ГИПСОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ С УЛУЧШЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПОСТОЯННОЙ ДЕФОРМАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК C04B28/14 E04C1/40 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к гипсовым композициям. Более конкретно, изобретение относится к отвержденным гипсовым композициям, которые проявляют улучшенное сопротивление постоянной деформации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Отвержденный гипс (дигидрат сульфата кальция) представляет собой хорошо известный материал, который входит обычно в многие типы продуктов. В качестве примера, отвержденный гипс представляет основной компонент конечных продуктов, изготовленных с применением традиционных штукатурок (например, покрытых штукатуркой внутренних стен зданий), а также в гипсовых плитах с бумажным покрытием, применяемых в типичной сухостенной конструкции внутренних стен и потолков зданий. Кроме того, отвержденный гипс является основным компонентом гипсоцеллюлозных волокнистых композитных листов и изделий, а также входит в продукты, которыми заполняют и заглаживают стыки между краями гипсовых листов. Кроме того, многие специальные материалы, такие как материалы, используемые для моделирования и изготовления литьевых форм, которые точно обрабатываются, дают изделия, которые содержат основные количества отвержденного гипса.

Обычно такие гипсосодержащие изделия готовят формованием смеси обожженного гипса (полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция) и воды (и других компонентов, если требуется). Смесь отливают в желаемую форму или на поверхность и затем дают ей затвердеть, образуя отвержденный (т.е. регидратированный) гипс путем реакции обожженного гипса с водой для образования матрицы кристаллического гидратированного гипса (дигидрата сульфата кальция). Именно необходимая гидратация обожженного гипса делает возможным образование связующей матрицы кристаллов отвержденного гипса, тем самым обеспечивая прочность структуры гипса в гипсосодержащем изделии. Умеренный нагрев используется для того, чтобы вывести остаточную свободную (т.е. непрореагировавшую) воду для получения сухого изделия.

Одной проблемой для таких гипсосодержащих изделий является то, что они часто подвергаются постоянной деформации (например, прогибу), в особенности в условиях высокой влажности, температуры или нагрузки. Например, возможность прогиба особо проблематична, если гипсосодержащие листы и плитки хранят или применяют таким образом, что они расположены горизонтально. При этом, если матрица отвержденного гипса в этих изделиях недостаточно сопротивляется постоянной деформации, изделия могут начать прогибаться в зонах между точками, в которых они закреплены или которыми они опираются на нижележащую структуру. Это может быть невидимо глазом, но может вызвать трудности во время использования изделий. Кроме того, во многих применениях гипсосодержащие изделия должны быть способны нести грузы, например, изоляцию или нагрузку от конденсации, без ощутимого прогиба.

Другой проблемой для таких гипсосодержащих изделий является то, что стабильность размеров может быть нарушена во время их изготовления, переработки и промышленного применения. Например, при изготовлении изделий из отвержденного гипса обычно значительное количество свободной (т.е. непрореагировавшей) воды остается в матрице после того, как гипс отвержден. При сушке отвержденного гипса для вывода избыточной воды связующие кристаллы отвержденного гипса в матрице имеют тенденцию сдвинуться ближе друг к другу по мере испарения воды. При этом по мере того как вода покидает межкристаллические промежутки матрицы гипса, матрица проявляет тенденцию к усадке под воздействием природных сил в отвержденном гипсе, которые сопротивлялись капиллярному давлению, создаваемому водой в кристаллах гипса. По мере того, как увеличивается количество воды в водной смеси обожженного гипса, недостаток стабильности размеров становится все большей проблемой.

Стабильность размеров вызывает беспокойство даже после того как конечное высушенное изделие установлено, в особенности в условиях меняющейся температуры и влажности, когда отвержденный гипс подвергается, например, растяжению и усадке. Например, влага, забираемая в межкристаллитные промежутки матрицы гипса в гипсокартоне или черепице, подвергающихся воздействию высокой влажности и температуры, может обострить проблему прогиба, вызывая расширение увлажненного картона.

Если бы такую нестабильность размеров удалось избежать или минимизировать, могли бы быть получены различные преимущества. Например, существующие способы изготовления гипсокартона могли бы дать больше продукции, если бы листы не давали усадку во время сушки, а гипсосодержащие изделия, предназначенные для того, чтобы точно сохранять форму и пространственные пропорции (например, для использования при моделировании и изготовлении форм) могли бы лучше соответствовать этим целям.

Соответственно, из вышесказанного должно быть ясно, что существует практическая потребность в композиции отвержденного гипса, проявляющей улучшенное сопротивление постоянной деформации (например, прогибу) и улучшенную стабильность размеров. Изобретение предлагает такую композицию отвержденного гипса, удовлетворяющую по меньшей мере одной из этих потребностей. Эти и другие преимущества настоящего изобретения, а также дополнительные признаки изобретения должны быть понятны из предлагаемого здесь описания изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает композицию отвержденного гипса, проявляющую улучшенное сопротивление постоянной деформации (например, прогибу) и/или улучшенную стабильность размеров.

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает содержащую отвержденный гипс композицию, включающую связующую матрицу из отвержденного гипса, образованную, например, при использовании, по меньшей мере, обожженного гипса, воды и модифицирующего материала, включающего (i) органическое полифосфониевое соединение или смесь таких соединений; (ii) борат, выбранный из улексита, колеманита, или смеси улексита колеманита; или смесь одного или нескольких органических полифосфониевых соединений и одного или нескольких боратов. В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение предлагает вводить боратный усилитель в содержащую отвержденный гипс композицию другими способами нежели его непосредственное добавление к вышеуказанной водной композиции. Например, борат может быть внесен с ускорителем. При этом борат может быть введен в водную композицию в виде размолотой смеси бората и ускорителя, в частности дигидрата сульфата кальция (например, гипсовой затравки).

В другом аспекте настоящее изобретение предлагает содержащую отвержденный гипс композицию, включающую связующую матрицу из отвержденного гипса, образованную, например, при использовании, по меньшей мере, обожженного гипса, воды и модифицирующего материала, включающего (i) поликарбоксильное соединение или смесь поликарбоксильных соединений; и (ii) полифосфатное соединение или смесь полифосфатных соединений. В дополнительном аспекте изобретения поликарбоксильные соединения или полифосфатные соединения, одни или в сочетании, могут быть использованы с органическими полифосфониевыми соединениями или боратами, описанными выше, или и с теми, и с другими.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает содержащую отвержденный гипс композицию, включающую отвержденный гипс (например, связующую матрицу из отвержденного гипса). Отвержденный гипс обрабатывают в последующем за отверждением процессе модифицирующим материалом, который может быть выбран из (i) органического фосфониевого соединения или смеси таких соединений; (ii) бората, выбранного из улексита, колеманита или смеси улексита и колеманита; (iii) карбоксильного соединения или смеси карбоксильных соединений; или смеси (i), (ii) и/или (iii). Отвержденное гипсовое изделие, если оно подвергнуто последующей за отверждением обработке, не нуждается в сушке, хотя она может проводиться. В аспекте настоящего изобретения с последующей за отверждением обработкой неорганическое фосфатное соединение может быть также использовано в комбинации с одним или несколькими из вышеупомянутых модифицирующих материалов.

В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает ускоритель для водной композиции обожженного гипса, включающий борат и ускоряющее вещество.

