KR20200141462A - 내부 생성 기포를 갖는 경량 석고 조성물을 제조하는 방법 및 이로부터 제조되는 제품 - Google Patents

내부 생성 기포를 갖는 경량 석고 조성물을 제조하는 방법 및 이로부터 제조되는 제품 Download PDF

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KR20200141462A
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데이비드 디. 펠롯
사마르 에마미
로버트 에이치. 네그리
쥬안 카를로스 로이즈 카스타네다
크리스토퍼 알. 넬슨
존 제이. 록스버리
에드가르 알. 데 라 로사 크루즈
조지 에이. 가르시아 토레스
미구엘 가마 고이코체아
안토니오 콘트레라스
주안 후이트질
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

15 내지 90 부피% 기체 버블을 갖는 발포 석고 슬러리를 제조하는 방법은 하기 단계를 포함한다: 물, 및 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트 및 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 제1 호스를 통해 Y형 커넥터 도관 제1 유입 개구에 속도 C로 전달하는 단계, 및 명반 용액을 제2 호스를 통해 상기 도관의 제2 유입 개구로 속도 D로 전달하여 상기 도관으로부터 혼합용 정적 혼합기까지 시간 3 동안 전달되는 조합된 혼합 스트림을 생성하여 칼슘 카르보네이트 및 명반 중 적어도 일부를 활성화시켜 CO2를 발생시키고 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계, 상기 슬러리를 상기 혼합기로부터 2개 벽 보드 사이의 공동으로 제3 호스를 통해 이전하는 단계. 공동 내의 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.

Description

내부 생성 기포를 갖는 경량 석고 조성물을 제조하는 방법 및 이로부터 제조되는 제품
본 발명은 발포 석고 슬러리 및 상기 슬러리로부터 제품 구조 내에 공극이 매립된 석고 생성물을 제조하기 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다. 이 제품의 용도는 이러한 제어 가능한 속경 석고-기초 발포 물질을 공동(크거나 작음) 또는 균열 충전재로서 적용하는 것을 포함한다.
전형적으로, 석고-함유 시멘트 제품은 시멘트질 슬러리를 형성하기 위해 적절히 소석고(칼슘 설페이트 알파 또는 베타 반수화물 및/또는 칼슘 설페이트 경석고), 물, 및 기타 성분의 혼합물을 제조함으로써 제조된다. 시멘트질 물품의 제조에서, 시멘트질 슬러리 및 요망되는 첨가제는, 예를 들어, 미국 특허 제3,359,146호에 기재된 바와 같이 종종 연속 혼합기에서 블렌딩된다. 예를 들어, 전형적인 석고 패널 제조 과정에서, 석고 보드는 소석고(일반적으로 "치장 벽토(stucco)"라고 함)를 물에 균일하게 분산시켜 수성 소석고 슬러리를 형성시킴으로써 제조된다. 수성 소석고 슬러리는 전형적으로 내용물을 교반하여 균일한 석고 슬러리를 형성하기 위한 수단을 함유하는 혼합기에 치장 벽토 및 물 및 기타 첨가제를 삽입함으로써 연속적인 방식으로 제조된다. 슬러리는 연속적으로 혼합기의 배출구를 향하고 통과해 혼합기의 배출구에 연결된 배출 도관으로 향한다. 수성 발포체는 혼합기 및/또는 배출 도관에서 수성 소석고 슬러리와 조합되어 발포 슬러리가 제조될 수 있다.
이 배경 기술은 독자를 돕기 위해 발명자에 의해 만들어졌으며, 지적된 문제들 중 임의의 것이 본 기술 분야에서 그 자체로 이해되었음을 나타내는 것으로 받아들여서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 기재된 원리들은 몇몇 양태 및 구현예에서 다른 시스템들에 내재된 문제들을 경감시킬 수 있지만, 보호되는 혁신의 범위는 여기에 언급된 임의의 특정 문제를 해결하기 위해 임의의 개시된 기능의 능력이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 전술한 문제점을 해결, 회피 또는 최소화하는 신규하고 개선된 경화 석고-함유 제품 및 조성물, 및 이들의 제조 방법이 계속 요구되고 있다.
석고-기초 물질의 신속한 발포는 카르보네이트 공급원(예를 들어, 칼슘 카르보네이트)과 산성 활성제(예를 들어, 알루미늄 설페이트) 간의 화학 반응을 통해 이루어진다. 이 화학 반응은 발포제로 사용되는 이산화탄소 기체를 부산물로 생성하여 제어되거나 조정된 버블 구조를 갖는 최종 물질을 초래한다. 본 발명/개념은 공동(크거나 작음) 또는 균열 충전재로서의 제어 가능한 속경 석고-기초 발포 물질의 적용을 실증한다.
밀도가 낮고 개선된 절연성(예를 들어, 열적, 음향적)을 갖는 충전 물질은 발포체 구조 물질을 사용하여 달성될 수 있다. 특정 물리적 특성은 특정 적용에 맞게 조정될 수 있다. 이들 물질은 균열/공동/압흔에서 스프레이 또는 충전, 또는 다른 수단에 의해 적용될 수 있다. 일단 적용되면, 화학 반응은 기체(이산화탄소)의 내부적 발생으로 인해 틈이나 공극을 채우는 물질의 팽창을 일으킨다. 또는 부분적 또는 대부분 팽창된 발포체로서 부어질 때 팽창의 최종 단계는 틈이나 공극을 채울 것이다.
물질의 발포 및 팽창의 양 및 속도는 슬러리가 경화되기 전의 원료 물질의 농도 및 반응 속도에 의해 결정된다. 습식 또는 건식 또는 경화 상태의 밀도, 방음 및 단열, 및 역학적 특성과 같은 특성 또한, 원료 물질의 농도 및 반응 속도에 의해 결정된다.
본 발명의 기체 발생 발포 특징은 공동 충전물, 균열 충전재, 절연체, 석고 패널, 석고 플라스터, 내화 밀봉재, 경량 천장 타일, 조인트 화합물, 코팅 및 텍스쳐 제품을 포함하는 다양한 제품에 사용될 수 있다. 셀형 매트릭스 내의 기체 발생을 일으키는 화학 반응은 분말이 물과 섞일 때까지 시작되지 않는다. 초기 반응을 약간 지연시켜 발포 공정이 강화되기 전에 습식 혼합물을 조작할 수 있다.
따라서, 밀도가 낮고 개선된 절연성(예를 들어, 열적, 음향적 등)을 갖는 충전재 물질은 발포체 구조 물질을 사용하여 달성될 수 있다. 이들 물질은 균열/공동/압흔과 같은 임의의 형태에서 분무 또는 주입 또는 다른 수단에 의해 적용될 수 있다. 상기 물질을 적용하는 기계 장치에 일단 적용되거나 적용되기 전에, 화학 반응은 기체(이산화탄소)의 내부 발생으로 인해 틈이나 공극을 채우는 물질의 팽창을 일으킨다.
본 발명은 15 내지 90 부피%의 기체 버블을 갖는 발포 석고 슬러리를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
물, 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 건조 기준으로 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트; 및 건조 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 제1 호스를 통해 Y형(Wye) 커넥터 도관에 속도 C로 전달하는 단계로서, 여기서, 제1 슬러리는 제1 호스에서 시간 2의 체류 시간을 갖는, 단계;
알루미늄 화합물을 포함하는 명반 용액을 제2 호스를 통해 Y형 커넥터 도관에 속도 D로 전달하는 단계;
상기 제1 슬러리 및 상기 명반 용액을 Y형 커넥터 도관의 각각의 유입 개구를 통과시켜 상기 Y형 커넥터 도관에서 조합하고, 상기 Y형 커넥터 도관으로부터 배출 개구를 통해 배출되는 조합된 혼합 스트림을 생성하는 단계;
상기 조합된 혼합 스트림을 정적 혼합기에서 시간 3 동안 혼합하여 칼슘 카르보네이트의 일부를 알루미늄 화합물과 반응시킴으로써 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
상기 정적 혼합기로부터의 발포 석고 슬러리를 제3 호스를 통해 2개 벽 보드 사이의 공동으로 이전하는 단계로서, 여기서, 상기 제3 호스에서의 체류 시간은 시간 4인, 단계; 및
공동 내의 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
선택적으로, 상기 방법은 또한, 하기 단계를 포함할 수 있다:
칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 칼슘 카르보네이트 및 셀룰로스 증점제를 포함하는 혼합물을 혼합 챔버에 속도 A로 첨가하는 단계;
물을 상기 혼합 챔버에 속도 B로 첨가하는 단계; 및
상기 혼합물을 상기 혼합 챔버에서 물과 시간 1 동안 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계.
바람직하게는 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 칼슘 카르보네이트 및 셀룰로스 증점제를 포함하는 혼합물은 상기 혼합물의 상기 성분 100 중량부(건조, 무수 기준)를 기준으로 하기 중 적어도 하나를 추가로 포함한다:
0.1 내지 1 중량%의 킬레이트제로서, 바람직하게는
- 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA, 펜테틴산이라고도 알려짐)
- 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)
- 소듐 폴리아크릴레이트
- 폴리포스페이트, 바람직하게는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP) 및/또는 소듐 트리폴리포스페이트(STMP)로서, 폴리포스페이트가 분산제 및 킬레이트제로서 존재하는 경우 킬레이트제로서 첨가되는 양은 분산제로서 첨가되는 양에 추가적이고,
더 바람직하게는 킬레이트제는 소듐 폴리아크릴레이트 또는 테트라소듐 피로포스페이트로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 킬레이트제는 소듐 폴리아크릴레이트인, 킬레이트제;
0.05 내지 1 중량%의 살생물제.
요망되는 경우, 혼합물 성분은 또한, 건조(물 비포함) 기준으로 상기 혼합물의 상기 성분 100 중량부를 기준으로, 하기 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
0.1 내지 10 중량%의, 아크릴산 및(메트)아크릴산을 기초로 하는 소듐 폴리아크릴레이트 및 수용성 공중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되고, 바람직하게는 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴산/아크릴아미드 및(메트) 아크릴산/아크릴산 에스테르 공중합체로 이루어진 군의 적어도 하나로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 소듐 폴리아크릴레이트인, 아크릴레이트 증점제;
0.1 내지 10 중량%의 카제인, 아라비아 검, 구아 검, 트라가칸트 검, 전분(모든 염소 원으로부터), 소듐 알기네이트;
0.02 내지 1 중량%의 시트르산, 타르타르산, 말산, 아세트산, 붕산, 바람직하게는 시트르산;
0.02 내지 2 중량%의 pH 증가 염, 예를 들어, 시트르산의 알칼리 금속염, 소듐 비카르보네이트 및/또는 마그네슘 하이드록사이드, 바람직하게는 소듐 시트레이트, 포타슘 시트레이트, 소듐 비카르보네이트 또는 마그네슘 하이드록사이드 중 적어도 하나, 가장 바람직하게는 소듐 시트레이트 또는 마그네슘 하이드록사이드;
0.02 내지 2 중량%의 가속화제로서, 포타슘 설페이트, 유기 포스폰 화합물, 포스페이트-함유 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 가속화제, 및 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당(sugar)을 포함하는 가속화제이고, 바람직하게는 상기 가속화제는 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당을 포함하는, 가속화제;
0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 발포제로서,
- 바람직하게는 발포제는 알킬 벤젠 설포네이트, 지방산 염, 소듐 라우릴 설페이트, 알킬 설페이트 염, 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 소듐 알킬 에테르 설페이트, (소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 설포숙시네이트, 알킬 페놀 에테르 설페이트, 및 이세티오네이트,
- 더욱 바람직하게는 알파-올레핀 설포네이트, 알킬 설포네이트, 알킬벤졸풀포네이트 및 알킬 에테르 설페이트 올리고머,
- 더욱 더 바람직하게는 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 암모늄 C10-C12 알코올 에테르 설페이트, 소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 및 소듐 폴리프로폭시-폴리에톡시-데실 설페이트(분자식 C10H22-O(C3H6-OC2H4-O)X-H2SO4-Na)로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원,
- 가장 바람직하게는 20 내지 25%의 부틸 디글리콜, 7 내지 15%의 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 및 3 내지 5%의 C10-C16 알코올을 포함하는 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 발포제;
1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 라텍스 중합체로서, 바람직하게는 라텍스 중합체는 폴리비닐 아세테이트 라텍스, 폴리비닐 아크릴레이트 및 폴리비닐 클로라이드 라텍스, 아크릴, 스티렌 아크릴, 아크릴 에스테르, 비닐 아크릴, 비닐 클로라이드, 비닐 클로라이드 아크릴, 스티렌 아세테이트 아크릴, 에틸렌 폴리비닐 아세테이트, 스티렌 부타디엔, 및 이들의 조합으로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 라텍스 중합체는 아크릴 중합체 및 스티렌 부타디엔 중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는, 라텍스 중합체,
0.01 내지 1 중량%의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올;
0.05 내지 2 중량%, 전형적으로 0.1 내지 2 중량%의 폴리카르복실레이트 분산제로서, 바람직하게는 폴리카르복실레이트 분산제는 폴리카르복실 에테르 분산제를 포함하는, 폴리카르복실레이트 분산제;
0.05 내지 2 중량%, 전형적으로 0.1 내지 2 중량%의 폴리포스페이트 분산제로서, 바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP), 소듐 트리폴리포스페이트(STPP), 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP) , 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP), 및 테트라포타슘 피로포스페이트(TKPP)로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP) 또는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP)이고, 가장 바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP)이며, 폴리포스페이트가 분산제 및 킬레이트제(본 명세서의 다른 곳에서 논의된 바와 같음)로서 존재하는 경우, 킬레이트제로서 첨가되는 양은 분산제로서 첨가되는 양에 추가적이고, 예를 들어, 0.05 내지 2 중량%, 전형적으로 0.1 내지 2 중량%의 폴리포스페이트가 분산제로서 존재하고 0.1 내지 1 중량%의 폴리포스페이트가 킬레이트제로서 첨가되는 경우 조성물은 0.15 내지 3 중량%, 전형적으로 0.2 내지 3 중량%의 총 폴리포스페이트를 갖는, 폴리포스페이트 분산제;
0.01 내지 2 중량%, 전형적으로 0.1 내지 2 중량%의 나프탈렌 분산제 또는 리그노설포네이트 분산제로서, 바람직하게는 나프탈렌 분산제는 베타-나프탈렌 설포네이트, 나프탈렌 설포네이트 포름알데히드 축합물 및 소듐 나프탈렌 설페이트 포름알데히드 축합물, 바람직하게는 리그노설포네이트 중 적어도 하나로부터 선택되는, 나프탈렌 분산제 또는 리그노설포네이트 분산제;
0.01 내지 0.5 중량%의 규소계 소포제,
1 내지 5 중량%의, 점토, 안료 입자 및 이들의 조합으로부터 선택되는 무기 입자로서, 바람직하게는 안료 입자는 티타늄 디옥사이드를 포함하는, 무기 입자;
0.05 내지 1%의 폴리에틸렌 옥사이드(PEO).
