KR102323474B1 - 음향 투과성 코팅 - Google Patents

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Abstract

음향 기판 상에 사용하기 위한 음향 투과성 코팅을 위한 제제로서, 물 분산성 결합제 및 비교적 큰 충전제 입자들을 포함하며, 제제가 액적들로 분무될 수 있게 하기 위한, 높은 안료 체적 농도, 높은 점도, 높은 전단 담화, 및 고속 건조를 특징으로 하고, 액적들은 상호 접촉 시 상기 액적들의 개별 성질(individual nature)을 유지한다.

Description

음향 투과성 코팅
본 발명은 음향 기판들의 외관을 개선하는데 유용한 음향 투과성 코팅들에 관한 것이다.
미국 특허 제8,684,134호, 제8,770,345호, 및 제8,925,677호는 모놀리식 음향 천장들을 구성하기 위해 사용되는 건식벽체 시트들 또는 패널들을 개시한다. 패널들은 천공되고, 얇고 다공성이고 반투명한 웹, 이를테면 부직포 반투명 섬유 유리 베일(veil) 또는 스크림(scrim)으로 피복된다. 패널들 사이의 조인트들은 석고 협회 출판물 GA-216-2013에 따라 일반 건식벽체가 테이핑된 것과 동일한 방식으로 테이프 및 조인트 화합물로 마감될 수 있다.
베일을 통해 보이는 테이핑된 조인트들 및 천공들을 숨기기 위해 건식벽체 패널들에 걸쳐 적용될 수 있고, 패널들에 의해 제공되는 흡음을 크게 감소시키지 않는 코팅이 필요하다. 페인터 또는 숙련공의 분야에서 과도한 기술을 요구하지 않고 코팅이 적용될 수 있는 것, 그리고 전체 코팅이 제한된 시간, 바람직하게는 단일 작업일의 절반 미만 내에 건조되는 것이 중요하다.
본 발명은 높은 다공성 및 결과적인 높은 음향 투과성을 특징으로 하는, 음향 기판을 위한 마감 또는 외관 코팅을 제공한다. 코팅은 모놀리식 음향 천장 구성에서, 반투명 또는 반-투과성 부직포 베일로 피복된 건식벽체 시트들 내의 천공들, 및 그러한 시트들 사이의 테이핑된 조인트들을 숨기는데 특히 유용하다.
개시된 코팅 재료는 연속 층이 적용되기 전에 건조되게 허용되는 다수의 층들에 액적 형태로 분무되도록 적응된다. 결과적인 코팅 구조는 잔류 액적들과 중간 공극들 또는 세공들의 3차원 매트릭스이다. 코팅 재료는, 비교적 큰 충전제 입자들, 높은 안료 체적 농도, 상당한 전단 담화, 및 고속 건조 특성들을 특징으로 한다.
코팅 재료는 비교적 큰 액적들의 형태로 분무된다. 재료의 물리적 특성들로 인해, 액적들은, 기판 또는 재료의 이전 층 상에 증착되면, 그들의 개별 특성의 적어도 일부를 유지한다. 액적들은, 이들의 점도 및 신속한 건조 특성들로 인해, 인접 액적들과 완전히 병합되지 않는다. 액적들은 동일한 코팅 층 뿐만 아니라 이전의 코팅 층의 액적들 사이에 개방 공간들을 제공하기에 충분한 개별성(individuality)을 유지한다. 천장 응용에서 일반 관찰자의 육안들에 의해 간과될 정도로 충분히 작은 개방 공간들은 별개의 코팅 층을 통해 상호 연결되어, 코팅의 전체 두께에 걸쳐 다공성을 제공한다.
도 1은 본 발명을 이용하는 석고 패널 음향 모놀리식 천장의 개략적인 부분 등각 투영도이다.
도 2는 도 1의 모놀리식 음향 천장의 확대된 스케일의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 코팅의 면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 코팅의 바람직한 포뮬러의 점도의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 코팅의 공기 유동 저항률의 그래프이다.
