улучшенные гипссодержащие изделия, содержащие альфа-полугидрат

Формула изобретения

1. Гипсовая стеновая плита, включающая:

затвердевшую гипсовую композицию, сформированную между двумя, по существу, параллельными покровными листами, причем затвердевшая гипсовая композиция изготовлена с использованием гипссодержащей суспензии, включающей:

воду и

измельченный альфа-полугидрат, имеющий распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-50 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-100 мкм

и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3100 до приблизительно 9000 см²/г.

2. Гипсовая стеновая плита по п.1, в которой измельченный альфа-полугидрат имеет распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-20 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-50 мкм

и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3500 до приблизительно 6000 см² /г.

3. Гипсовая стеновая плита по п.1, в которой измельченный альфа-полугидрат имеет следующее распределение частиц по размерам: d(0,1) - приблизительно 3 мкм; d(0,5) - приблизительно 14,1 мкм; d(0,9) - приблизительно 45,9 мкм и удельную поверхность по Блейну приблизительно 3900 см²/г.

4. Гипсовая стеновая плита по п.1, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает триметафосфат натрия в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12% в расчете на массу альфа-полугидрата и диспергирующий агент нафталинсульфонат в количестве от приблизительно 0,5% до приблизительно 2,5% в расчете на массу альфа-полугидрата.

5. Гипсовая стеновая плита по п.4, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает крахмал.

6. Гипсовая стеновая плита по п.5, в которой крахмал представляет собой предварительно желатинированный кукурузный крахмал в количестве до приблизительно 6% в расчете на массу альфа-полугидрата.

7. Гипсовая стеновая плита по п.1, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает бета-полугидрат.

8. Гипсовая стеновая плита по п.7, в которой массовое соотношение альфа-полугидрата и бета-полугидрата составляет приблизительно 50:50.

9. Гипсовая стеновая плита по п.7, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает триметафосфат натрия в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12% в расчете на совокупную массу альфа-полугидрата и бета-полугидрата и диспергирующий агент нафталинсульфонат в количестве от приблизительно 0,5% до приблизительно 2,5% в расчете на совокупную массу альфа-полугидрата и бета-полугидрата.

10. Гипсовая стеновая плита по п.8, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает триметафосфат натрия в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12% в расчете на совокупную массу альфа-полугидрата и бета-полугидрата и диспергирующий агент нафталинсульфонат в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5% в расчете на совокупную массу альфа-полугидрата и бета-полугидрата.

11. Гипсовая стеновая плита по п.10, в которой гипссодержащая суспензия дополнительно включает крахмал.

12. Гипсовая стеновая плита по п.11, в которой крахмал представляет собой предварительно желатинированный кукурузный крахмал в количестве до приблизительно 6% в расчете на совокупную массу альфа-полугидрата и бета-полугидрата.

13. Гипсовая стеновая плита по п.1, в которой покровные листы включают бумагу.

14. Гипссодержащая суспензия, включающая:

воду и

измельченный альфа-полугидрат, имеющий распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-50 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-100 мкм и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3100 до приблизительно 9000 см²/г

15. Гипссодержащая суспензия по п.14, в которой измельченный альфа-полугидрат имеет распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-20 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-50 мкм и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3500 до приблизительно 6000 см²/г.

16. Гипссодержащая суспензия по п.14, в которой измельченный альфа-полугидрат имеет следующее распределение частиц по размерам: d(0,1) - приблизительно 3 мкм; d(0,5) - приблизительно 14,1 мкм; d(0,9) - приблизительно 45,9 мкм; и удельную поверхность по Блейну приблизительно 3900 см²/г.

17. Гипссодержащая суспензия по п.14, дополнительно включающая триметафосфат натрия в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12% в расчете на массу альфа-полугидрата и диспергирующий агент нафталинсульфонат в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5% в расчете на массу альфа-полугидрата.

18. Гипссодержащая суспензия по п.14, дополнительно включающая бета-полугидрат.

19. Способ изготовления гипсовой стеновой плиты, включающий стадии:

а) приготовления гипссодержащей суспензии, включающей

воду и

измельченный альфа-полугидрат, имеющий распределение частиц по

размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-50 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-100 мкм и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3100 до приблизительно 9000 см ²/г,

б) нанесения гипссодержащей суспензии на первый покровный лист;

в) размещения второго покровного листа поверх нанесенной суспензии, чтобы получить гипсовую стеновую плиту;

г) нарезки гипсовой стеновой плиты после достаточного для нарезки затвердевания гипссодержащей суспензии и

д) сушки гипсовой стеновой плиты.

20. Способ по п.19, в котором измельченный альфа-полугидрат имеет распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) - приблизительно 3-5 мкм;

d(0,5) - приблизительно 14-20 мкм;

d(0,9) - приблизительно 40-50 мкм

и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3500 до приблизительно 6000 см² /г.

