BG62481B1

BG62481B1 - Материал от гипс и дървесни влакна с повишена водоустойчивост

Info

Publication number: BG62481B1
Application number: BG102686A
Authority: BG
Inventors: Weixin Song
Original assignee: United States Gypsum Company
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 1999-12-30
Also published as: NZ331080A; NO320023B1; NO983781D0; US6010596A; SK110298A3; DE69720454T2; EP0910555A1; JP4493731B2; CN1082495C; DE69720454D1; CA2246488C; PL187442B1; AU717741B2; CZ289228B6; PL328331A1; AU5529598A; NO983781L; SK283376B6; HUP0003204A3; ES2191209T3

Description

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до подобрен композиционен материал от дърво и гипс с повишена водоустойчивост, която е особено важна при изработването на строителни материали. По-специално, изобретението се отнася до подобрен строителен материал, изработен от гипс и дървесни влакна с повишена водоустойчивост, която се постига чрез прибавяне на емулсия на восък към гипса и дървесните влакна през време на изработването на материала.

Предшестващо състояние на техниката

Някои свойства на гипса (калциев сулфат дихидрат) го правят много популярен при изработване на промишлени и строителни материали, по-специално за суха мазилка. Той се намира в изобилие и е много евтина суровина, която при дехидратиране и повторно хидратиране може да се отлива, да се формова или да се моделира по друг начин като се получават желани форми. Също така, той е негорим и относително атмосфероустойчив, когато се изложи на влага. Обаче, тъй като той е крехък кристален материал с относителна ниска якост на опън и огъване, неговото приложение обикновено се ограничава до такива приложения, които не са свързани с натоварване и подлагане на удар.

Гипсовият картон за тапети, известен също като шпакловка или суха мазилка се състои от повторно хидратиран гипс, пресован между множество хартиени листове и широко се използва за покрития на стени и тавани в интериора. Поради крехкостта и неспособността на гипсовата сърцевина да задържа гвоздеи и винтове, на гипсовият картон не могат да се окачват тежки товари и той не понася значителни удари.

Следователно, методите за подобряване на якостта на опън, огъване и задържане на гвоздеи и винтове и удароустойчивостта на гипсовите мазилки и строителни материали, дълго време са били и още са обект на сериозно търсене.

Друг лесно достъпен и лесно доставян материал, който също широко се използва в строителните материали, е лигноцелулозен 5 материал, по-специално под формата на дървесни и хартиени влакна. Например, в допълнение към дървен материал, плоскости от пресовани частици, фибър, ламинат, шпертплат и твърди” плоскости (фибър с висока плътност) 10 са някои от формите на продуктите от лигноцелулозен материал, използван в строителството. Такива материали имат по-голяма якост на опън и огъване от гипса. Те обаче са поскъпи, имат лоша устойчивост на огън и често 15 набъбват или се измятат при излагане на влага. Следователно, всички достъпни начини за подобряване на тези експлоатационни ограничаващи свойства на сторителните материали, изработени от целулозни продукти, са желани.

Предишните опити за комбиниране на жаланите свойства на гипса и целулозните влакна, в частност дърдесните влакна, не са имали успех. Опитите за добавяне на целулозни влакна (или други влакна за същата цел) към гипсовата мазилка и/или към гипсовата сърцевина на плоскостите, са водили до малко или никакво подобряване на якостта, поради досегашната неспособност да се постигне значителна спойка между влакната и гипса. В US 30 4 328 178, US 4 239 716, US 4 392 896 и US 4

645 548 са описани примери, където дървесни влакна или други природни влакна се смесват в каша от декоративна мазилка (калциев сулфат полухидрат), които служат като армира35 ши вещества за плоскостта от повторно хидратиран гипс или за други.

В US 4 734 163 е разгледан метод, при който суров или неклациниран гипс се смила фино и влажен се смесва с 50-10% хартиена 40 пулпа. Кашата частично се обезводнява, формова се в брикет и след това се обезводнява с помощта на пресоващи валци докато съотношението вода/твърдо стане по-малко от 0.4. Брикетът се нарязва на необработени плоскости, 45 които след обрязване и нарязване се подреждат в пакети между двойки стоманени плочи и се поставят в автоклав. Температурата в автоклава се повишава до около 140°С, за да се превърне гипсът в калциев сулфат алфа полу50 хидрат на последващото охлаждане на съда с постоянна скорост, полухидратът отново се хидратира до дихидрат (гипс) и определя цялост та на плоскостта. След това плоскостите се сушат и шлифоват както се изисква.

В US 5 320 677 е описан композиционен продукт и метод за неговото получаване, при който разредена каша от гипсови частици и дървесни влакна се нагряват под налягане, за да се превърне гипсът в калциев сулфат алфа полухидрат. Дървесните влакна имат пори и кухини на повърхността си и там се формират алфа полухидратни кристали, върху и около кухините и порите на дървесните влакна. Горещата каша след това се обезводнява до получаване на утайка, за предпочитане при използване на оборудване, cbiuojf като оборудването при производството на хартия и преди кашата да се е охладила достатъчно, за да се хидратира отново полухидратът до гипс, утайката се пресова в плоскост с желана конфигурация. Пресованата утайка се охлажда и полухидратът отново се хидратира до гипс като се формира пространствено стабилна, здрава и полезна строителна плоскост. След това плоскостта се обрязва и суши. Методът, описан в US 5 320 677 се различава от предишните методи по това, че калцинирането на гипса се провежда в присъствие на дървесни влакна, докато гипсът е под формата на разредена суспензия, така че тя омокря дървесните влакна, пренася разтворения гипс в кухините на влакната и калциниарнето води до получаване на иглести кристали от калциев сулфат алфа полухидратът in situ във и около кухините.