이제 도 1을 참조하면, 음향 모놀리식 천장 설치물(10)의 개략적인 부분도가 도시되어 있다. 구성 세부사항들을 드러내기 위해, 천장(10)의 층들의 부분들이 벗겨져 있다. 천장(10)은 본 기술분야에 알려져 있는 건식벽체 그리드(11)를 포함하는 현수식 시스템이며, 그 건식벽체 그리드(11)는, 각 중심에서 4 피트만큼 이격된 메인 티들(12), 및 각 중심에서 16 인치 또는 2 피트만큼 이격된 교차 크로스 티들(13)을 포함한다. 여기에서 사용되는 치수들은 전형적으로 공칭 치수들이며, 업계 승인된 미터법 등가물들을 포함한다. 크로스 티들(13)이 서로 맞물린 메인 티들(12)은 상부 구조(미도시)에 부착된 와이어들(14)에 의해 현수된다. 그리드(11)의 둘레는 각각의 벽들(16)에 고정된 채널 몰딩(15)에 의해 통상적으로 형성된다.
음향 패널들(20)은 자체-드릴링 스크루들(21)로 그리드 티들(12, 13)의 하부 측들에 부착된다. 예시된 음향 패널들은 이들의 평면 치수들이 4 피트 x 8 피트이지만, 원하는 대로 또는 실용적으로, 더 길 수 있고, 더 짧을 수 있고, 그리고/또는 상이한 폭으로 이루어질 수 있다. 패널(20)의 사이즈 및 그리드 티들(12 및 13)의 간격은 패널의 에지들이 그리드 티 아래에 놓일 수 있게 하고 그리드 티에 직접적으로 부착될 수 있게 하여, 이들 에지들이 잘 지지되는 것을 보장한다.
도 2를 참조하면, 음향 패널(20)은 천공된 석고 코어(24)를 특징으로 한다. 코어(24)를 제공하는 하나의 방법은, 건식벽체의 표준 상업적 이용 가능 시트를 전방 페이퍼 면(23), 석고 코어(24), 및 후방 페이퍼 측 또는 면(25)을 통해 천공함으로써, 건식벽체의 표준 상업적 이용 가능 시트를 변형시키는 것이다. 천공들(28)은 드릴링, 펀칭 또는 다른 알려져 있는 홀-형성 기법들에 의해 형성될 수 있다. 천공들(28)은 균일하게 이격되는 것이 바람직하며; 예로서, 천공들은 각 중심에서 16 mm만큼 이격된 8 mm 직경의 둥근 홀들일 수 있다. 이러한 배열은 패널(20)의 전체 평면 면적의 20%와 실질적으로 동일한 천공들의 총 면적을 생성한다. 다른 홀 사이즈들, 형상들, 패턴들, 및 밀도들이 사용될 수 있다. 예컨대, 테스트들은 총 면적의 9%의 홀 밀도가 양호한 결과들을 달성할 수 있다는 것을 나타내었다. 시트의 지지 그리드, 장선들, 또는 스터드들의 중심들에 대응하는 중간 영역들 뿐만 아니라 주변 영역들은 체결 포인트들에서 강도를 유지하기 위해 천공되지 않은 상태로 유지될 수 있다.
시트들(29, 30)은 천공된 건식벽체 시트의 양 측들 모두에 적층되어, 천공들(28)의 양 단부들을 적어도 부분적으로 폐쇄한다. 건식벽체의 후방 측에서, 배커 시트 또는 웹(30)은 음향 천장 패널 기술에서 알려져 있는 음향 흡수성 부직포인 것이 바람직하다. 예로서, 배커 직물은 Freudenberg Vliesstoffe KG에 의해 상표 SOUNDTEX®로 시판되는 것일 수 있다.
