ES2585704T5

ES2585704T5 - Alto nivel de almidón hidroxietilado y alto nivel de dispersante en panel de yeso para paredes

Info

Publication number: ES2585704T5
Application number: ES08845911T
Authority: ES
Inventors: Qiang Yu; Sharon L Tracy
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN103496204A; ES2585704T3; EP2212105B2; CO6280413A2; RU2484970C2; AR069160A1; US20080070026A1; RU2010118087A; TW200922775A; WO2009058558A1; EP2212105A1; CL2008003214A1; JP2011502094A; BRPI0819230A2; MX2010004015A; EP2212105B1; EP2212105A4; CN101855067A; CA2703358A1

Description

DESCRIPCIÓN

Alto nivel de almidón hidroxietilado y alto nivel de dispersante en panel de yeso para paredes

CAMPO TÉCNICO

[0001] Esta invención hace referencia a una lechada que contiene yeso que contiene un almidón hidroxietilado, un dispersante naftalensulfonato, y trimetafosfato de sodio y un panel de yeso para paredes ligero de alta resistencia que contiene un almidón hidroxietilado, un dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Determinadas propiedades del yeso (sulfato de calcio dihidratado) lo hacen muy popular para su utilización en la fabricación de productos de construcción e industriales, como paneles de yeso para paredes. El yeso es una materia prima generalmente económica y abundante que, a través de un proceso de deshidratación y rehidratación, puede ser vaciar, moldeado o formado de otro modo en formas útiles. El material base a partir del cual se fabrican los paneles de yeso para paredes y otros productos de yeso es la forma hemihidratada del sulfato de calcio (CaSO4 ' 1/2 H2 O), comúnmente denominada "estuco", que se produce mediante conversión del calor de la forma dihidratada de sulfato de calcio (CaSO4 '2 H2 O), de la cual se extraen 1-1/2 moléculas de agua.

[0003] Los productos que contienen yeso convencionales, como los paneles de yeso para paredes, pueden tener numerosas ventajas, como bajo coste y facilidad de trabajo, aunque pueden generarse cantidades notables de polvo de yeso cuando los productos son cortados o perforados. Se han logrado diversas mejoras en la fabricación de productos que contienen yeso utilizando almidones como ingredientes en las lechadas utilizadas para fabricar tales productos. El almidón pregelatinizado, como cola, puede aumentar la resistencia a flexión y resistencia a compresión de los productos que contienen yeso que incluyen paneles para paredes. Los paneles de yeso para paredes conocidos contienen niveles de almidón de menos de circa 10 lbs/MSF.

[0004] También es necesario utilizar cantidades sustanciales de agua en las lechadas de yeso que contienen almidón pregelatinizado para asegurar la correcta fluidez de la lechada. Desafortunadamente, la mayoría de esta agua debe eliminarse finalmente mediante secado, que resulta caro debido al elevado coste de los combustibles utilizados en el proceso de secado. Este paso de secado también requiere tiempo. Se ha descubierto que el uso de dispersantes naftalensulfonato puede aumentar la fluidez de las lechadas, superando así el problema de demanda de agua. Además, también se ha descubierto que los dispersantes naftalensulfonato, si el nivel de uso es lo suficientemente alto, pueden reticular el almidón pregelatinizado para unir los cristales de yeso tras el secado, aumentando así la resistencia en seco del compuesto de yeso. De este modo, la combinación del almidón pregelatinizado y el dispersante naftalensulfonato proporciona un efecto similar a la cola en la unión de los cristales de yeso endurecidos. Las sales trimetafosfato no han sido reconocidas en el pasado por afectar a los requisitos de agua de la lechada de yeso. Sin embargo, los presentes inventores han descubierto que aumentar el nivel de la sal trimetafosfato a niveles hasta ahora desconocidos en presencia de un dispersante específico hace posible lograr una adecuada fluidez de la lechada con una cantidad de agua inesperadamente reducida, incluso en presencia de altos niveles de almidón. Esto, por supuesto, es altamente deseable porque a su vez reduce el uso de combustible para el secado así como el tiempo de proceso asociado a las fases posteriores del proceso de extracción de agua. De este modo, los presentes inventores han descubierto también que la resistencia en seco del panel de yeso puede aumentarse utilizando un dispersante naftalensulfonato en combinación con almidón pregelatinizado en la lechada utilizada para fabricar el panel para paredes.

[0005] Los paneles de yeso para paredes de la presente invención deberían distinguirse de paneles o losas acústicas que no tienen láminas de cubierta. Además, los paneles para paredes de esta invención deberían distinguirse de losas o paneles acústicos que incluyen poliestireno como agregado ligero. De manera destacada, las losas y paneles acústicos antes mencionados no cumplen muchas de las normas ASTM aplicables a paneles de yeso para paredes. Por ejemplo, los paneles acústicos conocidos no tienen la resistencia a flexión requerida de los paneles de yeso para paredes incluyendo aquellos de la presente invención. Por el contrario, para que las losas o paneles acústicos cumplan las normas ASTm , se exige que la superficie expuesta de las losas o paneles acústicos tengan depresiones o huecos vacíos que no resultarían deseables en un panel de yeso para paredes, y afectarían de manera adversa a las propiedades de resistencia a la extracción de clavos.