예를 들어, 상기 혼합물은 0.05 내지 1%의 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)를 포함할 수 있지만 다른 첨가제는 포함하지 않을 수 있다. 또는, 예를 들어, 상기 혼합물은 0.05 내지 1%의 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 및 하나 이상의 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
라텍스 중합체는 건조 재분산성 분말로서 또는 계면활성제 및 수성 매질에서 고체로서 분산된 라텍스 중합체를 포함하는 라텍스의 일부로서 첨가될 수 있다. 전형적인 라텍스는 40 내지 60 중량%의 라텍스 중합체이다.
바람직하게는, 석고-기초 조성물은 상기 성분 100 중량부를 기준으로, 하기를 포함하는 성분을 포함하며:
50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트;
1.5 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 40 중량%의 칼슘 카르보네이트;
0.5 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 3 내지 20 중량%의 알루미늄 설페이트;
0 내지 1 중량%의 시트르산;
0 내지 2 중량%의 소듐 시트레이트;
0 내지 2 중량%의, 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당을 포함하는 가속화제;
0.2 내지 3 중량%의, 하이드록시 메틸 프로필 셀룰로스 또는 하이드록시 메틸 에틸 셀룰로스를 포함하는 셀룰로스 증점제;
0 내지 3 중량%의 상기 발포제로서, 여기서, 상기 발포제는 알킬 벤젠 설포네이트, 지방산 염, 소듐 라우릴 설페이트, 알킬 설페이트 염, 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 소듐 알킬 에테르 설페이트, 소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 설포숙시네이트, 알킬 페놀 에테르 설페이트, 및 이세티오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 발포제;
0 내지 20 중량%의, 계면활성제 및 수성 매질에서 고체로서 분산된 라텍스 중합체를 포함하는 라텍스로서; 상기 라텍스 중합체는 아크릴 중합체 및 스티렌 부타디엔 중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는, 라텍스;
0 내지 1 중량%의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올;
0 내지 1 중량%의, 칼슘 하이드록사이드를 포함하는 변형제;
0.1 내지 2 중량%의, 폴리카르복실레이트 분산제, 폴리포스페이트 분산제 및 나프탈렌 분산제로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 분산제;
여기서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 폴리카르복실 에테르 분산제를 포함하고,
상기 나프탈렌 분산제는 베타-나프탈렌 설포네이트, 나프탈렌 설포네이트 포름알데하이드 축합물 및 소듐 나프탈렌 설페이트 포름알데하이드 축합물 중 적어도 하나로부터 선택되고,
상기 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP), 소듐 트리폴리포스페이트(STPP), 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP), 테트라소듐 피로포스페이트 및 테트라포타슘 피로포스페이트(TKPP)로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP) 또는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP)이고, 가장 바람직하게는 상기 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP)를 포함하는, 분산제;
0 내지 2 중량%의, 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴산/아크릴아미드 및 (메트)아크릴산/아크릴 에스테르 공중합체, 가장 바람직하게는 소듐 폴리아크릴레이트로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 아크릴레이트 증점제;
0 내지 1 중량%의, 하기 중 하나 이상을 포함하는 킬레이트제:
- 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(DTPA, 펜테틴산이라고도 알려짐)
- 에틸렌 디아민 테트라아세트산(EDTA)
- 소듐 폴리아크릴레이트
- 폴리포스페이트, 바람직하게는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP)로서, 여기서 상기 폴리포스페이트가 분산제 및 킬레이트제로서 존재하는 경우 킬레이트제로서 첨가되는 폴리포스페이트의 양은 분산제로서 첨가되는 폴리포스페이트의 양에 추가적이고, 따라서 0.1 내지 2 중량%의 폴리포스페이트가 분산제로서 존재하고 0 내지 1 중량%의 폴리포스페이트가 킬레이트제로서 존재하는 경우, 조성물은 0.1 내지 3 중량%의 총 폴리포스페이트를 갖고,
더욱 바람직하게는 킬레이트제는 소듐 폴리아크릴레이트 또는 테트라소듐 피로포스페이트, 및 가장 바람직하게는 소듐 폴리아크릴레이트로부터 선택되는 킬레이트제;
0 내지 1 중량%의 살생물제, 전형적으로 0.05 내지 1 중량%의 살생물제;
0 내지 0.5 중량%의 규소계 소포제,
0 내지 5 중량%의, 점토, 안료 입자 및 이들의 조합으로부터 선택되는 무기 입자로서, 바람직하게는 안료 입자는 티타늄 디옥사이드를 포함하는, 무기 입자,
0 내지 10 중량%의 경량 응결제(aggregate), 예컨대 펄라이트(코팅 및 비코팅) 또는 폴리스티렌.
본 발명은 또한, 발포 석고 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
물; 및
상기 나열된 본 발명의 석고-기초 조성물의 성분을 혼합하여, 상기 나열된 발포 석고 슬러리를 형성하는 단계를 포함하고,
여기서, 물 대 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트의 중량비는 0.2~2:1이고;
상기 발포 석고 슬러리 중의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트는 칼슘 설페이트 디하이드레이트로 전환되고 경화 및 건조되어 발포 석고 생성물을 형성하고,
상기 경화 및 건조된 발포 석고 슬러리로부터 생성된 발포 석고 생성물은 10 내지 55 파운드/입방 피트(pcf)의 밀도를 가지며,
발포 석고 생성물은 30 내지 90 부피%의 총 공극 부피를 가진다.
예를 들어, 발포 석고 슬러리 및 발포 제품에 대해, 본 발명의 석고-기초 조성물 성분은 무수 기준으로 100 중량부의 상기 성분을 기준으로, 하기를 포함하는 성분의 혼합물을 포함한다:
50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트;
하기를 포함하는 기체를 발생시키는 화합물의 조합:
- CO2 기체를 발생시키기 위한, 1.5 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트 및 1.5 내지 30 중량%의 알루미늄 설페이트 및 포타슘 알루미늄 설페이트로부터 선택되는 적어도 하나의 알루미늄; 및/또는
0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제.
전형적인 공동은 스터드와 건조벽 사이의 개방형 공간으로서 여겨진다. 그러나, 특수 케이스(special case) 공동은 그 안에 배관(piping), 지지 스터드, 도관, 전기 박스, HVAC 등이 배치되어 있다. 특수 케이스 공동에는, 물질이 장애물(obstruction) 주변으로 유동할 정도로 충분히 유동하지 않기 때문에, 위로부터 펌핑되어 주입되는 경량 발포체를 사용할 수 없다.
상기 물질이 이러한 특수 공동 내로 펌핑되어야 하는 경우, 유동이 장애물 주변을 이동할 수 있도록 하기 위해, 발포가 적은 슬러리가 바람직할 수 있다. 발포 석고 슬러리 및 발포 제품에 대한 이러한 예에서, 본 발명의 석고-기초 조성물 성분은 무수 기준으로 100 중량부의 성분을 기준으로, 하기를 포함하는 성분의 혼합물을 포함한다:
50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트;
하기를 포함하는 기체를 발생시키는 화합물의 조합:
- CO2 기체를 발생시키기 위한, 1.5 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트 및 0.5 내지 30 중량%, 전형적으로 1.0 내지 30 중량%의 알루미늄 설페이트 및 포타슘 알루미늄 설페이트로부터 선택되는 적어도 하나의 알루미늄; 및/또는
0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제.
본 발명은 또한, 하기를 포함하는 공동 벽 시스템을 포함한다:
대향 보드 패널, 바람직하게는 석고 보드 패널 또는 시멘트 보드 패널과 같은 벽 보드 패널, 가장 바람직하게는 스터드를 포함하는 프레임에 부착되어 대향 패널들 간의 공동을 한정하는 석고 보드 패널로서, 전형적으로 상기 패널은 수직 보드 패널인, 대향 보드 패널;
공동 내에 위치하는 경화 및 건조된 발포 석고 슬러리로부터 생성된 발포 석고 생성물로서, 상기 발포 석고 생성물은 10 내지 55 파운드/입방피트의 밀도를 갖고, 여기서, 상기 발포 석고 생성물은 30 내지 90 부피%의 총 공극 부피를 갖는, 발포 석고 슬러리.
본 발명은 또한, 본 발명의 발포 석고 슬러리를 갖는 공동 벽 시스템을 충전시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 혼합한다:
공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트, 전형적으로 약 6 인치 내지 약 6 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도(green strength)를 얻고 경화하여, 그린(green) 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
공동을 상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트, 전형적으로 약 6 인치 내지 약 6 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계; 및
상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
본원에 사용된 용어 "소석고"는 알파 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 수용성 칼슘 설페이트 안하이드라이트(anhydrite), 또는 이들 중 임의의 것 또는 모든 것의 혼합물을 의미하기 위한 것이며, "경화 석고" 및 "수화 석고"는 칼슘 설페이트 디하이드레이트를 의미하기 위한 것이다. 혼합물 내의 물은 소석고와 자발적으로 반응하여 경화 석고를 형성한다.
본 명세서에서, 모든 백분율 및 비는 달리 명시하지 않는 한 중량 기준이고; 달리 명시하지 않는 한 모든 분자량은 중량 평균 분자량이다.
본 명세서에서, 공동, 충전물, 충전재 또는 임의의 유사한 문구에 대한 언급은 고의로 제약을 두지 않으며, 임의의 형상으로 임의의 물질로부터 제조된 임의의 공동을 의미할 수 있으며, 최종 결과는(임의의 수의 물질의) 복합물 또는 단일 물질일 수 있다.
도 1은 Y형 커넥터를 도시한다.
도 2는 T형 커넥터를 도시한다.
도 3은 공정 흐름도를 도시한다.
도 4는 다수의 유입구를 갖는 커넥터 도관을 도시한다.
도 5는 동축 피드를 갖는 커넥터 도관을 도시한다.
도 6은 본 발명의 공동 벽 시스템을 도시한다.
도 7은 스터드에 부착된 6개의 벽보드를 갖는 벽의 예시이다.
도 8은 합판 또는 다른 프레임워크를 벽보드에 부착시키는 데 적합한 오프셋 스크류잉(offset screwing)의 일례의 예시이다.
도 9는 발포 석고 생성물을 제조하는 일례의 방법에 대한 제조 매개변수 및 이들의 관계를 예시한다.
도 10은 정적 혼합기 이후의 15 피트 길이 1 인치 직경 호스를 빠져나오는 물질을 도시한다.
도 11은 정적 혼합기 이후의 25 피트 길이 1 인치 직경 호스를 빠져나오는 물질을 도시한다.
본 발명은 제어 가능한 신속 발포/속경 석고-기초 물질을 실증한다. 신속하게 팽창하는 발포 석고 물질은 분무 도포 또는 펌핑될 수 있다.
이 기술에 대한 적용은 하기의 개념 및/또는 제품의 일부 또는 전체를 포함한다:
1) 프레임 구조물, 금속 도어 프레임/상업용 건설 벽 어셈블리 적용, 샤프트 벽 어셈블리용 충전 물질.
2) 건설 블록 및/또는 압출 블록, 부분 벽, 전체 벽 어셈블리를 대신하는 현장에서의 주물.
3) 개선된 내화 적용.
4) 고 VOC 코크, 실란트, 화합물, 팽창 우레탄 폼을 위한 0-VOC 물질로서의 대체.
5) 단열 물질 적용.
본 발명은 구조물 내에 매립된 공기 공극을 갖는 석고 슬러리 및 경화 석고 생성물을 생성하기 위한 새로운 방법을 제공한다. 이것은 벌크 물질이 팽창하도록 하는 내부적으로 발생된 기체를 포획하고 함유할 수 있다. 알루미늄 설페이트(산)과 칼슘 카르보네이트(염기)을 사용하는 본 발명의 경우, 팽창에 사용되는 내부 생성 기체는 알루미늄 설페이트(산)과 칼슘 카르보네이트(염기) 사이의 산-염기 화학 반응에 기인하며, 이는 이산화탄소(CO2) 기체를 생성한다. 알루미늄 설페이트 및 칼슘 카르보네이트가 반응하여 이산화탄소 기체를 생성하는 반응 방법을 설명하는 전형적인 화학 반응은 화학식 (I)로 표시된다:
Al2(SO4)3 + 3CaCO3 + 3H2O >> 2Al(OH)3 + 3CO2 + 3CaSO4 (I)
상기 CO2는 시스템에서 부산물로서 CO2를 발생하는 불안정한 화합물, 알루미늄 카르보네이트의 형성, 및 알루미늄 카르보네이트의 분해로 인해 생성된다. 물질 내 특정 특성(단열, 방음 등)을 증강시키기 위해 공극을 매질 내에 도입하는 것이 수년 동안 알려져 왔다. 매질에 공극을 혼입하는 것은 다양한 방법을 사용하여 수행될 수 있다:
1. 압력 하에 기체를 압축(예를 들어, 탄산수)
2. 매질에 기체를 주입(예를 들어, 통상적인 석고 패널 제조)
3. 매질에서 기체를 내부적으로 생성(본 발명)
본 발명은 전술한 화학 반응을 통해 매질 내에 기체를 내부적으로 생성한다. 본 발명은 다양한 제품에서 이용될 수 있다. 제조된 발포 석고 슬러리는 공동 벽 구조물에서 공동을 채우기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공동 벽 구조 시스템은 2개의 석고 패널, 스터드 및 유리섬유 절연체(일부 경우 절연체는 사용되지 않음)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 공동 벽 구조를 위한 공동 충전 물질로서 신규 자체-발포성 석고-기초 슬러리를 이용하는 벽 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명은 음향 및 열 전달(R-값)을 포함하는 증강된 역학적 및 절연 특성을 갖는 저밀도 공동 벽 시스템을 제공한다. 예를 들어, 최종 경량 석고 조성물은 약 10 pcf(파운드/입방 피트) 내지 약 80 pcf의 밀도를 가질 수 있다. 요망되는 밀도는 (I) 발포의 양을 증가시키거나 저하시킴으로써; (II) 슬러리 내 물의 양을 증가시키거나 저하시킴으로써, 및 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다.
기체 생성 논의
일반적으로 기체가 유체에서 내부적으로 생성될 때, 유체의 일부는 주변의 액체에 용해될 것이고, 일부는 매질에서 확산되며 일부는 매질을 벗어날 것이다. 향상된 음향, 내화 특성 및 단열을 갖는 저밀도 발포 물질을 제조하기 위해, 기체는 유체 내부에 포획되어야 하고, 버블 구조를 보유하기 위해 슬러리 내에서의 확산, 용해 및 이동을 방지해야 한다. 생성된 기체가 슬러리 내부에 포획되는 경우, 슬러리가 적절한 레올로지 특성을 가질 때만 물질이 팽창하게 된다. 팽창 속도는 화학 반응의 운동학 및 버블 성장의 동력에 따라 달라진다. 팽창의 잠재적인 수준은 반응물인 칼슘 카르보네이트 및 알루미늄 설페이트의 양과 화학 양론비에 따라 달라진다.
