Модифікатори для гіпсових суспензій і спосіб їхнього застосування

1. Гіпсова суспензія, що містить: воду; випалений гіпс; полікарбоксилатний диспергатор; і принаймні один модифікатор, хімічно конфігурований для збільшення ефективності зазначеного полікарбоксилатного диспергатора, при цьому зазначений модифікатор вибирають із групи, яка складається з вапна, кальцинованої соди, карбонатів, силікатів, фосфатів, фосфонатів та їхніх комбінацій. 2. Гіпсова суспензія за п. 1, де зазначений модифікатор присутній у концентраціях від приблизно 0,15 % до приблизно 0,25 % за масою, із розрахунку на суху масу зазначеного випаленого гіпсу. 3. Гіпсова суспензія за п. 1, де зазначений полікарбоксилатний диспергатор включає вінілову повторювану ланку і повторювану ланку, яка включає принаймні одну з групи, яка складається з акрилової кислоти, метакрилової кислоти, малеїнової кислоти, їхніх солей або складного ефіру. 4. Гіпсова суспензія за п. 1, де зазначений полікарбоксилатний диспергатор має відношення густини заряду від приблизно 5 до приблизно 8. 5. Гіпсова суспензія за п. 1, де зазначений полікарбоксилатний диспергатор присутній у кількостях 2 (19) 1 3 95077 4 об'єднання модифікатора, диспергатора, води і випаленого гіпсу з утворенням гіпсової суспензії. 15. Спосіб за п. 14, де модифікатор вибраний із групи, яка складається з вапна, кальцинованої соди, карбонатів, силікатів, фосфатів і цементу. Дана заявка являє собою часткове продовження заявки США із серійним № 11/152 317, озаглавленої "Модифікатори для гіпсових суспензій і способи їхнього застосування", поданої 14 червня 2005 року, і наведеної як посилання. Дана заявка стосується патентної заявки США з серійним № 11/152 661, що знаходиться на стадії розгляду, озаглавленої "Стінові панелі, що швидко сохнуть", патентної заявки CШA із серійним № 11/152 324, озаглавленої "Високоміцні композиції настилу підлоги", патентної заявки США із серійним № 11/152 418, озаглавленої "Гіпсові продукти, що використовують систему двох повторюваних ланок і спосіб їхнього одержання"; патентної заявки США зі серійним № 11/152 323, озаглавленої "Спосіб одержання гіпсової суспензії з модифікаторами і диспергаторами", і патентної заявки США зі серійним № 11/152 404, озаглавленої "Ефективне використання диспергаторів у стіновій панелі, що містить піну", всі подані 14 червня 2005 року, наведених як посилання. Дана заявка далі стосується патентної заявки США зі серійним № 11/ХХХ XXX, що знаходиться на стадії розгляду (посилання повіреного 2033.75332), озаглавленої "Гіпсові продукти, які використовують систему двох повторюваних ланок і спосіб їхнього одержання"; патентної заявки США із серійним №11/ХХХ XXX (посилання повіреного 2033.75339), озаглавленої "Спосіб одержання гіпсової суспензії з модифікаторами і диспергаторами" і патентної заявки США зі серійним № 11/ХХХ XXX (посилання повіреного 2033.75341), озаглавленої "Ефективне використання диспергаторів у стіновій панелі, що містить піну", всі подані, таким чином, одночасно, і наведені як посилання. Даний винахід стосується поліпшених гіпсових продуктів. Конкретніше, він стосується поліпшеної гіпсової суспензії, яка є плинною при низьких концентраціях води, із меншими витратами і з меншими сповільнюючими ефектами від використання тільки карбоксилатних диспергаторів. Гіпсові продукти звичайно з багатьох причин використовують як будівельні матеріали, такі як стінова панель. Листи стінових панелей легко з'єднуються разом, щоб виготувати безперервні стіни будь-якого розміру і форми. Вони легко склеюються і мають вогне- і звукозахисні властивості. Декоративне оздоблення, таке як шпалери або фарба, повністю прилипає до штукатурки або поверхонь стінових панелей, що робить можливим величезну різноманітність оздоблювальних варіантів. Міцність гіпсових продуктів, виготовлених із повністю густих суспензій, зворотно пропорційна кількості води, що використовується в їхньому виробництві. Частина води, яку додають до гіпсової суспензії, використовується для гідратування випаленого гіпсу, також відомого як напівгідрат су льфату кальцію, щоб утворити взаємозв'язану матрицю кристалів дигідрату сульфату кальцію. Надлишок води випарюється або витісняється в випалювальній печі, залишаючи пустоти в матриці, колись зайняті водою. Коли використовують великі кількості води для розрідження гіпсової суспензії, більше пустот і більш великі пустоти залишаються в продукті, коли він повністю сухий. Дані пустоти зменшують щільність продукту і, у кінцевому продукті, міцність. Були зроблені спроби зменшити кількість використовуваної води, щоб виготовити рідку суспензію, використовуючи диспергатори. Полікарбоксилатні суперпластифікатори є дуже ефективними для зменшення води та одержаного в результаті збільшення міцності продукту, однак існують недоліки, які, як відомо, пов'язані з використанням великих доз полікарбоксилатних диспергаторів. Дані матеріали є відносно дорогими. При використанні у великих дозах полікарбоксилатні диспергатори можуть бути першими з окремих, найбільш дорогих добавок у виготовленні гіпсових продуктів. Висока ціна даного компонента може подолати вузькі межі, надані даним продуктам на високо конкурентному ринку. Іншим недоліком, пов'язаним із полікарбоксилатними диспергаторами, є сповільнення реакції тужавлення. Гіпсова панель виготовляється на високошвидкісних виробничих лініях, де суспензію змішують, розливають, формують і сушать протягом хвилин. Панель повинна бути здатна зберігати свою форму, переміщуючись з однієї конвейєрної лінії на іншу для вміщення панелі в випалювальну піч. Пошкодження може мати місце, якщо панелі не досягли мінімальної міцності неспеченого матеріалу за час їх складування і загортання для перевезення. Якщо лінія з виробництва панелей повинна