EA021447B1

EA021447B1 - Система и способ приготовления крахмальной предварительной дисперсии для производства гипсокартонных листов

Info

Publication number: EA021447B1
Application number: EA201100457A
Authority: EA
Inventors: Цян Ю; Рон Шенк; Сальваторе Дигеннэро; Стивен Фолсон; Кевин Хенри; Тим Гунед
Original assignee: Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2015-06-30
Also published as: WO2010027920A2; CN102143830A; CO6341587A2; KR20110052715A; IL211159A; EP2326473B1; MY158900A; US8303159B2; EA201100457A1; RU2011107833A; AU2009288199B2; KR101576516B1; US20100061180A1; BRPI0918797A2; IL211159A0; CN102143830B; EP2326473A2; CA2736224A1; CA2736224C; UA102560C2

Abstract

Изобретение обеспечивает систему приготовления сырого крахмала для гипсокартонных листов, включающую весовой дозатор крахмала непрерывного действия, смеситель Вентури, вакуумное устройство захвата для подачи сухого крахмала из дозатора с регулируемой скоростью в смеситель Вентури, первый водяной насос для подачи воды с регулируемой скоростью в смеситель Вентури с образованием крахмальной предварительной дисперсии от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала и второй водяной насос для подачи воды затворения к крахмальной предварительной дисперсии, система снабжена соответствующими устройствами контроля системы. Данная система обеспечивает более эффективное использование крахмала, так что количество предварительно клейстеризованного крахмала по меньшей мере на 10% меньше, чем у системы, в которой крахмал не подвергают предварительному диспергированию в воде до смесителя. Система может применяться для изготовления гипсосодержащей продукции, включая гипсокартонные листы, имеющие повышенную прочность листа и пониженный вес листа.

Description

Данное изобретение относится к системе для предварительного диспергирования крахмала в воде перед добавлением крахмальной дисперсии к гипсосодержащим суспензиям в производстве гипсосодержащей продукции. Система может быть использована для изготовления гипсосодержащей продукции, включая гипсокартонный лист, имеющий повышенную прочность листа и пониженный вес листа.

Предпосылки изобретения

Определённые свойства гипса (дигидрата сульфата кальция) делают его очень популярным для использования в изготовлении промышленной и строительной продукции, в частности гипсокартонных листов. Г ипс является доступным в изобилии и обычно недорогим сырьём, которое посредством процесса дегидратации (или кальцинирования) и регидрации может быть отлито, сформовано или иным образом составлено в нужные формы. Основной материал, из которого изготовляют гипсокартонный лист и другие гипсовые изделия, является полугидратной формой сульфата кальция (Са8О₄-1/2Н₂О), обычно называемой строительный гипс, которую производят тепловым преобразованием дигидратной формы сульфата кальция (Са8О₄-2Н₂О), из которой удалено 1-1/2 молекул воды. После регидрации полугидрат растворяется, выпадают в осадок кристаллы гипса, и кристаллическая масса схватывается и становится твёрдой, обеспечивая застывший гипсовый материал.

С целью получения гипсосодержащих изделий обычно готовят гипсосодержащие суспензии. Гипсосодержащие суспензии могут содержать строительный гипс и воду и другие известные ингредиенты и добавки, такие как, например, крахмал, диспергаторы, ускорители, связующие, стекловолокна и бумажные волокна и т.д. Как правило, сухой крахмал добавляют к сухому строительному гипсу и вводят в смеситель на производственной линии вместе с другими сухими ингредиентами.

Известно, что крахмал является хорошим связующим для кристаллов гипса в застывшем гипсовом сердечнике и может повышать прочность листов. Кроме того, крахмал может выполнять функцию обеспечения улучшенного сцепления контактных поверхностей между застывшим гипсовым сердечником и покровным листом в обшивочном листовом изделии.

Использование тонкоизмельчённого предварительно клейстеризованного кукурузного крахмала (например, в котором >99% частиц проходят через экран 100 меш) в гипсосодержащих суспензиях является известным в технике. Однако тонкоизмельчённый крахмал нуждается в дополнительной энергии и более дорог в производстве, а также он даёт тонкую пыль, трудную в обращении во время его производства и применения. Ещё одной проблемой является то, что тонкоизмельчённый крахмал может нуждаться в дополнительной технической воде при смешивании со строительным гипсом и водой для получения необходимой гипсосодержащей суспензии. Например, 1 фунт сухого тонкоизмельчённого крахмала может увеличить водопотребление при приготовлении гипсовой суспензии приблизительно на 10 фунтов/М§Р (1000 кв.футов).

Грубый крахмал, т.е. крахмал с большим размером частиц, может быть использован в гипсосодержащей суспензии, поскольку он менее пыльный и более прост в производстве и обращении. Кроме того, большие размеры частиц требуют меньше воды в суспензии. Однако из-за большего размера частиц трудно полностью диспергировать грубый крахмал в гипсовой суспензии с использованием стандартного оборудования процесса на сухой основе, например, во время очень кратковременного перемешивания с водой и строительным гипсом с помощью смесителя, в котором время контакта типично составляет менее 1 с. Если возможно найти способ эффективно диспергировать предварительно клейстеризованный крахмал с большим размером частиц в гипсовой смеси, может быть снижен расход воды и осуществлена экономия средств. Кроме того, если использование предварительно клейстеризованного крахмала с большим размером частиц также повышало прочность листов, то это послужило бы ещё одним полезным вкладом в уровень техники.