Изобретение может быть лучше понято из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает содержащую отвержденный гипс композицию, проявляющую улучшенное сопротивление постоянной деформации (например, прогибу) и/или улучшенную стабильность размеров. В качестве примера содержащая отвержденный гипс композиция может быть в виде гипсовой плиты.

Содержащая отвержденный гипс композиция включает связующую матрицу из отвержденного гипса и готовится из смеси (например, взвеси или суспензии), включающей воду и обожженный гипс. Обожженный гипс может быть волокнистым или неволокнистым. Предпочтительно, основная часть (например, по меньшей мере, 50 мас.%) обожженного гипса является неволокнистой. В некоторых вариантах осуществления обожженный гипс состоит практически полностью из неволокнистого обожженного гипса. Кроме того, обожженный гипс может быть в форме полугидрата альфа-сульфата кальция, полугидрата бета-сульфата кальция, водорастворимого безводного сульфата кальция или их смесей. В некоторых вариантах осуществления основная часть (например, по меньшей мере, 50 мас.%) обожженного гипса состоит по существу из полугидрата бета-сульфата кальция.

В соответствии с настоящим изобретением для придания содержащей отвержденный гипс композиции улучшенного сопротивления прогибу и/или улучшенной стабильности размеров предложено использовать один или несколько модифицирующих материалов. Для примера, сопротивление прогибу, придаваемое модифицирующими материалами, выгодно, так как придает содержащей отвержденный гипс композиции более стабильную во времени форму. Например, сопротивление прогибу, приданное модифицирующим материалом, является благоприятным для преодоления присутствия некоторых солей (например, хлоридных солей), которые могут присутствовать в качестве загрязнений в водной смеси обожженного гипса, и которые в некоторых случаях могут привести к прогибу во время применения. Кроме того, улучшенная стабильность размеров (например, сопротивление усадке), придаваемая модифицирующими материалами, благоприятна, например, для сопротивления нагрузкам при сушке, и, следовательно, усадке во время изготовления, а также сопротивлению расширению размеров при работе.

В некоторых вариантах осуществления модифицирующий материал присутствует в водной смеси обожженного гипса во время гидратации обожженного гипса для образования отвержденного гипса (т.е. предшествующая отверждению обработка). В некоторых вариантах осуществления предшествующей отверждению обработки подходящие модифицирующие материалы включают, например, (i) органическое полифосфониевое соединение или их смесь; (ii) борат, выбранный из улексита, колеманита или их смеси; или смесь (i) и (ii). Кроме того, такие варианты осуществления могут необязательно включать второй модифицирующий материал, выбранный, например, из (iii) поликарбоксильного соединения или их смеси; (iv) полифосфатного соединения или их смеси; или смеси (iii) и (iv). Специалистам должно быть ясно, что в практике настоящего изобретения могут быть использованы различные комбинации и пермутации модификаторов четырех групп (i)-(iv) модифицирующих материалов.

В некоторых вариантах осуществления предшествующей отверждению обработки по изобретению модифицирующий материал, смешанный с водной смесью обожженного гипса, включает (i) поликарбоксильное соединение или смесь поликарбоксильных соединений; и (ii) полифосфатное соединение или смесь полифосфатных соединений.

В вариантах осуществления, где модифицирующий материал включен в водную смесь обожженного гипса или добавлен к ней во время гидратации обожженного гипса для образования отвержденного гипса, модифицирующий материал может быть включен в любой подходящий момент и в множестве форм. Для примера, модифицирующий материал может быть включен в водную смесь или добавлен к ней, например, перед тем или тогда, когда воду и обожженный гипс соединяют для смешивания (например, в смесительном аппарате). Другой возможностью является смешивание модифицирующего материала с гипсом-сырцом еще до того, как его нагревают для образования обожженного гипса, так что модифицирующий материал уже присутствует, когда обожженный гипс смешивают с водой для того, чтобы вызвать регидратацию.

Кроме того, модифицирующий материал может быть доставлен (например, распылением) на уже перемешанную водную смесь обожженного гипса после того как она выложена на покрывающую поверхность (например, на движущуюся ленту). Обычно вторую покрывающую поверхность помещают затем поверх выложенной смеси. Таким образом раствор модифицирующего материала будет просачиваться в выложенную смесь и присутствовать в ней, когда произойдет основная гидратация для образования отвержденного гипса.

Другие альтернативные способы доставки модифицирующего материала будут понятны специалистам и рассматриваются в объеме изобретения. Например, одна или обе из покрывающих поверхностей могут быть предварительно покрыты модифицирующим материалом, например, так, что модифицирующий материал будет растворяться и мигрировать через смесь, когда осадок водной смеси обожженного гипса контактирует с листами покрывающей поверхности.

В некоторых вариантах осуществления, когда выбирают борат, по меньшей мере, часть бората может быть смешана и затем размолота с ускорителем перед вводом полученной размолотой смеси в водную композицию. В таких вариантах осуществления ускоритель, т.е. дигидрат сульфата кальция, и борат смешивают и затем размалывают. Без привязки к какой-либо конкретной теории, считается, что при размоле борат становится прикрепленным к внешней поверхности ускоряющего материала - дигидрата сульфата кальция, создавая, по меньшей мере, частичный покрывающий слой на материале. Безотносительно к теории, однако, комбинация бората и ускорителя после размола благоприятно действует как ускоритель, а также придает конечному гипсовому изделию улучшенное сопротивление прогибу. Присутствие бората в виде, по меньшей мере, частичного покрытия на материале ускорителя благоприятно защищает активность ускорителя, минимизируя вредные взаимодействия активных центров ускорителя с влагой (например, во время хранения), позволяя в результате избежать необходимости в дополнительном покрывающем веществе (например, сахаре или борной кислоте) и связанных с этим затрат. Улексит и колеманит являются встречающимися в природе боратами и они доступны по намного меньшей цене, чем синтетические материалы, такие как борная кислота.

Предпочтительно, смесь бората и ускорителя размалывают при условиях, достаточных для получения конечной композиции ускорителя со средним размером частиц менее чем примерно 5 мкм. Предпочтительно, измельченная композиция, кроме того, имеет площадь поверхности, по меньшей мере, около 7.000 см²/г. Общая методика эффективного размола предложена в патенте США 3.573.947, хотя в некоторых вариантах осуществления изобретения нагрев не является необходимым для приготовления описанного здесь покрытого боратом ускорителя. Полученная размолотая смесь ускорителя может быть затем добавлена к водной смеси обожженного гипса в количестве, эффективном для поддержания контроля за скоростью превращения смеси обожженного гипса в отвержденный гипс на желаемом уровне. Для такого способа ввода наиболее подходящими из боратов являются улексит и колеманит, причем первый является наиболее предпочтительным.

В некоторых вариантах осуществления модифицирующий материал предлагается для обработки уже сформировавшейся (или частично сформировавшейся) композиции отвержденного гипса, включающей отвержденный гипс (т.е. для обработки после отверждения). В таких вариантах осуществления подходящие модифицирующие материалы включают, например, (i) органическое полифосфониевое соединение или их смесь; (ii) борат, выбранный из улексита, колеманита или их смеси; (iii) карбоксильное соединение или их смесь; или смесь (i)/ (ii) и/или (iii). Необязательно, такие варианты осуществления могут включать второй модифицирующий материал, выбранный, например, из фосфатных соединений или их смеси.

