Полімеризація силоксану в стінових плитах

1. Суспензія, яка містить: штукатурний гіпс; зольний пил класу С; оксид магнію; емульсію силоксану і води. 2. Суспензія за п. 1, в якій відношення кількостей вказаного зольного пилу і вказаного оксиду магнію складає від приблизно 2:1 до приблизно 3:1. 3. Суспензія за п. 2, в якій вказаний зольний пил присутній в кількості від приблизно 0,1 % до приблизно 5 % відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. 4. Суспензія за п. 1, в якій вказаний зольний пил присутній в кількості від приблизно 0,1 % до приблизно 5 % відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. 5. Суспензія за п. 1, в якій вказаний оксид магнію присутній в кількості від приблизно 0,1 % до приблизно 0,5 % відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. 6. Суспензія за п. 1, в якій вказаний оксид магнію являє собою сильно випалений або перепалений оксид магнію. 7. Суспензія за п. 1, в якій вказана емульсія містить рідкий полісилоксан і воду. 8. Суспензія за п. 1, в якій вказаний силоксан є рідким, лінійним, воднезаміщеним силоксаном. 9. Суспензія за п. 1, яка додатково містить щонайменше один з компонентів з групи, яка складається з крохмалю, піноутворювачів, прискорювачів 2 (19) 1 3 93884 4 19. Гіпсова панель за п. 17, в якій вказана серцевина є прошарком між двома листами облицюва льного матеріалу. Даний винахід належить до способу виготовлення водостійких гіпсових виробів, що містять силоксан. Більш конкретно, даний винахід належить до додавання в гіпсові вироби нового каталізатора для отвердження сил океану. Будівельні вироби на основі гіпсу широко використовуються в будівництві. Виготовлені з гіпсу стінові панелі вогнестійкі і можуть бути використані при споруджуванні стін, практично, будь-якої форми. їх застосовують, переважно, для внутрішніх стін і стель. Гіпс має звукопоглинальні властивості. Він легко піддається дрібному ремонту або заміні у випадку пошкодження. Існує багато варіантів декоративної обробки стінових плит, включаючи фарби, морилки, шпалери. І при всіх цих перевагах це все ж відносно недорогий будівельний матеріал. Гіпс відомий також як двоводний гіпс, фарфорова глина або алебастр. Паризька штукатурка також відома як будівельний гіпс, штукатурний гіпс або напівводний гіпс. Також можна використовувати синтетичний гіпс, що є побічним продуктом знесірчення димових газів електростанцій. Сирий гіпс, що добувається в рудниках, звичайно являє собою двоводний гіпс. У цій формі з кожною молекулою сульфату кальцію асоційовано, приблизно, по дві молекули води. Для виробництва напівводного гіпсу його випалюють для видалення деякої кількості гідратної води відповідно до наступного рівняння: CaSO42H2OCaSO41/2Н2O+3/2Н2O. Шляхом змішування штукатурного гіпсу з водою з подальшим витримуванням для тужавлення внаслідок реакції напівводного гіпсу з водою з утворенням матриці зчеплених один з одним кристалів двоводного гіпсу можна одержати ряд корисних гіпсових виробів. По мірі формування матриці, суспензія, що утворює виріб, стає твердою і здатною зберігати потрібну форму. Надлишок води потім може бути видалений з виробу шляхом сушіння. За відсутності добавок, перешкоджаючих поглинанню води, при зануренні у воду стужавілий гіпс поглинає воду в кількості до 50% своєї ваги. Просочені водою щити або панелі набухають, деформуються і втрачають міцність. Ця властивість небажана для виробів, які при використанні, ймовірно, будуть схильні до впливу води. У таких приміщеннях, як ванні кімнати або кухні, атмосфера часто має підвищені температуру і вологість, а на стіни можуть попасти бризки. У таких приміщеннях переважно використовувати водостійкі гіпсові панелі, що зберігають міцність і стабільність розмірів. Вже робилися численні спроби підвищення водостійкості гіпсових виробів. З метою надання стужавілому виробу водостійкості в суспензію додавали різні вуглеводні, включаючи віск, смоли і асфальт. Також добре відомо про використання