Кроме того, если возможно найти способ эффективно приготавливать соответствующую дисперсию предварительно клейстеризованного крахмала до введения в смеситель на стандартной производственной линии, это представило бы полезный вклад в уровень техники.

Краткое описание изобретения

В одном варианте осуществления данное изобретение включает систему для сырого крахмала для изготовления гипсокартонных листов, имеющую весовой дозатор крахмала непрерывного действия для хранения сухого крахмала, смеситель Вентури, вакуумное устройство захвата для подачи сухого крахмала из дозатора с регулируемой скоростью в смеситель Вентури, первый водяной насос для подачи воды с регулируемой скоростью в смеситель Вентури для образования крахмальной предварительной дисперсии от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала и второй водяной насос для подачи воды затворения в крахмальную предварительную дисперсию.

Далее факультативно добавляют устройства контроля процесса, включающие контроллер вывода суспензии для подачи крахмальной предварительной дисперсии в воду затворения с регулируемой скоростью и измеряемой концентрацией в смеситель на производственной линии гипсовых листов и средства контроля для вычисления разницы между действительной выходной концентрацией суспензии и целевой выходной концентрацией суспензии и передачи сигнала на дозатор крахмала для регулировки скоро- 1 021447 сти подачи крахмала и/или на водяной насос для регулировки скорости подачи воды по разнице.

В одном варианте осуществления данного изобретения система для сырого крахмала может дополнительно включать бак-сборник приблизительно для 2-10% крахмальной предварительной дисперсии для удаления воздуха из упомянутой предварительной дисперсии и для дальнейшего гидролиза крупных частиц крахмала.

В другом варианте осуществления система для сырого крахмала может дополнительно включать смеситель для приёма крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения и строительного гипса. Более того, скорость потока крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения в смеситель может быть регулируемой или, альтернативно, может поддерживаться постоянной.

Далее предоставляется способ приготовления крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения для производства гипсокартонных листов, включающий подачу сухого крахмала на регулируемой скорости в смеситель Вентури, смачивание крахмала водой в смесителе Вентури с образованием крахмальной суспензии с концентрацией от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала, подачу крахмальной суспензии в воду затворения с образованием крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения, вычисление скорости подачи крахмальной предварительной дисперсии посредством контроллера вывода суспензии и подачу крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения в смеситель на производственной линии. Факультативно, крахмальная суспензия может быть введена в повторный цикл (например, в бак-сборник) до подачи суспензии в воду затворения с образованием крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения.

Для производства гипсокартонных листов после предварительного диспергирования крахмала в воде предварительно клейстеризованную крахмальную дисперсию добавляют к суспензии, содержащей строительный гипс. Полученную суспензию, содержащую крахмал и строительный гипс, наносят на первый покровный лист бумаги, а второй покровный лист бумаги помещают на нанесённую суспензию для образования гипсокартонного листа. Гипсокартонный лист режут до необходимой длины после того, как гипсосодержащая суспензия затвердела достаточно для разрезания и полученный гипсокартонный лист сушат в печи. В суспензии также будут использоваться другие традиционные ингредиенты, включая, по необходимости, диспергаторы (такие как, нафталинсульфонаты), добавки для устойчивости против провисания и для прочности (такие как триметафосфаты), ускорители, связующие, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Также может добавляться мыльная пена для снижения плотности конечного гипсокартонного листового изделия.

В соответствии с данным изобретением количество используемого крахмала будет составлять по меньшей мере приблизительно на 10% меньше, чем у системы, в которой крахмал предварительно не диспергируют в воде до смесителя.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1 изображает вариант осуществления системы для сырого крахмала в соответствии с данным изобретением.

Фиг 2 изображает альтернативный вариант осуществления системы для сырого крахмала в соответствии с данным изобретением.

Подробное описание изобретения

В одном аспекте данное изобретение включает неожиданно эффективную систему приготовления сырого крахмала, включающую весовой дозатор крахмала непрерывного действия, для хранения сухого крахмала, смеситель Вентури, вакуумное устройство захвата для подачи сухого крахмала из дозатора с регулируемой скоростью в смеситель Вентури, первый водяной насос для подачи воды с регулируемой скоростью в смеситель Вентури для образования крахмальной предварительной дисперсии от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала и второй водяной насос для подачи воды затворения в крахмальную предварительную дисперсию.

В предпочтительном варианте осуществления систему для сырого крахмала используют для полного диспергирования предварительно клейстеризованной кукурузной муки в технической воде, которая будет использована для изготовления гипсокартонных листов, до её введения в смеситель. Более того, данная система может использоваться для производства легковесных 1/2-дюймовых гипсокартонных листов, имеющих сухой вес от приблизительно 1100 до приблизительно 1300 фунтов/М§Р.

Например, сырой крахмал можно смешать с водой затворения до водяного коллектора. Это смешивание даёт дополнительные выходы путём однородного распределения смоченного крахмала по всему объёму воды затворения. Это, в свою очередь, обеспечивает хорошее распределение крахмала в застывшем гипсовом сердечнике.

