ЛЕГКАЯ ГИПСОВАЯ ОБЛИЦОВОЧНАЯ ПЛИТА С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КРАХМАЛА Российский патент 2011 года по МПК C04B11/00 E04F13/02 B32B13/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу получения гипсовых суспензий, содержащих предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, а также к изготовленным из них продуктам. Изобретение также относится к способу повышения прочности в сухом состоянии гипсосодержащих продуктов, включая облицовочные (стеновые) плиты, посредством использования нафталинсульфонатного диспергатора в комбинации с предварительно желатинированным крахмалом в суспензии, используемой для изготовления этих продуктов.

Описание известного уровня техники

Некоторые свойства гипса (дигидрата сульфата кальция) делают его весьма распространенным материалом, используемым для изготовления промышленных и строительных продуктов, таких как гипсовые облицовочные плиты. Гипс представляет собой имеющееся в изобилии и обычно недорогое сырье, которое можно отливать, прессовать или иным образом формовать для придания нужных конфигураций с использованием процесса дегидратации и регидратации. Основным материалом, из которого изготавливаются гипсовые облицовочные плиты и другие гипсовые продукты, является полуводная форма сульфата кальция (CaSO₄·1/2H₂O), обычно называемая "штукатурный гипс", которую получают путем термической конверсии дигидратной формы сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), из которой были удалены 1-1/2 молекулы воды.

Обычные гипсосодержащие продукты, такие как гипсовые облицовочные плиты, обладают множеством достоинств, в частности, низкой стоимостью и легкой обрабатываемостью, однако в процессе резки или сушки этих продуктов может образовываться значительное количество гипсовой пыли. Использование крахмалов в качестве ингредиентов суспензий, используемых для изготовления таких продуктов, позволило достичь различных усовершенствований в изготовлении гипсосодержащих продуктов. Крахмал может повысить прочность при изгибе и при сжатии гипсосодержащих продуктов, включая гипсовые облицовочные плиты. Известные гипсовые облицовочные плиты содержат крахмал для картона в количестве менее чем около 10 фунтов/MFS.

В гипсовых суспензиях, содержащих предварительно желатинированный крахмал, необходимо использовать значительные количества воды, чтобы обеспечить соответствующую текучесть суспензии. К сожалению, большая часть этой воды должна быть в конечном итоге удалена посредством нагрева, что неэкономично из-за высокой стоимости топлива, используемого в процессе нагрева. Кроме того, операция нагрева отнимает много времени. Было обнаружено, что использование нафталинсульфонатных диспергаторов может повысить жидкотекучесть суспензией и тем самым решить проблему потребности в воде. Кроме того, было обнаружено, что нафталинсульфонатные диспергаторы при достаточно высоком уровне использования могут образовывать поперечные связи с предварительно желатинированным крахмалом, связывая кристаллы гипса после сушки, что повышает прочность гипсового композита в сухом состоянии. Влияние триметафосфатных солей на потребность гипсовой суспензии в воде ранее не было известно. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что повышение уровня триметафосфатной соли до неизвестных ранее уровней в присутствии конкретного диспергатора позволяет достичь нужной текучести суспензии при неожиданно меньшем количестве воды даже в присутствии высоких уровней крахмала. Это, конечно, является очень желательным, так как, в свою очередь, уменьшается потребление топлива, а также сокращается продолжительность процесса, связанного с последующими операциями удаления воды. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что можно повысить прочность гипсовой плиты в сухом состоянии посредством использования нафталинсульфонатного диспергатора в комбинации с предварительно желатинированным крахмалом в суспензии, используемой для изготовления облицовочных плит.

Краткое изложение сущности изобретения

Предложена суспензия, содержащая штукатурный гипс, нафталинсульфонатный диспергатор и предварительно желатинированный крахмал. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве около 0,1-3,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве, по меньшей мере, от около 0,5 до около 10 мас.% от массы сухого штукатурного гипса в составе. Другие добавки к суспензии могут включать в себя катализаторы, связующие, бумажное волокно или стекловолокно и другие известные компоненты. Изобретение также охватывает гипсосодержащие продукты, изготовленные из таких суспензий.

Также предложена суспензия, содержащая штукатурный гипс, триметафосфатную соль, нафталинсульфонатный диспергатор и предварительно желатинированный крахмал. Триметафосфат натрия присутствует в количестве по меньшей мере 0,12 мас.% от массы штукатурного гипса. В предпочтительном варианте триметафосфатная соль присутствует в количестве около 0,12-0,4 мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве около 0,1-3,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве по меньшей мере от около 0,5 до около 10 мас.% от массы сухого штукатурного гипса в составе. Другие добавки к суспензии могут включать в себя катализаторы, связующие, бумажное волокно или стекловолокно и другие известные компоненты. Изобретение также охватывает гипсосодержащие продукты, изготовленные из таких суспензий.