건식벽체 시트(22)의 전방 측에서, 부직포 스크림 층(29)의 형태의 시트 또는 웹이 적합한 접착제로 부착된다. 대면 층 또는 시트(29)는 다공성이며; 이 응용에 적합한 재료는 통상적인 음향 천장 패널들에 대한 커버 또는 면으로서 상업적으로 사용되는 것이다. 이러한 타입의 베일 재료의 예는 Owens Corning Veil Netherlands B.V.에 의해 제품 코드 A125 EX-CH02로 시판되는 것이다.
다른 동일한 패널들을 갖는 패널(20)은 일반적인 건식벽체가 설치된 것과 동일한 방식으로 그리드(11) 상에 매달려 있다. 유사하게, 도 1에 도시된 바와 같이, 조인트들(33)이 통상적인 건식벽체가 테이핑된 것과 동일한 방식으로 테이핑된다. 건식벽체 조인트 화합물 또는 유사한 재료(34)는, 그 건식벽체 조인트 화합물 또는 유사한 재료(34)를 직접적으로 시트들(29)에 적용하고 테이프(35) 위에 적용하여 테이프를 숨김으로써, 테이프 또는 유사한 재료(35)를 2개의 접하는 패널들(20)의 인접 주변부들에 접착시키기 위해 사용된다.
조인트 화합물(34)이 매끄럽게 샌딩 또는 스펀징된 후, 전방 시트들(29) 및 나머지 조인트 화합물은 본 발명의 음향 투과성 코팅(31)으로 페인팅된다. 모놀리식이라는 용어가 여기서 사용되는 경우, 이는 본질적으로 천장 또는 벽의 전체 가시적인 표면이 조인트들 없이 심리스 확장으로 보이는 것을 나타내기 위한 것이다.
본 발명에 따른 코팅(31)은 코팅을 위한 기판을 구성하는 스크림 또는 베일(29)로 피복된 패널들(20)의 룸 대면 측 상에 분무된다. 이상적으로, 코팅(31)은 비교적 큰 충전제 입자들, 높은 안료 체적 농도(pigment volume concentration; PVC), 높은 점도, 전단 담화 및 고속 건조 성능을 포함하는 여러 물리적 특성들을 갖는다. 천장 구조들을 위한 외관 코팅으로서 사용되는 경우, 코팅(31)은 백색으로 건조되어야 한다.
적합한 코팅을 위한 제제는 통상적인 페인트-형 코팅들에서 통상적으로 사용되는 것보다 더 큰 사이즈의 안료 또는 충전제로서 역할을 하는 비교적 큰 입자들 및 결합제를 포함한다. 결합제는 수성 분산액에서 또는 수성 분산액으로서 사용 가능한 수지 또는 폴리머 결합제, 이를테면(그러나 이에 제한되지는 않음) 아크릴 수지, 스티렌 또는 비닐 폴리머 라텍스, 또는 오일-계 매체들, 이를테면 알키드 수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 에폭시 및 이들의 조합들일 수 있다.
비교적 큰 입자들은 유리 구들, 펄라이트, 세라믹, 플라이 애시, 폴리머 구들, 붕규산염, 조립사, 실리카, 및 거친 탄산염을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 비교적 큰 입자들은 두드러진 플레이트-형 특징을 갖지 않거나 또는 주로 원주형인 형상을 갖지 않으면서 구형 또는 3-차원 형상이다. 큰 입자들의 사이즈는 20 내지 900 미크론의 범위를 가질 수 있다.
아래의 표 1은 본 발명의 음향 투과성 코팅(31)을 위한 적합한 포뮬러의 예를 제시한다.
[표 1]
Figure 112019027831915-pct00001
다양한 구성요소들의 기능 또는 역할은 맨 오른쪽 열에 표시된다. 물, 증점제, 결합제, 및 큰 입자 충전제는 필수적이며, 포뮬러가 캔에 있는 동안 바이오사이드는 필수적이다. 나머지 구성요소들은 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 참조 목적들을 위해, 이산화 티타늄은 약 0.6 미크론의 평균 입자 사이즈를 가지며; 탄산 칼슘은 약 12 미크론의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있고, 플레이트-형 운모는 약 20 미크론의 주 치수들을 가질 수 있다.
