Гіпсові будівельні панелі

Реферат: Спосіб виробництва гіпсової будівельної панелі, в якому до водно-гіпсового тіста додають глину, яка набухає у воді, та водорозчинний основний полімер, який має кращу спорідненість з глиною, вказаному тісту дають затвердіти для формування панелі, при цьому вказаний водорозчинний основний полімер містить головним чином вуглець, азот та водень та має амінні групи, які можуть бути первинними, вторинними, третинними або четвертинними, в головному ланцюзі полімеру та/або в його бічних ланцюгах. UA 106077 C2 (12) UA 106077 C2 UA 106077 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується виробництва гіпсових будівельних панелей. Гіпсові будівельні панелі широко відомі, вони можуть мати зміцнену поверхню, як, наприклад, листи сухої штукатурки або гіпсокартону (які зазвичай зміцнюють, обкладаючи паперовими листами), або гіпсові панелі (які можна зміцнювати, вміщуючи ткану або неткану зміцнювальну арматуру на їх поверхні або поблизу неї, або ж просто, зміцнюючи їх серцевину). Зазвичай гіпсову панель виготовляють шляхом формування з водно-І і псового тіста (та, за вибором, з додаванням волоконної зміцнювальної арматури) в результаті пропускання через екструдер, або між валиками чи ременями. Для створення гіпсової панелі зі зміцненою поверхнею водно-гіпсовим тістом заповнюють простір між поверхневими зміцнювальними елементами. За такого способу виготовлення краї елементів поверхневого зміцнення або облицювальних листів зазвичай з'єднують. Після надання Гіпсовій панелі належної форми вологому тісту дають можливість затверднути, і затверділу панель розрізають на листи потрібної довжини та висушують, щоб отримати в результаті готову панель. З'ясувалось, що в деяких природних родовищах гіпсу присутні види глини, здатні набухати в воді, і їх присутність призводить до підвищеної водопотреби для гіпсового тіста, з якого в результаті формується штукатурка, внаслідок утворення флокульованої структури за присутності іонів кальцію. В патенті США 7261772 було запропоновано додавати в такі глини співполімер з гребінчастим розгалуженням, утворений з поліефіру, який має ненасичені кінцеві групи, наприклад, шляхом полімеризації поліефірного макромономеру, який містить поліалкіленоксидний ланцюг, в результаті реакції з ненасиченим мономером, наприклад, з акриловою кислотою або метакриловою кислотою. Поліалкілен-оксид зазвичай отримують з етиленоксиду, пропіленоксиду, бутиленоксидів, тощо; наприклад, з поліетиленгліколю або з поліпропіленгліколю, або з їх блок-співполімерів чи статистичних співполімерів. В згаданому вище патенті США пропонується, щоб в гіпсовій композиції були наявні певні амінні сполуки, зокрема, згадуються аліфатичні аміни, четвертинні аміни, алкоксильовані аміни та аміноксиди. Відсутні згадки про використання амінів, в яких амінна група присутня в повторювальній ланці полімеру. Ми також раніше пропонували в нашій заявці WO2009/068899 застосовувати основний водорозчинний полімер, який має кращу спорідненість з глиною, замість амінних сполук, вказаних у згаданому вище патенті США. Серед згаданих сполук є полівініловий спирт, полівінілпіролідон та деякі похідні крохмалю, розчинні в холодній воді. Ми виявили, що можна досягти подальшого поліпшення, якщо замість такого амінного чи основного водорозчинного полімеру застосувати певні основні водорозчинні полімери, які містять азот і мають кращу спорідненість з глиною. Отже, згідно з даним винаходом пропонується спосіб виробництва будівельних гіпсових панелей з водно-гіпсового тіста, в якому міститься глина, здатна набухати в воді, і згідно з яким до цього водно-гіпсового тіста також додають гребінчасто-розгалужений співполімер (як описано в вищезгаданому патенті США 7261772) в якості пластифікуючої добавки, а також гідрофільний водорозчинний основний полімер, який складається головним чином з вуглецю, азоту та водню і має амінні групи (які можуть бути первинними, вторинними, третинними