СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОЙ ГИПСОВОЙ КОМПОЗИЦИИ С ВНУТРЕННИМ ОБРАЗОВАНИЕМ ПЕНЫ И ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ НЕЕ ПРОДУКТЫ Российский патент 2021 года по МПК C04B38/02 C04B40/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное изобретение относится к способу и композиции для приготовления вспененной гипсовой суспензии и гипсового продукта из суспензии с пустотами, включенными в структуру продукта. Использование этого продукта включает в себя применение этого управляемого быстросхватывающегося пенного материала на гипсовой основе в качестве заполнителя полостей (больших или малых) или трещин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Обычно гипсосодержащие цементные продукты получают путем приготовления смеси обожженного гипса (альфа- или бета-полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция), воды и других компонентов, в зависимости от обстоятельств для образования цементной суспензии. При производстве цементных изделий, цементную суспензию и необходимые добавки часто смешивают в смесителе непрерывного действия, как описано, например, в патенте США № 3,359,146. Например, в типичном технологическом процессе изготовления гипсовых панелей, гипсокартон получают путем равномерного диспергирования обожженного гипса (обычно называемого «штукатурным гипсом») в воде с образованием водной суспензии обожженного гипса. Водную суспензию обожженного гипса обычно получают непрерывным образом путем введения штукатурного гипса, воды и других добавок в смеситель, который содержит средства для перемешивания содержимого с образованием однородной гипсовой суспензии. Суспензия непрерывно направляется к выпускному отверстию смесителя и проходит через него в выпускной патрубок, соединенный с выпускным отверстием смесителя. Водную пену можно объединять с водной суспензией обожженного гипса в смесителе и/или в выпускном патрубке для изготовления вспененной суспензии.

[003] Следует понимать, что данное описание уровня техники было разработано изобретателями в помощь читателю и не должно восприниматься, как указание на то, что все указанные проблемы в данной области техники были проанализированы. Хотя описанные принципы могут в некоторых аспектах и вариантах реализации облегчать проблемы, присущие другим системам, следует понимать, что объем и содержание защищенной инновации определяется прилагаемой формулой изобретения, а не способностью какой-либо раскрытой характеристики решить какую-либо конкретную проблему, указанную в данном документе. Таким образом, существует постоянная потребность в новых и улучшенных схватывающихся гипсосодержащих продуктах, а также композициях и способах их получения, которые решают, избегают или минимизируют проблему, отмеченную выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] Быстрое вспенивание материалов на основе гипса достигается посредством химической реакции между источником карбоната (таким как карбонат кальция) и кислотным активатором (таким как сульфат алюминия). Эта химическая реакция приводит к образованию газообразного диоксида углерода в качестве побочного продукта, который используется в качестве пенообразователя, в результате чего получается конечный материал с управляемой или настраиваемой пузырьковой структурой. Данное изобретение/концепция демонстрирует применение управляемого пенного материала на основе гипса с быстрым схватыванием в качестве заполнителя полостей (больших или малых) или трещин.

[005] Материал заполнителя с низкой плотностью и улучшенными изоляционными свойствами (такими как термическими, звуковыми) может быть достигнут при использовании материала со структурой пены. Конкретные физические свойства могут быть подобраны для конкретных приложений. Эти материалы можно применять распылением или заполнением, или другими способами в трещинах/полостях/углублениях. После применения химические реакции вызывают внутреннее образование газа (углекислого газа), вызывая расширение материала, который заполняет промежутки или пустоты. Или при заливании в виде пены, частично в основном расширенной, последние стадии расширения заполнят пробелы или пустоты.

[006] Количество и скорость вспенивания, а также расширения материала определяется концентрацией сырья и скоростью реакции до схватывания суспензии. Такие свойства, как плотность, акустическая и тепловая изоляция, а также механические свойства во влажном, сухом или отвержденном состоянии, также определяются концентрацией сырья и скоростью реакции.

[007] Газообразующие характеристики пенообразования по данному изобретению могут быть использованы во множестве продуктов, включая заполнитель полости, трещинный наполнитель, изоляцию, гипсовые панели, гипсовые штукатурки, огнезащитные герметики, легкие потолочные плитки, шовные герметики, покрытия и текстурные продукты. Химическая реакция не начинается, пока порошок не смешан с водой, вызывая выделение газа внутри ячеистой матрицы. Начальная реакция слегка задерживается, что позволяет манипулировать влажной смесью до того, как процесс вспенивания усиливается.

[008] Таким образом, материал заполнителя с низкой плотностью и улучшенными изоляционными свойствами (такими как термическими, звуковыми и т. д.) может быть достигнут с использованием материала со структурой пены. Эти материалы могут быть применены путем распыления или заливки, или другими средствами в любую форму, такую как трещины/полости/углубления. После применения или перед применением в механическом устройстве, которое применяет материал, химические реакции вызывают внутреннее образование газа (диоксида углерода), вызывая расширение материала, который заполняет промежутки или пустоты.

[009] Изобретение обеспечивает композицию на основе гипса, содержащую смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов в сухом виде (не включая воду), содержащую:

от 50 мас.% до 98 мас.% полугидрата сульфата кальция;

комбинацию соединений для образования газа, выбранную из группы, состоящей из:

- первой комбинации, содержащей от 1,5 мас.% до 50 мас.%, предпочтительно от 3 мас.% до 20 мас.% карбоната кальция, и от 1,5 мас.% до 30 мас.%, предпочтительно от 3 мас.% до 15 мас.%, по меньшей мере одного соединения алюминия, выбранного из группы, состоящей из сульфата алюминия и сульфата калия и алюминия, предпочтительно сульфата алюминия, для образования газообразного CO₂; и/или

- второй комбинации, содержащей от 1 мас.% до 10 мас.% цеолита, предпочтительно цеолита природного происхождения, и члена группы, состоящей из перекиси водорода в количестве от 1 мас.% до 10 мас.%, предоставленного в виде концентрированного водного раствора, и от 1 мас.% до 10 мас.% перкарбоната натрия (Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂), для выработки газообразного кислорода;

предпочтительно смесь содержит первую комбинацию;

от 0,1 мас.% до 10 мас.%, предпочтительно от 0,2 мас.% до 5 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,2 мас.% до 3 мас.%, например, от 0,2 мас.% до 0,71 мас.% целлюлозного загустителя; предпочтительно целлюлозный загуститель выбран из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из гидроксипропилметилцеллюлозы, гидроксиэтилметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, метилэтилцеллюлозы, этилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы, наиболее предпочтительно включающей гидроксипропилметилцеллюлозу.

[010] Предпочтительно ингредиенты смеси дополнительно включают в расчете на 100 массовых частей (в пересчете на сухую безводную массу) указанных ингредиентов указанной смеси по меньшей мере одно из:

от 0,1 мас.% до 1 мас.% хелатирующего агента, предпочтительно выбранного из:

- Диэтилентриаминпентауксусной кислоты (DTPA, также известной как пентетическая кислота)

- Этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA)

- Полиакрилата натрия

- Полифосфата, предпочтительно тетранатрийпирофосфата (TSPP) и/или триполифосфата натрия (STMP), если полифосфат присутствует в качестве диспергатора и хелатирующего агента, количество, добавляемое в качестве хелатирующего агента, является добавлением к количеству, добавленному в качестве диспергатора,

более предпочтительно хелатирующий агент выбран из полиакрилата натрия или тетранатрийпирофосфата, и наиболее предпочтительно, хелатирующий агент представляет собой полиакрилат натрия;

от 0,05 мас.% до 1 мас.% биоцида.

[011] Если требуется, ингредиенты смеси могут также включать одну или большее количество из следующих добавок в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов указанной смеси в пересчете на сухую (без содержания воды) основу:

от 0,1 мас.% до 10 мас.% акрилатного загустителя, выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из полиакрилатов натрия и водорастворимых сополимеров на основе акриловой и (мет)акриловой кислот, предпочтительно выбранный из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из полиакрилата натрия, акриловой кислоты/акриламида и (мет)акриловой кислоты/сополимеров акрилового эфира, наиболее предпочтительно полиакрилата натрия;

от 0,1 мас.% до 10 мас.% казеина, гуммиарабика, гуаровой камеди, трагакантовой камеди, крахмала (из любого основного сырья), альгината натрия;

от 0,02 мас.% до 1 мас.% лимонной кислоты, винной кислоты, яблочной кислоты, уксусной кислоты, борной кислоты, предпочтительно лимонной кислоты;

от 0,02 мас.% до 2 мас.% повышающей рН соли, например, соли щелочного металла лимонной кислоты, бикарбоната натрия и/или гидроксида магния, предпочтительно по меньшей мере одного из цитрата натрия, цитрата калия, бикарбоната натрия или гидроксида магния, наиболее предпочтительно, цитрата натрия или гидроксида магния;

от 0,02 мас.% до 2 мас.% ускорителя, причем ускорителя выбранного из группы, состоящей из сульфата калия, органического фосфониевого соединения, фосфатсодержащего соединения, и ускорителя, содержащего дигидрат сульфата кальция и сахар, предпочтительно ускорителя содержащего дигидрат сульфата кальция и сахар;

от 0,1 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно от 0,5 мас.% до 3 мас.% пенообразователя,

- предпочтительно пенообразователя выбранного из группы, состоящей из алкилбензолсульфоната, солей жирных кислот, лаурилсульфата натрия, алкилсульфатных солей, натрия лаурил эфир сульфата, натрия алкил эфир сульфата, (олефинсульфоната натрия C14-16, альфа-олефина сульфонатов, сложных эфиров фосфатов, сульфосукцинатов, сульфатов алкилфеноловых эфиров и изетионатов,

- более предпочтительно, альфа-олефинсульфонатов, алкилсульфонатов, алкилбензолсульфонатов и алкилэфирсульфатных олигомеров,

- кроме того, предпочтительно, по меньшей мере одного члена группы, состоящей из натрия лаурил эфир сульфата, сульфата эфирного спирта C10-C12 аммония, олефинсульфоната C14-16 натрия и полипропоксиполиэтоксидецилсульфата натрия (молекулярная формула C₁₀H₂₂-O(C₃H₆-OC₂H₄-O)_x-H₂SO₄-Na),

- наиболее предпочтительно смеси, содержащей от 20% до 25% бутилдигликоля, от 7% до 15% натрия лаурил эфир сульфата, и от 3% до 5% спиртов С10-С16;

от 1 мас.% до 20 мас.%, предпочтительно от 5 мас.% до 10 мас.% латексного полимера, предпочтительно латексного полимера выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из поливинилацетатного латекса, поливинилакрилата и поливинилхлоридного латекса, акрилов, стирольных акрилов, сложных акриловых эфиров, винилакрилов, винилхлоридов, винилхлоридных акрилов, стиролацетатных акрилов, этиленполивинилацетатов, стиролбутадиенов и их комбинаций, более предпочтительно латексного полимера выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из акрилового полимера и стиролбутадиенового полимера;

от 0,01 мас.% до 1 мас.% 2-амино-2-метил-1-пропанола;

от 0,05 мас.% до 2 мас.%, обычно от 0,1 мас.% до 2 мас.%, поликарбоксилатного диспергатора, предпочтительно поликарбоксилатного диспергатора, содержащего поликарбоксилатный эфирный диспергатор;

от 0,05 мас.% до 2 мас.%, обычно от 0,1 мас.% до 2 мас.%, полифосфатного диспергатора, предпочтительно полифосфатного диспергатора выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из триметафосфата натрия (STMP), триполифосфата натрия (STPP), триполифосфата калия (KTPP), тетранатрийпирофосфата (TSPP), и тетракалийпирофосфата (TKPP), более предпочтительно полифосфатного диспергатора представляющего собой триметафосфат натрия (STMP) или тетранатрийпирофосфат (TSPP), наиболее предпочтительно полифосфатного диспергатора, содержащего триметафосфат натрия (STMP), причем, если полифосфат присутствует в качестве диспергатора и хелатирующего агента (как обсуждено в другом месте в описании), количество, добавляемое в качестве хелатирующего агента, является дополнением к количеству, добавленному в качестве диспергатора, например, когда от 0,05 мас.% до 2 мас.%, обычно от 0,1 мас.% до 2 мас.%, полифосфата присутствует в качестве диспергатора, а от 0,1 мас.% до 1 мас.% полифосфата добавляют в качестве хелатообразующего агента, то композиция имеет от 0,15 мас.% до 3 мас.%, обычно от 0,2 мас.% до 3 мас.%, общего полифосфата;

от 0,01 мас.% до 2 мас.%, обычно от 0,1 мас.% до 2 мас.%, нафталинового диспергатора или лигносульфонатного диспергатора, предпочтительно нафталинового диспергатора выбранного из по меньшей мере одного из бета-нафталин сульфоната, нафталин сульфонат формальдегида и нафталин натрия формальдегид конденсата, предпочтительно лигносульфоната;

от 0,01 мас.% до 0,5 мас.% пеногасителя на основе кремния;

от 1 мас.% до 5 мас.% неорганических частиц, выбранных из глины, частиц пигмента и их комбинаций, предпочтительно частиц пигмента, содержащих диоксид титана;

от 0,05 мас.% до 1 мас.% полиэтиленоксида (PEO).