3M K1 재료는 소다-석회 붕규산염의 유리 기포들(중공 구)이며, 보고된 실제 밀도는 전형적으로 0.125 그램/cc이고, 평균 입자 사이즈는 65 미크론이다. 3M K1 재료는 본 발명의 실시에 특히 유용하다. 이러한 재료는 이 재료의 중공 구 구조로 인한 비교적 낮은 밀도로 인해 제제의 훨씬 더 많은 체적을 차지한다. 부가적으로, K1 재료는 ASTM D281-84에 따라 0.2 - 0.6 그램의 오일/cc의 비교적 낮은 오일 흡수율을 갖는다. 더 추가로, K1 재료는 천장 응용들에 유용한 천연 백색 컬러를 갖는다. 이산화 티타늄은 불투명도 개선 충전제 및 미백 안료로서 역할을 한다. 탄산 칼슘은 건조된 코팅의 경도 및 건조 시간을 더 개선하기 위해 코팅의 고형물들 및 밀도를 증가시킨다.
모든 고형물들에 기초한 코팅 제제의 안료 체적 농도(PVC)는 비교적 높고, 이상적으로는 75% 내지 95%인 한편, 대안적인 제제들은 약 50% 내지 약 99%의 더 넓은 범위에 속할 것이다. 일반적으로, 코팅 내의 입자들 사이의 공극들을 충전하기 위해 코팅이 건조되는 경우 불충분한 결합제가 존재하여, 코팅 내에 공기 갭들을 허용한다. 비교적 큰 입자 충전제들 대 더 통상적인 더 작은 사이즈의 충전제들의 체적비는 약 0.1 내지 약 10의 범위를 가질 수 있다.
표 1의 코팅 제제는 실온에서 약 190 BU(Brabender Unit) 내지 약 265 BU의 비교적 높은 점도를 갖는다. 대안적인 제제들은 실온에서 약 66 BU 내지 약 1450 BU의 점도를 가질 수 있다.
표 1의 코팅 제제는 고 레이트의 전단 담화를 특징으로 하며, 대안적인 제제들은 고 레이트의 전단 담화를 특징으로 해야 한다. 표 1의 제제의 전단 담화 특성들은 도 4에 도시되며, 여기서, 측정된 점도는 40:1 이상 감소된다. 점도는 부분적으로 제제의 증점제 성분에 의해 기여된다. 나열된 증점제는 셀룰로오스이지만, 알려져 있는 합성 및 천연 증점제들이 사용될 수 있다. 증점제는 또한, 구성요소들을 현탁 상태로 유지하는 역할을 한다. 도 4의 점도 차트는 T-bar:C 스핀들을 사용하여 브룩필드 HA 점도계 상에서 측정되었다. 대안적인 코팅 제제들은 전단 조건들 하에서 적어도 10 대 1의 인자로 점도가 감소될 수 있도록 높은 전단 담화 특성을 가져야 한다.
표 1의 코팅 또는 등가물은 개별적으로 분무된 층들의 분무 프로세스에서 테이핑된 베일 피복 천공된 건식벽체 패널들 또는 다른 기판에 적용되는 것이 바람직하다. 각각의 층 또는 코팅은 후속 코팅이 적용되기 전에 실질적으로 건조될 수 있다. 바람직하게, 습식 코팅 재료는, 예컨대, 그라코(Graco)에 의해 시판되는 것과 같은 통상적인 호퍼 텍스처 분무기를 사용하여 큰 액적들로 분무된다. 이상적으로, 건 및/또는 건의 공기 공급은 액적들이 사이즈가 약 1 내지 약 4 mm, 그리고 바람직하게는 사이즈가 약 2 mm가 되도록 조정된다. 습식 코팅의 도 4에 도시된 전단 담화 특성은 코팅의 높은 점도에도 불구하고 코팅이 용이하게 액적 형태로 분무될 수 있게 한다. 단일 코팅 층은 층에 의한 균일한 커버링이 달성되도록, 2개의 수직 방향들 또는 패스들로 기판에 분무하는 것을 수반해야 한다. 2개 내지 7개의 층들이 적용될 수 있으며, 천장의 테이핑된 조인트들 및 천공들을 숨기기 위해 4개의 층들이 바람직하다. 전체 코팅 층들에 의한 커버리지는 갤런당 15 내지 35 평방 피트일 수 있으며, 25 평방 피트가 바람직하다. 표 1의 제제 또는 유사한 제제는 갤런당 4 내지 11 lb의 밀도를 갖고, 갤런당 5 내지 6.5 lb의 범위가 바람직하다.