Предпочтительным гипсосодержащим продуктом является гипсовая облицовочная плита. Этот вариант изобретения касается гипсовой облицовочной плиты, содержащей схватившийся гипсовый состав, сформировавшийся между двумя по существу параллельными облицовочными листами, причем схватившийся гипсовый состав получен с использованием гипсосодержащей суспензии из воды, штукатурного гипса, предварительно желатинированного крахмала и нафталинсульфонатного диспергатора. Гипсосодержащая суспензия может, необязательно, содержать триметафосфатную соль, например триметафосфат натрия. Гипсовая облицовочная плита, изготовленная согласно настоящему изобретению, обладает высокой прочностью и намного меньшим весом, чем обычные плиты. Кроме того, при резке, пилении или сверлении облицовочных плит, изготовленных согласно данному варианту настоящего изобретения, образуется меньше пыли.

Согласно следующему варианту настоящего изобретения предложен способ изготовления гипсовой облицовочной плиты, согласно которому перемешивают гипсосодержащую суспензию, содержащую воду, штукатурного гипса, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, в которой предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве по меньшей мере от около 0,5 до около 10 мас.% от массы штукатурного гипса. Полученную гипсосодержащую суспензию осаждают на первый картонный облицовочный лист, и на осажденную суспензию накладывают второй картонный облицовочный лист для формирования гипсовой облицовочной плиты. Гипсовую облицовочную плиту разрезают после того, как гипсосодержащая суспензия достаточно затвердеет для резки, и полученную гипсовую облицовочную плиту сушат. Гипсосодержащая суспензия может, необязательно, содержать триметафосфатную соль, например триметафосфат натрия. Можно также использовать в суспензии другие обычные ингредиенты, включающие в себя, в зависимости от потребности, катализаторы, связующие, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Для уменьшения плотности готовой гипсовой облицовочной плиты обычно добавляется мыльная пена.

Подробное описание изобретения

Согласно одному варианту настоящего изобретения предложены готовые гипсосодержащие продукты, изготовленные из гипсосодержащих суспензий, содержащих штукатурный гипс, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве около 0,1-3,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве, по меньшей мере, от около 0,5 до около 10 мас.% от массы сухого штукатурного гипса в составе. Другие ингредиенты, которые можно использовать в суспензии, включают в себя связующие, бумажное волокно, стекловолокно и катализаторы. Для уменьшения плотности готового гипсосодержащего продукта, например гипсовой облицовочной плиты, в предложенные гипсосодержащие суспензии обычно добавляется мыльная пена.

Комбинация, содержащая произвольно от около 0,5 до около 10 мас.% предварительно желатинированного крахмала, от около 0,1 до около 3,0 мас.% нафталинсульфонатного диспергатора и, как минимум, по меньшей мере от около 0,12 до около 0,4 мас.% триметафосфатной соли (все значения указаны относительно веса сухого штукатурного гипса, используемого в гипсовой суспензии), неожиданно существенно повышает жидкотекучесть гипсовой суспензии. Это значительно уменьшает количество воды, необходимой для получения гипсовой суспензии с достаточной текучестью, чтобы ее можно было использовать для изготовления гипсосодержащих продуктов, таких как гипсовые облицовочные плиты. Авторы полагают, что уровень триметафосфатной соли (триметафосфата натрия), который по меньшей мере вдвое больше уровня, присутствующего в стандартном составе, повышает активность нафталинсульфонатного диспергатора.

Нафталинсульфонатные диспергаторы, используемые в настоящем изобретении, включают в себя полинафталинсульфокислоту и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые являются продуктами конденсации нафталинсульфокислот и формальдегида. Наиболее подходящие полинафталинсульфонаты включают в себя нафталинсульфонат натрия и кальция. Средний молекулярный вес нафталинсульфонатов может колебаться от около 3000 до 27000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярный вес составлял около 8000-10000. В данном водном растворе твердого вещества диспергатор с более высоким молекулярным весом имеет более высокую вязкость и обуславливает более высокую потребность воды в составе, чем диспергатор с более низким молекулярным весом. Полезные нафталинсульфонаты включают в себя DILOFLO, выпускаемый компанией GEO Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio; DAXAD, выпускаемый компанией Hampshire Chemical Corp., Lexington, Massachusetts, и LOMAR D, выпускаемый компанией GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana. Эти нафталинсульфонаты предпочтительно используются в виде водных растворов, например, содержащих 35-55 мас.% твердого вещества. Наиболее предпочтительно использовать нафталинсульфонаты в виде водного раствора, например, с содержанием 40-45 мас.% твердого вещества. Альтернативно, при необходимости можно использовать нафталинсульфонаты в твердом или порошкообразном виде, например LOMAR D.

