專利名稱：內墻板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及改進的用玻璃纖維墊飾面的石膏墻板。更具體地，本發(fā)明涉及覆蓋有玻璃纖維墊，特別是適合室內使用的涂布玻璃纖維墊的石膏墻板。本發(fā)明的玻璃纖維墊飾面石膏板適合4級裝飾(GA-214-96)。
背景技術：
建筑工業(yè)在住宅、商用建筑和其他結構的建造中廣泛采用由夾在兩塊多層紙飾面材料板之間的石膏芯組成的石膏墻板。使用紙飾面石膏墻板已成為建筑物內部結構裝飾的最常用手段之一。紙飾面石膏墻板，也稱為紙夾石膏板或清水墻，通常用4英尺×8英尺或4英尺×12英尺的平板制造(預切割)，一般具有1/2”或5/8”的厚度。紙飾面石膏墻板的板材被懸掛在木板或金屬支柱上，以形成房屋、電梯架、樓梯井、吊頂等的內隔斷或墻。
傳統(tǒng)的紙飾面石膏墻板一般由灰泥(燒石膏漿)漿料制造，其中漿料置于兩層多層紙飾面板之間，并使?jié){料定型。在典型的紙飾面石膏墻板中，兩層多層紙飾面板包含/限定了定型的漿料，并提供安裝和使用要求的強度。這種成型石膏是燒石膏與水反應形成二水合硫酸鈣時得到堅硬和剛性的產物。
在墻板制造期間，超出燒石膏的水合所需要的水必須在固化期間從漿料中除去。雖然需要一定量的水來水合燒石膏，但必須加入過量的水，例如兩倍或幾倍于水合燒石膏實際需要的水，以獲得適合運輸然后沉積在面板上形成板芯的光滑的、自由流動的漿料。這些過量的水必須在板固化和干燥期間主要通過面板蒸發(fā)出去。
石膏墻板一般用紙飾面材料卷材在循環(huán)傳送帶上作為連續(xù)產品制造。將板切割成單個長度以備后續(xù)處理，然后在加熱干燥器中干燥至每塊板完全干燥。紙飾面的質量決定了板適合的應用類型，可對板進行表面處理。
紙飾面石膏墻板制造中常用的紙飾面包括兩種類型。面向室內的墻板一側上使用的飾面是多層板結構，最外層通常由較高等級的紙構成。這樣就允許光滑表面板能以各種美學上可接受的方式，特別是通過刷漆進行裝飾。內層，包括與板芯接觸的內層通常由再漿化的新聞紙和回收的波紋板箱制成。板背面所用紙飾面通常由許多層低級紙，例如再漿化的新聞紙和回收的波紋板箱制成。
多層紙飾面已得到長期應用，因為它們提供了獨特的性能結合。紙能與凝固石膏，特別是添加了粘合劑，例如淀粉的石膏形成滿意的粘合，使得飾面不容易從凝固石膏芯上脫層。如上所述，制備石膏漿時加入的、未與灰泥(燒石膏)化學結合的水必須主要通過任何飾面板蒸發(fā)而不引起脫層。紙有足夠的孔隙度，能使水在石膏墻板制造期間蒸發(fā)透過。紙還存在光滑的表面，很容易以各種方式，例如通過貼壁紙或特別是通過刷漆，用最少的表面前處理進行裝飾。
雖然紙是較便宜的飾面材料，很容易用于墻板制造過程中，但它有許多缺點，特別是在防潮性方面。水分對紙飾面墻板有有害的影響。除了降低強度和其他結構性能外，水分(結合其他因素)會促進細菌(包括例如霉菌)生長。對于安裝墻板的某些封閉的和不能接近的空間，這個問題(在某些環(huán)境下)尤其嚴重。
作為紙飾面的替代品，石膏墻板也可用纖維狀墊(例如玻璃纖維墊)作為飾面材料制造。這種墻板的實例包括例如US 3,993,822、5,644,880、5,791,109、5,883,024和6,001,496中描述的那些。除抗水性改善外，纖維狀墊，特別是玻璃纖維墊往往能在強度和其他期望的結構特征上提供明顯的改善。
盡管這種纖維狀墊在許多方面，特別是它們對于室外應用的防潮性方面是比紙更有益的飾面材料，但在其他方面還不如紙。具體而言，用玻璃或其他類似的纖維墊飾面材料制成的現(xiàn)有技術的墻板產品提供的裝飾墻面在許多應用中不太理想(通常更不規(guī)則或粗糙)，因此不太美觀。例如內墻往往用油漆或壁紙裝飾。紙飾面提供了刷漆或貼壁紙的光滑表面，但現(xiàn)有技術的纖維狀飾面，特別是常用的玻璃纖維飾面板卻不能提供這樣的表面。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點將從以下本發(fā)明某些實施方案的更詳細描述中明確，并用

，其中參考字母在不同視圖中均指相同部分。附圖不是按比例的，而是強調以說明本發(fā)明的特征。
圖1是本發(fā)明的涂布玻璃纖維墊飾面墻板的剖面示意圖。
圖2是一部分墻板生產線的部分高度示意的圖。
發(fā)明詳述根據本發(fā)明，石膏墻板上覆蓋了獨特的涂布非織造玻璃纖維墊，這種玻璃纖維墊適合以與商購的多層紙飾面石膏墻板相同的方式制造所得玻璃纖維墊飾面石膏板中適于4級裝飾的表面，即非常光滑的表面。這種結果可通過采用具有本發(fā)明所要求的特征的涂布非織造玻璃纖維墊作為制造石膏墻板的飾面材料來實現(xiàn)。
更具體地說，本申請人發(fā)現(xiàn)，在適合室內使用的石膏墻板的制備中，利用包含直徑不大于約11μm，優(yōu)選不小于8μm，并與具有合適軟度的丙烯酸粘合劑有力地粘合在一起的纖維，而且優(yōu)選主要由這種纖維組成的涂布非織造玻璃纖維墊是非常有利的。玻璃纖維墊上的涂層通過干燥(i)礦物性顏料，(ii)聚合物粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的含水混合物制備。優(yōu)選的是在用玻璃纖維墊制造石膏墻板前涂布玻璃纖維墊。這種墊稱為預涂布墊。
