Модифікований природний гіпс як наповнювач гіпсокартону

1. Гіпсова гідросуміш, яка містить: напівгідрат сульфату кальцію; воду; та двоводний сульфат кальцію, вкритий гідрофільним, дисперсним покриттям, причому вищезгадане покриття є менш розчинним, ніж напівгідрат сульфату кальцію, вищезгадане покриття є принаймні одним покриттям з групи, до якої належать карбонати, гідроксиди, фосфати та фосфонати. 2. Гідросуміш за п. 1, яка відрізняється тим, що температура вищезгаданої води є більшою, ніж 100 °F. 3. Гідросуміш за п. 1, яка відрізняється тим, що вищезгадане покриття є принаймні одним покриттям з групи, яка складається з фосфатного, фосфонатного, гідроксидного та карбонатного покриття. 4. Гідросуміш за п. 1, яка відрізняється тим, що вищезгаданий двоводний сульфат кальцію було оброблено принаймні однією сполукою з групи, яка складається з кальцинованої соди та гідратного вапна. 5. Гідросуміш за п. 1, яка відрізняється тим, що вищезгадане покриття наносять у кількості до 0,2 % на основі загальної сухої маси сульфату кальцію. 6. Гідросуміш за п. 1, яка відрізняється тим, що вищезгаданий вкритий двоводний сульфат каль 2 (19) 1 3 93055 4 комбінування вкритого двоводного сульфату кальцію з напівгідратом сульфату кальцію, полікарбоксилатним диспергатором та водою для утворення гідросуміші; нанесення гідросуміші на поверхню матеріалу; формування плити; та залишення гідросуміші для тужавіння. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що вищезгаданий матеріал покриття включає вибір принаймні однієї сполуки з групи, яка складається з карбонатів, гідроксидів, фосфатів та фосфонатів для включення в матеріал покриття. 17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що додатково включає нанесення матеріалу покриття у кількості до 0,2 % на основі комбінованої сухої маси напівгідрату сульфату кальцію та двоводного сульфату кальцію. 18. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що додатково включає вибір кількості двоводного сульфату кальцію від приблизно 3 % до приблизно 10 % комбінованої маси двоводного сульфату кальцію та напівгідрату сульфату кальцію. Ця заявка є частковим продовженням заявки США під реєстраційним номером 11/217,039, поданої 31 серпня 2005 p., яка має назву "Modified Landplaster as a Wallboard Filler" і є включеною авторами шляхом посилання. Ця заявка стосується заявки США під реєстраційним номером 11/152,317 під назвою "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them", заявки США під реєстраційним номером 11/152,418 під назвою "Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit System and Process for Making Them" та заявки США під реєстраційним номером 11/152,661 під назвою "Fast Drying Gypsum Products", поданих 14 червня 2005 p., які паралельно перебувають у стадії розгляду і є включеними авторами шляхом посилання. Ця заявка також стосується заявки США під реєстраційним номером 11/450,068 під назвою "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them" та заявки США під реєстраційним номером 11/449,924 під назвою "Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit System and Process for Making Them", поданих 9 червня 2006 p., які паралельно перебувають у стадії розгляду і є включеними авторами шляхом посилання. Галузь винаходу Даний винахід стосується композиції, в якій застосовують вкритий природний гіпс як наповнювач у гіпсових гідросумішах. Тобто, природний гіпс вкривають покриттям, яке є менш розчинним, ніж штукатурка, для зниження або затримки його здатності до каталізації реакцій кристалізації. Рівень техніки Будівельні матеріали на основі гіпсу мають широке застосування у будівництві. Гіпсокартон, виготовлений з гіпсу, є вогнетривким і може застосовуватися при зведенні стін майже будь-якої форми. Його застосовують здебільшого як матеріал для внутрішніх стін або стель. Гіпс має звукопоглинальні властивості. Він відносно легко наноситься або знімається, коли стає пошкодженим. Існують різні види декоративного оздоблення, яке може наноситись на гіпсокартон, включаючи фарбу та шпалери. Навіть за всіх цих переваг він є відносно недорогим будівельним матеріалом. Гіпс також є відомим як двоводний сульфат кальцію, каолін або природний гіпс. Алебастр також є відомим як зневоднений гіпс, штукатурка, напівводний сульфат кальцію або напівгідрат сульфату кальцію. Також може застосовуватися син тетичний гіпс, який, наприклад, є побічним продуктом процесу десульфуризації димового газу з енергетичних установок. У копальнях сирий гіпс зазвичай видобувають у формі дигідрату. У цій формі з кожною молекулою сульфату кальцію зв'язуються дві молекули води. Для утворення напівгідратної форми гіпс кальцинують для відгону певної кількості гідратаційної води згідно з таким рівнянням: CaSO42H2OCaSO41/2H2O+3/2H2O Багато корисних гіпсових продуктів виготовляють шляхом змішування штукатурки з водою та залишення її для застигання через забезпечення реакції напівгідрату сульфату кальцію з водою для перетворення напівгідрату на матрицю взаємопов'язаних кристалів двоводного сульфату кальцію. При утворенні матриці гідросуміш продукту стає твердою й утримує потрібну форму. Надлишкова вода після цього повинна бути видалена з продукту шляхом висушування. Значна кількість енергії витрачається у процесі виготовлення гіпсових виробів. Природний гіпс кальцинують для виготовлення штукатурки шляхом його нагрівання для відгону гідратаційної води. Потім вода замінюється, коли гіпс тужавіє через гідратацію напівгідрату до дигідратної форми. Надлишкову воду, яку застосовують для розрідження гідросуміші, потім відводять із затужавілого виробу шляхом його висушування у спеціальній печі. Таким чином, зниження кількості води, необхідної для розрідження гідросуміші, забезпечує заощадження коштів, коли зменшується потреба у паливі. Додаткова