JP2021528270A

JP2021528270A - 音響パネルの性能を向上させるためのホウ酸塩およびケイ酸塩コーティングとそれを作製する方法

Info

Publication number: JP2021528270A
Application number: JP2020566681A
Authority: JP
Inventors: リ、チンファ; アルダベイベ、ナザル
Original assignee: ユーエスジー・インテリアズ・エルエルシー
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-10-21
Also published as: CN112189038A; US11753550B2; MX2020012337A; US20190382589A1; WO2019241379A1; EP3807364A1; CA3102478A1

Abstract

【解決手段】本開示は、繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるためのコーティング組成物を提供し、この組成物は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩またはアルカリ土類金属ケイ酸塩のうちの少なくとも１つとを含み、無機結合剤は水溶性である。本開示のコーティングを含む、裏打ち面および反対側の対向面を有する繊維パネル、およびそれを製造する方法がさらに提供される。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、音響パネル用の硬化性コーティング組成物、本開示の硬化性コーティング組成物でコーティングされた音響パネル、およびそれを作製する方法に関する。より具体的には、本開示は、無機ホウ酸塩およびケイ酸塩結合剤を含む硬化性コーティングに関し、結合剤は水溶性である。

音響パネル（またはタイル）は、部屋、廊下、会議場などの屋内空間において音を吸収することおよび／または音の伝達を低減することによって音響を向上させることを目的としている、特別に設計されたシステムである。多くのタイプの音響パネルがあるが、通常の様々な音響パネルは、例えば、米国特許第１，７６９，５１９号に開示されているように、一般に、鉱物ウール繊維、充填剤、着色剤、および結合剤から構成されている。これらの材料は、他の様々なものに加えて、望ましい音響特性ならびに色および外観などの他の特性を有する音響パネルを提供するために使用することができる。

パネルを製造するために、通常、繊維、充填剤、増量剤、結合剤、水、界面活性剤、および他の添加剤が組み合わされてスラリーが形成され、処理される。セルロース繊維は、通常、再生新聞用紙の形態にある。増量剤は、通常、膨張パーライトである。充填剤には、粘土、炭酸カルシウム、または硫酸カルシウムが含まれ得る。結合剤には、すべての原料を所望の構造マトリックスに固定することを容易にする結合系を作成するように共に連結されるデンプン、ラテックス、および再構成紙製品が含まれ得る。

デンプンなどの有機結合剤は、多くの場合、パネルの構造的接着を提供する主要な結合剤成分である。デンプンは、他の理由の中でも比較的安価であるため、好ましい有機結合剤である。例えば、新聞用紙、鉱物ウール、およびパーライトを含むパネルは、でんぷんを使用して経済的に結合することができる。でんぷんは、パネル構造に強度および耐久性の両方を与えるが、湿気によって引き起こされる問題の影響を受けやすい。湿気は、パネルを柔らかくし、たるみを引き起こす可能性があり、これは、天井では見場が悪く、パネルの弱体化につながる可能性がある。

パネル内の湿気によって引き起こされる問題に対処するために使用される１つの方法は、パネルの裏側を、尿素−ホルムアルデヒド成分を含むまたは含んでいないメラミン−ホルムアルデヒド樹脂ベースのコーティングでコーティングすることである。このようなホルムアルデヒド樹脂ベースのコーティングは、湿気または湿度にさらされると、下向きのたるみの動きからもたらされる背面への圧縮力に抵抗する傾向がある。

硬化したメラミン−ホルムアルデヒド樹脂は、適切に硬化すると、硬くて脆い架橋構造を有する。この剛性構造は、下向きのたるみの動きからもたらされる背面への圧縮力に抵抗するように機能する。しかし、ホルムアルデヒド樹脂は、既知の環境刺激物質であるホルムアルデヒドを排出する傾向がある。

ホルムアルデヒドの排出を減らすために、尿素などのホルムアルデヒド反応性物質を添加して、遊離ホルムアルデヒドを除去してきている。残念ながら、そのような小分子スカベンジャーは、ホルムアルデヒド樹脂の反応性基を末端封鎖する可能性があり、それにより、有意なレベルの架橋が生じることが妨げられる。結果として、所望の高度に架橋されたポリマー構造は形成されない。結果として得られるコーティングは弱く、たるみに抵抗するようには作用しない。

低揮発性有機化学物質（ＶＯＣ）放出物として分類されるさまざまな市販の音響パネル製品があるが、それでもなおこれらの製品は、これらのパネルで使用されるさまざまなホルムアルデヒド排出成分の存在により、検出可能なレベルのホルムアルデヒドを排出する。製造プロセスでの熱暴露中に発生するホルムアルデヒド排出物は、スタックまたは熱酸化器内に排気され得るが、結果として得られる製品には、設置後に排出される可能性のある残留ホルムアルデヒドが依然として含まれている。ホルムアルデヒド排出物を低減するか、またはそのような排出物を排除することで、学校、医療施設、またはオフィスビルを含む公共の建物など、音響パネルが設置されている場所の室内空気質が向上される。

本開示の一態様は、裏打ち面および反対側の対向面を含み、パネルの少なくとも１つの面に配置された硬化コーティング層を有する繊維パネルを含み、硬化コーティング層は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、約１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である、コーティングされた繊維パネルを提供する。

本開示の別の態様は、裏打ち面および反対側の対向面を含む繊維パネルを提供することと、繊維パネルの少なくとも１つの面に第１のコーティング層を堆積させることと、を含み、第１のコーティング層は無機結合剤を含み、無機結合剤は、乾燥した第１のコーティング層の総重量に基づいて、約１０〜１００重量％の量で存在し、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である、繊維パネルをコーティングする方法を提供する。

本開示の別の態様は、繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるための硬化性コーティング組成物を提供し、硬化性コーティング組成物は、そこから形成される乾燥コーティングの総重量に基づいて、約１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である。

さらなる態様および利点は、以下の詳細な説明を検討することで当業者に明らかとなるであろう。本方法および組成物は、様々な形態での実施形態が可能であるが、本開示が、例示であり、本開示を本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図しないとの理解のもとに、以下の説明には、特定の実施形態を含んでいる。

本開示の一実施形態による、コーティングを有するコーティングされたパネルの斜視図を概略的に示す。

本開示は、裏打ち面および反対側の対向面を有する繊維パネルと、パネルの少なくとも１つの面に配置された硬化コーティング層とを含むコーティングされた繊維パネルを提供し、硬化コーティング層は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である。

本明細書で使用される場合、「パネル」および「タイル」という用語は、互換的であると見なされるべきである。同様に、「繊維パネル」、「天井タイル」、および「音響タイル」という用語は、互換的であると見なされるべきである。

本明細書で使用される場合、「コーティング組成物」および「コーティング層」という用語は、コーティング層が繊維パネル上に施されたまたは堆積されたときのコーティング組成物を指すために使用される限り、互換的であると見なされるべきである。本明細書で使用される場合、「乾燥コーティング」、「乾燥コーティング層」、または「硬化コーティング層」という用語は、任意の乾燥および／または硬化工程が実行された後のコーティングされた繊維パネル上の最終コーティングを指すために、互換的に使用することができる。すなわち、コーティング組成物中に存在していたかもしれない、水などの本開示の無機結合剤を混合するために使用された任意の水性溶媒は、加熱、化学硬化、またはコーティングされた繊維パネルの乾燥に適した他の任意のプロセスによって蒸発または脱水されている。

有利なことに、本開示のコーティングされた繊維パネルは、コーティングされていない繊維パネルだけでなく、金属ケイ酸塩結合剤しか含まない（すなわち、無機結合剤はホウ酸塩を含まない）コーティングを有する繊維パネルと比較して、著しく減少したたるみと、業界標準のホルムアルデヒドコーティングを有する完成繊維パネルに対して、向上させたとはいかないまでも、少なくとも同様のたるみ抵抗を実証する。