本申請使用的術語“直徑“指可能不具有基本上圓形截面的纖維的最小厚度。
各種水平的裝飾石膏板描述在從Gypsum Associates，Washington D.C.獲得的Publication GA-214-96，Recommended Levels of Gypsum BoardFinish中，本申請全文參考引用。4級裝飾一般特指在板表面施加無光漆、輕紡織品或墻面涂料時的情況。因此，這種表面必須適當光滑，使這種墻面裝飾可在最少前處理下進行，并在美學上可接受。
適用于本發(fā)明的非織造玻璃纖維墊可通過濕法成墊方法制造，這種方法在改進的造紙機上進行。制造玻璃纖維墊的濕法成墊方法描述在包括US 2,906,660、3,012,929、3,050,427、3,103,461、3,228,825、3,760,459、3,766,003、3,838,995、3,905,067、4,112,174、4,681,802和4,810,576的許多美國專利中，本申請參考引用所有這些專利。
一般而言，制備非織造玻璃纖維墊的濕法成墊方法包括先在混合罐中攪拌形成短長度的玻璃纖維水漿(本領域中稱為“白水“)，然后將漿料倒在移動絲網上，使纖維本身陷入新制備的濕玻璃纖維墊中，而多余的水從纖維墊中分離。
可用諸如鋼絲滾筒、長網造紙機、Stevens Former、真空圓網紙機、InverFormer和Venti Former機等的機器形成濕法墊。在這種裝置中，喂料箱將漿料敷設在移動的絲網上。通過抽吸或真空去除濕法墊產生的水。
由于玻璃纖維不能很好地分散在水中，工業(yè)上往往提供玻璃纖維懸浮助劑。這種懸浮助劑或分散劑通常是增加含水介質粘度的材料。本領域常用的合適分散劑包括聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素、乙氧基化胺和氧化胺。白水中還常常加入諸如表面活性劑、潤滑劑和消泡劑的其他添加劑。例如這種試劑進一步提高了玻璃纖維的潤濕性和分散性。
一般通過抽吸和/或真空裝置除去水，并通常接著在纖維墊上涂覆粘合劑，將沉積在移動絲網或滾筒上的纖維漿料加工成板狀非織造纖維墊。粘合劑組合物通常是水基流體，并直接浸入纖維墊中，然后立即定型或固化，提供期望的整體纖維墊。
本發(fā)明基于制備獨特的非織造玻璃纖維墊，然后涂布，用作本發(fā)明石膏墻板至少一個表面的面板。合適的非織造玻璃纖維墊飾面的制備是慎重選擇適當含量的玻璃纖維，在適當的操作條件下將玻璃纖維制成非織造墊，最終制備期望的基本重量的纖維墊，然后用合適的粘合劑處理該非織造墊的結果。當然，在本發(fā)明廣泛的實踐中，很少部分玻璃纖維可用有機纖維，特別是諸如聚酯纖維的合成纖維代替，以降低成本。
用于制備本發(fā)明石膏墻板的非織造玻璃纖維墊用直徑優(yōu)選不小于約8μm且不大于約11μm的玻璃纖維制備。玻璃纖維可以是E、C、T或S纖維或任何公知類型的具有良好的強度和耐用性的玻璃纖維，但一般不用遇火變弱的纖維。優(yōu)選的是大部分纖維，更優(yōu)選至少約75重量％的纖維，甚至更優(yōu)選基本上所有的纖維(即基本上由其組成)具有不小于約8μm且不大于約11μm的直徑。此外，優(yōu)選的是非織造墊中基本上沒有直徑大于約13μm的纖維。
使用由直徑小于約8μm的玻璃纖維制備的墊是不理想的，因為據認為這種纖維墊(特別是涂覆涂層后的纖維墊)的剝離強度、粘合能力和可能的孔隙率妨礙了可接受的石膏墻板的制備。另一方面，本申請人預期使用太多纖維直徑大于約11μm的纖維制備的纖維墊將得到即使在涂覆下述涂料后，其表面形態(tài)也不能以可接受的方式裝飾的非織造墊，即表面不夠光滑，不能直接適合上述4級裝飾技術。制備適用于本發(fā)明的玻璃纖維墊的合適直徑的纖維可從例如Johns Manville和Owens-Corning獲得。
大部分(如果不是全部)用于制造纖維墊的纖維還應該具有約1/4-約3/4英寸，更優(yōu)選約1/4-約1/2英寸的長度。纖維越短越難形成纖維墊；而長纖維的比例太高會影響適合4級裝飾的表面形態(tài)(光滑度)的纖維墊的制備。優(yōu)選的是至少約75重量％用于制備纖維墊的纖維具有約1/4-約3/4英寸，優(yōu)選約1/4-約1/2英寸的長度，更優(yōu)選至少約90重量％用于制備纖維墊的纖維具有約1/4-約3/4英寸，優(yōu)選約1/4-約1/2英寸的長度。例如，可以預料用75重量％1/4英寸H纖維(約10μm直徑)和25重量％3/4英寸H纖維制備的纖維墊將具有合適的表面光滑度。