Тези продукти на предишна дейност като обикновена гипсова замазка, гипсова плоча, гипсов блок, гипсови отливки и други имат относително малка водоустойчивост. Когато обикновената гипсова замазка, например, се накисне с вода, тя бързо поема значително количество вода и губи много от своята якост. Актуални тестове показват, че 2 х 4 цилиндър с гипсов материал в центъра се кисне във вода при около 21°С, цилиндърът показва абсорбция на вода 36% след накисване в продължение на 40 min. В миналото са правени много опити да се подобри водоустойчивостта на гипсовите продукти. Тези опити включват въвеждане на водоустойчив материал като метални сапуни, асфалти, восъци, смоли и т.н. в кашата от калциев сулфат полухидрат. Правени са, също така, опити за покриване и шлифоване на гипсовия продукт с водоустойчиви филми или покрития. Един специфичен при мер за опит да се подобри водоустойчивостта на гипса чрез прибавяне на вещества, развалящи водата е описан в Patent 2 198 776 на King и Camp. Въведени с парафин, восък, асфалт, и т.н. във водната суспензия чрез разпръскване на стопен материал в суспензията.

В US 2 432 963 е описано прибавянето на емулсия на восък, като парафинов восък, и асфалт, в съотношения от около 1 част до около 10 части асфалт на част восък към водната гипсова суспензия. Тъй като асфалтът е относително лош разтворител на парафиновия восък и на други подобни восъци при обикновени температури, полученият при високи температури разтвор води до охлаждане и отлагане на микроскопичните кристали на восъка върху асфалт-восъчната повърхност. При това се получават необичайни свойства на разваляне на водата. В US 2 526 537 е описано добавянето на калиев сулфат към такава асфалт-восъчна комбинация. В US 5 437 722 също е описана емулсия на база парафинов восък за използване в гипсови състави.

Обект на изобретението е да се предложи материал, състоящ се от гипс и дървесни влакна, притежаващ здравина и пространствената стабилност на продукта, описан в US 5 320 677 и повишена водоустойчивост.

В настоящото изобретение се предлага метод за получаване на гипсова плоскост с повишена водоустойчивост, който включва:

- прибавяне на водна емулсия на восък към водната суспензия на материала от калциев сулфат и първичните частици, като споменатата емулсия е стабилна при условията, при които се държи суспензията;

- преминаване на споменатата суспензия, съдържаща восък върху повърхностните пори до получаване на утайка;

- отстраняване на значително количество от водата от споменатата утайка през споменатата пореста повърхност;

- пресоване на споменатата утайка до получаване на плоскост и отстраняване на допълнителната вода; и

- изсушаване на споменатата плоскост до отстраняване на останалата свободна вода така, че сърцевината на споменатата плоскост да достигне температура, достатъчно висока, за да се стопи споменатият восък.

В изобретението се предлага, също така, метод за получаване на гипсова плоскост с повишена водоустйочивост, който включва:

- прибавяне на водна емулсия на восък към водната суспензия на материала от калциев сулфат и първичните частици, като споменатата емулсия се намира при температура, при която се държат кристалите от калциев сулфат полухидрат като емулсията е стабилна при условията, при които се държат кристалите от калциев сулфат полухидрат;

- преминаване на споменатата суспензия, съдържаща восък върху повърхностните пори до получаване на спечена маса, преди температурата на споменатата маса да падне под температурата, при която калциевия сулфат полухидрат бързо рехидратира ао от калциев сулфат дихидрат;

- отстраняване на значително количество от водата от споменатата утайка през споменатата пореста повърхност и охлаждане на споменатата утайка до температура, при която започва рехидратирането;

- пресоване на споменатата утайка до получаване на плоскост и отстраняване на допълнителната вода, при което калциевият сулфат полухидрат кристализира около споменатите горещи частици и се рехидратира im situ до кристали от калциев сулфат и дихидрат; и

- изсушаване на споменатата плоскост до отстраняване на останалата свободна вода така, че сърцевината на споменатата плоскост да достигне температура достатъчно висока, за да се стопи споменатият восък.

Представен е друг обект, който предлага метод за получаване на такъв подобрен гипсов продукт, при който емулсията на восък се добавя към нагрята водна суспензия на калциев сулфат полухидрат с друго вещество, притежаващо по-висока якост, като дървесни влакна. При този метод споменатата загрята суспензия, съдържаща восък преминава върху плоската пореста повърхност до получаване на оформена спечена маса, която се формова до получаване на гипсовата плоскост.

По-специфичен обект на настоящото изобретение е да се създаде гипсова плоскост без участието на хартия с еднакво добра якост и устойчивост при изваждане на гвоздеи и винтове, която е пространствено по-стабилна и по-водоустойчива, т.е. якостта не се променя даже при достъп на вода, негорима е, и може да се получи при отливане.

Основните цели на изобретението се ре ализират чрез прибавяне на емулсия на восък към нагрята суспензия на калциев сулфат полухидрат и частици от по-здрав материал, преминаване на нагрятата суспензия върху плоската пореста повърхност до получаване на спечена маса, която се обезводнява и формова до получаване на гипсовата плоскост преди полухидратът напълно да се е рехидратирал до гипс.

Основните цели на изобретението за предпочитане се реализират чрез прибавяне на емулсия на восък към разредена суспензия на смлян гипс, който се накалява при такива условия, че да се получат иглести кристали от алфа полухидрат във и около кухините на първичната частица на по-здравия материал, преминава суспензията върху плоската пореста повърхност до получаване на спечена маса, която се обезводнява с минимална загуба на восъчна емулсия. Спечената маса се формова до получаване на гипсовата плоскост преди полухидратът напълно да се е рехидратирал до гипс, след което плоскостта се суши при такива условия, че восъкът да се стопи вътре в плоскостта. Прибавянето на емулсия на восък не само повишава водоустойчивостта на плоскостта, но и плоскостта запазва якостта си и в някои случаи, прибавянето на восък повишава якостта на продукта.