Обработка содержащей отвержденный гипс композиции модифицирующим материалом может проводиться до или после того, как отвержденная гипсовая композиция высушена (например, в печи или в сушилке) для того, чтобы вывести свободную (т.е. непрореагировавшую) воду. Для этого модифицирующий материал наносят (например, разбрызгивают или пропитывают раствором, таким как водный раствор, содержащий, например, от примерно 0,01% до примерно 2% модифицирующего материала) на содержащую отвержденный гипс композицию для того, чтобы обеспечить желаемую обработку. Предпочтительно, обработку проводят после сушки содержащей отвержденный гипс композиции; содержащую отвержденный гипс композицию, предпочтительно, повторно сушат после проведения обработки (например, с необязательным повторным воздействием воды на содержащую отвержденный гипс композицию, таким как, например, при пропитке). Желательно, чтобы модифицирующий материал мог мигрировать в композицию отвержденного гипса даже через обычные листы бумаги, используемые при переработке отвержденного гипса.

Примечательно, что при осуществлении изобретения модифицирующий материал может быть добавлен в водную смесь обожженного гипса перед образованием части отвержденного гипса и, в то же время, также как средство обработки после образования части отвержденного гипса. В этом отношении обработка до отверждения и обработка после отверждения могут происходить одновременно согласно изобретению. Например, добавление модифицирующего материала во время схватывания (например, в то время, когда образовалась только часть отвержденного гипса) будет обработкой до отверждения по отношению к той части, где схватывание гипса еще идет, и будет обработкой после отверждения по отношению к той части, где отвержденный гипс уже осуществился.

Должно быть ясно, что комбинации различных подходов к вводу модифицирующего материала в конечное гипсовое изделие, например, комбинации обработки до схватывания (например, размола с ускорителем и/или сухого добавления) и/или обработки после схватывания (в различных сочетаниях одного или нескольких модифицирующих материалов), для обеспечения различных описанных здесь преимуществ предполагаются включенными в объем настоящего изобретения.

Модифицирующий материал может быть включен в любом подходящем количестве. Для примера, количество модифицирующего материала предпочтительно выбирают так, чтобы получить преимущества по настоящему изобретению, например, используют количество, достаточное для того, чтобы придать композиции отвержденного гипса желаемое сопротивление прогибу и/или стабильность размеров. В этом отношении эффективное количество модифицирующего материала должно варьироваться в зависимости от, например, количества загрязняющих примесей, например, хлоридного аниона, или подобного в сыром обожженном гипсе, а также от типа выбранного модифицирующего материала и от других факторов. Например, при обработке до отверждения количество модифицирующего материала, включенного в водную смесь обожженного гипса или добавленного к ней, составляет предпочтительно от примерно 0,01% до примерно 5% от массы обожженного гипса, и, более предпочтительно, количество модифицирующего материала, включенного в водную смесь обожженного гипса или добавленного к ней, составляет от примерно 0,1% до примерно 2% от массы обожженного гипса. При обработке после отверждения количество модифицирующего материала, используемое в практике изобретения, предпочтительно, составляет от примерно 0,01% до примерно 5% от массы гипса, и, более предпочтительно, от примерно 0,1% до примерно 2% от массы гипса.

Модифицирующий материал может быть доставлен для обработки до отверждения или после отверждения, например, раствором (например, водным), включающим модифицирующий материал, и/или в виде сухой добавки. В случае доставки модифицирующего материала раствором, концентрацию модифицирующего материала в растворе выбирают так, чтобы обеспечить надлежащее количество модифицирующего материала в расчете на массу обожженного гипса или отвержденного гипса, обрабатываемого как указано выше. В отношении обработки после отверждения обрабатывающий раствор, предпочтительно, имеет также достаточно воды для того, чтобы тщательно смочить отвержденный гипс (например, для того, чтобы однородно распределить модифицирующий материал по матрице гипса).

Относительно модифицирующих материалов, следует отметить, что органические фосфониевые соединения (например, органические фосфонаты или фосфониевые кислоты) по изобретению включают, по меньшей мере, одну функциональную группу RPO₃М₂, где М представляет собой катион, фосфор или водород, и R представляет органическую группу. Применение органического полифосфониевого соединения предпочтительно и при обработке до отверждения, и при обработке после отверждения, хотя при обработках после отверждения по изобретению может быть использовано монофосфониевое соединение. Предпочтительные органические полифосфониевые соединения включают, по меньшей мере, две фосфонатные солевые или ионные группы, по меньшей мере, две фосфонийкислотные группы, или, по меньшей мере, одну фосфонатную солевую или ионную группу и, по меньшей мере, одну фосфонийкислотную группу. Монофосфониевое соединение, используемое при обработке после отверждения согласно изобретению, включает одну фосфонатную солевую или ионную группу или, по меньшей мере, одну фосфонийкислотную группу.

Включение органических фосфониевых соединений в качестве модифицирующего материала является благоприятным, поскольку было обнаружено, что такие соединения придают сопротивление прогибу содержащим отвержденный гипс композициям согласно изобретению, например, в условиях повышенной влажности. Кроме того, включение органических фосфониевых соединений улучшает также стабильность размеров, поскольку считается, например, что органические фосфониевые соединения помогают связыванию кристаллов в матрице отвержденного гипса.

Примечательно, что органическая группа органических фосфониевых соединений связана непосредственно с фосфором (т.е. без промежуточного кислорода). Для примера, органические фосфониевые соединения, пригодные для применения в изобретении, включают, но не ограничиваются этим, соединения, характеризуемые следующими структурами:

или .

В этих структурах R относится к органической группе, содержащей, по меньшей мере, один атом углерода, связанный непосредственно с атомом Р, и n является числом от примерно 1 до примерно 1000, предпочтительно, числом от примерно 2 до примерно 50.

Органические фосфониевые соединения включают, например, аминотри(метиленфосфониевую кислоту), пента-натриевую соль аминотри(метиленфосфониевой кислоты), 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфониевую кислоту, тетра-натриевую соль 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфониевой кислоты, пентанатриевую соль диэтилентриаминпента- (метиленфосфониевой кислоты), тринатриевую соль диэтилентриаминпента(метиленфосфониевой кислоты), гексаметилендиаминтетра(метиленфосфониевую кислоту), калиевую соль гексаметилендиаминтетра(метиленфосфониевой кислоты), или тому подобное. В некоторых вариантах осуществления в изобретении использованы фосфонаты DEQUEST® (например, DEQUEST® 2000, DEQUEST® 2006, DEQUEST® 2016, DEQUEST® 2054, DEQUEST® 2060S, DEQUEST® 2066A, и т.п.), выпускаемые Solutia, Inc., St.Lois, Missouri. Другие примеры подходящих фосфониевых соединений можно найти в патенте США 5.788.857.

Если органическое фосфониевое соединение включено в водную смесь обожженного гипса при обработке перед отверждением, количество органического фосфониевого соединения, используемое в практике изобретения для приготовления смеси, составляет предпочтительно от примерно 0,01 мас.% до примерно 1 мас.% от массы обожженного гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,05 мас.% до примерно 0,2 мас.% от массы обожженного гипса. При обработке после отверждения количество органического фосфониевого соединения, используемого в практике изобретения и которое доставляют в композицию отвержденного гипса, составляет, предпочтительно, от примерно 0,01 мас.% до примерно 1 мас.% от массы гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,05 мас.% до примерно 0,2 мас.% от массы гипса. Например, органическое фосфониевое соединение может быть доставлено в композицию отвержденного гипса раствором (например, водным), включающим органическое фосфониевое соединение.

