Полегшені гіпсові вироби з підвищеною водостійкістю

Реферат: Виріб виготовляють зі здатної до затвердіння водної дисперсії сульфату кальцію, в якій співвідношення між водою та твердими частками не перевищує 0,4 до 1, та по об'єму якої розподілено легкі порожнисті тіла з водонепроникними поверхнями, наприклад, кульки спіненого полістиролу. Ця дисперсія містить здатний до гідратації цемент, наприклад, сульфоалюмінат кальцію, гідратація якого може відбуватись у присутності дисперсії сульфату кальцію. Цей здатний до гідратації цемент реагує з надлишком води, який є в дисперсії, тим самим підвищуючи водостійкість отриманого в результаті виробу. UA 108485 C2 (12) UA 108485 C2 UA 108485 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується гіпсових виробів, які мають відкриті поверхні, та надає таким виробам підвищеної водостійкості. Гіпсові вироби, включаючи гіпсові блоки, гіпсові панелі, які не містять паперу, а також гіпсові оздоблювальні деталі, можуть пошкоджуватись в результаті поглинання води, особливо у тих випадках, коли ці вироби мають застосовуватись в умовах вологого або сирого середовища, оскільки ці вироби мають відкриті поверхні, чутливі до потрапляння води. Стандартний спосіб перевірки "вологостійкості" стінової панелі вимагає, щоб поглинання води нею не перевищувало 5 %, наприклад, якщо визначати у відсотках вагову частку води, поглинутої зразком у вигляді панелі розміром 300 мм х 300 мм, який витримують протягом двох годин зануреним у воду за температури 20 °C. Панель з такою вологостійкістю можна використовувати в тих ситуаціях, коли існує ризик обмеженого доступу вологи до цієї панелі. Для того, щоб підвищити вологостійкість панелі, було запропоновано додавати гідрофобну домішку до гіпсового тіста на етапі формування панелі. Такою гідрофобною домішкою може бути, наприклад, силікон, як описано в нашому європейському патенті 957070; застосування такої гідрофобної домішки потребує виконання термічної обробки, і було б бажано уникати необхідності подачі енергії, пов'язаної з виконанням такої термічної обробки. В заявці WO2008/153519 пропонувались також співполімери латексу, але не зрозуміло, чи отримує результуюча суміш довгострокову водостійкість. Залишається актуальним бажання підвищити механічні властивості готових гіпсових виробів у вологому середовищі та досягти при виготовленні таких виробів зменшення кількості відкритих пор, оскільки це підвищить їх водостійкість. Зокрема, існує потреба отримати водостійкі гіпсові вироби, які мають підвищену міцність після тривалого контакту з водою, та при виготовленні яких можна застосовувати м'який режим сушки. Даний винахід представляє спосіб виготовлення водостійкого виробу з гіпсу, за якого вказаний виріб виготовляють зі здатної до затвердіння водної дисперсії сульфату кальцію, співвідношення між водою та твердими часточками у якій не перевищує 0,4 до 1, причому в об'ємі вказаної дисперсії розподілені легкі порожнисті тіла з водонепроникними поверхнями, а також здатного до гідратації цементу (наприклад, сульфоалюмінат кальцію), гідратація якого може відбуватись у присутності дисперсії сульфату кальцію, при цьому вказаний здатний до гідратації цемент вступає в реакцію з надлишком води, яка міститься в дисперсії. Таким чином, цей здатний до гідратації цемент реагує з водою, причому без значного підводу тепла, в результаті чого заповнюються пори, які могли б з'явитись внаслідок наявності надлишкової кількості води в процесі сушки. Таким здатним до гідратації цементом в типовому випадку є цемент у вигляді сульфоалюмінату кальцію, який реагує з водою, що міститься в дисперсії, утворюючи етрингіт. Цей здатний до гідратації цемент беруть у кількості, достатній для того, щоб він міг прореагувати з усім надлишком води, який залишається після реакції сульфату кальцію з водою, ця кількість у вагових відсотках становить, наприклад, від 5 до 15 % по відношенню до ваги сухої суміші в дисперсії (тобто, до ваги гідравлічного в'яжучого порошку в складі дисперсії сульфату кальцію, включно з самим цим здатним до гідратації цементом). Більш оптимальним є значення приблизно 10 %, наприклад, від 8 до 12 %, визначене за тим же базовим принципом. Сульфат кальцію, наявний у складі дисперсії, в типовому випадку є таким, що застосовується для виготовлення