DE60312938T2

DE60312938T2 - Akustikplattenbeschichtung und Verfahren zu deren Anwendung

Info

Publication number: DE60312938T2
Application number: DE2003612938
Authority: DE
Inventors: John Jr. Lancaster Felegi; James D. Columbia Page; John J. Jr. Millersville Hartman; Scott L. Lancaster Huntzinger; Suzanne M. Lancaster Huntzinger; JoAnne Lancaster LeFever; Michael J. Lancaster Hermesky
Original assignee: Armstrong World Industries Inc
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: DE60312938D1; US20040062898A1; ATE358702T1; EP1403330B1; CA2441141A1; JP2004124094A; US7033963B2; MXPA03008721A; EP1403330A1; AU2003248441A1; US20060128863A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insgesamt auf Deckensysteme mit schallschluckenden Platten, und insbesondere auf ein Verfahren zum Aufbringen von Beschichtungen für schallschluckende Scrims von Flachtafel-Schallabstrahlern und schallschluckende Platten.
Aufgrund des Wachsens des Dienstleistungssektors in der Wirtschaft befinden sich mehr und mehr Arbeiter in Büros anstatt in Fabrikanlagen. Das Bedürfnis für eine flexiblen, umgestaltbaren Raum führte zu Großraumarbeitsplätzen, großen Räumen mit verringerter Höhe, bewegbaren Trennwänden und Hängedeckensystemen. Die Arbeitsplatzdichte hat sich ebenfalls erhöht, so dass mehr Arbeiter einen vorgegebenen physikalischen Raum besetzen. Außerdem führen Lautsprecher, Konferenztechnologien und Multimedia-Computer mit großen schallreflektierenden Schirmen und Spracheingabe zu einer Steigerung des Lärmpegels am Arbeitsplatz.
Als Reaktion auf den erhöhten Lärm am Arbeitsplatz hat man Hängedecken mit schallschluckenden Deckenplatten entwickelt, um Fremdgeräusch in einem umgrenzten Raum zu absorbieren und abzumindern. Die Modulbauweise solcher Platten ermöglicht eine leichte Installierung und eine einfache Büroraumumgestaltung. Bauplaner spezifizieren häufig schallschluckende Platten in Modulbauweise als Standardsystem in ihren Konstruktionen. Schallschluckende Platten können die Arbeitsumgebung sowohl durch Vorsehen von Schallabsorption und Schalldämpfung als auch durch Bereitstellen eines gefälligen monolithischen Aussehens verbessern. Es besteht deshalb ein gesteigertes Bedürfnis für die Auslegung von Händedeckensystemen mit hoher Schallabsorption und gefälligem Aussehen.
Bauprojektanten bevorzugen die Verwendung von Deckensystemen, die im Aufbau und in der Auslegung im Wesentlichen monolithisch sind. Solche Deckensysteme bieten den Personen, die die Decke von unten ansehen, ein gefälliges Aussehen. In Büroräumen, in denen Decken aus schallschluckenden Platten in einem Hängedeckengitter ausgebildet sind, sind häufig Lautsprecher erforderlich. Die Lautsprecher werden dazu benutzt, in einem Arbeitsraum Schall, wie das Ausrufen von Mitteilungen, Musik und verdeckende Hintergrundgeräusche, zu erzeugen. Die verdeckenden Hintergrundgeräusche reduzieren die Wirkung von unerwünschtem Lärm von Infrastruktursystemen, wie Belüftungssystemen, und überdecken Sprachgeräusch, so dass eine stärkere Konversationsgeheimhaltung möglich ist. Unglücklicherweise integrieren sich viele Lautsprechersysteme optisch nicht in das Deckensystem und unterbrechen demzufolge das gewünschte monolithische Aussehen der Decke.
Beispielsweise stehen viele Lautsprechersysteme, wenn sie installiert sind, unter die Ebene der Akustikplatten vor und unterbrechen dadurch die planare Oberfläche der Decke. Einige Lautsprechersysteme können dadurch installiert werden, dass ein Loch in eine schallschluckende Platte geschnitten und ein Lautsprecher mit einer runden perforierten Bespannung in der Öffnung installiert wird. Obwohl eine solche Lautsprecherbespannung effektiv ist, unterbricht sie trotzdem das monolithische Aussehen der Decke und wird von einigen Personen als hässlich angesehen.
Anstelle dieser herkömmlichen Lautsprecher werden neuerdings Flachschallabstrahler verwendet. Die Flachabstrahler sind optisch gefälliger als herkömmliche Lautsprecher, da sie sich in der Ebene der Decke erstrecken und die Größe und das Aussehen von Deckenplatten haben. Vorhandene Flachschallabstrahler sind jedoch im Allgemeinen erkennbar, da die Färbung und Textur der Sichtfläche den umgebenden Deckenplatten nicht genau angepasst ist. Somit werden diese Flachabstrahler von einigen Personen als ein nicht akzeptables Aussehen präsentierend angesehen.