Неожиданно было обнаружено, что данное изобретение эффективно при снижении накопления крахмала и комков в смесителе при производстве гипсовых листов.

Далее неожиданно было обнаружено, что данное изобретение эффективно для понижения потребления предварительно клейстеризованного крахмала в производстве гипсокартонного листа приблизительно на 10-20% (т.е. от 26 до 20-23 фунтов/М§Р) без какого-либо отрицательного влияния.

В системе может использоваться дозатор крахмала, такой как весовой дозатор непрерывного действия, вакуумное устройство захвата и смонтированная на платформе система смачивания. Платформа яв- 2 021447 ляется ключевым аспектом системы. Она содержит устройства контроля и оборудование, необходимое для смачивания крахмала, который подаётся дозатором. Она также имеет насос-дозатор для накачки крахмальной суспензии в смеситель. Установка может подавать воду при 70 фунтах/кв.дюйм в платформу для смешивания. Платформа подаёт смоченную крахмальную суспензию в смеситель на скорости, требуемой рецептурой.

Система смачивания является системой смешивания Вентури, такой как эжекторный смеситель Уасисат, Уаеисаш ΕΙΜ 2000, доступный от §еш1Ви1к §у81еш8 1пс., Сент-Луис, Миссури, которая использует вакуум, созданный в трубке Вентури, для полного смачивания сухого порошка, который отмеряется весовым дозатором непрерывного действия. Давление воды поддерживается в трубке Вентури с использованием шестерённого насоса.

Пригодным весовым дозатором непрерывного действия является весовой дозатор непрерывного действия АсХоп 270 1п-Ьше, доступный от АсХоп 1пс., МооиасПе, Нью-Джерси. Используемое вакуумное устройство захвата доступно от §еш1Ви1к §у81еш8 1пс., Сент-Луис, Миссури.

В одном варианте осуществления смоченный крахмал выталкивается в бак-сборник, который удаляет воздух из крахмальной суспензии и даёт время для того, чтобы крахмал начал набухать и гидролизоваться в воде. Из этого бака-сборника крахмальная суспензия отмеряется обратно в линию воды затворения для диспергирования в воде затворения перед смесителем на производственной линии.

Эта система обеспечит по меньшей мере 10% снижение потребления предварительно клейстеризованного крахмала в способах производства гипсокартонных листов.

Существует две основные отдачи, обеспечиваемые этой системой. Крахмал полностью диспергирован в воде затворения, так что он будет более тщательно диспергироваться в застывшем гипсовом сердечнике конечной продукции. Также крахмал находится в более реакционноспособном состоянии при входе в смеситель, поскольку он полностью смочен и гидролизован, так что крахмальная дисперсия может давать большие положительные результаты при начальном процессе гидратации гипса в смесителе.

В варианте осуществления системы 10, показанной на фиг. 1, весовой дозатор непрерывного действия 20 показан соединённым с вакуумным устройством захвата 30. Система включает платформу для смешивания §етЮи1к 35, включающую смешивающую систему Вентури 40, которая использует вакуум, созданный в трубке Вентури, для полного смачивания сухого крахмала, бак-сборник 50 и насос-дозатор 55.

Вода с контролируемой температурой подаётся в питающий насос платформы 60 с приёмной стороны сосуна воды затворения 70. Та же вода подаётся в насос воды затворения 80.

Устройства контроля платформы для смешивания будут запрашивать воду всегда, когда система нуждается в ней. При нормальном режиме это будет в случае, когда линия (через смеситель 200) запрашивает крахмал. Линия 200 будет запрашивать крахмал, и, следовательно, платформа 35 будет запрашивать крахмал и воду для создания концентрации, необходимой в требуемой рецептуре гипсокартонных листов. Например, если необходим 2% раствор предварительно клейстеризованного крахмала, то два фунта крахмала можно добавить к 98 фунтам воды.

Во время запусков или переключений поток может меняться, однако концентрация крахмала остаётся, как правило, одинаковой. Чтобы сохранять запас в баке-сборнике 50 постоянным, размещены устройства контроля для сохранения уровня жидкости в баке-сборнике 50 постоянным. Во время нарушения при запуске или переключении, когда требуется больше крахмальной суспензии для заполнения бакасборника, устройства контроля платформы будут запрашивать больше крахмала и для сохранения концентрации постоянной будет добавляться больше воды. Если бак-сборник заполнен выше установленного уровня, будет запрашиваться меньше крахмала (и, следовательно, меньше воды) для сохранения концентрации крахмальной суспензии постоянной.

Эта постоянная концентрация крахмала позволяет насосу-дозатору 55 действовать наподобие питателя. Изменение рецептуры приводит к изменению скорости в насосе-дозаторе. Если скорость подачи меняют существенно, требуется изменение концентрации крахмала. Для этой цели имеется управляемое оператором заданное значение концентрации.

Скорость потока крахмальной и водной суспензии, выходящей из платформы 35, определяет скорость потока насоса воды затворения 80. Поскольку крахмальная суспензия добавляется обратно к воде затворения, используется смещающая программа для сохранения потока воды в смеситель 40 постоянным. По мере того как уровни крахмала возрастают, насос воды затворения замедляется, уменьшая поток.