повільніше працювати через те, що панель недостатньо затверділа, щоб переміщатися на наступну стадію процесу, тоді виробничі витрати виростуть, призводячи до економічно неконкурентного продукту. Вапно використовують у штукатурці, щоб поліпшити її технологічність. Воно дає штукатурці хороше "відчуття", додаючи гладкості і пластичності, що дозволяє її легко наносити кельмою. Оскільки вона лужна, вапно діє, роблячи деякі уповільнювачі ефективнішими, збільшуючи час тужавлення штукатурки. Нарешті, вапно, присутнє в штукатурці, окиснюється згодом з утворенням карбонату кальцію, який дає поверхню з твердістю, вище тієї, яка виходить з однією штукатуркою. Патент США № 5 718 759 описує додавання силікатів до сумішей бета-випаленого гіпсу і цементу. У прикладах використовують лігносульфати або сульфонати нафталіну як розріджувальні агенти. Додаванню пуцоланових матеріалів, включаючи силікати, приписують відновну дію через 5 95077 утворення етрингіту. Дану композицію пропонують використовувати в будівельних матеріалах, таких як підкладочні обшивки, основи підлоги, матеріали для накладення дорожніх латок, протипожежні матеріали і фібровий картон. Luongo в патенті CШA № 6 391 958 описує нову композицію стінової панелі, що комбінує гіпс із силікатами натрію і синтетичним зшиваючим зв'язуючим. Вінілацетатні полімери були переважними зшиваючими зв'язуючими. Додавання силікатів натрію зменшує кількість випаленого гіпсу, яка є необхідною для виготовлення заданого числа панелей. Маса стінової панелі зменшується, полегшуючи для робітників переміщення панелей перед установкою і в процесі установки. Ряд полікарбоксилатних диспергаторів описаний у патенті США № 6 005 040. В одному варіанті здійснення даного винаходу описаний водорозчинний полімер, що має одну повторювану ланку формули: 2 3 4 5 де P є цілим числом від 1 до 10, і R , R , R , R 6 і R не всі є водні, але який-небудь із них може бути воднем. Даний полімер також включає повторювану водорозчинну ланку, вибрану з групи, яка містить акрилову кислоту і метакрилову кислоту, серед інших. Даний полімер використовують у негорючих керамічних матеріалах-попередниках. Інші полімери описані в даній заявці, включаючи деякі для використання в процесі утворення осердя гіпсової стінової панелі або приготування гіпсових суспензій. Попередній рівень техніки зазнав невдачі в адекватному розв'язанні проблеми поліпшення ефективності даного полікарбоксилатного диспергатора. Поліпшення ефективності диспергатора зменшило б ціну диспергатора і підтримало розумну вартість гіпсових продуктів. Таким чином, у даній галузі техніки існує необхідність зменшувати дозування диспергаторів, що використовуються в гіпсовій суспензії при підтримці плинності суспензії. Зменшення споживання диспергатора призвело б до зберігання витрат, витрачених на диспергатор, і зменшило б несприятливі побічні ефекти, такі як сповільнення тужавлення. Ці та інші проблеми поліпшуються даним винаходом, який включає додавання ефективного модифікатора до гіпсової суспензії, що збільшує плинність суспензій, виготовлених із полікарбоксилатним диспергатором. При використанні одного або більше модифікаторів, потрібно менше диспе 6 ргатора для досягнення заданої плинності, що призводить як до меншої вартості диспергатора, так і, у цілому, до меншого сповільнення. Конкретніше, даний винахід стосується поліпшеної гіпсової суспензії, яка включає воду, напівгідрат сульфату кальцію, полікарбоксилатний диспергатор і модифікатор. Даний модифікатор є хімічно конфігурованим, щоб поліпшити ефективність полікарбоксилатного диспергатора. Переважні модифікатори включають цемент, вапно, гашене вапно, кальциновану соду, карбонати, силікати, фосфонати і фосфати. В іншому варіанті здійснення даного винаходу, гіпсову панель готують із, принаймні, одного облицювального листа та осердя, виготовленого з поліпшеної гіпсової суспензії. Ще одним аспектом даного винаходу є спосіб одержання гіпсової суспензії, який включає вибір модифікатора, змішення даного модифікатора з полікарбоксилатним диспергатором і додавання напівгідрату сульфату кальцію. Використання описаних тут модифікаторів поліпшує ефективність диспергатора в розрідженні гіпсової суспензії. Це дозволяє використати меншу кількість диспергатора і, проте, одержувати високу плинність у суспензіях з малою кількістю води для міцності. Полікарбоксилатні диспергатори часто є одними з найбільш дорогих компонентів у продуктах, які їх використовують. Використання менших доз такого диспергатора зменшує вартість, так що може бути одержаний конкурентний по ціні гіпсовий продукт. Зниження концентрації диспергатора також мінімізує несприятливі ефекти полікарбоксилатного диспергатора. При меншій дозі існує менше сповільнення реакцій тужавлення. Менше прискорювача тужавлення було б необхідно в продукті, щоб подолати ефекти сповільнення тужавлення, зменшуючи ціну, яку платять за даний прискорювач. Замість зменшення дозування диспергатора, або додатково до нього, поліпшена ефективність диспергатора може також бути використана для скорочення кількості води, що використовується для виготовлення гіпсової суспензії. Процес виробництва може бути зроблений ефективнішим по паливу, зберігаючи викопне паливо, і реалізовуючи збереження собівартості. Паливозбереження може бути основано або на зменшених температурах випалювальної печі, або на коротшому часові знаходження у випалювальній печі. Гіпсову суспензію за даним винаходом готують, використовуючи воду, випалений гіпс, полікарбоксилатний диспергатор і модифікатор. Хоча переваги даного винаходу є найбільш зрозумілими при використанні в суспензії для високоміцного продукту, він може бути використаний із будь-якою суспензією, що використовує полікарбоксилат, навіть з тими, які вже використовують