KR100641283B1 - 영구적 변형에 대한 향상된 저항성을 가지는 석고 함유제품,이의 제조 방법 및 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영구적인 변형에 대한 증가된 저항성을 가지는 경화된 석고 함유 제품 및 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함하는, 이의 제조방법을 제공한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
경화, 석고 함유 제품, 영구적 변형에 대한 저항성
Description
본 발명은 석고보드, 강화 석고 조성 보드, 플라스터(plaster), 기계화 가능한 물질, 조인트 처리 물질 및 음향 제어 타일 등의 경화된 석고 함유 제품 제조용 방법 및 조성물에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 하나 이상의 강화 물질을 채용함으로써 영구적 변형에 대한 향상된 저항성(예를 들면, 내침하성(sag resistance))을 가지는 경화된 석고 함유 제품에 관한 것이다. 본 발명의 일부 바람직한 구현예는 강화 물질의 존재 하에서, 하소된(calcined) 석고를 수화시켜 제품을 제조하는 것에 관한 것으로서, 이처럼 수화에 의해 제조된 상기 경화된 석고에, 증가된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성(예컨대, 내침하성) 및 치수 안정성(예컨대, 경화된 석고의 건조시 비수축성)을 부여한다. 상기 강화 물질은 또한 경화된 석고 함유 제품의 제조에 있어, 다른 향상된 특성 및 장점을 제공한다. 본 발명의 다른 구현예에서, 경화된 석고는 석고 함유 제품에 있어서, 유사한 (동일하지는 않더라도) 증가된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성(예컨대, 내침하성), 치수 안정성과 다른 개선된 특성 및 장점을 제공하기 위해 하나 이상의 강화 물질로 처리된다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 경화된 석고 함유 제품은 비교적 높은 농도 의 클로라이드염을 포함하면서도, 석고 함유 제품에 있어서, 이러한 염 농도의 불리한 효과를 일반적으로 회피할 수 있다.
많은 유용한 제품이 경화된 석고(칼슘 설페이트 이수화물(calcium sulfate dihydrate))를 중요한 성분, 종종 주성분으로 포함한다. 예를 들면, 경화된 석고는 건물 또는 내벽의 통상적인 드라이월(drywall) 공사에 사용되는 종이 형태의 석고 보드의 주성분이다(예컨대, 미국 특허 제 4,009,062호 및 제 2,958,219호 참조). 이는 또한 미국 특허 제 5,320,677호에 개시된 바와 같이 석고/셀룰로스 섬유 혼합 보드 및 제품의 주성분이기도 하다. 석고 보드의 가장자리 사이의 조인트를 채우고 부드럽게 하는 제품은 종종 다량의 석고를 함유한다(미국 특허 제 3,297,601호 참조). 예컨대, 미국 특허 제 5,395,438호 및 제 3,246,063호에 기재된 바와 같이 달반자(suspended ceiling)에 유용한 음향 제어 타일은 경화된 석고를 상당한 비율 함유하고 있다. 플라스터 표면처리된 건물 내벽을 만드는데 사용되는 통상적인 플라스터는 경화된 석고의 형성에 주로 의존한다. 미국 특허 제 5,534,059호에 기재된 바와 같이, 모델링 및 주형 제조에 유용하기 때문에 기계로 정밀하게 제조될 수 있는 물질 등의 다양한 특수 물질은 상당한 양의 석고를 함유한다.
대부분의 석고 함유 제품은 하소된 석고(칼슘 설페이트 반수화물 (hemihydrate) 및/또는 칼슘 설페이트 무수물) 및 물(그리고 적당한 다른 구성성분)을 혼합하고, 상기 혼합물을 원하는 형태의 성형기 또는 표면에 주조하여, 경화된(즉, 재수화된) 석고를 만들기 위해, 결정 수화된 석고(칼슘 설페이트 이수화물) 매트릭스를 형성하기 위한 하소된 석고와 물의 반응에 의해 상기 혼합물을 경화시킴으로써 제조된다. 그 다음에는 건조 제품을 얻을 목적으로, 남아 있는 자유(반응하지 않은) 물을 제거하기 위해 약하게 가열한다. 하소된 석고의 바람직한 수화는 경화된 석고 결정의 맞물린 매트릭스를 형성시킬 수 있고, 따라서 석고 함유 제품의 석고 구조에 강도를 부여할 수 있다.
상기에 언급한 모든 석고 함유 제품은 사용시 겪을 수 있는 스트레스에 더욱 저항성을 갖도록 하기 위하여, 상기 구성성분인, 경화된 석고 결정 구조의 강도가 향상될 수록 유리하다.
또한 이들의 경화된 석고 매트릭스의 일부를 낮은 밀도의 물질(즉, 팽창된 펄라이트(perlite) 또는 공기 공극)로 대체함으로써 이러한 다양한 석고 함유 제품을 더욱 가볍게 만들려는 노력이 계속되어 왔다. 이러한 경우, 상기 낮은 밀도의 제품에는 강도 부여를 위한 경화된 석고의 질량이 작기 때문에, 전체 제품의 강도를 종전의 높은 밀도의 제품의 수준으로 유지시키기 위해, 상기 경화된 석고의 강도를 통상의 수준 이상으로 증가시킬 필요가 있다.
더욱이, 특히 높은 습도 및 온도 조건 하 또는 많은 중량 하에서조차, 이들 다양한 석고 함유 제품의 구조에 있어서 영구적 응력 변형(예컨대, 내침하성)에 대한 큰 저항성이 필요하다. 인간의 눈으로는 2피트 길이의 보드 당 약 0.1인치 이하가 침하된 경우 그 침하를 감지할 수 없다. 따라서, 석고 함유 제품은 그러한 제품의 사용년한에 걸쳐 영구적 응력 변형에 대한 저항성을 가질 필요성이 있는 것이다. 예를 들면, 석고 함유 보드 및 타일은 종종 그들이 수직으로 위치되는 방식으 로 저장되거나 사용된다. 만일 이들 제품에서 경화된 석고 매트릭스가 영구적 응력 변형에 대한 저항성이 충분하지 않다면, 특히 높은 습도 및 온도 또는 많은 중량 하에서 조차, 상기 제품은 이들이 고정되거나 하부 구조로 지지되고 있는 지점 사이의 영역에서 침하하기 시작할 것이다. 이는 보기 흉하며 사용에 있어 문제점을 야기 할 수 있다. 다양한 응용에 있어, 석고 함유 제품은 감지할 수 있는 침하 없이, 단열 또는 응축 하중 등의 하중을 견뎌낼 수 있어야 한다. 따라서, 영구적 응력 변형에 대한 향상된 저항성(예컨대, 내침하성)을 가지는 경화된 석고를 제조할 필요성이 계속되고 있다.
또한, 석고 함유 제품에 있어서, 이들의 제조, 처리 및 상업적인 응용 동안에 경화된 석고의 큰 치수 안정성이 요구되고 있다. 특히 온도 및 습도가 변화하는 조건 하에서, 경화된 석고는 수축 또는 팽창할 수 있다. 예를 들면, 높은 습도 및 온도에 노출된 석고 보드 또는 타일의 석고 매트릭스에 있는 결정 간격에 흡수되어 있는 수분은 상기 습기를 머금은 보드를 팽창시킴으로써 침하 문제를 악화시킬 수 있다. 더욱이, 경화된 석고 제품의 제조에 있어서, 일반적으로 상당한 양의 자유(미반응의) 물이 석고가 경화된 후에 매트릭스에 남아 있다. 그 다음에 이 자유 물은 일반적으로 약하게 가열하여 제거한다. 증발되는 물이 석고 매트릭스의 결정 간격을 빠져나가기 때문에, 상기 매트릭스는 경화된 석고의 고유한 힘에 의해 수축되는 경향이 있다(즉, 매트릭스의 맞물린 경화된 석고 결정의 부분을 상기 물이 차지하고 있고, 물이 증발됨에 따라 이것이 서로 가깝게 되는 경향이 있다).
만일 이러한 치수 불안정성을 배제하거나 최소화 할 수 있다면 여러가지 유 리한 점이 있다. 예를 들면, 건조시에 보드가 수축하지 않는다면 현존하는 석고 보드 제조 방법은 좀 더 많은 수율을 얻을 수 있고, 정확한 형태 및 치수 비율(즉, 모델링 및 주형 제조용으로 사용하는데 있어)의 확보가 요망되는 석고 함유 제품이 그들의 목적에 더 잘 부합할 수 있다. 또한, 예컨대, 건물 내벽면용 일부 플라스터는 건조시 수축하지 않는다면, 층 도포 사이에 적당한 건조를 위한 긴 중단시간을 두며 여러번 얇은 층으로 도포할 필요 없이, 상기 플라스터를 균열의 위험 없이 두꺼운 층으로 도포할 수 있다는 이점이 있다.
일부 특수한 형태의 석고 함유 제품 또한 다른 특별한 문제를 보인다. 예를 들면, 경화된 석고가 생성될 때에, 대응하는 영구 공극을 상기 제품에 생성시키는 수성 기포를, 하소된 석고 슬러리(유동성 수성 혼합물)에서 발생시키기 위해 발포제를 사용함으로써 낮은 밀도의 석고 함유 제품이 종종 제조된다. 상기 사용된 수성 기포가 원래 불안정하고 따라서, 대다수의 기포가 융합될 수 있고, 경화된 석고가 생성되기 전에 상대적으로 묽은 슬러리에서 빠져나가기 때문에(기포 배쓰(bath)의 기포처럼), 원하는 밀도의 제품을 얻기 위해서는, 경화된 석고에서 원하는 공극 농도를 얻기 위해 상당한 농도의 발포제를 사용해야 한다는 문제점이 있다. 이는 비용 및 다른 성분에 대한 또는 석고 함유 제품의 특성에 대한 발포제의 부작용의 위험을 증가시킨다. 경화된 석고 함유 제품에 있어서, 원하는 공극 농도를 제조하는데 필요한 발포제의 양을 감소시킬 수 있는 것이 바람직하다.
높은 농도(즉, 혼합물 중 칼슘 설페이트 물질의 중량 기준으로 0.015중량% 이상)의 염화 이온 또는 그 염을 포함하는 혼합물로 부터 경화된 석고 함유 제품을 제조하기 위한 신규하고 개선된 조성물 및 방법이 또한 요청되고 있다. 상기 염화 이온 또는 그 염은 혼합물에 사용된 칼슘 설페이트 물질 자체 또는 물(예를 들어, 지하수를 포함하는 식염수 또는 해수)에 있어서 불순물일 수 있으며, 이는 본 발명 이전에는 안정한 경화된 석고 함유 제품을 만드는데 사용할 수 없었다.
경화된 석고를 처리하는 방법에 있어 강도, 영구적 응력 변형에 대한 저항성(예컨대 내침하성) 및 치수 안정성을 증가시키기 위한 신규하고 개성된 조성물 및 방법이 또한 요청되고 있다.
따라서, 상기에 언급한 문제점들을 해결, 회피 내지 최소화한 신규하고 개선된 석고 함유 제품과 조성물 및 이들의 제조방법에 대한 계속적인 요청이 있어왔으며, 본 발명이 이에 부합한다.
본 발명자들은 본 발명에 의한 경화된 석고 함유 제품과 조성물 및 이들의 제조방법이 상기에 언급한 필요성에 부합한다는 것을 우연히 발견하였다. 본 발명의 각각의 구현예는 하나 이상의 상기 필요성에 부합한다.
증가된 영구적 응력 변화에 대한 저항성을 가지는 본 발명의 경화된 석고 함유 제품은 본 발명에 따라, 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)의 혼합물을 형성하는 것에 의해 제조된다.
상기 혼합물은 칼슘 설페이트 물질이 개선된 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건 하에서 유지된다.
여기에서 사용된 용어 "칼슘 설페이트 물질"은 칼슘 설페이트 무수물; 칼슘 설페이트 반수화물; 칼슘 설페이트 이수화물; 칼슘 및 설페이트 이온; 또는 이들 중 임의의 것의 혼합물을 의미한다.
본 발명의 일부 구현예에서, 칼슘 설페이트 물질은 대부분 칼슘 설페이트 반수화물이다. 이러한 경우, 상기에 언급된 모든 강화 물질은 생성된 경화된 석고에 영구적 변형에 대한 증가된 저항성을 부여할 것이다. 그러나, 일부 강화 물질(즉, 이하의 염 또는 이들의 음이온 부분; 소듐 트리메타포스페이트(이하, STMP라고 함), 6-27개의 반복되는 포스페이트 단위를 가지는 소듐 헥사메타포스페이트(이하, SHMP라고 함) 및 1000-3000개의 반복되는 포스페이트 단위를 가지는 암모늄 폴리포스페이트(이하, APP라고 함))는 내침하성의 탁월한 증가 등 바람직한 이점을 제공한다. 또한 APP는 STMP의 1/4만 첨가된 경우에도 STMP에 의해 제공된 것과 동일한 내침하성을 제공한다.
본 발명의 일부 바람직한 구현예에서, 이는 하소된 석고 및 경화된 석고 함유 제품(여기서, '하소된 석고"는 알파 칼슘 설페이트 반수화물, 베타 칼슘 설페이트 반수화물, 수용성 칼슘 설페이트 무수물 또는 이들 중 임의의 혼합물을 의미하며, "경화된 석고" 및 "수화된 석고"는 칼슘 설페이트 이수화물을 의미한다)을 제조하는데 사용된 물의 혼합물에 트리메타포스페이트 이온을 첨가하는 것에 의해 달성된다. 상기 혼합물 중의 물은 하소된 석고와 자발적으로 반응하여 경화된 석고를 생성하며, 상기 경화된 석고는 트리메타포스페이트 이온을 함유하지 않는 혼합물로 부터 생성된 경화된 석고에 비해 증가된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성(즉, 내침하성) 및 치수 안정성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 이들 특성의 개선에 관한 메카니즘은 알 수 없다.
