ES2714805T3

ES2714805T3 - Lechada de yeso que emplea un dispersante de dos unidades de repetición

Info

Publication number: ES2714805T3
Application number: ES06773013T
Authority: ES
Inventors: Qingxia Liu; Michael Shake; David Blackburn; John Wilson; Brian Randall; Dennis Lettkeman
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2019-05-30
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: UA91862C2; NZ562971A; RU2420471C2; US8142915B2; HUE043562T2; US7767019B2; US20110213043A1; US20100056655A1; MX2007015523A; US20060278130A1; IL187018A0; DK1896374T3; TW200704619A; CN101203466A; US7776462B2; WO2006138000A3; RU2008101459A; PT1896374T; US20060278127A1; WO2006138000A2

Abstract

Lechada de yeso que consiste en: agua; un componente hidráulico que consiste en sulfato de calcio hemihidratado; y un dispersante de policarboxilato que presenta unidades de repetición que consisten en una primera y una segunda unidades de repetición, donde dicha primera unidad de repetición es una unidad de repetición de ácido monocarboxílico insaturado olefínico o un éster o sal del mismo, o una unidad de repetición de ácido sulfúrico insaturado olefínico o una sal del mismo, y dicha segunda unidad de repetición es de la fórmula general (I)**Fórmula** donde R1 es representado por y donde R2 es hidrógeno o un grupo C1 a C5 hidrocarburo alifático, R3 es un grupo arilo no sustituido o sustituido y preferiblemente fenilo, y R4 es hidrógeno o un grupo C1 a C20 hidrocarburo alifático, un grupo C5 a C8 hidrocarburo cicloalifático, un grupo C6 a C14 arilo sustituido o un grupo que se adapta a las fórmulas**Fórmula** donde R5 y R7, independiente entre sí, representan un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alquilarilo y R6 es un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alcarilo divalente, p es 0 a 3, inclusive, m y n son, independientemente, un entero desde 2 a 4, inclusive; x e y son, independientemente, enteros desde 55 a 350, inclusive y z es desde 0 a 200, inclusive; y, opcionalmente, al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en retardadores de fraguado, aceleradores de fraguado, agentes espumantes, trimetafosfatos, biocidas, almidones, azúcares, siloxanos y emulsiones de cera.

Description

DESCRIPCION

Lechada de yeso que emplea un dispersante de dos unidades de repeticion

ESTADO DE LA TECNICA

[0001] La presente invencion se refiere a productos de yeso de secado rapido. Mas en particular, se refiere a una lechada de yeso que requiere menos tiempo de secado o menos energfa que los productos convencionales.

[0002] Los productos de construccion a base de yeso suelen utilizarse en la construccion. Las placas hechas con yeso son resistentes al fuego y pueden utilizarse en la construccion de paredes de casi cualquier forma. Principalmente, se utilizan como paredes interiores y productos de techo. El yeso presenta propiedades de amortiguacion del sonido. En caso de danarse, puede repararse o sustituirse de forma relativamente facil. Existe una variedad de acabados decorativos que pueden aplicarse a la placa, incluidos la pintura y el papel pintado. Aun con todas estas ventajas, sigue siendo un material de construccion relativamente economico. En los documentos de patente US 4327 146 A y US 2004/112257 se dan a conocer lechadas de yeso o productos de yeso conocidos.

[0003] Un motivo que explica el bajo precio de los paneles de placa de yeso es que se fabrican mediante un proceso rapido y eficiente. Una lechada, que incluye sulfato de calcio hemihidratado y agua, se utiliza para formar el nucleo y se deposita continuamente sobre una lamina de cubierta de papel que se desplaza por debajo de una mezcladora. Una segunda lamina de cubierta de papel se aplica sobre la misma y al conjunto resultante se le da forma de panel. El sulfato de calcio hemihidratado reacciona con una cantidad suficiente del agua para convertir el hemihidrato en una matriz de cristales de dihidrato de sulfato de calcio que se entrelazan, de tal forma que fragua y se pone firme. La banda continua formada de este modo se transporta sobre una cinta hasta que el yeso calcinado fragua y, mas adelante, se corta la banda para formar placas de una longitud deseada, transportandose dichas placas a traves de un horno de secado para eliminar el exceso de humedad. Puesto que cada una de estas etapas tarda solamente unos minutos, unos pequenos cambios en cualquiera de estas etapas del proceso pueden conducir a graves ineficiencias en el proceso de fabricacion.

[0004] La cantidad de agua anadida para formar la lechada sobrepasa la que se necesita para completar la reaccion de hidratacion. Una pequena cantidad del agua que se anade a la lechada de yeso se utiliza para hidratar el yeso calcinado, tambien conocido como sulfato de calcio hemihidratado, para formar una matriz que se entrelaza de cristales de dihidrato de sulfato de calcio. El exceso de agua proporciona a la lechada la suficiente fluidez para salir de la mezcladora y situarse sobre el material de revestimiento de modo que se le de el ancho y el grosor adecuados. Mientras el producto se encuentra en estado humedo, es demasiado pesado para moverlo y relativamente fragil. El exceso de agua se elimina de la placa mediante evaporacion. Si se dejara que el exceso de agua se evaporara a temperatura ambiente, el apilamiento y almacenamiento de las placas ocupana un espacio muy grande mientras se deja que se seque con aire o requerina un transportador lo suficientemente largo como para proporcionar un tiempo de secado adecuado. Hasta que la placa no haya fraguado y este suficientemente seca, es un tanto fragil, de tal forma que debe protegerse de danos o aplastamientos.

