ГИПСОКАРТОН ИЗ ГИПСА, СОДЕРЖАЩИЙ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ ХЛОРИДНОЙ СОЛИ И СЛОЙ КРАХМАЛА, А ТАКЖЕ СВЯЗАННЫЙ С НИМ СПОСОБ Российский патент 2023 года по МПК B28B19/00 B32B13/08 C04B28/14 D21H19/34 E04C2/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное изобретение относится к гипсокартону, сформированному из синтетического гипса и других источников гипса, имеющих высокие концентрации хлоридной соли. В данном изобретении также предлагается способ изготовления гипсокартона со слоем крахмала для улучшения адгезии сердечника гипсокартона к бумажному покрывающему листу по сравнению с гипсокартоном без слоя крахмала, а также стеновая система, где применяется гипсокартон.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] При строительстве зданий одним из наиболее распространенных строительных элементов для строительства и реконструкции является гипсовая стеновая плита, часто называемая сухой гипсовой штукатуркой, гипсокартоном, гипсовыми панелями, гипсовой панельной обшивкой и потолочной плиткой. С химической точки зрения гипс - это дигидрат сульфата кальция (CaSO₄•2H₂O).

[003] Затвердевший гипс (дигидрат сульфата кальция) – хорошо известный материал, который используется в таких изделиях. Панели, содержащие затвердевший гипс, часто называют плитами гипсокартона, которые содержат сердечник плиты (сердечник из затвердевшего гипса), расположенный между двумя покрывающими листами, в частности, между бумажными покрывающими листами. Такие панели, как правило, используются в конструировании из гипсокартона внутренних стен и потолков зданий. Одна или большее количество более плотных областей, часто называемых «накрывочными слоями», могут быть нанесены в виде слоёв на любую лицевую сторону сердечника плиты, как правило, на границе раздела между сердечником плиты и внутренней поверхностью покрывающего листа или его покрытием. Более плотные области могут прилегать к менее плотной области гипсового слоя, которая образует гипсовый слой сердечника гипсокартона.

[004] В процессе производства гипсокартона штукатурный гипс (содержащий полугидрат сульфата кальция), вода и другие ингредиенты, при необходимости, могут быть смешаны, как правило, в смесителе, с образованием водной гипсовой суспензии. Термины из уровня техники: водная гипсовая суспензия, или водная суспензия, или гипсовая суспензия, как правило, используются для суспензии как до, так и после превращения полугидрата сульфата кальция в дигидрат сульфата кальция. Гипсовая суспензия образуется и выгружается из смесителя на движущийся конвейер, транспортирующий первый покрывающий лист, необязательно, покрытый накрывочным слоем. Если накрывочный слой присутствует, то он наносится до того местоположения, где гипсовая суспензия выгружается на первый покрывающий лист. После нанесения гипсовой суспензии на первый покрывающий лист, на гипсовую суспензию накладывается второй покрывающий лист, опять же, необязательно покрытый накрывочным слоем, с образованием многослойной сборки, имеющей желаемую толщину. Формовочная пластина, валик и аналогичные приспособления могут помочь при отверждении желаемой толщины. Затем гипсовая суспензия остаётся затвердевать, образуя затвердевший (т.е. регидратированный) гипс в результате взаимодействия между кальцинированным гипсом и водой с образованием матрицы кристаллически гидратированного гипса (т.е. дигидрата сульфата кальция, также известного как затвердевший гипс). Гидратация кальцинированного гипса является необходимым условием формирования связной матрицы из кристаллов затвердевшего гипса, что в результате придает прочность гипсокартону. Для отведения оставшейся свободной (т.е. непрореагировавшей) воды и получения сухого изделия может быть применен нагрев (например, с использованием печи). После этого изделие из затвердевшего гипса нарезается для формирования плит гипсокартона, имеющих желаемую длину.

[005] Гипс (дигидрат сульфата кальция и любые примеси), подходящий для использования в стеновой плите, может быть получен как из природных источников, так и из синтетических источников, а затем подвергнут дальнейшей обработке.

[006] Натуральный гипс может быть использован посредством кальцинирования его дигидрата сульфата кальция с получением полугидратной формы. Гипс из природных источников является минералом природного происхождения и может быть добыт в виде твёрдой породы. Гипс природного происхождения является минералом, который, как правило, встречается в отложениях старых соляных озёр, в вулканических отложениях и в глинистых пластах. При добыче сырой гипс, в целом, находится в форме дигидрата. Гипс также известен как дигидрат сульфата кальция, сульфат кальция (terra alba) или природный гипс (landplaster). Этот материал также получают в качестве побочного продукта различных промышленных процессов. Например, синтетический гипс является побочным продуктом процессов обессеривания дымовых газов электростанций. В гипсе с каждой молекулой сульфата кальция связаны приблизительно две молекулы воды.

[007] Строительный гипс (plaster of Paris) также известен как кальцинированный гипс, штукатурный гипс или полугидрат сульфата кальция.

[008] В случае, если дигидрат сульфата кальция из любого источника нагревается в достаточной степени в процессе, называемом обжигом или кальцинированием, то гидратная вода по меньшей мере частично отгоняется, и может образоваться полугидрат сульфата кальция (CaSO₄•½H₂O) (как правило, имеется в материале, обычно называемом «штукатурным гипсом») либо ангидрит сульфата кальция (CaSO₄), в зависимости от температуры и продолжительности воздействия. Используемые в данном документе термины «штукатурный гипс» и «кальцинированный гипс» относятся как к полугидратной, так и к ангидритной формам сульфата кальция, которые могут в них содержаться. Кальцинирование гипса с получением полугидратной формы происходит по следующему уравнению:

CaSO₄•2H₂O→CaSO₄•0,5H₂O+1,5H₂O

[009] Кальцинированный гипс способен вступать в реакцию с водой с образованием дигидрата сульфата кальция, который является твёрдым продуктом и упоминается в данном документе как «затвердевший гипс».

[0010] Гипс также может быть получен синтетическим путем (в данной области техники он называется «сингип») в качестве побочного продукта промышленных процессов, например, обессеривания дымовых газов электростанций. Натуральный или синтетический гипс может быть кальцинирован при высоких температурах, как правило, выше 150 °C, с образованием штукатурного гипса (т.е. кальцинированного гипса в форме полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция), который может подвергаться последующей регидратации с образованием затвердевшего гипса в желаемой форме, например, плиты.

[0011] Синтетический гипс, полученный от электростанций, как правило, подходит для использования в гипсовых панелях, предназначенных для строительных объектов. Синтетический гипс является побочным продуктом процессов обессеривания дымовых газов от электростанций (также известный как гипс от обессеривания или десульфогипс или DSG). В частности, дымовой газ, содержащий диоксид серы, подвергается мокрой очистке известью или известняком, в результате чего образуется сульфит кальция в следующей реакции:

CaCO₃+SO₂→CaSO₃+CO₂

Затем сульфит кальция превращается в сульфат кальция в следующей реакции:

CaSO₃+2H₂O+½O₂→CaSO₄•2H₂O

Затем может быть получена полугидратная форма посредством кальцинирования аналогичным способом, используемым для натурального гипса.

[0012] Однако, многие традиционные угольные электростанции закрываются в пользу более экологически чистых источников энергии. Остановка угольных электростанций привела к растущей нехватке синтетического гипса, пригодного для производства гипсовых панелей. Синтетический гипс более низкого качества доступен от электростанций и из других источников, но этот гипс из альтернативных источников часто содержит довольно высокие концентрации посторонних солей, в частности, солей магния или натрия, более конкретно, хлорида магния и хлорида натрия. Небольшие количества хлорида калия и хлорида кальция также могут присутствовать в синтетическом гипсе из альтернативных источников. Посторонние соли могут быть проблематичными из-за их тенденции к уменьшению адгезии между сердечником плиты и покрывающими листами, в частности, задним бумажным покрывающим листом.

[0013] Следует понимать, что данное описание уровня техники приведено авторами изобретения в помощь читателю, и его не следует рассматривать как ссылку на предшествующий уровень техники или как указание на то, что любая из указанных проблем имеет первостепенное значение в данной области техники. Хотя описанные принципы могут, в некотором отношении и в некоторых вариантах осуществления изобретения, нивелировать проблемы, присущие другим системам, следует понимать, что объём защиты инновационной разработки определяется прилагаемой формулой изобретения, а не способностью заявленного изобретения решить какую-либо конкретную проблему, отмеченную в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Изобретение относится к гипсокартонным плитам, имеющим существенную адгезию между сердечником плиты и одним или более покрывающими бумажными листами, даже когда присутствуют значительные количества посторонних солей, в частности, хлоридных солей, и более конкретно, NaCl, KCl, MgCl₂ и/или CaCl₂. Предлагаются способы производства гипсокартонных плит из солесодержащих источников гипса, в частности, из синтетического гипса низкого качества. Улучшение адгезии между сердечником плиты и бумажными покрывающими листами может быть реализовано посредством обеспечения слоя крахмала, нанесенного на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из бумажных покрывающих листов, в частности, заднего бумажного покрывающего листа.

[0015] Таким образом, в одном аспекте, в изобретении предлагаются гипсокартонные плиты, содержащие сердечник плиты, содержащий затвердевший гипс. Как правило, он также включает одну или более хлоридных солей, например, NaCl, KCl, MgCl₂ или CaCl₂ или любую их комбинацию.

[0016] В частности, в изобретении предлагается гипсокартон, содержащий:
слой сердечника плиты, содержащий затвердевший гипс,

передний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте с первой лицевой стороной сердечника плиты; и
задний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте со второй лицевой стороной сердечника плиты;

при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала;

при этом слой сердечника находится между первым покрывающим листом и вторым покрывающим листом,

при этом слой сердечника образовывается в результате затвердевания между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой (безводной) основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция, и

воду при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1.

[0017] Внутренняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа, имеющего внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, находится в контакте с первой лицевой стороной сердечника плиты. Внутренняя поверхность заднего бумажного покрывающего листа, имеющего внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, находится в контакте со второй лицевой стороной сердечника плиты. Внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала. Более конкретно, внешняя поверхность заднего бумажного покрывающего листа может быть прикреплена к стене после установки гипсокартона, а внешняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа может быть обращена наружу от стены после установки гипсокартона. Один или оба покрывающих листа могут включать бумажный покрывающий лист, который может быть выполнен из одного и того же или разных бумажных материалов.

[0018] Полугидрат сульфата кальция присутствует в осажденной водной суспензии по изобретению в количестве, составляющем по меньшей мере 60 % мас. сухих (безводных) материалов водной суспензии. Предпочтительно, полугидрат сульфата кальция составляет по меньшей мере 70 % мас. сухих (безводных) материалов водной суспензии, более предпочтительно, по меньшей мере 80 % мас. сухих (безводных) материалов водной суспензии, еще более предпочтительно, по меньшей мере 90 % мас. сухих (безводных) материалов водной суспензии. В типовых составах стеновых плит по изобретению сухие (безводные) материалы водной суспензии содержат по меньшей мере 90 % мас. или по меньшей мере 95 % мас. полугидрата сульфата кальция. Также предполагается использование ангидрита сульфата кальция, хотя его предпочтительно применяют в небольших количествах, составляющих менее 20 % мас. сухих (безводных) материалов водной суспензии.

[0019] Аналогично, дигидрат сульфата кальция, присутствующий в слое сердечника плиты гипсокартона по изобретению в результате затвердевания водной суспензии, составляет по меньшей мере 60 % мас. сердечника, предпочтительно не менее 70 % мас. и более предпочтительно по меньшей мере 80 % мас. В типовых составах стеновых плит сухие (безводные) материалы водной суспензии содержат по меньшей мере 90 % мас. или по меньшей мере 95 % мас. дигидрата сульфата кальция.

[0020] В одном или более других аспектах изобретения, в изобретении предлагаются способы изготовления гипсокартона, имеющего значительные количества одной или более посторонних солей в сердечнике плиты. В гипсокартонных плитах может проявляться существенная адгезия между сердечником плиты и одним или более покрывающими листами, в частности, задним бумажным покрывающим листом, даже когда присутствует одна или более посторонних солей. Указанным способом получают гипсокартон со слоем крахмала для улучшения адгезии сердечника гипсокартона к покрывающему листу по сравнению с гипсокартоном без слоя крахмала.

[0021] В отношении способа по изобретению, предлагается способ изготовления гипсокартона, включающий:

приготовление водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит смесь из:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе (мас.ч.) указанного полугидрата сульфата кальция, и

воды при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1; а также

распределение водной суспензии между передним бумажным покрывающим листом и задним бумажным покрывающим листом с образованием панели, причём каждый покрывающий лист имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность;
при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала, причём гипсовая суспензия находится в контакте со слоем крахмала;
затвердевание полугидрата сульфата кальция с образованием панели, содержащей гипсовый сердечник, содержащий дигидрат сульфата кальция; и
сушку панели и нарезание панели на гипсовые плиты, имеющие один или более заданных размеров.

[0022] От около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция означает, что на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция количество присутствующих хлорид-анионов составляет от около 500 м.д. до около 3000 м.д.

[0023] Концентрация хлорид-анионов в водной суспензии, используемой для изготовления изделий из гипсокартона и осуществления способов по данному изобретению, может находиться в диапазоне от около 500 м.д. до около 3000 м.д., как правило, от около 1000 м.д. до около 3000 м.д., более типично, от около 2000 м.д. до около 3000 м.д. на 1000000 частей по массе полугидрата сульфата кальция.