низькі дози полікарбоксилатного диспергатора. Будь-який випалений гіпс або штукатурний гіпс використовується в даній суспензії. Несподівано було виявлено, що деякі джерела гіпсу є більш чутливими до даного диспергатора і даного модифікатора, ніж інші джерела. Лабораторні випробу 7 95077 8 вання показують, що гіпси з різних географічних зон містять різні солі та домішки. Не бажаючи зв'язуватися теорією, вважають, що солі, присутні в даному гіпсі, впливають на плинність у суспензії. Зменшення кількості води, що використовується для виготовлення суспензії, досягається додаванням полікарбоксилатного диспергатора. Даний диспергатор приєднується до сульфату кальцію, потім заряджені групи на основному ланцюгу і бічні ланки на відгалуженнях полімеру відштовхують одна одну, примушуючи гіпсові частинки розійтися і текти легше. Коли суспензія тече легше, кількість води може бути зменшена, і, проте, одержана плинна рідина. У цілому, зменшення води призводить до збільшеної міцності продукту і зменшених витрат на сушіння. Будь-який полікарбоксилатний диспергатор, який підходить для поліпшення плинності в гіпсі, може бути використаний у суспензії даного винаходу. Ряд полікарбоксилатних диспергаторів, особливо полікарбонові ефіри, є переважними типами диспергаторів. Один із переважних класів диспергаторів, що використовуються в суспензії, включає дві повторювані ланки. Він додатково описаний у тій патентній заявці США зі серійним № 11/ХХХ XXX, що знаходиться на стадії розгляду (посилання повіреного 2033.75332), озаглавленій "Гіпсові продукти, що використовують систему з двох повторюваних ланок і спосіб їхнього одержання", раніше включеним посиланням. Дані диспергатори є продуктами Degussa Construction Polymers, GmbH (Trostberg Germany) і постачаються Degussa Corp. (Kennesaw, GA) (у подальшому "Degussa") і надалі згадуються як "Диспергатори РСЕ211-типу". Перша повторювана ланка є повторюваною ланкою олефінової ненасиченої монокарбонової кислоти, її ефіру або її солі, або повторюваною ланкою олефінової ненасиченої сірчаної кислоти, або її солі. Переважні перші повторювані ланки включають акрилову кислоту або метакрилову кислоту. Одно- або двовалентні солі підходять замість водню кислотної групи. Водень може також бути заміщений вуглеводневою групою з утворенням ефіру. Друга повторювана ланка задовольняє формулу І, Посилаючись на формулу І, алкенільна повторювана ланка необов'язково включає C1-C3 алкільну групу між основним ланцюгом полімеру та ефірним зв'язком. Величина р є цілим числом від 2 0-3, включно. Переважно, р є або 0, або 1. R є або атомом водню, або аліфатичною C1-C5 вуглеводневою групою, яка може бути лінійною, розгалуженою, насиченою або ненасиченою. Поліефірна група формули II містить складну C2-C4 алкільну групу, що включає, принаймні, дві різні алкільні групи, зв'язані атомами кисню. M i n є цілими числами від 2 до 4, включно, переважно, принаймні, один з індексів m і n дорівнює 2. X і у є цілими числами від 55 до 350, включно. Величина 3 z складає від 0 до 200, включно. R є незаміщеною або заміщеною арильною групою, і, переважно, 4 фенільною. R є воднем або аліфатичною C1-C20 вуглеводневою групою, циклоаліфатичною від C5C8 вуглеводневою групою, заміщеною C6-C14 арильною групою або групою, що відповідає, принаймні, одній із формул ІІІ(а), ІІІ(b) і ІІІ(с). 5 7 У вищезгаданих формулах, R і R , незалежно один від одного, являють алкільну, арильну, арал6 кільну або алкіларильну групу. R є двовалентною алкільною, арильною, аралкільною або алкіларильною групою. Особливо застосовний диспергатор із диспер 9 95077 10 гаторів РСЕ211-типу позначається РСЕ211 (надалі "211"). Відомо, що інші полімери в даному ряді є придатними в стіновій панелі, включаючи РСЕ211. Диспергатори РСЕ211-типу описані повніше в патентній заявці США серійний № 11/ХХХ XXX, Degussa Construction Polymers (посилання повіреного DCP3), озаглавленій "Поліефірвмісний співполімер", і в заявці CШA серійний № 11/152 678, озаглавленій "Поліефірвмісний співполімер", поданій 14 червня 2005 року, обидві наведені як посилання. Молекулярна маса диспергатора РСЕ211-типу складає, переважно, приблизно від 20000 до 60000 Дальтон. Несподівано було виявлено, що диспергатори з меншою молекулярною масою спричиняють менше сповільнення часу тужавлення, ніж диспергатори, що мають молекулярну масу більше 60000 Дальтон. Звичайно більша довжина бічного ланцюга, яка призводить до збільшення загальної молекулярної маси, забезпечує кращу диспергованість. Однак тести з гіпсом показують, що ефективність диспергатора зменшується при молекулярній масі вищій за 50000 Дальтон. 1 R переважно складає приблизно від 300 до 99 мольних % від всіх повторюваних ланок, переважніше, приблизно від 40 до 80%. Приблизно від 1 до 2 70 мольних % повторюваних ланок є R , переважніше, приблизно від 10 до 60 мольних %. Іншим класом полікарбоксилатних сполук, які придатні в даному винаході, є описаний у патенті США № 6 777 517, наведеному як посилання, і який у подальшому називають "Диспергатор 2641типу". Переважно, даний диспергатор включає, принаймні, три повторюваних ланки, показаних у формулі IV(a), IV(b) і IV(c). У цьому випадку, присутні повторювані ланки як акрилової, так і малеїнової кислоти, що дає вище відношення кислотних груп до груп вінілового 1 ефіру. R являє атом водню або аліфатичний вуглеводневий радикал, який має від 1 до 20 атомів вуглецю. X являє собою ОМ, де M є атомом водню, одновалентним катіоном металу, іоном амонію 2 або органічним аміновим радикалом. R може бути воднем, аліфатичним вуглеводневим радикалом, що має від 1 до 20 атомів вуглецю, циклоаліфатичним вуглеводневим радикалом, що має від 6 до 3 14 атомів вуглецю, який може бути заміщеним. R є воднем або аліфатичним вуглеводневим