JP2019531251A - 内部発生発泡体を用いて軽量石膏組成物を作製するための方法およびそれから作製される製品 - Google Patents
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Abstract
Description
50〜98重量%の硫酸カルシウム半水和物と、
−CO2ガスを発生させるための、1.5〜50重量%、好ましくは3〜20重量%の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウム、好ましくは硫酸アルミニウムからなる群から選択される、1.5〜30重量%、好ましくは3〜15重量%の少なくとも1種のアルミニウム化合物との、第1の組み合わせ、ならびに/または
−酸素ガスを発生させるための、1〜10重量%のゼオライト、好ましくは天然に存在するゼオライトと、濃厚水溶液として提供される1〜10重量%の過酸化水素および1〜10重量%の過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)からなる群のメンバーとの、第2の組み合わせ、からなる群から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
好ましくは、第1の組み合わせを含む混合物と、
0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5重量%、最も好ましくは0.2〜3重量%、例えば、0.2〜0.71重量%のセルロース増粘剤と、を含み、好ましくは、セルロース増粘剤が、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、およびカルボキシメチルセルロースからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、最も好ましくは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む、石膏ベースの混合物を含む。
−ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA、ペンテン酸としても知られる)、
−エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム(TSPP)、および/またはトリポリリン酸ナトリウム(STMP)から好ましくは選択される、0.1〜1重量%のキレート剤であって、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合、キレート剤として添加される量は、分散剤として添加される量とは別のものであり、
より好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムまたはピロリン酸四ナトリウムから選択され、最も好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムである、0.1〜1重量%のキレート剤と、
0.05〜1重量%の殺生物剤と、のうちの少なくとも1つをさらに含む。
ポリアクリル酸ナトリウムならびにアクリルおよび(メタ)アクリル酸ベースの水溶性コポリマーからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、好ましくは、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸/アクリルアミドおよび(メタ)アクリル酸/アクリル酸エステルコポリマーからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、0.1〜10重量%のアクリレート増粘剤、
0.1〜10重量%のカゼイン、アラビアゴム、グアーガム、トラガカントガム、デンプン(任意の塩基源から)、アルギン酸ナトリウム、
0.02〜1重量%のクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、酢酸、ホウ酸、好ましくはクエン酸、
0.02〜2重量%のpH増加塩、例えば、クエン酸のアルカリ金属塩、重炭酸ナトリウム、および/もしくは水酸化マグネシウム、好ましくは、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、重炭酸ナトリウム、もしくは水酸化マグネシウムのうちの少なくとも1つ、最も好ましくは、クエン酸もしくは水酸化マグネシウム、
0.02〜2重量%の促進剤であって、硫酸カリウム、有機ホスホン化合物、リン酸含有化合物、ならびに硫酸カルシウム二水和物および砂糖を含む促進剤からなる群から選択され、好ましくは、硫酸カルシウム二水和物および糖を含む、0.02〜2重量%の促進剤、
0.1〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%の発泡剤であって、
−好ましくは、発泡剤は、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、(C14−16オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸塩、アルキルフェノールエーテル硫酸塩、およびイセチオン酸塩からなる群から選択され、