本申請人還預期，除纖維直徑和纖維長度外，所制備非織造玻璃纖維墊單位表面積的重量也會影響纖維墊的表面性質(例如光滑度)和性能，使纖維墊適合用于通過常規(guī)的連續(xù)石膏板制造方法制造適合4級裝飾技術的石膏墻板。更具體地說，優(yōu)選的是非織造玻璃纖維墊以至少約0.8lb./100ft.2，但不大于約2.2lb./100ft.2的單位表面積重量(下面也稱為基本重量)，和約25-約40密耳，最典型約33密耳的未壓縮纖維墊厚度制備。1-2lb./100ft.2的基本重量往往證明是合適的。在某些情況下，非織造墊的基本重量可在約0.8-1.5lb./100ft.2，或作為選擇的在0.9-1.4lb./100ft.2之間。
根據本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方案，用于制造本發(fā)明石膏墻板的非織造纖維墊主要由基本上無序分布的約11μm(且不小于8μm)直徑的纖維(優(yōu)選至少90重量％的纖維具有約10-11μm的直徑)組成，且至少75重量％的纖維具有約1/4-約3/4英寸的長度，優(yōu)選約1/4-約1/2英寸的長度(優(yōu)選至少90重量％的纖維具有約1/4-約3/4英寸，優(yōu)選約1/4-約1/2英寸的長度)，且該纖維墊具有約1.8lb./100ft.2的基本重量。
適用于本發(fā)明的非織造墊在涂覆任何涂料前一般具有小于約900cfm(立方英尺每分鐘)，甚至更優(yōu)選小于約800cfm的透氣度(用試驗方法FG 436-910測量，本申請參考引用)，但具有至少約400cfm的透氣度。
最初形成墊后，將粘合劑，優(yōu)選水基粘合劑涂覆在非織造墊上產生整體結構。雖然脲-甲醛(UF)樹脂常用于制造非織造玻璃纖維墊，為了實現(xiàn)本發(fā)明將墊飾面石膏板用于室內4級裝飾應用的目的，要求主要使用丙烯酸型粘合劑。丙烯酸基粘合劑應占玻璃纖維墊粘合劑的至少75重量％，優(yōu)選至少80重量％，更優(yōu)選至少90重量％，最優(yōu)選是唯一的粘合劑。丙烯酸型粘合劑是含有丙烯酸、甲基丙烯酸和它們的酯以及相關衍生物的單元的聚合物或共聚物。這種聚合物和共聚物可以是熱固性的或熱塑性的，是公知的和可廣泛商購的。因此這種聚合物不必詳細描述。這種聚合物和共聚物通?？芍瞥伤芤夯蜃鳛楹z乳乳液提供。
例如，可以預期的是合適的粘合劑，特別優(yōu)選水基膠乳粘合劑，可通過以下單體的乳液聚合制備(甲基)丙烯酸酯((甲基)丙烯酸是指包括丙烯酸和甲基丙烯酸)、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丁酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸異戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸四氫糠酯、(甲基)丙烯酸丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙氧基二甘醇酯、(甲基)丙烯酸芐酯、(甲基)丙烯酸環(huán)己酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、一(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、一(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙二醇酯、(甲基)丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚丙二醇酯、二環(huán)戊二烯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊烷酯、(甲基)丙烯酸三環(huán)癸烷酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯和(甲基)丙烯酸冰片酯?？膳c(甲基)丙烯酸單體共聚(用量一般很少)的其他單體包括苯乙烯、二丙酮(甲基)丙烯酰胺、異丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、叔辛基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N，N’-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰基嗎啉；諸如羥基丁基乙烯基醚、月桂基乙烯基醚、十六烷基乙烯基醚和2-乙基己基乙烯基醚的乙烯基醚；馬來酸酯；富馬酸酯；以及類似化合物。
特別適于制造適合制備本發(fā)明的玻璃纖維墊飾面石膏板的玻璃纖維墊的丙烯酸聚合物和共聚物是玻璃化轉變溫度(GTT)至少約20℃，但不超過約115℃的熱塑性材料。因此，玻璃化轉變溫度(GTT)至少約30℃，但不超過約55℃的熱塑性丙烯酸聚合物和共聚物特別合適。GTT約40℃的丙烯酸聚合物和共聚物尤其有用。
一種合適的丙烯酸型聚合物或共聚物是從Rohm & Haas Company獲得的GTT約36℃的RhoplexGL-618。