[0006] La generación de polvo es un problema potencial durante la instalación de todos los paneles de pared. Cuando el panel de yeso para paredes es trabajado, por ejemplo, mediante corte, serrado, encaminamiento, rotura, clavado o enroscado, o perforado, pueden generarse cantidades sustanciales de polvo de yeso. Para los fines de esta divulgación, "polvorización" y "generación de polvo" significa la liberación de polvo en suspensión en el espacio de trabajo de alrededor durante el trabajo de un producto que contiene yeso, por ejemplo, mediante corte, serrado, encaminamiento, marcado/rotura, clavado o enroscado, o perforado del panel para paredes. El trabajo puede incluir también generalmente la manipulación del panel normal, que incluye el polvo producido al raspar o acanalar los paneles de manera accidental durante el transporte, porte e instalación. Si se encontrara una forma de producir un panel para pared de baja densidad en la que dicha generación de polvo fuera reducida de manera significativa, esto representaría una contribución especialmente útil a la técnica.

[0007] Los almidones pregelatinizados pueden facilitar lechadas que contienen yeso útiles. Por ejemplo, se revela un panel de yeso para pared de bajo polvo formado a partir de una lechada que contiene almidón pregelatinizado en US 2007/048490 A1. Un inconveniente del almidón pregelatinizado en comparación con el almidón modificado con ácido corriente es la demanda de agua superior. Por lo tanto, se requieren ratios más elevadas de agua-estuco para producir una lechada con almidón pregelatinizado que tenga la fluidez adecuada para la formación del panel para pared. Además, si se encuentra una forma de mejorar la fluidez en una lechada que contiene yeso concreta que incluye que contenga un almidón alternativo, un dispersante naftalensulfonato, y trimetafosfato de sodio, al tiempo que se mantiene una resistencia adecuada o se mejora la resistencia en un panel de yeso para paredes acabado, representaría una útil contribución a la técnica.

DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN

[0008] La invención comprende generalmente una lechada de acuerdo con la reivindicación 1 que incluye estuco, un almidón hidroxietilado, dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio. El dispersante naftalensulfonato está presente en forma de una solución acuosa que contiene 40% a 45% en peso de naftalensulfonato y la solución acuosa está presente en una cantidad de 1,5% en peso basado en el peso de estuco. El almidón hidroxietilado está presente en una cantidad de 3% en peso basado en el peso del estuco seco en la formulación. El trimetafosfato de sodio está presente en una cantidad de 0,3% en peso basado en el peso del estuco seco. Otros aditivos de la lechada pueden incluir aceleradores, aglutinantes, fibras de vidrio o papel y otros componentes conocidos.

[0009] Un producto que contiene yeso conocido es el panel de yeso para paredes de acuerdo con la reivindicación 2. En este modo de realización, la invención constituye un panel de yeso para paredes que comprende una composición de yeso endurecida formada entre dos láminas de cubierta sustancialmente paralelas, la composición de yeso endurecida realizada usando la lechada que contiene yeso de agua, estuco, un almidón hidroxietilado, un dispersante naftalensulfonato, y trimetafosfato de sodio. Este panel de yeso para paredes realizado según la invención tiene una alta resistencia inesperada, y todavía un peso muy inferior a los paneles convencionales.

MEJOR MODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

[0010] Se ha descubierto de manera inesperada que los almidones hidroxietilados tienen una demanda de agua inferior mientras que mejoran la fluidez en una lechada que contiene yeso. Además, los paneles de yeso para paredes acabados preparados a partir de lechadas que contienen yeso que incluyen agua, estuco, un almidón hidroxietilado, dispersante naftalensulfonato, y trimetafosfato de sodio presentan características de resistencia mejoradas, especialmente rendimiento frente a extracción de clavos.

[0011] El almidón hidroxietilado, a veces denominado "almidón etilado", debe usarse en lechadas que contienen yeso preparadas según la presente invención. Un almidón hidroxietilado preferido es S-Size 30G, un almidón de maíz modificado disponible en PacMoore Products, Hammond, Indiana, que tiene el siguiente análisis típico: humedad del 10 al 13%, pH de 5,0 a 7,5, tamaño de partícula 95% a través de malla 100, densidad relativa 1,50, peso molecular: mayor de circa 10.000, densidad aparente 35 pcf (circa 560 kg/m3). Véase también Ejemplo 11.

[0012] El almidón hidroxietilado debería utilizarse en una cantidad de 3% en peso, basado en el peso de estuco seco utilizado en la lechada que contiene yeso.

[0013] La fluidez mejorada de lechadas que contienen yeso está relacionada con una viscosidad inferior. Se ha descubierto que una combinación concreta de un almidón hidroxietilado, dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio, utilizada en una lechada que contiene yeso realizada según la presente invención, proporciona una viscosidad inferior y mejores características de formación de película que las lechadas realizadas con otros almidones. Por ejemplo, en muestras acuosas que comprenden almidón pregelatinizado, las viscosidades son relativamente altas, al tiempo que se producen películas de buena resistencia con la cocción. En muestras acuosas que comprenden almidón hidroxietilado y un dispersante, se reducen las viscosidades, al tiempo que se produce una película que es demasiado flexible. En muestras acuosas que comprenden almidón hidroxietilado, un dispersante y trimetafosfato de sodio, se reducen las viscosidades, al tiempo que se produce una película que es fuerte, pero elástico. Véase el Ejemplo 12.

[0014] Sin pretender quedar vinculado a una teoría, la combinación concreta de un almidón hidroxietilado, dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio, utilizada en una lechada que contiene yeso para la producción de un panel de yeso para paredes proporciona un entrecruzamiento inesperadamente mejorado para proporcionar una película más flexible, pero fuerte y elástica, que da lugar a propiedades de extracción de clavos y otras características de resistencia mucho mejores de lo que se habría previsto de otro modo.