[0005] Para secar las placas en un periodo de tiempo relativamente corto, el producto de placa normalmente se seca mediante evaporacion del exceso de agua a temperaturas elevadas, por ejemplo, en un horno. Es relativamente caro construir y manejar el horno a temperaturas elevadas, particularmente cuando aumenta el coste de los combustibles fosiles. Podna obtenerse una reduccion de los costes de produccion mediante la reduccion de la cantidad de excedente de agua presente en las placas de yeso fraguadas que, posteriormente, se elimina por evaporacion.

[0006] Otro motivo para reducir el agua es que la solidez de los productos de yeso es inversamente proporcional a la cantidad de agua utilizada en su fabricacion, especialmente en lechadas de densidad completa. A medida que se evapora el excedente de agua, deja vados en la matriz ocupada por el agua. En los casos en los que se hayan utilizado grandes cantidades de agua para hacer mas fluida la lechada de yeso, quedaran mas vados en el producto mas grandes cuando este completamente seco. Estos vados disminuyen la densidad y la solidez del producto en el producto acabado.

[0007] Se conocen dispersantes que se utilizan con yeso y que ayudan a hacer mas fluida la mezcla de agua y sulfato de calcio hemihidratado, de tal forma que se necesita menos agua para hacer una lechada fluida. Los dispersantes de sulfonato de naftaleno son muy conocidos, pero tienen poca eficacia. Los dispersantes de policarboxilato son ampliamente utilizados con cementos y, en menos medida, con yeso. La clase de compuestos representados por el termino "dispersantes de policarboxilato" es enorme y es muy diffcil predecir como reaccionan los compuestos individuales con medios distintos. En el documento EP 1052 232 A1, por ejemplo, se da a conocer la utilizacion de poUmero de policarboxilato en composiciones de lechada. En el documento EP 0537 870 A1 se describe la utilizacion de copoUmeros, por ejemplo, en superplastificantes de cemneto hidraulico, donde dichos copoUmeros pueden utilizarse en la preparacion de una mezcla de cemento que necesita menos agua.

[0008] A pesar de la gran cantidad de la tecnica anterior en relacion con los dispersantes de policarboxilato, resulta complicado predecir el efecto de un compuesto particular en los productos con los que se utiliza. Los policarboxilatos son, por lo general, conocidos por mejorar la fluidez del cemento. Esto no significa necesariamente que cada policarboxilato producira el mismo resultado en los productos de yeso. El yeso y el cemento forman diferentes patrones de cristales que pueden dispersarse de forma distinta en una solucion de policarboxilato. Los tiempos de fraguado de estos materiales hidraulicos son muy distintos, lo que hace que los efectos retardantes de algunos policarboxilatos, que son insignificantes en cemento, sean fundamentales en el fraguado de una placa de yeso. Existen incluso variaciones dentro del campo de los productos de yeso, siendo algunos policarboxilatos eficaces para determinadas fuentes de yeso y no para otras. La falta de predictibilidad de la eficacia del policarboxilato en el yeso o en el cemento dificulta la realizacion de un producto de placa con poca agua dadas las limitaciones del proceso de fabricacion.

[0009] Otro inconveniente es que se sabe que los policarboxilatos interaction con otros aditivos en los productos de yeso. Por ejemplo, puede anadirse espuma a la placa de yeso para reducir el peso de la placa. No obstante, algunos policarboxilatos desestabilizan determinadas espumas, lo que hace que se hundan y pierdan su eficacia antes de que la placa frague. La reaccion del policarboxilato con espuma, por lo general, no es predecible a partir del conocimiento de la estructura qrnmica del dispersante de policarboxilato particular que se utiliza.

[0010] Ademas de servir como dispersantes, los policarboxilatos son conocidos por retrasar el fraguado de las lechadas hidraulicas. El retraso del fraguado de una lechada de cemento varios minutos sena insignificante. No obstante, en una cadena de placas de alta velocidad, el retraso del fraguado unos minutos podna dar lugar a una placa que estana demasiado blanda para cortarse, sena demasiado fragil para desplazarse al horno o incluso demasiado blanda para transportarse sobre la cadena de produccion. La placa debena haber fraguado aproximadamente un 50 % cuando se corta con cuchillas con el fin de resistir la manipulacion posterior. Cuando se utilizan grandes dosis de policarboxilatos para hacer una lechada fluida con proporciones de agua y estuco bajas, puede retrasarse el tiempo de fraguado lo suficiente como para que se necesite reducir la velocidad de la cadena de produccion de placas, de tal forma que se reduce la eficacia enormemente. Por lo tanto, el retraso de los tiempos de fraguado del producto solamente unos minutos puede reducir la productividad de una cadena de produccion de placas a la mitad, mientras que dicho retraso en el procesamiento de los materiales cementosos no se notana.

[0011] Asimismo, el retraso de los tiempos de fraguado con la utilizacion de dispersantes de policarboxilato no siempre puede superarse con la adicion de aceleradores de fraguado. La adicion de aceleradores de fraguado a la mezcladora disminuye el tiempo de fraguado, pero tambien provoca la formacion de cristales de dihidrato antes de que la lechada salga de la mezcladora, lo que da lugar a un espesamiento prematuro y a una fluidez reducida de la lechada. Por lo tanto, la utilizacion de aceleradores de fraguado para superar el retraso del fraguado puede frustrar el objetivo de anadir el dispersante de policarboxilato para aumentar la fluidez en primer lugar.

[0012] Una gran mejora consistina en desarrollar una lechada de yeso a partir de la que pudieran fabricarse placas que no necesiten secado en horno o tiempos de secado largos. Asimismo, la lechada mejorada podna secarse rapidamente sin aumentar los tiempos de fraguado asociados a la utilizacion de los dispersantes de policarboxilato.