Терминът “гипс”, използван в настоящото описание, означава калциев сулфат в стабилното дихидратно състояние, т.е. CaSO₄.2H₂O и включва природния материал, синтетично получените еквиваленти и дихидратния материал, получени при хидратиране на калциев сулфат полухидрат (гипсова каша за декоративна мазилка или анхидрит”.Терминът “каучуков в сулфатен материал”, използван в изобретението, означава калциев сулфат в която и да е от неговите форми, а именно, калциев сулфат анхидрит, калциев сулфат полухидрат, калциев сулфат дихидрат и техни смеси.

Терминът “първична частица”, използван в настоящото описание, означава всяка макроскопична частица, като влакно, стружка или люспа на вещество, различно от гипса. Частичката, която е най-общо неразтворима в течността на суспензията, трябва също така, да има достъпни кухини; шупли, цепнатини, пукнатини, кухи сърцевини или други повърхностни дефекти, които поемат разтворителя на суспензията и, в които могат да се форми рат кристали от калциев сулфат. Желателно е такива кухини да съществуват върху значителна част от частицата. Колкото повече са кухините и по-добре са разпределени, толкова по-добра геометрична стабилност ще има физичната връзка между гипса и първичната частица. Веществото на първичната частица трябва да притежава желани свойства, липсващи на гипса и, за предпочитане, с по-висока якост на опън и огъване. Лигноцелулозното влакно, по-специално дървеното е пример за първична частица, особено подходяща за композиционния материал и метода за получаването му съгласно изобретението. Следователно, без материалът да се ограничава в тези рамки и/или частиците, които се окачествяват като “първична частица”, дървесните влакна често се използват за удобство като термин в поширок смисъл.

Терминът “гипс/дървесни влакна”, който понякога се съкращава като “GWF”, използван в настоящото описание, означава смес на гипс с първични частици, например дървесни влакна, които се използват за получаване на плоскости, при които поне част от гипса е под формата на иглести кристали от калциев сулфат дихидрат, разположени във и около кухините на първичните частици, където дихидратните кристали се формират in situ чрез хидратиране на иглестите кристали от калциев сулфат дихидрат, разположени във и около кухините на споменатите частици. Плоскостите от гипс/дървесни влакна за предпочитане се получават по метода, описан в US 5 320 677.

Терминът “емулсия на восък”, използван в настоящото описание, означава водна емулсия на една или повече восъци, които се емулгират при използване на едно или повече повърхностноактивни вещества. Емулсията на восък може да включва восък или восъци, придаващи водоустойчивост на крайния продукт. Восъкът или восъците трябва да бъдат инертни по отношение на гипса и дървесните влакна, от които е съставен продуктът. Восъкът трябва да бъде под формата на емулсия, която е стабилна при температурата и налягането, при които суспензията на калциев сулфат алфа полухидрат/дървесни влакна се получава при процеса на калциниране. По-важното е, че емулсията на восък не само трябва да бъде стабилна в присъствие на различни добавки, които се използват за регулиране на криста лизацията на полухидрата и на различни ускорители или забавители, които се използват за регулиране на процеса, при който протича рехидратиране на гипса, но емулсията на восък трябва да не пречи на действието на тези добавки. Най-важното е, че голямо количество восък трябва да се залепи върху частиците от гипс/дървесни влакна през време на процеса, при който суспензията се обезводнява за отделяне на голямото количество вода и се формира спечената маса, за да се предотврати загубата на восък при отделянето на водата от суспензията. Температурата на топене на восъка трябва да бъде по-ниска от температурата на сърцевината на плоскостта, постигната по време на окончателното изсушаване на продукта. В предпочитания аспект на изобретението, когато емулсията на восък се прибавя към горещата суспензия, във восъчната емулсия се включва катионно повърхностноактивно вещество, като кватернерен амин.

По метода, некалцинираният гипс и първичните частици се смесват с достатъчно течност до получаване на разредена суспензия, която след това се нагрява под налягане, за да се калцинира гипсът, който се превръща в калциев сулфат алфа полухидрат. Докато микромеханиката съгласно изобретението не е установена напълно, счита се, че разтворителят на разредената суспензия умокря първичните частици, пренасяйки разтворения калциев сулфат в техните кухини. Полухидратът евентуално служи да породи и формира кристали, преобладаващо иглести, in situ във и около кухините на споменатите частици. Ако е необходимо, в суспензията могат да се добавят модификатори на кристалите. Полученият композит представлява първоначални частици, физично блокирани с кристали от калциев сулфат. Тази блокировка не само предизвиква добро свързване между калциевия сулфат и по-здравите първични частици, но и предотвратява миграцията на калциевия сулфат от първичните частици, когато хемихидратът в значителна степен отново се хидратира до дихидрат (гипс).

Множеството от такива композитни частици формира материална маса, която може да бъде комкактирана, пресована, отлята, моделирана, формована или оформена по друг начин в желана форма преди крайната обработка. След това композитният материал може да бъ де нарязан, издълбан, рязан с трион, пробит или обработен по друг начин. Нещо повече, той има желаната устойчивост на горене и пространствена стабилност на гипса плюс подобрения (по-специално, но якостта и здравината), допринесени от първичните частици.