任意選択で、コーティング層は、実質的にホルムアルデヒドを含まず、また、実質的に有機ポリマー結合剤を含まない。同様に、実施形態では、無機結合剤は、実質的にホルムアルデヒドを含まず、また、実質的に有機ポリマー結合剤を含まない。有利なことに、本開示のコーティングされた繊維パネルのコーティング層が実質的にホルムアルデヒドおよび／または有機ポリマー結合剤を含まないとき、これらは、既知のホルムアルデヒド不含コーティングと比較した場合でも、ホルムアルデヒド排出のリスクが低減される。特に、音響パネル用のホルムアルデヒド不含コーティングは、一般に、有機ポリマー結合剤を含む。特定の有機ポリマー結合剤は、本質的に、検出可能かつ定量化可能なレベルのホルムアルデヒドを含み、放出し、排出し、または生成する。したがって、ホルムアルデヒドが音響パネルのコーティングに使用されるような有機ポリマー結合剤の成分ではない場合でも、パネルは、例えば、有機ポリマー結合剤の分解を含む幾つかの理由で、ホルムアルデヒドを依然として放出、排出、または生成する可能性がある。本開示のコーティング組成物が有機ポリマー結合剤を実質的に含まない実施形態では、コーティング組成物およびコーティングされた繊維パネルは、そのような有機ポリマー結合剤の分解に関連するホルムアルデヒドを含まないか、または放出しない。

あるいは、実施形態では、コーティング層は、有機ポリマー結合剤を含むがこれに限定されない追加の結合剤を含む。

本明細書で使用される場合、「実質的にホルムアルデヒドを含まない」とは、コーティング層および／または結合剤が、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド生成化学物質で作られておらず、通常の使用条件下ではホルムアルデヒドを放出しないことを意味する。「実質的にホルムアルデヒドを含まない」という用語は、故意にまたは意図的に添加されたホルムアルデヒドを含まないことを意味するものとしてさらに定義することができる。したがって、偶発的またはバックグラウンド量（例えば、１００ｐｐｂ未満）のホルムアルデヒドがコーティング組成物中に存在し得る。表面処理および裏面コーティングに含まれる湿潤状態の防腐剤または殺生物剤などの特定の添加剤は、検出可能で定量化可能なレベルのホルムアルデヒドを放出、排出、または生成する可能性がある。したがって、ホルムアルデヒドが音響パネルで使用される意図的に添加された成分ではない場合でも、パネルは、例えば殺生物剤の分解を含む幾つかの理由で、ホルムアルデヒドを依然として放出、排出、または生成する可能性がある。

コーティング組成物中に存在するホルムアルデヒドの量は、加湿されたＭａｒｋｅｓのＭｉｃｒｏｃｈａｍｂｅｒ内で乾燥コーティングサンプルを１１５℃に加熱し、２，４−ジニトロフェニルヒドラジン（ＤＮＰＨ）カートリッジを使用して制御された条件下で排出物を収集することにより、ＡＳＴＭＤ５１９７に従って決定することができる。曝露後、ＤＮＰＨカートリッジをアセトニトリルで洗浄し、アセトニトリル洗浄液を５ｍｌの容量に希釈し、サンプルを液体クロマトグラフィーで分析する。結果は、コーティングサンプルのμｇ／ｍｇで報告され、コントロールサンプルと比較される。有意な一連のテストにわたってコントロールサンプルの実験誤差内にあるサンプルは、明らかに実質的にホルムアルデヒドを含まない。

本明細書で使用される場合、「実質的に有機ポリマー結合剤を含まない」とは、無機結合剤が有機ポリマー結合剤を含まず、また、無機結合剤を含むコーティング組成物も有意な量の意図的に添加された有機ポリマー結合剤を含まないことを意味する。したがって、偶発的またはバックグラウンド量（例えば、約１００ｐｐｂ未満）の有機ポリマー結合剤（例えば、パネルコア材料から浸出したもの）が、本開示によるコーティング組成物中に存在し得、本開示の範囲内であり得る。本明細書で使用される場合、「有機ポリマー結合剤」は、有機ポリマーおよびオリゴマーを含み、また、その場で（硬化の有無にかかわらず）重合して有機ポリマーを形成することができる有機モノマーをさらに含む。

本開示はさらに、繊維パネルをコーティングする方法、および繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるための硬化性コーティング組成物を提供する。

無機結合剤
一般に、本開示の無機結合剤は、所望の構造マトリックスへのすべてのコーティング組成物原料の保持を容易にする結合系を作成するように共に連結される硬化性のホウ酸塩および金属ケイ酸塩化合物を含む。無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含む。本開示による無機結合剤は、水溶性である。一般に、乾燥中、コーティングは、溶媒の蒸発および／または結合剤媒体の物理的および／または化学反応により、液体から固体状態に変化する［ＣｏａｔｉｎｇｓＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉｃＤｉｃｔｉｏｎａｒｙ、Ｓ．ＬｅＳｏｔａ編、ＦｅｄｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｏｃ．ｆｏｒＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＢｌｕｅＢｅｌｌ、ＰＡ．、１９９５］。

本開示の無機結合剤は、ホウ酸塩を含む。任意の水溶性ホウ酸塩およびその組み合わせが、本開示のコーティング組成物に適していると見なされる。適切なホウ酸塩には、例えば、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、五ホウ酸カリウム、五ホウ酸アンモニウム、ホウ砂十水和物、酸化ホウ素、ホウ酸リチウム、およびそれらの組み合わせが含まれる。実施形態において、ホウ酸塩は、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、五ホウ酸カリウム、五ホウ酸アンモニウム、ホウ砂十水和物、酸化ホウ素、ホウ酸リチウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。ホウ酸塩は、無水ホウ酸塩または水和ホウ酸塩であり得る。例えば、本開示によれば、四ホウ酸ナトリウムを含む無機結合剤は、無水四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム五水和物、またはそれらの混合物を含む無機結合剤を包含する。

本開示の無機結合剤は、金属ケイ酸塩をさらに含む。任意の水溶性金属ケイ酸塩およびその組み合わせが、本開示のコーティング組成物に含まれ得る。実施形態では、金属ケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。特定の金属ケイ酸塩には、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ベリリウム、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。実施形態では、金属ケイ酸塩は、アルカリ土類金属ケイ酸塩である。実施形態では、アルカリ土類金属ケイ酸塩は、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ベリリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、金属ケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩である。実施形態では、アルカリ金属ケイ酸塩は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、およびそれらの組み合わせから選択される。実施形態において、アルカリ金属ケイ酸塩は、ケイ酸ナトリウムを含む。

ケイ酸ナトリウム溶液は、「水ガラス」と呼ばれることもあり、公称式Ｎａ_２Ｏ（ＳｉＯ_２）_ｘを有する。市販のケイ酸ナトリウム溶液は、約１．５〜約３．５の範囲内のＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏの重量比を有する。この比率は、さまざまな分子量のケイ酸塩種の平均を表す。適切なケイ酸ナトリウム溶液は、約１．５〜約３．５、約２〜約３．２、約２．５〜約３．２の範囲内、例えば、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、約３．０、約３．１、または約３．２のＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏの重量比を有する。実施形態では、ケイ酸ナトリウム溶液は、約３．０〜約３．２の範囲内のＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏの重量比を有し得る。

金属ケイ酸塩が典型的に水溶液／分散液として提供される、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属ケイ酸塩と組み合わせてホウ酸塩を含むコーティング組成物は、コーティング用途に有用な物理的および化学的特性を有する。繊維パネルに薄いコーティングとして施されると、ホウ酸塩およびケイ酸塩溶液／分散液は乾燥して、次の利点：低コスト、不燃性、３０００°Ｆ（約１６５０℃）までの温度に対する耐性、たるみに対する耐性、無臭、および無毒、のうちの１つまたは複数を有するコーティングが形成される。