반응물의 수를 기준으로 유체가 최대 잠재력까지 팽창하는 능력은 레올로지 특성에 의해 좌우된다.
핵심 인자는 유체의 레올로지 특성의 변형이다. 본 발명은 다양한 레올로지 변형제를 사용하여 이를 달성한다:
ㆍ 하기와 같은 유기물:
- 셀룰로스 증점제
- 분산제
- 알코올
ㆍ 하기와 같은 무기물:
- 점토
셀룰로스계 증점제는 점도 및 탄성을 제공하고 석고 결정의 수화 및 강도에 영향을 거의 주지 않거나 아예 주지 않는다. 이는 계면활성제, 분산제, 및 알코올과 같은 다른 버블 안정화 물질의 경우에는 해당되지 않는다. 이들은 셀룰로스계 증점제가 이러한 발포 석고 물질에서 특별하면서도 제제를 특정화하거나 독특하지 않게 하는 주요한 이유이다.
본 발명에서는 알루미늄 설페이트 및 칼슘 카르보네이트가 물에 혼합되면 반응하여 내부에서 CO2를 생성하고 플라스터(치장 벽토) 슬러리는 어느 정도 팽창한다. 그러나, 석고-기초 슬러리에서 레올로지 변형제를 사용하지 않으면서, 상기 물질은 최대 팽창 잠재력까지 도달하지 못할 것이거나 잠재력까지 도달한 후에 붕괴될 것이다.
본 발명에 의해 제조된 물질의 용도 중 하나는 절연체로서 사용되는 것이며, 관련 특성은 하기를 포함한다:
1. 역학적 특성: 접착, 충격, 압축, 인장
2. 열 특성: R-값, 내화성
3. 음향 특성: STC
4. 밀도: 적용에 따라 낮음, 보통, 높음
캡슐화에 의한 반응 제어
본 발명은 반응물을 혼합하자마자 빠르게 발생하는 산-염기 반응에 기초하며, 기체 생성은 즉시, 일반적으로 10초, 바람직하게는 5초 이내에 시작되며, 명반(알루미늄 설페이트 및/또는 포타슘 알루미늄 설페이트로도 알려짐)은 칼슘 카르보네이트 입자를 만난다. 그러나, 산/염기 반응의 급속한 운동학적 특성은 슬러리의 기계/수동 혼합 동안 슬러리에서 기체를 포획하여 벽 공동에 이를 붓는 것을 어렵게 만든다. 또한, 기계/수동 혼합기를 사용하여 슬러리에 명반을 완전히 분산시키는 데 필요한 시간을 고려하여 사용자가 작업 현장에서 맞춤형 혼합을 하는 것은 어려운 일이다. 쉘 내 명반 분말 입자의 캡슐화는 혼합 공정 동안 슬러리에서 캡슐화된 입자에 적절한 전단력이 가해질 때 상기 분말의 제어된 방출을 초래한다. 슬러리를 혼합하는 동안 전단 응력을 가하면 쉘이 파열되고 명반이 슬러리에 노출될 것이다. 그런 다음, 명반 입자가 슬러리에 균일하게 분산되면 화학 반응이 시작될 것이고 이는 석고-기초 물질의 팽창을 초래할 것이다. 분말의 제어 방출(controlled release) 방법은 혼합 및 주입 공정 중에 기체가 시스템을 벗어나지 않을 것을 보장할 것이다.
활성 성분, 예를 들어, 알루미늄 화합물(명반)의 캡슐화 제어 방출은 2가지 범주로 분류된다:
1) 방출이 캡슐의 중합체 또는 공중합체 막을 통한 수 투과 속도에 의해 좌우되고, 각 코팅된 입자로부터 주변 슬러리 내로의 명반 확산 속도에 의해 좌우되는 제1 그룹.
2) 캡슐이 압력 또는 전단력에 의해 파손될 때 활성 성분의 방출이 주로 좌우되는 비교적 두꺼운 캡슐화 코팅을 갖는 제2 그룹.
발포를 일으키기 위해 반응하는 임의의 활성 성분, 즉 알루미늄 화합물 또는 칼슘 카르보네이트는 캡슐화되어 방출을 제어할 수 있다.
캡슐화(코팅)는 상이한 방법으로 달성될 수 있다:
1) 알기네이트 캡슐화
2) 폴리옥시메틸렌 우레아 마이크로캡슐화
3) 복합 코아세르베이션(젤라틴) 마이크로캡슐화
4) 젤 비드
일반적으로 코팅에 사용되는 코팅 물질은 하기이다:
1) 에틸 셀룰로스
2) 폴리비닐 알코올
3) 젤라틴
4) 당
5) 소듐 알기네이트
따라서, 알루미늄 화합물은 쉘 내에 캡슐화된 명반 분말 입자로서 혼합물에 공급될 수 있고, 충분한 전단력이 혼합 동안 슬러리 내의 캡슐화된 명반 분말 입자에 가해질 때 명반 분말이 제어 방출된다. 또는, 칼슘 카르보네이트는 에틸 셀룰로스, 폴리비닐 알코올, 젤라틴, 당, 및 소듐 알기네이트로 이루어진 군의 구성원을 포함하는 코팅으로 캡슐화될 수 있다. 또는, 칼슘 카르보네이트는 에틸 셀룰로스, 폴리비닐 알코올, 젤라틴, 당, 및 소듐 알기네이트로 이루어진 군의 구성원을 포함하는 코팅으로 캡슐화될 수 있다.
시스템의 성분 및 이들의 목적:
본 발명의 슬러리는 하기를 포함한다.
ㆍ 물: 반응, 수화, 용해되고, 이동성 등을 갖는 분말을 매질에 제공하는 데 사용됨.
ㆍ 하기의 이유로 사용되는 치장 벽토(칼슘 설페이트 헤미하이드레이트):
- 경화 특성은 따라서 강도와 건조 밀도를 제공한다
- 경화 특성(시간과 최종 미세구조)을 제어/조작하는 능력은 따라서 요망되는 결정 구조를 제어한다
- 내화 특성은 따라서 안전성을 제공한다
ㆍ 하기의 이유로 사용되는 알루미늄 설페이트(명반):
- 기체 발생원
ㆍ 하기의 이유로 사용되는 칼슘 카르보네이트:
- 충전재
- 기체 발생원
전형적으로 슬러리는 하기 첨가제 중 하나 이상을 포함한다:
ㆍ 석고의 경화 특성을 제어하기 위한 소듐 시트레이트와 같은 지연제 및 WGA, HRA 또는 CSA와 같은 가속화제.
ㆍ 킬레이트제: 더 긴 작업 시간(작업성)이 요망되는 적용에서 석고 경화를 중단시키는데 사용됨. 경화를 무기한 중단시킬 수 있음.
ㆍ 항균제: 제품 성능에 영향을 주게 될 미생물 성장에 대한 저항성을 보장함.
ㆍ pH 변형제: 레올로지 변형제의 신속한 수화를 가능하게 하고 레올로지에 영향을 줌. 이들은 코팅된 셀룰로스 증점제를 표적으로 함.
ㆍ PVOH 및 당과 같은 코팅 반응물.
ㆍ 하기에 사용되는 레올로지 변형제:
- 버블 구조 안정화를 보조
- 슬러리에 기체를 함유하여 팽창을 유발
- 기체의 확산 및 기체 탈출을 제어
- 버블 유착을 제어
- 버블의 상향 이동을 제어
- 버블 벽으로부터의 물빠짐을 방지
- 고체 경화(물/고체 분리)를 방지
- 상분리를 방지
- 고유 레올로지 특성은 혼합하는 동안에는 매우 유동적으로 작용해서 분산을 쉽게 하지만, 휴지기에는 뻑뻑하게 작용하여 버블 이동성을 지연시킬 수 있음
특정 제제 구성성분의 예:
하기에는 슬러리를 제조하기 위한 다양한 필수 및 선택 성분의 예가 열거된다.
ㆍ 물
ㆍ 치장 벽토(칼슘 설페이트 헤미하이드레이트)
ㆍ 칼슘 카르보네이트
ㆍ 소듐 시트레이트
ㆍ 소듐 트리메타포스페이트
ㆍ 레올로지 변형제
- PEO(폴리에틸렌 옥사이드)
- PVOH(폴리비닐 알코올)
- 라텍스
- 비누
- 분산제
- 초가소제, 예를 들어, 폴리나프탈렌 설포네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르복실레이트 에테르계(PCE) 초가소제 등).
- 녹말
- PCM(상 변화 물질) PCM은 잠열이 높은 물질이다. 이들은 온도가 더 높을 때 열의 수집을 위해 첨가되고, 온도가 더 낮을 때 방 안의 온도를 유지하기 위해 열을 방출한다.
- HPMC(하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스)
- HEMC(하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스)
- HEC(하이드록시 에틸 셀룰로스)
- MC(메틸 셀룰로스)
- MEC(메틸 에틸 셀룰로스)
- EC(에틸 셀룰로스)
- CMC(카르복시 메틸 셀룰로스)
- 점토
- 제올라이트
- CSA(칼슘 설페이트 가속화제)
- HRA(내열 가속화제)
- WGA(습식 석고 가속화제)
ㆍ 2-아미노-2-메틸-1-프로판올
ㆍ 킬레이트제
- 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA)
- 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)
- 소듐 폴리아크릴레이트
- 폴리포스페이트, 바람직하게는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP)
ㆍ 항균제
ㆍ 아크릴레이트 증점제 또는 건조한 등가물
ㆍ 시트르산 지연제
ㆍ 수마 단백질성 지연제
ㆍ 유리 섬유
ㆍ 미네랄 울
ㆍ 밀랍
ㆍ 폴리에틸렌 글리콜(PEG)
물질 제조/벽 공동을 채우기 위한 물질의공정
방법 1: 배치 또는 반 연속 배치 혼합
슬러리 제조
전형적으로 건조 구성성분은 미리 혼합된다. 예를 들어, 공동 벽 충전재로 사용하기 위해 발포 슬러리를 만들 때 건조(무수) 성분은 작업 현장에 도착하기 전에 사전 혼합되어 있다. 건조 성분의 첨가 순서는 중요하지 않다. 따라서 혼합기에 들어가기 전에, 모든 건조 첨가제가 분말 석고에 첨가된다.
그런 다음 건조 성분을 물과 혼합(습식 혼합)하여 킬레이트화 석고 슬러리를 만든다. 이는 배치 크기, 블레이드 디자인과 속도와 방향, 물 비율 등에 따라 달라지는 다양한 배치 혼합 기술을 사용하여 수행할 수 있다.
발포 석고 생성물이 제조되는 석고 슬러리는 물 대 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트의 중량비 0.2-2:1을 갖는다.
또한 이 물질은 제조 단계에서 슬러리로 만들 수 있으며 사용 준비 완료 상태로 작업 현장에 도착할 수 있다.
슬러리 제제의 습식 혼합은 고 전단 및 저 전단 혼합기(예를 들어, 10,000 rpm 초과에서 작동할 수 있는 혼합기 또는 30 rpm에서 작동할 수 있는 혼합기)에서 수행될 수 있다. 본 발명의 슬러리의 중요한 이점은 어떠한 혼합 환경에서도 덩어리가 생기지 않는다는 것이다. 물 수요는 특정 레올로지 특성을 유지하고 특정 버블 구조를 만들기 위해 제제에 따라 다양하다. 분말을 미리 블렌딩한 다음 물과 혼합하면 균일하고 덩어리가 없는 슬러리가 생성되지만 하기와 같은 결과는 발생하지 않는다:
ㆍ 경화
ㆍ 침전(고체/액체의 상 분리)
ㆍ 오염
슬러리는 석고(칼슘 설페이트 헤미하이드레이트), 물, 알루미늄 설페이트 및 칼슘 카르보네이트, 및 전형적으로는 분산제로부터 제조된다. 작동 시, 슬러리를 제조하기 위해 석고를 슬러리 혼합기에 공급한다. 물도 첨가된다. 일부 첨가제는 혼합기에 직접 첨가된다. 다른 첨가제가 물에 첨가될 수 있다.
슬러리 수경 구성성분은 상기 수경 구성성분의 건조 중량을 기준으로, 70 중량% 이상의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 바람직하게는 90 중량% 이상의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트를 포함하며, 전형적으로는 100% 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트이다.
물을 제외한 모든 구성성분은, 건조 상태로 사전 혼합된다.
정상 배치 공정 동안, 슬러리는 펌프를 사용하여 용기/호퍼/통/드럼으로 펌핑된다. 그런 다음, 명반(분말 또는 용액)은 습식 석고-기초 슬러리에 첨가된다. 명반 분말은 취급의 용이함에 유리하지만, 요망되는 분산을 위해 슬러리 내로의 특정 도입을 요구한다. 명반 용액은 슬러리 내로의 더 양호한 분산에 유리하다.
반-연속 배치 공정 동안 물질은 슬러리화되어 홀딩 영역으로 보내지고, 여기서 펌핑되어 명반과 혼합된다. 슬러리가 홀딩 영역으로 이동하는 동안 또는 모든 혼합 슬러리가 홀딩 영역에 있을 때, 새로운 배치가 시작될 수 있으므로 이는 반연속적이다.
방법 2: 연속 혼합
사전 혼합된 건조 석고-기초 물질은 공급기 드라이브에 첨가되고 연속 혼합기에 공급될 수 있다. 계량되는 물의 양은 혼합기 구성요소에 공급되는 건조 분말의 양과 직접 관련이 있고 물, 건조 분말 및/또는 슬러리가 시스템을 연속적으로 통과하기 때문에 연속적이다.
방법 3: 석고 슬러리 사용 준비
석고 슬러리는 앞의 2가지 방법을 포함하되 이에 제한되지 않는 제조 공정을 통해 또한 제조될 수 있으며 사용 준비가 된 상태에서 작업 현장으로 전달될 수 있다.
석고 슬러리와 명반이 조합될 때, 명반이 분말이면 스크류 드라이브를 사용하는 것과 같이 명반이 슬러리의 호스 내로 도입되는 동안 석고 슬러리는 용기로부터 펌핑된다. 명반이 용액이면, 명반이 명반 용액 용기로부터 펌핑되는 동안 석고 슬러리는 용기로부터 펌핑된다. 2가지의 혼합은 Y("와이") 채널 또는 T 채널 연결 및/또는, 예컨대, 정적 혼합기 또는 동적 혼합기와 같은 혼합 장치를 포함하여 연속 혼합을 제공할 수 있다. 이어서, 조합된 알루미늄 설페이트와 칼슘 카르보네이트는 슬러리 내에서 이산화탄소 기체를 내부적으로 발생시킨다. 동적 혼합기는 움직이는 부분이 있는 반면, 정적 혼합기는 혼합을 일으키기 위해 혼합기를 지나가는 유체에 의존한다. 동적 혼합기는 나란히 놓인다. 따라서, 본 발명은 명반 용액을 이것이 슬러리와 혼합되는 연속 혼합기, 보다 구체적으로는 동적 혼합기에 첨가하는 것을 고려한다.