[0024] Хлорид-анионы в водной суспензии, используемой для изделий и способов по изобретению, могут происходить из любого источника. В целом, одна или более хлоридных солей присутствуют в источнике гипса, используемом для формирования сердечника плиты по изобретению. Источником гипса может быть источник синтетического гипса, в частности, синтетический гипс низкого качества, полученный из потока дымовых газов электростанции. Таким образом, в целом, источником хлорид-анионов является одна или более хлоридных солей в штукатурном гипсе, используемом для приготовления водной суспензии. Хлорид-анионы образуются из атомов хлорида одной или более хлоридных солей в штукатурном гипсе, если штукатурный гипс используется в водных суспензиях. Как правило, одна или более хлоридных солей представляют собой любую из NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂ или любую их комбинацию. Однако хлорид-анионы также могут возникать из примесей, например, из одной или более хлоридных солей, содержащихся в воде, используемой для приготовления гипсовой суспензии.

[0025] Как правило, сухие (безводные) компоненты водной гипсовой суспензии используются для изделий и способов по изобретению и, в результате этого, сердечник плиты содержит менее 10 % мас. портландцемента или другого гидравлического цемента, более типично, не содержит их или содержит любую их комбинацию. Как правило, водная суспензия содержит сухие (безводные) компоненты, и, в результате этого, сердечник плиты содержит менее 10 % мас. летучей золы, более типично, она отсутствует. Как правило, водная суспензия содержит сухие (безводные) компоненты и, в результате этого, сердечник плиты содержит менее 10 % мас. карбоната кальция, более типично, он отсутствует.

[0026] Для целей данного описания сухая основа означает безводную основу.

[0027] Все средние молекулярные массы, процентные содержания и соотношения, используемые в данном документе, являются массовыми (т.е. % мас.), если не указано иное.

[0028] В одном или более других аспектах изобретения, предлагается стеновая система, содержащая каркас, к которому прикреплена по меньшей мере одна плита гипсокартона по изобретению, при этом внешняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа обращена в сторону от каркаса. В этой стеновой системе гипсокартон может находиться на внутренней стене или на потолке здания. Как правило, каркас выполнен из дерева или металла. Как правило, по меньшей мере одна плита гипсокартона прикреплена к каркасу посредством одного или более из винтов, гвоздей, клея или других механических креплений.

[0029] Преимущества данного изобретения могут стать очевидными для специалистов в данной области техники из обзора последующего подробного описания, взятого вместе с примерами и прилагаемой формулой изобретения. Однако следует отметить, что хотя изобретение допускает различные формы, данное описание предназначено в качестве иллюстрации и не предназначено для ограничения изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0030] На Фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе гипсокартона по изобретению, в котором сердечник плиты (гипсовый сердечник) расположен между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом, по меньшей мере один из которых покрыт слоем крахмала.

[0031] На Фиг. 2 проиллюстрирован вид сверху (в осевом направлении) гипсокартона по Фиг. 1, на котором лучше видно расположение множества перфорационных отверстий в заднем покрывающем листе.

[0032] На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе гипсокартона по данному изобретению, прикрепленного к одной стороне стены с металлической стойкой перегородок, подходящей для стеновой системы по данному изобретению.

[0033] На Фиг. 4 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала на гипсовую плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма (30,48 см x 30,48 см x 1,27 см), содержащую 1200 м.д. Cl^- из MgCl₂ на миллион частей полугидрата сульфата кальция.

[0034] На Фиг. 5 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала на гипсовую плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, содержащую 2100 м.д. Cl^- из MgCl₂ на миллион частей полугидрата сульфата кальция.

[0035] На Фиг. 6 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала и перфорации на гипсовую плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, содержащую 2000 м.д. Cl^- из NaCl на миллион частей полугидрата сульфата кальция.

[0036] На Фиг. 7 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала на гипсовую плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, содержащую 30 м.д. Cl^- из NaCl на миллион частей полугидрата сульфата кальция.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] В данном изобретении предлагается возможность использования гипса, содержащего относительно высокие количества посторонних солей, в сердечнике плиты гипсокартона. При обычных обстоятельствах высокие концентрации соли в сердечнике плиты могут приводить к недостаточной адгезии между сердечником плиты и по меньшей мере одним из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа, в частности, задним покрывающим листом.

Неожиданно оказалось, что[0038] слой крахмала, расположенный на внутренней(их) поверхности(ях) покрывающего(их) листа(ов), может улучшить адгезию к сердечнику плиты, изготовленному из водной суспензии штукатурного гипса, содержащей полугидрат сульфата кальция и большое количество посторонних солей. Предпочтительно, слой крахмала представляет собой сплошной слой крахмала, распределенный по всей внутренней поверхности заднего покрывающего листа. Необязательно, другой слой крахмала также распределен по всей внутренней поверхности переднего покрывающего листа. Один или оба покрывающих листа могут быть бумажными покрывающими листами, которые могут быть выполнены из одного и того же или разных бумажных материалов. Необязательно, дополнительный крахмал и/или другие добавки могут присутствовать в сердечнике плиты или в водной гипсовой суспензии, используемой для формирования сердечника плиты.

[0039] Сердечник плиты может содержать менее плотную область (слой) и дополнительно содержит одну или более областей (слоёв) высокой плотности в контакте с внутренней поверхностью переднего бумажного покрывающего листа или заднего бумажного покрывающего листа или с нанесенным на них слоем крахмала.

[0040] В случае, если по меньшей мере один слой крахмала присутствует в комбинации с сердечником плиты, содержащим большое количество посторонних солей, то любая из этих плит может иметь преимущество от улучшенной адгезии между сердечником плиты и покрывающим(и) листом(ами) по сравнению с плитой, которая является такой же, но лишена слоя крахмала. Соответственно, в данном изобретении предлагаются гипсокартонные плиты, содержащие значительные количества посторонних солей в сердечнике плиты, и способы производства таких гипсокартонных плит с использованием источника гипса, содержащего значительные количества посторонних солей. Таким образом, для формирования гипсокартона, слой крахмала, нанесенный по меньшей мере на один из покрывающих листов, может позволить использовать источники гипса более низкого качества, содержащие чрезмерное количество посторонних солей. В противном случае, такие источники гипса могут быть непригодными для формирования гипсокартона с достаточной адгезией между сердечником плиты и покрывающими листами. Данное изобретение эффективно решает эту проблему.

[0041] Гипсокартон

[0042] На Фиг. 1 проиллюстрирована стеновая панель 10 по изобретению, в которой гипсовый сердечник 12 (например, толщиной 0,5 дюйма (1,27 см)) расположен между изнаночным бумажным покрывающим листом (задним покрывающим листом) 14 и облицовочным бумажным покрывающим листом (передним покрывающим листом) 16, каждый из которых может быть однослойной или многослойной бумагой. Внутренняя поверхность изнаночного бумажного покрывающего листа 14 образует сторону 24 сцепления изнаночного бумажного покрывающего листа 14, которая обращена к гипсовому сердечнику. Внутренняя поверхность облицовочного бумажного покрывающего листа 16 образует сторону 26 сцепления, которая обращена к гипсовому сердечнику 12. Внешняя поверхность изнаночного бумажного покрывающего листа 14 обращена к каркасу стены (см. Фиг. 3) комнаты после установки стеновой панели 10 в качестве внутренней стены. Внешняя поверхность облицовочного бумажного покрывающего листа 16 обращена внутрь комнаты после установки стеновой панели 10 в качестве внутренней стены.

[0043] Слой 20 крахмала лежит на стороне 24 сцепления изнаночного листа 14. Необязательный слой 20 крахмала лежит на стороне 26 сцепления облицовочного бумажного покрывающего листа 16. Необязательный тонкий плотный слой 22 гипса лежит между гипсовым сердечником 12 и облицовочным бумажным покрывающим листом 16, чтобы находиться в контакте с гипсовым сердечником 12 и облицовочным бумажным покрывающим листом 16. Если присутствует тонкий плотный слой 22 гипса, то слой 20 крахмала находится между тонким плотным слоем 22 гипса и облицовочным бумажным покрывающим листом 16. Другой необязательный тонкий плотный слой гипса (не показан) может лежать между гипсовым сердечником 12 и изнаночным бумажным покрывающим листом 14. В целом, гипсовый сердечник 12 и тонкий плотный слой 22 гипса имеют одинаковый состав и прилегают друг к другу. Однако суспензия сердечника (водная суспензия), используемая для формирования гипсового сердечника 12, была вспенена, а водная суспензия, используемая для формирования тонкого плотного слоя 22 гипса, не была вспенена, поэтому суспензия тонкого плотного слоя гипса более плотная, чем суспензия сердечника.

[0044] Неожиданно обнаружилось, что слой 20 крахмала повышает эффективность сцепления между гипсовым сердечником 12 и изнаночным листом 14. Улучшенная эффективность сцепления может быть особенно очевидна, когда гипс имеет высокую концентрацию соли.

[0045] Слой крахмала наносится на заднюю бумагу в количестве в диапазоне около 0,5-15 фунтов/MSF (2,4-73,2 г/м²), предпочтительно около 0,5-5 фунтов/MSF (2,4-24,4 г/м²), более предпочтительно около 1-2 фунтов/MSF (4,9-9,8 г/м²) (MSF = 1000 квадратных футов). Крахмал используется в качестве связующего средства и может быть нативным (сырым) крахмалом, предварительно желатинизированным крахмалом или комбинацией нативного крахмала и предварительно желатинизированного крахмала.

[0046] Как правило, внутренняя область с относительно низкой плотностью (гипсовый сердечник 12) и область с относительно высокой плотностью (тонкий плотный слой 22 гипса) имеют одинаковый состав и прилегают друг к другу. Однако внутренняя область низкой плотности может быть сформирована из гипсовой суспензии во вспененном состоянии, тогда как область высокой плотности может быть сформирована из гипсовой суспензии, которая не вспенена, таким образом, образуется более плотный слой. То есть область высокой плотности может иметь более низкую пористость, связанную с ней, чем внутренняя область низкой плотности. Как правило, тонкий плотный слой 22 гипса наносится на внутреннюю поверхность выбранного покрывающего листа. Если область высокой плотности также присутствует на выбранном покрывающем листе, то слой 20 крахмала находится между покрывающим листом и областью высокой плотности (тонким плотным слоем 22 гипса).

[0047] Одна или более хлоридных солей могут присутствовать в сердечнике 12 плиты по данному изобретению. Если включена область высокой плотности (тонкий плотный слой 22 гипса), то одна или более хлоридных солей также могут в ней присутствовать. В целом, одна или более хлоридных солей включают любые хлоридные соли из штукатурного гипса или другого ингредиента, используемого для приготовления водной суспензии для изготовления плиты.

[0048] Концентрация хлорид-анионов в водной суспензии, используемой для изготовления сердечника 12 плиты и, если присутствует, области высокой плотности (тонкого плотного слоя 22 гипса) может находиться в диапазоне от около 500 м.д. до около 3000 м.д., как правило, от около 1000 м.д. до около 3000 м.д., более типично, от около 2000 м.д. до около 3000 м.д. на 1000000 частей по массе полугидрата сульфата кальция.

[0049] Способы изготовления

[0050] Для изготовления гипсокартона по данному изобретению из водной суспензии гипса, содержащей полугидрат сульфата кальция и большое количество хлоридной соли, могут применяться различные способы. Однако, вместо обычного источника гипса, в производственном процессе может быть использован источник гипса, содержащий одну или более хлоридных солей, как описано выше.

[0051] Основным материалом, из которого изготавливают гипсовую стеновую плиту и другие гипсовые изделия, является полугидратная форма сульфата кальция (CaSO₄•½H₂O), обычно называемая «кальцинированный гипс» или «штукатурный гипс», которую получают посредством термического преобразования дигидратной формы сульфата кальция (CaSO₄).

[0052] Изобретение охватывает способ изготовления гипсокартона, включающий:

приготовление водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит смесь из:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе (мас.ч.) указанного полугидрата сульфата кальция, и

воды при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1; а также

распределение водной суспензии между передним бумажным покрывающим листом и задним бумажным покрывающим листом с образованием панели, причём каждый бумажный покрывающий лист имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность;
причём внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала, при этом гипсовая суспензия находится в контакте со слоем крахмала;
затвердевание полугидрата сульфата кальция с образованием панели, содержащей гипсовый сердечник, содержащий дигидрат сульфата кальция; и
сушку панели и нарезание панели на гипсовые плиты, имеющие один или более заданных размеров.

[0053] Иллюстративные технологии производства и оборудование, подходящие для формирования гипсокартона в соответствии с данным изобретением, можно найти, например, в патенте США 7364676 и публикации заявки на патент США 2010/0247937, каждый из которых включен в данный документ в полном объёме посредством ссылки. Вкратце, такие процессы могут включать выгрузку покрывающего листа на движущийся конвейер. Поскольку гипсокартон обычно формируется «лицевой стороной вниз», этот покрывающий лист соответствует облицовочному бумажному покрывающему листу 16 по завершении процесса изготовления. Гипсовая суспензия может быть приготовлена при подходящем соотношении воды к полугидрату сульфата кальция для нанесения на покрывающий лист.

[0054] Для производства гипсокартона, штукатурный гипс смешивается с водой и добавками с образованием водной суспензии, которая непрерывно подаётся между сплошными слоями бумаги на картоноделательной машине. Один бумажный покрывающий лист называется лицевым бумажным листом или облицовочным, а другой бумажный покрывающий лист называется задним бумажным листом или изнаночным. По мере перемещения плиты вниз по конвейерной линии для формирования панели, сульфат кальция перекристаллизовывается или регидратирует, возвращаясь к своему первоначальному каменному состоянию. По мере затвердевания гипса бумага становится химически и механически сцепленной со слоем сердечника плиты. Затем панель нарезается по длине и транспортируется через сушилки для удаления свободной влаги.

