用于幕涂纤维非织造垫的涂料配方的制作方法

用于幕涂纤维非织造垫的涂料配方
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年3月9日提交的美国临时专利申请号62/987,038的优先权和所有权益，所述专利的全部公开内容以引用方式完全并入本文。
3.发明背景
4.诸如纤维玻璃垫的纤维垫已在纤维玻璃和聚合物绝缘和建筑板、诸如石膏和聚异氰脲酸酯板的制造中被用作饰面(facer)。在传统上，饰面材料尤其包括非织造纤维(例如纤维玻璃)垫，包括非织造纤维玻璃垫。非织造饰面可被用来制备具有特定性质的板，诸如相比于用纸或其它纤维素饰面材料饰面的常规板，在湿气存在下提高的尺寸稳定性，提高的抗生物性，提高的透气性，以及更高的物理和力学性质，诸如更好的强度和耐久性。通常，纤维垫包括诸如热固化的水性涂料组合物的涂料。
5.非织造纤维垫一般包含通过经固化热固性或经干燥热塑性聚合物粘合剂结合到一起的随机铺垫的玻璃纤维。形成这类垫的方法一般是众所周知的，包括例如熟知的湿法加工和干法加工方法。在一种形成非织造纤维玻璃垫的示例性湿法方法中，将短切玻璃纤维经储存容器提供至诸如输送机的输送装置，以输送至可含有白水(例如各种表面活性剂、粘度调节剂、消泡剂和/或其它化学试剂)的混合罐，利用搅拌分散纤维并且形成短切玻璃纤维浆料。可将玻璃纤维浆料转移至网前箱，在该处浆料沉积于诸如运动筛或多孔输送机的输送装置上，并且去除了浆料中大部分的水以形成缠卷纤维的网(垫)。可通过常规真空或吸气系统从网中去除水。
6.然后，将粘合剂用诸如喷雾涂覆器或幕涂机的合适的粘合剂涂覆器涂覆于网。一旦粘合剂已被涂覆于垫，使经粘合剂涂布的垫通过至少一个干燥炉以去除任何剩余的水并使粘合剂组合物固化。从烘炉出来的成型非织造纤维垫是随机取向的分散的单个玻璃纤维的集合体。
7.然后，可将非织造纤维垫用涂料组合物涂布或浸渍并且固化，形成饰面材料，以赋予饰面和下游建筑板面多种性质。涂料组合物通常在高速下一般用例如刀片、刮棒、气刀或逆转辊型涂布方法涂覆。然而，传统涂布方法需要与纤维垫接触，增加了纤维在涂布过程中被损坏或断裂的风险。此外，这些方法中使用的涂覆器是非轮廓的(气刀涂布法除外)，使得当在粗糙基材上使用时，任何不规则基材表面可造成不均匀的涂布厚度、涂料因垫中的凸起或不规则而遗漏一部分垫的涂布“跳跃”、部分涂布的纤维凸起、和涂布垫中其它的不规则。
8.常规的纸型饰面材料常常用幕涂法涂布，这是基于从位于待涂布表面上方的涂布头在纸表面上自由流动的预先计量的涂布过程。通过形成液体的自由下落垂直幕帘使得其撞击于纸表面上，纸的表面被涂布。在液体的流速至纸移动的速度之间维持受控关系，使得幕帘稳定并且具有在其宽度上均匀的流速以获得在饰面上的涂料层。使用涂布流体的性质限定涂布头，以便在机器的运行方向或横向上获得均匀的涂布膜厚度。
9.幕涂的一个优点是在基材的表面上形成均匀涂层的能力。另一个优点是不同于诸如刮涂和棒涂的接触涂布法，涂布头与载体之间缺少接触。因此，可消除在基材的表面上施
加力，这进一步消除了网和纤维断裂，同时允许机器线路速度提高。
10.上述幕涂法迄今尚未被成功实施于涂布诸如纤维非织造垫的纤维非纸基材。由诸如玻璃纤维的粗纤维形成的纤维非织造垫包括沿x轴、y轴和z轴随机延伸的纤维。在z轴方向上延伸的纤维垂直于非织造垫的平面延伸，形成凸起和表面粗糙度，使得传统涂料组合物使用幕涂法不能形成光滑表面。因此，非纸纤维非织造饰面通常使用随着涂覆涂料向纤维施加压力的刮刀涂布法或类似方法涂布，使纤维随着被涂布而铺得更平坦。这类涂布方法也将涂料组合物推入饰面，使得涂料趋向于渗透饰面的厚度至至少30％的深度。
11.因此，期望的是开发一种能够经由幕涂涂覆于非纸纤维饰面，同时产生具有大体上光滑表面的重量轻的经涂布饰面的涂料组合物。


技术实现要素：

12.本发明构思的各种示例性方面涉及一种涂覆于非织造纤维垫的涂料组合物。涂料组合物包含：至少70重量％固体的矿物填料，约5重量％至约25重量％固体的有机胶乳粘合剂组合物；和约0.01重量％至约5.0重量％固体的流变改性剂。涂料组合物具有至少30达因/cm的表面张力，约0.01至1.0秒的纤丝断裂时间的拉伸性质，和约200至6000厘泊的剪切粘度。
13.在一些示例性实施方案中，涂料组合物包括矿物填料浆料，矿物填料浆料包含矿物填料，矿物填料选自：碳酸钙，滑石，氢氧化铝(ath)，生石灰，氧化锌，混合氧化物，铁氧化物，铬酸盐，玻璃珠，硅酸盐，粘土，和砂。矿物填料可包含多个具有小于5微米、诸如约0.5至3.5微米的中值粒度的颗粒。
14.在一些示例性实施方案中，胶乳粘合剂组合物包括疏水胶乳粘合剂，其可包含丙烯酸类胶乳。涂料组合物还包括从0.1至约1.0重量％固体的量存在于组合物中的流变改性剂。流变改性剂可包含以下中的任意者：聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酸酯，阴离子聚丙烯酰胺共聚物，非离子聚醚，非离子疏水改性的聚氧化乙烯聚氨酯共聚物，疏水改性的纤维素醚，或它们的混合物。
