Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к гипсовым композициям и способам их получения. Более конкретно, данное изобретение относится к затвердевшим гипсовым композициям с пониженной плотностью, а также к способам их получения.
Предпосылки изобретения
Затвердевший гипс (дигидрат сульфата кальция) представляет собой хорошо известный материал, обычно входящий в состав многих видов изделий. В качестве примера, затвердевший гипс является основным компонентом готовых изделий, получаемых с применением традиционных видов штукатурки (например, покрытые штукатуркой внутренние строительные стены), а также покрытых бумагой гипсовых плит, применяемых при обычном сухом строительстве внутренних стен и потолков зданий. Кроме того, затвердевший гипс является основным компонентом слоистых плит из волокон гипса/целлюлозы и изделий, а также входит в состав материалов, применяемых для заполнения и выравнивания соединений между краями гипсовых плит. Это также относится ко многим специальным материалам, например материалам, применяемым для моделирования и изготовления форм, обрабатываемых на точных станках, а также для получения изделий, содержащих большое количество затвердевшего гипса.
Обычно такие гипсосодержащие изделия получают в результате формования смеси кальцинированного гипса (полугидрат сульфата кальция и/или ангидрит сульфата кальция) и воды (а также, при необходимости, других компонентов). Смесь заливают в нужную форму или на поверхность, а затем дают ей возможность затвердеть, образуя затвердевший (т.е. повторно гидратированный) гипс в результате взаимодействия кальцинированного гипса с водой для получения матрицы из кристаллического гидратированного гипса (дигидрат сульфата кальция). Именно желательная гидратация кальцинированного гипса обеспечивает образование переплетенной матрицы из затвердевших гипсовых кристаллов, тем самым придавая прочность гипсовой структуре в гипсосодержащем изделии. Для удаления оставшейся свободной (т.е. непрореагировавшей) воды и получения сухого изделия применяют легкое нагревание.
Не прекращаются попытки изготовления более легких гипсосодержащих изделий путем замены материалов с низкой плотностью (например, вспученный перлит или воздушные пустоты) на детали из матрицы, включающей затвердевший гипс, к примеру, для улучшения акустических и/или изоляционных свойств, а также обрабатываемости и транспортабельности. Однако предпринятые попытки существенного снижения массы гипсосодержащих изделий не были вполне удачными, поскольку, например, несмотря на то, что для получения объема пустот, необходимого для получения гипсосодержащих изделий более низкой плотности, может быть использовано значительное количество пены, такие изделия могут, например, тем не менее не достичь желаемого уровня акустических и изоляционных свойств. В результате получение гипсосодержащих изделий низкой плотности сопровождается возможным побочным действием, вызываемым сравнительно большим количеством применяемых вспенивающих агентов, а не достижением желаемого в некоторых случаях результата. Недавно в патенте США №5041333 была описана гипсовая плита, сформованная из волокнистого кальцинированного гипса. Получение волокнистого кальцинированного гипса требует много времени и является дорогостоящим, тем самым делая применение волокнистого кальцинированного гипса для получения гипсовых плит также дорогостоящим.
Другой проблемой, связанной с изготовлением гипсосодержащих изделий существенно более низкой плотности, является то, что стабильность их размеров может быть нарушена во время их получения, обработки и коммерческого использования. Например, при получении изделий из затвердевшего гипса в матрице после затвердения гипса обычно остается значительное количество свободной (т.е. непрореагировавшей) воды. При сушке затвердевшего гипса с целью удаления избыточной воды переплетенные кристаллы затвердевшего гипса в матрице проявляют тенденцию к сближению по мере выпаривания воды. В этом отношении, по мере того как вода покидает промежутки между кристаллами в гипсовой матрице, данная матрица проявляет тенденцию к усадке в результате действия естественных сил затвердевшего гипса, оказывавших сопротивление капиллярному давлению, оказываемому водой на кристаллы гипса. По мере увеличения количества воды в водной кальцинированной гипсовой смеси проблема сохранения стабильности размеров возрастает.
Стабильность размеров также вызывает беспокойство даже после конечной реализации высушенного изделия, особенно в условиях переменных температур и влажности, действующих на затвердевший гипс, например, вызывая его расширение и усадку. К примеру, влага, удерживаемая в промежутках между кристаллами гипсовой матрицы гипсовой плиты или керамической плитки, в условиях высокой влажности может усилить образование потоков, вызывая расширение увлажненной плиты.
Устранение или сведение к минимуму проблемы нестабильности размеров приведет к различным положительным результатам. Например, существующие способы получения гипсовых плит станут более эффективными, если плиты не будут давать усадку во время сушки, а гипсосодержащие изделия, которым необходимо надежно сохранять точную форму и пропорции размеров (например, в моделировании и при изготовлении форм), будут лучше отвечать своему назначению.
Соответственно, из вышеизложенного следует, что в данной области существует потребность в затвердевшей гипсовой композиции, имеющей низкую плотность без необходимости включения в нее большого количества легкого наполнителя или воздушных пустот, создаваемых пеной. Из вышеизложенного также следует, что в данной области существует потребность в такой композиции из затвердевшего гипса низкой плотности, обладающей улучшенной стабильностью размеров, изоляционными и/или акустическими свойствами. Данное изобретение предусматривает такую композицию из затвердевшего гипса и способ ее получения. Указанные и иные преимущества настоящего изобретения, равно как и дополнительные отличительные признаки, станут очевидными из нижеследующего описания данного изобретения.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение предусматривает композицию из затвердевшего гипса и способы ее получения. Преимуществом композиции из затвердевшего гипса в соответствии с данным изобретением является то, что она имеет низкую плотность и улучшенную стабильность размеров (т.е. сопротивление к усадке), изоляционные и/или акустические свойства.
Один из аспектов настоящего изобретения предусматривает гипсовую композицию, получаемую способом, включающим формование смеси, применяя по меньшей мере кальцинированный гипс и воду. Весовое соотношение воды и кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, желательно должно составлять по меньшей мере приблизительно 3:1. В соответствии с данным вариантом композицию из затвердевшего гипса получают, например, из кальцинированного гипса, включающего по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса. Смесь держат в условиях, достаточных для получения из кальцинированного гипса матрицы из затвердевшего гипса.
Другой аспект настоящего изобретения предусматривает композицию из затвердевшего гипса, получаемую способом, включающим формование смеси, применяя по меньшей мере кальцинированный гипс и воду, при этом весовое соотношение воды и кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, составляет по меньшей мере приблизительно 4,5:1. Смесь держат в условиях, достаточных для получения из кальцинированного гипса матрицы из затвердевшего гипса.
Следующий аспект настоящего изобретения предусматривает композицию из затвердевшего гипса, получаемую способом, включающим формование смеси, применяя кальцинированный гипс, воду и усиливающий материал, выбранный из группы, включающей триметафосфатное соединение, полифосфат аммония, имеющий 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев, поликарбоновое соединение, поверхностно-активное вещество, а также их сочетания. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения весовое соотношение воды и кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, составляет по меньшей мере приблизительно 3:1. Смесь держат в условиях, достаточных для получения из кальцинированного гипса матрицы из затвердевшего гипса.