21. Способ по п.19, в котором измельченный альфа-полугидрат имеет следующее распределение частиц по размерам: d(0,1) - приблизительно 3 мкм; d(0,5) - приблизительно 14,1 мкм; d(0,9) - приблизительно 45,9 мкм, и удельную поверхность по Блейну приблизительно 3900 см²/г.

22. Способ по п.19, в котором гипссодержащая суспензия дополнительно включает триметафосфат натрия в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12% в расчете на массу альфа-полугидрата и диспергирующий агент нафталинсульфонат в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5% в расчете на массу альфа-полугидрата.

23. Способ по п.19, в котором гипссодержащая суспензия дополнительно включает бета-полугидрат.

24. Способ по п.19, в котором первый покровный лист и второй покровный лист изготовлены из бумаги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к использованию альфа-полугидрата в изготовлении изделий на основе гипса. Это изобретение также относится к способу уменьшения водопотребности в суспензиях, используемых для производства гипссодержащих изделий, и, в частности, в гипсовых суспензиях, содержащих альфа-полугидрат отдельно или в сочетании с бета-полугидратом, для производства гипсовой стеновой плиты. Оно также относится к способу увеличения прочности в сухом состоянии гипсовой стеновой плиты, используя альфа-полугидрат.

Определенные свойства гипса (дигидрат сульфата кальция) делают его очень популярным в использовании для промышленных и строительных изделий, в частности гипсовых стеновых плит. Гипс представляет собой имеющийся в изобилии и, в общем, недорогой сырьевой материал, который посредством процесса дегидратации (или кальцинации) и повторной гидратации можно отливать, прессовать или другим образом формировать для придания требуемой формы. Основным материалом, из которого производят гипсовую стеновую плиту и другие гипсовые изделия, является полугидратная форма сульфата кальция (CaSO₄·1/2 H₂O), обычно называемая «строительным алебастром» ("stucco") и изготавливаемая посредством тепловой переработки дигидратной формы сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), при которой устраняют 1 1/2 молекулы воды. После повторной гидратации полугидрат растворяют, кристаллы гипса выпадают в осадок и кристаллическая масса затвердевает и становится твердой, обеспечивая затвердевший гипсовый материал.

Существуют две модификации: альфа-полугидрат и бета-полугидрат, которые изготавливают посредством различных способов кальцинации гипса. Альфа-полугидрат (или альфа-гипс) кальцинируют под давлением. Бета-полугидрат (или бета-гипс) изготавливают посредством кальцинирования в гипсоварочном котле при атмосферном давлении. Строительный алебастр, используемый при изготовлении гипсовой стеновой плиты, является исключительно бета-полугидратом. Альфа-полугидрат промышленно не используют в производстве гипсовой стеновой плиты в основном из-за его более низкой скорости гидратации по сравнению с бета-полугидратом (что потребовало бы более низкой производительности технологической линии) и более низких прочностных характеристик, получаемых, когда используют обычно доступный альфа-полугидрат при плотностях, общих для производства стеновых плит. Однако было бы преимуществом, если бы можно было использовать альфа-полугидрат или смеси альфа-полугидрата и бета-полугидрата в производстве гипсовой стеновой плиты, так как альфа-полугидрат является легкодоступным сырьевым материалом, имеющим некоторые уникальные полезные свойства. Эти уникальные полезные свойства включают существенно более низкую водопотребность для получения требуемой текучести по сравнению с бета-полугидратом и более высокую плотность получаемой затвердевшей литой заготовки, более высокую прочности и более высокую поверхностную твердость.

Необходимо использовать значительное количество воды в гипсовых суспензиях для того, чтобы обеспечить надлежащую текучесть суспензии. К сожалению большую часть этой воды необходимо в конечном итоге удалять посредством нагревания, которое является дорогим из-за высокой стоимости горючего, используемого в процессе нагревания. Стадия нагревания также требует много времени. Это означает, что если альфа-полугидрат можно было бы использовать в производстве стеновой плиты, это значительно уменьшало бы количество требуемой воды и, следовательно, требуемые стоимость и время изготовления стеновой плиты.

Было обнаружено, что при измельчении альфа-полугидрата с получением частиц альфа-полугидрата, как описано ниже, скорость его гидратации можно значительно увеличить без потери любых его других желаемых свойств, включая низкую водопотребность. Действительно, было обнаружено, что в суспензиях, используемых для изготовления стеновой плиты, могут быть достигнуты скорости гидратации альфа-полугидрата, которые полностью приемлемы для использования в производстве гипсовых стеновых плит.