[012] Например, смесь может содержать от 0,05 мас.% до 1 мас.% полиэтиленоксида (PEO), но не другие добавки. Или, например, смесь может содержать от 0,05 мас.% до 1 мас.% полиэтиленоксида (PEO) и одну или большее количество других добавок.

[013] Латексный полимер может быть добавлен в виде сухого редиспергируемого порошка или как часть латекса, содержащего поверхностно-активное вещество и латексный полимер, диспергированный в виде твердого вещества в водной среде. Типичный латекс составляет от 40 мас.% до 60 мас.% латексного полимера.

[014] Предпочтительно композиция на основе гипса содержит ингредиенты, содержащие в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов:

от 50 мас.% до 98 мас.% полугидрата сульфата кальция;

от 1,5 мас.% до 50 мас.%, более предпочтительно от 3 мас.% до 40 мас.% карбоната кальция;

от 1,5 мас.% до 30 мас.%, более предпочтительно от 3 мас.% до 20 мас.%, сульфата алюминия;

от 0 мас.% до 1 мас.% лимонной кислоты;

от 0 мас.% до 2 мас.% цитрата натрия;

от 0 мас.% до 2 мас.% ускорителя, содержащего дигидрат сульфата кальция и сахар;

от 0,2 мас.% до 3 мас.%, целлюлозного загустителя, содержащего гидроксиметилпропилцеллюлозу;

от 0 мас.% до 3 мас.% указанного пенообразователя, причем указанный пенообразователь выбран из группы, состоящей из алкилбензолсульфоната, солей жирных кислот, лаурилсульфата натрия, алкилсульфатных солей, натрия лаурил эфир сульфата, натрия алкил эфир сульфата, олефинсульфоната натрия C14-16, альфа-олефин сульфонатов, сложных эфиров фосфатов, сульфосукцинатов, алкил фенол эфир сульфатов и изетионатов;

от 0 мас.% до 20 мас.% латекса, содержащего поверхностно-активное вещество и латексного полимера, диспергированного в виде твердого вещества в водной среде, причем латексный полимер выбран по меньшей мере из одного члена группы, состоящей из акрилового полимера и стиролбутадиенового полимера;

от 0 мас.% до 1 мас.% 2-амино-2-метил-1-пропанола;

от 0 мас.% до 1 мас.% модификатора, содержащего гидроксид кальция;

от 0,1 мас.% до 2 мас.% диспергатора, выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из поликарбоксилатного диспергатора, полифосфатного диспергатора и нафталинового диспергатора;

причем поликарбоксилатный диспергатор содержит поликарбоксилатный эфирный диспергатор,

при этом нафталиновый диспергатор выбирают из по меньшей мере одного из бета-нафталин сульфоната, конденсированного нафталин сульфонат формальдегида и конденсированного нафталин натрия формальдегида,

причем полифосфатный диспергатор выбирают из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из триметафосфата натрия (STMP), триполифосфата натрия (STPP), триполифосфата калия (KTPP), тетранатрийпирофосфата и тетракалийпирофосфата (TKPP), более предпочтительно полифосфатного диспергатора, представляющего собой триметафосфат натрия (STMP) или тетранатрийпирофосфат (TSPP), наиболее предпочтительно полифосфатного диспергатора, содержащего триметафосфат натрия (STMP);

от 0 мас.% до 2 мас.% акрилатного загустителя, выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из полиакрилата натрия, акриловой кислоты/акриламида и (мет)акриловой кислоты/сополимеров акрилового сложного эфира, наиболее предпочтительно полиакрилата натрия;

от 0 мас.% до 1 мас.% хелатирующего агента, содержащего одно или большее количество из:

- Диэтилентриаминпентауксусной кислоты (DTPA, также известной как пентетиновая кислота)

- Этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA)

- Полиакрилата натрия

- Полифосфата, предпочтительно тетранатрийпирофосфата (TSPP), причем если полифосфат присутствует в качестве диспергатора и хелатирующего агента, количество полифосфата, добавляемое в качестве хелатирующего агента, является добавлением к количеству полифосфата, добавленному в качестве диспергатора, таким образом, когда от 0,1 мас.% до 2 мас.% полифосфата присутствует в качестве диспергатора и от 0 мас.% до 1 мас.% полифосфата присутствует в качестве хелатирующего агента, тогда композиция имеет от 0,1 мас.% до 3 мас.% общего полифосфата,

более предпочтительно хелатирующий агент выбирают из полиакрилата натрия или тетранатрийпирофосфата, а наиболее предпочтительно из полиакрилата натрия;

от 0 мас.% до 1 мас.% биоцида, обычно от 0,05 мас.% до 1 мас.% биоцида;

от 0 мас.% до 0,5 мас.% пеногасителя на основе кремния,

от 0 мас.% до 5 мас.% неорганических частиц, выбранных из глины, частиц пигмента и их комбинаций, предпочтительно частицы пигмента содержат диоксид титана,

от 0 мас.% до 10 мас.% легкого наполнителя, такого как перлит (с покрытием и без покрытия) или полистирол.

[015] Изобретение также предлагает способ приготовления вспененной гипсовой суспензии, включающий смешивание:

воды; а также

перечисленных выше ингредиентов композиции на основе гипса согласно изобретения для образования вспененной гипсовой суспензии, в которой массовое соотношение воды и полугидрата сульфата кальция составляет 0,2-2:1;

при этом суспензия вспененного гипса имеет от 15 объемных процентов (об.%) до 90 об.% газовых пузырьков, предпочтительно от 40 об.% до 85 об.% газовых пузырьков, более предпочтительно от 50 об.% до 80 об.% газовых пузырьков. Массовое соотношение воды и полугидрата сульфата кальция составляет 0,2-2:1 и является добавлением к воде любой добавленной латексной водной среды.

[016] Изобретение также предлагает способ приготовления вспененного гипсового продукта, включающий смешивание:

воды; и

перечисленных выше ингредиентов композиции на основе гипса согласно изобретения для образования вышеперечисленной вспененной гипсовой суспензии,

причем массовое соотношение воды и полугидрата сульфата кальция составляет 0,2-2:1,

при этом полугидрат сульфата кальция в вспененной гипсовой суспензии превращается в дигидрат сульфата кальция и схватывается и высыхает с образованием вспененного гипсового продукта,

причем вспененный гипсовый продукт, полученный из схватившейся и высушенной суспензии вспененного гипса, имеет плотность от 10 фунтов/куб. фут до 55 фунтов/куб. фут,

при этом вспененный гипсовый продукт имеет общий объем пустот от 30 об.% до 90 об.%.

[017] Например, для вспененной гипсовой суспензии и вспененного продукта ингредиенты композиции на основе гипса согласно изобретения содержат смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов на безводной основе, содержащую:

от 50 мас.% до 98 мас.% полугидрата сульфата кальция;

комбинацию соединений для образования газа, выбранную из:

- первой комбинации, содержащей от 1,5 мас.% до 50 мас.% карбоната кальция и от 1,5 мас.% до 30 мас.% по меньшей мере одного соединения алюминия, выбранного из сульфата алюминия и сульфата калия и алюминия для образования газообразного CO₂; и/или

- второй комбинации, содержащей от 1 мас.% до 10 мас.% цеолита, а также члена группы из от 1 мас.% до 10 мас.% перекиси водорода, предоставленного в виде концентрированного водного раствора, и от 1 мас.% до 10 мас.% перкарбоната натрия (Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂), для выработки газообразного кислорода;

от 0,1 мас.% до 10 мас.% целлюлозного загустителя.

[018] Изобретение также включает пустотелую стеновую систему, содержащую:

противоположные листовые панели, предпочтительно стеновые панели, такие как гипсокартонные панели или цементно-волокнистые панели, наиболее предпочтительно гипсокартонные панели, прикрепленные к раме, содержащей стоечные профили для образования полости между противоположными панелями, при этом обычно панели представляют собой вертикальные листовые панели;

вспененный гипсовый продукт, полученный из схватившейся и высохшей вспененной гипсовой суспензии, расположенный внутри полости, причем вспененный гипсовый продукт имеет плотность от 10 фунтов/куб. фут до 55 фунтов/куб. фут, причем вспененный гипсовый продукт имеет общий объем пустот от 30 об.% до 90 об.%.

[019] В контексте данного документа, термин «обожженный гипс» предназначен для обозначения альфа-полугидрата сульфата кальция, бета-полугидрата сульфата кальция, водорастворимого ангидрита сульфата кальция или смесей любого или всех из них, а также термины «схваченный гипс» и «гидратированный гипс» означают дигидрат сульфата кальция. Вода в смеси самопроизвольно реагирует с обожженным гипсом с образованием схватившегося гипса.

[020] В данном описании все проценты и соотношения являются массовыми, если не указано иное; и все молекулярные массы являются среднемассовыми молекулярными массами, если не указано иное.

[021] В данном описании любое упоминание о полости, заполнении, заполнителе или любой другой подобной формулировке является преднамеренно открытым и может означать, что любая полость сделана из любого материала любой формы, и конечный результат может быть составным (из любого количества материалов) или единственного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[022] На фиг. 1 изображена пустотелая стеновая система в соответствии с данным изобретением.

[023] На фиг. 2 изображены данные прочности на сжатие из таблицы 8 в зависимости от плотности образца.

[024] На фиг. 3 изображен образец А, изготовленный из перкарбоната натрия, полученного в примере 6.

[025] На фиг. 4 изображен образец В, изготовленный с 5,25% перекисью водорода, полученный в примере 6.

[026] На фиг. 5 изображен Wye-образный соединитель.

[027] На фиг. 6 изображен Т-образный соединитель.

[028] На фиг. 7 изображена схема технологического процесса.

[029] На фиг. 8 изображен соединительный патрубок с несколькими входами.

[030] На фиг. 9 изображен соединительный патрубок с коаксиальной подачей.

[031] ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[032] Данное изобретение демонстрирует управляемый материал на основе гипса с быстрым вспениванием/быстрым схватыванием. Быстрорасширяющийся вспененный гипсовый материал может быть нанесен распылением или закачан насосом.