RESUMEN DE LA INVENCION

[0013] Mediante la presente invencion de una lechada de yeso mejorada, se mejora esta y otras necesidades. En este sentido, la presente invencion se refiere a una lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1. Diversos modos de realizacion adicionales son objeto de las reivindicaciones dependientes. Todos los modos de realizacion descritos en la presente solicitud que no se encuentren dentro del alcance de la proteccion de las reivindicaciones quedan excluidos de la presente invencion.

[0014] La lechada de yeso incluye agua, un componente hidraulico que incluye al menos un 50 % de sulfato de calcio hemihidratado a partir del peso del componente hidraulico y un dispersante de policarboxilato de dos unidades de repeticion espedfico.

[0015] El dispersante de policarboxilato es un copolfmero que incluye una primera y una segunda unidades de repeticion, donde dicha primera unidad de repeticion es una unidad de repeticion de acido monocarboxflico insaturado olefrnico o un ester o sal del mismo, o una unidad de repeticion de acido sulfurico insaturado olefrnico o una sal del mismo, y dicha segunda unidad de repeticion es de la formula general:

donde R1 es representado por

R ² es hidrogeno o un grupo Ci a C ⁵ hidrocarburo alifatico. R ³ es un grupo arilo no sustituido o sustituido, preferiblemente fenilo. R4 es hidrogeno o un grupo Ci a C ²⁰ hidrocarburo alifatico, un grupo C ⁵ a C8 hidrocarburo cicloalifatico, un grupo C ⁶ a C ¹⁴ arilo sustituido o un grupo que se adapta a la formula

R5 y R7, independiente entre si, representan un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alquilarilo y R6 es un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alcarilo divalente. p es 0 a 3, inclusive. m y n son, independientemente, un entero desde 2 a 4, inclusive. x e y son, independientemente, enteros desde 55 a 350, inclusive. El valor de z es de entre 0 y 200, inclusive.

[0016] La lechada de yeso de la presente invention, su procedimiento de fabrication y el panel de yeso hecho a partir de la misma dan lugar al ahorro en costes relacionado con la carga de combustible de los hornos. No se necesita eliminar tanta agua de los poros de los productos de yeso, lo que permite reducir la temperatura del horno o la cantidad de tiempo que pasan los productos en el horno. Se ahora en combustibles fosiles y pueden obtenerse los ahorros en costes derivados de los mismos.

[0017] El dispersante utilizado en esta invencion tambien es menos retardante que otros dispersantes de policarboxilato para obtener la misma fluidez. De esta manera, se consigue reducir la necesidad de aceleradores de fraguado y costes asociados. Tambien permite reducir aun mas la proportion de agua y estuco en una placa de yeso antes de que la resistencia en verde del producto sea insuficiente para continuar con la fabricacion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

[0018] Una lechada de yeso se hace a partir de sulfato de calcio hemihidratado, agua y un dispersante de dos unidades de repeticion espetifico. El dispersante incluye una unidad de repeticion de acido carboxflico y una unidad de repeticion de alquenil polieter glicol.

[0019] El material hidraulico incluye cualquier sulfato de calcio hemihidratado, tambien conocido como estuco o yeso calcinado, preferiblemente en cantidades de al menos un 50 %. Preferiblemente, la cantidad de sulfato de calcio hemihidratado es de al menos un 75 %, al menos un 80 % o al menos un 85 % de estuco. En muchas formulaciones de placas, el material hidraulico es sustancialmente todo sulfato de calcio hemihidratado. Puede utilizarse cualquier forma de yeso calcinado, incluidos, pero sin caracter limitativo, el estuco alfa o beta. La utilization de sulfato de calcio anhidro, yeso sintetico o yeso natural tambien se contempla, aunque preferiblemente en cantidades pequenas inferiores a un 20 %. Otros materiales hidraulicos, incluidos el cemento y la ceniza volante, se incluyen de forma opcional en la lechada.

[0020] Si bien cualquier estuco se beneficia de la presente invencion, los estucos de distintas fuentes incluyen distintas cantidades y distintos tipos de sal e impurezas. La lechada de la presente invencion es menos eficaz cuando el sulfato de calcio hemihidratado presenta concentraciones relativamente altas de sales de origen natural. Los estucos con poca sal son definidos como los que presentan sales solubles inferiores a 300 partes por millon. Los estucos con un alto contenido en sal incluyen los que presentan al menos 600 partes por millon de sales solubles. Los yacimientos de yeso de Southard, Oklahoma, Little Narrows, Nueva Escocia, Fort Dodge, Iowa, Sweetwater, Texas, Plaster City, California y muchos otros lugares cumplen con este requisito.

[0021] El dispersante utilizado en la lechada incluye dos unidades de repetition. La primera unidad de repetition es una unidad de repeticion de acido monocarboxflico insaturado olefrnico, un ester o una sal del mismo, o una unidad de repeticion de acido sulfurico insaturado olefrnico o una sal del mismo. Algunos ejemplos de la primera unidad de repeticion son acido acrilico, acido metacrilico, acido crotonico, acido isocrotonico, acido sulfonico de alilo y acido sulfonico de vinilo. Las sales monovalentes o divalentes son adecuadas en lugar del hidrogeno del grupo acido. El hidrogeno tambien puede sustituirse por un grupo hidrocarburo para formar el ester. Algunas unidades de repeticion preferidas incluyen acido acrilico o acido metacrilico.

[0022] La segunda unidad de repeticion cumple con la formula I,

y R ¹ se obtiene de un grupo (poli)alquilen glicol eter insaturado de acuerdo con la formula II.

