СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ ДЛЯ ГИПСОКАРТОНА, СМЕСЬ, ПРИГОТОВЛЕННАЯ ТАКИМ ОБРАЗОМ, И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГИПСОКАРТОНА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО ЕЕ Российский патент 2023 года по МПК C04B24/22 C04B24/26 C04B28/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[1] Настоящее изобретение относится к способу получения добавки для гипсокартона, добавке, приготовленной по этому способу, и композиции для формирования гипсокартона, включающего ее.

[2] Конкретно, по настоящему изобретению предлагается добавка для гипсокартона, включающая в себя состав на основе полистирол сульфата (SPS), и, в частности, предлагается технология улучшения свойств гипсокартона, таких как пористость пенной составляющей, текучесть и время схватывания, за счет регулировки степени сульфонирования (DS) состава на основе SPS.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[3] Гипсокартон широко применяется в качестве интерьерного строительного материала благодаря своей низкой цене и превосходным качествам, таким как огнезащита, звуко- и теплоизоляция. Существуют различные виды гипсокартона, такие как стандартный гипсокартон, прочный, усиленный и декоративный гипсокартон. Вид присадки, количество сочетаний, добавление армирующего материала и т.д. могут отличаться в зависимости от необходимых характеристик относительно каждого вида гипсокартона.

[4] В целом, различные виды гипсокартона могут быть получены путем помещения жидкого раствора, состоящего из кальцинированного гипса, воды и некоторых присадок, между параллельными листами обклеенной бумаги, регулировки их толщины и ширины с последующим затвердеванием, резкой и сушкой. В данном случае в качестве присадки может использоваться добавка, выступающая в качестве диспергирующего средства для дисперсии частиц гипса в воде. Это может привести к снижению используемого объема воды, а также повысить эффективность сушки при получении гипсокартона, за счет чего повышается производительность.

[5] С другой стороны, известно, что добавление диспергирующего средства в гипсовый жидкий раствор может привести к изменению распределения пенной составляющей по размеру, а также разброса размеров пор, образующихся под действием пенной составляющей. Кроме того, диспергирующие средства могут замедлять затвердевание жидкого гипсового раствора и дополнительно тормозить быстрое получение таких изделий из гипсокартона, как стеновые плиты. Таким образом, при повышении количества диспергирующего средства для улучшения текучести может возрастать время затвердевания. При недостаточном затвердевании стеновой плиты при использовании ножа для резки не обеспечивается фиксированная форма изделия с возникновением последующих трудностей при обращении с нарезанными плитами. Следовательно, необходимо снизить скорость линии для обеспечения затвердевания листа и сохранения его формы. Сама по себе сложная взаимосвязь между химическими свойствами диспергирующего средства или добавки, пористостью пенной составляющей и текучестью жидкого раствора по-прежнему представляет проблему, требующую решения, с целью получения жидкого гипсового раствора с удовлетворительными характеристиками относительно разброса по пористости пенной составляющей и текучести без увеличения времени затвердевания.

[6] В опубликованной заявке на патент Кореи №10-2008-701092 раскрывается диспергирующее средство, обеспечивающее текучесть жидкого раствора и надлежащий разброс по размеру пенной составляющей. В выложенной заявке на патент Кореи №10-2008-701092 раскрывается следующее: поскольку необходимая пористость пенной составляющей при использовании исключительно добавок на основе РСЕ (поликарбоксилового эфира) не обеспечивается, в мешалку отдельно вводят добавки на основе РСЕ и PNS (полинафталинсульфоната) с последующим использованием. Однако использование смеси РСЕ и PNS до ввода добавки несколько ограничено вследствие образования геля.

[7] Таким образом, разработка материалов-добавок, способных обеспечивать простоту контроля таких показателей, как пористость пенной составляющей гипсокартона, текучесть добавки и время схватывания для решения существующих проблем, активно продолжается.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[8] Настоящее изобретение направлено на получение добавки на основе полистиролсульфата (SPS) для гипсокартона с целью улучшения характеристик этой добавки.

[9] В частности, настоящее изобретение направлено на обеспечение контроля степени сульфонирования (DS) состава на основе SPS для улучшения текучести в сравнении с добавкой на основе PNS, сокращение времени схватывания и образования пенной составляющей с одинаковой пористостью.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

[10] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается способ получения добавки для гипсокартона, включающий в себя получение состава на основе полистиролсульфата (SPS) посредством реакции сульфонирования с полистиролом и серной кислотой.

[11] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения степень сульфонирования (DS) состава на основе SPS колеблется в диапазоне 15-99%.

[12] Сульфонирование осуществляют способом полимеризации, включающим в себя мономер стиролсульфокислоты, или же способ прямого сульфонирования с применением сульфонирующего вещества в полистироле, представленного полимером.

[13] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения растворители, участвующие в реакции сульфонирования, включают в себя как минимум одно из веществ, подбираемое из числа пропана, бутана, пентана, гексана, циклогексана, ацетона, дибромметана и дихлорбензола.

[14] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения сульфонирующие вещества, участвующие в реакции сульфонирования, дополнительно включают в себя как минимум одно вещество, подбираемое из числа ангидрида уксусной кислоты, серной кислоты, дымящей серной кислоты и триоксида серы.