Имеется трёхходовой клапан 90, расположенный так, чтобы крахмальная суспензия могла рециркулировать по петле 92 до тех пор, пока не понадобится. Когда клапан 90 переключается, крахмальная суспензия 51 добавляется к потоку воды затворения 81 после трёхходового клапана воды затворения 95 до трубопровода 100 с образованием предварительной дисперсии крахмальной суспензии в воде затворения 91. Когда трёхходовой клапан 90 поворачивается к смесителю 200, смещающая программа снижает поток воды затворения так, чтобы поток воды в смеситель 200 был постоянным.

В альтернативном варианте осуществления системы, показанной на фиг. 2, питающий насос 60 заменён на шестерённый насос 60а, а устройство контроля потока для крахмальной суспензии удалено.

- 3 021447

В этом варианте осуществления системой дозирования может быть весовой дозатор непрерывного действия 20. Насос 60а запускают на постоянной скорости, определяемой по максимальному количеству крахмала, которое может понадобиться смачивать в любое заданное время. Поток из линии воды затворения 81 в насос 60а постоянен после запуска.

Скорость насоса-дозатора 55 контролируется по уровню бака-сборника 50. После достижения устойчивого состояния он должен быть постоянным. Он также может быть заранее задан, так как должно быть известно, каким будет поток из линии воды затворения 81. Устройство контроля уровня будет корректировать по изменениям в выработке и вязкости.

Предпочтительно, чтобы вводилась мыльная пена для контроля размеров воздушных пустот (пузырей) и распределения в застывшем гипсовом сердечнике и для контроля плотности застывшего гипсового сердечника. Мыльную пену добавляют в количестве, эффективном для получения необходимых плотностей, и контролируемым способом. Предпочтительный диапазон мыла составляет от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,7 фунта/М8Р; более предпочтительный уровень мыла составляет от приблизительно 0,45 до приблизительно 0,5 фунта/М8Р. Чтобы контролировать процесс, оператор должен следить за начальной точкой линии формирования листов и поддерживать оболочку заполненной. Если оболочка не поддерживается заполненной, результатом будут обшивочные листы с пустыми краями, поскольку гипсовая суспензия не сможет заполнить нужный объём. Объём оболочки поддерживается заполненным путём увеличения потребления мыла для предотвращения разрушения воздушных пузырьков при производстве листа (для лучшего сохранения воздушных пузырьков), или путём увеличения доли воздушной пены. Таким образом, в целом, объём оболочки контролируется и корректируется либо увеличением, либо уменьшением использования мыла или путём увеличения, или уменьшения доли воздушной пены. Техника контроля начальной точки включает корректировки динамичной суспензии на столе добавлением мыльной пены для увеличения общего объёма суспензии или уменьшением использования мыльной пены для уменьшения общего объёма суспензии.

Крахмалы, включая, в частности, предварительно клейстеризованный крахмал, должны применяться в гипсосодержащих суспензиях, приготовленных в соответствии с данным изобретением. Предпочтительный предварительно клейстеризованный крахмал является предварительно клейстеризованным кукурузным крахмалом, например предварительно клейстеризованной кукурузной мукой, доступной от Випде Μί11ίη§. Сент-Луис, Миссури, обычно со следующим составом: влага 7,5%, белок 8,0%, масло 0,5%, сырое волокно 0,5%, зола 0,3%; с сырой прочностью 0,48 фунтов/кв.дюйм и с насыпной плотностью 35,0 фунта/фут³. Предварительно клейстеризованный кукурузный крахмал должен использоваться в количестве по меньшей мере от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 вес.% по весу сухого строительного гипса, используемого в гипсосодержащей суспензии. В более предпочтительном варианте осуществления предварительно клейстеризованный крахмал присутствует в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 4 вес.% по весу сухого строительного гипса, используемого в гипсосодержащей суспензии.

Другие пригодные крахмалы включают, но без ограничений, предварительно клейстеризованный рисовый крахмал и предварительно клейстеризованный пшеничный крахмал.

Соотношение вода/строительный гипс (ет/я), или Ά8Κ, суспензии является важным параметром, поскольку избыточная вода должна в конечном счёте быть удалена нагреванием, которое является невыгодным и дорогим из-за высокой цены топлив, используемых в процессе нагрева. Количество технической воды и, следовательно, А8К преимущественно сохраняется низким. В данном изобретении А8К может варьироваться от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,5 в зависимости от уровня потребления крахмала и характеристик строительного гипса (размера/формы частиц). В предпочтительном варианте осуществления А8К может варьироваться от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,2. В более предпочтительной реализации А8К может варьироваться от приблизительно 0,7 до приблизительно 0,9, что составляет значительно более низкую водопотребность по сравнению со многими известными процессами.

