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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-16
(45)【発行日】2023-06-26
(54)【発明の名称】高ノイズ低減係数、低密度音響タイル
(51)【国際特許分類】
   G10K 11/162 20060101AFI20230619BHJP
   B28B 1/26 20060101ALI20230619BHJP
   C04B 14/18 20060101ALI20230619BHJP
   C04B 14/46 20060101ALI20230619BHJP
   C04B 22/14 20060101ALI20230619BHJP
   C04B 24/38 20060101ALI20230619BHJP
   C04B 26/04 20060101ALI20230619BHJP
   E04B 1/86 20060101ALN20230619BHJP
【FI】
G10K11/162
B28B1/26 102
C04B14/18
C04B14/46
C04B22/14 B
C04B24/38 Z
C04B26/04 A
E04B1/86 T
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2020507581
(86)(22)【出願日】2018-08-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-10-22
(86)【国際出願番号】 US2018045919
(87)【国際公開番号】W WO2019032774
(87)【国際公開日】2019-02-14
【審査請求日】2021-08-04
(31)【優先権主張番号】15/674,707
(32)【優先日】2017-08-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】512127109
【氏名又は名称】ユーエスジー・インテリアズ・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ウェイ・スー
(72)【発明者】
【氏名】トーマス・エム・メーヤーズ
(72)【発明者】
【氏名】スコット・シー・バッケン
【審査官】西村 純
(56)【参考文献】
【文献】特表2011-503402(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0089014(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2017/0204604(US,A1)
【文献】特表2016-532785(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G10K 11/16-11/178
B28B 1/00- 1/54
C04B 14/00-14/48
C04B 22/00-26/32
E04B 1/86
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
響タイルを水フェルティングプロセスにより製造するプロセスであって、
水を含む水性スラリーと、無水ベースで、78重量%~80重量%のミネラルウール、8重量%~10重量%のパーライト、2重量%~4重量%のデンプンであって、ベースマット用のデンプン結合剤であるデンプン、6重量%~8重量%のラテックス、および0.5重量%~3重量%の石膏を含む原料と、を混合することと、
前記水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して、濾過ケーキを形成することと、
前記濾過ケーキを重力脱水し、次いで真空脱水して脱水濾過ケーキを作製し、次いで前記脱水濾過ケーキを15.9mm~22.2mm(5/8インチ~7/8インチ)の厚さにプレスすることを含む、前記濾過ケーキを脱水して、ベースマットを形成することと、
ここで前記脱水濾過ケーキを加圧ユニットでプレスして、前記脱水濾過ケーキの厚さを10%~50%減少させ、
前記ベースマットを乾燥させて、ノイズ低減係数(NRC)はASTM C423-17により決定され、0.70~0.75であり、176.2kg/m ~192.22kg/m (11ポンド/立方フィート(pcf)~12pcf)の密度、および15.9mm~22.2mm(5/8インチ~7/8インチ)の厚さを有する、ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットを生成することと、を含み、
前記水性スラリーおよび前記乾燥ベースマットが、ガラス繊維を含まず、
前記乾燥ベースマットが5重量%未満の水を含み、前記ラミネート層を伴わず、前記コーティングを伴わず、かつ前記穿孔を伴わず、250Hz、500Hz、1000Hz、および2000Hzの周波数での特定の表面の4種の音吸収係数の平均であり、ASTM C423-17により決定される0.70~0.75のノイズ低減係数(NRC)、176.2kg/m ~192.22kg/m (11ポンド/立方フィート(pcf)~12pcf)の密度、および15.9mm~22.2mm(5/8インチ~7/8インチ)の厚さを有する、プロセス。
【請求項2】
前記乾燥ベースマットに、5グラム/平方フィート(gsf)~40gsfの表面重量のコーティングを前記音響タイルの背面に適用することをさらに含み、前記音響タイルが、30~35のCAC定格を有する、請求項に記載のプロセス。
【請求項3】
前記乾燥ベースマットに、5gsf~40gsfの表面重量のコーティングを前記音響タイルの表面に適用することをさらに含む、請求項に記載のプロセス。
【請求項4】
前記乾燥ベースマットが、前記ミネラルウール、前記パーライト、前記デンプン、前記ラテックス、および5重量%未満の水からなる、請求項に記載のプロセス。
【請求項5】
響タイルを水フェルティングプロセスにより製造するためのプロセスであって、
水を含む水性スラリーと、無水ベースで、78重量%~80重量%のミネラルウール、8重量%~10重量%のパーライト、2重量%~4重量%のデンプン、6重量%~8重量%のラテックス、0.5重量%~3重量%の石膏、および0.5重量%~10重量%のガラス繊維を含む原料と、を含む、水性スラリーを混合することと、
前記水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して、濾過ケーキを形成することと、