Карбоксильные соединения также пригодны для использования в качестве модифицирующего материала в настоящем изобретении. Предпочтительно, карбоксильные соединения являются растворимыми в воде. Предпочтительно применение поликарбоксильных соединений, хотя монокарбоксильные соединения могут быть использованы при переработке после отверждения по изобретению. В этом отношении, поликарбоксильное соединение включает, по меньшей мере, две карбоксилатные солевые или ионные группы, по меньшей мере, две карбоксильные кислотные группы, или, по меньшей мере, одну карбоксилатную солевую или ионную группу и, по меньшей мере, одну карбоксильную кислотную группу. Монокарбоксильное соединение, используемое при переработке после отверждения согласно изобретению, включает одну карбоксилатную солевую или ионную группу или, - по меньшей мере, одну карбоксильную кислотную группу.

Включение карбоксильных соединений в качестве модифицирующего материала является благоприятным, поскольку было обнаружено, что карбоксильные соединения придают сопротивление прогибу содержащим отвержденный гипс композициям согласно изобретению, например, в условиях повышенной влажности. Кроме того, включение карбоксильных соединений улучшает также стабильность размеров, поскольку считается, например, что карбоксильная группа помогает связыванию кристаллов в матрице отвержденного гипса. Для примера, а не для ограничения изобретения, поликарбоксильное соединение может быть в форме полиакрилата, полиметакрилата, полиэтакрилата и т.п. При обработке после отверждения карбоксильное соединение дополнительно может быть в форме цитрата (например, соли, такой как, например, цитрат натрия).

При обработке до отверждения поликарбоксильные соединения, пригодные для применения в настоящем изобретении, предпочтительно имеют молекулярную массу от примерно 100000 дальтон до примерно 1 миллиона дальтон. Поликарбоксильные соединения с более высокой молекулярной массой являются менее желательными, поскольку их вязкость слишком высока, тогда как соединения с более низкой молекулярной массой (прогрессивно снижающейся ниже 100000 дальтон) являются менее эффективными. В некоторых вариантах осуществления обработки перед отверждением поликарбоксильное соединение имеет молекулярную массу от примерно 200000 дальтон до примерно 700000 дальтон, такую как, например, от примерно 400000 дальтон до примерно 600000 дальтон. В некоторых вариантах осуществления карбоксильное соединение представляет собой полиакрилат, в каковом случае полиакрилат, предпочтительно, имеет молекулярную массу от примерно 200000 дальтон до примерно 700.000 дальтон, более предпочтительно, от примерно 400000 дальтон до примерно 600000 дальтон.

При обработке после отверждения карбоксильное соединение предпочтительно имеет молекулярную массу от примерно 200 дальтон до примерно 1000000 дальтон. Например, в некоторых вариантах осуществления обработки после отверждения карбоксильное соединение имеет молекулярную массу от примерно 200 дальтон до примерно 100000 дальтон (например, от примерно 1.000 дальтон до примерно 100000 дальтон или от примерно 10.000 дальтон до примерно 100000 дальтон), тогда как в других вариантах осуществления карбоксильное соединение имеет молекулярную массу от примерно 100000 дальтон до примерно 1 миллиона дальтон (например, от примерно 200000 дальтон до примерно 700000 дальтон или от примерно 400000 дальтон до примерно 600000 дальтон).

Если карбоксильное соединение включено в водную смесь обожженного гипса при обработке перед отверждением, количество карбоксильного соединения, используемое в практике изобретения для приготовления смеси, составляет предпочтительно от примерно 0,01 мас.% до примерно 5 мас.% от массы обожженного гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,05 мас.% до примерно 2 мас.% от массы обожженного гипса. При обработке после отверждения, количество карбоксильного соединения, используемого в практике изобретения и которое доставляют в композицию отвержденного гипса, составляет предпочтительно от примерно 0,01 мас.% до примерно 5 мас.% от массы гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,05 мас.% до примерно 2 мас.% от массы гипса. Например, карбоксильное соединение может быть доставлено в композицию отвержденного гипса раствором (например, водным), включающим карбоксильное соединение.

Бораты и, в особенности, встречающиеся в природе улексит (NaCaB₅O₉·8Н₂О) или колеманит (Са₂В₆О₁₁·5Н₂О), или смесь улексита и колеманита, также могут быть введены в качестве модифицирующего материала. В некоторых вариантах осуществления предпочтителен улексит, отчасти благодаря его относительно низкой цене. Следует отметить, что бораты не полностью растворимы в воде. Неожиданно, даже такие полурастворимые бораты, каковыми являются полибористые соединения, дают желаемую величину эффекта в соответствии с настоящим изобретением. Это еще более неожиданно, поскольку другие полностью растворимые борсодержащие вещества, такие как борная кислота, являющаяся монобористым соединением, дают намного меньший желаемый эффект и непригодны для использования в объеме изобретения. Включение таких боратов в качестве модифицирующих материалов благоприятно, поскольку было обнаружено, что они придают содержащим отвержденный гипс материалам сопротивление прогибу даже в присутствии в водной смеси обожженного гипса загрязнений, например, хлоридов. Это открытие является важным, поскольку позволяет использовать при получении изделий из отвержденного гипса, таких как стеновые плиты, более низкокачественные и менее дорогие сорта обожженного гипса без сколько-нибудь существенного отрицательного влияния на сопротивление прогибу. Кроме того, бораты не замедляют существенно образование содержащей отвержденный гипс композиции.

В способе обработки перед отверждением борат может быть добавлен к водной смеси обожженного гипса в виде порошка и/или в виде раствора (например, водного раствора). В некоторых вариантах осуществления, например, борат может быть добавлен после того, как он размолот с ускорителем - дигидратом сульфата кальция, как было описано выше. Кроме того в некоторых вариантах осуществления борат добавляют, используя оба способа.

Если борат включен в водную смесь обожженного гипса при обработке перед отверждением, количество добавляемого к смеси бората в практике изобретения составляет, предпочтительно, от примерно 0,1 мас.% до примерно 2 мас.% от массы обожженного гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,2 мас.% до примерно 0,5 мас.% от массы обожженного гипса. При обработке после отверждения количество бората, используемого для обработки отвержденного гипса, в практике изобретения составляет, предпочтительно, от примерно 0,1 мас.% до примерно 2 мас.% от массы гипса и, более предпочтительно, от примерно 0,2 мас.% до примерно 0,5 мас.% от массы гипса. Например, борат может быть доставлен в композицию отвержденного гипса раствором (например, водным), включающим борат.

В дополнение и придерживаясь изобретения, неорганические фосфаты могут быть объединены с другими описанными здесь модифицирующими материалами. В частности, предпочтительными являются неорганические полифосфатные соединения, хотя неорганические монофосфатные соединения могут быть использованы при обработке после отверждения согласно изобретению. При этом неорганические полифосфатные соединения выбирают из, например, конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых включает две или более фосфорнокислотные группы, солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых включает две или более фосфатные группы, или соединений, включающих одну или несколько фосфорнокислотных групп и одну или несколько групп фосфатной соли или фосфатного иона. Монофосфатные соединения, используемые при обработке после отверждения согласно изобретению, включают одну фосфорнокислотную группу или одну группу фосфатной соли или фосфатного иона.