штукатурної суміші з низькою водопотребою; прикладами таких сумішей є штукатурки альфа-гіпс, ангідрит II або ангідрит III. Ця дисперсія може також містити інші матеріали, призначені для мінімізації її водопотреби, наприклад, один або кілька суперпластифікаторів. В альтернативному варіанті такий сульфат кальцію може бути представленим штукатуркою бета-гіпс з суперпластифікатором високої якості. Вказаними легкими порожнистими тілами можуть бути, наприклад кульки з розширеного полістиролу, гранульований корок, порожнисті сфери, або сфери, сформовані з полімерної піни в процесі її затвердіння після полімеризації, в результаті чого ці сфери стають непроникними для води. Кожне з цих порожнистих тіл містить одну або декілька пустот або замкнених порожнин, при цьому вказані пустоти або порожнини за своєю природою являють собою закриті пори (тобто, такі, що не дозволяють проходити крізь них газу та/або рідині на поверхню чи з поверхні даного тіла, в якому вони містяться). В кожному з таких тіл вказані пустоти або порожнини охоплені водонепроникною поверхнею самого цього тіла. Вагова частка цих порожнистих заготовок в типовому випадку становить від 0,5 до 2 % за вагою гідравлічного в'яжучого порошку. В деяких варіантах втілення даного винаходу особливо важливо, що вказана дисперсія містить щонайменше одну домішку, яка носить в цілому гідрофобний характер; такою домішкою 1 UA 108485 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 в типовому випадку є, щонайменше, одна амфіфільна речовина, наприклад, мило. Оптимальними видами такого мила є солі довголанцюгових жирних кислот, наприклад, стеарати кальцію, цинку, магнію та/або алюмінію. Такі види мила містять вуглеводневий ланцюжок (якому вони завдячують гідрофобними властивостями), а також карбоксильну сольову групу (якій вони завдячують гідрофільними властивостями) - саме тому вони мають амфіфільні характеристики. В переважному варіанті їх вага становить від 1 до 15 % за вагою гідравлічного в'яжучого порошку. Вказана дисперсія також може додатково містити водовідштовхувальний агент, який, твердіючи в лужному середовищі, утворює гідрофобну силіконову смолу. Прикладами таких агентів є алкіл/вініл алкоксисилани, алкіл/вініл силоксани, алкіл/вініл силаноли, алкіл силіконати та їх суміші. Прикладами таких речовин, наявними в продажу, є смоли Silres BS 16 та BS 1260 від компанії Wacker. В деяких варіантах втілення даного винаходу такий водовідштовхувальний агент або його прекурсор може бути у вигляді порошку. Вказана дисперсія може додатково містити волоконне армування, зокрема, таке, як армування зі скловолокна; у випадку присутності армування зі скловолокна особливо бажано, щоб дисперсія також містила водовідштовхувальний агент, наприклад, один з описаних в попередньому абзаці. Тверді речовини, які застосовуються для утворення дисперсії, можна отримувати у формі сухих інгредієнтів, таким чином, вже на робочому місці їх можна змішувати з водою, утворюючи дисперсію. Таку суху суміш можна отримувати для відливання полегшених блоків на місці. В процесі роботи дисперсії дають можливість затвердіти, формуючи гіпсову заготовку, наприклад, блок або панель, або оздоблювальну деталь для кріплення на поверхню стіни, тощо. Якщо згідно з даним винаходом виготовляють гіпсову панель, то поверхня такої панелі може мати армування чи облицювання у вигляді листів, або не мати їх; це зокрема є переважним, якщо застосовуються елементи армування поверхні, то це можуть бути, наприклад, волоконна тканина, волоконна сітка або папір. Особливо важливим є те, що ці заготовки виготовляються без застосування зовнішнього джерела нагрівання для їх висушування, що може дати додаткову перевагу з огляду на те, що в нормальному процесі виготовлення гіпсових панелей мають місце значні затрати, пов'язані з енергоспоживанням (як у вигляді прямої плати за енергію, так і у вигляді зусиль, спрямованих на відведення викидів СО 2); отже, затрати енергії на виготовлення виробів за даним винаходом може бути знижено. В складі дисперсії за потреби можуть бути присутніми інші матеріали, активатори та інгредієнти, які не погіршують властивостей цієї дисперсії. Такі матеріали, що не погіршують дисперсію, можуть включати за вибором додаткові інгредієнти, наприклад, крохмаль, прискорювачі або