або четвертинними) в головному ланцюзі і/або в бічному ланцюзі, при цьому водорозчинний полімер має кращу спорідненість з глиною. Ми виявили, що наявні в гіпсі глини перешкоджають дії пластифікуючих добавок, якими є гребінчасто-розгалужені полімери, знижуючи питому ефективність таких пластифікуючих добавок. Такі пластифікуючі добавки переважно адсорбуються на глинах через вищий заряд останніх. Ми також виявили, що перевагою присутності водорозчинних основних полімерів у водногіпсовому тісті є те, що вони можуть адсорбуватись на глині, присутній в цьому тісті, тим самим виконуючи дві наступні функції: 1) диспергування часточок глини, що незначно знижує рівень води; та 2) блокування місць, які в іншому разі були б зайняті доданою пластифікуючою добавкою, таке блокування дозволяє пластифікуючій добавці виконувати потрібну функцію плаcтифікації часточок штукатурного розчину, то в свою чергу призводить до подальшого зниження рівня води. Застосовувані за даним винаходом полімери можуть мати катіонний заряд і містити четвертинні амонієві групи або вторинні чи третинні амінні групи в головних ланцюгах, ланцюгах відгалуження або в бічних підвішених групах. Якщо такі полімери містять первинні амінні групи, то останні знаходяться в бічних підвішених групах. 1 UA 106077 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 До першої групи основних полімерів, що містять амінні групи і найкраще підходять для застосування за даним винаходом, відносяться ті, які оіримано з мономерів, що мають єдину здатну до полімеризації одиницю в молекулі (наприклад, олефіновий зв'язок або здатне до розщеплення гетероциклічне кільце), при цьому бажано, щоб решта мономера була насиченою і/або бажано, щоб вона містила амін у вигляді первинної або вторинної групи. Кращим прикладом такого полімеру, який в результаті полімеризації містить вторинні або третинні амінні групи в головному ланцюзі, є полімер типу поліетиленіміну (який також має амінні групи в бічних ланцюгах). В разі застосування такого поліетиленімінного полімеру за даним винаходом бажано, щоб його середня молекулярна вага була меншою, ніж 20000 г/моль, найбажаніше - менше, ніж приблизно 3000. Перевагою в результаті застосування таких полімерів крім зниження рівня води може бути також сіабільність піни. Зазвичай поліетиленімін має показану нижче структуру, з якої видно, що цей полімер загалом містить вторинні та третинні амінні групи в головному ланцюзі, а також первинні, вторинні та третинні групи в бічних ланцюгах. Наступними прикладами основних водорозчинних полімерів, які найкраще підходять для застосування за даним винаходом, є полівініламін, ііоаіалкіламін та полівінілпіридин, причому полівінілпіридин зазвичай має третинну форму. Цей основний водорозчинний полімер може містити бічні підвішені амінні або третинні амонієві групи, прикладом такого полімеру, який є полі-, моно- чи ди-олефінзаміщеним аміном, є наприклад, полімер типу аліламіну або полімер типу кротиламіну, метилаліламіну, циннаміламіну тощо. Друга група найбільш придатних основних полімерів включає галіди полі (діалілдіалкіл амонію). Бажано, щоб такий полімер мав середню молекулярну вагу меншу, ніж 200 кілодальтонів, наприклад, не більшу, ніж 100 кілодальтонів. Проте, полімери типу полі(діалілалкіламіну) є менш придатними. Бажано, щоб будь-які види аніонів, наявні в таких водорозчинних полімерах, були сумісними з гіпсом і не призводили практично до будь-якої взаємодії з ним, яка б мала несприятливий ефект. Крім того, бажано, щоб такі види іонів не утворювали гідратованих форм. Тому в деяких варіантах втілення винаходу бажано, щоб такий основний полімер не містив хлорид-іонів, прикладом такого полімеру є поліетиленімін або поліаліламін, як вказано вище. Такі основні водорозчинні полімери для застосування за даним винаходом мають кращу спорідненість з глиною (порівняно з гребінчастим співполімером) та здатні зв'язуватись з глиною, таким чином