Съгласно предпочитания аспект на изобретението, първичните частици са хартиени влакна. Методът за изработване на композиционен гипс/дървесни частици материал, съгласно изобретението, започва със смесване между от около 0.5% до около 30%, за предпочитане между от около 3% до 20% по отношение на теглото (на основа на общото твърдо вещество), дървесни влакна със съответно количество смлян, но некалциниран гипс. Сухата смес се смесва с достатъчно течност, за предпочитане вода, до получаване на разредена суспензия, съдържаща 70-95 тегл.% вода. Суспензията се нагрява в съд под налягане при температура, достатъчна за превръщането на гипса в калциев сулфат полухидрат. Желателно е, суспензията непрекъснато да се разбърква със средна скорост или да се смесва до разбиване на всяко възелче от влакна и всички частици да вземат участие в суспензията. След като полухидратът се утаи от разтвора и формира иглести кристали от алфа полухидрат, налягането върху суспензията на продукта се освобождава, когато суспензията се изважда от автоклава и се прибавя емулсията на восък. Докато все още е гореща, суспензията преминава през дюза върху конвейер от сплъстен материал, както при производството на хартия, до получаване на спечена маса и възможно отстраняване на голяма част от несвързаната вода. Към суспензията се прибавя емулсия на восък, заедно с добавки, които селективно модифицират метода или подобряват свойствата, като ускорители, забавители, пълнители, понижаващи теглото и т.н. преди суспензията да е преминала през дюзата върху конвейера от сплъстен материал, върху който се формира спечената маса. Повече от 90% от водата може да бъде отделена от спечената маса чрез конвейера от сплъстен материал. След отделяне на водата, спечената маса се охлажда до температура, при която може да започне рехидратирането. Ако е необходимо, обаче, може да се приложи допълнително външно охлаждане, за да стане температурата толкова ниска, че рехидратирането да се доведе до край в приемливо време.

Преди да се осъществи повторното хидратиране, за предпочитане е утайката да се пресова мокра в плоскост с желана дебелина и/или плътност. Ако плоскостта трябва да има специална текстура на повърхността или да се шлифова ламинирана повърхност, за предпочитане е,това да става по време или след този етап на метода. През време на мокрото пресоване, което, за предпочитане, се осъществява при постепенно повишаване на налягането, за да се съхрани цялостта на продукта, две неща стават. Отделя се допълнително вода, например, около 50-60% от остатъчната вода. Като следствие на отделянето на допълнителна вода, утайката се охлажда до температура, при която протича бързо рехидратиране. Калциевият сулфат полухидрат се хидратира до гипс, така че иглестите кристали от калциев сулфат полухидрат се превръщат in situ в кристали на гипса във и около дървесните влакна. След рехидратирането плоскостите могат да бъдат нарязани и обрязани, ако е необходимо, и след това, след пълното рехидратиране, да се изпратят в сушилня за сушене. За предпочитане е, температурата на сушене да се поддържа ниска, достатъчна за да се избегне рекалциниране на гипса на повърхността, но и достатъчно висока, за да може температурата на сърцевината на плоскостта да превиши поне малко температурата на топене на восъка.

За да се постигне максимум подобрение на водоустойчивостта се използва емулсия на восък, която е стабилна в суспензията на гипс/ дървесни влакна при температурата и химичната среда, съществуват през време на превръщането на суспензията в утайка и обезводняването. Стабилността на восъчна емулсия забележимо се повишава посредством използването на катионен емулгатор в емулсията на восък. Установено е, че восъчните емулсии, които не са достатъчно стабилни, образуват плоскости на база гипс/дървесни влакна с ниска водоустойчивост. Такива емулсии, също така, водят до разделяне на утайката и отлагане по оборудването. Восъкът, който се избира за емулсията, трябва да има температура на топене, толкова ниска, че да се топи и да се диспергира в плоскостта от гипс/дървесни влакна, докато тя се суши.

Композитната плоскост на база гипс/ дървесни влакна, получена съгласно описа ния метод е с повишена водоустойчивост, както и синергетична комбинация от желани свойства, предлагани при предишните плоскости, например, плоскости, получени по метода съгласно US 5 320 677. Тъй като плоскостта съгласно изобретението е с повишена водоустойчивост тя има и повишена якост, включваща устойчивост на изваждане на гвоздеи и винтове от конвенционална гипсова мазилка и досега предлаганите плоскости на база гипс/дървесни влакна. Тя може да бъде получена с различна плътност и дебелина.

Техническа същност на изобретението

Основният метод се състои в смесване на некалциниран гипс и първични частици (например, дървесни или партидни влакна) с вода до формиране на разредена водна суспензия. Източникът на гипс може да бъде руда или страничен продукт на димните газове от десулфурирането или от метода на получаване на фосфорна киселина. Гипсът трябва да бъде с относително висока чистота, например, за предпочитане поне около 92-96% и фино смлян, например до 92-96% минус 100 меша или по-малко. По едрите частици могат да удължат времето на конверсия. Гипъст може да се използва или като сух прах, или като водна суспензия.

Първичните частици могат да бъдат, за предпочитане, целулозни влакна, получени от отпадъчна хартия, дървесна пулпа, дървесни стърготини и/или влакна от друг растителен източник. За предпочитане е, влакната да бъдат порести, кухи, с пукнатини и/или с грапава повърхност, така че тяхната физична геометрия да осигури достъпни междини или кухини, които да приемат разтворения калциев сулфат. Какъвто и да е източника, например, дървесна пулпа, преди обработката трябва да се разрушат възелчетата, да се раздели материали с по-големи размери на частиците от този с по-малки размери на частиците и, в някои случаи, предварително да се екстрахират забавителите и/или онечистванията, които могат да имат обратен ефект върху калцинирането на гипса като хемицелулози, оцетна киселина и други.

Смленият гипс и дървесните влакна се смесват с вода в такова количество, че да се получи суспензия, съдържаща около 5-30 тегл. % твърдо вещество, въпреки че суспензиите, съдържащи 5-20 тегл.% твърдо вещество са за предпочитане. Твърдите вещества в суспензията трябва да съдържат от около 0.5 до 30 тегл.% дървесни влакна и, за предпочитане, от около 3 до 20% дървесни влакна, като главно гипсът определя баланса.