сповільнювачі затвердіння, інгібітори деформації (наприклад, протиусадкові агенти), домішки, що запобігають зморщуванню, інгібітори рекальцинації, стабілізатори піни, бактерициди, фунгіциди, регулятори рівня рН, барвники, вогнезахисні домішки та наповнювачі (наприклад, подрібнені мінеральні матеріали чи пластмаси, які в деяких варіантах втілення винаходу можуть мати спінену форму). Рівень рН дисперсії, яка використовується за даним винаходом, в типовому випадку знаходиться в діапазоні від 10 до 13. Даний винахід поширюється на гіпсові будівельні вироби, такі, як блоки, стінові панелі, оздоблювальні деталі, тощо, у тому випадку, коли їх виготовляють способом, який відповідає даному винаходу, зокрема, на такі вироби, які використовуються зовні приміщення, а також на такі вироби, які знаходяться під дією дощу або іншим чином контактують з водою, наприклад, зі значною масою води. Далі подані приклади виконаних дослідів, які ілюструють певні переваги і особливості даного винаходу, а також спосіб його застосування. Приклад 1 Зразки для лабораторного дослідження було виготовлено за допомогою кухонного міксера Kenwood KM300 Chef Mixer, який працює за планетарним принципом змішування. Гідравлічним в'яжучим матеріалом для дослідження було вибрано чисту штукатурну суміш -гіпс (SaintGobain Formula, 'Crystacal Base'), або суміш -гіпс: цемент Belitex CSA у співвідношенні 9:1. Густину зменшили, додавши у пластиковий мішок з основною сухою сумішшю кульки спіненого полістиролу діаметром 1 мм, вагова частка яких становила 1,2 % в/в по відношенню до ваги основної суміші, та перемішавши отриману суміш. Крім того, в підпунктах 1.3 та 1.4 цього досліду до основної суміші додавали з перемішуванням порошок стеарату кальцію, а саме порошок марки "SM-Microfine" від компанії FACI (Великобританія). Водопровідну воду 2 UA 108485 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 попередньо нагріли до 40 °C для досягання типової температури рідкого цементного розчину промисловому виробництві, отримуваного при змішуванні з водою. Кількість води взяли, виходячи з вагового співвідношення до ваги сухої порошкової суміші 0,35:1, і влили її в змішувальну ємність міксера, куди потім долили також рідку гідрофобну домішку BS 1260 в підпунктах 1.5 та 1.6. Гідравлічний в'яжучий матеріал, змішаний з кульками спіненого полістиролу висипали в цю рідину протягом 30 секунд, залишили відстоюватись протягом 30 секунд, та перемішували протягом однієї хвилини, починаючи з режиму перемішування Іта перемикаючи на наступну швидкість через кожні 10 секунд перемішування закінчення процесу в режимі 6. Отриманий рідкий цементний розчин викладали в форму з силіконової гуми, в результаті чого було сформовано 6 прямокутних паралелепіпедів з розмірами 20 мм х 20 мм х 100 мм. Після того, як гідратацію штукатурної суміші було завершено (в типовому випадку цей процес займав 1 годину, і його закінчення визначали шляхом вимірювання температури), зразки виймали з форми, а потім герметично закривали в пластиковому мішку на 48 годин, даючи можливість подальшої гідратації цементу CSA. Потім зразки висушували протягом 12 годин або довше за температури 40 °C. Підготовчий етап включав відрізання країв розміром 5 мм стрічковою пилкою, щоб відкрити серцевину, після чого зразки витримувались протягом 12 годин чи довше у камері за температури 23 °C та відносної вологості 50 %. На цьому етапі виміряли вагу та геометричні розміри, що дало можливість отримати початкові значення ваги та густини. Отримані результати подано у наступній Таблиці 1. Приклад 2 (Порівняльний) З метою порівняння взяли наявний у продажу шматок плити Glasroc від компанії SaintGobain Gyproc. До цього продукту, армованого скловолокном, на етапі перемішування було додано поліметилгідрогенсілоксан, а для додаткового захисту поверхні від проникнення води було виконано покриття полімером. Зразок розрізали на шматки розміром 125 мм х 125 мм з метою перевірки поглинання води. Результати цієї перевірки показані в Таблиці 2, де їх порівняно з результатами Прикладу 3. Приклад 3 Тут було використано той же спосіб, який детально описано в Прикладі 1, крім наступних відмінностей. Гідравлічна в'яжуча порошкова суміш являла собою суміш штукатурки а-гіпс та цементу CSA у співвідношенні 9:1. Співвідношення між вагою води, нагрітої до 40 °C, та твердою сумішшю становило 0,4 до 1, що трохи перевищувало це співвідношення в Прикладі 1. Отриманий рідкий цементний розчин з надлишком виклали в дві форми, облицьовані матеріалом зі склотканини від компанії Johns Manville. Ці форми виготовлені з латуні і мають квадратний переріз та розміри 152 мм х 152 мм х 12,5 мм (внутрішні розміри). Потім на цементний розчин зверху наклали склотканину та закрили зсувним металевим бруском, тим самим вдавивши склотканину в поверхню. Форма була затиснута між двома листами Perspex. 