実施形態では、無機結合剤は、ケイ酸ナトリウムおよび四ホウ酸ナトリウムを含む。

任意選択で、本開示によるコーティングは、実質的に追加の結合剤を含まない。すなわち、実施形態では、コーティングは、実質的に非ホウ酸塩結合剤を含まず、実質的に非アルカリ金属ケイ酸塩結合剤を含まず、また、実質的に非アルカリ土類金属ケイ酸塩結合剤を含まない。本明細書で使用される場合、「実質的に非ホウ酸塩を含まない」、「実質的に非アルカリ金属ケイ酸塩を含まない」、および「実質的に非アルカリ土類金属ケイ酸塩を含まない」とは、コーティングが、有意な量の意図的に添加された非アルカリ金属ケイ酸塩結合剤、非アルカリ土類金属ケイ酸塩結合剤、または非ホウ酸塩結合剤を含まないことを意味する（例えば、乾燥コーティングの総重量に基づいて、３重量％未満、２重量％未満、または１重量％未満がコーティング中に存在し得、本開示の範囲内にあり得る）。したがって、実施形態では、本開示による無機結合剤は、１つまたは複数のホウ酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属塩、およびそれらの組み合わせからなるか、または本質的にそれらからなることができる。

本開示によるコーティング組成物またはコーティング層中の無機結合剤の量は、特に限定されない。無機結合剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、約１０重量％〜約１００重量％、約２５重量％〜約７５重量％、約４０重量％〜約６０重量％、または約３０重量％〜約５０重量％の範囲内、例えば、約１０、１５、２０、２２、２５、２７、３０、３２、３５、３７、４０、４２、４５、４７、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、または１００重量％の量で存在することができる。

無機充填剤
任意選択で、本開示によるコーティングされた繊維パネルのコーティング層および／またはコーティング組成物は、無機充填剤を含むことができる。一般に、任意の無機固体、不活性鉱物、または鉱物様材料を、無機充填剤として添加することができる。

適切な鉱物および鉱物様充填剤には、例えば、粘土（例えば、カオリン粘土またはベントナイト粘土）、雲母、砂、硫酸バリウム、シリカ、滑石、マグネシア、橄欖石、ドロマイト、透角閃石、ゾノライト、蛭石、石膏、パーライト、石灰石（方解石または霰石）、菱苦土石、珪灰石、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、中空ビーズ、ベントナイト塩、飛灰、底灰、石炭灰、製鋼スラグ、鉄スラグ、石灰石スラグ、沸石、およびそれらの組み合わせが含まれる。実施形態では、充填剤は、粘土、雲母、砂、硫酸バリウム、シリカ、滑石、マグネシア、橄欖石、ドロマイト、透角閃石、ゾノライト、蛭石、石膏、パーライト、石灰石（方解石または霰石）、菱苦土石、珪灰石、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、中空ビーズ、ベントナイト塩、飛灰、底灰、石炭灰、製鋼スラグ、鉄スラグ、石灰石スラグ、沸石、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。実施形態では、充填剤は、炭酸カルシウムを含む。実施形態では、充填剤は、炭酸カルシウムおよびカオリン粘土を含む。

無機充填剤の粒子サイズは、粒子サイズがコーティングの無機結合剤の結合特性に悪影響を及ぼさない限り、特に制限されない。実施形態では、無機充填剤の粒子サイズは、約１μｍ〜約２００μｍ、約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２５μｍ〜約７５μｍの範囲内であり得る。例えば、無機充填剤の粒子サイズは、約１、約５、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約４０、約５０、約６０、約７０、約７５、約８０、約８５、約９０、約１００、約１１０、約１２０、約１３０、約１４０、約１５０、約１６０、約１７０、約１８０、約１９０、または約２００μｍであり得る。

無機充填剤は、無機結合剤と同じではない。したがって、実施形態では、無機充填剤は、実質的にホウ酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩、およびアルカリ土類金属ケイ酸塩を含まない。本明細書で使用される場合、「実質的にホウ酸塩を含まない」、「実質的にアルカリ金属ケイ酸塩を含まない」、および「実質的にアルカリ土類金属ケイ酸塩を含まない」とは、無機充填剤が、有意な量の意図的に添加されたホウ酸塩、例えば、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、ホウ砂十水和物、酸化ホウ素、またはホウ酸リチウム、有意な量の意図的に添加されたアルカリ金属ケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、またはケイ酸リチウム、または、有意な量の意図的に添加されたアルカリ土類金属ケイ酸塩、例えば、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、またはケイ酸ベリリウムを含まないことを意味する。したがって、偶発的またはバックグラウンド量のホウ酸塩および金属ケイ酸塩（例えば、乾燥コーティングの総重量に基づいて、３重量％未満、２重量％未満、または１重量％未満）が、無機充填剤中に存在し得、本開示の範囲内であり得る。ガラスおよび粘土を含む無機充填剤は、ケイ酸アルミニウムおよび／またはホウケイ酸塩を含み得、本開示の範囲内であり得る。

本開示によるコーティング組成物または層中の無機充填剤の量は、特に限定されない。実施形態では、無機充填剤は、最大約９０重量％の量で含まれ得る。例えば、無機充填剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、約１０重量％〜約９０重量％、約２５重量％〜約７５重量％、約４０重量％〜約６０重量％、または約３０重量％〜約５０重量％の範囲内、例えば、約５、約１０、約１５、約２０、約２２、約２５、約２７、約３０、約３２、約３５、約３７、約４０、約４２、約４５、約４７、約５０、約５５、約６０、約６５、約７０、約７５、約８０、約８５、または約９０重量％の量で含まれ得る。

コーティング組成物およびコーティング層は、任意選択で、分散剤、顔料、界面活性剤、ｐＨ調整剤、緩衝剤、粘度調整剤、安定剤、消泡剤、流動調整剤、およびそれらの組み合わせなどの１つまたは複数の成分をさらに含むことができる。

実施形態では、コーティング組成物は、１つまたは複数の分散剤を含む。適切な分散剤には、例えば、ピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）（ＦＭＣＣｏｒｐ．）、Ｔａｍｏｌ（登録商標）７３１Ａ（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ）などのポリカルボン酸ナトリウム、およびＴｒｉｔｏｎ（商標）ＣＦ−１０アルキルアリールポリエーテル（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌｓ）などの非イオン性界面活性剤が含まれる。実施形態では、コーティング組成物は、Ｔｒｉｔｏｎ（商標）ＣＦ−１０アルキルアリールポリエーテル（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌｓ）などの非イオン性界面活性剤から選択される分散剤を含む。

任意選択で、コーティング組成物およびコーティング層は、コーティングに高められた耐水性を与える成分を少量さらに含み得る。例えば、高められた耐水性を与える成分は、コーティング組成物および／またはコーティング層に、約３重量％以下、約２重量％以下、または約１重量％以下の量で含まれ得る。高められた耐水性を与える適切な成分には、例えば、コーティングに疎水性を与えるシロキサンが含まれる。適切なシロキサンには、ポリメチルヒドロシロキサン、ポリジメチルシロキサン、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。

硬化性コーティング組成物は、従来の混合技術を使用して、無機結合剤および他のオプションの成分（例えば、無機充填剤）を混合することによって製造することができる。通常、コーティング粒子または固体は、水性担体中に懸濁されている。通常、ホウ酸塩および金属ケイ酸塩を含む無機結合剤と、任意選択で、無機充填剤とは、水性担体に添加され、混合され、その後に、乾燥重量％量による降順で他のオプションの成分が続く。次に、コーティング組成物を繊維パネル上に堆積させて、コーティング層を形成することができる。

あるいは、コーティング層は、無機結合剤、および存在する場合は無機充填剤を繊維パネルに段階的に堆積させることによって製造することができる。そのような実施形態では、無機結合剤が水性担体に添加され、混合され、その後に、前述のとおり、他のオプションの成分が続き、結合剤分散液が形成される。同様に、無機充填剤が水性担体に添加され、混合され、その後に、前述のとおり、他のオプションの成分が続き、充填剤分散液が形成することができる。次に、結合剤分散液および充填剤分散液を、繊維パネル上に段階的に堆積させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、結合剤分散液が繊維パネル上に堆積され、その後に充填剤分散液が続く。別の実施形態では、充填剤分散液が繊維パネル上に堆積され、その後に結合剤分散液が続く。