радикалом, що має від 1 до 5 атомів вуглецю, який необов'язково є лінійним або розгалуженим, насиче4 ним або ненасиченим. R є воднем або метальною групою, залежно від того, чи є повторювані ланки акриловими або метакриловими. P може бути від 0 до 3. M є цілим числом від 2 до 4, включно, і n є цілим числом від 0 до 200, включно. Диспергатори РСЕ211-типу і 2641-типу виробляються Degussa Construction Polymers, GmbH (Trostberg, Німеччина) і продаються в Сполучених Штатах Degussa Corp. (Kennesaw, GA). Переважними диспергато рами 2641-типу є Degussa, що продаються як MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F і MELFLUX 2500L диспергатори. Диспергатори 2641-типу (MELFLUX є зареєстрованою торговою маркою Degussa Construction Polymers, GmbH) описані для використання в стіновій панелі і гіпсових суспензіях у патентній заявці США зі серійним № 11/152661 (посилання повіреного № 2033.72380), озаглавленій "Стінова панель, що швидко сохне", раніше наведеній як посилання. Ще одним переважним сімейством диспергаторів є таке що продається, Degussa і називається "Диспергатори 1641-типу". Даний диспергатор найповніше описаний у патенті США № 5 798 425, наведеному як посилання. Особливо переважним диспергатором 1641-типу є показаний у формулі VI, який продається Degussa як MELFLUX 1641F диспергатор. Даний диспергатор виготовлений, в основному, із двох повторюваних ланок, однієї вінілового ефіру, та іншої - вінілового складного ефіру. У формулі V, m і n є мольними відношеннями компонентів повторюваних ланок, які можуть бути випадково розташовані вздовж полімерного ланцюга. 11 Дані диспергатори є особливо добре придатними для використання з гіпсом. Не бажаючи бути зв'язаними теорією, вважають, що повторювані ланки кислоти зв'язуються з кристалами напівгідрату, у той час як довгі поліефірні ланки другої повторюваної ланки виконують функцію диспергування. Оскільки він менш сповільнюючий, ніж інші диспергатори, він є менш руйнівним щодо процесу виробництва гіпсових продуктів, таких як стінова панель. Даний диспергатор використовують у будь-якій ефективній кількості. Більшою мірою, кількість вибраного диспергатора залежить від бажаної плинності суспензії. У міру зменшення кількості води, потрібно більше диспергатора для підтримки постійної плинності суспензії. Оскільки полікарбоксилатні диспергатори є відносно дорогими компонентами, переважно використати малі дози, переважно менше 2% або, переважніше, менше 1% за масою, виходячи з маси сухого штукатурного гіпсу. Переважно, даний диспергатор використовують у кількостях від приблизно 0,05% до приблизно 0,5%, із розрахунку на суху масу штукатурного гіпсу. Переважніше, даний диспергатор використовують у кількостях від приблизно 0,01% до приблизно 0,2%, на тій же основі. При вимірюванні рідкого диспергатора, тільки тверді речовини полімеру розглядаються в розрахунку дозування диспергатора, і воду з диспергатора розглядають, коли розраховують відношення вода/штукатурний гіпс. Багато полімерів може бути виготовлено з однаковими повторюваними ланками, використовуючи різні їхні розподіли. Відношення кислотовмісних повторюваних ланок до поліефірвмісної повторюваної ланки прямо стосується густини заряду. Переважно, густина заряду співполімеру знаходиться в діапазоні приблизно від 300 до 3000 мікроеквів. зарядів/г співполімеру. Було виявлено, що найефективніший диспергатор, перевірений для зменшення води в даному класі диспергаторів, MELFLUX 2651F, має вищу густину заряду. Однак також було виявлено, що збільшення густини заряду далі призводить до збільшення ефекту сповільнення диспергатора. Диспергатори з низькою густиною заряду, такі як MELFLUX 2500L, сповільнюють час тужавлення менше, ніж диспергатор MELFLUX 2651F, який має високу густину заряду. Оскільки сповільнення часу тужавлення зростає при збільшенні ефективності, одержаної з диспергаторами з високою густиною заряду, виготовлення суспензії з низьким вмістом води, хорошою текучістю і прийнятним часом тужавлен 95077 12 ня вимагає підтримування густини заряду в середньому діапазоні. Переважніше, щоб густина заряду співполімеру знаходилася в діапазоні приблизно від 600 до 2000 мікроеквів. зарядів/г співполімеру. Модифікатор може бути будь-якою речовиною, рідкою або твердою, яка при комбінуванні з полікарбоксилатним диспергатором у гіпсовій суспензії призводить до поліпшення ефективності даного диспергатора. Модифікатори не призначені бути диспергаторами самі по собі, а служать, щоб давати можливість диспергатору бути ефективнішим. Наприклад, при постійних концентраціях диспергатора, одержують кращу плинність при використанні модифікатора, порівняно з тією ж самою суспензією без модифікатора. Хоча точна хімія, включена у використання модифікаторів, не є повністю зрозумілою, принаймні, два різних механізми відповідають за збільшення ефективності диспергатора. Вапно, наприклад, взаємодіє з полікарбоксилатом у водному розчині, розмотуючи молекулу диспергатора. На протилежність цьому, кальцинована сода реагує на поверхні гіпсу, щоб допомогти поліпшити ефект диспергатора. Будь-який механізм може бути використаний модифікатором для поліпшення ефективності диспергатора для цілей даного винаходу. Теоретично, якщо ці два механізми працюють незалежно, може бути знайдена комбінація модифікаторів, яка використовує загальний ефект обох механізмів і призводить до навіть кращої ефективності диспергатора. Переважні модифікатори включають цемент, вапно, також відоме як негашене вапно або оксид кальцію, гашене вапно, також відоме як гідроксид кальцію, кальциновану соду, також відому як карбонат натрію, карбонат калію, також відомий як поташ, та інші карбонати, силікати, гідроксиди, фосфонати і фосфати. Переважні карбонати включають карбонат натрію і карбонат калію. Силікат