NO325326B1

NO325326B1 - Gips/cellulosefiber-blanding for akustiske fliser

Info

Publication number: NO325326B1
Application number: NO19970547A
Authority: NO
Inventors: Mirza A Baig
Original assignee: Usg Interiors Inc
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2008-03-31
Also published as: CA2139368C; NZ270310A; PE43796A1; RO121110B1; CN1158597A; PL318585A1; ZA956644B; CZ37797A3; BR9508984A; JPH0866985A; HUT76734A; IL114864A0; GR1003090B; CZ291585B6; AU682230B2; GR950100304A; IL114864A; CN1054590C; HU220366B; FI970533A

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører sammensetninger for akustiske fliser, som er godt egnet til fremstilling av akustiske fliser og paneler til å sette i taket. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en vætet sammensetning egnet for fremstilling av akustiske fliser i en

vannfiltingsprosess, som baserer seg på en

gips/cellulosefiberblanding som erstatter all eller en del av mineralullen som normalt brukes i akustiske takfliser. Oppfinnelsen vedrører også en akustisk flis fri for mineralull fremstilt ved en vannfiltingsprosess.

Oppfinnelsens bakgrunn

Vannfilting av fortynnede vannholdige dispersjoner av mineralull og lett aggregat er en kommersiell fremgangsmåte for å fremstille akustiske takfliser. Ved denne fremgangsmåte blir en dispersjon av mineralull, lett aggregat, bindemiddel og andre ingredienser som ønsket eller nødvendig ført opp på en gjennomhullet støttewire som be-veger seg, som f.eks. Fourdrinier eller Olivers mattedan-nende maskin til avvanning. Dispersjonen avvannes først med en metode der det brukes tyngdekraft, deretter med vakuum-sug; den våte massen tørkes i oppvarmede konveksjonstørke-ovner, og det tørkede materiale skjæres til de ønskede di-mensjoner og overflatebehandles eventuelt, f. eks. med mal-ing, for å fremstille akustiske takfliser og -paneler.

I mange år har akustiske takfliser også blitt fremstilt ved en metode for forming eller støping av våt masse slik som det er beskrevet i US 1 769 519. I henhold til dette patent blir en blanding som skal formes, og som inneholder granulerte mineralullsfibere, fyllstoffer, fargestoffer og et bindemiddel, spesielt en stivelsesgel, preparert for å forme eller støpe selve flisen. Denne blanding eller sammensetning blir plassert på egnede brett som er dekket med papir eller metallfolie, og blandingen blir så rettet av til ønsket tykkelse med en kniv eller valse. En dekorativ overflate, så som langstrakte furer, kan lages med kniven eller valsen. Brettene som er fylt med mineralullsmassen eller -blandingen, blir derpå plassert i en ovn for å tørke eller herde blandingen. De tørkede plater flyttes fra brettene og kan behandles på én eller begge sider for å gi dem glatte overflater, for å oppnå den ønskede tykkelse og for å forebygge at de blir skjeve. Platene blir derpå skåret til fliser av ønsket størrelse.

Søkers US 5 320 677 omhandler et komposittmateriale og en metode for å lage dem, hvori oppmalt gips blir kalsinert under trykk i en fortynnet oppslemming når det er cellulosefibrer til stede. Den ikke-kalsinerte, oppmalte gips og cellulosefibrene blandes sammen med tilstrekkelig vann for å forme en fortynnet oppslemming som derpå blir oppvarmet under trykk for å kalsinere gipsen, idet den blir omdannet til kalsiumsulfat alfahemihydrat. Det resulterende ko-kalsinerte materiale består av cellulosefibrene som fysisk er sammenviklet med kalsiumsulfatkrystaller. Denne sammen-vikling skaper ikke bare en sterk binding mellom kalsiumsulfatet og cellulosefibrene, den forhindrer også kalsiumsulfatet i å migrere vekk fra cellulosefibrene når alfahe-mihydratet derpå blir rehydratisert til dihydratet (gipsen).

Det ko-kalsinerte gips/cellulosefibermateriale kan tørkes rett før det avkjøles, slik at det dannes en stabil, rehyd-ratiserbar, alfahemihydratblanding til senere bruk. Alternativt kan det ko-kalsinerte materiale omdannes til et an-vendelig produkt direkte ved å skille ut det overskytende vann som ikke er nødvendig for rehydratisering, forme de sammensatte partikler i ønsket form eller fasong, og derpå rehydratisere partiklene til et fast og stabilisert gips/cellulosefiberkomposittmateriale.

Akustiske fliser av mineralull er meget porøse, hvilket er nødvendig for å gi god lydabsorbering.

Kjent teknikk (US 3 498 404, 5 013 405 og 5 047 120) viser også at mineral fyllstoff så som ekspandert perlitt kan in-korporeres i blandingen for å forbedre de lydabsorberende egenskaper og sørge for lav vekt.

Et formål med denne forbindelse er å fremskaffe en forbed-ret blanding for akustiske fliser for å lage akustiske gjenstander med akustiske egenskaper, som kan sammenlignes med mineralullsplatene som dannes i vannfiltingsprosessen.

Den foreliggende oppfinnelse fremskaffer således en vætet sammensetning fri for mineralull, egnet for fremstilling av akustiske fliser i en vannfiltingsprosess, særpreget ved at den består i det vesentlige av gips, cellulosefibere, et lettvektsaggregatmateriale og et bindemiddel, og som inneholder på tørrstoffbasis, minst 15 vektprosent gips og minst 13 vektprosent cellulosefibere.

Den foreliggende oppfinnelse fremskaffer også en vætet sammensetning egnet for fremstilling av akustiske fliser i en vannfiltingsprosess, særpreget ved at den i det vesentlige består av mineralull, gips, cellulosefibere, et lettvektsaggregatmateriale og et bindemiddel, og som på tørrstoffbasis inneholder minst 10 vektprosent mineralull, minst 10 vektprosent gips og minst 13 vektprosent cellulosefibere.