економія палива забезпечується, коли зменшується кількість матеріалу, який потребує кальцинування. Робилися спроби зменшення кількості води, яку застосовують для одержання рідкої гідросуміші з застосуванням диспергаторів. Полікарбоксилатні суперпластифікатори є дуже ефективними для зниження водовмісту, і якщо зниження водовмісту забезпечує збільшену густину, досягається збільшення міцності. Ці матеріали є відносно дорогими. При застосуванні у великій кількості полікарбоксилатні диспергатори є одними з найдорожчих окремих додатків при виготовленні гіпсових продуктів. Висока ціна цього компонента зводить нанівець низькі прибутки, які дають ці продукти на висококонкурентному ринку. Інший недолік, пов'язаний з полікарбоксилатними диспергаторами, є затримка реакції тужавін 5 ня. Гіпсова плита виготовляється на високошвидкісних поточних лініях, на яких гідросуміш змішують, розливають, формують і висушують протягом кількох хвилин. Плита повинна бути здатною тримати форму для можливості переміщення з однієї конвеєрної лінії до іншої для поміщення плити у піч. Може відбутися пошкодження, якщо плити не досягли хоча б вологої міцності до часу їх нарізання на потрібну довжину та обробки під час процесу виробництва. Якщо технологічна лінія має бути уповільнена через недостатнє тужавіння плити для переміщення до наступного етапу процесу, виробничі витрати зростають, в результаті чого продукт стає неконкурентоспроможним. Було розроблено модифікатори, які збільшують ефективність диспергатору при розрідженні гідросуміші, що дозволяє замінити модифікатором частину дорогого диспергатора, водночас знижуючи потребу у воді. Однак було виявлено, що модифікатор діє нестабільно, залежно від того, як і коли його додають до гідросуміші. Таким чином, існує потреба у носії для доставлення для перенесення модифікатора до гідросуміші у спосіб, який сприяє його стабільності, таким чином, щоб знизити кількість диспергатора. Застосування наповнювачів, які легко розріджуються у воді, розглядається як ще один спосіб зменшення потреби у паливі. Однак однією з важливих властивостей гіпсових продуктів, зокрема, гіпсових панелей або гіпсокартону, є вогнетривкість. Двоводний сульфат кальцію містить приблизно 20 мас. % води. Заміна частини зневодненого гіпсу на наповнювачі, які є менш вогнетривкими, знижує якість готового продукту. Багато наповнювачів також знижують міцність гіпсокартону на стискання та міцність на висмикування цвяха. Природний гіпс застосовують як наповнювач у гіпсових продуктах. Він також є вогнетривким, недорогим, легко доступним і зменшує кількість необхідного зневодненого гіпсу, але також має недоліки. Двоводний сульфат кальцію, який застосовують у значній кількості як наповнювач, також діє як прискорювач тужавіння для напівгідрату через забезпечення затравочних кристалів, які швидше започатковують процес кристалізації. Це призводить до передчасного загусання гідросуміші. Таким чином, у галузі існує потреба у наповнювачі для застосування у гіпсових виробах, зокрема, гіпсокартоні, який знижує витрати палива через заміну зневодненого гіпсу, через зниження кількості води, виведеної з затужавілого продукту, або через обидва ці чинники. Наповнювач повинен мати вогнетривкість, яка приблизно дорівнює показникові затужавілого гіпсу, і має бути недорогим, легко доступним і не повинен знижувати міцність готового продукту. Існуючий рівень техніки не дозволяє належним чином розв'язати проблему поліпшення ефективності даного полікарбоксилатного диспергатора. Поліпшення ефективності диспергатора має знизити вартість диспергатора і дозволяє підтримувати вартість гіпсових виробів у розумних межах. Таким чином, у галузі існує потреба у зниженні кількості диспергаторів, які застосовують у гіпсовій 93055 6 гідросуміші при збереженні текучості гідросуміші. Зниження застосування диспергатора в результаті має забезпечити заощадження коштів на диспергатор і знизити негативні побічні ефекти, такі, як затримка тужавіння. Короткий опис винаходу Ці та інші вимоги задовольняються або перевершуються завдяки застосуванню даного винаходу, в якому застосовують поліпшений, вкритий природний гіпс як наповнювач у гіпсових продуктах. Вкритий природний гіпс також необов'язково служить як носій для доставлення модифікатора, який поліпшує характеристики полікарбоксилатних диспергаторів. Один варіант втілення цього винаходу стосується гіпсової гідросуміші, яка включає напівгідрат сульфату кальцію, воду та двоводний сульфат кальцію, вкритий гідрофільним, дисперсним покриттям. Покриття є менш розчинним, ніж двоводний сульфат кальцію, для затримки контакту природного гіпсу з рештою гідросуміші, запобігання передчасній кристалізації та пов'язаному з нею передчасному тужавінню. Інший варіант втілення цього винаходу стосується гіпсової гідросуміші, яка включає напівгідрат сульфату кальцію, полікарбоксилатний диспергатор, воду та вкритий двоводний сульфат кальцію. У цьому разі гідрофільне дисперговане покриття вибирають як модифікатор для підвищення здатності диспергатора до розрідження гіпсової гідросуміші. Спосіб одержання гідросуміші включає вибір покриття, яке є менш розчинним за напівгідрат сульфату кальцію. Двоводний сульфат кальцію вкривають гідрофільним, диспергованим покриттям, а потім комбінують з водою та напівгідратом сульфату кальцію. Заміна частини зневодненого гіпсу на вкритий природний гіпс в результаті знижує потребу у зневодненому гіпсі, що забезпечує заощадження завдяки зниженню споживання палива та енергії у процесі кальцинування. Заводи, які обмежуються лише виробництвом штукатурки, також досягають збільшення продуктивності, оскільки може бути вироблено більше гіпсокартону з незмінною кількістю штукатурки. Вкривання природного гіпсу зменшує його здатність діяти як прискорювач тужавіння. При вкриванні кристалу природного гіпсу молекули напівгідрату не мають доступу до затравочних кристалів, доки покриття залишається на місці. Коли покриття розчиняється у воді гідросуміші, природний гіпс відкривається й починає каталізувати реакції гідратації. Однак видалення покриття займає певний час і затримує початок реакцій тужавіння, і, таким чином, передчасне загусання гідросуміші зводиться до мінімуму або уникається. Інша можливість полягає в тому, що покриття є нерозчинним і лише робить природний гіпс інертним. Здатність до контролювання часу, коли природний гіпс стає доступним для започаткування реакцій тужавіння, дозволяє зменшувати застосування прискорювача тужавіння, що в результаті забезпечує заощадження коштів. 