Включение таких неорганических фосфатов дополнительно улучшает сопротивление прогибу и, в том, что касается обработки после отверждения, другие механические свойства (например, прочность при сжатии) содержащей отвержденный гипс композиции. В некоторых вариантах осуществления неорганические фосфаты присутствуют в виде следующих солей или их анионных частей: соединение триметафосфата (например, такие соли как, например, триметафосфат натрия, триметафосфат кальция, натрийкальциевый триметафосфат, триметафосфат калия, триметафосфат лития, и т.п.), гексаметафосфат натрия, имеющий 6-27 повторяющихся фосфатных групп полифосфат аммония, имеющий 500-3000 (предпочтительно, 1000-3000) повторяющихся фосфатных групп, тетракалийпирофосфат, тринатрийдикалий-триполифосфат, натрийтриполи-фосфат, тетранатрий-пирофосфат, кислый пирофосфат натрия или полифосфорная кислота, имеющая 2 или более повторяющиеся фосфорнокислотные группы. В некоторых вариантах осуществления неорганическое фосфатное соединение включает триметафосфат натрия и/или полифосфат аммония. Примерами монофосфатных соединений (называемых также ортофосфатными соединениями), используемых в вариантах осуществления обработки после отверждения, являются двукислый фосфат натрия, двукислый фосфат калия и фосфорная кислота.

Если фосфаты включены в водную смесь обожженного гипса при обработке перед отверждением, количество таких неорганических фосфатов, используемое в практике изобретения или добавленных к смеси предварительно, составляет, предпочтительно, от примерно 0,004 мас.% до примерно 2 мас.% от массы обожженного гипса, и более предпочтительно, от примерно 0,04 мас.% до примерно 0,16 мас.% от массы обожженного гипса. При обработке после отверждения количество таких неорганических фосфатов, используемое в практике изобретения, составляет, предпочтительно, от примерно 0,004 мас.% до примерно 2 мас.% от массы гипса, и более предпочтительно, от примерно 0,04 мас.% до примерно 0,16 мас.% от массы гипса. Например, неорганический фосфат может быть доставлен в композицию отвержденного гипса раствором (например, водным), включающим фосфат.

Кроме того, любой из модифицирующих материалов до некоторой степени замедляет скорость гидратации образования отвержденного гипса (и отрицательно влияет на прочность содержащей отвержденный гипс композиции), так, как, например, в том, что касается органических фосфониевых соединений, карбоксильных соединений или фосфатов (отличных от полифосфата аммония или триметафосфатного соединения), любое такое замедление может быть уменьшено или даже преодолено путем введения в смесь ускорителя, в частности, дигидрата сульфата кальция. Конечно, могут быть включены другие ускорители, общеизвестные в практике, такие как сульфат алюминия, бисульфат натрия, сульфат цинка и т.п.

В соответствии с настоящим изобретением содержащая отвержденный гипс композиция по изобретению может быть в виде гипсовой плиты, которая предпочтительно имеет сопротивление прогибу, определенное по ASTM C473-95, менее чем примерно 0,1 дюйм (˜0,254 см) на два фута (˜0,61 м) длины указанной плиты. Кроме того, гипсовая плита предпочтительно имеет усадку при ее изготовлении (например, когда содержащее отвержденный гипс соединение сушат) менее чем примерно 0,02 дюйма (˜0,051 см) на четыре фута (˜1,22 м) ширины и менее чем примерно 0,05 дюйма (˜0,127 см) на двенадцать футов (˜3,66 м) длины.

Гипсовая композиция может также включать необязательные добавки, такие как, но не ограниченные этим, упрочняющие добавки, связующее (например, полимеры, такие как латекс), пористый перлит, воздушные пустоты, образованные водной пеной, крахмал, такой как предварительно желатинизированный крахмал, ускоряющие агенты, замедлитель схватывания, водозащитные агенты, бактерициды, фунгициды, биоциды, волокнистый мат (например, на гипсовой плите, включающий гипсовую композицию по изобретению), а также, как должно быть понятно рядовому специалисту, другие добавки, или их сочетания.

Упрочняющие добавки могут быть включены в гипсовую композицию по изобретению, если требуется, для того, чтобы улучшить прочность во время переработки. Например, упрочняющая добавка может включать целлюлозные волокна (например, бумажные волокна), минеральные волокна, другие синтетические волокна или подобное, или их сочетания. Упрочняющая добавка, такая как бумажные волокна, может быть введена в любом подходящем количестве. Например, в некоторых вариантах осуществления упрочняющая добавка присутствует в количестве от примерно 0,1 мас.% до примерно 5 мас.% от массы композиции отвержденного гипса.

Для того чтобы способствовать снижению плотности, композиция отвержденного гипса по изобретению может, необязательно, включать воздушные пустоты, образованные водной пеной. В частности вспенивающий агент может быть добавлен к водной смеси обожженного гипса во время приготовления. Желательно, чтобы основная часть пенообразующего агента генерировала пену, которая относительно нестабильна при контакте с водной взвесью прокаленного гипса. Желательно также, чтобы меньшая часть пенообразующего агента генерировала относительно стабильную пену. Для примера, в некоторых вариантах осуществления водная пена образуется, по меньшей мере, одним пенообразующим агентом, имеющим формулу:

СН₃(СН₂)_хCH₂(OCH₂CH₂)_yOSO₃ ^- M⁺,

где М представляет собой катион, Х является целым числом от 2 до примерно 20, Y является целым числом от 0 до примерно 10, и равно 0 для, по меньшей мере, 50 мас.%, по меньшей мере, одного вспенивающего агента. Предпочтительно Y равно 0 для от примерно 86 до примерно 99 мас.%, по меньшей мере, одного вспенивающего агента.

Кроме того, гипсовая композиция может, необязательно, включать крахмал, такой как предварительно желатинизированный крахмал или модифицированный кислотой крахмал. Включение предварительно желатинизированного крахмала позволяет минимизировать риск или избежать риска отслоения бумаги в условиях увеличенной влажности. Рядовому специалисту должны быть ясны способы предварительной желатинизации сырого крахмала, такие как, например, варка сырого крахмала в воде при температурах по меньшей мере 185°F (˜85°C), или другие способы. Подходящие примеры предварительно желатинизированного крахмала включают, но не ограничиваются этим, крахмал PCF 1000, коммерчески доступный от Lauhoff Grain Company, и крахмалы AMERIKOR 818 и HQM PREGEL, оба выпускаются Archer Daniels Midland Company. Предварительно желатинизированный крахмал, если он включен, может присутствовать в любом подходящем количестве. Например, предварительно желатинизированный крахмал, если он включен, может присутствовать в количестве от примерно 0,1 мас.% до примерно 5 мас.% от массы композиции.