[15] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения средневесовая молекулярная масса полистирола колеблется в диапазоне 10 000-800000.

[16] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается добавка для гипсокартона, получаемая по вышеописанному способу.

[17] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается композиция для формирования гипсокартона, включающая в себя гипс, отвердитель, вещество для снижения массы и воду в составе добавки для гипсокартона.

[18] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения гипс может быть представлен полуводным гипсом (CaSO₄⋅1/2H₂O).

[19] В этом случае композиция для формирования гипсокартона включает в себя 0,1-2 весовых части добавки для гипсокартона, 0,1-1 весовую часть отвердителя, 0,01-1 весовую часть вещества для снижения массы и 60-150 весовых частей воды исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям.

[20] В таком случае добавка может дополнительно включать в себя состав на основе поликарбоксилового эфира (РСЕ). Кроме того, массовое соотношение составов на основе SPS и РСЕ составляет от 10:90 до 90:10.

[21] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения отвердители могут включать в себя как минимум одно вещество из числа сульфата калия (K₂SO₄) и сульфата натрия (Na₂SO₄).

[22] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона может дополнительно включать в себя замедлитель отверждения.

[23] В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается гипсокартон, в котором используется композиция для его формирования.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[24] При получении гипсокартона посредством включения добавки на основе полистиролсульфата (SPS) по настоящему изобретению или при получении согласно степени сульфонирования (DS) состава на основе SPS обеспечивается возможность контроля текучести и времени схватывания.

[25] При получении гипсокартона посредством включения добавки на основе SPS по настоящему изобретению обеспечивается возможность контроля пористости пенной составляющей, а также текучести и времени схватывания по средневесовой молекулярной массе (Mw) полистирола.

[26] Таким образом, обеспечивается возможность получения добавки с повышенной эффективностью в сравнении со стандартной добавкой на основе PNS.

[27] При получении гипсокартона с помощью композиции для его формирования по настоящему изобретению обеспечивается возможность получения высококачественного гипсокартона с повышенной эффективностью и одновременным снижением затрат за счет сокращения времени схватывания.

[28] Кроме того, обеспечивается возможность получения гипсокартона различной массы, пригодного для использования путем контроля молекулярной массы состава на основе SPS, без введения дополнительных технологических процессов или присадок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[29] На ФИГ. 1 представлены результаты ИКС с Фурье-преобразованием, при которой определялось, синтезируется ли сульфоновая группа в полистироле, в составе на основе полистиролфсульфата (SPS) по настоящему изобретению.

[30] На ФИГ. 2 представлены результаты ИКС с Фурье-преобразованием относительно полистирола, не подвергающегося реакции сульфонирования.

[31] На ФИГ. 3 представлены результаты из таблицы 1.

[32] На ФИГ. 4 представлены результаты из таблицы 2.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[33] Далее будут представлены подробные сведения и возможные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако варианты описания, известные на существующем уровне техники, могут применяться к конфигурации, подробное описание которой ниже не приводится, до тех пор, пока эта конфигурация не противоречит цели настоящего изобретения.

[34] Согласно настоящему описанию, когда слой или составная часть представлены как располагающиеся «на» другом слое или составной части, это следует понимать как факт того, что этот слой или составная часть могут соприкасаться с другим слоем или составной частью, или же между двумя слоями или составными частями могут располагаться промежуточные слои.

[35] Необходимо понимать, что термины «включает», «включает в себя» или «имеет» в контексте настоящего описания указывают на наличие заявленных элементов, но не исключают наличие или добавление одного или нескольких других элементов.

[36] Если не приведено иное определение, термин «молекулярная масса» в контексте настоящего описания обозначает «средневесовую молекулярную массу (Mw)».

[37] [Общее определение заместителя]

[38] В настоящем описании алкильная группа С₁-С₂₀ относится к линейной или разветвленной алифатической одновалентной углеводородной группе, содержащей 1-20 атомов углерода, и ее конкретные примеры включают в себя метиловую, этиловую, пропиловую, изобутильную, втор-бутильную, трет-бутильную, пентильную, изоамильную и гексильную группы.

[39] В настоящем описании алкенильная группа С₂-С₂₀ относится к углеводородной группе, включающей в себя одну или несколько двойных углеродных связей в середине или конце алкильной группы С₂-С₂₀, и конкретные ее примеры включают в себя этенильную, пропенильную и бутенильную группы. В настоящем описании алкинильная группа С₂-С₂₀ относится к углеводородной группе, включающей в себя одну или несколько тройных углеродных связей в середине или конце алкильной группы С₂-С₂₀, и конкретные ее примеры включают в себя этинильную и пропинильную группы.

[40] В настоящем описании алкоксильная группа С₁-С₂₀ относится к одновалентной группе с формулой, представленной в виде -ОА₁₀₁ (где А₁₀₁ представляет собой алкильную группу С₁-С₂₀), и конкретные ее примеры включают в себя метоксильную, этоксильную и изопропилоксильную группы.