Очередной аспект данного изобретения предусматривает композицию из затвердевшего гипса, включающую непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. Матрица включает гипс и пустоты из-под выпаренной воды. Объем пустот из-под выпаренной воды в матрице желательно должен составлять по меньшей мере около 69% по результатам определения объема пустот из-под выпаренной воды (EWW), описываемого ниже. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения композицию из затвердевшего гипса получают, например, из кальцинированного гипса, включающего по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса.
Дальнейший аспект настоящего изобретения предусматривает композицию из затвердевшего гипса, включающую непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса, при этом матрица включает гипс и пустоты из-под выпаренной воды, а объем пустот из-под выпаренной воды в матрице составляет по меньшей мере около 69% по результатам определения EWW. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения композицию из затвердевшего гипса получают, т.е. формуют из усиливающего материала, выбранного из группы, включающей триметафосфатное соединение, полифосфат аммония, имеющий 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев, поликарбоновое соединение, поверхностно-активное вещество, а также их сочетания.
Следующий аспект настоящего изобретения предусматривает композицию из затвердевшего гипса, включающую непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса, при этом матрица включает гипс и пустоты из-под выпаренной воды, а объем пустот из-под выпаренной воды в матрице составляет по меньшей мере около 80% (например, приблизительно от 80 до 97%) по результатам определения EWW.
В качестве примера, гипсовые композиции в соответствии с данным изобретением могут быть получены в виде плиты. Плита может иметь вид изделия, такого как, например, стенная плита, внутренняя часть двери, структурный, изолированный компонент панельной системы, акустическая керамическая плитка, изолирующая панель и т.п. В данном отношении изделие также может включать несколько плит (например, в виде слоев). К примеру, изделие может включать вторую, более плотную, гипсовую плиту таким образом, чтобы плотность второй гипсовой плиты была выше плотности плиты, включающей гипсовую композицию в соответствии с данным изобретением.
Изобретение станет более понятным со ссылкой на предлагаемые чертежи, а также из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическое изображение соединения композита из слоев гипсовой плиты в соответствии с одним из аспектов данного изобретения.
Фиг.2 - перспективный вид изделия в виде потолочной плитки в соответствии с другим аспектом данного изобретения.
Фиг.3 - схематическое изображение ламинированного композита в соответствии со следующим аспектом данного изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предусматривает композицию из затвердевшего гипса низкой плотности, включающую непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса, имеющей повышенный объем пустот из-под выпаренной воды. Композицию из затвердевшего гипса низкой плотности предпочтительно получают из смеси (например, взвесь), имеющей повышенное отношение воды к кальцинированному гипсу.
Кальцинированный гипс может быть волокнистым или неволокнистым. Неволокнистый кальцинированный гипс представляет собой обычный кальцинированный гипс, который может быть получен в соответствии с обычными, известными в данной области способами в обжигательной печи (например, с котлом или вращающейся) при нормальном атмосферном давлении, как, например, описано в патенте США №2341426. Волокнистый кальцинированный гипс описан, к примеру, в патентах США 4029512 и 5041333. Предпочтительно по меньшей мере 30 мас.% гипсовой композиции формуют, например, из неволокнистого кальцинированного гипса. Более предпочтительно, по меньшей мере 50 мас.% гипсовой композиции формуют, например, из неволокнистого кальцинированного гипса, при этом в соответствии с некоторыми вариантами кальцинированный гипс, применяемый для получения взвеси (или смеси), из которой отливают композицию из затвердевшего гипса, по существу состоит из неволокнистого кальцинированного гипса.
Кальцинированный гипс может быть в виде полугидрата сульфата альфа-кальция, полугидрата сульфата бета-кальция, водорастворимого ангидрида сульфата кальция либо их смесей. Кальцинированный гипс предпочтительно включает по меньшей мере 30% полугидрата сульфата бета-кальция, а более предпочтительно по меньшей мере 50% полугидрата сульфата бета-кальция. В соответствии с некоторыми вариантами кальцинированный гипс по существу состоит из полугидрата сульфата бета-кальция.
В частности, композиция из затвердевшего гипса в соответствии с данным изобретением характеризуется относительно рыхлой и открытой структурой благодаря увеличенному объему пустот из-под выпаренной воды, присутствующей в непрерывной фазе матрицы из затвердевшего гипса. Улучшенный объем пустот из-под воды может быть, к примеру, получен в результате повышенного отношения воды к кальцинированному гипсу в смеси, используемой для получения композиции из затвердевшего гипса. Переплетенную матрицу из затвердевшего гипса из кристаллов различных размеров и форм, в некоторой степени в зависимости от соотношения воды и кальцинированного гипса в смеси, применяемой для получения композиции из затвердевшего гипса. Например, в соответствии с некоторыми вариантами длина кристаллов относительно велика (к примеру, приблизительно от 10 мкм до 40 мкм и выше, по меньшей мере в одном направлении), при этом кристаллы могут иметь различные конфигурации, например, игл, пластинок и т.п., либо их сочетания.
Предлагаемая композиция из затвердевшего гипса по существу имеет необходимую низкую плотность, демонстрируя при этом, что достаточная прочность и устойчивость к механической деформации (например, устойчивость против образования потеков) является полезной, несмотря на увеличенный объем пустот из-под выпаренной воды в матрице из затвердевшего гипса. Кроме того, композиция из затвердевшего гипса в соответствии с данным изобретением проявляет стабильность размеров, оказывая сопротивление при усадке (например, вызванной нагрузкой при сушке) в процессе получения композиции из затвердевшего гипса, даже с учетом повышенного содержания воды, присутствующей во время получения композиции из затвердевшего гипса. Более того, увеличенный объем пустот из-под выпаренной воды в композиции из затвердевшего гипса способствует получению нужных акустических свойств, поскольку рыхлая структура, связанная с увеличенным объемом пустот из-под выпаренной воды в композиции из затвердевшего гипса, обеспечивает увеличенное пространство в композиции из затвердевшего гипса для поглощения звука, таким образом снижая объем отражаемого звука и объем звука, пропускаемого предлагаемой композицией из затвердевшего гипса.
В соответствии с настоящим изобретением композиция из затвердевшего гипса включает непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. Данная матрица включает гипс и увеличенный объем пустот из-под выпаренной воды. Указанный объем отражен в непрерывной фазе, исключающей все прерывности помимо пустот из-под выпаренной воды, такие как, например, прерывности, вызванные присутствием бумажных волокон, легкого наполнителя или воздушные пустоты из-под пены в композиции. В соответствии с некоторыми вариантами объем пустот из-под выпаренной воды в матрице составляет по меньшей мере около 69 (например, приблизительно от 69% до 97%) по результатам определения EWW. Объем пустот из-под выпаренной воды составляет предпочтительно приблизительно от 74 до 96% по результатам определения EWW. Например, в некоторых случаях объем пустот из-под выпаренной воды в матрице составляет приблизительно от 79 до 89% по результатам определения EWW.