I en spesielt foretrukket blanding anvendes det et gips/cellulosefiberkomposittmateriale i hvilket gipsen og cellulosefibrene blir ko-kalsinerte under trykk for å få cellulosefibrene til rent fysisk å vikle seg sammen med kalsiumsulfatkrystallene. De akustiske flisene som blir laget av sammensetningene ifølge den foreliggende oppfinnelse har akseptable fysiske egenskaper til bruk i hengetakssys-temer. I tillegg er de blandinger som inneholder avispapirsmakulatur og/eller gipsplateavfall (kasserte gipsplater), miljøvennlige.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en tørr akustisk flis fremstilt i en vannfiltingsprosess særpreget ved at den er fremstilt fra sammensetningene ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Sammensetningene til akustiske fliser ifølge foreliggende oppfinnelse er basert på bruk av gips/cellulosefiber-sammensetning som hel eller delvis erstatning for mineralull når takplater eller -paneler fremstilles ved bruk av en vannfiltingsprosess. I tillegg til gipsen og cellulosefibrene inneholder sammensetningen også et lett aggregert materiale og et bindemiddel, og den kan også inneholde andre tilsetningsstoffer så som leire, flokkuleringsmidler og overflateaktive stoffer som vanligvis blir brukt i sammensetninger til akustiske takfliser. Som anført ovenfor kan sammensetningen inneholde noe mineralull (i redusert mengde), men det er funnet at sammensetningene ifølge denne oppfinnelse kan brukes for å lage akustiske fliser og paneler uten mineralull.

En av hovedingrediensene i den nye sammensetning for akustiske fliser ifølge foreliggende oppfinnelse er gips (kalsiumsulfatdihydrat). Gipsens oppløsningsevne i oppslemmingen som blir behandlet, gjør gipsen i stand til å virke som et flokkuleringsmiddel i sammensetningen. Denne flokkulerende funksjon sørger for ensartet fordeling av fine partikler (leire, gips, perlitt og stivelse) i den våte matte under prosessen. Når denne flokkuleringshandling ikke finner sted, har de fine partikler og høytetthets-partiklene en tendens til å migrere til bunnen av massen i løpet av prosessen, hvilket har en ugunstig effekt på vannavløpet fra den våte massen. Når det er gips i sammensetningen, sørger det også for deagglomerasjon av mineralfiber- (hvis slike er til stede) og cellulosefi-beroppslemminger. Deagglomerasjons- eller dispersjons-funksjonen som gipsen sørger for, gjør det mulig å behandle en høyere oppslemmingskonsistens (% faststoffer), hvilket reduserer den vannmengde som skal fjernes fra massen, og hever produksjonshastigheten. Den høyere oppslemming s konsis tens gjør det også mulig å få mer luft blandet inn ved forming av matten, og dette forbedrer lydabsorberingsegenskapene til det tørkede produkt.

I tillegg til de behandlingsmessige fordeler som gipsen gir, forbedrer den også egenskapene til den akustiske flisen. Gipsen som erstatter mineralullsfibrene (helt eller delvis) i sammensetningen, forbedrer panelenes overflatehardhet markant. Takpanelenes forbedrede overflatehardhet en bra overflatestruktur (f.eks. spalting, perforering, mv.). Det høyere cellulosefibernivå kan også være medvir-kende til disse forbedringer. De akustiske panelers over-flateglatthet kan også forbedres av gipsen, slik at det blir unødvendig å slipe overflaten når den har tørket. Gipsen i panelene gir også bedre brannhindrende egenskaper.

Det er også funnet at gips/cellulosefibersammensetningen ikke spretter tilbake (sveller) etter våtpressingen og tør-kearbeidet sett i sammenligning med sammensetninger som inneholder mineralfibrer. Den ikke-svellende karakter til takfliser uten mineralull indikerer at tykkelsen til en tørr matte kan bestemmes nøyaktig eller kontrolleres under våtpressearbeidet, slik at behovet for å påføre et lag med fyllstoff eller å slipe den tørkede matte for å kontrollere tykkelsen for å gjøre panelet ferdig fjernes.

Gipskilden kan være kalsiumsulfatdihydrat, enten ikke-kalsinert eller kalsinert til hemihydrat og deretter rehy-drert. Som et alternativ kan gipskilden være kalsiumsulfathemihydrat (med eller uten ko-kalsinering) eller kalsium-sulf atanhydritt . Som det er redegjort grundigere for herun-der, kan gipsen være ko-kalsinert med et cellulosefiber-materiale for å danne et sammensatt materiale av cellulosefibrer som er sammenviklet med kalsiumsulfatkrystaller.

En annen hovedingrediens i den nye sammensetning for akustiske fliser ifølge foreliggende oppfinnelse er cellulosefibrene. Flere typer cellulosefiber har blitt vurdert i disse sammensetninger. Det er velkjent at avispapir kan brukes i sammensetninger for akustiske fliser, og både avispapir som er behandlet i en hammermølle og i en hydro-pulper, er blitt vurdert i disse sammensetninger. Raffi-nerte papirfibrer og trefibrer kan også brukes som kilde til cellulosefibrene, men det er funnet at takfliser som er laget av trefibrer fra enten bløtt eller hardt tre, er vanskeligere å skjære til med kniv på monteringsstedet. Dessuten er trefibrer en dyrere kilde til cellulosefibrer.