前記濾過ケーキを重力脱水し、次いで真空脱水して脱水濾過ケーキを作製し、次いで前記脱水濾過ケーキを12.7mm~25.4mm(1/2インチ~1インチの厚さにプレスすることを含む、前記濾過ケーキを脱水して、ベースマットを形成することと、
ここで前記脱水濾過ケーキを加圧ユニットでプレスして、前記脱水濾過ケーキの厚さを10%~50%減少させ、
前記ベースマットを乾燥させて、0.75以上のノイズ低減係数(NRC、160.18kg/m~192.22kg/m(10pcf~12pcf)の密度、および12.7mm~25.4mm(1/2インチ~1インチ)の厚さを有する、ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットを生成することと、を含
前記乾燥ベースマットが5重量%未満の水を含み、前記ラミネート層を伴わず、前記コーティングを伴わず、かつ前記穿孔を伴わず、250Hz、500Hz、1000Hz、および2000Hzの周波数での特定の表面の4種の音吸収係数の平均であり、ASTM C423-17により決定される0.75以上のノイズ低減係数(NRC)、160.18kg/m ~192.22kg/m (10pcf~12pcf)の密度、および12.7mm~25.4mm(1/2インチ~1インチ)の厚さを有する、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、高ノイズ低減係数(NRC)、低密度音響タイルおよびパネル(例えば、天井タイル)、ならびに従来の湿潤フェルトラインでの製造方法に関する。より具体的には、ミネラルウールを使用する湿潤フェルト製造プロセスを用いて、約0.70以上のNRCを達成するために穿孔、コーティング、および/またはラミネーティングを必要としない滑らかな表面乾燥ベースマットを生成する。さらに、乾燥ベースマットに背面コーティングを適用すると、約30~約35の天井減衰等級(CAC)定格を達成することができる。
【背景技術】
【0002】
ミネラルウールおよび軽量骨材の希釈水性分散液の水フェルティングは、音響タイルまたはパネルを製造するためのよく知られた商業プロセスである。このプロセスでは、ミネラルウール、軽量骨材、セルロース繊維、結合剤、および他の所望の成分の水性スラリーが、脱水のために、FourdinierまたはOliverマット成形機などの可動有孔支持ワイヤに流される。スラリーは、最初に重力により脱水され、次に真空吸引手段により脱水されて、ベースマットを形成し得る。次に、湿潤ベースマットを(追加の真空の適用を伴って、または伴わずに)ロールと支持ワイヤの間で所望の厚さまでプレスして、追加の水分を除去する。湿潤ベースマットは、加熱された対流式乾燥オーブンで乾燥され、乾燥した材料を所望の寸法に切断し、割れ目を作り、および/または穿孔して、音響吸収性を付与し、任意選択的に塗料などで表面コーティングされて、音響タイルおよびパネルを生成する。
【0003】
ミネラルウール音響タイルは、優れた音吸収性を提供するために必然的に非常に多孔性である。米国特許第3,498,404号、同第5,047,120号、および同第5,558,710号(これらのすべては、参照により全体が本明細書に組み込まれる)に教示されているように、音吸収特性を改善するために、かつ軽量の音響タイルまたはパネルを提供するために、ミネラルウール繊維もまた、組成物に組み込まれている。
【0004】
参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,964,934号は、ミネラルウール、膨張パーライト、セルロース繊維、および任意選択的に水フェルトプロセスにおける二次結合剤の供給において、その保水性を低減して、音響タイル製品を生成するために、シリコーン化合物で処理される膨張パーライトの使用を教示している。
【0005】
音響タイル組成物は、結合剤を含有する必要があり、これは、典型的にはデンプンを用いている。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,911,818号および同第5,964,934号は、組成物の15重量%ほどがデンプンであり得るが、6~7重量%がより通常使用されることを示唆している。
【0006】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,250,153号は、音響タイル組成物のためのラテックス結合剤の使用を記載しており、この用途のために多種多様なラテックス結合剤が提案されている。
【0007】
その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,855,753号は、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂などの湿潤強度樹脂を使用して従来のデンプン結合剤を置き換え、得られた組成物を水フェルトプロセスでより効率的に音響タイルおよびパネルに製作され得ることを示唆している。
【0008】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開番号第2004/209071A1号は、1つ以上の充填剤、1つ以上の結合剤、および水および亜鉛ピリチオンを含む音響パネル製造用スラリー組成物を開示する。
【0009】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2005/191465A1号は、耐衝撃性が改善され、優れた音吸収値を有する耐酷使性キャスト音響タイルを開示している。音響タイルは、キャスティングプロセスで湿潤パルプの表面に凝集粒子が適用されており、粒子はロールおよび/またはスムージングプレートで圧縮することによりパルプに埋め込まれる。
【0010】
ノイズ低減係数(NRC)は、特定の表面に衝突したときに吸収される音響エネルギーの量のスケール表現であり、NRC値0は、完全な反射を示し、1のNRCは、音響エネルギーの完全な吸収を示す。NRC値は、250HZ、500HZ、1000HZ、および2000HZの周波数での特定の表面の4種の音吸収係数の平均であり、これは、典型的な人間の話し声の範囲を網羅する。ASTM C423-17に準拠した実験室での材料の実験室試験では、典型的な設置の場合のように、サンプルの表面のみが音エネルギーに曝される。状況によっては、1を超えるNRCが得られる場合があるが、これは回折/エッジによる領域影響による試験方法の結果である。