−より好ましくは、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゾフルフォネート、およびアルキルエーテルサルフェートオリゴマーであり、
−さらに好ましくは、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、C10−C12アルコールエーテル硫酸アンモニウム、C14−16オレフィンスルホン酸ナトリウム、およびポリプロポキシ−ポリエトキシ−デシル硫酸ナトリウム(分子式C10H22−O(C3H6−OC2H4−O)x−H2SO4−Na)であり、
−最も好ましくは、20〜25%のブチルジグリコール、7〜15%のラウリルエーテル硫酸ナトリウム、および3〜5%のアルコールC10−C16を含む混合物である、0.1〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%の発泡剤、
1〜20重量%、好ましくは5〜10重量%のラテックスポリマーであって、好ましくは、ラテックスポリマーは、ポリ酢酸ビニルラテックス、ポリアクリル酸ビニルおよびポリ塩化ビニルラテックス、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、アクリル酸エステル、ビニルアクリル、塩化ビニル、塩化ビニルアクリル、スチレンアセテートアクリル、エチレンポリ酢酸ビニル、スチレンブタジエン、ならびにそれらの組み合わせからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、より好ましくは、ラテックスポリマーは、アクリルポリマーおよびスチレンブタジエンからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択される、1〜20重量%、好ましくは5〜10重量%のラテックスポリマー、
0.01〜1重量%の2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、
0.05〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のポリカルボキシレート分散剤であって、好ましくは、ポリカルボキシレート分散剤が、ポリカルボン酸エーテル分散剤を含む、0.05〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のポリカルボキシレート分散剤、
0.05〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のポリリン酸塩分散剤であって、好ましくは、ポリリン酸塩分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)、トリポリリン酸ナトリウム(STPP)、トリポリリン酸カリウム(KTPP)、ポリリン酸四ナトリウム(TSPP)、およびピロリン酸四カリウム(TKPP)からなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、より好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)またはポリリン酸四ナトリウム(TSPP)であり、最も好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)であり、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合(本明細書の他の箇所で考察されるように)、キレート剤として添加される量は、分散剤として添加される量とは別のものであり、例えば、0.05〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のポリリン酸塩が、分散剤として存在し、0.1〜1重量%のポリリン酸塩が、キレート剤として添加され、次に、組成物が、0.15〜3重量%、典型的には0.2〜3重量%の全ポリリン酸塩を有する、0.05〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のポリリン酸塩分散剤、
0.01〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のナフタレン分散剤またはリグノスルホン酸塩分散剤であって、好ましくは、ナフタレン分散剤が、ベータ−ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物、およびナフタレン硫酸ホルムアルデヒド縮合物のうちの少なくとも1つから選択され、好ましくはリグノスルホン酸塩である、0.01〜2重量%、典型的には0.1〜2重量%のナフタレン分散剤またはリグノスルホン酸塩分散剤、
0.01〜0.5重量%のケイ素ベースの消泡剤、
粘土、顔料粒子、およびそれらの組み合わせから選択される、1〜5重量%の無機粒子であって、好ましくは、顔料粒子が、二酸化チタンを含む、1〜5重量%の無機粒子、
0.05〜1%のポリエチレンオキシド(PEO)、のうちの1つ以上を含み得る。
50〜98重量%の硫酸カルシウム半水和物、
1.5〜50重量%、より好ましくは3〜40重量%の炭酸カルシウム、
1.5〜30重量%、より好ましくは3〜20重量%の硫酸アルミニウム、
0〜1重量%のクエン酸、
0〜2重量%のクエン酸ナトリウム、
