Эффективное применение диспергаторов в стеновой плите, содержащей пену

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Технический результат - повышение текучести суспензии, повышение прочности изготовляемых облегченных изделий. Способ применения пены и диспергатора в суспензии гипса включает смешивание штукатурного гипса, первого диспергатора и первого количества воды, с получением суспензии гипса, смешивание мыла, второго диспергатора и второго количества воды, с получением пены, и объединение пены с суспензией. Способ эффективного применения диспергаторов в сердцевине гипсовой стеновой плиты включает смешивание штукатурного гипса, первого диспергатора и первого количества воды с получением суспензии гипса, смешивание мыла, второго диспергатора и второго количества воды с получением пены, объединение пены с суспензией, наливание суспензии на облицовочный материал, формирование суспензии в плиту и предоставление возможности суспензии затвердеть, образуя сердцевину стеновой плиты. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение текучести суспензии, повышение прочности изготовляемых облегченных изделий. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка связана с патентом США № 152404, озаглавленным "Эффективное применение диспегаторов в стеновой плите, содержащей пену", зарегистрированным 14 июня 2005, включенным в настоящее описание посредством ссылки.

Данная заявка связана с одновременно рассматриваемой заявкой США № 11/152661 (Attorney Ref. No. 2003.72380), озаглавленной "Fast Drying Wallboard"; заявкой США № 11/152323 (Attorney Ref. No. 2033.73064), озаглавленной "Method of Making a Gypsum Slurry with Modifiers and Dispersants", заявкой США № 11/152317 (Attorney Ref. No. 2033.72739), озаглавленной "Modifiers for Gypsum Products and Method of Using Them" и заявкой США № 11/152418 (Attorney Ref. No. 2033.72740), озаглавленной "Gypsum Products Using a Two-Repeating Unit Dispersant and Method for Making Them", все зарегистрированные 12 июня 2005 и все включенные в настоящее описание посредством ссылки.

Данная заявка связана с одновременно рассматриваемой заявкой США № 11/хххххх (Attorney Ref. No. 2003.75339), озаглавленной "Method of Making a Gypsum Slurry with Modifiers and Dispersants", заявкой США № 11/хххххх (Attorney Ref. No. 2033.75338), озаглавленной "Modifiers for Gypsum Products and Method of Using Them", заявкой США № 11/хххххх (Attorney Ref. No. 2033.75332), озаглавленной "Gypsum Products Using a Two-Repeating Unit Dispersant and Method for Making Them", все одновременно зарегистрированные и включенные в описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение касается способа регулирования свойств сердцевины при изготовлении стеновой плиты. Более конкретно, оно касается регулирования прочности сердцевины путем создания пустот регулируемых размеров.

Строительные продукты на основе гипса обыкновенно применяют при строительстве. Стеновая плита из гипса является огнезащитной и может использоваться при сооружении стен почти любой формы. Ее используют главным образом в качестве продукта для стен внутренних помещений и потолка. Гипс имеет звукоизолирующие свойства. Его относительно легко восстанавливать или заменять, если он повреждается. Существует множество декоративных отделок, которые можно наносить на данную стеновую плиту, включая краску и обои. Кроме всех этих преимуществ, она также представляет собой относительно недорогой строительный материал.

Одной из причин умеренной стоимости панелей стеновых плит является то, что их изготавливают с помощью способа, который является быстрым и эффективным. Суспензия, используемая для образования сердцевины, включает полугидрат сульфата кальция и воду, которые смешивают в смесителе. Пока суспензия находится в смесителе, пену, получаемую из мыла и воды, добавляют к суспензии до ее непрерывного осаждения на бумажный облицовочный лист, движущийся мимо смесителя. Второй бумажный облицовочный лист наносят сверху, и полученную сборку формуют в виде панели. Полугидрат сульфата кальция реагирует с достаточным количеством воды, превращая полугидрат в матрицу из взаимосвязанных кристаллов дигидрата сульфата кальция, заставляя ее затвердевать и становиться прочной. Получаемая таким образом непрерывная полоса перемещается на транспортере, пока прокаленный гипс не затвердеет, и данную полосу затем разрезают, образуя доски желаемой длины, которые затем движутся через сушильню для удаления избытка влаги. Так как каждый из этих этапов требует только минут, небольшие изменения в любом из этапов способа могут приводить к большим неэффективностям в способе изготовления.

Монтажники предпочитают легкие панели, чтобы уменьшить тяжесть работы. Пена создает пустоты в гипсовой сердцевине, что снижает вес, однако, если размер пустот не регулируется, могут возникать проблемы с продуктом. Очень большие пузыри могут вызывать эстетические проблемы. Прочность снижается, когда много маленьких пузырей остается в виде множества крошечных пустот в сердцевине. В идеале, желательно распределение больших и маленьких пузырей для получения панели с высокой прочностью и все еще легким весом. Кроме влияния на прочность и вес конечной панели, подмешивание пены в суспензию гипса уменьшает текучесть суспензии.

Известно использование диспергаторов с гипсом, что помогает разжижать смесь воды и полугидрата сульфата кальция, увеличивая текучесть суспензии. Диспергаторы из сульфоната нафталина хорошо известны, но имеют ограниченную эффективность. Поликарбоксилатные диспергаторы обычно применяются с цементами и, в меньшей степени, с гипсом. Добавление одного или нескольких диспергаторов может быть использовано для увеличения текучести при добавлении пены.

Кроме того, было обнаружено, что добавление диспергаторов к суспензии гипса изменяет распределение размеров пузырьков и пустот, которые они оставляют после себя. Некоторые диспергаторы заставляют панели иметь необычный внешний вид, что может быть нежелательно для конечного пользователя. Другие диспергаторы дают очень мелкие пузырьки, которые могут уменьшать прочность.

Диспергаторы могут также замедлять затвердевание суспензии гипса, дополнительно усложняя высокоскоростное производство гипсовых продуктов, таких как стеновые плиты. Если доза диспергатора увеличивается, чтобы улучшать текучесть, время затвердевания может увеличиваться. Если стеновая плита недостаточно затвердела у режущего ножа, продукт не будет сохранять свою форму и будет повреждаться при обращении с плитой после ее отрезания. Может потребоваться снижение скорости конвейера, чтобы дать возможность плите затвердеть и сохранять свою форму.