【0011】
天井減衰等級(The Ceiling Attenuation Class)(CAC)定格では、ある部屋の天井から共通のプレナムを介して隣接する部屋に音が伝達されるときに失われる音の量を定量化している。より高いCAC定格は、天井システムがより少ない音の伝達を可能にすることを示している。CACは、試験標準ASTM E1414-16を使用して測定され、この中では、音源の部屋および隣接する部屋の音レベルで測定される。
【0012】
また、低密度製品を製造するために、組成物のストックフローを低下させることにより、水フェルトプロセスを使用してより高いNRC製品を製造する試みもあったが、これらの試みは、従来のパネルと比較できる密度を有するが、低減された製品厚さの製品を製造したのみであった。
【0013】
Englertへの米国特許第7,862,687号は、生産方法を変更して湿潤ベースマットのプレスを排除し、脱水に真空のみを利用することによってのみ達成される0.80~0.95の高いNRCを有する音響タイル組成物を開示している。
【発明の概要】
【0014】
一般に、本発明は、ミネラルウール、パーライト、ラテックス、任意選択的にデンプン、および任意選択的に石膏を含む音響タイルを生成するための乾燥ベースマット(すなわち、穿孔、ラミネート、またはコーティングを施す前)を提供し、約0.70以上(好ましくは0.80より大きい)のNRC、約10ポンド/平方フィート(pcf)~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有して提供される。必ずしも表面コーティング、表面ラミネート、または表面穿孔ではなく、背面コーティングにより、約30~約35のCAC評価を達成することができる。本発明の音響タイルの製造方法は、湿潤ベースマットを生成するために使用されるスラリーの量と脱水中に湿潤ベースマットに加えられる圧力は、乾燥ベースマットの所望の密度を達成するために制御される従来の生産方法に従っている。結果として、所望の音響的および機械的特性を達成するために、スリッティング、パンチング、コーティング、および/またはラミネーティングの追加の処理工程を必要としない、滑らかな表面を有する乾燥ベースマットが達成される。
【0015】
その製品に関して、本発明の音響タイルは、
約70重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏と、
5重量%未満の水と、を含む乾燥ベースマットを備え、乾燥ベースマットが、ガラス繊維を含まず、
ラミネート層またはコーティングがなく、かつ穿孔がない乾燥ベースマットが、約0.70以上のNRC、約10PCF~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する。任意選択的に、音響タイルには、次の表面処理の1つ以上がない:ラミネーティング、表面コーティング、背面コーティング、および穿孔。
【0016】
水フェルティングプロセスでそのような音響タイルを製造するプロセスは、水を含む水性スラリーと、無水ベースで、
約70重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏とを含む原料と、を混合することであって、
水性スラリーが、ガラス繊維を含まない、混合することと、
水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して濾過ケーキを形成することと、
濾過ケーキを約1/2インチ~約1インチの厚さにプレスすることを含む濾過ケーキを脱水してベースマットを形成することと、
ベースマットを乾燥して、約0.70以上のNRC、約10pcf~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、ラミネート層またはコーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない乾燥ベースを生成することと、を含み、水性スラリーおよび乾燥ベースマットは、ガラス繊維を含まない。任意選択的に、音響タイルには、次の表面処理の1つ以上がない:ラミネーティング、表面コーティング、背面コーティング、および穿孔。
【0017】
本発明の別の態様は、乾燥ベースマットを備える音響タイルを提供し、乾燥ベースマットが、
約60重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏と、
約0.1重量%~約10重量%のガラス繊維と、
5重量%未満の水と、を含み、
ラミネート層またはコーティングがなく、かつ穿孔がない乾燥ベースマットが、約0.75以上のNRC、約10ポンド/平方フィート(pcf)~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する。任意選択的に、音響タイルには、次の表面処理の1つ以上がない:ラミネーティング、表面コーティング、背面コーティング、および穿孔。
【0018】
水フェルティングプロセスでそのような音響タイルを製造するプロセスは、
水を含む水性スラリーと、無水ベースで、
約60重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏と、
約0.1重量%~約10重量%のガラス繊維とを含む成分と、を混合することと、
水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して濾過ケーキを形成することと、
濾過ケーキを約1/2インチ~約1インチの厚さにプレスすることを含む濾過ケーキを脱水してベースマットを形成することと、ベースマットを乾燥して、約0.75以上のNRC、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、ラミネート層またはコーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない乾燥ベースマットを生成することと、を含む。
【0019】
本発明の利点は、実施例および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明の検討から、当業者に明らかになるであろう。しかしながら、本発明は、様々な形態の例を受け入れることができるが、以下に説明するのは本発明の具体例であり、本開示は例示を意図したものであり、本明細書に記載される特定の例に本発明を限定することを意図するものではないことに留意されたい。