En foretrukket kilde til cellulosefibrene er et blandet gips/cellulosefibermateriale som er blitt ko-kalsinert som beskrevet i US 5 320 677. Som beskrevet heri blir ikke-kalsinert gips og enten tre- eller papirfibere blandet sammen med tilstrekkelig vann for å danne en fortynnet oppslemming som deretter blir oppvarmet under trykk for å kalsinere gipsen, idet den omdannes til et alfakalsiumsul-fathemihydrat. Det resulterende sammensatte materiale inn-befatter cellulosefibrer som er fysisk sammenviklet med kalsiumsulfatkrystaller. Det sammensatte materiale kan tør-kes umiddelbart før det avkjøles for å gi et stabilt, men rehydrerbart, kalsiumsulfathemihydrat, eller den sammensatte materialoppslemming kan brukes som den er, til fremstilling av akustiske fliser. Det er funnet at bruk av ko-kalsinerte gips/cellulosefibersammensetningsmaterialer gir en sammensetning for akustiske fliser med større retensjon av mattefaststoffer og bedre våtoverlappelsesstyrke, men drenering skjer langsommere, og det er vanskeligere å skjære flisene til med kniv enn fliser laget av gips som er fysisk blandet med papirfibrer (avispapir), særlig hvis det blir brukt trefibrer som er lengre og sterkere.

En annen kilde til både gips- og cellulosefibrer er gipsplateavfall (kasserte gipsplater). Det er funnet at kasserte gipsplater kan males til gipspartikler og papirfibrer som fysisk kan blandes med de øvrige ingredienser i en sammensetning for akustiske gjenstander for å gi en oppslemming som er nyttig i en vannfiltingsprosess for fremstilling av takfliser. Alternativt kan de malte kasserte gipsplater bli brukt som tilførselsmateriale i en ko-kalsine-ringsprosess, og det ko-kalsinerte sammensatte gips/papir-fibermateriale kan brukes i en sammensetning som kan anvendes ved fremstilling av takfliser ved vannfilting.

En tredje hovedingrediens i den nye sammensetning for akustiske fliser ifølge denne oppfinnelse er et lett aggregert materiale. Ekspandert perlitt blir foretrukket grunnet de lave kostnader og dets yteevne. Dette er ikke noen ukjent ingrediens, for innen faget er det kjent at man kan bruke ekspandert perlitt til sammensetninger for akustiske fliser.

Det ekspanderte perlitt gjør sammensetningen porøs, hvilket forsterker de akustiske egenskaper. Det er funnet at perlitt som er middels ekspandert gir tilstrekkelig porøsitet og tilfredsstillende struktur. Et materiale av ekspandert perlitt som er kommersielt tilgjengelig fra Silbrico Corporation under betegnelsen 3-S-perlitt, er funnet aksepta-belt. Det middels ekspanderte perlitt inneholder perlitt-partikler som størrelsesmessig er lik granulert mineralull. Ekvivalenter til ekspandert perlitt så som vermikulitt, glassperler, diatomitt eller eksfoliert leire kan også brukes som substitutter for perlitt eller i kombinasjon dermed.

Den fjerde hovedingrediens, som heller ikke er ny innen akustiske sammensetninger, er et bindemiddel. Det er velkjent at stivelse kan anvendes som bindemiddel i mineralullsbaserte akustiske fliser. En stivelsesgel kan fremstilles ved å strø stivelsespartikler i vann og oppvarme oppslemmingen inntil stivelsen er gjennomkokt og oppslemmingen fortykkes til en tyktflytende gel. En del av cellulosefibrene kan arbeides inn i stivelseoppslemmingen før koking. Stivelseoppslemmingens temperatur bør følges nøye slik at full svelling av stivelsesgranulene sikres. Passende temperatur for koking av maisstivelse er i området fra ca. 82-90°C. Stivelse kan også anvendes som bindemiddel uten at stivelsen forkokes for å danne en gel.

Et lateksbindemiddel kan eventuelt anvendes i stedet for stivelsen eller i kombinasjon med stivelsesbindemiddelet. Mange av de lateksbindemidler som er anvendelige i sammensetninger for akustiske tak, blir omtalt i US 5 250 153. Som fremlagt deri er ett av problemene med akustiske paneler som lages med et stivelsesbindemiddel, kraftig nedsyn-king, spesielt under forhold med høy luftfuktighet. Det er velkjent innen faget å bruke termoplastiske bindemidler (av lateks) til akustiske fliser basert på mineralull. Disse lateksbindemidler kan ha en glassomvandlingstemperatur i området fra ca. 30-110°C. Eksempler på lateksbindemidler omfatter polyvinylacetat, vinylacetat/akrylemulsjon, viny-lidenklorid, polyvinylklorid, styren-/akrylkopolymerer og karboksylert styren/butadien. En kraftpapirgel dannet ved raffinering av papirfibrene kan også anvendes som bindemiddel.

I tillegg til de fire hovedingrediensene kan den akustiske sammensetningen ifølge oppfinnelsen også inneholde uorga-niske fyllstoff så som leire, mikanitt, wollastonitt, kisel og andre lette aggregater, overflateaktive stoffer og flokkuleringsmidler. Disse ingredienser er velkjente i sammensetninger til akustiske fliser.

Sammensetningene til akustiske fliser ifølge foreliggende oppfinnelse består hovedsakelig av gips, cellulosefibrer, et lett, aggregert materiale og et bindemiddel som for-trinnsvis kan være til stede i de følgende mengder:

I noen av eksemplene i det følgende ble oppløselig gips satt til oppslemmingsvannet før de tørre ingredienser ble arbeidet inn i oppslemmingen. Årsaken til denne forutgående tilsetning av gips til oppslemmingsvannet er at gips opplø-ses i vann, og forutgående tilsetning av gips til oppslemmingsvannet gir bedre retensjon av den tørre gipstilsetning i det tørkede produkt. Ellers kan det være nødvendig å øke mengden av tørt gips i sammensetningsblandingen for å kom-pensere for gips som går i oppløsning.

Eksempel 1

Akustiske takfliser ble fremstilt for å vurdere erstatning av mineralfibrer i en tradisjonell vannavsatt sammensetning og prosess. Mineralfibrene ble erstattet med gips og trefibrer i mengder av 25 %, 50 %, 75 % og 100 %. Det ble fremstilt noen fliser, i hvilke fliser gipsen og trefibrene ble ko-kalsinert før det ble blandet inn i den akustiske sammensetning, og det ble fremstilt andre fliser, i hvilke fliser gipsen og trefibrene kun ble fysisk blandet med de andre bestanddeler uten ko-kalsinering. Forholdet mellom gips og trefibrer var 85:15 vekt% i alle sammensetninger.