硫酸カルシウム二水和物および砂糖を含む、0〜2重量%の促進剤、
ヒドロキシメチルプロピルセルロースを含む、0.2〜3重量%のセルロース増粘剤、
0〜3重量%の当該発泡剤であって、当該発泡剤が、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、C14−16オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸塩、アルキルフェノールエーテル硫酸塩、およびイセチオン酸塩からなる群から選択される、0〜3重量%の当該発泡剤、
水性媒体中に固体として分散された表面活性剤およびラテックスポリマーを含む、0〜20重量%のラテックスであって、ラテックスポリマーが、アクリルポリマーおよびスチレンブタジエンポリマーからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択される、0〜20重量%のラテックス、
0〜1重量%の2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、
水酸化カルシウムを含む、0〜1重量%の改変剤、
ポリカルボキシレート分散剤、ポリリン酸塩分散剤、およびナフタレン分散剤からなる群の少なくとも1種のメンバーから選択される、0.1〜2重量%の分散剤であって、
ポリカルボキシレート分散剤が、ポリカルボン酸エーテル分散剤を含み、
ナフタレン分散剤が、ベータ−ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物、およびナフタレン硫酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物のうちの少なくとも1つから選択され、
ポリリン酸塩分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)、トリポリリン酸ナトリウム(STPP)、トリポリリン酸カリウム(KTPP)、およびピロリン酸四カリウム(TKPP)からなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、より好ましくは、ポリリン酸分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)またはポリリン酸四ナトリウム(TSPP)であり、最も好ましくは、ポリリン酸分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム(STMP)である、0.1〜2重量%の分散剤、
ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸/アクリルアミド、および(メタ)アクリル酸/アクリル酸エステルコポリマーからなる群の少なくとも1種のメンバーから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、0〜2重量%のアクリレート増粘剤、
0〜1重量%のキレート剤であって、
−ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA、ペンテン酸としても知られる)、
−エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム(TSPP)であり、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合、キレート剤として添加されるポリリン酸塩の量は、分散剤として添加されるポリリン酸塩の量とは別のものであり、したがって、0.1〜2重量%のポリリン酸塩が分散剤として存在し、0〜1重量%のポリリン酸塩がキレート剤として存在する場合、組成物が、0.1〜3重量%の全ポリリン酸塩を有する、ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム(TSPP)、のうちの1つ以上を含み、
より好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムまたはピロリン酸四ナトリウムから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、0〜1重量%のキレート剤、
0〜1重量%の殺生物剤、典型的には0.05〜1重量%の殺生物剤、
0〜0.5重量%のケイ素ベースの消泡剤、
粘土、顔料粒子、およびそれらの組み合わせから選択される、0〜5重量%の無機粒子であって、好ましくは、顔料粒子が、二酸化チタンを含む、0〜5重量%の無機粒子、
パーライト(コーティングおよび非コーティング)またはポリスチレンなどの、0〜10重量%の軽量骨材、を含む、原料を含む。
水と、
硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が0.2〜2:1である、発泡石膏スラリーを形成するための本発明の上記に列挙される石膏ベースの組成物原料と、を混合することを含み、
発泡石膏スラリーが、15〜90体積パーセントの気泡、好ましくは40〜85体積%の気泡、より好ましくは50〜80体積パーセントの気泡を有する、方法を提供する。硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が0.2〜2:1である、水は、任意の添加されるラテックス水性媒体の水とは別のものである。