Полинафталинсульфонаты, пригодные для настоящего изобретения, имеют общую структуру:

где n>2 и М - натрий, калий, кальций и т.п.

Нафталинсульфонатный диспергатор, предпочтительно в виде раствора около 45 мас.% в воде, можно использовать в интервале от около 0,5 до около 3,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композита. Более предпочтительные пределы содержания диспергатора составляют от около 0,5 до около 2,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, и наиболее предпочтительные пределы составляют от около 0,7 до около 2,0 мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Что же касается известных гипсовых облицовочных плит, они содержат диспергатор в количестве около 0,4 мас.% или меньше от массы сухого штукатурного гипса.

Иными словами, нафталинсульфонатный диспергатор можно использовать в количестве от около 0,1 до около 1,5 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композита. Более предпочтительный интервал содержания диспергатора составляет от около 0,2 до около 0,7 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, и наиболее предпочтительный интервал составляет от около 0,3 до около 0,7 мас.% от массы сухого штукатурного гипса.

Гипсосодержащая суспензия может, необязательно, содержать триметафосфатную соль, например триметафосфат натрия. В настоящем изобретении можно использовать любой подходящий водорастворимый триметафосфат или полифосфат. Предпочтительным является использование триметафосфатной соли, включая двойные соли, т.е. триметафосфатной соли, имеющей два катиона. Особенно полезные триметафосфатные соли включают в себя триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат кальция, натриевокальциевый триметафосфат, триметафосфат лития, триметафосфат аммония и т.п., или их комбинации. Предпочтительной триметафосфатной солью является триметафосфат натрия. Предпочтительно использовать триметафосфатную соль в виде водного раствора, например, содержащего 10-15 мас.% твердого вещества. Можно также использовать другие циклические или ациклические полифосфаты, как описано в патенте США 6409825 (Yu et al.), упоминаемом для сведения.

Триметафосфат натрия является известной добавкой к гипсосодержащим композициям, хотя обычно он используется в интервале от около 0,05 до около 0,08 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, используемого в гипсовой суспензии. В вариантах настоящего изобретения триметафосфат натрия (или другой водорастворимый метафосфат или полифосфат) может присутствовать в интервале от около 0,12 до около 0,4 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композита. Предпочтительный интервал содержания триметафосфата натрия (или другого водорастворимого метафосфата или полифосфата) составляет от около 0,12 до около 0,3 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композита.

Существуют две формы штукатурного гипса - альфа и бета. Эти два типа штукатурного гипса получают различными средствами кальцинации. В настоящем изобретении можно использовать как бета, так и альфа форму штукатурного гипса.

В гипсосодержащих суспензиях, приготовленных согласно настоящему изобретению, необходимо использовать крахмалы, включая, в частности, предварительно желатинированный крахмал. Предпочтительным предварительно желатинированным крахмалом является предварительно желатинированный кукурузный крахмал, например, выпускаемый компанией Bunge Milling, St.Louis, Missouri, имеющий следующий типичный состав: влага 7,5%, белок 8,0%, жир 0,5%, грубое волокно 0,5%, зола 0,3%, прочность сырого материала 0,48 фунта/кв.дюйм, и насыпную плотность 35,0 фунта/куб.фут. Предварительно желатинированный кукурузный крахмал следует использовать в количестве по меньшей мере от около 0,5 до около 10 мас.% от массы сухого штукатурного гипса, использованного в этой гипсосодержащей суспензии.

Было также обнаружено, что можно достичь неожиданного увеличения прочности в сухом состоянии (особенно в облицовочной плите) при использовании по меньшей мере от около 0,5 до около 10 мас.% предварительно желатинированного крахмала (предпочтительно предварительно желатинированного кукурузного крахмала) в присутствии от около 0,1 до около 3,0 мас.% нафталинсульфонатного диспергатора (уровни крахмала и нафталинсульфоната указаны относительно веса сухого штукатурного гипса, присутствующего в составе). Этот неожиданный результат можно получить независимо от того, присутствует ли водорастворимый метафосфат либо полифосфат или нет.

Кроме того, было неожиданно обнаружено, что при использовании предварительно желатинированного крахмала на уровне по меньшей мере около 10 фунтов/MSF или выше в сухой гипсовой облицовочной плите, изготовленной согласно настоящему изобретению, можно достичь еще более высокой прочности и меньшего веса. Было показано, что уровни содержания предварительно желатинированного крахмала 3,5-45 фунтов/MSF в гипсовой облицовочной плите являются эффективными. Например, состав В, представленный в следующих таблицах 1 и 2, содержит 45 фунтов/MSF, и полученная плита весом 1042 фунта/MSF обладает отличной прочностью. В этом примере (состав В) нафталинсульфонатный диспергатор в виде 45% раствора в воде использовался в количестве 1,28 мас.%.