Гипсовая композиция может также включать волокнистый мат. Волокнистый мат может быть тканым или нетканым. Желательно, чтобы волокнистый мат состоял из материала, который может приспособиться к расширению гипсовой композиции во время гидратации. Для примера, волокнистый мат может быть в форме бумажного мата, мата из стекловолокна или мата из другого синтетического волокна. В некоторых вариантах осуществления волокнистый мат является нетканым и может включать стекловолокно. Желательно, чтобы волокнистый мат мог быть наложен на поверхность и/или введен в гипсовую отливку во время образования для того, чтобы улучшить целостность и технологические свойства высушенной гипсовой отливки во время производства, транспортировки и применения. Кроме того, волокнистый мат может быть использован в качестве внешней поверхности конечного изделия (например, потолочной плитки) и тем самым обеспечить приятный эстетически однородный внешний вид, который может быть желательно гладким. Волокнистый мат, если он введен, может иметь любую подходящую толщину. Например, в некоторых вариантах осуществления волокнистый мат имеет толщину от примерно 0,003 дюйма (˜0,00762 см) до примерно 0,15 дюйма (˜0,381 см).

Следующие примеры дополнительно поясняют настоящее изобретение, но, конечно, не должны рассматриваться как каким-либо образом ограничивающие его объем. В примерах, представленных ниже, следующие аббревиатуры имеют указанные значения:

ОПФС Означает органическое полифосфониевое соединение

ОПФС1 Представляет аминотри(метиленфосфониевую кислоту)

ОПФС2 Представляет пентанатриевую соль аминотри(метиленфосфониевой кислоты)

ОПФС3 Представляет тетранатриевую соль 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфониевой кислоты

ОПФС4 Представляет калиевую соль гексаметилендиаминтетра(метиленфосфониевой кислоты)

ОПФС5 Представляет диэтилентриаминпента(метиленфосфониевую кислоту)

ОПФС6 Представляет тринатриевую соль диэтилентриаминпента (метиленфосфониевой кислоты)

ПАК Означает поли(акриловую кислоту)

ПАК1 Представляет поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу порядка 2.000 дальтон

ПАК2 Представляет поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу порядка 30.000 дальтон

ПАК3 Представляет поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу порядка 250.000 дальтон

ПАК4 Представляет поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу порядка 450.000 дальтон

ПАК5 Представляет поли(акриловую кислоту), имеющую молекулярную массу порядка 750.000 дальтон

ПАК6 Представляет Belclene 283 (выпускается FMC Corporation, Princeton, New Jersey)

ПАК7 Представляет Belclene 200 (выпускается FMC Corporation)

ПАК8 Представляет Belsperse 161 (выпускается FMC Corporation)

ПРИМЕР 1

Сопротивление постоянной деформации

(Сопротивление прогибу лабораторной гипсовой плиты)

Образцы гипсосодержащих плит были приготовлены в лаборатории в соответствии с изобретением и сравнивались в отношении сопротивления постоянной деформации с образцами плит, приготовленных с использованием способов и композиций, не являющихся предметом изобретения.

Образцы готовили, смешивая в 5-ти литровом смесителе WARING в течение 10 секунд при низкой скорости 1,5 кг полугидрата бета-сульфата кальция, 2 г ускорителя отверждения, включающего мелкоразмолотые частицы дигидрата сульфата кальция, покрытые сахаром для сохранения эффективности и нагретые, как описано в патенте США 3573947, который включен в описание в качестве ссылки, 2 л спускной воды, и 0 г присадки (контрольные образцы), 1,5 г органического полифосфониевого соединения или 1,5 г других присадок. Образованные таким образом взвеси выливали в подносы для получения образцов плоских гипсовых плит, каждая из которых имела размер около 6×24×1/2 дюйма. После того, как полугидрат сульфата кальция отверждался, образуя гипс (дигидрат сульфата кальция), плиты сушили в сушильном шкафу при 112°F (˜44,4°С) до тех пор, пока их масса не переставала изменяться. Конечную замеренную массу каждой плиты записывали. На данные плиты не наносили никакого бумажного покрытия для того, чтобы избежать влияния бумажного покрытия на характеристики прогиба гипсовых плит в увлажненных условиях.

Затем каждую высушенную плиту укладывали в горизонтальном положении на две опоры шириной 1,2 дюйма, длина которых простиралась на всю ширину плиты, по одной опоре с каждого конца плиты. Плиты оставляли в таком положении на установленный период времени (в данном примере на 4 суток) при постоянных окружающих условиях с температурой 90°F (˜32,2°С) и относительной влажностью 90 процентов. Затем определяли степень прогиба плиты путем замера расстояния (в дюймах) центра верхней поверхности плиты от воображаемой горизонтальной плоскости, лежащей между верхними кромками концов плиты. Считали, что сопротивление матрицы отвержденного гипса плиты постоянной деформации обратно пропорционально величине прогиба плиты. Таким образом, чем больше прогиб, тем меньше относительное сопротивление постоянной деформации входящей в плиту матрицы отвержденного гипса.

Результаты испытаний сопротивления постоянной деформации приведены в таблице I, включая состав и концентрацию (массовые проценты в расчете на массу полугидрата сульфата кальция) добавки, конечную массу плиты и величину измеренного прогиба.

В этих лабораторных экспериментах отклонение прогиба определяли по ASTM C473-95 Humidified Deflection Test, за исключением того, что испытуемые гипсовые плиты не включали бумажные обои, и за исключением того, что испытуемые гипсовые плиты имели размер 0,5 фт (˜0,154 м) × 2 фт (˜0,61 м) вместо 1 фт (˜0,305 м) × 2 фт (˜0,61 м). Однако было обнаружено, что отклонение прогиба плит, изготовленных в лаборатории, коррелирует с отклонением прогиба плит размером 1 фт (˜0,305 м) × 2 фт (˜0,61 м), описанных в тесте ASTM С 473-95, и, если и есть какое-либо различие, то это различие будет в том, что отклонение прогиба больше у плит, изготовленных в лаборатории. Следовательно, если плиты, изготовленные в лаборатории по изобретению, соответствуют требуемым стандартам сопротивления прогибу, то плиты по изобретению, изготовленные с выполнением требований ASTM С 473-95, также будут соответствовать требуемым стандартам сопротивления прогибу.

Таблица IПрисадкаУровень добавки (мас.%)
в расчете на обожженный гипсМасса сухой плиты (г)Захват воды из пространства 90/90 (мас.%)Отклонение (дюймы) прогиба за десять суток увлажненияКонтроль0,0536,20,150,985Фосфатное стекло0,1538,50,240,013Полифосфат аммония0,1534,80,420,012Триметафосфат натрия0,1531,40,230,035ОПФС10,1539,20,150,044ОПФС20,1537,10,240,077ОПФС30,1536,30,280,117ОПФС40,1541,30,130,060ОПФС50,1551,20,290,102ОПФС60,1515,80,321,253

Данные таблицы I показывают, что плита, изготовленная с использованием органических полифосфониевых соединений в соответствии с изобретением, имела намного большее сопротивление прогибу (и таким образом намного большее сопротивление постоянной деформации), чем контрольная плита. Кроме того, плита, изготовленная с использованием нескольких органических полифосфониевых соединений, имела прогиб, который был намного меньше чем прогиб 0,1 дюйм (˜0,254 см) на два фута (˜0,61 см) длины плиты, и, следовательно, не воспринимался человеческим глазом. Другие органические полисульфониевые соединения, такие как ОПФС3 и ОПФС5, показали заметное улучшение прогиба по сравнению с контрольной плитой.