本開示のコーティング組成物、すなわち、結合剤分散液および／またはオプションの充填剤分散液の固形分は、特定の用途に実用的である限り高くすることができる。使用する液体担体の選択と量に関する制限因子は、必要な量の固形で得られる粘度である。噴霧が粘度に最も敏感であるが、他の堆積方法はそれほど敏感ではない。コーティング組成物の固形分の有効範囲は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、約１５重量％以上、例えば、約２０重量％以上、約２５重量％以上、約３０重量％以上、約３５重量％、約４０重量％以上、または約４５重量％以上である。すなわち、本明細書で定義されるようなコーティング組成物の固形分の有効範囲は、通常、最終的な乾燥コーティング層から蒸発される、水などの任意の水性担体または溶媒を含む。あるいは、またはさらに、コーティング組成物の固形分は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、約８０重量％以下、または約７５重量％以下、または約７０重量％以下である。したがって、コーティング組成物の固形分は、コーティング組成物の固形分について記載された上記の端点のうちの任意の２つによって制限され得る。例えば、コーティング組成物の固形分は、約１５重量％〜約８０重量％、約３５重量％〜約８０重量％、約４５重量％〜約７５重量％、または約４５重量％〜約７０重量％であり得る。

例えば、６０重量％の３７．５％固体ケイ酸ナトリウム溶液、５重量％の四ホウ酸ナトリウム、および３５重量％の追加の水を含むコーティング組成物は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、１００％の無機結合剤（すなわち、ケイ酸ナトリウムおよび四ホウ酸ナトリウム）で構成されている、約２７．５重量％の固形分を有する。したがって、コーティングが乾燥および／または硬化されると、無機結合剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約１００重量％を占める。

無機充填剤が含まれるさらなる例において、６０重量％の３７．５％固体ケイ酸ナトリウム溶液、５重量％の四ホウ酸ナトリウム、５重量％のカオリン粘土、２０重量％の炭酸カルシウム、および１０重量％の追加の水を含むコーティング組成物は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、約２７．５％の無機結合剤（すなわち、ケイ酸ナトリウムおよび四ホウ酸ナトリウム）および約２５％の無機充填剤（すなわち、カオリン粘土および炭酸カルシウム）で構成されている、約５２．５重量％の固形分を有する。したがって、コーティングが乾燥および／または硬化されると、無機結合剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約５２．４重量％を占め、無機充填剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約４７．６重量％を占める。

したがって、本開示は、繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるための硬化性コーティング組成物を提供する。硬化性コーティング組成物は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、約１０〜９０重量％の無機結合剤を含む。無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は、水溶性である。

任意選択で、本開示の硬化性コーティング組成物は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、最大約９０重量％の無機充填剤をさらに含むことができ、無機結合剤および無機充填剤は同じではない。

繊維パネル
本開示はさらに、本開示のコーティング組成物でコーティングされたパネル（例えば、音響パネル、天井タイル）に関する。図１に概略的に示されるように、本開示の一態様によるコーティングされたパネル１０は、裏打ち面３０および対向面４０を有するパネルコア２０を含む。パネルは、任意選択で、裏打ち面３０と接触する裏打ち層３５、および／または対向面４０と接触する対向層４５をさらに含む。裏面コーティング層５０が、例えば、裏打ち面３０またはオプションの裏打ち層３５と接触して配置される。任意選択で、さらなる前面コーティング層６０が、例えば、対向面４０またはオプションの対向層４５の上またはその一面に配置される。

裏面コーティング層５０は、加湿状態での重力によるたるみ力に有益に対抗し、したがって、コーティングは、パネルコア２０の裏打ち面３０（または、存在する場合は裏打ち層３５）に施される。裏打ち面３０は、吊り天井タイルシステムにおいてパネル上方のプレナムに向けられる面であり得る。コーティングされたパネル１０は、音を減衰させるための音響パネルであり得る。裏打ち面３０は、音響パネルが壁に設けられている用途では、パネルの後ろの壁に向けられている面であり得る。

パネルコア２０を製造するための例示的な手順は、米国特許第１，７６９，５１９号に記載されている。一態様では、パネルコア２０は、鉱物ウール繊維およびデンプンを含む。本開示の別の態様では、デンプン成分は、米国特許第１，７６９，５１９号、同第３，２４６，０６３号、および同第３，３０７，６５１号に開示されているように、鉱物ウール繊維用の結合剤として作用するデンプンゲルであり得る。本開示のさらなる態様では、パネルコア２０は、ガラス繊維パネルを含み得る。

本開示のコーティングされたパネルのパネルコア２０はまた、様々な他の添加剤および薬剤を含み得る。例えば、パネルコア２０は、硫酸カルシウム材料（スタッコ、石膏、および／または硬石膏など）、ホウ酸およびヘキサメタリン酸ナトリウム（ＳＨＭＰ）を含み得る。カオリン粘土およびグアーガムは、音響タイルの製造時にスタッコおよびホウ酸の代わりに使用することができる。

本開示のコーティングされたパネルのコアは、様々な技術を使用して製造することができる。一実施形態では、パネルコア２０は、米国特許第４，９１１，７８８号および同第６，９１９，１３２号に記載されているように、湿式または水フェルト化プロセスによって製造される。別の実施形態では、パネルコア２０は、水中でデンプンおよび様々な添加剤を組み合わせて混合してスラリーを提供することによって製造される。スラリーを加熱して、デンプンを調理し、デンプンゲルを生成し、次いでデンプンゲルを鉱物ウール繊維と混合する。ゲル、添加剤、および鉱物ウール繊維（「パルプ」と称される）のこの組み合わせが、連続プロセスでトレイに計量される。パルプが計量されるトレイの底部は、トレイからの材料の剥離を助けるが、最終製品の一部としても残る裏打ち層３５（例えば、漂白紙、未漂白紙、またはクラフト紙で裏打ちされたアルミ箔、以下クラフト／アルミ箔と称される）を任意選択で含むことができる。パルプの表面はパターン化することができ、パルプを含むトレイは、例えば、対流式トンネル乾燥機を通してそれらを輸送することによって、その後乾燥させることができる。次に、乾燥生成物またはスラブが、仕上げラインに供給され得、そこでパネルコア２０を提供するためのサイズに切断され得る。次いで、パネルコア２０は、本開示のコーティング組成物を施すことによって、本開示のパネルに変換され得る。コーティング組成物は、好ましくは、コアが形成され、乾燥された後、パネルコア２０に施される。さらに別の実施形態では、パネルコア２０は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３６４，０１５号に記載されている方法に従って製造される。具体的には、パネルコア２０は、硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む音響層を含み、これは、モノリシックな層であっても多層複合材料であってもよい。望ましくは、パネルコア２０は、水、焼成石膏、発泡剤、および任意選択でセルロース繊維（例えば紙繊維）、軽量骨材（例えば発泡スチロール）、結合剤（例えばデンプン、ラテックス）、および／または強化材料（例えばトリメタリン酸ナトリウム）の混合物をコンベアベルト上で成型することによって音響パネル前躯体のリボンが形成される、従来の石膏壁板製造ラインで製造することができる。

実施形態では、パネルコアは、任意選択でスクリム層（例えば、紙、織または不織ガラス繊維）、および／または焼成石膏を含み、少なくとも約３５ｌｂｓ／ｆｔ^３の密度を有する高密度化層前駆体でコーティングされた裏打ちシート（例えば、紙、金属箔、またはそれらの組み合わせ）を含む。さらに別の実施形態では、パネルコア２０は、湿式フェルト化処理に従って製造される。湿式フェルト化処理では、鉱物ウール、発泡パーライト、デンプン、および微量添加剤を含む、パネル形成材料の水性スラリーが、長網抄紙機または円網式抄造機などの可動ワイヤスクリーン上に堆積される。長網抄紙機のワイヤスクリーン上で、水性スラリーを重力によって、次いで任意選択で真空吸引によって脱水することによって、湿潤マットが形成される。湿潤マットは、さらなる脱水のために、プレスロール間で所望の厚さにプレスされる。プレスされたマットは、オーブンで乾燥され、次いで音響パネルを製造するために切断される。次いで、パネルコア２０は、本開示のコーティング組成物を施すことによって、本開示のパネルに変換され得る。コーティング組成物は、好ましくは、コアが形成され、乾燥された後、パネルコア２０に施される。