더욱이, 트리메타포스페이트 이온(APP와 마찬가지로)은 하소된 석고에서 경화된 석고가 생성되는 속도를 지연시키지 않는다. 사실, 이것의 유용한 첨가 범위 내에서 비교적 높은 농도 수준으로 첨가된 경우에, 트리메타포스페이트 이온은 하소된 석고를 수화시켜 경화된 석고를 생성시키는 속도를 실제적으로 가속시킨다. 일반적으로, 석고 기술분야에서는 포스포릭 또는 포스페이트 물질이 경화된 석고의 생성 속도를 지연시키고, 생성된 석고의 강도를 감소시킨다고 알려져 있기 때문에(상기 사실은 대부분의 이러한 물질에 대해서는 옳은 얘기지만 트리메타포스페이트 이온에 대해서는 그러하지 않다), 이는 경화된 석고의 강도가 증가하는 것과 마찬가지로, 매우 놀라운 일이다.
따라서, 일반적으로 본 발명의 일부 바람직한 구현예는 증가된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성(즉, 내침하성) 및 치수 안정성을 가지며, 하소된 석고, 물 및 트리메타포스페이트 이온의 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 혼합물을 하소된 석고가 경화된 석고로 전환되기에 충분한 조건 하(예컨대, 바람직하게는 약 120F 이하의 온도)에서 유지시키는 단계를 포함하는 경화된 석고 함유 제품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일부 바람직한 구현예에서, 상기 방법은 종이 커버 시트 또는 다른 물질 사이에 샌드위치된 경화된 석고 코어를 포함하는 석고 보드 제조용 방법 중의 하나이다. 상기 보드는 하소된 석고, 물 및 트리메타포스페이트 이온의 유동성 혼합물(슬러리)을 형성하고, 이를 커버 시트 사이에 침착시키며, 상기 얻어진 조합물을 경화시키고 건조하는 것에 의해 제조된다.
이렇게 제조된 상기 보드가 증가된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성(즉, 내침하성) 및 치수 안정성과 같은 모든 바람직한 향상된 특성을 가지는 반면, 알려지지 않은 이유 때문에, 이러한 보드가 어떠한 이유에 의해 젖거나 제조공정 중에 완전히 건조되지 않은 때에는, 상기 보드가 통상적인 사전 젤라틴화 되지 않은 녹말(예컨대, 산-개질된 녹말)(보통 종이 대 코어 결합 상태를 향상시키는데 기여하는)을 포함하는 경우 조차도, 석고 중심부와 커버 시트(통상 종이를 포함하는) 사이의 결합이 강도를 잃거나 떨어질 수 있다. 상기 커버 시트는 상기 보드에서 갈라지며, 이는 허용될 수 없다. 다행히도 본 발명자들은 이 발생 가능한 부수 문제의 해결책을 발견하였다. 본 발명자들은 제조 슬러리에 사전 젤라틴화된 녹말을 포함시킴으로써 상기 문제를 회피할 수 있음을 발견하였다. 이 녹말은 결과적인 석고 코어 전체에 기여하며, 이는 상기 코어와 커버 시트 사이의 결합의 약화를 회피할 수 있게 한다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 일부 구현예에서, 본 발명은 더욱 더 개선된 석고 보드 제조용 조성물 및 방법을 제공한다. 상기 조성물은 물, 하소된 석고, 트리메타포스페이트 이온 및 사전 젤라틴화된 녹말을 포함한다. 상기 방법은 이러한 혼합물을 형성하는 단계, 커버 시트 사이에 침착시키는 단계 및 상기 얻어진 조합물을 경화시키고 건조하는 단계를 포함한다.
중량이 가벼운 석고 보드를 제조할 필요가 있는 경우에는, 본 발명은 이를 달성할 수 있는 조성물 및 방법을 제공한다. 상기 조성물은 물, 하소된 석고, 트리메타포스페이트 이온 및 적당한 기포를 포함하며, 상기 방법은 이러한 혼합물을 형성하는 단계, 이를 커버 시트 사이에 침착시키는 단계 및 상기 얻어진 조합물을 경화시키고 건조하는 단계를 포함한다. 이러한 조성물 및 방법은 얻어진 보드의 경화된 석고 코어에서, 상기 수성 기포가 대응하는 공기 공극을 초래하기 때문에 가벼운 중량의 보드를 제공한다. 본 발명의 보드를 형성하는데 사용된 혼합물에 트리메타포스페이트 이온을 포함시키는 것에 의해 증가된 강도 때문에, 상기 보드의 전체 강도는 수성 기포를 혼합물에 포함시켜 제조된 종래기술에 의한 보드의 강도 보다 강하다. 예를 들면, 본 발명에 의해 제조된 1/2인치 두께의 천장 보드는 종래기술에 의한 조성물 및 방법에 의해 제조된 5/8인치 두께의 천장 보드보다 영구적 응력변환에 대한 저항성(예컨대, 내침하성)이 월등하다. 따라서, 본 발명은 천장 보드 제조에 있어 실질적인 비용 감소 효과를 제공한다.
수성 기포를 포함하는 혼합물에 트리메타포스페이트 이온을 포함시키는 것은 또 다른 이점이 있다는 것이 밝혀졌다. 즉, 상기 혼합물에 트리메타포스페이트가 포함되면 결과적인 석고 함유 제품에 사용된 수성 기포 단위량 당 비례적으로 더 많은 공기 공극(그리고 더 많은 전체 공기 공극 부피)이 생겨난다는 것이 밝혀졌다. 그 이유는 알려지지 않았지만, 상기 이로운 결과는 상기 석고 함유 물질에서 원하는 양의 공기 공극 부피를 제조하기 위해 사용되는 발포제의 양이 작다는 것이다. 이는 제조 단가를 낮추고, 다른 성분 또는 상기 석고 함유 제품의 특성에 미치 는 화학적 발포제의 부작용의 위험을 낮춘다.
일부 구현예에서, 본 발명은 경화된 석고 및 보강재를 포함하는 혼합 보드를 제공한다. 표면에 혼합물을 형성시키거나 침착시키고, 여기서 상기 혼합물은 보강 재, 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
본 발명은 또한 경화된 석고 및 호스트(host) 입자를 포함하는 혼합 보드를 제공하며, 상기 경화된 석고의 적어도 일부는 호스트 입자의 들어갈 수 있는 공극 내부 및 근처에 위치한다. 상기 보드는 표면에 혼합물을 형성시키거나 침착시켜 제조하며, 여기서 상기 혼합물은 호스트 입자; 칼슘 설페이트 반수화물(적어도 그것의 일부가 결정형태로 상기 호스트 입자의 공극 내부 및 근처에 있는); 물; 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 반수화물이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지되며, 이에 의해, 호스트 입자의 들어갈 수 있는 공극의 내부 및 근처에 있는 경화된 석고는 상기 호스트 입자의 공극 내부 및 근처의 그 자리에 칼슘 설페이트 반수화물의 수화를 형성한다.
본 발명은 또한 녹말, 수-재분산 가능한 고분자 입자, 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함하는 혼합물의 형성에 의해 경화된 석고 함유 기계화 가능한 제품을 제공한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
본 발명은 또한 석고 보드 가장자리 사이의 조인트를 마감하기 위해 사용된 경화된 석고 함유 제품을 제공하며, 상기 제품은 바인더, 증점제, 비균전제(non-leveling agent), 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함하는 혼합물을 조인트에 삽입함으로써 제조된다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
본 발명은 또한 젤라틴화된 녹말, 광질면(mineral wool), 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함하는 혼합물을 트레이(tray)에 형성 또는 침착시키는 것에 의해 제조된 경화된 석고 함유 음향 제어 타일을 제공한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
본 발명은 또한 젤라틴화된 녹말, 팽창된 펄라이트 입자, 섬유 보강재, 칼슘 설페이트 물질, 물 및 적당한 양의 하나 이상의 강화 물질(각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 및 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온에서 선택된)를 포함하는 혼합물을 트레이(tray)에 형성 또는 침착시키는 것에 의해 제조된 다른 형태의 경화된 석고 함유 음향 제어 타일을 제공한다. 그 다음, 상기 혼합물은 상기 칼슘 설페이트 물질이 경화된 석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.
본 발명은 또한 강화 물질, 칼슘 설페이트 이수화물 및 물을 포함하는 혼합물을 형성하는 것에 의해 제조된 경화된 석고 함유 제품을 제공한다. 더욱 상세하게는, 이 구현예는 강화 물질을 갖는 석고 주조의 처리를 포함한다. 강화 물질, 물 및 칼슘 설페이트 이수화물 혼합물의 생성은 증가된 강도, 영구적 응력변환에 대한 저항성(예컨대, 내침하성) 및 치수 안정성을 가지는 경화된 석고 함유 제품을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 사후 경화 처리는 상기 칼슘 설페이트 이수화물 주조를 상기 강화 물질로 스프레이 또는 침지시키는 것에 의해 강화 물질을 첨가함으로써 달성할 수 있다. 이러한 사후 경화 처리에 있어서, 상기 강화 물질은 각각 1 이상의 인산 단위를 포함하는 축합된 인산들; 각각 2 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온; 및 오르토포스페이트(orthophosphate)의 1염기(monobasic)의 염 또는 1가(monovalent)의 이온들로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명은 높은 농도(즉, 혼합물 중 칼슘 설페이트 물질의 중량 기준으로 0.015중량% 이상)의 염화 이온 또는 그 염을 포함하는 혼합물로 부터 경화된 석고 함유 제품을 제조하기 위한 조성물 및 방법을 제공한다. 상기 염화 이온 또는 그 염은 혼합물에 사용된 칼슘 설페이트 물질 자체 또는 물(예를 들어, 지하수를 포함하는 식염수 또는 해수)에 있어서 불순물일 수 있으며, 이는 본 발명 이전에는 안정한 경화된 석고 함유 제품을 만드는데 사용할 수 없었다.
본 발명에 따른 칼슘 설페이트 물질의 사전 경화 처리에 있어서, 일부 강화 물질이 경화된 석고 형성의 수화 속도를 지연시키고, 상기 경화된 석고 함유 제품의 강도에 악영향을 미친다는 것이 또한 밝혀졌다. 상기 지연 및 강도에의 악영향은 상기 혼합물에 적당한 양 및 방법으로 가속제를 포함시킴으로써 호전되거나 극복될 수 있다.
본 발명에 따르는 기술에 의해, 원하는 형태를 가지는 석고 보드가 제조될 수 있다는 것이 또한 밝혀졌다. 본 발명 이전에는, 일반적인 편평한 석고 보드의 형태는 통상적으로 상기 보드를 습윤시킴으로써 이를 무르게 하고 더욱 유연하게 한 후, 상기 보드의 형태를 원하는 대로 변형시킨 다음, 건조시키는 것에 의해 개선하였다. 그러나, 이러한 종전의 테크닉은 보드를 무르게 하고 더욱 유연하게 하여 원하는 모양으로 변형시키는데 필요한 습윤에 상당한 시간(즉, 적어도 1시간 이상 그리고 12시간도 일반적이다)이 소요되기 때문에, 많은 제조 및 설비적 단점을 야기시킨다. 더욱이, 상기 종래의 테크닉은 보드를 원하는 형태로 변형시키기 쉽지 않다. 만일 보드가 적절히 물러지지 않는다면, 보드의 형태를 원하는 대로 변형시키는 것이 어렵다. 즉, 보드를 원하는 형태로 변형시키는데 더 많은 힘이 필요하 며, 과도한 힘이 작용된 경우에는 상기 보드는 파손될 것이다. 따라서, 상기 습윤 시간을 감소시키고, 원하는 형태의 보드의 제조 및 설비의 용이함을 개선하는 방법 및 조성물이 절실히 요망되고 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따라, 보드를 무르게 하고 더욱 유연하게 하기 위해, 예컨대, 편평한 보드에 임의의 강화 물질(본 발명의 상세한 설명 및 실시예에 언급한 대로)를 포함하는 수성 염소 용액을 분무할 수 있다. 상기 물러지고 더욱 유연해진 보드는 종래 테크닉보다 적은 힘으로도, 원하는 형태로 용이하게 변형될 수 있고, 변형된 보드의 원하는 형태는 강화 물질의 유익한 효과 때문에 상기 보드가 건조된 후에도 유지된다.
도 1은 본 발명의 석고 보드를 포함하는 석고 보드 제품의 제품 중량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 석고 보드의 내침하성을 상업적으로 시판중인 석고 보드와 비교한 그래프이며, 여기서 모든 테스트 보드들은 통상적인 스테이플 및 스크류 처리된 천장 부착법을 사용하여 설치되었다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 석고 보드의 내침하성을 상업적으로 시판중인 석고 보드와 비교한 그래프이며, 여기서 모든 테스트 보드들은 통상적인 F2100 천장 부착법(즉, 점착성의)을 사용하여 설치되었다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 석고 보드의 새그 디플렉션 효과(sag deflection effect)를 상업적으로 시판중인 석고 보드와 비교한 그래프이다.
도 5는 사전에 경화되고 건조된 석고(즉, 칼슘 설페이트 이수화물)를 포함하는 석고 보드로부터 제조된 본 발명에 의한 석고 보드의 처리의 새그 디플렉션 효과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 종래기술에서 다양한 경화된 석고 함유 제품을 제조하기 위해 채택된 것과 유사한 조성물 및 방법을 채택하여 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일부 구현예의 조성물 및 방법과 종래기술에서 다양한 경화된 석고 함유 제품을 제조하기 위해 채택된 조성물 및 방법과의 핵심적인 차이는 트리메타포스페이트 염이 포함됨으로써 본 발명의 방법에 있어, 경화된 석고를 생성하기 위해 하소된 석고의 재수화가 트리메타포스페이트 이온의 존재하에 일어나며 이에 의해 본 발명의 이점이 생겨난다는 것이다. 다른 관점에서는, 본 발명의 상기 조성물 및 방법은 이에 대응하는 종래기술의 조성물 및 방법과 동일할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 상기 트리메타포스페이트 염은 상기 조성물의 다른 성분과 부적절한 반응을 하지 않는 임의의 수용성 트리메타포스페이트 염을 포함할 수 있다. 유용한 염의 일부 예시는 소듐 트리메타포스페이트, 포타슘 트리메타포스페이트, 암모늄 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트, 알루미늄 트리메타포스페이트 및 이들의 혼합염이다. 소듐 트리메타포스페이트가 바람직하다. 이는 예컨대, 예전에는 미주리주 세인트 루이스에 있는 Monsanto Company의 유닛이었던 Soluta Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다.