7 Якщо покриття є високодисперсним, природний гіпс може диспергуватися в гідросуміші легше, ніж зневоднений гіпс, який він замінює, дозволяючи додатково знижувати потребу у воді для розрідження гідросуміші. Менша кількість палива вимагається для печі, в якій треба видалити меншу кількість води з продукту. Замість заощадження енергії, на заводах, де існують обмеження, пов'язані з печами, може бути досягнута додаткова продуктивність через прискорення технологічних ліній та продаж додаткової продукції. Якщо йдеться про підвищення продуктивності, воно досягається без суттєвого збільшення капіталовкладень. Цей капітал може бути використаний для інших проектів, або можна заощадити відсотки, які доводилося б сплачувати. Оскільки велика кількість заводів обмежується виробництвом штукатурки або висушуванням у печах, таке покриття може мати широке застосування. Деякі варіанти втілення дозволяють повністю уникати втрати міцності. Природний гіпс в результаті забезпечує вищу міцність, ніж багато інших наповнювачів. Принаймні одне з придатних покрить в результаті забезпечує продукт, у якому зовсім немає втрати міцності. Це дозволяє отримати особливо якісний продукт, який має багато властивостей гіпсу, який складається з 100% зневодненого гіпсу. При застосуванні у композиціях з полікарбоксилатними диспергаторами вкритий природний гіпс також може застосовуватись як носій для доставлення модифікатора для посилення диспергатора. Відомими є багато модифікаторів, які є прийнятними для нанесення на частинки природного гіпсу. Детальний опис винаходу Гіпсову гідросуміш згідно з цим винаходом виготовляють, застосовуючи воду, зневоднений гіпс та вкритий природний гіпс. Хоча переваги цього винаходу є найбільш виразними при застосуванні гідросуміші, яка включає полікарбоксилат, він може застосовуватись у будь-якому варіанті, коли бажаним є використання природного гіпсу як наповнювача, але треба уникнути передчасного загусання. У цій гідросуміші може застосовуватися будьякий зневоднений гіпс або штукатурка. Застосовують альфа- або бета-кальциновану штукатурку. Можуть застосовуватися штукатурки з різних джерел, включаючи синтетичний гіпс. Як обговорюється нижче, штукатуркам із середнім або низьким вмістом солей віддають перевагу у варіантах втілення, коли застосовують полікарбоксилатні диспергатори через можливу взаємодію. Природний гіпс застосовують як наповнювач для заміни частини штукатурки. Оскільки природний гіпс уже перебуває у формі дигідрату, він не потребує гідратаційної води і, таким чином, має меншу потребу у воді, ніж штукатурка. Однак природний гіпс не бере участі у реакціях утворення кристалів і, таким чином, не зв'язується з кристалічною матрицею такою самою мірою, що й напівгідрат. Певна втрата міцності відбувається, зокрема, у випадках, коли кількість природного гіпсу перевищує 10% від загальної кількості гіпсових 93055 8 матеріалів. Може бути застосована будь-яка кількість природного гіпсу, але в оптимальному варіанті кількість природного гіпсу становить приблизно 3-10% від загальної кількості сульфатів кальцію на суху масу. Вжитий у цій заявці термін "сульфати кальцію" включає сульфат кальцію в усіх його формах, включаючи будь-які ангідратні, напівгідратні та дигідратні форми. Природний гіпс вкривають придатним покриттям, яке запобігає передчасному початкові загусання гіпсової гідросуміші. В оптимальному варіанті покриття є менш розчинним, ніж штукатурка, забезпечуючи час для змішування та включення інших домішок до контакту з природним гіпсом. Покриття може наноситися на природний гіпс у будь-який прийнятний спосіб вкривання. В оптимальному варіанті природний гіпс додають до розчину для покриття. Відразу після вкривання природний гіпс необов'язково висушують для подальшого застосування. Однак, згідно з оптимальним способом вкривання, покриття осаджують на природний гіпс, тоді, як природний гіпс залишається суспендованим з розчином для покриття. Заощаджується енергія, яка вимагається для висушування природного гіпсу. Вкриваючу гідросуміш з вкритим природним гіпсом потім включають до гідросуміші штукатурки перед формуванням продукту. Вкритий природний гіпс, воду, надлишкове покриття та/або побічні продукти додають до гідросуміші штукатурки перед остаточним змішуванням. Багато покрить можуть застосовуватися згідно з даним винаходом. Оптимальними серед них є DEQUEST, зокрема, DEQUEST 2006, фосфонатні диспергатори (Solutia, St. Louis, MO) або карбонат кальцію. Також можуть застосовуватись інші покриття, виготовлені з трифосфату натрію або тетрапірофосфату натрію. Може бути застосований будь-який матеріал, який може бути нанесений на частинки природного гіпсу, який є менш розчинним, ніж природний гіпс, і зменшує кількість активних місць зародкотворення. Особливо корисним покриттям є карбонат кальцію. Покриття в оптимальному варіанті утворюють шляхом осадження карбонату кальцію з розчину на двоводний сульфат кальцію або природний гіпс. Один варіант втілення покриття одержують шляхом комбінування гідратного вапна, такого, як гідроксид кальцію та магнію, та кальцинованої соди або карбонату натрію. Потім додають двоводний сульфат кальцію. Відбувається реакція заміщення, яка з'єднує карбонат кальцію для утворення твердої речовини. Додавання вапна також змушує карбонат кальцію специфічно осідати на природний гіпс, а не на внутрішні стінки мішалки або іншого обладнання. Після приготування вкритого природного гіпсу до гідросуміші додають штукатурку та будь-які інші домішки. Коли 10 мас. % від загального матеріалу сульфату кальцію перебувають у формі природного гіпсу, вкритого карбонатом кальцію, і 90 мас. % матеріалу сульфату кальцію перебувають у формі напівгідрату, досягається майже 10% зниження водовмісту порівняно з 100% напівгідратом. 