В соответствии с некоторыми вариантами композицию из затвердевшего гипса по данному изобретению получают способом, включающим формование смеси (например, взвесь), применяя кальцинированный гипс и воду при весовом отношении воды к кальцинированному гипсу, составляющему по меньшей мере приблизительно 3:1. Смесь держат в условиях, достаточных для получения из кальцинированного гипса матрицы из затвердевшего гипса. Весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемому для получения смеси, предпочтительно составляет приблизительно от 3:1 до 12:1, если кальцинированный гипс включает по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса. Более предпочтительно, весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемому для получения смеси, составляет приблизительно от 4,5:1 до 9:1, еще более предпочтительно весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемому для получения смеси, составляет приблизительно от 5:1 до 8:1. В соответствии с данными вариантами неволокнистый кальцинированный гипс предпочтительно представляет собой полугидрат сульфата бета кальция.
В соответствии с некоторыми вариантами композицию из затвердевшего гипса по данному изобретению получают способом, включающим формование смеси (например, взвесь), включающей воду и волокнистый или неволокнистый кальцинированный гипс либо вместе волокнистый и неволокнистый кальцинированный гипс в различных сочетаниях или приготовлениях при весовом отношении воды к кальцинированному гипсу, составляющему по меньшей мере приблизительно от 4,5:1 до 12:1. Весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемое для получения смеси в соответствии с данным вариантом, желательно составляет приблизительно от 5:1 до 8:1, а более предпочтительно приблизительно от 5:1 до 7:1.
Предлагаемая композиция из затвердевшего гипса желательно должна иметь относительно низкую плотность. Только в качестве примера, в соответствии с некоторыми вариантами гипсовая композиция имеет плотность, составляющую приблизительно около 20 фунтов/фут3 (≈320 кг/м3) и ниже, такую как, например, около 15 фунтов/фут3 (≈240 кг/м3) и ниже либо, в соответствии с некоторыми вариантами, около 12 фунтов/фут3 (≈192 кг/м3 ) и ниже.
Композицию из затвердевшего гипса в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно получают, включая один или несколько усиливающих материалов в водную смесь из кальцинированного гипса, обеспечивая прочность и/или стабильность размеров (например, сводя к минимуму усадку, вызванную нагрузками при сушке) в процессе получения затвердевшей гипсовой композиции. Усиливающие материалы желательно выбирают таким образом, чтобы они не замедляли либо не оказывали какого-либо иного нежелательного действия на образование предлагаемой композиции из затвердевшего гипса. В качестве примера, усиливающий материал может представлять собой триметафосфатное соединение, полифосфат аммония, имеющий 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев, поликарбоновое соединение либо поверхностно-активное вещество. Один и более из каждого вида усиливающего материала могут быть использованы при осуществлении данного изобретения. Могут быть также использованы различные сочетания усиливающих материалов. Например, могут быть использованы триметафосфатное соединение и одно или несколько из следующих соединений: полифосфат аммония, поликарбоновое соединение и поверхностно-активное вещество. Далее, в качестве примера, могут быть использованы полифосфат аммония и одно или несколько из следующих соединений: триметафосфат, поликарбоновое соединение и поверхностно-активное вещество.
В процессе получения композиции из затвердевшего гипса к водной смеси кальцинированного гипса может быть добавлен усиливающий материал в любом подходящем количестве, например в количестве, составляющем приблизительно от 0,01 до 5 мас.% от кальцинированного гипса. Усиливающий материал предпочтительно добавляют или включают в водную смесь кальцинированного гипса в количестве, составляющем приблизительно от 0,1 до 5 мас.% от кальцинированного гипса, и более предпочтительно усиливающий материал добавляют или включают в водную смесь кальцинированного гипса в количестве, составляющем приблизительно от 0,5 до 2 мас.% от кальцинированного гипса.
Особенно предпочтительным является применение триметафосфатного соединения (например, его соль или анионная часть). Включение триметафосфатного соединения в процессе гидратации кальцинированного гипса для получения затвердевшего гипса обеспечивает повышенную прочность, включая устойчивость к механической деформации (например, образование потеков) затвердевшего гипса. В этом отношении повышение прочности, наблюдаемое в результате применения триметафосфатного соединения, является особенно желательным благодаря пониженной плотности и увеличенному объему пустот из-под выпаренной воды в переплетенной матрице из затвердевшего гипса. Триметафосфатное соединение, к примеру, может иметь вид соли, например триметафосфат натрия, триметафосфат кальция, триметафосфат натрия-кальция, триметафосфат калия, триметафосфат аммония, триметафосфат лития и т.п. Могут быть также использованы сочетания указанных солей. В соответствии с некоторыми вариантами триметафосфатное соединение представляет собой триметафосфат натрия.
В случае его применения, триметафосфатное соединение может быть использовано как таковое либо в сочетании с по меньшей мере одним полифосфатом аммония, имеющим 500-3000 повторяющихся звеньев, по меньшей мере одним поликарбоновым соединением и/или поверхностно-активным веществом. В случае его применения, количество триметафосфатного соединения, добавляемого или включаемого в смесь из воды/кальцинированного гипса, применяемую для получения композиции из затвердевшего гипса, предпочтительно составляет приблизительно от 0,1 до 2 мас.% от кальцинированного гипса, и более предпочтительно количество триметафосфатного соединения, добавляемого или включаемого в водную смесь из кальцинированного гипса, составляет приблизительно от 0,5 до 1 мас.% от кальцинированного гипса.
Полифосфат аммония (например, соль или анионная часть) предпочтительно имеет около 1000-3000 повторяющихся звеньев. В случае его применения, количество полифосфата аммония, добавляемого или включаемого в смесь из воды/кальцинированного гипса, применяемую для получения композиции из затвердевшего гипса, предпочтительно составляет от 0,1 до 2 мас.% от кальцинированного гипса, и более предпочтительно количество полифосфата аммония, добавляемого или включаемого в водную смесь кальцинированного гипса, составляет приблизительно от 0,5 до 1 мас.% от кальцинированного гипса.
Поликарбоновое соединение (например, его кислота, соль или анионная часть) включает по меньшей мере две солевые или ионные группы карбоксилата, по меньшей мере две группы карбоновой кислоты либо по меньшей мере одну солевую или ионную группу карбоксилата и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты. Поликарбоновое соединение предпочтительно является водорастворимым. Поликарбоновые соединения выгодны, поскольку, как полагают, они способствуют связыванию кристаллов при образовании переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. В результате этого поликарбоновые соединения хорошо улучшают прочность, тем самым помогая снизить ущерб, наносимый композиции из затвердевшего гипса во время транспортировки и обработки, а также улучшая стабильность размеров композиции из затвердевшего гипса. Поликарбоновые соединения в соответствии с данным изобретением предпочтительно имеют молекулярную массу, составляющую приблизительно от 100000 дальтон до 1 миллиона дальтон. Поликарбоновые соединения, имеющие более высокую молекулярную массу, менее желательны, потому что вязкость слишком высока, в то время как поликарбоновые соединения, имеющие более низкую молекулярную массу (постепенно уменьшаясь до величины ниже 100000 дальтон), менее эффективны.