丙烯酸型粘合劑，優(yōu)選水基粘合劑，可用諸如簾涂機或浸漬和擠壓涂布機的任何合適的裝置涂布到濕法成墊的非織造玻璃纖維墊上。在干燥和固化烘箱中，玻璃纖維墊加熱到高達約250-300的溫度，并保持通常不超過1或2分鐘，經常是少于30-50秒的時間，以干燥粘合劑，如果需要的話就固化粘合劑。粘合劑的涂布量應足以提供整體自支撐的纖維墊。合適的用量描述在上述專利中，具體用量可根據常規(guī)試驗確定。
形成非織造玻璃纖維墊后，在纖維墊的一面上提供干燥的，優(yōu)選(i)礦物性(無機)顏料或填料，(ii)聚合物(有機)粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的含水混合物涂層。優(yōu)選的是在用該纖維墊制備本發(fā)明的玻璃纖維墊飾面石膏板之前，先在玻璃纖維墊某一表面上涂布涂層。一般通過使纖維墊與包含上述成分的含水混合物接觸，然后干燥/固化該混合物來施加涂層。
基于礦物顏料和有機粘合劑兩種主要成分(100％)的干重計算，有機粘合劑，通常是膠乳粘合劑，優(yōu)選丙烯酸基粘合劑包含至少約1％，通常不超過約20％，最常用的是低于約17重量％的涂料，而余量是無機、礦物顏料或填料。非必需的是，也可含有優(yōu)選為干燥(固化)涂層總重量的至少約0.5重量％，但不超過約20重量％的無機粘合劑。礦物顏料或填料與聚合物(有機)粘合劑的重量比可超過15∶1，在某些情況下可超過20∶1，但通常至少約5∶1。
因此制備涂布纖維墊的合適的涂料組合物可含有以上述三種成分的干重(100％)計約75-99重量％，更優(yōu)選約80-95重量％的礦物顏料或填料，約0-20重量％，更優(yōu)選約0-10重量％的無機粘合劑，和約1-20重量％，通常約1-17重量％，更優(yōu)選約1-12重量％的聚合物(有機)粘合劑。
如上所述，礦物顏料或填料包含涂料組合物的主要成分。適于制造本發(fā)明所用涂布纖維墊的礦物顏料的實例包括但不限于石灰石粉(碳酸鈣)、粘土、砂子、云母、滑石、石膏(二水合硫酸鈣)、三水合鋁(ATH)、氧化銻，或任何兩種或多種這些物質的結合。
礦物顏料通常以顆粒形式提供。作為制造本發(fā)明所用涂布纖維墊的有效礦物顏料，該顏料優(yōu)選具有例如至少約95％的顏料顆?？纱┻^100目絲網的粒度。優(yōu)選的是該顏料的絕大部分微粒(如果不是所有微粒的話)已去除。已經觀察到涂料組合物中過量微粒的存在會負面填塞涂布纖維墊的孔隙率。優(yōu)選的礦物顏料是平均粒度約40μm的石灰石。這種材料在本申請的以下內容中作為選擇地統(tǒng)稱和單獨稱為礦物顏料或“填料”。
用于涂料的樹脂在與礦物填料結合用于制造涂布玻璃纖維墊時還必須滿足一定的孔隙率水平?？紫堵试囼炗猛坎荚囼灷w維墊進行，該試驗墊通過用含水涂料配方涂布玻璃纖維墊，并在230(110℃)下干燥20分鐘制備。涂料配方通過混合填料、樹脂，通常是膠乳并優(yōu)選丙烯酸型膠乳，和任何非必需的無機粘合劑，并徹底混合例如約30秒制備。該含水配方可用簡單的刮刀涂布器涂覆在纖維墊上，在玻璃纖維墊上獲得約每平方英尺22克涂層的干基本重量。
涂覆和固化墊涂層后的孔隙率試驗是測量紙張不透氣度的Gurley方法，TAPPI T460方法的修改。在該方法中，將涂布墊試樣(約2英寸×5英寸)夾在Gurley Densometer，Model 4110的1英寸2孔板之間。脫開內圓柱并使其僅在自重(即僅通過重力)作用下下降，記錄從內圓柱進入該裝置外圓柱的時刻至內圓柱上的100ml標記物到達(進入)外圓柱的時刻之間的時間間隔(以秒測量)。然后用面向(指向)反方向的試樣重復試驗。
以秒計的孔隙率包括對每個試樣兩次重復試驗的平均值。合適的預涂布玻璃纖維墊表現(xiàn)出小于約45秒，優(yōu)選小于約20秒的孔隙率。在高于約45秒的孔隙率的情況下，涂布墊-石膏芯界面在板固化期間水蒸汽尋找溢出路徑時有很高的分層危險(即形成氣泡)。優(yōu)選的是孔隙率還大于約2秒，使得板制造期間石膏的滲膠最少。
本身含有某些天然產生的無機粘合劑的填料材料可用于制造涂布墊。這種填料(某些用天然產生的粘合劑列舉)的實例(但不限于)含有生石灰(CaO)的石灰石、含有硅酸鈣的粘土、含有硅酸鈣的砂子、含有氫氧化鋁的三水合鋁、粘結的飛灰和含有硫酸鎂或氯化鎂或二者的氧化鎂。根據其水合程度不同，石膏可以是礦物性顏料和無機粘合劑，但它僅略微溶于水，且其結晶的固體形式使它作為粘合劑既脆又弱。因此石膏往往不優(yōu)選用作無機粘合劑。
本身包含無機粘合劑作為一種成分并通過水合固化的填料還有益地扮演火焰抑制劑的角色。例如，三水合鋁(ATH)、硫酸鈣(石膏)和鎂的氯氧化物和氧硫酸鹽都在其分子結構中帶有水分子。這種水稱為結晶水或水合水，在吸收足夠熱量的情況下釋放，事實上就抑制了火焰。
因此具有上文描述的性能的低成本無機礦物性顏料可為涂料混合物提供三個重要的作用填料、粘合劑和火焰抑制劑。