Это сложное соотношение между химией диспергатора, размером пузырьков пены и текучестью пены затрудняет получение суспензии гипса, имеющей желаемое распределение размера пузырьков и текучесть без существенного увеличения времени затвердевания. Патент США № 6264739, выданный Kao Corporation, описывает применение полимерного диспергатора для использования в стеновой плите, который стабилизирует пену. Данная ссылка описывает мономер моноэфира полиалкиленгликоля, имеющий от 2 до 300 молей оксиалкиленовых групп, каждая из которых имеет от 2 до 3 атомов углерода и повторяющееся акриловое звено. Единственный способ, описанный для добавления данного диспергатора, представляет собой добавление диспергатора в гипсовый порошок вместе с поверхностно-активными веществами. Не упоминается о регулировании размера пузырьков или распределении размера пузырьков для регулируемой структуры сердцевины, только стабилизация пены.

Патент США № 6527850 также описывает гипсовую композицию, использующую композицию диспергатора, которая включает гребневидно разветвленный акрил/полиэфирный сополимер. Данная ссылка раскрывает, что может быть вторая влажная часть композиции, которая включает пену, крахмал, поверхностно-активные вещества и стекловолокно. В примере 6 описано применение гребневидно разветвленного поликарбоксилатного сополимера вместе с сульфонатом нафталина. Однако было обнаружено, что, если поликарбоксилатные диспергаторы и нафталинсульфонатные диспергаторы смешивать вместе для добавления в смеситель суспензии, данные компоненты могут образовывать гель, который затем очень трудно однородно смешивать с суспензией. Объединение диспергаторов также приводит к суспензии с меньшей текучестью.

Следовательно, существует необходимость в способе, позволяющем эффективно использовать пену и диспергаторы вместе, получая гипсовую сердцевину, которая является и прочной, и легкой. Кроме того, данный способ должен при этом сохранять высокую текучесть и время затвердевания, необходимое для эффективного изготовления продуктов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эти и другие проблемы решаются с помощью настоящего способа, согласно которому получают текучую суспензию из гипса, диспергатора и пены, в котором регулируют распределение размера пузырьков, получая смесь больших и маленьких пузырьков. Распределение размера пузырьков регулируют без снижения текучести суспензии или существенного увеличения времени затвердевания.

Более конкретно, в способе эффективного использования диспергатора в содержащей пену стеновой плите штукатурку смешивают с первым диспергатором и первым количеством воды, получая суспензию гипса. Мыло смешивают со вторым диспергатором и вторым количеством воды, получая пену. Затем данную пену объединяют с суспензией. Выбор различных первого и второго диспергаторов и их относительных количеств позволяет регулировать распределение размеров пузырьков пены в суспензии и получаемые пустоты в гипсовой сердцевине. Использование одинакового диспергатора в воде смесителя и пены обеспечивает увеличение эффективности диспергатора.

Выбор разных диспергаторов между замешиваемой водой в смесителе и водой пены позволяет увеличить возможность регулирования размера пузырьков пены. Регулирование распределения размеров пузырьков позволяет изготовителю легче производить панели с высокой прочностью и легким весом, или уравновешивать эти свойства, как это требуется. Предшествующий уровень техники описывает только, что использование определенных диспергаторов в стеновой плите стабилизирует пену, применяемую при изготовлении стеновой плиты. Однако предшествующий уровень техники предполагает, что существуют преимущества добавления диспергатора в воду пены.

Во втором варианте осуществления первый и второй диспергаторы представляют собой одинаковый тип диспергатора. В данном случае вместо изменения распределения размеров пузырьков получают увеличение эффективности диспергатора. Получают увеличение текучести по сравнению с добавлением всего количества диспергаторов в смеситель.

Применение диспергаторов таким образом дает лучшую текучесть суспензии, чем это достигается, когда все количество диспергатора добавляют в смеситель. Это справедливо, даже если один и тот же диспергатор добавляют в смеситель и пену. Улучшенная текучесть суспензии означает, что количество диспергатора, необходимое для достижения приемлемой текучести, меньше. Сохранение или снижение полного количества диспергатора также уменьшает вероятность того, что время затвердевания суспензии будет существенно увеличиваться, приводя к трудностям в изготовлении.

Кроме того, реализация данного способа дает пользователю возможность большей гибкости изготовления. С помощью только изменения диспергатора в воде пены или смесителя текучесть или распределение размеров пузырьков могут варьироваться. Изменения способа можно получать без модификации существующего оборудования после замены насосов и выключателей. Исключительная степень регулирования добавляется к способу.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой фотографию распределения пузырьков сердцевины в стеновой плите, изготовленной с нафталинсульфонатным диспергатором;

фиг.2 представляет собой фотографию распределения пузырьков сердцевины в стеновой плите, изготовленной с поликарбксилатным диспергатором;

фиг.3 представляет собой фотографию распределения пузырьков сердцевины в стеновой плите настоящего изобретения с использованием сульфоната нафталина в воде пены и поликарбоксилатного диспергатора в замешанной воде в смесителе; и

фиг.4 показывает очень большие пузырьки, которые образуются, когда нафталинсульфонатный диспергатор используют в высоких дозах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Диспергатор добавляют и к замешиваемой воде, и к воде пены, чтобы получить преимущества данного изобретения. Две порции диспергатора могут быть одинаковым диспергатором, однако применение, по меньшей мере, двух разных диспергаторов также предпочтительно.

Ряд диспергаторов являются пригодными в данном изобретении. Поликарбоксилатные диспергаторы представляют собой предпочтительный тип диспергатора. Более предпочтительны диспергаторы из поликарбоксилированного простого эфира. Согласно настоящему изобретению в суспензию добавляют один или несколько диспергаторов, причем первый диспергатор добавляют в первую порцию воды в смесителе, а второй диспергатор добавляют в воду пены. Первый диспергатор и второй диспергатор, возможно, являются одинаковыми. Даже когда одинаковый диспергатор применяется в замешиваемой воде и воде пены, получается лучшая текучесть по сравнению с добавлением всего количества диспергатора в замешиваемую воду в смесителе.