[0015] Según la presente invención, se proporciona un panel para paredes realizado a partir de lechadas que contienen yeso que contienen estuco, un almidón hidroxietilado, dispersante naftalensulfonato, y trimetafosfato de sodio. El dispersante naftalensulfonato está presente en una cantidad de circa 0,1% - 3,0% en peso basado en el peso de estuco seco. El almidón hidroxietilado está presente en una cantidad de 3% en peso basado en el peso de estuco seco en la formulación. El trimetafosfato de sodio está presente en una cantidad de circa 0,1% - 0,4% en peso basado en el peso de estuco seco. Otros ingredientes que pueden utilizarse en la lechada incluyen aglutinantes, fibra de papel, fibra de vidrio y aceleradores. Normalmente se añade una espuma de jabón a las lechadas que contienen yeso formuladas recientemente para reducir la densidad del producto que contiene yeso acabado, por ejemplo, panel de yeso para paredes.

[0016] La rehidratación de sulfato de calcio hemihidratado (estuco) y posterior endurecimiento exige una cantidad teórica específica de agua (1-1/2 moles de agua/moles de estuco) para formar cristales de sulfato de calcio dihidratado. Sin embargo, el proceso comercial generalmente exige exceso de agua. Este exceso de agua de proceso produce huecos de agua de evaporación en la matriz de cristales de yeso que son generalmente de forma sustancialmente irregular, y también están interconectados con otros huecos de agua, formando canales irregulares en una red generalmente continua entre los cristales de yeso endurecidos. Por el contrario, los huecos de aire (burbujas) son introducidos en la lechada de yeso usando espuma de jabón. Los huecos de aire son generalmente de forma esférica/redonda, y también están separados generalmente de otros huecos de aire y son, por tanto, generalmente discontinuos. Los huecos de agua pueden distribuirse dentro de las paredes de los huecos de aire (véase, por ejemplo, las Figs. 8-10).

[0017] En paneles para paredes más blandos, el polvo puede quedar capturado tanto en huecos de agua como huecos de aire (p.ej., captura de pequeñas agujas de yeso como polvo de cristal simple). Los paneles para paredes más duros favorecen la captura de polvo en los huecos de aire, ya que se generan trozos o fragmentos más grandes del núcleo de yeso endurecido al trabajar estos paneles. En este caso, los fragmentos de polvo son demasiado grandes para los huecos de agua, pero quedan atrapados en los huecos de aire. Es posible, según un modo de realización de esta invención, lograr una captura de polvo aumentada introduciendo una distribución de tamaños hueco/poro preferida en el núcleo de yeso endurecido. Se prefiere tener una distribución de tamaños de huecos pequeños y grandes, como una distribución de huecos de aire y agua. En un modo de realización, puede prepararse una distribución de huecos de aire preferida usando espuma de jabón. Véanse Ejemplos 6 y 7 a continuación.

[0018] La ratio de huecos de aire (mayores de circa 10 micras) a huecos de agua (menos de circa 5 micras) dentro del núcleo de yeso endurecido puede oscilar entre circa 1,8:1 y circa 9:1. Una ratio preferida de huecos de aire (mayores de circa 10 micras) a huecos de agua (menos de circa 5 micras) dentro del núcleo de yeso endurecido puede oscilar entre circa 2:1 y circa 3:1. En un modo de realización, la distribución de tamaños hueco/poro dentro del núcleo de yeso endurecido debería oscilar entre circa 10 - 30% de huecos inferiores a circa 5 micras y circa 70 - 90% de huecos superiores a circa 10 micras, como porcentaje de huecos totales medidos. Dicho de otro modo, la ratio de huecos de aire (mayores de 10 micras) a huecos de agua (menores de 5 micras) dentro del núcleo de yeso endurecido oscila entre circa 2,3:1 y circa 9:1. En un modo de realización preferido, la distribución de tamaños hueco/poro dentro del núcleo de yeso endurecido debería oscilar entre circa 30 - 35% de huecos inferiores a circa 5 micras y circa 65 - 70% de huecos superiores a circa 10 micras, como porcentaje de huecos totales medidos. Dicho de otro modo, la ratio de huecos de aire (mayores de 10 micras) a huecos de agua (menos de 5 micras) dentro del núcleo de yeso endurecido oscila entre circa 1,8:1 y circa 2,3:1.

[0019] Se prefiere que el tamaño de hueco de aire (burbuja) medio sea inferior a circa 100 micras de diámetro. En un modo de realización preferido, la distribución de tamaño hueco/poro dentro del núcleo de yeso endurecido es: mayor de circa 100 micras (20%), de circa 50 micras a circa 100 micras (30%) y menor de circa 50 micras (50%). Es decir, un tamaño de hueco/poro medio preferido es de circa 50 micras.

