ES2290126T3 - Composiciones de yeso y metodo relacionados. - Google Patents
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Abstract
Una composición de yeso fraguado preparada por un método que comprende: preparar una mezcla formada a partir de al menos yeso calcinado, agua y un material potenciador seleccionado entre el grupo compuesto por un compuesto trimetafosfato, un polifosfato amónico que tiene 500-3000 unidades fosfato de repetición, un compuesto policarboxílico, un tensioactivo y combinaciones de los mismos, en el que la proporción en peso de agua a yeso calcinado presente en la mezcla es de al menos aproximadamente 3:1; y mantener la mezcla en condiciones suficientes para que el yeso calcinado forme una matriz de interconexión de yeso fraguado.
Description
Composiciones de yeso y método relacionados.
La presente invención se refiere de forma
general a composiciones de yeso y métodos para preparar
composiciones de yeso. Más particularmente, la invención se refiere
a composiciones de yeso fraguado con densidad reducida y a métodos
para la preparación de las mismas.
El yeso fraguado (sulfato cálcico dihidrato) es
un material bien conocido que se incluye habitualmente en muchos
tipos de productos. A modo de ejemplo, el yeso fraguado es un
componente principal de productos finales creados usando argamasas
tradicionales (por ejemplo, paredes internas de edificio enlucidas)
y también en planchas de yeso con una cara de papel empleadas en la
construcción de muros de piedra en seco típicos paredes interiores
y techos de edificios. Además, el yeso fraguado es el componente
principal de las planchas y productos compuestos de yeso/fibra de
celulosa, y también se incluyen productos que llenan y suavizan las
juntas entre los bordes de planchas de yeso. También, muchos
materiales especiales tales como materiales útiles para modelar y
preparación por moldeo que se mecanizan con precisión, producen
productos que contienen cantidades principales de yeso
fraguado.
Típicamente, dichos productos que contienen yeso
se preparan formando una mezcla de yeso calcinado (sulfato cálcico
hemihidrato y/o sulfato cálcico anhidrato) y agua (y otros
componentes, según sea apropiado). La mezcla se moldea en una forma
deseada o sobre una superficie, y después se deja endurecer para
formar el yeso fraguado (es decir rehidratado) por reacción del
yeso calcinado con agua para formar una matriz de yeso hidratado
cristalino (sulfato cálcico dihidrato). Es la hidratación deseada
del yeso calcinado lo que permite la formación de una matriz de
interconexión de los cristales de yeso fraguado, confiriendo de esta
manera resistencia a la estructura del yeso en un producto que
contiene yeso. El calentamiento suave se utiliza para dirigir fuera
el agua libre restante (es decir, no reaccionada) para producir un
producto seco.
Hay un esfuerzo continuo para preparar muchos de
estos productos que contienen yeso más ligeros de peso sustituyendo
materiales de menor densidad (por ejemplo, perlita expandida o
huecos de aire) por parte de la matriz de yeso fraguado, por
ejemplo para potenciar las propiedades acústicas y/o aislantes así
como eficacias de manejo y transporte. Sin embargo, los esfuerzos
previos para preparar productos que contienen yeso sustancialmente
más ligeros no han sido totalmente satisfactorios porque, por
ejemplo, aunque pueden utilizarse cantidades significativas de
espuma para producir el contenido de huecos suficiente para
conseguir productos que contienen yeso de menor densidad, dichos
productos por ejemplo pueden no conseguir aún el nivel deseado de
propiedades acústicas y aislantes. Como resultado, la producción de
productos que contienen yeso de menor densidad ha sido susceptible
a posibles efectos negativos provocados por la cantidad
relativamente alta de agentes espumantes proporcionados, aunque aún
no se consigan los resultados deseados en algunos casos. Más
recientemente, la plancha de yeso formada a partir de yeso
calcinado fibroso se ha descrito en la Patente de Estados Unidos Nº
5.041.333. La preparación de yeso calcinado fibroso consume tiempo y
es cara, haciendo de esta manera que el uso de yeso calcinado
fibroso para preparar planchas de yeso sea caro también.
Otro problema con la formación de un producto
que contiene yeso de densidad sustancialmente menor es que la
estabilidad dimensional puede verse comprometida durante su
fabricación, procesado y aplicación comercial. Por ejemplo, en la
preparación de productos de yeso normalmente hay una cantidad
significativa de agua libre (es decir no reaccionada) que queda en
la matriz después de que el yeso se haya fraguado. Después del
secado del yeso fraguado para conducir fuera el exceso de agua, los
cristales de yeso fraguado de interconexión en la matriz tienden a
moverse cerca unos de otros según se evapora el agua. En este
respecto, según el agua deja los intersticios cristalinos de la
matriz de yeso, la matriz tiende a contraerse por fuerzas naturales
del yeso fraguado que eran resistentes a la presión capilar aplicada
por el agua sobre los cristales de yeso. Según la cantidad de agua
en la mezcla de yeso calcinada acuosa aumenta, la falta de
estabilidad dimensional se convierte en un problema.
La estabilidad dimensional también es
preocupación incluso después de que se consiga el producto secado
final especialmente en condiciones de cambio de temperatura y
humedad donde el yeso fraguado es susceptible por ejemplo a
expansión y contracción. Por ejemplo, la humedad recogida en los
intersticios cristalinos de una matriz de yeso de una plancha de
yeso o baldosa expuesta a alta humedad pueden agravar un problema de
combado provocando que la plancha humidificada se expanda.
Si dicha inestabilidad dimensional pudiera
evitarse o minimizarse, se obtendrían diversos beneficios. Por
ejemplo, los métodos de producción de planchas de yeso existentes
producirían más productos si las planchas no se contrajeran durante
el secado y los productos que contienen yesos deseados pudieran
mantener una forma y proporciones dimensionales precisas (por
ejemplo para usar en modelado y preparación de moldes) servirían
mejor para sus propósitos.
Por consiguiente, se entenderá a partir de lo
anterior que hay una necesidad en la técnica y una composición de
yeso fraguado que presenta baja densidad sin requerir la necesidad
de incluir grandes cantidades de carga de peso ligero o huecos de
aire creados por la espuma. Se entenderá también que hay una
necesidad en la técnica por dicha composición de yeso fraguado de
menor densidad que presenta estabilidad dimensional potenciada,
propiedades de aislamiento y/o acústicas. La invención proporciona
dicha composición de yeso fraguado y método para la preparación del
mismo. Estas y otras ventajas de la presente invención así como
características adicionales de la misma resultarán evidentes a
partir de la descripción de la invención proporcionada en este
documento.
De acuerdo con un primer aspecto de esta
invención se proporciona una composición de yeso fraguado de acuerdo
con la reivindicación 1 de este documento. De acuerdo con un
segundo aspecto de esta invención se proporciona un artículo de
acuerdo con la reivindicación 15 de este documento. De acuerdo con
un tercer aspecto de esta invención se proporciona un método de
acuerdo con la reivindicación 21 de este documento. Las
características preferidas de la invención se definen en las
reivindicaciones dependientes.
La presente invención proporciona una
composición de yeso fraguado y métodos para la preparación del
mismo. Ventajosamente, la composición de yeso fraguado de la
invención es de baja densidad y demuestra una estabilidad
dimensional potenciada (por ejemplo, resistencia a contracción),
propiedades de aislamiento y/o acústicas.
La invención puede entenderse mejor con
referencia a los dibujos adjuntos y en la siguiente descripción
detallada de las realizaciones preferidas.