Другие полезные крахмалы включают в себя кислотно-модифицированные крахмалы, такие как кислотно-модифицированная кукурузная мука HI-BOND, выпускаемая компанией Bunge Milling, St.Louis, Missouri. Этот крахмал имеет следующий типичный состав: влага 10,0%, жир 1,4%, растворимые компоненты 17,0%, щелочная жидкотекучесть 98,0%, насыпная плотность 30 фунтов/куб.фут, и 20% суспензия обеспечивает рН 4,3. Другим полезным крахмалом является не желатинированный предварительно пшеничный крахмал ECOSOL-45, выпускаемый компанией ADM/Ogilvie, Montreal, Quebec, Canada.

Еще один неожиданный результат можно получить с помощью настоящего изобретения, когда комбинация нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфатной соли сочетается с предварительно желатинированным кукурузным крахмалом и, необязательно, с бумажным волокном или стекловолокном. Гипсовые облицовочные плиты, изготовленные из составов, содержащих эти три ингредиента, имеют более высокую прочность и меньший вес, и они экономически более выгодны из-за меньшей потребности в воде при их производстве.

В гипсосодержащих составах согласно настоящему изобретению можно использовать катализаторы, как описано в патенте США 6409825 (Yu et al.), упоминаемом для сведения. Один подходящий термостойкий катализатор (ТСК) можно получить путем сухого размола природного гипса (дигидрата сульфата кальция). Можно использовать небольшие количества добавок (обычно около 5 мас.%), таких как сахар, декстроза, борная кислота и крахмал, для получения этого ТСК. В настоящее время предпочтительными являются сахар или декстроза. Другим полезным катализатором является "климатически стабилизированный (или стабильный) катализатор" (КСК), описанный в патенте США 3573947, упоминаемом для сведения.

Далее будут описаны примеры, которые иллюстрируют изобретение. Эти примеры не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения.

Пример 1

Примерные составы гипсовой суспензии

В таблице 1 представлены составы гипсовой суспензии. Все значения в таблице 1 указаны в мас.% от массы сухого штукатурного гипса. Значения в скобках показывают сухой вес в фунтах (фунт/MSF).

Таблица 1 Компонент Состав А Состав В Штукатурный гипс (фунт/MSF) (732) (704) Триметафосфат натрия 0,20(1,50) 0,30(2,14) Диспергатор (нафталинсульфонат) 0,18(1,35) 0,58¹(4,05) Предварительно желатинированный крахмал 2,7(20) 6,4(45) Крахмал для картона 0,41(3,0) 0 Термостойкий катализатор (ТСК) (15) (15) Стекловолокно 0,27(2,0) 0,28(2,0) Бумажное волокно 0 0,99(7,0) Мыло* 0,03(0,192) 0,03(0,192)       Всего воды (фунтов) 805 852 Отношение вода/штукатурный гипс 1,10 1,21 * - использованное для создания пены
¹ - 1,29 мас.% в виде 45% водного раствора.

Пример 2

Изготовление облицовочных плит

Образцы гипсовых облицовочных плит были изготовлены согласно патентам США №№ 6342284 (Yu et al.) и 6632550 (Yu et al.), упоминаемым для сведения. Эти методы включают в себя отдельные операции создания пены и введения пены в суспензию других ингредиентов, как описано в примере 5 этих патентов.

Результаты испытаний гипсовых облицовочных плит, изготовленных с использованием составов А и В по примеру 1, и контрольной плиты представлены в следующей таблице 2. Как в этом примере, так и в других примерах, описанных ниже, испытания на сопротивление выдергиванию гвоздей, твердость сердечника и прочность при изгибе выполнялись согласно стандарту ASTM C-473. Кроме того, следует отметить, что типичная гипсовая облицовочная плита имеет толщину приблизительно 1/2 дюйма и вес от около 1600 до около 1800 фунтов на 1000 квадратных футов материала, или фунт/MSF ("MSF" - это стандартное сокращение, принятое в данной области для обозначения тысячи квадратных футов и используемое для измерения площади коробок, гофрированных материалов и облицовочных плит).

