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您当前的位置： 用于改善隔音板性能的硼酸盐和硅酸盐涂料以及其制造方法与流程
2021-02-02 16:02:36|
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本公开大体上涉及一种用于隔音板的可固化涂料组合物、涂覆有本公开的可固化涂料组合物的隔音板以及其制造方法。更具体地，本公开涉及包括无机硼酸盐和硅酸盐粘合剂的可固化涂料，其中所述粘合剂是可溶于水的。
背景技术：
隔音板(或板材)是经专门设计的系统，旨在通过在室内空间(如房间、走廊、会议厅等)中吸收声音和/或减少声音传播来改善声学效果。虽然有许多类型的隔音板，但是常见的各种隔音板通常由矿物棉纤维、填料、着色剂和粘合剂构成，例如，如美国专利第1,769,519号中所公开的。这些材料，以及其它各种材料，可以用来提供具有所需隔音特性和其它特性(如颜色和外观)的隔音板。
为了制备板，通常将纤维、填料、填充剂、粘合剂、水、表面活性剂和其它添加剂组合以形成浆料并进行加工。纤维素纤维典型地呈再生新闻纸的形式。填充剂典型地是膨胀珍珠岩。填料可包括粘土、碳酸钙或硫酸钙。粘合剂可包括连接在一起以产生有助于将所有成分锁定到所需结构基质中的粘合系统的淀粉、乳胶和重组纸产品。
有机粘合剂，如淀粉，通常是为板提供结构粘着的主要粘合剂组分。淀粉是优选的有机粘合剂，因为除了其它原因之外，它相对便宜。例如，含有新闻纸、矿物棉和珍珠岩的板可以借助淀粉经济地粘合在一起。淀粉赋予板结构强度和耐久性两者，但其易受水分引起的问题的影响。水分会导致板软化和下垂，这在天花板上是不美观的，并且会导致板变弱。
一种用于解决由板中的水分引起的问题的方法是在板的背面涂覆基于三聚氰胺-甲醛树脂的涂料，所述涂料具有或不具有脲-甲醛组分。当这种基于甲醛树脂的涂料暴露于水分或湿气时，它往往会抵抗由向下下垂运动引起的背表面上的压缩力。
经固化的三聚氰胺-甲醛树脂在经适当固化时具有刚性和脆性的交联结构。这种刚性结构用以抵抗由向下下垂运动引起的背表面上的压缩力。然而，甲醛树脂往往会释放甲醛，这是一种已知的环境刺激物。
为了减少甲醛释放，添加了甲醛反应性材料，如脲，以清除游离甲醛。不利的是，这种小分子清除剂可以封端甲醛树脂的反应性基团，并且由此阻碍发生显著水平的交联。结果，从未形成所需的高度交联的聚合物结构。得到的涂料很脆弱，并且不会起到抵抗下垂的作用。
尽管有各种可商购的隔音板产品被归类为低挥发性有机化学品(voc)释放体，但是由于这些板中使用的各种甲醛释放组分的存在，这些产品仍会释放出可检测水平的甲醛。尽管在制造工艺中在热暴露期间产生的甲醛释放可能被排出到烟囱或热氧化器中，但所得产品仍将含有残留的甲醛，这部分甲醛可在安装后释放。甲醛释放的减少或这种释放的消除，将改善那些安装了隔音板的地方的室内空气质量，如包括学校、医疗设施或办公楼的公共建筑。
技术实现要素：
本公开的一个方面提供了一种经涂覆的纤维板，其包含包括背面和相对的正面的纤维板，所述相对的正面具有安置在所述板的至少一面上的固化涂层，所述固化涂层包含按干燥涂料的总重量计的约10至100重量％的无机粘合剂，其中所述无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
本公开的另一方面提供了一种涂覆纤维板的方法，所述方法包含提供包含背面和相对的正面的纤维板，以及在所述纤维板的至少一面上沉积第一涂层，所述第一涂层包含无机粘合剂，其中按干燥第一涂层的总重量计，所述无机粘合剂以在约10与100重量％之间的量存在，所述无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
本公开的另一方面提供了一种用于改善纤维板的抗下垂性的可固化涂料组合物，所述可固化涂料组合物包含按由其形成的干燥涂料的总重量计的约10至100重量％的无机粘合剂，其中所述无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
通过阅读下面的具体实施方式，本领域的普通技术人员将清楚其它方面和优点。虽然所述方法和组合物容易受到各种形式的实施例的影响，但是下文的描述包括具体实施例，应当理解，本公开是说明性的，并不旨在将本公开限制于本文所描述的具体实施例。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的实施例的具有涂料的经涂覆的板的透视图。
具体实施方式
本公开提供了一种经涂覆的纤维板，所述纤维板包括具有背面和相对的正面的纤维板以及安置在所述板的至少一面上的固化涂层，所述固化涂层包括以干燥涂料的总重量计的10至100重量％的无机粘合剂，其中所述无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
如本文所使用，术语“板”和“板材”应该被认为是可互换的。类似地，术语“纤维板”、“天花板材”和“隔音板材”应该被认为是可互换的。
如本文所使用，术语“涂料组合物”和“涂层”应该被认为是可互换的，因为当涂层被施加或沉积在纤维板上时，涂层用于指代涂料组合物。如本文所使用，术语“干燥涂料”、“干燥涂层”或“固化涂层”可以互换使用，以指代在进行任何干燥和/或固化步骤之后在经涂覆的纤维板上的最终涂料。也就是说，可能已经存在于涂料组合物中的用于混合本公开的无机粘合剂的任何水性溶剂，如水等，已经通过加热、化学固化或适合于干燥经涂覆的纤维板的任何其它方法来蒸发或脱水。