15.本发明构思的其它示例性方面涉及一种经涂布非织造纤维垫。经涂布非织造垫包括含有用前体粘合剂组合物粘合的多个随机取向纤维的非织造前体垫，非织造纤维前体垫具有第一主要表面和与第一表面相对且具有高于第一表面的表面粗糙度的第二主要表面，两个主要表面界定其间的厚度。经涂布非织造垫还包括了涂覆于非织造前体垫的第二主要表面并且大致上均匀地渗透非织造前体垫的厚度的5％至少于30％的涂料组合物。涂料组合物包含矿物填料和有机胶乳粘合剂组合物。在一些示例性实施方案中，涂料组合物以1.0至10.0lb/100ft2的量涂覆于非织造前体垫。经涂布非织造纤维垫可具有根据tappi t460短于60秒的gurley孔隙度。在一些示例性实施方案中，经涂布非织造纤维垫可具有根据tappi t 460至少500秒的gurley孔隙度。
16.本发明构思的其它示例性方面涉及经涂布非织造纤维垫，其包括含有用前体粘合剂组合物粘合的多个随机取向纤维的非织造前体垫，非织造纤维前体垫具有第一主要表面和与第一表面相对且具有高于第一表面的表面粗糙度的第二主要表面，两个主要表面界定其间的厚度。涂料组合物被涂覆于非织造前体垫的第一主要表面并且大致上均匀地渗透非织造前体垫的厚度的5％至少于30％。涂料组合物包含矿物填料和有机胶乳粘合剂组合物。
经涂布非织造纤维垫具有根据tappi t 460至少500秒的gurley孔隙度。在一些示例性实施方案中，经涂布非织造纤维垫可具有根据tappi t 460短于60秒的gurley孔隙度。
17.本发明构思的其它示例性方面涉及一种经涂布非织造纤维垫，其包括含有用前体粘合剂组合物粘合的多个纤维的非织造前体垫。非织造纤维前体垫具有第一主要表面和与第一表面相对的第二主要表面，两个主要表面界定其间的厚度。非织造前体垫具有约45-70达因/cm的表面能。经涂布非织造垫还包括涂覆于非织造前体垫的表面并且大致上均匀地渗透非织造前体垫的厚度的5％至少于30％的涂料组合物。涂料组合物包含矿物填料浆料和有机胶乳粘合剂组合物。涂料组合物具有在非织造前体垫的表面能的5至20达因/cm内的表面张力。
18.在一些示例性实施方案中，非织造前体垫的纤维包含具有12微米至14微米的平均纤维直径的玻璃纤维的第一共混物和具有9微米至11微米的平均纤维直径的玻璃纤维的第二共混物。
19.在一些示例性实施方案中，非织造前体具有25g/m2至300g/m2的未涂布基重。
20.涂料组合物可渗透非织造垫的厚度的少于30％，诸如渗透非织造前体垫的厚度的10％至20％。
21.在一些示例性实施方案中，涂料组合物包含基于涂料组合物的总固体重量计至少70重量％的矿物填料。
22.本发明构思的其它示例性方面涉及一种形成经涂布非织造纤维垫的方法，其中该方法包括将涂料组合物的自由下落垂直幕帘涂覆于非织造前体垫。
23.本发明构思的又其它示例性方面涉及一种包含具有第一面和第二面的芯层以及具有第一主要表面和第二主要表面的经涂布非织造垫的建筑板；第二主要表面与第一表面相对且具有大于第一表面的表面粗糙度，两个主要表面界定其间的厚度；非织造前体垫的第一表面粘附于芯层的第一面。经涂布非织造垫包含非织造前体垫和涂料组合物，非织造前体垫包括用前体粘合剂组合物粘合的多个随机取向纤维，涂料组合物涂覆于非织造前体垫的第二主要表面并且大致上均匀地渗透非织造前体垫的厚度的5％至少于30％。涂料组合物包含矿物填料和有机胶乳粘合剂组合物。在一些示例性实施方案中，涂料组合物以1.0至10.0lb/100ft2的量涂覆于非织造前体垫。
24.本发明构思的又其它示例性方面涉及一种包含具有第一面和第二面的芯层以及具有第一主要表面和第二主要表面的经涂布非织造垫的建筑板；第二主要表面与第一表面相对且具有大于第一表面的表面粗糙度，两个主要表面界定其间的厚度；非织造前体垫的第一表面粘附于芯层的第一面。经涂布非织造垫包含非织造前体垫和涂料组合物，非织造前体垫包括用前体粘合剂组合物粘合的多个随机取向纤维，涂料组合物涂覆于非织造前体垫的第一主要表面并且大致上均匀地渗透非织造前体垫的厚度的5％至少于30％，所述涂料组合物包含矿物填料和有机胶乳粘合剂组合物。涂料组合物以1.0至10.0lb/100ft2的量涂覆于非织造前体垫。
25.附图简述
26.本发明的主题在说明书的结论部分中具体地指出并清楚地要求。然而，对本发明更全面的理解最好可通过结合附图考虑，参考详细描述和权利要求书来获得，其中类似的数字指示类似的要素。
27.图1图解示出相比于线材(光滑)表面，涂布在空气(粗糙)表面上的示例性饰面的gurley孔隙度值。
28.图2图解示出具有不同浓度的流变改性剂的涂料组合物的caber断裂时间。
29.图3图解示出相比于对照，具有不同浓度的流变改性剂的各种经涂布非织造垫的表面粗糙度。
30.图4图解示出相比于对照，根据本示例性实施方案用涂料组合物涂布的非织造垫的拉伸强度(lb/3英寸宽)。
31.发明详述
32.除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与这些示例性实施方案所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。本文中说明书中使用的术语仅用于描述示例性实施方案并且不意图限制示例性实施方案。因此，一般发明构思不意图被限于本文中示出的特定实施方案。虽然可在本发明的实践或测试中使用与本文所述的方法和材料类似或等同的其它方法和材料，但在本文描述优选的方法和材料。