9 В оптимальному варіанті вода є теплою, коли до неї додають вапно та кальциновану соду. Застосування теплої води підвищує ефективність процесу вкривання. Температура води до 120°F є особливо прийнятною для розчинення солей, і можливим є застосування вищих температур. У деяких варіантах втілення зниження кількості води, яку застосовують для виготовлення гідросуміші, досягають шляхом додавання диспергатора, такого, як полікарбоксилат або нафталінсульфонат. Диспергатор приєднується до сульфату кальцію, потім заряджені групи на основному ланцюгу та бокових ланцюгах на відгалуженнях полімеру відштовхуються одна від одної, викликаючи поширення та легке розтікання гіпсових частинок. Коли гідросуміш тече легше, кількість води може бути зменшена, і при цьому може досягатися така сама текучість. Зазвичай зменшення води в результаті дозволяє заощадити кошти на висушування. Будь-який полікарбоксилатний диспергатор, який застосовують для поліпшення текучості у гіпсі, є оптимальним для гідросуміші згідно з цим винаходом. Багато полікарбоксилатних диспергаторів, зокрема, полікарбонові етери, є оптимальними типами диспергаторів. Одним з оптимальних класів диспергаторів, які застосовують у гідросуміші, включає дві структурні одиниці. Він також описується у паралельно перебуваючій у стадії розгляду заявці США з реєстраційним номером 11/152,418 під назвою "Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit System and Process for Making Them", включеній раніше шляхом посилання. Ці диспергатори є продуктами Degussa Construction Polymers, GmbH (Trostberg Germany), постачаються корпорацією Degussa Corp. (Kermesaw, GA) (далі - "Degussa") і далі вказуються як "диспергатори типу РСЕ211". Перша структурна одиниця є олефіновою ненасиченою монокарбоновою кислотою, її естером або сіллю, або олефіновою ненасиченою сірчаною кислотою або її сіллю. До оптимальних перших структурних одиниць належать акрилова кислота або метакрилова кислота. Моно- або двовалентні солі є прийнятними замість водню кислотної групи. Водень також може бути замінений на вуглеводневу групу для утворення естеру. Друга структурна одиниця відповідає Формулі І, і R1 походить від ненасиченого (полі)алкіленгліколевої етерної групи згідно з Формулою II. Згідно з Формулою І, алкенільна структурна одиниця необов'язково включає С1–С3 алкільну групу між полімерним основним ланцюгом та етерним зв'язком. Значення р є цілим числом від 0 до 3 включно. В оптимальному варіанті р є 0 або 1. R2 93055 10 є атомом водню або аліфатичною С1-C5 вуглеводневою групою, яка може бути лінійною, розгалуженою, насиченою або ненасиченою. Прикладами оптимальних структурних одиниць є акрилова кислота та метакрилова кислота. Поліетерна група Формули II містить кілька С2С4 алкільних груп, включаючи принаймні дві різні алкільні групи, зв'язані атомами кисню. М та n незалежно є цілими числами від 2 до 4 включно. В оптимальному варіанті принаймні один з m та n є 2. X та у незалежно є цілими числами від 55 до 350 включно. Значення z становить від 0 до 200 включно. R3 є незаміщеною або заміщеною арильною групою, в оптимальному варіанті - фенілом. R4 є воднем або аліфатичною С1-С20 вуглеводневою групою, циклоаліфатичною С5-C8 вуглеводневою групою, заміщеною С6-С14 арильною групою або групою, яка відповідає принаймні одній з Формул III(а), ІІІ(b) та ІІІ(с). У вищевказаних формулах R5 та R7, незалежно один від одного, представляють алкільну, арильну, аралкільну або алкіларильну групу. R6 є двовалентною алкільною, арильною, аралкільною або алкіларильною групою. Особливо корисний диспергатор серед диспергаторів типу РСЕ211 позначається як РСЕ211 (далі - "211"). До інших полімерів цієї групи, які можуть бути застосовані для гіпсокартону, належить РСЕ111. Диспергатори типу РСЕ211 повніше описуються у заявці США під реєстраційним номером 11/152,678, поданій 14 червня 2005 p., яка є частковим продовженням заявки США під реєстраційним номером 11/152,678, поданої у червні 2006 р. компанією Degussa Construction Polymers, обидві - під назвою "Polyether-Containing Copolymer", які є включеними авторами шляхом посилання. Молекулярна маса диспергатора типу РСЕ211 в оптимальному варіанті становить від приблизно 20 000 до приблизно 60 000 Дальтон. Несподівано було виявлено, що диспергатори більшої молекулярної маси викликають меншу затримку часу тужавіння, ніж диспергатори, які мають молекулярну масу, більшу за 60 000 Дальтон. Як правило, більша довжина бокового ланцюга, яка в результаті збільшує загальну молекулярну масу, забезпечує кращу дисперсність. Однак випробування з гіпсом вказують, що ефективність диспергатора знижується при молекулярних масах понад 50 000 Дальтон. Перша структурна одиниця в оптимальному варіанті складає від приблизно 30% до приблизно 99 молярних % від усіх структурниходиниць, у ще кращому варіанті -від приблизно 40 до приблизно 80%. Від приблизно 1 до приблизно 70 молярних % структурних одиниць складає друга структурна 11 одиниця, у ще кращому варіанті - від приблизно 10 до приблизно 60 молярних %. Інший клас полікарбоксилатних сполук, які можуть бути