Таблица 2 Результат лаб. испытаний Контрольная плита Плита состава А Плита состава В Вес плиты (фунт/MSF) 1587 1066 1042 Сопротивление выдергиванию гвоздей (фунт) 81,7 50,2 72,8 Твердость сердечника (фунт) 16,3 5,2 11,6 Нагрузка на увлажненное сцепление 17,3 20,3 15,1 Разрушение увлажненного сцепления (%) 0,6 5 11,1 Предел прочности при изгибе, лицевой стороной вверх (MD) (фунт) 47 47,2 52,6 Предел прочности при изгибе, лицевой стороной вниз (MD) (фунт) 51,5 66,7 78,8 Предел прочности при изгибе, лицевой стороной вверх (XMD) (фунт) 150 135,9 173,1 Предел прочности при изгибе, лицевой стороной вниз (XMD) (фунт) 144,4 125,5 165,4 MD - в продольном направлении машины
XMD - в поперечном направлении машины

Как показано в таблице 2, гипсовые облицовочные плиты, изготовленные с использованием составов А и В, имеют существенно меньший вес, чем контрольная плита. Если снова обратиться к таблице 1, то сравнение плиты состава А с плитой состава В является наиболее замечательным. В составе А и составе В использованы одинаковые отношения вода/штукатурный гипс (в/с). В составе В также используется значительно больший уровень нафталинсульфонатного диспергатора. В составе В содержится значительно больше предварительно желатинированного крахмала, около 6 мас.%, что более чем на 100% превосходит его содержание в составе А и сопровождается заметным увеличением прочности. Даже при этом потребность в воде для обеспечения нормальной текучести в суспензии с составом В осталась низкой; разность с составом А составила около 10%. Эта низкая потребность в воде в обоих составах объясняется синергистическим эффектом комбинации нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфата натрия в гипсовой суспензии, который повышает жидкотекучесть гипсовой суспензии даже в присутствии значительно более высокого уровня предварительно желатинированного крахмала.

Как показано в таблице 2, облицовочная плита, изготовленная с использованием суспензии состава В, имеет значительно более высокую прочность, чем облицовочная плита, изготовленная с использованием суспензии состава А. При введении увеличенных количеств предварительно желатинированного крахмала в комбинации с увеличенными количествами нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфата натрия сопротивление плиты состава В выдергиванию гвоздей улучшилось на 45% по сравнению с плитой состава А. Также наблюдалось существенное улучшение прочности при изгибе плиты состава В по сравнению с плитой состава А.

Пример 3

Испытания уменьшения веса гипсовой облицовочной

плиты толщиной 1/2 дюйма

В таблице 3 представлены примеры гипсовых облицовочных плит (С, D и Е), включая составы суспензий и результаты испытаний. Составы суспензий в таблице 3 включают в себя основные компоненты этих суспензий. Значения в скобках выражены в мас.% от массы сухого штукатурного гипса.

Таблица 3 Компонент/параметр испытываемого состава Контрольная плита Плита состава С Плита состава D Плита состава Е Сухой штукатурный гипс (фунт/MSF) 1300 1281 1196 1070 Катализатор (фунт/MSF) 9,2 9,2 9,2 9,2 DILOFLO¹ (фунт/MSF) 4,1(0,32%) 8,1(0,63%) 8,1(0,68%) 8,1(0,76%) Обычный крахмал (фунт/MSF) 5,6(0,43%) 0 0 0 Предварительно желатинированный кукурузный крахмал (фунт/MSF) 0 10(0,78%) 10(0,84%) 10(0,93%) Триметафосфат натрия
(фунт/MSF) 0,7(0,05%) 1,6(0,12%) 1,6(0,13%) 1,6(0,15%) Отношение вся вода/штукатурный гипс (в/с) 0,82 0,82 0,82 0,82 Результаты испытаний составов         Вес сухой плиты (фунт/MSF) 1611 1570 1451 1320 Сопротивление выдергиванию гвоздей (фунт) 77,3 85,5 77,2 65,2 * стандарт ASTM: 77 фунтов
¹ - DILOFLO-45% раствор нафталинсульфоната в воде

Как показано в таблице 3, плиты С, D и Е были выполнены из суспензии, имеющей значительно более высокие содержания предварительно желатинированного крахмала, диспергатора DILOFLO и триметафосфата натрия, чем контрольная плита (почти двукратное увеличение в процентах содержания крахмала и нафталинсульфонатного диспергатора, и более чем двукратное увеличение содержания триметафосфата), при этом сохранялось постоянное отношение в/с. Тем не менее, прочность, измеренная как сопротивление выдергиванию гвоздей, не подверглась существенному влиянию, а вес плит значительно уменьшился. Следовательно, в этом примерном варианте осуществления изобретения новый состав (например, такой как плита D) с повышенным содержанием крахмала позволяет получить полезную, текучую суспензию при сохранении требуемой прочности.