도 3은 음향 기판에 적용되는 경우의 본 발명의 코팅의 다공성 성질을 나타낸다. 도 3의 검사는 액적들이 개별 성질을 유지하는 한편, 결합제가 제1 층의 기판 및 층들 사이 및 간의 인접 액적들에 고형물들을 결합시키는 것을 나타낸다. 도 3의 우측 아래 코너의 스케일은 1 mm의 척도를 나타내며, 도면에서 액적들이 관찰될 수 있고, 1 mm보다 크거나 작게 측정된다. 바람직하게, 건조된 액적들은 1/2 내지 2-1/2 mm의 범위를 갖는다. 물 함량이 증발되는 경우 원래의 액적 사이즈가 축소될 것이다.
코팅의 층들이 증착됨에 따라, 액적들의 3차원 매트릭스가 형성된다. 공극들, 즉 도 3의 어두운 영역들이 잔류 액적 형태들 사이에서 관찰될 수 있다. 이들 공극들은 코팅의 두께를 통해 상호 연결되어, 다공성 및 음향 투과성 코팅을 발생시킨다. 도 3의 공극들 또는 세공들은 일반적으로 사이즈가 0.5 mm 미만이고, 그에 따라, 천장 높이에서, 연관된 플로어에 서 있는 사람이 이들을 쉽게 관찰할 수 없게 된다. 3M K1 큰 입자들에 의해 제공되는 표 1의 포뮬러에서, 코팅의 주 고형물 체적의 낮은 흡수 레이트는 코팅이 고속 건조될 것을 보장한다. 습식 코팅의 전단 담화 특성은 코팅이 용이하게 액적 형태로 분무될 수 있게 한다.
높은 점도 및 고속 건조 특성들의 조합은 액적들이 유익하게 이들의 개별성을 유지할 수 있게 하고, 인접 액적들과 완전히 병합되는 것을 피하게 할 수 있다. 특정 층들에 적용된 표 1의 개시된 제제는 그 제제가 손가락에 전달되지 않을 정도로 건조되고, 즉, 가장 바람직하게는, 화씨 75도 및 상대 습도 50%의 환경에서 제1 코팅에 대해 20분 후 그리고 후속 코팅들에 대해 30분 후 촉감이 건조하게 된다. 바람직하게, 고속 건조 특성들을 갖는 대안적인 제제들은 제1 코팅에서 60분 내에 촉감이 건조하게 될 것이다. 코팅의 이러한 고속 건조 특성이 또한 중요한데, 이는 그러한 고속 건조 특성이 페인터로 하여금 같은 날에 작업을 완료할 수 있게 하기 때문이다.
도 5는 표 1의 재료의 각각의 연속 건조 코팅에 대해 개별적으로 측정된 공기 유동 저항률을 예시한다. 저항률은 3.14 평방 인치의 표면적을 통하는 분당 2 리터의 공기 유동으로 결정되었다. 도 5에서 테스트된 코팅의 총 건조 두께는 0.031 인치였다. "0 코트"에서 판독되는 초기 저항률은 베일(29)의 저항률의 측정치이다. 건조 코팅은 두께가 0.03 내지 0.15 인치인 것이 바람직하다.