В одном варианте осуществления данного изобретения первый диспергатор представляет собой один тип, который дает маленькие пузырьки, такой как один из диспергаторов 2641-типа или РСЕ211-типа. Типы диспергаторов определяются и описываются подробнее ниже. Второй диспергатор представляет собой диспергатор, который дестабилизирует пену и образует большие пузырьки, такой как диспергаторы 1641-типа или нафталинсульфонатный диспергатор. Например, полимер РСЕ211-типа является предпочтительным для использования в смесителе в изготовлении стеновых плит. Этот поликарбоксилатный простой эфир имеет высокую эффективность и малое время замедления затвердевания, но он дает сердцевину, имеющую очень мелкие пустоты. Если 10% от массы диспергатора РСЕ211-типа удаляют и приблизительно такую же массу нафталинсульфонатного диспергатора добавляют в воду пены, получается предпочтительное распределение размеров пузырьков.

В другом объекте данного изобретения первую порцию первого диспергатора, который образует большие пузырьки, такой как нафталинсульфонатный диспергатор, добавляют к замешиваемой воде в смеситель. Второй диспергатор представляет собой диспергатор на основе поликарбоксилатного простого эфира, который создает маленькие пузырьки, такой как диспергаторы 2641-типа или РСЕ211-типа.

Второй вариант осуществления данного изобретения разделяет единственный диспергатор на две порции и использует первую порцию в замешиваемой воде, и вторую порцию в воде пены. Когда используют данный вариант осуществления, регулирования размера пузырьков не происходит, но эффективность диспергатора по сравнению с полным количеством используемого диспергатора увеличивается.

Использование разных диспергаторов в воде смесителя и воде пены может применяться предпочтительно. Распределение размеров пузырьков может быть оптимизировано путем использования разных диспергаторов для изготовления суспензии и пены. В общем обнаружено, что некоторые поликарбоксилатные диспергаторы, добавляемые в смеситель, дают очень мелкие пузырьки пены, когда пену объединяют с суспензией гипса. Они включают диспергаторы типов MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F и РСЕ211, которые представляют собой продукты Degussa Construction Polymers, GmbH (Tostberg Germany) и поставляются Degussa Corp. (Kennesaw, GA) (далее "Degussa"). (MELFLUX представляет собой зарегистрированную торговую марку Degussa Construction Polymers, GmbH.) Другие диспергаторы, включая MELFLUX 1641 от Degussa и нафталинсульфонатные диспергаторы, дестабилизируют пену и образуют очень большие пузырьки. Примеры подходящих нафталинсульфонатных диспергаторов включают DILOFLO от GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA или DAXAD от Dow Chemical Co., Midland, MI.

Один из предпочтительных диспергаторов на основе поликарбоксилатного простого эфира, обозначаемый как "РСЕ211-тип", используемый в суспензии, включает два повторяющихся звена. Диспергаторы РСЕ211-типа описаны подробнее в заявке США № 11/152418, зарегистрированной 14 июня 2005, озаглавленной "Gypsum Products Using a Two-Repeating Unit Dispersant and Method for Making Them"; заявке США № 11/xxxxxx (Attorney Ref. No. 2033.75332), зарегистрированной одновременно с настоящей и озаглавленной "Gypsum Products Using a Two-Repeating Unit Dispersant and Method for Making Them"; заявке США № 11/152678, зарегистрированной 14 июня 2005, озаглавленной "Polyether-Containing Copolymers"; и заявке США № 11/xxxxxx (Attorney Ref. DCP 3), озаглавленной "Polyether-Containing Copolymers", зарегистрированной одновременно с настоящей, все ранее включены посредством ссылки.

Первое повторяющееся звено представляет собой повторяющееся звено олефиновой ненасыщенной карбоновой кислоты, ее эфира или ее соли, или олефиновой ненасыщеной сульфоновой кислоты или ее соли. Предпочтительные повторяющиеся звенья включают акриловую кислоту или метакриловую кислоту. Одно- или двухвалентные соли являются подходящими вместо водорода кислотной группы. Водород также может быть замещен углеводородной группой с образованием сложного эфира.

Второе повторяющееся звено удовлетворяет формуле I

и R¹ является производным от ненасыщенной (поли)алкиленгликольэфирной группы согласно формуле II

Согласно формуле I алкенильное повторяющееся звено возможно включает С₁-С₃ алкильную группу между полимерной цепью и связью простого эфира. Величина р представляет собой целое число от 0 до 3 включительно. Предпочтительно, р равно 0 или 1. R² представляет собой либо атом водорода, либо алифатическую С₁-С₅ углеводородную группу, которая может быть линейной, разветвленной, насыщенной или ненасыщенной. Примеры предпочтительных повторяющихся звеньев включают акриловую кислоту и метакриловую кислоту.

Сложная полиэфирная группа формулы II содержит множественные С₂-С₄ алкильные группы, включая, по меньшей мере, две разные алкильные группы, соединенные атомами кислорода. m и n являются целыми числами от 2 до 4 включительно и, предпочтительно, по меньшей мере, m или n равно 2. х и y являются целыми числами от 55 до 350 включительно. Величина z составляет от 0 до 200 включительно. R³ представляет собой незамещенную или замещенную арильную группу и, предпочтительно, фенил, и R⁴ представляет собой водород или алифатическую С₁-С₂₀ углеводородную группу, циклоалифатическую С₅-С₈ углеводородную группу, замещенную С₆-С₁₄ арильную группу или группу, соответствующую, по меньшей мере, одной из формул III(а), III(b) и III(с).

В вышеприведенных формулах R⁵ и R⁷ независимо друг от друга представляют алкильную, арильную, аралкильную или алкиларильную группу. R⁶ представляет собой двухвалентную алкильную, арильную, аралкильную или алкиларильную группу.

Полимеры данного класса продаются Degussa как серия диспергаторов РСЕ211. Другие полимеры в данной серии, известные как применимые в стеновых плитах, включают РСЕ111. Дополнительное описание диспергаторов РСЕ211-типа дается в патенте США № 11/152678, зарегистрированном 14 июня 2005, озаглавленном "Polyether-Containing Copolymers".