В одном из воплощений изобретение касается гипсовой стеновой плиты, содержащей затвердевшую гипсовую композицию между двумя по существу параллельными покровными листами, причем затвердевшая гипсовая композиция изготовлена с использованием водной гипссодержащей суспензии и измельченного альфа-полугидрата. Альфа-полугидрат имеет распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) = приблизительно 3-5 мкм,

d(0,5) = приблизительно 14-50 мкм,

d(0,9) = приблизительно 40-100 мкм

и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3100 см²/г до приблизительно 9000 см ²/г. Другие стандартные ингредиенты также используют в суспензии, включая, по обстановке, диспергирующие агенты (такие, как нафталинсульфонаты), прочностные добавки (такие, как триметафосфаты), ускорители схватывания, связующие материалы, крахмал, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Можно добавлять мыльную пену для уменьшения плотности готовой гипсовой стеновой плиты.

В другом воплощении изобретение представляет собой способ изготовления гипсовой стеновой плиты посредством смешивания гипссодержащей суспензии, включающей воду и измельченный альфа-полугидрат, имеющий распределение частиц по размерам в следующем диапазоне:

d(0,1) = приблизительно 3-5 мкм,

d(0,5) = приблизительно 14-50 мкм,

d(0,9) = приблизительно 40-100 мкм

и удельную поверхность по Блейну от приблизительно 3100 см ²/г до приблизительно 9000 см²/г. Полученную гипссодержащую суспензию наносят на первый бумажный покровный лист и второй бумажный покровный лист помещают на нанесенную суспензию, чтобы сформировать гипсовую стеновую плиту. Гипсовую стеновую плиту нарезают после достаточного для нарезки затвердвания гипссодержащей суспензии и получающуюся гипсовую стеновую плиту сушат. Другие стандартные ингредиенты также используют в суспензии, включая, по обстановке, диспергирующие агенты (такие, как нафталинсульфонаты), прочностные добавки (такие, как триметафосфаты), ускорители схватывания, связующие материалы, крахмал, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Можно добавлять мыльную пену для уменьшения плотности готовой стеновой плиты.

Еще одно воплощение изобретения включает гипсовую стеновую плиту и суспензии, используемые при изготовлении стеновой плиты, в которых весь строительный алебастр, или часть его, представляет собой измельченный альфа-полугидрат с размерами частиц в диапазонах, которые обсуждались выше. В тех случаях, когда строительный алебастр не полностью представлен альфа-полугидратом, другой составляющей строительного алебастра должен быть бета-полугидрат. Водопотребность в таких суспензиях для изготовления гипсовой стеновой плиты дополнительно уменьшают посредством введения в суспензию приблизительно 0,12-0,4 масс.% соли триметафосфата в расчете на массу сухого строительного алебастра, наряду с диспергирующим агентом нафталинсульфонатом в количестве приблизительно 0,5-2,5 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра в композиции. Другие стандартные ингредиенты также используют в суспензии, включая, по обстановке, ускорители схватывания, связующие вещества, крахмал, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Можно добавлять мыльную пену для уменьшения плотности готовой гипсовой стеновой плиты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 представлен график распределения частиц по размерам для образцов альфа-полугидрата и бета-полугидрата в одном воплощении изобретения.

Фиг.2 представляет собой график, изображающий скорость гидратации смеси (50:50) тонкоизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата и скорость гидратации 100% альфа-полугидрата.

Фиг.3 представляет собой график, изображающий прочность при сжатии для смеси тонкоизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата 50:50 (масс.) и прочность при сжатии для 100% бета-полугидрата.

Фиг.4 представляет собой гистограмму, изображающую размер осадки конуса как меру текучести состава гипссодержащей суспензии (Состав В) в одном из воплощений настоящего изобретения.

Фиг.5 представляет собой график, изображающий прочность при сжатии для состава гипссодержащей суспензии (Состав А) в одном из воплощений настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой график, изображающий результаты испытаний по отрыву забитого гвоздя, выполненных со смесью тонко измельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата 50:50 (масс.) в одном из воплощений настоящего изобретения.

Фиг.7 представляет собой график, изображающий результаты испытания по отрыву забитого гвоздя из стеновых плит, выполненных со 100% тонкоизмельченным альфа-полугидратом в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.

В настоящем изобретении неожиданно было обнаружено, что гипсовая стеновая плита может быть изготовлена с использованием альфа-полугидрата, измельченного до определенного диапазона размеров частиц. Любое стандартное имеющееся в продаже оборудование для измельчения может быть использовано для этих целей. Измельчение может быть достигнуто посредством использования механических мельничных устройств, например таких, как ударная мельница или шаровая мельница.

Распределение частиц по размерам (РЧР) альфа-полугидрата является существенным признаком настоящего изобретения и должно находиться в пределах следующего диапазона:

d(0,1) = приблизительно 3-5 мкм

d(0,5) = приблизительно 14-50 мкм

d(0,9) = приблизительно 40-100 мкм.