застосовані в цьому винаході, описано у Патенті США № 6,777,517, включеному авторами шляхом посилання, і далі вони вказуються як "диспергатор типу 2641". В оптимальному варіанті диспергатор включає принаймні три структурні одиниці, показані у Формулах IV(a), IV(b) та IV(c). У цьому разі є присутніми структурні одиниці акрилової та малеїнової кислоти, забезпечуючи вище співвідношення кислотних груп з групами вінілових етерів. R1 представляє атом водню або аліфатичний вуглеводневий радикал, який має від 1 до 20 атомів вуглецю. X представляє ОМ, де М є атомом водню, одновалентним катіоном металу, іоном амонію або органічним амінним радикалом. R2 може бути воднем, аліфатичним вуглеводневим радикалом, який має від 1 до 20 атомів вуглецю, циклоаліфатичним вуглеводневим радикалом, що має від 6 до 14 атомів вуглецю, який може бути заміщений. R3 є воднем або аліфатичним вуглеводневим радикалом, який має від 1 до 5 атомів вуглецю, які є необов'язково лінійними або розгалуженими, насиченими або ненасиченими. R4 є воднем або метильною групою, залежно від того, чи є структурні одиниці акриловими, чи метакриловими. Р може бути від 0 до 3. М є цілим числом від 2 до 4 включно, і n є цілим числом від 0 до 200 включно. Диспергатори типу РСЕ211 та 2641 виробляються компанією Degussa Construction Polymers, GmbH (Tröstberg, Germany) і реалізуються на ринку США корпорацією Degussa Corp. (Kennesaw, GA). Оптимальні диспергатори типу 2641 продаються корпорацією Degussa як диспергатори MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F та MELFLUX 2500L. Застосування диспергаторів типу 2641 (MELFLUX є зареєстрованою торговою маркою Degussa Construction Polymers, GmbH) в гіпсокартонних та гіпсових гідросумішах описується у заявці США під реєстраційним номером 11/152,661 під назвою "Fast Drying Wallboard", включеній раніше шляхом посилання. Ще одна група оптимальних диспергаторів реалізується Degussa і називається "диспергатори типу 1641". Цей диспергатор повніше описується у Патенті США № 5,798,425, включеному авторами шляхом посилання. Диспергатор типу 1641, якому віддають особливу перевагу, показано у Формулі VI, і він реалізується на ринку компанією Degussa як диспергатор MELFLUX 164IF. Цей диспергатор складається здебільшого з двох структурних одиниць, одна з яких є вініловим етером, а інша є вініловим естером. У Формулі V m та n є молярними 93055 12 співвідношеннями структурних одиниць, які можуть бути випадково розташовані уздовж полімерного ланцюга. Ці диспергатори є особливо придатними для застосування з гіпсом. Без прив'язування до будьякої теорії, вважається, що кислотні структурні одиниці зв'язуються з кристалами напівгідрату, а довгі поліетерні ланцюги другої структурної одиниці виконують диспергуючу функцію. Оскільки вони є менш уповільнюючими, ніж інші диспергатори, вони створюють менше перешкод для процесу виробництва гіпсових виробів, таких, як гіпсокартон. Диспергатор застосовують у будь-якій ефективній кількості. Великою мірою кількість вибраного диспергатора залежить від потрібної текучості гідросуміші. Зі зниженням кількості води вимагається більше диспергатора для підтримання незмінної текучості гідросуміші. Оскільки полікарбоксилатні диспергатори є відносно дорогими компонентами, в оптимальному варіанті застосовують невелику кількість, в оптимальному варіанті - меншу, ніж 2%, у ще кращому варіанті - меншу, ніж 1 мас. % на основі маси сухого сульфату кальцію. В оптимальному варіанті диспергатор застосовують у кількості від приблизно 0,05% до приблизно 0,5% на основі сухої маси матеріалу сульфату кальцію. У ще кращому варіанті диспергатор застосовують у кількості від приблизно 0,01% до приблизно 0,2% на основі сухої маси. При вимірюванні кількості рідкого диспергатора враховуються лише тверді полімери для розрахунку кількості диспергатора, і вода з диспергатора враховується для розрахунку співвідношення води/штукатурки. Багато полімерів можуть бути одержані з однаковими структурними одиницями з застосуванням їх різного розподілу. Співвідношення структурних одиниць, які містять кислоту та поліетер, є безпосередньо пов'язаним з густиною завантаження. В оптимальному варіанті густина завантаження співполімеру перебуває у межах від приблизно 300 до приблизно 3000 equiv. завант./г співполімеру. Було виявлено, що найбільш ефективний диспергатор, випробуваний для зниження водовмісту в цьому класі диспергаторів, MELFLUX 2651F, має найвищу густину завантаження. Однак також було виявлено, що збільшення густини завантаження в результаті додатково збільшує уповільнюючий ефект диспергатора. Диспергатори з низькою густиною завантаження, такі, як MELFLUX 2500L, уповільнюють час тужавіння менше, ніж диспергатор MELFLUX 2651F, який має високу густину завантаження. Оскільки уповільнення часу тужавіння збільшується зі збільшенням ефективності, яка досягається з диспергаторами високої густини завантаження, одержання гідросуміші з низьким водовмістом, доброю текучістю та 13 прийнятним часом тужавіння вимагає підтримання густини завантажуваного матеріалу в середніх межах. У ще кращому варіанті густина завантажуваного співполімеру передбачається у межах від приблизно 600 до приблизно 2000 equiv. завант./г співполімеру. Модифікатори необов'язково додають до гіпсової гідросуміші для посилення характеристик полікарбоксилатного диспергатора. Модифікатор може бути будь-якою речовиною, рідкою або твердою, яка при комбінуванні з полікарбоксилатним диспергатором у гіпсовій гідросуміші забезпечує поліпшення ефективності диспергатора. Передбачається, що модифікатори самі не є диспергаторами, але служать для забезпечення більшої ефективності диспергатора. Наприклад, при незмінних концентраціях диспергатора досягається краща текучість, коли застосовують модифікатор, ніж тоді, коли таку саму