水と、
上記に列挙される発泡石膏スラリーを形成するための本発明の上記に列挙される石膏ベースの組成物原料と、を混合することを含み、
水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が0.2〜2:1であり、
発泡石膏スラリー中の硫酸カルシウム半水和物が、硫酸カルシウム二水和物に変換され、硬化および乾燥して、発泡石膏製品を形成し、
硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られた発泡石膏製品は、10〜55ポンド/立方フィートの比重を有し、
発泡石膏製品が、30〜90体積パーセントの全空隙体積を有する、方法を提供する。
50〜98重量%の硫酸カルシウム半水和物と、
−CO2ガスを発生させるための、1.5〜50重量%の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムから選択される、1.5〜30重量%の少なくとも1種のアルミニウム化合物との第1の組み合わせ、ならびに/または
−酸素ガスを発生させるための、1〜10重量%のゼオライトと、濃厚水溶液として提供される1〜10重量%の過酸化水素および1〜10重量%の過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)の群のメンバーとの、第2の組み合わせ、から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
0.1〜10重量%のセルロース増粘剤と、を含む、原料の混合物を含む。
スタッドを含むフレームに取り付けられ、対向するパネル間に空洞を画定する、対向するボードパネル、好ましくは石膏ボードパネルまたはセメントボードパネルなどの壁ボードパネル、最も好ましくは石膏ボードパネルであって、典型的には、パネルが、垂直ボードパネルである、対向するボードパネルと、
硬化石膏製品は、空洞内に配置された硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られる発泡石膏製品であって、10〜55ポンド/立方フィートの比重を有し、30〜90体積パーセントの全空隙体積を有する、発泡石膏製品と、備える、空洞壁システムを備える。
1)フレーム構造、金属製ドアフレーム/商業構築用壁アセンブリ用途、シャフト壁アセンブリ用の充填材料。
2)適所での現場キャストの構築ブロックおよび/または押し出しブロック、部分壁、全壁アセンブリ。
3)改善されたファイアストップ用途。
4)高VOCコーキング材、シーラント、化合物、発泡ウレタン発泡用の0−VOC材料としての置換。
5)断熱材用途。
1.圧力下でガスを圧縮する(炭酸水など)
2.媒体にガスを注入する(従来の石膏パネルの生成など)
3.媒体中に内部的にガスを発生させる(本発明)
通常、ガスが流体の内部で発生されると、その一部は、それを囲む液体に溶解され、その一部は、媒体中に拡散し、一部は、媒体から逃げる。改善された防音性、耐火性、および断熱性を有する低密度発泡材料を作製するためには、ガスを流体の内部に閉じ込めて、気泡構造を保持するためにスラリー中でのその拡散、溶解、および流動性を防止する必要がある。発生されたガスがスラリーの内部に閉じ込められると、スラリーが適切なレオロジー特性を有する場合にのみ材料の膨張が生じる。膨張速度は、化学反応の反応速度および気泡成長の動力学に依存する。潜在的膨張レベルは、反応物である炭酸カルシウムおよび硫酸アルミニウムの量ならびにそれらの化学量論比に依存する。
●以下のような有機物:
−セルロース系増粘剤
−分散剤
−アルコール
●以下のような無機物:
−粘土
1.機械的特性:接着、衝撃、圧縮、引張
2.熱的特性:R値、耐火性
3.音響的特性:STC
4.密度:用途に応じて、低、中、高
本発明は、反応物の混合時に急速に起こり、ミョウバン(硫酸アルミニウムおよび/または硫酸アルミニウムカリウムとしても知られる)が炭酸カルシウム粒子に遭遇したときに、ガスの発生が一般に10秒以内、好ましくは5秒以内に始まる、酸−塩基反応に基づいている。しかしながら、酸/塩基反応の急速な反応速度は、スラリーの機械的/手動の混合の間にスラリー中にガスを閉じ込め、それを壁空洞に注ぐことを困難にする。機械的/手動のミキサーを使用して、ミョウバンをスラリー中に完全に分散させるのに必要な時間を考慮すると、ユーザーが現場でそれをカスタム混合することもまた困難である。ミョウバン粉末粒子をシェルに封入すると、混合工程中にスラリー中に封入された粒子に適切な剪断力が加えられたときに、粉末の放出の制御をもたらす。スラリーの混合中に剪断応力を加えると、シェルが破裂し、ミョウバンがスラリーに曝される。いったんミョウバン粒子がスラリー中に均一に分散されると、化学反応が始まり、その結果、石膏ベースの材料の膨張をもたらす。粉末を制御放出する方法は、混合および注入工程中にガスがシステムから逃げないようにすることを確実にするだろう。
1)アルギン酸塩封入
2)ポリオキシメチレン尿素マイクロ封入
3)複合コアセルベーション(ゼラチン)マイクロ封入
4)ゲルビーズ
1)エチルセルロース
2)ポリビニルアルコール
3)ゼラチン
4)砂糖
5)アルギン酸ナトリウム