В соответствии с некоторыми вариантами поликарбоновое соединение имеет молекулярную массу, составляющую приблизительно от 200000 до 700000 дальтон, предпочтительно молекулярную массу приблизительно от 400000 до 600000 дальтон (например, около 500000 дальтон). В качестве примера, а не ограничения, поликарбоновое соединение может быть выбрано из полиакрилатов, полиметакрилатов, полиэтакрилатов и т.п. либо их сочетаний. В соответствии с некоторыми вариантами поликарбоновое соединение представляет собой полиакрилат; в этом случае полиакрилат предпочтительно имеет молекулярную массу, составляющую приблизительно от 200000 до 700000, более предпочтительно приблизительно от 400000 до 600000 дальтон. В качестве примера, одним из подходящих полиакрилатов является ACRYSOL® 644, изготавливаемый для промышленных целей Rohm &, Haas, Philadelphia, Pennsylvania.
В случае его применения, количество поликарбонового соединения, добавляемого или включаемого в смесь воды/кальцинированного гипса, применяемую для получения композиции из затвердевшего гипса, предпочтительно составляет приблизительно от 0,05 до 2 мас.% от кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, и более предпочтительно количество поликарбонового соединения, добавляемого или включаемого в водную смесь кальцинированного гипса, составляет приблизительно от 0,1 до 0,4 мас.% от кальцинированного гипса.
Следует отметить, что поликарбоновое соединение может быть включено как таковое либо в сочетании с другими усиливающими материалами. Например, поликарбоновое соединение может быть включено вместе с триметафосфатным соединением, полифосфатом аммония, имеющим 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев (например, 1000-8000 повторяющихся фосфатных звеньев), и/или поверхностно-активным веществом.
Включение одного или более поверхностно-активных веществ в смесь воды/кальцинированного гипса в процессе получения гипсовой композиции в соответствии с данным изобретением обеспечивает снижение поверхностного натяжения смеси и в свою очередь способствует снижению нагрузки при сушке, таким образом сводя к минимуму усадку композиции из затвердевшего гипса. В этом отношении полагают, что в результате снижения поверхностного натяжения водной смеси кальцинированного гипса капиллярное давление, оказываемое жидкостью на кристаллы гипса, снижается, равно как и соответствующая сила сопротивления гипсовых кристаллов водной жидкости, тем самым снижая тенденцию структуры переплетенной кристаллической матрицы к усадке при выпаривании непрореагировавшей водной жидкости из матрицы. Соответственно, поверхностно-активные вещества, особенно применимые для осуществления данного изобретения, предпочтительно должны характеризоваться способностью снижать поверхностное натяжение воды до величины, приблизительно составляющей около 40 дин/см или ниже. Более предпочтительно поверхностно-активное вещество должно характеризоваться способностью снижать поверхностное натяжение воды до величины, приблизительно составляющей около 35 дин/см или ниже. Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются ими, поверхностно-активные вещества на основе гликоля ацетиленового ряда, фторсодержащие поверхностно-активные вещества и кремнийсодержащие поверхностно-активные вещества. В смесь, используемую для образования композиции из затвердевшего гипса, могут быть включены одно или несколько поверхностно-активных веществ, также могут быть использованы разнообразные сочетания различных видов поверхностно-активных веществ.
Примером поверхностно-активного вещества на основе гликоля ацетиленового ряда может служить DYNOL® 604, изготавливаемый для промышленных целей Air Products of Lehigh Valley, Pennsylvania. Иллюстративные фторсодержащие поверхностно-активные вещества могут быть в виде анионных фторсодержащих поверхностно-активных веществ типа сульфоната натрийалкила (например, LODYNE® S-103 A), катионных фторсодержащих поверхностно-активных веществ типа хлорида алкиламмония (например, LODYNE® S-106 А) либо амфотерных фторсодержащих поверхностно-активных веществ типа алкиламинокислоты (например, LODYNE® S-100). Примером подходящего поверхностно-активного вещества в соответствии с данным изобретением также является смесь фторсодержащих/кремнийсодержащих поверхностно-активных веществ, изготавливаемых для промышленных целей в виде LODYNE® S-228M. Поверхностно-активные вещества серии LODYNE® коммерчески доступны от Ciba, of Basel, Switzerland.
Поверхностно-активное вещество может быть добавлено в любом подходящем эффективном количестве. Предпочтительно количество поверхностно-активного вещества, добавляемого или включаемого в смесь воды/кальцинированного гипса, составляет приблизительно от 0,01 до 1% и выше, более предпочтительно количество поверхностно-активного вещества, добавляемого или включаемого в водную смесь кальцинированного гипса, составляет приблизительно от 0,05 до 0,2 мас.% от кальцинированного гипса. Следует отметить, что поверхностно-активное вещество может присутствовать как единственный усиливающий материал в гипсовой композиции либо оно может присутствовать в сочетании с другими усиливающими материалами, такими как, например, триметафосфатное соединение, полифосфат аммония, имеющий 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев (к примеру, 1000-3000 повторяющихся звеньев), поликарбоновое соединение или их смеси.
Гипсовая композиция также может включать необязательные добавки, такие как (но не ограничиваясь ими) упрочняющая добавка, связующее (например, полимеры, такие как латекс), вспученный перлит, воздушные пустоты, образованные водной пеной, крахмал, такой как прежелатинизированный крахмал, или волокнистый мат (например, на гипсовой плите, включающей предлагаемую гипсовую композицию). В композицию из затвердевшего гипса могут быть включены различные сочетания указанных необязательных добавок. Указанные добавки могут быть включены в гипсовые композиции, также включающие, при необходимости, один и более усиливающих материалов.
Необязательная упрочняющая добавка при желании может быть включена в предлагаемую гипсовую композицию с целью усиления прочности и эффективности фильтрации во время обработки, как подробно описано ниже. Например, упрочняющая добавка может включать целлюлозные (к примеру, бумажные) волокна, минеральные волокна, другие синтетические волокна и т.п. либо их сочетания. Упрочняющая добавка, такая как бумажные волокна, может присутствовать в любом подходящем количестве. Например, в некоторых вариантах упрочняющая добавка присутствует в количестве, составляющем приблизительно от 2 до 15 мас.% от композиции из затвердевшего гипса.
С целью еще большего облегчения снижения плотности композиция из затвердевшего гипса в соответствии с данным изобретением может необязательно включать воздушные пустоты, образованные водной пеной (в отличие от пустот из-под выпаренной воды). В частности, водная пена может быть добавлена к водной смеси кальцинированного гипса в процессе получения, как, например, в существующей практике изготовления плит. При осуществлении данного изобретения могут быть использованы любые подходящие вспенивающие агенты, такие как, например, PFM 33, выпускаемые GEO Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvania.