[0023] Con referencia a las formulas I y II, la unidad de repeticion de alquenil opcionalmente incluye un grupo Ci a C ³ alquilo entre la cadena principal de polimero y el enlace eter. El valor de p es un entero entre 0-3, inclusive. Preferiblemente, p es 0 o 1. R ² es, bien un atomo de hidrogeno o un grupo Ci a C ⁵ hidrocarburo alifatico, que puede ser lineal, ramificado, saturado o insaturado. R ³ es un grupo arilo no sustituido o sustituido, preferiblemente fenilo. Algunos ejemplos de unidades de repeticion preferidas incluyen acido acrilico y acido metacrilico.

[0024] El grupo polieter de la formula II contiene diversos grupos C ² - C ⁴ alquilo, incluidos al menos dos grupos alquilo, conectados por atomos de oxigeno. m y n son, independientemente, enteros entre 2 y 4, inclusive, preferiblemente, al menos uno entre m y n es 2. x e y son, independientemente, enteros entre 55 y 350, inclusive. El valor de z es de entre 0 y 200, inclusive. R4 es hidrogeno o un grupo C ¹ a C ²⁰ hidrocarburo alifatico, un grupo C ⁵ a C8 hidrocarburo cicloalifatico, un grupo C6 a C ¹⁴ arilo sustituido o un grupo que se adapta al menos a una entre las formulas III(a), III(b) y III(c).

[0025] En las formulas anteriores, R ⁵ y R7, independientemente entre si, representan un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alquilarilo. R ⁶ es un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alquilarilo bivalente.

[0026] Un dispersante particularmente util de este grupo, al que se hace referencia como dispersante "de tipo PCE211", se denomina PCE211 (de ahora en adelante, "211"). Otros polimeros de esta serie conocidos por ser utiles en placas incluyen PCE111. Esta clase de dispersantes y su modo de fabrication se describen adicionalmente en el documento estadounidense con n.° de serie 11/152,678, titulado "Polyether-Containing Copolymer", presentado el 14 de junio.

[0027] El peso molecular del dispersante es, preferiblemente, de entre aproximadamente 20000 y aproximadamente 60000 daltons. De forma sorprendente, se ha descubierto que los dispersantes con un peso molecular menor provocan menos retraso del tiempo de fraguado que los dispersantes que presentan un peso molecular superior a 60000 daltons. Por lo general, una cadena lateral mas larga, que da lugar a un aumento del peso molecular global, proporciona una mejor dispersabilidad. No obstante, los ensayos con yeso indican que la eficacia del dispersante se reduce a pesos moleculares superiores a 60000 daltons.

[0028] Pueden hacerse muchos polfmeros con las mismas dos unidades de repeticion mediante la utilizacion de distintas distribuciones de las mismas. La proporcion de las unidades de repeticion que contienen acido y la unidad de repeticion que contiene polieter esta directamente relacionada con la densidad de carga. Preferiblemente, la densidad de carga del copolfmero se encuentra en un rango de entre aproximadamente 300 y aproximadamente 3000 pequivalentes de cargas/g de copolfmero. Se ha descubierto que el dispersante mas eficaz analizado para conseguir una reduccion de agua en esta clase de dispersantes, MELFLUX 2651F, presenta la densidad de carga mas elevada. Los dispersantes MELFLUX son fabricados por Degussa Construction Polymers, GmbH, Trostberg, Alemania y comercializados en Estados Unidos por Degussa Corporation, Kennesaw, Georgia, de ahora en adelante "Degussa". (MELFLUX es una marca registrada de Degussa Construction Polymers, GmbH.)

[0029] No obstante, tambien se ha descubierto que el aumento de la densidad de carga tambien da lugar a un aumento del efecto retardante del dispersante. Los dispersantes con una densidad de carga baja, tales como MELFLUX 2500L, retrasan los tiempos de fraguado menos que el dispersante MELFLUX 2651F, que presenta una densidad de carga alta. Al aumentar el retraso de los tiempos de fraguado con el incremento de la eficacia obtenido con los dispersantes con densidad de carga alta, hacer una lechada con poca agua, buena fluidez y tiempos de fraguado razonables, requiere mantener la densidad de carga en un rango medio. Mas preferiblemente, la densidad de carga del copolfmero se encuentra en un rango de entre aproximadamente 600 y aproximadamente 2000 pequivalentes de cargas/g de copolfmero.

[0030] Este dispersante es particularmente muy adecuado para su empleo con yeso. Si bien no se pretende cenirse a la teona, se cree que las unidades de repeticion de acido se unen a los cristales de hemihidrato mientras que las cadenas de polieter largas de la segunda unidad de repeticion de la cadena principal realizan la funcion de dispersion. El equilibrio de la longitud de las cadenas de polieter, el peso molecular total y la densidad de carga son factores importantes en la creacion de un dispersante para el yeso. Puesto que es menos retardante que otros dispersantes, es menos perjudicial para el proceso de fabricacion de los productos de yeso. El dispersante se utiliza en cualquier cantidad eficaz. En gran medida, la cantidad de dispersante seleccionado depende de la fluidez deseada de la lechada. A medida que disminuye la cantidad de agua, se necesita mas dispersante para mantener una fluidez de la lechada constante. Preferiblemente, el dispersante se utiliza en cantidades de entre aproximadamente 0,01 % y aproximadamente 0,5 % a partir del peso en seco del estuco. Mas preferiblemente, el dispersante se utiliza en cantidades de entre aproximadamente 0,05 % y aproximadamente 0,2 % sobre la misma base. Cuando se mide un dispersante lfquido, solamente se tienen en cuenta las materias solidas de polfmeros para calcular la dosis del dispersante y el agua del dispersante se tiene en cuenta cuando se calcula la proporcion de agua/estuco. Este dispersante permite la creacion de un proceso de fabricacion de placas de alta velocidad, en el que la placa ha fraguado al menos un 50 % en cinco minutos. Incluso sin aceleradores, puede conseguirse al menos un 50 % de fraguado en diez minutos.