33.如说明书和随附权利要求书中使用的，除非上下文另有明确指示，单数形式“一种”、“一个”和“所述”也意图包括复数形式。
34.术语“粘合剂”和“粘合剂组合物”在本文中可交换使用，意指使非织造制品的一种或多种组分保持在一起的材料。本领域普通技术人员将理解的是粘合剂组合物通常是被固化以使增强纤维结合到一起的溶解成分的含水混合物或溶液。
35.除非有另外指示，否则说明书和权利要求书中使用的表示成分的量、性质、温度等等的所有数值应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则说明书和随附权利要求书中阐述的数值参数是可视试图由本示例性实施方案获得的期望性质而变化的近似值。至少每个数值参数应按照有效数字的位数和普通舍入方式来解释。
36.尽管阐述示例性实施方案的宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值被报告为尽可能精确。然而，任何数值固有地包含其各自的测试测量中存在的标准差所必然导致的某些误差。在本说明书和权利要求书各处给出的每个数值范围将包括属于这种更广泛数值范围的每一更窄的数值范围，如同这类更窄的数值范围都明确写在本文中。
37.除非由作出参考组合的上下文另外指定或相反地明确表示，本文中所使用的方法或过程步骤的所有组合可以任何次序进行。另外，组合物和组成范围的所有组合可以本文中所列举组合物的任何组合来使用。
38.一般发明构思是至少部分地基于发现了经由幕涂法涂覆于非纸纤维垫的改进的涂料组合物和由其形成的重量轻的经预涂的非织造垫。
39.重量轻的经预涂非织造垫包含已用粘合剂组合物结合到一起的混合的随机取向纤维的前体垫。如本文中所使用的，术语“纤维”涵盖纤维、纤丝、羊毛、纱线、丝束和类似物。在一个或多个实施方案中，非织造纤维垫可包括诸如短切纤维的离散纤维，或连续纤维，或离散纤维和连续纤维的混合物。
40.用于形成本发明的非织造垫的示例性纤维包括但不限于：玻璃纤维，合成纤维(例如聚酯纤维，聚乙烯纤维，聚丙烯纤维，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，聚酰胺纤维，芳族聚酰胺纤维，聚芳酰胺纤维)，矿物纤维，纤维素纤维，碳纤维，陶瓷纤维，或者两种或更多种不同
类型的增强纤维的共混物。
41.玻璃纤维可由任何类型的玻璃制成。玻璃纤维的实例包括：a型玻璃纤维，c型玻璃纤维，e型玻璃纤维，s型玻璃纤维，ecr型玻璃纤维(例如可商购自owens corning的玻璃纤维)，hiper-tex
tm
玻璃纤维，羊毛玻璃纤维，和它们的组合。天然纤维是从植物的任何部分(包括但不限于茎、种子、叶、根或韧皮部)中提取的植物纤维。可适合用作增强纤维材料的天然纤维的实例包括：玄武岩，棉花，黄麻，竹子，苎麻，蔗渣，大麻，椰纤维，亚麻，洋麻，剑麻，麻布，赫纳昆，和它们的组合。合成纤维是具有合适的增强特性的人造纤维，诸如：聚酯，聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，聚酰胺，芳族聚酰胺，和聚芳酰胺纤维，以及它们的组合。
42.非织造前体垫的纤维包含具有6至20微米平均直径的玻璃纤维。在某些实施方案中，用来形成非织造前体垫的玻璃纤维具有10微米至18微米的平均纤维直径。在某些其它的实施方案中，用来形成非织造前体垫的玻璃纤维具有13微米至16微米或12.5至14微米的平均纤维直径。
43.还考虑到具有不同纤维直径的玻璃纤维的共混物，诸如较小直径玻璃纤维(例如6.5微米至10微米的平均纤维直径)和较大直径玻璃纤维(例如13微米至16微米的平均纤维直径)的共混物可用来形成非织造前体垫。在某些实施方案中，非织造垫的多个增强纤维包含50重量％至70重量％的第一玻璃纤维和30重量％至50重量％的第二玻璃纤维的共混物，其中第一玻璃纤维具有约12至14微米的平均纤维直径且第二玻璃纤维具有约9至11微米的平均纤维直径。在某些实施方案中，非织造垫的多个增强纤维包含55重量％至65重量％的第一玻璃纤维和35重量％至45重量％的第二玻璃纤维的共混物，其中第一玻璃纤维具有12至14微米的平均纤维直径且第二玻璃纤维具有9至11微米的平均纤维直径。在某些实施方案中，非织造前体垫的多个增强纤维包含60重量％的第一玻璃纤维和40重量％的第二玻璃纤维的共混物。
44.用来形成非织造前体垫的玻璃纤维还可具有各种纤维长度。在某些实施方案中，用来形成非织造垫的玻璃纤维具有0.25英寸(6.35mm)至2英寸(50.8mm)的平均纤维长度。在某些实施方案中，用来形成非织造前体垫的玻璃纤维具有0.5英寸(12.7mm)至1.5英寸(38.1mm)的平均纤维长度。在某些其它的实施方案中，用来形成非织造垫的玻璃纤维具有0.70英寸(17.78mm)至1英寸(25.4mm)的平均纤维长度。还考虑到具有不同纤维长度的玻璃纤维的共混物，诸如较短玻璃纤维(例如0.25英寸(6.35mm)至0.5英寸(12.7mm)的平均纤维长度)和较长玻璃纤维(例如0.72英寸(18.29mm)至1.25英寸(31.75mm)的平均纤维长度)的共混物可用来形成非织造前体垫。