силоксанів, які утворюють в гіпсових виробах кре мнієорганічні смоли. Хоч використання силоксанів в гіпсових суспензіях корисне з точки зору надання готовому виробу водостійкості, є і пов'язані з цим недоліки. При додаванні в гіпсову суспензію з метою утворення кремнієорганічної смоли у виробі, силоксан повільно стверджується. Силоксан утворює хімічно активну проміжну сполуку силанол, що перетворюється на поліметилкремнієву кислоту, в результаті виникнення поперечних зв'язків, яка перетворюється на кремнієорганічну смолу. Ця реакція проходить повільно, часто продовжуючись після тужавлення гіпсу, і для формування у виробі властивості водостійкості потрібно від одного до двох тижнів. Стінові панелі, що виготовляються цим способом, перед відвантаженням треба зберігати протягом часу, достатнього для того, щоб вони стали водостійкими. У деяких випадках, силоксан може не стверджуватися за прийнятний відрізок часу, або отвердження відбувається не повністю. У таких випадках гіпсові панелі не мають достатньої водостійкості. Крім того, проблематичність досягнення повного отвердження примушує використовувати більше силоксану, що підвищує вартість сировини. Відомо, що прискоренню реакції отвердження силоксану в гіпсовій суспензії сприяють такі каталізатори, як оксиди і гідроксиди лужноземельних металів. Ці каталізатори відносно добре розчиняються у воді і підвищують рН суспензії. Високий рН перешкоджає регідратації гіпсу і може впливати негативним чином на деякі переважні добавки, що вводяться в стінові плити. Таким чином, хоч полімеризація силоксану прискорюється, виходячи з інших міркувань, використовувати ці каталізатори небажано. Відомо, що реакції за участю силоксану каталізуються оксидом магнію (MgO), але при достатньо високій для повного отвердження силоксану активності цього каталізатора виникає розтріскування, що небажано. Злегка випалений MgO має достатню для швидкого отвердження силоксану активність, але завдяки цій активності йдуть небажані побічні реакції. У ході таких побічних реакцій утворюється водень, що спричиняє розширення виробу і розтріскування гіпсу, що схопився. Хімічна активність твердо випаленого або сильно випаленого MgO нижче, але це приводить до одержання менш водостійких виробів. Таким чином, якщо використовують тільки MgO, важко досягнути балансу між активністю каталізатора і необхідною мірою полімеризації силоксану. Крім того, дуже важко провести полімеризацію силоксану при використанні гіпсу з деяких джерел. Гіпс являє собою складну суміш сульфату кальцію в різних формах, солей і множини алюмінатів, силікатів і алюмосилікатів. Очевидно, гіпс з деяких джерел містить один або більше компонентів, які приглушують утворення кремнієорганічної смоли. При використанні з цими різновидами гіпсу відомі 5 каталізатори не забезпечують досягнення потрібної міри водостійкості, яка дорівнює поглинанню менше 5% води. Таким чином, відповідно до відомого рівня техніки, існує потреба в каталізаторі і способі виробництва водостійких гіпсових виробів, які характеризується підвищеною водостійкістю і прийнятною ціною. Каталізатор повинен бути відносно дешевим, активним відносно реакції полімеризації силоксану при мінімумі небажаних побічних реакцій. Бажано, щоб взаємна негативна взаємодія каталізатора з іншими звичайно використовуваними добавками до гіпсу була невеликою. Даний винахід відповідає цим і іншим потребам і дозволяє прискорити полімеризацію силоксану і, в деяких випадках, знизити кількість силоксану, необхідну для досягнення відповідності стандарту ASTM 1398. Більш конкретно, полімеризація силоксану прискорюється в результаті використання суспензії, що містить штукатурний гіпс, зольний пил класу С, оксид магнію, емульсію силоксану і води. Цю суспензію використовують відповідно до способу виготовлення водостійких гіпсових виробів, який включає приготування емульсії силоксану і води, об'єднання суспензії з сухою сумішшю штукатурного гіпсу, оксиду магнію і зольного