有利地，当与未涂覆的纤维板以及具有仅包括(一种或多种)金属硅酸盐粘合剂(即，无机粘合剂不包括硼酸盐)的涂料的纤维板相比时，本公开的经涂覆的纤维板表现出显著降低的下垂，并且相对于具有工业标准甲醛涂料的成品纤维板，至少具有相似的(即使没有改善)的抗下垂性。
任选地，涂层基本上不含甲醛并且基本上不含(一种或多种)有机聚合粘合剂。类似地，在实施例中，无机粘合剂基本上不含甲醛并且基本上不含(一种或多种)有机聚合粘合剂。有利地，当本公开的经涂覆的纤维板的(一个或多个)涂层基本上不含甲醛和/或有机聚合粘合剂时，即使与已知的不含甲醛涂料相比，它们也具有降低的甲醛释放风险。特别地，用于隔音板的不含甲醛涂料通常包括有机聚合粘合剂。某些有机聚合粘合剂固有地含有、散发、释放或产生可检测和可计量水平的甲醛。因此，即使甲醛可能不是如隔音板的涂料中所使用的有机聚合粘合剂的组分，但由于许多原因，包括例如有机聚合粘合剂的降解，板仍可能散发、释放或产生甲醛。在其中本公开的涂料组合物基本上不含有机聚合粘合剂的实施例中，涂料组合物和经涂覆的纤维板并不含有或散发与此类有机聚合粘合剂的分解相关的甲醛。
或者，在实施例中，涂层包括额外粘合剂，包括但不限于有机聚合粘合剂。
如本文所使用，“基本上不含甲醛”是指涂层和/或粘合剂不是由甲醛或产生甲醛的化学物质制成的，并且在正常使用条件下不会散发甲醛。术语“基本上不含甲醛”可以进一步定义为不含有意或故意添加的甲醛，使得涂料组合物中可存在偶然或背景量的甲醛(例如，小于100ppb)。表面处理和背涂料中包括的某些添加剂，如湿态防腐剂或杀生物剂，可以散发、释放或产生可检测和可计量水平的甲醛。因此，即使甲醛可能不是在隔音板中使用的故意添加的组分，但由于许多原因，包括例如杀生物剂的降解，板仍可能散发、释放或产生甲醛。
涂料组合物中存在的甲醛量可以根据astmd5197通过在湿润的markes微室中将干燥的涂料样品加热至115℃，并且然后使用2,4-二硝基苯肼(dnph)盒在受控条件下收集释放物来测定。在暴露之后，用乙腈洗涤dnph盒，将乙腈洗液稀释至5ml体积，并且通过液相色谱法分析样品。结果以μg/mg的涂料样品报告，并与对照样品进行比较。在一系列重要测试中，对照样品的实验误差范围内的样品显然基本上不含甲醛。
如本文所使用，“基本上不含有机聚合粘合剂”是指无机粘合剂不含有机聚合粘合剂，并且包括无机粘合剂的涂料组合物也不含大量故意添加的有机聚合粘合剂。因此，偶然或背景量的有机聚合物粘合剂(例如，小于约100ppb)可存在于根据本公开的涂料组合物中(例如，从板芯材料中浸出的)，并且在本公开的范围内。如本文所使用，“有机聚合粘合剂”包括有机聚合物和低聚物，并且还包括可原位聚合(有或没有固化)以形成有机聚合物的有机单体。
本公开进一步提供了涂覆纤维板的方法，和用于改善纤维板的抗下垂性的可固化涂料组合物。
无机粘合剂
通常，本公开的无机粘合剂包括可固化硼酸盐和金属硅酸盐化合物，它们连接在一起以形成粘合体系，所述粘合体系有助于将所有涂料组合物成分保留在所需结构基质中。无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合。根据本公开的无机粘合剂是可溶于水的。通常，在干燥过程中，由于溶剂的蒸发和/或由于粘合剂介质的物理和/或化学反应，涂料从液态变为固态[《涂料百科辞典(coatingsencyclopedicdictionary)》，s.lesota编，涂料技术协会联合会(federationofsocietiesforcoatingstechnology)，宾夕法尼亚州蓝铃市(bluebell,pa.)，1995]。
本公开的无机粘合剂包括硼酸盐。任何可溶于水的硼酸盐和其组合被认为是适合于本公开的涂料组合物。合适的硼酸盐包括例如偏硼酸钠、四硼酸钠、四硼酸钾、五硼酸钾、五硼酸铵、十水合硼砂、氧化硼、硼酸锂以及其组合。在实施例中，硼酸盐选自由以下组成的组：偏硼酸钠、四硼酸钠、四硼酸钾、五硼酸钾、五硼酸铵、十水合硼砂、氧化硼、硼酸锂以及其组合。硼酸盐可以是无水硼酸盐或水合硼酸盐。例如，根据本公开，包括四硼酸钠的无机粘合剂涵盖包括无水四硼酸钠、五水合四硼酸钠或其混合物的无机粘合剂。
本公开的无机粘合剂进一步包括金属硅酸盐。任何可溶于水的金属硅酸盐和其组合可包括在本公开的涂料组合物中。在实施例中，金属硅酸盐选自由以下组成的组：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合。特定的金属硅酸盐包括但不限于硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸镁、硅酸钙、硅酸铍以及其组合。在实施例中，金属硅酸盐是碱土金属硅酸盐。在实施例中，碱土金属硅酸盐选自由以下组成的组：硅酸镁、硅酸钙、硅酸铍以及其组合。在实施例中，金属硅酸盐是碱金属硅酸盐。在实施例中，碱金属硅酸盐选自由以下组成的组：硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂以及其组合。在实施例中，碱金属硅酸盐包括硅酸钠。
硅酸钠溶液也可称为“水玻璃”，并且其标称分子式为na2o(sio2)x。可商购的硅酸钠溶液的sio2:na2o的重量比在约1.5至约3.5的范围内。所述比率代表各种分子量硅酸盐物种的平均值。合适的硅酸钠溶液的sio2:na2o的重量比在约1.5至约3.5、约2至约3.2、约2.5至约3.2的范围内，例如约2.5、约2.6、约2.7、约2.8、约2.9、约3.0、约3.1或约3.2。在实施例中，硅酸钠溶液的sio2:na2o的重量比可在约3.0至约3.2的范围内。
