 使用凝固阻滞剂。在一些实施例中，选择凝固阻滞剂以增长诱导期直至浆料经过喷雾器，然 而，也预期使用降低反应速率的凝固阻滞剂。可用的凝固阻滞剂的例子包括羧酸化合物，如 柠檬酸、乙酸、酒石酸、聚丙烯酸酯聚合物、共聚物、衍生物和它们的共轭碱羧酸盐。其他凝 固阻滞剂包括单膦酸和多膦酸化合物（如磷酸和六亚甲基二胺四（亚甲基膦酸）），以及共 轭碱单磷酸盐和多磷酸盐化合物（如焦磷酸盐、偏磷酸盐和正磷酸盐）。它们以保持喷雾器 不含凝固石膏所需的量使用。在至少一个实施例中，凝固阻滞剂以约0. 001 %至约1 %的量 使用，以浆料固体重量计。
[0019] 在浆料已经过喷雾器之后，可能有利的是添加凝固促进剂以加速水合反应。凝 固促进剂以约0.001%至约1%的量使用。除非在本申请中另外指出，否则量、百分比或 比例以固体的重量基给出。合适的凝固促进剂的例子包括作为天然石膏粉或与淀粉（如 糖）共研磨的石膏粉的硫酸钙二水合物粒子。描述于以引用方式并入本文的美国专利 No. 2, 078, 199中的HRA为与糖共研磨的石膏粉。描述于以引用方式并入本文的美国专利 No. 3, 573, 947中的另一促进剂CSA为经进一步加热以使得糖涂层在石膏粉的表面上熔化 的HRA。其他凝固促进剂包括铝盐和锌盐，如硫酸铝盐、氯化锌盐和硫酸锌盐。
[0020] 将水添加至煅烧石膏以制备浆料并引发水合反应。应该添加足够的水以制备可流 动的浆料或者提供给浆料适用于所选择的施用方法的稠度。一些实施例添加水，以获得约 40至约90的稠度。煅烧石膏浆料的"稠度"定义为每100克煅烧石膏所用的水的克数。在 其他实施例中，稠度为约50至约70。
[0021] 多种任选的组分也可存在于浆料中。如果这些组分为干燥组分，则可在添加至水 中之前将它们添加至其他干燥成分（如煅烧石膏）中。或者，它们可与湿浆料中的其他组 分组合。任选的液体组分可与其他液体组分组合，或者直接添加至浆料中。
[0022] 任选地使用流变改性剂来改变涂层的流动性质。例如，可能有利的是增加浆料的 可流动性，从而将极薄的涂层施用至天花板瓷砖的背侧。流变改性剂的例子包括分散剂或 表面活性剂。当使用时，流变改性剂以约〇. 01至约〇. 5%的量使用，以煅烧石膏的干重计。 在其他实施例中，在相同基础下，分散剂以约〇. 05 %至约0. 2 %的量使用。
[0023] 使用聚羧酸酯分散剂来降低石膏浆料的粘度。聚羧酸酯分散剂包含一个或多个羧 酸酯或羧酸重复单元。合适的重复单元的例子为乙烯基、丙烯酸基、马来酸基等。可用的共 聚物为包含两个或更多个重复单元的聚合物，所述两个或更多个重复单元可沿着聚合物链 的长度以任意顺序排列。分散剂优选为梳状支化的聚醚聚羧酸酯。在该排列中，长链重复 单元由一个或多个更短的重复单元分隔。适于进料材料的具有分散剂性质的任意聚羧酸酯 可用于本发明。
[0024] 特别优选的聚羧酸酯具有至少三个重复单元；丙烯酸单元、马来酸重复单元和长 链聚醚重复单元。此类聚羧酸酯公开于以引用方式并入本文的美国专利No. 6,777,517中， 并在下文称为"2651-型分散剂"。已发现当浆料经过粉碎装置时，2651-型分散剂特别有效 用于降低浆料的粘度。这些分散剂以名称MELFLUX 264UMELFLUX 2651和MELFLUX 3L (德 国特罗斯特贝格巴斯夫建筑聚合物公司（BASF Construction Polymers GmbH，Trostberg， Germany))销售。高分散效率允许降低待使用的分散剂的量。由于聚羧酸酯组分相对昂贵， 因此这有利于加工经济。预期任意梳状支化的聚羧酸酯可用于该过程。其他可用的市售分 散剂包括MELFLUX 1641(德国特罗斯特贝格巴斯夫建筑聚合物公司（BASF Construction Polymers GmbH, Trostberg，Germany)) 〇
[0025] 任选地将密度改性剂添加至浆料中，以改变精整天花板瓷砖的密度。在一些实施 例中，密度改性剂为降低涂层密度，由此降低总体瓷砖重量的轻质填料。密度改性剂的例子 包括膨胀珍珠岩和膨胀蛭石。如果存在的话，密度改性剂以约1%至约10%的量使用，以干 燥固体重量计。至少一个实施例在添加至浆料中之前组合密度改性剂与煅烧石膏。
[0026] 组合组分以制备背侧浆料涂料。在一些实施例中，使用高速混合器（叶式混合器） 来制备浆料。将类似于钉子或销钉的突出部附接至旋转滚筒。当滚筒迅速旋转时，混合器 内产生湍流，从而将所有组分掺入均匀浆料中。
[0027] 多种方法中的任意者可用于施用该涂层。常规喷雾器可用于将涂层喷雾至基本天 花板瓷砖的背侧上。在一些实施例中，使用辊将浆料施用至基本瓷砖的背侧。其他实施例 中使用浆料充满基本天花板瓷砖的背侧以涂布所述基本天花板瓷砖。在另一实施例中，将 煅烧石膏浆料刮平至基本天花板瓷砖的背侧上。可使用将煅烧石膏浆料施用至指定厚度的 任意施用方法，当施用涂层时，许多另外的涂布方法对于本领域普通技术人员将变得显而 易见。