Пример 4

Испытание кубика влажного гипса на прочность

Испытания кубика влажного гипса на прочность проводились с использованием штукатурного гипса Southard CKS, выпускаемого компанией United States Gypsum Corp., Chicago, Illinois, и водопроводной воды в лаборатории для определения их прочности при сжатии во влажном состоянии. Использовалась следующая лабораторная процедура испытаний.

Для отливки каждого кубика влажного гипса использовали штукатурный гипс (1000 г), CSA (2 г) и водопроводную воду (1200 куб.см) при температуре около 70°F. Предварительно желатинированный кукурузный крахмал (20 г, 2% от массы штукатурного гипса) и CSA (2 г, 0,2% от массы штукатурного гипса) предварительно тщательно перемешивали в сухом виде в пластиковом мешке вместе со штукатурным гипсом до перемешивания с раствором в водопроводной воде, содержащим как с нафталинсульфонатный диспергатор, так и триметафосфат натрия. Использовался диспергатор DILOFLO (1,0-2,0%, как показано в таблице 4). Использовались также различные количества триметафосфата натрия, указанные в таблице 4.

Сухие ингредиенты и водный раствор сначала соединяли в лабораторном смесителе Warning, давали смеси пропитаться в течение 10 с, затем ее перемешивали с низкой скоростью в течение 10 с для образования суспензии. Образовавшиеся суспензии разливали в три кубические формы размером 2"х2"х2". Затем отлитые кубики вынимали из форм, взвешивали и запечатывали внутри пластиковых мешков, чтобы исключить потерю влаги перед выполнением испытания на прочность при сжатии. Прочность кубиков при сжатии измеряли с помощью машины ATS и регистрировали как среднее значение в фунтах на кв.дюйм (psi). Были получены следующие результаты.

Таблица 4 Опытный образец, № Триметафосфат натрия, г (мас.% от сухого штукатурного гипса) DILOFLO¹ (мас.% от сухого штукатурного гипса) Вес влажного кубика (2"х2"х2"), г Прочность влажного кубика при сжатии, psi 1 0 1,5 183,57 321 2 0,5 (0,05) 1,5 183,11 357 3 1 (0,1) 1,5 183,19 360 4 2 (0,2) 1,5 183,51 361 5 4 (0,4) 1,5 183,65 381 6 10 (1,0) 1,5 183,47 369 7 0 1,0 184,02 345 8 0,5 (0,05) 1,0 183,66 349 9 1 (0,1) 1,0 183,93 356 10 2 (0,2) 1,0 182,67 366 11 4 (0,4) 1,0 183,53 365 12 10 (1,0) 1,0 183,48 341 13 0 2,0 183,33 345 14 0,5 (0,05) 2,0 184,06 356 15 1 (0,1) 2,0 184,3 363 16 2 (0,2) 2,0 184,02 363 17 4 (0,4) 2,0 183,5 368 18 10 (1,0) 2,0 182,68 339 ¹ - DILOFLO - 45% раствор нафталинсульфоната в воде

Как показано в таблице 4, в примерах 4-5, 10-11 и 17, имеющих уровень триметафосфата натрия в интервале около 0,12-0,4% согласно настоящему изобретению, достигнута более высокая прочность влажного куба при сжатии, чем в примерах, содержащих триметафосфат натрия вне этого интервала.

Пример 5

Испытания изготовленных на заводе легких гипсовых

облицовочных плит толщиной 1/2 дюйма

В следующей таблице 5 представлены составы суспензии опытных плит 1 и 2 и результаты их испытаний. Составы суспензий в таблице 5 включают в себя основные компоненты этих суспензий. Значения в скобках указаны в мас.% от массы сухого штукатурного гипса.

Таблица 5 Компонент/параметр испытываемого состава Контрольная плита 1 Опытная заводская плита 1 Контрольная плита 2 Опытная заводская плита 2 Сухой штукатурный гипс (фунт/MSF) 1308 1160 1212 1120 DILOFLO¹ (фунт/MSF) 5,98 (0,457%) 7,98 (0,688%) 7,18 (0,592%) 8,99 (0,803%) Обычный крахмал 5,0 (0,38%) 0 4,6 (0,38%) 0 (фунт/MSF)         Предварительно желатинированный кукурузный крахмал(фунт/MSF) 2,0 (0,15%) 10 (0,86%) 2,5 (0,21%) 9,0 (0,80%) Триметафосфат натрия (фунт/MSF) 0,7 (0,05%) 2,0 (0,17%) 0,6 (0,05%) 1,6 (0,14%) Отношение вся вода/штукатурный гипс (в/с) 0,79 0,77 0,86 0,84 Результаты испытания составов Вес сухой плиты (фунт/MSF) 1619 1456 1553 1443 Сопротивление выдергиванию гвоздей (фунт) 81,5* 82,4 80,7 80,4 Предел прочности при изгибе, средний (MD) (фунт) 41,7 43,7 44,8 46,9 Предел прочности при изгибе, средний (ХMD) (фунт) 134,1 135,5 146 137,2 Нагрузка на увлажненное сцепление² (фунт) 19,2 17,7 20,9 19,1 Разрушение увлажненного сцепления^2,3 (%) 1,6 0,1 0,5 0 * Стандарт ASTM: 77 фунтов
MD - в направлении машины
XMD - поперечно направлению машины
¹ - DILOFLO - 45% раствор нафталинсульфоната в воде
² - относительная влажность 90°F/90%
³ - Понятно, что при этих опытных условиях значения разрушения <50% являются допустимыми.