包含硼酸盐以及碱金属和/或碱土金属硅酸盐的涂料组合物具有可用于涂料应用中的物理和化学特性，其中金属硅酸盐典型地以水溶液/分散体形式提供。当将硼酸盐和硅酸盐溶液/分散体作为薄涂料施加到纤维板上时，所述硼酸盐和硅酸盐溶液/分散体干燥以形成具有以下一项或多项优点的涂料：低成本、不易燃、耐热温度高达3000℉(约1650℃)、抗下垂、无味、无毒。
在实施例中，无机粘合剂包括硅酸钠和四硼酸钠。
任选地，根据本公开的涂料基本上不含额外粘合剂。也就是说，在实施例中，涂料基本上不含非硼酸盐粘合剂、基本上不含非碱金属硅酸盐粘合剂以及基本上不含非碱土金属硅酸盐粘合剂。如本文所使用，“基本上不含非硼酸盐”、“基本上不含非碱金属硅酸盐”和“基本上不含非碱土金属硅酸盐”是指所述涂料不含有大量故意添加的非碱金属硅酸盐粘合剂、非碱土金属硅酸盐粘合剂或非硼酸盐粘合剂(例如，以干燥涂料的总重量计，小于3重量％、小于2重量％或小于1重量％可存在于涂料中，并且在本公开的范围内)。因此，在实施例中，根据本公开的无机粘合剂可以由一种或多种硼酸盐、碱金属硅酸盐、碱土金属盐以及其组合组成或基本上由其组成。
根据本公开的涂料组合物或涂层中的无机粘合剂的量不受特别限制。按干燥涂料的总重量计，无机粘合剂可以以在约10重量％至约100重量％、约25重量％至约75重量％、约40重量％至约60重量％或约30重量％至约50重量％范围内的量存在，例如约10、15、20、22、25、27、30、32、35、37、40、42、45、47、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100重量％。
无机填料
任选地，根据本公开的经涂覆的纤维板的涂层和/或涂料组合物可以包括无机填料。通常，可以添加任何无机固体、惰性矿物或类矿物材料作为无机填料。
合适的矿物和类矿物填料包括例如粘土(例如高岭粘土或膨润土)、云母、沙子、硫酸钡、二氧化硅、滑石、氧化镁、橄榄石、白云石、透闪石、硬硅钙石、蛭石、石膏、珍珠岩、石灰石(方解石或文石)、菱镁矿、硅灰石、氧化锌、硫酸锌、空心珠、膨润土盐、飞灰、底灰、煤灰、钢渣、铁渣、石灰石渣、沸石以及其组合。在实施例中，填料选自由以下组成的组：粘土、云母、沙子、硫酸钡、二氧化硅、滑石、氧化镁、橄榄石、白云石、透闪石、硬硅钙石、蛭石、石膏、珍珠岩、石灰石(方解石或文石)、菱镁矿、硅灰石、氧化锌、硫酸锌、空心珠、膨润土盐、飞灰、底灰、煤灰、钢渣、铁渣、石灰石渣、沸石以及其组合。在实施例中，填料包含碳酸钙。在实施例中，填料包括碳酸钙和高岭粘土。
无机填料的粒度不受特别限制，只要所述粒度不会不利地影响涂料的无机粘合剂的粘结特性即可。在实施例中，无机填料的粒度可以在约1μm至约200μm、约10μm至约100μm或约25μm至约75μm的范围内。例如，无机填料的粒度可以为约1、约5、约10、约15、约20、约25、约30、约40、约50、约60、约70、约75、约80、约85、约90、约100、约110、约120、约130、约140、约150、约160、约170、约180、约190或约200μm。
无机填料与无机粘合剂不同。因此，在实施例中，无机填料基本上不含硼酸盐、碱金属硅酸盐和碱土金属硅酸盐。如本文所使用，“基本上不含硼酸盐”、“基本上不含碱金属硅酸盐”和“基本上不含碱土金属硅酸盐”是指无机填料不含有大量故意添加的硼酸盐，例如，偏硼酸钠、四硼酸钠、十水合硼砂、氧化硼或硼酸锂；大量故意添加的碱金属硅酸盐，例如，硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂；或大量故意添加的碱土金属硅酸盐，例如，硅酸镁、硅酸钙或硅酸铍。因此，偶然或背景量(例如，按干燥涂料的总重量计，小于3重量％、小于2重量％或小于1重量％)的硼酸盐和金属硅酸盐可存在于无机填料中，并且在本公开的范围内。包含玻璃和粘土的无机填料可包括硅酸铝和/或硼硅酸铝，并且在本公开的范围内。
根据本公开的涂料组合物或涂层中的无机填料的量不受特别限制。在实施例中，无机填料可以以至多约90重量％的量包括在内。例如，按干燥涂料的总重量计，无机填料可以以在约10重量％至约90重量％、约25重量％至约75重量％、约40重量％至约60重量％或约30重量％至约50重量％范围内的量包括在内，例如，约5、约10、约15、约20、约22、约25、约27、约30、约32、约35、约37、约40、约42、约45、约47、约50、约55、约60、约65、约70、约75、约80、约85或约90重量％。
涂料组合物和涂层可以任选地进一步包括一种或多种组分，如分散剂、颜料、表面活性剂、ph调节剂、缓冲剂、粘度调节剂、稳定剂、消泡剂、流动调节剂以及其组合。
在实施例中，涂料组合物包括一种或多种分散剂。合适的分散剂包括例如焦磷酸四钾(tkpp)(fmc公司)；聚羧酸钠，如
任选地，涂料组合物和涂层可进一步包括少量组分以赋予涂料增强的耐水性。例如，赋予增强耐水性的组分可以约3重量％或更小、约2重量％或更小或约1重量％或更小的量包括在涂料组合物和/或涂层中。赋予增强耐水性的合适组分包括例如赋予涂料疏水性的硅氧烷。合适的硅氧烷包括但不限于聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷以及其组合。