【0020】
特許請求の範囲への均等論の適用を制限する試みとしてではなく、少なくとも本明細書で使用されるように、「約」という用語によって修正される各数値パラメータは、少なくとも報告された有効数字の数および通常の丸め手法の適用を考慮して解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本発明の音響天井タイルを示す。
図2】本発明の音響タイルを作製するための水フェルトラインを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本明細書で使用されるすべてのパーセンテージおよび比は、特に明記しない限り、重量による(すなわち、重量%)。
【0023】
図1は、背面20と、天井タイル10が設置される部屋の内側に向かって位置決めされる表面である面30(上部と称されることもある)と、厚さ40と、を有する、本発明の音響天井タイル10を示す。
【0024】
図2は、本発明の乾燥ベースマット160および音響タイルを作製するための水フェルトライン50を概略的に示す。図2に示すように、プロセスでは、組成物の水性スラリー60は、撹拌保持タンク70(当技術分野ではヘッドボックスとも称される)から可動有孔支持ワイヤ80に流され、そこで、最初に重力脱水ユニット100の重力により、次に真空脱水ユニット110の真空により脱水される濾過ケーキ90を形成する。可動有孔支持ワイヤ80の速度および撹拌された保持タンク70から流れる水性スラリー60の量は、約10pcf~約12pcfの最終密度を達成するように調整されるべきである。前述のパラメータは、当業者には明らかなように、機械ごとに異なり得る。
【0025】
次に、脱水ケーキ120を加圧ユニット130(例えば、加圧ロール)で加圧して、脱水ケーキ120の厚さを、約10%~約50%、または好ましくは10%~25%、約1/2インチ~約1インチの厚さまで減少させてベースマット140を形成する。プレス工程は、ベースマット140をさらに脱水する。次に、ベースマット140は、乾燥キルン150に送られ、そこでベースマット中の水分が5重量%未満、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1重量%未満に低減され、乾燥ベースマット160が生成される。
【0026】
任意選択的に、乾燥機150に導入する前に、真空脱水ユニット(図示せず)でベースマット140をさらに脱水してもよい。次に、乾燥ベースマット160をブレード170により切断して、音響タイル用の切断シート180を形成する。
【0027】
本発明の利点は、乾燥ベースマット160が、表面コーティング、背面コーティング、またはラミネートを追加するなどの任意のさらなる処理の前に0.70を超えるNRCを達成することである。さらに、必ずしも表面コーティング、表面ラミネート、または表面穿孔ではなく背面コーティングにより、約30~約35のCAC定格を達成することができる。したがって、本発明の音響タイルは、表面コーティング、表面ラミネート、および表面穿孔がない場合がある。
【0028】
音響タイルを生成するためのプロセスは、乾燥ベースマット160に、典型的には約1.5ミル~約2.0ミルの背面コーティングを適用して、CAC定格を改善する工程を含むことができる。背面コーティングの前に、乾燥ベースマット160を研磨するか、さもなければ紙やすり研磨して、比較的滑らかな表面を生成することができる。
【0029】
背面コーティング用の例示的なコーティングには、ラテックスベースのコーティングおよび樹脂ベースのコーティング(例えば、メラミンホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、または尿素ホルムアルデヒド樹脂などのホルムアルデヒドベースの樹脂)が含まれる。例示的なコーティングには、(1)炭酸カルシウム、粘土およびビニルラテックスを含むコーティング、(2)炭酸カルシウム、粘土、ビニルラテックス、およびガラスビーズを含むコーティング、(3)粘土スラリーを含むコーティング、または(4)粘土およびビニルラテックススラリーを含むコーティングなどが含まれる。コーティングは、約5グラム/平方フィート(gsf)~約40gsf、好ましくは約15gsf~約37gsf、より好ましくは約25gsf~約37gsfの表面重量(コーティングの乾燥重量に基づいて)を達成する量で適用することができる。
【0030】
必須ではないが、音響タイルを生成するためのプロセスは、NRCをさらに改善するために、乾燥ベースマット160に表面コーティングまたは表面ラミネートを適用する工程を含んでもよい。したがって、任意選択的に、本明細書に記載の乾燥ベースマット160は、業界では慣例である完成したパネルまたはタイルとしての結果として生じる音響タイルの光反射率および外観を改善するために、典型的には約1.5ミル~約2.0ミルの塗料状コーティングで表面コーティングすることができる。場合によっては、不織布繊維ガラススクリムのようなラミネート(固体層)も、乾燥ベースマットの表面に適用されてもよい。表面コーティングおよび/またはラミネーティングの前に、乾燥ベースマット160を研磨するか、さもなければ紙やすり研磨して、比較的滑らかな表面を生成することができる。
【0031】
本発明のさらなる利点は、乾燥ベースマット160が、穿孔および割れ目なしで0.70を超えるNRCを達成することである。したがって、本発明の音響タイルは、穿孔および割れ目がない場合がある。しかしながら、音響タイルの表面は、任意選択的に穿孔し、割れ目を作り、その音吸収性能をさらに向上させることができる。
【0032】
所望される場合、音響タイルを生成するためのプロセスは、十分に滑らかな乾燥ベースマット160をもたらし、そのプロセスは、研削または紙やすり研磨工程がなくてもよい。
【0033】
所望される場合、音響タイルを生成するためのプロセスは、研削または紙やすり研磨工程、表面コーティング工程、ラミネーティング工程、および穿孔または割れ目入れ工程のうちの2つ以上がなくてもよい。
【0034】
表1は、本発明の乾燥ベースマットの組成物および特性を列挙し、組成物は対応するスラリーの無水ベースであり、ガラス繊維がスラリーおよび乾燥ベースマット配合物に含まれない。ガラス繊維スクリムまたは他のラミネートなどのラミネートが乾燥ベースマットに追加される場合、ガラス繊維が結果の音響タイルに存在する可能性がある。
【0035】