[033] Применения для этой технологии включают, частично или совместно, концепции и/или применения продукта, изложенные ниже:

1) Заполняющий материал для каркасной конструкции, металлической дверной рамы/для применения в предварительно собранных стеновых конструкциях для коммерческого строительства, для готовых сборных шахтных стенок.

2) Отлитые на месте строительные блоки и/или экструдированный блок, частичные стены, полностенные конструкции.

3) Улучшенные противопожарные применения.

4) Замена в качестве материала с нулевым содержанием летучих органических веществ (0-VOC material) для высокосодержащих VOC замазок, герметиков, компаундов, расширяющейся уретановой пены.

5) Применения в качестве теплоизоляционных материалов.

[034] Данное изобретение предлагает новый способ создания гипсовой суспензии и схватывающегося гипсового продукта с воздушными пустотами, включенными в его структуру. Это делает возможным улавливать и удерживать газ, образующийся внутри, вызывая расширение объема материала. В вариантах изобретения, в которых используют сульфат алюминия (кислота) и карбонат кальция (основание), газ, образующийся внутри, используемый для расширения, является результатом кислотно-щелочной химической реакции между сульфатом алюминия (кислота) и карбонатом кальция (основание), которая генерирует газообразный диоксида углерода (СО₂). Типичная химическая реакция, которая описывает, как сульфат алюминия и карбонат кальция реагируют, чтобы создать газообразный диоксид углерода представлена как формула (I):

Al₂(SO₄)₃+3CaCO₃+3H₂O >> 2Al (OH)₃+3CO₂+3CaSO₄. (I)

[035] Указанный CO₂ образуется вследствие образования нестабильного соединения карбоната алюминия и разложения карбоната алюминия с образованием CO₂ в качестве побочного продукта в системе. В течение многих лет известно, что включение пустот в среду улучшает определенные свойства материала (термическое сопротивление, акустику и т.д.). Включение пустот в среду может быть выполнено различными способами:

1. Сжатие газа под давлением (например, газирование воды).

2. Ввод газа в среду (например, создание обычной гипсовой панели).

3. Внутренняя генерация газа в среде (данное изобретение).

[036] Данное изобретение внутренне образует газ в среде посредством химической реакции, описанной выше. Это изобретение может быть использовано в различных приложениях. Полученную вспененную гипсовую суспензию можно использовать для заполнения полости в пустотелой стеновой конструкции. Например, пустотелая стеновая строительная система содержит две гипсовые панели, стоечные профили и изоляцию из стекловолокна (в некоторых случаях изоляция не используется). Однако данное изобретение предлагает стеновые системы, использующие новую самовспенивающуюся суспензию на основе гипса в качестве материала для заполнения полости для пустотелой стеновой конструкции.

[037] Таким образом, данное изобретение обеспечивает пустотелую стеновую систему с низкой плотностью с улучшенными механическими и изоляционными свойствами, включая акустику и теплообмен (коэффициент сопротивления теплопередаче (R-value)).

[038] Обсуждение газообразования

[039] Обычно, когда газ образуется внутри жидкости, часть его растворяется в окружающей его жидкости, часть диффундирует в среду, а часть выходит из среды. Чтобы получить вспененный материал низкой плотности с улучшенными акустическими, огнестойкими свойствами и теплоизоляцией, газ должен быть удержан внутри жидкости и должна быть предотвращена его диффузия, растворение и подвижность в суспензии, чтобы сохранить структуру пузырьков. Когда образуемый газ удерживается внутри суспензии, это приводит к расширению материала только тогда, когда суспензия имеет надлежащие реологические свойства. Скорость расширения зависит от кинетики химической реакции и динамики роста пузырька. Потенциальный уровень расширения зависит от количества реагентов карбоната кальция и сульфата алюминия и их стехиометрических соотношений.

[040] Способность жидкости расширяться до своего максимального потенциала в зависимости от количества реагентов определяется реологическими свойствами.

[041] Ключевым фактором является изменение реологических свойств жидкости. Данное изобретение достигает этого с использованием различных модификаторов реологии:

• Органические вещества, такие как:

- Целлюлозные загустители

- Диспергаторы

- Спирты

• Неорганические вещества, такие как:

- Глины.

[042] Целлюлозный загуститель обеспечивает вязкость и упругость и практически не влияет на гидратацию и прочность кристаллов гипса. Это не относится к другим материалам, стабилизирующим пузырьки, таким как поверхностно-активное вещество, диспергаторы и спирты. Это основные причины, по которым целлюлозные загустители являются особенными в этом вспененном гипсовом материале, а также делают состав нетривиальным и уникальным.

[043] В данном изобретении сульфат алюминия и карбонат кальция реагируют при смешивании в воде с образованием внутреннего CO₂, а гипсовая (штукатурная) суспензия расширяется до определенной степени. Однако без использования модификаторов реологии в суспензии на основе гипса материал не сможет достичь своего максимального потенциала расширения или разрушится после достижения этого потенциала.

[044] Одно из применений материала, полученного в соответствии с данным изобретением, должно использоваться в качестве изоляции, соответствующие свойства которой включают:

1. Механические: адгезия, удар, сжатие, растяжение

2. Термические: коэффициент сопротивления теплопередаче, огнестойкость

3. Акустические: класс перемещения звука (STC)

4. Плотность: низкая, средняя, высокая в зависимости от применения.

[045] Управление реакцией путем капсулирования

[046] Данное изобретение основано на кислотно-щелочной реакции, которая происходит быстро после смешивания реагентов, а образование газа начинается немедленно, обычно через десять, предпочтительно в течение пяти секунд, как только квасцы (также известные как сульфат алюминия и/или сульфат калия и алюминия) встречаются с частицами карбоната кальция. Однако быстрая кинетика реакции кислота/основание затрудняет улавливание газа в суспензии во время механического/ручного смешивания суспензии и заливки ее в стеновую полость. Пользователю также сложно смешать его на рабочей площадке, учитывая время, необходимое для полного диспергирования квасцов в суспензии с помощью механического/ручного смесителя. Капсулирование частиц порошка квасцов в оболочке приводит к управляемому высвобождению порошка, когда к капсулированным частицам в суспензии в процессе смешивания прикладывается достаточное усилие сдвига. Приложение напряжения сдвига во время перемешивания суспензии приведет к разрыву оболочки и подверганию квасцов воздействию суспензии. Химическая реакция начнется тогда, когда частицы квасцов равномерно распределятся в суспензии, что приведет к расширению материала на основе гипса. Способ управляемого выделения порошка гарантирует, что газ не будет выходить из системы во время технологических процессов смешивания и заливки.

[047] Капсулированное управляемое высвобождение активного ингредиента, например соединения алюминия (квасцы), подразделяется на две категории:

[048] 1) Первая группа, в которой высвобождение определяется скоростью проникновения воды через полимерную или сополимерную мембрану капсул и скоростью диффузии квасцов или перкарбоната натрия от каждой покрытой частицы в окружающую суспензию.

[049] 2) Вторая группа с относительно толстыми капсулирующими слоями, в которой высвобождение активного ингредиента регулируется главным образом, когда капсулы разрушаются под действием давления или усилия сдвига.

[050] Любой из активных ингредиентов, а именно соединение алюминия и/или цеолит, или карбонат кальция и/или перкарбонат натрия, которые реагируют, чтобы вызвать пенообразование, может быть капсулирован для управляемого высвобождения.

[051] Капсулирование (нанесение покрытия) может быть достигнуто разными способами:

[052] 1) Альгинатное капсулирование

[053] 2) Полиоксиметиленмочевинное микрокапсулирование

[054] 3) Комплексное коацервационное (желатиновое) микрокапсулирование

[055] 4) Гелевые крупинки

[056] Материалами для покрытия, обычно используемыми для нанесения покрытия являются:

[057] 1) Этилцеллюлоза

[058] 2) Поливиниловый спирт

[059] 3) Желатин

[060] 4) Сахар

[061] 5) Альгинат натрия.

[062] Таким образом, соединение алюминия может подаваться в смесь в виде частиц порошка квасцов, капсулированных в оболочку, и происходит управляемое высвобождение порошка квасцов, когда к капсулированным частицам порошка квасцов в суспензии во время смешивания прикладывается достаточное усилие сдвига. Или карбонат кальция может быть капсулирован внутрь покрытия, содержащего член группы, состоящей из этилцеллюлозы, поливинилового спирта, желатина, сахара и альгината натрия. Или карбонат кальция может быть капсулирован внутрь покрытия, содержащего член группы, состоящей из этилцеллюлозы, поливинилового спирта, желатина, сахара и альгината натрия.

[063] Другие способы газообразования

[064] Изобретение может иметь либо O₂, либо CO₂, либо комбинацию обоих или любого газа, если газ вызывает расширение, и суспензия может расширяться из-за давления газа, основанного на свойствах суспензии. Таким образом, другой способ образования газа внутри и управляемым образом заключается в использовании каталитически управляемой реакции разложения, которая образует O₂. Расширение материалов происходит намного медленнее, чем реакция образования СО_2, что делает эту реакцию подходящей для определенных применений с большей управляемостью. Концентрированный раствор перекиси водорода в присутствии цеолита, обычно цеолита, встречающегося в природе, в качестве катализатора высвобождает кислород и производит газ с образованием ячеистого вспененного материала. Природные цеолиты представляют собой вулканические минералы, имеющие жесткие трехмерные кристаллические структуры и большую площадь поверхности, что обеспечивает множество особых свойств в таких применениях, как катионный обмен, разделение газов и адсорбция газа. Использование цеолита в сочетании с перкарбонатом натрия (Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂) химически также образует ячеистый состав посредством каталитического превращения перекиси водорода. Таким образом, эта идея охватывает использование цеолитов в сочетании с перкарбонатом натрия (Na₂CaCO₃⋅1,5H₂O₂) для химического получения ячеистой композиции путем каталитического превращения перекиси водорода.

[065] Продукты, произведенные с использованием этой системы газообразования, могут содержать другие добавки, такие как, например, полимеры, наполнители, загустители, связующие вещества, волокна, поверхностно-активные вещества, химические окислители и добавки для управления схватыванием.

[066] Химическая реакция не начинается, пока порошок не смешан с водой, вызывая выделение газообразного кислорода внутри ячеистой матрицы. Начальная реакция слегка задерживается, что позволяет манипулировать влажной смесью до того, как процесс вспенивания усиливается.

[067] В результате химического взаимодействия природных цеолитных минералов, состоящих из алюмосиликата натрия, с перкарбонатом натрия (Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂) образуется газообразная ячеистая композиция путем каталитического превращения перекиси водорода. Уникальная сотовая цеолитная матрица, состоящая из обширной сети открытых каналов с большой площадью внутренней поверхности, может химически разлагать перекись водорода на воду и газообразный кислород.

[068] Изобретение также может использовать синтетические цеолиты.

[069] Эти ингредиенты могут быть капсулированы с использованием материалов и способов, которые обсуждались выше для квасцов и карбоната кальция. Таким образом, цеолит может подаваться в смесь в виде частиц порошка цеолита, капсулированных в оболочку, и происходит управляемое высвобождение порошка цеолита, когда к капсулированным частицам порошка цеолита в суспензии во время смешивания прикладывается достаточное усилие сдвига. Или перкарбонат натрия может быть капсулирован внутрь покрытия или оболочку. Например, перкарбонат натрия может быть капсулирован внутрь покрытия, содержащего член группы, состоящей из этилцеллюлозы, поливинилового спирта, желатина, сахара и альгината натрия.