пилу класу C. Потім суспензії надають потрібну форму і дають час для тужавлення гіпсу і полімеризації силоксану. Одержаний продукт придатний для виготовлення водостійких гіпсових панелей, серцевина яких складається з взаємопроникних матриць кристалів двоводного гіпсу і кремнієорганічної смоли, де всередині взаємопроникних матриць розподілений каталізатор, який включає оксид магнію і компоненти зольного пилу класу C. Суміш оксиду магнію і зольного пилу класу C каталізує полімеризацію силоксану і прискорює формування властивості водостійкості виробу, який виготовляється з цієї суспензії. Водостійкі вироби, такі як стінові плити, немає необхідності зберігати протягом тривалого часу в очікуванні завершення реакцій полімеризації силоксану. Використання даного каталізатора також підвищує міру полімеризації, що ще значніше збільшує водостійкість. Водопоглинання менше 5% ваг. вдавалося досягнути при спільному використанні зольного пилу і оксиду магнію, що було неможливо, якщо використовували тільки який-небудь один з цих каталізаторів. Таким чином, крім прискорення реакції полімеризації, даний каталізатор також сприяє більш повній полімеризації силоксану, дозволяючи, в деяких випадках, зменшити кількість силоксану, що витрачається. Оскільки силоксан є однією з найбільш дорогих добавок, що вводяться в стінові плити, при зменшенні необхідної порції знижується вартість сировини. Іншою перевагою, одержуваною завдяки даному винаходу, є стабільність розмірів виробу. Інші сполуки, використовувані як каталізатори вказаної реакції, приводять до суттєвого розширення виробу в ході сушіння. Оскільки внутрішня частина панелі розширюється, на її поверхні утворюються тріщини, і панель руйнується. При використанні зольного пилу і оксиду магнію розширення і розт 93884 6 ріскування готового виробу невеликі. Вказаний комбінований каталізатор, що складається із зольного пилу і оксиду магнію, також допускає використання оксиду магнію широкого спектра сортності при збереженні задовільних параметрів полімеризації. Тоді як у відомому рівні техніки вважається, що тільки перепалений оксид магнію придатний для використання як каталізатор полімеризації силоксану, при об'єднанні із зольним пилом можна використовувати навіть сильно випалений або злегка випалений оксид магнію. Ця особливість дає виробникам гіпсових виробів додаткову свободу у виборі джерел оксиду магнію, який вводиться в суспензію. У широкому значенні, даний винахід належить до підвищення водостійкості виробів на основі гіпсу шляхом додавання в суспензію, використовувану для виробництва виробів на основі гіпсу, силоксану, що піддається полімеризації. Силоксан додають, переважно, у формі емульсії. Потім суспензії надають потрібну форму і сушать в умовах, сприятливих для швидкої полімеризації силоксану, внаслідок чого утворюється кремнієорганічна смола з великою кількістю поперечних зв'язків. У гіпсову суспензію додають каталізатор, який прискорює полімеризацію силоксану з утворенням кремнієорганічної смоли з великою кількістю поперечних зв'язків. Переважно, силоксан, загалом, являє собою рідкий лінійний воднезаміщений силоксан, але також може бути циклічним воднезаміщеним силоксаном. Такі силоксани можуть утворювати кремнієорганічні смоли з великою кількістю поперечних зв'язків. Фахівцям в даній галузі добре відомі такі рідини, які випускаються промисловістю і описані в патентній літературі. Типові лінійні воднезаміщені силоксани, застосовні в контексті даного винаходу, це сполуки, повторювана ланка яких має формулу: де R означає насичений або ненасичений одновалентний вуглеводневий радикал. У переважних варіантах здійснення даного винаходу R означає алкільну групу, найбільш переважно R означає метальну групу. У ході полімеризації кінцеві групи відщеплюються при конденсації, а силоксанові групи сполучаються одна з одною з утворенням кремнієорганічної смоли. Крім того, утворюються поперечні зв'язки між ланцюгами. Одержувана кремнієорганічна