[0031] Otro factor que puede ser importante en la seleccion de la concentracion de dispersante es el enlace con el material de revestimiento. Algunos papeles necesitan un componente adicional para proporcionar un enlace satisfactorio en dosis de dispersante elevadas. Un sistema de enlace distinto, tal como alcohol polivimlico, es util. Otra tecnica que ayuda al enlace del papel es la aplicacion de un acelerador de fraguado, tal como alumbre, al papel para acelerar el fraguado de la lechada sobre el material de revestimiento.

[0032] La polimerizacion de las unidades de repeticion para hacer el dispersante de copolfmeros se lleva a cabo mediante cualquier procedimiento conocido por un experto en la materia. En el documento estadounidense con n.° de serie 11/152,678, titulado "Polyether-Containing Copolymer", presentado el 14 de junio de 2005, se dan a conocer tecnicas de polimerizacion preferidas.

[0033] Se anade agua a la lechada en cualquier cantidad, con lo que se consigue una lechada fluida. La cantidad de agua que se utilizara vana enormemente en funcion de la aplicacion con la que se utiliza, el dispersante exacto que se utiliza, las propiedades del estuco y los aditivos que se utilizan. La proporcion de agua/estuco (WSR, por sus siglas en ingles) con las placas es de preferiblemente entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 0,8 a partir del peso en seco del estuco. Normalmente, se prefiere una WSR de entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 0,6. Las composiciones de revestimiento de suelos emplean, preferiblemente, una WSR de entre aproximadamente 0,17 y aproximadamente 0,45, preferiblemente entre aproximadamente 0,17 y aproximadamente 0,34. Los productos moldeables o maleables emplean, preferiblemente, agua con una WSR de entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 0,3; preferiblemente, entre aproximadamente 0,16 y aproximadamente 0,25. La WSR puede reducirse a 0,1 o menos en ensayos de laboratorio basados en la adicion moderada de los dispersantes de tipo PCE211.

[0034] El agua utilizada para hacer la lechada debena ser tan pura como practica para un mejor control de las propiedades tanto de la lechada como del yeso fraguado. Las sales y los compuestos organicos son muy conocidos por modificar el tiempo de fraguado de la lechada, con una amplia variedad desde aceleradores hasta inhibidores de fraguado. Algunas impurezas conducen a irregularidades en la estructura a medida que se forma la matriz que se entrelaza de cristales de dihidrato, de modo que se reduce la resistencia del producto fraguado. Por lo tanto, la resistencia y la consistencia del producto se mejora mediante la utilizacion de agua, que es tan practica como exenta de contaminantes.

[0035] La lechada de yeso tambien incluye opcionalmente uno o varios modificadores que mejoran la capacidad del dispersante de policarboxilato de hacer la lechada mas fluida, de modo que se mejora su eficacia. El dispersante de dos unidades de repeticion utilizado en la presente memoria es particularmente susceptible a los efectos de los modificadores. Algunos modificadores preferidos incluyen cemento, cal, tambien conocida como cal viva u oxido de calcio, cal apagada, tambien conocida como hidroxido de calcio, ceniza de sosa, tambien conocida como carbonato de sodio, y otros carbonatos, silicatos, fosfonatos y fosfatos. La dosis del modificador se encuentra entre un 0,05 % y aproximadamente un 1 %, en funcion del modificador que se utilice y de la aplicacion para la que se utilice. Cuando se utilizan modificadores, la eficacia del dispersante aumenta para alcanzar un nuevo nivel de fluidez, o la cantidad de dispersante de policarboxilato puede disminuirse para reducir el gasto de policarboxilato. En el documento de patente estadounidense con n.° de serie 11/152,317, titulado "Modifiers For Polycarboxylate Dispersants", puede encontrarse mas informacion sobre modificadores y su utilizacion.

[0036] Se ha descubierto que los modificadores son menos eficaces cuando se anaden a la lechada despues de que el dispersante se ponga en contacto con el yeso calcinado. Preferiblemente, los modificadores y el dispersante se anaden al agua de la mezcladora antes de la adicion del hemihidrato. Si tanto el modificador como el dispersante se encuentran en forma seca, pueden mezclarse previamente y anadirse al estuco. Esta secuencia de adicion produce un mayor impulso de la eficacia del dispersante. En el documento de patente estadounidense en tramite junto con la presente con n.° de serie 11/152,323, titulado "Method of Making a Gypsum Slurry with Modifiers and Dispersants", se da a conocer un procedimiento para anadir dispersantes y modificadores a una composicion de estuco con mas detalle.

[0037] Tambien se anaden otros aditivos a la lechada, como los tfpicos para la aplicacion particular en la que se pondra la lechada de yeso. Se anaden retardantes de fraguado (hasta aproximadamente 2 lb/MSF (9,8g/m2)) o aceleradores de secado (hasta aproximadamente 35 lb/MSF (170 g/m2)) para modificar la velocidad a la que se producen las reacciones de hidratacion. "CSA" es un acelerador de fraguado que comprende un 95 % de dihidrato de sulfato de calcio molido junto con un 5 % de azucar y calentado a 250 °F (121 °C) para caramelizar el azucar. CSA puede obtenerse a partir de la planta de USG Corporation, Southard, Oklahoma, y se hace de acuerdo con el documento de patente estadounidense n.° 3,573,947. El sulfato de potasio es otro acelerador preferido. HRA es dihidrato de sulfato de calcio recien molido con azucar en una proporcion de aproximadamente entre 5 y 25 libras (2,267 kg y 11,339 kg) de azucar por 100 (45,359 kg) libras de dihidrato de sulfato de calcio. En el documento de patente estadounidense n.° 2,078,199 se describe en profundidad. Ambos son aceleradores preferidos.