본 발명의 바람직한 방법 중의 하나의 수행에 사용하기 위해, 하소된 석고의 수성 혼합물에 트리메타포스페이트 이온 농도가 상기 하소된 석고 중량 대비 약 0.004 내지 2.0중량%가 되도록 상기 트리메타포스페이트 염이 용해된다. 트리메타포스페이트 이온의 바람직한 농도는 약 0.04 내지 0.16%이다. 더 바람직한 농도는 약 0.08%이다. 만일 본 발명의 일부 구현예의 수행에 있어, 용이한 저장 및 수송이 요망되는 경우라면, 상기 트리메타포스페이트 염은 물에 사전에 용해될 수 있으며, 수용액 상으로 상기 혼합물에 혼입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따라, 상기 트리메타포스페이트 이온은 경화된 석고를 형성하기 위해 하소된 석고를 수화시키는 동안, 하소된 석고의 수성 혼합물에 존재하기만 하면 된다. 따라서, 초반부에 상기 트리메타포스페이트 이온을 상기 혼합물에 혼입하는 것이 가장 편리하고 바람직한 반면, 상기 트리메타포스페이트 이온을 다소 후반부에 하소된 석고 및 물의 혼합물에 혼입하는 것도 무방하다. 예를 들면, 통상적인 석고 보드의 제조에 있어, 물과 하소된 석고는 혼합장치에 함께 투입되며, 완전히 혼합된 다음, 일반적으로 이동 벨트위의 커버 시트에 침착되고, 경화된 석고를 생성하기 위한 하소된 석고의 재수화의 대부분이 일어나기 전에 두 번째 커버 시트를 상기 침착된 혼합물 위에 놓는다. 혼합 장치에서 혼합하는 동안에 상기 트리메타포스페이트 이온을 상기 혼합물에 혼입하는 것이 가장 편리하고 바람직한 반면, 상기 트리메타포스페이트 이온을 후반부(즉, 두 번째 커버 시트를 상기 침착물 위에 놓기 바로 직전에, 상기 이온의 수용액을 상기 침착된 하소된 석고의 수성 혼합물에 분무시키는 것에 의해)에 하소된 석고 및 물의 혼합물에 혼입함으로써 트리메타포스페이트 이온 용액이 상기 침착된 혼합물에 흡수되어 경화된 석고를 생성하기 위한 수화의 벌크가 일어날 때에 존재하게 하는 것도 무방하다.
트리메타포스페이트 이온을 상기 혼합물에 혼입시키는 다른 방법은 당해 분야의 숙련자에게 잘 알려진 방법이며, 이는 당연히 본 발명의 영역 내에 있다. 예컨대, 커버 시트의 하나 또는 둘 모두를 트리메타포스페이트 염으로 사전 코팅하여 상기 염을 용해시키고, 하소된 석고의 수성 혼합물의 침착이 상기 커버 시트와 접촉되는 때에, 상기 혼합물을 통해 트리메타포스페이트 이온이 전이되도록 하는 것도 가능하다. 또 다른 방법은 하소된 석고의 생성을 위한 가열 이전에, 트리메타포스페이트 염을 원료 석고와 혼합함으로써, 재수화를 위해 하소된 석고를 물과 혼합할 때에, 상기 염이 이미 존재하도록 하는 것이다.
트리메타포스페이트 이온을 상기 혼합물에 혼입시키는 또 다른 방법은 경화된 석고에 트리메타포스페이트를 함유하는 용액을 분사하거나 침지시키는 등의 임의의 적당한 수단에 의해 트리메타포스페이트 이온을 경화된 석고에 첨가하는 것이다. 상기 트리메타포스페이트 이온은 경화된 석고의 가공에 사용된 통상적인 종이 시트를 통해, 상기 경화된 석고에 전이된다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 사용된 하소된 석고는 종래기술의 대응 구현예에서 유용하다고 알려진 형태 및 농도일 수 있다. 이는 천연 내지 합성에 의한 알파 칼슘 설페이트 반수화물, 베타 칼슘 설페이트 반수화물, 수용성 칼슘 설페이트 무수물 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있다. 일부 바람직한 구현예에서, 제조되는 경화된 석고가 비교적 높은 강도를 가지기 때문에 알파 칼슘 설페이트 반수화물이 사용된다. 다른 바람직한 구현예에서는, 베타 칼슘 설페이트 반수화물 또는 베타 칼슘 설페이트 반수화물 및 수용성 칼슘 설페이트 무수물의 혼합물이 사용된다.
예컨대, 수성기포, 경화 가속제, 경화지연제, 재하소 억제제, 바인더, 접착제, 분산제, 균전 또는 비균전제, 증점제, 살균제, 곰팡이 방지제, pH조절제, 착색제, 보강재, 난연제, 발수제, 필터 및 이들의 혼합물 등의 다른 통상적인 첨가물을 바람직한 성질을 부여하고 제조를 용이하게 하기 위해 통상적인 양으로 본 발명의 수행에 있어 사용될 수 있다.
커버 시트 사이에 경화된 석고 함유 물질의 코어를 포함하는 석고 보드의 제조방법 및 조성물에 관한 본 발명의 일부 바람직한 구현예에서, 트리메타포스페이트 이온은 상기에 언급한 농도 및 방법으로 사용된다. 다른 관점에서, 상기 조성물 및 방법은 예컨대, 본 명세서에 인용으로서 통합된 미국 특허 제 4,009,062호 및 제 2,985,219호에 개시된 바와 같은, 대응하는 종래기술의 석고 보드 제조 조성물 및 방법과 동일한 성분 및 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 조성물 및 방법을 사용하여 제조된 보드는 개선된 강도, 영구적 변형에 대한 저항성 및 수치 안정성을 보인다.
석고 보드를 제조하는 바람직한 방법 및 조성물에 있어서, 보드의 표면 시트는 종이를 포함하며, 예비젤라틴화된 녹말도 이를 사용하지 않는다면 극도의 습분하에서 종이가 갈라지는 위험이 약간 증가하기 때문에, 이를 피하기 위해 사용된다. 원료 녹말의 예비젤라틴화는 185F 이상의 온도의 물속에서 가열에 의하거나 다른 잘알려진 방법에 의해 달성한다.
본 발명의 목적 달성에 기여하는 즉시 구입할 수 있는 예비젤라틴화된 녹말의 일부 예시는 (그들의 상업명으로 구별되며): PCF1000녹말(Lauhoff Grain Co. 제 조); AMERIKOR 818 및 HQM PREGEL 녹말(양자 모두 Archer Daniel Midland Co.제조)이다.
본 발명의 바람직한 수행에 사용하기 위해, 상기 예비젤라틴화된 녹말을 하소된 석고의 수성 혼합물에 상기 하소된 석고 중량 대비 약 0.08 내지 0.5중량%의 농도로 포함시킨다. 예비젤라틴화된 녹말의 바람직한 농도는 약 0.16 내지 약 0.4%이다. 더 바람직한 농도는 약 0.3%이다. 만일 종래기술의 대응하는 구현예도 예비젤라틴화되지 않은 녹말을 포함하는 경우에는(많은 경우 그러하다), 본 발명의 구현예의 예비젤라틴화된 녹말은 종래기술에서 일반적으로 사용된 양의 전부 또는 일부를 대치할 수 있다.
경화된 석고 함유 제품에 공극을 생성시킴으로써 중량을 가볍게 하기 위해 발포제를 사용한 본 발명의 구현예에서, 기포가 있는 경화된 석고 제품의 제조에 유용하다고 알려진 임의의 통상적인 발포제를 사용할 수 있다. 이러한 많은 발포제가 잘 알려져 있으며, 상업적으로 시판되고 있다(예컨대, 펜실베니아주 앰블러에 있는 GEO Specialty Chemicals 제조). 유용한 발포제에 관한 더욱 상세한 설명으로는 예컨대, 미국 특허 제 4,676,835호; 5,158,612호; 5,240,639호 및 5,643,510호 와 PCT 국제특허출원 공보 제 WO 95/16515호(1995년 6월 22일 발행)을 참조하라.
많은 경우에, 그 강도 유지에 도움을 주기 위해 석고 제품에 비교적 큰 공극을 형성하는 것이 바람직하다. 이는 하소된 석고 슬러리와 접촉할 때 비교적 불안정한 기포를 발생시키는 발포제를 사용함으로써 달성할 수 있다. 바람직하게는, 비교적 불안정한 기포를 발생시킨다고 알려진 발포제 다량과 비교적 안정한 기포를 발생시킨다고 알려진 발포제 소량을 혼합함으로써 달성할 수 있다.
이러한 발포제 혼합물은 예비 혼합된 "오프-라인(off-line)"(즉, 기포가 있는 석고 제품의 제조 공정과 분리된)일 수 있다. 그러나, 이러한 발포제를 본 과정의 복합적인 "온-라인(on-line)" 부분으로서 동시에 그리고 연속하여 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 예컨대, 별개의 발포제의 흐름을 각각 펌핑하고, 이들을 수성 기포(이들은 하소된 석고 슬러리에 혼입 및 혼합된다)의 흐름을 발생시키기 위해 사용된 기포 발생기에서(또는 기포 발생기 바로 전단계에서) 합치는 것에 의해 달성할 수 있다. 이처럼 혼합함으로써, 기포가 있는 경화된 석고 제품에서 원하는 공극의 특성을 얻기 위해, 혼합물 중의 발포제의 비율을 간단하고 효율적으로 조정(예컨대, 별개의 흐름 중 하나 또는 양자 모두의 유량을 변화시킴으로써) 할 수 있다. 이러한 조정이 필요한지 여부를 결정하기 위해 최종 제품을 시험하고, 그에 따라 상기 조정을 할 수 있다. 이러한 "온-라인" 혼합 및 조정에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제 5,643,510호 및 동시에 계류중인 미국 특허출원 제 08/577,367호 (1995년 12월 22일 출원)에 기재되어 있다.
불안정한 기포를 발생시키는데 유용한 발포제의 일형태의 예시는 이하의 화학식을 갖는다.
ROSO3- M+ (Q)
여기서, R은 2 내지 20개의 탄소원자를 갖는 알킬그룹이고 M은 양이온이다. 바람직하게는, R은 8 내지 12개의 탄소원자를 갖는 알킬그룹이다.
안정한 기포를 발생시키는데 유용한 발포제의 일형태의 예시는 이하의 화학식을 갖는다.
CH3(CH2)XCH2(OCH2CH2)YOSO
3- M+ (J)
여기서, X는 2 내지 20의 숫자이며, Y는 0 내지 10의 숫자이고 발포제의 50중량% 이상에서는 0보다 크며, M은 양이온이다.
본 발명의 바람직한 일부 구현예에서, 상기 화학식(Q) 및 (J)의 발포제를 화학식(Q) 발포제 및 Y가 0인 화학식(J)의 발포제의 비율이 발포제의 결과적인 혼합물의 86에서 99중량%를 구성하도록 혼합한다.
본 발명의 일부 바람직한 구현예에서, 상기 수성 기포를 하기 화학식을 갖는 예비 혼합된 발포제로부터 생성하였다.
CH3(CH2)XCH2(OCH2CH2)YOSO
3- M+ (Z)
여기서, X는 2 내지 20의 숫자이고, Y는 0 내지 10의 숫자이며 발포제의 50중량% 이상에서는 0이고, M은 양이온이다. 바람직하게는, 상기 화학식(Z)의 발포제의 86에서 99중량%에서 Y는 0이다.
상기 방법 및 조성물이 경화석고 및 강화물질의 입자를 포함하는 복합보드를 제조용으로 사용되는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서, 트리메타포스페이트 이온은 전술한 바와 같은 농도 및 방식으로 사용된다. 상기 복합 제품은 경화된 석고의 적어도 일부가 호스트 입자내 접근가능한 공극 내에 인접하여 위치하는, 경화된 석고 및 호스트 입자를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 조성물은 접 근가능한 공극을 가지는 호스트 입자; 적어도 일부가 호스트 입자 공극 내에 그리고 인접하여 위치하는 결정 형태인 하소 석고; 및 수용성 트리메타포스페이트염의 혼합물을 포한다. 상기 조성물은 물과 혼합하여 본 발명에 의한 물, 접근가능한 공극을 갖는 호스트 입자, 하소 석고(적어도 일부가 호스트 입자의 공극내에 그리고 인접하여 위치하는) 및 트리메타포스페이트 이온의 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 방법은 상기 혼합물을 표면 또는 몰드 내에 도포하는 단계 및, 경화 및 건조하는 단계를 포함한다.
다른 양상에 의하면, 상기 조성물 및 방법은 종래 기술, 예를 들어 그 개시 내용이 인용에 의해 통합되는 미국특허 제5,320,677호에 개시된 복합보드 제조용 조성물 및 방법에 개시된 것과 동일한 성분 및 방법으로 실시될 수 있다.
기계가공가능한 물질을 제조하기 위한 방법 및 조성물에 관한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 트리메타포스페이트 이온은 전술한 바와 같은 농도 및 방식으로 사용된다. 이러한 실시예의 바람직한 태양에서, 상기 조성물은 하소 석고, 수용성 트리메타포스페이트염, 전분 및 수분산성 폴리머 입자의 혼합물을 포함한다. 상기 조성물은 물과 혼합하여 물, 하소 석고, 트리메타포스페이트 이온, 전분 및 수분산성 폴리머 입자의 혼합물을 제조하는게 사용될 수 있다. 상기 방법은 전술한 혼합물 제조하여 표면 상에 또는 몰드 내에 도포하는 단계 및 경화 및 건조되도록 하는 단계를 포함한다. 트리메타포스페이트 염 및 이온을 포함하는 것을 제외한 다른 면에서, 상기 조성물 및 방법은 종래 기술, 예를 들어 그 개시내용이 인용에 의해 통합되는 미국특허 5,534,059호에 개시된 기계가공가능한 플라스터 재료를 제조 하는데 사용되는 상응하는 조성물 및 방법과 동일한 성분 및 동일한 방식으로 실시될 수 있다.