La Figura 1 es una representación esquemática de
un compuesto de capas de planchas de yeso, de acuerdo con un
aspecto de la invención.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de un
artículo en forma de artesonado para techos, de acuerdo con otro
aspecto de la invención.
La Figura 3 es una representación esquemática de
un compuesto laminado, de acuerdo con otro aspecto más de la
invención.
La presente invención proporciona una
composición de yeso fraguado de baja densidad que comprende una fase
continua de una matriz de yeso fraguado de interconexión que tiene
un volumen potenciado de huecos de agua evaporada. La composición
de yeso fraguado de baja densidad se prepara preferiblemente a
partir de una mezcla (por ejemplo, suspensión) que comprende una
proporción elevada de agua a yeso calcinado.
El yeso calcinado puede ser fibroso o no
fibroso. Yeso calcinado no fibroso se refiere al yeso calcinado
normal que puede prepararse de acuerdo con el proceso habitual de
la técnica anterior en un calcinador (por ejemplo, de caldera o
rotatorio) a presiones atmosféricas normales tales como por ejemplo,
como se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 2.341.426. El
yeso calcinado fibroso se describe por ejemplo en las Patentes de
Estados Unidos Nº 4.029.512 y 5.041.333. Preferiblemente, al menos
el 30% en peso de la composición de yeso se forma a partir de, es
decir, usando yeso calcinado no fibroso. Más preferiblemente, al
menos el 50% en peso de la composición de yeso se forma a partir
de, es decir, usando yeso calcinado no fibroso y en algunas
realizaciones el yeso calcinado utilizado para preparar la
suspensión (o mezcla) a partir de la cual se moldea la composición
de yeso fraguado de la invención consiste esencialmente en yeso
calcinado no fibroso.
El yeso calcinado puede estar en forma de
sulfato cálcico alfa hemihidrato, sulfato cálcico beta hemihidrato,
sulfato cálcico anhidrito soluble en agua o mezclas de los mismos.
Preferiblemente, el yeso calcinado incluye al menos el 30% de
sulfato cálcico beta hemihidrato y más preferiblemente al menos el
50% de sulfato cálcico beta hemihidrato. En algunas realizaciones,
el yeso calcinado está compuesto esencialmente por sulfato cálcico
beta hemihidrato.
En particular, la composición de yeso fraguado
de acuerdo con la invención se caracteriza por una estructura
relativamente suelta y abierta mediante el volumen potenciado de
huecos de agua evaporada presente en la fase continua de la matriz
de yeso fraguado. El volumen potenciado de huecos de agua puede
resultar, por ejemplo, del uso de una proporción elevada de agua a
yeso calcinado en la mezcla usada para preparar la composición de
yeso fraguado. La matriz de interconexión del yeso fraguado está
formada por cristales de diversos tamaños y formas, que dependen de
alguna manera de la proporción de agua a yeso calcinado de la mezcla
usada para preparar la composición de yeso fraguado. Por ejemplo,
en algunas realizaciones, los cristales son relativamente largos
(por ejemplo aproximadamente de 10 \mum a aproximadamente 40
\mum o más largos en al menos una dirección) y/o pueden ser de
diversas configuraciones, por ejemplo agujas, plaquitas o
combinaciones de los mismos.
Significativamente, la composición de yeso
fraguado de la invención tiene una densidad deseablemente baja y
aún demuestra una potencia y resistencia suficiente a deformación
mecánica (por ejemplo, resistencia a combado) para ser útil, a
pesar del volumen potenciado de huecos de agua evaporada en la
matriz de yeso fraguado. Además, la composición de yeso fraguado de
la invención presenta estabilidad dimensional de manera que resiste
la contracción (por ejemplo, debido a tensiones durante el secado)
durante la preparación de la composición de yeso fraguado, incluso
a la vista de los niveles elevados de agua presentes durante la
preparación de la composición de yeso fraguado. Adicionalmente, el
volumen potenciado de huecos de agua evaporada en la composición de
yeso fraguado ayuda a conferir propiedades acústicas deseables
siempre y cuando la estructura suelta conectada con el volumen
potenciado de huecos de agua evaporada proporcione un espacio grande
en la composición de yeso fraguado para absorber el sonido, de
manera que la cantidad de sonido reflejado por y la cantidad de
sonido transmitido a través de la composición de yeso fraguado de
la invención se reducen.
De acuerdo con la presente invención, la
composición de yeso fraguado comprende una fase continua de matriz
de yeso fraguado de interconexión. La matriz incluye yeso y un
volumen potenciado de huecos de agua evaporada. El volumen de
huecos de agua evaporada se refleja en la fase continua, que excluye
discontinuidades distintas de los huecos de agua evaporada tales
como por ejemplo discontinuidades debidas a la presencia de fibras
de papel, cargas de bajo peso o huecos de aire de espuma en la
composición. En algunas realizaciones, el volumen de huecos de agua
evaporada de la matriz es de al menos aproximadamente el 69% (por
ejemplo de aproximadamente el 69% a aproximadamente el 97%) de
acuerdo con el ensayo EWVV. Preferiblemente, el volumen de huecos de
agua evaporada es de aproximadamente el 74% a aproximadamente el
95% de acuerdo con el ensayo EWVV. Por ejemplo, en algunos casos el
volumen de huecos de agua evaporada de la matriz es de
aproximadamente el 79% a aproximadamente el 89% de acuerdo con el
ensayo EWVV.
En algunas realizaciones, la composición de yeso
fraguado de acuerdo con la invención se prepara por un método que
comprende formar una mezcla (por ejemplo, suspensión) usando yeso
calcinado y agua en una proporción en peso de agua a yeso calcinado
de al menos aproximadamente 3:1. La mezcla se mantiene en
condiciones suficientes para que el yeso calcinado forme una matriz
de yeso fraguado. Preferiblemente, la proporción en peso de agua a
yeso calcinado usada para preparar la mezcla es de aproximadamente
3:1 a aproximadamente 12:1 cuando el yeso calcinado incluye al
menos el 30% en peso de yeso calcinado no fibroso. Más
preferiblemente, la proporción en peso de agua a yeso calcinado
usada para preparar la mezcla es de aproximadamente 4,5:1 a
aproximadamente 9:1, y aun más preferiblemente la proporción en
peso de agua a yeso calcinado usada para preparar la mezcla es de
aproximadamente 5:1 a aproximadamente 8:1. En estas realizaciones,
el yeso calcinado no fibroso es preferiblemente sulfato cálcico
beta hemihidrato.
En algunas realizaciones, el yeso fraguado de
acuerdo con la invención se prepara por un método que comprende
formar una mezcla (por ejemplo, suspensión) que incluye agua y yeso
calcinado fibroso o no fibroso o ambos yeso calcinado fibroso y no
fibroso en diversas combinaciones o preparaciones, en una proporción
en peso de agua a yeso calcinado de al menos aproximadamente 4,5:1
hasta aproximadamente 12:1. Deseablemente, la proporción en peso de
agua a yeso calcinado usada para preparar la mezcla en esta
realización es de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 8:1 y más
preferiblemente de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 7:1.
Deseablemente, la composición de yeso fraguado
de la invención tiene una densidad relativamente baja. Estrictamente
a modo de ejemplo, en algunas realizaciones, la composición de yeso
tiene una densidad de aproximadamente 320 kg/m^{3} (20
lb/ft^{3}) o menor, tal como aproximadamente 240 kg/m^{3} (15
lb/ft^{3}) o menor o en algunas realizaciones aproximadamente 192
kg/m^{3} (12 lb/ft^{3}) o menor.