[41] В настоящем описании цикл о алкильная группа С₃-С₁₀ относится к одновалентной насыщенной углеводородной моноцикличной группе с 3-10 атомами углерода, и ее конкретные примеры включают в себя циклопропильную, циклобутильную, циклопентильную, циклогексильную и циклогептильную группы. В настоящем описании циклоалкиленовая группа С₃-С₁₀ относится к двухвалентной группе, имеющей строение, аналогичное циклоалкильной группе С₃-С₁₀.

[42] В настоящем описании арильная группа С₆-С₂₀ относится к одновалентной группе, имеющей карбоциклическую ароматическую систему с 6-20 атомами углерода. Конкретные примеры арильной группы С₆-С₂₀ включают в себя фенильную, антраценильную, фенантренильную, пиренильную, хризенильную и флуоренильную группы.

[43] В настоящем описании гетероарильная группа С₁-С₂₀ относится к одновалентной группе, включающей в себя как минимум один гетероатом из числа N, О, Si, Р и S в качестве кольцеобразующего атома, а также имеющей гетероциклическую ароматическую систему с 1-20 атомами углерода. Конкретные примеры гетероарильной группы C₁-С₆₀ включают в себя пиридинильную, пиримидинильную, пиразинильную, пиридазинильную, триазинильную, хинолинильную, изохинолинильную и карбазолильную группы.

[44] [Способ получения добавки для гипсокартона и добавка]

[45] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается способ получения добавки для гипсокартона, включающий в себя получение состава на основе полистиролсульфата (SPS), представленного формулой 1 ниже, посредством реакции сульфонирования с полистиролом и серной кислотой.

[46] <Формула 1>

[47]

[48] В формуле 1

[49] R₁ и R₂ подбираются из числа водорода, дейтерия, -F, -Cl, -Br, -I, гидроксильной группы, азотной группы, алкильной группы С₁-С₂₀, алкенильной группы С₂-С₂₀, алкинильной группы С₂-С₂₀, алкоксильной группы С₁-С₂₀, циклоалкильной группы С₃-С₁₀, арильной группы С₆-С₂₀, гетероарильной группы С₁-С₂₀, одновалентной неароматической конденсированной полициклической группы и одновалентной неароматической конденсированной гетерополициклической группы,

[50] a₁ - целое число, подбираемое из чисел 1-5,

[51] а₂ - целое число, подбираемое из чисел 1-4,

[52] М⁺ представляет собой Н⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ или

[53] х - целое число, подбираемое из чисел 5-50000, и

[54] у - целое число, подбираемое из чисел 0-50000.

[55] При получении гипсокартона важными факторами являются дисперсивное значение потока (текучесть) и время схватывания (предполагаемое окончание).

[56] При улучшении текучести за счет предотвращения раннего схватывания гипса при смешивании жидкого раствора обеспечивается возможность увеличения эффективности изделия и, в конечном итоге, улучшения показателей затвердевания.

[57] Что касается времени схватывания, при увеличении времени схватывания или затвердевания и недостаточности последнего форма конечного продукта будет не только непостоянной, но также и неэффективной вследствие продления времени получения. Таким образом, при получении гипсокартона важно одновременно обеспечивать высокую текучесть и сокращение времени схватывания.

[58] Следовательно, настоящее изобретение направлено на контролирование текучести и времени схватывания жидкого гипсового раствора, используемого согласно степени сульфонирования (DS) состава на основе полистирола (PS), для обеспечения вышеприведенных характеристик.

[59] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения DS, представляющее степень сульфонирования состава на основе полистиролсульфата (SPS), может колебаться в диапазоне 15-99%. Предпочтительно, чтобы DS находилось в диапазоне 15-95%. При снижении значения DS до 15% или ниже состав на основе SPS не диспергируется в воде, а если значение DS превышает 99%, ухудшается текучесть, и время схватывания увеличивается. Таким образом, когда DS находится в диапазоне 15-99%, текучесть жидкого гипсового раствора повышается, а время схватывания сокращается.

[60] С другой стороны, существуют различные способы сульфонирования полистирола, и преимущественно используются два из них.

[61] Первый способ представлен полимеризацией с применением мономера стиролсульфокислоты (полистиролсульфокислоты) (Jessica, Е., «Sulfonation of Polystyrene: Toward the «Ideal» Polyelextrolyte» (Э. Джессика. «Сульфонирование полистирола для получения «идеального» полиэлектролита»), журнал JOURNAL OF POLYMER SCIENCE, ЧАСТЬ А: ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ, 2013, том 51, 11, 2416-2424).

[62] Второй способ представлен сульфонированием полимера полистирола (Crisriane, R., «Synthesis in Pilot Scale and Physical Properties of Sulfonated Polystyrene» («Р. Кришриан. «Синтез в лаборатории и физические свойства сульфонированного полистирола»), журнал J. Braz. Chem. Soc, 2003, том 14, №5, 797-802).

[63] В настоящем изобретении может применяться любой из этих двух способов. То есть, сульфонирование может осуществляться посредством полимеризации с применением мономера стиролсульфо кислоты или прямым сульфонированием полистирола с применением сульфонирующего вещества, причем настоящее изобретение им не ограничивается.