특히 이것은 발포 석고 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 작업 현장에서 또는 제조 공정의 일부로서 배치, 반연속 배치 또는 연속 공정을 통해 수행되고, 하기 단계를 포함한다:
칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 및 칼슘 카르보네이트를 물과 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계;
물과 혼합된 알루미늄 화합물의 명반 용액을 제공하는 단계;
상기 제1 슬러리 및 상기 명반 용액을 커넥터 도관의 각각의 유입 개구를 통과시켜 상기 커넥터 도관에서 조합하고, 상기 커넥터 도관으로부터 상기 커넥터 도관의 배출 개구를 통해 배출되는 조합된 혼합 발포 스트림을 생성하는 단계;
상기 조합된 혼합 발포 스트림을 정적 혼합기 또는 동적 혼합기로부터 선택된 조합 스트림 혼합기에서 혼합하여 칼슘 카르보네이트의 일부를 알루미늄 화합물과 반응시켜 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 CO2를 발생시키고 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
조합된 혼합 발포 스트림을 조합 스트림 혼합기로부터 2개의 벽 보드 사이의 공동으로 이전하는 단계; 및
공동 내의 발포 석고 슬러리가 발포 석고 생성물로 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
바람직하게는 상기 커넥터 도관은 Y형 커넥터 또는 T형 커넥터이다.
도 1은 Y형 커넥터 도관(40)을 도시한다. 상기 Y형 커넥터 도관(40)은 제1 유입 개구(43)를 한정하는 제1 측면 유입 파이프(42) 및 제2 유입 개구(45)를 한정하는 제2 측면 유입 파이프(44) 및 배출 개구(47)를 한정하는 배출 파이프(46)를 갖는다. Y형 커넥터 도관의 제1 측면 유입 파이프(42) 및 제2 측면 유입 파이프(44)는 예각 "A"를 한정한다. Y형 커넥터 도관(40)의 제1 측면 유입 파이프(42) 및 배출 파이프(46)는 제1 둔각 "B"를 한정한다. Y형 커넥터 도관의 제2 측면 유입 파이프(44) 및 배출 파이프(46)는 제2 둔각 "C"를 한정한다.
도 2는 T형 커넥터 도관(60)을 도시하며, 여기서, T형 커넥터 도관(60)은 제2 개방 단부(65)에 대향된 제1 개방 단부(63)를 갖는 제1 파이프(62)와, 제1 파이프(62)와 연통하고 제3 개방 단부(67)를 한정하는 제2 파이프(66)를 도시한다. 제1 파이프(62)는 제2 파이프(66)에 수직이다. 제1 개방 단부(63), 제2 개방 단부(65) 및 제3 개방 단부(67) 중 하나는 제1 유입 개구이다. 제1 유입 개구가 아닌 제1 개방 단부(63), 제2 개방 단부(65) 및 제3 개방 단부(67) 중 하나는 제2 유입 개구이다. 제1 유입 개구 또는 제2 유입 개구가 아닌 제1 개방 단부(63), 제2 개방 단부(65) 및 제3 개방 단부(67)는 배출 개구이다. 예를 들어, 제1 개방 단부(63)는 제1 유입 개구이고, 제2 개방 단부(65)는 제2 유입 개구이고 제3 개방 단부(67)는 배출 개구이다.
도 3은 커넥터 도관을 사용하는 방법의 흐름도를 도시한다. 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트(72) 및 칼슘 카르보네이트(74) 및 물(76)은 제1 슬러리(78)를 형성하기 위해 혼합기(70)에서 혼합된다. 제1 슬러리(78) 및 명반 용액(79)은 바람직하게는 Y형 커넥터 도관 및 T형 커넥터 도관으로부터 선택되는 커넥터 도관(80)으로 공급되어 커넥터 도관(80)에서 조합되어, 조합된 혼합 발포 스트림(82)을 생성하고 이는 배출 개구를 통해 커넥터 도관으로부터 배출된다. 조합된 혼합 발포 스트림(82)은 정적 혼합기 또는 동적 혼합기로부터 선택된 조합 스트림 혼합기(90)에서 혼합되어 칼슘 카르보네이트의 일부를 알루미늄 화합물과 반응시켜 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 CO2를 발생시키고 발포 석고 슬러리를 생성한다. 조합된 혼합 발포 스트림은 스트림(92)으로서 배출되고 조합 스트림 혼합기(90)로부터 2개의 벽 보드 사이의 공동(예를 들어, 도 6의 공동(8))으로 이전된다. 공동 내의 발포 석고 슬러리는 팽창, 경화 및 건조될 수 있다.
도 4는 하나 이상의 유입 개구를 통해 커넥터 도관에 성분들을 공급하는 Y형 커넥터 또는 T형 커넥터에 대한 대안을 도시한다. 예를 들어, 제1 슬러리는 제1 도관의 하나의 유입 개구를 통해 공급될 수 있고 명반 용액은 제1 도관에 공급되기 위해 제1 도관 주위로 이격된 도관의 다중 유입 개구로 공급될 수 있다. 이것은 도 4에 도시되며 제2 개방 배출 단부(105)에 대향하는 제1 유입 개방 단부(103)를 갖는 제1 파이프(102) 및 제1 파이프(102)와 연통하고 유입 개구(107)를 갖는 제2 파이프(106)를 갖는 커넥터 도관을 나타낸다. 제2 파이프(106)는 수직(도시된 바와 같음) 또는 90도 미만인 각도 "E"로 제1 파이프(102)와 교차할 수 있다. 제1 개방 단부(103)는 제1 유입 개구이고, 제2 개방 단부(107)는 제2 유입 개구이고 제3 개방 단부(105)는 배출 개구이다.
도 5는, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 동축 배출을 갖는 커넥터 도관 내로 성분들을 공급하는 Y형 커넥터 또는 T형 커넥터에 대한 다른 대안을 도시한다. 도 5는 제2 개방 배출 단부(105)에 대향하는 제1 유입 개방 단부(113)를 갖는 제1 파이프(112) 및 제1 파이프(102)와 연통하는 유입 개구(117) 및 배출 개구(119)를 갖는 제2 파이프(116)를 갖는 커넥터 도관을 도시한다. 제1 슬러리는 제1 개방 단부(113)에 공급된다. 제1 슬러리 유동 방향은 방향 "T"로 도시된다. 커넥터 도관은 제1 파이프 내의 제1 슬러리의 유동과 동축인 방향 "T1"으로 명반 용액을 배출하기 위한 배출 개구(119)를 갖는다. 제2 파이프(116)는 수직(도시된 바와 같음) 또는 90도 미만의 각도 "F"로 제1 파이프(112)와 교차할 수 있다. 제1 개방 단부(113)는 제1 유입 개구이고, 제2 개방 단부(117)는 제2 유입 개구이고, 제3 개방 단부(115)는 조합된 제1 슬러리 및 명반 용액에 대한 배출 개구이다.
물, 및 가능하게는 산성 활성화제 성분(예컨대 알루미늄 설페이트)과 접촉한후, 석고(칼슘 설페이트 헤미하이드레이트)는 발포 석고 생성물의 제조 중에 칼슘 설페이트 디하이드레이트로 전환되도록 경화된다. 따라서, 명반 및 석고 슬러리가 혼합되어 이산화탄소를 생성하면, 발포 물질을 벽 공동 내로 분배하는 것은 완전히 활성화된 발포체 또는 부분적으로 활성화된 액체로서 발생할 수 있으며, 이는 발포체 또는 그 사이의 임의의 상태이다. 작업 현장 조건 및 사용 가능한 장비에 따라 상이한 적용 방법이 사용될 것이다. 예를 들어, 스터드 및 벽 패널, 예컨대, 건식 벽 패널과 공동 충전재를 포함하는 벽 시스템은 공동 충전재 없이 스터드 및 벽 패널을 포함하는 벽 시스템보다 더 높은 역학적, 음향적, 및 열적 저항 특성을 가질 것이다. 벽 공동 충전물은, 예컨대, 벽 패널(예를 들어, 석고 보드 또는 시멘트 보드)과 강철 스터드의 조합과 같이 공동이 있는 임의의 벽이 될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 석고 보드 또는 시멘트 보드가 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 그러나, 공동 충전물은 벽 패널과 함께 사용하는 것에 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 발포 셀형 콘크리트 블록의 중공 코어를 충전하는 것을 고려한다.
도 6은 공동(8) 내의 본 발명의 발포 석고의 공동 충전재(10) 및 석고 건식 벽 패널(2, 4) 사이의 공동(8)을 갖는, 스터드(6, 12, 14) 및 석고 건식 벽 패널(2, 4)을 포함하는 공동 벽 시스템(1)을 도시한다.
그런 다음, 석고 코어 슬러리용 슬러리 혼합기로부터의 슬러리를, 슬러리 혼합기로부터, 필요에 따라 슬러리를 퇴적시키는 슬러리 분배기에 전달한다. 예를 들어, 벽 공동에 퇴적될 수 있다. 공동 자체는 일시적 또는 영구적일 수 있으며, 작업 현장이나 생산 현장에서 복합 시스템 또는 단일 물질일 수 있다. 이러한 넓은 정의에서 어떤 공간도 이 물질로 채워질 수 있거나 상기 물질이 자유롭게 주입 및 형성될 수 있다.
본 발명에 대한 향상은 공동의 일부를 충전시키고, 상기 공동의 다른 부분을 충전시키기 전에 발포 석고 생성물의 가장 최근에 첨가된 부분이 팽창하기에 충분한 시간을 허용하는 것이다. 공동 내의 발포 석고 생성물의 팽창은 공동 벽에 압력을 가한다. 공동 벽에 대한 압력을 최소화하기 위해 제어될 수 있는 충전 방법에는 2가지 주요 매개변수가 있다: (1) 공동에 첨가되는 발포 석고 생성물의 각부분의 양, 및 (2) 발포 석고 생성물의 부분을 공동에 첨가하는 사이의 시간.
첫째, 한 번에 공동의 일부만을 충전시킴으로써, 팽창하는 물질의 양은 더 적은 압력 축적을 생성하고, 물질에 공간을 제공하여 수직 방향에서의 그것의 압력을 완화시킨다. 바람직하게는, 약 4 피트 수직 거리까지 충전시키면 벽을 온전히 유지시키면서도 충전물의 수를 최소화한다. 그러나, 충전된 수직 거리는 현재의 보강(bracing) 시스템을 사용하여 약 6 인치 내지 약 10 피트, 바람직하게는 약 6 인치 내지 약 6 피트, 바람직하게는 약 1 피트 내지 약 5 피트, 더욱 바람직하게는 약 3 피트 내지 약 4.5 피트의 범위일 수 있다. 더욱 강력한 보강 시스템이 사용되는 경우, 벽의 전체 높이는 1회의 붓기(pour)로 충전될 수 있다.
둘째, 후속적인 붓기가 완료되는 사이의 시간(즉, 제1 충전의 종료와 제2 충전의 시작 사이의 시간)이 중요하다. 이 시간은 발포 석고 생성물이 완전히 팽창하는 시간 및 그린 강도를 확립하는 데 필요한 시간에 의해 좌우된다. 제2 충전이 제1 충전의 팽창 동안 수행되는 경우, 제2 발포 석고 생성물은 상기 제2 발포 석고 생성물의 밀도가 적어도 부분적으로 팽창된 제1 발포 석고 생성물보다 크기 때문에 상기 제1 발포 석고 생성물 아래로 가라앉을 것이다. 추가로, 제1 발포 석고 생성물은 이것이 먼저 혼합되고 부어졌기 때문에 더 빨리 적어도 부분적으로 경화(즉, 그린 강도를 얻음)될 것이다. 따라서, 적어도 부분적으로 경화된 제1 발포 석고 생성물은 제2의 부어진 발포 석고 생성물의 수직 팽창에 대한 장벽이 되어 상기 제2 발포 석고 생성물의 팽창 동안 압력을 축적시켜 상기 적어도 부분적으로 경화된 제2 발포 석고 생성물을 파괴할 것이다. 제1 물질의 팽창 후이지만 제1 물질이 유의한 강도를 갖기 전에 제2 붓기가 수행되는 경우, 제2 물질은 제1 물질을 파괴할 것이며, 이는 (i) 제2 발포 석고 생성물이 제1 발포 석고 생성물의 상부에 부어질 때 또는 (ii) 제2 발포 석고 생성물의 팽창 동안이다. 그러나, 제1 발포 석고 생성물이 완전히 팽창되고 유의한 그린 강도를 가진 후 제2 발포 석고 생성물이 부어지는 경우, 상기 제2 발포 석고 생성물은 상기 제1 발포 석고 생성물의 상부 상에서 팽창하기 시작할 것이고, 상기 제1 발포 석고 생성물 상에서 임의의 하향 압력은 두 개별 붓기가 하나의 유닛으로서 조합되는 것에 일조할 것이다.
예를 들어, 방법은 하기 단계를 포함할 수 있다:
- 공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
- 공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도를 얻고 경화하여, 그린 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
- 제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
- 공동을 상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계; 및
- 상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
본원에 사용된 바와 같이, 충전 수직 거리는 일단 팽창된 경우 첨가된 부피 및 공동의 치수를 기준으로 충전의 하부로부터 충전의 상부까지의 수직 거리로서 정의된다. 상기 충전 수직 거리는 공동의 하부로부터 충전의 상부까지의 거리가 아니다. 따라서, 제1 충전은 공동의 하부로부터 완전히 팽창된 발포 슬러리의 상부까지 측정되고, 제2 충전은 제1 팽창 발포 슬러리 표면의 상부로부터 공동의 상부까지 측정된다.
필요하지 않더라도, 공동 벽은 합판과 같은 프레임워크로 보강되어 상기 공동 벽의 강도를 증강시킬 수 있다. 예를 들어, 도 7은 스터드(302)에 부착된 6개의 벽보드(301)를 갖는 벽의 예시이다. 벽보드는 조인트(303)에서 인접해 있다. 합판 조각은 몇몇 벽보드를 커버하고 지지할 것이며 벽보드(301)를 통해 스터드(302) 내로 스크류(screw)될 것이다. 합판은 충전물이 경화된 후 제거될 수 있다.