гідросуміш застосовують без модифікатора. Хоча точний хімічний склад при застосуванні модифікаторів є повністю не з'ясованим, принаймні два різні механізми відповідають за підвищення ефективності диспергатора. Наприклад, вапно реагує з полікарбоксилатом у водному розчині для розгортання молекули диспергатора. Натомість, кальцинована сода реагує на поверхні гіпсу, сприяючи ефектові диспергатора. Може бути застосований будь-який механізм дії модифікатора для поліпшення ефективності диспергатора з точки зору цього винаходу. Теоретично, якщо два механізми спрацьовують незалежно один від одного, можуть бути знайдені комбінації модифікаторів, які дозволяють використати повний ефект обох механізмів, в результаті чого досягається ще краща ефективність диспергатора. До оптимальних модифікаторів належать цемент, вапно, також відоме як негашене вапно або оксид кальцію, гашене вапно, також відоме як гідроксид кальцію, кальцинована сода, також відома як карбонат натрію, карбонат калію, також відомий як поташ, та інші карбонати, силікати, гідроксиди, фосфонати та фосфати. До оптимальних карбонатів належать карбонат натрію та калію. Оптимальним силікатом є силікат натрію. Якщо як модифікатор застосовують вапно або гашене вапно, його застосовують у концентрації від приблизно 0,15% до приблизно 1,0% на основі маси сухого матеріалу сульфату кальцію. У присутності води вапно швидко перетворюється на гідроксид кальцію або гашене вапно, і рН гідросуміші стає лужним. Різке підвищення рівня рН може викликати багато змін у хімічному складі гідросуміші. Деякі домішки, включаючи триметафосфат, руйнуються зі збільшенням рівня рН. Також можуть виникати проблеми з гідратацією, і якщо гідросуміш застосовують для виготовлення гіпсокартонних або гіпсових плит, виникають проблеми зі зв'язуванням паперу при високому рівні рН. Для робітників, які контактують з гідросумішшю, сильні лужні композиції можуть бути подразливими для шкіри, і такого контакту слід уникати. При рН понад приблизно 11,5 вапно перестає збільшувати текучість. Таким чином, у деяких варіантах застосування перевагу віддають підтриманню рН на рівні, 93055 14 нижчому за 9, для максимальної ефективності цього модифікатора. В інших варіантах застосування, наприклад, для підлоги, високий рівень рН має перевагу, оскільки зменшує утворення цвілі та плісняви. Гідроксиди лужних металів, зокрема, гідроксиди натрію та калію, є оптимальними для застосування у підлогах. До інших оптимальних модифікаторів належать карбонати, фосфонати, фосфати та силікати. В оптимальному варіанті модифікатори застосовують у кількості, меншій за 0,25% на основі маси сухого матеріалу сульфату кальцію. При вищих концентраціях збільшення кількості модифікатора викликає зниження ефективності диспергатора. Ці модифікатори в оптимальному варіанті застосовують у кількості від приблизно 0,05 до приблизно 0,2 мас. %. Багато з описаних вище модифікаторів вигідно застосовують як покриття природного гіпсу. У таких випадках вкритий природний гіпс виконує дві функції: зменшення передчасного загусання гідросуміші, а також функцію носія для доставлення модифікатора. Потреба у воді для гідросуміші зменшується через можливість застосування дигідратного наповнювача, а також доставлення модифікатора, який підвищує ефективність диспергатора. Утворена в результаті гідросуміш використовує воду дуже ефективно. Було виявлено, що густина завантаження диспергатора також впливає на здатність модифікатора до взаємодії з диспергатором. За наявності групи диспергаторів з такими самими структурними одиницями модифікатор викликає більше підвищення ефективності диспергатора, який має вищу густину завантаження. Важливо зазначити, що хоча загальна тенденція полягає в досягненні різкого підвищення ефективності при вищій густині завантаження порівняно з ефективністю диспергаторів, які мають інші структурні одиниці, ефективність диспергаторів може значною мірою відрізнятися при такій самій густині завантаження. Таким чином, у подібних випадках регулювання густини завантажуваного матеріалу не обов'язково дозволяє подолати погану текучість за допомогою конкретної групи диспергаторів. Також було помічено, що реакція полікарбоксилатних диспергаторів та модифікаторів відбувається по-різному, якщо їх застосовують у різних гіпсових середовищах. Без прив'язування до будьякої теорії, вважається, що домішки, присутні у гіпсі, сприяють ефективності як диспергатора, так і модифікатора. До домішок, присутніх у штукатурці, належать різні за географічним походженням солі. Багато солей є відомими як прискорювачі тужавіння або уповільнювачі тужавіння. Ці ж самі солі також можуть змінювати ефективність полікарбоксилатного диспергатора через вплив на ступінь текучості, який може бути досягнутий. Деякі оптимальні полікарбоксилати, включаючи диспергатори типу РСЕ211, є найкраще придатними для штукатурки з низьким вмістом солей. Інші диспергатори, такі, як диспергатори типу 2641, є придатними для застосування зі штукатурками з високим вмістом солей. 