[64] В первом случае в качестве одного варианта осуществления может быть предложен способ полимеризации, включающий в себя мономер стиролсульфокислоты.

[65] Кроме того, во втором случае в качестве варианта осуществления предлагается процедура осуществления способа прямого сульфонирования полистирола, осуществляемая следующим образом.

[66] Сначала приготавливают раствор ацетил сульфата. Для получения раствора ацетил сульфата приготавливают кислотный ангидрид под действием азота в инертном состоянии.

[67] После растворения полистирола в органическом растворе к нему добавляют раствор ацетилсульфата для получения полистиролсульфата. Механизм этого процесса имеет следующий вид.

[68] [Механизм получения раствора ацетилсульфата]

[69]

[70] [Механизм реакции сульфонирования]

[71]

[72] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения растворитель, участвующий в реакции сульфонирования, представлен как минимум одним из веществ, подбираемых из числа пропана, бутана, пентана, гексана, циклогексана, ацетона, дибромметана и дихлорбензола, но не ограничивается ими.

[73] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения для реакции сульфонирования может применяться сульфонирующее вещество. В этом случае в качестве сульфонирующего вещества может быть выбрано как минимум одно вещество из числа ангидрида уксусной кислоты, серной кислоты, дымящей серной кислоты и триоксида серы. Кроме того, любой материал используется без ограничений до тех пор, пока он представляет собой сульфонирующее вещество, способное обеспечивать необходимую реакцию, и для такой реакции предпочтительно используются серная кислота и ангидрид уксусной кислоты.

[74] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения средневесовая молекулярная масса полистирола колеблется в диапазоне 30000-400000.

[75] Предпочтительно, чтобы средневесовая молекулярная масса полистирола колебалась в диапазоне 35000-350000. Согласно таблицам 1 и 2, описание которых будет приведено далее, подтверждается, что в вышеприведенном диапазоне повышается текучесть и сокращается время схватывания. Следовательно, можно утверждать, что в сравнении с текущими коммерчески доступными добавками на основе PNS повышается эффективность.

[76] В дополнение к этому, согласно таблице 3, поскольку пористость пенной составляющей также может повышаться согласно средневесовой молекулярной массе, пористость пенной составляющей может контролироваться посредством ее регулировки при необходимости.

[77] То есть, пористость пенной составляющей гипсокартона по настоящему изобретению может контролироваться посредством ее регулировки в диапазоне средневесовой молекулярной массы (т.е., 10000-800000) полистирола, входящего в состав на основе SPS.

[78] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается добавка для гипсокартона, получаемая по вышеописанному способу.

[79] В этом случае добавка представлена водной дисперсией. Водный раствор получают посредством медленного добавления реакционного раствора, прошедшего этап активации, в отдельную емкость с одновременным добавлением воды в эту емкость и помешиванием. Объем воды конкретно не ограничен. Однако с точки зрения работоспособности или подобных характеристик добавку можно свободно вводить в диапазоне 1-60 весовых частей, исходя из количества воды в конечном продукте, равном 100 весовым частям.

[80] В этом отношении добавка по настоящему изобретению может решать проблемы текучести и малой пористости пенной составляющей, возникающие при использовании стандартной добавки для получения гипсокартона.

[81] Таким образом, поскольку пористость пенной составляющей при необходимости можно контролировать посредством регулировки молекулярной массы полистирола, входящего в состав на основе SPS, можно получить гипсокартон различной массы, пригодный для применения, без задействования дополнительных технологических процессов или присадок.

[82] [Композиция для формирования гипсокартона]

[83] Композиция для формирования гипсокартона по настоящему изобретению включает в себя гипс, добавку, отвердитель, вещество для снижения массы и воду. Добавка включает в себя состав на основе SPS, представленный формулой 1 далее, участвующий в реакции сульфонирования полистирола и серной кислоты.

[84] <Формула 1>

[85]

[86] В формуле 1

[87] R₁ и R₂ подбираются из числа водорода, дейтерия, -F, -Cl, -Br, -I, гидроксильной группы, азотной группы, алкильной группы С₁-С₂₀, алкенильной группы С₂-С₂₀, алкинильной группы С₂-С₂₀, алкоксильной группы С₁-С₂₀, циклоалкильной группы С₃-С₁₀, арильной группы С₆-С₂₀, гетероарильной группы С₁-С₂₀, одновалентной неароматической конденсированной полициклической группы и одновалентной неароматической конденсированной гетерополициклической группы,

[88] a₁ - целое число, подбираемое из чисел 1-5,

[89] а₂ - целое число, подбираемое из чисел 1-4,

[90] М⁺ представляет собой Н⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ или NH₄⁺,

[91] х - целое число, подбираемое из чисел 5-50000, и

[92] у - целое число, подбираемое из чисел 0-50000.

[93] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения гипс, входящий в композицию для формирования гипсокартона, может быть представлен полуводным гипсом.

[94] Гипс относится к очень мягким сульфатным минералам, включающим в себя сульфат кальция (CaSO₄) в качестве основного компонента. По кристаллической форме известно множество видов гипса. В том числе, полуводный гипс (CaSO₄⋅1/2H₂O) может быть получен посредством нагрева двуводного гипса (CaSO₄⋅2H₂O) до температуры 150-200°С или посредством поглощения влаги из воздуха и кальцинирования.