[0028] 已开发专业浆料喷雾机用于喷雾煅烧石膏浆料。在描述于以引用方式并入本文的 美国专利No. 6, 273, 345中的一个这种机器中，在离开喷雾喷嘴之后，凝固促进剂与浆料接 触以加速水合反应。用于喷雾可凝固浆料的浆料喷雾机包括主要通道，所述主要通道构造 为用于接收加压浆料供给，并具有供给端和与所述供给端相对的出口端。第一压缩气体入 口设置于供给端和出口端中间，并与用于将第一批加压气体引入浆料中的通道流体连通， 第二加压气体入口比第一入口更接近出口端设置，并与用于将第二批加压气体引入浆料中 的通道流体连通。与第二加压气体入口流体连通提供加压供给的辅料，以将共混气体提供 至第二气体入口。提供至少一个阀门，以用于控制通过通道的浆料的流动以及进入通道的 第一和第二气体的流动。在浆料从出口端加压喷射之前，将第一气体注射至浆料中，共混气 体与楽料和第一气体入口和出口端之间的第一加压气体混合。
[0029] 在背侧施用浆料涂层之后，使其凝固并干燥。涂层在室温下凝固。然而，在商业设 置中，希望在烘箱或窑中加热经涂布的天花板瓷砖，以驱逐可能存在于涂层的石膏基体的 间隙中的过量的水。
[0030] 经涂布的产品包括联锁而形成结晶基体的硫酸钙二水合物晶体的薄涂层。凝固时 间改性剂的剩余部分可保持在基体的间隙中。凝固时间改性剂的"剩余部分"包括凝固时 间改性剂的小粒子、凝固时间改性剂的整个分子或凝固时间改性剂的离解或反应产物。例 如，当凝固时间改性剂为离子化合物（如硫酸铝）时，化合物的离解可能在基体内留下铝离 子。其他凝固时间改性剂用作催化剂，不会通过与凝固时间改性剂相互作用而被改变，并作 为完整分子或粒子而存在于涂层中。
[0031] 实例 1
[0032] 使用基本天花板瓷砖的3英寸x24英寸（7. 6cm X 61. Ocm)的条带测试将煅烧石 膏的薄涂层用于天花板瓷砖的背表面的概念。用水喷雾所有的测试条带以润湿测试条带。 在下表1中，样品1-4用筛分通过30目筛网的干燥煅烧石膏粉末涂粉，然后用水喷雾以形 成涂层。样品5-8使用通过组合煅烧石膏与水而制得的涂层浆料。将涂层浆料刮平至该组 中的样品条带中的每一个的背表面上。在测试之前，使经涂布的样品1-8凝固1小时。条 带中的四个保持未涂布（样品9-12)以作为对照样品。
[0033] 样品的测试包括将测试条带置于其中温度和湿度受控的室内。条带由3英寸 (7.6cm)的侧面纵长支撑，背侧（经涂布侧，如果存在的话）面向室的顶部。室内的条 件保持在104° F(40°C )和95%湿度下达12小时，然后在50%湿度下将温度降低至 70° F(21°C )，并保持12小时。使测试条带经受三个上述循环。
[0034] 表 1
[0035]

【权利要求】
1. 一种减少天花板瓷砖的松垂的方法，其包括： 获得基本天花板瓷砖； 组合煅烧石膏和水以形成浆料； 将所述浆料施用至所述基本天花板瓷砖的背侧，并形成约100微米至约1000微米厚的 浆料层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料不含甲醛、挥发性有机化合物或它们的 组合。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料还包含流变改性剂、密度改性剂和凝固 时间改性剂中的至少一者。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述流变改性剂为聚羧酸酯分散剂。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述密度改性剂包括碳酸钙、纸纤维、膨胀珍珠岩 或膨胀蛭石。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中所述凝固时间改性剂选自凝固阻滞剂、凝固促进 剂和它们的组合。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述施用步骤包括将涂层辊压、喷雾、灌注或刮平 至所述基本天花板瓷砖上。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述获得步骤包括将一种或多种粘结剂和纤维的 浆料制毡，所述纤维选自玻璃纤维、有机聚合物纤维、纤维素纤维、矿物棉纤维和它们的组 合。
9. 一种经涂布的天花板瓷砖，其包括： 基本天花板瓷砖，所述基本天花板瓷砖具有前侧和与所述前侧相对的背侧：和 施用至所述背侧的厚度为约100微米至约1000微米的涂层，所述涂层包括硫酸钙二水 合物晶体的联锁基体。
10. 根据权利要求9所述的经涂布的天花板瓷砖，其中所述石膏基体还包括所述硫酸 钙二水合物晶体之间的间隙，其中凝固时间改性剂的剩余部分存在于所述间隙中的至少一 些中，且其中所述剩余部分包含所述凝固时间改性剂的离子、分子、粒子或它们的组合。
【文档编号】C04B28/14GK104334512SQ201380027703
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】L·K·耶昂 申请人:Usg内部有限责任公司