Должно быть понятно, что ускорители могут быть использованы для того, чтобы до некоторой степени преодолеть эффекты замедления и понижения прочности, которые могут быть вызваны органическими полифосфониевыми соединениями. В примерах, приведенных выше, не предпринимались попытки преодолеть такие эффекты. Однако, если для преодоления таких эффектов добавляли ускоритель, то следовало ожидать, что плиты, изготовленные с любым из данных органических полифосфониевых соединений, будут иметь прогиб менее чем 0,1 дюйм (˜0,254 см) на два фута (˜0,61 см) длины плиты.

ПРИМЕР 2

Пример показывает применение улексита в качестве модифицирующего материала для улучшения сопротивления прогибу у гипсовой плиты. Сопротивление постоянной деформации при использовании в качестве добавки улексита как такового и размолотого с ускорителем отверждения, включающим тонкоразмолотые частицы дигидрата сульфата кальция, как описано выше, определяли так, как описано выше в примере 1.

Кроме того, показан также благоприятный эффект от использования улексита в присутствии загрязнений хлоридной солью. Гипсовую плиту готовили также, как в примере 1, за исключением того, что в смесь вместе с добавкой улексита вводили ион хлорида. Величину прогиба определяли в соответствии с методикой ASTM С 473-95 на приготовленных в лаборатории плитах, как описано выше.

В данных примерах количество улексита, введенного в водную взвесь обожженного гипса путем добавления размолотой смеси с ускорителем, составляет приблизительно 0,05 мас.% от обожженного гипса. В последнем примере в таблице II общее количество улексита, добавленного к водной взвеси обожженного гипса, составляет приблизительно 0,15 мас.% от обожженного гипса (0,05 мас.% в форме размолотой смеси с ускорителем плюс 0,10 мас.% добавлено дополнительно).

Таблица IIУскорительКонцентрация ускорителя, (мас.%) на обожженный гипсДобавка NaCl, мас.% на обожженный гипсМасса сухой плиты (г)Захват воды из пространства 90/90 (мас.%)Величина прогиба (дюймы) после 2 недель при увлажненииКонтроль10511,40,80,214Покрыт улекситом10528,40,60,067Контроль10,5528,36,5>1Покрыт улекситом10,5529,46,10,235Покрыт улекситом + добавка 0,1 мас.% улексита (в расчете на массу обожженного гипса)10,5529,76,00,057

Данные в таблице II показывают улучшение сопротивления прогибу (выраженное величиной прогиба), полученное при использовании улексита, либо при добавлении улексита в виде размолотой смеси улексита и дигидрата сульфата кальция в качестве ускорителя, либо в виде независимой добавки или сухого порошка или водного раствора. Данные также показывают, что борат, улексит обеспечивает улучшение величины прогиба даже, если значительное количество загрязнения хлоридным анионом (например, NaCl) присутствует в водной смеси обожженного гипса (которая может быть при сравнительно низком качестве обожженного гипса), и когда абсорбция воды в конечном изделии - гипсовой доске относительно высока.

ПРИМЕР 3

Обработка дигидрата сульфата кальция после отверждения

В некоторых альтернативных предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения отливку дигидрата сульфата кальция обрабатывают водным раствором модифицирующего материала для повышения сопротивления постоянной деформации (например, сопротивления прогибу) и стабильности размеров содержащих отвержденный гипс изделий после повторной сушки. Более конкретно, было обнаружено, что обработка отливки дигидрата сульфата кальция различными модифицирующими материалами согласно настоящему изобретению увеличивает сопротивление постоянной деформации (например, сопротивление прогибу) и стабильность размеров. Так, вариант осуществления, в котором модифицирующий материал добавляют к отвержденному гипсу, предлагает новые композиции и способы приготовления улучшенных гипсосодержащих продуктов, включая, но не ограничиваясь этим, плиты, панели, штукатурку, черепицу, гипсоцеллюлозно-волоконные композиты, и т.д. Поэтому, любое изделие на основе гипса, которое требует жесткого контроля сопротивления прогибу, должно выиграть от данного варианта осуществления настоящего изобретения.

Примеры двух способов последующей обработки отвержденного гипса являются следующими.

1)2)Штукатурка и другие добавки (сухие) плюс вода для приготовления взвесиШтукатурка и другие добавки (сухие) плюс вода для приготовления взвеси↓↓Пена (для снижения массы или плотности)Смешивание/перемешивание (влажное)↓↓Отливка гипса/окончательное отверждение и сушкаОтливка гипса/окончательное отверждение↓↓Последующая обработка модифицирующим материалом (распыление или пропитка)Последующая обработка модифицирующим материалом (распыление на поверхность)↓↓Гипсовая отливка после повторной сушкиВысушенное гипсовое изделие↓↓Улучшенное гипсовое изделиеУлучшенное гипсовое изделие

В обоих из вышеприведенных способов на отвержденный гипс предпочтительно наносят водный раствор модифицирующего материала.

Модифицирующий материал разбрызгивают на композицию отвержденного гипса в виде раствора модифицирующего материала в воде. Количество модифицирующего материала в растворе рассчитывают по массе дигидрата сульфата кальция (отвержденного гипса).

Плиты лабораторного изготовления готовили, как описано в примере 1, и с лабораторными плитами проводили тест ASTM С 473-95 Humified Sag Deflection Test, так же как объяснено выше в примере 1.

Таблица III показывает улучшения величины прогиба, достигнутые, когда модифицирующим материалом или добавкой являлось органическое полифосфониевое соединение. Таблица IV показывает улучшения величины прогиба, достигнутые, когда добавкой являлась поли(акриловая кислота). Таблица V показывает улучшения величины прогиба, достигнутые, когда добавкой являлся цитрат натрия, карбоксильное соединение, которое включает, по меньшей мере, две карбоксилатных группы.

Таблица IIIДобавкаКонцентрация добавки (мас.%) на обожженный гипсМасса сухой плиты (г)Захват воды из пространства 90/90 (мас.%)Величина прогиба (дюймы) после 2 недель при увлажненииКонтроль0,0572,70,150,285Тримегафосфат натрия0,2580,70,190,011ОПФС10,2586,90,240,021ОПФС20,2582,50,220,029ОПФС30,2573,90,260,045ОПФС40,2570,70,250,014ОПФС50,2606,80,360,012ОПФС60,2583,50,260,008

Данные в таблице III показывают, что нанесение органических полифосфатов на отвержденный гипс обеспечивает улучшение величины прогиба плиты. Все плиты показали сопротивление прогибу намного меньше желаемой величины 0,1 дюйма (˜0,254 см) на два фута (˜0,61 м) длины плиты, когда при обработке после отверждения согласно данному изобретению использовали органические полифосфонаты.

Таблица IVДобавкаКонцентрация добавки (мас.%) на обожженный гипсМасса сухой плиты (г)Захват воды из пространства 90/90 (мас.%)Величина прогиба (дюймы) после 2 недель при увлажненииКонтроль0,0552,60,590,424ПАК10,2567,51,20,043ПАК20,085410,70,081ПАК30,08551,20,670,069ПАК40,2544,50,60,058ПАК50,2569,90,30,161ПАК60,1552,50,20,054ПАК70,1552,50,20,054ПАК80,1553,60,50,026

Данные в таблице IV показывают, что карбоксилаты придают композиции отвержденного гипса увеличенную прочность при обработке после отверждения. Данные показывают, что применение растворимых карбоксилатов, т.е. ПАК 1-4 и ПАК6 и ПАК7, более эффективно, чем применение карбоксилатов, слаборастворимых в воде, например, ПАК5, хотя даже обработка после отверждения поликарбоксилатом ПАК5 придает плите улучшенное сопротивление прогибу по сравнению с контролем.