смола надає гіпсовій матриці, по мірі її формування, властивість водостійкості. Водостійкі вироби на основі гіпсу, які є об'єктом даного винаходу, виготовляють переважно використовуючи як силоксан рідкий метил- і воднезаміщений силоксан без розчинника, що продається під найменуванням SILRES BS 94 компанією Wacker-Chemie GmbH (Мюнхен, Німеччина). Виробник вказує, що даний продукт являє собою рідкий силоксан, який не містить води або розчинників. Очікується, що може бути використано приблизно від 0,3 до 1,0% силоксану BS 94 відносно ваги сухих компонентів. Переважно викорис 7 товувати від приблизно 0,4 до приблизно 0,8% силоксану відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. Після складання суспензії готують емульсію силоксану або стабільну завись силоксану у воді. Передбачається можливість використання ряду емульсій силоксану у вказаній суспензії. Емульсії силоксану у воді також є в продажу, однак, в них можуть входити емульгатори, які мають здатність змінювати властивості гіпсових виробів, такі як здатність склеюватися з папером при виробництві стінових плит. Отже, переважно використовувати емульсії або стабільні зависі, приготовані без додавання емульгаторів. Переважно виготовляти завись на місці шляхом змішування рідкого силоксану з водою. Суттєво, щоб ця завись силоксану зберігала свою стабільність до досягнення нею лопатевого змішувача і в суспензії вона залишалася добре диспергованою. Емульсія або стабільна завись силоксану у воді повинна залишатися добре диспергованою в присутності добавок, що вводяться в суспензію за вибором, наприклад, прискорювачів тужавлення. Емульсія або стабільна завись силоксану у воді також повинна залишатися стійкою під час здійснення стадій формування виробів на основі гіпсу. Переважно, щоб ця завись залишалася стабільною протягом більше ніж 40 хв. Більш переважно, щоб вона залишалася стабільною протягом більше ніж однієї години. У представлених нижче описі і формулі винаходу термін «емульсія» включає стійкі емульсії і зависі, які залишаються стабільними щонайменше доти, поки не стужавіє 50% штукатурного гіпсу. У одному з переважних варіантів здійснення винаходу щонайменше частину води для замішування безперервно подають в мішалку з великими зсувними зусиллями. Рідкий силоксан дозують в цю мішалку з великими зсувними зусиллями одночасно з водою, внаслідок чого через 1-2 сек. утворюється емульсія. Співвідношення кількостей води і силоксану не має вирішального значення, відомо, що застосовується суміш 25 частин води і однієї частини силоксану. Ця емульсія стабільна протягом декількох хвилин без додавання якого-небудь емульгатора, чого достатньо для змішування її з суспензією, формування виробу і початку його тужавлення. Як альтернатива, також розглядається можливість використання для приготування емульсії частини води для замішування. Частину потоку води для замішування з'єднують з силоксаном в мішалці з великими зсувними зусиллями. Потім емульсію силоксану переважно додають до води для замішування до приготування суспензії з тим, щоб забезпечити достатньо часу для ретельного змішування емульсії силоксану з водою, використовуваною для приготування суспензії, і її однорідного розподілу у виробах, що виробляються. Без зв'язку з якою-небудь теорією вважають, що властивість водостійкості формується при ствердженні силоксану всередині сформованої стінової плити. Сама по собі реакція полімеризації йде повільно, тому потрібен певний період зберігання стінової плити, достатній для формування властивості водостійкості, перед відвантаженням. Відомі каталізатори, які прискорюють реакцію по 93884 8 лімеризації і, тим самим, дозволяють уникнути необхідності зберігання стінових плит, або зменшують час, протягом якого вони стають водостійкими. Використання перепаленого оксиду магнію для полімеризації силоксану описане в заявці US № 10-917177, яка одночасно розглядається, озаглавленій «Method of Making Water-Resistant Gypsum-Based