さらなる実施形態では、パネルコア２０は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００７／０２７７９４８Ａ１号に記載されているように、防腐剤として１種以上のホルムアルデヒド不含殺生物剤を含むことができる。好適なホルムアルデヒド不含殺生物剤としては、Ｐｒｏｘｅｌ（登録商標）ＧＸＬまたはＰｒｏｘｅｌ（登録商標）ＣＲＬ（ＡＲＣＨＣｈｅｍｉｃａｌｓ）、Ｎａｌｃｏｎ（登録商標）（Ｎａｌｃｏ）、Ｃａｎｇｕａｒｄ（商標）ＢＩＴ（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ）、およびＲｏｃｉｍａ（商標）ＢＴ１Ｓ（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ）として入手可能な１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オンが挙げられる。他のイソチアゾリン−３−オンとしては、Ａｃｔｉｃｉｄｅ（登録商標）ＭＢＳ（Ａｃｔｉ−Ｃｈｅｍ）として入手可能な１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オンと２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンとのブレンドが挙げられる。さらなるイソチアゾリン−３−オンとしては、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、およびそれらのブレンドが挙げられる。５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンと２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンとのブレンドは、Ｋａｔｈｏｎ（商標）ＬＸ（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ）、Ｍｅｒｇａｌ（登録商標）Ｋ１４（ＴｒｏｙＣｈｅｍｉｃａｌ）、およびＡｍｅｒｓｔａｔ（登録商標）２５１（ＤｒｅｗＣｈｅｍｉｃａｌ）として入手可能である。別の好適なホルムアルデヒド不含殺生物剤として、ＺｉｎｃＯｍａｄｉｎｅ（登録商標）（ＡＲＣＨＣｈｅｍｉｃａｌｓ）として入手可能な亜鉛１−ヒドロキシ−２（１Ｈ）−ピリジンチオンが挙げられ、好ましくは乾燥状態および湿潤状態の両方で有効である。亜鉛１−ヒドロキシ−２（１Ｈ）−ピリジンチオンはまた、ＺｉｎｃＯｍａｄｉｎｅ（登録商標）エマルジョンとして入手可能な酸化亜鉛と共に使用することができる。他の好適なホルムアルデヒド不含殺生物剤としては、Ｋａｔｈｏｎ（商標）８９３およびＳｋａｎｅ（登録商標）Ｍ−８（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ）として入手可能な２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン、およびＭｅｔａｓｏｌ（登録商標）ＴＫ−１００（ＬａｎＸｅｓｓ）として入手可能な２−（４−チアゾリル）−ベンズイミダゾールが挙げられる。

前述のように、本開示によるコーティングされたパネルは、任意選択で裏打ち層３５を含み得る。未漂白紙、漂白紙、クラフト／アルミ箔などを含む、多数の材料が、裏打ち層３５として使用され得る。製品の表面燃焼特性を改善するために、任意選択で、難燃性裏面コーティングを漂白または未漂白紙裏打ちと組み合わせて施すことができる。難燃性裏面コーティングは、例えば、水、難燃剤、および殺生物剤などの様々な成分を含むことができる。裏打ち層３５はまた、たるみ抵抗および／または音響制御を向上させるためにも使用され得る。さらに、１つのフィルコーティングまたは複数のフィルコーティングを裏打ち層３５に施すこともできる。フィルコーティングは、例えば、水、充填剤、結合剤、および消泡剤、殺生物剤、および分散剤などの様々な他の添加剤などの様々な成分を含むことができる。一般に、フィルコーティングが使用されるときは、フィルコーティングは、通常、本開示の金属ケイ酸塩コーティングの後に施される。

本開示のコーティング組成物は、繊維パネル（例えば、音響パネルまたは天井タイル）などのパネルの前面および／または裏面をコーティングする際に使用するのに適している。本開示のコーティング組成物は、水フェルト化法によって製造された音響パネルを含む、当技術分野で知られ、当技術分野で知られている方法によって製造された音響パネルとともに使用することができる。例えば、音響パネルおよびその製造は、例えば、各々が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第１，７６９，５１９号、同第３，２４６，０６３号、同第３，３０７，６５１号、同第４，９１１，７８８号、同第６，４４３，２５８号、同第６，９１９，１３２号、および同第７，３６４，０１５号に記載されている。本開示に従って使用するのに好適な市販の天井タイルとしては、例えば、Ｃｈｉｃａｇｏ、ＩｌｌのＵＳＧＩｎｔｅｒｉｏｒｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲａｄａｒ（商標）ブランドの天井タイルが挙げられる。Ｒａｄａｒ（商標）ブランドのタイルは、厚さ５／８インチおよび以下の組成：１〜７５重量％のスラグウール繊維、５〜７５重量％の発泡パーライト、１〜２５重量％のセルロース、５〜１５重量％のデンプン、０〜１５重量％のカオリン、０〜８０重量％の脱水硫酸カルシウム、２重量％未満の石灰石またはドロマイト、５重量％未満の結晶性シリカ、および２重量％未満の酢酸ビニルポリマーまたはエチレン酢酸ビニルポリマー、を有する水フェルト化スラグウールまたは鉱物ウール繊維パネルである。鉱物ウール繊維の直径は、実質的な範囲、例えば０．２５〜２０ミクロンにわたって変動し、また繊維の大部分は直径３〜４ミクロンの範囲内にある。鉱物繊維の長さは、約１ｍｍ〜約８ｍｍの範囲である。

繊維パネルのコーティング方法
本開示は、裏打ち面および反対側の対向面を有する繊維パネルを提供することと、繊維パネルの少なくとも１つの面にコーティング層を堆積させることとを含む、繊維パネルをコーティングする方法を提供し、コーティング層は、無機結合剤を含み、無機結合剤は、乾燥した第１のコーティング層の総重量に基づいて、約１０〜１００重量％の量で存在し、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である。実施形態では、コーティングは、繊維パネルの裏打ち面に堆積されて、裏面コーティングを提供する。本明細書で使用される場合、「裏面コーティング」は、天井タイルまたは繊維パネルの裏打ち面に設けられたホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティングを指す。

実施形態では、コーティングされた繊維パネルは、本開示による無機結合剤を含む１つのコーティング層を含む。実施形態では、コーティングされた繊維パネルは、本開示による無機結合剤を含む、少なくとも２、３、または４つのコーティング層から８、９、または１０個までのコーティング層、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０個のコーティング層を含む。本開示の各コーティング層は、無機結合剤を含み、無機結合剤は、乾燥コーティング層の総重量に基づいて、約１０〜１００重量％の範囲内の量で存在し、無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、無機結合剤は水溶性である。

少なくとも第２のコーティング層が繊維パネルに施される実施形態では、コーティング方法は、第１のコーティング層と接触してまたはその上に第２のコーティング層を堆積させることをさらに含み、第２のコーティング層は、第２の無機結合剤を含み、第２の無機結合剤は、乾燥した第２の層の総重量に基づいて、１０〜１００重量％の量で存在し、第２の無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、第２の無機結合剤は水溶性である。

３つ以上のコーティング層が施される実施形態では、後続のコーティング層は、以前に堆積されたコーティング層と接触するか、またはその上にあるように提供され得る。すなわち、例えば、第３のコーティング層が第２のコーティング層と接触することができ、第４のコーティング層が第３のコーティング層と接触することができ、または第５のコーティング層が第４のコーティング層と接触することができる。

実施形態では、第１および／または第２のコーティング層、およびその上に堆積された任意の後続のコーティング層（例えば、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、および／または第１０のコーティング層）は、任意選択で無機充填剤をさらに含むことができる。無機充填剤は、乾燥コーティング層の重量に基づいて、最大約９０重量％の量で存在し、無機結合剤と無機充填剤とは同じではない。