Таблица VДобавкаКонцентрация добавки (мас.%) на обожженный гипсМасса сухой плиты (г)Захват воды из пространства 90/90 (мас.%)Величина прогиба (дюймы) после 2 недель при увлажненииКонтроль0,0519,40,31,5Цитрат натрия0,2569,10,40,173

Таблица V показывает неожиданные преимущества обработки после отверждения. Цитрат натрия обычно считают замедлителем схватывания, и его применение отрицательно влияет на прочность и сопротивление прогибу, если его используют как добавку при предварительной обработке. Однако при обработке после отверждения было обнаружено, что цитрат натрия увеличивает сопротивление прогибу.

Все цитированные здесь источники, включая патенты, патентные заявки и публикации включены настоящим во всей своей полноте в качестве ссылок.

Изобретение было описано здесь с упором на предпочтительные варианты осуществления, специалистам должно быть ясно, что могут быть применены вариации предпочтительных вариантов осуществления, и что предполагается, что изобретение может быть реализовано иначе, чем это детально описано здесь. Соответственно, данное изобретение включает все модификации, охваченные духом и объемом изобретения, как оно определено в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к гипсовым композициям и к гипсовой плите с указанными композициями. Композиция, содержащая отвержденный гипс, включает связующую матрицу из отвержденного гипса, а образованную из обожженного гипса, воды и модифицирующего материала, включающего смесь 0,01-3% от массы обожженного гипса органического полифосфониевого соединения или смесь органических полифосфониевых соединений и 0,1-2% от массы обожженного гипса бората, включающего улексит, колеманит, или смесь улексита и колеманита или модифицирующего материала, включающего 0,01-4,99% от массы обожженного гипса поликарбоксильного соединения или смесь поликарбоксильных соединений и 0,004-2% от массы обожженного гипса полифосфатного соединения или смеси полифосфатных соединений. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Композиция, содержащая отвержденный гипс, включающая связующую матрицу из отвержденного гипса, образованную из обожженного гипса, воды и модифицирующего материала, включающего смесь 0,01-3 мас.% от массы обожженного гипса органического полифосфониевого соединения или смеси органических полифосфониевых соединений и 0,1-2 мас.% от массы обожженного гипса бората, включающего улексит, колеманит или смесь улексита и колеманита.2. Композиция по п.1, где указанная композиция образована с дополнительным использованием второго модифицирующего материала, включающего поликарбоксильное соединение или смесь поликарбоксильных соединений.3. Композиция по п.2, где указанная композиция образована с дополнительным использованием третьего модифицирующего материала, включающего полифосфатное соединение или смесь полифосфатных соединений.4. Композиция по п.1, где указанная компошция образована с дополнительным использованием ускорителя.5. Композиция по п.4, где, по меньшей мере, часть бората нанесена на ускоритель.6. Композиция по п.1, в которой обожженный гипс образован с использованием от 0,11 до 5 мас.% модифицирующего материала в расчете на массу обожженного гипса.7. Композиция по п.2, в которой указанное поликарбоксильное соединение имеет молекулярную массу от примерно 100000 дальтон до примерно 1 миллиона дальтон.8. Композиция по п.2, в которой указанное поликарбоксильное соединение выбрано из группы, состоящей из полиакрилатов, полиэтакрилатов и полиметакрилатов.9. Композиция по п.3, в которой указанное полифосфатное соединение выбрано из группы, состоящей из триметафосфатного соединения, гексаметафосфата натрия, имеющего 6-27 повторяющихся фосфатных групп, полифосфата аммония, тетракалийпирофосфата, триполифосфата натрия, тетранатрийпирофосфата, кислого пирофосфата натрия, и полифосфорной кислоты, имеющей 2 или более повторяющихся фосфорнокислотных групп.10. Композиция по п.3, в которой указанный третий модифицирующий материал выбран из триметафосфатного соединения и полифосфата аммония.11. Композиция по п.3, в которой указанный третий модифицирующий материал представляет собой полифосфат аммония.12. Композиция, содержащая отвержденный гипс, включающая связующую матрицу из отвержденного гипса, образованную из, по меньшей мере, обожженного гипса, воды и модифицирующего материала, включающего 0,01-4,99 мас.% от массы обожженного гипса поликарбоксильного соединения или смеси поликарбоксильных соединений и 0,004-2 мас.% от массы обожженного гипса полифосфатного соединения или смеси полифосфатных соединений.13. Композиция, содержащая отвержденный гипс, включающая отвержденный гипс, где указанный отвержденный гипс обработан смесью жидкости и модифицирующего материала, включающего 0,1-1 мас.% от массы обожженного гипса органического фосфониевого соединения или смеси органических фосфониевых соединений, 0,1-2 мас.% от массы обожженного гипса бората, включающего улексит, колеманит или смесь улексита и колеманита, 0,01-4,8 мас.% от массы обожженного гипса карбоксильного соединения или смеси карбоксильных соединений.14. Композиция, содержащая отвержденный гипс, по п.13, где указанная композиция дополнительно обработана вторым модифицирующим материалом, включающим фосфатное соединение или смесь фосфатных соединений.15. Композиция по п.1, в которой указанное органическое полифосфониевое соединение представляет собой аминотри(метиленфосфониевую кислоту), пентанатриевую соль аминотри(метиленфосфониевой кислоты), 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфониевую кислоту, тетранатриевую соль 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфониевой кислоты, пентанатриевую соль диэтилентриаминпента(метиленфосфониевой кислоты), тринатриевую соль диэтилентриаминпента(метиленфосфониевой кислоты), гексаметилендиаминтетра(метиленфосфониевой кислоты), или калиевую соль гексаметилендиаминтетра(метиленфосфониевой кислоты).16. Композиция по любому из пп.1 или 13, в которой указанный борат представляет собой улексит.17. Композиция по п.13, в которой указанное карбоксильное соединение представляет собой поликарбоксильное соединение.18. Композиция по п.17, в которой указанное поликарбоксильное соединение имеет молекулярную массу от 200 дальтон до 1 миллиона дальтон.19. Композиция по п.13, в которой указанное карбоксильное соединение выбирают из группы, состоящей из полиакрилатов, полиэтакрилатов, полиметакрилатов и цитратов.20. Композиция по любому из пп.1 или 17, в которой указанное поликарбоксильное соединение представляет собой полиакрилат.21. Композиция по п.14, в которой указанный второй модифицирующий материал представляет собой полифосфатное соединение.22. Гипсовая плита, включающая композицию по любому из пп.1 или 12.23. Гипсовая плита по п.22, где указанная гипсовая плита имеет сопротивление прогибу, определенное по ASTM C473-95, менее чем 0,25 см (0,1 дюйм) на 60,1 см (два фута) длины указанной плиты.24. Гипсовая плита по п.23, где указанная гипсовая плита имеет усадку менее чем 0,05 см (0,02 дюйма) на 120,2 см (четыре фута) ширины и менее чем 0,13 см (0,05 дюйма) на 360 см (двенадцать футов) длины.

Приоритет установлен 25.04.2000 по дате подачи первой заявки в Патентное Ведомство США.