Превръщане в полухидрат

Суспензията се зарежда в автоклав оборудван с устройство за непрекъснато разбъркване или смесване. Кристалните модификатори, като органични киселини, могат тогава да се прибавят към суспензията, ако е необходимо, да стимулират или да подтискат кристализацията или да понижават температурата на калциниране. В съда се подава поток водна пара, които повишава вътрешната температура на съда до между около 100°С и 177°С и автогенното налягане. По-ниската температура е приблизителна на практическия минимум, при който калциевият сулфат дихидрат се калцинира до полухидрат за определено време. По-високата температура е около максималната температура за калциниране на полухидрата, без да зависи от риска, причиняващ превръщането на известно количество калциев сулфат полухидрат в анхидрит. Температурата в автоклава е, за предпочитане, между 140°С и 152°С.

Когато суспензията се обработва при тези условия достатъчно дълъг период от време, например в продължение на 15 min, от молекулата на калциевия сулфат дехидрат се отделя достатъчно количество вода при превръщането й в полухидратна молекула. Разтворът, получен при непреъкснато разбъркване, за да се държат частиците в суспензия, омокря и запълва отворените кухини в първичните влакна. Когато разтворът достигне насищане, полухидратът образува зародиши и формира кристали във, върху и около кухините и по продължение на стените на първичните влакна.

По време на престоя в автоклава, разтвореният калциев сулфат прониква в кухините на дървесните влакна и, едновременно се утаява като иглести полухидратни кристали въз, върху и около кухините и повърхностите на дървесните влакна. Когато превръщането приключи, налягането в автоклава се понижава. въвеждат се желани добавки, обикновено в дюзата, включващи емулсия на восък и суспензията се разтоварва върху обезводняващия конвейер. В този момент към суспензията мо7 гат да се добавят подходящи адитиви, включващи ускорители,забавители, консерванти,огнезабавители и агенти, подобряващи якостта. Установено е, че някои добавки, като ускорители (повишаващи скоростта на хидратиране на калциевия сулфат полухидрат до гипс) могат забележимо да влияят върху степента на подобрение на водоустойчивостта, постигната чрез прибавяне на емулсия на восък. В резултат на това, поташът е предпочитан ускорител пред стипцата и другите материали.

Емулсия на. восък

Изобретението широко разглежда прибавянето на достатъчно количество восък, под формата на стабилна емулсия, към суспензията, за да се получи продукт, съдържащ поне около 1 тегл.% восък, разпределен в продукта. В изобретението се разглежда приложението на който и да е восък или комбинация от восъци, въпреки че парафиновите восъци се предпочитат при получаване на емулсията на восък. Използваната съгласно изобретението емулсия на восък, за предпочитане, съдържа комбинация на парафинов въглеводород, планински восък, за предпочитане, съдържа комбинация от парафинов въглеводород, планински восък, поливинилов алкохол и вода. Тя може да съдържа адитиви, конвенционално прилагани в емулсиите, включващи емулгатори, които спомагат за образуване на емулсията и стабилизатори, които стабилизират емулсията. Подходяща нейоногенна емулсия на восък от този тип се произвежда от Bakor, Inc. под търговското наименование Aqualite 71, която съдържа смес на восъци с температура на топене 75°С. Могат да се използват следните търговски парафинови восъци:

Gypseal II на Conoco

Aqualite 70 на Bakor

DeWax PAR-40 на Deforest Enterprises MICHEM 955 HA MICHELMAN

Парафиновият восък за предпочитане трябва да е с температура на топене от 40 до 80°С. Ако температурата на топене е над 80°С, е необходимо да се използва висока температура на сушене при производството на конвенционални гипсови замазки и това води до лоша водоустойчивост на гипсовата замазка. Ако температурата на топене е под 40°С, получава се нискокачествена гипсова плоскост.

Планинският восък, познат и като лигнитен восък, е твърд природен восък с тъмен до кехлибарен цвят. Той не се разтваря във вода, но се разтваря в други разтворители като тетрахлорометан, бензол и хлороформ. Планинският восък се прилага в количества от около 1 до 200 части, за предпочитане от около 1 до 50 части по отношение на теглото, на 100 части парафинов въглеводород.

Поливиниловият алкохол обикновено се получава чрез хидролиза на поливинилацетат и е за предпочитане, почти напълно хидролизиран поливинилацетат. Подходящо е да бъде поне 90% хидролизиран поливинилацетат и, за предпочитане от 97 до 100% хидролизиран поливинилацетат. Подходящо е половиниловият алкохол да се разтваря във вода при повишени температури от около 60°С до около 95°С, но да не се разтваря в студена вода. Поливиниловият алкохол се прилага в количества от около 1 до 50, за предпочитане от 1 до 20 тегловни части на 100 части парафинов восък. Поливиниловият алкохол осигурява адхезивните характеристики, както и повишаването на водоустойчивостта.

Водата, която формира водната среда на емулсията, нормално се прилага в количества от 35 до 80 тегл.%, за предпочитане 50 до 60 тегл.% от емулсията.

Конвенционалните емулгатори, които се добавят към восъка до образуване на емулсията, включват нейоногенни повърхностно-активни вещества като алкилфенокси (етиленокси) етаноли, естери на сорбитан и мастна киселина и естери на полиоксиетиленсорбитан и мастна киселина, анионни повърхностно-активни вещества като осапунени мастни киселини и катионни повърхностно-активни вещества, дискутирани по-долу, които обикновено се прилагат в количества от 0.1 до 5 тегл.% емулсия. Конвенционалните стабилизатори, които се добавят в емулсията на восък, включват хидроокиси на алкален метал или амоний, които обикновено се прилагат в количества от 0.1 до 1 тегл.% емулсия.