[95] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения полуводный гипс может быть получен посредством кальцинирования сырого гипса. В качестве сырого гипса может использоваться природный или полученный химическим способом гипс, такой как гипс, полученный посредством десульфуризации дымовых газов (FGD), фосфогипс, титаногипс, цитрогипс, винокаменный гипс, борогипс или лактогипс. В качестве альтернативного варианта как сырой гипс может использоваться переработанный гипс, извлеченный из отработанного гипсокартона, но настоящее изобретение им не ограничивается.

[96] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения при кальцинировании сырого гипса могут смешиваться кислота или ее соль, например, лимонная кислота или ее соль, яблочная кислота или ее соль, янтарная кислота или ее соль, виннокаменная кислота или ее соль и т.п. При смешивании кислоты или ее соли в процессе получения гипсокартона с помощью полуводного гипса соотношение воды и гипса может быть снижено.

[97] Объем смешиваемой кислоты или ее соли может составлять 0,01-10 весовых частей, 0,1-5 весовых частей или 0,5-1 весовая часть, исходя из объема сырого гипса, равного 100 весовым частям.

[98] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения кальцинирование сырого гипса может проводиться в диапазоне температур 150-200°С, например, 160-180°С.

[99] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения кальцинирование сырого гипса может проводиться с помощью кальцинатора, применяемого на существующем уровне техники, такого как химический реактор или вращающаяся печь, и конкретные ограничения относительно использования кальцинатора в настоящем документе отсутствуют.

[100] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения кальцинированный полуводный гипс также может быть измельчен до формы, пригодной для применения в композиции, с помощью шаровой или трубной мельницы.

[101] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона включает в себя 0,1-2 весовых части добавки для гипсокартона, 0,1-1 весовую часть отвердителя, 0,01-1 весовую часть вещества для снижения массы и 60-150 весовых частей воды, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям.

[102] Добавка для формирования гипсокартона, представленная формулой 1, может вводиться в объеме, равном 0,1-2 весовых части, а предпочтительно - в объеме 0,1-1 весовая часть, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям.

[103] Кроме того, средневесовая молекулярная масса полистирола колеблется в диапазоне 10000-800000. Когда средневесовая молекулярная масса полистирола находится в вышеприведенном диапазоне, композиция для формирования гипсокартона может обеспечивать высокую текучесть, а также эффект сокращения времени затвердевания и контроля пористости пенной составляющей.

[104] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, помимо состава на основе SPS, добавка может дополнительно включать в себя как минимум одно вещество, подобранное из числа состава на основе полинафталинсульфоната (PNS), состава на основе поликарбоксилового эфира (РСЕ), состава на основе лигносульфоната, состава на основе алкиларилсульфоновой кислоты, состава на основе полиоксиэтилена, состава на основе алкиларилэфира, состава на основе оксикарбоксиловой кислоты, состава на основе поликарбоновой кислоты и состава на основе аминосульфокислоты. Предпочтительно, чтобы добавка могла дополнительно включать в себя состав на основе РСЕ.

[105] В этом случае массовое соотношение составов на основе SPS и РСЕ составляет от 10:90 до 90:10. Предпочтительно, чтобы массовое соотношение могло составлять от 40:60 до 60:40, а более предпочтительно - от 45:55 до 55:45. Как видно по результатам в таблицах 1 и 2 ниже, имеется возможность получения композиции для формирования гипсокартона, обладающей улучшенными текучестью и скоростью схватывания в сравнении со стандартными системами PNS, посредством использования этой композиции вместе с системой РСЕ.

[106] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона включает в себя отвердитель, способствующий реакции гидратации между гипсом и водой, за счет чего увеличивается производительность гипса.

[107] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения отвердитель может включать в себя как минимум один неорганический и органический составы.

[108] Неорганический состав может включать в себя как минимум одно вещество, подобранное из числа: хлоридов, таких как хлорид кальция или хлорид калия; нитритов, таких как нитрит натрия или нитрит кальция; нитратов, таких как нитрат натрия или нитрат кальция; сульфатов, таких как сульфат кальция, сульфат калия, сульфат натрия или сульфат алюминия; гидроокисей, таких как едкий натр или гидроксид калия; карбонатов, таких как карбонат кальция, углекислый натрий или углекислый литий; силикатов, таких как кремнекислый натр или метасиликат калия; и составов на основе алюминия, таких как гидроокись алюминия или оксид алюминия. Предпочтительно применение сульфата калия (K₂SO₄) или сульфата натрия (Na₂SO₄).

[109] Кроме того, органический состав может включать в себя как минимум одно вещество, подобранное из числа: аминов, таких как диэтаноламин или триэтаноламин; солей кальция органической кислоты, таких как формиат кальция или ацетат кальция; и ангидрида малеиновой кислоты.