可固化涂料组合物可通过使用常规混合技术掺合无机粘合剂和其它任选组分(例如无机填料)来制备。典型地，涂料颗粒或固体悬浮在水性载体中。典型地，将包括硼酸盐和金属硅酸盐的(一种或多种)无机粘合剂以及任选地无机填料添加到水性载体中并与之混合，然后为根据干燥重量％按降序排列的其它任选组分。然后可以将涂料组合物沉积在纤维板上以形成涂层。
或者，可通过将无机粘合剂和如果存在的无机填料逐步沉积到纤维板上来制备涂层。在此类实施例中，添加无机粘合剂并与水性载体混合，然后与如上文所描述的其它任选组分混合，以形成粘合剂分散体。类似地，可以添加无机填料并与水性载体混合，然后与如上文所描述的其它任选组分混合，以形成填料分散体。然后可以将粘合剂分散体和填料分散体逐步沉积在纤维板上。例如，在一些实施例中，将粘合剂分散体沉积在纤维板上，然后沉积填料分散体。在另一个实施例中，将填料分散体沉积在纤维板上，然后沉积粘合剂分散体。
本公开的涂料组合物的固体含量，即粘合剂分散体和/或任选的填料分散体，可以以在特定应用中切实可行而尽可能高。关于所用液体载体的选择和用量的限制因素是用所需量的固体获得的粘度。喷涂是对粘度最敏感的，而其它沉积方法则不那么敏感。以在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，涂料组合物的固体含量的有效范围为约15重量％或更多，例如约20重量％或更多、约25重量％或更多、约30重量％或更多、约35重量％或更多、约40重量％或更多或约45重量％或更多。也就是说，如本文所定义的涂料组合物的固体含量的有效范围包括典型地从最终干燥涂层蒸发的任何水性载体或溶剂，如水。或者或另外，按在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，涂料组合物的固体含量为约80重量％或更少、或约75重量％或更少、或约70重量％或更少。因此，涂料组合物的固体含量可以由针对涂料组合物的固体含量列举的上述任意两个端点限定。例如，涂料组合物的固体含量可以为约15重量％至约80重量％、约35重量％至约80重量％、约45重量％至约75重量％或约45重量％至约70重量％。
例如，按在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，包括60重量％的37.5％固体硅酸钠溶液、5重量％的四硼酸钠和35重量％的额外水的涂料组合物的固体含量为约27.5重量％，由100％无机粘合剂(即硅酸钠和四硼酸钠)构成。因此，当干燥和/或固化涂料时，按干燥涂料的总重量计，无机粘合剂占涂料的约100重量％。
在其中包括无机填料的另一个实例中，按在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，包括60重量％的37.5％固体硅酸钠溶液、5重量％的四硼酸钠、5重量％的高岭粘土、20重量％的碳酸钙和10重量％的额外水的涂料组合物的固体含量为约52.5重量％，由约27.5％的无机粘合剂(即硅酸钠和四硼酸钠)和约25％的无机填料(即高岭粘土和碳酸钙)构成。因此，当涂料干燥和/或固化时，按干燥涂料的总重量计，无机粘合剂占涂料的约52.4重量％，并且按干燥涂料的总重量计，无机填料占涂料的约47.6重量％。
因此，本公开提供了一种用于改善纤维板的抗下垂性的可固化涂料组合物，所述可固化涂料组合物包括按干燥涂料的总重量计的约10至约90重量％的无机粘合剂，其中所述无机粘合剂包含硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
任选地，按干燥涂料的总重量计，本公开的可固化涂料组合物可以进一步包括至多约90重量％的无机填料，其中无机粘合剂和无机填料不同。
纤维板
本公开进一步涉及涂覆有本公开的涂料组合物的板(例如隔音板、天花板材)。如图1示意性示出的，根据本公开的一个方面的经涂覆的板10包含具有背面30和正面40的板芯20。所述板任选地进一步包含与背面30接触的背层35，和/或与正面40接触的正层45。背涂层50被安置为例如与背面30或任选的背层35接触。任选地，另一前涂层60被安置在例如正面40或任选的正层45上。
背涂层50有利地抵消了潮湿条件下的重力下垂，因此将涂料施加到板芯20的背面30(或背层35，如果存在的话)。背面30可为在悬挂式天花板材系统中指向所述板上方的通风室的一面。经涂覆的板10可为用于减弱声音的隔音板。背面30可为在墙壁上设置隔音板的应用中指向板后面的墙壁的一面。
美国专利第1,769,519号中描述了一种用于生产板芯20的说明性程序。在一个方面，板芯20包含矿物棉纤维和淀粉。在本公开的另一个方面，淀粉组分可以是淀粉凝胶，其充当矿物棉纤维的粘合剂，如美国专利第1,769,519号、第3,246,063号和第3,307,651号中所公开。在本公开的另一个方面，板芯20可以包含玻璃纤维板。
本公开的经涂覆的板的板芯20还可以包括各种其它添加剂和试剂。例如，板芯20可以包括硫酸钙材料(如灰泥、石膏和/或硬石膏)、硼酸和六偏磷酸钠(shmp)。当制造隔音板材时，高岭粘土和瓜尔胶可代替灰泥和硼酸。