Диапазон размеров частиц можно определять на Malvern Instruments Model Mastercizer 2000 или при помощи другого имеющегося в продаже измерительного прибора.

Вышеприведенные величины представляют собой объемные проценты, то есть d(0,1) показывает, что 10% полного объема частиц имеют диаметр меньший или равный приблизительно 3 мкм-5 мкм, в то время как оставшиеся 90% имеют диаметр более 3 мкм-5 мкм; d(0,5) показывает, что 50% полного объема частиц имеют диаметр меньший или равный приблизительно 14 мкм-50 мкм, в то время как 50% имеют диаметр более 14 мкм-50 мкм; и d(0,9) показывает, что 90% полного объема частиц имеют диаметр меньший или равный 40 мкм-100 мкм, в то время как оставшиеся 10% имеют диаметр более 40 мкм-100 мкм.

Предпочтительно, РЧР должно находится внутри следующего диапазона:

d(0,1) = приблизительно 3-5 мкм

d(0,5) = приблизительно 14-20 мкм

d(0,9) = приблизительно 40-50 мкм.

Один предпочтительный порошок альфа-полугидрата имеет следующее РЧР: d(0,1)=5 мкм, d(0,5)=50 мкм, d(0,9)=100 мкм. Другой более предпочтительный порошок альфа-полугидрата имеет следующее РЧР: d(0,1)=5 мкм, d(0,5)=20 мкм, d(0,9)=50 мкм. Еще более предпочтительный порошок альфа-полугидрата имеет следующее РЧР: d(0,1)=3 мкм, d(0,5)=14 мкм, d(0,9)=40 мкм. Особенно предпочтительный порошок альфа-полугидрата имеет следующее РЧР: d(0,1)=3 мкм, d(0,5)=14,1 мкм, d(0,9)=45,9 мкм.

Также, удельная поверхность по Блейну измельченных частиц должна составлять, соответственно, приблизительно 3100-9000 см²/г, предпочтительно приблизительно 3500-6000 см²/г и наиболее предпочтительно приблизительно 3900 см²/г. Удельная поверхность по Блейну может быть определена на приборе, поставляемом Humboldt Manufacturing Co., Norridge, Illinois или на другом имеющемся в продаже измерительном приборе.

Исходя из подобного анализа РЧР, РЧР промышленного бета-полугидрата является следующим: d(0,1)=2,1 мкм, d(0,5)=9,2 мкм, d(0,9)=49,1 мкм. Промышленный измельченный альфа-полугидрат обычно имеет следующее РЧР: d(0,1)=4,4 мкм, d(0,5)=36,8 мкм, d(0,9)=169 мкм, в то время как неизмельченный альфа-полугидрат имеет следующее РЧР: d(0,1)=17,4 мкм, d(0,5)=64,5 мкм, d(0,9)=162,8 мкм. Промышленный измельченный альфа-полугидрат обычно имеет удельную поверхность по Блейну приблизительно 2700 см²/г. Все эти значения выпадают из подходящего диапазона в воплощениях настоящего изобретения.

В воплощениях изобретения, где альфа-полугидрат используют в сочетании с бета-полугидратом, альфа-полугидрат и бета-полугидрат предпочтительно смешивают перед введением в суспензию. Любое приемлемое стандартное имеющееся в продаже оборудование для смешивания, или похожие установки, можно использовать для этих целей. Для целей эксперимента, например, тонко измельченные альфа-полугидрат и бета-полугидрат могут быть добавлены в пластиковую емкость, которую затем герметизируют и встряхивают вручную, для того, чтобы изготовить смесь. Особенно предпочтительной смесью альфа-полугидрата и бета-полугидрата является смесь 50:50 (масс.)

Отношение вода/строительный алебастр (В/А), или «ОВА» является важным экономическим параметром, так как избыток воды должен быть в конечном итоге удален посредством нагревания, которое является дорогостоящим из-за высокой стоимости топлива, используемого в процессе нагревания. Для количества воды, участвующей в процессе, и, соответственно, для ОВА, является преимуществом сохранение низкого значения. В воплощениях настоящего изобретения ОВА может находиться в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 1,0. В предпочтительном воплощении ОВА может находиться в диапазоне от приблизительно 0,4 до приблизительно 0,5, и этот диапазон демонстрирует существенно более низкую водопотребность. К тому же было обнаружено, что гипсовые суспензии, изготавливаемые с использованием альфа-полугидрата в соответствии с настоящим изобретением, обладают превосходной текучестью при наиболее низком значении ОВА, например, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,3. Гипсовая стеновая плита, изготовленная при использовании такой суспензии, также проявляет превосходную прочность при сжатии.