ガスが膨張を引き起こし、スラリーの特性に基づくガス圧力のためにスラリーが膨張し得る場合、本発明は、O2もしくはCO2のいずれか、またはそれらの両方の組み合わせ、あるいは任意のガスを有することができる。したがって、内部に制御された方法でガスを発生させる別の方法は、O2を発生させる触媒駆動分解反応を使用することである。材料の膨張は、CO2発生反応よりもはるかにゆっくりと起こり、それにより、この反応は、より制御可能性のある特定の用途に適したものになる。触媒としてのゼオライト、典型的には天然に存在するゼオライトの存在下での過酸化水素の濃厚溶液は、酸素を遊離させ、ガスを生産して、セル状発泡材料を形成する。天然ゼオライトは、陽イオン交換、ガス分離、およびガス吸着などの用途において多くの特別な特性を提供する、剛性三次元結晶構造および高表面積を有する火山性鉱物である。過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)と組み合わせてゼオライトを使用すると、化学的にも過酸化水素の触媒変換を通してセル状組成物が発生される。したがって、この考えは、過酸化水素の触媒変換を通してセル状組成物を化学的に生産するための過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)と組み合わせたゼオライトの使用を包含する。
本発明のスラリーは、以下のものを含む。
●水:粉末が反応、水和、溶解、流動性を持つなどするための媒体を提供するために使用される。
●以下の理由のために使用される、スタッコ(硫酸カルシウム半水和物):
−硬化特性、したがって、強度と乾燥密度を提供する
−その硬化特性(時間および最終的な微細構造)を制御/操作する能力、したがって、所望の結晶構造を制御する
−火災特性、したがって、安全性を提供する
●以下の理由のために使用される、硫酸アルミニウム(ミョウバン):
−ガス発生源
●以下の理由のために使用される、炭酸カルシウム:
−充填剤
−ガス発生源
●石膏の硬化特性を制御するための、クエン酸ナトリウムなどの遅延剤、およびWGA、HRA、またはCSAなどの促進剤。
●キレート剤:より長い作業時間(作業可能性)が所望される用途で、石膏の硬化を中断させるために使用される。無期限に硬化を中断させることができる。
●抗菌性:製品の性能に影響を与えるであろう微生物の成長に対する耐性を確実にする。
●pH改変剤:レオロジー改変剤の急速な水和を可能にし、レオロジーに影響を及ぼす。それらは、コーティングセルロース系増粘剤を標的とする。
●PVOHおよび砂糖などのコーティング反応物
●以下のために使用される、レオロジー改変剤:
−気泡構造の安定化を助ける
−スラリー中にガスを含有して、膨張を引き起こす
−ガスの拡散を制御し、ガスを逃がす
−気泡の合体を制御する
−気泡の上向きの流動性を制御する
−気泡壁からの排水を防止する
−固形物の沈降を防止する(水/固体分離)
−相分離を防止する
−特有のレオロジー特性は、混合の間、非常に流動的に作用することができ、容易な分散を可能にするが、静止時に厚く作用し、これが気泡の流動性を遅らせる可能性がある。
以下は、スラリーを作製するための様々な必須の原料および任意選択的な原料の列挙される例である。
●水
●スタッコ(硫酸カルシウム半水和物)
●炭酸カルシウム
●クエン酸ナトリウム
●トリメタリン酸ナトリウム
●レオロジー改変剤
−PEO(ポリエチレンオキシド)
−PVOH(ポリビニルアルコール)
−ラテックス
−石鹸
−分散剤
−超可塑剤、例えばポリナフタレンスルホン酸塩、ポリアクリレート、ポリカルボキシレートエーテルベースの(PCE)超可塑剤など)。
−デンプン
−PCM(相変化材料)PCMは、潜熱が高い材料である。これらは、部屋内の温度を維持するために、温度がより高いときには熱を収集するために、温度がより低いときには熱を放出するために加えられる。
−HPMC(ヒドロキシプロピルメチルセルロース)
−HEMC(ヒドロキシエチルメチルセルロース)
−HEC(ヒドロキシエチルセルロース)
−MC(メチルセルロース)
−MEC(メチルエチルセルロース)
−EC(エチルセルロース)
−CMC(カルボキシメチルセルロース)
−粘土
−ゼオライト
−CSA(気候安定化促進剤)
−HRA(耐熱促進剤)
−WGA(湿式石膏促進剤)
●2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール
●キレート剤
−ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)
−エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくは、ピロリン酸四ナトリウム(TSPP)
●抗菌剤
●増粘剤または乾燥同等品
●クエン酸遅延剤
●スマタンパク質リターダ
●ガラス繊維
●ミネラルウール
●ワックス
●ポリエチレングリコール(PEG)
方法1:バッチまたは半連続バッチ混合
スラリー作製
典型的には、乾燥成分は、予め混合されている。例えば、空洞壁用充填剤として使用するための発泡スラリーを作製する場合、乾燥(無水)成分は、現場に到着する前にすでに混合されている。乾燥成分の添加順序は、重要ではない。したがって、ミキサーに入れる前に、全ての乾燥添加剤を、粉末石膏に添加する。
●硬化
●沈殿(固体/液体の相分離)
●腐敗
予め混合された乾式石膏ベースの材料を、フィーダードライブに添加し、連続ミキサーに供給することができる。計量供給される水の量は、ミキサー構成要素に供給されている乾燥粉末の量と、水、乾燥粉末、および/またはスラリーがシステムを通して連続的に送られていることと、に直接関係するため、連続的である。