[0055] Сухие и/или влажные компоненты гипсовой суспензии подаются в смеситель (например, стержневой смеситель), где они перемешиваются с образованием гипсовой суспензии. Смеситель имеет основной корпус и выпускной канал (например, приёмный бункер с выпускным затворным отверстием, известный в данной области техники, или альтернативное устройство, например, описанное в патентах США 6494609 и 6874930, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки). В некоторых конфигурациях процесса выпускной канал может включать в себя распределитель суспензии с одним загрузочным отверстием либо с несколькими загрузочными отверстиями, например, описанными в публикациях патентных заявок США 2012/0168527 и 2012/0170403, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки. При использовании распределителя суспензии с несколькими загрузочными отверстиями, выпускной канал может содержать подходящий разделитель потока, например, описанный в публикации патентной заявки США 2012/0170403. В выпускной канал смесителя (например, в затвор, как описано, например, в патентах США № 5683635 и 6494609, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки) или в основной корпус при желании может быть добавлен вспенивающий агент (как правило, мыло). Суспензия, выгружаемая из выпускного канала после добавления всех ингредиентов, включая вспенивающий агент, является основной гипсовой суспензией и используется для формирования сердечника плиты. Эта гипсовая суспензия выгружается на перемещаемый передний покрывающий лист.

[0056] Как описано выше, один или оба покрывающих листа в гипсокартоне, необязательно, могут находиться в пограничном контакте с областью или слоем высокой плотности сердечника плиты, также известном как накрывочный слой. После затвердевания накрывочный слой может прилегать к сердечнику плиты. В вариантах осуществления изобретения, в которых пена вводится в выпускной канал, поток вторичной гипсовой суспензии может быть удален из корпуса смесителя, чтобы получить суспензию для формирования накрывочного слоя. Накрывочный слой, если присутствует, может быть нанесен на перемещаемый передний бумажный покрывающий лист до нанесения основной части гипсовой суспензии для формирования сердечника плиты, причём нанесение накрывочного слоя, как правило, происходит перед смесителем.

[0057] Как описано выше, слой крахмала присутствует по меньшей мере на одном покрывающем листе, в частности, на заднем покрывающем листе, для увеличения адгезии к нему. Слой крахмала может быть предварительно нанесен на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа. В альтернативном варианте способы могут дополнительно включать нанесение слоя крахмала на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа. Крахмал может быть нанесен на внутреннюю(ие) поверхность(и) в виде сплошного слоя крахмала, как определено выше. Более конкретно, крахмал может быть нанесен на внутреннюю(ие) поверхность(и) переднего бумажного покрывающего листа и/или заднего бумажного покрывающего листа в количестве от около 0,5-15 фунтов/MSF, предпочтительно около 0,5-5 фунтов/MSF, более предпочтительно около 1 фунта/MSF до около 2 фунтов/MSF. Подходящие способы нанесения слоя крахмала на задний бумажный покрывающий лист либо на передний бумажный покрывающий лист могут включать, например, распыление, намазывание, струйную печать, нанесение по трафарету, трафаретную печать, нанесение валиком, покрытие погружением (оседанием) или аналогичные способы.

[0058] После смешивания, к водной суспензии, необязательно, добавляется пена для уменьшения плотности изделия. Пена образуется посредством объединения мыла и воды. Затем пена инжектируется в водную суспензию после её выхода из смесителя через шланг или желоб. Кольцо вспенивания представляет собой устройство, имеющее множество отверстий, которые расположены в виде кольца перпендикулярно оси шланга, таким образом, при прохождении через кольцо вспенивания пена под давлением нагнетается в водную суспензию. Пена, как правило, добавляется к порции суспензии, чтобы уменьшить плотность слоя сердечника, но не к порции суспензии для накрывочного слоя.

[0059] Когда пена и суспензия собраны воедино, полученная суспензия перемещается и выливается на конвейер, покрытый одним отрезком облицовочного материала. Другой отрезок облицовочного материала помещается поверх суспензии, образуя многослойную сборку с суспензией между двумя облицовочными материалами. Многослойная сборка подается на формующую плиту, высота которой определяет толщину плиты гипсокартона. Затем сплошная многослойная сборка нарезается отрезным ножом на отрезки соответствующей длины, как правило, от восьми до двенадцати футов (от 2,44 м до 3,66 м). В процессе этой обработки суспензии дают затвердеть (схватиться) с образованием сердечника плиты, содержащего связную кристаллическую матрицу затвердевшего гипса.

[0060] Затем плиты перемещаются в печь для сушки. Температура в печи, как правило, составляет от 450°F (232°C) до 500°F (260°C) максимум. Предпочтительно, чтобы в печи имелось три или более температурных зоны. В первой зоне, с которой находится в контакте влажная плита, температура повышается до максимальной температуры, а в последних двух зонах температура медленно снижается. Воздуходувка для первой зоны расположена на выходе из зоны, выдувая воздух противотоком по отношению к направлению движения плиты. Во второй и третьей зонах воздуходувки расположены на входе в зону, направляя поток горячего воздуха параллельно движению плиты. Менее сильный нагрев в последней зоне предотвращает кальцинирование сухих участков плиты, приводя к плохому сцеплению с бумагой. Типичное время пребывания в печи составляет около сорока минут, но время будет варьироваться в зависимости от производительности линии, влажности плиты и других факторов.

[0061] Если на покрывающий лист наносят слой крахмала и накрывочный слой, то слой крахмала наносят на покрывающий(е) лист(ы) до нанесения на него (них) накрывочного(ых) слоя(ёв). По сути, слой крахмала помещают между накрывочным слоем (область высокой плотности), если он присутствует, и покрывающим листом. Более конкретно, слой крахмала находится в пограничном контакте с внутренней поверхностью покрывающего листа, а накрывочный слой, если присутствует, находится в пограничном контакте со слоем крахмала. Если накрывочный слой отсутствует в данном месте, то сердечник плиты находится в пограничном контакте со слоем крахмала. После сушки гипсокартона с образованием затвердевшего гипса, как описано выше, накрывочный(е) слой(и) становится(ятся) единым целым с областью низкой плотности в сердечнике плиты, таким образом, область (слой) высокой плотности в сердечнике плиты находится в пограничном контакте с задним бумажным покрывающим листом или нанесенным на него слоем крахмала и/или с передним бумажным покрывающим листом или распределенным по нему слоем крахмала.

[0062] Гипсовый сердечник (например, гипсовый сердечник 12 на Фиг. 1), полученный из затвердевшей гипсовой суспензии для сердечника, как правило, имеет толщину от 0,25 дюйма (0,635 см) до 1,5 дюйма (3,81 см) и плотность от 15 до 55 фунтов/кубический фут (от 0,2403 до 0,881 г/см³). При вспенивании гипсовый сердечник, полученный из затвердевшей вспененной гипсовой суспензии, имеет общий объём пустот от 10 до 92 % об., в частности, от 25 до 90 % об. и более конкретно, от 30 до 85 % об. И наоборот, полученный накрывочный слой, если он присутствует, имеет общий объём пустот менее 30 % об.

[0063] Гипс и штукатурный гипс (кальцинированный гипс)

[0064] Компонент полугидрата сульфата кальция (как правило, содержащийся в исходном материале, известном как штукатурный гипс или кальцинированный гипс), используемый для образования кристаллической матрицы сердечника гипсовой панели, как правило, включает бета-полугидрат сульфата кальция, водорастворимый ангидрит сульфата кальция, альфа-полугидрат сульфата кальция или смеси любого или всех из них, полученные из натуральных или синтетических источников. В некоторых аспектах, штукатурный гипс может включать негипсовые минералы, например, небольшие количества глин или других компонентов, которые связаны с источником гипса или добавляются в процессе кальцинирования, обработки и/или доставки штукатурного гипса в смеситель. Штукатурный гипс может быть волокнистым или неволокнистым. Как правило, сырой штукатурный гипс содержит по меньшей мере 70 % мас. полугидрата сульфата кальция, предпочтительно, по меньшей мере 80 % мас. полугидрата сульфата кальция, более предпочтительно, по меньшей мере 85 % мас. полугидрата сульфата кальция и ещё более предпочтительно, по меньшей мере 90 % мас. полугидрата сульфата кальция.

[0065] Хлоридные соли

[0066] Водная суспензия гипса для формирования гипсокартона по изобретению содержит воду и штукатурный гипс, при этом водная суспензия гипса также содержит хлорид-анионы. Хлорид-анионы могут происходить из одной или более хлоридных солей из любого источника. Как правило, одна или более хлоридных солей присутствуют в источнике гипса, используемом для формирования сердечника плиты по изобретению. Таким образом, все или по меньшей мере большая часть одной или более хлоридных солей может быть введена в гипсовую суспензию из используемого источника гипса. Источником гипса может быть источник синтетического гипса, в частности синтетический гипс низкого качества, полученный из потока дымовых газов электростанции. Такой источник гипса низкого качества может иным образом не подходить для формирования стеновой плиты без использования по меньшей мере одного слоя крахмала, в соответствии с данным изобретением. Одна или более хлоридных солей также могут образовываться из примесей, например, из одной или более хлоридных солей в воде, используемой для приготовления водной гипсовой суспензии.

[0067] Хлоридные соли – это любые соли, которые содержат хлорид. Таким образом, они включают одновалентные соли из хлорид-аниона и одновалентного катиона, например, натрия или калия. Таким образом, они включают двухвалентные соли из хлорид-анионов и двухвалентного катиона, например, кальция или магния. Также предусмотрены другие хлоридные соли, например, трехвалентные соли из хлорид-анионов и трехвалентного катиона.

[0068] Концентрация хлорид-анионов одной или более хлоридных солей в водной суспензии, используемой для изготовления сердечника плиты и, если присутствует, области высокой плотности ( тонкого плотного слоя гипса) по изобретению может находиться в диапазоне от около 500 м.д. до около 3000 м.д., как правило, от около 1000 м.д. до около 3000 м.д. на 1000000 частей по массе полугидрата сульфата кальция, более типично, от около 2000 м.д. до около 3000 м.д. на 1000000 частей по массе полугидрата сульфата кальция.

[0069] Крахмал

[0070] Для слоя крахмала по изобретению могут быть использованы различные крахмалы и, при желании, также добавлены к водной суспензии гипса. Однако водная суспензия может не содержать крахмала.

[0071] Слой крахмала может быть влажным или сухим (предварительно нанесенным) при его контакте с гипсовым сердечником или, если он присутствует, с плотным слоем гипса. Гипсовый сердечник не затвердевает к моменту контакта с ним слоя крахмала.

[0072] Слой крахмала не содержит гипса, неорганического наполнителя, органического наполнителя и латекса или другого полимера. Слой крахмала по существу состоит из крахмала и воды, но может, необязательно, содержать небольшое количество STMP (sodium trimetaphosphate, триметафосфата натрия).

[0073] Любой из слоёв крахмала (например, слой 20 крахмала) может представлять собой сплошной слой крахмала, который находится в контакте по меньшей мере на 90 % или, предпочтительно, на 100 % с внутренней поверхностью заднего бумажного покрывающего листа 14 или переднего бумажного покрывающего листа 16. Слой 20 крахмала, который является «сплошным», относится к слою, имеющему существенное отсутствие разрывов на внутренней поверхности заднего бумажного покрывающего листа 14 или переднего бумажного покрывающего листа 16. То есть крахмал распределен в виде слоя по всему или почти по всему (более 90 %) заднему бумажному покрывающему листу 14 или переднему бумажному покрывающему листу 16. В альтернативном варианте, когда слой 20 крахмала является сплошным, узор на слое отсутствует. Соответственно, подходящие способы нанесения слоя 20 крахмала на задний бумажный покрывающий лист 14 либо на передний бумажный покрывающий лист 16 могут включать, например, распыление, намазывание, струйную печать, нанесение по трафарету, трафаретную печать, нанесение валиком, покрытие погружением (оседанием) или аналогичные способы. Слой 20 крахмала может быть предварительно нанесен на задний бумажный покрывающий лист 14 или передний бумажный покрывающий лист 16 до вступления в контакт с гипсовой суспензией. Крахмал в слое 20 крахмала может быть влажным либо сухим при контакте с гипсовой суспензией. Как описано ниже, гипс находится во влажном состоянии при контакте со слоем 20 крахмала для того, чтобы образовать более эффективное сцепление с ним. То есть гипсовая суспензия находится в контакте со слоем 20 крахмала перед затвердеванием гипса с образованием сердечника 12 плиты.

[0074] Крахмал в слое 20 крахмала может быть предварительно желатинизированным (вареным) крахмалом и/или сырым крахмалом. В этом отношении, крахмалы классифицируются как углеводы и содержат два типа полисахаридов: неразветвленную амилозу и разветвленный амилопектин. Гранулы крахмала являются полукристаллическими, как видно, например, в поляризованном свете, и они нерастворимы при комнатной температуре или при температуре, близкой к комнатной. Сырые крахмалы характеризуются как нерастворимые в холодной воде и имеющие полукристаллическую структуру. Как правило, сырые крахмалы получают мокрым размолом, и они не модифицируются нагреванием мокрого крахмала, как в случае вареных крахмалов. Предварительно желатинизированные или вареные крахмалы характеризуются как растворимые в холодной воде и имеющие некристаллическую структуру.

[0075] Сырой крахмал может быть получен в виде суспензии (дисперсии) до 50 % мас. твёрдых частиц крахмала в воде. Вареный крахмал представляет собой раствор, ограниченный максимум 10 % мас. твёрдых частиц, растворенных в воде. В дисперсии крахмала содержится максимум 50 % мас. общего содержания вареного крахмала и сырого крахмала. Смесь воды с вареным крахмалом и сырым крахмалом целесообразна, потому что вареный крахмал помогает удерживать сырой крахмал во взвешенном состоянии. Однако в изобретении можно использовать только сырой крахмал, если суспензия крахмала смешивается очень скоро после смешивания с водой. Предпочтительно, суспензия крахмала содержит от 0,5 до 5 % мас. вареного крахмала, более предпочтительно, 1-3 % мас. вареного крахмала. Крахмал и вода могут, необязательно, дополнительно включать STMP в количестве в диапазоне между 0-10 % мас., предпочтительно, 3 % мас. от твердых частиц крахмала.