Нафталинсульфонатные диспергаторы могут факультативно использоваться в гипсосодержащих суспензиях, приготовленных в соответствии с данным изобретением, включая полинафталинсульфокислоту и её соли (полинафталинсульфонаты) и производные, являющиеся продуктами конденсации нафталинсульфокислот и формальдегида. Особенно подходящие полинафталинсульфонаты включают полинафталинсульфонат натрия и кальция. Средний молекулярный вес полинафталинсульфонатов может варьироваться от приблизительно 3000 до 27000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярный вес составлял от приблизительно 8000 до 22000, и более предпочтительно, чтобы молекулярный вес составлял от приблизительно 12000 до 17000. Как коммерческий продукт, диспергатор с более высоким молекулярным весом имеет более высокую вязкость и более низкое содержание сухих веществ, чем диспергатор с более низким молекулярным весом. Пригодные нафталинсульфонаты включают ΌΙΕΟΡΕΟ, доступный от ΟΕΟ 8решайу СНеппсаП Кливленд, Огайо; ΠΆΧΆΌ, доступный от НатряЫте СНет1са1 Согр., Лексингтон, Массачусетс; и ЬОМАК Ό, доступный от ΟΕΟ 8реаайу СНеппсаП Лафайетт, Индиана. Нафталинсульфонаты предпочтительно используются в виде водных растворов в диапазоне 35-55 вес.% от содержания сухих веществ, например. Наиболее предпочтительно использовать полинафталинсульфонаты в форме водного раствора, например, в диапазоне от приблизительно 40-45 вес.% от содержания сухих

- 4 021447 веществ. Альтернативно, при необходимости, нафталинсульфонаты можно использовать в сухой твёрдой или порошковой форме, такие как, например, Ι,ΟΜΛΚ Ό.

Полиафталинсульфонаты, пригодные в данном изобретении, имеют общую структуру (I)

где η равен >2;

М представляет собой натрий, калий, кальций и т.п.

Нафталинсульфонатный диспергатор, предпочтительно в виде приблизительно 45 вес.% раствора в воде, может быть использован в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0 вес.% по весу сухого строительного гипса, использованного в рецептуре гипсового композита. Более предпочтительный диапазон нафталинсульфонатного диспергатора составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,0 вес.% по весу сухого строительного гипса, и наиболее предпочтительный диапазон составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 2,0 вес.% по весу сухого строительного гипса. В противоположность этому, известный гипсокартонный лист содержит этот диспергатор на уровнях от приблизительно 0,4 вес.% или менее по весу сухого строительного гипса.

Излагая другим способом, нафталинсульфонатный диспергатор на основе сухого веса может быть использован в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 1,5 вес.% по весу сухого строительного гипса, использованного в рецептуре гипсового композита. Более предпочтительный диапазон нафталинсульфонатного диспергатора на основе сухих твёрдых веществ составляет от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,7 вес.% по весу сухого строительного гипса и наиболее предпочтительный диапазон (на основе сухих твёрдых веществ) от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,7 вес.% по весу сухого строительного гипса.

Добавки для прочности, включая метафосфаты и полифосфаты, могут факультативно использоваться в гипсосодержащих суспензиях, приготовленных в соответствии с данным изобретением. В соответствии с данным изобретением может быть использован любой подходящий водорастворимый метафосфат или полифосфат. Предпочтительно, чтобы использовалась триметафосфатная соль, включая двойные соли, т.е. триметафосфатные соли, имеющие два катиона. В особенности пригодные триметафосфатные соли включают триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат кальция, триметафосфат натрия-кальция, триметафосфат лития, триметафосфат аммония и подобные или их сочетания. Предпочтительной триметафосфатной солью является триметафосфат натрия. Предпочтительно использовать триметафосфатную соль в виде водного раствора, например, в диапазоне приблизительно 10-15 вес.% содержания сухих веществ. Также могут использоваться другие циклические или ациклические полифосфаты, как описано в патенте США № 6409825, Уи и др., который включён в данный документ по ссылке.

Триметафосфат натрия является известной добавкой для прочности в гипсосодержащих композициях, хотя он обычно используется в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,08 вес.% по весу сухого строительного гипса, используемого в гипсовой суспензии. В вариантах осуществления данного изобретения триметафосфат натрия (или другой водорастворимый метафосфат или полифосфат) может присутствовать в диапазоне от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,4 вес.% по весу сухого строительного гипса, используемого в рецептуре гипсового композита. Предпочтительный диапазон триметафосфата натрия (или другого водорастворимого метафосфата или полифосфата) составляет от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,3 вес.% по весу сухого строительного гипса, используемого в рецептуре гипсового композита.

В гипсосодержащих суспензиях, приготовленных в соответствии с данным изобретением, может использоваться бумажное волокно. Пригодной формой бумажного волокна являются отбеленные или неотбеленные волокна чистой бумаги. Могут использоваться другие целлюлозные волокнистые материалы, отдельно или в сочетании с бумажным волокном.

В гипсосодержащих композициях по данному изобретению могут использоваться ускорители, например ускоритель сырого гипса (^ОА), как описано в патенте США № 6409825, Уи и др., включённом в данный документ по ссылке. Один подходящий жаропрочный ускоритель (НКА) может быть изготовлен путём сухого измельчения природного гипса (дигидрата сульфата кальция). Небольшие количества добавок (обычно около 5 вес.%), таких как сахар, декстроза, борная кислота и крахмал, могут быть использованы для получения этого НКА. В настоящее время предпочитают сахар или декстрозу. Другим пригодным ускорителем является климатически стабилизированный ускоритель или климатически стабильный ускоритель (С8А), как описано в патенте США № 3573947, включённом в данный документ по ссылке.

- 5 021447

Другие добавки к гипсовой суспензии могут включать связующие, водозащитные средства, стекловолокна, глину, биоцид и другие известные компоненты.