Die EP-A-0 761 776 beschreibt eine Farbbeschichtung auf einer Faserplatte mit einem Basissubstrat, das eine Sichtfläche hat, die in der Lage ist, Schall zu absorbieren, und mit wenigstens einer Farbbeschichtung, die auf die Sichtfläche des Substrats aufgebracht wird. Die Farbbeschichtung ist optisch undurchsichtig und akustisch für Schall transparent, so dass der Schall die Beschichtung durchdringen und in dem Substrat absorbiert werden kann. Die Schallbeschichtung besteht im Wesentlichen aus einer Latexemulsion als Bindemittel, aus großen Inertfüllstoffteilchen von 105 μm bis 400 μm, aus sehr kleinen Inertfüllstoffteilchen von 44 μm und feiner sowie aus Wasser als flüssiger Träger. Die Farbbeschichtung hat eine Porosität von nicht weniger als 913 m³/min/m² gemessen nach dem Frazier-Airflow-Test, um Schall hindurchdringen zu lassen. Zwischen der Beschichtung und dem Substrat kann ein po röser Gaze-Vlies-Scrim angeordnet werden, der eine Porosität von nicht weniger als 2650 m³/min/m² hat. Der mit Farbe versehene Scrim ist zum Verdecken von in das Substrat gestanzten Löchern optisch ausreichend undurchsichtig, ist jedoch ausreichend offen, um ihn akustisch transparent zu machen. Die Farbe mit hohem Feststoffanteil wird unter Verwendung von herkömmlichen Luftzerstäubungssprühpistolen durch Sprühen aufgebracht.
Ein ähnliches Produkt mit einer glatten, fein texturierten, nicht perforierten Sichtfläche ist in der US-A-5 674 594 beschrieben.
Die US-A-5 869 166 bezieht sich auf eine wässrige Beschichtungszusammensetzung mit Wasser, einem Bindemittel und einem Gesamtfeststoffgehalt von wenigstens 85%. Zu den Feststoffen gehören Teilchen, die eine mittlere Teilchengröße von 75 bis 350 μm haben. Die Zusammensetzung wird auf ein Substrat, beispielsweise auf eine Faserdeckenplatte, mit einem niedrigen Druck von 0,7 bis 4,2 bar gesprüht. Die Viskosität liegt im Bereich bis zu 5 Pas. Zu den Feststoffen gehören Teilchen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Calciumcarbonat, Ton, Glimmer, Talk und Siliciumdioxid besteht. Beschichtungen mit einem hohen Feststoffgehalt von 85% oder mehr werden auf das Substrat in sehr dicken einzelnen Schichten gesprüht und ohne merklichen Dickeverlust oder Rissbildung in der Masse gehärtet.
Die EP-A-0 950 646 beschreibt eine Deckenplatte, an dessen Randabschnitt eine Latexzusammensetzung aufgebracht ist, die ein Bindemittel und Füllstoffteilchen in zwei Größenbereichen aufweist. Die Teilchen des ersten Bereichs haben einen mittleren Durchmesser von 0,5 μm bis 5 μm, während die Teilchen des zweiten Bereichs einen mittleren Durchmesser von 20 μm bis 300 μm haben. Das Verhältnis der Teilchen des ersten Bereichs zu den Teilchen des zweiten Bereichs beträgt nach Gewicht 2:1 bis 1:8. Das Bindemittel wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Epoxid, Urethan, Polyester, Melamin, Vinylpolymeren und Acrylen besteht. Das Verhältnis von Füllstoff zu Bindemittel nach Gewicht beträgt 1:1 bis 12:1.
Die US-A-4 039 492 offenbart Oberflächenbeschichtungszusammensetzungen zum Glätten von Gebäudeinnenwänden oder -decken. Die Oberflächenbeschichtungszusammensetzung hat in Gewichtsprozent 1 bis 15 wasserdispergierbares Bindemittel, 40 bis 95 fein unterteilten Teilchenfüllstoff und 0,5 bis 20 Faserfüllstoff aus einem wasserdispergierbaren linearen Po lyolefin mit hohem Molekulargewicht und einer spezifischen Oberfläche zwischen 1,5 und 100 m²/g, einem Faserdurchmesser von 20 bis 400 μ und einer Länge von 0,05 bis 10 mm. Die Zusammensetzung wird mit Wasser gemischt und kann ein Verdickungsmittel aufweisen.
Man hat Versuche unternommen, Beschichtungen für das Aufbringen auf Flächen von Flachschallstrahlern zu entwickeln, um den Sichtflächen ein ähnliches Aussehen und eine ähnliche Textur zu geben, wie sie die umgebenden schallschluckenden Platten haben. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, die Zusammensetzung einer Beschichtung und ein Verfahren für ihr Aufbringen zu finden, die ein sichtseitiges Material mit dem richtigen Aussehen und der richtigen Textur ergeben, während weiterhin die gewünschte akustische Transparenz gegeben ist. Diese Anforderungen schienen bisher sich in etwa gegenseitig ausschließende Bedingungen zu sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat, wie eine schallschluckende Platte, einen Scrim oder eine Sichtseite eines Flachschallabstrahlers bereit, das die akustischen Leistungseigenschaften des Substrats erhält und dem Substrat ein texturiertes Aussehen gibt, so dass es von dem umgebenden Platten in einer Wand oder einem Hängedeckensystem optisch nicht unterscheidbar ist. Somit wird ein monolithisches Erscheinungsbild der Wand oder des Deckensystems erreicht.
Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstände der Ansprüche 1 bis 10.
Die Beschichtungszusammensetzung weist Füllstoffteilchen, ein Bindemittel und einen flüssigen Träger, wie Wasser, auf. Die Füllstoffteilchen haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 100 bis etwa 600 μm, und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 200 bis etwa 450 μm. Die Beschichtungszusammensetzung weist etwa 15 bis etwa 50 Gew.-% flüssigen Träger und etwa 35 bis etwa 90 Trockenfeststoff-Gewichtsprozent Füllstoffteilchen auf.