表2は、本発明の乾燥ベースマットの組成物および特性を列挙し、組成物は対応するスラリーの無水ベースであり、ガラス繊維がスラリーおよび乾燥ベースマット配合物に含まれる。
【0036】
表1および2において、各「好ましい」範囲または「より好ましい」範囲は、個々に本発明の好ましい範囲またはより好ましい範囲である。したがって、任意の「好ましい」範囲を、対応する「使用可能範囲」に個別に置き換えることができる。同様に、「より好ましい範囲」は、対応する「使用可能な」範囲または対応する「好ましい」範囲を独立して置き換えることができる。しかしながら、テーブルのすべての好ましい範囲を一緒に使用することが望ましい。表のすべてのより好ましい範囲を一緒に使用することがより望ましい。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
ミネラルウール
開示された組成物は、音響タイルで従来使用されている種類のミネラルウールを含む。音響タイルのミネラルウールは、タイルの音吸収率(NRC)を増加させる。一般に、ミネラルウールの量が多いほど、音吸収性が向上する。ミネラルウールはまた、有利には、コアの形成中にスラリーにバルキングを与える。ミネラルウールは、ミネラル繊維、ミネラルコットン、ミネラル繊維、人工ミネラル繊維(MMMF)、および人工ガラス質繊維(MMVF)としても知られ、溶融ミネラル(またはスラグおよびセラミックなどの「合成鉱物」)を紡ぐまたは引いて形成される繊維材料の一般的な名前である。ミネラルウールは、玄武岩、花崗岩、または他のガラス質鉱物成分の溶融ストリームを減衰させることにより調製された従来の鉱物繊維のいずれでもよい。ミネラルウールは、一般にウール織物繊維と称されるオリフィスから直線的に引き出されるか、一般的にウール繊維と称される回転カップまたはロータの表面から接線方向に回収される。好ましくは、ミネラルウールは、スラグウールまたは玄武岩ウールである。スラグウールは、通常、高圧下で蒸気のジェットの作用によって溶融した高炉スラグから作製されたミネラルウールである。玄武岩繊維は、鉱物の斜長石、輝石、かんらん石で構成される玄武岩の非常に細い繊維から作られた材料である。乾燥ベースでは、ミネラルウール成分は、約70重量%~約90重量%、より好ましくは約75重量%~約85重量%、最も好ましくは約78重量%~約80重量%の範囲の量で本発明の製品およびプロセス中に存在する。ガラス繊維は、ミネラルウールではない。
【0040】
典型的には、玄武岩ウール繊維は、約5ミクロン~約10ミクロンの直径を有する。さらに、商業的に入手可能な玄武岩ウール繊維は、当技術分野ではショットと称される40%もの(例えば、約20%~約40%)の非繊維化材料を含む。典型的に、スラグウール繊維は、約2ミクロン~約5ミクロンの直径を有する。さらに、市販のスラグウール繊維は、約50%を超える(例えば、約30%~約60%)ショットを含むことができる。本明細書に記載の本発明の組成物および方法で使用されるミネラルウールは、一般に市販されている高濃度のショットを含むか、例えばミネラルウールを空気分級機に通すことによりショット濃度を下げることができる。
【0041】
結合剤
結合剤は、ラテックス、および任意選択的に、デンプンおよびそれらの混合物を含む。
【0042】
デンプンは、使用前に煮沸(cook)されてもよいか、またはされなくてもよい。デンプンゲルは、デンプン粒子を水に分散させ、デンプンが完全にまたは部分的に煮沸され、スラリーが粘性のあるゲルになるまでスラリーを加熱することにより調製することができる。しかしながら、従来のハイドロパルプ繊維が繊維の補足的な供給源として使用される場合、それらは煮沸する前にデンプンスラリーに組み込まれてもよい。デンプンスラリーの煮沸温度は、デンプン顆粒の所望の膨潤度を確保するために、厳密に監視する必要がある。デンプンの煮沸温度は、約160°F(71℃)~約195°F(90℃)の範囲である。デンプンは、ベースマットの乾燥プロセス中にゲルを形成するため、デンプンを事前に煮沸することなく結合剤として使用することもできる。デンプンは、好ましい結合剤である。
【0043】
デンプンの形での結合剤含有量の増加は、強度(MOR破壊係数(psi))および硬度を増加させ、完成タイル/パネルの切断性を高めるために使用することができる。乾燥ベースで、デンプンは、本発明の製品およびプロセスの0重量%~約10重量%、好ましくは約1重量%~約5重量%、より好ましくは約2重量%~約4重量%で存在する。
【0044】
ラテックスは、アクリル結合剤、ポリエステル結合剤、アクリロポリエステル結合剤、およびそれらの混合物を含んでもよい。
【0045】
乾燥ベースで、ラテックスは、本発明の製品およびプロセスの3重量%~約10重量%、好ましくは約5重量%~約9重量%、より好ましくは約6重量%~約8重量%で存在する。
【0046】
総結合剤(すなわち、ラテックスとデンプン、含まれる場合)は、乾燥ベースで、約7重量%~約13重量%、好ましくは約8重量%~約12重量%、より好ましくは約9重量%~約10重量%で本発明の製品およびプロセス中に存在する。例えば、デンプンが結合剤から除外される場合、ラテックスは、本発明の製品およびプロセス中に約7重量%~約10重量%で存在する。
【0047】
パーライト
開示された組成物の成分は、パーライトである。膨張パーライトは、低コストおよび性能のために好ましい。膨張パーライトは、完成製品に多孔性と「ロフト」を与え、音響特性を高める。
【0048】
パーライトは、黒曜石に似たガラス質の岩で、加熱すると大きく膨張する能力がある。パーライトは一般に、SiOを75重量%~65重量%を含有し、10重量%~20重量%のAl、2重量%~5重量%のHO、および少量のナトリウム、カリウム、鉄およびカルシウムの酸化物を含有する。膨張パーライトとは、あらゆるガラス岩、特に急速に加熱されている間に突然膨張したまたは「ポップ(popped)」した火山ガラスを指す。この「ポッピング」は一般に、粉砕されたパーライトの粒子が初期融合の温度に加熱されたときに発生する。粒子に含有される水は、蒸気に変換され、粉砕された粒子は膨張して、軽くふわふわした多泡性粒子を形成する。少なくとも10倍の粒子の体積増加が一般的である。膨張パーライトは一般に、パーライト構造と呼ばれる同心の回転楕円形の亀裂のシステムによって特徴付けられる。様々な種類のパーライトは、軟化点、膨張の種類および程度、気泡のサイズおよび気泡間の壁厚、ならびに製品の多孔率などの特性に影響を与えるガラスの組成のばらつきによって特徴付けられる。
【0049】