可以使用多种技术制备本公开的经涂覆的板的芯。在一个实施例中，板芯20通过湿法毡合或水毡合工艺制备，如美国专利第4,911,788号和第6,919,132号中所描述。在另一个实施例中，板芯20通过将淀粉和各种添加剂在水中组合和混合以提供浆料来制备。将浆料加热以蒸煮淀粉且产生淀粉凝胶，随后将淀粉凝胶与矿物棉纤维混合。凝胶、添加剂和矿物棉纤维的这种组合(称为“纸浆”)以连续工艺计量加入托盘中。计量加入纸浆的托盘的底部可以任选地含有背层35(例如，漂白纸、未漂白纸或牛皮纸背衬铝箔，下文称为牛皮纸/铝箔)，其用于帮助从托盘中释放材料，但还作为成品的一部分保留。纸浆的表面可以被图案化，并且含有纸浆的托盘可以随后被干燥，例如，通过将它们运输通过对流隧道式干燥器。然后，经干燥的产品或厚板可以被送入精整线，在精整线中，经干燥的产品或厚板可被切割成一定尺寸，以提供板芯20。然后，可以通过施加本公开的涂料组合物，将板芯20转变成本公开的板。在芯已经形成并干燥之后，优选地将涂料组合物施加到板芯20上。在又一个实施例中，板芯20是根据美国专利第7,364,015号中描述的方法制备的，所述美国专利通过引用的方式并入本文。具体地，板芯20包含隔音层，所述隔音层包含凝固石膏的互锁基质，其可以是整体层或可以是多层复合物。理想地，板芯20可以在常规石膏墙板生产线上制备，其中通过在传送带上浇铸水、煅烧石膏、发泡剂和任选地纤维素纤维(例如，纸纤维)、轻质骨料(例如，膨胀聚苯乙烯)、粘合剂(例如，淀粉、乳胶)和/或增强材料(例如，三偏磷酸钠))的混合物来形成隔音板前体的带状物。
在实施例中，板芯包含背片(例如，纸、金属箔或其组合)，其任选地涂覆有稀松布层(例如纸、织造或非织造玻璃纤维)；和/或致密层前体，其包含煅烧石膏并具有至少约35lbs/ft3的密度。在又一个实施例中，板芯20根据湿法毡合工艺制备。在湿法毡合工艺中，将包括矿物棉、膨胀珍珠岩、淀粉和少量添加剂的形成板的材料的水性浆料沉积在移动的筛网上，如长网造纸机或圆筒成形器。在长网造纸机的筛网上，通过重力使水性浆料脱水，并且然后任选通过真空抽吸，形成湿垫。湿垫在压辊之间被压至期望的厚度，以进一步脱水。在烘箱中干燥压制后的垫子，并且然后将其切割以形成隔音板。然后，可以通过施加本公开的涂料组合物，将板芯20转变成本公开的板。在芯已经形成并干燥之后，优选地将涂料组合物施加到板芯20上。
在另一个实施例中，板芯20可以包括一种或多种不含甲醛的杀生物剂作为防腐剂，如美国专利申请公开案2007/0277948a1中所描述，所述专利申请公开案通过引用的方式并入本文。合适的不含甲醛杀生物剂包括1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，可以
如先前所论述，根据本公开的经涂覆的板可以任选地包括背层35。大量材料可以用作背层35，包括未漂白纸、漂白纸、牛皮纸/铝箔等。阻燃背涂料任选地可以与漂白或未漂白纸背衬结合施加，以改善产品表面燃烧特征。阻燃背涂料可以包括多种组分，例如水、阻燃剂和杀生物剂。背层35还可用于改善抗下垂性和/或声音控制。另外，还可将填充涂料或多个填充涂料施加到背层35上。填充涂料可以包括各种组分，例如水、填料、粘合剂和各种其它添加剂，如消泡剂、杀生物剂和分散剂。通常，当使用填充涂料时，填充涂料典型地在本公开的金属硅酸盐涂覆之后施加。
本公开的涂料组合物适用于涂覆板，如纤维板(例如，隔音板或天花板材)的前面和/或背面。本公开的涂料组合物可以与本领域已知的并且通过本领域已知的方法制备的隔音板一起使用，包括通过水毡合方法制备的隔音板。例如，隔音板和其制备在例如美国专利第1,769,519号、第3,246,063号、第3,307,651号、第4,911,788号、第6,443,258号、第6,919,132号和第7,364,015号中描述，这些专利中的每一种都通过引用的方式并入本文。根据本公开使用的合适的商用天花板材包括例如购自美国伊利诺伊州芝加哥(chicago,ill)的usginteriors公司的radartm牌天花板材。radartm牌板材是一种水毡合矿渣棉或矿物棉纤维板，其厚度为5/8″并且组成如下：1-75重量％的矿渣棉纤维、5-75重量％的膨胀珍珠岩、1-25重量％的纤维素、5-15重量％的淀粉、0-15重量％的高岭土、0-80重量％的脱水硫酸钙、小于2重量％的石灰石或白云石、小于5重量％的结晶二氧化硅和小于2重量％的乙酸乙烯酯聚合物或乙烯乙酸乙烯酯聚合物。矿物棉纤维的直径在相当大的范围内变化，例如0.25至20微米，并且大多数纤维的直径在3至4微米的范围内。矿物纤维的长度在约1mm至约8mm的范围内。
涂覆纤维板的方法
本公开提供了一种涂覆纤维板的方法，所述方法包括提供具有背面和相对的正面的纤维板，以及在所述纤维板的至少一面上沉积涂层，所述涂层包括无机粘合剂，其中按干燥第一涂层的总重量计，所述无机粘合剂以在约10与100重量％之间的量存在，所述无机粘合剂包括硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。在实施例中，涂料沉积在纤维板的背面上以提供背涂料。如本文所使用，“背涂料”是指设置在天花板材或纤维板的背面上的硼酸盐和金属硅酸盐涂料。
在实施例中，经涂覆的纤维板包括一个包含根据本公开的无机粘合剂的涂层。在实施例中，经涂覆的纤维板包括至少2、3或4个涂层，至多8、9或10个涂层，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个包含根据本公开的无机粘合剂的涂层。本公开的每个涂层都包括无机粘合剂，其中按干燥涂层的总重量计，无机粘合剂以约10至100重量％的量存在，所述无机粘合剂包括硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述无机粘合剂是可溶于水的。