Существуют две формы строительного гипса: альфа и бета. Эти два типа строительного гипса получают различными способами кальцинирования. В данных изобретениях может использоваться или альфа, или бета форма строительного гипса.

Одна пригодная рецептура гипсосодержащей суспензии, используемая для изготовления гипсокартонного листа по данному изобретению, включает от приблизительно 20 до приблизительно 23 фунтов/ΜδΡ предварительно клейстеризованного крахмала, приблизительно 5 фунтов/ΜδΡ диспергатора, приблизительно 26 фунтов/ΜδΡ раствора триметафосфата натрия (при концентрации ~11% §ТМР (триметафосфат натрия)) и до приблизительно 2 фунта/ΜδΡ стекловолокна.

Гипсокартонный лист, изготовленный согласно вариантам осуществления данного изобретения, включает покровные листы или поверхностные листы, между которыми формуют застывший гипсовый сердечник из гипсосодержащей суспензии. В соответствии с данным изобретением гипсосодержащие суспензии будут включать крахмал. Застывший гипсосодержащий материал сердечника располагается между двумя, по существу, параллельными покровными листами, например бумажными покровными листами. Из уровня техники известны различные типы бумажных покровных листов, и все такие типы бумажных покровных листов могут использоваться в данном изобретении.

Покровные листы можно изготовить из бумаги, как в обычных гипсокартонных листах, хотя можно использовать другие пригодные для покровных листов материалы, известные из уровня техники (например, стекловолоконные маты). Бумажные покровные листы обеспечивают прочностные характеристики гипсокартонного листа. Пригодная бумага для покровных листов включает Мат1а 7-р1у и Ие^к-Ыпе 5-р1у, доступные от Ипйеб 81а1ек Оуркит Согрогабоп, Чикаго, Иллинойс; Огеу-Ваек 3-р1у и Мапба 1уогу 3-р1у, доступные от Сагаик1аг, Ньюпорт, Индиана; тяжелую бумагу Мапба и МН Мапба НТ (высокопрочную) бумагу, доступные от Ипбеб 8(а1ек Оуркит Согрогабоп, Чикаго, Иллинойс. Бумажные покровные листы включают верхние покровные листы, или обклеечную бумагу, и нижние покровные листы, или бумагу-основу.

В качестве одного или обоих покровных листов могут использоваться волокнистые маты. Одним пригодным волокнистым матом является стекловолоконный мат, в котором нити стекловолокна связаны вместе клеящим веществом. Предпочтительно волокнистые маты будут неткаными стекловолоконными матами, в которых нити стекловолокна связаны вместе клеящим веществом. Наиболее предпочтительно, нетканые стекловолоконные маты будут иметь толстое покрытие из смолы. Например, могут использоваться нетканые стекловолоконные маты Иигад1акк, доступные от 1оЬик-МапуШе, имеющие вес приблизительно 1,2-2,0 фунтов/100 футов², с приблизительно 40-50% веса мата, исходя из смолистого покрытия. Другие пригодные волокнистые маты включают, но без ограничений, тканые стеклянные маты и нецеллюлозные ткани.

Следует отметить, что при изготовлении обычного гипсокартонного листа верхняя или обклеечная бумага кладётся вниз и двигается сначала вдоль производственной линии и, таким образом, составляет то, что известно в технике как низ процесса, несмотря на контакт и образование им верха или лицевой стороны облицовочной листовой продукции. Наоборот, нижняя или бумага-основа наносится последней в производственном процессе в том, что известно как верх процесса. Те же самые условные обозначения будут применяться при формировании и приготовлении гипсовых листов по данному изобретению.

Воздушные пустоты, образованные мылом, могут снижать силу сцепления между вспененным застывшим гипсовым сердечником низкой плотности и покровными листами. Поскольку более чем половина композитных гипсовых листов по объёму могут состоять из воздушных пустот, обусловленных пеной, пена может мешать сцеплению между вспененным застывшим гипсовым сердечником низкой плотности и бумажными покровными листами. Факультативно, это можно решить путём обеспечения невспененного (или менее вспененного) связывающего слоя высокой плотности на поверхностях, контактирующих с гипсовым сердечником, как верхнего покровного листа, так и нижнего покровного листа перед нанесением покровных листов на сердечник. Рецептура этого невспененного или, альтернативно, менее вспененного связывающего слоя высокой плотности, как правило, будет той же, что и рецептура гипсовой суспензии сердечника, за исключением того, что или не будут добавлять пену, или будут добавлять значительно пониженное количество пены. Факультативно, с целью образования этого связывающего слоя может быть механически удалена пена из рецептуры сердечника или может быть применена другая рецептура без пены на границе раздела вспененного застывшего гипсового сердечника низкой плотности/обклеечной бумаги. В одном предпочтительном варианте осуществления гипсокартонных листов, изготовленных согласно принципам данного изобретения, дополнительные связывающие слои (верх) могут быть в целом упущены благодаря возросшему сцеплению бумаги-с-сердечником и кристаллов гипса, которое отчасти может быть объяснено более эффективным и тщательным распределением крахмала в застывшем гипсовом сердечнике, обеспеченным предварительной дисперсной системой сырого крахмала, описанной выше.

Следующие примеры далее иллюстрируют данное изобретение, но, конечно, не должны истолковываться как каким-либо образом ограничивающие его объём.