[0038] Otro acelerador, conocido como acelerador de yeso humedo o WGA (por sus siglas en ingles), es tambien un acelerador preferido. En el documento de patente estadounidense n.° 6,409,825, se proporciona una descripcion de la utilizacion del acelerador de yeso humedo y un procedimiento para su fabricacion. Este acelerador incluye al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en un compuesto fosfonico organico, un compuesto que contiene fosfato o mezclas de los mismos. Este acelerador particular presenta una longevidad considerable y mantiene su efectividad con el tiempo de tal forma que el acelerador de yeso humedo puede fabricarse, almacenarse e incluso transportarse en largas distancias antes de su utilizacion. El acelerador de yeso humedo se utiliza en cantidades que vanan entre aproximadamente 5 y aproximadamente 80 (2,267 kg y 36,287 kg) libras por miles de pies cuadrados (24,3 a 390 g/m2) de producto de placa.

[0039] En algunos modos de realizacion de la invencion, se incluyen aditivos en la lechada de yeso para modificar una o varias propiedades del producto final. Los aditivos se utilizan de la manera y con las cantidades que se conocen en la tecnica. Las concentraciones se indican en cantidades por miles de pies cuadrados de paneles de placa acabados ("MSF"). Se utilizan almidones en cantidades que se encuentran entre aproximadamente 3 y aproximadamente 20 lb./MSF (14,6 a 97,6 g/m2) para aumentar el enlace de papel y fortalecer el producto. Pueden anadirse fibras de vidrio opcionalmente a la lechada en cantidades de al menos 11 lb./MSF (54 g/m2). Ademas, se anaden hasta 15 lb./MSF (73,2 g/m2) de fibras de papel a la lechada. Se anaden emulsiones de cera a la lechada de yeso en cantidades de hasta 90 lb/MSF (0,4 kg/m2) para mejorar la resistencia al agua del panel de placa de yeso acabado.

[0040] En los modos de realizacion de la invencion que emplean un agente espumante para producir vados en el producto que contiene yeso fraguado para conseguir un peso mas ligero, pueden emplearse cualesquiera de los agentes espumantes convencionales conocidos por ser utiles en la preparacion de productos de yeso fraguado espumados. Muchos de dichos agentes espumantes son muy conocidos y pueden encontrarse facilmente en el mercado, por ejemplo, la lmea HYONlC de productos de jabon de GEO Specialty Chemicals, Ambler, Pensilvania. En el documento de patente estadounidense n.° 5,683,635, se dan a conocer espumas y un procedimiento preferido para preparar productos de yeso espumados. Si se anade espuma al producto, el dispersante de policarboxilato se divide opcionalmente entre el agua de amasado y el agua de espuma o se utilizan dos dispersantes distintos en el agua de amasado y el agua de espuma antes de su adicion al sulfato de calcio hemihidratado. Este procedimiento se da a conocer en la solicitud de patente estadounidense con n.° de serie 11/152,404, titulada, "Effective Use of Dispersants in Wallboard Containing Foam".

[0041] Se anade un compuesto de trimetafosfato a la lechada de yeso en algunos modos de realizacion para mejorar la resistencia del producto y para mejorar la resistencia al pandeo del yeso fraguado. Preferiblemente, la concentracion del compuesto de trimetafosfato oscila entre aproximadamente un 0,07 % y aproximadamente un 2,0 % a partir del peso del yeso calcinado. En los documentos de patente estadounidenses con n.° 6,342,284 y 6,632,550, se dan a conocer composiciones de yeso que incluyen compuestos de trimetafosfato. Algunas sales de trimetafosfato de ejemplo incluyen las sales de sodio, de potasio o de litio de trimetafosfato, tales como las comercializadas por Astaris, LLC., San Luis, Misuri. Debe tenerse cuidado al utilizar el trimetafosfato con cal u otros modificadores que aumenten el pH de la lechada. Por encima de un pH de aproximadamente 9,5, el trimetafosfato pierde su capacidad de fortalecer el producto y la lechada se vuelve muy retardante.

[0042] Otros aditivos posibles para la placa son los biocidas, para reducir el crecimiento del moho o los hongos. En funcion del biocida seleccionado y el uso previsto para la placa, el biocida puede anadirse a la cubierta, el nucleo de yeso o a ambos. Ejemplos de biocidas incluyen acido borico, sales de piritiona y sales de cobre. Los biocidas pueden anadirse tanto a la cubierta como al nucleo de yeso. Al utilizarse, los biocidas se utilizan en las cubiertas en cantidades inferiores a 500 ppm.

[0043] Ademas, la composicion de yeso puede, opcionalmente, incluir un almidon, tal como un almidon pregelatinizado o un almidon modificado con acido. La inclusion del almidon pregelatinizado aumenta la resistencia del yeso fraguado y secado, y reduce o evita el riesgo de que el papel se separe en condiciones de mucha humedad (p. ej., con respecto a proporciones elevadas de agua y yeso calcinado). Un experto en la materia conocera procedimientos para pregelatinizar el almidon crudo, tales como, por ejemplo, cocinar el almidon crudo en agua a temperaturas de al menos aproximadamente 185 °F (85 °C) u otros procedimientos. Algunos ejemplos de almidon pregelatinizado incluyen, sin caracter limitativo, el almidon PCF 1000, comercializado por Lauhoff Grain Company y los almidones AMERIKOR 818 y HQM PREGEL, ambos comercializados por Archer Daniels Midland Company. En caso de incluirse, el almidon pregelatinizado se encuentra presente en cualquier cantidad adecuada. Por ejemplo, en caso de incluirse, el almidon pregelatinizado puede anadirse a la mezcla utilizada para formar la composicion de yeso fraguado de tal forma que se encuentre presente en una cantidad de entre aproximadamente un 0,5 % y aproximadamente un 10 % de porcentaje en peso de la composicion de yeso fraguado. Algunos almidones, tales como, USG95 (United States Gypsum Company, Chicago, Illinois) tambien se anaden opcionalmente para conseguir una mayor resistencia del nucleo.