Съгласно изобретението, за предпочитане е в емулсията да се включи катионен емулгатор. Катионинят емулгатор може да бъде единствен емулгатор или да се използва в комбинация с други емулгатори. По-специално, предпочита се катионният емулгатор да бъде кватернерен амин, произвеждат от IC1 Surfactants под търговското наименование G-265. Други полезни катионни емулгатори включват ква тернерни амониеви хлориди Tomah Q-17-2 (продаван от Tomah Products, Inc.) и Ethoquard С/ 25 (продаван от AKZO Chemicals, Inc.).

Химичната формула на Q-17-2 е следната:

,,СН₂СН₂ОН

R - 0 - СН₂СН₂СН₂ — N — СН,-------CL ''' СН₂СН₂ОН

Прибавянето на описаните по-горе катионни повърхностноактивни вещества като единичен емулгатор или в комбинация с други конвенционални емулгатори във восъчната емулсия, повишава стабилността на емулсията на восък при високите температури, прилагани при производството на плоскостта съгласно изобретението. При същите условия, емулсията на восък, която не включва катионно повърхностноактивно вещество, може да разруши или да остави частиците на восъка да се агломерират, което води до слепване на спечената маса към оборудването и понижава водоустойчивостта на получената плоскост. Теоретично, прибавянето на катионно повърхносатноактивно вещество повишава задържането на восък в утайката и в получената плоскост, защото положително натоварването восък/повърхностноактивно вещество се привлича от отрицателно натоварената повърхност на дървесните влакна.

Емулсията на восък може да бъде получена чрез нагряване на парафиновия въглеводород и планинския восък до стопяване и смесване. Горещият воден разтвор на поливиниловия алкохол, съдържащ емулгатори и стабилизатори преминава заедно с горещата смес с парафин и планински восък пред колоидна мелница и получената емулсия се оставя за изстине. За приготвяне на емулсията могат да бъдат използвани и други видове оборудване и методи.

Емулсията на восък се прибавя към водната суспензия на гипс/дървесни влакна и се смесва със суспензията гипс/дървесни влакна и се смесва със суспензията в съотношения от 0.5 до 20 тегл.ч. за предпочитане от около 1 до 3 тегл.ч. восък на 100 части гипс. В суспензията могат да бъдат въведени и други ингредиенти като разпенващи агенти, диспергиращи агенти и ускорители на втвърдяването. Установено е, че между 65 и 90% восък от емулсията, прибавена към гипсовата суспензия, се задържа върху продукта от гипс/дървесни влакна, като балансът се губи в етапа на обезводняване. Съдържанието на твърд восък в емулсията, която се прибавя към гипсовата суспензия, не е критично.

Емулсията на восък за предпочитане се прибавя към гипсовата суспензия след като се извади от автоклава, за предпочитане преди дюзата, за да се осигури достатъчно време на восъчната емулсия напълно да се смеси със суспензията преди формирането на спечената маса и етапа на обезводяването. Температурата на суспензията по времето, когато се прибавя емулсията на восък, не е критична, но е важно, восъчната емулсия да бъде стабилна при условията на суспензията. В някои аспекти, температурата на суспензията може да бъде толкова висока, че да е достатъчна за съществуването на кристали от калциев сулфат полухидрат. В някои случаи, емулсията на восък трябва да бъде стабилна при температурата на суспензията, когато емулсията на восък се смесва със суспензията на гипс/дървесни влакна и емулсията на восък трябва да остане стабилна в присъствие на адитиви, като ускорители, които присъстват в суспензията. Емулсията на восък трябва да остане стабилна по време на обезводняването и формирането на плоскостта, но е важно това, че голямо количество восък остава в спечената маса през време на обезводняването и формирането на плоскостта.

Обезводняване

Горещата суспензия, съдържаща восък преминава през дюзата, която разпределя суспензията върху плоската пореста повърхност на спечената маса. Спечената маса се обезводняване чрез изпарение на вода, когато суспензията излезе от автоклави и, когато тя премине през порестата повърхност, за предпочитане, подпомогната от вакуум.Въпреки че обезводняването води до охлаждане на спечената маса, по време на обезводняването трябва да се приложи и допълнително външно охлаждане. Възможно най-голямо количество вода се отделя, когато температурата на получената суспензия все още е достатъчно висока и преди полухидратът да се е превърнал в голяма степен в гипс. Въпреки че 90% от водата в суспензията се отстранява в обезводняващото устройство, спечената маса напуска със съдържание на вода приблизително 35 тегл.%. На този етап спечената маса за предпочитане съдържа дървесни влакна, свързани с кристалите от рехидратиран калциев сулфат полухидрат и все още може да преминава в отделни композитни влакна или възелчета, може да се оформя, отлива или компактира до по-висока плътност.

Формирането на спечена маса и обезводняването й, за предпочитане се провеждат при използване на оборудването, предназначено за производство на хартия, описано в US 5 320 677, които са част от това описание.

Пресоване и рехидратиране

Обезводнената маса, за предпочитане, се подлага на мокро пресоване в продължение на няколко min и за по-нататъшно намаляване на водното съдържание и до компактиране на масата в желана форма, дебелина и/или плътност преди да протече рехидратиране на полухидрата в значителна степен. Въпреки че екстракцията на водата при етапа на обезводняване помага значително за понижаване температурата на масата, за да се достигне желаната температура на рехидратиране в определено време, необходимо е да се приложи допълнително външно охлаждане. Температурата на спечената маса за предпочитане се понижава под около 49°С, така че да протече относително бързо рехидратиране. При повторното хидратиране алфа полухидратните кристали рекристализират в иглести кристали на гипса в местата, физично свързани с дървесните влакна.