聚合物粘合劑的實例包括但不限于苯乙烯-丁二烯-橡膠(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-氯乙烯(EVCl)、聚偏二氯乙烯(PVdCl)和聚(亞乙烯基)共聚物、改性聚氯乙稀(PVC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙酸乙烯酯(PVA)，以及諸如苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的含有丙烯酸、甲基丙烯酸、它們的酯和衍生物的單元的聚合物和共聚物(丙烯酸型聚合物)。大部分(如果不是全部)這些材料作為膠乳配方獲得。通常優(yōu)選丙烯酸型膠乳聚合物。
除兩種基本成分和一種非必需的成分外，含水涂料組合物還將包括足夠量的水，給組合物提供期望的流變學性能(例如粘度)，使其適合組合物應用的選擇形式，并適于保持在該墊的玻璃纖維(包括在玻璃纖維墊間隙中的纖維)表面上，以及諸如著色劑(例如顏料)、增稠劑或流變學控制劑、消泡劑和防腐劑的其他非必需成分。一般而言，含水涂料配方的固體含量在約45％-85重量％之間。當使用時，涂料組合物中這種其他成分的聚集量一般為主要的三種上述成分的0.1-5％，一般不超過約2％。
可用任何合適的方法將含水涂料組合物涂覆在纖維墊基材上制備涂布墊，例如輥涂法、簾涂法、刮涂法、噴涂法等，以及這些方法的結合。為了在涂布墊和所得石膏板上實現(xiàn)最佳性能，所涂覆的涂料應滲入涂布玻璃纖維墊厚度約30-約50％的深度，并包裹玻璃纖維墊的纖維。關于這一點，可參考2004年3月12日提交的、標題為“Use of Pre-Coated Mat forPreparing Gypsum Board”的美國專利申請序列號No.10/798,891，本申請參考引用。在墊上涂覆含水涂料組合物后，一般通過加熱干燥(固化)組合物，形成涂布的玻璃纖維墊。
為了使預涂布墊最適于制備本發(fā)明的涂布墊飾面石膏板，優(yōu)選的是預涂布墊足夠柔軟，可以卷成連續(xù)板卷材。因此預涂布墊不應該太剛性和脆弱，不會彎曲斷裂。為了實現(xiàn)這一目標，墊涂層中無機粘合劑的含量一般不應該超過涂層總干重的約20重量％，通常小于10％。同樣，由于成本和限制涂層可燃性的要求，聚合物粘合劑也具有早先提到的實際上限。
纖維墊表面的涂覆量應足以將墊表面用該涂料組合物涂覆到使墊表面能直接適合4級裝飾的程度。所需要的涂覆量部分取決于墊的厚度。由于涂覆涂料的纖維墊基材的不均勻特性，使涂層厚度很難測量。粗略估計，涂層厚度應至少約l0密耳，但當玻璃纖維墊較薄且涂層有效干燥時，薄至4密耳的涂層就足夠了。一般而言，厚度不必超過約30密耳。
用于本發(fā)明的涂布玻璃纖維墊可通過在纖維墊上涂覆含有所述固體成分的含水涂料組合物制備，涂覆量為相當于至少約15lbs.，更優(yōu)選約30-60lbs./1000ft.2墊的干基本重量。根據玻璃纖維墊厚度不同，干涂層的用量通常相當于至少約45lbs.，最優(yōu)選約35-55lbs./1000ft.2墊。盡管在任何特定情況下涂料的用量可更高或更低，相信對于大部分應用而言，涂料用量將在約30-60lbs./1000ft.2墊(干基)范圍內。
在墊上涂布含水涂料組合物后，一般通過加熱干燥(固化)該組合物形成涂布墊。根據這些教導制造的涂布墊允許水蒸汽通過。一種合適的預涂布墊通過在玻璃纖維墊上涂覆包含丙烯酸粘合劑和片晶型粘土填料的含水涂料組合物制備。該玻璃纖維墊具有1.8lbs./100ft.2的基本重量，完全由H纖維制成，其中75重量％的纖維長度為1/4英寸，25重量％的纖維長度為3/4英寸，并用與少量U-F樹脂交聯(lián)的RhoplexGL-618丙烯酸膠乳粘結在一起。該粘合劑在涂布涂料前構成玻璃纖維墊的約20重量％。
圖1是根據本發(fā)明制造的墻板10的剖面圖。圖1未按實際比例；各種角度、厚度和其他尺寸都被放大，以便更清楚地說明本發(fā)明。墻板10具有石膏板芯12。墻板10具有第一面14、兩個邊16和第二面18。第一面14的所有(或基本上所有)表面積上都覆蓋了本發(fā)明的涂布非織造玻璃纖維墊22。優(yōu)選的是第二面18也覆蓋了非織造玻璃纖維墊24。如下所述，非織造玻璃纖維墊22優(yōu)選的是預涂布的非織造玻璃纖維墊，墊表面的涂層與石膏芯相對(即在墊的自由表面上)。
在室內裝飾用墻板中，第一面14優(yōu)選具有沿鄰近邊16的第一面14的邊緣部分形成的成形區(qū)20。盡管墻板10以斜坡示出，但也可采用包括直邊、斜角、圓邊和其他形狀(未示出)的可選形狀。第一面14的所有(或基本上所有)表面積上都覆蓋了涂布玻璃纖維墊22。第二面18覆蓋了纖維(優(yōu)選玻璃纖維)墊材料24。如下所述，墊材料24優(yōu)選也是本發(fā)明的涂布玻璃纖維墊，墊表面的涂層與石膏芯相對(即在墊的自由表面上)。墊材料24與第一面14部分重疊，沿著邊緣16卷曲。很明顯，也可用其他方式將這些面連接在一起。
墻板10可具有期望的各種厚度和寬度，這是公知的。對于1/2英寸標稱厚度墻板，斜角的例子可具有約2.5英寸的寬度w和約0.075英寸的高度h。