Trefibrene var av bløtt tre som var skaffet fra Internatio-nal Paper Pilot Rock-fabrikken. Den ekspanderte perlitt var Silbrico Corporation "3-S". I tillegg til trefibrene ble det også skaffet cellulosefibrer fra opprevet avispapir. Det ble satt 1500 g vann til den påkrevde mengde avispapir, og det ble blandet ved høy hastighet i en industriblander. Det ble brukt maisstivelse som bindemiddel. Flokkulerings-middelet var GEN DRIV 162, og 4 g flokkuleringsmiddel ble satt til 1000 mm avionisert vann, og det ble blandet i minst 2 timer. Det overflateaktive stoffet var NEODOL 25-3. Gipsen og trefibrene ble kalsinert sammen i en reaktor ved en konsistens på 15 % tørrstoffer. Kalsineringen ble utført i overensstemmelse med fremgangsmåtene i US 5 320 677. Etter ko-kalsinering ble overskytende vann fjernet fra komposittmaterialet ved å anvende vakuum på det, hvoretter komposittmaterialet fikk hydratisere helt til kalsiumsulfatdihydrat (gips) før det ble tørket ved 49 °C over natten til konstant vekt. En annen porsjon gips/trefibrer ble ko-kalsinert som beskrevet ovenfor, bortsett fra at etter at overskytende vann var fjernet med vakuum, ble komposittmaterialet straks tørket ved 121 °C i 30 min for å unngå hydratisering, etterfulgt av tørking ved 49 °C over natten til konstant vekt. I dette komposittmateriale var kalsiumsulfatet i hemihydrat form. Etter tørking ble gips/trefiberkomposittene, både i dihydrat og hemihydrat form, brutt ned i en dobbeltskallsblander før de ble arbeidet inn i sammensetningen for akustiske fliser.

I vannfiltingsprosessen for fremstilling av akustiske fliser, ble fødeoppslemmingen holdt på 4 % tørrstoffer under mattedannelsen. Denne 4 % tørrstoffkonsistens ble også anvendt ved fremstilling av kontrollflisen som inneholdt 100 % mineralfibrer og ingen gips/trefibrer. Følgende sammensetninger (i vekt %) ble anvendt for å fremstille flisene . Evalueringsprosessene innbefattede platedannelse og fremgangsmåte, dreneringstid, pressing, tørking og effekt på de akustiske flisers fysiske egenskaper. Generelt sett var det ikke noen vesentlig forskjell på hvordan matten ble fremstilt. Etter at alle bestanddelene var blandet sammen ved en tørrstoffskonsistens på 4 %, ble oppslemmingen helt på en "Tappi Box" og forsiktig blandet ved hjelp av en perforert plunger på 30,5 cm x 30,5 cm for å få tørrstoffene jevnt fordelt. Etter at matten var dannet i boksen, ble det anvendt vakuum på den våte matten. Det tok ca. 30 s for vakuumet å nå 508 mm kvikksølv, hvoretter vakuumet ble utløst og to dreneringstider ble notert. Den først noterte dreneringstid var da vannet forsvant fullstendig fra mattens overflate, og den andre var da vakuumsmåleren falt til 127 mm kvikksølv. På dette stadium ble vakuumsystemet slått fra, og den våte matten ble fjernet fra "Tappi Box"-en og veid før den ble presset. Platene som ble avvannet ved hjelp av vakuum, ble presset til 1,58 cm i tykkelse og tørket.

De våte mattene ble tørket i en ovn ved 316 °C i 30 min, og deretter ble ovnstemperaturen senket til 177 °C og flisene tørket i ytterligere 90 min. Før mattene ble tørket, ble det foretatt en undersøkelse for å slå fast om de våte mattene kunne tørkes uten kalsinering av gipsen i dem. Det ble fastslått at mattene kunne tørkes i en ovn som beskrevet ovenfor uten kalsinering av gipsen til hemihydrat eller an-hydritt.

Etter tørking ble alle prøvene fra forsøkene skåret opp og utsatt for forhold med 23,9°C/50 % relativ fuktighet i minst 24 timer forut for testing. Prøvene ble testet for det følgende:

1) tetthet, tykkelse og "MOR"-styrke

2) akustiske egenskaper ("NRC")

3) målbestandighet (vannabsorpsjon)

De følgende resultater ble notert (resultatene er basert på et gjennomsnitt av 4 prøver for hvert sett med mindre det er angitt noe annet): Dreneringstiden ble ikke påvirket når 25 % av mineralfibrene ble erstattet av gips og trefibrer. Imidlertid ble dreneringen påvirket litt i ugunstig retning når andelen av gips/trefibrer steg, spesielt ved 100 % hemihydratsammen-setning. Tykkelsen på den avvannede matte falt litt når andelen av gips/trefibrer steg.

Forskjellen i fuktighetsinnhold, etter vakuumavvanning og pressing, var ubetydelig. Tykkelsen på alle de våte matter ble holdt på 1,40 cm under pressingen. Det fremgikk at våt-pressing kun styrer tykkelsen på matten og ikke avvanner matten.

Dataene for tørkingen indikerer at noe av gipsen ble filt-rert gjennom nettingen med overskytende vann i løpet av mattedannelsen og vakuumavvanningen. Det gjennomsnittlige vekttap for kontrollmattene var ca. 5,5 %, mens vekttapet for mattene inneholdende gips/trefiber var betydelig større. Gips bunnfelte seg i mattene under mattedannelsen.