[0044] En funcionamiento, el yeso se desplaza sobre una cinta transportadora hacia una mezcladora. Antes de entrar en la mezcladora, se anaden aditivos secos al yeso en polvo, tales como aceleradores de fraguado secos. Algunos aditivos se anaden directamente a la mezcladora a traves de una cadena independiente. El trimetafosfato se anadio mediante la utilizacion de este procedimiento en los ejemplos descritos a continuacion. Otros aditivos tambien pueden anadirse al agua. Esto es particularmente conveniente en caso de que los aditivos se encuentren en estado lfquido. En la mayona de aditivos, no existe criticidad con respecto a la colocacion de los aditivos en la lechada y pueden anadirse mediante cualquier equipo o procedimiento que sea conveniente.

[0045] Sin embargo, cuando se utiliza el dispersante de esta invencion, es importante anadir el dispersante al agua antes de la adicion del estuco. El agua de amasado o agua complementaria se anade a la mezcladora en cantidades necesitadas para cumplir con la proporcion de agua y estuco deseada cuando se ha tenido en cuenta agua de otras fuentes.

[0046] Pueden anadirse otros aditivos conocidos, en funcion de las necesidades, para modificar las propiedades espedficas del producto. Algunos azucares, tales como la dextrosa, se utilizan para mejorar la union del papel en los extremos de las placas. Las emulsiones de cera o los polisiloxanos se utilizan para conseguir una mayor resistencia al agua. En caso de necesitarse firmeza, se anade normalmente acido borico. La resistencia al fuego puede mejorarse mediante la adicion de vermiculita. Estos y otros aditivos conocidos son utiles en la presente lechada y formulaciones para placas.

Ejemplo 1

[0047] Se llevaron a cabo ensayos para determinar el efecto de la adicion de carbonato potasico en dos dispersantes distintos. En cada una de las muestras siguientes, se hizo una lechada de yeso a partir de 400 gramos de estuco de Southard, Oklahoma, 180 gramos de agua y 0,2 % de dispersante a partir del peso en seco del estuco. El dispersante 211 se produjo de acuerdo con el ejemplo 3 de preparacion del documento de patente estadounidense con n.° de serie 11/152,678, presentado el 14 de junio de 2005, y el documento de patente estadounidense con n.° de serie 11/xxx,xxx (Ref. de abogado DCP 3), ambos titulados "Polyether-Containing Copolymer". En la tabla I, que se muestra a continuacion, puede observarse el tipo de dispersante y la cantidad de carbonato potasico, junto con los resultados del tamano de masa y de los ensayos de velocidad de rigidizacion.

TABLAI

[0048] Como se observa en los datos de la tabla I anterior, el dispersante de dos unidades de repeticion de la invencion, 211, presenta un tiempo de rigidizacion reducido tanto con la adicion como sin la adicion de un modificador, carbonato potasico, en comparacion con un dispersante del estado de la tecnica, MELFLUX 2500L. Con este ejemplo, tambien se muestra el efecto del modificador de carbonato potasico en cada uno de estos dos dispersantes. Cabe observar que la misma concentracion de dispersante 211 responde mucho mejor al modificador y produce un tamano de masa mayor, lo que indica una accion de dispersion mejor, pero con una reduccion del tiempo de rigidizacion.

Ejemplo 2

[0049] El dispersante 211 preferido se analizo con una variedad de modificadores para determinar la mejora de la eficacia. Se analizo el fosfato de tetrasodio (TSP, por sus siglas en ingles) de grado reactivo, el pirofosfato de tetrasodio (TSPP, por sus siglas en ingles) y el carbonato de sodio (ceniza de sosa). Tambien se analizo DEQUEST 2006, una sal pentasodica de aminotris(acido metilenofosfonico, comercialziada por Solutia Inc., San Luis, Misuri.

[0050] En todas las muestras de prueba, la proporcion de agua y estuco era de 0,5 y se anadio un 0,66 % en peso de acelerador de yeso humedo (WGA, por sus siglas en ingles) a partir del peso en seco del estuco. La muestra control presentaba solamente un 0,5 % en peso de WGA. La cantidad de cada modificador anadida se muestra en la tabla II, junto con el tiempo de fraguado y el tamano de masa producido por cada muestra.

[0051] El modificador y el dispersante se anadieron al agua, seguido por la adicion del estuco y WGA. La lechada se revolvio hasta conseguir una textura consistente.

TABLA II

[0052] Si bien se utilizo mas ceniza de sosa para obtener estos resultados, se considera que es eficaz, puesto que cuesta un tercio del precio de los otros modificadores. Asimismo, la ceniza de sosa aumenta el tamano de masa en un 37 % al tiempo que aumenta el tiempo de fraguado solamente en un 11 %. DEQUEST 2006 produce una masa mucho mas pequena en aproximadamente el mismo tiempo de fraguado y el TSPP presenta un tamano de masa mas pequeno pero presenta un tiempo de fraguado superior.