Молекулярная масса диспергатора предпочтительно составляет от приблизительно 20000 до приблизительно 60000 Da. Неожиданно было обнаружено, что диспергаторы с меньшей молекулярной массой вызывают меньшую задержку времени затвердевания, чем диспергаторы, имеющие молекулярную массу больше, чем 60000 Da. В целом, большая длина боковой цепи, которая дает увеличение общей молекулярной массы, приводит к лучшей диспергируемости. Однако тесты с гипсом показывают, что эффективность диспергатора снижается при молекулярных массах выше 60000 Da.

Другие известные применимые диспергаторы ("2641-типа") описаны в патенте США № 6777517, включенном в настоящее описание посредством ссылки. Предпочтительно, диспергатор включает, по меньшей мере, три повторяющихся звена, показанных в формулах IV(а), IV(b) и IV(с).

В данном случае присутствуют повторяющиеся звенья и акриловой, и малеиновой кислот, приводя к высокому отношению кислотных групп к группам винилового простого эфира. R¹ представляет собой атом водорода или алифатический углеводородный радикал, имеющий от 1 до 20 атомов углерода. Х обозначает ОМ, где М представляет собой атом водорода, катион одновалентного металла, ион аммония или радикал органического амина. R² может быть водородом, алифатическим углеводородным радикалом, имеющим от 1 до 20 атомов углерода, циклоалифатическим углеводородным радикалом, имеющим от 6 до 14 атомов углерода, которые могут быть замещенными. R³ представляет собой водород или алифатический углеводородный радикал, имеющий от 1 до 5 атомов углерода, который возможно является линейным или разветвленным, насыщенным или ненасыщенным. R⁴ представляет собой водород или метильную группу в зависимости от того, являются ли структурные звенья акриловыми или метакриловыми. p может быть от 0 до 3. m представляет собой целое число от 2 до 4 включительно, и n представляет собой целое число от 0 до 200 включительно. Диспергаторы данного семейства продаются Degussa под марками диспергаторов MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F и MELFLUX 2500. Применение диспергаторов 2641-типа в гипсовых суспензиях описано в заявке США № 11/152661, зарегистрированной 14 июня 2005, озаглавленной "Fast Drying Wallboards", ранее включенной посредством ссылки.

Еще один предпочтительный диспергатор продается Degussa как MELFLUX 1641 ("1641-тип"). Это другой диспергатор, приготовленный, главным образом, из двух компонентов, как показано в формуле V. Данный диспергатор состоит, в основном, из двух повторяющихся звеньев, одно из которых является простым виниловым эфиром, а другое - сложным виниловым эфиром. В формуле V m и n представляют собой мольные доли составляющих повторяющихся звеньев, которые могут быть случайным образом расположены вдоль полимерной цепи.

Полимеризацию данных мономеров выполняют с помощью любого способа, известного в данной области техники. Один предпочтительный способ получения данного полимера описан в патенте США № 6777517, включенном в описание посредством ссылки.

Данные диспергаторы особенно хорошо подходят для использования с гипсом. Не желая быть связанным теорией, считается, что кислотные повторяющиеся звенья соединяются с кристаллами гипса, тогда как длинные полиэфирные цепи второго повторяющегося звена выполняют диспергирующую функцию. Так как данный диспергатор дает меньшую задержку, чем другие диспергаторы, он меньше повреждает способ изготовления гипсовых продуктов, таких как стеновая плита. Данный диспергатор применяют в любом эффективном количестве. В большой степени количество выбранного диспергатора зависит от желаемой текучести суспензии. При снижении количества воды больше диспергатора требуется, чтобы поддерживать постоянную текучесть суспензии. Предпочтительно, полное количество используемых диспергаторов составляет от приблизительно 0,01% до приблизительно 0,5% в расчете на сухую массу штукатурки. Более предпочтительно, диспергатор применяют в количестве от приблизительно 0,05% до приблизительно 0,2% в таком же расчете. При отмеривании жидкого диспергатора только твердые полимеры рассматривают при вычислении дозы диспергатора, а воду из диспергатора учитывают, когда вычисляют отношение вода/штукатурка.

В вариантах осуществления данного изобретения, которые используют пенообразователь для образования пустот в затвердевшем гипссодержащем продукте, чтобы обеспечить меньший вес, могут применяться любые обычные пенообразователи, известные своей пригодностью для приготовления вспененных затвердевших гипсовых продуктов. Многие такие пенообразователи хорошо известны и легко доступны коммерчески, например линия мыла HYONIC от GЕО Specialty Chemicals, Ambler, PA. Пены и предпочтительный способ приготовления вспененных гипсовых продуктов описаны в патенте США № 5683635, включенном в настоящее описание посредством ссылки. Если к продукту добавляют пену, поликарбоксилатный диспергатор, возможно, разделяют между водой способа и водой пены до его добавления к полугидрату сульфата кальция.

Гипсовая суспензия также, возможно, включает один или несколько модификаторов, которые усиливают действие поликарбоксилатного диспергатора. Применяемый здесь диспергатор с двумя повторяющимися звеньями особенно чувствителен к воздействию модификаторов. Предпочтительные модификаторы включают цемент, известь, негашеную известь или оксид кальция, гашеную известь, также известную как гидроксид кальция, кальцинированную соду, также известную как карбонат натрия, карбонат калия, также известный как поташ, и другие карбонаты, силикаты, фосфонаты и фосфаты. Когда применяется модификатор, эффективность диспергатора возрастает, достигая нового уровня текучести, или количество поликарбоксилатного диспергатора может быть уменьшено, чтобы снизить стоимость поликарбоксилата. Дополнительная информация о модификаторах и их применении находится в заявке США № 11/152317, озаглавленной "Modifiers For Polycarboxylate Dispersants", зарегистрированной 14 июня 2005 и ранее включенной посредством ссылки.

Модификаторы используют в гипсовой суспензии в любом приемлемом количестве. Предпочтительно, модификаторы используют в количествах от приблизительно 0,01% до приблизительно 2 мас.% из расчета на сухую штукатурку. Более предпочтительно, модификаторы используют в количествах от приблизительно 0,03% до приблизительно 0,5% и даже более предпочтительно от приблизительно 0,05% до приблизительно 0,5%.