[0020] Los huecos de aire pueden reducir la fuerza de adhesión entre un núcleo de yeso endurecido de baja densidad espumado y las láminas de cubierta. Puesto que más de la mitad de los paneles de yeso compuestos en volumen puede consistir en huecos de aire debido a la espuma, la espuma puede interferir en la unión entre el núcleo de yeso endurecido de baja densidad espumado y las láminas de cubierta de papel. Esto es abordado proporcionando de manera opcional una capa de alta densidad de unión no espumada (o espumada de manera reducida) en las superficies de contacto con el núcleo de yeso de la lámina de cubierta superior o la lámina de cubierta inferior, o ambas la lámina de cubierta superior y la lámina de cubierta inferior, antes de aplicar las láminas de cubierta al núcleo. Esta formulación de capa de alta densidad de unión no espumada, o alternativamente, de espumación reducida, será la misma que la formulación del núcleo de lechada de yeso excepto que no se añadirá jabón, o se añadirá una cantidad de jabón (espuma) sustancialmente reducida. De manera opcional, para formar esta capa de unión, la espuma puede extraerse mecánicamente de la formulación del núcleo, o puede aplicarse una formulación libre de espuma diferente a la superficie de contacto de papel de cubierta/núcleo de yeso endurecido de baja densidad espumado.

[0021] Se prefiere la espuma de jabón para introducir y controlar los tamaños de huecos de aire (burbujas) y distribución en el núcleo de yeso endurecido, y para controlar la densidad del núcleo de yeso endurecido. Un rango preferido de jabón es desde circa 0,2 Ib/MSF (circa 0,001 kg/m2) hasta circa 0,7 Ib/MSF (circa 0,003 kg/m2); un nivel más preferido de jabón es de circa 0,4 lb/MSF (circa 0,002 kg/m2) a circa 0,5 lb/MSF (circa 0,0024 kg/m2).

[0022] La espuma de jabón debe añadirse en una cantidad efectiva para producir las densidades deseadas, y de manera controlada. Para controlar el proceso, un operador debe monitorizar la espuma de la línea de formación de paneles y mantener la envoltura llena. Si la envoltura no se mantiene llena, resultan paneles con bordes huecos, ya que la lechada no puede llenar el volumen necesario. El volumen de envoltura se mantiene lleno aumentando el uso de jabón para evitar la rotura de burbujas de aire durante la fabricación del panel (para una mejor retención de las burbujas de aire), o aumentando el índice de espuma de aire. Por tanto, generalmente, el volumen de envoltura es controlado y ajustado aumentando o disminuyendo el uso de jabón, o aumentando o reduciendo el índice de espuma de aire. La técnica de controlar la espuma incluye ajustes de la "lechada dinámica" sobre la mesa añadiendo espuma de jabón para aumentar el volumen de lechada, o disminuyendo el uso de espuma de jabón para disminuir el volumen de lechada.

[0023] Un dispersante naftalensulfonato debe usarse en las lechadas que contienen yeso preparadas según la presente invención. Los dispersantes naftalensulfonato utilizados en la presente invención incluyen ácido polinaftalensulfónico y sus sales (polinaftalensulfonatos) y derivados, los cuales son productos de condensación de ácidos naftalensulfónicos y formaldehído. Los polinaftalensulfonatos especialmente deseables incluyen naftalensulfonato de calcio y sodio. El peso molecular medio de los naftalensulfonatos puede oscilar entre circa 3.000 y 27.000, aunque se prefiere que el peso molecular sea de entre circa 8.000 y 22.000, y más preferiblemente que el peso molecular sea de entre circa 12.000 y 17.000. Como producto comercial, un dispersante de peso molecular superior tiene una viscosidad superior, y contenido de sólidos inferior, que un dispersante de peso molecular inferior. Los naftalensulfonatos útiles incluyen DILOFLO, DAXAD y LOMAR D, disponibles en GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana. Los naftalensulfonatos se utilizan preferiblemente como soluciones acuosas en el rango de 40-45%.

[0024] Los polinaftalensulfonatos útiles en la presente invención tienen la estructura general (I):

donde n es > 2, y donde M es sodio, potasio, calcio y similares.

[0025] El dispersante naftalensulfonato se utiliza preferiblemente en forma de una solución acuosa que contiene de 40% a 45% en peso de naftalensulfonato y la solución está presente en una cantidad de 1,5% en peso basado en el peso del estuco. Por el contrario, el panel de yeso para paredes conocido contiene este dispersante a niveles de circa 0,4% en peso, o inferiores, basado en el peso de estuco seco.

[0026] La lechada que contiene yeso contiene trimetafosfato de sodio.

[0027] El trimetafosfato de sodio es un aditivo conocido en las composiciones que contienen yeso, aunque se utiliza generalmente en un rango de circa 0,05% a circa 0,08% en peso basado en el peso de estuco seco utilizado en la lechada de yeso. En los modos de realización de la presente invención, el trimetafosfato de sodio (u otro polifosfato o metafosfato soluble en agua) está presente en 0,3% en peso basado en el peso de estuco seco utilizado en la formulación de compuesto de yeso.

[0028] Hay dos formas de estuco, alfa y beta. Estos dos tipos de estuco son producidos por distintos medios de calcinación. En las presentes invenciones puede usarse la forma beta o la forma alfa de estuco.

[0029] Pueden utilizarse aceleradores en las composiciones que contienen yeso de la presente invención, como se describe en la patente estadounidense n° 6.409.825 de Yu et al., incorporada aquí mediante referencia. Puede producirse un acelerador resistente al calor (HRA, por sus siglas en inglés) deseable a partir de la molienda en seco de yeso natural (sulfato de calcio dihidratado). Pueden utilizarse pequeñas cantidades de aditivos (normalmente circa el 5% en peso) como azúcar, dextrosa, ácido bórico, y almidón para producir este HRA. Actualmente se prefiere azúcar o dextrosa. Otro acelerador útil es "acelerador estabilizado de clima" o "acelerador estable de clima" (CSA, por sus siglas en inglés) como se describe en la patente estadounidense n° 3.573.947, incorporada aquí mediante referencia.