本發(fā)明墻板10的石膏芯12基本上是石膏結構產品中公知的常用類型，如紙飾面石膏墻板、清水墻、石膏板、石膏板條和石膏夾襯板。本發(fā)明不限于任何特定的芯組合物。這種石膏產品的芯通過將粉狀無水硫酸鈣或硫酸鈣半水合物(CaSO4·1/2H2O)，也稱為燒石膏，與水混合，形成含水石膏漿，然后使?jié){料混合物水合或凝固成二水合硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，它是較硬的材料。盡管本發(fā)明并不限制該芯中任何特定的石膏含量，但該產品的芯通常含有至少約85重量％的凝固石膏。
用于制備結構受力壁板的凝固石膏芯的組合物可包含各種非必需的添加劑，包括例如石膏墻板中常用的和本領域普通技術人員公知的添加劑。同樣，本發(fā)明并不限定而且不排除任何公知的石膏芯添加劑。這種添加劑的實例包括凝固加速劑、緩凝劑、發(fā)泡劑、增強纖維和分散劑。如果想更理想，可添加殺菌劑。為了改善芯板的耐水性能，制備芯板的石膏組合物還可包含一種或多種添加劑，以改善凝固石膏組合物抗水降解(例如抗溶解)的能力。
墻板可含有蠟或蠟乳液作為添加劑，以改善石膏芯的耐水性。然而，本發(fā)明并不限于此，已報導對改善石膏產品的耐水性能有效的其他材料的實例包括含有或不含少量聚(乙酸乙烯酯)的聚(乙烯醇)；金屬樹脂酸鹽；蠟或瀝青或它們的混合物，通常作為乳液提供；蠟和/或瀝青以及矢車菊和高錳酸鉀的混合物；諸如石油和天然瀝青的水不溶性熱塑性有機材料、煤焦油，和諸如聚(乙酸乙烯酯)、聚(氯乙烯)和乙酸乙烯酯與乙烯基氯的共聚物和丙烯酸樹脂的熱塑性合成樹脂；金屬松香皂、水溶性堿土金屬鹽和殘余燃料油的混合物；乳液形式的石油蠟與殘余燃料油、松焦油或煤焦油的混合物；包含殘余燃料油和松香的混合物；芳族異氰酸酯和二異氰酸酯；例如US 3,455,710、3,623,895、4,136,687、4,447,498和4,643,771中指定類型的有機氫聚硅氧烷，諸如從Dow Corning以Dow Corning 772獲得的烴基硅羧基酸鹽(siliconates)；各自含有或不含諸如硫酸鉀、堿金屬和堿土金屬鋁酸鹽，以及卜特蘭水泥的材料的蠟乳液和蠟-瀝青乳液；通過在熔融蠟和瀝青的摻和物中加入油溶性、水分散性乳化劑，并將其與含有聚芳基亞甲基縮合產物的堿性磺酸鹽作為分散劑的酪蛋白溶液混合制備的蠟-瀝青乳液。也可采用這些添加劑的混合物。在這些材料種類中，尤其優(yōu)選聚(甲基氫硅氧烷)。有機聚硅氧烷的用量應至少約0.2重量％。如上所述，任何特定耐水添加劑的使用是非必需的。
一般來說，非織造玻璃纖維墊飾面的石膏墻板的芯具有約40-約55lbs./ft.3，更優(yōu)選約46-約50lbs./ft.3的密度。當然，如果需要，在特定應用中可采用密度更高或更低的芯。預定密度的芯的制造可通過采用公知技術，例如通過在形成芯的含水石膏漿料中引入適當數量的泡沫(皂)或通過模壓實現(xiàn)。
根據本發(fā)明，并如圖1所示，石膏板10的芯12的一個表面面向非織造玻璃纖維墊22。先制備非織造玻璃纖維墊，然后如上所述地預涂布，使其直接適合4級裝飾技術。同時，該涂層還能使飾面和所得的板耐水汽。該涂層具有足夠的孔隙度，可允許制備石膏芯的含水石膏漿料中的水在該板制造期間以蒸汽狀態(tài)蒸發(fā)出來。涂布墊預先制備并用于構建板。
本發(fā)明一個令人吃驚的方面是，所述纖維的預涂布墊(纖維直徑和纖維長度，以及優(yōu)選的墊基本重量)能提供合適的孔隙率水平，能通過傳統(tǒng)的工業(yè)操作連續(xù)制備石膏板，而不會使纖維墊飾面過度脫層，同時獲得具有能直接適合4級裝飾技術的表面特征(例如光滑度)的成品板。
正如下文將更詳細描述的那樣，墻板可通過形成包含過量水的含水石膏漿，并將石膏漿鋪設在涂布玻璃纖維墊的水平定向移動的織物上來有效制備。然后將另一個有可能是相同的涂布玻璃纖維墊的水平定向移動的纖維織物置于含水石膏漿的上自由表面上。在最初的水合和最終的加熱輔助后，過量的水在燒石膏水合和凝固時通過墊蒸發(fā)出來。
圖2是制造本發(fā)明石膏墻板的生產線的一部分的示意圖?？梢詡鹘y(tǒng)方式預先混合形成石膏芯的干成分，然后喂入常稱為銷釘混合機類型的混合機(未示出)中。將用于制造芯的水和諸如皂的其他液體成分計量加入銷釘混合機中，與要求的干成分混合形成含水石膏漿41，并從銷釘混合機的卸料管40排出。通常將泡沫(皂)加入漿料，例如在銷釘混合機中，以控制所得芯的密度。同樣，用于石膏板的芯材料的制備方法不是本發(fā)明的基本部分，可有益地采用各種方法。
漿料通過卸料管40的一個或幾個出口沉積在水平移動的纖維墊材料22(涂布玻璃纖維墊)的連續(xù)織物上。沉積量可通過本領域公知的方式控制。墊材料22用輥(未示出)送料，帶涂層一側向下，即遠離沉積的石膏漿料。在接受石膏漿41之前，墊材料22的織物通過輥(未示出)壓平整并通過一個或多個劃痕裝置(未示出)劃痕。劃痕使墊材料22的兩側向上彎折，形成板的邊緣，見下文的描述。
墊材料22和沉積的石膏漿41按箭頭B的方向運動。移動的墊22的織物形成所構建墻板的第一面板，且漿料至少部分(優(yōu)選僅僅一部分)滲入墊中并固化。一旦凝固，在凝固石膏和玻璃纖維墊之間就形成了很強的粘合鍵。漿料在墊中的部分滲透可根據本領域公知的方法，例如控制漿料粘度來控制。