Воду добавляют в суспензию в любом количестве, которое дает текучую суспензию. Количество используемой воды сильно меняется согласно применению, с которым она будет использована, конкретному используемому диспергатору, свойствам штукатурки и применяемым добавкам. Отношение воды к штукатурке ("ОВШ") для стеновой плиты составляет предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,8 в расчете на сухую массу штукатурки. Обычно ОВШ от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,6 является предпочтительным. Композиции для настила предпочтительно используют ОВШ от приблизительно 0,17 до приблизительно 0,45, предпочтительно от приблизительно 0,17 до приблизительно 0,34. Формуемые или отливаемые продукты предпочтительно используют воду в ОВШ от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,3, предпочтительно от приблизительно 0,16 до приблизительно 0,25. ОВШ может быть снижено до 0,1 или меньше в лабораторных тестах в расчете на умеренное добавление диспергаторов РСЕ211-типа.

Вода, используемая для приготовления суспензии, должна быть настолько чистой, насколько возможно на практике для лучшего регулирования свойств суспензии и затвердевшей штукатурки. Хорошо известно, что соли и органические соединения модифицируют время затвердевания суспензии, изменяясь в широких пределах от ускорителей до ингибиторов затвердевания. Некоторые примеси ведут к нерегулярностям в структуре, таким как взаимозамыкание матрицы из кристаллических форм дигидрата, уменьшая прочность затвердевшего продукта. Прочность и связность продукта, таким образом, улучшаются при использовании воды, которая настолько свободна от загрязнений, насколько возможно на практике.

Было обнаружено, что, если штукатурка подвергается действию диспергатора до того, как модификатор взаимодействует с диспергатором, модификатор работает менее эффективно. Предпочтительно, и модификатор, и диспергатор предварительно растворяют в замешиваемой воде, получая раствор. Модификатор и диспергатор добавляют в любом порядке, последовательно или по существу одновременно. После образования раствора штукатурку смешивают с данным раствором, подвергая штукатурку одновременно действию диспергатора и модификатора. Когда модификатор и диспергатор находятся в сухом виде, они могут быть смешаны вместе и добавлены к сухой штукатурке. Предпочтительный способ объединения модификатора, диспергатора и штукатурки дополнительно описан в заявке США № 11/152323 (Attorney Ref. No. 2033.73064), озаглавленной "Method of Making a Gypsum Slurry with Modifiers and Dispersants", ранее включенной посредством ссылки.

В другом варианте осуществления модификатор смешивают с частью замешиваемой воды, образуя суспензию модификатора. Суспензию модификатора затем смешивают с оставшейся замешиваемой водой и диспергатором одновременно или последовательно, получая трехкомпонентный раствор. В любом случае и модификатор, и диспергатор смешиваются в замешиваемой воде до введения сухих компонентов.

Штукатурка, также известная как полугидрат сульфата кальция или кальцинированный гипс, присутствует в количествах, по меньшей мере, 50% от сухого материала. Предпочтительно, количество штукатурки составляет, по меньшей мере, 80%. Во многих составах стеновых плит материал сухого компонента содержит больше чем 90% или даже 95% полугидрата сульфата кальция. Способ прокаливания не важен, и альфа- или бета-прокаленная штукатурка является пригодной. Использование ангидрита сульфата кальция также предполагается, хотя его предпочтительно используют в небольших количествах менее чем 20%.

Штукатурки из разных источников включают разные количества и типы солей и примесей. Суспензия данного изобретения менее эффективна, когда штукатурка имеет высокую концентрацию природных солей. Низкосолевые штукатурки определяются как штукатурки, имеющие растворимые соли меньше чем 300 частей на миллион. Штукатурки с высоким содержанием соли, которые включают штукатурки, имеющие, по меньшей мере, 600 частей на миллион растворимых солей, скорее всего будут нарушать действие модификатора. Месторождения гипса из Southard, OK, Little Narrows, Nova Scotia, Fort Dodge, IA, Sweetwaterm TX, Plaster City, CA и многих других мест удовлетворяют данному предпочтению.

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения в гипсовую суспензию включают добавки, чтобы модифицировать одно или несколько свойств конечного продукта. Добавки применяют способами и в количествах, известных в данной области техники. Часто эти и другие добавки присутствуют в твердой, порошковой или гранулированной форме и добавляются к сухим компонентам до смешивания суспензии. Концентрации приводят в количествах на 1000 квадратных футов конечных стеновых плит ("МSF").

Крахмал применяют в количестве от приблизительно 3 до приблизительно 20 фунтов/МSF (от 14,6 до 97,6 г/м²), чтобы увеличить соединение бумаги и упрочнить продукт. Стекловолокно необязательно добавляют к суспензии в количестве до 11 фунтов/МSF (54 г/м²). До 15 фунтов/МSF (73,2 г/м²) бумажных волокон также добавляют к суспензии. Восковые эмульсии добавляют к суспензии гипса в количествах до 90 фунтов/МSF (0,439 кг/м²), чтобы улучшить водостойкость конечной гипсовой стеновой плиты.

Триметафосфатное соединение добавляют к гипсовой суспензии в некоторых вариантах осуществления, чтобы усилить прочность продукта и улучшить устойчивость против провисания затвердевшего гипса. Предпочтительно концентрация триметафосфатного соединения составляет от приблизительно 0,07% до приблизительно 2,0% в расчете на массу кальцинированного гипса. Гипсовые композиции, включающие триметафосфатные соединения, описаны в патентах США № 6342284 и 6632550, оба из которых включены сюда посредством ссылки. Типичные триметафосфатные соли включают натриевую, калиевую или литиевую соли триметафосфата, такие как соединения, доступные от Astaris, LLC., St. Louis, MO. Следует быть осторожным при использовании триметафофата с известью или другими модификаторами, которые повышают рН суспензии. При рН выше приблизительно 9,5 триметафосфат теряет свою способность упрочнять продукт, и суспензия становится весьма замедленной.