- 6 021447

Пример 1. Образцы рецептур гипсовой суспензии, содержащей предварительно диспергированный водный крахмал.

Иллюстративные рецептуры гипсосодержащей суспензии показаны в табл. 1. Значения в табл. 1 выражены как сухой вес в фунтах (фунт/МЗР), кроме обозначенных.

Таблица 1

	Рецептура с меньшим	Рецептура большим	с
	содержанием	содержанием
Компонент	крахмала	крахмала

Строительный гипс (фунт/МЗР)	930	920
Предварительно клейстеризованный кукурузный крахмал	23	26
триметафосфат натрия	2,7	2,7
Диспергатор (нафтапинсульфонат)¹	5,0	5,0
Жаростойкий ускоритель (НКА)	9,2	9,2
Стекловолокно	1,0	0,7
Мыльная смесь²	0,45	0,45

Соотношение Вода / Строительный гипс (хч'/б)

0,89

¹ 45% водный раствор.

² Смесь мыл ΗΥΟΝΙΟ 25 АЗ и ΡΡΜ 33 (доступных от ОБО Зреχίίΐΐΐν СНепвсаЕ. Лафайетт, Индиана).

Следует отметить, что во время динамического процесса производства соотношение мыл может меняться в диапазоне начиная от 70/30 до необходимого целевого диапазона, например от 70/30 до 80/20, до 85/15 или вплоть до 95/5.

Пример 2. Изготовление гипсокартонного листа с использованием предварительно диспергированного крахмала.

Образцы гипсокартонных листов были изготовлены с использованием рецептур гипсовой суспензии с меньшим содержанием крахмала и с большим содержанием крахмала из примера 1 в соответствии с патентами США № 6342284, Υυ и др., и № 6632550, Υυ и др., приведенными в данном документе по ссылке, за исключением того, что предварительно клейстеризованный кукурузный крахмал предварительно диспергировали в технической воде приблизительно при 80°Р, добавляли к технической воде (затворения) в соответствии с данным изобретением и вводили в смеситель. Это включает отдельное образование пены и введение пены в суспензию других ингредиентов, как описано в примере 5 этих патентов.

Пример 3. Результаты испытаний для '/₂ дюймовых гипсокартонных листов, изготовленных с предварительно диспергированным (сырым) предварительно клейстеризованным кукурузным крахмалом.

Тестовые гипсокартонные листы были изготовлены согласно примеру 2.

- 7 021447

Таблица 2

Результаты тестов испытательных рецептур	Лист рецептуры с меньшим содержанием крахмала	Лист рецептуры с большим содержанием крахмала
Вес сухой листа (фунт/М5Р)	1242	1197
сопротивление движению гвоздя (фунтов)	88,5	84,2
3 часовая нагрузка для сцепления при увлажнении \ средняя (фунтов)	20,6-21,3	21,7-26,2
Провал 3 часового теста на сцепление при увлажнении ^1,2(%)	0	0
Твердость края (фунтов)	40-46	44-49
Твердость сердечника (фунтов)	22	19-20
Прочность на изгиб, средняя (МО) (фунтов)	40-48	48-54
Прочность на изгиб, средняя (СМБ) (фунтов)	139-142	139-143

¹ 90°Р/ 90% относительная влажность.

² Хорошо понятно, что при этих тестовых условиях процентные доли провалов <50% являются приемлемыми.

ΐ ΑδΤΜ стандарт: 77 фунтов.

МБ: машинное направление.

СМБ: поперечное машинное направление.

Тесты на сопротивление движению гвоздя, твердость края и сердечника и прочность на изгиб были осуществлены согласно ΑδΤΜ С-1396. Кроме того, следует отметить, что типичный гипсокартонный лист составляет приблизительно ¹/₂ дюйма в толщину и имеет вес от 1600 до 1800 фунтов/ΜδΡ.

Как показано в табл. 2, оба обшивочных листа превосходят стандарты ΑδΤΜ на прочность и сопротивление движению гвоздя, тогда как заметно снижается вес листов. Оба обшивочных листа также проявляют отличную твёрдость сердечника и свойства сцепления при увлажнении (бумага-к-основе). Заметно и неожиданно, что лист с более низким уровнем крахмала соответствует всем стандартам прочности и другим критериям листа при снижении уровней крахмала приблизительно на 12%, что приведёт к существенной экономии материалов и средств. Ожидается, что даже если бы уровни крахмала были понижены приблизительно на вплоть до 25% в рецептурах, предусмотренных данной системой, по сравнению с рецептурой с более высоким уровнем крахмала, то наблюдаемые прочность, твёрдость сердечника и свойства сцепления при увлажнении (бумага-к-основе) сохранились бы.

Все ссылки, включая публикации, заявки на патенты и патенты, упомянутые в данном документе, настоящим включаются ссылкой в том же объёме, как если бы каждая ссылка была обособленно и отдельно указана, как включённая по ссылке и была изложена в данном документе в полном объёме.