[110] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона включает в себя 0,1-1 весовую часть отвердителя, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям. Когда объем отвердителя находится в вышеприведенном диапазоне, отверждаемость гипсокартона, получаемого посредством композиции для его формирования, повышается, и обеспечивается возможность контроля гипсокартона для устранения хрупкости вследствие избыточного затвердевания.

[111] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона включает в себя вещество для снижения массы. Вещество для снижения массы обеспечивает контроль плотности гипсокартона, полученного посредством композиции для его формирования, и образует пенную составляющую в гипсокартоне для снижения его массы.

[112] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения масса вещества для снижения массы включает в себя сульфатный, персульфатный, бисульфатный, карбонатный или бикарбонатный составы.

[113] Например, вещество для снижения массы может включать в себя персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈), бикарбонат натрия (NaHCO₃), сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄) или бисульфат натрия.

[114] Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения вещество для снижения массы может включать в себя анионное поверхностно-активное вещество, такое как алкилсульфат, алкилэфирсульфат, алкилсульфонат, алкилэфирсульфонат, алкилфосфат, алкилэфирфосфат, алкилкарбонат и алкилэфиркарбонат.

[115] Например, вещество для снижения массы может включать в себя анионное поверхностно-активное вещество, такое как лаурилсульфонат, изотридецилсульфонат, лаурилсульфат, изотридецилсульфат или стеарилсульфат, но не ограничивается ими.

[116] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона может включать в себя 0,01-1 весовую часть вещества для снижения массы, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям. Предпочтительно, чтобы объем отвердителя составлял 0,01-0,1 весовой части. Когда объем вещества для снижения массы находится в вышеприведенном диапазоне, масса гипсокартона, получаемого посредством композиции для его формирования, может быть снижена, и физические свойства гипсокартона не ухудшаются вследствие избыточного пенообразования. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона включает в себя воду. Воду подвергают реакции гидратации с полуводным гипсом для формирования твердого двуводного гипса.

[117] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона может включать в себя 60-150 весовых частей воды, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям. Предпочтительно, чтобы объем воды составлял 60-80 весовых частей.

[118] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона может дополнительно включать в себя замедлитель отверждения. Примеры замедлителя отверждения могут включать в себя оксикарбоксиловую кислоту, такую как глюконовая, лимонная или глюкогептоновая кислоты; или их неорганическую соль, такую как натрий, калий, кальций, магний или аммоний; сахара, такие как глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, ксилоза, арабиноза, рибоза, олигосахарид, или декстран, и борная кислота. Замедлитель отверждения может быть добавлен для контроля скорости отверждения при получении гипсокартона, но настоящее изобретение им не ограничивается.

[119] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения композиция для формирования гипсокартона может дополнительно включать в себя вещество для повышения прочности. К примерам вещества для повышения прочности могут относиться кварцевая пыль и летучая зола, и т.п. Вещество для повышения прочности может дополнять физические свойства гипсокартона.

[120] Относительно замедлителя отверждения и вещества для повышения прочности добавка для формирования гипсокартона может вводиться в объеме, равном 0,1-10 весовым частям, например, 0,5-5 весовых частей, исходя из объема гипса, равного 100 весовым частям.

[121] [Гипсокартон]

[122] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается гипсокартон, включающий в себя композицию для его формирования, в которую входят гипс, добавка для гипсокартона, отвердитель, вещество для снижения массы и вода, а также состав на основе SPS, представленный формулой 1, приведенной выше.

[123] Описание гипса, отвердителя, вещества для снижения массы, состава на основе SPS и добавки аналогично приведенному выше.

[124] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения гипсокартон может иметь вид наружного листа и гипсового сердечника.

[125] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения гипсокартон может включать в себя первый наружный лист, второй наружный лист, расположенный напротив первого, и гипсовый сердечник, расположенный между первым и вторым наружными листами.

[126] Каждый из наружных листов может быть представлен бумажным или волокнистым наружным листом, но не ограничивается ими, и листы, известные на существующем уровне техники, могут использоваться без ограничений.

[127] Следовательно, при получении гипсокартон согласно настоящему изобретению может обладать высокой текучестью и сокращенным временем схватывания, за счет чего повышается производительность. Кроме того, гипсокартон может включать в себя состав на основе SPS в добавке и, таким образом, в процессе получения может обеспечиваться контроль пористости пенной составляющей.

[128] Более того, он обладает превосходными текучестью, отверждаемостью, твердостью и т.п., а также безопасен для окружающей среды и человека в сравнении с ситуацией, когда используется исключительно стандартная добавка на основе PNS.

[129] Таким образом, гипсокартону согласно настоящему изобретению при необходимости можно придавать соответствующую форму, а также эффективно использовать его в качестве строительного материала.

[130] Далее будут приведены примеры настоящего изобретения без ограничения его объема.

[131] [Примеры]

[132] Пример получения: получение состава на основе SPS

[133] 1) Получение раствора ацетилсульфата

[134] Ангидрид уксусной кислоты был охлажден до 0°С под действием азота в инертном состоянии, к нему была добавлена серная кислота 95-97%, и полученная смесь была перемешана при комнатной температуре до получения чистого раствора.