Zu dem Verfahren gehört, dass die Beschichtungszusammensetzung bereitgestellt wird, die Füllstoffteilchen, ein Bindemittel und einen flüssigen Träger enthält, dass die Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat unter Verwendung einer Sprühvorrichtung mit hohem Volumen und niedrigem Druck (HVLP – High Volume Low Pressure) aufgebracht wird und dass das beschichtete Substrat getrocknet wird. Das sich ergebende beschichtete Substrat hat eine spezifische akustische Impedanz im Bereich von 600 bis 900 Nsm^–3 (mks rayls) und einen Strukturwert im Bereich von 216 bis 702 ml/m² (20 bis 65 ml/ft²) sowie einen Wert für das Deckungsvermögen von wenigstens 98%. Das Substrat kann ein Gazetuch-Scrim sein, der in Verbindung mit schallschluckenden Platten, Flachschallabstrahlern, Wänden, Möbeln, Raumteilern, HVAC-Systemen oder anderen Bauelemente verwendet wird, die Schalldurchlässigkeit und strukturiertes Aussehen haben sollen. Der beschichtete Scrim weist ein gewebtes oder nicht gewebtes löchriges Material, wie ein Glasfaservlies, und die Beschichtungszusammensetzung der Erfindung auf.
Die ein strukturiertes Aussehen aufweisende, schallschluckende Platte weist eine Tafel, beispielsweise eine Holz- oder Mineralfasertafel, und die Beschichtungszusammensetzung der Erfindung auf. Die Tafel hat eine Rückseite und eine Sichtseite, die im Wesentlichen frei von Stanzlöchern, Radabrieben, Prägung und Erosion ist. Die akustische Deckenplatte der Erfindung hat einen NRC-Wert von etwa 0,5 oder mehr und einen Strukturwert von 216 ml/m² (20 ml/ft²) oder mehr. Bei einer alternativen Ausgestaltung kann eine akustische Platte aus einer Tafel und einem beschichteten Scrim zusammengesetzt sein.
Bei einem Hängedeckensystem mit einem Gitter, einer Vielzahl von schallschluckenden Platten und wenigstens einem beschichteten Scrim werden die Vielzahl der schallschluckenden Platten und der wenigstens eine beschichtete Scrim an dem Gitter gehalten. Der beschichtete Scrim und die Vielzahl von schallschluckenden Platten haben eine ähnliche Oberflächenstruktur, was dem System ein monolithisches Aussehen gibt. Das Hängedeckensystem kann weiterhin einen über dem beschichteten Scrim angeordneten Flachschallabstrahler aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend näher beschrieben und ist in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in allen Ansichten beziehen.
1 ist eine Schnittansicht eines beschichteten Scrims gemäß einer beispielsweisen Ausgestaltung der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht einer beschichteten schallschluckenden Platte gemäß einer beispielsweisen Ausgestaltung der Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht einer beschichteten schallschluckenden Platte, bei der der beschichtete Scrim von 1 auf die schallschluckende Platte aufgebracht ist.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Hängedeckensystems, das den beschichteten Scrim von 1 aufweist.
Zu der Beschichtungszusammensetzung gehören Füllstoffteilchen, ein Bindemittel und ein flüssiger Träger. Die Füllstoffteilchen haben eine ausreichende Größe, um dem Substrat ein strukturiertes Aussehen zu geben, aber nicht die Neigung, die Öffnungen in dem Substrat vollständig zu verstopfen oder abzudichten. Die Füllstoffteilchen haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 100 bis etwa 600 μm, und vorzugsweise im Bereich von etwa 200 bis etwa 450 μm. Die Füllstoffteilchen bilden etwa 35 bis 90 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung auf Trockenfeststoffbasis und werden vorzugsweise von Calciumcarbonat, Dolomit, dolomitischem Kalkstein oder Kombinationen davon gebildet. Die Calciumcarbonatteilchen haben eine mittlere Teilchengröße von etwa 450 μm und können durch ein 30-Mesh-Sieb gesiebt werden. Ein Beispiel für einen geeigneten Calciumcarbonat-Füllstoff ist Geotex's TXS, hergestellt von Huber Engineering Materials. Die Dolomitteilchen haben im Allgemeinen eine mittlere Teilchengröße von 260 μm. Ein Beispiel für einen geeigneten Dolomit ist DF3015 von Specialty Minerals, Inc.
Die Bindemittel werden aus natürlichen Polymeren, modifizierten natürlichen Polymeren, synthetischen Polymeren und Kombinationen davon ausgewählt. Die synthetischen Polymere werden von den folgenden Monomeren gebildet: Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Ethylen, Vinylchlorid, Vinylidinchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Ethylacrylat, Methylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Ethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Styrol, Butadien, Urethan, Epoxid, Melamin, Ester und Kombinationen davon. Die natürlichen und modifizierten natürlichen Polymere werden aus Proteinen und Kohlenwasserstoffpolymeren, wie Stärke, ausgewählt. Wenn zu der Beschichtungszusammensetzung ein Pigment gehört, ist die Bindemittelkonzentration so beschaffen, dass das Verhältnis von Pigment zu Bindemittel im Bereich von etwa 5:1 bis etwa 30:1 auf Trockenfeststoffbasis liegt.
Der Gehalt an der Beschichtungszusammensetzung an dem flüssigen Träger kann so variiert werden, dass sich eine Konzentration des Feststoffanteils ergibt, die im Bereich von etwa 50 bis etwa 85 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung liegt. Demzufolge kann der Gehalt an flüssigem Träger im Bereich von etwa 15 bis etwa 50 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung liegen. Bei einer Ausführungsform hat die Beschichtungszusammensetzung eine Feststoffkonzentration im Bereich von etwa 70 bis etwa 80 Gew.-%.