Preferiblemente, la composición de yeso fraguado
de la presente invención se prepara incluyendo uno o más materiales
potenciadores en la mezcla acuosa de yeso calcinado para promover la
resistencia y/o estabilidad dimensional (por ejemplo minimizando la
contracción debido a las tensiones de secado) durante la preparación
de la composición de yeso fraguado. Deseablemente, los materiales
de potenciación se seleccionan de manera que no retrasan la
velocidad de o no afectan negativamente de otra manera a la
formación de la composición de yeso fraguado de la invención. A
modo de ejemplo, el material de potenciación puede seleccionarse
entre un compuesto de trimetafosfato, un polifosfato amónico que
tiene 500-3.000 unidades fosfato de repetición, un
compuesto policarboxílico o un tensioactivo. Uno o más de cada tipo
de material de potenciación puede usarse en la práctica de la
invención. También, pueden usarse diversas combinaciones de
materiales de potenciación. Por ejemplo, pueden usarse un compuesto
trimetafosfato y uno o más de polifosfato amónico, un compuesto
policarboxílico y un tensioactivo. Adicionalmente a modo de
ejemplo, pueden usarse el polifosfato amónico y uno o más de un
trimetafosfato, un compuesto policarboxílico y un tensioactivo.
Durante la preparación de la composición de yeso
fraguado, el material de potenciación puede añadirse en cualquier
cantidad adecuada a la mezcla acuosa de yeso calcinado tal como una
cantidad de aproximadamente el 0,01% a aproximadamente el 5% en
peso de yeso calcinado. Preferiblemente, el material de potenciación
se añade a o se incluye en la mezcla acuosa de yeso calcinado en
una cantidad de aproximadamente el 0,1% a aproximadamente el 5% en
peso del yeso calcinado y, más preferiblemente, el material de
potenciación se añade a o se incluye en la mezcla acuosa de yeso
calcinado en la cantidad de aproximadamente el 0,5% a
aproximadamente el 2% en peso del yeso calcinado.
El uso de un compuesto trimetafosfato (por
ejemplo, sal o parte aniónica del mismo) es particularmente
preferido. La inclusión del compuesto de trimetafosfato durante la
hidratación de yeso calcinado para formar yeso fraguado da como
resultado una resistencia potenciada, incluyendo resistencia a
deformación mecánica (por ejemplo, combado) del yeso fraguado. En
este respecto, el aumento de resistencia observado por el uso de un
compuesto de trimetafosfato es particularmente deseable debido a la
densidad reducida y volumen potenciado de huecos de agua evaporada
en la matriz de interconexión del yeso fraguado. El compuesto
trimetafosfato puede estar por ejemplo en forma de una sal,
trimetafosfato sódico, trimetafosfato cálcico, trimetafosfato sódico
cálcico, trimetafosfato potásico, trimetafosfato amónico,
trimetafosfato de litio. Pueden usarse también combinaciones de
estas sales. En algunas realizaciones, el compuesto de
trimetafosfato es trimetafosfato sódico.
Si se incluye, el compuesto de trimetafosfato
puede proporcionarse solo o en combinación con al menos un
polifosfato amónico que tiene 500-3.000 unidades de
repetición, al menos un compuesto policarboxílico y/o un
tensioactivo. Si se incluye, la cantidad de compuesto de
trimetafosfato añadido a o incluido en la mezcla de agua/yeso
calcinado usada para preparar la composición del yeso fraguado
preferiblemente hasta aproximadamente el 0,1% a aproximadamente el
2% en peso de yeso calcinado, y más preferiblemente, la cantidad de
compuesto de trimetafosfato añadido a o incluido en la mezcla
acuosa de yeso calcinado es de aproximadamente el 0,5% a
aproximadamente el 1% en peso del yeso calcinado.
El polifosfato amónico (por ejemplo, sal o parte
aniónica del mismo) preferiblemente tiene aproximadamente
1.000-3.000 unidades de repetición. Si se incluye,
la cantidad de polifosfato amónico añadida a o incluida en la
mezcla de agua/yeso calcinado usada para preparar la composición de
yeso fraguado preferiblemente es de aproximadamente el 0,1% a
aproximadamente el 2% en peso del yeso calcinado, y más
preferiblemente la cantidad de polifosfato amónico añadido a o
incluido en la mezcla de yeso calcinado acuoso es de aproximadamente
el 0,5% a aproximadamente el 1% en peso del yeso calcinado.
El compuesto policarboxílico (por ejemplo, sal o
parte aniónica del mismo) incluye al menos dos sales carboxilatos o
grupos iónicos, al menos dos grupos ácido carboxílico o al menos una
sal carboxilato o grupo iónico y al menos un grupo ácido
carboxílico. Preferiblemente, el compuesto policarboxílico es
soluble en agua. Los compuestos policarboxílicos son beneficiosos
porque se cree que ayudan a unir los cristales según se forma la
matriz de interconexión del yeso fraguado. Como resultado, los
compuestos policarboxílicos potencian deseablemente la resistencia
ayudando de esta manera a reducir el daño de la composición de yeso
fraguado durante el manejo y procesado y potencian la estabilidad
dimensional de la composición de yeso fraguado. Preferiblemente, los
compuestos policarboxílicos de la invención tienen un peso
molecular de aproximadamente 100.000 daltons a aproximadamente 1
millón de daltons. Los compuestos policarboxílicos de mayor peso
molecular son menos deseables porque su viscosidad es demasiado
alta mientras que aquellos de menor peso molecular (que disminuye
progresivamente por debajo de 100.000 daltons) son menos
eficaces.
En algunas realizaciones, el compuesto
policarboxílico tiene un peso molecular de aproximadamente 200.000
daltons a aproximadamente 700.000 daltons, preferiblemente un peso
molecular de aproximadamente 400.000 daltons a aproximadamente
600.000 daltons (por ejemplo de aproximadamente 500.000 daltons). A
modo de ejemplo, y no de limitación, el compuesto policarboxílico
puede seleccionarse entre poliacrilatos, polimetacrilatos,
polietacrilatos y similares o combinaciones de los mismos. En
algunas realizaciones, el compuesto policarboxílico es un
poliacrilato, en cuyo caso el poliacrilato preferiblemente tiene un
peso molecular de aproximadamente 200.000 dalton a aproximadamente
700.000 daltons, más preferiblemente aproximadamente 400.000 dalton
a aproximadamente 600.000 dalton. A modo de ejemplo, un
poliacrilato adecuado es ACRYSOL® 644 disponible en el mercado en
Rohm & Haas, Philadelphia, Pensilvania.
Si se incluye, la cantidad de compuesto
policarboxílico añadido a o incluido en la mezcla de agua/yeso
calcinado usada para preparar la composición de yeso fraguado
preferiblemente es de aproximadamente el 0,05% a aproximadamente el
2% en peso del yeso calcinado usado para preparar la mezcla y más
preferiblemente la cantidad de compuesto policarboxílico añadido a
o incluido en la mezcla acuosa de yeso calcinado es de
aproximadamente el 0,1% a aproximadamente el 0,4% en peso del yeso
calcinado.
Es digno de atención que el compuesto
policarboxílico puede incluirse solo, o en combinación con otros
materiales de potenciación. Por ejemplo, el compuesto
policarboxílico puede incluirse con un compuesto trimetafosfato, un
polifosfato amónico que tiene 500-3.000 unidades
fosfato de repetición (por ejemplo 1.000-3.000
unidades fosfato de repetición) y/o un tensioactivo.