[0076] Предпочтительным является нативный (сырой) крахмал. Гель крахмала может быть получен посредством диспергирования частиц крахмала в воде. Без предварительной варки крахмал может образовывать гель в процессе сушки.

[0077] Сырой крахмал, в целом, имеет более высокую насыпную плотность с меньшей вариабельностью, чем обнаруживаемая в предварительно желатинизированном крахмале. Это целесообразно, поскольку, например, стабильная плотность обеспечивает повышенную точность и стабильность добавления крахмала с использованием объёмного дозатора. Например, насыпная плотность крахмала в фунтах на кубический фут (фунт/куб.фут) может составлять от около 35 фунт/куб.фут (0,5606 г/см³) до около 50 фунт/куб.фут (0,8009 г/см³), от около 35 фунт/куб.фут до около 45 фунт/куб.фут (0,7208 г/см³), от около 37 фунт/куб.фут (0,5927 г/см³) до около 50 фунт/куб.фут, от около 37 фунт/куб.фут до около 45 фунт/куб.фут, от около 40 фунт/куб.фут (0,6407 г/см³) до около 50 фунт/куб.фут, от около 40 фунт/куб.фут до около 47 фунт/куб.фут (0,7529 г/см³), от около 40 фунт/куб.фут до около 45 фунт/куб.фут, от около 41 фунт/куб.фут (0,6568 г/см³) до около 45 фунт/куб.фут и т.д.

[0078] Сырой крахмал, как правило, находится в нативной гранулированной форме. Пиковая вязкость сырых крахмалов может относиться к средней молекулярной массе крахмала. Гранулированная сырая форма крахмала может подвергаться по меньшей мере некоторой степени желатинизации в процессе производства гипсокартона (например, в процессе сушки в печи).

[0079] При использовании сырого крахмала, сырой крахмал может иметь среднюю молекулярную массу, на которую указывает пиковая вязкость от около 100 BU (единиц Брабендера) до около 900 BU. Пиковая вязкость сырого крахмала может быть определена в соответствии со следующим методом. Пиковая вязкость по Брабендеру измеряется с использованием прибора Viscograph-E (C.W. Brabender), настроенного на 75 об/мин; 700 cmg. Для измерения вязкости крахмал находится в суспензии, имеющей концентрацию 15 % твёрдых частиц в воде. Суспензию крахмала нагревают от 25 °C до 95 °C со скоростью 3 °С/мин. Затем её выдерживают при 95 °С в течение 10 мин, после чего охлаждают до 50 °С со скоростью -3 °С/мин.

[0080] Как правило, пиковая вязкость сырого крахмала, имеющего среднюю молекулярную массу, может составлять от около 100 единиц Брабендера до около 850 единиц Брабендера, от около 120 единиц Брабендера до около 875 единиц Брабендера, от около 250 единиц Брабендера до около 750 единиц Брабендера, от около 400 единиц Брабендера до около 700 единиц Брабендера, от около 100 единиц Брабендера до около 460 единиц Брабендера, от около 100 единиц Брабендера до около 300 единиц Брабендера, от около 500 единиц Брабендера до около 850 единиц Брабендера или от около 550 единиц Брабендера до около 850 единиц Брабендера.

[0081] Свойства сырых крахмалов включают низкую вязкость в холодной воде (т.е. при температуре 77 ºF (25 ºC)), в отличие от свойств предварительно желатинизированных крахмалов, включающих их мгновенную высокую вязкость в холодной воде. Сырые крахмалы по изобретению могут иметь любую подходящую вязкость в холодной воде. Как правило, вязкость в холодной воде составляет от около 1 сантипуаза (0,001 Па с) до около 500 сантипуаз (0,5 Па с), например, от около 1 сантипуаза до около 400 сантипуаз (0,4 Па с), от около 1 сантипуаза до около 300 сантипуаз (0,3 Па с), от около 1 сантипуаза до около 200 сантипуаз (0,2 Па с) или от около 1 сантипуаза до около 100 сантипуаз (0,1 Па с). В случае необходимости сырой крахмал может иметь вязкость в холодной воде около 50 сантипуаз (0,05 Па с), например, около 40 сантипуаз (0,04 Па с) или менее, около 30 сантипуаз (0,03 Па с) или менее, около 20 сантипуаз (0,02 Па с) или менее или около 10 сантипуаз (0,01 Па с) или менее в холодной воде (например, от около 1 сантипуаза до около 50 сантипуаз, от около 1 сантипуаза до около 40 сантипуаз, от около 1 сантипуаза до около 30 сантипуаз, от около 1 сантипуаза до около 20 сантипуаз, от около 5 сантипуаз до около 50 сантипуаз, от около 5 сантипуаз до около 30 сантипуаз, от около 5 сантипуаз до около 20 сантипуаз и т.д.).

[0082] Вязкость в холодной воде может быть измерена с использованием вискозиметра по методу Брукфильда по приведенной ниже программе испытаний. Крахмал (20 г, сухой) в течение 15 секунд добавляют в воду (180 г), помещённую в блендер Waring (модель 31BL92), при перемешивании с низкой скоростью. Раствор крахмала (200 г) переносят в мерный стакан. Выбирают мешалку № 2 и скорость 60 об/мин. Значение вязкости, измеренное через 20 секунд, используют в качестве вязкости крахмала.

[0083] Используемый в данном документе термин «сырой» также означает, что крахмал имеет степень желатинизации менее, чем около 5 % (например, менее, чем около 3 % или менее, чем около 1 %, включая 0 %) перед его нанесением в виде крахмального слоя. Сырой крахмал может быть частично или полностью желатинизированным под воздействием повышенной температуры в процессе производства гипсокартона, например, в печи, используемой на стадии сушки для удаления избытка воды из сердечника плиты.

[0084] Вареные (предварительно желатинизированные) крахмалы могут быть приготовлены любым подходящим способом, например, в экструдере, как описано в публикации заявки на патент США 2015/0010767, которая включена в данный документ в полном объёме посредством ссылки. Вареный крахмал может быть приготовлен таким образом, чтобы он имел любые желаемые свойства (например, вязкость, растворимость в холодной воде, вязкость в холодной воде и т.д.).

[0085] Вареные крахмалы могут быть приготовлены посредством нагревания влажного крахмала, а также могут быть приготовлены, например, методами экструзии, например, описанными в публикациях патентных заявок США 2015/0010767, 2014/0113128 и 2014/011312, каждая из которых включена в данный документ в полном объёме посредством ссылки. Вареные крахмалы называют предварительно желатинизированными крахмалами, поскольку кристаллическая структура гранул крахмала плавится и это приводит к желатинизации крахмала, которая характеризуется исчезновением двулучепреломления под микроскопом с поляризованным светом. Желатинизация представляет собой процесс, в котором крахмал помещают в воду и нагревают («варят»), таким образом, кристаллическая структура гранул крахмала преобразуется по мере плавления крахмала, после чего молекулы крахмала могут растворяться в воде, что приводит к хорошей дисперсии. Было обнаружено, что при преобразовании гранул крахмала в желатинизированную форму, первоначально гранулы крахмала обеспечивают небольшую вязкость в воде, поскольку они нерастворимы в воде. По мере повышении температуры гранулы крахмала набухают, а кристаллическая структура преобразуется по мере плавления крахмала при температуре желатинизации. Пиковая вязкость наблюдается, когда гранулы крахмала приходят в состояние максимального набухания. Дальнейшее нагревание приводит к разрушению гранул крахмала и растворению молекул крахмала в воде, при этом резко снижается вязкость. После охлаждения молекулы крахмала могут повторно ассоциировать с образованием трёхмерной (3-D) гелевой структуры, при этом из-за гелевой структуры увеличивается вязкость.

[0086] Примеры крахмалов, которые могут быть подходящими для использования в плитах гипсокартона, и связанные с ними способы, описанные в данном документе, включают, но не ограничиваются ими, один или более из нативных зерновых крахмалов, нативных крахмалов из корнеплодов, нативных клубневых крахмалов и/или химически модифицированных крахмалов, конкретные типовые примеры которых включают, например, кукурузный крахмал (обычный, восковой и/или с высоким содержанием амилозы), пшеничный крахмал типа А, пшеничный крахмал типа В, гороховый крахмал, замещенные/функционализированные крахмалы, имеющие замещенные группы (например, ацетатную, фосфатную, гидроксиэтильную, гидроксипропильную, алкилсульфонатную и аналогичные группы) на гидроксильных группах крахмала или любую комбинацию вышеуказанных крахмалов.

[0087] Крахмал, как сырой, так и вареный, может иметь любую подходящую вязкость. Конкретная вязкость крахмала может способствовать образованию крахмального(ых) слоя(ёв) определенной толщины. Как правило, могут быть использованы один или более предварительно желатинизированных крахмалов, имеющих среднюю вязкость от около 20 сантипуаз (0,02 Па с) до около 700 сантипуаз (0,7 Па с) (измерения произведены по методу VMA), или сырого крахмала с пиковой вязкостью от около 100 единиц Брабендера до около 900 единиц Брабендера (измерения произведены по методике, описанной в данном документе). Хотя в соответствии с методиками измерения вязкости, описанными в данном документе, показатель вязкости определяют при помещении крахмала в определенные условия, следует понимать, что крахмал не требуется вводить в гипсовую плиту именно в этих условиях.

[0088] Для уменьшения пиковых вязкостей сырых или вареных крахмалов, молекулы крахмала могут быть модифицированы, например, с целью гидролиза гликозидных связей между глюкозными звеньями для достижения желаемой молекулярной массы. Например, такие модификации могут включать в себя кислотные модификации, ферментативные модификации, пиролиз и/или другие способы. Наиболее часто используемым ферментом для превращения крахмала является α-амилаза (альфа-амилаза). Реакцию ферментативного гидролиза можно останавливать посредством доведения pH либо посредством нагревания. Следует понимать, что для получения кислотно-модифицированных крахмалов водная суспензия немодифицированного крахмала может быть обработана, например, небольшим количеством кислоты, например, в частности, сильной кислоты, например, соляной кислоты, серной кислоты, азотной кислоты, плавиковой кислоты или аналогичных кислот. Степень деполимеризации может быть модифицирована до желаемой степени посредством регулирования времени реакции. Например, в случае, если достигнута надлежащая текучесть, что определяется, например, лабораторным контролем в ходе процесса, то может быть введена слабая щелочь для нейтрализации кислоты и остановки гидролиза. В результате могут быть получены модифицированные кислотой крахмалы с различной степенью текучести (степенью вязкости). Кроме того, некоторые кислотно-модифицированные крахмалы могут быть использованы непосредственно после нейтрализации без дальнейшей очистки, или они могут быть очищены для удаления солей. Необходимость очистки кислотно-модифицированного крахмала может определяться его конечным применением. Например, крахмал, модифицированный серной кислотой и нейтрализованный гидроксидом кальция, может содержать ионы сульфата и кальция, которые могут быть добавлены в штукатурный гипс и водную суспензию или приведены в контакт с суспензией, поскольку эти ионы уже присутствуют в штукатурном гипсе. Таким образом, соображения для определения желательности очистки модифицированного кислотой крахмала включают, например, идентичность кислоты и щелочного основания и допустимость введения образующихся из них определенных ионов в данном месте. Например, может быть желательно избегать введения чрезмерных количеств галогенидов щелочных или щелочноземельных металлов с крахмалом, и в таких ситуациях очистка может быть целесообразной.

[0089] Подходящий предварительно желатинизированный крахмал может включать, но не ограничивается ими, предварительно желатинизированную кукурузную муку, например, предварительно желатинизированную кукурузную муку, доступную от Bunge, Сент-Луис, Миссури, имеющую следующий состав: влажность 7,5%, белок 8,0%, масло 0,5%, сырая клетчатка 0,5%, зола 0,3%; прочность в сыром состоянии 0,48 фунт/кв.дюйм (3,309 кПа); и имеющую свободную насыпную плотность 35,0 фунтов/куб.фут (0,5606 г/см³). Другие применимые предварительно желатинизированные крахмалы могут включать, но не ограничиваются ими, предварительно желатинизированный рисовый крахмал и предварительно желатинизированный пшеничный крахмал.

[0090] Предварительно желатинизированные крахмалы могут иметь любую подходящую вязкость. В случае, если предварительно желатинизированный крахмал подвергают условиям, соответствующим способу VMA, в которых количество предварительно желатинизированного крахмала в воде составляет 15 % мас. в расчете на общую массу предварительно желатинизированного крахмала и воды, то вязкость предварительно желатинизированного крахмала может быть охарактеризована как «средняя» вязкость (т.е. вязкость от около 20 сантипуаз до около 700 сантипуаз).

[0091] Как правило, вязкость подходящего предварительно желатинизированного крахмала может составлять от около 20 сантипуаз до около 1000 сантипуаз (1 Па с), например, от около 20 сантипуаз до около 900 сантипуаз (0,9 Па с), от около 20 сантипуаз до около 800 сантипуаз (0,8 Па с), от около 20 сантипуаз до около 700 сантипуаз, от около 20 сантипуаз до около 500 сантипуаз, от около 30 сантипуаз до около 200 сантипуаз или от около 100 сантипуаз до около 700 сантипуаз. Примеры включают, но не ограничиваются ими, предварительно желатинизированные кукурузные крахмалы, например, имеющие вязкость около 773 сантипуаз (0,773 Па с) или 100 сантипуаз, измеренную методом VMA, как изложено в публикации патентной заявки США 2012/0113124, которая включена в данный документ в полном объёме посредством ссылки.