無機充填剤がコーティング層に存在する実施形態では、本開示の方法は、コーティング層を堆積させる前に、無機結合剤と無機充填剤とを混合して硬化性コーティング組成物を形成することをさらに含むことができる。すなわち、無機結合剤と、存在する場合は無機充填剤とは、事前に混合することができ、したがって、混合物の状態で同時に堆積させることができる。無機充填剤がコーティング層に存在する他の実施形態では、無機充填剤および無機結合剤は、無機結合剤分散液および無機充填剤分散液から段階的に堆積される。任意選択で、無機充填剤が最初に堆積され、無機結合剤が続いて、かつ第１の無機充填剤層と接触して堆積される。理論に拘束されることを意図することなく、無機充填剤を最初に堆積させると、ホウ酸塩およびケイ酸塩結合剤の架橋／脱水によって形成されたマトリックス中の充填剤の保持が強化され、さらに、ホウ酸塩およびケイ酸塩結合剤の架橋／脱水が促進されると考えられている。実施形態では、分散剤を硬化性コーティング組成物に混合し、無機結合剤および無機充填剤と同時に堆積させることができる。分散剤はまた、結合剤および充填剤が段階的に堆積されるときは、無機結合剤分散液および／または無機充填剤分散液に含まれ得る。

コーティング組成物は、当業者に容易に知られ、利用可能な様々な技術を使用して、パネル、好ましくは繊維音響パネルまたは天井タイル基材の１つまたは複数の表面に施すことができる。そのような技術には、例えば、エアレス噴霧システム、エアアシスト噴霧システムなどが含まれる。コーティングは、ロールコーティング、フローコーティング、フラッドコーティング、噴霧、カーテンコーティング、押し出し成形、ナイフコーティング、およびそれらの組み合わせなどの方法によって施すことができる。ホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティングは、約１０ｇ／ｆｔ^２〜約４０ｇ／ｆｔ^２、約１５ｇ／ｆｔ^２〜約３５ｇ／ｆｔ^２、および約１５ｇ／ｆｔ^２〜約２５ｇ／ｆｔ^２の湿潤ベースの量のコート重量を有するように施され得る。水性コーティング組成物は、例えば、約１５重量％〜約８０重量％、約３５重量％〜約８０重量％、約４５重量％〜約７５重量％、または約４５重量％〜約７０重量％の範囲内の任意の適切な固形分を有し得る。ホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティングは、６５％固体組成物から施されて、乾燥ベースで、約０．０１４ｌｂ／ｆｔ^２（約６．５ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０６５ｌｂ／ｆｔ^２（約２９．３ｇ／ｆｔ^２）、約０．０２０ｌｂ／ｆｔ^２（約９．８ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０５０ｌｂ／ｆｔ^２（約２２．８ｇ／ｆｔ^２）、または約０．０２０ｌｂ／ｆｔ^２（約９．８ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０３６ｌｂ／ｆｔ^２（約１６．３ｇ／ｆｔ^２）のコート重量を有することができる。実施形態では、ホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティングは、４５重量％固体組成物から施されて、乾燥ベースで、約０．０１０ｌｂ／ｆｔ^２（約４．５ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０４０ｌｂ／ｆｔ^２（約１８ｇ／ｆｔ^２）、約０．０１５ｌｂ／ｆｔ^２（約６．８ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０３５ｌｂ／ｆｔ^２（約１５．８ｇ／ｆｔ^２）、または約０．０１５ｌｂ／ｆｔ^２（約６．８ｇ／ｆｔ^２）〜約０．０２５ｌｂ／ｆｔ^２（約１１．３ｇ／ｆｔ^２）のコート重量を有することができる。一実施形態では、本開示のコーティング組成物は、パネルの裏打ち面３０に施される。別の実施形態では、本開示のコーティング組成物は、パネルの裏打ち層３５に施される。

本開示の硬化性コーティング組成物が、予混合硬化性組成物として、または無機結合剤およびオプションの無機充填剤の段階的堆積によってパネルに施された後、コーティングされた繊維パネルを乾燥または硬化することができる。本明細書で使用される場合、「硬化」は、例えば、共有化学反応（例えば、縮合反応）、水素結合などを介して、結合剤の特性を変えるのに十分な任意の化学的または形態学的変化を指す。コーティングされた繊維パネルは、個々のコーティング層がそれぞれ施された後（例えば、無機結合剤および無機充填剤の予混合組成物の単一の堆積後）、またはすべてのコーティング層が施された後（例えば、無機結合剤および無機充填剤の予混合組成物の複数の堆積後、または無機結合剤または無機充填剤を含む組成物の段階的添加後）に乾燥することができる。繊維パネルを乾燥させると、架橋／脱水された固体ホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティング層の形成が促進される。実施形態では、コーティングされた繊維パネルは、空気乾燥によって乾燥される。すなわち、繊維パネルは、熱または強制空気を加えることなく、周囲の室温条件下で乾燥させることができる。あるいは、またはさらに、実施形態では、組成物は、コーティングされた繊維パネルを加熱することによって乾燥させることができる。理論に拘束されることを意図することなく、加熱は、無機ホウ酸塩およびケイ酸塩結合剤の硬化および架橋／脱水をもたらし、それによってホウ酸塩およびケイ酸塩の構造マトリックスを強化すると考えられている。さらに、無機充填剤が存在するときは、加熱は、ホウ酸塩およびケイ酸塩の構造マトリックス内の無機充填剤の保持を増強すると考えられている。得られた生成物を乾燥させると、コーティング組成物またはその成分のいずれかの担体として使用される水が除去され、無機ホウ酸塩ケイ酸塩結合剤が、パネルに強化された構造剛性を提供可能な構造的で剛性のネットワークに変換される。

コーティングされた繊維パネルが加熱によって乾燥されるとき、加熱の持続時間および温度は、乾燥速度、処理または取り扱いの容易さ、および加熱された基材の特性の発達に影響を与える。約３秒〜約１５分の期間の約１００℃〜約５００℃（例えば、約１２０℃、約１５０℃〜約５００℃、または約１７５℃〜約４００℃、または約２００℃〜約３００、または約３００℃から約５００℃）での熱処理が、本開示のコーティングされた繊維パネルを乾燥させるのに適している。音響パネルの場合、適切な温度は、約３００℃〜約５００℃、または約３５０℃〜約４５０℃（約６００〜約８００°Ｆ）の範囲内にすることができる。一般に、加熱は、完全に硬化したことを示すため、少なくとも約２００℃〜２４０℃（約３９０〜約４６５°Ｆ）のコーティング表面温度が達成されるまで行われる。実施形態では、この方法は、コーティングされた繊維パネルを、少なくとも約２５０°Ｆ（約１２０℃）、少なくとも３００°Ｆ（約１５０℃）、少なくとも３５０°Ｆ（約１７５℃）、最大約４００°Ｆ（約２０５℃）、約４５０°Ｆ（約２３０℃）、または約５００°Ｆ（約２６０℃）の表面温度に加熱することを含む。

乾燥および硬化機能は、必要に応じて、２つ以上の異なる工程で実行することができる。例えば、硬化性コーティング組成物は、最初に、組成物を実質的に乾燥させるのに十分であるが、実質的に硬化させない温度で、しばらくの間、加熱し、次いで、二度目に、完全に硬化するために、より高い温度で、および／またはより長い期間で加熱することができる。「Ｂステージング」と呼ばれるそのような手順を使用して、本開示によるコーティングされたパネルを提供することができる。

実施形態では、この方法は、化学硬化層を堆積させることをさらに含む。本開示の方法は、乾燥および／または熱硬化に加えて、またはその代わりにも化学硬化を利用することができる。化学硬化は、溶液から不溶性金属ケイ酸塩化合物を沈殿させて固体層を提供することにより、多価金属化合物または酸性溶液を堆積させて硬化ホウ酸塩および金属ケイ酸塩コーティングを形成することを含み得る。実施形態では、コーティング層は、多価金属または酸の溶液でさらにコーティングすることができる。無機結合剤およびオプションの無機充填剤が段階的に堆積される実施形態では、多価金属または酸は、無機充填剤および／または無機結合剤と共に提供され、それと同時に堆積され得る。複数の予混合コーティング層が施される実施形態では、化学硬化層を各コーティング層間に施すことができる。