45.在某些示例性实施方案中，非织造前体垫的多个纤维包含60重量％的第一玻璃纤维和40重量％的第二玻璃纤维的共混物，其中第一玻璃纤维具有13微米的平均纤维直径和0.75英寸(19.05mm)的平均纤维长度，且第二玻璃纤维具有10微米的平均纤维直径和0.39英寸(10mm)的平均纤维长度。在某些其它示例性实施方案中，多个纤维包含100％的具有约13.5微米的平均直径和约0.75英寸的平均长度的玻璃纤维。
46.非织造前体垫一般可包含用经固化聚合物粘合剂结合到一起的随机取向玻璃纤维。形成这类垫的方法一般是众所周知的，包括例如熟知的湿法加工和干法加工方法。形成前体垫的一种示例性湿法方法包括在混合罐中将短切玻璃纤维分散于白水(例如各种表面
活性剂、粘度调节剂、消泡剂和/或其它化学试剂)中，利用搅拌以分散纤维并且形成短切玻璃纤维浆料。可将玻璃纤维浆料转移至网前箱，在该处浆料沉积于诸如运动筛或多孔输送机的输送装置上，并且去除了浆料中大部分的水以形成缠卷纤维的网(垫)。可通过常规真空或吸气系统从网中去除水。
47.然后，将前体粘合剂用诸如喷雾涂覆器或幕涂机的合适的粘合剂涂覆器涂覆于网。一旦前体粘合剂已被涂覆于垫，使经粘合剂涂布的垫通过至少一个干燥炉以去除任何剩余的水并使粘合剂组合物固化。从烘炉出来的成型前体垫是随机取向的分散的单个玻璃纤维的集合体。
48.可用于生产前体垫中的合适的前体粘合剂组合物包括无甲醛(或不添加甲醛(“naf”))粘合剂，诸如基于羧基的粘合剂组合物、基于聚乙烯醇的粘合剂组合物、基于碳水化合物的粘合剂组合物和类似物。这类粘合剂没有添加甲醛并且是环境友好的，即“绿色的”。然而，在一些示例性实施方案中，前体粘合剂组合物可包括甲醛体系，诸如脲醛体系。
49.前体粘合剂可包含热固性粘合剂，其中至少一种多羧基聚合物作为热固性粘合剂树脂。多羧基聚合物包含含有多于一个侧羧基的有机聚合物或低聚物。多羧基聚合物可为由包括但不限于以下的一种或多种不饱和羧酸制备的均聚物或共聚物：丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，异巴豆酸，马来酸，肉桂酸，2-甲基马来酸，衣康酸，2-甲基衣康酸，α,β-亚甲基戊二酸，和类似物。替代地，多羧基聚合物可由包括但不限于以下的不饱和酸酐制备：马来酸酐，衣康酸酐，丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐，和类似物，以及它们的混合物。这些酸和酐的聚合被认为在本领域普通技术人员的能力内。
50.在一些示例性实施方案中，前体粘合剂组合物包括含有热固性亲水丙烯酸类粘合剂材料和疏水丙烯酸类粘合剂材料的共混物的热固性丙烯酸类包装。热固性丙烯酸类包装可包括但不限于丙烯酸类乳液、丙烯酸类溶液或它们的混合物。丙烯酸类包装的热固性质降低了粘合剂的粘结性并因此减少了在制造过程中粘合剂粘在加工设备上。在一些实施方案中，热固性丙烯酸类包装包括丙烯酸类均聚物和苯乙烯-丙烯酸类乳胶的混合物。丙烯酸类均聚物可以基于前体粘合剂固体的总重量计从约50重量％至约80重量％、或从约60重量％至约75重量％的量存在。苯乙烯-丙烯酸类胶乳可以基于粘合剂固体的总重量计从约20重量％至约45重量％、或从约25重量％至约40重量％的量存在。
51.前体粘合剂组合物还可任选地包括消泡剂。在一些示例性实施方案中，消泡剂包括硅氧烷、矿物油和聚氧化亚烷基(polyoxalkylene)中的一种或多种，但可替代地使用任何消泡剂。示例性消泡剂包括聚醚硅氧烷。在一些示例性实施方案中，消泡剂以基于前体粘合剂组合物中固体的总重量计从约0.001重量％至约1.0重量％、包括约0.01重量％至约0.25重量％的量存在于粘合剂组合物中。
52.在某些实施方案中，前体粘合剂组合物可任选地含有至少一种偶联剂。在某些实施方案中，偶联剂是硅烷偶联剂。偶联剂可以粘合剂组合物的从0.01重量％至5重量％(在干重基础上)、从0.01重量％至2.5重量％(在干重基础上)、从0.1重量％至0.5重量％(在干重基础上)、或从0.15重量％至0.25重量％(在干重基础上)的量存在于粘合剂组合物中。
53.可用于前体粘合剂组合物中的硅烷偶联剂的非限制性实例可由包括但不限于以下的官能团来表征：烷基，芳基，氨基，环氧基，乙烯基，甲基丙烯酰氧基，脲基，异氰酸基，和巯基。在某些实施方案中，硅烷偶联剂包括具有诸如以下的一种或多种官能团的含有一个
或多个氮原子的硅烷：胺(伯、仲、叔和季胺)，氨基，亚氨基，酰氨基，酰亚氨基，脲基，或异氰酸基。具体地，合适的硅烷偶联剂的非限制性实例包括但不限于：氨基硅烷(例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基-三羟基硅烷)，环氧基三烷氧基硅烷(例如3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷和3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷)，甲基丙烯酰基三烷氧基硅烷(例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷)，烃三烷氧基硅烷，氨基三羟基硅烷，环氧基三羟基硅烷，甲基丙烯酰三羟基硅烷，和/或烃三羟基硅烷。