[135] 2) Сульфонирование

[136] После растворения полистирола в органическом растворе в колбе в течение 30 минут выполнялась откачка азота до тех пор, пока колба не нагрелась до 40°С. После этого через воронку в нее был добавлен раствор ацетилсульфата с последующим перемешиванием при 40°С в течение 2 часов. Затем, по приобретении раствором прозрачного желтого цвета, в него добавляли 2-пропанол на 30 минут, и посредством охлаждения при комнатной температуре реакция была прекращена для получения полимер изо ванного состава на основе SPS. При необходимости выполнялась сепарация полученного состава посредством промывки дистиллированной водой.

[137] 3) Состав на основе SPS

[138] С помощью состава на основе SPS, полученного в примере получения 2), была приготовлена добавка.

[139] Пример опыта 1: ИК-измерение (для определения факта синтеза сульфоновой группы)

[140] Для определения факта синтеза сульфоновой группы в полистироле в составе на основе SPS, полученном в примере получения 2), проводился анализ с использованием ИКС с Фурье-преобразованием. Его результаты приведены на ФИГ. 1. Также в данном случае значение DS составляло 35%. Для сравнения значения ИКС с Фурье-преобразованием относительно полистирола, не подверженного реакции сульфонирования, приведены на ФИГ. 2.

[141] Кроме того, значение DS состава на основе SPS может быть получено из добавленного объема раствора ацетилсульфата. При необходимости значение DS может быть измерено с большей точностью посредством ядерной магнитно-резонансной (NMR) спектроскопии и времяпролетной масс-спектрометрии с лазерной ионизацией и десорбцией из жидкой матрицы (MALDI-ToF MS). Более подробные сведения об этом можно найти в следующей работе.

[142] Longhe Zhang, Bryan, С, «Sulfonation Distribution in Sulfonated Polystyrene Ionomers Measured by MALDI-ToF MS» (Чжан Лунхэ, К. Брайан. «Распределение при сульфонировании в иономерах полистиролсульфата, измеряемое посредством MALDI-ToF MS»), журнал ACS Macro Lett, 2013, 2, 217-221.

[143] Пример 1: получение композиции для формирования гипсокартона

[144] Исходя из 100 весовых частей полуводного гипса, используемого на действующем заводе по производству гипсокартона, были добавлены 70 весовых частей воды, 0,6 весовой части добавки, 0,2 весовой части отвердителя (сульфата калия) и 0,06 весовой части вещества для снижения массы (сульфата аммония) и перемешаны в течение 10 секунд малой мешалкой для получения композиции для формирования гипсокартона из примера 1.

[145] Относительно добавки полистирол сульфат (SPS, раствор) и состав на основе РСЕ были введены в массовом соотношении 50:50.

[146] Кроме того, SPS был основан на примере получения 1. В частности, средневесовая молекулярная масса полистирола, введенного для получения состава на основе SPS, составляла 10000.

[147] Примеры 2-6 и сравнительный пример 1

[148] Композиции для формирования гипсокартона из примеров 2-6 и сравнительного примера 1 были получены тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что средневесовая молекулярная масса или состав (DS) был введен иным способом как добавка, как приведено в таблице 1 далее. Как и добавка в сравнительном примере 1, была применена добавка на основе PNS, используемая производителем гипсокартона, и в этом случае ее средневесовая молекулярная масса составила 10000.

[149] Оценочный пример 1: оценка текучести и предполагаемого времени схватывания композиции для формирования гипсокартона

[150] Текучесть и предполагаемое время схватывания композиций для формирования гипсокартона, полученных в примерах 1-6 и сравнительном примере 1, были измерены согласно следующему способу. Результаты значений текучести приведены в таблицах 1 и 3, а результаты предполагаемого времени схватывания - в таблицах 2 и 4.

[151] <Оценка текучести>

[152] После заливки композиции для формирования гипсокартона в круглую форму диаметром 70 мм и высотой 40 мм через 10 секунд после извлечения из формы был произведен замер разброса по диаметру. В это время в трех местах с интервалом 60 градусов был измерен круговой разброс жидкого раствора, а также были введены максимальное и минимальное значения по результатам измерений, которые были поделены на 2 для получения значения текучести.

[155] <Испытание на время схватывания>

[156] Сначала композиция для формирования гипсокартона была залита в резиновую форму размером 50×50×50 мм, а также с помощью склероскопа Шора (тип D) была измерена твердость. Как время схватывания (предполагаемое время схватывания) было установлено время, когда измеренное значение достигло показателя 85.

[159] Оценочный пример 2: Оценка пористости пенной составляющей гипсокартона

[160] С помощью композиций для формирования гипсокартона, полученных в примерах 1-6 и сравнительном примере 1, были изготовлены гипсокартонные листы, а также посредством проверки поперечного сечения с помощью микроскопа (х500) была измерена средняя пористость пенной составляющей гипсокартона. Результаты приведены в таблице 3.

[162] Что касается ФИГ. 1, в случае с составом на основе SPS по настоящему изобретению его значение DS может быть обеспечено в диапазоне 15-99%.