сприяючи диспергуванню глини та блокуючи несприятливу взаємодію з пластифікуючою добавкою, якою є співполімер з гребінчастим розгалуженням. Така дія допомагає покращити питому ефективність пластифікуючої добавки. Перевагою даного винаходу є те, що поліоксіалкілени можна виключити, в той час, як зазвичай ці полімери застосовуються в комбінації з аміном, як описано вище. За даним винаходом в такій комбінації немає необхідності. Придатним водорозчинним полімером для застосування за даним винаходом є полімер, здатний розчинятись в холодній воді (тобто, в воді, іемпература якої не перевищує 30°С, наприклад, дорівнює 20°C) для того, щоб такий полімер можна було отримувати у вигляді водного розчину (тим самим уникаючи додаткового етапу розчинення полімеру в гарячій воді перш, ніж додавати до змішувача гіпсового тіста). Оптимальна кількість такого водорозчинного полімеру складає від 0,1 до 2 грамів на кожен грам глини, наявної в гіпсовому тісті. Такий полімер може одночасно виконувати декілька функцій, найважливішими з яких є наступні: 1) диспергування глини, що дозволяє зменшити потребу води, та 2 UA 106077 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2) підвищення ефективності флюїдизаторів на основі співполімеру з гребінчастим розгалуженням, що дозволяє зменшити потребу води. Кількість пластифікуючої добавки, основою якої є співполімер з гребінчастим розгалуженням, в оптимальному варіанті має становити від 0,005 до 1% по відношенню до загальної ваги гіпсового тіста. Такий співполімер з гребінчастим розгалуженням можна отримати за допомогою способу, описаного, наприклад, в патентах США 6527850, 6869988 та 7070648. Водорозчинний полімер та/або співполімер з гребінчастим розгалуженням можна додавати до збитої водяної піни для того, щоб потім змішувати з гіпсовим тістом, таку водяну піну отримують шляхом спінювання води за допомогою принаймні одного агента для спінювання. Найкращими водорозчинними полімерами, особливо при застосуванні такої водяної піни, є поліетиленіміни, як було вказано вище. Якщо у способі за даним винаходом застосовується збита водяна піна, то отримана в результаті панель буде легшою, оскільки, як добре відомо, вона міститиме бульбашки повітря. Вода, присутня в такій піні, зазвичай являє собою ґрунтову або водопровідну воду, яку може бути профільтровано. Крім того, така вода, з якої утворюють піну, може містити інші нешкідливі матеріали, стимулятори та інгредієнти, якщо вони потрібні. Гіпсове тісто, яке змішують зі збитою водяною піною, містить здатний до гідратації гіпс (сульфат кальцію), який зазвичай отримують шляхом кальцинування гіпсу. Це гіпсове тісто також може містити інші нешкідливі мінеральні матеріали та/або іони, наприклад, іони фосфату та/або іони магнію. Таким здатним до гідратації сульфатом кальцію може бути, наприклад, безводний сульфат кальцію (ангідрит І або II), або напівгідрат сульфату кальцію (CaSO4.0,5 H2O) в його альфа- або бета- кристалічній формі. Зазвичай гіпс змішують з водою для утворення тіста, перш, ніж змішувати з описаною вище водяною піною; вода, яку застосовують для отримання гіпсового тіста, зазвичай являє собою ґрунтову або водопровідну воду, яку може бути профільтровано. Крім того, така вода для приготування гіпсового тіста може містити інші нешкідливі матеріали, стимулятори та інгредієнти, якщо вони потрібні. Рівень рН гіпсового тіста зазвичай знаходиться в діапазоні від 6,5 до 8,5, і це тісто може містити, за вибором, додаткові інші інгредієнти, наприклад, крокмаль, пластифікатори, що зменшують вміст води в розчині, агенти для надання вологостійкості (наприклад, силіконові масла або парафіни), зміцнювальні арматурні волокна, прискорювачі та сповільнювачі твердіння, інгібітори деформації (наприклад, агенти, що запобігають провисанню) добавки проти зморщування, інгібітори рекальцинування, стабілізатори піни, добавки для вирівнювання площини, бактерициди, фунгіциди, регулятори рівня рН, барвники, вогнезахисні