[0030] La ratio agua/estuco (w/s), o "WSR" es un parámetro importante, ya que el exceso de agua debe eliminarse eventualmente por calentamiento. En los modos de realización de la presente invención, una ratio w/s preferida es de circa 0,7 a circa 1,3. En un modo de realización preferido, la ratio w/s es circa 0,8.

[0031] Otros aditivos de la lechada de yeso pueden incluir aceleradores, aglutinantes, agentes impermeabilizantes, fibras de vidrio o papel, arcilla, biocida y otros componentes conocidos.

[0032] Las láminas de cubierta puede hacerse de papel como en los paneles de yeso para paredes convencionales, aunque pueden usarse otros materiales de lámina de cubierta útiles conocidos en la técnica (p.ej., esterillas de fibra de vidrio). Las láminas de cubierta de papel proporcionan características de resistencia al panel de yeso para paredes. El papel de lámina de cubierta útil incluye Manila de 7 capas y News-line de 5 capas, disponibles en United States Gypsum Corporation, Chicago, Illinois; Grey-Back de 3 capas y Manila Ivory de 3 capas, disponible en Carauster, Newport, Indiana; y Manila papel grueso y papel MH Manila HT (alta resistencia), disponible en United States Gypsum Corporation, Chicago, Illinois. Las láminas de cubierta de papel comprenden láminas de cubierta superior, o papel frontal, y láminas de cubierta inferior, o papel trasero. Un papel de lámina de cubierta trasera preferido es News-Line de 5 capas. Los papeles de lámina de cubierta frontal preferida incluyen papel MH Manila Ht (alta resistencia) y Manila de 7 capas.

[0033] Las esterillas fibrosas pueden utilizarse también como una o ambas de las láminas de cubierta. Una esterilla fibrosa útil es una esterilla de fibra de vidrio en la que los filamentos de fibra de vidrio están unidos mediante un adhesivo. Preferiblemente las esterillas fibrosas serán esterillas de fibra de vidrio no tejida en las que los filamentos de fibra de vidrio están unidos mediante un adhesivo. Más preferiblemente, las esterillas de fibra de vidrio no tejida tendrán un revestimiento de resina grueso. Por ejemplo, podrían usarse las esterillas de fibra de vidrio no tejida Duraglass, disponibles en Johns-Manville, que tienen un peso de circa 1,2-2,0 libras/100pies cuadrados (circa 0,059-0,098 kg/m2), con circa 40-50% del peso de la esterilla viniendo del revestimiento de resina. Otras esterillas fibrosas útiles incluyen, sin carácter limitativo, esterillas tejidas de vidrio y tejidos no celulósicos.

[0034] Los siguientes ejemplos ilustran en mayor medida la invención. No deberán interpretarse de ningún modo limitativos del alcance de la invención.

EJEMPLO 1

Formulaciones de lechada de yeso de muestra (ejemplo no acorde a la presente invención)

[0035] Las formulaciones de lechada de yeso se muestran en la Tabla 1 a continuación. Todos los valores en la Tabla 1 están expresados en porcentaje en peso basado en el peso de estuco seco. Los valores entre paréntesis son peso seco en libras (kg) (lb/MSF) (circa kg/m2).

TABLA 1

EJEMPLO 2

Preparación de paneles de yeso para paredes

[0036] Los paneles de yeso para paredes de muestra se preparan según la patente estadounidense n° 6.342.284 de Yu et al. Y 6.632.550 de Yu et al., incorporadas aquí mediante referencia. Esto incluye la generación separada de espuma y la introducción de la espuma en la lechada de todos los otros ingredientes como se describe en el Ejemplo 5 de estas patentes.

[0037] Los resultados de la prueba para los paneles de yeso para paredes fabricados usando las Formulaciones A y B del Ejemplo 1, y un panel de control normal se muestran en la Tabla 2 a continuación. Como en este ejemplo y otros ejemplos a continuación, se realizaron pruebas de resistencia a la extracción de clavos, dureza del núcleo y resistencia a flexión según ASTM C-473. De manera adicional, se observa que el panel de yeso para paredes típico es circa de 1/2 pulgadas (circa 1,3 cm) de grosor y tiene un peso de entre circa 1600 y 1800 libras por 1.000 pies cuadrados de material, o lb/MSF (circa 7,7-8,7 kg/m2). ("MSF" es una abreviatura estándar en la técnica para mil pies cuadrados; es una medida de área para cajas, medios corrugados y paneles para paredes.)

TABLA 2

[0038] Como se ilustra en la Tabla 2, los paneles de yeso para paredes preparados utilizando las lechadas de Formulación A y B presentan reducciones significativas en peso en comparación con el panel de control. En relación de nuevo con la Tabla 1, las comparaciones del panel de la Formulación A y el panel de la Formulación B son las más sorprendentes. Las ratios de agua/estuco (w/s) son similares en la Formulación A y Formulación B. Un nivel significativamente superior de dispersante naftalensulfonato es utilizado también en la Formulación B. Además, en la Formulación B se utilizó almidón sustancialmente más pregelatinizado, circa 6% en peso, un aumento mayor del 100% sobre la Formulación A acompañado por aumentos notables de resistencia. Incluso así, la demanda de agua para producir una fluidez reducidapermaneció baja en la lechada de Formulación B, siendo la diferencia un circa 10% en comparación con la Formulación A. La baja demanda de agua en ambas Formulaciones se atribuye al efecto sinérgico de la combinación de dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio en la lechada de yeso, que aumenta la fluidez de la lechada de yeso, incluso en presencia de un nivel sustancialmente mayor de almidón pregelatinizado.