Сочетание минимум по меньшей мере приблизительно 0,12-0,4 масс.% триметафосфатной соли и от приблизительно 0,5 до 2,5 масс.% диспергирующего агента нафталинсульфоната (оба количества приведены в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в гипсовой суспензии) неожиданно и значительно увеличивает текучесть гипсовой суспензии за пределы уже достигнутого значительного улучшения текучести при использовании альфа-полугидрата в соответствии с настоящим изобретением. Это дополнительно уменьшает количество воды, требуемой для производства гипсовой суспензии с достаточной текучестью, которую используют в изготовлении гипсовой стеновой плиты. Предполагают, что содержание триметафосфатной соли (такой, как триметафосфат натрия), которое по меньшей мере приблизительно вдвое выше содержания в стандартных составах, повышает диспергирующую активность диспергирующего агента нафталинсульфоната. Следует отметить, что во всех воплощениях настоящего изобретения необходимо использовать сочетание диспергирующего агента нафталинсульфоната и водорастворимого метафосфата или полифосфата (а предпочтительно водорастворимого триметафосфата).

Нафталинсульфонатные диспергирующие агенты, используемые в настоящем изобретении, включают полинафталинсульфоновую кислоту и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые являются продуктами конденсации нафталинсульфоновых кислот и формальдегида. Особенно предпочтительные полинафталинсульфонаты включают нафталинсульфонаты натрия и кальция. Средняя молекулярная масса нафталинсульфонатов может составлять приблизительно от 3000 до 20000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярная масса составляла приблизительно от 8000 до 10000. Диспергирующие агенты с более высокой молекулярной массой обладают более высокой вязкостью и требуют более высокой водопотребности в композиции. Пригодные нафталинсульфонаты включают LOMAR D, поставляемый Henkel Corporation, DILOFLO, поставляемый GEO Specialty Chemicals, Кливленд, Огайо и DAXAD, поставляемый Hampshire Chemical Corp., Легксингтон, Массачусетс. Предпочтительно, чтобы нафталинсульфонат использовался в форме водного раствора, например, имеющего приблизительно 40-45 масс.% твердого вещества.

Полинафталинсульфонаты, используемые в настоящем изобретении, имеют общую структуру (I):

где n>2 и где М представляет собой натрий, калий, кальций и подобные элементы.

Диспергирующий агент - нафталинсульфонат нужно использовать в количестве от приблизительно 0,5 масс.% до приблизительно 2,5 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в составе гипсовой композиции. Предпочтительный интервал содержания диспергирующего агента нафталинсульфоната составляет от приблизительно 0,5 масс.% до приблизительно 1,5 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, более предпочтительный интервал составляет от приблизительно 0,7 масс.% до приблизительно 1,5 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, и наиболее предпочтительный интервал составляет от приблизительно 0,7 масс.% до приблизительно 1,2 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра.

В соответствии с настоящим изобретением, можно использовать любой подходящий водорастворимый метафосфат или полифосфат.Предпочтительно использовать триметафосфатную соль, включая двойные соли, т.е. триметафосфатные соли с двумя катионами. Особенно пригодные триметафосфатные соли включают триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат кальция, триметафосфат натрия и кальция, триметафосфат лития, триметафосфат аммония и подобные соединения или их сочетания. Предпочтительной триметафосфатной солью является триметафосфат натрия. Предпочтительно использовать триметафосфатную соль в виде водного раствора, например, с содержанием твердого вещества приблизительно 10-15 масс.%. Можно также использовать циклические или алифатические полифосфаты, как описано в патенте США № 6409825, включенном в этот документ в качестве ссылки.

Триметафосфат натрия является известной добавкой в гипссодержащие композиции, хотя обычно его используют в интервале от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 0,08 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в гипсовой суспензии. В воплощениях настоящего изобретения триметафосфат натрия (или другой водорастворимый метафосфат или полифосфат) должен присутствовать в количестве от приблизительно 0,12 масс.% до приблизительно 0,4 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в составе гипсовой композиции. Предпочтительный интервал содержания триметафосфата натрия (или другого водорастворимого метафосфата или полифосфата) составляет от приблизительно 0,12 масс.% до приблизительно 0,3 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в составе гипсовой композиции.

В гипссодержащих суспензиях, приготавливаемых по настоящему изобретению, можно использовать крахмалы, включая в особенности предварительно желатинированный крахмал. Предпочтительным предварительно желатинированным крахмалом является предварительно желатинированный кукурузный крахмал, например предварительно желатинированная кукурузная мука, поставляемая Bung, Сент-Луис, Миссури, имеющая следующий типичный состав: влага - 7,5%; протеин - 8,0%; масло - 0,5%; сырая клетчатка - 0,5%; зола - 3%; прочность в сыром состоянии 3,31 кПа (0,48 фунт/кв. дюйм) и насыпную плотность без утруски 0,56 г/см³ (35,0 фунт/куб.фут). Предварительно желатинированный кукурузный крахмал можно использовать в количестве до приблизительно 10 масс.% в расчете на массу сухого строительного алебастра, используемого в гипссодержащей суспензии.