Другие добавки, типичные для конкретного применения, для которого суспензия гипса будет использована, также добавляют к суспензии. Замедлители затвердевания (до приблизительно 2 фунтов/МSF (9,8 г/м²)) или сухие ускорители (до приблизительно 35 фунтов/МSF (170 г/м²)) добавляют, чтобы модифицировать скорость, с которой протекают реакции гидратации. "СSА" представляет собой ускоритель затвердевания, содержащий 95% дигидрата сульфата кальция, соизмельченного с 5% сахара и нагретого до 250°F (121°С), чтобы карамелизовать сахар. СSА доступен от USG Corporation, Southard, завод OK, и изготавливается согласно патенту США № 3573947, включенному в настоящее описание в качестве ссылки. Сульфат калия является другим предпочтительным ускорителем. НRА представляет собой дигидрат сульфата кальция, свежеизмельченный с сахаром с отношением приблизительно от 5 до 25 фунтов сахара на 100 фунтов дигидрата сульфата кальция. Он дополнительно описывается в патенте США № 2078199, включенном в настоящее описание в качестве ссылки. Оба из них являются предпочтительными ускорителями.

Другой ускоритель, известный также как ускоритель влажного гипса или УВГ, также представляет собой предпочтительный ускоритель. Описание применения и способа получения ускорителя влажного гипса раскрывается в патенте США № 6409825, включенном в настоящее описание в качестве ссылки. Этот ускоритель включает, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, состоящей из органического фосфониевого соединения, фосфатсодержащего соединения или их смесей. Данный конкретный ускоритель демонстрирует значительную долговечность и сохранение своей эффективности на протяжении такого времени, что данный ускоритель влажного гипса может быть изготовлен, сохранен и даже транспортирован на длинные расстояния перед применением. Ускоритель влажного гипса используют в количествах в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 80 фунтов на тысячу квадратных футов (от 24,3 до 390 г/м²) панельного продукта.

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения добавки включают в гипсовую суспензию, чтобы модифицировать одно или несколько свойств конечного продукта. Добавки применяют способом и в количествах, известных в данной области техники. Концентрации выражают в количествах на 1000 квадратных футов конечных стеновых плит ("МSF"). Крахмал применяют в количествах от приблизительно 3 до приблизительно 20 фунтов/МSF (от 14,6 до 97,6 г/м²), чтобы увеличить присоединение бумаги и упрочнить продукт. Стекловолокно возможно добавляют к суспензии в количестве, по меньшей мере, 11 фунтов/МSF (54 г/м²). До 15 фунтов/МSF (73,2 г/м²) бумажных волокон также добавляют к суспензии. Восковые эмульсии добавляют к гипсовой суспензии в количествах до 90 фунтов/МSF (0,4 кг/м²), чтобы улучшить водостойкость конечной гипсовой стеновой плиты.

В вариантах осуществления данного изобретения, которые используют пенообразователь, для образования пустот в мокром гипссодержащем продукте, придавая легкий вес, могут быть использованы любые обычные пенообразователи, известные своей применимостью при приготовлении мокрых гипсовых продуктов. Многие такие пенообразователи хорошо известны и легко доступны коммерчески, например линия НYОNIС мыльных продуктов от GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA. Пены и предпочтительный способ приготовления вспененных гипсовых продуктов описаны в патенте США № 5683635, включенном в настоящее описание в качестве ссылки.

Другими потенциальными добавками для стеновых плит являются биоциды для снижения роста плесени, росы (парши) или грибков. В зависимости от выбранного биоцида и предполагаемого применения стеновой плиты биоцид можно добавлять к покрытию, гипсовой сердцевине или к обоим из них. Примеры биоцидов включают борную кислоту, соли пиритиона и соли меди. Биоциды могут быть добавлены к покрытию или гипсовой сердцевине. В случае их использования биоциды применяют в покрытиях в количествах менее чем 500 ч/млн.

Кроме того, гипсовая композиция необязательно может содержать крахмал, такой как желатинизированный крахмал или кислотно-модифицированный крахмал. Включение желатинизированного крахмала увеличивает прочность затвердевшего и высохшего гипсового слепка и минимизирует или устраняет риск отслаивания бумаги в условиях повышенной влажности (например, это касается повышенных отношений воды к кальцинированному гипсу). Специалисту в данной области техники известны способы желатинизирования исходного крахмала, таких как, например, варка исходного крахмала в воде при температурах, по меньшей мере, приблизительно 185°F (85°С) или другие способы. Подходящие примеры желатинизированного крахмала включают крахмал РСF 1000, коммерчески доступный от Lauhoff Grain Company, и AMERIKOR 818 и HQM PREGEL крахмалы, оба из которых коммерчески доступны от Archer Daniels Midland Company, но не ограничиваются ими. В случае наличия желатинизированный крахмал присутствует в любом подходящем количестве. Например, желатинизированный крахмал может добавляться в смесь, используемую для образования затвердевшей гипсовой композиции, таким образом, что он присутствует в количестве от приблизительно 0,5% до приблизительно 10% от массы затвердевшей гипсовой композиции. Крахмалы, такие как USG95 (United States Gypsum Company, Chicago, IL), также могут добавляться для упрочнения сердцевины.

Другие известные добавки могут быть использованы при необходимости для модификации особых свойств продукта. Сахара, такие как декстроза, используют, чтобы улучшать связь бумаги на концах плит. Восковые эмульсии или полисилоксаны используют для водостойкости. Если требуется жесткость, обычно добавляют борную кислоту. Огнестойкость может быть улучшена путем добавления вермикулита. Эти и другие известные добавки являются пригодными в настоящих составах суспензии и стеновой плиты.

В ходе процесса штукатурка движется в направлении смесителя. Перед входом в смеситель сухие добавки, такие как крахмалы, или ускорители затвердевания добавляют в порошкообразную штукатурку. Некоторые добавки добавляют непосредственно в смеситель по отдельной линии. Триметафосфат добавляли, используя данный способ, в описанных ниже примерах. Другие добавки также могут добавляться в воду. Это особенно удобно, когда данные добавки присутствуют в жидком виде. Для большинства добавок нет специальных требований по размещению добавок в суспензии, и они могут быть добавлены, используя любое удобное оборудование или способ.

Однако при использовании диспергатора согласно данному изобретению важно добавлять первую часть диспергатора к воде перед добавлением штукатурки. Замешиваемая вода или добавляемая вода добавляется в смеситель со скоростью, необходимой для получения целевого отношения воды к штукатурке, когда воду из других источников приняли во внимание. Если применяют один или несколько модификаторов, данный модификатор также добавляют к воде перед добавлением штукатурки. После объединения первой части диспергатора и модификатора к полученному раствору добавляют штукатурку.