石膏スラリーはまた、以前の2つの方法を含むがこれらに限定されない、製造工程を通して調製することができ、次に、使用準備が整った状態で現場に送達することができる。
硫酸カルシウム半水和物および炭酸カルシウムを水と混合して、第1のスラリーを形成することと、
水と混合されたアルミニウム化合物のミョウバン溶液を提供することと、
第1のスラリーおよびミョウバン溶液をコネクタ導管のそれぞれの流入開口部を通して送り、コネクタ導管内で合流させて、コネクタ導管の放出開口部を通ってコネクタ導管から放出される合流混合発泡流を生成することと、
炭酸カルシウムの一部分をアルミニウム化合物と反応させて、発泡石膏スラリーを生成することによって、炭酸カルシウムの少なくとも一部分を活性化するために、合流混合発泡流を、静的ミキサーまたは動的ミキサーから選択される合流流ミキサーで混合することと、
合流混合発泡流を合流流ミキサーから2枚の壁ボードの間の空洞に移送することと、
空洞内の発泡石膏スラリーを、発泡石膏製品に膨張、凝固、および乾燥させることと、を含む、方法を提供する。
本明細書で使用される場合、「焼き石膏」は、アルファ硫酸カルシウム半水和物、ベータ硫酸カルシウム半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、またはそれらの任意のもしくは全ての混合物を意味することを意図している。焼き石膏は、スタッコとしても知られる。「石膏」、「硬化石膏」および「水和石膏」という用語は、硫酸カルシウム二水和物を意味することを意図している。混合物中の水は焼き石膏と自然に反応して硬化石膏を形成する。
炭酸カルシウムは、式CaCO3を有する化合物である。
アルミニウム化合物は、式Al2(SO4)3を有する硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムからなる群から選択され、好ましくは、それは、硫酸アルミニウムである。
水は、流動性スラリーを作製する任意の量でスラリーに添加される。使用される水の量は、それを使用する用途、使用される正確な分散剤、スタッコの特性、および使用される添加剤によって大きく変化する。水と硫酸カルシウム半水和物との重量比は、0.2〜2:1である。
本発明の石膏スラリーは、結合剤としてラテックスポリマーを含んでもよい。具体的には、ポリマーは、合成ラテックス(すなわち、1種以上のモノマーの乳化重合によって調製されるポリマー粒子の水性分散液)である。ラテックスは、水、ラテックスポリマー、界面活性剤、および本明細書の他の箇所に記載されるような他の原料を含む、水性乳化剤または分散液を含む。代替的に、ラテックスポリマーを、乾燥再分散性粉末として添加してもよい。
分散剤は、石膏スラリー中で石膏と共に使用して、水と硫酸カルシウム半水和物との混合物を流動化する助けになることで知られており、そのため、流動性スラリーの作製に必要な水が削減される。
硬化促進剤、硬化遅延剤、再石灰化阻害剤、結合剤、接着剤、分散剤、レベリングまたは非レベリング剤、増粘剤、殺菌剤、防カビ剤、pH調節剤、着色剤、補強材、難燃剤、撥水剤、充填剤、およびそれらの混合物などの添加剤が、望ましい特性を付与するため、かつ製造を容易にするために、石膏スラリー中に用いられ得る。
発泡剤を石膏スラリーに用いて、内部化学反応によって発生された内部発生発泡体を補うための追加の発泡体を生産することができる。これらの発泡剤は、発泡硬化石膏製品を調製するのに有用であることが知られている従来の発泡剤のうちのいずれでもよい。多くのこのような発泡剤は、よく知られており、商業的に容易に入手可能、例えば、石鹸である。
本発明の実施においてスラリー中に用いられて望ましい特性を付与し、製造を容易にすることができる添加剤は、ケイ素ベースの消泡剤、アクリレート増粘剤、セルロース増粘剤、無機充填剤粉末、pH改変剤、好ましくはアルカノールアミン、および顔料、ならびに上述の分散剤の群の1種以上のメンバーから選択される。
発泡石膏壁を生成するために使用された、スラリー生成、ミョウバン溶液生成、ポンプ注入、および混合システムの1つの具体的な工程は、表1に列挙される原料の配合物を使用する、以下のものである。
●乾燥材料をバッチ工程で混成、包装、およびスラリー化した
●乾燥ミョウバンと水とを混合することによって、ミョウバン溶液を生成した
●2つの溶液をY字型コネクタを介してポンプ注入および合流させた
●2つの溶液を静的ミキサーを使用して混合した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
●乾燥材料を混成、包装した
●包装材は連続工程でスラリー化された
●ミョウバン溶液を調達した
●2つの溶液をY字型コネクタを介してポンプ注入および合流させた
●2つの溶液を静的ミキサーを使用して混合した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
●乾燥材料を混成、包装した
●包装材は連続工程でスラリー化された
●ミョウバン溶液を調達した
●2つの溶液を動的ミキサーに供給した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