La inclusión de uno o más tensioactivos en la
mezcla de agua/yeso calcinado durante la preparación de la
composición de yeso de acuerdo con la invención proporciona el
beneficio de disminuir la tensión superficial de la mezcla y, a su
vez, ayuda a reducir las tensiones de secado tales como contracción
de la composición del yeso fraguado, que se minimiza. En este
respecto, se cree que reduciendo la tensión superficial de la mezcla
acuosa de yeso calcinado, la presión capilar que el líquido aplica
sobre los cristales de yeso se reduce, así como la fuerza de
resistencia correspondiente de los cristales de yeso contra el
líquido acuoso, reduciendo de esta manera la tendencia de la
estructura de la matriz cristalina de interconexión a contraerse
cuando el líquido acuoso no reaccionado se evapora de la matriz.
Por consiguiente, los tensioactivos que son particularmente útiles
en la práctica de la invención se caracterizan preferiblemente por
tener la capacidad de reducir la tensión superficial del agua a
aproximadamente 40 dinas/cm o menor. Más preferiblemente, el
tensioactivo se caracteriza por tener la capacidad de reducir la
tensión superficial del agua a aproximadamente 35 dinas/cm o menor.
Los ejemplos de tensioactivos adecuados incluyen, aunque sin
limitación tensioactivos basados en glicol acetilénico,
tensioactivos que contienen flúor y tensioactivos que contienen
silicona. Pueden incluirse uno o más tensioactivos en la mezcla
usada para formar la composición de yeso fraguado, y pueden usarse
también diversas combinaciones de los diferentes tipos de
tensioactivos.
\newpage
Un tensioactivo basado en glicol acetilénico
ejemplar es DYNOL® 604, disponible en el mercado en Air Products of
Lehigh Valley, Pensilvania. Los tensioactivos que contienen flúor
ejemplares pueden estar en forma de fluorotensioactivos aniónicos
del tipo alquil sulfonato sódico (por ejemplo, LODYNE®
S-103 A), fluorotensioactivos catiónicos del tipo
cloruro de alquil amonio (por ejemplo, LODYNE® S-106
A) o tensioactivos anfóteros del tipo alquil aminoácido (por
ejemplo, LODYNE® S-100). También es ejemplar de un
tensioactivo adecuado de acuerdo con la invención una mezcla de
tensioactivos que contienen flúor/que contienen silicona disponible
en el mercado tal como LODYNE® S-228M. Los
tensioactivos de la serie LODYNE® están disponibles en el mercado en
Ciba, de Basel, Suiza.
El tensioactivo puede proporcionarse en
cualquier cantidad adecuadamente eficaz. Preferiblemente, la
cantidad de tensioactivo añadido a o incluido en la mezcla de
agua/yeso calcinado es de aproximadamente el 0,1% a aproximadamente
el 1% y más preferiblemente, la cantidad de tensioactivo añadido a o
incluido en la mezcla acuosa de yeso calcinado es de
aproximadamente el 0,05% a aproximadamente el 0,2% en peso del yeso
calcinado. Es notable, que el tensioactivo puede proporcionarse
como el único material de potenciación en la composición de yeso o
que puede proporcionarse en combinación con otros materiales de
potenciación tales como por ejemplo un compuesto de trimetafosfato,
un fosfato amónico que tiene 500-3.000 unidades
fosfato de repetición (por ejemplo 1.000-3.000
unidades de repetición), un compuesto policarboxílico o mezclas de
los mismos.
La composición de yeso puede incluir también
aditivos adicionales tales como, aunque sin limitación, un aditivo
de refuerzo, un aglutinante (por ejemplo polímeros tales como
látex), perlita expandida, huecos de aire formados por una espuma
acuosa, un almidón tal como almidón pregelatinizado o una malla
fibrosa (por ejemplo sobre una plancha de yeso que comprende la
composición de yeso de la invención). Diversas combinaciones de
estos aditivos opcionales pueden incluirse en la composición de
yeso fraguado. Estos aditivos pueden incluirse en composiciones de
yeso que incluyen también uno o más de los materiales de
potenciación, según se desee.
El aditivo de refuerzo opcional puede incluirse
en la composición de yeso de la invención, si se desea, para
potenciar la resistencia y eficacia de filtración durante el
procesado como se analiza con más detalle a continuación en este
documento. Por ejemplo, el aditivo de refuerzo puede incluir fibras
celulósicas (por ejemplo, de papel), fibras minerales, otras fibras
sintéticas o combinaciones de las mismas. El aditivo de refuerzo tal
como fibras de papel puede proporcionarse en cualquier cantidad
adecuada. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el aditivo de
refuerzo está presente en una cantidad de aproximadamente el 2% a
aproximadamente el 15% en peso de la composición de yeso
fraguado.
Para facilitar adicionalmente una disminución de
la densidad, la composición de yeso fraguado de la invención
opcionalmente puede incluir huecos de aire formados por una espuma
acuosa (opuestos a los huecos de agua evaporada). En particular,
una espuma acuosa puede añadirse a la mezcla acuosa de yeso
calcinado durante la preparación tal como en la producción de
planchas actual. Cualquier agente espumante puede usarse en la
práctica de la invención tal como, por ejemplo, PFM 33 disponible
en CEO speciality chemicals, Ambler, Pensilvania.
Además, la composición de yeso puede incluir
opcionalmente almidón, tal como un almidón pregelatinizado o un
almidón modificado con ácido. La inclusión del almidón
pregelatinizado aumenta la resistencia del yeso fraguado y seco
moldeado y minimiza o evita el riesgo de deslaminación de papel en
condiciones de aumento de humedad (por ejemplo con respecto a
proporciones elevadas de agua a yeso calcinado). Un especialista
habitual en la técnica conocerá métodos para pregelatinizar almidón
bruto tales como, por ejemplo, cocer el almidón bruto en agua a
temperaturas de al menos aproximadamente 85ºC (185ºF) u otros
métodos. Los ejemplos adecuados de almidón pregelatinizado
incluyen, aunque sin limitación, almidón PCF 1000 disponible en el
mercado en Lauhoff Grain Company y almidones AMERIKOR 818 y HQM
PREGEL, ambos disponibles en el mercado en Archer Daniels Midland
Company. Si se incluye, el almidón pregelatinizado puede estar
presente en cualquier cantidad adecuada. Por ejemplo, si se
incluye, el almidón pregelatinizado puede añadirse a la mezcla usada
para formar la composición de yeso fraguado de manera que está
presente una cantidad de aproximadamente el 0,5% a aproximadamente
el 10% en peso de la composición de yeso fraguado.
La composición de yeso puede incluir también una
malla fibrosa. La malla fibrosa puede estar tejida o no tejida.
Deseablemente, la malla fibrosa está compuesta por un material que
puede acomodar la expansión de la composición del yeso durante la
hidratación. A modo de ejemplo, la malla fibrosa puede estar en
forma de malla de papel, una malla de fibra de vidrio u otra malla
de fibra sintética. En algunas realizaciones, la malla fibrosa está
no tejida y puede incluir fibra de vidrio. Deseablemente, la malla
fibrosa puede aplicarse a la superficie del yeso moldeado durante
la formación para formar una superficie plana y mejorar la
integridad, apariencia y capacidad de manejo del yeso seco moldeado
durante la producción, manejo y aplicación en campo. Además, la
malla fibrosa puede utilizarse como superficie expuesta en un
producto final (por ejemplo, un artesonado para techo) y como tal
proporciona una apariencia estéticamente agradable que puede ser
deseablemente suave. Si se proporciona, la malla fibrosa puede
tener cualquier espesor adecuado. Por ejemplo, en algunas
realizaciones, la malla fibrosa tiene un espesor de aproximadamente
0,0076 cm (0,003 pulgadas) a aproximadamente 0,381 cm (0,15
pulgadas).