Использование выражений в единственном числе и аналогичных объектов ссылки в контексте описания данного изобретения (в частности, в контексте нижеследующей формулы изобретения) должно истолковываться с охватыванием как единственного, так и множественного чисел, если в данном документе не указано обратное или нет чёткого противоречия по контексту. Повторное приведение диапазонов значений в данном документе предназначено служить лишь способом краткой записи отсылки обособленно к каждому отдельному значению, попадающему в диапазон, если в данном документе не указано иначе, и каждое отдельное значение включается в описание изобретения, как если бы оно было обособленно повторно приводилось в данном документе. Все способы, описанные в данном документе, могут осуществляться в любом подходящем порядке, если в данном документе не указано обратное или нет чёткого противоречия по контексту. Использование всех без исключения примеров или языка примеров (например, такой как), приведённых в данном документе, направлено только на лучшее освещение данного изобретения и не представляет собой ограничение объёма данного изобретения, если не указано обратное. Никакой язык в описании не должен расцениваться как указывающий на какой-либо не заявленный элемент как необходимый для осуществления данного изобретения.

В данном документе описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, включая наилучший способ осуществления изобретения, известный изобретателям. Следует понимать, что проиллюстрированные варианты осуществления являются только иллюстративными и не должны восприниматься как ограничивающие объём данного изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система для приготовления крахмальной предварительной дисперсии для производства гипсосодержащей продукции, включающая дозатор крахмала для хранения сухого крахмала; смеситель Вентури;

вакуумное устройство захвата для подачи сухого крахмала из дозатора с регулируемой скоростью в смеситель Вентури;

первый водяной насос для подачи воды с регулируемой скоростью в смеситель Вентури для образования крахмальной предварительной дисперсии с концентрацией от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала;

второй водяной насос для подачи воды затворения к крахмальной предварительной дисперсии для приготовления крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения.
2. Система по п.1, в которой дозатор крахмала представляет собой весовой дозатор.
3. Система по любому из пп.1, 2, дополнительно включающая контроллер вывода суспензии для подачи крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения с регулируемой скоростью и измеряемой концентрацией в смеситель на производственной линии гипсовых листов и средства контроля для вычисления разницы между действительной выходной концентрацией суспензии и целевой выходной концентрацией суспензии и подачи сигнала на дозатор крахмала для регулировки скорости подачи крахмала и/или на первый водяной насос для регулировки скорости подачи воды по разнице.
4. Система по любому из пп.1-3, дополнительно включающая бак-сборник для крахмальной предварительной дисперсии с концентрацией от приблизительно 2 до приблизительно 10% для удаления воздуха из крахмальной предварительной дисперсии.
5. Система по любому из пп.1-4, дополнительно включающая смеситель для приёма крахмальной предварительной дисперсии в воде затворения и строительного гипса.
6. Система по любому из пп.1-5, дополнительно включающая устройство для регулирования скорости потока крахмальной предварительной дисперсии в воду затворения.
7. Способ приготовления крахмальной предварительной дисперсии в линии воды затворения для производства гипсокартонных листов, в котором:

(a) подают сухой крахмал с регулируемой скоростью в смеситель Вентури;

(b) смачивают крахмал водой в смесителе Вентури с образованием крахмальной суспензии с концентрацией от приблизительно 2 до приблизительно 10 вес.% крахмала;

(c) подают крахмальную суспензию из смесителя Вентури в линию воды затворения вне смесителя Вентури с образованием крахмальной предварительной дисперсии в линии воды затворения и (ά) подают крахмальную предварительную дисперсию в линию воды затворения в смеситель на производственной линии.
8. Способ по п.7, в котором скорость потока крахмальной предварительной дисперсии в линии воды затворения поддерживают постоянной.
9. Способ по п.7 или 8, в котором смеситель содержит суспензию, включающую воду, строительный гипс, предварительно клейстеризованный крахмал, присутствующий в количестве от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 вес.% по весу строительного гипса, нафталинсульфонатный диспергатор, присутствующий в количестве от приблизительно 0,2 до приблизительно 2 вес.% по весу строительного гипса, триметафосфат натрия, присутствующий в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 вес.% по весу строительного гипса, и стекловолокно, присутствующее в количестве до приблизительно 0,2 вес.% по весу строительного гипса.
10. Способ по п.9, в котором суспензия дополнительно включает мыло, присутствующее в количестве от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,7 фунта/ΜδΕ.
11. Способ по п.9 или 10, в котором соотношение вода/строительный гипс составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,3.
12. Способ по п.11, в котором соотношение вода/строительный гипс составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 0,9.
13. Способ по любому из пп.9-12, в котором количество предварительно клейстеризованного крахмала по меньшей мере приблизительно на 10% меньше, чем в способе, по которому крахмал не подвергают предварительному диспергированию в воде до смесителя.
14. Способ по п.7, дополнительно включающий стадию, на которой (е) вычисляют скорость подачи крахмальной предварительной дисперсии посредством контроллера вывода суспензии.
15. Способ по любому из пп.7-14, в котором дополнительно вводят крахмальную суспензию в повторный цикл до подачи суспензии в линию воды затворения с образованием крахмальной предварительной дисперсии в линии воды затворения.
16. Способ по любому из пп.7-15, в котором сухой крахмал представляет собой предварительно

- 9 021447 клейстеризованную кукурузную муку.
17. Способ по любому из пп.7-16, в котором скорость подачи крахмала поддерживают постоянной.
18. Способ по любому из пп.7-16, в котором крахмальную суспензию подают с постоянной скоростью.