理論に拘束されることを意図することなく、多価金属は、無機ネットワークの格子間空間内の任意の一価カチオン（例えば、ナトリウム、リチウム、またはカリウム）を置換し、硬化を加速し、不溶性ケイ酸塩コーティングを形成すると考えられている。多価金属は、二価および／または三価の金属塩として提供することができる。適切な多価金属には、Ｂｅ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、およびＡｌ^３＋が含まれるが、これらに限定されない。実施形態では、多価金属は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、銅、鉄、アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオンを有する金属塩を含む。実施形態では、多価金属は、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、銅、鉄、アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオンを有する金属塩を含む。実施形態では、多価金属は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオンを有するアルカリ土類金属塩を含む。適切な塩には、ホウ酸塩、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、およびそれらの組み合わせが含まれる。実施形態では、多価金属は、酸化物、水酸化物、またはそれらの組み合わせの形態で提供される。理論に拘束されることを意図することなく、より遅く溶解する化合物、例えば、炭酸塩、酸化物、水酸化物などを使用して、安定した配合物を提供することができると考えられている。

酸が化学硬化に使用される実施形態では、酸は、任意の酸、例えば、酢酸、硫酸、リン酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される有機酸および鉱酸を含むが、それらに限定されない有機酸または鉱酸であり得る。

実施形態では、多価金属化合物または酸は、（任意の乾燥および／または硬化工程前の）化学硬化層を形成するための組成物の重量に基づいて、コーティング層の硬化を増強するための任意の適切な量で、例えば、約５重量％〜約３０重量％、約１０重量％〜約２５重量％、または約１５重量％〜約２０重量％の範囲内、例えば、約５重量％、約１０重量％、約１１重量％、約１２重量％、約１３重量％、約１４重量％、約１５重量％、約１６重量％、約１７重量％、約１８重量％、約１９重量％、約２０重量％、約２５重量％、または約３０重量％の量で、化学硬化層を形成するための組成物中に存在し得る。

実施形態では、化学硬化のための組成物は、無機充填剤をさらに含むことができる。適切な無機充填剤には、例えば、粘土（例えば、カオリン粘土またはベントナイト粘土）、雲母、砂、硫酸バリウム、シリカ、滑石、マグネシア、橄欖石、ドロマイト、透角閃石、ゾノライト、蛭石、石膏、パーライト、石灰石（方解石または霰石）、菱苦土石、珪灰石、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、中空ビーズ、ベントナイト塩、飛灰、底灰、石炭灰、製鋼スラグ、鉄スラグ、石灰石スラグ、沸石、およびそれらの組み合わせなど、コーティング層に含まれ得るものが含まれる。

実施形態では、無機充填剤は、（任意の乾燥および／または硬化工程前の）化学硬化層を形成するための組成物の重量に基づいて、最大５０重量％で、約５重量％〜約４５重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約１５重量％〜約２５重量％の範囲内、例えば、約５重量％、約１０重量％、約１５重量％、約２０重量％、約２５重量％、約３０重量％、約３５重量％、約４０重量％、約４５重量％、または約５０重量％の量で、化学硬化層を形成するための組成物中に存在し得る。

実施形態では、化学硬化層は、塩化カルシウムおよび粘土などの無機充填剤を含む。

多価金属化合物を含有する硬化組成物は、当技術分野で知られている任意の技術、例えば、エアレス噴霧システム、エアアシスト噴霧システムなどによって施すことができる。多価金属化合物コーティングは、ロールコーティング、フローコーティング、フラッドコーティング、噴霧、カーテンコーティング、押し出し成形、ナイフコーティング、およびそれらの組み合わせなどの方法によって施すことができる。塩化カルシウム、塩化マグネシウム、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない多価金属化合物の溶液を、硬化性コーティング組成物でコーティングされたホットパネルに噴霧することができる。理論に拘束されることを意図することなく、化学硬化反応を完了させるのに必要な多価金属塩の最小量があると考えられている。化学硬化反応を完了させるための多価金属塩の好適なコート重量は、湿潤または乾燥ベースで、少なくとも２．５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２または少なくとも約５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２である。多価金属は、約２．５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２〜約３５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２、または約５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２〜約３０ｍｍｏｌ／ｆｔ^２、約７ｍｍｏｌ／ｆｔ^２〜約２０ｍｍｏｌ／ｆｔ^２、または約９ｍｍｏｌ／ｆｔ^２〜約１５ｍｍｏｌ／ｆｔ^２の範囲内の（乾燥または湿潤ベースでの）コート重量で、塩として堆積され得る。

任意選択で、多価金属化合物の溶液をパネルに噴霧した後、パネルを乾燥させ、例えば、２０秒〜５分の間、１００°Ｆ〜６００°Ｆ（約３５℃〜約３１５℃）、約２００°Ｆ〜約５００°Ｆ（約９０℃〜約２６０℃）、約３００°Ｆ〜約４００°Ｆ（約１５０℃〜約２０５℃）の範囲内、例えば、約１００°Ｆ（約３５℃）、約２００°Ｆ（約９０℃）、約３００°Ｆ（約１５０℃）、約４００°Ｆ（約２０５℃）、約４５０°Ｆ（約２３０℃）、約５００°Ｆ（約２６０℃）、約５５０°Ｆ（約２９０℃）、または約６００°Ｆ（約３１５℃）の温度に再び加熱することができる。あるいは、または加熱と組み合わせて、多価金属化合物の溶液をパネルに噴霧した後、パネルを空気乾燥によって乾燥させることができる。

本開示のコーティングされたパネルは、ＡＳＴＭＣ３６７Ｍ−０９に従って決定されるように、永久ひずみに対する増加した抵抗（たるみ抵抗）を有する。

たるみ試験−ＡＳＴＭＣ３６７Ｍ−０９
天井タイルのたるみは、ＡＳＴＭＣ３６７Ｍ−０９に従って測定することができる。簡潔に説明すると、天井タイルを、天井グリッドを模した試験ラックに配置する。ラックにセットされたパネルの幾何学的中心の垂直位置を測定して、７０°Ｆ（２１℃）／５０％Ｒ．Ｈ．の１時間の調整後の製品の初期位置を決定する。タイルパネルの初期位置が測定されると、タイルは単一の試験サイクルを含むさまざまな環境条件にさらされる。特に、以下に説明する例では、１０４°Ｆ（４０℃）／５０％Ｒ．Ｈ．で１２時間、続いて７０°Ｆ（２１℃）／５０％Ｒ．Ｈ．で１２時間のサイクルが、３回完了され、各サイクルの完了後に中心位置が測定される。たるみは２つの方法で報告される。「総移動量」は、３回のサイクルが完了した後、天井タイルの初期位置とタイルの最終位置との間の垂直位置の差をとることによって決定される。「最終位置」は、タイルの最終的な垂直位置をとることによって決定される。特に指定のない限り、たるみは２´ｘ４´タイルのインチ単位で列挙される。本開示の適切なタイルは、コーティングされていないタイルよりも少ないたるみ、例えば、約１．０インチ（約２．５ｃｍ）未満、または約０．８インチ（約２．０ｃｍ）未満、または約０．６インチ（約１．５ｃｍ）未満、または０．５インチ（約１．３ｃｍ）未満、または約０．４インチ（約１．０ｃｍ）未満、または約０．３インチ（約０．７５ｃｍ）未満、または約０．２インチ（約０．５０ｃｍ）未満、または約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）未満のたるみを示す。

本開示の範囲内の変更は当業者には明らかであり得るので、前述の説明は、理解を明確にするためにのみ提示され、この説明を不必要な制限として理解するべきではない。

本開示による組成物、パネル、および方法は、以下の実施例を考慮してより良好に理解され得、以下の実施例は、本開示の組成物、パネル、および方法を例示することを意図しているに過ぎず、その範囲を限定することを目的としていない。