De tørkede fliser som inneholdt gips/trefibrer ble også lettere vridde, og forvridningen var uttalt når det mine-rale fyllstoff ble fullstendig erstattet med ikke-kalsinert gips/trefibrer. Imidlertid var det ikke noen forvridning i de fliser som ble fremstilt ved å erstatte mineralfibrene med en ko-kalsinert dihydrat- eller hemihydratsammenset-ning.

"MOR"-styrken for flisene som inneholdt gips/trefibrer var sammenlignbar med kontrollflisenes, selv om tettheten var litt mindre (sannsynligvis grunnet gipsen som gikk tapt under mattedannelsen). Tykkelsen på flisene som inneholdt gips/trefibrer, var mindre på grunn av det lave egenvolum for gips, som ikke spratt tilbake under tørking som flisene fremstilt av 100% mineralfibrer gjorde.

Like prøver fra kontroll- og prøvefliser der mineralfibrene var erstattet med gips/trefiberdihydratsammensetning (ko-kalsinert), ble testet for "NRC" ved hjelp av "Impedance tube"-metoden. Prøvene ble ikke perforert, spaltet eller malt.

Generelt var NCR-graden for flisene inneholdende gips/trefibrer bedre enn for kontrollflisene, spesielt for de fliser hvor alle mineralfibrene ble erstattet.

I forsøket for målbestandighet var det bare ubetydelig forskjell i vannabsorpsjonsverdiene etter én og fire timer. Som tidligere bemerket ble det fjernet veldig lite vann (ca. 2 %) fra flisene under våtpressingen. Omkring 78 % fuktighet fordampet under tørking, men dette skapte kraf-tige porer i flisene. Under målbestandighetsforsøket trengte det imidlertid vann inn i fliseporene, hvilket resulterte i høy vannabsorpsjon.

Eksempel 2

Gipsplateavfall (kasserte gipsplater) ble vurdert som en kilde for gips og papirfibrer (ko-kalsinerte) til akustiske takfliser. Plateavfallet ble malt til små partikler. Selv om det var en del store papirstykker til stede, ble disse brutt ned under kalsineringen og den omrøring som var nød-vendig for å holde oppslemmingen suspendert under kalsineringen. Gipsplateavfallsoppslemmingen ble ko-kalsinert med ekstra avispapirsmakulatur (hydropulpert), hvilket gjorde at oppslemmingen kom til å bestå av 15 vekt % papirfibrer og 85 vekt % gips. Dette ble ko-kalsinert ved en konsistens på 15 % tørrstoff, og kalsineringen ble utført som beskrevet i US patent nr. 5 320 677.

Etter kalsineringen ble gips/papirfiberkomposittmaterialet fjernet fra reaktoren med gipsen i hemihydrert form. Det ble fremstilt to akustiske takfliser ved å avvanne (vakuum) oppslemmingen etter den var blandet med ekspandert perlitt og maisstivelse og den våte matte var blitt presset for å fjerne ekstra overskytende vann og kontrollere flisenes tykkelse før tørking. Flisene ble tørket ved 316°C i 30 min, etterfulgt av 90 min ved 343°C.

Tabellene under viser sammensetningen og den noterte "MOR"-styrke:

Flis nr. 1 som hadde en densitet passende for anvendelse som en akustisk takflis hadde også en MOR-verdi sammenlignbar med den for kontroll.

Eksempel 3

To takfliser ble fremstilt under anvendelse av malt skrap-gipsplate. Det var store papirstykker i den malte plate. Takplatene ble fremstilt ved å anvende den malte gipsplate og ytterligere avispapirfibere i en mineralfiberplateblanding. Flisene ble fremstilt ved å blande alle bestanddelene i 3 min. i en vandig oppslemming (4 % faststoffer). Etter blanding ble oppslemmingen formet til en våt matte, avvannet under vakuum og våtpresset for å kontrollere tykkelsen og for å fjerne noe av overskuddsvannet før tørking. Fremstillingen var sammenlignbar med den hvor det anvendes en mineralfiberblanding, bortsett fra at avvanningstiden var noe lengre. Etter tørking var det fremdeles store stykker av papir i flisene. De tørkede fliser ble eksponert mot 24 °C/50 % RF betingelser i minst 24 timer før bestemmelse av MOR styrken.

De følgende tabeller representerer sammensetningen og den bestemte MOR styrke.

Disse forsøksdata indikerer at MOR-verdien for disse fliser (ingen ko-kalsinering) var lavere ved høyere densitet sammenlignet med de samme typene fliser (se eksempel 2) fremstilt ved ko-kalsinering av skrapmateriale fra gipsplater.

Eksempel 4

Forsøk ble utført for å evaluere 100 % erstatning av mineralull i et gips/cellulosefiber (ko-kalsinert) komposittmateriale. For å forbedre skjærbarheten av takflisene ble gipsen ko-kalsinert medtine (hydrapulpert) avispapirfibere i steden for trefibre.

Gips og 20 vekt% shredded papir (avis) ble kalsinert i henhold til fremgangsmåten vist i US 5.320.677. Shredded avispapir ble bløtlagt i vann over natten og gips ble tilsatt og blandet med papirfiberoppslemmingen i minst 1 time før kalsinering av oppslemmingen. Etter kalsinering ble overskudd av vann fjernet (vakuum) hvoretter gips/papirfi-berkompositten ble tørket til hemihydrat.

De følgende tabeller representerer sammensetninger og opp-nådd MOR data:

Standard flokkuleringsmiddel og overflateaktivt middel ble anvendt i alle sammensetningene.

17 g gips ble tilsatt til oppslemmingsvannet for å kontrollere gipsoppløseligheten.

Etter bestemmelse av prøvene for MOR styrke ble de også un-dersøkt med hensyn til skjærbarhet under anvendelse av en wallboard kniv. Kontrollflisene (16 % avispapir) mer renskåret, imidlertid gips/papirfiberflisene (17,4 % avispapir) hadde svært rue snittflater.