硫酸アルミニウム溶液と炭酸塩溶液とを混合して、時間内に発生されたガスの量を測定した。2つの液体が混合されたときに大量のガスが生成されるが、また反応は長期間にわたって継続することが示された。この初期のガス生成は、流体内に大きな圧力を生成し、それはスラリーの流動学的特性によって相殺されなければならず、さもなければ材料が膨張しようとするときに破裂および崩壊が起こるだろう。表2は、この結果を示す。
密度が異なる、本発明の裸の空洞充填剤材料(壁ボードの間ではない)の試料について、熱的および音響的試験を、約15−60pcfで行った。1インチ当たりの熱抵抗および騒音低減係数を示す。空洞壁構造内に空の空洞があることと比較して、全ての値が向上している。表3は、この結果を示す。
硫酸カルシウム半水和物、硫酸アルミニウム、および炭酸カルシウムを含む3つの配合物、ならびにセルロース増粘剤を、POSI−TESTER接着試験デバイスを使用して、米国の石膏建材への接着について試験した。
配合物を、圧縮強度試験に供した。試料の文字指定は、表5および6の配合物に対応する。表5は、配合物を示す。表6は、配合物の圧縮強度を示す。
この実施例は、ゼオライトを使用してプラスター用のガス発生発泡システムを試験する。この実施例は、クリノプチロライトゼオライト(天然ゼオライト)および過炭酸ナトリウムを含有するプラスター配合物が、O2ガスの遊離を通して発泡プラスターモルタルを生産するかどうかを判定し、クリノプチロライトゼオライトを含有するプラスター配合物における過酸化水素の触媒酸化を実証するために行われた。
この例は、標準プラスター配合物中のゼオライトと過炭酸ナトリウムとの間の相互作用関係を判定するために、ゼオライト/過炭酸ナトリウム相互作用を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に1分間乱さずに浸漬した後に、ホバートミキサーを使用して混合した。1分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度2での2分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。300グラムの混合スラリーを、標準32オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに1日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表8は、試験片1〜9の配合および結果を示す。
この例では、標準プラスター配合物におけるゼオライトと過炭酸ナトリウムとの間の相互作用関係を判定するために、ゼオライトおよび過炭酸ナトリウムの様々な形態の相互作用を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に1分間乱さずに浸漬した後に、ホバートミキサーを使用して混合した。1分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度2での2分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。300グラムの混合スラリーを、標準32オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに1日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表9は、試験片A1〜Dの配合および結果を示す。
この例では、ゼオライトおよび過炭酸ナトリウムを含む軽量プラスター混合物中の、PVOH、デンプン、砂糖、ゼラチン、ポリエチレングリコールなどの弾性添加剤の機能特性を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に1分間乱さずに浸漬した後に、ミキサーを使用して混合した。1分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度2での2分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。300グラムの混合スラリーを、標準32オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに1日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表10は、試験片E1〜E7の配合および結果を示す。
Claims (10)
- 石膏ベースの組成物であって、無水基準における100重量部の原料に基づいて、
50〜98重量%の硫酸カルシウム半水和物と、
−CO2ガスを発生させるための、1.5〜50重量%の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムから選択される、1.5〜30重量%の少なくとも1種のアルミニウム化合物との、第1の組み合わせ、および/または
−酸素ガスを発生させるための、1〜10重量%のゼオライトと、濃厚水溶液として提供される1〜10重量%の過酸化水素および1〜10重量%の過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)の群のメンバーとの、第2の組み合わせ、から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