54.前体粘合剂组合物还可包括一种或多种另外的添加剂，诸如增量剂、催化剂、加工助剂、防尘剂、粘度改性剂、ph调节剂、交联密度增强剂、除臭剂、抗氧化剂、防潮剂或它们的组合。任选地，粘合剂可包含但不限于染料、颜料、另外的填料、着色剂、uv稳定剂、热稳定剂、乳化剂、防腐剂(例如苯甲酸钠)、防蚀剂和它们的混合物。可将其它添加剂加入前体粘合剂组合物以改进过程和产品性能。这类添加剂包括润滑剂、润湿剂、抗静电剂和/或防水剂。添加剂可以前体粘合剂组合物中总固体计的痕量(诸如粘合剂组合物的约0.1重量％或更少)至约10重量％存在于粘合剂组合物中。
55.前体粘合剂还包括水以使活性固体溶解或分散而涂覆于增强纤维上。水可以足够将水性粘合剂组合物稀释至适合涂覆于增强纤维的粘度并实现纤维上所需固体含量的量添加。
56.在一些示例性实施方案中，粘合剂组合物以10.0至30.0g/m2、包括15.0至27g/m2、和16.0至25g/m2的量被包括在纤维垫中。
57.本发明的非织造前体纤维垫可具有宽范围的(未涂布)基重。在某些实施方案中，非织造纤维垫具有25g/m2至300g/m2的未涂布基重。在某些其它的实施方案中，非织造纤维垫具有30g/m2至270g/m2的未涂布基重。在仍其它的实施方案中，非织造纤维垫具有40g/m2至200g/m2的未涂布基重，包括50g/m2至150g/m2的未涂布基重、55g/m2至125g/m2的未涂布基重，并且还包括65g/m2至110g/m2的未涂布基重。
58.本发明的非织造前体纤维垫还可具有各种厚度。在某些实施方案中，非织造纤维垫的厚度为0.25mm至2mm。在某些其它的实施方案中，非织造纤维垫的厚度为0.3mm至1.5mm。在仍其它的实施方案中，非织造纤维垫的厚度为0.5mm至1.0mm。在某些实施方案中，非织造纤维垫的厚度为0.65mm至0.9mm。
59.在涂覆前体粘合剂组合物之后，使经粘合剂涂布的纤维网经过烘炉以固化(或部分固化)粘合剂组合物，从而形成前体垫。前体垫可被存储待以后使用或转移(在线或至分开的制造线)至涂布站，其中用涂料组合物在单侧上涂布前体垫。在一些示例性实施方案中，涂布站包括幕涂机，其包括将涂布液体的预先计量的垂直幕帘分布于前体垫的表面上的涂布头。前体垫具有在幕涂机的加工方向上延伸的长度，在幕涂机的横向上延伸的宽度，和在前体垫的两个主要表面之间延伸的厚度。通常，纤维垫被形成为具有一个主要表面比另一个表面更粗糙。粗糙表面通常被称为“空气”侧且较光滑表面通常被称为“线材”侧，因为在该表面上的玻璃被推拉到光滑的粘合剂涂覆线材中。因为空气侧表面没有什么约束，它在质地上自然更粗糙。在常规前体涂布系统中，在前体垫的较光滑表面上涂布垫，企图产生具有光滑外观的经涂布饰面。然而，当在线涂布前体垫时，在较粗糙侧上涂布非织造纤维垫的能力是有利的，因为它防止了制造废料和将垫翻转至其较光滑侧所需的额外设备。
60.已意外地发现主题涂料组合物可经由幕涂法涂覆于前体垫的粗糙或空气表面，同时实现具有光滑外观的经预涂饰面。另外，通过涂布在粗糙表面上，涂料组合物渗透更少的前体厚度，而允许芯材有更多空间透过前体的相对表面，从而提高饰面与芯之间的结合强度。
61.幕涂法将涂料组合物的均匀或大致上均匀的层分布在前体垫的第一主要表面上。在一些示例性实施方案中，涂料组合物沿前体垫的整个长度和宽度延伸入垫的厚度至大致上均匀的程度。在一些示例性实施方案中，涂料组合物渗透前体垫的厚度的至少5％、但不超过30％。在一些示例性实施方案中，涂料组合物渗透前体垫的厚度的至少8％、但少于30％，包括渗透前体垫的厚度的10％至25％、13％至23％和15至20％。在一些示例性实施方案中，涂料组合物渗透前体垫的厚度的10至20％。在其它示例性实施方案中，涂料渗透前体垫的厚度的20至少于30％。
62.渗透深度可由许多因素决定，诸如前体垫的表面能、涂料组合物的表面张力、前体垫的疏水性和垫孔隙度。
63.为此，重要的是使未涂布前体垫的表面能与涂料组合物的表面张力匹配，以便实现少于30％的垫厚度的涂料渗透。因此，选择前体粘合剂组合物以赋予未涂布前体垫如由kruss k100力学法张力仪测定的30至70达因/cm的表面能，该张力仪测量在水和二碘甲烷中的动态接触角以计算表面自由能。在一些示例性实施方案中，未涂布前体垫具有45至60达因/cm、或48至58达因/cm、或50至55达因/cm的表面能。已发现当涂料组合物的表面张力在非织造前体垫的表面能的20达因/cm内时，可实现少于30％前体垫厚度的期望涂料渗透。在各种示例性实施方案中，涂料组合物的表面张力在非织造前体垫的表面能的15达因/cm内，包括在非织造前体垫的表面能的10达因/cm内，和在非织造前体垫的表面能的5达因/cm内。在一些示例性实施方案中，涂料组合物的表面张力在非织造前体垫的表面能的5至20达因/cm内。
64.在一些示例性实施方案中，已发现当前体垫的表面能至少约等于但优选高于非织造前体垫的表面能时，涂料渗透可被特别限于前体厚度的少于30％。在一些示例性实施方案中，涂料组合物的表面张力为至少45达因/cm，包括至少50达因/cm，和至少53达因/cm。