Тем временем, пену образуют путем объединения мыла, второй части диспергатора и второй части воды. Пену затем используют в движущуюся гипсовую суспензию после ее выхода из смесителя через рукав или желоб. Пенный обод представляет собой аппарат, имеющий множество каналов, которые расположены в ободе перпендикулярно оси рукава, так что пена подается под давлением в гипсовую суспензию, пока та проходит, с помощью данного пенного обода.

После соединения вместе пены и суспензии полученная суспензия движется дальше и выливается на конвейер, покрытый одним облицовочным материалом. Кусок облицовочного материала помещают поверх суспензии, образуя сандвич с суспензией между двумя облицовочными материалами. Сандвич подают в формовочную тарелку, высота которой определяет толщину плиты. Затем непрерывный сандвич режут на соответствующие куски отрезным ножом, обычно от восьми футов до двенадцати футов.

Плиты затем движутся в печь для сушки. Температуры в печи обычно лежат в диапазоне до 450°F, до 500°F максимально. Предпочтительно в печи есть три или больше температурных зон. В первой зоне, контактирующей с влажной плитой, температура увеличивается до максимальной температуры, тогда как температура в последних двух зонах постепенно снижается. Вентилятор для первой зоны располагается у выхода зоны, нагнетая воздух в противотоке к направлению движения плиты. Во второй и третьей зонах вентиляторы расположены на входах в зону, направляя горячий воздух по направлению движения плиты. Нагрев, который является менее суровым в последней зоне, предотвращает кальцинирование сухих областей плиты, вызывающее плохое сцепление бумаги. Типичное время пребывания в печи составляет приблизительно сорок минут, но это время будет меняться в зависимости от вместимости линии, влажности плиты и других факторов.

В последующих примерах осадочные тесты использовали, чтобы измерять текучесть данного образца, тогда как время схватывания и время затвердевания по Вика использовали для сравнения периодов затвердевания различных композиций. Все сухие компоненты отвешивали и смешивали вместе в сухом виде. Сухие компоненты подавали в смеситель через дозатор потери веса для точности. Жидкие компоненты взвешивали для точности состава и отмеряли в непрерывный смеситель перистальтическим насосом.

Образец суспензии отливали в цилиндр 2"×4" (5 см × 10 см), расположенный на пластиковом листе, слегка переполняя цилиндр. Избыточный материал срезали с верха, затем цилиндр мягко поднимали, позволяя суспензии вытекать через дно, образуя пирожок. Пирожок измеряли (±1/8") в двух направлениях через 90°, и среднее значение принимали как диаметр пирожка.

Тянули иглу 300 г Вика сквозь пирожок суспензии в вертикальном положении. Продолжали данную процедуру до наступления времени, при котором суспензия не сможет закрывать прорезь позади иглы при ее проталкивании сквозь массу. Устанавливали время схватывания от момента, когда суспензию сначала отбирали из выпуска смесителя.

Ссылки на время затвердевания сравнивали со временем затвердевания Вика по АSТМ С-472, включенным сюда посредством ссылки. Время затвердевания по Вика начинали от момента, когда суспензию сначала отбирали из выпуска смесителя.

ПРИМЕР 1

Жидкий поликарбоксилатный диспергатор разделяли между водой пены и замешиваемой водой. Всего четырнадцать граммов жидкого диспергатора добавляли, как показано в таблице 1. Диспергатор представлял собой 40% твердых веществ и 60% воды. Сухой ускоритель СSА добавляли к штукатурке в количестве 0,20% в расчете на сухую штукатурку. Пену получали из 1% РFМ мыла, добавляемого к воде и количеству жидкого диспергатора, показанному в таблице 1. Принимая во внимание воду, присутствующую в диспергаторе, всего 148 граммов воды использовали для получения пены.

Жидкий диспергатор добавляли к замешиваемой воде согласно таблице 1, получая всего 852 грамма воды. К данной жидкости добавляли штукатурку и перемешивали, получая однородную суспензию. Пену добавляли к суспензии. С полученной суспензией проводили тесты, результаты которых показаны в таблице 1.

Таблица 1
Деление диспергатора	100/0	85/15	74/26	65/35
РСЕ в смесителе	14,0	11,9	10,3	9,1
РСЕ в пене	0	2,1	3,6	4,9
Расползание, дюйм	6,75	8	7,25	7,25
Схватывание	4,25	3,5	3,5	2,45
Затвердевание по Вика	*	9,5	6,1	6,5
*Данные отсутствуют.

Когда 15% диспергатора добавляли к воде пены, текучесть резко увеличивалась, как следует из увеличения размера пирожка данного образца. Хотя и менее резко, чем при 15%, увеличение размера пирожка также наблюдали, когда 26% и 35% диспергатора добавляли к воде пены.

ПРИМЕР 2

В коммерческом испытании два разных диспергатора добавляли в смеситель и/или воду пены. Установка потребляла 1795 фунтов (7989 кг) штукатурки на МSF плиты. Ускоритель влажного гипса и НRА добавляли в количествах, показанных в таблице IIА и IIВ, поддерживая 50% затвердевание у режущего ножа. Таблицы IIА и IIВ также показывают типы и количества добавляемого диспергатора, а также расползание и наблюдение распределения пузырьков. Количество диспергатора, представленное в таблице II, дано в расчете на сухую массу штукатурки. Ускоритель затвердевания дается в фунтах/МSF (г/м²).