En algunas realizaciones, son deseables
propiedades acústicas (por ejemplo, reducción de ruidos) tales como
por ejemplo cuando la composición de yeso de la invención está
presente en ciertos artículos tales como artesonado acústico. La
composición de yeso de la presente invención muestra preferiblemente
un coeficiente de reducción de ruido de al menos aproximadamente
0,4, de acuerdo con la norma ASTM E 1042-82, y más
preferiblemente, un coeficiente de reducción de ruido de o cerca de
1,0. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la composición de yeso
de la invención demuestra un coeficiente de reducción de ruido de al
menos aproximadamente 0,5, aún más preferiblemente un coeficiente
de reducción de ruido de al menos aproximadamente 0,6, aún más
preferiblemente un coeficiente de reducción de ruido de al menos
aproximadamente 0,7, aún más preferiblemente, un coeficiente de
reducción de ruido de al menos aproximadamente 0,8 y aún más
preferiblemente, un coeficiente de reducción de ruido de al menos
aproximadamente 0,9. En general, de acuerdo con la presente
invención, el valor acústico (por ejemplo según se mide por su
coeficiente de reducción de ruido) aumenta según el volumen de
huecos de agua evaporada aumenta en la matriz de interconexión de
yeso fraguado, y aumenta la proporción de agua a yeso calcinado en
la mezcla usada para preparar la composición de yeso fraguado.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se
proporciona un artículo que comprende la composición de yeso de la
invención. Por ejemplo, el artículo puede estar en forma de fibra
prensada, núcleo de puerta, un componente de un sistema de panel
aislante estructural, un artesonado acústico o un panel
aislante.
Además de la composición de yeso fraguado de la
invención, el artículo puede incluir una segunda composición de
yeso fraguado, que es más denso que la composición de yeso de la
invención. A modo de ejemplo, la composición de yeso de la
invención y la segunda composición de yeso más densa puede incluirse
en planchas de yeso diferentes que se intercalan para formar una
plancha de yeso compuesto en el artículo. Preferiblemente, la
segunda plancha de yeso tiene una densidad de al menos
aproximadamente 320 kg/m^{3} (20 lb/ft^{3}), más preferiblemente
una densidad de al menos aproximadamente 479 kg/m^{3} (30
lb/ft^{3}), y aún más preferiblemente una densidad de al menos
aproximadamente 639 kg/m^{3} (40 lb/ft^{3}). La densidad de la
segunda composición de yeso fraguado puede ser aún mayor (por
ejemplo, al menos aproximadamente 799 kg/m^{3} (50 lb/ft^{3}),
al menos aproximadamente 959 kg/m^{3} (60 lb/ft^{3}) o mayor).
A modo de contraste, la composición de yeso fraguado de la presente
invención preferiblemente tiene una densidad de menos de
aproximadamente 320 kg/m^{3} (20 lb/ft^{3}), tal como una
densidad de menos de aproximadamente 240 kg/m^{3} (15 lb/ft^{3})
o menos de aproximadamente 192 kg/m^{3} (12 lb/ft^{3}).
La presencia de la plancha de yeso densa es
deseable porque por ejemplo proporciona una cubierta para formar la
composición de yeso fraguado de menor densidad de la invención.
Además, la plancha de yeso densa proporciona resistencia en húmedo,
por ejemplo durante el procesado y resistencia en seco en el
compuesto acabado. La inclusión de una plancha de yeso densa
potencia también deseablemente resistencia a fuego y combado aunque
reflejando también sonido (aunque la plancha de yeso de menor
densidad de la invención absorbe el sonido) para ayudar a minimizar
el paso de sonido a través de un articulo que contiene el compuesto
de planchas de yeso.
Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra
esquemáticamente un material compuesto 10. El material compuesto 10
incluye una primera plancha de yeso 12, que incluye la composición
de yeso fraguado de la invención, así como una segunda plancha de
yeso 14, que incluye la segunda composición de yeso fraguado de
manera que es más denso que la primera plancha de yeso 12.
Opcionalmente, una malla de refuerzo (por ejemplo, una malla
porosa) puede intercalarse entre las planchas 12 y 14 por ejemplo
para facilitar la producción de la plancha de baja densidad 12 y
para potenciar la resistencia global del compuesto 10. En el
compuesto 10, las planchas 12 y 14 pueden ser de cualquier espesor
adecuado. Por ejemplo, la primera plancha 12 puede tener un espesor
de aproximadamente 1,27 cm (0,5 pulgadas) a aproximadamente 5,08 cm
(2 pulgadas) mientras que la segunda plancha 14 puede tener un
espesor de aproximadamente 0,159 cm (0,0625 pulgadas) a
aproximadamente 0,635 cm (0,25 pulgadas).
La primera plancha de yeso 12 incluye una
primera superficie 16 y una segunda superficie 18, y la segunda
plancha de yeso 14 incluye una primera superficie 20 y una segunda
superficie 22. La superficie 16 de la plancha de yeso 12 está en
contacto con la superficie 20 de la plancha de yeso 14. Se aplica
una malla fibrosa 24 a la superficie 18 de la plancha de yeso 12.
El material compuesto 10 incluye también papel de fibra prensada
para paredes 26 sobre la superficie 22 de la plancha de yeso 14.
La Figura 2 ilustra el material compuesto 10
mostrado en un artículo ejemplar, en concreto, un artesonado para
techo 28. Como en la Figura 1, la plancha densa, la plancha de yeso
fraguado de baja densidad de la presente invención y la malla
fibrosa están indicadas por los números 14, 12 y 24,
respectivamente. El artesonado para techo 24 incluye un borde 30
para facilitar el ajuste en suspensión durante el uso.
La Figura 3 ilustra dos materiales compuestos
10A y 10B unidos para formar un material compuesto laminado 32 (por
ejemplo que contiene más de un material compuesto). El material
compuesto laminado 32 incluye las primeras planchas yeso 12A y 12B,
y las segundas planchas más densas 14A y 14B. El papel de fibra
prensada 26A y 26B se lleva sobre las superficies externas 22A y
22B de las planchas de yeso 14A y 14B, respectivamente. Los dos
materiales compuestos 10A y 10B pueden combinarse de cualquier
manera adecuada. Por ejemplo, los compuestos 10A y 10B pueden
combinarse mediante un adhesivo 34. Aunque el adhesivo 34 se muestra
en la Figura 3, un especialista habitual en la técnica entenderá
que los compuestos 10A y 10B pueden unirse mediante cualquier otro
material adecuado tal como, aunque sin limitación, yeso, agentes
enlazantes, pegamentos, látex, aglutinantes. Se entenderá que en
algunas realizaciones (por ejemplo cuando se utiliza procesado
multietapa) una primera plancha de yeso 12 puede intercalarse entre
dos segundas planchas de yeso densas 14A y 14B, si se desea.