석고 보드의 가장자리 사이의 조인트를 마무리 하는데 사용되는 물질을 제조하는 조성물 및 방법에 관한 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서, 트리메타포스페이트 염 또는 이온은 전술한 바와 같은 농도로 사용된다. 트리메타포스페이트 염 및 이온을 포함하는 것을 제외한 다른 면에서는, 상기 조성물 및 방법은 종래 기술, 예를 들어 그 개시내용이 인용에 의해 통합되는 미국특허 3,297,601호에 개시된 조인트 마무리 물질 제조용 조성물 및 방법과 동일한 성분 및 동일한 방식으로 실시될 수 있다. 이러한 실시예의 바람직한 태양에서, 조성물은 하소 석고, 수용성 트리메타포스페이트염, 바인더, 증점제 및 비균전제의 혼합물을 포함한다. 상기 조성물은 물과 혼합하여 본발명에 의한 하소 석고, 트리메타포스페이트 이온, 바인더, 증점제 및 비균전제의 혼합물을 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 이러한 혼합물을 제조하여 석고 보드의 가장자리 사이의 조인트 내로 삽입하는 단계 및 경화하여 건조되도록 하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 조인트 마무리 실시예에서, 상기 바인더, 증점제, 비균전제는 조인트 화합물 업계의 당업자에서 잘 알려진 성분으로부터 선택할 수 있다. 예를 들어, 바인더는 통상의 라텍스 바인더, 바람직하게는 폴리(비닐아세테이트) 및 폴리(에틸렌-코-비닐아세테이트)를 조성물에 약 1 내지 약 15 중량% 포함할 수 있다. 유용한 증점제의 예로는 셀룰로오스계 증점제, 예를 들어 에틸하이드록시 에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스, 메틸하이드록시 프로필 셀룰로오 스, 또는 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 있으며, 조성물 내에 약 0.1 내지 약 2 중량%로 포함될 수 있다. 적합한 비균전제의 예로는 아타풀가이트, 세피오라이트, 벤토나이트 및 몬트모릴로나이트 클레이가 있으며, 조성물 내에 약 1 내지 약 10중량% 포함될 수 있다.
방법 및 조성물이 음향 타일을 제조하는데 사용되는 본 발명의 바람직한 몇몇 실시예에서, 트리메타포스페이트 이온은 전술한 바와 같은 농도로 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예의 일부 바람직한 태양에서, 상기 조성물은 물, 하소 석고, 트리메타포스페이트 이온, 젤라틴화 전분 및 미네랄 울의 혼합물, 또는 물, 하소 석고, 트리메타포스페이트 이온, 젤라틴화 전분, 익스팬디드 펄라이트 입자 및 섬유 보강재의 혼합물을 포함한다. 상기 방법은 이러한 혼합물을 제조하여 트레이 내로 캐스팅하는 단계 및 경화하여 건조되도록 하는 단계를 포함한다. 트리메타포스페이트 염 및 이온을 포함하는 것을 제외한 다른 면에서는, 상기 조성물 및 방법은 종래 기술, 예를 들어 그 개시내용이 인용에 의해 통합되는 미국특허 제5,395,438호 및 제3,246,063호에 개시된 음향 타일 제조용 조성물 및 방법과 동일한 성분 및 동일한 방식으로 실시될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일부를 더 예시하고, 본 발명의 범위를 벗어나는 방법 및 조성물과 비교하고자 제공되는 것이다. 별다른 언급이 없는한 조성물 및 혼합물 내 물질의 농도는 존재하는 하소 석고의 중량을 기준으로 하는 중량백분율로 나타낸다. 약어 "STMP"는 소듐 트리메탈포스페이트를, "TMP"는 트리메탈포스페이트를 나타낸다.
실시예 1
실험실 큐브 압축 강도
석고를 함유하는 생성물의 샘플을 본 발명에 따라 합성하고, 압축 강도에 대하여 다른 방법과 조성물을 사용하여 합성된 샘플과 비교하였다. 사용된 시험 방법은 ASTM C472-93에 따랐다.
샘플은 건조 혼합에 의하여 합성되었다: 베타 칼슘 설페이트 반수화물 500 g; 효율을 지속하기 위하여 슈가로 코팅된 칼슘 설페이트 이수화물의 미세한 분말 입자를 포함하고 인용에 의하여 본 발명에 통합된 미국특허 제3,573,947호에 개시된 바에 따라 가열된 한 세트의 반응 가속제 0.6 g; 및 첨가제 (조절 샘플) 0 g, STMP (바람직한 진보성 있는 샘플) 0.5 내지 2 g, 혹은 다른 포스페이트 첨가제 (비교예) 0.5 내지 2 g. 그 후 상기 샘플들를 2 리터의 WARING 혼합기내에서 70 F 도의 온도를 가지는 700 ml의 수도물과 혼합하고, 5초간 젖도록 두고 10초간 낮은 속도로 혼합하였다. 이렇게 형성된 슬러리는 성형속에 넣어서 큐브 (한변의 길이가 2 인치)를 만들었다. 상기 칼슘 설페이트 반수화물이 석고 (칼슘 설페이트 이수화물)를 형성하도록 한 후, 상기 큐브를 성형에서 제거하고 환기되는 오븐에서 112 F에서 72시간 동안 혹은 그들의 중량이 더 이상 변화되지 않을 때까지 건조시켰다. 건조된 큐브는 입방푸트당(per cubic foot, pcf) 약 44 파운드의 밀도를 가진다.
각각의 건조한 큐브의 압축강도는 SATEC 시험기로 측정되었다. 그 결과는 세개의 시험 샘플의 평균값으로 아래의 표 1에 나타내었다. 조절 샘플의 강도 값은 변화하였다. 왜냐하면, 다양한 소스의 베타 칼슘 설페이트 샘플 및/또는 다른 배치 의 베타 칼슘 설페이트 반수화물을 사용하였기 때문이다. 상기 표의 결과는 측정된 압축 강도를 제곱 인치당 (per square inch, psi) 파운드 및 관련된 조절량 (%Δ)에 대한 강도의 백분율 변화의 형태로 보고된다. 측정된 값은 약 +/- 5%의 실험오차 (따라서, 10%의 조절량에 대한 보고된 강도 증가는 실제로 5 내지 15%의 범위에 있을 수 있다)를 가지는 것으로 평가된다.
| 첨가제 | 0% 첨가제 (psi) | 0.1% 첨가제 (psi; %Δ) | 0.2% 첨가제 (psi; %Δ) | 0.3% 첨가제 (psi; %Δ) | 0.8% 첨가제 (psi; %Δ) |
| STMP | 987 | 1054;6.8 | 1075;8.9 | 1072;8.6 | -------- |
| STMP | 724 | 843;16.4 | 957;32.2 | 865;19.5 | 783;8.1 |
| STMP | 742 | 819;10.4 | 850;14.6 | --------- | -------- |
| STMP | 714 | 800;12.0 | 834;16.8 | --------- | -------- |
| STMP | 842 | 985;17.0 | 1005;19.4 | 1053;25.1 | 611;-27.4 |
| STMP | 682 | 803;17.7 | 826;21.1 | 887;30.1 | --------- |
| 소듐 포스페이트 | 950 | 951;0.1 | 929;-2.2 | --------- | --------- |
| 소듐 트리폴리포스페이트 | 950 | 993;4.5 | 873;-8.1 | --------- | --------- |
| 소듐 헥사메타포스페이트 | 950 | 845;-11.1 | 552;-41.9 | --------- | --------- |
| 디칼슘 포스페이트 | 763 | 769;0.8 | 775;1.6 | 761;-0.3 | --------- |
| 디소듐 포스페이트 | 763 | 757;-0.8 | 728;-4.6 | 700;-8.3 | --------- |
| 모노칼슘 포스페이트 모노하이드레이트 | 763 | 786;3.0 | 766;0.4 | 824;8.0 | --------- |
표 1의 데이타는 진보성 있는 샘플 (STMP)은 일반적으로 조절판에 대하여 상당히 증가된 강도를 보여주고, 반면에 비교예들은 일반적으로 매우 작거나 영의 강도 증가 혹은 상당한 강도 감소를 보여준다를 것을 예시한다.
실시예 2
영구 변형에 대한 저항도 (실험실 석고 판의 침하 저항도)
석고를 함유하는 판의 샘플을 실험실에서 본 발명에 따하 합성하고 영구 변 형에 대한 저항에 대하여 본 발명의 범위 밖의 방법과 조성물을 사용하여 합성된 샘플판과 비교하였다.
샘플들을 5 리터 WARING 혼합기에서 낮은 속도로 10초간 혼합하여 합성하였다: 베타 칼슘 설페이트 반수화물 1.5 kg; 이미 정의된 반응 가속제 2 g; 수도물 2 리터; 첨가제 (조절 샘플) 0 g, STMP (진보성 있는 샘플) 3 g, 혹은 다른 첨가제 (비교예) 3 g. 이렇게 형성된 슬러리를 접시에 부어 각각 약 6×24×1/2 인치의 크기를 가지는 평평한 석고판 샘플을 준비하였다. 상기 칼슘 설페이트 반수화물이 석고 (칼슘 설페이트 이수화물)을 형성하도록 한 후, 상기 판들을 112 F도의 오븐에서 그들의 무게가 변화하지 않을 때까지 건조시켰다. 각 판의 최종 측정 무게를 기록하였다. 습기가 있는 조건하에서 상기 석고 판의 침하 수행도에 대한 종이 덮개의 영향을 피하기 위해 이러한 판들에 페이퍼 페이싱(paper facing)을 적용하지는 않았다.
그 후, 각각의 건조된 판을 넓이가 2.5인치이고 길이가 판의 전체 두께에 해당하는 두개의 지지물위에 하나의 지지물이 상기 판의 끝에 오도록 수평으로 놓았다. 상기 판들은 이러한 위치로 특정 시간(이 실시예에서는 4일) 동안 온도는 90 F, 상대습도는 90%의 주변 조건하에 계속하여 두었다. 그 후 상기 판의 침하정도를 판의 단부의 정상 모서리 사이을 연장하는 가상의 평면으로부터 판의 정상표면의 중앙의 거리를 (인치로) 측정하여 결정하였다. 상기 판의 세트 석고 메트릭스의 영구 변형에 대한 저항도는 판의 침하정도에 반비례하는 것으로 간주된다. 따라서 침하정도가 클수록 판을 포함하는 세트 석고 메트릭스의 영구 변형에 대한 상대 저항 도는 낮다.
영구 변형에 대한 저항도의 시험결과를 첨가제의 조성과 농도 (칼슘 설페이트 반수화물의 중량에 기초한 중량%), 판의 최종 무게, 및 측정된 침하정도를 포함하여 표 2에 나타낸다. (본 발명의 범위밖의) 비교예에서 사용한 첨가제는 높은 습도의 조건하에서 침하에 대한 석고판의 저항도를 개선하기 위한 시도로 사용된 다른 물질들을 대표한다.
| 첨가제 | 첨가제(중량%) | 판 무게(g) | 판 침하(인치) |
| 영(조절) | 0 | 830 | 0.519 |
| STMP | 0.2 | 838 | 0.015 |
| 보론산 | 0.2 | 829 | 0.160 |
| 소듐 알루미눔 포스페이트 | 0.2 | 835 | 0.550 |
| 왁스 유상액 | 7.5 | 718 | 0.411 |
| 유리 파이버 | 0.2 | 838 | 0.549 |
| 유리 파이버+보론산 | 0.2+0.2 | 825 | 0.161 |
표 2의 데이타는 본 발명에 따라 제조된 판 (STMP)이 조절판 및 진보성없는 비교예의 판들보다 침하에 대한 저항성이 강하다 (따라서 영구 변형에 훨씬 더 저항도가 강하다)는 것을 예시한다.
실시예 3
영구 변형에 대한 저항도 (생산 라인 석고 판의 침하 저항도)
생성물의 중량을 도 1에서 비교하고, 그러한 생성물의 침하 저항도는 도 2 및 3에 보여 준다. 본 발명 (즉 트리메타포스페이트를 배소된 석고 및 물과 혼합함)에 따른 내부의 1/2 인치 천정판의 생성물 중량은 United States Gypsum Company에 의하여 제조된 내부의 1/2 인치 SHEETROCK (등록상표) 정규의 석고판의 무게와 같았다. 도 1에 보여준 1/2 인치 내부의 천정판의 평균치는 National Gypsum Company에 의하여 제조된 Gold Bond (등록상표) High Strength Ceiling Board의 값이다. 도 1에 보여준 5/8 인치 석고판의 평균치는 United States Gypsum Company에 의하여 제조된 SHEETROCK (등록상표) 5/8 인치 Firecode Type X 석고의 값이다.
도 2는 본 발명에 따라 상술한 상업적으로 입수 가능한 석고판으로 제조한 석고판의 침하저항도를 비교하는 그래프로서, 모든 시험된 판은 전통적인 스테이플로 붙이고 스크류한 천장 부착을 이용하여 설치되었다.
도 3은 본 발명에 따라 상술한 상업적으로 입수 가능한 석고판으로 제조한 석고판의 침하저항도를 비교하는 그래프로서, 모든 시험된 판은 전통적인 F2100 Two-Part Urethane Adhesive 천장 부착을 이용하여 설치되었다.
도 2 및 3에 보여준 침하 비교에 사용된 천장을 제조하기 위한 석고판 및 다른 구조물의 항목은 다음과 같다:
A. 석고판-
1. 본 발명에 따라 제조된 1/2 인치×48 인치×96 인치.
2. 1/2 인치×48 인치×96 인치 National Gypsum Company Gold Bond (등록상표) High Strength Ceiling Board.