膨張パーライトを調製する従来のプロセスでは、パーライト鉱石は、最初に細かいサイズに研磨される。細かく研磨されたパーライト鉱石をパーライト膨張剤の加熱空気に導入することにより、パーライトが膨張する。通常、膨張剤は、空気を約1750°F(955℃)に加熱する。細かく粉砕されたパーライトは、パーライトを加熱し、ポップコーンのように飛び出させて、1立方フィート当たり約3~10ポンドの密度の膨張パーライトを形成する加熱空気によって運ばれる。膨張パーライトを水と接触させると、水が亀裂および割れ目に浸透し、パーライトの空気で満たされた空洞に入り、それによってパーライトが膨張パーライト粒子内に大量の水を保持する。
【0050】
比較的高密度のパーライト、つまり7または8pcfを超える(対する通常の範囲は、3~5pcf)密度に膨張パーライトを使用すると、好適なスラリーを形成するのに必要な水が少なくなる。Baigの米国特許番号第5,911,818号を参照のこと。より少ない水を含む水性スラリーは、より少ない脱水を必要とし、パーライトによって保持されるより少ない水を有するベースマットを生成する。得られた製品は、ASTM E119-16aで定義されているように、圧縮抵抗が改善され、耐火定格が維持されている。より低い含水量を有するベースマットは、より速く乾燥させることができ、それにより、水フェルトライン全体をより高速で運転することが可能になる。
【0051】
高密度パーライトは、最小密度を満たす必要がある耐火定格の音響タイルを製造する場合にも有益である。しかしながら、膨張パーライトの密度が約20pdfを超えると、パーライトは、完成製品で「ロフト」またはバルクを生成しない。結果として、完成製品の密度が高すぎて、ASTM E119耐火性試験に合格するために必要な低熱伝導率を維持できない場合がある。
【0052】
乾燥ベースで、高または低密度の種類のパーライトは、本発明の製品およびプロセスの5重量%~約15重量%、好ましくは約7重量%~約12重量%、より好ましくは約8重量%~約10重量%で存在する。
【0053】
石膏
石膏は、音響タイルおよび関連するベースマットおよびスラリー組成物で一般的に使用される低コストの無機材料である。石膏は、硫酸カルシウム二水和物、CaSO・2HOである。石膏は、水への溶解度が限られており、凝集剤として機能する。スラリー中の凝集剤として機能することにより、石膏は、処理中(脱水、真空、および湿潤プレス)にマット内の微粒子(無機粘土、有機デンプン、短セルロース繊維など)を保持および均一に分布させるのに役立つ。
【0054】
石膏は、任意選択的に、存在する製品およびプロセスに含まれてもよい。含まれる場合、石膏は、乾燥ベースで、本発明の製品およびプロセス中に0重量%~約5重量%、好ましくは約0.5重量%~約3重量%、より好ましくは約0.5重量%~約2重量%で存在する。場合によっては、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを製造するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、所望される場合、石膏を含まなくてもよい。
【0055】
添加剤
本発明の乾燥ベースマットおよび音響タイルのNRCをさらに増加させるために、本発明の製品およびプロセスにガラス繊維を任意選択的に含めてもよい。含まれる場合、乾燥ベースで、ガラス繊維は、本発明の製品およびプロセスの0.1重量%~約10重量%、好ましくは約0.1重量%~約5重量%、より好ましくは約0.5重量%~約3重量%で存在する。好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを製造するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、ガラス繊維を含まない。
【0056】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくはポリマー繊維を含まない。
【0057】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくは有機繊維(例えば、セルロース繊維、紙繊維、および新聞用紙)を含まない。
【0058】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくはガラスビーズを含まない。
【0059】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくは粘土を含まない。
【0060】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくはバーミキュライトを含まない。
【0061】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくは炭酸カルシウムを含まない。
【0062】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくは炭酸マグネシウムを含まない。
【0063】
本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれない限り、好ましくは亜鉛ピリチオンを含まない。
【0064】
好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製する方法における乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれていない限り以下のすべての成分を含まない:ガラスビーズ、ポリマー繊維、有機繊維、粘土、バーミキュライト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム。いくつかの例では、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、コーティングまたはラミネートに含まれていない限り、石膏、ガラス繊維、または石膏とガラス繊維の両方をさらに含まない場合がある。
【0065】
好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスにおける乾燥ベースマットおよびスラリーは、無水ベースで、コーティングまたはラミネートに含まれていない限り、パーライト、石膏、ミネラルウール、任意選択的にガラス繊維以外、無機材料を有しない。より好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の音響タイルを作製するプロセスの音響タイルおよびスラリーは、無水ベースで、コーティングまたはラミネートに含まれていない限り、パーライト、ミネラルウール以外、無機材料を有しない。これらの除外は、無水ベースであり、そのため水を除外しない。