[070] Ингредиенты системы и их назначение:

[071] Суспензия в соответствии с данным изобретением содержит:

• Воду, используемую в качестве среды для порошков, чтобы обеспечивать реакцию, гидратацию, растворение, подвижность и т.д.

• Штукатурный гипс (полугидрат сульфата кальция), используемый по следующим причинам:

- Схватывающие свойства, следовательно, обеспечивает прочность и объёмный вес в сухом состоянии

- Возможность управлять/манипулировать его свойствами схватывания (время и конечную микроструктуру), таким образом, управление требуемой кристаллической структурой

- Огнестойкость, следовательно, обеспечивает безопасность

• Сульфат алюминия (квасцы), используется по следующим причинам:

- Источник газообразования

• Карбонат кальция, используется по следующим причинам:

- Наполнитель

- Источник газообразования.

[072] Обычно суспензия содержит одну или большее количество из следующих добавок:

• Замедлитель, такой как цитрат натрия, и ускоритель, такой как ускоритель влажного гипса WGA (wet gypsum accelerator), термостойкий ускоритель HRA (heat resistant accelerator) или климатически стабилизированный ускоритель CSA (climate stabilized accelerator), для управления свойствами схватывания гипса

• Хелатирующие агенты: используются для суспендирования гипсового раствора в тех случаях, когда требуется более длительное рабочее время (обрабатываемость).

Возможность приостановить схватывание на неопределенный срок

• Противомикробный агент: обеспечивает устойчивость к росту микроорганизмов, что влияет на характеристики продукта

• Модификаторы pH: обеспечивают быстрое увлажнение модификаторов реологии и влияют на реологию. Они нацелены на покрытые целлюлозные загустители.

• Покрывающие реагенты, такие как поливиниловый спирт PVOH (polyvinyl alcohol) и сахар

• Модификаторы реологии, используемые для:

- Помощи в стабилизировании структуры пузырька

- Удержания газа в суспензии, вызывая расширение

- Управления диффузии газа и утечки газа

- Управления коалесценции пузырьков

- Управления восходящей подвижности пузырьков

- Предотвращения отвода воды из пузырьковых стенок

- Предотвращения оседания твердых веществ (разделение воды и твердых частиц)

- Предотвращения разделения фаз

- Воздействия уникальными реологическими свойствами, способными обеспечивать легкое диспергирование благодаря высокой текучести во время перемешивания, но замедлять движение пузырьков в густом спокойном состоянии.

[073] Примеры конкретных составных компонентов:

[074] Ниже перечислены примеры различных необходимых и необязательных ингредиентов для приготовления суспензии.

• Вода

• Штукатурный гипс (полугидрат сульфата кальция)

• Карбонат кальция

• Цитрат натрия

• Триметафосфат натрия

• Модификаторы реологии

- РЕО (полиэтиленоксид)

- PVOH (поливиниловый спирт)

- Латекс

- Мыло

- Диспергаторы

- Суперпластификаторы, например, полинафталин сульфонаты, полиакрилаты, суперпластификаторы на основе эфира карбоксилата (PCE, polycarboxylate ether-based) и т.д.)

- Крахмал

- Материалы с фазовым переходом PCM (Рhase Change Materials). PCM являются материалами с высоким скрытым теплом. Они добавляются для сбора тепла при более высоких температурах и выделения тепла при более низких температурах для поддержания температуры в помещении.

- HPMC (гидроксипропилметилцеллюлоза)

- HEMC (гидроксиэтилметилцеллюлоза)

- HEC (гидроксиэтилцеллюлоза)

- MC (метилцеллюлоза)

- MEC (метилэтилцеллюлоза)

- ЕС (этилцеллюлоза)

- СМС (карбоксиметилцеллюлоза)

- Глина

- Цеолит

- CSA (Климатически стабилизированный ускоритель)

- HRA (термостойкий ускоритель)

- WGA (ускоритель влажного гипса)

• 2-амино-2-метил-1-пропанол

• Хелатирующий агент

- Диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA)

- Этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA)

- Полиакрилат натрия

- Полифосфат, предпочтительно тетранатрийпирофосфат (TSPP)

• Антимикробный агент

• Акрилатный загуститель или сухой эквивалент

• Замедлитель лимонная кислота

• Белковый замедлитель Suma

• Стекловолокно

• Минеральная вата

• Воск

• Полиэтиленгликоль (PEG).

[075] Подготовка материалов/Технологический процесс материалов для заполнения полости стен

СПОСОБ 1: ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЛИ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЕ СМЕШИВАНИЕ

[076] Изготовление суспензии

[077] Обычно сухие компоненты предварительно смешивают. Например, при изготовлении вспененной суспензии для использования в качестве заполнителя для полых стен, сухие (безводные) компоненты уже смешиваются до прибытия на рабочую площадку. Порядок добавления сухих компонентов не важен. Таким образом, перед вводом в смеситель все сухие добавки добавляются в порошкообразный гипс.

[078] Затем сухие компоненты смешивают с водой (влажное смешивание) для создания хелатированной гипсовой суспензии. Это может быть сделано с использованием различных технологий смешивания партий, которые будут зависеть от объема смеси, конструкции лопасти, ее скорости и ориентации, соотношения воды и т.д.

[079] Гипсовая суспензия, из которой был изготовлен вспененный гипсовый продукт, имеет массовое соотношение воды и полугидратов сульфата кальция составляющее 0,2-2:1.

Также материал может быть превращен в суспензию на этапе производства и доставлен на рабочую площадку в состоянии готовности к использованию.

[080] Влажное смешивание состава суспензии можно проводить в смесителях с высоким и низким усилием сдвига (например, смеситель, который может работать при >10000 об/мин, или смеситель, который может работать при 30 об/мин). Существенным преимуществом суспензии в соответствии с данным изобретением является то, что она может быть без комков в любой смешивающей среде. Потребность в воде варьируется в зависимости от состава, чтобы поддерживать определенные реологические свойства и придавать конкретные пузырьковые структуры. Предварительное смешивание порошков с последующим смешиванием с водой приводит к получению однородной суспензии без комков, которая не:

• Схватывается

• Позволяет оседать (фазовое разделение твердого вещества/жидкости)

• Портится.

[081] Суспензию приготавливают из гипса (полугидрата сульфата кальция), воды, сульфата алюминия и карбоната кальция и, как правило, диспергатора. При работе для приготовления суспензии гипс подают в смеситель для суспензии. Также добавляют воду. Некоторые добавки добавляют непосредственно в смеситель. Другие добавки могут быть добавлены в воду.

[082] Суспензионный гидравлический компонент содержит по меньшей мере 70 мас.% полугидрата сульфата кальция, предпочтительно по меньшей мере 90 мас.% полугидрата сульфата кальция, более предпочтительно по меньшей мере 95 мас.% полугидрата сульфата кальция, в расчете на сухую массу гидравлического компонента, обычно им является 100% полугидрат сульфата кальция.

[083] Все компоненты, кроме воды, предварительно смешивают в сухом состоянии.

[084] После завершения обычного периодического технологического процесса суспензия затем перекачивается в контейнер/бункер/емкость/барабан с применением насоса. Затем квасцы (порошок или раствор) добавляют к влажной суспензии на основе гипса. Порошок квасцов выгоден для простоты обращения, но требует специального введения в суспензию для требуемой дисперсии. Раствор квасцов выгоден для лучшего диспергирования в суспензию.

[085] Во время полунепрерывного периодического технологического процесса материал суспендируют и отправляют в зону выдержки, из которой он затем перекачивается для смешивания с квасцами. Пока суспензия находится в пути к зоне выдержки или когда вся смешанная суспензия находится в зоне выдержки, может быть начат новый замес, что определяет полунепрерывность.

[086] СПОСОБ 2: НЕПРЕРЫВНОЕ СМЕШИВАНИЕ

[087] Предварительно смешанный сухой материал на основе гипса можно добавлять в питающее устройство и подавать в смеситель непрерывного действия. Непрерывный, потому что количество воды, которое дозируется, напрямую связано с количеством сухого порошка, который подается в смешивающий узел, и что вода, сухой порошок и/или суспензия непрерывно проходят через систему.

[088] СПОСОБ 3: ПОДГОТОВКА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ГИПСОВОЙ СУСПЕНЗИИ

[089] Гипсовая суспензия также может быть приготовлена путем производственного технологического процесса, который включает, но не ограничивается двумя предыдущими способами, и затем доставлена на рабочую площадку в состоянии готовности к использованию.

[090] При объединении гипсовой суспензии и квасцов, если квасцы представляют собой порошок, гипсовая суспензия откачивается из контейнера, в то время как квасцы вводятся в шланг для суспензии, например, с помощью винтового привода. Если квасцы представляют собой раствор, то гипсовая суспензия откачивается из контейнера, а квасцы откачиваются из контейнера с квасцами. Смешивание этих двух компонентов может включать их соединение в Y-образном («Wye-образном») канале или T-образном канале и/или смешивающем устройстве, такое как статический смеситель или динамический смеситель, для обеспечения непрерывного смешивания. Затем комбинированные сульфат алюминия и карбонат кальция образуют между собой газообразный диоксид углерода внутри суспензии. Динамический смеситель имеет подвижные части, в то время как статический смеситель основывается на жидкости, проходящей мимо него, чтобы произошло перемешивание. Динамический смеситель расположен в технологической линии. Таким образом, изобретение предусматривает добавление раствора квасцов в смеситель непрерывного действия, более конкретно в динамический смеситель, в котором он смешивается с суспензией.

[091] В частности, это обеспечивает способ изготовления вспененного гипсового продукта, причем способ выполняют посредством периодической, полунепрерывной или непрерывной обработки на рабочей площадке или как часть производственного технологического процесса, включающего:

смешивание полугидрата сульфата кальция и карбоната кальция с водой с образованием первой суспензии;

обеспечение квасцового раствора соединения алюминия, смешанного с водой;

пропускание первой суспензии и квасцового раствора через соответствующие впускные отверстия соединительного патрубка для объединения в соединительном патрубке для создания комбинированного смешанного вспенивающегося потока, который выходит из соединительного патрубка через выпускное отверстие соединительного патрубка;

смешивание комбинированного смешанного вспенивающегося потока в смесителе комбинированного потока, выбранного из статического смесителя или динамического смесителя, для активации по меньшей мере части карбоната кальция путем взаимодействия части карбоната кальция с соединением алюминия для образования вспененной гипсовой суспензии;

перенос комбинированного смешанного вспенивающегося потока из смесителя комбинированного потока в полость между двумя стеновыми плитами; и

предоставление возможности вспененной гипсовой суспензии в указанной полости расширяться, затвердевать и высыхать до вспененного гипсового продукта.

[092] Предпочтительно соединительный патрубок представляет собой Wye-образный соединитель или T-образный соединитель.

[093] На фиг. 5 изображен Wye-образный соединительный патрубок 40. Указанный Wye-образный соединительный патрубок 40 имеет первую боковую впускную трубу 42, определяющую первое боковое впускное отверстие 43, и вторую боковую впускную трубу 44, определяющую второе боковое впускное отверстие 45, а также выпускную трубу 46, определяющую выпускное отверстие 47. Первая боковая впускная труба 42 Wye-образного соединительного патрубка и вторая боковая впускная труба 44 определяют острый угол «А». Первая боковая впускная труба 42 Wye-образного соединительного патрубка 40 и выпускная труба 46 определяют первый тупой угол «В». Вторая боковая впускная труба 44 Wye-образного соединительного патрубка и выпускная труба 46 образуют второй тупой угол «C».