натрію є переважним силікатом. Коли вапно або гашене вапно використовується як модифікатор, воно використовується в концентраціях приблизно від 0,15% до 1,0%, виходячи з маси сухого напівгідрату сульфату кальцію. У присутності води вапно швидко перетворюється в гідроксид кальцію або гашене вапно, і рН суспензії стає лужним. Різкий підйом у рН може викликати ряд змін у хімії суспензії. Певні добавки, включаючи триметафосфат, руйнуються при зростанні рН. Також можуть бути проблеми з гідратацією, і, коли суспензію використовують для виготовлення стінових або гіпсових панелей, існують проблеми з 13 приклеюванням шпалер при високих рН. Для робітників, які знаходяться в контакті з суспензією, сильно лужні композиції можуть спричиняти подразнення шкіри, і контакту потрібно уникати. Вище за рН приблизно 11,5, вапно більше не спричиняє збільшення плинності. Отже, переважно в деяких застосуваннях утримувати рН нижче приблизно дев'яти для максимальної ефективності даного модифікатора. В інших застосуваннях, таких як настил підлоги, високий рН має перевагу мінімізування плісняви і мілдью. Гідроксиди лужних металів, особливо гідроксиди натрію і калію, є переважними для використання в настилі підлоги. Інші переважні модифікатори включають карбонати, фосфонати, фосфати і силікати. Переважно, дані модифікатори використовуються в кількостях менших 0,25%, виходячи з маси сухого напівгідрату сульфату кальцію. Вище даних концентрацій, збільшення кількості модифікатора спричиняє зменшення ефективності диспергатора. Дані модифікатори переважно використовуються в кількостях приблизно від 0,05 до 0,2 масових %. Також було виявлено, що густина заряду диспергатора впливає на здатність модифікатора взаємодіяти з диспергатором. Взявши сімейство диспергаторів з однаковими повторюваними ланками, модифікатор спричиняє більше збільшення ефективності у диспергатора, що має вищу густину заряду. Важливо зазначити, що хоч основною тенденцією є одержання ефективнішого підвищення з вищою густиною заряду, при порівнянні ефективності диспергаторів, що мають різні повторювані ланки, ефективність диспергаторів може значно відрізнятися при однаковій густині заряду. Таким чином, регулювання густини заряду може бути не в змозі подолати погану плинність з особливою групою диспергаторів для такого застосування. Виявилося, що модифікатори є менш ефективними, якщо напівгідрат сульфату кальцію насичений диспергатором перед тим, як модифікатор додають до суміші. Отже, переважно, щоб диспергатор і модифікатор з'єднували перед змішуванням зі штукатурним гіпсом. Якщо модифікатор або диспергатор знаходяться в рідкій формі, рідину переважно додають у виробничу воду. Інший модифікатор або диспергатор потім додають до води перед додаванням напівгідрату сульфату кальцію. Необхідно тільки декілька секунд змішування, щоб змішати модифікатор і диспергатор разом. Якщо як модифікатор, так і диспергатор знаходяться в сухій формі, вони можуть бути змішані разом і додані одночасно зі штукатурним гіпсом. Переважний спосіб комбінування води, диспергатора, модифікатора і штукатурного гіпсу далі описаний у патентній заявці США з серійним № 11/152 323 (посилання повіреного № 2033.73064), озаглавленій "Способи одержання гіпсової суспензії з модифікаторами і диспергаторами", раніше наведеній як посилання. Також було зазначено, що реакція полікарбоксилатних диспергаторів і модифікаторів відбувається по-різному, коли використовується в різному гіпсовому середовищі. Не бажаючи зв'язуватися теорією, вважають, що домішки, які присутні в гіпсі, вносять внесок в ефективність як диспергатора, 95077 14 так і модифікатора. Серед домішок, присутніх у штукатурному гіпсі, знаходяться солі, які варіюються географічним знаходженням. Відомо, що багато-які солі є прискорювачами тужавлення або сповільнювачами тужавлення. Ті ж самі солі можуть також змінювати ефективність полікарбоксилатного диспергатора, впливаючи на ступінь плинності, який може бути досягнутий. Деякі переважні полікарбоксилати, включаючи диспергатори РСЕ211-типу, найкраще використовуються зі штукатурним гіпсом із низьким вмістом солей. Інші диспергатори, такі як диспергатори 2641-типу, підходять для використання зі штукатурним гіпсом із високим вмістом солей. В результаті використання посилюючих плинність диспергаторів і модифікаторів для підвищення їхньої ефективності, кількість води, що використовується для розрідження суспензії, може бути зменшена в порівнянні зі суспензіями, виготовленими без таких добавок. Потрібно розуміти, що джерело штукатурного гіпсу, методика прожарювання, група диспергаторів, густина заряду і модифікатор - все працює разом, щоб одержати суспензію заданої плинності. У лабораторії можна зменшити рівень води близько до теоретично необхідного для повної гідратації напівгідрату сульфату кальцію. При використанні в промисловому затвердінні, технологічні міркування не можуть дозволити зменшення води до такого ступеню. Будь-яка кількість води може бути використана для виготовлення суспензії за даним винаходом, оскільки дана суспензія має значну плинність для застосувань, що розглядаються. Кількість води значно відрізняється, залежно від джерела штукатурного гіпсу, як його прожарюють, добавок і продукту, що виготовляється. Для стінових панелей використовують відношення води до штукатурного гіпсу ("WSR") від 0,18 до приблизно 0,8, переважно, від приблизно 0,2 до приблизно 0,5. Наливний настил підлоги використовує WSR приблизно від 0,17 до приблизно 0,45, переважно від 0,17 до приблизно 0,34. Композиції настилу підлоги, що використовують даний диспергатор, описані в патентній заявці США зі серійним № 11/152 324, озаглавленій "Високоміцні композиції настилу підлоги", раніше наведеної як посилання, які використовують відношення