在傳統(tǒng)的墻板制造中，同樣公知的是，在涂覆形成芯的含水石膏漿之前，先在一個或兩個飾面的內表面上涂覆較薄的較高密度含水燒石膏漿涂層。然后將帶有薄的石膏漿涂層的飾面與主芯漿夾在一起，形成濕板。同樣公知的是，以類似方式沿石膏墻板的兩個邊(圖1中的16)涂覆較高密度的含水燒石膏漿。這些特點可非必需地用于制造本發(fā)明的石膏墻板。
石膏漿41沉積在墊材料22的織物上后，將該織物的邊緣繞所形成墻板的邊緣逐漸折疊(采用本領域普通技術人員公知的設備)，并終止在沿側邊的漿料上表面。按箭頭C的方向從輥(未示出)喂料的可能與第一飾面所用的涂布玻璃纖維墊22相同的第二纖維織物鋪設在石膏漿41上表面上，一般僅略微覆蓋墊材料22的(下部)織物的折疊圓邊。
在石膏漿上表面覆蓋(上部)墊24之前，可沿重疊部分在第二纖維織物上涂抹膠水，并與折疊的第一墊邊緣接觸(膠水涂抹未示出)。盡管本發(fā)明并不限制所用膠水的種類，但優(yōu)選采用非淀粉基膠水。一種合適的膠水是聚(乙烯基醇)膠乳膠水?；谝宜嵋蚁ゾ酆衔?，特別是已水解形成聚乙烯醇的乙酸乙烯酯的膠水可作為白膠水廣泛商購。(上部)織物24涂覆后，將玻璃纖維墊、石膏漿和纖維狀織物材料的“三明治”在板50和52之間壓到希望的墻板厚度。作為選擇，該織物和漿料可用輥或以另一種方式壓到期望的厚度。然后通過傳送帶54以箭頭D方向輸送漿料和涂覆飾面材料的連續(xù)夾層板。漿料41在輸送過程中凝固。
當形成的墻板從生產線下來時，用傳統(tǒng)內墻板制造方法在墻板下表面邊緣形成成形區(qū)。
墻板形成且石膏充分凝固后，通常將墻板切割成期望的長度并干燥。為了避免斜角邊緣的質量在干燥期間降低，通常在干燥前將板翻轉。
盡管在那方面沒有限定，傳統(tǒng)連續(xù)石膏板制造中常用的工業(yè)干燥條件也可用于制造本發(fā)明的墻板?？闪信e的干燥條件包括約200-約600的溫度、約30-約60分鐘的干燥時間、約70-約600直線英尺/分鐘的線速度。
當然，盡管本發(fā)明已結合其具體實施方案進行了描述，但上述描述和實施例是用來說明，而不是限定本發(fā)明的范圍。本領域普通技術人員將會明白從屬于本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點和修改，這些方面和修改都在本發(fā)明的范圍內，本發(fā)明范圍僅受到附屬權利要求的限定。除非另外具體指明，所有百分比都是重量百分比。在整個說明書和權利要求中，術語“約”是指包含+5％或-5％。
權利要求
1.石膏墻板，其包含具有平整的第一面和平整的第二面的石膏芯；附著和覆蓋平整的第一面和平整的第二面中的至少一個面的適于4級裝飾的涂布非織造玻璃纖維墊飾面材料，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料包含直徑約8-約11μm、纖維長度為1/4-3/4英寸的纖維的大部分玻璃纖維，非織造玻璃纖維墊飾面材料的玻璃纖維與包含丙烯酸粘合劑的粘合劑粘合在一起，且其中非織造玻璃纖維墊飾面材料在所述非織造玻璃纖維墊飾面材料的自由表面上具有包含含有(i)礦物顏料，(ii)聚合物粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的干燥含水混合物的涂層。
2.石膏墻板，其包含具有平整的第一面和平整的第二面的石膏芯；附著和覆蓋平整的第一面和平整的第二面中的至少一個面的適于4級裝飾的涂布非織造玻璃纖維墊飾面材料，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料包含直徑約8-約11μm、纖維長度為1/4-3/4英寸的纖維的大部分玻璃纖維，非織造玻璃纖維墊飾面材料的玻璃纖維與包含丙烯酸粘合劑的粘合劑粘合在一起，且其中非織造玻璃纖維墊飾面材料在所述非織造玻璃纖維墊飾面材料的自由表面上具有包含含有(i)礦物顏料，(ii)聚合物粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的干燥含水混合物的涂層，且其中石膏芯包括能改善石膏芯耐水性能的足夠量的耐水添加劑。
3.權利要求2的石膏墻板，其中耐水添加劑包含蠟乳液、有機聚硅氧烷和烴基硅羧基酸鹽中的至少一種。
4.權利要求3的石膏墻板，其中石膏芯進一步包含殺菌劑。
5.石膏墻板，其包含具有平整的第一面和平整的第二面的石膏芯；附著和覆蓋平整的第一面和平整的第二面中的至少一個面的適于4級裝飾的涂布非織造玻璃纖維墊飾面材料，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料包含玻璃纖維，且其中至少75重量％的玻璃纖維具有約8-約11μm的纖維直徑，且至少75重量％的玻璃纖維具有1/4-3/4英寸的纖維長度，非織造玻璃纖維墊飾面材料的玻璃纖維與包含丙烯酸粘合劑的粘合劑粘合在一起，且其中非織造玻璃纖維墊飾面材料在所述非織造玻璃纖維墊飾面材料的自由表面上具有包含含有(i)礦物顏料，(ii)聚合物粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的干燥含水混合物的涂層，且所述涂布非織造玻璃纖維墊飾面材料具有在墻板制備期間能使水通過所述涂布墊從石膏芯中蒸發(fā)出來的孔隙率。