[094] На фиг. 6 изображен Т-образный соединительный патрубок 60, при этом Т-образный соединительный патрубок 60 содержит первую трубу 62, имеющую первый открытый конец 63, противоположный второму открытому концу 65, и вторую трубу 66, сообщающуюся с первой трубой 62 и определяющую третий открытый конец 67. Первая труба 62 перпендикулярна ко второй трубе 66. Один из первого открытого конца 63, второго открытого конца 65 и третьего открытого конца 67 является первым входным отверстием. Один из первого открытого конца 63, второго открытого конца 65 и третьего открытого конца 67, который не является первым входным отверстием, является вторым входным отверстием. Первый открытый конец 63, второй открытый конец 65 и третий открытый конец 67, который не является первым входным отверстием или вторым входным отверстием, является выпускным отверстием. Например, первый открытый конец 63 является первым впускным отверстием, второй открытый конец 65 является вторым впускным отверстием, а третий открытый конец 67 является выпускным отверстием.

[095] На фиг. 7 изображена блок-схема способа, использующего соединительный патрубок. Полугидрат сульфата кальция 72 и карбонат кальция 74, а также воду 76 смешивают в смесителе 70 с образованием первой суспензии 78. Первая суспензия 78 и квасцовый раствор 79 подают в соединительный патрубок 80, предпочтительно выбранный из Wye-образного соединительного патрубка или T-образного соединительного патрубка, для объединения в соединительном патрубке 80 для создания комбинированного смешанного вспенивающегося потока 82, который выходит из соединительного патрубка через выпускное отверстие. Комбинированный смешанный вспенивающийся поток 82 смешивают в смесителе комбинированного потока 90, выбранном из статического смесителя или динамического смесителя, для активирования по меньшей мере части карбоната кальция путем взаимодействия части карбоната кальция с соединением алюминия с образованием вспененной гипсовой суспензии. Указанный комбинированный смешанный вспенивающийся поток выпускается в виде потока 92 и переносится из смесителя комбинированного потока 90 в полость между двумя стеновыми панелями (такую как полость 8 в соответствии с фиг. 1). Вспененная гипсовая суспензия в полости имеет возможность расширяться, затвердевать и высыхать.

[096] На фиг. 8 изображена альтернатива Wye-образному соединителю или T-образному соединителю для подачи ингредиентов в соединительный патрубок через более чем одно входное отверстие. Например, первая суспензия может подаваться через одно входное отверстие первого патрубка, а квасцовый раствор может подаваться во множество входных отверстий патрубков, расположенных вокруг первого патрубка для питания первого патрубка. Это изображено на фиг. 8, представляющей соединительный патрубок, содержащий первую трубу 102, имеющую первый впускной открытый конец 103, противоположный второму открытому выпускному концу 105, и вторые трубы 106, имеющие впускные отверстия 107 и сообщающиеся с первой трубой 102. Вторые трубы 106 могут пересекать первую трубу 102 под углом «Е», который перпендикулярен (как изображено) или составляет менее чем 90 градусов. Первый открытый конец 103 является первым впускным отверстием, второй открытый конец 107 является вторым впускным отверстием, а третий открытый конец 105 является выпускным отверстием.

[097] На фиг. 9 изображена другая альтернатива Wye-образному соединителю или T-образному соединителю для подачи ингредиентов в соединительный патрубок с коаксиальным выпуском как, например, изображено на фиг. 9. На фиг. 9 изображен соединительный патрубок, содержащий первую трубу 112, имеющую первый впускной открытый конец 113, противоположный второму открытому выпускному концу 105, и вторую трубу 116, имеющую впускное отверстие 117 и выпускное отверстие 119, сообщающееся с первой трубой 102. Первая суспензия питает первый открытый конец 113. Направление потока первой суспензии изображено как направление «Т». Соединительный патрубок имеет выпускное отверстие 119 для выпуска квасцового раствора в направлении «Т1», коаксиальном с потоком первой суспензии в первой трубе. Вторая труба 116 может пересекать первую трубу 112 под углом «F», который перпендикулярен (как изображено) или составляет менее чем 90 градусов. Первый открытый конец 113 является первым впускным отверстием, второй открытый конец 117 является вторым впускным отверстием, а третий открытый конец 115 является выпускным отверстием для комбинированных первой суспензии и раствора квасцов.

[098] Первая суспензия полугидрата сульфата кальция и карбоната кальция и квасцовый раствор, обсужденные выше в вышеупомянутых способах смешивания, например, системы в соответствии с фиг. 5-9, могут быть заменены первой суспензией полугидрата сульфата кальция и цеолита, а также раствора перкарбоната натрия или раствора перекиси водорода.

[099] При необходимости, каталитически управляемая реакция разложения, которая образует O₂ в суспензии, также может быть использована для дополнения образованного газообразного диоксида углерода. Для образования O₂ концентрированный раствор перекиси водорода в присутствии цеолита природного происхождения в качестве катализатора высвобождает кислород и производит газ с образованием ячеистого вспененного материала. Использование цеолита в сочетании с перкарбонатом натрия (Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂) химически также образует ячеистый состав путем образования O₂ посредством каталитического превращения перекиси водорода.

[0100] После контакта с водой гипс (полугидрат сульфата кальция) схватывается с превращением в дигидрат сульфата кальция во время производства вспененного гипсового продукта. Таким образом, как только суспензия квасцов и гипса смешивается с образованием диоксида углерода (и, если необходимо, смешиваются ингредиенты для образования O₂), дозирование вспенивающегося материала в стеновую полость может происходить в виде полностью активированной пены или частично активированной жидкости, которая является вспенивающейся, или любого состояния между ними. В зависимости от условий на рабочем месте и имеющегося оборудования будут использоваться разные способы применения. Стеновая система, например, содержащая стоечные профили и стеновые панели, например, гипсокартонные панели с полостным заполнителем, будет иметь более высокие механические, акустические и термостойкие свойства, чем стеновая система, содержащая стоечные профили и стеновые панели без полостного заполнителя. Заполняемой стеновой полостью может быть любая стена, имеющая полость, например комбинация стеновых панелей (например, гипсокартон или цементно-волокнистые плиты) и стальных стоечных профилей. Таким образом, например, либо гипсокартон, либо цементно-волокнистые плиты могут быть использованы с данным изобретением. Однако заполнение полости не ограничивается использованием со стеновыми панелями. Изобретение также предусматривает заполнение полого сердечника из вспененных ячеистых бетонных блоков.

[0101] На фиг. 1 изображена пустотелая стеновая система 1, содержащая стоечные профили 6, 12, 14 и гипсокартонные панели 2, 4 с полостью 8 между гипсокартонными панелями 2, 4, а также полостной заполнитель 10 из вспененного гипса в соответствии с данным изобретением внутри полости 8.

[0102] Затем суспензия из смесителя суспензии для гипсовой сердцевинной суспензии проходит из смесителя суспензии в распределитель суспензии, который размещает суспензию как необходимо. Например, ее можно разместить в полость стены. Сама полость может быть временной или постоянной, на работе или на производственной площадке, составной системой или отдельным материалом. Согласно этому широкому определению, любое пространство может быть заполнено этим материалом, или материал может быть свободно налит, а затем сформирован.

[0103] Обожженный гипс

[0104] В контексте данного документа, термин «обожженный гипс» предназначен для обозначения альфа-полугидрата сульфата кальция, бета-полугидрата сульфата кальция, водорастворимого ангидрита сульфата кальция или смесей любого из них или всех. Обожженный гипс также известен как штукатурный гипс. Термины «гипс», «схваченный гипс» и «гидратированный гипс» предназначены для обозначения дигидрата сульфата кальция. Вода в смеси самопроизвольно реагирует с обожженным гипсом с образованием схваченного гипса.

[0105] Обожженный гипс, используемый в изобретении, может иметь форму и концентрации, которые обычно находят полезными в соответствующих вариантах предшествующего уровня техники. Это может быть из природных или синтетических источников. Обожженный гипс может быть волокнистым в некоторых вариантах и неволокнистым в других. Можно использовать любую форму обожженного гипса, включая, но не ограничиваясь, альфа- или бета-штукатурный гипс. Однако альфа-полугидрат сульфата кальция предпочтительно используют для получения схваченного гипса, имеющего относительно высокую прочность. При желании используют бета-полугидрат сульфата кальция или смесь бета-полугидрата сульфата кальция и водорастворимого ангидрита сульфата кальция. Обожженный гипс может содержать по меньшей мере около 50% бета-полугидрата сульфата кальция. В других вариантах реализации изобретения обожженный гипс может содержать по меньшей мере около 86% бета-полугидрата сульфата кальция. Также предполагается использование ангидрита сульфата кальция, синтетического гипса или природного гипса, хотя предпочтительно в небольших количествах менее чем 20%.

[0106] Карбонат кальция

[0107] Карбонат кальция представляет собой химическое соединение с формулой CaCO₃.

[0108] Соединение алюминия

[0109] Соединение алюминия выбрано из группы, состоящей из сульфата алюминия с формулой Al₂(SO₄)₃ и сульфата калия-алюминия, предпочтительно это сульфат алюминия.

[0110] Вода

[0111] Воду добавляют в суспензию в любом количестве, которое делает суспензию текучей. Количество используемой воды сильно варьируется в зависимости от применения, в котором она используется, точного используемого диспергатора, свойств штукатурного гипса и используемых добавок. Массовое соотношение воды и полугидратов сульфата кальция составляет 0,2-2:1.

[0112] Вода, используемая для приготовления суспензии, должна быть настолько чистой, насколько это практически возможно, для лучшего управления свойствами, как суспензии, так и схваченного гипса. Хорошо известно, что соли и органические соединения модифицируют время схватывания суспензии, широко варьируя от ускорителей до ингибиторов схватывания. Некоторые примеси приводят к нарушениям в структуре, так как образуется блокирующая матрица из кристаллов дигидрата, что снижает прочность схваченного продукта. Таким образом, прочность и консистенция продукта улучшаются за счет использования воды, которая настолько не содержит загрязнений, насколько это практически возможно, предпочтительно питьевой воды.

[0113] Латекс

[0114] Гипсовая суспензия в соответствии с данным изобретением может содержать латексный полимер в качестве связующего. В частности, полимер представляет собой синтетический латекс (то есть водную дисперсию полимерных частиц, полученных эмульсионной полимеризацией одного или большего количества мономеров). Латекс содержит водную эмульсию или дисперсию, содержащую воду, латексный полимер, поверхностно-активное вещество и другие ингредиенты, как изложено в другом месте данного описания. В альтернативном варианте латексный полимер может быть добавлен в виде сухого повторно диспергируемого порошка.

[0115] Латексный полимер выбирают из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из поливинилацетатного латекса, поливинилакрилатного и поливинилхлоридного латекса, акрилов, стирольных акрилов, сложных акриловых эфиров, винилакрилов, винилхлоридов, винилхлоридных акрилов, стиролацетатных акрилов, этиленполивинилацетатов, стиролбутадиенов и их комбинаций, и поверхностно-активного вещества, предпочтительно латексного полимера выбранного из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из поливинилацетатного латекса, поливинилакрилата и поливинилхлоридного латекса, более предпочтительно, латексного полимера, содержащего поливинилацетатный латекс.

[0116] Способы получения синтетических латексов хорошо известны в данной области техники, и можно использовать любой из этих способов.

[0117] Размер частиц латекса обычно варьируется от 30 нм до 1500 нм.

[0118] Диспергатор для гипсовых суспензий

[0119] Известно, что диспергаторы используются с гипсом в гипсовых суспензиях, чтобы способствовать разжижению смеси воды и полугидрата сульфата кальция, поэтому для приготовления текучей суспензии требуется меньше воды.