Как показано в таблице 5, опытные плиты 1 и 2 были изготовлены из суспензии, имеющей существенно более высокие количества крахмала, диспергатора DILOFLO и триметафосфата натрия, при меньшем отношении в/с по сравнению с контрольными плитами. Тем не менее, прочность, измеренная как сопротивление выдергиванию гвоздей и прочность при изгибе, сохранилась или улучшилась, а вес плит значительно уменьшился. Следовательно, в данном примерном варианте изобретения новый состав (например, как в опытных плитах 1 и 2) с повышенным содержанием триметафосфата и крахмала позволил получить полезную текучую суспензию, сохранив при этом соответствующую прочность.

Пример 6

Испытания изготовленной на заводе сверхлегкой

гипсовой облицовочной плиты толщиной 1/2 дюйма

Следующие испытания проводились на опытных плитах 3 и 4 с использованием состава В (пример 1), как в примере 2, за исключением того, что предварительно желатинированный кукурузный крахмал был приготовлен с водой в концентрации 10% (приготовление влажного крахмала) и использовалась смесь мыла HYONIC PFM (компании GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana). Например, плита 3 была изготовлена с использованием смеси мыла HYONIC PFM 10/HYONIC PFM 33 в интервале от 65-70 до 35-30 мас.%. Опытная плита 4 была изготовлена с использованием смеси мыла HYONIC PFM 10/HYONIC PFM 33 в соотношении 70/30 мас./мас. Результаты испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6 Результат лаб. испытаний Опытная плита 3 (состав В плюс смесь мыла HYONIC 65/35) (n=12) Опытная плита 4 (состав В плюс смесь мыла HYONIC 70/30) (n=34)* Вес плиты (фунт/MSF) 1106 1013 Сопротивление выдергиванию гвоздей^а (фунт) 85,5 80,3 Твердость сердечника^b (фунт) >15 12,4 Предел прочности при изгибе, средний^c (MD) (фунт) 55,6 60,3¹ Предел прочности при изгибе, средний^d (XMD) (фунт) 140,1 142,3¹ * - кроме отмеченного
¹ n=4
MD - в направлении машины
XMD - поперечно направлению машины
^а - стандарт ASTM: 77 фунтов
^b - стандарт ASTM: 11 фунтов
^c - стандарт ASTM: 36 фунтов
^d - стандарт ASTM: 107 фунтов

Как показано в таблице 6, характеристики прочности, измеренные как сопротивление выдергиванию гвоздей и твердость сердечника, были выше стандарта ASTM. Измеренная прочность при изгибе также была выше стандарта ASTM. В этом примерном варианте изобретения новый состав (например, состав опытных плит 3 и 4) с повышенным содержанием триметафосфата и крахмала также позволил получить полезную, текучую суспензию, сохранив при этом соответствующую прочность.

Использование неопределенных и определенных артиклей и подобных слов в контексте описания изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) следует понимать как охватывающее как единственную, так и множественную форму, если не указано иное или если это явно не противоречит контексту. Указание интервалов величин служит только в качестве стенографического метода индивидуального указания каждой отдельной величины как подпадающей под этот интервал, если не указано иное, и каждое отдельное значение включено в данное описание, как если бы оно отдельно упоминалось в нем. Все описанные методы можно осуществлять в любой подходящей последовательности, если не указано иное или если это явно не противоречит контексту. Использование любого или всех примеров, или фраз для выражения иллюстративности (например, "такой как"), предназначено только для лучшей иллюстрации изобретения и не является ограничением для объема изобретения, если не заявлено иное. Ничто в описании не следует понимать как указание, что элемент, не включенный в формулу изобретения, является существенным для реализации изобретения.

Были описаны предпочтительные варианты изобретения, включая известный авторам наилучший метод осуществления изобретения. Однако следует понимать, что проиллюстрированные варианты являются всего лишь примерами, и их не следует считать ограничивающими объем изобретения.