EKSEMPEL 5

Ytterligere forsøk ble utført for å bestemme effekten på flisene skjærbarhet ved å nedsette papirfiberinnholdet i blandingen samt også å øke stivelsesinnholdet for å bibe-holde styrken av den tørre flis. Det ble antatt at nedset-telse av papirfiberinnholdet ville påvirke styrken uheldig. Forsøkstakplatene ble fremstilt under anvendelse av ko-kalsinert gips og papirfibere (avispapir). Etter kalsinering ble en 80 % gips og 20 % avispapiroppslemming (15% faststoffer) avvannet (vakuum) og tørker som et hemihydrat komposittmateriale. Hemihydratkomposittmateriale ble evaluert som en erstatning for 100 % mineralfibere. Det shreddede avispapir ble bløtt i vann over natten og den etterfølgende dag ble blandet med gips for å gi en 150 oppslemming for kalsinering.

De følgende tabeller representerer sammensetningene og de oppnådde styrkedata:

Takflisene ble også undersøkt med hensyn til våtstyrke ved å ta prøver før ovnstørking. Forsøksflisene med 17 % og 15 % totalt papirfiberinnhold var svært tilfredsstillende, på samme måte som kontrollen. Flisen med 130 papirfibere var noe svakere.

Det ble fastslått at veggfliser inneholdende 15-17 % papirfibere, 40 % ekspandert perlitt og 10 % stivelsebindemiddel ga fremstillings og fysikalske egenskaper sammenlignbare med mineralfibertakflisen.

EKSEMPEL 6

De følgende blandinger ble anvendt for å fremstille kokalsinert gips/avispapir med en fysikalsk blanding av gips og avispapir uten kalsinering.

Ved fremstilling av takflismattene ble det overflateaktive middel (når anvendt) tilsatt i den ønskede mengde til vannet og blandet. Deretter ble avispapirfibere (hydropulpert) tilsatt, etterfulgt ved blanding. Deretter ble tilsatt ekspandert perlitt og mineraler (når anvendt) under kontinuerlig blanding. Til slutt ble leire (når anvendt) og stivelse tilsatt med kontinuerlig blanding i ca. 3 min. inntil en homogen oppslemming ble dannet, hvoretter flokkuleringsmid-let (når anvendt) ble tilsatt og blandingen fortsatt i ytterligere 15 s. Ved fremstilling av ikke-mineralulltakpla-ter ble leire og mineralfibere erstattet med gips og avispapir.

Matten ble formet ved å helle oppslemmingen inn i en "Tappi Box" hvor den ble forsiktig omrørt og deretter tyngdekraft-avvannet og vakuum ble pålagt den våte matte for å fjerne overskuddsvann. Deretter ble matten våtpresset til ønsket tykkelse (ca. 15 mm) med statisk trykk, samt også fjerne ytterligere overskuddsvann. Den våte matte ble undersøkt med hensyn til våt "lap" styrke før tørking. Matten ble tørket med damp ved 316 oC i 30 min., etterfulgt av tørking ved 176 °C i 90 min.

Det er funnet i ikke-mineralullblandingen bør mengden av papirfibere (avispapir) være minst ca. 20 vekt% for akseptabel mattedannelse. Blandingen hvori det ble anvendt ko-kalsinert komposittmateriale øket avvanningstiden noe, spesielt ved høye papirfiberinnhold. Det var ingen signi-fikant på avvanningen ved å anvende en blanding av gips og avispapir selv ved nivåer så høye som 22 %.

Matten fremstilt ved hemihydratkomposittmateriale var lett å håndtere under fremstilling og hadde en styrke i våt tilstand sammenlignbar med mineralfiberkontrollen. Begge blan-dingene inneholdt 16 % fibere. Komposittmaterialene ga en matte som i våt tilstand hadde en god avbøyning under prø-ving. Etter prøving ble bruddlinjen for den våte matte presses svakt for hånd før tørking hvoretter bruddlinjen for den våte matte var fullstendig "helbredet". Matten fremstilt med en blanding med gips og avispapir hadde generelt en svakere styrke i våt tilstand, imidlertid ved et nivå på 20 % avispapir så hadde den en styrke i våt tilstand sammenlignbar med hemihydratkomposittblandingen ved 16 % fiberinnhold.

Vektretensjonen i flisene fremstilt med hemihydratkomposit-ten var generelt vesentlig bedre i forhold til fliser fremstilt av en blanding av gips og avispapir. Dette kan indikere at det kan ha vært noe tap av gips så vel som per-littsegregering ved mattedannelsen under anvendelse av blandingen. Som tidligere bemerket var begge typene av eksperimentflisene hardere å skjære enn mineralfiberflisen.

Densitene for begge typer av eksperimentflisene var noe høyere enn kontrollen, som følge av den lavere tykkelse av matten. Den lavere tykkelse var et resultat av ekspansjon etter pressing av mineralfibermatten, mens gips/papirfiber-matten ikke ekspanderte. MOR styrken for begge typer av forsøksfliser var akseptabel eller bedre enn den for mine-ralf iberkontrollf lisene .

EKSEMPEL 7

De følgende blandinger ble, anvendt for å evaluere effekten på skjærbarheten av hydropulpert avispapir og gips (ukalsinert) og det samme avispapir og gips (kalsinert) som et fullstendig erstatning for mineralfibere: 12 g gips ble tilsatt til oppslemmingsvannet for å kontrollere gipsløseligheten.

Alle disse blandinger ble dannet til vandige oppslemminger med et tørrstoffinnhold på 7 % for tilfelle av kokalsinert gips/avispapir var forholdet gips til avispapir 85:15, og ytterligere avispapir ble tilsatt for å gi mengden av avispapir gitt i de ovenfor nevnte sammensetninger.