3. United Stated Gtpsum Company에 의하여 제조된 1/2 인치×48 인치×96 인치의 정규 SHEETROCK (등록상표) Firecode Type X 석고판.
B. 트러스- R. J. Cole, Inc. Joint Compound에 의한 아주 적은 2 인치×3 인치 판 재로부터 제조된 높이 18 인치×길이 102 인치- USG Tuff Set HES Joint Compound. Joint Tape- USG Fiberglass Mesh Self-Adhering Joint Tape.
C. 증기 벽 페인트- #4512 Silver Vapor Barrier, 제품번호 246900.
D. 절연- Delta Blowing Insulation 블로잉 울(blowing wool), Rockwool 미네랄 파이버.
E. 스프레이 텍스쳐- USG SHEETROCK (등록상표) Ceiling Spray Texture Q T 중간 폴리(poly)
F. 고정제- 1 인치 c.×1과 1/4 인치 lg.×Ga. 스테이플 및 #6×1과 1/4 lg. 드라이월 스크류. Foamseal, Inc.로부터 입수한 F2100 Two-part Urethane Adhesive.
천장구조
A. 2×4를 트러스 고정틀을 만들기 위하여 트러스의 양쪽 단부에 부착하였다.
B. 석고판 12장을 F2100 접착제로 트러스 고정틀에 부착하였다.
C. 천장을 조심스럽게 올리고 미리 짜 놓은 네개의 벽의 정상에 올려 놓고 8 피트×48피트 크기의 방을 형성하였다.
D. 천장 어셈블리를 #8×3과 1/2 인치의 스크류로 주변을 따라서 벽의 정상기판에 부착하였다. 두번째의 천장을 스크류 및 스테이플을 사용하여 만들고 석고판을 트러스에 부착하였다. 이것도 또한 들어 올려 네개의 벽에 부착하였다.
두개의 천장을 각 천장에 있는 각 석고형태의 판 세장를 사용하여 제조하였다. 천장 하나를 기계적으로 고정시키고 (도 2를 참조하라), 다른 하나는 F2100 우 레탄 접착제만을 사용하여 고정시켰다. 석고판 형태로 교대로, 천장을 따라서 석고판을 배열하였다. 사용된 트러스는 길이가 8 피트 5 인치, 높이가 18인치였으며, 중앙에 ("o.c.") 24 인치 간격으로 배치하였다.
기계적으로 고정된 천장은 봉합자리를 따라서 중앙에 7 인치 되는 곳에 1 인치 크라운×1과 1/4인치 lg.×16 Ga. 스테이플을 사용하였고, 필드 트러스를 따라서 중앙에 12 인치 되는 곳에 #6×1과 1/4 인치 lg. 드라이월 스크류를 사용하였다.
접착제를 사용하여 부착된 천장은 트러스를 따라서 약 1과 1/4인치 비드(bead)를 사용하였다. 비드는 필드 트러스의 한면상에 사용되었고 석고 봉합자리에 있는 트러스의 양면상의 비드를 따라서 사용되었다.
상기 석고판을 트러스 코오드에 평행하게 정렬된 종이로 둘러 싸인 모서리에 부착하였다. 초기 위치는 석고봉합을 테이프한 후 측정되었다. 다음으로, 천장은 증기 벽 페인트로 칠하고 결을 따라 스프레이하였다. 결을 형성한 직후 두번째로 위치를 측정하였다. 그 후 트러스의 정상부에 Rockwell 절연체를 불어 넣고, 세번째의 위치를 측정하였다. 절연체를 불어 넣는 동안에 온도와 습도를 올려 주었다.이러한 조건을 7일간 유지시키고 매일 아침과 오후에 편향을 측정하였다. 7일 후, 방을 열고 주변 온도로 냉각시켰다. 3일 동안 더 침하 측정을 하였고, 그 후 시험을 종결하였다.
도 2 및 3에 보여준 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 석고판은 다른 석고판에 비하여 상당한 침하 저항도을 제공하며 사람의 눈에 감지될 수 있는 판의 2피 트 길이당 약 0.1 인치의 문턱 침하 미만이었다.
실시예 4
실험실의 석고판의 못 뽑기에 대한 저항도
본 발명에 따라 생성된 실험실에서 준비된 전형적인 종이로 덮힌 석고판의 샘플을 못 뽑기에 대한 저항도에 대하여 조절판과 비교하였다. 못 뽑기에 대한 저항도는 판의 석고 코어(core)의 강도, 그것의 종기 덮개판, 및 종이와 석고 사이의 결합의 조합의 척도이다. 상기 시험은 판이 대부분 부서지는 일이 일어날 때까지 판을 통하여 못의 헤드(head)를 끌어 당기는 데 필요한 최대힘을 측정하고, ASTM C473-95에 따라서 수행되었다. HOBART 혼합기에서 40초간 중간 속도로 혼합하여 슬러리를 준비하였다: 베타 칼슘 설페이트 반수화물 3.0 kg; 미리 정의된 반응 가속제 5 g; LC-211 녹말 (석고판 제조를 위해 종래 기술에서 전형적으로 포함되고 상업적으로 Archer Daniels Midland Milling Co.에서 입수 가능한 건조한 분말의 산성화된 미리 젤라틴화 되지 않은 밀 녹말) 10 g; 미세한 해머로 분쇄된 종이 파이버 20 g; 수도물 3 리터; STMP 0 내지 6 g; 및 Lauhoff Grain Co.에서 상업적으로 입수가능한 PCF1000 미리 젤라틴화된 옥수수 녹말 0 내지 30 g.
이렇게 형성된 슬러리를 종이 위의 접시에 넣고 종이로 하여금 그들의 정상 표면에 가하게 하여 크기가 약 14×24×1/2 인치인 평평한 석고판 샘플을 제조하였다. 한 표면위의 종이는 외층이 바닐라인 다층이었고, 다른 표면위의 상기 종이는 다층의 뉴우스라인이었고, 양자는 판업계에서 종이로 덮힌 석고를 제조하는데 전형적으로 사용된다. 각 판은 무게의 25%를 잃을 때까지 350 F도의 오븐에 넣어 두었 고 그 후 일정한 무게에 도달할 때까지 112 F도의 오븐에 옮겨서 그곳에 두었다.
최종의 판 무게와 못 뽑기에 대한 저항도를 측정하였다. 그 결과는 표 3에 보고된다.
| STMP 농도(중량%) | PCF1000 녹말(중량%) | 판무게(파운드/1000ft2) | 못 뽑기에 대한 저항도 |
| 0 | 0 | 2465 | 150 |
| 0.1 | 0 | 2454 | 155 |
| 0.2 | 0 | 2326 | 158 |
| 0.1 | 0.5 | 2458 | 168 |
| 0.2 | 1.0 | 2495 | 176 |
표 3의 결과는 본 발명에 따라 제조된 판들이 조절판과 비교하여 전체적으로 높은 강도 (못 뽑기에 대한 저항도)를 나타낸다는 것을 보여준다.
실시예 5
생성 공정의 석고판의 영구 변형에 대한 크기의 안정성 및 저항도
종이로 덮힌 거품이 있는 석고판을 상업적인 석고판을 제조하는 설비에서 전형적인 풀 스케일 생산 공정으로 제조하였다. 판을 다양한 농도의 트리메타포스페이트 이온으로 제조하였고 영구 변형에 대하여 크기의 안정성과 저항도의 측면에서 (트리메타포스페이트 이온없이 제조된) 조절판과 비교하였다. 몇몇 판의 제조에서 트리메타포스페이트 이온을 포함하는 것을 제외하고는, 종래기술에 전형적으로 사용되는 석고판 생산 방법 및 성분들을 사용하여 석고판을 제조하였다. 그 성분과 대략적인 중량 백분율 (사용된 배소된 석고의 무게에 기초하여 상대적으로 아주 좁은 범위로 표현됨)을 표 4에 나타내었다.
| 성분 | 중량% |
| 베타 칼슘 설페이트 반수화물 | 100 |
| 물 | 94-98 |
| 세트 반응 가속제 | 1.1-1.6 |
| 녹말 | 0.5-0.7 |
| 분산제 | 0.20-0.22 |
| 종이 파이버 | 0.5-0.7 |
| 세트 지연제 | 0.07-0.09 |
| 거품제 | 0.02-0.03 |
| 소듐 트리메타포스페이트("STMP") | 0-0.16 |
| 재배소 억제제 | 0.13-0.14 |
표 4에서: 미국특허 제3,573,947호에 개시된 바와 같이 칼슘 설페이트 이수화물의 미세하고 분쇄된 슈가코팅된 입자를 포함하는 세트 반응 가속제, 여기서 상기 반응 가속제는 제조시에 가열되지 않았다; 상기 녹말은 Lauhoff Grain Co.로부터 상업적으로 입수한 건조하게 분쇄된 산성화된 HI-BOND 녹말이었다; 상기 분산제는 DILPFLO, 즉 GEO Specialty Chemical of Amber, Pennsylvania로부터 상업적으로 입수한 나프탈렌 술포네이트였다; 상기 종이 파이버는 미세하게 해머로 분쇄한 종이 파이버였다; 상기 세트 지연제는 VERSENEX 80, 즉 Van Walters & Rogers of Kirkland, Washington으로부터 상업적으로 입수한 킬레이팅 약제였다; 상기 거품제는 Witco Corp. of Greenwich, Connecticut으로부터 상업적으로 입수한 WITCOLATE1276이었다; 상기 소듐 트리메타포스페이트는 Monsanto Co. of St. Louis, Missouri에 의하여 상업적으로 공급되었다; 및 상기 재배소 억제제는 CERELOSE, 즉 건조 도중에 판의 단부가 재배소되는 것을 감소시키기 위해 사용되는 덱스트로스이었다.
판들은 넓이가 4피트인 계속적인 생산 라인상에서 다음 단계에 의하여 생산 되었다: 혼합기내에 상기 성분을 계속하여 주입하고 혼합하여 수용액의 슬러리 (거품제를 사용하여 분리된 거품생성 시스템내에서 수용액 거품을 생성하였다; 그 후 상기 거품은 혼합기를 통하여 슬러리 속으로 주입되었다)를 형성하였다; 움직이는 벨트상에 있는 종이 덮개용 시트(sheet) 상에 상기 슬러리를 침적하였다; 다른 종이 덮개용 시트 (백 페이퍼, back paper)를 침적된 슬러리위에 놓고 두께가 1/2 인치인 판을 형성하였다; 칼슘 설페이트 이수화물을 형성하기 위한 칼슘 설페이트 반수화물의 수화가 슬러리을 정확히 자르기에 충분할 정도로 굳게하기에 충분할 정도로 진행되었을 때, 움직이는 판을 잘라서 약 12×4 피트이고 두께가 1/2 인치인 개개의 판을 만들었다; 그리고 상기 판들을 가열된 다층의 가마에서 건조하였다.
그 후 판의 영구 변형에 대한 저항도는, 시험된 판들이 생산되는 판들로부터 잘린 약 1 피트×4피트 (1 피트는 생산 라인방향, 즉 평행한 방향임)인 것을 제외하고는, 실시예 2에서 기술한 바와 같이 침하를 측정하여 결정되었다. 침하측정은 온도 90 F 및 상대습도 90%인 환경하에서 24, 48, 및 96시간 동안 상기 판들을 조절한 후에 수행되었다. 결과는 다양한 농도의 트리메타포스페이트 이온으로 생산된 진보성 있는 샘플 및 상기 진보성 있는 샘플의 직전과 직후에 생산된 조절 샘플 ( 0% 소듐 트리메타포스페이트)에 대하여 표 5에 나타내었다.
| STMP 농도(중량%) | 24시간 후 판 침하(인치) | 48시간 후 판 침하(인치) | 96시간 후 판 침하(인치) |
| 0(전) | 3.45 | 3.95 | 5.27 |
| 0.004 | 3.23 | 3.71 | 5.19 |
| 0.008 | 2.81 | 3.31 | 4.58 |
| 0.016 | 1.72 | 1.91 | 2.58 |
| 0.024 | 0.96 | 1.12 | 1.61 |
| 0.04 | 0.49 | 0.68 | 0.82 |
| 0.08 | 0.21 | 0.24 | 0.29 |
| 0(후) | 3.65 | 4.58 | 6.75 |
표 5의 데이타는 본 발명에 따라 제조된 상기 판이, STMP의 농도가 증가함에 따라, 점진적으로 조절 판보다 침하 (및 따라서 점진적으로 영구 변형에 더 저항성을 띰)에 더 저항성을 띠게 됨을 예시한다.
본 발명의 조성물과 방법에 따라 제공된 침하 저항도는 표 5A에 더 나타낸다. 더 구체적으로, 표 5A는 크기가 1 피트×2 피트이고 표 4에 보여준 것과 같은 배합을 가지는 생산라인 석고판의 침하, 즉 ASTM C473-95에 따른 습한 변형을 보여준다. 표 5A는 도 5에 보여준 더 긴 판 (1 피트×4 피트)에 대한 침하 저항도의 경향과 같은 STM C473-95에 준하는 경향을 보여 준다.
| 시험 번호 | ASTM 첨가 (중량%) | 건조한 판 중량 파운드/MSF | 48시간 습한 변형 (인치) | |
| 평행 | 직각 | |||
| 조절 전 | 0 | 1590 | -0.306 | -0.247 |
| 1 | 0.04 | 1583 | -0.042 | -0.034 |
| 2 | 0.08 | 1609 | -0.027 | -0.021 |
| 3 | 0.16 | 1583 | -0.015 | -0.014 |
| 조절 후 | 0 | 1585 | -0.409 | -0.145 |
습한 12×4 피트 생산 라인 석고판 및 최종 건조한 12×4 피트 생산 라인 석고판을 (ASTM C473-95에 따라) 측정하여 건조 후 그들의 넓이와 길이의 수축량을 결정하였다. 판이 더 많이 수축할수록, 크기의 안정성이 덜하다. 결과는 표 6에 보 고한다.
| STMP 농도(중량%) | 판 넓이 수축량(인치/4피트) | 판 길이 수축량(인치/12피트) |
| 0(조절) | 0.13 | 0.38 |
| 0.004 | 0.06 | 0.38 |
| 0.008 | 0 | 0.31 |
| 0.016 | 0 | 0.25 |
| 0.024 | 0 | 0.25 |
| 0.040 | 0 | 0 |
| 0.080 | 0 | 0 |
| 0.16 | 0 | 0 |
표 6의 데이타는 본 발명에 따라 제조된 판이 조절판보다 크기에서 더 안정함을 보여 준다. 0.004% 이상의 ASTM을 첨가한 경우, 길이와 넓이의 수축이 일어나지 않았다.