добавки та наповнювачі (наприклад, подрібнений мінеральний матеріал або пластмаси, які в деяких варіантах втілення можуть бути набухлими). Гіпсове тісто для виробництва гіпсових панелей за даним винаходом може містити армуючі волокна, наприклад, скловолокна (зазвичай, обрізні волокна). Гіпсова панель за даним винаходом може мати елементи армування поверхні або облицювальні листи, або не мати їх; якщо елемент армування поверхні використовується, то це може бути, наприклад, волоконна тканина або волоконна сітка. Якщо гіпсову будівельну панель виготовляють за даним винаходом, то в оптимальному варіанті їй надають потрібної товщини в результаті формування шляхом екструзії або пропусканням між валиками чи ременями. Даний винахід поширюється на гіпсову будівельну панель, яку виготовляють з водного розчину гіпсового тіста, який містить глину, що набухає в воді, пластифікуючу добавку, роль якої відіграє співполімер з гребінчастим розгалуженням, та гідрофільний водорозчинний основний полімер, що складається головним чином з вуглецю, азоту та водню, а також має амінні групи (які можуть бути первинними, вторинними, третинними або четвертинними) в головному ланцюзі і/або в бічному ланцюзі, при цьому вказаний водорозчинний полімер має близьку спорідненість з глиною. Далі конкретні аспекти та особливості даного винаходу буде проілюстровано на результатах наступних Прикладів. Приклад 1 В кожному тесті використовували 200 г штукатурної суміші з природного гіпсу, який містить глину в своєму складі. Певну масу води температурою 40C наливали в невеликий гомогенізатор Уорінга, та 0,1% тринатрію цитрату (в масових відсотках по відношенню до маси штукатурної суміші), який відіграє роль сповільнювача реакції, додавали разом з твердими домішками, і гомогенізатор вмикали на 10 секунд для розчинення сповільнювача. 3 UA 106077 C2 5 10 15 Етакрил M (Ethacryl M) (комерційно доступний гребінчастий співполімер, що являє собою полімер етоксильованої акрилової кислоти) від LyondellBasell та інші рідкі домішки додавали на цьому етапі. Далі гіпсову штукатурну суміш протягом 30 секунд сипали в розчин і залишили відстоюватись на 30 секунд. На малій швидкості перемішували протягом 10 секунд. Діаметр усадки тіста вимірювали на консистометрі з падаючою пластиною, як описано в Розділі C.3.1.1 Специфікації будівельних гіпсів BS 1191: Частина 1: 1973. (Section C.3.1.1 of BS 1191: Part I: 1873). Рівень води в суміші регулювали таким чином, щоб досягти певної консистенції, якій відповідає визначений діаметр усадки. Коли два повтори були в межах 58-60 мм, то даний рівень води зазначили терміном "водопотреба". Модифікаторами глини були poly DADMAC 1 (з молекулярною масою приблизно 100K); poly DADMAC 2 (з молекулярною масою від 100 до 200K); poly DADMAC 3 (з молекулярною масою від 400 до 500K); і (для порівняння) сіланізований, частково гідролізований полівініловий спирт Wacker Polyviol 2700 (Polyviol). Підсумкові результати, представлені нижче в Таблиці 1, демонструють, що додавання полімеру з гребінчастою основою та полімеру з катіонним зарядом до зразка штукатурної суміші, в якому міститься глина, дає переваги у вигляді зменшення водопотреби. Зменшення водопотреби дорівнює різниці між водопотребою для зразка без полімеру з гребінчастою основою і без модифікатора глини та водопотребою для даного складу зразка. Таблиця 1 Модифікатор глини Poly (DADMAC) 1, мол. маса 100 кг/моль Poly (DADMAC) 2, мол. маса 100-200 кг/моль Poly (DADMAC) 3, мол. маса 400-500 кг/моль Сіланізований, частково гідролізований полівініловий спирт Wackеr Polyviol 2700 Додано (мас.% активної речовини від маси суміші) Зменшення водопотреби (г/100 г) 0 мас.% Етакрилу ОД мас.% Етакрилу 0,2 мас.% Етакрилу 0,3 мас.