Другие пригодные крахмалы включают кислотно-модифицированные крахмалы, такие как кислотно-модифицированная кукурузная мука, поставляемая как HI-BOND, Bunge, Сент-Луис, Миссури. Этот крахмал имеет следующий типичный состав: влага - 10%; масло - 1,4%; растворимые вещества - 17%; щелочная текучесть - 98%; насыпную плотность без утруски 0,48 г/см³ (30 фунт/куб.фут), и 20% суспензия имеет рН=4,3. Другим пригодным крахмалом является предварительно нежелатинированный пшеничный крахмал, такой как ECOSOL-45, поставляемый ADM/Ogilive, Монреаль, Квебек, Канада, имеющий максимальное содержание растворимых веществ 25%.

В настоящем изобретении может быть достигнут еще один неожиданный результат, когда сочетание диспергирующего агента нафталинсульфоната и триметафосфатной соли соединяют с предварительно желатинированным кукурузным крахмалом, и возможно, с бумажным волокном или стекловолокном. Гипсовая стеновая плита, изготовленная из составов, содержащих эти три ингредиента, имеет повышенную прочность и уменьшенную массу, и эти составы являются более желательными с экономической точки зрения благодаря сниженным требованиям по содержанию воды при их изготовлении.

В гипссодержащих композициях по настоящему изобретению можно использовать ускорители схватывания, например ускоритель схватывания мокрого гипса (УМГ), как описано в патенте США № 6409825, включенном в этот документ путем ссылки. Требуемый термостойкий ускоритель схватывания (ТСУ) может быть изготовлен путем сухого измельчения природного гипса (дигидрат сульфата кальция). Для приготовления такого ТСУ можно использовать небольшое количество добавок (обычно, приблизительно 5 масс.%), таких как сахар, декстроза, борная кислота и крахмал. Обычно предпочтительны сахар или декстроза. Другим пригодным ускорителем схватывания является «климатически стабилизированный ускоритель схватывания» или «климатически стабильный ускоритель схватывания» (КСУ), описанный в патенте США № 3573947, включенном в этот документ путем ссылки.

Гипсовая стеновая плита, изготавливаемая согласно воплощениям настоящего изобретения, включает покровные листы или поверхностные листы, между которыми из гипссодержащей суспензии формируют затвердевший гипсовый внутренний слой. Согласно изобретению, гипссодержащие суспензии включают измельченный альфа-полугидрат с размером частиц, описанным выше, или смеси такого альфа-полугидрата и бета-полугидрата. Затвердевший гипссодержащий материал внутреннего слоя заключен между двумя по существу параллельными покровными листами, например бумажными покровными листами. В существующем уровне техники известны различные покровные листы, и все такие типы бумажных покровных листов можно использовать в настоящем изобретении. Можно также использовать покровные листы, включающие маты из стеклянных или полимерных волокон.

Следующие примеры дополнительно иллюстрируют изобретение. Эти примеры ни в коем случае не следует истолковывать как ограничивающие объем изобретения.

Технология кальцинации обеспечивает экономичный путь получения альфа-полугидрата. Однако произведенный на заводе в промышленном масштабе альфа-полугидрат нельзя легко гидратировать способом, требуемым для производства стеновых плит. Было обнаружено, что измельчение обычного альфа-полугидрата, как показано в Примере 1, до требуемого распределения частиц по размерам (РЧР), как показано на Фиг.1, ускоряет процесс гидратации, как показано на Фиг.2 и в Таблице 1, представленной ниже.

Пример 1

Приготовление тонкоизмельченного альфа-полугидрата

Неизмельченный альфа-полугидрат измельчали на ударной мельнице Vortec M-1, поставляемой Vortec Industries of Long Beach, Калифорния, при настройке оборотов 60 Гц при 0,82 кг/мин (1,8 фунт/мин). РЧР исходного материала и тонкоизмельченного материала показано на Фиг.1. Получаемый тонкоизмельченный альфа-полугидрат смешивают с бета-полугидратом в соотношении 50:50 (масс.) с помощью лабораторного смесителя с двойным корпусом.

Как показано на Фиг.1, РЧР тонкоизмельченного альфа-полугидрата очень сходно с РЧР бета-полугидрата. Неизмельченный альфа-полугидрат также показан для сравнения.

Как показано на Фиг.2, скорость гидратации смеси измельченных альфа-полугидрата и бета-полугидрата 50:50 существенно снижается по сравнению со 100% альфа-полугидратом, несмотря на то, что образец 100% альфа-полугидрата также был тонко измельчен. Скорость гидратации определяли в соответствии с методикой испытания, указанной в Примере 2 патента США № 6815049, включенного в этот документ путем ссылки.