Изобретение относится к способу получения гипсовых суспензий, а также к изготовленным из них продуктам. Предложены гипсосодержащие суспензии, содержащие штукатурный гипс, нафталинсульфонатный диспергатор и предварительно желатинированный крахмал. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве по меньшей мере около 0,58% от массы штукатурного гипса. Предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве по меньшей мере от около 0,5 до около 10 мас.% от массы сухого штукатурного гипса в смеси. Суспензия может содержать другие добавки, включающие в себя триметафосфатные соли, катализаторы, связующие, бумажное волокно, стекловолокно и другие известные ингредиенты. Также предложены гипсосодержащие продукты, изготовленные из таких суспензий, например гипсовые облицовочные плиты, и способ изготовления гипсовых облицовочных плит. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение прочности гипсовой плиты. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Гипсосодержащая суспензия, включающая: воду, штукатурный гипс, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, в которой предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве от около 0,5 до около 10% от массы штукатурного гипса, и в которой нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве по меньшей мере около 0,58% от массы штукатурного гипса.

2. Гипсосодержащая суспензия по п.1, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 2,0% от массы штукатурного гипса.

3. Гипсосодержащая суспензия по п.1, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 0,7% от массы штукатурного гипса.

4. Гипсосодержащая суспензия по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит триметафосфат натрия, присутствующий в количестве по меньшей мере около 0,12% от массы штукатурного гипса.

5. Гипсосодержащая суспензия, включающая воду, штукатурный гипс, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, в которой предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве от около 0,5 до около 10% от массы штукатурного гипса, и в которой нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки по меньшей мере около 0,58% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

6. Гипсосодержащая суспензия по п.5, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки от около 0,5 до около 2,0% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

7. Гипсосодержащая суспензия по п.5, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки от около 0,58 до около 0,7% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

8. Гипсосодержащая суспензия по п.5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит триметафосфат натрия, присутствующий в количестве по меньшей мере около 0,12% от массы штукатурного гипса.

9. Легкая, прочная, малопылящая гипсовая облицовочная плита, содержащая
схватившийся гипсовый состав, сформировавшийся между двумя, по существу, параллельными облицовочными листами, причем схватившийся гипсовый состав получен с использованием гипсосодержащей суспензии, содержащей
воду, штукатурный гипс, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, где предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве от около 0,5 до около 10% от массы штукатурного гипса; и
нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве по меньшей мере около 0,58% от массы штукатурного гипса.

10. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 3,0% от массы штукатурного гипса.

11. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 2,0 мас.% от массы штукатурного гипса.

12. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 0,7% от массы штукатурного гипса.

13. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки по меньшей мере около 0,58% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

14. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки от около 0,58 до около 2,0% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

15. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что нафталинсульфонатный диспергатор находится в виде водного раствора, содержащего от около 40 до около 45% нафталинсульфоната, и данный водный раствор присутствует в количестве, достаточном для доставки от около 0,58 до около 0,7% нафталинсульфонатного диспергатора от массы штукатурного гипса.

16. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит триметафосфат натрия, присутствующий в количестве от около 0,12 до около 0,4% от массы штукатурного гипса.

17. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.9, отличающаяся тем, что имеет вес в сухом состоянии от около 1000 фунтов/MSF до около 1400 фунтов/MSF.

18. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.16, отличающаяся тем, что имеет вес в сухом состоянии от около 1000 фунтов/MSF до около 1400 фунтов/MSF.

19. Легкая гипсовая облицовочная плита по п.16, отличающаяся тем, что имеет вес в сухом состоянии от около 500 фунтов/MSF до около 1000 фунтов/MSF.

20. Способ изготовления прочной, малопылящей гипсовой облицовочной плиты, включающий стадии, на которых:
(a) перемешивают гипсосодержащую суспензию, включающую воду, штукатурный гипс, предварительно желатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, в которой предварительно желатинированный крахмал присутствует в количестве от около 0,5 до около 10% от массы штукатурного гипса, и в которой нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве от около 0,58 до около 3,0% от массы штукатурного гипса,
(b) осаждают гипсосодержащую суспензию на первый облицовочный лист,
(c) накладывают второй облицовочный лист на осажденную суспензию для формирования гипсовой облицовочной плиты,
(d) разрезают гипсовую облицовочную плиту после того, как гипсосодержащая суспензия достаточно затвердеет для резки, и
(e) сушат полученную гипсовую облицовочную плиту.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что первый облицовочный лист и второй облицовочный лист выполнены из картона.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит триметафосфат натрия, присутствующий в количестве от около 0,12 до около 0,4% от массы штукатурного гипса.
Приоритет:

09.06.2005 по пп.1-22;

07.06.2006 по пп.1-22.