Ved evaluering av 13 prøvefliser ble de følgende erholdt:

Skjærbarhet er et mål av to faktorer, nemlig hvor vanskelig det er å skjære med en håndholdt brukskniv og utseende av snittet. En todelt holder ble konstruert for å utføre skjærbarhetsprøvene. Et stykke holdt en 7.6 cm x 10 cm tak-flisprøver på plass og det andre stykket holdt et standard bruksknivblad innstilt i en vinkel på 30 o til prøven. Skjærbarhetsforsøkene ble utført ved hjelp av en "Instron Universal Testing Machine" som arbeidet i strekktilstand og hvor klemmehastigheten var innstilt på 50.8 cm/min. Denne prøve er en tilnærmelse til det å skjære en flis med en håndholdt brukskniv. Resultatene er gjengitt som den kraf-ten som er nødvendig for å skjære prøven og en beskrivelse av snittets utseende.

Sammenlignet med vanskeligheten og skjære gips/avispapir-blandingene som har alle mineralfiberflisene et rent snitt og krevet en gjennomsnittskraft på ca. 11. Som et resultat av vanskeligheten med å skjære flisene inneholdt ko-kalsinert gips/avispapirkompositt eller den fysikalske blanding av gips og papirfibere (ukalsinert) så hadde flisblandingene inneholdende minst ca. 10 vekt% mineralfibere bedre skjæreegenskaper enn fliser uten mineralull.

EKSEMPEL 8

Et fabrikkforsøk ble utført under anvendelse av de følgende blandinger med gips og hydropulpert avispapir som ble fysikalsk innblandet i blandingen uten ko-kalsinering:

Utgangslinjehastigheten (blanding A) var 9.1 m/min. og denne hastighet ble øket til 10.3 m/min under den siste del av andre forsøk (blanding B). De våte matter ble tørket med de følgende tørketemperaturområder etter oppstarting: Mattene utviste ingen skjevhet etter tørking og alle av de tørrede paneler passerte gjennom trimmerene. Ca. 6000 m<2 >plater ble fremstilt.

Konsistensen av oppslemmingene i begge forsøk var ca. 5.5

vekt% som synes å være akseptabel. Vannet separerte ikke ut fra massen når denne ble helt på en glatt overflate (slump-forsøk). Oppslemmingsmatehastigheten ble holdt ved ca. 1500 l/min. ved begge forsøk. Den våte masse ble presset til en tykkelse på ca. 15.5 cm før tørking, hvilket fjernet noe av overskuddsvannet. Sluttdensiteten for de tørkede plater var ca. 210 kg/ m<3>.

EKSEMPEL 9

Et annet fabrikkforsøk ble utført hvor 33 % av mineralfibrene var erstattet med gips og ytterligere avispapir og en andre sammensetning hvori alt av mineralfibrene var erstattet. De følgende blandinger ble anvendt:

I begge forsøkene var utgangslinjehastigheten 9.1 m/min., imidlertid som følge av anvendelse av ytterligere fortynningsvann ble linjehastigheten redusert til 8.5 m/min.

(Blanding A) og 8.2 m/min. (Blanding B).

De følgende data ble erholdt:

For begge forsøk var skjevheten minimal og alle paneler passerte gjennom kutterene. Det var også minimal kalsinering av gips i tørkerene.

Under bearbeiding var den initiale oppslemmingskonsistens (33 % erstatning) ca. 6.6 vekt% tørrstoffer. På grunn av den høye konsistens var oppslemmingens strømningshastighet ikke jevn og den våte matte brakk derfor under vakuum avvanning. Slumpforsøk "patty" diameteren var kun 16.5 cm, hvilket indikerte ukorrekt strøm av oppslemmingen. Tilsetning av fortynningsvann løste problemet vedrørende oppslemmingsstrømmen og reduserte oppslemmingens konsistens til 5.4 % tørrstoffer. Slumpforsøk "patty" diameteren var 24 cm (normal). Senere i forsøket reduserte ytterligere fortynningsvann konsistensen til 4.9 % faststoffer uten noen uheldig effekt på mattedannelse.

Ved 100 % mineralfibererstatningsforsøket var den initiale oppslemmingskonsistens 6.3 % faststoffer. Det førte til en viss sprekking under mattedannelsen, hvilket ble løst ved tilsetning av fortynningsvann og senking av konsistensen til 5.4 % faststoffer og ga en 24 cm slumpforsøk "patty" diameter.

EKSEMPEL 10

Fabrikkforsøk ble utført med den følgende blanding:

Blandingens konsistens var ca. 5.5 % tørrstoffer og gips/papirfibrene ble fysikalsk blandet inn i oppslemmingen (uten ko-kalsinering). Avispapiret ble tilsatt til en oppslemming inneholdende ca. 3 % tørrstoffer. Linjehastigheten var ca. 9 m/min. og den våte mattes tykkelse ble omhyggelig bibeholdt ved ca. 15 mm under anvendelse av en kombinasjon av vakuum og pressvalser.

De følgende data ble erholdt:

Fliser fremstilt av denne blanding ble ikke skjeve og passerte igjennom kutterne. De tørkede fliser hadde utmerket hardhet sammenlignet med mineralfiberbaserte fliser.

Claims

1. Vætet sammensetning fri for mineralull, egnet for fremstilling av akustiske fliser i en vannfiltingsprosess, karakterisert ved at den består i det vesentlige av gips, cellulosefibere, et lettvektsaggregatmateriale og et bindemiddel, og som inneholder på tørr-stoffbasis, minst 15 vektprosent gips og minst 13 vektprosent cellulosefibere.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemiddelet er stivelse som er til stede på tørrstoffbasis i en mengde i området fra 3 til 15 vektprosent.

3. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at lettvektsaggregat-materialet er ekspandert perlitt som er til stede på tørr-stof fbasis i en mengde på minst 25 vektprosent.

4. Sammensetning ifølge krav 3, karakterisert ved at cellulosefibrene er papirfibere og er til stede på tørrstoffbasis i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

5. Sammensetning ifølge krav 3, karakterisert ved at gips er til stede i en mengde i området fra 15 til 45 vektprosent, ekspandert perlitt er til stede i en mengde i området fra 25 til 60 vektprosent, og cellulosefibrene er papirfibere til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

6. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en del av gipsen og cellulosefibrene foreligger i form av et komposittmateriale som er fremstilt ved kalsinering under trykk av en fortynnet oppslemming av gips og cellulosefibere.