Die Beschichtungszusammensetzung hat im Allgemeinen eine Viskosität im Bereich von 1,1 bis 5 Pas (1100 bis 5000 cps), gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 10 UpM. Bei einer Ausführungsform ist die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung so beschaffen, dass die Suspension stabil ist und die Beschichtungszusammensetzung eine minimale Ausbreitung beim Aufbringen auf ein Substrat, wie einem Scrim oder eine Platte, hat.
Zusätzlich zu Füllstoffen, Bindemitteln und flüssigem Träger kann die Beschichtung sekundäre Teilchen, Dispersionsmittel, Entschäumungsmittel und Verdickungsmittel aufweisen, die der beschichteten Oberfläche Farbe, Glanz, Dauerhaftigkeit und andere gewünschte Eigenschaften geben. Insbesondere haben die sekundären Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 30 μm und können auf Trockenfeststoffbasis etwa 5% bis etwa 55% der Beschichtungszusammensetzung bilden. Die sekundären Teilchen werden aus Titandioxid, Bariumsulfat, Ton, Glimmer, Dolomit, Siliciumdioxid, Talk, Perlit, Gips, Wollastonit, Calcit, Aluminiumhydroxid, Zinkoxid, Zinksulfat, Polymeren, Pigmenten und Kombinationen davon ausgewählt. Bei einer beispielsweisen Ausgestaltung werden die Füllstoffteilchen und die sekundären Teilchen, die in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden, aus Kalkstein, Dolomit, Siliciumdioxid und Mischungen davon ausgewählt. Bei einer anderen beispielsweisen Ausgestaltung enthält die Beschichtungszusammensetzung Füllstoffteilchen und sekundäre Teilchen, die aus Calciumcarbonat, Titandioxid, Ton und Mischungen davon ausgewählt werden.
Zusätzlich kann Tetranatriumpyrosphosphat, wie es von Ashland Chemical Company zur Verfügung gestellt wird, als Dispersionsmittel verwendet werden. Als Verdickungsmittel kann eine 30%ige Lösung von Hydroxyethylcellulose verwendet werden. Ein Beispiel für Hydroxyethylcellulose ist Natrosol FPS-HB von Hercules Incorporated.
Die Beschichtungszusammensetzung wird auf ein Substrat unter Verwendung einer HVLP (großes Volumen, niedriger Druck)-Vorrichtung aufgebracht, um dem Substrat das gewünschte strukturierte optische Aussehen und die gewünschten akustischen Eigenschaften zu geben. Das aufgesprühte Dispersionsmuster der Beschichtungszusammensetzung unter Verwendung einer HVLP-Sprühpistole sorgt für die Trennung, die erforderlich ist, um das Substrat zu beschichten, ohne die Poren in dem Substrat vollständig zu verschließen. Ein Verstopfen oder Abdichten der Poren des Substrats würde dazu führen, die akustische Durchlässigkeit, die bei einer schallschluckenden Platte oder einem Flachschallabstrahler erforderlich ist, zu unterbinden oder merklich zu reduzieren.
Im Allgemeinen wird die Beschichtungszusammensetzung in einen Druckbehälter eingebracht, der in einer Strömungsverbindung mit einer HVLP-Sprühpistole steht. Beispielsweise kann der Druckbehälter ein 41 (eine Gallone)-Behälter sein, der von Binks geliefert wird, während die HVLP-Sprühpistole ein Modell Mach 1 SL oder Mach 1 A von Binks sein kann, an der eine Fluidspitze 909VT und eine Luftspitze 905P befestigt sind. Die Fluidspitze oder Fluiddüse, die bei der HVLP-Sprühpistole verwendet wird, hat eine Öffnung, die ausreichend groß ist, dass die Füllstoffteilchen hindurchgehen können, ohne die Düse oder die Sprühpistole zu verstopfen. Die Beschichtung wird durch die Sprühpistole zerstäubt und unter Druck auf das Substrat aufgebracht. Die HVLP-Sprühpistole sorgt für eine Austrittsgeschwindigkeit für die Beschichtungszusammensetzung, die niedriger ist als diejenige, die im Allgemeinen von anderen luftzerstäubenden Aufbringverfahren vorgesehen wird, wodurch ein Rückprall der Beschichtung von dem Substrat minimiert wird, und es besteht die Neigung zur Erzeugung größerer Tröpfchen, die in einem enger gebildeten Muster verteilt werden. Die HVLP-Sprühvorrichtung neigt dazu, einen diskontinuierlichen Endbelag zu bilden, der eine grobe Textur hat und die gewünschten akustischen Eigenschaften des Substrats bewahrt.
Die Beschichtungszusammensetzung wird mit der HVLP-Sprühpistole auf ein Substrat zur Bildung einer einzigen Beschichtung oder Lage aufgebracht, die dann trocknen gelassen oder unter erwärmten Bedingungen getrocknet wird. Auf die Oberseite der ersten Beschichtung können zusätzliche Beschichtungen oder Lagen an Beschichtungszusammensetzung aufgebracht werden, wobei zwischen jedem Aufbringschritt ein Trocknungsschritt ausgeführt wird. Auf den Beschichtungslagen, die das größere Füllstoffmaterial enthalten, kann eine abschließende Beschichtung aufgebracht werden. Gewünschtenfalls können andere Verfahrensschrit te, wie Filtern, Überführen, Trocknen und Handhaben ausgeführt werden. Der Aufbringprozess der vorliegenden Erfindung kann auch andere Strukturen aufweisen, wie die Verwendung von Diaphragma-Pumpen, Kolbenpumpen oder automatisierten Färbekabinen mit hin- und hergehenden oder stationären Pistolen, um eine Beschichtung auf einer Oberfläche auszubilden.