[0092] Как правило, предварительно желатинизированный крахмал может быть приготовлен таким образом, чтобы он имел желаемую растворимость в холодной воде. Обычные методики предварительной желатинизации включают придание крахмалу растворимости в холодной воде и, как правило, требуют варки крахмала в избыточном количестве воды. Экструзия дает возможность объединения нагрева и механического сдвига и представляет собой энергоэффективный способ, который может быть использован для получения в одностадийном процессе предварительно желатинизированного крахмала, имеющего низкое содержание влаги и растворимого в холодной воде. Растворимость в холодной воде определяется как любая растворимость в воде при комнатной температуре (около 25 °C). Растворимые в холодной воде крахмалы могут иметь растворимость в холодной воде более чем около 30 % и могут увеличивать прочность гипсокартона. Растворимость предварительно желатинизированного крахмала в воде определяется как количество крахмала, которое растворяется в воде при комнатной температуре, деленное на общее количество крахмала.

[0093] Например, растворимость в холодной воде предварительно желатинизированного крахмала может составлять от около 30 % до около 100 %. В более конкретных примерах, растворимость в холодной воде предварительно желатинизированного крахмала может составлять от около 50 % до около 100 %.

[0094] Как правило, предварительно желатинизированный крахмал может иметь вязкость в холодной воде (10 % твердых частиц, 25 ºC) от около 10 BU до около 120 BU, измеренную по методу Брабендера, например, от около 20 BU до около 110 BU, от около 30 BU до около 100 BU или от около 60 BU до около 70 BU. В соответствии с процедурой измерения вязкости по Брабендеру, которая упоминается в данном документе, вязкость измеряют с использованием прибора CW Brabender Viscograph, например, Viscograph-E, в котором для динамического измерения используется реактивный крутящий момент. Следует отметить, что, как определено в данном документе, единицы Брабендера (BU) измеряются с использованием чашки для образца объёмом 16 жидких унций (около 500 куб.см) с картриджем 700 cmg при 75 об/мин. Специалист в данной области техники также легко поймет, что единицы Брабендера могут быть преобразованы в другие единицы измерения вязкости, например, сантипуазы (например, сП = BU X 2,1, когда измерительным картриджем является 700 cmg) или единицы Кребса, как описано в данном документе.

[0095] Слой(и) крахмала внутри плит гипсокартона по данному изобретению может(гут) содержать сырой крахмал. Или слой(и) крахмала может(гут) содержать смесь сырого крахмала и вареного крахмала. Отношение сырого крахмала к вареному крахмалу может быть выбрано, например, для получения желаемой степени текучести для нанесения крахмала на внутреннюю(ие) поверхность(и) заднего бумажного покрывающего листа и/или переднего покрывающего листа, в частности, заднего покрывающего листа, более конкретно, заднего бумажного покрывающего листа. Выбранная текучесть может зависеть от техники, с использованием которой крахмал наносят на внутреннюю поверхность покрывающего(их) листа(ов). Текучесть может быть измерена, например, методом испытания на осадку конуса. Текучесть может быть связана с вязкостью крахмала или крахмальной смеси, например, от около 50 сП до около 2000 сП (2 Па с), например, от около 200 сП до около 1500 сП (1,5 Па с), измеренной в соответствии с испытанием с использованием вискозиметра Брукфилда при 60 об/мин со шпинделем № 5.

[0096] В слой(и) крахмала может быть включено любое подходящее соотношение сырого крахмала к вареному крахмалу, например, от 0:100 до 100:0 (поскольку комбинация является необязательной) или от 1:100 до 100:1. Отношение сырого крахмала к вареному крахмалу может составлять от около 90:10 до около 10:90, от около 70:30 до около 30:70, от около 60:40 до около 40:60, от около 90:10 до около 60:40, от около 90:10 до около 70:30, от около 90:10 до около 80:20, от около 80:20 до около 60:40, от около 80:20 до около 70:30 или аналогичные соотношения. При желании соотношение сырого крахмала к вареному крахмалу может составлять около 25:75, около 30:70, около 35:65, около 50:50, около 65:35, около 70:30, около 75:25 и аналогичные соотношения.

[0097] Вареный крахмал и сырой крахмал в комбинации могут быть смешаны в сухом или влажном виде для нанесения на внутреннюю(ие) поверхность(и) заднего бумажного покрывающего листа и/или переднего покрывающего листа. Аналогично, вареный или сырой крахмал в чистом виде может быть нанесен сухим или влажным на внутреннюю(ие) поверхность(и) заднего бумажного покрывающего листа и/или переднего покрывающего листа. Вареный крахмал и сырой крахмал в комбинации могут быть нанесены на внутреннюю(ие) поверхность(и) одновременно или по одному. Вареные и сырые крахмалы могут быть смешаны друг с другом в слое крахмала, или вареные и сырые крахмалы могут быть наложены друг на друга в любом порядке.

[0098] Крахмал в слое(ях) крахмала, в целом, является немигрирующим крахмалом. В этом отношении, мигрирующие кислотно-модифицированные крахмалы отличаются от крахмалов, присутствующих в слое(ях) крахмала и в данной области техники известно, что они имеют более короткие молекулярные цепи. Эти мигрирующие крахмалы с более короткими цепями могут, в целом, мигрировать в гипсовой суспензии, но они не являются благоприятными для повышения прочности плиты. Мигрирующие кислотно-модифицированные крахмалы, как правило, имеют молекулярную массу менее 6000 дальтон. Как правило, крахмалы для включения в слой(и) крахмала по изобретению имеют более высокую молекулярную массу, чем мигрирующие крахмалы, например, по меньшей мере около 15000 дальтон или по меньшей мере около 30000 дальтон. Средняя молекулярная масса может быть обозначена пиковой вязкостью.

[0099] В слое(ях) крахмала может присутствовать любое подходящее количество крахмала. Например, слой(и) крахмала может(гут) включать количество крахмала в диапазоне, например, от около 0,1 фунта/MSF (MSF = 1000 квадратных футов) (0,5 г/м²) до около 35 фунтов/MSF (170,7 г/м²), например, от около 1 фунта/MSF до около 2 фунтов/MSF, или от около 2 фунтов/MSF до около 35 фунтов/MSF, или от около 1 фунта/MSF до около 5 фунтов/MSF, или от около 6 фунтов/MSF (29,3 г/м²) до около 20 фунтов/MSF (97,5 г/м²).

[00100] В конкретных примерах слой(и) крахмала в гипсокартонных плитах по изобретению не содержит(ат) гипса, неорганического наполнителя, органического наполнителя и латекса или других синтетических полимеров. В некоторых случаях слой(и) крахмала может(гут) по существу состоять из крахмала и воды, необязательно, с небольшим количеством триметафосфата натрия (STMP).

[00101] Органические функционализированные крахмалы могут быть использованы в слое(ях) крахмала внутри любой из плит гипсокартона, описанных в данном документе. Органические функционализированные крахмалы могут быть образованы посредством взаимодействия любой из гидроксильных групп в глюкозных мономерных звеньях крахмала, но их легче ввести в первичную спиртовую группу по C-6. Функциональные группы, которые могут быть введены, включают, но не ограничиваются ими, ацетатную, фосфатную, гидроксиалкильную, алкилсульфонатную и аналогичные группы.

[00102] Сульфированные крахмалы, подходящие для использования в гипсокартонных плитах по данному изобретению, могут быть синтезированы известными методами сульфирования. При сульфонировании в крахмал вводят фрагмент сульфоновой кислоты (-SO₂OH) или сульфонатной соли (-SO₃^-Na⁺). В иллюстративном способе сульфирования крахмал может быть подвергнут взаимодействию с натриевой солью винилсульфоновой кислоты при 90 °C в течение 4 часов в водном NaOH с получением алкилсвязанной сульфонатной соли.

[00103] В более общем смысле, сульфоновая кислота или сульфонатная соль могут быть связаны с крахмалом алкильной группой или арилалкильной группой, в частности, C₂-C₁₈ или C₂-C₈ сульфоновая кислота или сульфонатная соль, более конкретно, C₂-C₅ алкилсульфоновая кислота или сульфонатная соль. Присоединение сульфоновой кислоты к сульфоновой кислоте или сульфонатной соли через алкильную или арилалкильную группу может происходить в присутствии подходящего основания, например, 10 % гидроксида натрия (NaOH). Подходящие сульфирующие агенты могут включать, но не ограничиваются ими, винилсульфонат натрия, стиролсульфонат, 2-хлорэтансульфоновую кислоту, 3-хлорпропансульфоновую кислоту или 1,3-пропансультон. Хотя сульфирование можно проводить при температуре от около 50 °C до около 100 °C, его можно проводить при температуре от около 75 °C до около 95 °C, в частности, при температуре от около 85 °C до 95 °С.

[00104] Добавки

[00105] Другие добавки, которые могут присутствовать в гипсовой суспензии, используемой для формирования сердечника плиты, могут включать, но не ограничиваются ими, упрочняющие средства, пену (полученную из подходящего пенообразователя), диспергаторы, полифосфаты (например, триметафосфат натрия), крахмалы, замедлители схватывания, ускорители схватывания, ингибиторы повторного кальцинирования, связующие, адгезивы, вторичные диспергирующие добавки, выравнивающие или невыравнивающие средства, загустители, бактерициды, фунгициды, регуляторы pH, буферы, красители, усиливающие наполнители, антипирены, водоотталкивающие средства (например, силоксан), наполнители и смеси вышеуказанного.

[00106] Добавки и другие компоненты гипсовой суспензии могут быть добавлены в смеситель различными способами. Например, различные комбинации компонентов могут быть предварительно смешаны перед подачей в смеситель в виде одного или более сухих компонентов и/либо в виде одного или более влажных компонентов. Отдельные компоненты аналогичным образом могут быть введены в смеситель во влажном или сухом виде. При введении во влажном виде, компоненты могут быть включены в жидкость-носитель, например, воду, в любой подходящей концентрации.

[00107] В способах и композициях по данному изобретению, необязательно, могут быть использованы волокна. Волокна могут включать минеральные волокна (также известные как минеральная вата), стекловолокно, углеродные волокна и смеси таких волокон, а также другие сопоставимые волокна, обеспечивающие сопоставимые преимущества для стеновой плиты. Например, стекловолокно может быть включено в суспензию гипсового сердечника и/или суспензию накрывочного слоя, что приведет к кристаллической структуре сердечника. В таких аспектах, стекловолокно может иметь среднюю длину от около 0,5 дюйма (1,27 см) до около 0,75 дюйма (1,91 см) и диаметр от около 11 до около 17 микрон. В других аспектах, такое стекловолокно может иметь среднюю длину от около 0,5 до около 0,675 (1,71 см) дюйма и диаметр от около 13 до около 16 микрон. В других аспектах, используются волокна E-glass, имеющие температуру размягчения выше около 800 °C или выше по меньшей мере около 900 °C. Вместо или в комбинации со стекловолокном могут быть использованы минеральная вата или углеродные волокна, известные специалистам.

[00108] Волокна, если они включены, могут присутствовать в суспензии гипсового сердечника и/или в суспензии накрывочного слоя в количествах, в пересчете на сухое вещество на 100 мас.ч. полугидрата сульфата кальция, от около 0,5 до около 10 мас.ч.; предпочтительно, от около 1 до около 8 мас.ч.; более предпочтительно, от около 2 до около 7 мас.ч.; и наиболее предпочтительно, от около 3 до около 6 мас.ч. Также волокна могут отсутствовать.

[00109] При желании, в состав суспензии также может быть, необязательно, включено одно или более фосфатсодержащих соединений. Например, эти фосфатсодержащие компоненты могут включать водорастворимые компоненты и могут находиться в форме иона, соли или кислоты, а именно, в форме конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит два или более звеньев фосфорной кислоты; солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит два или более фосфатных звеньев; и одноосновных солей или одновалентных ионов ортофосфатов, а также в виде водорастворимых ациклических полифосфатных солей. Иллюстративные примеры описаны в патентах США 6342284; 6632550; 6815049; и 6822033, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки.

[00110] Фосфатсодержащие компоненты могут усиливать прочность в сыром состоянии, сопротивление остаточной деформации (например, провисанию), стабильность размеров и аналогичные параметры. Могут использоваться триметафосфатные соединения, включая, например, триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат лития и триметафосфат аммония. Триметафосфат натрия (STMP) является широко используемым, хотя пригодными могут быть и другие фосфаты, в том числе, например, тетраметафосфат натрия, гексаметафосфат натрия, имеющий от около 6 до около 27 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющий молекулярную формулу Na_n+2P_nO_3n+1, где n=6-27, тетракалий пирофосфат, имеющий молекулярную формулу K₄P₂O₇, тринатрий-дикалий триполифосфат, имеющий молекулярную формулу Na₃K₂P₃O₁₀, триполифосфат натрия, имеющий молекулярную формулу Na₅P₃O₁₀, тетранатрий пирофосфат, имеющий молекулярную формулу Na₄P₂O₇, триметафосфат алюминия, имеющий молекулярную формулу Al(PO₃)₃, пирофосфат натрия кислый, имеющий молекулярную формулу Na₂H₂P₂O₇, полифосфат аммония, имеющий 1000-3000 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющий молекулярную формулу (NH₄)_n+2P_nO_3n+1, где n=1000-3000, или полифосфорная кислота, имеющая два или более повторяющихся звеньев фосфорной кислоты и имеющая молекулярную формулу H_n+2P_nO_3n+1, где n равен двум или более.

[00111] Фосфаты, как правило, добавляются в сухом виде и/или в жидком виде водного раствора вместе с сухими ингредиентами, добавляемыми в смеситель для суспензии, вместе с жидкими ингредиентами, добавляемыми в смеситель, или на других стадиях или в других процедурах.