% Етакрилу 0,25 0 14 20 20 0,25 2 12 15 17 0,25 2 9 14 16 0,25 0 9 13 19 20 25 30 35 Представлені вище результати підсумовано на Фігурі 1, що міститься в додатку. Фігура 2 у додатку подібна, але показує результати, отримані при додаванні різних кількостей Poly (DADMAC) 1, а саме 0,1%, 0,25% та 0,5% відповідно. Фігура 2 демонструє, що значення водопотреби виявились істотно зниженими при додаванні Poly (DADMAC) 1 у кількості, що становить 0,25% і вище. Це показує, що для цієї конкретної гіпсової штукатурної суміші бажано додавати вказаний полімер в кількості, що перевищує 0,1 мас.%, наприклад, щонайменше, 0,2 мас.%. Ця кількість залежить від кількості глини в даній суміші. Приклад 2 Процедуру за Прикладом 1 повторювали, використовуючи в якості гіпсової штукатурної суміші другий природний гіпс, який містить глину, а замість Етакрилу (Ethacryl) використовували "Mighty 21 EG", наявний у продажу від компанії Као. Результати, підсумовані нижче в Таблиці 2, демонструють переваги даного винаходу у вигляді зменшеної водопотреби, що досягається шляхом додавання до зразка гіпсової штукатурної суміші (який містить глину), полімеру з гребінчастою основою та поліетиленіміну або поліаліламіну. 4 UA 106077 C2 Таблиця 2 Moдифікатор глини Полі(етиленамін) средня мол. маса розчину приблизно 1800 Поліаліламін мол. маса 1000 Поліаліламін мол. маса 15000 Ploy (DADMAC) мол. масам 8500 5 Додано (мас.% активної речовини від маси суміші) Зменшення водопотреби (г/100 г) 0 мас.% Mighty 0,1 мас.% Mighty 0,2 мас.% Mighty 0,3 мас.% Mighty 0,25 -2 11 18 26 0,25 3 13 23 30 0,25 6 18 25 32 0,25 3 11 18 26 Представлені вище результати підсумовано на Фігурі 3, що міститься в додатку. Фігура 3 демонструє, що значення водопотреби виявились істотно зниженими для гіпсу з вмістом глини, до якого додано вказані полімери ν вказаній кількості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 1. Спосіб виробництва гіпсової будівельної панелі, що містить водно-гіпсове тісто, яке містить глину, що набухає у воді, гребінчастий співполімерний флюїдизатор, базовий водорозчинний полімер, який відрізняється тим що, включає наступні етапи: (а) отримання водно-гіпсового тіста, яке містить глину, що набухає у воді, при цьому до гіпсового тіста додають флюїдизатор, яким служить співполімер з гребінчастою основою, та водорозчинний основний полімер, що складається головним чином з вуглецю, азоту, водню та, необов'язково, галідних іонів, та має амінні групи в головному та в бічному ланцюгах або в одному з них, що приводить до його покращеної спорідненості з глиною, при цьому основний полімер переважно містить галід полі(діалілдіалкіламонію); (б) надання змоги шару вказаного водно-гіпсового тіста затвердіти з метою формування панелі, при цьому вказаний водорозчинний основний полімер отримують з одного або декількох мономерів, кожен з яких має в кожній молекулі мономера єдиний об'єкт полімеризації, наприклад олефіновий зв'язок або здатне до розщеплення гетероциклічне кільце. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказаний основний полімер містить поліетиленімін або поліаліламін. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що флюїдизатор, яким служить співполімер з гребінчастою основою, та водорозчинний основний полімер переважно адсорбуються на глинах через вищий заряд першого. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказаний основний полімер має катіонний заряд. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що вказаний полімер здатен розчинятись у холодній воді. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що полімер з гребінчастою основою, містить полімер поліалкоксильованої акрилової або метакрилової кислоти. 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що гіпсовим тістом заповнюють простір між поверхневими зміцнювальними елементами для того, щоб сформувати структуру у вигляді сендвіча, і гіпсовому тісту дають затвердіти між поверхневими зміцнювальними елементами. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що водно-гіпсове тісто містить волокнисту зміцнювальну арматуру. 5 UA 106077 C2 6 UA 106077 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7