Änderungen der Komponenten in der Beschichtungszusammensetzung innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs sowie Änderungen im Druck, in den Durchsätzen, den Aufbringraten und den Düsenarten der HVLP-Sprühvorrichtung können Änderungen in dem strukturierten Aussehen des beschichteten Substrats ergeben. Beispielweise kann die Beschichtungszusammensetzung, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht wird, ein Aussehen haben, das im Wesentlichen zu der von Armstrong World Industries angebotenen Produktlinie Dune äquivalent ist. Durch Aufbringen der Beschichtung der vorliegenden Erfindung können auch andere Oberflächenbeschaffenheiten erzeugt werden, beispielsweise die der Produktlinie Cirrus von Armstrong World Industries, Inc.
Zusätzlich zu dem gewünschten strukturierten Aussehen hat ein Substrat, wenn es mit der Beschichtungszusammensetzung der Erfindung beschichtet wird, gewünschte Leistungseigenschaften, wie spezifische akustische Impedanz und Deckungsvermögen. Die spezifische akustische Impedanz wird gewöhnlich nach dem Prüfverfahren von ASTM C522-87 bestimmt. Beispielsweise kann ein Substrat, wie ein Scrim, der/das mit der Beschichtungszusammensetzung nach dem hier beschriebenen Verfahren beschichtet ist, eine spezifische akustische Impedanz von 900 Nsm^–3 (mks rayls) oder weniger aufweisen. Bei einer Ausführungsform liegt die spezifische akustische Impedanz im Bereich von 600 bis 900 Nsm^–3 (mks rayls). Ein beschichteter Scrim, der diesen Wert der spezifischen akustischen Impedanz hat, lässt Schall durch das Material mit einer Geschwindigkeit hindurchgehen, die für die Verwendung des Materials als schallabsorbierende Fläche für einen Abstrahler in Form einer flachen Platte akzeptabel ist.
Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Scrim 16 mit der Beschichtungszusammensetzung 18 der Erfindung unter Verwendung des hier beschriebenen HVLP-Prozesses beschichtet werden. Der Scrim 16 kann von gewebten oder Vliesfasern gebildet werden. Beispielsweise kann der Scrim 16 Glasfasern aufweisen, wie A80EF oder YK111, geliefert von Owens-Corning. Der Scrim 16 kann auch aus Cellulose-, Polypropylen-, Polyethylen-, Glas-, Polyester-, Polyamidfasern oder Mischungen davon hergestellt sein. Ein unbeschichteter Scrim 16 hat gewöhnlich einen Wert für die spezifische akustische Impedanz von weniger als 600 Nsm^–3 (mks rayls) sowie einen Strukturwert von 119 ml/m² (11 ml/ft²). Im Gegensatz dazu hat ein beschichteter Scrim 14 einen Wert für die spezifische akustische Impedanz von 900 Nsm^–3 (msk rayls) oder weniger und einen Strukturwert von etwa 216 ml/m² (20 ml/ft²) oder mehr. Bei einer Ausführungsform hat der beschichtete Scrim 14 eine spezifische akustische Impedanz im Bereich von 600 bis 900 Nsm^–3 (mks rayls) und einen Strukturwert im Bereich von 216 bis 702 ml/m² (20 bis 65 ml/ft²). Der Strukturwert kann unter Verwendung eines Strukturvolumentests quantitativ gemessen werden, bei welchem die topographischen Strukturen der Texturierung gefüllt und das Volumen des Materials gemessen wird, das erforderlich ist, um die Räume zwischen den Strukturen zu füllen, was in dem nachstehenden Beispiel erläutert wird.
Im Allgemeinen werden die akustischen Leistungseigenschaften einer schallschluckenden Platte, die aus einem porösen Material gebildet wird, wie Mineralfaser, durch Stanzen von Löchern, durch Radabreibung, durch Prägen oder Erodieren der Sichtfläche der Platte verbessert. Der typische gewünschte NRC-Wert für eine schallschluckende Platte beträgt etwa 0,50. Es gibt ein Standardtestverfahren nach ASTM Testbezeichnung C 423-84a, bei welchem die Schalladsorption bei verschiedenen Frequenzen gemessen wird. Da jedoch herkömmliche Beschichtungen im Allgemeinen nicht ausreichend akustisch transparent sind, wenn sie auf eine Platte mit einer Dicke von etwa 0,75 Zoll oder weniger aufgebracht werden, müssen eine oder mehrere dieser leistungserhöhenden Merkmale bei der Platte zur Anwendung kommen. Ohne diese leistungssteigernden Merkmale können herkömmliche beschichtete, schallschluckende Platten dieser Dicke im Allgemeinen die gewünschten akustischen Leistungseigenschaften nicht erreichen.