[0039] Como se ilustra en la Tabla 2, los paneles para paredes preparados utilizando la lechada de Formulación B presentan una resistencia sustancialmente aumentada en comparación con el panel para paredes preparado utilizando la lechada de la Formulación A. Al incorporar cantidades aumentadas de almidón pregelatinizado en combinación con cantidades aumentadas de dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio, la resistencia a la extracción de clavos en el panel de Formulación B mejoró en un 45% sobre el panel de la Formulación A. También se observaron aumentos sustanciales en la resistencia a flexión en el panel de Formulación B en comparación con el panel de Formulación A.

EJEMPLO 3

Ensayos de reducción de peso del panel de yeso para paredes de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm) (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0040] A continuación, se muestran en la Tabla 3 ejemplos ilustrativos adicionales de paneles de yeso para paredes (Paneles C, D y E), que incluyen formulaciones de lechada y resultados de ensayo. Las formulaciones de lechada de la Tabla 3 incluyen componentes principales de las lechadas. Todos los valores entre paréntesis están expresados en porcentaje en peso basado en el peso de estuco seco.

TABLA 3

[0041] Como se ilustra en la Tabla 3, los paneles C, D y E se realizaron de una lechada que tiene cantidades sustancialmente aumentadas de almidón, dispersante DILOFLO y trimetafosfato de sodio en comparación con el panel de control (un aumento de circa el doble sobre el porcentaje del almidón y dispersante, y un aumento del doble o triple para el trimetafosfato), mientras se mantiene la ratio w/s constante. Sin embargo, el peso del panel es reducido significativamente y la resistencia medida mediante resistencia a la extracción de clavos no se vio drásticamente afectada. Por lo tanto, en este ejemplo de un modo de realización de la invención, la nueva formulación (como, por ejemplo, Panel D) puede proporcionar mayor almidón formulado en una lechada útil y fluida, mientras se mantiene la misma ratio w/s y una resistencia adecuada.

EJEMPLO 4

Ensayo de resistencia cúbica de yeso húmedo (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0042] Los ensayos de resistencia cúbica húmeda se llevaron a cabo utilizando estuco en panel Southard CKS, disponible en United States Gypsum Corp., Chicago, Illinois y agua corriente en el laboratorio para determinar su resistencia a compresión húmeda. Se utilizó el siguiente procedimiento de ensayo en laboratorio.

[0043] Se utilizó estuco (1000 g), CSA (2 g) y agua corriente (1200 cc) a circa 70°F (circa 120 °C) para cada molde cúbico de yeso húmedo. El almidón de maíz pregelatinizado (20 g, 2,0% basado en peso de estuco) y CSA (2 g, 0,2% basado en peso de estuco) se mezclaron en seco minuciosamente primero en una bolsa de plástico con el estuco antes de mezclar con la solución de agua corriente que contenía ambos 2%, como se indica en la Tabla 4). Se utilizaron también cantidades variables de trimetafosfato de sodio como se indica en la Tabla 4.

[0044] Los ingredientes secos y la solución acuosa se combinaron inicialmente en un mezclador Waring de laboratorio, la mezcla producida se dejó empapar durante 10 segundos y a continuación se mezcló la mezcla a baja velocidad durante 10 segundos para producir la lechada. Las lechadas así formadas se moldearon en tres moldes cúbicos de 2"x2"x2" (circa 5 x 5 x 5 cm). Los cubos moldeados se extrajeron entonces de los moldes, se pesaron y se sellaron dentro de bolsas de plásti

ensayo de resistencia a la compresión. La resistencia a compresión de los cubos húmedos se midió utilizando una máquina ATS y se registró como una media en libras por pulgada cuadrada (psi). Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

TABLA 4

[0045] Como se ilustra en la Tabla 4, las muestras 4-5, 10-11, y 17, que presentan niveles de trimetafosfato de sodio en el rango de circa 0,12 - 0,4% proporcionó generalmente una resistencia a la compresión cúbica húmeda superior en comparación con las muestras con trimetafosfato de sodio fuera de este rango.

EJEMPLO 5

Ensayos de producción en planta de panel de yeso para paredes ligero de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm) (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0046] Se llevaron a cabo ensayos adicionales (paneles de ensayo 1 y 2), que incluyen formulaciones de lechada y los resultados de ensayo se muestran en la Tabla 5 a continuación. Las formulaciones de lechada de la Tabla 5 incluyen componentes principales de las lechadas. Los valores entre paréntesis se expresan como porcentaje en peso basado en el peso de estuco seco.

TABLA 5

[0047] Como se ilustra en la Tabla 5, los paneles de ensayo 1 y 2 se realizaron a partir de una lechada que tenía cantidades sustancialmente aumentadas de almidón, dispersante DILOFLO, y trimetafosfato de sodio, mientras se disminuye ligeramente la ratio w/s, en comparación con los paneles de control. Sin embargo, la resistencia medida mediante ensayos de flexión y resistencia a la extracción de clavos se mantuvo o mejoró, y el peso del panel se redujo de manera significativa. Por lo tanto, en este ejemplo ilustrativo no conforme a la presente invención, la nueva formulación (como, por ejemplo, panel de ensayo 1 y 2) puede proporcionar mayor trimetafosfato y almidón formulado en una lechada útil y fluida, mientras se mantiene sustancialmente la misma ratio w/s y una resistencia adecuada.