【0066】
特性
好ましくは、本発明の音響タイルおよび本発明の乾燥ベースマットは、スラリーまたはベースマットにガラス繊維を含まないバージョンの場合、約0.70以上(例えば、約0.70~約0.90)、好ましくは約0.75以上(例えば、約0.75~約0.90)、より好ましくは、約0.80以上(例えば、約0.80~約0.90)のNRCを有する。スラリーまたはベースマットにガラス繊維を含むバージョンは、約0.75~約0.95、好ましくは0.80~約0.95、最も好ましくは約0.85~約0.95の使用可能なNRCを有する。
【0067】
好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の背面コーティングを有する乾燥ベースマットは、約30~約35、好ましくは約31~約34、より好ましくは約31~約32のCACを有する。
【0068】
好ましくは、本発明の音響タイル、ならびに本発明の乾燥ベースマットは、約1/2インチ(12.7mm)~約1インチ(25.4mm)、好ましくは約5/8インチ(15.9mm)~約7/8インチ(22.2mm)、より好ましくは約11/16インチ(17.5mm)から約13/16インチ(20.6mm)の厚さを有する。
【0069】
好ましくは、本発明の音響タイルならびに本発明の乾燥ベースマットは、約10pcf(立方フィート当たりポンド)pcf(160kg/m)~約12pcf(192kg/m)、より好ましくは、約11pcf(176kg/m)~約12pcf(192kg/m)の密度を有する。
【0070】
以下の実施例は、本発明のいくつかの好ましい実施形態をさらに図示し、それらを本発明の範囲外の従来の方法および組成物と比較するために提示される。本発明は、以下の実施例によって限定されるものではなく、むしろ本明細書に添付された特許請求の範囲によって定義される。
【実施例
【0071】
実施例1:乾燥ベースマットは、図2に記載された湿潤フェルティングプロセスにより、ミネラルウールがスラグウールである表3の配合および仕様に従って調製された。10gsf粘土スラリーと14gsf粘土とビニルラテックススラリーの背面コーティングを乾燥ベースマットに適用した。
【0072】
【表3】
【0073】
本発明のベースマットは、2フィート×2フィートの音響タイルに切断された。音響特性は、(1)背面コーティングのみのタイル)、(2)背面コーティング、および炭酸カルシウム、粘土、およびビニルラテックスを含む30gsfの表面コーティング(米国特許第9,040,153号に記載)を有するタイル、および(3)(2)ガラススクリム(配向繊維布)を有する背面コーティングと表面コーティングを有するタイルについて試験した。ガラススクリムは、CACに影響を与えない。表4は、本発明の音響タイルのいくつかの試作の音響試験結果を提供する。対照音響タイルのNRCは約50~約55である。
【0074】
【表4】
【0075】
A-7音響タイルの物理的特性は、ASTM C367-16に従って測定された。特に、ボードは、ASTM C367-16に従って、破壊弾性率(MOR)(psi)、弾性率(MOE)(psi)、および2インチのボール硬度(lb-f)の物理試験結果について試験された。硬度については、試験は、この規格の基本的な試験パラメータに準拠していた。サンプルを約30分間1000°F(538℃)に加熱した後、着火損失(LOI)(%)を測定した。MOEは「弾性率(Modulus of Elasticity)」を指し、試験サンプルの相対的な剛性の尺度である。MOE値が高いサンプルは、所定の負荷の下で撓みが少なくなる。
【0076】
表5は、A-7音響タイルの物理試験結果を提供する。A-2およびA-4音響タイルでも同様の結果が観察されているが、ここでは報告しない。
【0077】
【表5】
【0078】
実施例2:スラグウールまたは玄武岩ウールのいずれかを用いて、実施例1からの表3の配合および仕様に従って、図2に記載の湿潤フェルティングプロセスにより、11/16インチ(17.5mm)の乾燥ベースマットを調製した。次に、乾燥ベースマットを3/4インチ(17.5mm)または5/8インチ(15.9mm)の厚さまでプレスした。圧縮されたベースマットは、(A)10gsf粘土スラリーおよび14gsf粘土とビニルラテックススラリーで背面コーティングされ、(B)比較例1に記載の炭酸カルシウム、粘土、およびビニルラテックスを含むコーティング1または炭酸カルシウム、粘土、ビニルラテックス、ガラスビーズを含むコーティング2のいずれかで表面コーティングされた。表6は、本発明の音響タイルのいくつかの試験の音響試験結果を提供し、表7は、本発明の音響タイルの物理的特性を提供する。
【0079】
【表6】
【0080】
【表7】
【0081】
実施例3:厚さ3.4インチ(1.9cm)の本発明のベースマットB組成物(表8を参照)の2フィート×2フィート(61cm×61cm)音響タイルB-1およびB-2を(A)10gsf粘土スラリーと14gsf粘土およびビニルラテックススラリーの背面コーティング、および(B)30gsf(グラム/平方フィート)(323グラム/平方メートル)または45gsf(484グラム/平方メートル)のいずれかの表面重量(コーティングの乾燥重量に基づく)で比較例1に記載の炭酸カルシウム、粘土、およびビニルラテックスを含む表面コーティングでコーティングした。
【0082】
表9は、2つの音響タイルB-1およびB-2の音響および物理的特性を示している。結果は、表面コーティング重量の増加が、45gsfの表面コーティングを有するB-2が本発明の範囲外になる音響天井タイルのNRCを減少させることを示している。
【0083】
【表8】
【0084】
【表9】
【0085】
発明の条項
下記の条項は、本発明の様々な態様を説明する。
条項1.音響タイルであって、
約70重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏と、
5重量%未満の水と、を含む乾燥ベースマットを備え、前記乾燥ベースマットが、ガラス繊維を含まず、
ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない乾燥ベースマットが、約0.70以上のノイズ低減係数(NRC)、約10ポンド/平方フィート(pcf)~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、音響タイル。