води до штукатурного гіпсу менше за 0,3. Рідкоплинні продукти використовують WSR від приблизно 0,1 до приблизно 0,3, переважно від приблизно 0,16 до приблизно 0,25. У лабораторії, відношення води до штукатурного гіпсу складає типово від 0,5 до 0,7. Звичайно, відношення води до штукатурного гіпсу від приблизно 0,2 до приблизно 0,6 є переважними. Кількість води може бути зменшена порівняно з іншими суспензіями, призводячи до збереження палива і більшої міцності продукту. У другому аспекті даного винаходу, дану суспензію використовують для виготовлення гіпсових панелей або стінової панелі, що має підвищену міцність. Для виготовлення гіпсових панелей, суспензію виливають, принаймні, на один лист облицювального матеріалу. Облицювальні матеріали добре відомі фахівцям у галузі гіпсових панелей. Багатошаровий папір є переважним обли 15 цювальним матеріалом, однак можуть бути використані одношаровий папір, картон, полімерна плівка та інші облицювальні матеріали. До суспензії також додають інші добавки, що є типовим для конкретної галузі використання, до якої буде прикладена гіпсова суспензія. Сповільнювачі тужавлення (до приблизно 2 фунт./MSF 2 (9,8 г/м )) або сухі прискорювачі (до приблизно 35 2 фунт./MSF (170 г/м )) додають для модифікування швидкості, при якій відбувається реакції гідратації. "CSA" являє собою прискорювач тужавлення, що включає 95% дигідрату сульфату кальцію, розмолотого з 5% цукру і прогрітого при 250°F (121°C) для карамелізації цукру. CSA постачається USG Corporation, Southard, OK завод, і готується відповідно до патенту США № 3 573 947, включеного тут посиланням. Сульфат калію є іншим переважним прискорювачем. HRA являє собою дигідрат сульфату кальцію, свіжорозмолотий із цукром у співвідношенні приблизно від 5 до 25 фунтів цукру на 100 фунтів дигідрату сульфату кальцію. Він далі описаний у патенті США №. 2 078 199, наведеному як посилання. Обидва вони є переважними прискорювачами. Інший прискорювач, відомий як вологий гіпсовий прискорювач або WGA, також є переважним прискорювачем. Опис використання і спосіб одержання вологого гіпсового прискорювача розкриті в патенті США № 6 409 825, наведеному як посилання. Даний прискорювач включає, принаймні, одну добавку, вибрану з групи, яка складається з органічної фосфонової сполуки, фосфатовмісної сполуки або їхніх сумішей. Даний особливий прискорювач демонструє істотне довголіття і підтримує свою ефективність у часі, так що вологий гіпсовий прискорювач може бути виготовлений, збережений, і навіть переміщений на довгі відстані перед використанням. Вологий гіпсовий прискорювач використовується в кількостях, що знаходяться в діапазоні приблизно від 5 до 80 фунтів на тисячу 2 квадратних футів (від 24,3 до 390 г/м ) панельного продукту. У деяких варіантах здійснення даного винаходу добавки включені в гіпсову суспензію для модифікування однієї або більше властивостей кінцевого продукту. Добавки використовують способом і в кількостях, як відомо в даній галузі техніки. Концентрації повідомляються в кількостях на 1000 квадратних футів кінцевих панелей із деревної стружки ("MSF"). Крохмалі використовують у кількостях від приблизно 3 до приблизно 20 2 фунт./MSF (від 14,6 до 97,6 г/м ), щоб збільшити щільність і зміцнити продукт. Скляні волокна необов'язково додають до суспензії в кількостях, 2 принаймні, 11 фунт./MSF (54 г/м ). До суспензії 2 також додають до 15 фунт./MSF (73,2 г/м ) паперових волокон. Воскові емульсії додають до гіпсової суспензії в кількостях до 90 фунт./MSF (0,4 2 кг/м ), щоб поліпшити водостійкість кінцевої гіпсової панелі. У варіантах здійснення даного винаходу, які використовують піноутворювач для одержання пустот у затверділому гіпсовмісному продукті для забезпечення меншої маси, може бути використаний будь-який із відомих традиційних піноутворю 95077 16 вачів, який є придатним для приготування спінених затверділих гіпсових продуктів. Багато-які з таких піноутворювачів добре відомі і повністю комерційно доступні, наприклад, від GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA. Піни і переважний спосіб приготування спінених гіпсових продуктів описані в патенті CШA № 5 683 635, наведеному як посилання. Якщо піну додають до продукту, полікарбоксилатний диспергатор може бути розділений між виробничою водою і пінною водою перед його додаванням до напівгідрату сульфату кальцію. Переважний спосіб введення одного або більше диспергаторів у воду змішувача або пінну воду описаний у патентній заявці США зі серійним № 11/152 404 (посилання повіреного № 2033.73130), озаглавленій "Ефективне використання диспергаторів у стіновій панелі, що містить піну", раніше наведеній як посилання. Триметафосфатну сполуку додають до гіпсової суспензії в деяких варіантах здійснення для посилення міцності продукту і для зменшення стійкості проти утворення патьоків затверділого гіпсу. Переважно концентрація сполуки триметафосфату складає від приблизно 0,07% до приблизно 2,0%, виходячи з маси випаленого гіпсу. Гіпсові композиції, що включають сполуки триметафосфату, описані в патентах США № 6 342 284 і 6 632 550, які обидва включені тут посиланням. Типові солі триметафосфату включають натрієві, калієві або літієві солі триметафосфату, такі як ті, які доступні від Astaris, LLC, St. Louis, МО. Повинна бути виявлена обережність при використанні триметафосфату з вапном або іншими модифікаторами, які підвищують лужність суспензії. Вище за рН приблизно 9,5, триметафосфат втрачає свою здатність посилювати продукт, і суспензія стає дещо ускладненою. Іншими можливими добавками до стінової панелі є біоциди для зменшення зростання плісняви, мілдью або грибків. Залежно від вибраного біоциду і наміченого використання стінової панелі, біоцид може бути доданий в облицювання, гіпсове осердя або