0.1〜10重量%のセルロース増粘剤と、を含む、前記原料の混合物を含む、石膏ベースの組成物。 - 前記混合物原料が、100重量部の前記混合物の前記原料に基づいて、
−0.1〜1重量%のキレート剤と、
−0.05〜1重量%の殺生物剤と、のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の組成物。 - 前記アルミニウム化合物および/またはゼオライトが、存在する場合、混合工程中にスラリー中のシェルに封入された粉末の粒子に適切な剪断力が加えられたときに、前記粉末の制御された放出のために前記シェルに封入された前記粉末の前記粒子である、請求項1に記載の組成物。
- 前記原料が、前記炭酸カルシウムおよび前記アルミニウム化合物を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記原料が、
前記ゼオライトと、前記過酸化水素および過炭酸ナトリウム(Na2CaCO3・1.5H2O2)の濃厚溶液からなる群のメンバーと、を含み、前記ゼオライトが、天然ゼオライトを含む、請求項1に記載の組成物。 - 発泡石膏スラリーを作製する方法であって、
水と、
前記発泡石膏スラリーを形成するための請求項1〜5のいずれかに記載の組成物であって、前記水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が0.2〜2:1であり、前記水が、存在する場合、ラテックス水性媒体の水に追加されたものである、組成物と、を混合することを含み、
前記発泡石膏スラリーが、15〜90体積パーセントの気泡を有する、方法。 - 発泡石膏製品を作製する方法であって、
水と、
発泡石膏スラリーを形成するための請求項1〜5のいずれかに記載の組成物であって、前記水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が0.2〜2:1である、組成物と、を混合することを含み、
前記発泡石膏製品を形成するために、前記発泡石膏スラリー中の硫酸カルシウム半水和物が、硫酸カルシウム二水和物に変換、硬化および乾燥し、
前記硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られた前記発泡石膏製品が、10〜55ポンド/立方フィートの比重を有し、
前記発泡石膏製品が、30〜90体積パーセントの全空隙体積を有する、方法。 - 前記方法が、作業現場でのバッチ、半連続バッチ、もしくは連続処理を介して、または製造工程の一部として行われ、
第1のスラリーを形成するために、前記硫酸カルシウム半水和物および前記炭酸カルシウムを水と混合することと、
ミョウバン溶液を形成するために、前記アルミニウム化合物を水と混合することと、
コネクタ導管から排出開口部を通って排出される合流混合流を生成するように、前記コネクタ導管内で合流するために、前記第1のスラリーおよび前記ミョウバン溶液を、コネクタ導管のそれぞれの流入開口部を通して送ることと、
前記発泡石膏スラリーを生成するために、前記炭酸カルシウムの一部分を前記アルミニウム化合物と反応させることによって、前記炭酸カルシウムの前記少なくとも一部分を活性化するように、静的ミキサーまたは動的ミキサーから選択される合流流ミキサーで前記合流混合流を混合することと、
前記合流混合発泡流を前記合流流ミキサーから2枚の壁ボードの間の空洞に移送することと、
前記空洞内の前記発泡石膏スラリーを、膨張、凝固、および乾燥させることと、を含む、請求項7に記載の発泡石膏製品を作製する方法。 - 前記コネクタ導管が、Y型コネクタ導管およびT型コネクタから選択され、
前記Y型コネクタ導管が、第1の流入開口部を画定する第1の側部流入管と、第2の流入開口部を画定する第2の側部流入管と、排出開口部を画定する排出管と、を有し、前記Y型コネクタ導管の前記第1の側部流入管および前記第2の側部流入管が、鋭角を画定し、前記Y型コネクタ導管の前記第1の側部流入管および前記排出管が、第1の鈍角を画定し、前記Y型コネクタ導管の前記第2の側部流入管および前記排出管が、第2の鈍角を画定し、
前記T型コネクタが、第2の開口端に対向する第1の開口端を有する第1の管と、前記第1の管と連通し、第3の開口端を画定する第2の管と、を有し、前記第1の管が、前記第2の管に対して垂直であり、前記第1、第2、および第3の開口端のうちの1つが、前記第1の流入開口部であり、前記第1の流入開口部ではない前記第1、第2、および第3の開口端のうちの1つが、前記第2の流入開口部であり、前記第1の流入開口部もしくは前記第2の流入開口部ではない前記第1、第2、もしくは第3の開口端が、前記排出開口部である、請求項8に記載の発泡石膏製品を作製する方法。 - 対向するボードパネルであって、前記対向するボードパネル間の空洞を画定するスタッドを含むフレームに取り付けられている、ボードパネルと、
水および前記空洞内に配置された請求項1〜5のいずれかに記載の石膏ベースの組成物から作製された、硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られる発泡石膏製品であって、前記発泡石膏製品が、10〜55ポンド/立方フィートの比重を有し、前記発泡石膏製品が、30〜90体積パーセントの全空隙体積を有する、発泡石膏製品と、を備える、空洞壁システム。
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