실시예 6
습하고 응축된 조건하에서의 침하 저항도 (생산 라인 석고판)
부가적인 시험에서 본 발명의 조성물과 방법에 의하여 제공되는 침하 저항도가 예시된다. 더 구체적으로, 조절된 응축이 천장판과 들보 사이에 위치한 증기 벽에서 일어나는 것을 허용하는 조건하에서 생산 라인 천장판을 시험하였다. 이 시험을 위한 방법은 다음과 같다. 조그만 다락과 닫힌 공간의 방을 만들었다. 다락의 공간은 그 상부와 측면이 절연되어 시원하게 유지하여 조절된 응축이 천장에서 일어나도록 한다. 천장면적은 8 피트× 8 피트이고, 2 피트× 8 피트 프레임을 가지고 중앙에서 24 인치이다. 방 공간은 6 밀(mil) 폴리(poly) 증기 벽에 의하여 그것의 상부와 측면을 둘러 싸고, 천장에서 조절된 응축이 일어나도록 방 공간의 습도 를 올려 주었다.
시험 물질 (하나의 시험용 생성물과 하나의 조절판)로 만들어진 두개의 4 피트×8 피트 판을, 6 밀 폴리에틸렌 증기 벽은 판의 직상부에 위치한 채로, 트러스에 옆면과 옆면을 서로 부착하였다. 판의 단부는 고정시키지 않았다. 그 후, 다락의 온도를 에어컨디션 장치의 창문을 사용하여 낮추어 주면서 증발 가습기를 이용하여 방부분의 습도를 증가시킨다. 천장 판위에 증기 벽에서 일정한 응축이 일어날 때까지 가습기의 증기 출력을 조절하였다. 시험 전반에 걸쳐, 온도와 습도를 일정하게 유지하도록 하지 않았다. 그러므로 이 결과는 시험 생성물과 조절 생성물 사이의 침하 저항도의 상대적인 척도로서 간주되어야 하며, 한정된 조건하의 환경에서 침하량을 예상하기 위한 시도로 간주되지 않아야 한다.
그 후, 천장 침하는 판을 따라서 세 지점 (각 쌍의 트러스의 중간에) 에서 주기적으로 측정되었고, 전체적으로 시험의 생성물당 여섯개의 변형 값을 읽었다. 다락과 닫힌 공간의 방의 온도는 각 침하 측정시 또한 기록되었다.
기초적인 정보로서, 이론적인 이슬점 조건 (일정한 70oF의 방 온도를 가정함)을 아래에 나타낸다.
상온 방의 상대 습도 다락 온도
70oF 50% 51oF
70oF 60% 56oF
70oF 70% 60oF
70oF 80% 63oF
70oF 90% 68oF
다음 물질을 사용하여 19일에 걸쳐서 시험을 수행하였다: 본 발명에 따라 제조된 1/2 인치 생산 라인 석고판; 및 전술한 바와 같은 5/8 인치 Firecode Type X 석고판. 결과들은 도 4에 보여 주고 본 발명에 따라 제조된 판은 조절판, 즉 전술한 바와 같은 5/8 인치 Firecode Type X 석고판보다 일정하게 낮은 침하를 가진다는 것을 보여 준다.
이 시험 결과에서, 8 일째의 값을 읽고 난 직후 각 트러스 사이의 중간에서 1.0 파운드/선형의 피트의 분산된 하중을 인가하였다. 이 하중을 인가한 결과 조절판의 침하가 증가되었으나, 본 발명에 의해 제조된 판에는 영향을 미치지 않았다. 도 4에 보여준 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 석고판은 사람의 눈에 감지될 수 있는 정도의 훨씬 아래, 즉 2 피트당 0.1 인치보다 작은 침하 변형을 가진다.
실시예 7
생산 라인 석고판의 못 뽑기에 대한 저항도
다른 세트의 종이로 덮힌 거품을 가진 석고판을 석고판 제조 설비의 전형적인 풀 스케일의 생산 라인에서 제조하였다. 세가지 농도의 트리메타포스페이트 이온을 가지는 판을 제조하였고, 못 뽑기에 대한 저항도에 대하여 조절판 (트리메타포스페이트 이온없이 제조돤 판)과 비교하였다.
몇몇 판을 제조하는 데에 트리메타포스페이트 이온을 첨가한 것을 제외하고는 종래 기술에서 사용되는 전형적인 석고판 생산 방법과 성분을 사용하여 판을 제조하였다. 이 성분과 그들의 중량 백분율은 위의 표 4에 나타낸 것들과 같다. 상기 판의 제조 방법은 실시예 5에서 기술한 바와 같다.
못 뽑기에 대한 저항도는 ASTM C473-95에 따라 결정되었다. 결과는 다양한 농도의 트리메타포스페이트 이온으로 생산된 진보성 있는 샘플 및 진보성 있는 샘플의 직전과 직후에 제조된 조절 샘플 (트리메타포스페이트 이온 0% 포함)에 대하여 보고된다.
| STMP 농도 (중량%) | 못 뽑기에 대한 저항도 (파운드) |
| 0 (전) | 89 |
| 0.04 | 93 |
| 0.08 | 96 |
| 0.16 | 99 |
| 0 (후) | 90 |
표 7의 결과들은 본 발명에 따라 제조된 생산 라인 석고판이 조절판에 비하여 전체적으로 더 강한 강도 (못 뽑기에 대한 저항도)를 보여 준다는 것을 나타낸다.
실시예 8
생산 라인 석고판의 종이 결합의 무결성
석고판 제조 설비의 전형적인 풀 스케일의 생산 라인상에서 다른 세트의 종이로 덮힌 거품을 가진 석고판을 제조하였다. 다양한 농도의 트리메타포스페이트 이온, 미리 젤라틴화 된 녹말, 및 미리 젤라틴화 되지 않은 녹말을 가지는 판을 제조하여, 조절판 (트리메타포스페이트 이온 혹은 미리 젤라틴화 된 녹말이 없이 제조된 판)과 대단히 습한 조건하에서 조절한 후 석고판 코어와 그것의 면 덮개 사이의 결합의 무결성에 대하여 비교하였다.
트리메타포스페이트 이온 및 미리 젤라틴화 된 녹말을 포함하고 몇몇 판을 제조하는 데 미리 젤라틴화 되지 않은 녹말의 농도를 변화시킨 것을 제외하고는, 종래 기술에서 전형적으로 사용되는 석고판 생산 방법 및 성분을 사용하여 판을 제조하였다. 성분과 그들의 백분율은 상술한 표 4에 나타낸 것과 같았다. 상기 판들을 제조하는 방법은 실시예 5에 기술한 바와 같다.
상기 시험에서 사용된 미리 젤라틴화 된 녹말은 Lauhoff Grain Co.에서 상업적으로 입수가능한 PCF1000이었다. 미리 젤라틴화 되지 않은 녹말은 HI-BOND, 즉 Lauhoff Co.로부터 입수가능한 건조하고 분쇄된 산성화된 미리 젤라틴화 되지 않은 녹말이었다.
상기 판들을 생산 라인에서 제조한 후, 크기가 4×6×1/2 인치인 샘플 (4 인치는 생산 라인 방향임)을 판들로부터 잘랐다. 그 후 이러한 작은 판 샘플의 각각은 덮개 종이 앞면상의 전 외부면적이 물로 적셔진 천과 90 F의 온도 및 90%의 상대습도의 환경하에서 6 시간 동안 접촉시키고 그 후 상기 축축한 천을 제거하고 판 샘플을 같은 환경하에서 일정한 무게에 도달할 때까지 천천히 건조되도록 하여 조절되었다. 그 후 6 인치 모서리중의 하나로부터 2와 1/2 인치 떨어지고 그 모서리에 평행한 판 샘플의 후면에 하나의 1/8 인치 깊이의 직선 틈을 만들었다. 그 후 판의 코어는 틈을 따라서 상기 판의 앞면상에 종이를 부수거나 스트레스를 주지 않고 딱 부러뜨리고, 그 후 상기 판의 앞면상의 종이를 큰 조각으로부터 벗겨져 나가도록 강요할 목적으로 조그만 조각은 정지된 상태로 및 그것의 후면을 위로 향하게 유지하면서 상기 판 샘플의 큰 조각 (2와 1/2×6 인치)을 회전시키고 아래로 힘을 가한다. 두개의 판 조각이 완전히 떨어져 나갈 때까지 힘을 증가시킨다. 그 후 상기 큰 조각의 앞면을 조사하여 앞면 종이가 표면의 몇 퍼센트로 코어로부터 완전히 벗겨져 나갔는지 ("깨끗한 벗겨짐"이라고 칭함) 결정한다. 이 백분율을 "% 결합 실패도"로서 표 8에 보고한다.
| HI-BOND 농도 (중량%) | STMP 농도 (중량%) | PCF1000 농도(중량%) | % 결합 실패도(%) |
| 0.60 | 0 | 0 | 87 |
| 0.60 | 0.08 | 0 | 97 |
| 0.96 | 0.08 | 0 | 97 |
| 0.60 | 0.08 | 0.16 | 42 |
| 0.60 | 0.08 | 0.32 | 0 |
| 0.28 | 0.08 | 0.32 | 20 |
| 0.60 | 0 | 0 | 83 |
표 8의 데이타는 극심하게 습한 조건하에서 조절한 후에 종이-코어 간의 결합의 실패문제에 대하여: STMP는 그 문제를 악화시카고; 전형적으로 미리 젤라틴화 되지 않은 녹말 (HI-BOND)의 농도를 증가시키면 그 문제를 완화시키고; 약간의 미리 젤라틴화 된 녹말 (PCF1000)을 가하면 그 문제를 완화시키거나 제거한다는 것을 보여 준다.
실시예 9
칼슘 설페이트 이수화물의 후처리
몇몇의 대체적인 본 발명의 바람직한 실시예에서, 주조된 칼슘 설페이트 이수화물은 그 속의 트리메타포스페이트 이온 용액을 일정하게 분산시키기에 충분한 방식으로 트리메타포스페이트 이온 수용액으로 처리하여, 강도, 영구 변형에 대한 저항도 (예를 들면 침하 저항도), 및 제조된 석고를 함유하는 생성물의 재차 건조 후 크기의 안정성을 증대시킨다. 더 구체적으로, 트리메타포스페이트 이온으로 주조된 칼슘 설페이트 이수화물을 처리하면 강도, 영구 변형에 대한 저항도, 트리메타포스페이트 이온을 배소된 석고에 첨가된 실시예에 의하여 달성된 것과 유사한 정도의 크기의 안정성을 증대시키는 것을 발견하였다. 따라서, 트리메타포스페이트 이온을 제조된 석고에 첨가한 실시예는 판, 패널, 플라스터, 타일, 석고/셀룰로오스 파이버 합성물 등을 포함하나 이들에 한정되지 않는 개선된 석고를 함유하는 생성물을 제조하는 새로운 조성물과 방법을 제공한다. 따라서, 침하 저항도에 대하여 엄격한 조절을 요구하는 모든 석고에 근거한 생성물은 본 발명의 이 실시예로부터 이익을 얻을 것이다. 또한 상술한 처리을 하면, 석고로 주조된 강도가 ~15%에 의하여 증대되었다. 트리메타포스페이트 이온은 0.04 내지 2.0% (석고 무게에 기초하여) 에서 스프레이하거나 트리메타포스페이트 이온을 함유하는 수용액으로 젖게하고 그후 석고 주조물을 재차 건조함으로써 석고 주조물 속으로 채워 넣을 수 있다.
경화된 석고의 두가지의 후처리 방법은 다음과 같다.
1) Stucco 및 (건조한)다른 첨가제와 물로 슬러리을 만듬
--> 거품 (무게 혹은 밀도 감소를 위하여)
--> 석고 주조/최종 경화 및 건조
--> STMP로 후처리 (스프레이 혹은 물에 젖게함)
--> 석고 주조물 재건조
--> 개선된 석고 생성물
2) Stucco 및 (건조한)다른 첨가제와 물로 슬러리을 만듬
--> 혼함/저어줌 (축축함)
--> 석고 주조/최종 경화
--> STMP로 후처리 (표면에 스프레이함)
--> 석고 생성물 재건조
--> 개선된 석고 생성물
상술한 두가지 방법에서 트리메타포스페이트의 수용액은 바람직하게는 칼슘 설페이트 이수화물 주조물에 있는 트리메타포스페이트 약 0.04 내지 0.16 중량% (칼슘 설페이트 이수화물의 중량에 대하여)의 농도를 만들기에 충분한 양과 방식으로 가해진다.
첫번째 방법의 침하 변형 (즉 침하 저항도)의 감소의 이점은 도 5에 나타내었다. 5개의 판을 제조하고 도 5에 보여 준 바와 같이 침하 변형에 대한 시험을 하였다. 건조한 판은 무게가 750 내지 780 그램 범위이었다. 조절판에는 석고 주조/최종 경화 및 건조 후 어떤 용액도 가하지 않았다. 물만이 있는 판에는 그 세트에 스프레이로 물만 가하고 주조된 석고를 건조시키고 그 후 재건조하였다. STMP 용액으로 확인된 판에는 그 세트에 스프레이로 트리메타포스페이트 이온 수용액 1 중량%를 가하고 주조된 석고를 건조시키고 그 후 재건조하였다. STMP 용액으로 확 인된 판에는 석고로 포화되고 트리메타포스페이트 1 중량%를 함유하는 수용액 혼합물을 그 세트 및 건조된 주조 석고에 스프레이하여 가하고 그 후 다시 건조하였다. 일반적으로, 스프레이될 상기 용액이 0.5% 내지 2% 농도범위의 트리메타포스페이트를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 STMP 용액 및 Gyp-STMP 용액내의 트리메타포스페이트의 최종함량은 그 석고 주조물을 만드는데 사용된 회반죽의 무게에 기초하여 0.2% 및 결과물인 경화된 석고판의 무게에 기초하여 0.17%이었다.