EJEMPLO 6

Ensayos de producción en planta de panel de yeso para paredes ultra ligeros de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm) (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0048] Se llevaron a cabo ensayos adicionales (paneles de ensayo 3 y 4) usando la Formulación B (Ejemplo 1) como en el Ejemplo 2, excepto que el almidón de maíz pregelatinizado se preparó con agua a una concentración del 10% (preparación de almidón húmeda) y se utilizó una mezcla de jabones HYONIC 25 AS and PFM 33 (disponibles en GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana). Por ejemplo, el panel de ensayo 3 se preparó con una mezcla de HYONIC 25 As y PFM 33 oscilando entre 65-70% en peso de 25 AS, y el resto p Fm 33. Por ejemplo, el panel de ensayo 4 se preparó con una mezcla 70/30 peso/peso de HYONIC 25AS/HYONIC PFM 33. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 6 a continuación.

TABLA 6

[0049] Como se ilustra en la Tabla 6, las características de resistencia medidas mediante extracción de clavos y dureza del núcleo se encontraban por encima del estándar ASTM. También se midió que la resistencia a flexión superaba el estándar ASTM. De nuevo, en este ejemplo ilustrativo no conforme a la presente invención, la nueva formulación (como, por ejemplo, panel de ensayo 3 y 4) puede proporcionar mayor trimetafosfato y almidón formulado en una lechada útil y fluida, mientras se mantiene una resistencia adecuada.

EJEMPLO 7

Cálculo del porcentaje de volumen de huecos en núcleo de panel de yeso para paredes de 1/2 pulgada (1,3 cm) de grosor en función del peso del panel y los resultados de corte de sierra (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0050] Se llevaron a cabo ensayos adicionales para determinar las densidades y volúmenes de huecos (paneles de ensayo n° 5 a 13) utilizando la Formulación B (Ejemplo 1) como en el Ejemplo 2, excepto que el almidón de maíz pregelatinizado se preparó con agua a una concentración del 10% (preparación de almidón húmedo), se utilizó 0,5% fibra de vidrio, y se utilizó naftalensulfonato (DILOFLO) a un nivel de 1,2% en peso como una solución acuosa al 45%. La espuma de jabón se produjo utilizando un generador de espuma de jabón y se introdujo en la lechada de yeso en una cantidad efectiva para proporcionar las densidades deseadas. En el presente ejemplo, se utilizó jabón a un nivel de 0,25 lb/MSF (circa 0,0012 kg/m2) a 0,45 lb/MSF (circa 0,0022 kg/m2). Es decir, el uso de espuma de jabón se aumentó o disminuyó según fuera adecuado. En cada ejemplo, el grosor del panel para paredes era de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm), y el volumen de núcleo se asumió uniforme a 39,1 ft3/MSF (circa 0,0119 m3/m2). Se midieron los volúmenes de huecos a través de las muestras de panel para paredes de 4 pies (circa 1,2 m) de ancho de las cuales se quitó el papel frontal y trasero. Los papeles frontal y trasero pueden tener un grosor en el rango de 11-18 mil (circa 0,28-0,46 mm) (cada lado). Los tamaños de poro/volúmenes de hueco y distribución de tamaño de poro se determinaron mediante microscopía electrónica de barrido y tecnología de barrido TC por rayos X (XMT, por sus siglas en inglés).

TABLA 7

[0051] Como se ilustra en la Tabla 7, se realizaron muestras de panel de ensayo que tienen volúmenes de hueco de núcleo totales que oscilan entre 79,0% y 92,1%, que corresponden a densidades de núcleo del panel que oscilan entre 28 pcf (circa 450 kg/m3) hasta 10 pcf (circa 160 kg/m3), respectivamente. Como ejemplo, el corte de sierra del panel de ensayo 10, que tiene un volumen de hueco de núcleo total de 81,8% y una densidad de núcleo del panel de 23 pcf (circa 370 kg/m3), generó circa un 30% menos de polvo que el panel de control. Como ejemplo adicional, si se realizaran paneles para paredes con una formulación convencional con menos aglutinante (como almidón con o sin dispersante) que tuvieran significativamente menos de circa un 75 - 80% de volumen de hueco de núcleo total, se esperaría una generación de polvo notablemente mayor en el corte, serrado, encaminamiento, rotura, clavado o enroscado, o perforado. Por ejemplo, los paneles para paredes convencionales pueden generar fragmentos de polvo al cortar con sierra que tienen un diámetro medio de circa 20-30 micras, y un diámetro mínimo de circa 1 micra. Por el contrario, estos paneles de yeso para paredes generarán fragmentos de polvo al cortar con sierra que tienen un diámetro medio de circa 30-50 micras, y un diámetro mínimo de circa 2 micras; el marcar/partir producirá fragmentos incluso mayores.

[0052] Se ha demostrado que la combinación de diversos componentes esenciales utilizada para producir la lechada que contiene yeso, a saber: estuco, dispersante naftalensulfonato, almidón de maíz pregelatinizado, trimetafosfato de sodio y fibras de vidrio y/o papel, en combinación con una cantidad suficiente y efectiva de espuma de jabón, puede tener un efecto sinérgico en la producción de un panel de yeso para paredes de baja densidad útil que también reduce drásticamente la formación de polvo de yeso durante el corte con cuchilla, corte con sierra, marcado/rotura, perforación y manejo del panel normal.