Кроме того, гипсовая композиция может необязательно включать крахмал, такой как предварительно желатинизированный крахмал или модифицированный кислотой крахмал. Включение предварительно желатинизированного крахмала повышает прочность затвердевшей и высушенной гипсовой отливки и сводит к минимуму или устраняет риск расслоения бумаги в условиях повышенной влажности (например, в связи с повышенным отношением воды к кальцинированному гипсу). Рядовому специалисту в данной области известны способы предварительной желатинизации сырого крахмала, такие как, например, варка сырого крахмала в воде при температуре, составляющей по меньшей мере около 185°F (≈85°C), либо другие способы. Подходящие примеры предварительно желатинизированного крахмала включают, но не ограничиваются ими, крахмал PCF1000, изготавливаемый для промышленных целей Lauhoff Grain Company, а также крахмалы AMERIKOR 818 и HQM PRSGEL, изготавливаемые для промышленных целей Archer Daniels Midland Company. В случае его применения, предварительно желатинизированный крахмал может присутствовать в любом подходящем количестве. Например, в случае его применения, предварительно желатинизированный крахмал может быть добавлен к смеси, используемой для получения композиции из затвердевшего гипса, таким образом, чтобы его количество составляло приблизительно от 0,5 до 10 мас.% от композиции из затвердевшего гипса.
Гипсовая композиция также может включать волокнистый мат. Данный мат может быть тканым или нетканым. Волокнистый мат желательно состоит из материала, способного обеспечивать расширение гипсовой композиции в процессе гидратации. В качестве примера, волокнистый мат может представлять собой бумажный мат, мат из стекловолокна либо иной мат из синтетического волокна. В соответствии с некоторыми вариантами волокнистый мат является нетканым и может включать стекловолокно. Волокнистый мат может быть желательно помещен на поверхность гипсовой отливки в процессе формования для получения ровной поверхности и улучшения целостности, внешнего вида и технологических свойств высушенной гипсовой отливки в процессе получения, обработки и применения. Кроме того, волокнистый мат может быть использован в виде лицевой поверхности готового изделия (например, потолочная плитка) и, как таковой, обеспечивает эстетически приятный монолитный внешний вид, при желании, гладкий. При его наличии, волокнистый мат может иметь любую подходящую толщину. Например, в соответствии с некоторыми вариантами волокнистый мат имеет толщину, составляющую приблизительно от 0,003 дюймов (≈0,0076 см) до 0,15 дюймов (≈0,381 см).
В соответствии с некоторыми вариантами желательно наличие акустических свойств (например, снижение шума), к примеру, когда предлагаемая гипсовая композиция присутствует в определенных изделиях, таких как акустическая плитка. Гипсовая композиция в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет коэффициент снижения шума, составляющий по меньшей мере около 0,4 согласно ASTM Е 1042-92, более предпочтительно около 1,0. Например, в соответствии с некоторыми вариантами предлагаемая гипсовая композиция имеет коэффициент снижения шума, составляющий по меньшей мере около 0,5; более предпочтительно по меньшей мере около 0,6; еще более предпочтительно по меньшей мере около 0,7; еще более предпочтительно по меньшей мере около 0,8; и еще более предпочтительно, по меньшей мере около 0,9. В целом, в соответствии с настоящим изобретением акустическое значение (например, измеряемое при помощи коэффициента снижения шума) увеличивается по мере увеличения объема пустот из-под выпариваемой воды в переплетенной матрице из затвердевшего гипса, так же, как и по мере повышения отношения воды к кальцинированному гипсу в смеси, применяемой для получения композиции из затвердевшего гипса.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения предусматривается изделие, включающее предлагаемую гипсовую композицию. Например, изделие может иметь вид стенной плиты, внутренней части двери, структурного, изолированного компонента панельной системы, акустической плитки, изолирующей панели и т.п.
Помимо предлагаемой композиции из затвердевшего гипса, изделие может включать вторую композицию из затвердевшего гипса, более плотную, чем предлагаемая гипсовая композиция. В качестве примера, предлагаемая гипсовая композиция и вторая, более плотная, гипсовая композиция, могут быть включены в отдельные гипсовые плиты, уложенные таким образом, чтобы образовывать соединение гипсовых плит в изделии. Вторая гипсовая плита предпочтительно имеет плотность, составляющую по меньшей мере около 20 фунтов/фут3 (≈320 кг/м3), более предпочтительно по меньшей мере около 30 фунтов/фут3 (≈479 кг/м3) и еще более предпочтительно по меньшей мере около 40 фунтов/фут3 (≈639 кг/м3). Плотность второй композиции из затвердевшего гипса может быть еще выше (например, по меньшей мере около 50 фунтов/фут3 (≈799 кг/м3), по меньшей мере около 60 фунтов/фут3 (≈959 кг/м3) и выше). Для сравнения, композиция из затвердевшего гипса в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет плотность, составляющую менее приблизительно 20 фунтов/фут3 (≈320 кг/м3), например плотность, составляющую менее приблизительно 15 фунтов/фут3 (≈240 кг/м3 ) либо менее приблизительно 12 фунтов/фут3 (≈192 кг/м3).
Наличие плотной гипсовой плиты является желательным, потому что, например, она обеспечивает "конверт" для получения композиции из затвердевшего гипса с более низкой плотностью в соответствии с данным изобретением. Кроме того, плотная гипсовая плита обеспечивает прочность в мокром состоянии, например, в процессе обработки и прочность в сухом состоянии в готовом соединении. Включение плотной гипсовой плиты также желательно повышает огнестойкость и устойчивость против образования потеков, одновременно также обеспечивая отражение звука (в то время как гипсовая плита с более низкой плотностью в соответствии с данным изобретением поглощает звук), таким образом обеспечивая минимальное прохождение звука через изделие, включающее соединение гипсовых плит.
Композит 10 схематически проиллюстрирован на фиг.1. Композит 10 включает первую гипсовую плиту 12, содержащую предлагаемую композицию из затвердевшего гипса, а также вторую гипсовую плиту 14, содержащую вторую композицию из затвердевшего гипса, при этом вторая плита имеет большую плотность, чем первая гипсовая плита 12. Между плитами 12 и 14 может быть необязательно помещен упрочняющий мат (например, пористый мат), к примеру, для облегчения получения плиты 12 низкой плотности и усиления общей прочности соединения 10. В композите 10 плиты 12 и 14 могут иметь любую подходящую толщину. Например, первая плита 12 может иметь толщину, составляющую приблизительно от 0,5 дюймов (≈1,27 см) до 2 дюймов (≈5,08 см), в то время как вторая плита 14 может иметь толщину, составляющую приблизительно от 0,0625 дюймов (≈0,159 см) до 0,25 дюймов (≈0, 635 см).
Первая гипсовая плита 12 включает первую поверхность 16 и вторую поверхность 18, а вторая гипсовая плита 14 включает первую поверхность 20 и вторую поверхность 22. Поверхность 16 гипсовой плиты 12 находится в контакте с поверхностью 20 гипсовой плиты 14. Волокнистый мат 24 приложен к поверхности 18 гипсовой плиты 12. Соединение 10 также включает обои для плиты 26, приклеенные к поверхности 22 гипсовой плиты 14.
Фиг.2 показывает композит 10, представленный в иллюстративном изделии, а именно в потолочной плитке 28. Как и на фиг.1, плотная плита, плита из затвердевшего гипса низкой плотности в соответствии с настоящим изобретением, а также волокнистый мат обозначены цифрами 14, 12 и 24 соответственно. Потолочная плитка 28 включает выступ 30 для облегчения ее подвешивания при использовании.