Durch Verwendung der Beschichtungszusammensetzung 18 nach der Erfindung direkt auf einem Substrat 22, wie es in 2 gezeigt ist, oder durch Kombinieren des beschichteten Scrims 14 von 1 mit einem Substrat 22, wie es in 3 gezeigt ist, kann eine Platte gebildet werden, die das gewünschte strukturelle Aussehen und die gewünschten akustischen Leistungseigenschaften hat, die es der Platte erlauben, eine bestimmte Menge des Umgebungsgeräusches oder -schalls auch dann zu absorbieren, wenn die Platte eine Dicke von 1,9 cm (0,75 Zoll) oder weniger hat. Das Substrat 22 kann im Wesentlichen frei von Stanzlö chern, Radabrieb, Prägen und Erosion sein. Der Begriff "im Wesentlichen frei von Stanzlöchern, Radabrieb, Prägen und Erosion", wie er hier verwendet wird, beschreibt eine schallschluckende Platte, die keines dieser Merkmale oder diese Merkmale in einer Größe hat, die nicht ausreicht, um die akustische Leistung der schalldämmenden Platte günstig zu beeinflussen. Das Substrat 22 hat eine Dicke von bis zu 1,9 cm (0,75 Zoll). Die Platte ist aus Fasern hergestellt, die aus Holz-, Mineral-, Glasfasern und Mischungen davon ausgewählt werden und mit einer Beschichtungszusammensetzung 18 beschichtet werden können, wie sie vorstehend beschrieben ist. Auch wenn das Substrat 22 im Wesentlichen frei von Stanzlöchern, Radabrieb, Prägung und Erosion ist, hat die beschichtete schallschluckende Platte einen NRC-Wert von 0,50 oder mehr, und vorzugsweise von etwa 0,65 oder mehr, sowie einen Strukturwert von 216 ml/m² (20 ml/ft²) oder mehr, und vorzugsweise 378 ml/m² (35 ml/ft²) oder mehr.
Der beschichtete Scrim 14 kann ebenfalls verwendet werden, um die HVAC-Systemkomponenten in einem Hängedeckensystem zu verdecken oder als Sichtfläche eines Flachschallabstrahlers zu dienen, wie er beispielsweise in dem US-Patent 6,386,315 beschrieben ist. Der beschichtete Scrim ergibt die erforderliche spezifische akustische Impedanz, um von der abstrahlenden Platte des Flachschallabstrahlers erzeugten Schall durch den Scrim in den umgebenden Raum hindurchgehen zu lassen. Eine spezifische akustische Impedanz von 900 Nsm^–3 (mks rayls) oder weniger reicht aus, dass von dem Schallabstrahler erzeugter Schall in den umgebenden Raum ohne nachteilige Effekte auf die Schallqualität eintreten kann. Zusätzlich gibt der Scrim dem Flachschallabstrahler das gewünschte strukturierte Aussehen, so dass er das monolithische Aussehen der Hängedecke nicht unterbricht, wenn er mit anderen schallschluckenden Platten in einem Hängedeckensystem kombiniert wird.
Demzufolge kann ein Hängedeckensystem 10, wie es in 4 gezeigt ist, eine Vielzahl von schallschluckenden Platten 24 und wenigstens einen Scrim 14 aufweisen. Die Platten können Maßnahmen zur Steigerung der akustischen Leistung unterworfen worden sein, beispielsweise einem Lochstanzen, einem Radabrieb, einem Prägen und einer Erosion, oder sie können ähnlich zu der schallschluckenden Platte 22 von 2 und 3 sein, die solchen Maßnahmen nicht unterworfen sind, trotzdem NRC-Werte von 0,5 oder mehr haben, wenn die Beschichtung der Erfindung auf ihre Sichtflächen aufgebracht ist. Der beschichtete Scrim 14 und die schallschluckenden Platten 24 können mit im Wesentlichen der gleichen Beschichtungszu sammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben ist, oder mit anderen Beschichtungszusammensetzungen beschichtet werden, die trotzdem die gleiche vorgegebene Struktur ergeben, was zu einem monolithischen Aussehen des Hängedeckensystems 10 führt. Jede der Vielzahl von schallschluckenden Platten 24 und der beschichtete Scrim 14 haben Strukturwerte, die innerhalb etwa 259 ml/m² (24 ml/ft²) zueinander liegen, und vorzugsweise innerhalb etwa 108 ml/m² (10 ml/ft²). Bei einer beispielsweisen Ausgestaltung haben die schallschluckenden Platten 24 und der beschichtete Scrim 14 Strukturwerte im Bereich von 378 bis 702 ml/m² (35 bis 65 ml/ft²) und liegen innerhalb 108 ml/m² (10 ml/ft²) zueinander in diesem Bereich.
Die Bestandteile für die Beschichtungen in den folgenden Beispielen werden zur Bildung jeder Beschichtungsmasse zusammengemischt. Die Beschichtungen werden dann auf eine Platten- oder Scrim-Oberfläche aufgebracht. Die folgende Tabelle zeigt Beispiele für die Verwendung von unterschiedlichen Beschichtungszusammensetzungen und Sprühpistolentypen. Die sich ergebende akustische Leistung und das optische Aussehen der beschichteten Substrate sind ebenfalls angegeben. Tabelle 1

* gesiebt durch ein 30-Mesh-Sieb
** Dispersionsmittel, Entschäumer, Verdickungsmittel

SpaceRite S-3 ist ein Aluminiumhydroxid, das eine mittlere Teilchengröße von 1 μm hat und von Alcoa Industrial Chemicals lieferbar ist. Hydrocarb 60 ist ein Calciumcarbonatprodukt mit einer mittleren Teilchengröße von 2 μm von OMYA, Inc. Tipure R960 ist ein Rutil(Titandioxid)-Produkt mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm von Dupont. Geo tex TXS ist ein Calciumcarbonat, das von Huber hergestellt wird und durch ein 30-Mesh-Sieb gesiebt wird und eine mittlere Teilchengröße von 450 μm hat. DF3015 ist ein Dolomit-Kalkstein mit einer mittleren Teilchengröße von 260 μm von Specialty Minerals, Inc. Airflex 4530 ist ein Ethylenvinylchloridlatex von Air Products.