[0120] Гипсовые суспензии обычно содержат диспергатор, такой как полинафталинсульфонат. Полинафталинсульфонатные диспергаторы хорошо известны и относительно дешевы, но имеют ограниченную эффективность. Полинафталинсульфонат обладает хорошей совместимостью с крахмалом, пенообразователями и глинами. Производственный технологический процесс для полинафталинсульфонатов включает следующие этапы реакции: сульфирование нафталина серной кислотой с образованием b-нафталинсульфоновой кислоты, конденсация b-нафталинсульфоновой кислоты с формальдегидом с получением полиметиленнафталинсульфоновой кислоты и нейтрализация полиметиленнафталинсульфоновой кислоты гидроксидом натрия или другим гидроксидом.

[0121] Поликарбоксилатные диспергаторы являются подходящими дисперготорами для гипсовых суспензий. Предпочтительные поликарбоксилатные диспергаторы для гипсовых суспензий содержат поликарбоксилат-эфировый диспергатор, например диспергатор, содержащий сополимер оксиалкилен-алкилового эфира и ненасыщенной дикарбоновой кислоты. Предпочтительно поликарбоксилатный диспергатор содержит сополимер оксиалкилен-алкилового эфира и ненасыщенной дикарбоновой кислоты.

[0122] В патенте США № 7,767,019, выданного Лиу и др. (Liu et al.), включенном в качестве ссылки, раскрыты варианты реализации разветвленных поликарбоксилатов, подходящих для использования в качестве диспергаторов для данных гипсовых суспензий. Это также анионные поверхностно-активные вещества. Лиу и др. раскрывает поликарбоксилатный диспергатор, состоящий, по существу, из первого и второго повторяющихся звеньев, где первое повторяющееся звено представляет собой повторяющееся звено олефиновой ненасыщенной монокарбоновой кислоты или его сложный эфир или соль, или повторяющееся звено олефиновой ненасыщенной серной кислоты или его соли, а второе повторяющееся звено имеет общую формулу (I)

, (I)

где R¹ представлен формулой (II):

, (II)

и где R² представляет собой водород или алифатическую C₁-C₅ углеводородную группу, R³ представляет собой незамещенную или замещенную арильную группу, и R⁴ представляет собой водород или алифатическую C₁-C₂₀ углеводородную группу, циклоалифатическую C₅-C₈ углеводородную группу, замещенную C₆-C₁₄ арильную группу или группу, соответствующую одной из формул (III):

или

(III)

где R₅ и R₇ независимо друг от друга представляют собой алкильную, арильную, аралкильную или алкиларильную группу, а R₆ представляет собой двухвалентную алкильную, арильную, аралкильную или алкарильную группу, p равно от 0 до 3 включительно, m и n равны независимо - целому числу от 2 до 4 включительно; x и y независимо представляют собой целые числа от 55 до 350 включительно, а z равно от 0 до 200 включительно.

[0123] В патенте США № 8,142,915, выданного Блэкберну и др. (Blackburn et al.), включенном в качестве ссылки, также раскрыты варианты реализации поликарбоксилатов, подходящих для использования в качестве диспергаторов для предлагаемых гипсовых суспензий.

[0124] Предпочтительно нафталиновый диспергатор выбирают из по меньшей мере одного из бета-нафталин сульфоната, конденсированного нафталин сульфонат формальдегида и конденсированного нафталин натрия формальдегида.

[0125] Предпочтительно полифосфатный диспергатор выбирают из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из триметафосфата натрия (STMP), триполифосфата натрия (STPP), триполифосфата калия (KTPP), тетранатрийпирофосфата (TSPP) и тетракалийпирофосфата (TKPP), более предпочтительно полифосфатного диспергатора представляющего собой триметафосфат натрия (STMP) или тетранатрийпирофосфат (TSPP), наиболее предпочтительно полифосфатного диспергатора, содержащего триметафосфат натрия (STMP).

[0126] Кроме того, подходящие аминоспирты, такие как, например, 2-амино-2-метилпропанол, могут быть использованы в качестве диспергаторов.

[0127] Добавки для гипсовых суспензий

[0128] Добавки могут быть использованы в гипсовых суспензиях для придания требуемых свойств и для облегчения производства, такие как ускорители схватывания, замедлители схватывания, ингибиторы рекальцинации, связующие вещества, адгезивы, диспергаторы, разравнивающие или неразравнивающие вещества, загустители, бактерициды, фунгициды, регуляторы pH, красители, армирующие материалы, антипирены, гидрофобизаторы, наполнители и их смеси.

[0129] Гипсовая суспензия также необязательно содержит один или большее количество модификаторов, которые повышают способность диспергатора разжижать суспензию, тем самым повышая ее эффективность. Предпочтительные модификаторы включают известь, также известную как негашеная известь или оксид кальция, гашеную известь, также известную как гидроксид кальция, кальцинированную соду, также известную как карбонат натрия, и другие карбонаты, силикаты, фосфонаты и фосфаты. Дозировка модификатора составляет от 0,05% до примерно 1% в зависимости от используемого модификатора и области применения, в которой он используется. Дополнительная информация о модификаторах и их использовании содержится в опубликованной патентной заявке США № US 2006-0280898 А1, озаглавленной «Модификаторы для гипсовых суспензий и способ их использования», включенной в качестве ссылки.

[0130] Предпочтительно как модификатор, так и диспергатор находятся в сухой форме, их можно предварительно смешать друг с другом и добавить в штукатурный гипс. Способ добавления диспергаторов и модификаторов в композицию штукатурного гипса более подробно раскрыт в документе № US 2006-0280898 А1, озаглавленном «Модификаторы для гипсовых суспензий и способ их использования», включенном в качестве ссылки.

[0131] Дополнительные добавки также добавляются к суспензии в качестве типичных для применения, в котором будет использоваться гипсовая суспензия. Замедлители схватывания или сухие ускорители добавляют для изменения скорости, при которой имеют место реакции гидратации. Климатически стабилизированный ускоритель («CSA») представляет собой ускоритель схватывания, содержащий 95% дигидрата сульфата кальция и 5% сахара и нагретый до 250 °F (121 °С), чтобы карамелизировать сахар. CSA доступен от завода компании USG Corporation, Саутард, Оклахома, и производится в соответствии с патентом США № 3,573,947, который включен в данный документ посредством ссылки. Сульфат калия является еще одним предпочтительным ускорителем. Термостойкий ускоритель (HRA) представляет собой дигидрат сульфата кальция, свежемолотый с сахаром, в соотношении примерно от 5 фунтов сахара до 25 фунтов сахара на 100 фунтов дигидрата сульфата кальция. Это дополнительно описано в патенте США № 2,078,199, включенный в данный документ посредством ссылки. Оба являются предпочтительными ускорителями.

[0132] Другой ускоритель, известный как ускоритель влажного гипса (WGA), также является предпочтительным ускорителем. Описание использования и способа изготовления ускорителя влажного гипса раскрыто в патенте США № 6,409,825, включенном в данный документ посредством ссылки. WGA содержит частицы дигидрата сульфата кальция, воды и по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из (i) органического фосфонового соединения, (ii) фосфатсодержащего соединения или (iii) смеси (i) и (ii). Этот ускоритель демонстрирует значительную долговечность и сохраняет свою эффективность с течением времени, так что ускоритель влажного гипса может быть изготовлен, храниться и даже транспортироваться на большие расстояния перед использованием. Ускоритель влажного гипса используется в количестве от около 5 фунтов до около 80 фунтов на тысячу квадратных футов (от 24,3 г/м² до 390 г/м²) листового изделия.

[0133] Другими потенциальными добавками для изобретения являются биоциды и/или фунгициды для уменьшения роста плесени, гнили или грибка. В зависимости от выбранного биоцида и предполагаемого использования для заполнения полости, биоцид может быть добавлен к покрытию, сердцевине гипса или к обоим. Примеры биоцидов включают борную кислоту, соли пиритиона и соли меди. Биоциды могут быть добавлены в гипсовую суспензию.

[0134] Стекловолокно необязательно добавляют в суспензию. Волокна бумаги необязательно добавляют в суспензию. Восковые эмульсии или полисилоксаны необязательно добавляют к гипсовой суспензии для улучшения водостойкости готового гипсового продукта. Если требуется жесткость, обычно добавляют борную кислоту. Огнестойкость можно улучшить путем добавления вермикулита. Эти и другие известные добавки полезны в предлагаемых составах суспензий.

[0135] Гипсовая суспензия может содержать крахмалы для упрочнения продукта. Типичными крахмалами являются кукурузный крахмал, пшеничный крахмал и картофельный крахмал. Крахмал может представлять собой прежелатинизированный крахмал или модифицированный кислотой крахмал. Специалисту в данной области техники будут понятны способы прежелатинизации неочищенного крахмала, такие как, например, варка необработанного крахмала в воде при температуре по меньшей мере около 185°F (85°С) или другими способами. Если он включен, прежелатинизированный крахмал присутствует в любом подходящем количестве. Например, если он включен, предварительно желатинизированный крахмал может быть добавлен к смеси, используемой для формирования схватываемой гипсовой композиции, таким образом, что он присутствует в количестве от около 0,5 мас.% до около 10 мас.% от массы схватываемой гипсовой композиции. Крахмалы, такие как USG95 (от компании United States Gypsum Company, Чикаго, штат Иллинойс), также необязательно добавляют для прочности сердцевины.

[0136] Пенообразователь

[0137] Пенообразователи могут использоваться в гипсовых суспензиях для получения дополнительной пены для дополнения пены, образующейся внутри, в результате внутренней химической реакции. Эти пенообразователи могут быть любыми обычными пенообразователями, которые, как известно, полезны при приготовлении вспененных схватываемых гипсовых продуктов. Многие такие пенообразователи хорошо известны и легко доступны на рынке, например, мыло.

[0138] Предпочтительно пенообразователь выбирают из группы, состоящей из алкилбензолсульфоната, солей жирных кислот, лаурилсульфата натрия, алкилсульфатных солей, натрий лаурил эфир сульфата, натрий алкил эфир сульфата, (олефинсульфоната натрия C14-16, альфа-олефин сульфонатов, сложных эфиров фосфатов, сульфосукцинатов, сульфатов алкилфеноловых эфиров и изетионатов. Более предпочтительно, альфа-олефинсульфонатов, алкилсульфонатов, алкилбензолфульфонатов и алкилэфирсульфатных олигомеров. Кроме того, предпочтительно, по меньшей мере одного члена группы, состоящей из натрия лаурил эфир сульфата, сульфата эфирного спирта C10-C12 аммония, олефинсульфоната C14-16 натрия и полипропоксиполиэтоксидецилсульфата натрия (молекулярная формула C₁₀H₂₂-O(C₃H₆-OC₂H₄-O)_x-H₂SO₄-Na). Наиболее предпочтительно смеси, содержащей от 20% до 25% бутилдигликоля, от 7% до 15% натрия лаурил эфир сульфата, и от 3% до 5% спиртов С10-С16.

[0139] Пример одного типа пенообразователя имеет формулу ROSO₃^-M⁺, где R представляет собой алкильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, а М представляет собой катион. Предпочтительно R представляет собой алкильную группу, содержащую от 8 до 12 атомов углерода. Пример одного типа пенообразователя, полезного для получения стабильных пен, имеет формулу CH₃(CH₂)_xCH₂(OCH₂CH₂)yOSO₃^-M⁺, где X - число от 2 до 20, Y представляет собой число от 0 до 10 и больше чем 0 по меньшей мере в 50 мас.% пенообразователя, а М представляет собой катион. Смеси этих пенообразователей также могут быть использованы.