在其中至少第二涂层被施加到纤维板上的实施例中，涂覆方法进一步包括沉积与第一涂层接触或在第一涂层上方的第二涂层，所述第二涂层包括第二无机粘合剂，其中按干燥第二层的总重量计，所述第二无机粘合剂以在10与100重量％之间的量存在，所述第二无机粘合剂包括硼酸盐和选自由以下组成的组的金属硅酸盐：碱金属硅酸盐、碱土金属硅酸盐以及其组合，并且所述第二无机粘合剂是可溶于水的。
在其中施加多于两个涂层的实施例中，可以提供后续涂层，使得所述后续涂层与先前沉积的涂层接触或在其之上。也就是说，例如，第三涂层可以与第二涂层接触、第四涂层可以与第三涂层接触或者第五涂层可以与第四涂层接触。
在实施例中，第一和/或第二涂层以及沉积在其上的任何后续涂层(例如，第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九和/或第十涂层)可以任选地进一步包括无机填料，其中按干燥涂层的重量计，所述无机填料以至多约90重量％的量存在，并且无机粘合剂和无机填料不同。
在其中无机填料存在于涂层中的实施例中，本公开的方法可以进一步包括在沉积涂层之前，将无机粘合剂和无机填料混合以形成可固化涂料组合物。也就是说，可以将无机粘合剂和无机填料(如果存在的话)预先混合，并且因此可以同时沉积在混合物中。在其中无机填料存在于涂层中的其它实施例中，无机填料和无机粘合剂从无机粘合剂分散体和无机填料分散体逐步沉积。任选地，首先沉积无机填料，并且然后沉积无机粘合剂，并且与第一无机填料层接触。在不希望受理论束缚的情况下，据信沉积无机填料首先增强了填料在由硼酸盐和硅酸盐粘合剂交联/脱水形成的基质中的保留，并且进一步促进了硼酸盐和硅酸盐粘合剂的交联/脱水。在实施例中，分散剂可混合到可固化涂料组合物中，并且与无机粘合剂和无机填料同时沉积。当粘合剂和填料逐步沉积时，分散剂也可包括于无机粘合剂分散体和/或无机填料分散体中。
可以使用本领域技术人员容易知道和可获得的各种技术将涂料组合物施加到板，优选地纤维隔音板或天花板材基材的一个或多个表面上。此类技术包括例如无空气喷涂系统、空气辅助喷涂系统等。涂料可通过如辊涂、流涂、泛涂、喷涂、幕涂、挤出、刮涂以及其组合的此类方法来施加。可施加硼酸盐和金属硅酸盐涂料以使涂料重量按湿润计为约10g/ft2至约40g/ft2、约15g/ft2至约35g/ft2以及15g/ft2至约25g/ft2。水性涂料组合物可具有任何合适的固体含量，例如，在约15重量％至约80重量％、约35重量％至约80重量％、约45重量％至约75重量％或约45重量％至约70重量％的范围内。硼酸盐和金属硅酸盐涂料可由65％固体组合物施加，以使涂料重量按干燥计为约0.014lb/ft2(约6.5g/ft2)至约0.065lb/ft2(约29.3g/ft2)、约0.020lb/ft2(约9.8g/ft2)至约0.050lb/ft2(约22.8g/ft2)或约0.020lb/ft2(约9.8g/ft2)至约0.036lb/ft2(约16.3g/ft2)。在实施例中，硼酸盐和金属硅酸盐涂料可由45重量％的固体组合物施加，以使涂料重量按干燥计为约0.010lb/ft2(约4.5g/ft2)至约0.040lb/ft2(约18g/ft2)、约0.015lb/ft2(约6.8g/ft2)至约0.035lb/ft2(约15.8g/ft2)或约0.015lb/ft2(约6.8g/ft2)至约0.025lb/ft2(约11.3g/ft2)。在一个实施例中，将本公开的涂料组合物施加到板的背面30。在另一个实施例中，将本公开的涂料组合物施加到板的背层35。
在将本公开的可固化涂料组合物以预混合的可固化组合物的形式或通过逐步沉积无机粘合剂和任选的无机填料施加到板上之后，可以干燥或固化经涂覆的纤维板。如本文所使用，“固化”是指足以改变粘合剂特性的任何化学或形态变化，例如经由共价化学反应(例如，缩合反应)、氢键合等。经涂覆的纤维板可以在施加每个单独的涂层之后(例如，在无机粘合剂和无机填料的预混合组合物的单次沉积之后)，或者在已经施加所有涂层之后(例如，在无机粘合剂和无机填料的预混合组合物的多次沉积之后，或者在逐步添加含有无机粘合剂或无机填料的组合物之后)进行干燥。干燥纤维板有助于形成交联/脱水的固体硼酸盐和金属硅酸盐涂层。在实施例中，通过空气干燥将经涂覆的纤维板干燥。也就是说，使纤维板在不施加热或强制空气，在环境、室温条件下干燥。或者或另外，在实施例中，可以通过加热经涂覆的纤维板来干燥组合物。在不希望受理论束缚的情况下，据信加热可实现无机硼酸盐和硅酸盐粘合剂的固化和交联/脱水，从而增强硼酸盐和硅酸盐结构基质。此外，当存在无机填料时，据信加热可增强无机填料在硼酸盐和硅酸盐结构基质中的保留。干燥所得产品去除用作涂料组合物或其任一组分的载体的任何水，并且将无机硼酸硅酸盐粘合剂转化为能够为板提供增强的结构刚度的结构刚性网络。
当通过加热干燥经涂覆的纤维板时，加热的持续时间和温度将影响干燥速率、加工或处理的容易度以及经加热的基材的特性发展。在约100℃至约500℃(例如，约120℃、约150℃至约500℃、或约175℃至约400℃、或约200℃至约300℃、或约300℃至约500℃)下进行的持续约3秒至约15分钟的时段的热处理适合于干燥本公开的(一个或多个)经涂覆的纤维板。对于隔音板，合适的温度可以在约300℃至约500℃或约350℃至约450℃(约600至约800℉)的范围内。通常，进行加热直到达到至少约200℃至240℃(约390至约465℉)的涂料表面温度，因为这表明完全固化。在实施例中，所述方法包括将经涂覆的纤维板加热到至少约250℉(约120℃)、至少300℉(约150℃)、至少350℉(约175℃)、至多约400℉(约205℃)、约450℉(约230℃)或约500℉(约260℃)的表面温度。