65.涂料组合物以1.0至10.0lb/100ft2、包括1.2至8.0lb/100ft2、1.5至6.0lb/100ft2和1.8至5.0lb/100ft2的量涂覆。一旦涂布，经涂布非织造饰面具有2.8至7.0lb/100ft2、包括3.0至5.5lb/100ft2、3.1至4.9lb/100ft2、和3.3lb/100ft2至4.4lb/100ft2的总基重。
66.涂料组合物可包含聚合物粘合剂组分和填料组分，后者也可被称为矿物性颜料。合适的聚合物粘合剂可包括：丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯腈的聚合物或共聚物，苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)，乙烯-氯乙烯(evcl)，聚偏二氯乙烯(pvdc)，改性聚氯乙烯(pvc)，聚乙烯醇(pvoh)，乙烯-乙酸乙烯酯(eva)，和聚乙酸乙烯酯(pva)，以及它们的组合。在一个或多个实施方案中，聚合物粘合剂是疏水乳胶粘合剂。疏水乳胶粘合剂可包含丙烯酸的聚合物或共聚物，诸如像叔碳酸乙烯酯丙烯酸类。
67.聚合物粘合剂以基于涂料组合物的总固体(涂料组合物的非水部分)计从2％至20％的量存在于涂料组合物中，包括基于涂料组合物中总固体的重量计4％至15％、5％至10％和5.5％至7.5％的聚合物粘合剂。
68.已意外地发现，相比于传统涂料组合物、特别是用于幕涂应用(即，用于纸基材)的那些，涂料组合物具有更高填料含量(大于70重量％固体)。纸基材比玻璃基材更少开放/多孔。因此，用于纸基材的涂料组合物需要更少的固体。在一个或多个实施方案中，涂料组合物可包括基于涂料组合物中总固体的重量计75％至98％的填料，在其它实施方案中85％至96％的填料，且在其它实施方案中90％至93％的填料。适合于制作经涂布饰面的示例性填料包括但不限于：研磨石灰岩(碳酸钙)，粘土(高岭土)，砂，云母，滑石，石膏(硫酸钙二水合物)，三水合铝(ath)，蛭石，氧化锑，微粒橡胶，或者这些物质的任两种或更多种的组合。
69.填料可呈干粉的形式或可被掺合为预混填料浆料。为了辅助填料分散于水中，可包括诸如例如以下的分散剂：聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，丙烯酸类共聚物的钠盐，丙烯酸类共聚物的钾盐，丙烯酸类共聚物的铵盐，聚烷氧基化共聚物，非离子共聚物，和它们的混合物。在一些示例性实施方案中，分散剂以基于涂料组合物中固体的总重量计从约0.01重量％至约2.0重量％、包括约0.05重量％至约1.5重量％、约0.1重量％至1.0重量％、和约0.14至0.5重量％的量存在于涂料组合物中。在一些示例性实施方案中，浆料还包括一种或多种表面活性剂。
70.在一些示例性实施方案中，填料包含多个具有小于5.0微米、诸如约0.5至3.5微米、约0.8至2.8微米、和约1.0至2.5微米的中值粒度的颗粒。在一些示例性实施方案中，填料包含具有约1.5微米的中值粒度的碳酸钙。通过使用比传统涂料组合物更小的粒度，需要更少的涂料组合物涂覆于前体垫，同时仍提供目标孔隙度(石膏涂覆中约10至约60秒，且聚异氰脲酸酯涂覆中超过500秒)。
71.涂料组合物还可包括流变改性剂。流变改性剂通过并入涂料组合物的拉伸性质而增强幕涂过程，从而形成能够在粗纤维所致的粗糙表面上维持粘着涂层的更稳定的涂料组合物。具有所需拉伸性质的涂料组合物有助于增强流动性，涂布z向纤维，和克服垫缺陷。具有期望拉伸性质的涂料还提供具有所需产品性能的更一致的产品品质，诸如一致的gurley值。
72.在一些示例性实施方案中，流变改性剂赋予涂料组合物拉伸性质。涂料的拉伸性质用毛细管断裂拉伸流变仪(hakke caber 1，thermofisher)测量。涂布流体纤丝的断裂时间被用来评估涂料的拉伸性质。在一些示例性实施方案中，主题涂料组合物的涂布流体纤丝的断裂时间为0.01至1.0秒，诸如0.05至0.8秒、0.1至0.6秒和0.3至0.5秒。
73.流变改性剂与涂料组合物的高填料含量协同作用以形成膜，使得可将更少量的涂料涂覆于前体垫。流变改性剂还有助于改进经涂布饰面的外观(例如缺陷更少、光滑度)和性能(例如一致的gurley值)。在一些示例性实施方案中，流变改性剂是具有至少二百万、或至少五百万、或至少一千万的分子量的高分子量聚合物组合物。流变改性剂可在油中乳化，使得流变改性剂存在于双相中。示例性流变改性剂包括：聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酸酯，阴离子聚丙烯酰胺共聚物，非离子聚醚，非离子疏水改性的聚氧化乙烯聚氨酯共聚物，疏水改性的纤维素醚。
74.在一些示例性实施方案中，流变改性剂包含具有至少1,000,000的分子量的高分子量聚丙烯酰胺共聚物。
75.已意外地发现，一些常规流变改性剂不足以将涂料组合物的拉伸粘度提高至幕涂纤维非织造垫所需的程度。这类流变改性剂包括碱溶胀性乳液(hase/ase型)和疏水改性的
乙氧基化氨酯(heur)中的一些。因此，在一些示例性实施方案中，涂料组合物不含这类常规流变改性剂。
