JP7420805B2 - 石膏スタッコ再水和モルタルにおける水需要低減剤としてのｃｏ２の使用 - Google Patents

Description

本出願は、スタッコスラリーの水需要の低減のための方法であって、加重された量の二酸化炭素をプロセス水に導入することと、上記スタッコをこのように処理された水と混合してスラリーを生産することと、を含む、方法に関する。本出願は、さらに、本方法に従って調製された、スタッコと水との混合物、ならびに対応するスタッコと水との混合物の調製に適合された装置に関する。

プラスターボードの調製では、水とスタッコ（基本的にβ－硫酸カルシウム半水和物からなる）とを混合してスラリーを提供し、その後、このスラリーをライナーに塗布し、２番目のライナーで被覆し、乾燥させて、対応するプラスターボードを提供する。石膏の均一な分布ならびに軽量構造を提供するために、発泡体を混合物に導入してもよい。

ボードの調製中、石膏スラリーの形成に使用される水の少なくとも一部は、硫酸カルシウム半水和物に吸収されて、硫酸カルシウム二水和物を形成する。しかしながら、混合物の十分な流動性および低粘度を提供するために、半水和物を硬化させるのに化学量論的に必要とされるよりも多くの水で混合物を調製する必要があり、次に、この水を乾燥工程で除去する必要があり、その結果、ボードの最終乾燥に多大なエネルギーコストがかかる。

この乾燥工程に必要なエネルギーは、スタッコ／水混合物の調製に使用される水の量に強く関連しているため、適切な加工可能性を有する混合物の形成に必要な水の量を最小化することができるプロセスが必要である。

ＥＰ０ ０７７ ３７３は、硫酸カルシウム半水和物を処理してその水需要を低減し、処理された半水和物が水和されるための癒着時間の低減を提供するためのプロセスについて記載し、スタッコは、約０．０１～５モルの石膏可溶化剤の水溶液と組み合わされ、その混合物をブレンドして癒着させる。可能な石膏可溶化剤として、ＥＰ０ ０７７ ３７３は、アルカリおよびアルカリ土類金属水酸化物、ならびに炭酸塩を含む酸性またはアルカリ性塩を示唆している。ＥＰ０ ０７７ ３７３の実施例では、石膏可溶化剤として水酸化ナトリウムを取り込むと、このように調製されたプラスターボードから蒸発する水の量が著しく低減することが実証された。

ＷＯ２００６／１３８００１ Ａ２は、ポリカルボン酸塩分散剤、改質剤、および水硬性材料がスラリーに取り込まれているスラリーを生産する方法に関する。ケイ酸塩および炭酸塩を含む塩として指定される改質剤は、分散剤の効力を増加させると言われ、それにより、組成物中の水の低減が可能になる。同様に、ＥＰ１ ９０７ ３３４は、分散剤と、例えば、石灰、コンクリート、ケイ酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、および炭酸塩から選択される改質剤とを含むスラリーについて記載しており、改質剤は、分散剤の有効性を高める。

以上のことから、先行技術と比較して、適切な加工特性を有するスラリーを提供するのに必要な水を低減することを可能にする方法が求められている。

本発明の根底にある調査では、プロセス水をスタッコ粉末と混合する前に、加重または測定された量のＣＯ_２をプロセス水に導入すると、スラリーの流動性が増加し、体積増加が提供され、次に、プロセス水全体の量の低減が可能になることが予想外に発見された。加えて、スラリーを発泡体と混合すると、発泡剤の量も低減することができるため、さらなる経済的利点が提供される。プロセス水がＣＯ_２を含有する場合、スラリーの所定の密度を達成するのに必要な発泡剤の量は、少なくなる。

したがって、第１の態様によると、本発明は、石膏物品を生産するための方法であって、測定された量の二酸化炭素をプロセス水に導入し、スタッコとこのように処理されたプロセス水とを混合することによる、水需要が低減されたスタッコスラリーの生産を含む、前記方法に関する。

スタッコと水との混合物への添加剤としての二酸化炭素の使用は、スタッコスラリーの硬化時間を増加させると同時に最終製品の耐久性を増加させる手段として当技術分野で以前から提案されてきた。スラリーへのＣＯ_２の添加によって、より大量の水、例えば、１体積の焼成石膏に２体積の水（ＵＳ１，６２０，９１５を参照）を使用することが可能になる。水の量を増加させると、主な問題であったスラリーの腐敗（非硬化またはび腐食）のリスクが低減するため、好ましいと記載されている。しかしながら、本発明の意図は、この考えの正反対である。スタッコスラリーの水需要を低減するために二酸化炭素を使用する。さらに、ＵＳ１，６２０，９１５によると、二酸化炭素はスタッコと水との混合物に添加されるが、本発明によると、スタッコは、二酸化炭素が溶解または分散されたプロセス水と混合される。