[00112] В случае, если фосфат присутствует, то он может быть включен в состав гипсовой суспензии в сухом виде или в виде водного раствора (например, фосфатного раствора с концентрацией от около 5 % до около 20 %, например, около 10 %). Если фосфат включен в состав, то он может присутствовать в любых пригодных количествах (из расчета соотношения масс сухих веществ), например, от около 0,01 % до около 0,5 % от массы штукатурного гипса, например, от около 0,03 % до около 0,4 %, от около 0,1 % до около 0,3 % или от около 0,12 % до около 0,4 % от массы штукатурного гипса. Также фосфат может отсутствовать.

[00113] Гипсовая суспензия, необязательно, может включать по меньшей мере один диспергатор для улучшения текучести. Диспергатор(ы) может(гут) быть введен(ы) в гипсовую суспензию в сухом виде, необязательно, вместе с другими добавками, и/или в жидком виде, необязательно, вместе с другими жидкими компонентами. Примеры подходящих диспергаторов включают нафталинсульфонаты, например, полинафталинсульфоновую кислоту и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые являются продуктами конденсации нафталинсульфоновых кислот и формальдегида, а также поликарбоксилатные диспергаторы, например, поликарбоновые эфиры. Другие примеры подходящих диспергаторов включают лигносульфонаты или сульфированный лигнин. Лигносульфонаты представляют собой водорастворимые анионные полиэлектролитные полимеры, которые являются побочными продуктами производства древесной целлюлозы с использованием сульфитной варки.

[00114] Могут быть желательны диспергаторы с более низкой молекулярной массой. Предпочтительными могут быть нафталинсульфонатные диспергаторы с более низкой молекулярной массой, поскольку им свойственно требовать меньшего количества воды, чем необходимо для диспергаторов с более высокой вязкостью и большей молекулярной массой. Таким образом, молекулярные массы от около 3000 до около 10000 (например, от около 8000 до около 10000) могут быть желательными молекулярными массами для диспергатора. При желании, молекулярная масса поликарбоксилатных диспергаторов может составлять от около 20000 до около 60000 и они могут проявлять меньшее замедление схватывания, чем диспергаторы, имеющие молекулярную массу выше около 60000.

[00115] Типичные нафталинсульфонаты представляют собой раствор нафталинсульфоната в воде с содержанием твердого вещества нафталинсульфоната в диапазоне от около 35 % мас. до около 55 % мас. Однако, при желании, нафталинсульфонаты могут быть использованы в твердой или порошковой форме.

[00116] Диспергатор, если присутствует, может быть включен в гипсовую суспензию в любых пригодных количествах (по соотношению масс сухих веществ), например, от около 0,1 % до около 5 % от массы штукатурного гипса, например, от около 0,1 % до около 4 %, от около 0,1 % до около 3 %, от около 0,2 % до около 3 %, от около 0,5 % до около 3 %, от около 0,5 % до около 2,5 %, от около 0,5 % до около 2 %, от около 0,5 % до около 1,5 % и в аналогичных количествах. Также любой один или более из полинафталинсульфонатов, простых эфиров поликарбоновых кислот или лигносульфонатов может отсутствовать.

[00117] Ускорители и/или замедлители схватывания могут быть добавлены к суспензии гипсового сердечника и/или суспензии накрывочного слоя для изменения скорости, с которой протекают реакции гидратации полугидрата сульфата кальция. Подходящие ускорители схватывания могут включать, например, ускоритель схватывания влажного гипса, термостойкий ускоритель схватывания (HRA) или ускоритель схватывания с климатической стабилизацией (CSA). «CSA» представляет собой ускоритель схватывания, содержащий 95 % дигидрата сульфата кальция, размолотого с 5 % сахара и нагретый до 250 °F (121 °C) для карамелизации сахара. CSA доступен от компании USG Corporation и производится в соответствии с патентами США № 3573947 и 6409825, включёнными в данный документ посредством ссылки. Еще одним предпочтительным ускорителем схватывания является сульфат калия. Термостойкий ускоритель схватывания (HRA), который является предпочтительным ускорителем схватывания, представляет собой дигидрат сульфата кальция, свежеразмолотый с сахаром в соотношении от около 5 фунтов (2,268 кг) до 25 фунтов (11,340 кг) сахара на 100 фунтов (45,359 кг) дигидрата сульфата кальция. Это дополнительно описано в патенте США № 2078199, включённом в данный документ посредством ссылки. Они оба являются предпочтительными ускорителями схватывания. В случае, если ускоритель и/или замедлитель схватывания присутствует, то каждый из них может быть включён в гипсовую суспензию в количестве сухого вещества, составляющем, например, от около 0 % до около 10 % от массы штукатурного гипса (например, от около 0,1 % до около 10 %), например, от около 0 % до около 5 % от массы штукатурного гипса (например, от около 0,1 % до около 5 %). Подходящие ускорители схватывания могут включать, например, дигидрат сульфата кальция, сульфат кальция с углеводным покрытием, дигидрат/органический фосфонат сульфата кальция и дигидрат/органический фосфат сульфата кальция. Ускорители и/или замедлители схватывания также могут отсутствовать.

[00118] Пена (также известная как вспененная вода), необязательно, может быть введена в суспензию гипсового сердечника и/или суспензию накрывочного слоя (предпочтительно, в суспензию гипсового сердечника) в количествах, которые обеспечивают вышеупомянутые пониженные плотность сердечника и вес панели. Пенообразователь для получения пены, как правило, представляет собой мыло или другое подходящее поверхностно-активное вещество. Введение пены в суспензию гипсового сердечника в надлежащих количествах, рецептурах и процессе будет производить желаемую сеть и распределение пустот внутри сердечника окончательно высушенных стеновых плит. Эта структура из пустот позволяет уменьшить количество гипса и других составляющих сердечника, а также плотность и вес сердечника при сохранении желаемых структурных и прочностных свойств панели. Если вспенивающие агенты присутствуют, то они могут содержать основную массовую часть нестабильного компонента и небольшую массовую часть стабильного компонента (например, при объединении нестабильного компонента со смесью стабильного и нестабильного компонентов). Массовое отношение нестабильного компонента к стабильному компоненту является эффективным для формирования распределённых воздушных пустот внутри сердечника из затвердевшего гипса, как описано в патентах США 5643510; 6342284; и 6632550, которые включены в данный документ в полном объёме посредством ссылки. Подходы для добавления пены к суспензии гипсового сердечника известны в данной области техники, и один пример такого подхода рассмотрен в патенте США № 5683635, описание которого включено в данный документ посредством ссылки. Пустоты от испаряющейся воды, как правило, имеющие диаметр около 5 мкм или менее, также вносят вклад в общее распределение пустот наряду с вышеупомянутыми воздушными (пенными) пустотами. Объёмное отношение пустот с размером пор более, чем около 5 микрон к пустотам с размером пор около 5 микрон или менее составляет от около 0,5:1 до около 9:1, например, от около 0,7:1 до около 9:1, от около 1,8:1 до около 2,3:1 или аналогичные соотношения. Пенообразователь присутствует в гипсовой суспензии в количестве, например, менее, чем около 0,5 % от массы штукатурного гипса, например, от около 0,01 % до около 0,5 %, от около 0,01 % до около 0,2 %, от около 0,02 % до от около 0,4 %, от около 0,02 % до около 0,2 %, от около 0,01 % до около 0,1 % или аналогичных количествах. Также пенообразователи могут отсутствовать.

[00119] В гипсовую суспензию также могут быть включены компоненты для обеспечения огнестойкости и/или водонепроницаемости. Примеры включают, например, силоксаны (водонепроницаемость); волокна; теплопоглощающие добавки, например, тригидрит алюминия (ATH, aluminum trihydrite), гидроксид магния или аналогичные добавки; и/или частицы с высоким коэффициентом теплового расширения (например, расширяющиеся до около 300 % или более от первоначального объёма при нагревании в течение около одного часа при 1560°F (849 ℃)). Дополнительное описание таких добавок можно найти в патенте США 8323785, который включён в данный документ в полном объёме посредством ссылки. В состав может быть включён вермикулит с высоким коэффициентом теплового расширения, хотя могут быть включены и другие огнестойкие материалы. Если огнестойкие или водонепроницаемые добавки присутствуют, то они могут быть включены в состав, при желании, в любом подходящем количестве в зависимости, например, от степени огнестойкости и подобных эксплуатационных параметров. Например, если огнестойкие или водонепроницаемые добавки включены, то они могут по отдельности присутствовать в количестве от около 0,5 % до около 10 % от массы штукатурного гипса, например, от около 1 % до около 10 %, от около 1 % до около 8 %, от около 2 % до около 10 %, от около 2 % до около 8 % и в аналогичном количестве. Если в состав включен силоксан, то желательно, чтобы он был введен в виде эмульсии. Затем суспензия может быть сформована и высушена в условиях, которые способствуют полимеризации силоксана с образованием силиконовой смолы с высокой степенью сшивки. В гипсовую суспензию может быть добавлен катализатор, который способствует полимеризации силоксана с образованием силиконовой смолы с высокой степенью сшивки. В качестве силоксана может быть использована не содержащая растворителей метилгидросилоксановая жидкость. Этот продукт представляет собой жидкий силоксан, не содержащий воды или растворителей. Предполагается, что, при желании, может быть использовано от около 0,3 % до около 1,0 % силоксана в расчете на массу сухих ингредиентов. Например, при желании, в гипсовой суспензии может присутствовать от около 0,4 % до около 0,8 % силоксана в расчете на массу сухого штукатурного гипса. Также любой один или более из этих компонентов для обеспечения огнестойкости и/или водонепроницаемости может отсутствовать. Например, может отсутствовать силоксан.

[00120] Вода

[00121] Воду добавляют в суспензию в любом количестве, которое делает суспензию текучей. Количество используемой воды значительно варьируется в зависимости от области применения, в которой она используется, строго соответствующего используемого диспергатора, свойств полугидрата сульфата кальция и используемых добавок.

[00122] Для лучшего управления свойствами как суспензии, так и схватившегося гипса, вода, используемая для приготовления суспензии, должна быть настолько чистой, насколько это практически возможно. Хорошо известно, что соли и органические соединения модифицируют время схватывания суспензии, они варьируются в широком диапазоне от ускорителей до ингибиторов схватывания. Некоторые примеси приводят к нарушениям в структуре, поскольку образуется связная матрица из кристаллов дигидрата, что снижает прочность схватившегося изделия. Таким образом, прочность и консистенция изделия улучшаются посредством использования воды, которая настолько не содержит загрязнений, насколько это практически возможно.

[00123] Вода может присутствовать в суспензии гипсового сердечника и/или в суспензии накрывочного слоя по данному изобретению при массовом отношении воды к полугидрату сульфата кальция от около 0,2:1 до около 1,2:1; предпочтительно от около 0,3:1 до около 1,1:1; более предпочтительно от около 0,6:1 до около 1:1; наиболее предпочтительно от 0,7:1 до 0,95:1; и, как правило, около 0,85:1.

[00124] Задний бумажный покрывающий лист и передний бумажный покрывающий лист

[00125] Задний бумажный покрывающий лист и передний покрывающий лист могут быть изготовлены из любого подходящего бумажного материала, имеющего любой подходящий базовый вес.

[00126] Задний и передний покрывающие листы изготовлены из бумаги. Однако, бумажные материалы для каждого покрывающего листа могут быть одинаковыми или разными.

[00127] В гипсовых панелях могут использоваться различные сорта бумаги, в том числе в качестве облицовочного бумажного покрывающего листа часто используется бумага марки Manila с гладкой плёночной отделкой, а бумага Newsline с более грубым покрытием часто используется в качестве изнаночного бумажного покрывающего листа. Как правило, бумага обоих сортов является многослойной, по меньшей мере с одним декоративным покровным слоем и несколькими слоями наполнителя. Однако, при желании, по меньшей мере один бумажный покрывающий лист или оба бумажных покрывающих листа изготовлены из однослойной бумаги.

[00128] При желании, для повышения прочности (например, прочности на выдергивание гвоздя), особенно для плит гипсокартона с более низкой плотностью, один или оба покрывающих листа могут быть сформированы из бумаги, имеющей базовый вес, например, по меньшей мере около 45 фунтов/MSF (219,5 г/м²) (например, от около 45 фунтов/MSF до около 65 фунтов/MSF (317,0 г/м²), от около 45 фунтов/MSF до около 60 фунтов/MSF (292,6 г/м²), от около 45 фунтов/MSF до около 55 фунтов/MSF (268,3 г/м²), от около 50 фунтов/MSF (243,9 г/м²) до около 65 фунтов/MSF от около 50 фунтов/MSF до около 60 фунтов/MSF или аналогичный базовый вес). При желании, передний бумажный покрывающий лист может иметь более высокий базовый вес, чем задний покрывающий лист, что может обеспечить повышенное сопротивление выдергиванию гвоздя и удобство обращения с ним. При желании, задний бумажный покрывающий лист может иметь несколько меньший базовый вес (например, базовый вес менее 45 фунтов/MSF, например, от около 33 фунтов/MSF (161,0 г/м²) до 45 фунтов/MSF (например, от около 33 фунтов/MSF до около 40 фунтов/MSF (195,1 г/м²)).

[00129] Кроме того, при желании, задний бумажный покрывающий лист может быть бумажным листом, который содержит множество перфорационных отверстий. Неожиданно оказалось, что перфорационные отверстия в заднем бумажном покрывающем листе могут увеличивать адгезию между сердечником плиты и покрывающим листом. Не ограничиваясь теорией или механизмом, считается, что перфорационные отверстия обеспечивают канал для миграции наружу хлоридных солей, высвобождаемых из сердечника плиты, которые в противном случае агрегировались бы во вред на границе раздела между сердечником плиты и покрывающими листами. Таким образом, перфорация может быть предложена в дополнение к описанным в данном документе крахмальным покрытиям как механизм для улучшения адгезии. Например, слой крахмала может быть нанесен между гипсовым сердечником и передним бумажным покрывающим листом для улучшения адгезии переднего бумажного покрывающего листа, а задний бумажный покрывающий лист может иметь перфорационные отверстия для улучшения адгезии заднего покрывающего листа. Также, например, слой крахмала может быть нанесен между гипсовым сердечником и передним бумажным покрывающим листом и/или задним бумажным покрывающим листом для улучшения адгезии соответствующего листа, а задний бумажный покрывающий лист может иметь перфорационные отверстия для улучшения адгезии заднего покрывающего листа. Иллюстративное оборудование для перфорирования одного или более покрывающих листов в гипсокартоне способом, совместимым с данным изобретением, описано в публикации заявки на патент США 2018/0065336, которая включена в данный документ в полном объёме посредством ссылки.