Volviendo ahora a la preparación de la
composición de yeso fraguado de acuerdo con la presente invención,
se forma una mezcla (por ejemplo, pasta o suspensión) de yeso
calcinado y agua. El volumen hueco de agua evaporada de la
composición de yeso fraguado de la presente invención varía
proporcionalmente con la proporción en peso de agua a yeso
calcinado usada para preparar la mezcla acuosa de yeso calcinado a
partir de la que se moldea la composición de yeso fraguado. De esta
manera, cuanto más alta sea la proporción de agua a yeso calcinado
usada para preparar la mezcla, mayor será el volumen de huecos de
agua evaporada en la matriz de interconexión de yeso fraguado, y
menor la densidad de la composición de yeso fraguado.
Preferiblemente, la proporción en peso de agua a
yeso calcinado que tiene al menos el 30% en peso de yeso calcinado
no fibroso usado para preparar la mezcla es de al menos
aproximadamente 3:1, más preferiblemente de aproximadamente 3:1 a
aproximadamente 12:1. En algunas realizaciones, la proporción en
peso de agua a yeso calcinado que tiene al menos el 30% en peso de
yeso calcinado no fibroso usado para preparar la mezcla es de
aproximadamente 4,5:1 a aproximadamente 9:1 o la proporción en peso
de agua a yeso calcinado que tiene al menos el 30% en peso de yeso
calcinado no fibroso usado para preparar la mezcla es de
aproximadamente 5:1 a aproximadamente 8:1. Se entenderá que
diversas proporciones de la mezcla de yeso calcinado fibroso y no
fibroso pueden usarse en la práctica de la invención. Cuando la
composición de yeso fraguado se forma a partir de más del 70% en
peso de yeso calcinado fibroso, la proporción en peso de agua a yeso
calcinado usada para preparar la mezcla es de al menos
aproximadamente 4,5:1 a aproximadamente 12:1, preferiblemente la
proporción en peso de agua a yeso calcinado en esta realización es
de aproximadamente 4,5:1 a aproximadamente 9:1, y más
preferiblemente de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 8:1.
Antes de moldear la mezcla, uno o más materiales
de potenciación tales como por ejemplo un compuesto de
trimetafosfato, un polifosfato amónico que tiene
500-3.000 unidades fosfato de repetición, un
compuesto policarboxílico, un tensioactivo o combinaciones de los
mismos se introduce en la mezcla acuosa de yeso calcinado. La
cantidad de material de potenciación introducido en la mezcla de
yeso calcinado acuoso se basa preferiblemente en la cantidad en
peso de yeso calcinado añadido para formar la mezcla.
También antes del moldeo, la mezcla acuosa de
yeso calcinado puede proporcionarse con aditivos opcionales tales
como, aunque sin limitación, un aditivo de refuerzo (tal como
fibras), un aglutinante (por ejemplo, polímeros tales como látex),
perlita expandida, una espuma acuosa para formar huecos inducidos
por espuma en la composición de matriz fraguada, un almidón (tal
como almidón pregelatinizado), agentes de aceleración, agentes de
retardo, biocidas, fungicidas, bactericidas, agentes de resistencia
al agua, otros aditivos como entenderá un especialista habitual en
la técnica, y combinaciones de los mismos.
La mezcla acuosa de yeso calcinado que incluye
ahora el material de potenciación y otros aditivos opcionales,
deseablemente se agita mientras está húmeda y después se moldea (por
ejemplo, en forma de una plancha). Durante la formación del moldeo
una malla fibrosa como se describe en este documento opcionalmente
puede aplicarse a una superficie de la mezcla. Para reducir los
costes de secado, la colada de yeso en húmedo puede filtrarse (por
ejemplo a aproximadamente 20 a 501 mmHg) si se desea, para drenar el
exceso de agua después de la hidratación total del yeso calcinado.
El moldeo de yeso filtrado o no filtrado se seca después (por
ejemplo en un horno o estufa) para formar la composición de yeso
fraguado seca.
Significativamente, la composición de yeso de
acuerdo con la invención presenta estabilidad dimensional y, en
particular, es resistente a contracción durante el proceso. A este
respecto, la composición de yeso fraguado experimenta contracción
de aproximadamente el 2% o menor durante la preparación de la misma,
más preferiblemente una contracción de aproximadamente el 1% o
menor e incluso más preferiblemente una contracción de
aproximadamente el 0,1% o menor. Es particularmente sorprendente
que dicha composición de yeso fraguado de baja densidad pueda
prepararse con un grado tan bajo de contracción.
Como entenderá una persona especialista habitual
en la técnica, el tratamiento adicional puede aplicarse después de
secado. Por ejemplo, la composición de yeso fraguado puede tratarse
con una resina de recubrimiento y/o impregnado de silicato para
reforzar la composición de yeso y mejorar las propiedades físicas,
químicas y mecánicas.
Estrictamente a modo de ejemplo, se muestra a
continuación un esquema de proceso ejemplar para la preparación de
una plancha de yeso fraguado de baja densidad:
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Esquema
1
Para formar un material compuesto (por ejemplo,
para usar en un artículo) se proporciona papel de fibra prensada
con un doble pliegue cerca de cada borde. Los bordes con pliegue se
pliegan de la forma deseada para formar una bandeja. Una capa densa
de suspensión de yeso se deposita sobre el papel desde una
mezcladora de plancha de yeso, controlando el espesor y la
colocación de la capa como entenderá un especialista habitual en la
técnica. La mezcla de yeso calcinada acuosa restante se dirige a
través de un proceso de mezcla adicional para añadir más agua (y,
según se desee, materiales de potenciamiento y/o aditivos opcionales
como se ha descrito en este documento) para preparar la mezcla para
la formación de la composición de yeso fraguado de menor densidad
de la invención. La suspensión para la capa de baja densidad se
deposita entonces sobre la capa densa con rodillos, dispositivos de
limpieza y similares, como entenderán los especialistas habituales
en la técnica. Puede aplicarse una maya fibrosa tejida o no tejida
si se desea.
Dicha formación de material compuesto puede
realizarse sobre una línea de fabricación de plancha de yeso
convencional, para experimentar un proceso de fraguado. Cuando el
material compuesto está casi hidratado, una parte superior de la
plancha de baja densidad opcionalmente puede perforarse para mejorar
las propiedades de secado y potenciar sus propiedades de reducción
de ruido. El material compuesto se corta después a la longitud
deseada, por ejemplo usando cuchillos de plancha o chorros de corte
a la alta presión. La plancha puede secarse entonces por ejemplo
con el lado del papel hacia abajo y el lado sin papel o de malla de
fibra hacia arriba.
El acabado adicional varía dependiendo del
artículo deseado. Por ejemplo, con respecto a artesonado para techo
el acabado implica serrar al tamaño deseado, dar textura, recubrir y
envasar. Los procesos de acabado para otras aplicaciones pueden
implicar, por ejemplo, laminación de las caras (el lado del papel
hacia fuera), laminación trasera (el lado del papel hacia dentro),
acabado dimensional (serrados finales) y procesos de recubrimiento
cuando se desee.
El volumen de huecos de agua evaporada de las
composiciones de yeso fraguado de acuerdo con la invención se
determinó mediante el ensayo de volumen de huecos de agua evaporada
(EWVV) descrito a continuación. El ensayo usa microscopía de
barrido electrónico y análisis microscópico de imágenes para
determinar el volumen de huecos de agua de la matriz de
interconexión del yeso fraguado. El ensayo distingue los huecos que
pueden estar en la composición de yeso fraguado debido a agentes de
espumación o similares.