76.在一些示例性实施方案中，流变改性剂以基于涂料组合物中固体的总重量计从约0.01重量％至约5.0重量％、包括约0.05重量％至约2.0重量％、约0.1重量％至1.5重量％、和约0.15至0.5重量％的量存在于涂料组合物中。
77.在一些示例性实施方案中，涂料组合物还可包括杀生物剂。非织造垫和饰面的结垢主要通过积累的带电颗粒、生物生长和真菌生长而发生。生物或真菌侵蚀在水池、淋浴和其它热、湿环境中更通常是个问题，但还可在任何表面覆盖或干的壁涂覆中发生。用于发明组合物中的合适的杀生物剂的实例包括二碘代甲基对甲苯砜、戊二醛、异噻唑啉、氧化锌、吡硫锌和银。示例性杀生物剂包括amical
tm
flowable(可商购自dupont)。在一些示例性实施方案中，杀生物剂以基于涂料组合物中固体的总重量计从0.01重量％至1.0重量％、包括0.05重量％至0.25重量％的量存在于涂料组合物中。
78.在一个或多个实施方案中，涂料组合物可为水性涂料组合物。在一个或多个实施方案中，涂料组合物可包括基于涂料组合物的总重量计2％至20％的水，包括4％至15％的水，或5％至10％的水。
79.涂料组合物具有的剪切粘度高于用于涂布非织造纤维垫的涂料组合物(约1,000厘泊)且低于幕涂纸饰面中常用的涂料组合物的粘度。在一些示例性实施方案中，涂料组合物具有约200厘泊至约6000厘泊、包括约400厘泊至约4000厘泊、和约600厘泊至约3000厘泊的剪切粘度。
80.涂料组合物可具有1.0至2.0g/cc、包括1.2至1.8g/cc、和1.5至1.7g/cc的密度。
81.经涂布非织造饰面展现提高的拉伸强度，同时具有异常低的涂料重量。拉伸强度是根据tappi t 1009试验方法测量的。在一些示例性实施方案中，经涂布非织造饰面展现至少100lb/3英寸宽、包括至少约125lb/3英寸宽、至少145lb/3英寸宽、和至少150lb/3英寸宽的加工方向拉伸强度。在一些示例性实施方案中，经涂布非织造饰面展现至少70lb/3英寸宽、包括至少约100lb/3英寸宽、至少105lb/3英寸宽、和至少115lb/3英寸宽的横向拉伸强度。
82.经涂布非织造饰面展现少于1.0克、包括少于0.8克、少于0.5克、少于0.3克的吸水(cobb)值(根据tappi方法t441)。在一些示例性实施方案中，经涂布非织造饰面展现约0.05至约0.25克的cobb值。
83.如上文提及的，本发明构思的经涂布非织造饰面可基于预期的饰面应用被配制以实现期望的孔隙水平。例如，在一些示例性实施方案中，经涂布非织造饰面被配制应用于石膏芯，需要高孔隙度以允许在石膏芯被加热和凝固时水蒸气通过。因此，在一些示例性实施方案中，经涂布非织造饰面展现如根据tappi方法t 460测试的小于60秒的gurley孔隙度。在这些或其它的实施方案中，经涂布非织造饰面可展现约5秒至约55秒、包括约10秒至约50秒的gurley孔隙度。在其它示例性实施方案中，经涂布非织造饰面被配制应用于聚异氰脲酸酯芯，需要较低孔隙度，诸如至少500秒的gurley孔隙度。在这些或其它的实施方案中，经涂布非织造饰面可展现约250秒至约1000秒、包括约500秒至约950秒的gurley孔隙度。gurley孔隙度可通过调节涂布重量和/或涂布固体来上调或下调。
84.一般发明构思还涵盖本文中论述的经预涂非织造垫作为包含诸如石膏或泡沫(聚
异氰脲酸酯或“聚异”)的基材的建筑板的一部分。在一些示例性实施方案中，建筑板包含粘附于芯的第一或第二主要表面或者第一和第二表面二者的非织造饰面。粘附于芯的第一和/或第二主要表面的非织造饰面可为相同或不同的。虽然这类建筑板在本文中被描述为呈其中芯在两侧上被饰面覆盖的“夹心”镶板或板的形式，它还可包括仅在一侧上具有这种类型的饰面的板。取决于待使用的方式，另一侧可具有另一种类型的饰面或完全没有。
85.在一些示例性实施方案中，建筑板包括石膏板。一般而言，石膏板含有由石膏材料形成的芯，被至少一个饰面层(通常两层，在板的每一主要表面上各一层)增强。制作石膏板的已知方法由提供饰面材料的连续进料并且将石膏浆料沉积于饰面材料的表面上组成。然后将饰面材料的第二连续进料涂覆于浆料的顶表面。将浆料干燥以硬化石膏组合物并且将饰面材料整合入板。随后将石膏板切成预定长度以用于船运和最终用途。
86.由夹在饰面层之间的石膏芯形成的石膏板在建筑业中常用作住宅和商业建筑物的内墙和天花板。石膏板的配方和设计可被调整以实现板期望的的具体用途。在一个或多个实施方案中，石膏芯包括：石膏，任选的湿短切玻璃纤维，耐水化学剂，粘合剂，促进剂，和低密度填料。
87.在一个或多个实施方案中，在泡沫板的制造中可包括经预涂饰面。泡沫板包括具有两个相对侧的泡沫芯和位于相对侧之一上的至少一个经预涂饰面。用于泡沫板中的合适的泡沫包括聚氨酯和聚异氰脲酸酯泡沫。聚异氰脲酸酯和聚氨酯泡沫组合物具有三个主要组分：多官能异氰酸酯化合物，多元醇和起泡剂。当这三种组分混合时，连同少量催化剂和表面活性剂一起，产热化学反应使液体起泡剂沸腾。所得起泡剂蒸气使泡沫膨胀形成充气孔室。
88.在一个或多个实施方案中，泡沫板可由泡沫材料的密度描述。关于较高密度盖板，这类板包含具有至少3.0lb/ft3的平均密度的泡沫芯。在这些或其它的实施方案中，泡沫芯具有3.0lb/ft3至25lb/ft3的平均密度，在其它实施方案中4.0lb/ft3至8lb/ft3，且在其它实施方案中至少4.2lb/ft3。