본 개시내용이 예일 뿐이고, 본 개시내용에 포함된 교시의 타당한 범위로부터 벗어나지 않으면서 세부사항들을 부가, 변형 또는 제거함으로써 다양한 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 분명해야 한다. 따라서, 본 발명은, 다음의 청구 범위가 반드시 제한되는 범위를 제외하고, 본 개시내용의 특정 세부사항들로 제한되지 않는다.

Claims (16)

  1. 음향 기판 상에 사용하기 위한 음향 투과성 코팅을 위한 제제에 있어서,
    물 분산성 결합제 및 충전제 입자들을 포함하고,
    상기 충전제 입자들은 3차원(3D) 형상의 입자들이며, 20 미크론(micron) 내지 900 미크론의 입자 크기를 갖는 것이고,
    상기 제제가 액적들로 분무될 수 있게 하기 위해, 상기 제제는 50% 내지 99%의 안료 체적 농도, 실온에서 66 BU(Brabender Unit) 내지 1450 BU의 점도, 전단 조건들 하에서 적어도 10 대 1의 인자로 점도가 감소될 수 있도록 하는 전단 담화(shear thinning), 그리고 화씨 75도 (섭씨 23.89도) 및 상대 습도 50%의 환경에서 60분 후 촉감이 건조하게 되는 건조 속도를 갖는 것이며,
    상기 액적들은 상호 접촉시 상기 액적들의 개별 성질(individual nature)을 유지하는 것을 특징으로 하는, 제제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안료 체적 농도는 75% 내지 90%인 것을 특징으로 하는, 제제.
  5. 제1항에 있어서,
    화씨 75도 및 상대 습도 50%의 환경에서 25 평방 피트당 4분의 1 갤런의 레이트로 증착된 상기 제제의 분무된 층은 30분 내에 촉감이 건조하게 되는 것을 특징으로 하는, 제제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전제 입자들은 ASTM D281-84에 따라 0.2 내지 0.6 그램의 오일/cc의 오일 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는, 제제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전제 입자들은 평균 65 미크론의 소다-석회 붕규산염 유리의 중공의 구인 것을 특징으로 하는, 제제.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결합제는 라텍스인 것을 특징으로 하는, 제제.
  9. 음향 투과성 재료로 음향 기판을 코팅하는 방법으로서, 액적들이 완전히 함께 병합되기 이전에 물의 증발에 의해 상기 액적들이 건조되도록 하여, 건조된 액적들 사이에 공극들이 남아 있게끔 하는 레이트(rate)의 액적 형태로 제1항의 제제를 상기 기판 상에 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 기판을 코팅하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액적들은 1mm 보다 더 큰 액적 사이즈로 분무되는 것을 특징으로 하는, 음향 기판을 코팅하는 방법.
  11. 음향 베일로 커버되는 다수개의 천공된 건식벽체 시트들과,
    조인트 테이프 및 조인트 화합물로 커버된 상기 시트들 사이에 인접된 조인트들과,
    액적들이 그들의 개별 성질(individual nature)을 유지하면서 인접한 액적들과 접촉하여 코팅 두께 전체에 걸쳐서 공극들이 남아 있도록 하는 방식으로 증착되는 분무된 액적들 형태의 제 1 항 제제의 다층의 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 음향 천장.
  12. 음향 기판 상의 제1항 제제의 음향 투과성 코팅으로서, 상기 기판 및 인접 액적들에 결합된 건조된 액적들의 다수의 층들을 포함하며, 상기 액적들은 인접 액적들과의 접촉이 없는 부분들을 가짐으로써 코팅 두께 전체를 통과하는 상호 연결된 공극들을 제공하는 것을 특징으로 하는, 음향 투과성 코팅.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 건조된 액적들은 1/2내지 2-1/2 mm의 평균 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는, 음향 투과성 코팅.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅은 두께가 0.03 인치 내지 0.15 인치인 것을 특징으로 하는, 음향 투과성 코팅.
  15. 삭제
  16. 삭제
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