[0140] Поливиниловый спирт (PVOH) может быть добавлен к суспензии в качестве стабилизатора пены до того, как пена будет образована в цементной суспензии.

[0141] Добавки

[0142] Добавки, которые можно использовать в суспензии в практике изобретения для придания требуемых свойств и для облегчения производства, выбирают из одного или большего количества элементов из группы пеногасителей на основе кремния, акрилатных загустителей, целлюлозных загустителей, порошка неорганического наполнителя, регулятора рН, предпочтительно алканоламинов, и пигментов, а также вышеуказанного диспергатора.

[0143] Композиции в соответствии с изобретением содержат глину и/или порошок неорганического наполнителя, такого как дигидрат сульфата кальция.

[0144] Глина может быть прокалена или не прокалена. Термин «прокаленные глины» следует понимать как глины, подвергнутые термической обработке, например, нагреванию для удаления летучих соединений. Типичные глины включают, но не ограничиваются ими, аттапульгит, монтмориллонит, нонтронит, бейделлит, волконскоит, гекторит, сапонит, сауконит; вермикулит; галлуазит; серицит; или их смеси.

[0145] Загуститель выбирают из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из целлюлозного загустителя и акрилатного загустителя. Предпочтительные загустители целлюлозы включают гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксиэтилметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, метилцеллюлозу, метилэтилцеллюлозу, этилцеллюлозу и карбоксиметилцеллюлозу, наиболее предпочтительно включающие гидроксипропилметилцеллюлозу. Наиболее предпочтительным целлюлозным загустителем является гидроксиметилпропилцеллюлоза.

[0146] Другими потенциальными загустителями являются казеин, гуммиарабик, гуаровая камедь, трагакантовая камедь, крахмал, альгинат натрия.

[0147] Предпочтительные акрилатные загустители выбирают из одного или большего количества полиакрилатов натрия, водорастворимых сополимеров на основе акриловой и (мет)акриловой кислот, таких как акриловая кислота/акриламид и (мет)акриловая кислота/сополимеры эфира акриловой кислоты.

[0148] Кроме того, композиции для покрытия могут включать загустители, выбранные из поливинилового спирта, ассоциативных загустителей, таких как полимеры стирола/малеинового ангидрида или предпочтительно гидрофобно модифицированные полиэфируретаны (HEUR), известные специалисту в данной области техники, гидрофобно модифицированные сополимеры акриловой кислоты (HASE) и полиэфирполиолы.

[0149] Щелочные органические и/или щелочные неорганические соединения являются подходящими в качестве нейтрализующих агентов. Кроме водных растворов аммиака также предпочтительными являются летучие первичные, вторичные и третичные амины, такие как этиламин, диметиламин, диметилэтаноламин, триэтиламин, морфолин, пиперидин, диэтаноламин, триэтаноламин, диизопропиламин, 2-амино-2-метилпропанол, 2-N,N-диметиламино-2-метилпропанол и смеси этих соединений.

[0150] Суспензия может содержать пеногаситель на силиконовой основе. Пеногаситель или противопенный агент представляет собой химическую добавку, которая уменьшает и препятствует образованию пены в промышленных технологических жидкостях. Термины пеногаситель и противопенный агент часто используются взаимозаменяемо. Обычно используемые агенты представляют собой полидиметилсилоксаны и другие силиконы. Добавка используется для предотвращения образования пены или добавляется для разрушения уже сформированной пены. Пеногасители на основе силикона являются полимерами с кремниевой основой. Силиконовое соединение состоит из гидрофобного диоксида кремния, диспергированного в силиконовом масле. Эмульгаторы добавляют для обеспечения быстрого и хорошего распределения силикона в пенообразующей среде. Силиконовое соединение может также содержать силиконовые гликоли и другие модифицированные силиконовые жидкости. Полидиметилсилоксан является предпочтительным пеногасителем.

[0151] Суспензия может содержать пигмент. Все пигменты, которые могут быть использованы, представляют собой все пигменты, известные специалисту в данной области техники для предполагаемого использования. Предпочтительными пигментами для водных композиций согласно изобретению являются, например, диоксид титана, предпочтительно в форме рутила, сульфата бария, оксида цинка, сульфида цинка, основного карбоната свинца, триоксида сурьмы и литопона (сульфида цинка и сульфата бария). Однако водные составы также могут содержать красящие пигменты, например, оксиды железа, технический углерод, графит, люминесцентные пигменты, желтый цинк, зеленый цинк, ультрамарин, черный марганец, черную сурьму, фиолетовый марганец, парижскую лазурь или швайнфуртскую зелень. В дополнение к неорганическим пигментам составы согласно изобретению могут также содержать органические красящие пигменты, например сепию, гамбодж, кассет коричневый, толуидин красный, пара красный, ганза желтый, индиго, азокрасители, антрахиноидные и индигоидные красители, а также диоксазин, хинакридон, фталоцианин, изоиндолинон и металлокомплексные пигменты. Диоксид титана является предпочтительным пигментом.

[0152] Суспензия также может содержать легкие наполнители, такие как перлит или полистирол.

[0153] Суспензия может содержать модификаторы рН, такие как гидроксид магния.

[0154] Следующие примеры представлены для дополнительной иллюстрации некоторых предпочтительных вариантов реализации изобретения и для сравнения их со способами и композициями, выходящими за рамки изобретения. Если не указано иное, концентрации материалов в композициях и смесях приведены в процентах по массе в расчете на массу присутствующего прокаленного гипса.

[0155] Пример 1 - Конкретный пример создания стены

[0156] Один конкретный технологический процесс создания суспензии, создания квасцового раствора, откачки и смешивания, который использовался для создания вспененной гипсовой стены, представляет собой следующее использование состава ингредиентов, перечисленных в таблице 1.

[0157] Таблица 1. Перечень возможных ингредиентов в рецептуре с максимальными и минимальными значениями, которые можно использовать для изготовления вспененного гипсового материала.

*пенообразователь представлял собой смесь, включающую от 20% до 25% бутилдигликоля, от 7% до 15% натрия лаурил эфир сульфата и от 3% до 5% спиртов C10-C16.

[0158] Три различных технологических процесса были выполнены с композицией по изобретению для заполнения полости между стеновыми панелями следующим образом:

[0159] Технологический процесс 1:

• Сухие материалы смешивали, упаковывали и суспендировали в периодическом процессе.

• Квасцовый раствор был создан путем смешивания сухих квасцов и воды

• Два указанных раствора были закачаны и объединены через Wye-образный соединитель

• Два указанных раствора были смешаны с использованием статического смесителя

• Полученный смешанный пенообразующий раствор затем перемещали в полость

• Материал, поступающий в полость, варьировался от отсутствия расширения до полного расширения

• Материал в полости отвердел и высох

[0160] Технологический процесс 2:

• Сухие материалы были смешаны, упакованы

• Упакованный материал суспендировали в непрерывном процессе

• Квасцовый раствор был заготовлен

• Два указанных раствора были закачаны и объединены через Wye-образный соединитель

• Два указанных раствора были смешаны с использованием статического смесителя

• Полученный смешанный пенообразующий раствор затем перемещали в полость

• Материал, поступающий в полость, варьировался от отсутствия расширения до полного расширения

• Материал в полости отвердел и высох

[0161] Технологический процесс 3:

• Сухие материалы были смешаны, упакованы

• Упакованный материал суспендировали в непрерывном процессе

• Квасцовый раствор был заготовлен

• Два указанных раствора подавали в динамический смеситель

• Полученный смешанный пенообразующий раствор затем перемещали в полость

• Материал, поступающий в полость, варьировался от отсутствия расширения до полного расширения

• Материал в полости отвердел и высох

[0162] Использованная указанная композиция в соответствии с данным изобретением в технологических процессах 1, 2 и 3 расширялась для заполнения полости.

[0163] Пример 2

[0164] Раствор сульфата алюминия и раствор карбоната смешивали для измерения количества газа, образующегося во времени. Это показало, что при смешивании двух жидкостей образуется большое количество газа, но реакция также продолжалась в течение продолжительного периода времени. Это первоначальное образование газа создало большое давление внутри жидкости, которое должно быть компенсировано реологическими свойствами суспензии, иначе произойдет разрыв и разрушение, когда материал попытается расширяться. Таблица 2 показывает результаты этого.

[0165] Таблица 2 (мас.% компонентов, добавленных в воду)

[0166] Пример 3

[0167] Тепловые и акустические испытания были выполнены на образцах материала, заполняющего открытую полость (не между стеновыми панелями), в соответствии с изобретением различной плотности, приблизительно 15-60 фунтов/куб. фут. Показаны тепловое сопротивление на дюйм и коэффициент снижения шума. Все значения повышены относительно наличия пустой полости в пустотелой стеновой конструкции. Таблица 3 показывает результаты этого.

[0168] Таблица 3

[0169] Пример 4

[0170] Три состава, содержащие полугидрат сульфата кальция, сульфат алюминия и карбонат кальция, а также целлюлозный загуститель, были испытаны на адгезию к строительным материалам компании United States Gypsum с использованием устройства для испытания адгезии POSI-TESTER.

[0171] Состав А представлял собой 91% полугидрата сульфата кальция, 5% карбоната кальция и 4% сульфата алюминия.

[0172] Состав В представлял собой 89,5% полугидрата сульфата кальция, 5% карбоната кальция, 4% сульфата алюминия, 0,5% НРМС и 1% суперпластификатора на основе эфира поликарбоксилата (диспергатор).

[0173] Состав С представлял собой 89,2% полугидрата сульфата кальция, 5% карбоната кальция, 4% сульфата алюминия, 0,5% HPMC, 0,1% цитрата натрия и 0,2% суперпластификатора на основе эфира поликарбоксилата (диспергатор).

[0174] Все проценты являются массовыми процентами на сухой (безводной) основе.

[0175] Материал был составлен таким образом, чтобы прилипать к различным подложкам, таким как гипсокартон, гипсо-волокнистые плиты, обшивка из стекломата и цементно-волокнистая плита.

[0176] Давление, необходимое для возникновения отказа, указано в таблице 4. Этот тест представляет собой тест подобный тесту на растяжение.

[0177] Таблица 4

[0178] Пример 5

[0179] Составы были подвергнуты испытаниям на прочность на сжатие. Буквенные обозначения образцов соответствуют составам в таблицах 5 и 6. Таблица 5 показывает составы. Таблица 6 показывает прочность на сжатие составов.

[0180] Таблица 5 - Все значения являются массовыми процентами сухих (безводных) ингредиентов

[0181] Таблица 6

[0182] На фиг. 2 изображены данные прочности на сжатие из таблицы 8B в зависимости от плотности образца. Точки «Все» невозможно увидеть, потому что они находятся за точками отдельных тестов.

[0183] Пример 6 - Цеолиты

[0184] В этом примере проверяются газообразующие системы пенообразования для гипса с использованием цеолитов. Пример был приведен для определения того, будет ли гипсовый состав, содержащий клиноптилолитовый цеолит (природный цеолит) и перкарбонат натрия, производить вспененный гипсовый раствор посредством выделения газообразного O₂ и продемонстрировать каталитическое окисление перекиси водорода в гипсовом составе, содержащем клиноптилолитный цеолит.

[0185] В этом примере лабораторные составы были приготовлены с использованием клиноптилолитового цеолита в качестве компонента порошкообразного состава, чтобы продемонстрировать концепцию газообразующей системы пенообразования для гипса. В образце A перкарбонат натрия был добавлен к гипсовому составу в виде сухой смеси. В образце B гипсовый состав, содержащий цеолит, смешивали с требуемой испытательной консистенцией, используя 5,25% раствор перекиси водорода. Использовали процедуру смешивания, состоящую из 1-минутной выдержки, 1-минутного смешивания вручную. Таблица 7 показывает составы образцов А и В.