15 В результаті застосування, збільшуючи текучість диспергаторів та модифікаторів для різкого підвищення їх ефективності, кількість води, яку застосовують для розрідження гідросуміші, може бути знижена порівняно з гідросумішами, виготовленими без цих домішок. Слід розуміти, що такі чинники, як джерело штукатурки, технологія кальцинування, група диспергаторів, густина завантажуваного матеріалу та модифікатор, взаємодіють для утворення гідросуміші даної текучості. У лабораторних умовах існує можливість знизити водовміст до рівня, який є наближеним, дорівнює або навіть є нижчим за теоретично необхідний для повної гідратації напівгідрату сульфату кальцію. При застосуванні у промислових масштабах технологічні параметри не можуть дозволяти знизити водовміст до цього ступеня. При застосуванні у виробництві гіпсових плит застосовують багато домішок для поліпшення властивостей готового виробу. Застосовують традиційну кількість домішок. Кількість кількох домішок вказують як "lbs/MSF", що означає фунти домішки на одну тисячу квадратних футів плити. У деяких варіантах втілення винаходу застосовують спінювач для утворення порожнин у затужавілому гіпсовмісному виробі з метою забезпечення меншої маси. У цих варіантах втілення застосовують будь-які з традиційних спінювачів, які можуть бути застосовані для виготовлення спінених затужавілих гіпсових виробів. Багато таких спінювачів є загальновідомими і легко доступними через торгову мережу, наприклад, серія мил HYONIC від GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA. Піни та оптимальний спосіб виготовлення спінених гіпсових виробів описуються у Патенті США № 5,683,635, включеному авторами шляхом посилання. Диспергатори застосовують для поліпшення текучості гідросуміші та зниження кількості води, яку застосовують для одержання гідросуміші. Може бути застосований будь-який відомий диспергатор, включаючи полікарбоксилати, сульфоновані меламіни або нафталінсульфонат. Нафталінсульфонат є ще одним оптимальним диспергатором, який застосовують у кількості від приблизно 0 lb/MSF до 18 lb/MSF (78,5 г/м2), в оптимальному варіанті - від приблизно 4 lb/MSF (17,5 г/м2) до приблизно 12 lb/MSF (52,4 г/м2). Оптимальним нафталінсульфонатним диспергатором є диспергатор DAXAD (Dow Chemical, Midland, MI). Навіть у випадках, коли диспергатори застосовують для покриття, може бути бажаним застосування додаткового диспергатора для подальшого поліпшення текучості гідросуміші. Триметафосфатну сполуку у деяких варіантах втілення додають до гіпсової гідросуміші для збільшення міцності продукту та поліпшення стійкості затужавілого гіпсу до провисання. В оптимальному варіанті концентрація триметафосфатної сполуки становить від приблизно 0,07% до приблизно 2,0% на основі маси матеріалу сульфату кальцію. Гіпсові композиції, які включають триметафосфатні сполуки, описуються у Патентах США №№ 6,342,284 та 6,632,550, які включено авторами шляхом посилання. До типових триметафосфат 93055 16 них солей належать натрієві, калієві або літієві солі триметафосфату, на зразок тих, які виробляються компанією Astaris, LLC, St. Louis, MO. Слід дотримуватись обережності при застосуванні триметафосфату з вапном або іншими модифікаторами, які підвищують рН гідросуміші. При показнику рН, вищому за приблизно 9,5, триметафосфат втрачає свою здатність до зміцнення продукту, і гідросуміш дуже повільно тужавіє. До гідросуміші також додають інші домішки, які є типовими для конкретного варіанта застосування, для якого призначається гіпсова гідросуміш. Уповільнювачі тужавіння (до приблизно 2 lb./MSF (9,8 г/м2)) або прискорювачі висихання (до приблизно 35 lb./MSF (170 г/м2)) додають для зміни швидкості, з якою відбуваються реакції гідратації. "CSA" є прискорювачем тужавіння, який включає 95% двоводного сульфату кальцію, перемеленого разом з 5% цукру, і який нагрівають до 250°F (121 °С) для карамелізації цукру. CSA виробляється компанією USG Corporation, Southard, OK plant, згідно з Патентом США № 3,573,947, включеним авторами шляхом посилання. Сульфат калію є ще одним оптимальним прискорювачем. HRA є двоводним сульфатом кальцію, щойно перемеленим з цукром у співвідношенні приблизно від 5 до 25 фунтів (від 2,2 до 11,4 кг) цукру на 100 фунтів (4,5 кг) сульфату кальцію. Він додатково описується у Патенті США № 2,078,199, включеному авторами шляхом посилання. Обидва є оптимальними прискорювачами. Інший прискорювач, відомий як вологий гіпсовий прискорювач або WGA, також є оптимальним прискорювачем. Застосування та спосіб виготовлення вологого гіпсового прискорювача описуються у Патенті США № 6,409,825, включеному авторами шляхом посилання. Цей прискорювач включає принаймні одну домішку, вибрану з групи, яка складається з органічної фосфонової сполуки, фосфатовмісної сполуки або їх сумішей. Цей конкретний прискорювач має значну довговічність і зберігає з часом свою ефективність таким чином, щоб вологий гіпсовий прискорювач міг виготовлятися, зберігатися й навіть транспортуватися на довгі відстані до використання. Вологий гіпсовий прискорювач застосовують у кількості від приблизно 5 до приблизно 80 фунтів на тисячу квадратних футів (від 24,3 до 390 г/м2) виготовленої плити. Іншими можливими домішками до гіпсокартону є біоциди, які пригнічують розвиток цвілі, плісняви або грибків. Залежно від вибраного біоциду та передбаченого застосування гіпсокартону, біоцид може додаватися до покриття, гіпсового наповнювача або до обох цих компонентів. Прикладами біоцидів є борна кислота, солі піритіону та солі міді. Біоциди можуть додаватися до покриття або гіпсового наповнювача. У разі застосування біоциди використовують у покриттях у кількості, меншій, ніж 500 ррm. Піритіон є відомим під різними назвами, включаючи 2-меркаптопіридин-N-оксид; 2піридинітіол-1-оксид (Реєстр. № CAS 1121-31-9); 1гідроксипіридин-2-тіон та 1 гідрокси-2(1Н)піридинтіон (Реєстр. № CAS 1121-30-8). Натрієва похідна (C5H4NOSNa), відома як піритіон натрію (Реєстр. № CAS 3811-73-2), є одним варіантом 17 93055 втілення цієї солі, який є особливо придатним. Солі піритіону серійно виробляються компанією Arch Chemicals, Inc. of Norwalk, CT, наприклад, Sodium OMADINE aбo ZincOMADINE. Крім того, гіпсова композиція необов'язково може включати крохмаль, наприклад, попередньо желатинізований крохмаль або кислотномодифікований крохмаль. Крохмалі застосовують у кількості від приблизно 3 до приблизно 20 lbs/ MSF (від 14,6 до 97,6 г/м2) для поліпшення зв'язування паперу та зміцнення продукту. Включення попередньо желатинізованого крохмалю підвищує міцність затужавілого й висушеного гіпсу