[163] Относительно таблицы 1 для подтверждения текучести можно утверждать, что текучесть улучшается по мере уменьшения значения DS полистиролсульфата, а также что текучесть обладает превосходными показателями при сопоставлении со сравнительным примером, когда DS примеров находится в диапазоне 15-60%. В частности, было подтверждено, что наилучшая текучесть обеспечивается при значении DS от приблизительно 15 до приблизительно 35%, а при снижении значения DS до 15% или менее не происходила дисперсия SPS в воде, и, таким образом, снижение значения DS до 15% или менее представляло сложность.

[164] Относительно таблицы 2 для подтверждения времени схватывания можно утверждать, что время схватывания сокращалось по мере уменьшения значения DS полистиролсульфата, а в случае с примером можно утверждать, что при сопоставлении со сравнительным примером время схватывания в целом сокращалось.

[165] Относительно таблицы 3 для определения пористости пенной составляющей масса гипсокартона, полученного с помощью композиций из примеров 1-6, снизилась, поскольку была обеспечена достаточная пористость пенной составляющей. Также было подтверждено, что пористость пенной составляющей можно было контролировать по молекулярной массе полистирола. Таким образом, можно утверждать, что добавка на основе SPS подлежит предложению в качестве добавки для решения существующей проблемы малой пористости пенной составляющей, а также в сравнении со стандартной добавкой на основе PNS может быть обеспечена более высокая степень снижения массы.

[166] Следовательно, при получении гипсокартона по настоящему изобретению обеспечивается превосходная производительность, и добавка на основе SPS может широко применяться как добавка для обеспечения более высокой эффективности, чем обеспечиваемая добавкой на основе PNS, а также добавка на основе SPS может заменять таковую на основе PNS.

[167] Как приведено выше, несмотря на то, что описание настоящего изобретения приведено со ссылкой на ограниченные варианты осуществления и чертежи, настоящее изобретение не ограничивается ими, и на основании этого описания специалистами в этой области техники в него могут быть внесены различные модификации и изменения. Таким образом, объем настоящего изобретения следует определять исключительно по прилагаемой формуле изобретения, и все его эквиваленты или эквивалентные модификации будут укладываться в объем и сущность настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к способу получения добавки для гипсокартона, добавке, приготовленной по этому способу, и композиции для формирования гипсокартона, включающего ее. Способ получения добавки для гипсокартона включает получение состава на основе полистиролсульфата (SPS), представленного приведенной химической формулой, посредством реакции сульфонирования с полистиролом и серной кислотой. Композиция для формирования гипсокартона, содержащего наружный лист и гипсовый сердечник, включает гипс, отвердитель, вещество для снижения массы и воду в составе указанной добавки для гипсокартона. Техническим результатом является улучшение пористости пенной составляющей гипсокартона, текучести добавки и времени схватывания. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

1. Способ получения добавки для гипсокартона, включающий получение состава на основе полистиролсульфата (SPS), представленного формулой 1, посредством реакции сульфонирования с полистиролом и серной кислотой,

отличающийся тем, что в формуле 1:

R₁ и R₂ подбираются из числа водорода, дейтерия, -F, -Cl, -Br, -I, гидроксильной группы, азотной группы, алкильной группы С₁-С₂₀, алкенильной группы С₂-С₂₀, алкинильной группы С₂-С₂₀, алкоксильной группы С₁-С₂₀, циклоалкильной группы С₃-С₁₀, арильной группы С₆-С₂₀, гетероарильной группы С₁-С₂₀, одновалентной неароматической конденсированной полициклической группы и одновалентной неароматической конденсированной гетерополициклической группы,

a₁ - целое число, подбираемое из чисел 1-5,

а₂ - целое число, подбираемое из чисел 1-4,

М⁺ представляет собой Н⁺, Li⁺, Na⁺, К⁺ или NH₄⁺,

х - целое число, подбираемое из чисел 5-50 000, и

у - целое число, подбираемое из чисел 1-50 000.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что степень сульфонирования (DS) состава на основе SPS колеблется в диапазоне 15-99%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфонирование осуществляют способом полимеризации, включающим в себя мономер стиролсульфокислоты.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфонирование осуществляют способом сульфонирования в полистироле.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфонирующее вещество, участвующее в реакции сульфонирования, дополнительно включает как минимум одно вещество, подбираемое из числа ангидрида уксусной кислоты, серной кислоты, дымящей серной кислоты и триоксида серы.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средневесовая молекулярная масса полистирола колеблется в диапазоне 10 000-800 000.

7. Добавка для гипсокартона, получаемая способом по любому из пп. 1-6.

8. Добавка по п. 7, отличающаяся тем, что она вводится в объеме 1-60 весовых частей исходя из объема воды, равного 100 весовым частям.

9. Композиция для формирования гипсокартона по п. 7, включающая гипс, отвердитель, вещество для снижения массы и воду в составе добавки для гипсокартона.

10. Композиция по п. 9, отличающаяся тем, что добавка дополнительно включает состав на основе поликарбоксилового эфира (РСЕ).

11. Композиция по п. 9, отличающаяся тем, что массовое соотношение составов на основе SPS и РСЕ составляет от 10:90 до 90:10.

12. Гипсокартон, включающий наружный лист и гипсовый сердечник, в котором используется композиция для его формирования по любому из пп. 9-11.