Durante la preparación para el ensayo EWVV, se
prepara en primer lugar una composición de yeso fraguado. Una
muestra de la composición de yeso fraguado se prepara después para
análisis SEM de la siguiente manera: en primer lugar se ponen epoxi
(se usó epoxi Buhler) y endurecedor epóxido a un alto vacío para
desgasificar en recipientes separados. Después de desgasificar, la
epoxi y el endurecedor se mezclan en una proporción 6:1 a presión
ambiente durante 5 minutos en un recipiente rotatorio con adición
mínima de aire. El recipiente que contiene esta mezcla y la
muestra, situada en un recipiente de montaje de goma se ponen
después a un alto vacío. La mezcla epoxi se vierte después sobre la
muestra de yeso usando un motor activado de forma remota que
inclina el recipiente de epoxi hacia su posición. El aire se admite
lentamente en la cámara y la presión añadida conduce la epoxi a
todos los espacios vacíos que forman el yeso fraguado. Un marcador
de muestra se inserta en la epoxi antes del curado para evitar que
haya alguna confusión en la identificación de la muestra.
Después del curado, se realiza molienda por
lapeado con ruedas de diamante de metal enlazado de 120 micrómetros
seguido de 75 micrómetros, 45 micrómetros y 15 micrómetros. Se muele
suficiente muestra para proporcionar una vista de la sección
transversal de la muestra de yeso.
El pulido sigue a la molienda usando METADI
(disponible en Buhler, Lake Bluff, Illinois) de 9 micrómetros (30
minutos) y un micrómetro (30 minutos), suspensión de diamante basada
en aceite sobre TEXMET (disponible también Buhler) a 120 RPM.
La muestra se recubre después con una capa fina
de carbono usando un sistema de pulverización Denton Vacuum Desk II
equipado con una unión de carbono. Se debe tener cuidado en
proporcionar un recubrimiento de carbono uniforme sobre las
secciones transversales pulidas para evitar oscilaciones de brillo y
contraste durante la toma de imagen.
Cada muestra se pinta después con plata para
proporcionar contacto de tierra durante la formación de imagen SEM
a un aumento de 300x. Se toman imágenes de todas las muestras en un
SEM Topcon SEM 300 equipado con un detector de electrones de
retrodispersión en estado sólido. La imágenes se seleccionan
visualmente de manera que el área que se está analizando es
únicamente la fase continua de la matriz de yeso fraguado que
incluye sus huecos de agua evaporada y excluye discontinuidades
macrodimensionadas, por ejemplo, huecos de aire de espuma, fibras
de papel y similares, que no son parte de la fase continua de la
matriz de interconexión del yeso fraguado. El análisis SEM se
realiza como se describe en King et al., "An Effective
SEM-Based Image Analysis System for Quantitative
Mineralogy", Kona Powder and Particle, Nº 11 (1993), usando un
programa de ordenador descrito en ese documento. El análisis de
imagen proporciona el volumen de huecos de agua evaporada para la
matriz de interconexión de la composición de yeso fraguado.
Los siguientes ejemplos se ilustran
adicionalmente la presente invención.
Ejemplo
1
Se prepararon muestras de composiciones que
contienen yeso fraguado de acuerdo con la invención y se compararon
con respecto a su densidad en seco, valor de reducción de ruido
(NRC) y contracción durante el secado.
Se prepararon moldes de yeso por mezcla en seco:
300 g de sulfato cálcico beta hemihidrato: 2,0 g de un acelerador
de fraguado que comprende partículas molidas finas de sulfato
cálcico dihidrato recubiertas con azúcar para mantener la eficacia
y calentadas como se describe en la Patente de Estados Unidos Nº
3.573.947, a diversas proporciones de agua a estuco (es decir yeso
calcinado). Las muestras se mezclaron después con diversas
cantidades de agua corriente que tenía una temperatura de 70ºF
(\approx 21ºC) en un mezclador WARING de 5 litros, se dejó
empapar durante 5 segundos y se mezcló a baja velocidad durante 10 a
25 segundos. La cantidad de agua y estuco (es decir, yeso
calcinado) se varío para proporciona proporciones de agua a estuco
de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 9:1. Las suspensiones
formadas de esta manera se colaron en los moldes deseados para
preparar moldes de yeso que tenía un anillo de
16,5 cm de espesor (diámetro de seis pulgadas y anillo de media pulgada de espesor). Después de que el sulfato cálcico hemihidrato fraguara para formar el molde de yeso (sulfato cálcico dihidrato), el anillo se retiró de los moldes y se secó en un horno ventilado a 112ºF (44,4ºC) durante al menos 24 horas o hasta que su peso dejó de cambiar. Los moldes de yeso seco se usaron después para el ensayo EWVV, medida de la densidad, NRC y contracción durante el secado.
16,5 cm de espesor (diámetro de seis pulgadas y anillo de media pulgada de espesor). Después de que el sulfato cálcico hemihidrato fraguara para formar el molde de yeso (sulfato cálcico dihidrato), el anillo se retiró de los moldes y se secó en un horno ventilado a 112ºF (44,4ºC) durante al menos 24 horas o hasta que su peso dejó de cambiar. Los moldes de yeso seco se usaron después para el ensayo EWVV, medida de la densidad, NRC y contracción durante el secado.
La densidad del molde de yeso se obtuvo a partir
de sus medidas de volumen y peso. La contracción del molde de yeso
se calculó a partir de la diferencia en su tamaño antes y después
del secado. El valor de NRC del molde de yeso se obtuvo a partir
del ensayo de tubo de impedancia convencional (según el
procedimiento ASTM, ASTM E 1042-92). El volumen de
huecos de agua evaporada del molde de yeso se obtuvo a partir del
ensayo de volumen de huecos de agua evaporada descrito
anteriormente.
Los resultados de EWVV se presentan en la TABLA
I a continuación, como valores medios de tres muestras ensayadas.
Los resultados reflejan aproximadamente el 87% de muestras de yeso
puras (con aproximadamente el 13% de impurezas). El EWVV varía
directamente con la pureza del yeso calcinado usado para preparar la
matriz de interconexión del yeso fraguado. De esta manera, se
espera que los valores de EWVV sean mayores con yeso calcinado de
mayor pureza. Los valores de EWVV se espera que sean menores con
yeso calcinado que tiene un mayor porcentaje de impurezas. Se
analizaron diez imágenes para cada muestra a un aumento de 300 X y
estas diez imágenes se sometieron al análisis de imagen descrita
anteriormente para el ensayo EWVV. Los valores medidos se presentan
como media de las diez imágenes analizadas y se estima que tienen
un error experimental de aproximadamente +/- 5% basado en el propio
ensayo EWVV.
En las tablas:
- TMP
- denota trimetafosfato sódico;
- APP
- denota polifosfato sódico;
- PC
- denota un ácido poli(acrílico) que tiene un peso molecular de aproximadamente 500.000; y
- S
- denota un tensioactivo capaz de disminuir la tensión superficial de la mezcla agua y yeso calcinado a partir de la que el yeso fraguado se moldea a aproximadamente 40 dinas/cm.
Los datos en la Tabla I ilustran la variación en
el volumen de huecos de agua de la matriz de interconexión de yeso
fraguado según cambia la proporción de agua a yeso calcinado. Más
específicamente, se observa que el EWVV para la composición de yeso
fraguado aumenta según aumenta la proporción de agua a estuco de la
mezcla a partir de la cual se moldea la composición de yeso
fraguado. Los datos muestran también que inesperadamente pueden
usarse mayores proporciones de agua a estuco para preparar una
matriz de interconexión de yeso fraguado con un grado muy alto de
huecos de agua evaporada. Dichas composiciones son beneficiosas
debido a su baja densidad y/o sus propiedades acústicas, como puede
observarse en los datos de la Tabla II.