EJEMPLO 8

Captura de polvo en panel de yeso para paredes de bajo polvo (Ejemplo no conforme a la invención)

[0053] Si se prepara un panel para paredes según el Ejemplo ilustrativo 7, se espera que el polvo de yeso producido al trabajar el panel comprenderá al menos 50% en peso de fragmentos de yeso mayores de circa 10 micras en diámetro. Al menos circa 30% o más del polvo total generado al trabajar el panel mediante corte, serrado, encaminamiento, marcado/rotura, clavado o enroscado y perforado, quedaría capturado.

EJEMPLO 9

Formulación de ensayo de producción en planta de paneles de yeso para paredes ligeros de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm) adicional

[0054] Se prepararon formulaciones de lechada adicionales (Ensayo 14) como se muestra en la Tabla 8 a continuación. Las formulaciones de lechada de la Tabla 8 incluyen los componentes principales de las lechadas.

Los valores entre paréntesis están expresados en porcentaje en peso basado en el peso de estuco seco.

TABLA 8

[0055] Como se muestra en la Tabla 8, la formulación de lechada del ensayo 14 tiene una demanda de agua significativamente menor, y una fluidez significativamente mejorada, ya que la WSR era circa 0,8. Para la formulación de control, la WSR requerida oscilaba entre 0,88 y 0,90. Por lo tanto, la demanda de agua en la composición de lechada del ensayo 14 era circa un 10% inferior a la de la lechada de control que contenía almidón de maíz pregelatinizado.

EJEMPLO 10

Ensayos de producción en planta de paneles de yeso para paredes ligeros de 1/2 pulgada (circa 1,3 cm) adicionales [0056] Los paneles de muestra se realizaron utilizando las formulaciones del Ejemplo 9, y se sometieron a ensayo las características de resistencia.

TABLA 9

[0057] Como se muestra en la Tabla 9, los paneles para paredes del ensayo 14 que tienen almidón hidroxietilado presentan un rendimiento frente a extracción de clavos significativamente mejorado.

EJEMPLO 11

Análisis de alcoxilo de almidones representativos

[0058] Las muestras de almidón como en la Tabla 10 se sometieron a ensayo de sustitución alcoxilo del esqueleto de celulosa, utilizando un modelo Agilent GC-MS n° 6890N/5973l. El análisis de alcoxilo se llevó a cabo utilizando la reacción Zeisel clásica con los yoduros de los grupos alcoxilo siendo determinados mediante espectroscopia de masas - cromatografía de gases.

TABLA 10

EJEMPLO 12.

Resultados de ensayos de viscosidad y ensayos de formación de película (Ejemplo no conforme a la presente invención)

[0059] Se prepararon muestras acuosas para su ensayo como se muestra en la Tabla 11 de la siguiente manera: los componentes fueron suspendidos en agua desionizada (250 g). Se llevó a cabo su cocción calentando una placa calefactora convencional con agitador magnético hasta que se alcanzó una temperatura de 240-247° F (circa 116-119° C). Tras la cocción, se midió la viscosidad como se indica en la Tabla 11. A continuación, se secó una muestra de 20 g de suspensión calentada en un plato de pesaje durante la noche a 112-116° F (circa 44,4-46,7° C) para formar las películas de ensayo de la Tabla 11.

TABLA 11

[0060] Como se muestra en la Tabla 11, la muestra 4 como suspensión no cocida muestra una destacada reducción de la viscosidad del 75% en comparación con la muestra 5. Además, la muestra 4 también muestra excelentes características de formación de película en términos de dureza y flexibilidad. Estas características de formación de película producen una notable mejora en los resultados de extracción de clavos en el panel para paredes utilizando la combinación señalada de un almidón hidroxietilado, un dispersante naftalensulfonato y trimetafosfato de sodio.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una lechada que contiene yeso que comprende: agua, estuco, un almidón hidroxietilado, trimetafosfato de sodio y un dispersante naftalensulfonato, donde el almidón hidroxietilado está presente en una cantidad del 0,5% en peso al 10% en peso basado en el peso de estuco, donde el dispersante naftalensulfonato está presente en una cantidad del 0,1% al 3,0% en peso basado en el peso de estuco, y donde el trimetafosfato de sodio está presente en una cantidad del 0,1% al 0,4% en peso basado en el peso de estuco,

donde el almidón hidroxietilado está presente en una cantidad del 3% en peso basado en el peso de estuco, donde el trimetafosfato de sodio está presente en una cantidad del 0,3% en peso basado en el peso de estuco, y donde el dispersante naftalensulfonato está en forma de una solución acuosa que contiene de un 40% a un 45% en peso de naftalensulfonato y la solución acuosa está presente en una cantidad del 1,5% en peso basado en el peso de estuco.

2. Un panel de yeso para paredes ligero de alta resistencia que comprende:

una composición de yeso endurecida formada entre dos láminas de cubierta sustancialmente paralelas, la composición de yeso endurecida realizada utilizando una lechada que contiene yeso que comprende: agua, estuco, un almidón hidroxietilado, un trimetafosfato de sodio y un dispersante naftalensulfonato, donde el almidón hidroxietilado está presente en una cantidad del 0,5% en peso al 10% en peso basado en el peso del estuco, donde el dispersante naftalensulfonato está presente en una cantidad del 0,1% al 3,0% en peso basado en el peso del estuco y donde el trimetafosfato de sodio está presente en una cantidad del 0,1% al 0,4% en peso basado en el peso del estuco,

donde el almidón hidroxietilado está presente en una cantidad del 3% en peso basado en el peso de estuco.