도 8은 필요한 경우, 합판 또는 다른 프레임워크를 벽보드에 부착시키는 데 적합한 오프셋 스크류잉의 일례의 예시이다. 도 8은 강철 스터드(156) 및 강철 트랙(158)을 포함한 프레이밍(framing)에 부착된 석고 보드(152) 및 합판 보드(154)를 포함한 벽 구조(150)를 도시한다. 벽 구조(150)에서, 석고 보드(152) 내의 스크류(162)는 합판 보드(154) 합판 보드 내의 스크류(164) 및 강철 스터드(256) 내의 스크류(166)로부터 오프셋된다.
제조 매개변수
본 발명에 대한 하나의 향상은 구체적인 제조 매개변수이고, 발포 석고 생성물이 충분히 혼합하고 적절한 시간에서 경화되는 것을 보장하기 위해 이들 매개변수가 어떻게 관련되는 지이다.
도 9는 발포 석고 생성물을 제조하는 일례의 방법에 대한 제조 매개변수 및 이들의 관계를 예시한다. 예시적인 예에서, 본 방법은 작업 현장에서 또는 제조 공정의 일부로서 배치, 반연속 배치 또는 연속 공정을 통해 수행될 수 있다. 예시적 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 및 칼슘 카르보네이트 혼합물(201)을 혼합 챔버(202)에 속도 A로 첨가하는 단계;
- 물(203)을 상기 혼합 챔버(202)에 첨가하는 단계;
- 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 및 칼슘 카르보네이트 혼합물(201)을 혼합 챔버(202)에서 물(202)과 시간 1 동안 혼합하여 제1 슬러리(204)를 형성하는 단계;
- 제1 슬러리(204)를 제1 호스(205)를 통해 Y형 커넥터 도관(206)에 속도 C로 전달하는 단계로서, 여기서, 상기 제1 슬러리(204)는 상기 제1 호스(205)에서 시간 2의 체류 시간을 갖는, 단계;
- 명반 용액(207)을 제2 호스(208)를 통해 Y형 커넥터 도관(206)에 속도 D로 전달하는 단계;
- 상기 제1 슬러리(204) 및 상기 명반 용액(207)을 Y형 커넥터 도관(206)의 각각의 유입 개구를 통과시켜 상기 Y형 커넥터 도관(206)에서 조합하고, 상기 Y형 커넥터 도관(206)으로부터 배출 개구를 통해 배출되는 조합된 혼합 스트림(209)을 생성하는 단계;
- 상기 조합된 혼합 스트림(209)을 정적 혼합기(210)에서 시간 3 동안 혼합하여 칼슘 카르보네이트의 일부를 명반 용액(207) 내의 알루미늄 화합물과 반응시킴으로써 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 발포 석고 슬러리(211)를 생성하는 단계;
- 상기 정적 혼합기(210)로부터의 발포 석고 슬러리(211)를 제3 호스(212)를 통해 2개 벽 보드 사이의 공동으로 이전시키는 단계로서, 여기서, 상기 제3 호스에서의 체류 시간은 시간 4인, 단계; 및
- 공동 내의 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
대안적으로, 제1 슬러리는 별개로 제조되고 가속화제, 지연제, 킬레이트제 및 이들의 조합을 포함하여, 정적 혼합기에서 명반 용액과 혼합되는 장기간(예를 들어, 수일 내지 수개월), 비-경화성 제1 슬러리를 달성할 수 있다.
제조/장비 매개변수(예를 들어, 속도 및 시간)는 독립적이다. 표 A는 제조/장비 매개변수 및 이들이 의존하는 다른 제조/장비 매개변수의 설명이다. 설명이 제공되지 않는 표 A에서, 매개변수는 자가-설명적이기 때문이다. 함수가 명시되지 않는 표 A에서, 매개변수는 함수가 아닌 값이다. 예를 들어, 속도 A(예를 들어, 15 파운드/분으로도 알려진 15 lbs/분)는 작동자가 선택하는 값이고, 속도 B는 이로부터 함수 의존적이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
본원에 사용된 바와 같이 반응 운동학은 물질이 반응하여 생성물을 형성하는 속도에 관한 것이며, 이는 다른 것들 중에서도 평균 입자 크기, 입자 크기 분포 및 농도와 관련이 있다. 본 개시내용에서, 반응 운동학은 반응이 완료되기 위한 시간으로서 보고된다.
제조/장비 매개변수는 석고 슬러리의 혼합 및 경화 시간에 크게 영향을 준다. 예를 들어, 속도 A가 너무 빠르다면, 혼합 챔버 및 정적 혼합기에서의 체류 시간은, 시간 2 및 시간 3이 각각 속도 A에 따라 (직접적으로 또는 속도 C를 통해 간접적으로) 달라지기 때문에 낮다. 이는 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트의 부적절한 수화를 초래하여 더 낮은 강도 최종 생성물을 초래한다. 속도 A가 너무 느리다면, 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트는 조기에 경화되어 공동에 놓이기도 전에 제3 호스에 있게 될 수 있다. 다른 예에서, 속도 B가 너무 빠르다면, 발포체는 얇아서 상기 발포체가 공동 내에서 그 형상을 유지시키지 못하고 경화 생성물이 약해지게 된다. 속도 B가 너무 느리다면, 발포체는 두꺼워서 건조 혼합물이 물과 효과적으로 혼합하지 않는다. 추가로, 발포체는 신전되고 파괴될 수 있고, 상기 발포체의 붕괴로 이어진다. 다른 예에서, 혼합기(예를 들어, 혼합 챔버 및/또는 정적 혼합기)에서의 체류 시간이 너무 짧으며 및/또는 제1 호스와 제2 호스 중 하나 또는 둘 다가 너무 짧다면, 상응하는 슬러리의 점도는 너무 낮아서, 발포된 경우 팽창이 더 낮아지고 발포체가 공동 내에서 그 형상을 유지하지 못하게 된다. 다른 예에서, 유체가 명반 용액 주변에서 동축으로 슬러리보다는 나란히 조합되도록 Y형 커넥터 도관이 형상화되는 경우, 유체는 상이한 레올로지 특성으로 인해 적당하게 혼합되지 않아, 발포체는 더 낮은 팽창을 갖고 칼슘 카르보네이트는 단지 부분적으로 활성화된다. 따라서, 치장 벽토의 일부만 경화된다. 다른 예에서, 정적 혼합기에서의 체류 시간이 너무 길다면, 기체가 혼합기에서 생성되고 구축되어, 업스트림 구성요소에 배압(back pressure)을 유발하고 궁극적으로는 혼합기가 막히게 된다. 다른 예에서, 정적 혼합기 후에 제3 호스가 너무 짧다면, 슬러리는 공동에 놓이기 전에 충분히 팽창하는 시간을 갖지 않는다. 따라서, 유의한 팽창이 공동에서 발생하여, 공동의 벽에 대한 압력을 생성하고 일부 경우에는 벽을 파괴하거나 균열시킬 수 있다. 제3 호스가 너무 길면, 슬러리는 호스 내에서 너무 많은 기체를 발생하였을 것이고, 이는 제3 호스로부터의 배출 속도를 증가시킨다. 추가로, 기체가 호스 내부에 여전히 있고 집결되어 슬러리의 간헐적인 파열을 유발한 다음 기체가 호스로부터 빠져나가는 한편 유체 매트릭스를 빠져나갈 수 있기 때문에 완전히 팽창하지 않을 수 있다.
표 B는 제조/장비 매개변수에 대한 작용 가능한 범위의 예를 제공한다. 표 C 및 표 D는 충분히 혼합하고 적당한 시간에 경화하는 발포 석고 슬러리의 느린 유동 제조 및 빠른 유동 제조 각각에 적합한 제조/장비 매개변수 범위의 예를 제공한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
상기에서 논의된 바와 같이, 제조/장비 매개변수의 조정은 슬러리가 발포되고 경화되는 시기와 장소를 제어하는 데 유용할 수 있다. 부가적으로, 슬러리가 발포되고 경화되는 시기와 장소는 가속화제, 지연제, 킬레이트제 및 이들의 조합과 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트와 칼슘 카르보네이트 혼합물의 조합을 포함함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 제조/장비 매개변수 및/또는 부가적인 화학적 구소요소는 수분 내지 수일 내지 수개월의 경화 시간을 달성하는 데 사용될 수 있다.
슬러리가 발포되고 경화되는 시기 및 장소의 제어는 몇몇 상황 및 적용에서 본 발명을 사용할 수 있게 한다. 예를 들어, 호스를 빠져나온 후 팽창하도록 제제화된 발포 석고 슬러리는 하기에 유용할 수 있다: (I) 고체 물질 또는 조립체를 파괴하거나 파쇄시킴, (II) 폼워크(formwork) 강도가 유의한 경우, (III) 공동이 상기 공동의 충전을 위한 좁은 개구와 함께 넓은 하단을 갖는 경우, (IV) 공동의 개구가 측면 상에 있는 경우, (V) 유동성 발포 석고 슬러리가 통상적이지 않은 공동 형상에 필요한 경우, (VI) 유동성 발포 석고 슬러리가 비좁은 공동에 필요한 경우, 및 이들의 조합. 다른 예에서, 호스에 있는 동안 팽창하도록 제제화된 발포 석고 슬러리는 하기에 유용할 수 있다: (I) 분무 적용, (II) 텍스처 적용, (III) 원거리 도달(far reaching) 표면, (IV) 인케이싱(encasing) 적용, (V) 체적 부가 적용, 및 이들의 조합.
소석고
본원에 사용된 용어 "소석고"는 알파 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 수용성 칼슘 설페이트 안하이드라이트, 또는 이들 중 임의의 것 또는 모든 것의 혼합물을 의미하기 위한 것이다. 소석고는 치장 벽토라고도 알려져 있다. 용어 "석고", "경화 석고" 및 "수화 석고"는 칼슘 설페이트 디하이드레이트를 의미하기 위한 것이다. 혼합물 내의 물은 소석고와 자발적으로 반응하여 경화 석고를 형성한다.
본 발명에 사용된 소석고는 종래 기술의 상응하는 구현예에서 통상적으로 유용한 것으로 확인된 형태 및 농도일 수 있다. 그것은 천연 또는 합성 공급원으로부터 나올 수 있다. 소석고는 일부 구현예에서는 섬유질일 수 있고 다른 것에서는 비섬유질일 수 있다. 알파 또는 베타 치장 벽토를 포함하되 이에 제한되지 않는 임의의 형태의 소석고가 사용될 수 있다. 그러나, 알파 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트는 상대적으로 높은 강도를 갖는 경화 석고의 수율을 위해 사용되는 것이 바람직하다. 요망된다면 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 또는 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트와 수용성 칼슘 설페이트 안하이드라이트의 혼합물이 사용된다. 소석고는 약 50% 이상의 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 소석고는 약 86% 이상의 베타 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트를 포함할 수 있다. 바람직하게는 20% 미만의 소량이지만, 칼슘 설페이트 안하이드라이트, 합성 석고 또는 분말 석고의 사용도 고려된다.
칼슘 카르보네이트
칼슘 카르보네이트는 화학식 CaCO3를 가진 화합물이다.
알루미늄 화합물
알루미늄 화합물은 화학식 Al2(SO4)3를 갖는 알루미늄 설페이트 및 포타슘 알루미늄 설페이트로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 알루미늄 설페이트이다.
물
물은 유동성 슬러리를 만드는 임의의 양으로 슬러리에 첨가된다. 사용되는 물의 양은 그것이 사용되는 적용, 사용되는 정확한 분산제, 치장 벽토의 특성 및 사용되는 첨가제에 따라 크게 달라진다. 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트에 대한 물의 중량비는 0.2-2:1이다.
슬러리를 제조하는데 사용된 물은 슬러리와 경화 플라스터 모두의 특성을 가장 잘 제어할 수 있을 만큼 순수해야 한다. 염 및 유기 화합물은 슬러리의 경화 시간을 변형시키는 것으로 잘 알려져 있으며, 가속화제에서 경화 억제제에 이르기까지 다양하다. 일부 불순물은 디하이드레이트 결정의 연동 매트릭스가 형성될 때 구조에 불규칙성을 초래하여 경화된 제품의 강도를 감소시킨다. 따라서, 제품의 강도와 밀도는 실제와 같이 오염 물질이 없는 물, 바람직하게는 식수의 사용으로 증강된다.
라텍스
본 발명의 석고 슬러리는 결합제로서 라텍스 중합체를 포함할 수 있다. 특히, 중합체는 합성 라텍스(즉, 하나 이상의 단량체의 유화 중합에 의해 제조된 중합체 입자의 수성 분산액)이다. 라텍스는 물, 라텍스 중합체, 계면활성제 및 본 명세서의 다른 곳에서 기재된 다른 성분을 포함하는 수성 에멀젼 또는 분산액을 포함한다. 대안적으로, 라텍스 중합체는 건조 재분산성 분말로서 첨가될 수 있다.
라텍스 중합체는 폴리비닐 아세테이트 라텍스, 폴리비닐 아크릴레이트 및 폴리비닐 클로라이드 라텍스, 아크릴, 스티렌 아크릴, 아크릴 에스테르, 비닐 아크릴, 비닐 클로라이드, 비닐 클로라이드 아크릴, 스티렌 아세테이트 아크릴, 에틸렌 폴리비닐 아세테이트, 스티렌 부타디엔, 및 이들의 조합 및 계면활성제로 이루어진 군의 1 종 이상으로부터 선택되고, 바람직하게는 라텍스 중합체는 폴리비닐 아세테이트 라텍스, 폴리비닐 아크릴레이트 및 폴리비닐 클로라이드 라텍스로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 라텍스 중합체는 폴리비닐 아세테이트 라텍스를 포함한다.
합성 라텍스를 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 이들 절차 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
라텍스의 입자 크기는 전형적으로 30 nm내지 1500 nm까지 다양하다.
석고 슬러리용 분산제
분산제는 물과 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트의 혼합물의 유동화를 보조하기 위해 석고와 함께 석고 슬러리에서 사용되는 것으로 알려져 있어서 유동성 슬러리를 제조하는 데 더 적은 물이 필요하다.
석고 슬러리는 전형적으로 폴리나프탈렌 설포네이트와 같은 분산제를 함유한다. 폴리나프탈렌 설포네이트 분산제는 알려져 있고 비교적 저렴하지만 효능은 제한적이다. 폴리나프탈렌 설포네이트는 전분, 발포제 및 점토와의 상용성이 우수하다. 폴리나프탈렌 설포네이트의 제조 공정은 하기의 반응 단계를 포함한다: b-나프탈렌-설폰산을 생성하는 황산으로 나프탈렌을 술폰화, b-나프탈렌 설폰산과 포름알데히드를 축합시켜 폴리메틸렌 나프탈렌 설폰산을 생성, 및 소듐 하이드록사이드 또는 다른 하이드록사이드로 폴리메틸렌 나프탈렌 설폰산을 중화.