Фиг.3 иллюстрирует два композита 10А и 10В, соединенные вместе, образуя слоистый композит 32 (например, содержащий несколько композитов). Слоистый композит 32 включает первые гипсовые плиты 12А и 12В, а второй, более плотный - гипсовые плиты 14А и 14В. Обои 26А и 26В для плит наклеены на наружные поверхности 22А и 22В гипсовых плит 14А и 14В соответственно. Два композита 10А и 10В могут быть соединены любым подходящим способом. Например, композиты 10А и 10В могут быть соединены клеящим веществом 34. Несмотря на то что клеящее вещество 34 показано на фиг.3, рядовому специалисту в данной области понятно, что композиты 10А и 10В могут быть соединены при помощи любого другого подходящего материала, такого как (но не ограничиваясь ими) гипс, клеящие вещества, клеи, латекс, связующие и т.п. Необходимо отметить, что в соответствии с некоторыми вариантами (например, при использовании многоступенчатой обработки) первая гипсовая плита 12 может быть, при желании, помещена между двумя плотными вторыми гипсовыми плитами 14А и 14В.
Что касается получения композиции из затвердевшего гипса в соответствии с настоящим изобретением, то оно включает формование смеси (например, взвеси или суспензии) кальцинированного гипса и воды. Объем пустот из-под выпаренной воды композиции из затвердевшего гипса в соответствии с настоящим изобретением изменяется пропорционально отношению воды к кальцинированному гипсу, применяемому для получения водной смеси кальцинированного гипса, из которой отливают композицию из затвердевшего гипса. Таким образом, чем выше отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемое для получения смеси, тем выше объем пустот из-под выпаренной воды в переплетенной матрице из затвердевшего гипса и тем ниже плотность композиции из затвердевшего гипса.
Весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, содержащему по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 3:1, более предпочтительно приблизительно от 3:1 до 12:1. В соответствии с некоторыми вариантами весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, содержащему по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, составляет приблизительно от 4,5:1 до 9:1, либо весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, содержащему по меньшей мере 30 мас.% неволокнистого кальцинированного гипса, используемого для получения смеси, составляет приблизительно от 5:1 до 8:1. Следует отметить, что для осуществления данного изобретения могут быть использованы различные пропорции смеси волокнистого и неволокнистого кальцинированного гипса. При формовании композиции из затвердевшего гипса из более чем 70 мас.% волокнистого кальцинированного гипса весовое отношение воды к кальцинированному гипсу, применяемое для получения смеси, составляет по меньшей мере приблизительно от 4,5:1 до 12:1, предпочтительно весовое отношение воды к кальцинированному гипсу в соответствии с данным вариантом составляет приблизительно от 4,5:1 до 9:1, а более предпочтительно приблизительно от 5:1 до 8:1.
Перед заливкой смеси в водную смесь кальцинированного гипса вводят один или несколько усиливающих материалов, таких как, например, соединение триметафосфата, полифосфат аммония, имеющий 500-3000 повторяющихся фосфатных звеньев, поликарбоновое соединение, поверхностно-активное вещество либо их сочетания. Количество усиливающего материала, вводимого в водную смесь кальцинированного гипса, предпочтительно основано на весовом количестве кальцинированного гипса, добавляемого для получения смеси.
Также перед заливкой в водную смесь кальцинированного гипса могут быть внесены необязательные добавки, такие как (но не ограничиваясь ими) упрочняющая добавка (такая как волокна), связующее (например, полимеры, такие как латекс), вспученный перлит, водная пена для получения образованных пеной пустот в отвердевшей матричной композиции, крахмал (такой как предварительно желатинизированный крахмал), ускоряющие агенты, замедляющие агенты, биоциды, фунгициды, бактерициды, агенты, обеспечивающие водостойкость, и другие добавки, известные рядовым специалистам в данной области, а также их сочетания.
Водную смесь из кальцинированного гипса, теперь уже включающую усиливающий материал и другие необязательные добавки, желательно перемешивают в мокром состоянии, а затем заливают (например, в форму плиты). В процессе формования отливки на поверхность смеси необязательно может быть помещен описанный выше волокнистый мат. С целью снижения затрат на сушку влажная гипсовая отливка, при желании, может быть подвергнута фильтрованию (например, при давлении, составляющем приблизительно от 20 до 50 мм Hg), чтобы удалить избыточную воду после полной гидратации кальцинированного гипса. Отфильтрованную или неотфильтрованную гипсовую отливку затем сушат (например, в печи или камерной сушилке), получая высушенную композицию из затвердевшего гипса.
Существенным является то, что гипсовая композиция в соответствии с данным изобретением проявляет стабильность размеров и, в частности, устойчива к усадке во время процесса. В этом отношении композиция из затвердевшего гипса подвергается усадке, составляющей около 2% или ниже в процессе ее получения, более предпочтительно объем усадки составляет около 1% или ниже, а еще более предпочтительно объем усадки составляет около 0,1% или ниже. Особенно удивительно то, что такая композиция из затвердевшего гипса низкой плотности может быть получена с такой низкой степенью усадки.
Как понятно рядовому специалисту в данной области, после сушки может быть произведена дальнейшая обработка. Например, на композицию из затвердевшего гипса может быть нанесено поверхностное покрытие, смола, и/или она может быть пропитана силикатом с целью упрочнения гипсовой композиции и улучшения ее физических, химических и механических свойств.
Только в качестве примера ниже приводится иллюстративная схема способа получения плиты из затвердевшего гипса низкой плотности:
Наружная штукатурка, ускоритель и другие сухие добавки
↓
Нужное количество воды, масса из бумажного волокна +
+ Acrysol 644
Пена (поверхностно-активные растворы)
↓
Смешивание/перемешивание (влажное)
↓
Гипсовая отливка/конечное отвердение
↓
Сушка (придание прочности)
Схема 1
Для получения композита (например, для применения в изделии) бумага для склеивания плиты имеет недалеко от края двойную складку. Складчатые края желательно заворачивают таким образом, чтобы получить поддон. Плотный слой гипсовой взвеси переносят на бумагу из миксера для гипсовой плиты, при этом контролируя толщину и нанесение слоя, как понятно рядовому специалисту в данной области. Оставшуюся водную смесь из кальцинированного гипса подвергают дополнительному смешиванию, чтобы еще раз добавить воды (и, при необходимости, усиливающие материалы и/или необязательные добавки, как описано выше) с целью получения смеси для формования композиции из затвердевшего гипса более низкой плотности в соответствии с данным изобретением. Затем взвесь для слоя низкой плотности укладывают поверх плотного слоя при помощи валиков, приспособлений для очистки и т.п., как очевидно рядовому специалисту в данной области. При желании, может быть использован тканый или нетканый волокнистый мат.
Такой композит может быть сформован на обычной производственной линии для гипсовых плит, подвергаясь процессу отверждения. Почти перед окончанием гидратирования композита верхняя часть плиты с низкой плотностью может быть необязательно перфорирована для улучшения ее способности к сушке и снижению шума. Затем композит нарезают на куски нужной длины, например, при помощи ножей для плит или режущих форсунок под высоким давлением. Такая плита затем может быть подвергнута сушке, например, бумажной стороной вниз, а стороной без бумаги или с волокнистым матом вверх.