89.在一个或多个实施方案中，泡沫板可包括具有大于3lb/ft3的平均密度的高密度泡沫板，诸如盖板。在这些或其它的实施方案中，泡沫板具有3lb/ft3至25lb/ft3的密度或平均密度，且在其它实施方案中6lb/ft3至23lb/ft3。在其它实施方案中，泡沫板可包括具有低于3lb/ft3的平均密度的较低密度泡沫板，诸如绝缘板。在一些示例性实施方案中，泡沫芯具有1lb/ft3至2.8lb/ft3的平均密度，且在其它实施方案中1.5lb/ft3至2.0lb/ft3。在一些示例性实施方案中，较低密度绝缘板包含具有低于2.0lb/ft3的密度的泡沫芯。在其它实施方案中，泡沫板具有1lb/ft3至6lb/ft3的密度或平均密度，且在其它实施方案中约2lb/ft3至5lb/ft3。
实施例
90.实施例1
91.前体垫被制备成包含直径13.5微米/长度19mm玻璃纤维和直径10微米/长度10mm玻璃纤维的7:3比率的混合物。将前体各自用包含92.8重量％固体的直径1.5微米碳酸钙颗粒、7.0重量％固体的丙烯酸类粘合剂和0.2重量％流变改性剂的涂料组合物幕涂。一个前体垫在其空气(粗糙)表面上被涂布且一个前体垫在其线材(光滑)表面上被涂布。如图1所
示，相比于在前体垫的空气侧上涂布(48.8秒的平均gurley孔隙度)，在前体垫的线材侧上涂布展现更高的gurley孔隙度(2,337秒的平均gurley孔隙度)。
92.实施例2
93.前体垫被制备成包含直径13.0微米/长度19mm玻璃纤维和含有粘合剂树脂的前体粘合剂，粘合剂树脂是50％聚丙烯酸胺聚合物和50％丙烯酸类胶乳的共混物。前体基重为2.1lb/100ft2且具有21％的loi。
94.将前体各自用下表1概述的涂料组合物幕涂。
95.表1.
[0096][0097]
如表1所示，当涂覆于具有50达因/cm的表面能的前体垫时，添加润湿剂减小了涂料组合物的表面张力，又降低了gurley孔隙度。具有至少等于或高于前体的表面能(50达因/cm)的表面张力的涂料a和b导致了对涂覆于石膏板期望的经涂布垫孔隙度，具有约51-163秒的gurley。涂料c的表面张力低于前体的表面能，导致了非常多孔的经预涂饰面，具有0的gurley孔隙度。
[0098]
实施例3
[0099]
前体垫被制备成包含直径13.0微米/长度19mm玻璃纤维和含有粘合剂树脂的前体粘合剂，粘合剂树脂是50％聚丙烯酸胺聚合物和50％丙烯酸类乳胶的共混物。前体基重为2.1lb/100ft2且具有21％的loi。
[0100]
将前体各自用下表2概述的涂料组合物幕涂。
[0101]
表2.
[0102][0103]
如表2所示，可通过改变填料含量和填料平均尺寸(1.4微米和3.2微米)，调整gurley孔隙度值介于29秒与955秒之间。其它可调性方面包括改变粘合剂含量、涂料附加重量和/或涂料粘度。
[0104]
实施例4
[0105]
前体垫被制备成包含直径13.0微米/长度19mm玻璃纤维以及含有50％聚丙烯酸胺聚合物和50％丙烯酸类胶乳的粘合剂树脂共混物的前体粘合剂。前体基重为2.1lb/100ft2且具有21％的loi。
[0106]
将前体各自用下表3概述的涂料组合物幕涂。
[0107]
表3.
[0108][0109]
每个经幕涂垫的caber断裂时间、gurley孔隙度和表面粗糙度都概述于上表3中。表面粗糙度使用具有2.5mm试验长度的sarrett sr400表面粗糙度试验机测量。如表3和图2所示，通过将流变改性剂浓度从0.2重量％增至0.28重量％(基于组合物的总干重)，caber断裂时间从0.6秒增至0.93秒。另外，通过增加涂料重量和流变改性剂浓度二者提高了gurley孔隙度。如图3所示，增加涂料重量和流变改性剂浓度还降低了表面粗糙度。
[0110]
实施例5
[0111]
前体垫被制备成包含直径13.0微米/长度19mm玻璃纤维和含有粘合剂树脂的前体粘合剂，粘合剂树脂是50％聚丙烯酸胺聚合物和50％丙烯酸类胶乳的共混物。前体基重为2.1lb/100ft2且具有21％的loi。
[0112]
将前体各自用下表4中概述的涂料组合物幕涂。
[0113]
表4.
[0114][0115]
表4示出用以3.6lb/100ft2的量涂覆的涂料组合物幕涂的丙烯酸类前体的拉伸强度在加工方向(205lb/3英寸宽)和横向(132lb/3英寸宽)二者上都显示出高拉伸强度。
[0116]
如图4所示，相比于利用更高涂料附加(估算4.1-6.1lb/100ft2)的常规经涂布饰面，实施例j的经涂布垫(以3.6lb/100ft2涂料重量)在md和cd上都显示出更高的拉伸强度。常规饰面的估算涂料渗透为饰面厚度的30-50％，而实施例j的估算涂料渗透为20-30％。
[0117]
将理解的是一般发明构思和相关联专利信息的范围不意图被限于在本文中显示和描述的具体示例性实施方案。从给出的公开内容中，本领域技术人员不仅将理解一般发明构思和其伴随优点，而且将明显发现所公开的方法和系统的各种变化和改良。因此，要求涵盖如属于一般发明构思和其任何等效物的精神和范围的所有这类变化和改良。