Articles» (Спосіб виготовлення водостійких виробів на основі гіпсу), і включеній в опис даного винаходу шляхом посилання. Перепалений оксид магнію нерозчинний у воді і в меншій мірі взаємодіє з іншими компонентами суспензії. Він прискорює отвердження силоксану і, в деяких випадках, сприяє більш повному отвердженню силоксану. Оксид магнію відповідного складу випускається серійно. Особливо переважним перепаленим оксидом магнію є BAYMAG 96. Його питома площа поверхні за БЕТ становить щонайменше 0,3 м2/г; втрати при прожарюванні менше 0,1% ваг. Оксид магнію використовують переважно в кількості від приблизно 0,1 до приблизно 0,5% відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. На ринку представлено щонайменше три сорти оксиду магнію, що розрізнюються залежно від температури прожарювання. Перепалений оксид магнію прожарюють при температурах від 1500°C до 2000°С, при цьому втрачається, практично повністю, його хімічна активність. MagChem P98-PV (Martin Mariette Magnesia Specialties, Бетесда, Меріленд) є прикладом перепаленого оксиду магнію. BayMag 96 (Baymag, Inc., Калгарі, Альберта, Канада) і MagChem 10 (Martin Mariette Magnesia Specialties, Бетесда, Меріленд) - це приклади сильно випаленого оксиду магнію. Сильно випалений оксид магнію прожарюють при температурах від 1000°C до приблизно 1500°С. Він має вузький діапазон хімічної активності, високу щільність і звичайно використовується там, де потрібне повільне розкладання або низька активність, наприклад, в кормах для тварин або добривах. Третій сорт, злегка випалений або «каустичний» оксид магнію виробляють шляхом прожарювання при температурах від приблизно 700°C до приблизно 1000°С. Спектр варіантів використання такого оксиду магнію дуже широкий, включаючи обробку пластмас, каучуку, паперу і целюлозної маси, присадки до товстолистової сталі, клеї і присадки, що нейтралізують кислоти. До прикладів злегка випаленого магнію належать BayMag 30, BayMag 40 і BayMag 30 (-325 меш) (Baymag, Inc., Калгарі, Альберта, Канада). Було виявлено, що переважні каталізатори можна виготовити з суміші оксиду магнію і зольного пилу класу C. Для такого об'єднання придатний будь-який сорт оксиду магнію. Однак, переважними є перепалений і сильно випалений оксид магнію через властиву їм знижену хімічну активність. При відносно високій хімічній активності оксиду магнію можуть йти реакції розщеплення, в ході яких утворюється водень. По мірі його виділення виріб розширюється, і там, де гіпс стужавів, з'являються тріщини. Таке розширення також може спричинити руйнування форм, в які відливають суспензію, в результаті ця деталь втрачається, а 9 93884 виріб деформується за одним або більше вимірюваннями. Переважними для використання оксидами магнію є BayMag 96, MagChem P98-PV і MagChem 10. Оксид магнію і зольний пил додають до штукатурного гіпсу переважно до змішування з водою для замішування. Сухі компоненти, подібні вказаним, часто вводять в штукатурний гіпс під час його переміщення по конвеєру до мішалки. Переважним зольним пилом є зольний пил класу С. Найбільш переважним є зольний пил класу С, одержаний гідравлічно. Типовий склад зольного пилу класу C представлений в таблиці 1. Зольний пил з високим вмістом вапна, більше 20% ваг., одержують при обробці деяких сортів вугілля. Вказівка ASTM 3-618, що включається в даний опис шляхом посилання, містить опис характеристик зольного пилу класу C. Переважним є зольний пил класу С, що поставляється Bayou Ash Inc., , Big Cajun, II, Луїзіана. Зольний пил переважно використовують в кількості від приблизно 0,1% до приблизно 5% відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. Зольний пил більш переважно використовують в кількості від приблизно 0,2% до 1,5% відносно ваги сухого штукатурного гіпсу. Таблиця 1 Типовий склад зольного пилу класу C Склад SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 TiO2 Втрати при прожарюванні Кількість, % ваг. 25-59 14-22 5-13 8-32 3,2-12,5 0,3-1,6 0,8-6,0 0,4-5,0