測定された量の二酸化炭素が水に導入される手段に関して、本出願は、いかなる関連する制限も受けない。例えば、二酸化炭素をプロセス水に導入する非常に簡単な方式は、単に、二酸化炭素が少なくとも部分的にプロセス水に溶解するように、ＣＯ_２を水に分散させることである（恐らく圧力を加えることで）。代替として、酸が添加された炭酸塩または重炭酸塩前駆体からのその場形成によって二酸化炭素をプロセス水に取り込むことも可能であり、炭酸塩が炭酸および／または二酸化炭素に変換される。しかしながら、塩前駆体を介して二酸化炭素を水に導入すると、酸塩基反応からの副産物（有機または無機塩）が形成されるという潜在的な欠点がある。したがって、この代替を使用することによって、これらの副産物がスタッコの後の水和プロセスまたは最終製品の品質に悪影響を及ぼすことを排除することができない。ゆえに、本出願の文脈において、測定された量の二酸化炭素のプロセス水への導入は、好ましくは、ガス状二酸化炭素を水に直接導入することによって達成される。

ガス状二酸化炭素の使用には、この材料が化石燃料を燃焼するすべての加熱システムによって生産され、排気ガスの排出で常習的に廃棄されるという追加の利点がある。ＣＯ_２排出がますます厳しい規制および削減計画（排出権取引）の対象になっているという事実を考慮すると、その内部回復によって、かなりの経済的利点およびより持続可能な運営とが提供される。プラスターボードは、上記で説明したように、その最終的な乾燥にかなりの量のエネルギーを必要とし、これは通常、同時に大量の二酸化炭素を生産する工場によって生成されるため、ガス状二酸化炭素は通常、非常に低コストで豊富に入手可能である。

「スタッコスラリー」および「スタッコおよび水を含有する混合物」という用語は、この説明では交換可能に使用され、同じ意味を有する。

水に導入される二酸化炭素の量に関して、本発明は、二酸化炭素の量が、二酸化炭素を添加しない同一の混合物と比較してスラリー流動性の増加に関して観察可能な効果を提供するのに十分に高くなければならないことを除いて、いかなる関連する制限も受けない。それにもかかわらず、本出願では、二酸化炭素をプロセス水に導入して、少なくとも１ｇ／Ｌ、より好ましくは少なくとも１．５ｇ／Ｌ、さらにより好ましくは少なくとも１．８ｇ／Ｌのプロセス水中の溶解／分散二酸化炭素の濃度提供することが好ましい。溶解／分散二酸化炭素の最大量は、好ましくは１５ｇ／Ｌ以下、より好ましくは１０ｇ／Ｌ以下、さらにより好ましくは８ｇ／Ｌ以下である。二酸化炭素量が約８ｇ／ｌを超える場合、溶解した二酸化炭素が、硫酸カルシウム半水和物の硬化をある程度遅らせるため、より高いＣＯ_２濃度があまり好ましくないことが観察されている。加えて、プロセス水中の二酸化炭素濃度が１ｇ／Ｌ未満の場合、適切な加工特性を有するスラリーを生産しながらの達成可能な水の低減が比較的低くなる。

加えて、本発明の方法では、二酸化炭素を導入した水が８．０以下のｐＨを呈することが好ましい。

加えて、本発明の実施では、スタッコを、二酸化炭素が導入されたプロセス水と混合して、約０．５～１．２、好ましくは約０．６～１．０、より好ましくは約０．６５～０．８、さらにより好ましくは約０．６５～０．７の範囲の水／スタッコ比を提供することが好ましい。これらの範囲内で、定期的に水の低減と混合物の十分に速い硬化および乾燥との良いバランスが確実になる。

本発明の実施におけるスタッコは、実質的に純粋な硫酸カルシウム半水和物（すなわち、９８重量％以上）から構成され得るか、または無水硫酸カルシウムまたは硫酸カルシウム二水和物などの他の硫酸カルシウム改質を含み得る。加えて、スタッコは、その中の避けられない不純物の次に、粘土、炭酸塩、ケイ酸塩などの他の無機成分を含み得る。しかしながら、スタッコが、少なくとも７０重量％の硫酸カルシウム半水和物、より好ましくは少なくとも８０重量％の硫酸カルシウム半水和物、さらにより好ましくは少なくとも９０重量％の硫酸カルシウム半水和物から構成されることが好ましい。

スタッコと水との混合物がその後塗布される目的に応じて、石膏物品またはプラスターボードの生産の分野での従来の増強材料および添加剤を添加することが可能である。例えば、例えば紙パルプなどの繊維状材料、または液化剤、シリコン油、発泡剤、促進剤、耐火材料などの従来の添加剤を添加して、得られる混合物の最終特性を調整することが可能である。本発明の方法によると、そのような増強材料および／または添加剤が、それらがプロセス水に供給される場合に、これらの材料の不規則分布を回避するために、ＣＯ_２添加に対して十分な距離を置いて挿入されることが好ましい。ＣＯ_２添加は、好ましくは、他の添加剤を添加する前または後にプロセス水全体に均質に分散するのに十分な時間をとらなければならない。そうでなければ、例えば発泡体のような追加の材料をミキサーに直接、またはミキサーからブーツへの移行部、またはミキサーのブーツに添加することも当然ながら可能である。