如果需要，干燥和固化功能可以在两个或更多个不同的步骤中进行。例如，可固化涂料组合物可以首先在足以基本上干燥但不能基本上固化组合物的温度下加热一段时间，并且接着在更高的温度下和/或更长的时段内进行第二次加热，以实现完全固化。此类称为“b-分阶段”的程序可以用于提供根据本公开的经涂覆的板。
在实施例中，方法进一步包括沉积化学固化层。除了干燥和/或热固化之外，或者甚至代替干燥和/或热固化，本公开的方法可以利用化学固化。化学固化可包括通过从溶液中沉淀不溶性金属硅酸盐化合物来沉积多价金属化合物或酸性溶液以形成固化硼酸盐和金属硅酸盐涂料，以提供固体层。在实施例中，(一个或多个)涂层可进一步用多价金属或酸的溶液涂覆。在其中逐步沉积无机粘合剂和任选的无机填料的实施例中，多价金属或酸可与无机填料和/或无机粘合剂一起提供并且与其同时沉积。在其中施加多个预混合涂层的实施例中，可以在每个涂层之间施加化学固化层。
在不希望受理论束缚的情况下，据信多价金属置换了无机网络的间隙空间中的任何单价阳离子(例如钠、锂或钾)，从而加速了固化并且形成了不溶性硅酸盐涂料。多价金属可以以二价和/或三价金属盐的形式提供。合适的多价金属包括但不限于be2+、mg2+、ca2+、sr2+、ba2+、zn2+、cu2+、fe2+、fe3+和al3+。在实施例中，多价金属包括金属盐，其具有选自由以下组成的组的阳离子：铍、镁、钙、锶、钡、锌、铜、铁、铝以及其组合。在实施例中，多价金属包括金属盐，其具有选自由以下组成的组的阳离子：钙、镁、锌、铜、铁、铝以及其组合。在实施例中，多价金属包括碱土金属盐，其具有选自由以下组成的组的阳离子：铍、镁、钙、锶、钡以及其组合。合适的盐包括硼酸盐、氯化物、碳酸盐、硫酸盐以及其组合。在实施例中，多价金属以氧化物、氢氧化物或其组合的形式提供。在不希望受理论束缚的情况下，据信可使用溶解较慢的化合物，例如碳酸盐、氧化物、氢氧化物等来提供稳定的配制物。
在其中酸用于化学固化的实施例中，酸可为任何酸，例如有机酸或矿物酸，包括但不限于选自由以下组成的组的有机酸和矿物酸：乙酸、硫酸、磷酸以及其组合。
在实施例中，按用于形成化学固化层的组合物的重量计(在任何干燥和/或固化步骤之前)，多价金属化合物或酸可以以任何合适的量存在于用于形成化学固化层的组合物中以增强(一个或多个)涂层的固化，例如以约5重量％至约30重量％、约10重量％至约25重量％或约15重量％至约20重量％的范围内的量，例如约5重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约25重量％或约30重量％。
在实施例中，用于化学固化的组合物可以进一步包括无机填料。合适的无机填料包括那些包括在涂层中的无机填料，例如粘土(例如高岭粘土或膨润土)、云母、沙子、硫酸钡、二氧化硅、滑石、氧化镁、橄榄石、白云石、透闪石、硬硅钙石、蛭石、石膏、珍珠岩、石灰石(方解石或文石)、菱镁矿、硅灰石、氧化锌、硫酸锌、空心珠、膨润土盐、飞灰、底灰、煤灰、钢渣、铁渣、石灰石渣、沸石以及其组合。
在实施例中，按用于形成化学固化层的组合物的重量计(在任何干燥和/或固化步骤之前)，无机填料可以以至多约50重量％、约5重量％至约45重量％、约10重量％至约40重量％、约15重量％至约25重量％的范围内的量存在于用于形成化学固化层的组合物中，例如约5重量％、约10重量％、约15重量％、约20重量％、约25重量％、约30重量百分比、约35重量％、约40重量％、约45重量％或约50重量％。
在实施例中，化学固化层包括氯化钙和无机填料，如粘土。
含多价金属化合物的固化组合物可以通过本领域已知的任何技术来施加，例如，无空气喷涂系统、空气辅助喷涂系统等。多价金属化合物涂料可通过如辊涂、流涂、泛涂、喷涂、幕涂、挤出、刮涂以及其组合的此类方法来施加。多价金属化合物的溶液，包括但不限于氯化钙、氯化镁以及其组合，可以喷涂到涂覆有可固化涂料组合物的热板上。在不希望受理论束缚的情况下，据信存在驱动化学固化反应完成所需的最小量的多价金属盐。用于驱动化学固化反应完成的多价金属盐的合适涂覆重量为按湿润或干燥计的至少约2.5mmol/ft2，或至少约5mmol/ft2。多价金属可以盐的形式沉积，涂覆重量(按干燥或湿润计)的范围为约2.5mmol/ft2至约35mmol//ft2、或约5mmol/ft2至约30mmol/ft2、约7mmol/ft2至约20mmol/ft2、或约9mmol/ft2至约15mmol/ft2。
任选地，在将多价金属化合物的溶液喷涂到板上之后，可以将板干燥并再次加热，例如，加热到100℉至600℉(约35℃至约315℃)、约200℉至约500℉(约90℃至约260℃)、约300℉至约400℉(约150℃至约205℃)范围内的温度，例如约100℉(约35℃)、约200℉(约90℃)、约300℉(约150℃)、约400℉(约205℃)、约450℉(约230℃)、约500℉(约260℃)、约550℉(约290℃)或约600℉(约315℃)，持续20秒至五分钟。或者，或与加热结合，在将多价金属化合物的溶液喷涂到板上之后，可以通过空气干燥来干燥板。
如根据astmc367m-09所测定的，本公开的经涂覆的板具有增强的抗永久变形性(抗下垂性)。