7. Sammensetning ifølge krav 6, karakterisert ved at komposittmaterialet er kalsiumsulfat alfa-hemihydrat som er ko-kalsinert med cellulosefibere.

8. Sammensetning ifølge krav 6, karakterisert ved at cellulosefibrene er papirfibere.

9. Sammensetning ifølge krav 6, karakterisert ved at en del av cellulosefibrene er tilsatt til sammensetningen som ukalsinerte fibere i tillegg til det kalsinerte gips/cellulosefiberkom-posittmaterialet.

10. Sammensetning ifølge krav 6, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området fra 15 til 45 vektprosent og cellulosefibrene er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

11. Sammensetning ifølge krav 10, karakterisert ved at cellulosefibrene er papir og at en del av papirfibrene er tilsatt til sammensetningen som ukalsinerte fibere i tillegg til det kalsinerte gips/papir fiberkomposittmaterialet.

12. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at en vesentlig del av gipsen og en mindre andel av cellulosefibrene foreligger i form av malt gipsveggplate.

13. Sammensetning ifølge krav 12, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området fra 15 til 45 vektprosent og at vesentlig all gipsen er i form av malt gipsveggplate.

14. Sammensetning ifølge krav 13, karakterisert ved at cellulosefibrene er papir og hovedandelen av papirfibrene er avispapir tilsatt sammensetningen for å supplere papirfibrene i den malte gipsveggplaten.

15. Vætet sammensetning egnet for fremstilling av akustiske fliser i en vannfiltingsprosess, karakterisert ved at den i det vesentlige består av mineralull, gips, cellulosefibere, et lettvektsaggregatmateriale og et bindemiddel, og som på tørrstoffbasis inneholder minst 10 vektprosent mineralull, minst 10 vektprosent gips og minst 13 vektprosent cellulosefibere.

16. Sammensetning ifølge krav 15, karakterisert ved at bindemidlet er stivelse og er til stede i en mengde i området fra 3 til 15 vektprosent.

17. Sammensetning ifølge krav 15, karakterisert ved at lettvektsaggregat-materialet er ekspandert perlitt og er til stede i en mengde på minst 25 vektprosent.

18. Sammensetning ifølge krav 15, karakterisert ved at cellulosefibrene er papirfiber og er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

19. Sammensetning ifølge krav 15, karakterisert ved at mengden av mineral-ullfibere ligger i området fra 10 til 30 vektprosent.

20. Sammensetning ifølge krav 17, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området 10 til 25 vektprosent, den ekspanderte perlitt er til stede i en mengde i området fra 25 til 40 vektprosent og cellulosefibrene er papirfiber som er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

21. Sammensetning ifølge krav 16, karakterisert ved at minst en del av gipsen og cellulosefibrene foreligger i form av et komposittmateriale som er fremstilt ved kalsinering under trykk av en fortynnet oppslemming av gips og cellulosefibere.

22. Sammensetning ifølge krav 16, karakterisert ved at en vesentlig andel av gipsen og en mindre andel av cellulosefibrene foreligger i form av malt gipsveggplate.

23. Tørr akustisk flis fri for mineralull fremstilt i en vannfiltingsprosess, karakterisert ved at den er fremstilt fra sammensetningen ifølge krav 1.

24. Akustisk flis ifølge krav 23, karakterisert ved at bindemidlet er stivelse og er til stede i en mengde i området fra 3 til 15 vektprosent.

25. Akustisk flis ifølge krav 23, karakterisert ved at cellulosefibere er papirfibere og er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

26. Akustisk flis ifølge krav 23, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området fra 20 til 40 vektprosent, ekspandert perlitt er til stede i en mengde i området fra 25 til 50 vektprosent, og cellulosefibrene er papirfiber som er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

27. Tørr akustisk flis fri for mineralull fremstilt ved en vannfiltingsprosess, karakterisert ved at den er fremstilt fra sammensetningen ifølge krav 6.

28. Akustisk flis ifølge krav 27, karakterisert ved at cellulosefibrene er papirfibere.

29. Akustisk flis ifølge krav 27, karakterisert ved at en del av cellulosefibrene er ukalsinerte papirfibere i tillegg til kalsinert gips/cellulosefiber-komposittmateriale.

30. Akustisk flis ifølge krav 27, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området fra 15 til 45 vektprosent og cellulosefiberen er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

31. Tørr akustisk flis fremstilt ved en vannfiltingsprosess, karakterisert ved at den er fremstilt fra sammensetningen ifølge krav 15.

32. Akustisk flis ifølge krav 31, karakterisert ved at bindemidlet er stivelse, og er til stede i en mengde i området fra 3 til 15 vektprosent.

33. Akustisk flis ifølge krav 31, karakterisert ved at lettvekts ag-gregatmaterialet er ekspandert perlitt og er til stede i en mengde på minst 25 vektprosent.

34. Akustisk flis ifølge krav 31, karakterisert ved at cellulosefibrene er papirfibere og er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

35. Akustisk flis ifølge krav 31, karakterisert ved at mengden mineralull varierer i området fra 10 til 30 vektprosent.

36. Akustisk flis ifølge krav 33, karakterisert ved at gipsen er til stede i en mengde i området fra 10 til 25 vektprosent, ekspandert perlitt er til stede i en mengde i området fra 25 til 40 vektprosent og cellulosefibrene er papirfibere som er til stede i en mengde i området fra 13 til 30 vektprosent.

37. Akustisk flis ifølge krav 36, karakterisert ved at minst en del av gipsen og cellulosefibrene er i form av et komposittmateriale som er fremstilt ved å kalsinere under trykk en fortynnet oppslemming av gips og cellulosefibere.