Дополнительная отделка варьируется в зависимости от желаемого изделия. Например, что касается потолочных плиток, отделка включает распиливание до нужного размера, текстурирование, нанесение покрытия и упаковку. Отделка для других видов назначения может включать, например, лицевое ламинирование (бумажной стороной наружу), обратное ламинирование (лицевой стороной внутрь), соблюдение размеров (отделочные пилы) и, при желании, нанесение покрытий.
Объем пустот из-под выпаренной воды композиции из затвердевшего гипса в соответствии с данным изобретением вычисляют по результатам определения объема пустот из-под выпаренной воды (EWW), описываемого ниже. Данный тест включает анализ при помощи сканирующей электронной микроскопии и визуализирующей микроскопии для определения объема пустот из-под воды переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. Тест помогает отличить пустоты, которые могут возникнуть в композиции из затвердевшего гипса благодаря вспенивающим агентам и т.п.
При подготовке к определению EWW вначале получают композицию из затвердевшего гипса. Затем готовят образец композиции из затвердевшего гипса для анализа SEM следующим образом: вначале эпоксид (применяют эпоксид Бухлера) и отвердитель эпоксида помещают в отдельных чашках в условия для глубокого вакуума для дегазирования. После дегазирования эпоксид и его отвердитель смешивают в пропорции 6:1 в условиях давления окружающей среды в течение 5 минут во вращающейся чашке с минимальным добавлением воздуха. Чашку, содержащую полученную смесь, и образец, помещенный в резиновую закрепленную чашку, затем помещают в условия глубокого вакуума. Затем эпоксидную смесь выливают поверх гипсового образца с помощью дистанционного электрического мотора, придающего чашке с эпоксидом нужное положение. В камеру медленно впускают воздух, и образующееся давление вдавливает эпоксид во все пустые пространства, находящиеся внутри затвердевшего гипса. Перед отверждением в эпоксид вставляют этикетку, помеченную "Образец", чтобы избежать путаницы при идентификации образца.
После отверждения осуществляют измельчение шлифованием при помощи соединенных металлом алмазных шлифовальных кругов размером 120 микрон, затем 75 микрон, 45 микрон и 15 микрон. Измельчают достаточное количество образца для того, чтобы получить вид поперечного разреза гипсового образца.
После измельчения осуществляют полировку, применяя основанную на масле алмазную смесь на ТЕХМЕТ (изготавливаемую для промышленных целей Buhler, Lake Bluff, Illinois) размером 9 микрон (30 минут) и 1 микрон (30 минут) METADI (также изготавливаемые Bahler), со скоростью 120 об/мин.
Образец затем покрывают тонким слоем углерода, применяя систему разбрызгивания Denton Vacuum Desk II, оборудованную приспособлением для разбрызгивания углерода. Необходимо следить за тем, чтобы углеродное покрытие полированного поперечного сечения было равномерным во избежание колебаний яркости и контраста при получении изображения.
Затем каждый образец красят серебром, обеспечивая притертый контакт при получении изображения SEM с 300х увеличением. Изображение всех образцов получают, применяя Topcon SM300 SEM, оборудованный электронным детектором с обратным рассеиванием в твердом состоянии. Изображения выбирают визуально таким образом, чтобы подвергаемый анализу участок представлял собой только непрерывную фазу матрицы из затвердевшего гипса, включая ее пустоты из-под выпаренной воды и исключая прерывности макроразмера, например воздушные пустоты из-под пены, бумажные волокна и т.п., не являющиеся частью непрерывной фазы переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. Анализ SEM проводят в соответствии с описанием, приведенным King et al., "An Effective SEM-Based, Image Analysis System for Quantitative Mineralogy", Kona Powder and Particle, №11 (1993), приводимом здесь в качестве ссылки с применением описываемых здесь компьютерных программ. Анализ изображения позволяет определить объем пустот из-под выпаренной воды в переплетенной матрице композиции из затвердевшего гипса.
Далее настоящее изобретение проиллюстрировано следующими примерами, которые, безусловно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем никоим образом.
Пример 1
Методика получения лабораторной гипсовой отливки и различные исследования
Образцы композиций, содержащих затвердевший гипс, получают в соответствии с данным изобретением и сравнивают их плотность в сухом виде, величину снижения шума (NRC) и усадку при сушке.
Гипсовые отливки получают путем сухого смешивания: 300 г полугидрата сульфата бета кальция; 2,0 г затвердевшего ускорителя, включающего тонкоизмельченные частицы дигидрата сульфата кальция, покрытого сахаром для повышения эффективности и нагретого, как описано в патенте США №3573947, приводимого здесь в качестве ссылки; при различных отношениях воды к stucco (т.е. кальцинированный гипс). Затем образцы смешивают с различными количествами воды из-под крана, имеющей температуру 70°F (≈21°С) в 5-литровом смесителе WARING, дают возможность им намокнуть в течение 5 с и перемешивают при низкой скорости в течение периода времени, составляющего от 10 до 25 с. Количество воды и штукатурки (т.е. кальцинированного гипса) варьируют, обеспечивая отношение воды к штукатурке, составляющее приблизительно от 1:1 до 9:1. Полученные таким образом взвеси выливают в нужные формы для получения гипсовых отливок (кольцо диаметром шесть дюймов (15,24 см) и толщиной полдюйма (1,27 см)). После того как полугидрат сульфата кальция затвердеет, образуя гипсовую отливку (дигидрат сульфата кальция), кольца удаляют из форм и сушат в вентилируемой печи при 112°F (≈44,4°C) в течение по меньшей мере 24 ч или до тех пор, пока их масса не перестанет изменяться. Затем высушенные гипсовые отливки используют для определения EWW, измерения плотности, NRC и усадки при сушке.
Плотность гипсовой отливки определяют в результате измерения их объема и массы. Усадку гипсовой отливки определяют в результате измерения ее размеров перед и после сушки. Величину NRC гипсовой отливки определяют в результате проведения обычного теста на внутреннее сопротивление лампы (в соответствии с методикой ASTM Е 1042-92). Объем пустот из-под выпаренной воды гипсовой отливки получают в результате проведения вышеописанного теста по определению пустот из-под выпаренной воды.
Результаты определения EWW приведены в нижеследующей таблице I в виде средних величин трех исследованных образцов. Приведенные результаты отражают гипсовые образцы с чистотой, составляющей приблизительно 87% (содержащие приблизительно 13% примесей). EWW напрямую зависит от чистоты кальцинированного гипса, используемого для получения переплетенной матрицы из затвердевшего гипса. Таким образом, можно ожидать, что величина EWW будет выше при использовании кальцинированного гипса более высокой чистоты. Можно также ожидать, что величина EWW будет ниже при использовании кальцинированного гипса, содержащего большее количество примесей. Десять изображений каждого образца анализируют при 300 Х увеличении, подвергая данные десять изображений описанному выше анализу для определения EWW. Определяют средние величины для десяти подвергнутых анализу изображений с учетом экспериментальной ошибки, составляющей приблизительно +/- 5%, на основе самого определения EWW.