폴리카르복실레이트 분산제는 석고 슬러리에 적합한 분산제이다. 석고 슬러리용으로 바람직한 폴리 카르복실레이트 분산제는 폴리카르복실 에테르 분산제, 예를 들어, 옥시알킬렌-알킬 에테르와 불포화 디카르복실산의 공중합체를 포함하는 분산제를 포함한다. 바람직하게는, 폴리카르복실레이트 분산제는 옥시알킬렌-알킬 에테르와 불포화 디카르복실산의 공중합체를 포함한다.
참조로 도입된 Liu 등의 미국 특허 제7,767,019호는 본 발명의 석고 슬러리용 분산제로서 사용하기에 적합한 분지형 폴리카르복실레이트의 구현예를 개시하고 있다. 이들은 또한 음이온성 계면활성제이다. Liu 등은 본질적으로 제1 및 제2 반복 단위로 이루어지는 폴리카르복실레이트 분산제를 개시하며, 상기 제1 반복 단위는 올레핀계 불포화 모노-카르복실산 반복 단위 또는 이의 에스테르 또는 염, 또는 올레핀계 불포화 황산 반복 단위 또는 이의 염이고, 상기 제2 반복 단위는 일반식 (I)의 것이고
Figure pct00006
(I)
여기서 R1은 화학식 (II)로 표시되고:
Figure pct00007
(II)
여기서 R2는 수소 또는 지방족 C1 내지 C5의 탄화수소기이고, R3은 비치환되거나 치환된 아릴기이고, R4는 수소 또는 지방족 C1 내지 C20의 탄화수소기, 지환족 C5 내지 C8의 탄화수소기, 치환된 C6 내지 C14의 아릴기 또는 화학식 (III) 중 하나를 부합하는 기이고:
Figure pct00008
(III)
여기서 R5 및 R7은 서로 독립적으로 알킬, 아릴, 아랄킬 또는 알킬아릴기를 나타내고 R6은 2가의 알킬, 아릴, 아랄킬 또는 알카릴기이고, p는 0 내지 3 포함이고, m 및 n은 독립적으로, 2 내지 4의 정수 포함이고, x 및 y는 독립적으로 55 내지 350의 정수 포함이고, z는 0 내지 200 포함이다.
참조로 도입된 Blackburn 등의 미국 특허 제8,142,915호도 또한 본 발명의 석고 슬러리용 분산제로서 사용하기에 적합한 폴리카르복실레이트의 구현예를 개시하고 있다.
바람직하게는, 나프탈렌 분산제는 베타-나프탈렌 설포네이트, 나프탈렌 설포네이트 포름알데하이드 축합물 및 소듐 나프탈렌 설페이트 포름알데하이드 축합물 중 적어도 하나로부터 선택된다.
바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP), 소듐 트리폴리포스페이트(STPP), 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP), 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP), 및 테트라포타슘 피로포스페이트(TKPP)로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되며, 더욱 바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP) 또는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP)이고, 가장 바람직하게는 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP)를 포함한다.
또한, 예컨대, 2-아미노-2-메틸프로판올과 같은 적합한 아미노 알코올이 분산제로서 사용될 수 있다.
석고 슬러리용 첨가제
첨가제는 바람직한 특성을 부여하고 제조를 용이하게 하기 위해 석고 슬러리에 사용될 수 있는데, 예를 들어, 경화 가속화제, 경화 지연제, 재하소(recalcination) 억제제, 결합제, 분산제, 평활제 또는 비-평활제, 증점제, 살균제, 살진균제, pH 조절제, 착색제, 보강재, 난연제, 발수제, 충전제 및 이들의 혼합물이다.
석고 슬러리는 또한 슬러리를 유동화시켜 그 효능을 향상시키는 분산제의 능력을 증강시키는 하나 이상의 변형제를 선택적으로 포함한다. 바람직한 변형제는 생석회 또는 칼슘 옥사이드로도 알려진 석회, 칼슘 하이드록사이드로도 알려진 소석회, 소듐 카르보네이트로도 알려진 소다회, 및 기타 카르보네이트, 실리케이트, 포스포네이트 및 포스페이트를 포함한다. 변형제의 투입량은 사용되는 변형제 및 사용되는 적용 분야에 따라 0.05% 내지 약 1%이다. 변형제 및 이의 사용에 관한 추가 정보는 "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them"이라는 명칭의 미국 공개 특허 출원 제2006-0280898 A1호에서 찾을 수 있으며, 이는 참조로서 포함된다.
바람직하게는 변형제와 분산제는 모두 건조 형태이고, 이들은 서로 미리 블렌딩되어 치장 벽토에 첨가될 수 있다. 치장 벽토 조성물에 분산제 및 변형제를 첨가하는 방법은 본원에 참조로 포함된 "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them"이라는 명칭의 미국 공개 특허 출원 제2006-0280898 A1호에 보다 상세히 개시되어 있다.
또한, 추가의 첨가제는 석고 슬러리가 담지되는 특정 적용에 전형적인 슬러리에 첨가된다. 수화 반응이 일어나는 속도를 조절하기 위해 경화 지연제 또는 건조 가속화제가 첨가된다. 기후 안정화 가속화제("CSA"; climate stabilized accelerator)는 95%의 칼슘 설페이트 디하이드레이트가 5% 당과 함께 분쇄되고 250℉(121℃)로 가열되어 상기 당을 카라멜화시킨 경화 가속화제이다. CSA는 미국 오클라호마주 사우스에드 소재의 USG Corporation으로부터 입수 가능하며, 본원에 참조로 포함된 미국 특허 제3,573,947호에 따라 제조된다. 포타슘 설페이트가 또 다른 바람직한 가속화제이다. 내열 가속화제(HRA)는 100 파운드의 칼슘 설페이트 디하이드레이트 당 약 5 내지 25 파운드의 비의 당과 함께 갓 분쇄된 칼슘 설페이트 디하이드레이트이다. 이는 또한 본원에 참조로서 포함되는 미국 특허 제2,078,199호에 기재되어 있다. 둘 다 바람직한 가속화제이다.
습식 석고 가속화제(WGA)로 알려진 또 다른 가속화제가 또한 바람직한 가속화제이다. 습식 석고 가속화제의 용도 및 제조 방법에 대한 설명은 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 제6,409,825호에 개시되어 있다. WGA는 칼슘 설페이트 디하이드레이트의 입자, 물 및 (i) 유기 포스폰 화합물, (ii) 포스페이트-함유 화합물, 또는 (iii) (i)과 (ii)의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 이 가속화제는 실질적으로 오래 지속되며 시간이 지나도 그 효과를 유지하므로 습식 석고 가속화제는 제조되고, 저장되며, 심지어 사용하기 전에 장거리 운송될 수 있다. 습식 석고 가속화제는 보드 제품의 천 평방 피트 당 약 5 내지 약 80 파운드(24.3 내지 390 g/m2) 범위의 양으로 사용된다.
본 발명의 기타 잠재적인 첨가제는 사상균, 흰곰팡이 또는 진균류의 생장을 감소시키기 위한 살생물제 및/또는 살진균제이다. 선택되는 살생물제 및 공동 충전을 위해 의도된 용도에 따라, 살생물제는 커버, 석고 코어 또는 둘 다에 첨가될 수 있다. 살생물제의 예는 붕산, 피리티온 염 및 구리 염을 포함한다. 살생물제는 석고 슬러리에 첨가될 수 있다.
유리섬유는 슬러리에 선택적으로 첨가된다. 종이 섬유는 선택적으로 슬러리에 첨가된다. 왁스 에멀젼 또는 폴리실록산은 선택적으로 석고 슬러리에 첨가되어, 완성된 석고 생성물의 내수성을 향상시킨다. 강성이 필요하면 붕산이 일반적으로 첨가된다. 난연성은 질석을 첨가함으로써 향상될 수 있다. 이들 및 다른 알려진 첨가제는 본 발명의 슬러리 제제에 유용하다.
석고 슬러리는 제품을 강화하기 위해 전분을 포함할 수 있다. 전형적인 전분은 옥수수 전분, 밀 전분 및 감자 전분이다. 전분은 예비젤라틴화 전분 또는 산 변형 전분일 수 있다. 당업자는, 생전분을 예비젤라틴화시키는 적절한 방법, 예컨대 약 185℉(85℃) 이상의 온도에서 물에서 생전분을 조리하는 방법 또는 다른 방법을 알게 될 것이다. 포함되는 경우, 예비젤라틴화된 전분은 임의의 적합한 양으로 존재한다. 예를 들어, 포함되는 경우, 예비젤라틴화된 전분은 경화 석고 조성물을 형성하는데 사용되는 혼합물에 첨가되어 경화 석고 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 또한, USG95(United States Gypsum Company, 미국 일리노이주 시카고 소재)와 같은 전분도 코어 강도를 위해 선택적으로 첨가된다.
발포제
발포제는 내부 화학 반응에 의해 생성된 내부 생성 기포를 보충하기 위한 추가 기포를 제조하기 위해 석고 슬러리에 사용될 수 있다. 이들 발포제는 발포 경화 석고 생성물을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 임의의 통상적인 발포제일 수 있다. 다수의 이러한 발포제는 널리 알려져 있고 비누와 같이 상업적으로 쉽게 입수 가능하다.
바람직하게는 발포제는 알킬 벤젠 설포네이트, 지방산 염, 소듐 라우릴 설페이트, 알킬 설페이트 염, 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 소듐 알킬 에테르 설페이트, (소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 술포숙시네이트, 알킬 페놀 에테르 설페이트 및 이세티오네이트로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는 알파-올레핀 설포네이트, 알킬 설포네이트, 알킬벤졸술포네이트 및 알킬 에테르 설페이트 올리고머이다. 또한, 바람직하게는 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 암모늄 C10-C12 알코올 에테르 설페이트, 소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 및 소듐 폴리프로폭시-폴리에톡시-데실 설페이트(분자식 C10H22-O(C3H6-OC2H4-O)x-H2SO4-Na)로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원이다. 가장 바람직하게는 20% 내지 25%의 부틸 디글리콜, 7% 내지 15%의 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 및 3% 내지 5%의 알코올 C10-C16을 포함하는 혼합물이다.
발포제의 한 유형의 예는, 화학식 ROSO3 -M+를 가지며, R은 2 내지 20 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기이고, M은 양이온이다. 바람직하게는, R은 8 내지 12 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기이다. 안정한 발포체를 발생시키는데 유용한 발포제의 한 유형의 예는 화학식 CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3 -M+를 가지며, 상기 X는 2 내지 20의 숫자이고, Y는 0 내지 10의 숫자이고, 발포제의 50 중량% 이상에서는 0보다 크며, M은 양이온이다. 이들 발포제의 블렌드가 또한 사용될 수 있다.
발포체가 시멘트질 슬러리에서 발생되기 전에 폴리비닐 알코올(PVOH)이 발포 안정화제로서 슬러리에 첨가될 수 있다.
첨가제
바람직한 특성을 부여하고 제조를 용이하게 하기 위해 본 발명의 실시에서 슬러리에 사용될 수 있는 첨가제는 실리콘계 소포제, 아크릴레이트 증점제, 셀룰로스 증점제, 무기 충전제 분말, pH 조절제, 바람직하게는 알칸올아민 및 안료뿐만 아니라 상기 언급된 분산제로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택된다.
본 발명의 조성물은 점토 및/또는 무기 충전제 분말, 예컨대, 칼슘 설페이트 디하이드레이트를 포함한다.
점토는 하소되거나 하소되지 않을 수 있다. "하소 점토"라는 용어는 휘발성 화합물을 제거하기 위해, 예를 들어, 가열 등의 열처리를 거친 점토로 이해될 것이다. 대표적인 점토는 애터펄자이트, 몬모릴로나이트, 논트론나이트, 바이델라이트, 볼콘스코이트, 헥토라이트, 사포나이트, 소코나이트; 버미큘라이트; 할로이사이트; 세리사이트; 또는 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
증점제는 셀룰로스 증점제 및 아크릴레이트 증점제로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택된다. 바람직한 셀룰로스 증점제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 메틸 에틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 및 카르복시 메틸 셀룰로스를 포함하며, 가장 바람직하게는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스를 포함한다. 가장 바람직한 셀룰로스 증점제는 하이드록시 메틸 프로필 셀룰로스이다.
다른 잠재적인 증점제는 카제인, 아라비아 검, 구아 검, 트라가칸트 검, 전분, 소듐 알기네이트이다.
바람직한 아크릴레이트 증점제는 하나 이상의 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴산 및 (메트)아크릴산에 기초하는 수용성 공중합체, 예컨대, 아크릴산/아크릴 아미드 및 (메트)아크릴산/아크릴 에스테르 공중합체로부터 선택된다.
또한, 코팅 조성물은 폴리비닐 알코올, 당업자에게 알려진 회합성 증점제, 예컨대, 스티렌/말레산 무수물 중합체 또는 바람직하게는 소수성으로 변형된 폴리에테르우레탄(HEUR), 소수성으로 변형된 아크릴산 공중합체(HASE) 및 폴리에테르폴리올로부터 선택되는 증점제를 포함할 수 있다.
알칼리성 유기 및/또는 알칼리성 무기 화합물은 중화제로서 적합하다. 또한, 수성 암모니아 용액 이외에, 에틸아민, 디메틸아민, 디메틸에탄올아민, 트리에틸아민, 모르폴린, 피페리딘, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디이소프로필아민, 2-아미노-2-메틸 프로판올, 2-N,N-디메틸아미노-2-메틸-프로판올 및 이들 화합물의 혼합물과 같은 휘발성 1차, 2차, 및 3차 아민이 바람직하다.
슬러리는 실리콘계 소포제를 함유할 수 있다. 소포제 또는 발포 방지제는 산업 공정 액체에서 발포체의 형성을 감소시키고 방해하는 화학 첨가제이다. 소포제 및 발포 방지제라는 용어는 종종 상호교환적으로 사용된다. 일반적으로 사용되는 물질은 폴리디메틸실록산 및 기타 실리콘이다. 상기 첨가제는 발포체의 형성을 방지하기 위해 사용되거나 이미 형성된 발포체를 파괴하기 위해 첨가된다. 실리콘계 소포제는 실리콘 백본이 있는 중합체이다. 실리콘 화합물은 실리콘 오일에 분산된 소수성 실리카로 구성된다. 실리콘이 발포 매질에서 빠르게 잘 퍼지도록 하기 위해 유화제가 첨가된다. 실리콘 화합물은 또한 실리콘 글리콜 및 다른 변형된 실리콘 유체를 함유할 것이다. 폴리디메틸실록산은 바람직한 발포 방지제이다.