в те й інше. Приклади біоцидів включають борну кислоту, піритіонові солі та солі міді. Біоциди можуть бути додані або в облицювання, або в гіпсове осердя. При використанні, біоциди застосовують в облицюванні в кількостях приблизно менших за 500 част./млн. Додатково гіпсові композиції необов'язково можуть включати крохмаль, такий як попередньо желатинізований крохмаль і/або кислотномодифікований крохмаль. Включення попередньо желатинізованого крохмалю збільшує міцність затверділого і висушеного гіпсового відливання і мінімізує або виключає ризик розшарування паперу в умовах підвищеної вологості (наприклад, що стосується підвищених співвідношень води до випаленого гіпсу). Будь-який зі звичайних фахівців у даній галузі техніки братиме до уваги методи попереднього желатинування сирого крохмалю, такі як, наприклад, варіння сирого крохмалю у воді при температурах, принаймні, приблизно 185°F (85°С) або інші методи. Придатні приклади попередньо желатинізованого крохмалю включа 17 ють, але не обмежуються цим, PCF 1000 крохмаль, комерційно доступний від Lauhoff Grain Company і AMERIKOR 818 і HQM PREGEL крохмалі, обидва з яких комерційно доступні від Archer Daniels Midland Company. При включенні попередньо желатинізований крохмаль присутній у будьякій зручній кількості. Наприклад, при включенні, попередньо желатинізований крохмаль може бути доданий до суміші, що використовується для одержання затверділої гіпсової композиції, так щоб він знаходився в кількості від приблизно 0,5% до приблизно 10% відсотків за масою затверділої гіпсової композиції. Крохмаль, такий як USG95 (United States Gypsum Company, Chicago, IL) також необов'язково додають для міцності осердя. За необхідності можуть бути використані інші відомі добавки для модифікування конкретних властивостей даного продукту. Цукор, такий як декстроза, використовують для поліпшення прилипання паперу на кінцях панелей. Воскові емульсії або полісилоксани використовують для водостійкості. Якщо потрібна жорсткість, то звичайно додають борну кислоту. Вогнестійкість може бути поліпшена додаванням вермикуліту. Ці та інші відомі добавки застосовуються в даній суспензії і рецептурах стінових панелей. Якщо окремі гіпсові панелі можуть бути виготовлені в періодичному процесі, то переважним способом гіпсову панель готують у безперервному процесі, формуючи у вигляді довгої панелі і нарізаючи на панелі необхідної довжини. Одержують сформований облицювальний матеріал і вміщують на місце для прийому гіпсової суспензії. Переважно, облицювальний матеріал має ширину, утворюючи безперервну довжину панелі, яка вимагає не більше двох розрізів для виготовлення панелі з необхідними кінцевими розмірами. Будь-який відомий облицювальний матеріал є застосовним при виготовленні стінових панелей, включаючи папір, скляний мат і полімерну плівку. Облицювальний матеріал безперервно подається на панельну лінію. Суспензія утворюється змішуванням сухих компонентів і вологих компонентів разом у будьякому порядку. Типово, рідкі добавки додають до води, і змішувач активується протягом короткого часу для їхнього змішування. Воду відміряють безпосередньо в змішувач. Якщо використовують модифікатори, переважно, модифікатори і диспергатори попередньо розчиняють у воді змішувача перед введенням у штукатурний гіпс. Сухі компоненти суспензії, випалений гіпс і будь-які сухі добавки переважно змішують разом перед введенням у змішувач. Сухі компоненти додають до рідини в змішувачі, і змішують до зволоження сухих компонентів. Суспензію потім змішують для досягнення гомогенної суспензії. Звичайно, піну на водній основі змішують із суспензією для контролю щільності утвореного у результаті матеріалу осердя. Така піна на водній основі звичайно створюється інтенсивним зсувним змішуванням придатного піноутворювача, води і повітря перед введенням утво 95077 18 реної в результаті піни в суспензію. Піна може бути введена в суспензію в змішувачі, або, но, у суспензію при виході зі змішувача в труровід для вивантаження. Див., наприклад, патент США № 5 683 635, наведений як посилання. На заводі з виробництва гіпсових панелей, як правило, тверді речовини і рідини безперервно додаються в змішувач, у той час як утворена в результаті суспензія безперервно випускається зі змішувача, і має середній час перебування в змішувачі менше 30 секунд. Суспензію безперервно розподіляють через один або більше вихідних отворів зі змішувача через трубопровід для вивантаження і наносять на конвеєр, що рухається і несе облицювальний матеріал, і формують у панель. Інший паперовий покривний лист необов'язково вміщують наверх суспензії, так, щоб суспензія вміщувалася посередині між двома покривними листами, що рухаються, які стають облицюванням утвореної у результаті гіпсової панелі. Товщина утвореної в результаті панелі контролюється формуючою пластиною, і краї панелі формуються відповідним механічними пристроями, які безперервно роблять відмітки, згинають і клеять краї паперу, що перекриваються. Додаткові спрямовуючі пристрої підтримують товщину і ширину в міру переміщення суспензії, що твердне, по рухомій стрічці. У той час як підтримується форма, випалений гіпс зберігається в умовах (тобто температура приблизно менше за 120°F), достатніх для реакції з частиною води для тужавіння та утворення взаємозв'язаної матриці гіпсових кристалів. Панелі потім ріжуть, підрівнюють і спрямовують до сушарок для сушіння затужавілих, але все ще трохи вологих панелей. Переважно, застосовується двостадійний процес сушіння. Панелі спочатку піддають впливу високотемпературної випалювальної печі для швидкого нагрівання панелі і початку видалення надлишку води. Температура випалювальної печі і час перебування панелі варіюються залежно від товщини панелі. Як приклад, 1/2-дюймову панель (12,7 мм) переважно сушать при температурах вище 300°F (149°C) протягом приблизно від 20 до 50 хвилин. У міру випаровування води з поверхні, вона витягується капілярною дією зсередини панелі, щоб замінити поверхневу воду. Відносно швидкий рух води допомагає переміщенню крохмалю і піритіонової солі в папір. Піч другої стадії має температури менші за 300°F (149°C), щоб обмежити випал панелі. ПРИКЛАД 1 Тести проводили, щоб визначити вплив додавання карбонату калію на два різних диспергатора. У кожному з наступних прикладів гіпсова суспензія була виготовлена з 400 грамів штукатурного гіпсу від Southard, OK, 180 грамів води і 0,2% диспергатора, із розрахунку на суху масу штукатурного гіпсу. Тип диспергатора і кількість карбонату калію показані нижче в таблиці 1, разом із результатами розміру брикету і тестами швидкості тужавлення. 