В зависимост от ускорителите, забавителите, модификаторите на кристали или другите добавки на суспензията, хидратирането може да протича от само няколко min до един h или по-дълго. Поради свързване на иглестите кристали от полухидрат с дървесните влакна и отстраняване на голяма част от носещата течност от спечената маса, миграцията на калциевия сулфат се предотвратява, напускайки хомогенния композит. Повторното хидратиране води до рекристализация на кристалите от полухидрат до кристали на дихидрат in situ, например, във и около кухините на дървесните влакна, което съхранява хомогенността на композита. Кристалният растеж също е свързан с кристализиране на калциев сулфат върху съседни влакна до формиране на цялостна кристална маса с повишена якост поради усилването с дървесни влакна.

Когато хидрирането завърши, желателно е композитната маса незабавно да се изсу ши за отстраняване на остатъчната свободна вода. Иначе хигроскопичните дървесни влакна ще задържат, или даже ще абсорбират несвързаната вода, която се изпарява по-късно. Ако покритието от калциев сулфат е нанесено преди отделяне на свръхколичеството вода, влакната могат да се свият и да се издърпат от гипса, когато несвързаната вода се изпарява. Следователно, за оптимални резултати е за предпочитане отстраняване на излишъка от свободна вода от композитната маса възможно преди падането на температурата под нивото, при което започва хидратирането.

Сушене

Пресованата плоскост, която обикновено съдържа около 30 тегл.% свободна вода, след това незабавно се суши при относително висока температура, за да се понижи съдържанието на свободна вода в крайния продукт до около 0.5% или по-малко. През време на етапа на сушене е важно вътрешната температура на крайния продукт да стане достатъчно висока за кратък период от време, за пълно стопяване на восъка. Очевидно, условията на сушене, които предизвикват калциниране на гипса, трябва да се избягват. Установено е, че сушенето трябва да се провежда при условия, при които температурата на сърцевината достига поне 77°С, за предпочитане между около 77°С и 93°. Изсушената плоскост може да бъде нарязана или шлифована до желана форма.

След крайната обработка уникалният композиционен материал показва желани свойства, които се определят от неговите два компонента. Дървесните влакна повишават якостта, по-специално якостта на огъване на гипсовата матрица, докато гипсът действа като покритие и свързващ агент за защита на дървеснине влакна, придавайки огнеустойчивост и понижавайки разширението, дължащо се на влага.

Примери за изпълнение на изобретението

Следващите примери служат за илюстрация на получаването и изпитването на продукти на база гипс/дървесни влакна с подобрена водоустойчивост, съгласно изобретението. Тези примери са илюстративни и много други продукти на база гипс/дървесни влакна с подобрена водоустойчивост могат да бъдат изработени, използвайки подходящи разновидности.

Пример 1. Стандартна плоскост от гипс/ дървесни влакна се получава по следния начин: Смес на 92 тегл.% некалциниран FGD гипс (страничен продукт на димните газове от десулфурирането) и 8 тегл.% пулпа от рефеловани хартиени влакна се прибавят в автоклав при разбъркване с достатъчно количество вода, за да се получи суспензия, съдържаща 15 тегл.% твърди вещества. Получената суспензия се нагрява под налягане до около 146°С в продължение на 15 min, като гипсът се оставя да калцинира до получаване на алфа полухидрат.

Налягането на суспензията се понижава при излизането и от автоклава. Изпарението на водата охлажда суспензията до около 82100°С. Описаните по-долу емулсии, заедно с ускорителите, се прибавят към суспензията която след това минава през дюзата на поточната линия. Ускорителите са 0.5 тегл.% K₂SO₄ (поташ) и 1 тегл.% покрит със захар калциев дихидрат (както е описано, например, в US 3 813 312) на база на общото тегло на твърдите вещества в суспензията. Суспензията се разпределя върху порестия конвейер, върху който се формира спечената маса. Спечената маса преминава през вакуумно обезводняващо устройство, което отстранява около 60% от водата и суспензията/спечената маса достига температура около 49°С. Спечената маса се пресова в плоскост с дебелина приблизително 1,27 cm, която по-нататък се подлага на вакуумна обработка за да се отстрани водата и плоскостта да се охлади до около 35°С за най добро рехидратиране на полухидрата до гипс. След рехидратирането, плоскостта се нарязва на панели и панелите се сушат под вакуум при условия, които водят до повишаване на 5 температурата на сърцевината на плоскостта до около 93,3°С за кратък период от време. След това получените плоскости се подлагат на изпитания, както е описано по-долу.

Пример 2. Стабилизирана емулсия на во10 сък се получава по следния начин. При смесване на 10 тегл.ч. катионно повърхностноактивно вещество (G-265) с 90 тегл.ч. вода при разбъркване се получава разтвор. Този разтвор се прибавя към емулсия на восък (Ваког15 Aqualite 71) в тегловно съотношение 100 до 1000. Така се получава стабилизирана емулсия на восък, която съдържа:

Активни компоненти на Aqualite 37%

Катионно повърхностноактивно вещество 1%

Вода 62%

Пример 3. Плоскостта, получена съгласно пример 1 се сравнява с плоскост, направе25 на при същите условия, но в която емулсията на восъксъгласно пример 2 се прибавя към суспензията преди дюзата, в количество, достатъчно да се осигурят 3 тегл.% твърд восък на всеки 454 гипс. Проби от двете плоскости се 30 изпитват за абсорбация на вода, плътност и якост. Резултатите от теста, дадени по-долу, показват не само, че абсорбцията на вода забележимо се понижава, но и, че якостта на плоскостта се повишава при прибавяне на емул35 сията на восък.

Таблица 1.

% Използван	Абсорбация на вода	Плътност	Якост
восък	(повишаване в тегл.%)	(pcf)	(psi)
0%	39%	66.8	1123
3%	3,5	66,2	1221

Измерванията на абсорбция на вода, плътност и якост се извършват за 14 броя образци на всяка от пет плоскости и средните стойности от 70 измервания са дадени в таблица 1.