6.權利要求1的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有0.8-2.2lb./100ft.2的基本重量。
7.權利要求2的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有0.8-2.2lb./100ft.2的基本重量。
8.權利要求5的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有0.8-2.2lb./100ft.2的基本重量。
9.權利要求1的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有1-2lb./100ft.2的基本重量。
10.權利要求2的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有1-2lb./100ft.2的基本重量。
11.權利要求5的石膏墻板，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料具有0.8-2.2lb./100ft.2的基本重量。
12.石膏墻板，其包含具有平整的第一面和平整的第二面的石膏芯；附著和覆蓋平整的第一面和平整的第二面中的至少一個面的適于4級裝飾的涂布非織造玻璃纖維墊飾面材料，其中非織造玻璃纖維墊飾面材料包含其中至少90重量％的玻璃纖維具有約11μm的纖維直徑、至少90重量％的玻璃纖維具有1/4-3/4英寸的纖維長度的玻璃纖維，非織造玻璃纖維墊飾面材料的玻璃纖維與包含至少90重量％丙烯酸粘合劑的粘合劑粘合在一起，且其中非織造玻璃纖維墊在所述非織造玻璃纖維墊飾面材料的自由表面上具有(i)礦物顏料，(ii)聚合物粘合劑和非必需的(iii)無機粘合劑的干燥含水混合物的涂層。
13.權利要求1的石膏墻板，其中纖維墊的非織造玻璃纖維具有1/4-1/2英寸的纖維長度。
14.權利要求2的石膏墻板，其中纖維墊的非織造玻璃纖維具有1/4-1/2英寸的纖維長度。
15.權利要求5的石膏墻板，其中纖維墊的非織造玻璃纖維具有1/4-1/2英寸的纖維長度。
16.權利要求12的石膏墻板，其中纖維墊的非織造玻璃纖維具有1/4-1/2英寸的纖維長度。
17.權利要求1的石膏墻板，其中丙烯酸粘合劑是熱塑性的。
18.權利要求2的石膏墻板，其中丙烯酸粘合劑是熱塑性的。
19.權利要求5的石膏墻板，其中丙烯酸粘合劑是熱塑性的。
20.權利要求12的石膏墻板，其中丙烯酸粘合劑是熱塑性的。
21.權利要求17的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約20℃，但不高于約115℃的玻璃化轉變溫度。
22.權利要求17的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約30℃，但不高于約55℃的玻璃化轉變溫度。
23.權利要求18的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約20℃，但不高于約115℃的玻璃化轉變溫度。
24.權利要求18的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約30℃，但不高于約55℃的玻璃化轉變溫度。
25.權利要求19的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約20℃，但不高于約115℃的玻璃化轉變溫度。
26.權利要求19的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約30℃，但不高于約55℃的玻璃化轉變溫度。
27.權利要求20的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約20℃，但不高于約115℃的玻璃化轉變溫度。
28.權利要求20的石膏墻板，其中熱塑性丙烯酸粘合劑具有至少約30℃，但不高于約55℃的玻璃化轉變溫度。
全文摘要
具有涂布的非織造玻璃纖維墊飾面材料的適于4級裝飾的石膏墻板，其中玻璃纖維墊具有纖維直徑為8－11μm、纖維長度為1/4－3/4英寸，優(yōu)選1/4－1/2英寸的大部分纖維，且優(yōu)選具有約0.8lb./100ft.
文檔編號B32B13/00GK1867721SQ200480030417
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月13日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者拉塞爾·史密斯, 阿蘭·柯里爾 申請人:G-P石膏公司