슬러리는 안료를 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 안료는 의도된 용도에 대해 당업자에게 알려진 모든 안료이다. 본 발명에 따른 수성 제제용으로 바람직한 안료는, 예를 들어, 바람직하게는 루틸, 바륨 설페이트, 아연 옥사이드, 아연 설파이드, 염기성 납 카르보네이트, 안티몬 트리옥사이드 및 리토폰(아연 설파이드 및 바륨 설페이트)의 형태인 티타늄 디옥사이드이다. 그러나, 수성 제제는 또한 착색 안료, 예컨대, 철 옥사이드, 카본 블랙, 흑연, 발광 안료, 아연 옐로우, 아연 그린, 울트라마린, 망간 블랙, 안티몬 블랙, 망간 바이올렛, 파리 블루 또는 슈바인푸르트 그린을 함유할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제제는 무기 안료 이외에 유기 착색 안료, 예컨대, 세피아, 갬보지, 카셋 브라운, 톨루이딘 레드, 파라 레드, 한사 옐로우, 인디고, 아조 염료, 안트라퀴노이드 및 인디고이드 염료 및 디옥사진, 퀴나크리돈, 프탈로시아닌, 이소인돌리논 및 금속 착체 안료를 포함할 수 있다. 티타늄 디옥사이드가 바람직한 안료이다.
슬러리는 또한 펄라이트 또는 폴리스티렌과 같은 경량 충전재를 함유할 수 있다.
슬러리는 마그네슘 하이드록사이드와 같은 pH 변형제를 함유할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 일부 바람직한 구현예를 추가로 예시하고 본 발명의 범위를 벗어나는 방법 및 조성물과 이를 비교하기 위해 제공된다. 다른 언급이 없는 한, 조성물 및 혼합물 중의 물질의 농도는 존재하는 소석고의 중량을 기준으로 한 중량%로 주어진다.
실시예 1-벽 생성의 구체적인 예
발포 석고 벽을 생성하기 위해 사용된 슬러리 생성, 명반 용액 생성, 펌핑, 및 혼합 시스템의 특정 공정은 표 E에 열거된 성분들의 제제를 사용하는 하기와 같다. 모든 퍼센트는 건조(무수) 기준으로 중량%이다. 상기 물질은 석고 보드, 석고 섬유 보드, 유리 매트 외장 및 시멘트 보드와 같은 상이한 기재에 부착되도록 제제화되었다.
Figure pct00009
하기와 같이 벽 보드 사이의 공동을 발포 슬러리로 충전시키기 위해 3 가지 상이한 공정을 수행할 수 있다. 하기 실시예에 대해, 공정 2를 사용하였다.
공정 1:
ㆍ 건식 물질을 배치 공정에서 블렌딩, 포장, 및 슬러리화하였다
ㆍ 명반 용액을 건조 명반 및 물을 혼합하여 생성하였다
ㆍ 두 용액을 펌핑하여 Y형 커넥터를 통해 조합하였다
ㆍ 두 용액을 정적 혼합기를 사용하여 혼합하였다
ㆍ 이어서, 결과적인 혼합 발포 용액을 공동으로 이전하였다
ㆍ 공동에 들어가는 물질은 팽창이 없는 것부터 완전히 팽창된 것까지의 범위였다
ㆍ 공동 내의 물질이 경화되고 건조되었다
공정 2:
ㆍ 건식 물질을 블렌딩하고 포장하였다
ㆍ 포장된 물질을 연속 공정에서 슬러리화하였다
ㆍ 명반 용액의 조달하였다
ㆍ 두 용액을 펌핑하여 Y형 커넥터를 통해 조합하였다
ㆍ 두 용액을 정적 혼합기를 사용하여 혼합하였다
ㆍ 이어서, 결과적인 혼합 발포 용액을 공동으로 이전하였다
ㆍ 공동에 들어가는 물질은 팽창이 없는 것부터 완전히 팽창된 것까지의 범위였다
ㆍ 공동 내의 물질이 경화되고 건조되었다
공정 3:
ㆍ 건식 물질을 블렌딩하고 포장하였다
ㆍ 포장된 물질을 연속 공정에서 슬러리화하였다
ㆍ 명반 용액의 조달하였다
ㆍ 두 용액을 동적 혼합기로 공급하였다
ㆍ 이어서, 결과적인 혼합 발포 용액을 공동으로 이전하였다
ㆍ 공동에 들어가는 물질은 팽창이 없는 것부터 완전히 팽창된 것까지의 범위였다
ㆍ 공동 내의 물질이 경화되고 건조되었다
공정 1, 2 및 3에서 본 발명의 조성물을 사용하면 팽창을 유발하여 공동을 충전시킨다.
발포 슬러리 조성물의 예는 표 F에서 제공된다. 모든 값은 다르게 명시되지 않는 한 건조(무수) 성분의 중량%이다.
Figure pct00010
표 F는 밀도의 광범위한 범위가 물 양, 셀룰로스 증점제 양, 및 반응물의 양을 기준으로 생성될 수 있음을 제시한다.
슬러리 조성물(비-활성화됨)의 비교예의 제제 및 이들의 경화 시간은 표 F1에서 제공된다. 모든 값은 다르게 명시되지 않는 한 건조(무수) 성분의 중량%이다.
Figure pct00011
표 F1은 알루미늄 설페이트 없이 18시간 내지 142일 하에서의 활성화 경화에 대해 만들어진 슬러리를 제시한다. 이 슬러리의 경화 시간은 필요하다면 추가로 연장될 수 있다. 모든 시료를, 14-17 pcf(파운드/입방 피트)의 최종 밀도를 달성하는 1:10의 명반 대 건조 분말 중량비로 활성화시켰다. 이는, 제제가 상이한 사용 적용을 위해 변형될 수 있음을 제시한다. 건조 물질이 혼합되고 즉시 사용되는 경우, 소량의 소듐 폴리아크릴레이트가 필요하다. 건조 물질이 제조되고 습식 상태에서 저장되어야 하는 경우, 더 많은 양의 소듐 폴리아크릴레이트가 필요하다. 시험 범위에서 소듐 폴리아크릴레이트의 양은 최종 생성물에 아무런 효과를 갖지 않는다. CSA 및 소듐 시트레이트에서의 작은 변화는 활성화된 물질의 경화 시간을 5분 내지 7.5분 사이에서 변경시킨다.
실시예 2
이 실시예는 도 9로부터의 속도 A, 속도 B 및 제1 호스 매개변수의 상관관계를 예시한다. 시료 S1-S8은 표 E의 조성물 내에 속하는 제제였다. S1, S2, S3 및 S4는 제제에 대해 권고된 것보다 더 높은 물 대 분말 비로 만들어졌다. S1과 S2의 비교는, 속도 A 및 속도 B를 늦추는 것이 호스에서 더 긴 체류 시간을 초래하여 레올로지 변형제가 수화되는 시간을 제공함을 제시한다. S1과 S3의 비교는, 호스를 늘리는 것이 훨씬 더 긴 체류 시간을 제공하여 레올로지 변형제가 수화되는 더 긴 시간을 제공함을 제시한다. S3과 S4의 비교는, 변형제가 완전히 수화되기 때문에 더 긴 체류 시간이 불필요함을 제시한다. 더욱이, S4는 비혼합된 분말 덩어리가 호스를 빠져나오는 것으로 확인되었기 때문에 불량한 슬러리 혼합 결과를 제시한 반면, S3는 호스를 빠져나오는 매끄러운 슬러리를 가졌다. S1과 S5의 비교는, 더 낮은 물 대 분말 비가 사용되는 경우 심지어 더 짧은 체류 시간에서도 더 높은 점도가 달성될 수 있음을 제시한다. S5와 S6의 비교 또한, A 및 B의 공급 속도를 늦추는 것이 호스에서 더 짧은 체류 시간을 초래하여 레올로지 변형제가 수화되는 시간을 제공함을 제시한다. S5와 S7의 비교 또한, 호스를 늘리는 것이 훨씬 더 긴 체류 시간을 제공하여 레올로지 변형제가 수화되는 더 긴 시간을 제공함을 제시한다. S5와 S8의 비교 또한, 물을 낮추는 것이 발포 물질로서 사용하기에 너무 높은 점도를 갖도록 초래할 수 있음을 제시한다.
Figure pct00012
실시예 3
이 실시예는 점도 및 혼합이 발포에 어떻게 영향을 미치는지 예시한다. 시료 S9-S14는 표 E의 조성물 내에 속하는 제제였다. S9는 사용 가능한 범위 차트에서의 예와 동일하고 대조군 시료이다. S10은 너무 높은 점도를 가져서, 물질이 올바르게 팽창할 수 없게 하였고, 표면 필름이 고점도에서 균열에 취약하기 때문에 기체가 표면에서 방출되게 초래하였다. 더 적은 물은 반응 운동학이 더 빠르게 발생하도록 하여, 더 빠른 경화 시간을 초래하였다. S11 점도는 낮아서, 버블이 표면으로 상승되게 하고 표면 필름 형성을 갖지 않아 기체가 방출되게 하였다. 더 많은 물은 반응 운동학이 더 느리게 발생하도록 하여, 더 느린 경화 시간을 초래하였다. S12는 불량하게 혼합된 슬러리를 사용하여 생성되었다. 물질의 점도 및 팽창은 대조군과 일치하였는데, 왜냐하면 레올로지 변형제가 동일한 농도를 갖지만 치장 벽토가 적절하게 분산되지 않아 더 긴 경화 시간으로 제시되는 불량한 반응 운동학을 초래하였기 때문이다. S13은 불량하게 혼합된 슬러리 및 활성화제와의 불충분한 혼합으로 생성되었다. 불량하게 혼합된 슬러리는 약간 더 낮은 점도를 초래하였고, 활성화제의 불충분한 혼합은 예상된 것보다 훨씬 더 낮은 팽창을 초래하였고, 불량하게 혼합된 슬러리와 불충분한 활성화제 혼합의 조합은 훨씬 더 긴 경화 시간을 초래하였다. S14는 올바르게 혼합된 슬러리 및 불충분한 활성화제 혼합으로 생성되었다. 점도는 약간 더 낮았지만, 불충분한 활성화제 혼합은 예상된 것보다 더 낮은 점도 및 더 긴 경화 시간을 초래하였다.
Figure pct00013
실시예 4
이 실시예는 정적 혼합기가 슬러리와 활성화제 사이의 혼합 효율에 어떻게 영향을 줄 수 있는지 예시한다. 요소의 수는 물질이 정적 혼합기 내부에서 주변으로 유동하는 핀(fin)의 수를 지칭한다. 혼합기는 단지 2 가지 크기, 12 및 6이어서, 조합을 사용하여 상이한 혼합 길이를 생성하였다. 표 I는 12+6 조합이 최저 밀도 생성물 또는 가장 팽창된 생성물을 전달함으로써 가장 효율적인 믹스를 생성함을 제시한다.
Figure pct00014
실시예 5
도 9의 제3 호스의 길이가 상기 호스를 빠져나오는 물질을 어떻게 변경시킬 수 있는지 제시하기 위해, 하기 설정을 사용하고 호스를 빠져나오는 물질에서 이미지를 취하였다. 도 10은 정적 혼합기 이후의 15 피트 길이 1 인치 직경 호스를 빠져나오는 물질을 도시한다. 상기 물질은 부분적으로 팽창된 슬러리이지만 여전히 매끄럽고 일관된 외관을 가진다. 반응으로 인한 부피 증가가 나타나기 시작하지만 유동의 주요 인자는 아니다. 도 11은 정적 혼합기 이후의 25 피트 길이 1 인치 직경 호스를 빠져나오는 물질을 도시한다. 상기 물질은 호스에서 팽창되었고 기체는 슬러리를 물질의 많은 방울로 부수었다. 상기 물질은 또한, 팽창에 의해 유발된 기체 압력으로 인해 훨씬 더 빠르게 호스에서 빠져나오고 있다.
본 발명은 상기 제공된 구현예들에 의해 제한되지 않으며 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
발명의 항목
하기 절은 본 발명의 다양한 양태를 설명한다.
항목 1. 15 내지 90 부피%의 기체 버블을 갖는 발포 석고 슬러리를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 하기 단계를 포함하는, 방법:
물, 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 건조 기준으로 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트; 및 건조 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 제1 호스를 통해 Y형(Wye) 커넥터 도관에 속도 C로 전달하는 단계로서, 여기서, 제1 슬러리는 제1 호스에서 시간 2의 체류 시간을 갖는, 단계;
알루미늄 화합물을 포함하는 명반 용액을 제2 호스를 통해 Y형 커넥터 도관에 속도 D로 전달하는 단계;
상기 제1 슬러리 및 상기 명반 용액을 Y형 커넥터 도관의 각각의 유입 개구를 통과시켜 상기 Y형 커넥터 도관에서 조합하여 상기 Y형 커넥터 도관으로부터 배출 개구를 통해 배출되는 조합된 혼합 스트림을 생성하는 단계;
상기 조합된 혼합 스트림을 정적 혼합기에서 시간 3 동안 혼합하여 칼슘 카르보네이트의 일부를 알루미늄 화합물과 반응시킴으로써 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 CO2를 발생시키고 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
상기 정적 혼합기로부터의 발포 석고 슬러리를 제3 호스를 통해 2개 벽 보드 사이의 공동으로 이전하는 단계로서, 여기서, 상기 제3 호스에서의 체류 시간은 시간 4인, 단계; 및
공동 내의 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
항목 2. 항목 1에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 방법:
칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 칼슘 카르보네이트 및 셀룰로스 증점제를 포함하는 혼합물을 혼합 챔버에 속도 A로 첨가하는 단계;
물을 상기 혼합 챔버에 속도 B로 첨가하는 단계; 및
상기 혼합물을 상기 혼합 챔버에서 물과 시간 1 동안 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계.
항목 3. 항목 2에 있어서, 상기 혼합물은 가속화제, 지연제 및/또는 킬레이트제를 추가로 포함하는, 방법.
항목 4. 항목 2에 있어서, 속도 A는 약 15 내지 약 60 lbs/분이며, 속도 B는 약 10 내지 약 40 lbs/분이며, 속도 C는 약 2 내지 약 10 gpm이며, 속도 D는 약 2 내지 약 15 lbs/분이고, 시간 1은 약 20 내지 약 75초이며, 시간 2는 약 22 내지 약 100초이며, 시간 3은 약 0.005 내지 약 0.040초이고, 시간 4는 약 3 내지 약 15인, 방법.
항목 5. 항목 2에 있어서, 속도 A는 약 15 내지 약 25 lbs/분이며, 속도 B는 약 10 내지 약 20 lbs/분이며, 속도 C는 약 2 내지 약 4 gpm이며, 속도 D는 약 2 내지 약 5 lbs/분이고, 시간 1은 약 45 내지 약 75초이며, 시간 2는 약 50 내지 약 100초이며, 시간 3은 약 0.020 내지 약 0.040초이고, 시간 4는 약 5 내지 약 15인, 방법.
항목 6. 항목 2에 있어서, 속도 A는 약 35 내지 약 60 lbs/분이며, 속도 B는 약 25 내지 약 40 lbs/분이며, 속도 C는 약 5 내지 약 10 gpm이며, 속도 D는 약 5 내지 약 15 lbs/분이고, 시간 1은 약 20 내지 약 35초이며, 시간 2는 약 22 내지 약 38초이며, 시간 3은 약 0.005 내지 약 0.025초이고, 시간 4는 약 3 내지 약 10인, 방법.