【0086】
条項2.背面コーティングをさらに備え、約30~約35の天井減衰等級(CAC)定格を有する、条項1に記載の音響タイル。
【0087】
条項3.表面コーティングをさらに備える、条項1または2に記載の音響タイル。
【0088】
条項4.音響タイルの表面が、穿孔を有する、条項1~3に記載の音響タイル
【0089】
条項5.ラミネート層またはコーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットが、約0.80以上のNRC、約11pcf~約12pcfの密度、および約11/16インチ~約13/16インチの厚さを有する、条項1~4に記載の音響タイル。
【0090】
条項6.水フェルティングプロセスで条項1~5のいずれか1項に記載の音響タイルを製造するプロセスであって、
水を含む水性スラリーと、無水ベースで、約70重量%~約90重量%のミネラルウール、約5重量%~約15重量%のパーライト、0重量%~約10重量%のデンプン、約3重量%~約10重量%のラテックス、および0重量%~約5重量%の石膏を含む原料と、を混合することと、
水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して濾過ケーキを形成することと、
濾過ケーキを約1/2インチ~約1インチの厚さにプレスすることを含む、濾過ケーキを脱水して、ベースマットを形成することと、
ベースマットを乾燥させて、約0.70以上のNRC、約10pcf~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットを生成することと、を含み、
水性スラリーおよび乾燥ベースマットが、ガラス繊維を含まない、プロセス。
【0091】
条項7.乾燥ベースマットに、約5グラム/平方フィート(gsf)~約40gsfの表面重量のコーティングコーティングを有する音響タイルの背面を適用することをさらに含み、音響タイルが、約30~約35のCAC定格を有する、条項6に記載のプロセス。
【0092】
条項8.乾燥ベースマットに、約5gsf~約40gsfの表面重量で音響タイルの表面を適用することをさらに含む、条項6または7に記載のプロセス。
【0093】
条項9.音響タイルの表面を穿孔することをさらに含む条項6~8のいずれか1項に記載のプロセス。
【0094】
条項10.ラミネート層またはコーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットが、約0.80以上のNRC、約11pcf~約12pcfの密度、および約11/16インチ~約13/16インチの厚さを有する、条項6~9のいずれか1項に記載のプロセス。
【0095】
条項11.水性スラリーおよびが、ポリマー繊維および有機繊維のうちの1つ以上を含まない、条項6~10のいずれか1項に記載のプロセス。
【0096】
条項12.乾燥ベースマットが、ミネラルウール、パーライト、ラテックス、および約5重量%未満の水からなる、条項6~11のいずれか1項に記載のプロセス。
【0097】
条項13.乾燥ベースマットが、ミネラルウール、パーライト、デンプン、ラテックス、および約5重量%未満の水からなる、条項6~11のいずれか1項に記載のプロセス。
【0098】
条項14.音響タイルであって、
約60重量%~約90重量%のミネラルウールと、
約5重量%~約15重量%のパーライトと、
約0重量%~約10重量%のデンプンと、
約3重量%~約10重量%のラテックスと、
0重量%~約5重量%の石膏と、
約0.5重量%~約10重量%のガラス繊維と、
5重量%未満の水と、を含む乾燥ベースマットを備え、
ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない乾燥ベースマットが、約0.75以上のノイズ低減係数(NRC)、約10ポンド/平方フィート(pcf)~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、音響タイル。
【0099】
条項15.条項14に記載の水フェルティングプロセスで音響タイルを製造するためのプロセスであって、
水を含む水性スラリーと、無水ベースで、約60重量%~約90重量%のミネラルウール、約5重量%~約15重量%のパーライト、0重量%~約10重量%のデンプン、約3重量%~約10重量%のラテックス、0重量%~約5重量%の石膏、および約0.5重量%~約10重量%のガラス繊維を含む原料と、を混合することと、
水性スラリーを可動有孔支持ワイヤに連続的に流して濾過ケーキを形成することと、
濾過ケーキを約1/2インチ~約1インチの厚さにプレスすることを含む、濾過ケーキを、脱水してベースマットを形成することと、
ベースマットを乾燥させて、約0.70以上のNRC、約10pcf~約12pcfの密度、および約1/2インチ~約1インチの厚さを有する、ラミネート層を伴わず、コーティングを伴わず、かつ穿孔を伴わない、乾燥ベースマットを生成することと、を含む、プロセス。
【0100】
条項16.乾燥ベースマットに、約5グラム/平方フィート(gsf)~約40gsfの表面重量のコーティングコーティングを有する音響タイルの背面を塗布することをさらに含み、音響タイルが、約30~約35のCAC定格を有する、条項15に記載のプロセス。
【0101】
条項17.乾燥ベースマットが、約0.80以上のNRC、約11pcf~約12pcfの密度、および約11/16インチ~約13/16インチの厚さを有する、ラミネート層またはコーティングを伴わず、穿孔を伴わない、条項15または16に記載のプロセス。
【0102】
条項18.水性スラリーおよびが、ポリマー繊維および有機繊維のうちの1つ以上を含まない、条項15~17のいずれか1項に記載のプロセス。
【0103】
条項19.乾燥ベースマットが、ミネラルウール、パーライト、ラテックス、および約5重量%未満の水からなる、条項15~18のいずれか1項に記載のプロセス。
【0104】
条項20.乾燥ベースマットが、ミネラルウール、パーライト、デンプン、ラテックス、および約5重量%未満の水からなる、条項15~18のいずれか1項に記載のプロセス。
【0105】
本発明の特定のバージョンが示され、説明されたが、より広い態様および添付の特許請求の範囲に記載された本発明から逸脱することなく変更および修正を行うことができることを当業者は理解する。
図1
図2