19 95077 20 Таблиця 2 Диспергатор 211 211 Melflux 2500L Melflux 2500L Карбонат калію, г 0,6 0,0 0,6 0,0 Як видно з даних таблиці 1 вище, додавання карбонату калію збільшує плинність суспензії, про що свідчить збільшення розміру брикету. Додавання модифікатора також затримує час тужавлення порівняно зі зразками, де карбонат калію не Розмір брикету, см 30,3 19,8 26,0 15,5 Час тужавлення 6:00 2:05 10:30 2:35 використали. ПРИКЛАД 2 Тести проводили, щоб визначити вплив вапна на диспергатор Melflux 2500L із двома різними штукатурними гіпсами. Таблиця 2 Штукатурний гіпс Вапно Shoals Shoals Galena Galena 0 0,25% 0 0,25% Співвідношення води до штукатурного гіпсу при даній дозі диспергатора 0,0% 0,05% 0,11% 0,22% 0,65 0,64 0,58 0,50 0,68 0,61 0,52 0,41 0,60 0,53 0,45 0,39 0,64 0,50 0,39 0,30 Тести, наведені вище, показують, що вапно є ефективним модифікатором зі штукатурними гіпсами від Shoals і Galena Park. ПРИКЛАД 3 Кальциновану соду тестували в лабораторії на придатність у ролі модифікатора. Кількість води, показана в таблиці 3, водоспоживання, додавали до 50 куб. см штукатурного гіпсу для панелі, бетапрожареного напівгідрату. Дану кількість води вибирали, щоб одержати стандартний 3-3/4" брикет при об'єднанні штукатурного гіпсу, диспергатора, модифікатора і води. Диспергатор додавали при швидкості 1,5#/MSF, на основі твердих речовин, як якби його додавали до суспензії для панелі 1/2". Диспергатор був РСЕ211, диспергатор із двома повторюваними ланками, ідентифікований як РСЕ49. Карбонат натрію додавали при концентраціях, показаних у таблиці 3, у діапазоні від нуля до 0,6% за масою, виходячи з маси сухого штукатурного гіпсу. Водоспоживання і час тужавлення показані в таблиці 3. Таблиця 3 Na2CO3 0,0% 0,05% 0,10% 0,20% 0,40% 0,60% Куб. см доданої води 52 47 45 45 47 50 До і включаючи 0,2%, кількість води, необхідна для виготовлення брикету стандартного діаметра, зменшується, у міру того, як кількість модифікатора збільшується. На рівні 0,4% і 0,6%, водоспоживання знову зростає. Час тужавлення послідовно падає, у міру того, як кількість кальцинованої соди зростає. Час тужавлення 17 17 17 15 11 11 ПРИКЛАД 4 Проводили аналогічне дослідження, за винятком того, що у ролі модифікатора використали CaMg(OH)4. Воду додавали в кількості, зазначеній у таблиці 4. Ті ж самі штукатурний гіпс і диспергатор використали в тих же самих кількостях. Таблиця 4 CaMg(OH)4 0,0% 0,05% 0,10% 0,20% 0,40% 0,60% Куб. см доданої води 52 48 47 45 44,5 45 Час тужавлення 17 13 11 11 11 9 21 95077 Гідроксиди діють як модифікатори, дозволяючи використати менше води для одержання стандартної плинності, яка виробляє стандартний розмір брикету. Хоч ефективність хороша, гідроксиди не підходять для деяких продуктів, таких як стінові панелі, оскільки суспензія стає дуже лужною, викликаючи втрату ефективності деяких переважних добавок, включаючи триметафосфат. Навіть при 0,05% CaMg(OH)4, рН складав вище 10. Для продуктів, де рН продукту не є проблемою, гідроксиди можуть бути ефективно використані як модифікатори. ПРИКЛАД 5 Переважний диспергатор 211 тестували з безліччю модифікаторів, щоб визначити поліпшення ефективності. Були протестовані тетранатрій фосфат ("TSP"), тетранатрій пірофосфат ("TSPP") і 22 карбонат натрію (кальцинована сода) реагентної якості. Dequest 2006 (Solutia, Inc. St. Louis, MO, пентанатрієва сіль амінотри(метиленфосфонієвої кислоти) також була протестована. Для всіх зразків, що тестуються, співвідношення води до штукатурного гіпсу становило 0,5. Вологий гіпсовий прискорювач (WGA) додавали на основі сухої маси штукатурного гіпсу. Контрольний зразок мав тільки 0,5% за масою WGA. Кількість кожного доданого модифікатора показана в таблиці 5, паралельно з часом тужавлення і розміром брикету, одержаним кожним зразком. Модифікатор і диспергатор додавали до води, потім йшло додавання штукатурного гіпсу і WGA. Суспензію перемішували доти, поки вона не стала твердою. Таблиця 5 Модифікатор Кількість Розмір брикету Час тужавлення Контроль 0 20 см 2:15 DEQUEST 2006 0,05% 23,7 см 2:35 Хоча більше кальцинованої соди використали для одержання даних результатів, вона вважається ефективною, оскільки вона коштує одну третину ціни від інших модифікаторів. Далі, вона збільшує розмір брикету на 37%, у той час як час тужавлення зростає тільки на 11%. DEQUEST 2006 дає набагато менший брикет протягом приблизно однакового часу тужавлення, і TSPP має менший роз Комп’ютерна верстка А. Крулевський TSP 0,05% 21,5 см 2:15 TSPP 0,5% 25,5 см 2:55 Кальцинована сода 0,15% 27,5 см 2:30 розмір брикету, але має більший час тужавлення. У той час як були описані конкретні варіанти здійснення модифікаторів для гіпсових продуктів, фахівець у даній галузі зрозуміє, що до цього можна зробити зміни і модифікації без відхилення від винаходу в його найбільш широких аспектах, і як викладено у формулі винаходу, що йде нижче. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601