В Таблице 1 показано уменьшение времени гидратации для показательных смесей.

Таблица 1
Альфа-компонент образца строит. алебастра 50:50	Время, требуемое для 50% гидратации	Время, требуемое для 98% гидратации
Обычный неизмельченный альфа-полугидрат, 0,5 масс.% КСУ и 0,5 масс.% углекислого калия (или бисульфата натрия)	2,5-3,5	>10
Измельченный альфа-, Vortex 33 Гц, 0,5 масс.% КСУ	3,75	11,67
Тонкоизмельченный альфа-, Vortex 60 Гц, 0,5 масс.% КСУ	4	9,67
Тонкоизмельченный альфа-, Vortex 60 Гц, 0,5 масс.% КСУ и 0,5 масс.% углекислого калия	3,25	8,83
Тонкоизмельченный альфа-, Vortex 60 Гц, 1 масс.% природного гипса и 0,5 масс.% углекислого калия	3,50	7,75

Традиционная суспензия для стеновой плиты	Время, требуемое для 50% гидратации	Время, требуемое для 98% гидратации
альфа-модиф. отсутств. (только бета-компонент строит. алебастра, масс./УМГ)	3-4	5-6,5

Все смеси 50:50 включают 1 масс.% LOMAR D

Как показано в Табл.1, время для 98% гидратации (в печи для кальцинации) было уменьшено приблизительно с 12 минут до 8,8 минут по мере оптимизации смеси. Фактически, когда мелко измельченный альфа-полугидрат включал некальцинированный гипс (CaSO₄·2H₂O, то есть «природный гипс»), гидратация была даже быстрее, чем за 7,8 минут. Следовательно, мелкое измельчение альфа-полугидрата решает проблему низкой скорости гидратации.

ПРИМЕР 2

Прочность при сжатии Альфа/Бета-смесей

Со ссылкой на Фиг.3 показано, что 50:50 (масс.) смесь тонко измельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата обычно эквивалентна по своей кубиковой прочности 100% бета-полугидрату. Прочность при сжатии в фунтах на кв. дюйм, как представлено на Фиг.1, определяли, используя беспримесные алебастровые кубики, изготовленные из воды и строительного алебастра как такового (без пены) при различных плотностях в фунтах на кубический фут. Смесь 50:50 (масс.) неизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата дает низкие результаты по прочности.

ПРИМЕР 3

Образец состава гипсовой суспензии

Составы гипсовой суспензии показаны ниже в Табл. 2. Все величины в Табл. 2 выражены в массовых процентах в расчете на совокупную массу сухого строительного алебастра.

Таблица 2
Компонент	Состав А, масс.%	Состав В, масс.%
50:50 (масс.) смесь тонкоизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата	100	100
Триметафосфат натрия	0,30	0,30
Диспергирующий агент (нафталинсульфонат)	0,5	2,5
Желатинированный крахмал	1,0	3,0
Климатически стабильный ускоритель (КСУ)	0,5	0,5
Отношение вода/строит. алебастр	0,5	0,5

ПРИМЕР 4

Влияние состава В на водопотребность

Как показано в Табл. 2, высокое содержание соли триметафосфата и крахмала, как в составе В, были использованы для изготовления гипссодержащей суспензии. Было найдено, что составы суспензии, такие как состав В, обеспечивают великолепную текучесть при низком ОВА. Как показано на Фиг.4, водопотребность поддерживали по существу низкой, например, используя состав В. Для того чтобы измерить текучесть суспензии, было выполнено испытание на осадку конуса, как описано ниже.

Испытание на осадку конуса. Это испытание было выполнено, используя гильзу для гипсовой суспензии рядом со смесителем. Испытание проводили на 12×12 дюймовой (30×30 см) плексигласовой пластине, так что диаметр растекания суспензии мог быть измерен без ожидания ее затвердевания. Суспензию подавали настолько близко к смесителю, насколько это возможно.

Гладко обработанную латунную или ПВХ цилиндрическую форму размером 2×4 дюйма (5×10 см) быстро заполняли испытываемым образцом суспензии, не допуская ее переливания через край. Затем цилиндрическую форму быстро поднимали прямо вверх, чтобы получить гипсовую лепешку. Диаметр гипсовой лепешки измеряли. Диаметр получающихся гипсовых лепешек находился в диапазоне от приблизительно 5 до 10 дюймов (от 12,5 до 25 см). Испытание повторяли до тех пор, пока результаты трех последовательных измерений не находились бы в пределах 1/8 дюйма (3 мм), и это значение затем регистрировали как диаметр осадки (размер осадки конуса). Полную процедуру испытания следует выполнять не более 15 секунд.