[00130] Перфорационные отверстия в заднем бумажном покрывающем листе могут иметь форму, размер и плотность перфорации, подходящие для поддержания высыхания и/или повышения адгезии в гипсокартоне.

[00131] Как правило, перфорационные отверстия имеют по существу круглую форму. Однако, следует принимать во внимание, что перфорационные отверстия могут иметь альтернативные геометрические формы, например, овальную, треугольную, квадратную, прямоугольную или аналогичные формы. В зависимости от требований для конкретного применения может присутствовать любая комбинация круглых и некруглых перфорационных отверстий. Может присутствовать любая комбинация некруглых перфорационных отверстий.

[00132] Каждое из перфорационных отверстий в покрывающем(их) листе(ах), в частности, в заднем покрывающем листе, может определять отверстие, имеющее размер, который находится в диапазоне от около 0,005 дюйма (0,013 см) до около 0,1 дюйма (0,254 см) в его наибольшем поперечном размере, предпочтительно, размер от около 0,01 дюйма (0,025 см) до около 0,1 дюйма, а более предпочтительно, размер от около 0,01 дюйма до около 0,02 дюйма (0,051 см). Термин «наибольший поперечный размер» означает наибольший размер, измеренный по каждому перфорационному отверстию в плоскости покрывающего(их) листа(ов). Для круглых перфорационных отверстий наибольший поперечный размер представляет собой диаметр круглого отверстия.

[00133] Плотность покрытия перфорацией означает количество перфорационных отверстий на единицу площади в заднем покрывающем листе. Плотность перфорации в покрывающем(их) листе(ах) может составлять от около 5 до около 50 перфорационных отверстий/дюйм² (1 дюйм² = 6,45 см²), предпочтительно от около 12 до около 25 перфорационных отверстий/дюйм², например, от около 10 до около 15 перфорационных отверстий/дюйм² или, например, от около 15 до около 20 перфорационных отверстий/дюйм².

[00134] Если используется перфорированный задний бумажный покрывающий лист, то в способе изготовления гипсокартона, когда пена и суспензия собраны воедино, полученная суспензия перемещается и выливается на конвейер, покрытый первым отрезком облицовочного материала, который является передним бумажным покрывающим листом (облицовочным бумажным покрывающим листом). Еще один отрезок облицовочного материала, который представляет собой перфорированный задний бумажный покрывающий лист (изнаночный бумажный покрывающий лист), размещается поверх суспензии, образуя многослойную сборку с суспензией между двумя облицовочными материалами.

[00135] Как правило, перфорационные отверстия занимают от 0,1 до 10 %, более типично, от 0,5 до 5 % поверхности заднего покрывающего листа.

[00136] На Фиг. 2 проиллюстрирован вид сверху (в осевом направлении) стеновой панели 10, на которой можно увидеть иллюстративную конфигурацию перфорационных отверстий 21 в изнаночном бумажном покрывающем листе 14. Как показано, перфорационные отверстия 21 структурированы в виде правильного расположения столбцов и рядов. Следует принимать во внимание, что другие структурированные расположения перфорационных отверстий 21 также находятся в пределах объёма изобретения, и изображенное количество, интервалы и плотность покрытия перфорационными отверстиями 21 не следует рассматривать как ограничивающие.

Системы

[00137] На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в перспективе типичной стеновой системы 30 здания, которая может быть использована в стеновой системе по данному изобретению. На Фиг. 2 проиллюстрирован «каркас» 32 стенки металлической стойки, который включает в себя множество металлических стоек 34, верхнюю направляющую 36, нижнюю направляющую 38. Плиты гипсокартона 10 (Фиг. 1) могут быть прикреплены любым известным способом к одной или обеим сторонам металлических стоек 34, чтобы закрыть стену и сформировать внутреннюю поверхность или поверхности стены или потолка. Типовой «каркас» стены с металлическими стойками может быть изготовлен в соответствии с патентом США № 6694695, выданным Коллинзу (Collins) и соавт., включенным в данный документ посредством ссылки, который подходит для комбинации с внешней панелью обшивки для получения системы стен по данному изобретению. Эта система металлического каркаса предложена просто как иллюстративная, поскольку также могут быть использованы деревянные или другие металлические каркасы.

[00138] Приведенные ниже примеры дают дополнительное пояснение для данного изобретения, но, безусловно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объём.

ПРИМЕРЫ

[00139] Готовили составы гипсового сердечника (суспензии) с высокой концентрацией хлорида в форме NaCl или MgCl₂, как указано в таблице 1. Образцы, обозначенные как содержащие MgCl₂ или NaCl плюс крахмал, относятся к испытанию этих образцов со слоем крахмала на заднем бумажном покрывающем листе (см. таблицу 2 ниже). Таким образом, сердечники плиты, определенные образцами № 1 и № 2, по своему составу идентичны друг другу, как и в образцах № 3 и № 4. Все составы гипсовых сердечников содержали небольшое количество вареного кукурузного крахмала.

Таблица 1 Составы гипсовых сердечников

СЕРДЕЧНИК 1200 м.д. Cl^- из MgCl₂ 1200 м.д. Cl^- из MgCl₂ + крахмал 2100 м.д. Cl^- из
NaCl 2100 м.д. Cl^- из NaCl + крахмал 2000 м.д. Cl^- из NaCl 30 м.д. Cl из NaCl Идентификация образца № 1 № 2 № 3 № 4 № 5 (без крахмала + перфорация);
№ 6 (с крахмалом + перфорация) № 7 (без крахмала);
№ 8 (с крахмалом) Толщина ½ дюйма (1,27 см) ½ дюйма (1,27 см) ½ дюйма (1,27 см) ½ дюйма (1,27 см) ½ дюйма (1,27 см) ½ дюйма (1,27 см) Штукатурный гипс (г) (полугидрат сульфата кальция) 900 900 900 900 900 900 HRA (г)¹ 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Вареный (также известный как предварительно желатинизированный) кукурузный крахмал (г) 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 Стекловолокно (г) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 NaCl (г) ---- ---- 3,46 3,46 3,30 0,049 MgCl₂ (г) 1,45 1,45 ---- ---- ---- ---- 10% раствор триметафосфата натрия (г)² 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 1% замедлителя схватывания (г)² 25 25 25 25 25 25 Избыточная вода (г) 861 861 861 861 861 861

¹HRA = термостойкий ускоритель схватывания

²граммов раствора, % равен % мас.

[00140] Изготавливали конверты 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма с использованием бумаги Manila (46 фунтов/MSF (224,4 г/м²)) в качестве переднего бумажного покрывающего листа и бумаги Newsline (40 фунтов/MSF) в качестве заднего покрывающего листа. Перед заливкой составов суспензии (таблица 1) в конверт, разбавленные растворы крахмала (таблица 2) наносили кистью на основную (внутреннюю) сторону заднего бумажного покрывающего листа, используемого для образцов № 2 и № 4.

[00141] Таблица 2. Концентрация и использование разбавленного крахмала

Идентификация образца № 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7 № 8 Раствор для обработки задней бумаги Без крахмала 4 % сырого крахмала + 4 % вареного (также известного как предварительно желатинизированный) кукурузного крахмала Без крахмала 8 % сырого крахмала Без крахмала 5% сырого крахмала на перфорированной задней бумаге Без крахмала 5 % сырого крахмала Изменение веса бумаги (г) 0 10 0 10 0 10 0 10 Вес сухого крахмала (фунты/MSF (г/м²)) 0 0,9 фунта (408,2 г) сырого крахмала + 0,9 фунта вареного (также известного как предварительно желатинизированный) кукурузного крахмала 0 1,8 фунта (816,5 г) сырого крахмала 0 1,1 фунта (499 г) сырого крахмала 0 1,1 фунта (499 г) сырого крахмала

[00142] Составы суспензий (таблица 1) готовили посредством замачивания сухих порошков в растворе в течение 10 секунд и перемешивания в течение 10 секунд в смесителе Hobart, после чего инжектировали полученную пену в течение 4,5 секунд и перемешивали еще 2 секунды. Полученную таким образом суспензию выливали в каждый из конвертов. После затвердевания суспензии конверт герметично закрывали с использованием бумажной ленты. Герметично закрытую плиту сушили при 450 ^°F (232,2 ^°C) в течение 20 минут, а затем перемещали в печь с температурой 350 ^°F (176,7 ^°C). После сушки при 350 ^oF в течение 15 минут, плиту дополнительно сушили при 110 ^oF (43,3 ^°C) в течение ночи.

[00143] Результаты обработки крахмалом оценивали методом X-образного надреза для проверки сцепления бумаги с сердечником. На задней бумаге готовых образцов стеновых плит делали несколько X-образных надрезов. Размер X-образного надреза составлял приблизительно 2 дюйма x 2 дюйма (5,08 см x 5,08 см). От центра надзреза отклеивали бумагу. Образцы оценивали качественно в сравнении друг с другом, оценивая количество бумаги, остающейся на гипсовом сердечнике стеновой плиты после отслаивания. При хорошей адгезии к гипсовому сердечнику на сердечнике остается тонкий слой бумаги. И наоборот, если имеется плохая адгезия к сердечнику, то бумага отслаивается от сердечника и оставляет большую часть сердечника открытой.

[00144] На Фиг. 4 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала на плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, содержащую 1200 м.д. Cl^- из MgCl₂ на миллион частей полугидрата сульфата кальция. Контрольный образец плиты № 1 не имел слоя крахмала между бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником. Экспериментальный образец плиты № 2 имел слой крахмала между бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником.

[00145] На Фиг. 5 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала на плиту размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, содержащую 2100 м.д. Cl^- из MgCl₂ на миллион частей полугидрата сульфата кальция. Контрольный образец плиты № 3 не имел слоя крахмала между бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником. Экспериментальный образец плиты № 4 имел слой крахмала между бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником.

[00146] При сравнении образцов плит № 1 и № 2 на Фиг. 4 друг с другом, экспериментальный образец плиты № 2 со слоем крахмала имел меньшую площадь открытого гипса на каждом «X» надрезе, чем контрольный образец плиты № 1, лишённый слоя крахмала. Это указывает на то, что слой крахмала значительно улучшил адгезию бумажного покрывающего листа к гипсовому слою сердечника, изготовленному из водной гипсовой суспензии, содержащей 1200 м.д. анионов Cl^-.

[00147] Аналогичным образом, при сравнении образцов № 3 и № 4 на Фиг. 5 друг с другом, экспериментальный образец плиты № 4 со слоем крахмала имел меньшую площадь открытого гипса на каждом «X» надрезе, чем контрольный образец плиты № 2, лишённый слоя крахмала. Это указывает на то, что слой крахмала значительно улучшил адгезию бумажного покрывающего листа к гипсовому слою сердечника, изготовленному из водной гипсовой суспензии, содержащей 2100 м.д. анионов Cl^-.

[00148] На Фиг. 6 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние разбавленного раствора крахмала из того же сырого крахмала, который использовался в приведенных выше примерах, и, кроме того, перфорационных отверстий на плиту гипсокартона 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, имеющую гипсовый сердечник из штукатурного гипса, содержащий 2000 м.д. Cl^- из NaCl на миллион частей полугидрата сульфата кальция. На Фиг.6 сравнивается контрольный образец плиты № 5 с экспериментальным образцом плиты № 6 по данному изобретению. Контрольная плита № 5 имела задний бумажный покрывающий лист, не имеющий перфорационных отверстий и слоя крахмала между задним бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником. Экспериментальный образец плиты № 6 по данному изобретению имел перфорированный бумажный покрывающий лист и слой крахмала между задним бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником. Для этого перфорированного бумажного листа расстояние между соседними перфорационными отверстиями составляло ¼ дюйма. Диаметр перфорационных отверстий составлял от около 0,01 до 0,02 дюйма.

[00149] При сравнении образцов плит № 5 и № 6 на Фиг. 6, когда хлорид-анион составлял 2000 м.д., экспериментальный образец плиты № 6 со слоем крахмала и обработкой перфорацией имел меньшую площадь открытого гипса. Таким образом, экспериментальный образец плиты № 6 имел лучшую адгезию, чем контрольный образец плиты № 5.

[00150] Кроме того, сравнение экспериментального образца плиты № 6 на Фиг. 6 с экспериментальным образцом плиты № 2 на Фиг. 5 с таким же слоем крахмала, но без перфорационных отверстий показало, что перфорационные отверстия дополнительно улучшили адгезию.

[00151] На Фиг. 7 проиллюстрированы фотографии, показывающие влияние использования разбавленного раствора крахмала на плиту гипсокартона размером 12 дюймов x 12 дюймов x 1/2 дюйма, имеющую гипсовый сердечник, изготовленный из штукатурного гипса, содержащего 30 м.д. Cl^- из NaCl на миллион частей полугидрата сульфата кальция. Этот штукатурный гипс представляет собой обычный штукатурный гипс с низким содержанием хлоридной соли. Разбавленный раствор крахмала был таким же, как в образцах плит на Фиг. 6. На Фиг. 7 проиллюстрирован контрольный образец плиты № 7 с задним бумажным покрывающим листом, не имеющим слоя крахмала между задним бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником. На Фиг. 7 также проиллюстрирован экспериментальный образец плиты № 8, имеющий слой крахмала между задним бумажным покрывающим листом и гипсовым сердечником.