Таблица IIА
Образец	L	M	N	O
211 в смесителе	0,125	0,15	0,15	0,20
NS в смесителе	0,0	0,0	0,0	0,0
NS в пене	0,0	0,0	0,023	0,035
УВГ	42(185)	42(185)	42(185)	42,4(186)
НRА	4(17,6)	6(26,4)	6(26,4)	10(44)
Всего воды	1051 фунт (478 кг)	1012 фунтов (460 кг)	1012 фунтов (460 кг)	900 фунтов (409 кг)
Расползание	7" (17,8 см)	6,5" (16,5 см)	6,5" (16,5 см)	6,75" (17,1 см)
Пузырьки	Небольшие, однородные	Небольшие, однородные	Распределение размера	Распределение размера

Таблица IIВ
Образец	P	Q
211 в смесителе	0,0	0,0
NS в смесителе	0,14	0,12
NS в пене	0,0	0,0
УВГ	38(167)	37,8(166)
НRА	0	4(17,6)
Всего воды	1181 фунт (537 кг)	1173 фунта (587 кг)
Расползание	7,375" (18,7 см)	8,25" (21,0 см)
Пузырьки	Распределение размера	Распределение размера

В данном коммерческом тесте два разных типа диспергатора использовали в смесителе и воде пены, и получаемые плиты отрезали открытыми, чтобы проверять размер пузырьков в сердцевине. Образцы L и М используют только поликарбоксилатный диспергатор в смесителе. Как показано на фиг.2, образовавшиеся пузырьки небольшие и приблизительно однородные по размеру. Нафталиновый сульфонатный диспергатор добавляли к воде пены в образцах N и О, изменяя распределение размера пузырьков, как показано на фиг.3. Когда сульфонат нафталина добавляли только в смеситель в образцах Р и Q, распределение размера пузырьков снова менялось подобно распределению, показанному на фиг.1. Сердцевину стеновой плиты на фиг.4 изготавливали, используя те же компоненты и тот же способ, как для образцов Р и Q, за исключением того, что сульфонат нафталина добавляли с дозировкой 0,21%.

ПРИМЕР 3

Влияние разделения диспергатора между смесителем и водой пены дополнительно изучали в заводском испытании. Жидкий поликарбоксилатный диспергатор MELFLUX 2500L ("2500L") добавляли в смеситель или воду пены, как указано в таблице III. Количество диспергатора дано в расчете на твердые вещества, тогда как воду, содержащуюся в жидком диспергаторе, учитывали в вычислении всей воды, присутствующей в суспензии. Штукатурку применяли в количестве 1235 фунтов/МSF. Количество и размещение диспергатора показано в таблице III вместе с полным количеством добавленной воды, использованных ускорителей и расползанием продукта.

Таблица III
Образец	Х	Y
2500L в смесителе	0,153%	0,12%
2500L в воде пены	0,0	0,04%
Применение НRА	35 фунтов (16 кг)	33 фунта (15 кг)
Всего воды	862 фунта (392 кг)	826 фунтов (375 кг)
Расползание	7" (17,8 см)	7,25" (18,4 см)

Сравнение данных тестовых запусков доказывает увеличение текучести, когда один и тот же диспергатор разделяют между смесителем и водой пены, даже когда общее количество диспергатора по существу одинаковое. Даже при уменьшении замешиваемой воды на 36 фунтов/МSF было увеличение размера пирожка в тесте расползания.

Хотя был показан и описан конкретный вариант осуществления способа регулирования распределения размера пузырьков пены в суспензии гипса, специалисты в данной области техники поймут, что в нем могут быть сделаны изменения и модификации без отклонения от данного изобретения в его более широких объектах, установленных в формуле изобретения.

1. Способ применения пены и диспергатора в суспензии гипса, включающий
смешивание штукатурного гипса, первого диспергатора и первого количества воды с получением суспензии гипса,
смешивание мыла, второго диспергатора и второго количества воды с получением пены и
объединение пены с суспензией.

2. Способ по п.1, где первый диспергатор и второй диспергатор представляют собой один и тот же диспергатор.

3. Способ по п.1, где первый диспергатор представляет собой диспергатор из простого поликарбоксилатного эфира, а второй диспергатор представляет собой диспергатор из сульфоната нафталина.

4. Способ по п.1, где первый диспергатор представляет собой диспергатор из сульфоната нафталина, а второй диспергатор представляет собой диспергатор из простого поликарбоксилатного эфира.

5. Способ по п.1, где второй диспергатор представляет собой диспергатор из простого поликарбоксилатного эфира, содержащего повторяющиеся звенья простого винилового эфира и повторяющееся звено, содержащее, по меньшей мере, одну группу, состоящую из малеиновой кислоты, малеинового ангидрида, их сложных эфиров и солей.

6. Способ по п.1, где второй диспергатор дестабилизирует пену, образуя большие пузырьки.

7. Способ по п.1, где количество второго диспергатора составляет от приблизительно 10 до приблизительно 15% от общей массы первого диспергатора и второго диспергатора.

8. Способ по п.1, где упомянутый этап объединения содержит введение пены в суспензию через пенный обод.

9. Способ по п.1, где упомянутый этап смешивания содержит добавление первого диспергатора и модификатора к первому количеству воды с образованием раствора перед добавлением штукатурного гипса к данному раствору.

10. Способ по п.9, где упомянутый модификатор представляет собой, по меньшей мере, один модификатор, выбранный из группы, состоящей из цемента, извести, силикатов, карбонатов и фосфатов.

11. Способ эффективного применения диспергаторов в сердцевине гипсовой стеновой плиты, включающий
смешивание штукатурного гипса, первого диспергатора и первого количества воды с получением суспензии гипса,
смешивание мыла, второго диспергатора и второго количества воды с получением пены,
объединение пены с суспензией,
наливание суспензии на облицовочный материал,
формирование суспензии в плиту и
предоставление возможности суспензии затвердеть, образуя сердцевину стеновой плиты.

12. Способ по п.11, где первый диспергатор и второй диспергатор представляют собой один и тот же диспергатор.

13. Способ по п.11, где первый диспергатор представляет собой диспергатор из простого поликарбоксилатного эфира, а второй диспергатор представляет собой диспергатор из сульфоната нафталина.

14. Способ по п.11, где первый диспергатор представляет собой диспергатор из сульфоната нафталина, а второй диспергатор представляет собой диспергатор из простого поликарбоксилатного эфира.

15. Способ по п.11, где этап смешивания дополнительно включает смешивание первого диспергатора, первого количества воды и модификатора.

16. Способ по п.15, где модификатор представляет собой, по меньшей мере, один модификатор, выбранный из группы, состоящей из цемента, извести, силикатов, карбонатов и фосфатов.

17. Способ по п.11, где количество второго диспергатора составляет от приблизительно 10 до приблизительно 15% от общей массы первого диспергатора и второго диспергатора.