Ejemplo 3

[0053] Se llevaron a cabo ensayos de planta para analizar la capacidad del dispersante de reduccion de agua en placas fabricadas en una cadena de produccion. Se suministro el estuco a una mezcladora de alta cizalla a traves de un transportador. Aditivos secos, tales como el almidon, fueron anadidos al transportador a medida que se transportaba el estuco. Se anadio agua de amasado a la mezcladora en una cantidad necesaria para producir la proporcion de agua y estuco deseada despues de tener en cuenta el agua en los aditivos lfquidos. Se anadio trimetafosfato por una cadena independiente directamente a la mezcladora. Todos los componentes se mezclaron en la mezcladora hasta conseguir una lechada homogenea. La composicion base de la lechada se proporciona en la tabla III.

Tabla III

[0054] El dispersante se mezclo con el agua de amasado antes de su introduccion en la mezcladora en las dosis mostradas en la tabla III. La dosis que se muestra se basa en el peso del dispersante en seco como porcentaje del estuco en seco. Se ajusto la cantidad de acelerador para conseguir entre un 50 % y un 60 % de fraguado en la cuchilla. Puesto que la hidratacion es una reaccion exotermica, el aumento de temperatura se utilizo para calcular el alcance de la reaccion y modificar la cantidad de acelerador en consecuencia. Cuando mas PCE211 se utilizaba, el retraso del fraguado dio lugar a una temperatura en la cuchilla que indicaba menos de un 50 % de fraguado, lo que provoco que el controlador de proceso aumentara la dosis de acelerador. La cantidad de acelerador para cada punto de datos tambien se muestra en la tabla IV. En esta tabla, el dispersante de esta invencion, PCE 211, se comparo con el caso base de 0,14 % de sulfonato de naftaleno y un dispersante de policarboxilato que presenta al menos tres unidades de repeticion.

[0055] Despues de mezclarse todos los componentes, la lechada fue descargada en un transportador con un papel de revestimiento. Una segunda lamina de papel de revestimiento se situo en la parte superior de la lechada y se envio a traves de un conjunto de rodillos para formar una placa continua de cuatro pies (1,2 m) de ancho y 5/8" (15 mm) de grosor. Posteriormente, se corto la placa en longitudes de ocho pies (2,4 m) en la cuchilla de corte.

TABLA IV

[0056] En comparacion con los datos de referencia que contienen un 0,14 % de sulfonato de naftaleno ("NS") (dispersante DAXAD, Dow Chemicals, Midland, Michigan) con el cambio a un 0,1 % de MELFLUX 2500L (comercializado por Degussa) se ahorran aproximadamente 11 libras de agua por 1000 pies2 (16 kg / 1000 m2). Con la misma dosis, con el PCE211 se ahorran aproximadamente 21 libras de agua por 1000 pies2 (31 kg /1000 m2). Con el aumento de la dosis a un 0,20 %, se consiguieron ahorrar 273 libras de agua por 1000 pies2 (886kg/m2) de longitud de placa. Sin embargo, con la dosis de dispersante mas alta, la cantidad de acelerador tuvo que aumentarse en l2 libras (5,5 kg) para cumplir con el requisito de conseguir un 50 % de fraguado en la cuchilla. Las propiedades de placa acabada con un WSR de 0,5 cumplfan con todas las especificaciones, aunque los resultados de dureza del nucleo y los bordes eran inferiores que los de la muestra control. Los resultados de union de determinadas muestras con PCE211 eran malos, pero esto se debfa a un secado excesivo antes de alinearse las temperaturas de horno.

[0057] Aunque se han mostrado y descrito modos de realizacion concretos de la placa y la lechada de yeso, los expertos en la materia apreciaran que pueden realizarse cambios y modificaciones en los mismos sin desviarse de la invencion en sus aspectos mas amplios y tal y como se expone en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Lechada de yeso que consiste en:

agua;

un componente hidraulico que consiste en sulfato de calcio hemihidratado; y

un dispersante de policarboxilato que presenta unidades de repetition que consisten en una primera y una segunda unidades de repeticion, donde dicha primera unidad de repeticion es una unidad de repeticion de acido monocarboxflico insaturado olefrnico o un ester o sal del mismo, o una unidad de repeticion de acido sulfurico insaturado olefrnico o una sal del mismo, y dicha segunda unidad de repeticion es de la formula general (I)

donde R1 es representado por

y donde R ² es hidrogeno o un grupo Ci a C ⁵ hidrocarburo alifatico, R ³ es un grupo arilo no sustituido o sustituido y preferiblemente fenilo, y R4 es hidrogeno o un grupo Ci a C ²⁰ hidrocarburo alifatico, un grupo C ⁵ a C ⁸ hidrocarburo cicloalifatico, un grupo C ⁶ a C ¹⁴ arilo sustituido o un grupo que se adapta a las formulas

donde R5 y R7, independiente entre s^ representan un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alquilarilo y R6 es un grupo alquilo, arilo, aralquilo o alcarilo divalente, p es 0 a 3, inclusive, m y n son, independientemente, un entero desde 2 a 4, inclusive; x e y son, independientemente, enteros desde 55 a 350, inclusive y z es desde 0 a 200, inclusive;

y, opcionalmente, al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en retardadores de fraguado, aceleradores de fraguado, agentes espumantes, trimetafosfatos, biocidas, almidones, azucares, siloxanos y emulsiones de cera.

2. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde al menos uno de m y n es 2.

3. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde p es 0 o 1.

4. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicho acelerador de fraguado comprende al menos uno entre acelerador de yeso humedo, HRA y CSA.

5. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicha primera unidad de repeticion comprende al menos uno del grupo que consiste en acido acrilico y acido metacrilico.

6. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicho dispersante esta presente en dicha lechada en cantidades desde un 0,01 % a un 2 % en peso del dispersante en seco calculado como porcentaje del yeso en seco.

7. Lechada de yeso de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicho dispersante esta presente en cantidades desde un 0,05 % a un 0,3 % en peso del dispersante en seco calculado como porcentaje del yeso en seco.