і мінімізує або усуває ризик відшаровування паперу за умов підвищеної вологості (наприклад, по відношенню до підвищеного співвідношення води та зневодненого гіпсу). Спеціалістові в даній галузі стануть зрозумілими способи попередньої желатинізації сирого крохмалю, такі, як, наприклад, варіння сирого крохмалю в воді при температурах принаймні приблизно 185°F (85°C) або інші способи. Прийнятними прикладами попередньо желатинізованого крохмалю, крім інших, є крохмаль PCF 1000, який серійно виробляється компанією Lauhoff Grain, і крохмалі AMERIKOR 818 та HQM PREGEL, які серійно виробляються компанією Archer Daniels Midland (Decatur, IL). У разі включення попередньо желатинізований крохмаль є присутнім у будь-якій прийнятній кількості. Наприклад, у разі включення попередньо желатинізований крохмаль може додаватися до суміші, яку застосовують для утворення затужавілої гіпсової композиції, таким чином, щоб він був присутнім у кількості від приблизно 0,5% до приблизно 10% від маси затужавілої гіпсової композиції. Крохмалі, такі, як USG95 (United States Gypsum Company, 18 Chicago, IL), також необов'язково додають для міцності наповнювача. У разі необхідності застосовують інші відомі домішки для зміни конкретних властивостей продукту. Цукри, такі, як декстроза, застосовують для поліпшення зв'язування паперу на кінцях плити. Воскові емульсії або силоксани застосовують для водостійкості. Якщо вимагається жорсткість, зазвичай додають борну кислоту. Вогнетривкість поліпшують шляхом додавання вермікуліту. Ці та інші відомі домішки можуть бути застосовані у представленій гідросуміші та композиціях для гіпсокартону. Скловолокна необов'язково додають до гідросуміші у кількості до 11 lb./MSF (54 г/м2). Також до гідросуміші додають до 15 lb./MSF (73,2 г/м2) паперових волокон. Воскові емульсії додають до гіпсової гідросуміші у кількості до 90 lb./MSF (0,439 кг/м2) для поліпшення водостійкості готової гіпсової плити. Приклад 1 Багато покрить додавали до природного гіпсу і випробували в лабораторних умовах на їхню здатність до поліпшення текучості зразків. Компоненти та їх кількість, яку застосовують у кожному зразку, є показаними в Таблиці І. Сорок грамів природного гіпсу та воду, як показано, додавали у мішалку Hobart Model N-50 з наступним додаванням домішки. Мішалку встановлювали на низькі оберти (установка 1) протягом п'яти хвилин. Кількість диспергатора була достатньою для забезпечення 0,6 грама твердих речовин. Диспергатор зважували у невелику пластмасову ванночку і додавали до суміші вручну. Після цього у мішалку додавали триста шістдесят грамів штукатурки і залишали для просочування на 15 секунд. Гідросуміш змішували на середній швидкості (установка 2) протягом 15 секунд. Таблиця І Диспергатор 211 211 211 211 Daxad Daxad Daxad Daxad Вода, грами 200 200 200 200 240 240 240 240 Домішка Контроль DEQUEST Кальц. сода Вапно Контроль DEQUEST Кальц. сода Вапно Amt., грами 0,0 0,80 0,80 0,80 0,0 0,80 0,80 0,80 Для випробування частину гідросуміші переносили у циліндр Slump Cylinder діаметром 2 дюйми (5 см) і чотири дюйми (10 см) заввишки та чашку 7 унцій (207 см3). Вміст циліндра вирівнювали врівень з верхнім зрізом циліндра. Якщо здійснюють задані вимірювання міцності на стискання та підвищення температури, виливають додаткову гідросуміш у латунні дводюймові кубічні форми та ізольовану чашку. Через шістдесят секунд від початку просочування штукатурки циліндр піднімали за допомогою пневматичного механізму. Діаметр утвореної в результаті "пасочки" вимірювали принаймні у двох напрямках як середній показник двох зчитувань. "Час тужавіння" вимірюють як час, Розмір зразка, см 22,8 28,0 26,5 26,5 18,8 26,0 12,2 17,5 Час тужавіння 2:55 22:00 2:35 3:15 2:55 12:00 30:00 7:50 10:20 9:00 23:00 7:00 7:10 який минув від початку просочування штукатурки до часу, коли голка Віка, проведена через гідросуміш, залишила чітку лінію, яка не затягується. Час тужавіння є мірою гідратації гідросуміші. "Vicat set" стосується часу, який минув від початку просочування штукатурки до того часу, коли 300-грамова голка Віка, поміщена на поверхню часки 7 унцій, стає нездатною проникнути до дна зразка. Як можна побачити з наведених вище даних, додавання DEQUEST 2006 та кальцинованої соди в результаті забезпечувало підвищення текучості гідросуміші, про що свідчило збільшення розміру зразка порівняно з контрольним зразком. DEQUEST 2006 збільшував розмір зразка для ди 19 93055 спергаторів 211 (полікарбоксилат) та Daxad (нафталінсульфонат). Приклад 2 Додаткові лабораторні випробування здійснювали з додаванням прискорювача для зменшення уповільнюючого впливу диспергатора. Гідросуміш робили більш подібною до гідросуміші для гіпсокартону шляхом додавання піни. Сто двадцять грамів природного гіпсу та воду, як показано, додавали у мішалку Hobart Model N50 з наступним додаванням домішки. Мішалку 20 встановлювали на низькі оберти (установка 1) протягом п'яти хвилин. Кількість диспергатора була достатньою для забезпечення 1,8 грама твердих речовин. Диспергатор зважували у невелику пластмасову ванночку і додавали до суміші вручну. Після цього у мішалку додавали тисячу вісімдесят грамів штукатурки і залишали для просочування на 15 секунд. Гідросуміш змішували на середній швидкості (установка 2) протягом 15 секунд. Таблиця II Диспергатор 211 211 211 211 Daxad Daxad Daxad Daxad Вода, грами 600 600 600 600 720 720 720 720 Домішка Контроль DEQUEST TSP TSPP Контроль DEQUEST TSP TSPP Інші сухі домішки, такі, як прискорювачітужавіння або крохмалі, в оптимальному варіанті комбінують зі штукатуркою перед введенням до гідросуміші. Мокрі домішки зазвичай додають Комп’ютерна верстка В. Мацело Amt., грами 0,0 0,60 0,60 0,60 0,0 0,60 0,60 0,60 Розмір зразка, см 20,7 25,5 22,5 25,0 13,2 17,1 14,0 15,2 Час тужавіння 2:15 2:50 2:30 2:40