下垂测试-astmc367m-09
天花板材的下垂可以根据astmc367m-09进行测量。简单地说，将天花板材放置在模拟天花板网格的测试架中。在70℉(21℃)/50％相对湿度(r.h)下放置1小时后，测量在架中设置的板的几何中心的竖直位置，以测定产品的初始位置。在对板材板的初始位置进行测量后，将板材暴露于包含单个测试循环的各种环境条件下。特别地，在下面描述的实例中，在104℉(40℃)/50％相对湿度下12小时，然后在70℉(21℃)/50％相对湿度下12小时为一个循环，进行3次，在每个循环完成后测量中心位置。以两种方式报告下垂。“总移动”是通过在三个循环完成后获取天花板材的初始位置和板材的最终位置之间的竖直位置差来测定的。“最终位置”是通过获取板材的最终竖直位置来测定的。除非另有说明，否则，对于2′×4′板材的下垂，以英寸为单位列出。本公开的合适的板材表现出比未涂覆的板材更少的下垂，例如，小于约1.0英寸(约2.5cm)、或小于约0.8英寸(约2.0cm)、或小于约0.6英寸(约1.5cm)、或小于约0.5英寸(约1.3cm)、或小于约0.4英寸(约1.0cm)、或小于约0.3英寸(约0.75cm)、或小于约0.2英寸(约0.50cm)、或小于约0.1英寸(约0.25cm)的下垂。
给出前述描述仅为清楚理解，并且不应自其理解为不必要的限制，因为在本发明范围内的修改对于本领域普通技术人员可显而易知。
根据以下实例，可以更好地理解根据本公开的组合物、板和方法，这些实例仅仅是为了说明本公开的组合物、板和方法，并不意味着以任何方式限制本公开的范围。
实例
实例1-经涂覆的纤维板的制备
制备了一系列经涂覆的隔音天花板材，并对其抗下垂性进行了测试。除非另有说明，否则各实例中使用的所有天花板材都是购自美国伊利诺伊州芝加哥的usginteriors公司的radartm牌天花板材。radartm牌板材是一种水毡合矿渣棉或矿物棉纤维板，其厚度为5/8″并且组成如下：1-75重量％的矿渣棉纤维、5-75重量％的膨胀珍珠岩、1-25重量％的纤维素、5-15重量％的淀粉、0-15重量％的高岭土、0-80重量％的脱水硫酸钙、小于2重量％的石灰石或白云石、小于5重量％的结晶二氧化硅和小于2重量％的乙酸乙烯酯聚合物或乙烯乙酸乙烯酯聚合物。矿物棉纤维的直径在相当大的范围内变化，例如0.25至20微米，并且大多数纤维的直径在3至4微米的范围内。矿物纤维的长度在约1mm至约8mm的范围内。
切割天花板材并将其分成6”×24”的样品板。使用包括根据本公开的无机粘合剂的涂料组合物来涂覆一半样品板(实例1)，而使用含有碱金属硅酸盐但缺乏硼酸盐的比较涂料组合物来涂覆另一半样品板(比较实例1)。在将所有样品板辊涂以提供背涂料之后，将它们在550℉(约290℃)下干燥3分钟。
下表1中以水性涂料组合物的体积％和水性涂料组合物的相对应的重量％表示涂料组合物：
表1.水性涂料组合物
实例1的无机粘合剂包括五水合四硼酸钠和硅酸钠溶液(n硅酸钠溶液，3.22sio2:na2o，37.5％固体，宾夕法尼亚州福吉谷(valleyforge)的pq公司)。无机粘合剂与无机填料和分散剂结合施加。实例1的涂料组合物包括59％的37.5％固体硅酸钠溶液、2.20％的五水合四硼酸钠、20％的碳酸钙、5％的高岭粘土、0.20％的分散剂和13.6％的额外水。
因此，按在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，实例1的涂料组合物的固体含量为约49.3重量％，由24.3％的无机粘合剂(即硅酸钠和四硼酸钠)和25％的无机填料(即碳酸钙和高岭粘土)构成。因此，当干燥和/或固化涂料时，按干燥涂料的总重量计，无机粘合剂占涂料的约49.3重量％；并且按干燥涂料的总重量计，无机填料占涂料的约50.7重量％。
在比较实例1中，涂料组合物包括41％的37.5％固体硅酸钠溶液、40％的碳酸钙、5％的高岭粘土、0.20％的分散剂和13.8％的额外水。
因此，按在任何干燥和/或固化步骤之前的总涂料组合物计，比较实例1的涂料组合物的固体含量为约60.4重量％，由约15.4％的无机粘合剂(即硅酸钠)和45％的无机填料(即碳酸钙和高岭粘土)构成。因此，当干燥和/或固化涂料时，按干燥涂料的总重量计，无机粘合剂占涂料的约25.5重量％；并且按干燥涂料的总重量计，无机填料占涂料的约74.5重量％。
在下表2中比较了按干燥涂料的总重量计的两种涂料的无机粘合剂和无机填料的量。
表2.干燥涂料组合物
在550℉(约290℃)下干燥3分钟后，用由15重量％的氯化钙和20重量％的粘土构成的化学固化层来涂覆板材，并在550℉(约290℃)下干燥30秒。
实例2-经涂覆的纤维板的抗下垂性测试
根据如上文所描述的astmc367m-09，使用用于每种涂料组合物的总共100个样品板来测试实例1的纤维板的下垂。下垂测试的结果显示在下表3中。
表3.抗下垂性数据
如表1所示，与涂覆有仅包含金属硅酸盐无机粘合剂的涂料的板相比，涂覆有根据本公开的具有包括硼酸盐和金属硅酸盐的无机粘合剂的涂料的板具有至少约35％(和至多约60％)的下垂降低。
因此，实例1和2表现了根据本公开的经涂覆的纤维板和其制造方法，以及用于改善纤维板的抗下垂性的可固化涂料组合物。此外，当与缺乏硼酸盐无机粘合剂的类似经涂覆的纤维板相比时，实例1和2表现了本公开的经涂覆的纤维板具有显著改善的抗下垂性。
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