[0186] Таблица 7 - Составы образцов А и В

[0187] На фиг. 3 изображен образец А, изготовленный из перкарбоната натрия.

[0188] На фиг. 4 изображен образец В, изготовленный с 5,25% перекисью водорода.

[0189] Пример 7

[0190] В этом примере проверяются взаимодействия цеолита/перкарбоната натрия для определения взаимодействия между цеолитом и перкарбонатом натрия в стандартном гипсовом составе. В этом примере лабораторные образцы были приготовлены и смешаны с использованием смесителя Хобарта после выдержки в спокойной воде в течение 1 минуты. Использовали процедуру смешивания, состоящую из 1 минуты выдержки и 2-минутного перемешивания на скорости 2 с помощью проволочного венчика. Вязкость была определена сразу же. Триста граммов смешанной суспензии разливали в стандартные стаканчики объемом 32 унции или четверть галлона. Стаканчик помещали в сушильный шкаф на 1 день, чтобы развить достаточную прочность перед извлечением из формы. Расчетный объем отливки, увеличение объема и сухую плотность образцов определяли после полного высыхания. Таблица 8 показывает составы и результаты Образцов 1-9.

[0191] Таблица 8 - Взаимодействие между цеолитом и перкарбонатом натрия в стандартном гипсовом составе (масса в граммах)

[0192] * В таблице 8: Испытательная консистенции - это количество кубических сантиметров воды, добавленных на 100 грамм порошка (сухих ингредиентов). Начало схватывания по Вику (минуты) - это мера времени схватывания смеси, измеренная с помощью иглы Вика. Вязкость по Брабендеру определяли с использованием флажка 5/16 дюйма.

[0193] Пример 8

[0194] В этом примере проверяется взаимодействие различных форм цеолита и перкарбоната натрия, чтобы определить взаимодействие между цеолитом и перкарбонатом натрия в стандартном гипсовом составе. В этом примере лабораторные образцы были приготовлены и смешаны с использованием смесителя Хобарта после выдержки в спокойной воде в течение 1 минуты. Использовали процедуру смешивания, состоящую из 1 минуты выдержки и 2-минутного перемешивания на скорости 2 с помощью проволочного венчика. Вязкость была определена сразу же. Триста граммов смешанной суспензии разливали в стандартные стаканчики объемом 32 унции или четверть галлона. Стаканчик помещали в сушильный шкаф на 1 день, чтобы развить достаточную прочность перед извлечением из формы. Расчетный объем отливки, увеличение объема и сухую плотность образцов определяли после полного высыхания. Таблица 9 показывает составы и результаты образцов А1-D

[0195] Таблица 9 - Взаимодействие между цеолитом и перкарбонатом натрия в стандартном гипсовом составе (масса в граммах)

[0196] Пример 9

[0197] В этом примере проверяются функциональные свойства эластичных добавок, таких как PVOH, крахмал, сахар, желатин и полиэтиленгликоль в легкой гипсовой смеси с цеолитом и перкарбонатом натрия. В этом примере лабораторные образцы были приготовлены и смешаны с использованием миксера после выдержки в спокойной воде в течение 1 минуты. Использовали процедуру смешивания, состоящую из 1 минуты выдержки и 2-минутного перемешивания на скорости 2 с помощью проволочного венчика. Вязкость была определена сразу же. 300 граммов смешанной суспензии разливали в стандартные стаканчики объемом 32 унции или четверть галлона. Стаканчик помещали в сушильный шкаф на 1 день, чтобы развить достаточную прочность перед извлечением из формы. Расчетный объем отливки, увеличение объема и сухую плотность образцов определяли после полного высыхания. Таблица 10 показывает составы и результаты образцов E1-E7.

[0198] Таблица 10 - Взаимодействие между цеолитом и перкарбонатом натрия в стандартном гипсовом составе (масса в граммах)

[0199] Изобретение не ограничено приведенными выше вариантами реализации, а скорее определяется формулой изобретения, приложенной к нему.

Группа изобретений относится к области строительных материалов, в частности к композициям на основе гипса, способу получения вспененной гипсовой суспензии, способу получения вспененного гипсового продукта, а также к пустотелой стеновой системе, с использованием указанных композиций. Композиция на основе гипса содержит смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов на безводной основе, мас.%: полугидрат сульфата кальция 50–96,9, целлюлозный загуститель 0,1–10, смесь соединений для образования газа, содержащую: карбонат кальция 1,5–46,9, по меньшей мере одно соединение алюминия, выбранное из сульфата алюминия и сульфата калия и алюминия 1,5–30, для образования газообразного CO₂. Композиция на основе гипса содержит смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов на безводной основе, мас.%: полугидрат сульфата кальция 50–97,9, целлюлозный загуститель 0,1–10, смесь соединений для образования газа, содержащую: цеолит 1–10, перкарбонат натрия Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂ или перекись водорода в виде концентрированного водного раствора 1–10, для образования газообразного кислорода. Группа изобретений развита в независимых и зависимых пунктах формулы. Технический результат – снижение плотности, улучшение изоляционных и механических свойств. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 табл., 9 пр., 9 ил.

1. Композиция на основе гипса, содержащая смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов на безводной основе, содержащую, мас.%:

полугидрат сульфата кальция 50–96,9 целлюлозный загуститель 0,1–10,

смесь соединений для образования газа, содержащую первую комбинацию:

карбонат кальция 1,5–46,9 по меньшей мере одно соединение алюминия, выбранное из сульфата алюминия и сульфата калия и алюминия 1,5–30,

для образования газообразного CO₂.

2. Композиция по п. 1, в которой смесь ингредиентов дополнительно содержит, в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов указанной смеси, по меньшей мере одно из:

- от 0,1 мас.% до 1 мас.% хелатирующего агента; и

- от 0,05 мас.% до 1 мас.% биоцида.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что соединения алюминия представляют собой частицы порошка, инкапсулированные в оболочку для управляемого высвобождения частиц порошка при адекватной силе сдвига, применяемой к частицам порошка, инкапсулированным в оболочку, в суспензии в процессе перемешивания.

4. Композиция на основе гипса, содержащая смесь ингредиентов в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов на безводной основе, содержащую, мас.%:

полугидрат сульфата кальция 50–97,9 целлюлозный загуститель 0,1–10,

смесь соединений для образования газа, содержащую вторую комбинацию:

цеолит 1–10 перкарбонат натрия Na₂CO₃⋅1,5H₂O₂ или перекись водорода, предоставленную в виде концентрированного водного раствора 1–10,

для образования газообразного кислорода.

5. Композиция по п. 4, в которой смесь ингредиентов дополнительно содержит, в расчете на 100 массовых частей указанных ингредиентов указанной смеси, по меньшей мере одно из:

- от 0,1 мас.% до 1 мас.% хелатирующего агента; и

- от 0,05 мас.% до 1 мас.% биоцида.

6. Композиция по п. 4, отличающаяся тем, что цеолит представляет собой частицы порошка, инкапсулированные в оболочку для управляемого высвобождения частиц порошка при адекватной силе сдвига, применяемой к частицам порошка, инкапсулированным в оболочку, в суспензии в процессе перемешивания.

7. Композиция по п. 4, отличающаяся тем, что цеолит содержит природный цеолит.

8. Способ получения вспененной гипсовой суспензии, включающий смешивание:

воды; и

композиции по любому из пп. 1-7 для образования вспененной гипсовой суспензии, при этом массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция составляет 0,2-2:1, причем эта вода является добавкой к воде латексной водной среды, если она присутствует;

при этом вспененная гипсовая суспензия имеет от 15 объемных процентов до 90 объемных процентов пузырьков газа.

9. Способ получения вспененного гипсового продукта, включающий смешивание:

воды; и

композиции по любому из пп. 1-7 для образования вспененной гипсовой суспензии, при этом массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция составляет 0,2-2:1;

причем полугидрат сульфата кальция во вспененной гипсовой суспензии превращается в дигидрат сульфата кальция и схватывается и высыхает с образованием вспененного гипсового продукта,

причем вспененный гипсовый продукт, полученный из схватившейся и высохшей вспененной гипсовой суспензии имеет плотность от 10 фунтов/куб. фут до 55 фунтов/куб. фут,

при этом вспененный гипсовый продукт имеет общий объем пустот от 30 объемных процентов до 90 объемных процентов.

10. Способ изготовления вспененного гипсового продукта по п. 9, отличающийся тем, что способ выполняют посредством периодической, полунепрерывной периодической или непрерывной обработки на рабочей площадке или в качестве части производственного технологического процесса, включающего

смешивание полугидрата сульфата кальция и карбоната кальция с водой с образованием первой суспензии;

смешивание соединения алюминия с водой с образованием квасцового раствора;

пропускание первой суспензии и квасцового раствора через соответствующие впускные отверстия соединительного патрубка для объединения в соединительном патрубке для создания комбинированного смешанного потока, который выходит из соединительного патрубка через выпускное отверстие;

смешивание комбинированного смешанного потока в смесителе комбинированного потока, выбранном из статического смесителя или динамического смесителя, для активации по меньшей мере части карбоната кальция путем взаимодействия части карбоната кальция с соединением алюминия для образования вспененной гипсовой суспензии;

перенос комбинированного смешанного вспенивающегося потока из смесителя комбинированного потока в полость между двумя стеновыми плитами; и

предоставление возможности вспененной гипсовой суспензии в указанной полости расширяться, затвердевать и высыхать.

11. Способ изготовления вспененного гипсового продукта по п. 10, в котором

соединительный патрубок выбирают из Y-образного соединительного патрубка и T-образного соединителя;

при этом Y-образный соединительный патрубок имеет первую боковую впускную трубу, определяющую первое боковое впускное отверстие, и вторую боковую впускную трубу, определяющую второе боковое впускное отверстие, а также выпускную трубу, определяющую выпускное отверстие, причем первая боковая впускная труба и вторая боковая впускная труба Y-образного соединительного патрубка определяют острый угол, при этом первая боковая впускная труба и выпускная труба Y-образного соединительного патрубка определяют первый тупой угол, и при этом вторая боковая впускная труба и выпускная труба Y-образного соединительного патрубка определяют второй тупой угол;

при этом Т-образный соединитель содержит первую трубу, имеющую первый открытый конец, противоположный второму открытому концу, и вторую трубу, сообщающуюся с первой трубой и определяющую третий открытый конец, причем первая труба перпендикулярна второй трубе, при этом один из первого, второго и третьего открытых концов представляет собой первое входное отверстие, один из первого, второго и третьего открытых концов, который не является первым входным отверстием, представляет собой второе входное отверстие, а первый, второй или третий открытый конец, который не является первым впускным отверстием или вторым впускным отверстием, является выпускным отверстием.

12. Пустотелая стеновая система, содержащая:

противоположные листовые панели, прикрепленные к раме, содержащей стоечные профили для образования полости между противоположными листовыми панелями;

вспененный гипсовый продукт, полученный из схватившейся и высохшей вспененной гипсовой суспензии, изготовленной из воды и композиции на основе гипса по любому из пп. 1-7, расположенный внутри полости, при этом вспененный гипсовый продукт имеет плотность от 10 фунтов/куб. фут до 55 фунтов/куб. фут, причем вспененный гипсовый продукт имеет общий объем пустот от 30 объемных процентов до 90 объемных процентов.