В таблицах:
ТМР означает триметафосфат натрия;
АРР означает полифосфат аммония;
PC означает поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу около 500000; и
S означает поверхностно-активное вещество, способное уменьшить поверхностное натяжение воды, смеси кальцинированного гипса, из которой отливают кальцинированный гипс, приблизительно до 40 дин/см.
Данные, представленные в таблице I, иллюстрируют колебания объема пустот из-под воды переплетенной матрицы из затвердевшего гипса по мере изменения отношения воды к кальцинированному гипсу. Более конкретно, очевидно, что EWW композиции из затвердевшего гипса увеличивается по мере увеличения отношения воды к штукатурке в смеси, из которой отливают композицию из затвердевшего гипса. Приведенные данные также показывают, что неожиданно высокое отношение воды к штукатурке может быть использовано для получения переплетенной матрицы из затвердевшего гипса с очень высоким объемом пустот из-под выпаренной воды. Такие композиции являются выгодными благодаря их низкой плотности и/или их акустическим свойствам, как следует из данных, представленных в таблице II.
Таблица II иллюстрирует получение композиций из затвердевшего гипса при различных отношениях воды к stucco и с различными усиливающими материалами в соответствии с данным изобретением. Для сравнения также включены композиции из затвердевшего гипса, не включающие усиливающие материалы.
г
Данные, представленные в таблице II, дополнительно иллюстрируют, что в соответствии с настоящим изобретением могут быть получены композиции из затвердевшего гипса низкой плотности. Приведенные данные также показывают, что по мере увеличения отношения воды к штукатурке, применяемого в водной смеси кальцинированного гипса, из которой отливают композицию, плотность композиции из затвердевшего гипса снижается. Снижение плотности происходит благодаря большему объему пустот из-под выпаренной воды в композициях из затвердевшего гипса, полученных с применением более высокого отношения воды к штукатурке.
Приведенные данные также иллюстрируют улучшенные акустические свойства, измеряемые величиной NRC, которая может быть обеспечена композициями из затвердевшего гипса, полученными с применением более высокого отношения воды к штукатурке в соответствии с данным изобретением. Следует отметить, что величины NRC, представленные в таблице II, относятся к самой переплетенной матрице из затвердевшего гипса, так как в данных композициях отсутствуют другие звукопоглощающие добавки, такие как бумажные волокна и т.п., улучшающие акустические свойства. Более высокие величины NRC переплетенной матрицы из затвердевшего гипса позволяют получать акустическую плитку низкой плотности на основе гипса с высокими величинами NRC, которые могут быть увеличены еще больше относительно их акустического поведения в результате выбора добавок и других методов, применяемых в данной области для улучшения акустических свойств. Альтернативно, применение в соответствии с данным изобретением композиций с высоким уровнем NRC позволяет использовать меньше бумаги либо других известных акустических усилителей и тем не менее получать акустическую плитку, отвечающую или превышающую промышленные стандарты.
Далее, композиции из затвердевшего гипса низкой плотности, получаемые с применением усиливающих материалов в соответствии с данным изобретением, менее подвержены усадке, чем композиции из затвердевшего гипса низкой плотности, получаемые без применения усиливающих материалов. Соответственно, композиции из затвердевшего гипса любого размера или формы, включая, например, плиты, акустическую плитку, панели, внутреннюю часть дверей и т.п., могут иметь стандартные размеры и допуски без существенной усадки и сопутствующих ей потерь, например, скрапа.
Все приведенные в данном описании ссылки, включая ссылки на патенты, патентные заявки и публикации, приведены здесь только в качестве ссылок во всей их полноте.
Несмотря на то что данное изобретение описано с акцентом на предпочтительные варианты его осуществления, рядовым специалистам в данной области очевидно, что предпочтительные варианты могут быть подвергнуты изменениям и что осуществление изобретения может отличаться от конкретно описанных здесь вариантов. Соответственно, данное изобретение включает все модификации, не нарушающие сущность и объем настоящего изобретения, определяемые нижеследующей формулой изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| АКУСТИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ, СОДЕРЖАЩАЯ ПЕРЕПЛЕТЕННУЮ ФИКСИРОВАННУЮ МАТРИЦУ ИЗ ЗАТВЕРДЕВШЕГО ГИПСА, И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2004 |
|
RU2360883C2 |
| ГИПСОВЫЕ СУСПЕНЗИИ С ДИСПЕРГИРУЮЩИМИ АГЕНТАМИ НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИКАРБОКСИЛАТОВ | 2017 |
|
RU2741592C2 |
| ЭФФЕКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДИСПЕРГАТОРОВ В СТЕНОВОЙ ПЛИТЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПЕНУ | 2006 |
|
RU2404148C2 |
| КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАТВЕРДЕВШЕГО ГИПСА | 2002 |
|
RU2294907C2 |
| ГИПСОВЫЕ ПРОДУКТЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ДИСПЕРГАТОР С ДВУМЯ ПОВТОРЯЮЩИМИСЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ, И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2006 |
|
RU2420471C2 |
| ГИПСОСОДЕРЖАЩЕЕ ИЗДЕЛИЕ, ИМЕЮЩЕЕ ПОВЫШЕННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ, И СПОСОБ И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1998 |
|
RU2215708C2 |
| ГИПСОКАРТОН ИЗ ГИПСА, СОДЕРЖАЩИЙ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ ХЛОРИДНОЙ СОЛИ И ПЕРФОРИРОВАННЫЙ ЛИСТ, А ТАКЖЕ СВЯЗАННЫЙ С НИМ СПОСОБ | 2019 |
|
RU2797758C2 |
| МОДИФИКАТОРЫ ДЛЯ ГИПСОВЫХ СУСПЕНЗИЙ И СПОСОБ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ | 2006 |
|
RU2416581C2 |
| СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОВОГО РАСТВОРА С МОДИФИКАТОРАМИ И ПЛАСТИФИКАТОРАМИ | 2006 |
|
RU2417963C2 |
| УЛУЧШЕННЫЕ ГИПССОДЕРЖАЩИЕ ИЗДЕЛИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ АЛЬФА-ПОЛУГИДРАТ | 2006 |
|
RU2404145C2 |
Настоящее изобретение относится к гипсовой композиции из затвердевшего гипса и способу ее получения. Композиция из затвердевшего гипса включает непрерывную фазу переплетенной матрицы из затвердевшего гипса, имеющей повышенный объем пустот из-под воды, и/или указанную композицию получают из смеси, имеющей повышенное отношение воды к кальцинированному гипсу по меньшей мере 3:1. Также описано изделие, включающее композицию из затвердевшего гипса. Технический результат - получение безусадочной композиции затвердевшего гипса с пониженной плотностью, улучшенными изоляционными и/или акустическими свойствами. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил. 2 табл.
| RU 2143408 C1, 27.12.1999.SU 1393819 A1, 07.05.1986.SU 973499 A, 15.12.1982.US 5776245 A, 07.07.1998.US 5135805 A, 04.08.1992.US 4861378 A, 29.08.1989. |