La Tabla II ilustra la preparación de
composiciones de yeso fraguado hechas con diversas proporciones de
agua a estuco y con diversos materiales de potenciación de acuerdo
con la invención. Para propósitos de comparación, se incluyen
también las composiciones de yeso fraguado que no incluyen los
materiales de potenciación.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los datos en la Tabla II ilustran adicionalmente
que las composiciones de yeso fraguado de baja densidad pueden
prepararse de acuerdo con la invención. Los datos muestran también
que según aumenta la proporción de agua a estuco usada en la mezcla
acuosa de yeso calcinado a partir de la que se moldea la composición
de yeso fraguado, disminuye la densidad de la composición de yeso
fraguado. La reducción de densidad se debe al mayor volumen de
huecos de agua evaporada en las composiciones de yeso fraguado
preparadas usando las mayores proporciones de agua a estuco.
Los datos ilustran también las propiedades
acústicas mejoradas según se mide mediante el valor de NRC que
puede conseguirse con composiciones de yeso fraguado preparadas
usando las mayores proporciones de agua a estuco de acuerdo con la
invención. Se entenderá que los valores de NRC presentados en la
Tabla II son para la propia matriz de interconexión de yeso
fraguado, puesto que no hay otros aditivos de absorción de sonido,
tales como fibras de papel o similares, en estas composiciones que
contribuyan a las propiedades acústicas. Cuanto mayores sean los
valores de NRC de la matriz de interconexión de yeso fraguado
permiten la preparación de un artesonado acústico basado en yeso de
baja densidad con altos valores de NRC, y que puede potenciarse
adicionalmente en términos de su comportamiento acústico con la
selección de aditivos y otras técnicas conocidas en la técnica para
mejorar el rendimiento acústico. Como alternativa, usando las
composiciones de alto NRC de acuerdo con la invención, es posible
usar menos papel u otros potenciadores acústicos conocidos y
conseguir a un artesonado acústico que satisfaga o que supere los
niveles industriales.
Adicionalmente, las composiciones de yeso
fraguado de baja densidad que se preparan usando materiales
potenciados de acuerdo con la invención son menos propensas a
contracción que las composiciones de yeso fraguado de baja densidad
preparadas sin los materiales de potenciación. Por consiguiente, las
composiciones de yeso fraguado de cualquier tamaño o forma
incluyendo por ejemplo planchas, artesonados acústicos, paneles,
núcleos de puertas, pueden prepararse de tamaños y tolerancias
convencionales sin contracción significativa y sus pérdidas
relacionadas, por ejemplo, recortes.
Aunque esta invención se ha descrito con énfasis
respecto a las realizaciones preferidas, será obvio para aquellos
especialistas en la técnica que pueden usarse variaciones de las
realizaciones preferidas y que se pretende que la invención se
practique de una manera distinta a la descrita específicamente en
este documento. Por consiguiente, esta invención incluye todas las
modificaciones abarcadas por el alcance de la invención, como se
define mediante las siguientes reivindicaciones.
Claims (21)
1. Una composición de yeso fraguado preparada
por un método que comprende:
preparar una mezcla formada a partir de al menos
yeso calcinado, agua y un material potenciador seleccionado entre
el grupo compuesto por un compuesto trimetafosfato, un polifosfato
amónico que tiene 500-3000 unidades fosfato de
repetición, un compuesto policarboxílico, un tensioactivo y
combinaciones de los mismos, en el que la proporción en peso de
agua a yeso calcinado presente en la mezcla es de al menos
aproximadamente 3:1; y
mantener la mezcla en condiciones suficientes
para que el yeso calcinado forme una matriz de interconexión de
yeso fraguado.
2. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que el material de potenciación es trimetafosfato sódico y
trimetafosfato sódico y al menos un polifosfato amónico que tiene
1000-3000 unidades de repetición.
3. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que el compuesto policarboxílico es un poliacrilato que
tiene un peso molecular de 200.000 Daltons a 700.000 Daltons.
4. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que el tensioactivo se selecciona entre el grupo compuesto
por tensioactivos basados en glicol acetilénico, tensioactivos que
contienen flúor, tensioactivos que contienen silicona y
combinaciones de los mismos.
5. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que el tensioactivo está caracterizado por tener la
capacidad de reducir la tensión superficial del agua a 40 dinas/cm o
menor.
6. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que dicha composición tiene un coeficiente de reducción de
ruido de al menos 0,4, de acuerdo con ASTM E
1042-92.
7. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que dicha composición está formada adicionalmente a partir
de al menos uno de los siguientes: una malla fibrosa, un
aglutinante, perlita expandida, un almidón, un aditivo de refuerzo
y huecos de aire formados por una espuma acuosa.
8. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que la proporción en peso de agua a yeso calcinado usada
para preparar la mezcla es de 4,5:1 a 9:1.
9. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que al menos el 50% en peso de dicho yeso calcinado es
sulfato cálcico beta hemihidrato.
10. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que la cantidad de material de potenciación usado para
formar la mezcla es del 0,01% al 5% en peso de dicho yeso
calcinado.
11. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que el material de potenciamiento es un compuesto
trimetafosfato y un compuesto policarboxílico o un polifosfato
amónico que tiene 500-3000 unidades fosfato de
repetición y un compuesto policarboxílico.
12. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que la proporción en peso de agua a yeso calcinado usada
para preparar la mezcla es de 3:1 a 12:1.
13. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que la proporción en peso de agua a yeso calcinado usada
para preparar la mezcla es de 5:1 a 8:1.
14. La composición de yeso de la reivindicación
1, en la que la composición de yeso fraguado se contrae como mucho
un 2%.
15. Un artículo que comprende una plancha de
yeso, en el que la plancha de yeso incluye la composición de yeso
de la reivindicación 1.
16. El artículo de la reivindicación 15, que
comprende adicionalmente una segunda plancha de yeso, y la densidad
de dicha segunda plancha de yeso es mayor que la densidad de la
composición de yeso.
17. El artículo de la reivindicación 16, en el
que la segunda plancha de yeso tiene una densidad de al menos
aproximadamente 320 kg/m^{3} (20 lb/pie^{3}) y en el que la
composición de yeso tiene una densidad de menos de aproximadamente
320 kg/m^{3} (20 lb/pie^{3}).
18. El artículo de la reivindicación 16, que
comprende adicionalmente papel de fibra prensada, en el que el
papel de fibra prensada se lleva sobre la segunda plancha de
yeso.
19. El artículo de la reivindicación 16, que
comprende adicionalmente una tercera plancha de yeso y la densidad
de dicha tercera plancha de yeso es mayor que la densidad de la
composición de yeso.
20. El artículo de la reivindicación 19 que
comprende adicionalmente una segunda composición de yeso, y la
densidad de dicha segunda composición de yeso es menor que la
densidad de la segunda plancha de yeso y la tercera plancha de
yeso.
21. Un método para preparar una composición de
yeso fraguado que comprende:
preparar una mezcla formada a partir de al menos
yeso calcinado, agua y un material potenciador seleccionado entre
el grupo compuesto por un compuesto de trimetafosfato, un
polifosfato amónico que tiene de 500-3000 unidades
fosfato de repetición, un compuesto policarboxílico, un tensioactivo
y combinaciones de los mismos, y en el que la proporción de agua a
yeso calcinado usada para preparar la mezclar es de al menos
aproximadamente 3:1; y
mantener la mezcla en condiciones suficientes
para que el yeso calcinado forme una matriz de yeso fraguado.
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