실시예 10
고염 물질의 처리
본 발명의 다른 구현예는 고농도의 염소이온 또는 그의 염(즉, 혼합물 내의 칼슘 설페이트의 중량을 기준으로 적어도 0.015중량%, 더욱 바람직하게는 0.02 - 1.5중량%)을 포함하는 칼슘 설페이트 및 물의 혼합물로부터 얻어진 경화된 석고-함유 생성물에 관한 것이다. 염소 이온 또는 그의 염은 상기 혼합물 내에 사용된 칼슘 설페이트 자체 또는 물(예를 들어, 지하수를 포함하는 식염수 또는 해수)에서 불순물이 될 수 있으며, 본 발명 이전에는 기포, 종이 접착 곤란, 말단 연소, 영구적 변형에 대한 낮은 저항성, 낮은 강도 및 낮은 치수안정성 등의 부수적인 문제로 인해 안정한, 경화된 석고-함유 생성물을 만들기 위하여 사용될 수 없었다.
표 9에 포함된 테스트는 다양한 양의 트리메타포스페이트 이온에 따라 다양한 양의 염소 이온이 혼합물 내에 도입된 것을 제외하고는 실시예 2에 개시된 바와 같은 방법으로 제조 및 처리되는 석고 보드에 관한 것이다. 실시예 2에 개시된 바와 같은 방법으로 새그 디플렉션(sag deflection)을 테스트하였다.
트리메타포스페이트 이온으로 처리하면 고농도의 염소 이온 또는 그의 염을 함유하는 혼합물의 사용이 가능함을 표 10에 포함된 테스트를 통해 알 수 있다. 다양한 양의 트리메타포스페이트 이온에 따라 다양한 양의 염소 이온을 혼합물 내에 도입한 것을 제외하고는 실시예 4와 같은 방법으로 보드를 제조 및 처리하였다. 석고 보드 코어 및 그의 표면 커버지 사이의 결합의 무결성을 실시예 8에 개시된 바와 같은 방법으로 테스트하였다.
표 11은 이미 실시예 5에 개시한 바와 유사한 방법으로 다르게 제조 및 처리된 보드의 고 농도의 염소 염 물질의 PFC 1000 전분(회반죽(stucco) 내의 염화나트륨의 0.08 내지 0.16중량%) 및 트리메타포스페이트 이온으로 처리한 결과를 나타낸다. 표 11에 나타낸 바와 같이, 처리 결과는 손톱 긁힘 강도(nail pull strength)의 증가를 나타내고(실시예 4에 기재한 바와 같은 방법으로 측정, 즉 ASTM C 473-95), 염화나트륨이 포함되지 않은 대조군 보드와 비교하여 유사한 접착 성능을 제공한다(실시예 8과 동일한 방법으로 측정). 더욱이 트리메타포스페이트 이온 처리는 습화된 새그(sag)에서, 0.3% 염소 염 첨가까지도 상당한 향상을 제공하였다.
표 12는 이미 실시예 5에 개시한 바와 유사한 방법으로 다르게 제조되고 처리된 보드의 훨씬 더 높은(실시예 11에 나타낸 것보다) 농도의 염소 염 물질의 PFC 1000 전분(회반죽 내의 염소 염의 0.368중량%) 및 트리메타포스페이트 이온으로 처 리한 결과를 나타낸다. 표 12에 나타낸 바와 같이, 처리 결과는 손톱 긁힘 강도(nail pull strength)의 증가를 나타내고(실시예 4에 기재한 바와 같은 방법으로 측정, 즉 ASTM C 473-95), 대조군 보드와 비교하여 더 우수한 본드 성능을 제공한다(실시예 8과 동일한 방법으로 측정).
실시예 11
다양한 강화 물질(enhancing material)로 하소된 석고의 처리
이미 개시한 바람직한 구현예의 실시예에서, 강화 물질은 트리메타포스페이 트 이온이다. 그러나 일반적으로. 이미 개시한 일반적 정의의 강화물질에 포함되는 임의의 강화물질은 하소된 석고의 처리시 유익한 결과(즉, 영구적 변형에 대한 증가된 저항성)를 제공한다. 일반적으로 유용한 강화 물질은 각각 2 이상의 인산 유닛을 포함하는 축합된 인산; 및 각각은 2 이상의 포스페이트 유닛을 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온이다.
이와 같은 강화 물질의 특정 예는, 예를 들어 하기 산 또는 염, 또는 이들의 음이온 부분을 포함한다: 분자식 (NaPO3)3의 소듐 트리메타포스페이트, 6-27 반복 포스페이트 유닛 및 분자식 Nan+2PnO3n+1(식중 n=6-27)을 갖는 소듐 헥사메타포스페이트, 분자식 K4P2O7을 갖는 테트라포타슘 피로포스페이트, 분자식 Na3
K2P3O10을 갖는 트리소듐 디포타슘 트리폴리포스페이트, 분자식 Na5P3O10을 갖는 소듐 트리폴리포스페이트, 분자식 Na4P2O7을 갖는 테트라소듐 피로포스페이트, 분자식 Al(PO
3)3을 갖는 알루미늄 트리메타포스페이트, 분자식 Na2H2P2O7을 갖는 소듐 에시드 피로포스페이트, 1000-3000 반복 포스페이트 유닛 및 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1 (식중 n=1000-3000)을 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 또는 2 이상의 반복 인산 유닛 및 분자식 Hn+2PnO3n+1
(식중 n은 2 이상)을 갖는 폴리인산.
하소된 석고를 처리하기 위하여 상기 강화 물질을 사용한 결과를 표 13, 14 및 15에 나타낸다.
표 13에서, 석고 보드 및 큐브를 제조하는 공정에서 다양한 강화 물질을 사 용하여 소화된 석고를 처리하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 보드를 제조 및 처리하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 큐브를 제조하고 처리하였다. 두가지 경우 이외에는 트리메타포스페이트 이온보다는 오히려 다양한 다른 강화물질을 사용하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 습화된(humidified) 새그 디플렉션(sag deflection)을 측정하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 압축 강도를 측정하였다.
표 14에서, 석고 보드 및 큐브의 제조 공정시 폴리인산을 사용하여, 소화된 석고를 처리하였다. 이미 실시예 2에 기재한 바와 같은 방법으로 보드를 제조 및 처리하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 큐브를 제조 및 처리하였다. 두가지 경우 이외에는 트리메타포스페이트 이온보다는 오히려 다양한 다른 강화물질을 사용하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 습화된 새그 디플렉션을 측정하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 압축 강도를 측정하였다.
표 15에서 석고 보드 및 큐브의 제조공정시 암모늄 폴리포스페이트("APP")를 사용하여 소화된 석고를 처리하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 보드를 제조하고 처리하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 큐브를 제조하고 처리하였다. 두가지 경우 이외에는 트리메타포스페이트 이온보다는 오히려 다양한 다른 강화 물질을 사용하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 습화된 새그 디플렉션을 측정하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 압축 강도를 측정하였다.
표 13, 14 및 15의 결과는 상기 강화물질의 정의에 포함되는 검증된 모든 물질이, 경화된 석고-함유 생성물의 제조시 소화된 석고를 처리하기 위하여 사용되면 대조군과 비교하여 영구적 변형에 대한 상당한 저항성을 생성물이 나타내도록 함을 보여준다.
실시예 12
칼슘 설페이트 이수화물 캐스트(cast)를 다양한 강화물질로 처리
일반적으로, 상기 강화물질의 정의 내에 포함되는 임의의 강화 물질은 칼슘 설페이트 이수화물 캐스트의 처리시 유익한 결과(예를 들어 영구적 변형에 대한 증가된 저항성, 및 증가된 강도)를 제공하게 된다. 일반적으로 유용한 강화물질은 다음과 같다: 각각 1 이상의 인산 유닛을 포함하는 인산; 각각 2 이상의 포스페이트 유닛을 포함하는 축합된 포스페이트의 염 또는 이온; 및 오르소포스페이트의 1염기 염 또는 1가 이온.
칼슘 설페이트 이수화물 캐스트를 처리하기 위하여 상기 강화물질을 사용한 결과를 표 16에 나타낸다.
표 16에서, 보드 및 큐브의 형성시 다양한 다른 물질을 사용하여 경화되고 건조된 칼슘 설페이트 이수화물을 처리하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 보드를 제조하고 실시예 9와 같은 방법으로 더 처리하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 큐브를 제조하고 실시예 9에 사용된 것과 유사한 방법으로 더 처리하였다. 두가지 경우 이외에는, 트리메타포스페이트 이온보다는 오히려 다양한 다른 강화물질을 사용하였다. 이미 실시예 2에 개시한 바와 같은 방법으로 습화된 새그 디플렉션을 측정하였다. 이미 실시예 1에 개시한 바와 같은 방법으로 압축 강도를 측정하였다.
표 16의 결과는 상기 강화물질의 정의 내에 있는 검증된 모든 물질이 경화되고 건조된 칼슘 설페이트 이수화물 캐스트를 처리하기 위하여 사용되면 대조군과 비교하여 영구적 변형에 대한 상당한 저항성 및 상당히 증가된 강도를 나타냄을 보여준다.
당업자들은 본 발명에 따르는 경화된 석고-함유 생성물의 제조시 넓은 범위의 pH, 즉 3.5와 같거나 그 이상의 pH 가 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명에 따르는 석고 보드의 제조시, 사용되는 pH 범위는 약 5.0 내지 9.0이 바람직하고, 6.5 내지 7.5가 더욱 바람직하다.
실시예 13
강도의 감소 및 지연을 극복
본 발명에 따르는 칼슘 설페이트 물질의 예정된 처리에 있어서, 일부 강화물질이 경화된 석고 형성의 수화속도를 지연시키고, 경화된 석고-함유 생성물의 강도에 반대로 영향을 미치는 것을 발견하였다. 강도에 대한 이와 같은 반대 효과 및 지연은 적절한 양 및 방법으로 혼합물 내에 가속제를 포함시킴으로써 개선되거나 심지어는 극복될 수 있다는 것을 발견하였다. 이것을 하기 표 17에 나타낸다. 상기 실시예 1에 따라서 슬러리가 만들어졌으며, 강화물질로서 소듐 헥사메타포스페이트를 사용하였다. ASTM C 472를 사용하여 슬러리 부분을 테스트하여 경화된 석고의 98% 수화가 이루어지기에 필요한 시간을 측정하였다. 슬러리의 다른 부분을 사용하여, 압축 강도를 테스트 하기 위한 실시예 1에 따르는 큐브를 제조하였다. 경화된 석고의 형성 속도를 가속하기에 유용하다고 알려진 임의의 물질을 이러한 목적으로 사용할 수 있다. 이러한 목적에 바람직한 가속제는 상기 실시예 1에 이미 개시한 가속제이다.
실시예 14
석고 보드를 원하는 형태로 성형
원하는 형태를 갖는 석고 보드가 본 발명의 방법에 따라 제조될 수 있음을 또한 발견하였다. 본 발명 이전에, 균일하게 편평한 석고 보드의 형태는, 보드를 약하게 하여 더욱 유연하게 되도록 물로 적신 후, 원하는 보드 형태로 성형시키고 보드가 건조되기를 기다림으로써 통상적으로 변형된다. 그러나 원하는 형태로 성형할 수 있도록 보드를 약하고 더욱 유연하게 하는데 필요한 습윤이 상당한 양의 시간, 즉 적어도 한시간 이상을 필요로 하며, 12시간도 드물지 않으므로 제조 및 설치시 이와 같은 종래 방법은 많은 문제점을 유발한다. 또한, 종래 기술은 원하는 보드 형태로 성형하기 쉽지 않다. 보드가 적절히 약해지지 않으면, 보드를 원하는 형태로 성형하기 어렵다. 즉, 보드를 원하는 형태로 성형하는데 더 많은 힘이 필요 하며, 너무 많은 힘이 가해지면 보드가 부러지게 된다. 따라서 습윤 시간을 감소시키고, 원하는 형태로 석고보드를 제조 및 설치하기 용이하게 하는 방법 및 조성물에 대한 상당한 필요성이 존재한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 예를 들어 보드를 약하게 해서 유연해지도록 강화 물질(상기 실시예 및 본 발명의 요약부에 개시된 바와 같은)을 함유하는 수성 염소 용액을 편평한 석고 보드에 분사할 수 있다. 약해지고 더욱 유연해진 보드는 이후에, 종래기술보다도 적은 힘으로도 원하는 형태로 쉽게 성형할 수 있으며, 강화물질의 유익한 효과, 특히 영구적 변형에 대한 저항성 때문에 성형된 보드의 원하는 형태는 보드가 건조된 후에 유지될 수 있다.
더욱 구체적으로, 예를 들어, 이미 개시한 바와 같은 강화물질을 함유하는 염소 염 용액 또는 다양한 염소 염 용액(염화나트륨, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화알루미늄 등)의 조합을 보드에 분사하여 석고보드를 약하게 함으로써 원하는 형태로 5/16", 3/8" 및 ½" 두께의 균일하게 편평한 석고 보드를 성형할 수 있음을 발견하였다. 가장 바람직한 결과를 얻기 위하여, 습윤제(유니온 카바이드 화학 및 플라스틱 주식회사제의 Tergitol NP-9 계면활성제; 쉘 화학 주식회사제의 상표명 Neodol 1-7 및 Neodol 1-5, 및 BASF 주식회사제의 Iconol TDA-6 및 Iconol DA-6)를 가하여 빠르고 효과적인 약화 처리(weakening treatment)를 얻을 수 있다.