3 UA 108485 C2 5 Після завершення гідратації зразки вийняли з форм та висушували протягом 12 годин за температури 60 °C та відносної вологості 20 % в кліматичній камері Vötsch. Підготовчий етап включав відрізання країв стрічковою пилкою для відкривання серцевини, що дало в результаті зразки довжиною та шириною 114-122 мм. Результати перевірки щодо поглинання води представлено в Таблиці 2. Результати перевірки міцності в вологому стані представлено в Таблиці 3. 10 15 20 Перевірка поглинання води Перевірку поглинання води виконували шляхом занурення зразків в водопровідну воду за температури 23 °C таким чином, щоб між верхнім краєм зразка і поверхнею води постійно знаходився шар води товщиною 30 мм. По закінченню визначених відрізків часу зразки вийняли, і перед повторним зважуванням надлишкову воду витерли. В цьому випадку застосовувався той же спосіб, який подано в стандарті EN520: 2004, розділ 5.9.2 та відмінність якого полягала лише в тому, що розмір зразка був меншим, а значення тривалості занурення перевищували 2 години з метою демонстрації покращеної водостійкості за даним винаходом. Результати Прикладу 1 являють собою середні значення потрійних вимірювань, а результати Прикладів 2 та 3 подвійних вимірювань. Перевірка міцності в вологому стані 4 UA 108485 C2 5 Перевірку міцності в вологому стані зразків, занурених на 240 годин (тобто, насичених зразків), визначали за допомогою способу, подібного стандарту ASTM-C 473 (розділ 12) стосовно вимірювання міцності серцевини та країв гіпсових панелей. Максимальне зусилля, необхідне для продавлювання сталевого пуансона діаметром 2 мм (в ASTM-C 473 вказано діаметр 2,5 мм) в зразок на відстань 13 мм, вимірювали динамометром Mecmesin в режимі швидкості траверси 30 мм/хв. Це тестування повторювали на тому ж краю зразка 16 разів для визначення середнього значення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 1. Спосіб виготовлення водостійкого гіпсового виробу, за яким вказаний виріб виготовляють зі здатної до затвердіння водної дисперсії сульфату кальцію, в якій співвідношення між водою та твердими часточками не перевищує 0,4 до 1 та із здатного до гідратації цементу, який присутній у кількості від 8 до 12 % відносно маси твердих часточок, здійснюють реакцію здатного до гідратації цементу з надлишком води в дисперсії, при цьому по об'єму вказаної дисперсії розподіляють легкі порожнисті тіла, що мають водонепроникні поверхні. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що здатний до гідратації цемент містить сульфоалюмінат кальцію. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що матеріалом порожнистих тіл є спінений полістирол. 4. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що вагова частка порожнистих тіл становить від 0,5 до 2 % відносно маси твердих часток у дисперсій сульфату кальцію, що включає гідратований цемент. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гідратація відбувається у присутності дисперсії сульфату кальцію. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дисперсія містить амфіфільну сполуку. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що амфіфільною сполукою є мило. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дисперсія містить водовідштовхувальний агент, який в процесі твердіння утворює гідрофобну силіконову смолу в лужному середовищі. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дисперсія додатково містить армування зі скловолокна. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що поверхню вказаного гіпсового виробу армують. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що гіпсовий продукт виготовляють за типової температури цементного розчину. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5