항목 7. 항목 2에 있어서, 임의의 선택적으로 첨가된 라텍스 수성 매질 외에도 물 : 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트의 비는 0.2~2:1인, 방법.
항목 8. 항목 2에 있어서, 상기 혼합물은, 상기 혼합물의 상기 성분들의 100 중량부를 기준으로, 하기 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 방법:
0.1 내지 1 중량%의 킬레이트제; 및
0.05 내지 1 중량%의 살생물제.
항목 9. 항목 2에 있어서, 상기 혼합물은, 상기 혼합물의 상기 성분들의 100 중량부를 기준으로, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 추가로 포함하는, 방법:
0.1 내지 10 중량%의, 아크릴산 및(메트)아크릴산을 기초로 하는 소듐 폴리아크릴레이트 및 수용성 공중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 아크릴레이트 증점제;
0.1 내지 10 중량%의 카제인, 아라비아 검, 구아 검, 트라가칸트 검, 전분, 소듐 알기네이트;
0.02 내지 1 중량%의 시트르산, 타르타르산, 말산, 아세트산, 붕산;
0.02 내지 2 중량%의 시트르산의 알칼리 금속 염;
0.02 내지 2 중량%의 가속화제로서, 포타슘 설페이트, 유기 포스폰 화합물, 포스페이트-함유 화합물, 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당(sugar)-함유 조성물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 가속화제;
0.1 내지 5 중량%의 발포제;
1 내지 20 중량%의 라텍스 중합체;
0.01 내지 1 중량%의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올;
0.05 내지 2 중량%의 폴리카르복실레이트 에테르 분산제;
0.05 내지 2 중량%의 폴리포스페이트;
0.01 내지 2 중량%의 나프탈렌 분산제 또는 리그노설포네이트 분산제;
0.05 내지 1 중량%의 살생물제;
0.01 내지 0.5 중량%의 규소계 소포제;
1 내지 5 중량%의, 점토, 안료 입자 및 이들의 조합으로부터 선택되는 무기 입자;
0.05 내지 1%의 폴리에틸렌 옥사이드(PEO).
항목 10. 항목 1 내지 9 중 어느 한 항목에 있어서, 셀룰로스 증점제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 메틸 에틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 카르복시 메틸 셀룰로스로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는, 방법.
항목 11. 항목 2에 있어서, 상기 성분은, 상기 성분들의 100 중량부를 기준으로, 하기를 포함하고:
50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트;
1.5 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트;
1.5 내지 30 중량%의 알루미늄 설페이트;
0 내지 2 중량%의 소듐 시트레이트;
0 내지 2 중량%의, 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당을 포함하는 가속화제;
0.2 내지 3 중량%의, 하이드록시 메틸 프로필 셀룰로스를 포함하는 셀룰로스 증점제;
0 내지 3 중량%의 상기 발포제로서, 여기서, 상기 발포제는 알킬 벤젠 설포네이트, 지방산 염, 소듐 라우릴 설페이트, 알킬 설페이트 염, 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 소듐 알킬 에테르 설페이트, (소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 설포숙시네이트, 알킬 페놀 에테르 설페이트, 및 이세티오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 발포제;
0 내지 20 중량%의, 계면활성제 및 수성 매질에서 고체로서 분산된 라텍스 중합체를 포함하는 라텍스로서; 상기 라텍스 중합체는 아크릴 중합체 및 스티렌 부타디엔 중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는, 라텍스;
0 내지 1 중량%의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올;
0 내지 1 중량%의, 칼슘 하이드록사이드를 포함하는 변형제;
0.1 내지 2 중량%의, 폴리카르복실레이트 분산제, 폴리포스페이트 분산제 및 나프탈렌 분산제로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 분산제,
여기서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 폴리카르복실 에테르 분산제를 포함하고,
상기 나프탈렌 분산제는 베타-나프탈렌 설포네이트, 나프탈렌 설포네이트 포름알데하이드 축합물 및 소듐 나프탈렌 설페이트 포름알데하이드 축합물 중 적어도 하나로부터 선택되고,
상기 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP), 소듐 트리폴리포스페이트(STPP), 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP), 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP), 테트라포타슘 피로포스페이트 및 테트라포타슘 피로포스페이트(TKPP)의 군 중 적어도 하나로부터 선택되는, 분산제;
0 내지 2 중량%의, 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴산/아크릴아미드 및 (메트)아크릴산/아크릴 에스테르 공중합체로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 아크릴레이트 증점제;
0 내지 1 중량%의 킬레이트제로서,
- 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA)
- 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)
- 소듐 폴리아크릴레이트
- 폴리포스페이트로서, 상기 폴리포스페이트가 또한 분산제로서 존재하는 경우, 킬레이트제로서 존재하는 폴리포스페이트는 분산제로서 존재하는 폴리포스페이트에 추가적이고;
0 내지 0.5 중량%의 규소계 소포제;
0 내지 5 중량%의, 점토, 안료 입자 및 이들의 조합으로부터 선택되는 무기 입자;
0 내지 10 중량%의 경량 응결물.
항목 12. 항목 1에 있어서, 알루미늄 화합물은 알루미늄 설페이트 및 포타슘 알루미늄 설페이트로부터 선택되는, 방법.
항목 13. 항목 1에 있어서, 적절한 전단력이 혼합 공정 동안 슬러리 내의 쉘 내 캡슐화된 분말 입자의 입자에 가해질 때, 상기 알루미늄 화합물은 상기 분말의 제어 방출을 위한 쉘 내 캡슐화된 분말 입자를 포함하는, 방법.
항목 14. 항목 1에 있어서, 알루미늄 화합물은 수용성 코팅으로 코팅된 입자를 포함하는, 방법.
항목 15. 항목 2에 있어서, 상기 혼합물은 펄라이트 및 폴리스티렌 중 적어도 하나로부터 선택되는 경량 응결물을 추가로 포함하는, 방법.
항목 16. 항목 1 내지 15 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 발포 석고 슬러리는 약 10 pcf 내지 약 80 pcf의 밀도를 갖는, 방법.
항목 17. 하기 단계를 포함하는 방법:
공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계로서, 여기서, 상기 제1 발포 석고 슬러리는 항목 1 내지 16 중 어느 한 항목의 방법에 의해 제조되는, 단계;
공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도를 얻고 경화하여, 그린 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
항목 1 내지 16 중 어느 한 항목의 방법에 따라 제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
공동을 상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계; 및
상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
항목 18. 하기 단계를 포함하는 방법:
공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도를 얻고 경화하여, 그린 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
공동을 상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
여기서, 상기 제1 발포 석고 슬러리 및 제2 발포 석고 슬러리는 독립적으로, 물, 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 건조 기준으로 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트; 및 건조 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하고 15 내지 90 부피%의 기체 버블을 갖는, 단계; 및
상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
항목 19. 항목 18에 있어서, 상기 공동은 벽 보드에 의해 적어도 부분적으로 형성된 벽을 포함하는, 방법.
항목 20. 항목 19에 있어서, 상기 벽 보드는, 상기 공동이 충전되는 경우 폼워크(formwork)가 상기 제1 또는 제2 발포 석고 슬러리와 접촉하지 않도록 상기 폼워크에 부착되는, 방법.

Claims (10)

15 내지 90 부피%의 기체 버블을 갖는 발포 석고 슬러리를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 하기 단계를 포함하는, 방법:
물, 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 건조 기준으로 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트; 및 건조 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 제1 호스를 통해 Y형(Wye) 커넥터 도관에 속도 C로 전달하는 단계로서, 여기서, 제1 슬러리는 제1 호스에서 시간 2의 체류 시간을 갖는, 단계;
알루미늄 화합물을 포함하는 명반 용액을 제2 호스를 통해 상기 Y형 커넥터 도관에 속도 D로 전달하는 단계;
상기 제1 슬러리 및 상기 명반 용액을 상기 Y형 커넥터 도관의 각각의 유입 개구를 통과시켜 상기 Y형 커넥터 도관에서 조합하고, 상기 Y형 커넥터 도관으로부터 배출 개구를 통해 배출되는 조합된 혼합 스트림을 생성하는 단계;
상기 조합된 혼합 스트림을 정적 혼합기에서 시간 3 동안 혼합하여 칼슘 카르보네이트의 일부를 알루미늄 화합물과 반응시킴으로써 칼슘 카르보네이트의 적어도 일부를 활성화시켜 CO2를 발생시키고 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
상기 정적 혼합기로부터의 발포 석고 슬러리를 제3 호스를 통해 2개 벽 보드 사이의 공동으로 이전하는 단계로서, 여기서, 상기 제3 호스에서의 체류 시간은 시간 4인, 단계; 및
공동 내의 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
제1항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 방법:
칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 칼슘 카르보네이트 및 셀룰로스 증점제를 포함하는 혼합물을 혼합 챔버에 속도 A로 첨가하는 단계;
물을 상기 혼합 챔버에 속도 B로 첨가하는 단계; 및
상기 혼합물을 상기 혼합 챔버에서 물과 시간 1 동안 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계.
제2항에 있어서, 속도 A는 약 15 내지 약 60 lbs/분이며, 속도 B는 약 10 내지 약 40 lbs/분이고, 속도 C는 약 2 내지 약 10 gpm이며, 속도 D는 약 2 내지 약 15 lbs/분이고, 시간 1은 약 20 내지 약 75초이며, 시간 2는 약 22 내지 약 100초이고, 시간 3은 약 0.005 내지 약 0.040초이며, 시간 4는 약 3 내지 약 15인, 방법.
제2항에 있어서, 상기 성분은, 상기 성분들의 100 중량부를 기준으로, 하기를 포함하는, 방법:
50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트;
1.5 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트;
1.5 내지 30 중량%의 알루미늄 설페이트;
0 내지 2 중량%의 소듐 시트레이트;
0 내지 2 중량%의, 칼슘 설페이트 디하이드레이트 및 당을 포함하는 가속화제;
0.2 내지 3 중량%의, 하이드록시 메틸 프로필 셀룰로스를 포함하는 셀룰로스 증점제;
0 내지 3 중량%의 상기 발포제로서, 여기서, 상기 발포제는 알킬 벤젠 설포네이트, 지방산 염, 소듐 라우릴 설페이트, 알킬 설페이트 염, 소듐 라우릴 에테르 설페이트, 소듐 알킬 에테르 설페이트, (소듐 C14-16 올레핀 설포네이트, 알파-올레핀 설포네이트, 포스페이트 에스테르, 설포숙시네이트, 알킬 페놀 에테르 설페이트, 및 이세티오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 발포제;
0 내지 20 중량%의, 계면활성제 및 수성 매질에서 고체로서 분산된 라텍스 중합체를 포함하는 라텍스로서; 상기 라텍스 중합체는 아크릴 중합체 및 스티렌 부타디엔 중합체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는, 라텍스;
0 내지 1 중량%의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올;
0 내지 1 중량%의, 칼슘 하이드록사이드를 포함하는 변형제;
0.1 내지 2 중량%의, 폴리카르복실레이트 분산제, 폴리포스페이트 분산제 및 나프탈렌 분산제로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 분산제;
여기서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 폴리카르복실 에테르 분산제를 포함하고,
상기 나프탈렌 분산제는 베타-나프탈렌 설포네이트, 나프탈렌 설포네이트 포름알데하이드 축합물 및 소듐 나프탈렌 설페이트 포름알데하이드 축합물 중 적어도 하나로부터 선택되고,
상기 폴리포스페이트 분산제는 소듐 트리메타포스페이트(STMP), 소듐 트리폴리포스페이트(STPP), 포타슘 트리폴리포스페이트(KTPP), 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP), 테트라포타슘 피로포스페이트 및 테트라포타슘 피로포스페이트(TKPP)의 군 중 적어도 하나로부터 선택되는, 분산제;
0 내지 2 중량%의, 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴산/아크릴아미드 및 (메트)아크릴산/아크릴 에스테르 공중합체로 이루어진 군 중 적어도 하나의 구성원으로부터 선택되는 아크릴레이트 증점제;
0 내지 1 중량%의 킬레이트제로서,
- 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA)
- 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)
- 소듐 폴리아크릴레이트
- 폴리포스페이트로서, 상기 폴리포스페이트가 또한 분산제로서 존재하는 경우, 킬레이트제로서 존재하는 폴리포스페이트는 분산제로서 존재하는 폴리포스페이트에 추가적이고;
0 내지 0.5 중량%의 규소계 소포제;
0 내지 5 중량%의, 점토, 안료 입자 및 이들의 조합으로부터 선택되는 무기 입자;
0 내지 10 중량%의 경량 응결물.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄 화합물은 알루미늄 설페이트 및 포타슘 알루미늄 설페이트로부터 선택되는, 방법.
제1항에 있어서, 적절한 전단력이 혼합 공정 동안 슬러리 내의 쉘 내 캡슐화된 분말 입자의 입자에 가해질 때, 상기 알루미늄 화합물은 상기 분말의 제어 방출(controlled release)을 위한 쉘 내 캡슐화된 분말 입자를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 알루미늄 화합물은 수용성 코팅으로 코팅된 입자를 포함하는, 방법.
하기 단계를 포함하는 방법:
공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계로서, 여기서, 상기 제1 발포 석고 슬러리는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는, 단계;
공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도(green strength)를 얻고 경화하여, 그린(green) 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
공동을 상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계; 및
상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
하기 단계를 포함하는 방법:
공동을 제1 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제1 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
공동 내의 제1 발포 석고 슬러리가 팽창하고 유의한 그린 강도를 얻고 경화하여, 그린 발포 석고 생성물을 생성하도록 하는 단계;
제2 발포 석고 슬러리를 생성하는 단계;
공동을상기 그린 발포 석고 생성물의 상부 상의 제2 발포 석고 슬러리로 약 6 인치 내지 약 10 피트의 상기 공동 내의 제2 충전 수직 거리까지 충전시키는 단계;
여기서, 상기 제1 발포 석고 슬러리 및 제2 발포 석고 슬러리는 독립적으로, 물, 건조 기준으로 50 내지 98 중량%의 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트, 건조 기준으로 1 내지 50 중량%의 칼슘 카르보네이트; 및 건조 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 셀룰로스 증점제를 포함하고 15 내지 90 부피%의 기체 버블을 갖는, 단계; 및
상기 공동 내의 제2 발포 석고 슬러리가 팽창, 경화 및 건조되도록 하는 단계.
9항에 있어서, 상기 벽 보드는, 상기 공동이 충전되는 경우 폼워크(formwork)가 상기 제1 또는 제2 발포 석고 슬러리와 접촉하지 않도록 상기 폼워크에 부착되는, 방법.
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