[00152] При сравнении контрольного образца плиты № 7 и экспериментального образца плиты № 8, когда содержание хлорид-аниона составляет 30 м.д., открытая площадь контрольной плиты № 7 аналогична площади экспериментальной плиты № 8. Это указывает на то, что слой крахмала существенно не улучшил сцепление бумаги с сердечником в этих образцах, в которых присутствовали низкие уровни хлоридных солей.

[00153] Вышеизложенное представляет собой просто примеры по изобретению. Рядовому специалисту в данной области техники будет понятно, что каждый из этих примеров может быть использован в различных комбинациях с другими аспектами изобретения, предложенными в данном документе.

[00154] ПУНКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00155] Различные аспекты данного изобретения описаны в нижеприведенных пунктах:

[00156] 1. Гипсокартон, содержащий:

слой сердечника плиты, содержащий затвердевший гипс,

передний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте с первой лицевой стороной сердечника плиты; и
задний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте со второй лицевой стороной сердечника плиты;

при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала;

при этом слой сердечника находится между первым покрывающим листом и вторым покрывающим листом,

при этом слой сердечника образовывается в результате затвердевания между передним покрывающим бумажным листом и задним покрывающим листом водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция, и

указанную воду при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1.

[00157] Пункт 2. Гипсокартон по п. 1, в котором слой крахмала представляет собой сплошной слой крахмала на всей внутренней поверхности по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа.

[00158] Пункт 3. Гипсокартон по п. 1 или 2, в котором слой крахмала содержит сырой крахмал.

[00159] Пункт 4. Гипсокартон по любому из пп. 1-3, в котором слой крахмала содержит смесь сырого крахмала и вареного крахмала.

[00160] Пункт 5. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором водная суспензия содержит от около 1000 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция.

[00161] Пункт 6. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором слой крахмала нанесен на внутреннюю поверхность заднего покрывающего листа.

[00162] Пункт 7. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором слой крахмала нанесен на внутреннюю поверхность переднего бумажного покрывающего листа и внутреннюю поверхность заднего покрывающего листа.

[00163] Пункт 8. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором передний бумажный покрывающий лист является передним бумажным покрывающим листом, а задний бумажный покрывающий лист является задним бумажным покрывающим листом.

[00164] Пункт 9. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором сердечник плиты имеет область низкой плотности и по меньшей мере одну область высокой плотности, причём по меньшей мере одна область высокой плотности расположена в виде слоя между областью низкой плотности и передним бумажным покрывающим листом или задним покрывающим листом.

[00165] Пункт 10. Гипсокартон по п. 9, в котором область низкой плотности расположена между первой областью высокой плотности, расположенной в виде первого слоя в контакте с передним бумажным покрывающим листом или слоем крахмала, нанесенным на него, и второй областью высокой плотности, расположенной в виде второго слоя в контакте с задним бумажным покрывающим листом или слоем крахмала, нанесенным на него.

[00166] Пункт 11. Гипсокартон по п. 9 или 10, в котором область низкой плотности образована из вспененной гипсовой суспензии и содержит в себе множество пустот.

[00167] Пункт 12. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором слой крахмала нанесен на внутреннюю поверхность в количестве от около 0,5 фунта/MSF до около 15 фунтов/MSF, от около 0,5 фунта/MSF до около 5 фунтов/MSF, более предпочтительно от около 1 фунта/MSF до около 2 фунтов/MSF.

[00168] Пункт 13. Гипсокартон по любому из предшествующих пунктов, в котором затвердевший гипс образован из синтетического гипса, содержащего одну или более хлоридных солей.

[00169] Пункт 14. Способ изготовления гипсокартона, включающий:

приготовление водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит смесь из:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе (мас.ч.) указанного полугидрата сульфата кальция, и

воды при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1; а также

распределение водной суспензии между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом, причём каждый покрывающий лист имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность;
при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала, причём гипсовая суспензия находится в контакте со слоем крахмала;
затвердевание полугидрата сульфата кальция с образованием панели, содержащей гипсовый сердечник, содержащий дигидрат сульфата кальция; и
сушку панели и нарезание панели на гипсовые плиты, имеющие один или более заданных размеров.

[00170] Пункт 15. Способ по п. 14, дополнительно включающий:
нанесение слоя крахмала на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа в виде сплошного слоя крахмала, покрывающего всю внутреннюю поверхность.

[00171] Пункт 16. Способ по п. 14, дополнительно включающий:
нанесение слоя крахмала на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа в виде сплошного слоя крахмала, покрывающего всю внутреннюю поверхность, при этом задний бумажный покрывающий лист имеет перфорационные отверстия.

[00172] Пункт 17. Способ по любому из пп. 14-16, в котором по меньшей мере часть гипсовой суспензии находится во вспененном состоянии, когда она расположена между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом.

[00173] Пункт 18. Способ по п. 17, в котором первую часть гипсовой суспензии распределяют в невспененном состоянии в качестве первой области высокой плотности в форме слоя, который находится в контакте с передним бумажным покрывающим листом или слоем крахмала на нём, а вторую часть гипсовой суспензии распределяют во вспененном состоянии в качестве области низкой плотности, которая находится в контакте с первой областью высокой плотности.

[00174] Пункт 19. Способ по п. 18, в котором область низкой плотности расположена между первой областью высокой плотности и второй областью высокой плотности в форме слоя, который находится в контакте с задним бумажным покрывающим листом или слоем крахмала на нём.

[00175] Пункт 20. Способ по любому из пп. 14-19, в котором слой крахмала наносят в количестве от около 0,5 фунта/MSF до около 15 фунтов/MSF, предпочтительно от около 0,5 фунта/MSF до около 15 фунтов/MSF, более предпочтительно от около 1 фунта/MSF до около 2 фунтов/MSF.

[00176] Пункт 21. Способ по любому из пп. 14-20, в котором полугидрат сульфата кальция содержит синтетический гипс, содержащий одну или более хлоридных солей.

[00177] Пункт 22. Стеновая система, содержащая каркас, к которому прикреплена по меньшей мере одна плита гипсокартона по любому из пп. 1-13, при этом внешняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа обращена в сторону от каркаса.

[00178] Пункт 23. Стеновая система по п. 22, в которой гипсокартон находится на внутренней стене или потолке здания.

[00179] Пункт 24. Стеновая система по п. 22 или 23, в которой каркас выполнен из дерева.

[00180] Пункт 25. Стеновая система по п. 22 или 23, в которой каркас выполнен из металла.

[00181] Пункт 26. Стеновая система по любому из пп. 22-25, в которой по меньшей мере одна плита гипсокартона прикреплена к каркасу посредством одного или более из винтов, гвоздей или клея.

[00182] В данном документе описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, включающие лучший, по мнению заявителей, способ реализации изобретения. Для рядовых специалистов в данной области техники возможности изменения таких предпочтительных вариантов осуществления изобретения могут стать очевидными после прочтения предшествующего описания. Авторы изобретения ожидают, что квалифицированные специалисты будут использовать такие варианты в соответствующих случаях, и авторы изобретения предполагают, что изобретение будет осуществлено на практике иным образом, чем конкретно описано в данном документе. Соответственно, данное изобретение содержит все изменения и эквиваленты предмета изобретения, перечисленные в прилагаемой к данному документу формуле изобретения, согласно нормам действующего законодательства. Более того, изобретением охватывается любое сочетание вышеописанных элементов во всех их возможных вариациях, если в данном документе не указано иное, либо это явно не противоречит контексту.

[00183] Все ссылки, упомянутые в данном документе, тем самым являются включенными посредством ссылки в аналогичной степени, как и в случае индивидуального и отдельного указания по каждой ссылке о включении её содержания в виде ссылки и его изложения в данном документе во всей его полноте.

[00184] Подразумевается, что термины, приведённые в единственном числе и в виде термина «по меньшей мере один», а также подобные ссылки в контексте описания данного изобретения (особенно в контексте нижеследующей формулы изобретения) охватывают как единственное, так и множественное число, если в данном документе не указано иное, либо если это явно не противоречит контексту. Использование термина «по меньшей мере один», за которым следует перечисление одного или большего количества элементов (например, «по меньшей один из А и В»), следует понимать как один элемент, выбранный из перечисленных элементов (А или В) или любую комбинацию из двух или большего количества перечисленных элементов (А и В), если в данном документе не указано иное, либо если это явно не противоречит контексту. «Сцепление» не означает, что два слоя находятся в прямом контакте. Подразумевается, что термины «содержащий», «имеющий», «включающий» и «имеющий в своём составе» представляют собой неограничивающие термины (т.е. означающие «включая, но не ограничиваясь этим»), если не указано иное. Перечисление диапазонов значений в данном документе предназначено исключительно для использования в качестве символического способа индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, принадлежащее данному диапазону, если в данном документе не указано иное, при этом каждое отдельное значение включено в описание аналогично индивидуально указанному в данном документе. Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом приемлемом порядке, если иное не указано в данном документе либо явно не противоречит контексту. Использование любых и всех примеров или типичных формулировок (например, «например»), приведённых в данном документе, предназначено исключительно для лучшей иллюстрации изобретения и не налагает ограничений на объём изобретения, если не утверждается иное. Ни одна формулировка в описании не подразумевает указания ни на один не заявляемый элемент, как существенный для практической реализации изобретения.

[00185] Если не указано иное, все процентные доли, соотношения и средние молекулярные массы даны в расчете на массу.

Группа изобретений относится к гипсокартону, сформированному из синтетического гипса и других источников гипса, имеющих высокие концентрации хлоридной соли, способу изготовления гипсокартона и также стеновой системе, где применяется гипсокартон. Способ изготовления гипсокартона включает приготовление водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса. Причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция. При этом водная суспензия содержит смесь из по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе, от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе (мас.ч.) указанного полугидрата сульфата кальция и воды. Массовое соотношение воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1. Осуществляют распределение водной суспензии между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом. Причём каждый покрывающий лист имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. При этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала. Причём гипсовая суспензия находится в контакте со слоем крахмала. После затвердевания полугидрата сульфата кальция с образованием панели, содержащей гипсовый сердечник, осуществляют сушку панели и нарезание панели на гипсовые плиты. Стеновая система содержит каркас, к которому прикреплена по меньшей мере одна указанная плита из гипсокартона. При этом внешняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа обращена в сторону от каркаса. Техническим результатом является повышение эффективности изготовления гипсокартона, улучшение адгезии между сердечником плиты и бумажными покрывающими листами. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

1. Гипсокартон, содержащий:

слой сердечника плиты, содержащий затвердевший гипс,

передний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте с первой лицевой стороной сердечника плиты; и

задний бумажный покрывающий лист, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причём внутренняя поверхность находится в контакте со второй лицевой стороной сердечника плиты;

при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала;

при этом слой сердечника находится между первым покрывающим листом и вторым покрывающим листом,

при этом слой сердечника образовывается в результате затвердевания между передним покрывающим бумажным листом и задним покрывающим листом водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция, и

указанную воду при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1.

2. Гипсокартон по п. 1, отличающийся тем, что слой крахмала представляет собой сплошной слой крахмала на всей внутренней поверхности по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа,

причём слой крахмала содержит сырой крахмал.

3. Гипсокартон по п. 1, отличающийся тем, что слой крахмала представляет собой сплошной слой крахмала на всей внутренней поверхности по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего покрывающего листа, причём слой крахмала содержит смесь сырого крахмала и вареного крахмала.

4. Гипсокартон по п. 1, отличающийся тем, что водная суспензия содержит от около 1000 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе указанного полугидрата сульфата кальция.

5. Гипсокартон по п. 1, отличающийся тем, что слой крахмала нанесен на внутреннюю поверхность в количестве от около 0,5 фунта/MSF (2,4 г/м²) до около 15 фунтов/MSF (73,2 г/м²).

6. Способ изготовления гипсокартона, включающий:

приготовление водной суспензии, содержащей смесь воды и штукатурного гипса, причём штукатурный гипс содержит полугидрат сульфата кальция, при этом водная суспензия содержит смесь из:

по меньшей мере 60 % мас. указанного полугидрата сульфата кальция на сухой основе,

от около 500 м.д. до около 3000 м.д. хлорид-анионов на 1000000 частей по массе (мас.ч.) указанного полугидрата сульфата кальция, и

воды при массовом соотношении воды к полугидрату сульфата кальция от 0,2:1 до 1,2:1; а также

распределение водной суспензии между передним бумажным покрывающим листом и задним покрывающим листом, причём каждый покрывающий лист имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность;

при этом внутренняя поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа покрыта слоем крахмала, причём гипсовая суспензия находится в контакте со слоем крахмала;

затвердевание полугидрата сульфата кальция с образованием панели, содержащей гипсовый сердечник, содержащий дигидрат сульфата кальция; и

сушку панели и нарезание панели на гипсовые плиты, имеющие один или более заданных размеров.

7. Способ по п. 6, дополнительно включающий:

нанесение слоя крахмала на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа в виде сплошного слоя крахмала, покрывающего всю внутреннюю поверхность.

8. Способ по п. 6, дополнительно включающий:

нанесение слоя крахмала на внутреннюю поверхность по меньшей мере одного из переднего бумажного покрывающего листа и заднего бумажного покрывающего листа в виде сплошного слоя крахмала, покрывающего всю внутреннюю поверхность, причём задний бумажный покрывающий лист имеет перфорационные отверстия.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что полугидрат сульфата кальция включает синтетический гипс, содержащий одну или более хлоридных солей.

10. Стеновая система, содержащая каркас, к которому прикреплена по меньшей мере одна плита гипсокартона по п. 1, в которой внешняя поверхность переднего бумажного покрывающего листа обращена в сторону от каркаса.