전분(A.E.Staley Manufacturing Company사제의 Stapol 580 및 Stapol 630 등)을 사용하여 최종적인 종이와 코어의 접착을 향상시키고 성형된 보드의 강도를 강화시킬 수 있다. 습윤제의 기포 형성 특징 때문에 기포 형성이 문제가 된다면 소 포제를 염 용액에 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 상기 염 용액 및 다른 처리 물질이 보드의 일면에 가해지는 반면, 형태의 성형시 보드의 파괴를 방지하도록 보드의 처리되지 않은 면의 장력을 유지하기 위하여 다른 면은 처리하지 않는다.
처리된 보드는 예를 들어, 상기 보드의 석고 조성물 및 통상의 접착제를 사용하여 통상의 종이로 덮인 석고보드일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 보드는 별개의 섬유(예를 들어 유리, 종이 및/또는 합성 섬유)와 같은 내부 보강 물질을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 임의의 크기 및 두께를 갖는 석고 보드는 자신의 형태를 성형시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 5/16", 3/8", ½" 종이로 덮인 석고보드의 형태는 염화나트륨 0.05중량%, 소듐 트리메타포스페이트 0.05중량%, Tergito NP-9 계면활성제(습윤제) 0.05중량%, 및 Stapol 580(개질된 콘 스타치) 0.025중량%를 포함하는(전체 용액 중량을 기준으로) "벤딩(bending)"용액으로 석고보드의 일면을 처리하여 성형하였다. 다양한 두께의 상표명 USG SHEETROCK 브랜드 벽판의 4'×4'의 종이로 덮인 석고 보드 시트에 상기 개시된 바람직한 벤딩 용액을 분사하며, 5/16" 보드에는 약 2파운드의 벤딩 용액을, 3/8" 보드에는 약 4파운드의 벤딩 용액을, 그리고 ½" 보드에는 약 6파운드의 벤딩 용액을, 보드를 적시기에 충분한 방법으로 분사하였다. 석고 벽판의 일면을 처리하여 테스트를 수행하였으며, 처리된 면이 정면 또는 뒷면이건 무관하게 결과는 동일하였다. 상기 결과를 표 18에 나타낸다.
표 18에 나타낸 바와 같이, 다양한 두께를 갖는 석고 벽판의 형태는 본 발명에 따른 처리 후에 원하는 형태로 성형될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 벤딩 용액을 가하고 보드가 구부러지기까지 걸리는 시간의 길이는 종래 기술에서 요구되는 시간(hour)보다는 오히려 분(minute)의 단위였다.
최소 구부러짐 반경(즉 얻어질 수 있는 구부러짐 각도를 측정; 반경이 작을수록 얻어지는 구부러짐 각도는 더 크다)을 각 보드 두께에 대하여 표 18에 나타낸다. 각 경우에, 최소 반경은 이미 알려진 기술로 얻을 수 있는 것보다 상당히 더 작다. 일반적으로, 보드는 본질적으로 더 약한 가로방향으로 더 많이 구부러질 수 있다.
설치 부위에서 석고보드를 처리 및 설치하는 바람직한 방법은 다음과 같다.
염소 염, 전분, 강화 물질, 습윤제, 및 소정량의 물을 취함
↓
이들을 함께 부드럽게 혼합하여 균일한 벤딩 용액을 얻음
↓
석고보드의 일면에 벤딩 용액을 분사
↓ 5 내지 25분간 대기
원하는 곡률로 석고보드를 구부림, 보드 설치, 및 보드를 자연 건조시킴
용액의 사용 중량: 염소 염 0.05-1%; 습윤제 0.05-0.3%; 강화물질 0.05-0.5%; 스타치 0.025-0.2%. 또한 소포제(예를 들어 헨케이 주식회사제의 FoamMaster)를 필요시 용액의 0.01-0.05중량%의 양으로 벤딩 용액에 포함시킬 수 있다.
염소염, 습윤제 및 강화물질은 보드의 건조 이전에 언제든지 개별적으로, 함께 또는 여러번 보드에 가해서 본 발명의 이익을 얻을 수 있다.
본 발명을 바람직한 구현예를 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신 및 범주 내에서 변화 및 변경이 발생할 수 있음을 인식해야 한다.
Claims (53)
- 삭제
- 영구적 변형에 대한 내성이 증대된 석고함유 제품의 제조방법에 있어서,칼슘 설페이트 물질, 물, 촉진제 및, 각각이 2개 이상의 인산 단위를 포함하는 축합 인산과 각각이 2개 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합 포스페이트의 염 또는 이온으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 강화 물질을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및칼슘 설페이트 혼합물이 경화된 석고 물질의 인터로킹 매트릭스를 형성하도록 하는 조건하에서 상기 혼합물을 유지하는 단계;를 포함하며,상기 강화 물질은, 경화된 석고 함유 제품의 영구적 변형에 대한 내성이, 상기 강화물질이 상기 혼합물에 포함되지 않았을 때 보다 커지도록 하는 양으로 상기 혼합물에 첨가되며,상기 촉진제는, 경화된 석고 함유 제품의 강도가 상기 촉진제가 상기 혼합물에 포함되지 않았을 때 보다 커지도록 하는 양으로 첨가되고,상기 혼합물 내 강화 물질의 농도가 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.004 내지 약 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 혼합물 내 강화 물질의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.04 내지 약 0.16 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 혼합물 내 강화 물질의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.08 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 강화 물질은 소듐 트리메타포스페이트, 6-27개의 포스페이트 반복단위를 갖는 소듐 헥사메타포스페이트, 테트라포타슘 피로포스페이트, 트리소듐 디포타슘 트리폴리포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 테트라소듐 피로포스페이트, 알루미늄 트리메타포스페이트, 소듐산 피로포스페이트, 1000-3000개의 포스페이트 반복단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 또는 2 이상의 인산 반복단위를 갖는 폴리인산; 중에서 선택되는 하나 이상의 산 또는 염, 또는 음이온성 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 혼합물이 프리젤라틴화 전분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 칼슘 설페이트 물질이 칼슘 설페이트 무수물, 칼슘 설페이트 반수화물, 또는 칼슘 및 설페이트 이온 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 칼슘 설페이트 물질이 칼슘 설페이트 반수화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 강화물질이 소듐 트리메타포스페이트, 6-27개의 포스페이트 반복단위를 갖는 소듐 헥사메타 포스페이트 및 1000-3000개의 포스페이트 반복단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 혼합물이 클로라이드 이온 또는 이들의 염을 (혼합물 내 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로) 0.015 -1.5 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 혼합물이 클로라이드 이온 또는 이들의 염을 (혼합물내 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로) 0.02 - 1.5 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 경화된 석고 함유 제품.
- 경화된 인터로킹 매트릭스를 포함하며 커버 시트 사이에 샌드위치된 물질의 코어를 포함하는 새그 내성이 증가된 석고보드로서,칼슘 설페이트 물질, 물, 촉진제 및, 각각이 2개 이상의 인산 단위를 포함하는 축합 인산과 각각이 2개 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합 포스페이트의 염 또는 이온으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 강화 물질을 포함하는 혼합물을 상기 커버시트 사이에 디포지트하거나 형성하는 단계;칼슘 설페이트 혼합물이 경화된 석고 물질의 인터로킹 매트릭스를 형성하는 조건하에서 상기 혼합물을 유지하는 단계;를 포함하며,상기 강화 물질 또는 물질들은, 석고 보드의 새그 내성이, 상기 강화물질이 상기 혼합물에 포함되지 않았을 때 보다 커지도록 하는 양으로 상기 혼합물에 첨가되며,상기 촉진제는, 석고 보드의 강도가, 상기 촉진제가 상기 혼합물에 포함되지 않았을 때 보다 커지도록 하는 양으로 첨가되는 방법에 의해 제조되는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물내 강화 물질의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.004 내지 약 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물내 강화 물질의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.04 내지 약 0.16 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물내 강화 물질의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.08 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 강화 물질은 소듐 트리메타포스페이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 6-27개의 포스페이트 반복단위를 갖는 테트라포타슘 피로포스페이트, 트리소듐 디포타슘 트리폴리포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 테트라소듐 피로포스페이트, 알루미늄 트리메타포스페이트, 소듐산 피로포스페이트, 1000-3000개의 포스페이트 반복단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 또는 2 이상의 인산 반복단위를 갖는 폴리인산; 중에서 선택되는 하나 이상의 산 또는 염, 또는 음이온성 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 칼슘 설페이트 물질은 칼슘 설페이트 무수물, 칼슘 설페이트 반수화물, 또는 칼슘 및 설페이트의 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 칼슘 설페이트 물질이 칼슘 설페이트 반수화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제19항에 있어서, 상기 강화물질이 소듐 트리메타포스페이트, 6-27개의 포스페이트 반복단위를 갖는 소듐 헥사메타 포스페이트 및 1000-3000개의 포스페이트 반복단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물이 클로라이드 이온 또는 이들의 염을 (혼합물 내 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로) 0.015 - 1.5 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물이 클로라이드 이온 또는 이들의 염을 (혼합물내 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로) 0.02 - 1.5 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제21항에 있어서, 상기 혼합물이 프리젤라틴화 전분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물이 프리젤라틴화 전분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제24항에 있어서, 상기 혼합물 내 프리젤라틴화 전분의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.08 내지 약 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제24항에 있어서, 상기 혼합물 내 프리젤라틴화 전분의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.16 내지 약 0.4 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제24항에 있어서, 상기 혼합물 내 프리젤라틴화 전분의 농도는 칼슘 설페이트 물질의 중량을 기준으로 약 0.3 중량%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 코어는 그 내부에 균일하게 분포된 공극을 포함하며, 상기 혼합물은 수성 폼(foam)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제28항에 있어서, 상기 수성 폼은 하기 식을 갖는 발포제, 또는 발포제들의 블렌드로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 석고 보드:CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)YOSO3- M+상기 식에서, X는 2 내지 20, Y는 0 내지 10이고, 발포제 또는 발포제 블렌드의 50 중량% 이상에서 Y는 0이며, M은 양이온이다.
- 제29항에 있어서, 발포제 또는 발포제 블렌드의 86 내지 99 중량%는 Y가 0인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 제13항에 있어서, 상기 혼합물이 프리젤라틴화 전분 및 수성 폼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
- 물, 하나 이상의 클로라이드염, 습윤제 및, 각각이 1개 이상의 인산 단위를 포함하는 인산과, 각각이 2개 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합 포스페이트의 염 또는 이온과, 오르소포스페이트의 일염기 염 또는 일가 이온으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 강화물질을 포함하는 균일한 수용액을 제조하는 단계; 및상기 균일한 수용액을 석고 보드를 묽게 하는 양으로 석고 보드에 도포하여 석고 보드의 형상이 변형되도록 하는 단계;석고 보드의 형상을 원하는 대로 변형시키는 단계; 및석고 보드가 건조되도록 하여 성형된 석고 보드는 제조하는 단계를 포함하며,상기 클로라이드염, 상기 강화물질 또는 물질들 및 습윤제는, 변형된 형상의 성형된 석고 보드를, 클로라이드염, 강화물질 및 습윤제를 첨가하지 않았을 때 보다 짧은 시간에 영구적 변형에 대한 내성이 보다 강화된 성형된 석고 보드를 얻을 수 있게 하는 양으로 상기 석고 보드에 도포되는 것을 특징으로 하는 성형된 석고 보드 제조 방법.
- 제32항에 있어서, 상시 도포된 용액이 프리젤라틴화 전분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 도포 용액이 소포제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 도포 용액은 클로라이드염의 농도가 용액의 0.05 - 1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 도포 용액은 습윤제의 농도가 용액의 0.05 - 0.3 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 도포 용액은 강화 물질의 농도가 용액의 0.05 - 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 도포 용액의 전분 농도가 용액의 0.025 - 0.2 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 도포 용액의 소포제 농도가 용액의 0.01 - 0.05 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 석고 보드는 종이로 덮인 보드인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 균일한 수용액이 석고 보드의 일면에만 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제32항 내지 제41항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 성형된 석고 보드.
- 석고 보드에 물과 습윤제를 포함하는 균일한 수용액을 도포하는 단계;석고 보드에 물과 하나 이상의 클로라이드염을 포함하는 균일한 수용액을 도포하는 단계;상기 석고 보드가 건조하기 전에, 각각이 1개 이상의 인산 단위를 포함하는 인산과, 각각이 2개 이상의 포스페이트 단위를 포함하는 축합 포스페이트의 염 또는 이온과, 오르소포스페이트의 일염기 염 또는 일가 이온으로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 강화물질을 포함하는 용액을 상기 석고 보드에 도포하는 단계;석고 보드의 형상을 원하는 대로 변형시키는 단계; 및석고 보드가 건조되도록 하여 성형된 석고 보드는 제조하는 단계를 포함하며,상기 클로라이드염, 상기 강화물질 또는 물질들 및 습윤제는, 변형된 형상의 성형된 석고 보드를, 클로라이드염, 강화물질 및 습윤제를 첨가하지 않았을 때 보다 짧은 시간에 영구적 변형에 대한 내성이 보다 강화된 성형된 석고 보드를 얻을 수 있게 하는 양으로 상기 석고 보드에 도포되는 것을 특징으로 하는 성형된 석고 보드 제조 방법.
- 제43항에 있어서, 보드가 건조하기 전에 프리젤라틴화 전분을 포함하는 용액을 석고 보드에 도포 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 보드가 건조하기 전에 소포제를 포함하는 용액을 석고 보드에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 도포 용액은 클로라이드염 농도가 용액의 0.05 - 1.0중량%인 클로라이드염을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 도포 용액은 습윤제 농도가 용액의 0.05 - 0.3중량%인 습윤제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 도포 용액은 간화물질의 농도가 용액의 0.05 - 0.5 중량%인 강화 물질 또는 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 도포 용액은 전분 농도가 용액의 0.025 - 0.2 중량%인 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 도포 용액은 소포제 농도가 용액의 0.01 - 0.05 중량%인 소포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 석고 보드는 종이로 덮인 보드인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 클로라이드염, 강화 물질 또는 물질즐 및 습윤제는 석고 보드의 일면에만 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제43항 내지 제52항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 성형된 석고 보드.
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