Bei einem weiteren Beispiel werden die folgenden Zusammensetzungen unter Verwendung eines Labordispergiermischers zur Bildung einer Beschichtungszusammensetzung gemischt. Bei dieser Beschichtungszusammensetzung können andere Zusatzstoffe, wie Dispersionsmittel, Entschäumer und Biozide verwendet werden.
Tabelle 2
Die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung betrug 2,3 Pas (2300 cps) bei einem Feststoffgehalt von 76,3 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung. Die Beschichtung wurde in einen 4-l-(1-Gallon-)Druckbehälter von Binks eingebracht, der mit einer HVLP-Sprühpistole von Binks (Modell Mach1SL, 909VT Fluidspitze, 905P Luftspitze) verbunden ist. Der Behälterdruck wurde auf 0,35 bar (5 psi) und der Zerstäubungsluftdruck auf 1,4 bar (20 psi) eingestellt. Die Beschichtung wurde gleichförmig auf einem Glasfaser-Scrim von Owens Corning YK111 aufgebracht und dann in einem Hotpack-Ofen bei 150°C (300°F) 5 Minuten lang getrocknet. Der oberflächenvergütete Scrim hatte eine spezifische akustische Impedanz von 700 Nsm^–3 (mks rayls). Der oberflächenvergütete Scrim wurde auf einen Metallrahmen aufgeklebt und dann in einer Decke umgeben von schallschluckenden Platten von Armstrong World Industries, Inc., Typ Dune, installiert. Der oberflächenvergütete Scrim war zu den dämmenden Dune-Platten von Armstrong World Industries, Inc. optisch äquivalent. Die Struktur des oberflächenbehandelten Scrims betrug 508 ml/m² (47 ml/ft²), die Textur der schallschluckenden Dune-Platten betrug 443 ml/m² (41 ml/ft²). Der oberflächenbehandelte Scrim hatte ein Deckungsvermögen von 98,2%.
Es wurden Proben von beschichteten und unbeschichteten Scrims und Faserplatten bewertet, um von jedem die quantitativen Strukturwerte zu bestimmen. Jede Probe wurde auf 30,5 cm × 30,5 cm (12'' × 12'') geschnitten. Die Scrim-Proben wurden einzeln auf eine flache Platte von 30,5 cm × 30,5 cm (12'' × 12'') geklebt. Die Proben wurden einzeln an einem Holzrahmen von 0,3 m × 2,5 cm (1' × 1'') aus Hartholz angeordnet, in den auf jeder Seite zwei Löcher gebohrt werden, um Nägel zum Halten der Probe an Ort und Stelle aufzunehmen. Die Abmessungen des Rahmens gemessen an seiner Innenseite waren 30,6 cm × 30,6 cm (12 1/16'' × 12 1/16''). Wichtig ist, dass die Probe fest in den Rahmen passt. Der Rahmen und die Proben wurden so gedreht, dass die Probenfläche bündig zu der Rahmenoberseite war. In die Löcher wurden Nägel eingeführt, um die Probe an Ort und Stelle zu halten. Der Rahmen und die Probe wurden wieder so gedreht, dass die Probe obenauf war. Auf der Probe wurden zur Bildung einer dünnen Schicht Glaskugeln mit 400 μm bis 200 μm (40 bis 60 Mesh-US-Sieb) von Potters Industries Inc., Potsdam, NY, angeordnet. Die Kugeln wurden unter Verwendung einer geraden Kante ausgebreitet, um die Struktur der Probe vollständig auszuführen. Die Probe wurde häufig angeklopft, damit sich die Kugeln in die Struktur setzen. Es wurde eine kleine Bürste verwendet, um alle Kugeln von den Rändern des Rahmens zu bürsten. Die Kugeln wurden dann in ein sauberes Papierstück überführt, indem die Platte und der Rahmen gedreht wurden. Es wurde gegen die Rückseite der Platte mäßig geklopft, um alle Kugeln aus der Probe zu entfernen. Zum Gießen der Kugeln in einen mit einer Messskala versehenen Zylinder wurde ein Trichter verwendet. Gegen den Zylinder wurde leicht geklopft, damit sich die Kugeln absetzen. Das Volumen der Kugeln wurde aufgezeigt. Die Ergebnisse dieser Versuche waren wie folgt:
Tabelle 3
Ausgenommen von Rissbildungs- und Stanzverfahren kann die Struktur auf der Fläche der Deckenplatten von grob bis sehr fein reichen. In diesem Versuch geben sehr grobe Strukturen insgesamt sehr große Volumina > 432 ml/m² (> 40 ml/ft²), während sehr feine Strukturen ein sehr kleines Volumen < 216 ml/m² (< 20 ml/ft²) ergeben. Der Strukturvolumentest kann dazu verwendet werden, gleichförmig glatte oder im Wesentlichen glatte Strukturen zu quantifizieren. Der Ausdruck "im Wesentlichen glatt" bedeutet, dass die vermessene Substratoberfläche eine Ebene bildet und wenigstens 50% der Oberfläche im Wesentlichen bündig zu der Ebene ist und im Wesentlichen frei von Vorsprüngen ist, die sich von der Oberfläche über die Ebene hinaus erstrecken. Wenn dieser Test an "im Wesentlichen glatten" strukturierten Oberflächen nicht eingesetzt wird, beispielsweise wenn die Struktur aus wenigen verteilten Spitzen besteht, kann der Versuch ungenaue und übermäßig große Volumenwerte ergeben. Zu erwähnen ist, dass, obwohl die Dune-Struktur fein ist und die Cirrus-Struktur grob ist, die quantitativen Ergebnisse für die beiden Strukturen ähnlich sind, da die offenen Räume um die Strukturspitzen herum gemessen werden. Somit gibt es eine kleine Anzahl von großen Räumen in der Cirrus-Struktur und eine große Anzahl von kleinen Räumen in der Dune-Struktur.
Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, haben der unbeschichtete Scrim, die beschichtete sandgestrahlte Mineralfaserplatte und der mit Durabrite beschichtete Scrim Strukturwerte, die beträchtlich kleiner als die beschichteten Dune- und Cirrus-Scrims sind, die unter Verwendung von Schleif-, Präge- oder Erosionstechniken strukturiert werden. Die Scrims, die mit der Beschichtung der vorliegenden Erfindung beschichtet sind, um das Strukturaussehen von Dune oder Cirrus zu erzeugen, haben jedoch Strukturwerte, die mit den herkömmlich strukturierten Faserplatten vergleichbar sind. Somit führt die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu optischen Strukturen, die tatsächlich weder quantitativ noch optisch von herkömmliche strukturierten Platten unterscheidbar sind. Die Beschichtungszusammensetzung kann direkt auf eine Faserplatte ohne einen Scrim aufgebracht werden, um die gleichen Strukturwertergebnisse zu erzeugen.
Es wurden Versuche mit Mineralfaserplatten durchgeführt, die mit der Beschichtungszusammensetzung der Erfindung beschichtet waren. Auf die Mineralfaserplatte wurde eine Grundbeschichtung aufgebracht, bevor die strukturierte Beschichtung aufgebracht wurde, um der Platte eine weiße Farbe zu geben. Der NRC-Wert der grundbeschichteten Mineralfaserplatte betrug etwa 0,65. Dann wurde die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung auf die grundbeschichtete Mineralfaserplatte aufgebracht. Die sich ergebende Faserplatte hatte einen NRC-Wert von 0,70. Die Struktur der zweifach beschichteten Mineralfaserplatte betrug 421 ml/m² (39 ml/ft²) und war tatsächlich von den herkömmlichen Dune-Platten nicht unterscheidbar, die einen NRC-Wert von etwa 0,30 und einen Strukturwert von etwa 443 ml/m² (41 ml/ft²) haben.
Das Deckungsvermögen wurde dadurch gemessen, dass der Scrim auf einer Deckvermögen-Prüfkarte, wie der Deckvermögen-Prüfkarte Form N2A von Leneta Company, angeordnet wurde. Die Deckvermögenkarte hat sowohl einen weißen Abschnitt als auch einen schwarzen Abschnitt, über denen die Helligkeit des Scrims gemessen werden kann. Das Deckungsvermögen wird dadurch bestimmt, dass der Helligkeitswert des schwarzen Abschnitts durch den Helligkeitswert des weißen Abschnitts geteilt wird.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein poröses Substrat, bei welchem – eine Beschichtungszusammensetzung hergestellt wird, die – Füllstoffteilchen mit einer mittleren Teilchengröße in einem Bereich von 100 bis 600 μm und mit einer Menge von 35 bis 90 Gew.-% auf Trockenfeststoffbasis, – ein Bindemittel, – einen flüssigen Träger und – einen Feststoffgehalt im Bereich von 50 bis 85% hat, – die Beschichtungszusammensetzung auf das poröse Substrat gesprüht wird und – das beschichtete Substrat getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die Beschichtungszusammensetzung aus einer Sprühvorrichtung mit großem Volumen und niedrigem Druck gesprüht wird, was ein beschichtetes Substrat ergibt, das – eine spezifische akustische Impedanz im Bereich von 600 bis 900 Nsm^–3 (mks rayls), – einen Strukturwert in einem Bereich von 216 bis 702 ml/m² (20 bis 65 ml/ft²) und – einen Wert für das Deckungsvermögen von 98% oder mehr hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung mit hohem Volumen und niedrigem Druck bei einem Zerstäubungsdruck im Bereich von 0,72 bar (10 psi) bis 2,15 bar (30 psi) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung sekundäre Teilchen aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Siliciumdioxid, Titandioxid, Bariumsulfat, Ton, Glimmer, Talkum, Perlit, Gips, Wollastonit, Calcit, Aluminiumhydroxid, Zinkoxid, Zinksulfat und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 30 μm haben.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung die sekundären Teilchen in einer Menge von etwa 5 bis etwa 55 Gew.-% auf Trockenfeststoffbasis enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffteilchen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Calciumcarbonat, Dolomit und Mischungen davon besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffteilchen eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von etwa 200 bis etwa 450 μm haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Epoxiden, Urethanen, Melaminen, Polyestern, Vinylpolymeren, Stärken, Proteinen und Kombinationen davon besteht oder ein Polymer ist, das aus einem Monomer gebildet wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Ethylen, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Ethylacrylat, Methylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Ethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Styrol, Butadien, Urethan, Epoxid, Melamin, Ester und Kombinationen davon besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung weiterhin ein Pigment mit einem Verhältnis von Pigment zu Bindemittel in einem Bereich von etwa 5:1 bis etwa 30:1 auf Trockenfeststoffbasis aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als poröses Substrat ein Scrim verwendet wird.