Абсорбцията на вода, представена в таб лица 1, е определена от ASTM тестов метод С473, който се базира на пълно накисване на образците в продължение на 2 h. Теглото на всеки образеца преди и след накисването се използва за изчисляване на прираста на теглото. Плътността се определя чрез разделяне на измереното тегло измерения обем, докато якостта се определя като модул на разрушаване (“MOR”) съгласно ASTM D1037 изпитателен метод.

Пример 4. Плоскостта, получена съгласно пример 1, с изключение на това, че търговска емулсия на восък (Bakor-Aqualite 71) се прибавя към суспензията преди дюзата в количество, достатъчно да се осигури 2 тегл.% твърд восък на всеки 454 g гипс. Анализът на получената плоскост показва, че приблизително 1.7 тегл. % восък по отношение на теглото на гипса, остават в крайната суха плоскост.

Формите на настоящото изобретение, показани и описани тук, трябва да се считат само за илюстративни. За специалистите е очевидно, че могат да бъдат правени различни модификации без да се напуска духа на настоящото изобретение и обхвата на приложените патентни претенции.

Claims

1. Метод за получаване на гипсова плоскост, притежаваща повишена водоустойчивост, характеризиращ се с това, че включва:

- изсушаване на споменатата плоскост до отстраняване на останалата свободна вода така, че сърцевината на споменатата плоскост да достигне температура, достатъчно висока ,за да се стопи споменатият восък.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че количество прибавена към споменатата суспензия емулсия на восък е достатъчно, за да се осигури поне около 1 тегл.% твърд восък в споменатата суспензия на база теглото на калциевия сулфат, съдържащ се в нея.

3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че количеството прибавена към споменатата суспензия емулсия на восък е достатъчно за да се осигури от около 1 до около 3 тегл.% твърд восък в споменатата суспензия на база теглото на калциевия сулфат, съдържащ се в нея.

4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че споменатата емулсия на восък съдържа катионно повърхностноактивно вещество.

5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че споменатата емулсия на восък съдържа катионно повърхностноактивно вещество кватернерен амин.

6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че споменатата емулсия на восък съдържа парафинов восък.

7. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че споменатата емулсия на восък съдържа смес на парафинов восък, планински восък и поливинилов алкохол.

8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че суспензията съдържа смлян калциев сулфат и отделни лигноцелулозни първични частици, като всяка от целулозните частици притежава кухини, в които разтворителят на суспензията може да проникне в голяма част от тях.

9. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че първичните частици представляват дървесни влакна, подбрани от групата, включваща химично рафинирана дървесна пулпа, механично рафинирана дървесна пулпа, термомеханично рафинирана дървесна пулпа и комбинации от тях.

10. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че твърдите вещества в суспензията включват от около 0.5 до около 30 тегл.% дървесни влакна.

11. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че твърдите вещества в суспензията включват от около 3 до около 20 тегл.% дървесни влакна.

12. Метод за получаване на гипсова плоскост, притежаваща повишена водоустойчивост, характеризиращ се с това, че включва:

- преминаване на споменатата суспензия, съдържаща восък върху повърхностните пори 5 до получаване на спечена маса, преди температурата на споменатата маса да падне под температурата, при която калциевия сулфат полухидрат бързо рехидратира до от калциев сулфат дихидрат; 10

- отстраняване на значително количест- во от водата от споменатата утайка през споменатата пореста повърхност и охлаждане на споменатата утайка до температура, при която започва рехидратирането; 15

- пресоване на споменатата утайка до получаване на плоскост и отстраняване на допълнителната вода, при което калциевият сулфат полухидрат кристализира около споменатите горещи частици и се рехидратира in situ 20 до кристали от калциев сулфат дихидрат; и

- изсушаване на споменатата плоскост до отстраняване на останалата свободна вода така, че сърцевината на споменатата плоскост да достигне температура, достатъчно висока, 25 за да се стопи споменатият восък.

13. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва:

- смесване на смлян гипс и първични частици заедно с достатъчно количество вода, 30 че да се получи суспензия, като всяка от споменатите първични частици притежава кухини върху повърхността си и/или в тялото си, които могат да поемат разтворителя на суспензията, съдържащ суспендиран и/или разтворен гипс 35 и споменатата суспензия е значително разредена, за да умокри приемащите кухини в пър вичните частици и да благоприятства за образуването на иглести кристали от калциев сулфат алфа полухидрат при нагряване под налягане;

- нагряване на суспензията в автоклав при непрекъснато разбъркване до температура, достатъчно висока, че гипсът да се калцинира до калциев сулфат алфа полухидрат;

- държане на суспензията при тази температура, докато поне част от калциевият сулфат полухидрат кристализира в значителна степен във и около кухините в първичните частици;

- прибавяне на водна емулсия на восък към споменатата суспензия, докато споменатата суспензия е при температура, при която се държат кристалите на калциевия сулфат полухидрат като споменатата емулсия е стабилна при условията, при които се държат кристалите на калциевия сулфат полухидрат;

- преминаване на споменатата суспензия, съдържаща восък, върху плоската пореста повърхност като се получава спечена маса, преди температурата на споменатата спечена маса да падне под температурата, при която кристалите на калциевия сулфат полухидрат бързо се хидратират отново до кристали на дихидрат;

- охлаждане на споменатата спечена маса до температурата, при която започва рехидратирането;

- пресоване на споменатата спечена маса до получаване на плоскост и до отстраняване на допълнителната вода от нея така, че кристалите на калциевия сулфат полухидрат във и около кухините на първичните частици да се хидратират отново до получаване на кристали от калциев сулфат и дихидрат; и

- сушене на плоскостта.