実施例１−コーティングされた繊維パネルの製造
一連のコーティングされた音響天井タイルが製造され、たるみ抵抗について試験された。特に指定のない限り、実施例で使用されたすべての天井タイルは、Ｃｈｉｃａｇｏ、Ｉｌｌ．のＵＳＧＩｎｔｅｒｉｏｒｓ、Ｉｎｃ．から入手可能なＲａｄａｒ（商標）ブランドの天井タイルである。Ｒａｄａｒ（商標）ブランドのタイルは、厚さ５／８インチおよび以下の組成：１〜７５重量％のスラグウール繊維、５〜７５重量％の発泡パーライト、１〜２５重量％のセルロース、５〜１５重量％のデンプン、０〜１５重量％のカオリン、０〜８０重量％の脱水硫酸カルシウム、２重量％未満の石灰石またはドロマイト、５重量％未満の結晶性シリカ、および２重量％未満の酢酸ビニルポリマーまたはエチレン酢酸ビニルポリマー、を有する水フェルト化スラグウールまたは鉱物ウール繊維パネルである。鉱物ウール繊維の直径は、実質的な範囲、例えば０．２５〜２０ミクロンにわたって変動し、また繊維の大部分は直径３〜４ミクロンの範囲内にある。鉱物繊維の長さは、約１ｍｍ〜約８ｍｍの範囲である。

天井タイルはカットされ、６”ｘ２４”のサンプルパネルに分割された。サンプルパネルの半分は、本開示による無機結合剤を含むコーティング組成物を使用してコーティングされ（実施例１）、サンプルパネルの半分は、アルカリ金属ケイ酸塩を含むがホウ酸塩を含まない比較コーティング組成物でコーティングされた（比較例１）。すべてのサンプルパネルをロールコーティングして裏面コーティングを設けた後、５５０°Ｆ（約２９０℃）で３分間乾燥させた。

コーティング組成物は、以下の表１に、水性コーティング組成物の体積％および水性コーティング組成物の対応する重量％に関して示されている。

実施例１の無機結合剤は、四ホウ酸ナトリウム五水和物およびケイ酸ナトリウム溶液（Ｎケイ酸ナトリウム溶液、３．２２ＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏ、固形分３７．５％、ＰＱＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ＶａｌｌｅｙＦｏｒｇｅ、ＰＡ）を含んでいた。無機結合剤は、無機充填剤および分散剤と組み合わせて施された。実施例１のコーティング組成物は、５９％の３７．５％固体ケイ酸ナトリウム溶液、２．２０％の四ホウ酸ナトリウム五水和物、２０％の炭酸カルシウム、５％のカオリン粘土、０．２０％の分散剤、および１３．６％の追加の水を含んでいた。

したがって、実施例１のコーティング組成物は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、２４．３％の無機結合剤（すなわち、ケイ酸ナトリウムおよび四ホウ酸ナトリウム）および２５％の無機充填剤（すなわち、炭酸カルシウムおよびカオリン粘土）で構成されている、約４９．３重量％の固形分を有していた。したがって、コーティングが乾燥および／または硬化されたとき、無機結合剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約４９．３重量％を占め、無機充填剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約５０．７重量％を占めていた。

比較例１では、コーティング組成物は、４１％の３７．５％固体ケイ酸ナトリウム溶液、４０％の炭酸カルシウム、５％のカオリン粘土、０．２０％の分散剤、および１３．８％の追加の水を含んでいた。

したがって、比較例１のコーティング組成物は、任意の乾燥および／または硬化工程前の全コーティング組成物に基づいて、約１５．４％の無機結合剤（すなわち、ケイ酸ナトリウム）および４５％の無機充填剤（すなわち、炭酸カルシウムおよびカオリン粘土）で構成されている、約６０．４重量％の固形分を有していた。したがって、コーティングが乾燥および／または硬化されたとき、無機結合剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約２５．５重量％を占め、無機充填剤は、乾燥コーティングの総重量に基づいて、コーティングの約７４．５重量％を占めていた。

乾燥コーティングの総重量に基づく、２つのコーティングの無機結合剤および無機充填剤の量を以下の表２で比較する。

５５０°Ｆ（約２９０℃）で３分間乾燥させた後、タイルを１５重量％の塩化カルシウムおよび２０重量％の粘土の溶液で構成されている化学硬化層でコーティングし、５５０°Ｆ（約２９０℃）で３０秒間乾燥させた。

実施例２−コーティングされた繊維パネルのたるみ抵抗試験
実施例１の繊維パネルは、上記のように、各コーティング組成物に対して合計１００枚のサンプルパネルを使用して、ＡＳＴＭＣ３６７Ｍ−０９に従ってたるみについて試験された。たるみ試験の結果を以下の表３に示す。

表１に示されるように、本開示によるホウ酸塩および金属ケイ酸塩を含む無機結合剤を有するコーティングでコーティングされたパネルは、金属ケイ酸塩無機結合剤のみを含むコーティングでコーティングされたパネルと比較して、たるみが少なくとも約３５％（および最大約６０％）減少した。

したがって、実施例１および２は、本開示による、コーティングされた繊維パネルおよびそれを製造する方法、ならびに繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるための硬化性コーティング組成物を実証する。さらに、実施例１および２は、本開示のコーティングされた繊維パネルが、ホウ酸塩無機結合剤を含まない同様のコーティングされた繊維パネルと比較したとき、たわみ抵抗が著しく向上されることを実証する。

Claims

コーティングされた繊維パネルであって、
裏打ち面および反対側の対向面を含み、前記パネルの少なくとも１つの面に配置された硬化コーティング層を有する繊維パネルを含み、前記硬化コーティング層は、
乾燥コーティングの総重量に基づいて、１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、
前記無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、前記無機結合剤は水溶性である、繊維パネル。
前記コーティング層は、前記乾燥コーティングの総重量に基づいて、最大９０重量％の無機充填剤をさらに含み、前記無機結合剤および前記無機充填剤は同じではない、請求項１に記載の繊維パネル。
前記アルカリ金属ケイ酸塩または前記アルカリ土類金属ケイ酸塩は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ベリリウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記ホウ酸塩は、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、五ホウ酸カリウム、五ホウ酸アンモニウム、ホウ砂十水和物、酸化ホウ素、ホウ酸リチウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１または２に記載の繊維パネル。
前記無機結合剤は、ケイ酸ナトリウムおよび四ホウ酸ナトリウムを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維パネル。
繊維パネルをコーティングする方法であって、
裏打ち面および反対側の対向面を含む繊維パネルを提供することと、
前記繊維パネルの少なくとも１つの面に第１のコーティング層を堆積させることと、を含み、前記第１のコーティング層は無機結合剤を含み、前記無機結合剤は、乾燥した前記第１のコーティング層の総重量に基づいて、１０〜１００重量％の量で存在し、前記無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、前記無機結合剤は水溶性である、方法。
前記第１のコーティング層は、無機充填剤をさらに含み、前記無機充填剤は、乾燥した前記第１のコーティング層の重量に基づいて、最大９０重量％の量で存在し、前記無機結合剤および前記無機充填剤は同じではなく、
前記第１のコーティング層を堆積させる前に、硬化性コーティング組成物を形成するように、前記無機結合剤および前記無機充填剤を混合することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記第１のコーティング層と接触して第２のコーティング層を堆積させることをさらに含み、前記第２のコーティング層は第２の無機結合剤を含み、前記第２の無機結合剤は、乾燥した前記第２の層の総重量に基づいて、１０〜１００重量％の量で存在し、前記第２の無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、前記第２の無機結合剤は水溶性である、請求項５または６に記載の方法。
化学硬化層を堆積させることをさらに含み、
前記化学硬化層は、多価金属または酸の溶液を含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
前記化学硬化層は、塩化カルシウムおよび粘土を含む、請求項８に記載の方法。
繊維パネルのたるみ抵抗を向上させるための硬化性コーティング組成物であって、
前記乾燥コーティングの総重量に基づいて、１０〜１００重量％の無機結合剤を含み、
前記無機結合剤は、ホウ酸塩と、アルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属ケイ酸塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属ケイ酸塩とを含み、前記無機結合剤は水溶性である、硬化性コーティング組成物。