ПРИМЕР 5

Влияние состава А на прочность на сжатие

Было обнаружено, что композиция, такая как в составе А (Табл. 2), имеет наивысшую прочность на сжатие при использовании испытания кубиков. Как показано на Фиг.5, прочность на сжатие при различной плотности кубиков была, по меньшей мере, приблизительно на 10% выше, чем при использовании состава А, в сравнении с испытаниями, где образцы не содержали крахмала или крахмала и диспергирующего агента. Следует отметить, что нафталинсульфонатный диспергирующий агент всегда необходим для того, чтобы достичь низкого ОВА в суспензии.

Прочность на сжатие определяли согласно методике ASTM С - 472 и в соответствии с Патентом США № 6815049, принадлежащим Veeramasuneni et al., включенным путем ссылки.

ПРИМЕР 6

Испытание на отрыв забитого гвоздя стеновой плиты, изготовленной с 50:50 смесью мелкоизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата

Образец гипсовой стеновой плиты изготавливали в соответствии с патентами США № № 6342284 и 6632550 (Yu et al.), включенными в качестве ссылки. Испытания включают раздельное производство пены и введение пены в суспензию других ингредиентов, как описано в Примере 5 настоящего патента.

Для того чтобы продемонстрировать более высокие эксплуатационные качества при использовании смеси тонко измельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата 50:50 (масс.), нафталинсульфонатного диспергирующего агента и соли триметафосфата, образцы плит изготавливали при ОВА 0,472. Как показано на Фиг.6, плита, изготовленная со смесью 50:50 (масс.) тонкоизмельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата, 1% масс. нафталинсульфонатного диспергирующего агента в расчете на массу строительного алебастра и 0,3% масс. соли триметафосфата в расчете на массу строительного алебастра, дает много лучшие значения на отрыв забитого гвоздя, чем плита, изготовленная при использовании смеси 50:50 (масс.) обычного (фабричного измельчения) альфа-полугидрата и бета-полугидрата (и таких же примесей) при ОВА 0,55. Два набора испытываемых плит были изготовлены с использованием смеси тонко измельченного альфа-полугидрата и бета-полугидрата.

Измерения сопротивления на отрыв забитого гвоздя осуществляли согласно методике ASTM С-473. К тому же, следует отметить, что обычная гипсовая стеновая плита имеет толщину приблизительно 0,5 дюйма (12 мм) и массу между приблизительно 1600 и 1800 фунтов (от 726 до 817 кг) на 1000 кв. футов (92,9 кв. м) материала или фунтов/MSF. ("MSF" является стандартным сокращением в области техники для тысячи кв. футов и является единицей измерения площади для ящиков, гофрированных материалов и стеновых плит).

ПРИМЕР 7

Суспензии, изготовленные при использовании 100% тонко измельченного альфа-полугидрата

При использовании в составах суспензии 100% тонко измельченного альфа-полугидрата, изготовленного как в Примере 1, по сравнению с суспензией, изготовленной при использовании бета-полугидрата, ожидали более низкой водопотребности. К тому же, при использовании 100% тонко измельченного альфа-полугидрата в составе смеси, включающей соль триметафосфата и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, такой как в приведенном выше Примере 3, ожидали снижения водопотребности даже большего, то есть ОВА в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,3. Как показано на Фиг.7, стеновая плита, изготовленная со 100% тонко измельченного альфа-полугидрата в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает превосходные значения по отрыву забитых гвоздей, что соответствуют или превышает промышленные стандарты. Три набора испытываемых плит были изготовлены при использовании 100% тонко измельченного альфа-полугидрата.

Изобретение и, в частности формула изобретения, могут быть описаны с использованием существительных, указанных как в единственном, так и во множественном числе, если противоположное здесь не указано или если противоположное явно не противоречит контексту. Указание диапазонов значений в этом документе является лишь преднамеренным способом для быстрой ссылки, касающейся индивидуально каждого отдельного значения, находящегося в пределах диапазона, если здесь не показано другое, и каждое отдельное значение включено в спецификацию, как если бы оно было индивидуально описано здесь. Все способы, описанные здесь, могут быть выполнены любым приемлемым методом, если противоположное здесь не указано или если противоположное явно не противоречит контексту. Использование любого и всех примеров или примерных формулировок (например, такой как), приведенных здесь, направлено лишь на лучшее освещение изобретения и не представляет ограничения области изобретения, если противоположное здесь не указано. Никакое выражение в спецификации не может быть истолковано как содержащее любой не заявленный в настоящем изобретении элемент, существенный для применения настоящего изобретения.

Предпочтительные воплощения настоящего изобретения описаны здесь, включая наилучший способ, известный изобретателям для осуществления изобретения. Следует понимать, что освещенные воплощения являются только примерными, и их не следует рассматривать в качестве ограничивающих сущность и объем настоящего изобретения.