軽量石膏物品の調製では、発泡体のスラリーへの導入が効果的であることが証明されており、プラスターボードを生産する際に標準的に用いられている。ゆえに、本発明の実施では、この方法は、好ましくは、発泡体がプロセス水とスタッコとの混合物に添加される工程を含む。

さらに、本発明の方法は、少なくともスタッコと二酸化炭素含有プロセス水とを含む混合物から物品が形成される工程を含むことが好ましい。

物品は、その形状に関していかなる関連する制限も受けず、すなわち、石膏スラリーであらゆる種類の形状を形成することが可能である。本発明による調製のための好ましい物品は、プラスターボードである。

加えて、本発明の実施では、物品は、その成形後の工程で乾燥されることが好ましいため、本発明の好ましい方法は、物品またはプラスターボードを乾燥する工程をさらに含む。

さらなる態様では、本出願は、上記の方法に従って調製されたスタッコとプロセス水との混合物に関する。

またさらなる態様では、本発明は、スタッコおよびプロセス水を含むスラリーを調製するための装置に関し、二酸化炭素のプロセス水への直接導入を可能にする手段１が、プロセス水がスタッコと混合されるミキサーの上流に提供される。

上記の手段１は、好ましくは、二酸化炭素をプロセス水中に微細に分散させて、二酸化炭素が導入される水と二酸化炭素との接触面を可能な限り大きくするための適切なデバイスが装着される。好ましくは、手段は、二酸化炭素を水に導入するためのスパージャ２を備える。

ミキサー４は、二酸化炭素が豊富なプロセス水とスタッコとのブレンドを可能にする。加えて、本発明の装置は、好ましくは、発泡体流をミキサー４、またはスラリーをコンベヤー１２に供給するライン１０に供給する手段６を有する。

手段１とミキサー４との間の距離に関して、距離は、二酸化炭素のプロセス水への溶解または「分散」が安定して形成されて、プロセス水／スタッコ混合プロセス中に二酸化炭素の脱気および損失を回避または低減するように規則的になされるべきである。明らかに、この距離は、プロセスパラメータ（すなわち、取り込まれる二酸化炭素の量、温度、水がライン内を移動する速度など）に依存するが、適切な距離でのミキサー４の位置付けについて、当業者は特に困難を伴わずに対処するであろう。

装置が添加剤または紙繊維などの強化材料のための入口（７ａ、７ｂなど）で構築されている場合、これらの入口は、好ましくは、二酸化炭素がすでに水に導入されている位置、すなわち、手段の下流１で、ライン５に追加される。ゆえに、装置は、繊維状材料および添加剤がライン５に導入される入口（７ａ、７ｂなど）を有し得る。さらに、繊維状材料および添加剤のための入口（７ａ、７ｂなど）が、繊維状材料および／または添加剤が導入される時点において十分に安定した気体／液体分散を確実にするように、手段１のプロセス水への二酸化炭素導入場所から十分に離れた位置にあることが好ましい。

加えて、本発明の装置が、ミキサー４で生産されたプロセス水／スタッコ混合物が所望の形状に形成される形成手段を備えることが好ましい。形成手段は、形成ステーションを備えた移動コンベヤーなどの連続形成手段、またはそれぞれの量のプロセス水／スタッコ混合物が導入される鋳型などの不連続形成手段であり得る。

上に示したように、本発明の好ましい製品は、プラスターボードである。ゆえに、本出願の好ましい態様では、装置は、スラリーの連続層をライナー、例えば、セルロースベースの繊維材料１１ａまたは繊維マットに分配するように成形された分配手段９を備える。このようにライナーに塗布されたスラリー層は、第２のライナー１１ｂによって被覆される。加えて、装置は、好ましくは、層の間にスラリーを分配すると同時にライナー材料の層を運ぶためのコンベヤー１２を有する。ライナー材料の層は、好ましくは、紙もしくは板紙層、またはガラスもしくは鉱物もしくはポリマー繊維を含む織布もしくは不織布マット、またはそれらの混合物である。
さらに、本出願の文脈において、装置は、形成手段の下流に乾燥機１３を備えることが好ましい。

図１に示す装置の説明によって、本発明を以下に示す。図１は、プロセス水が、ライン３を介して、スパージャ２が装着された二酸化炭素導入手段１に供給される装置を示す。二酸化炭素がプロセス水に導入された後、プロセス水は、添加剤のための入口７ａおよび繊維状材料のための入口７ｂを有するライン５を通過する。さらに、発泡体６のための入口を提供することができる。ライン５を介して、プロセス水は、スタッコの添加のための入口８を有し、任意選択で発泡体６のための入口も有し得るミキサー４に移送される。スタッコおよびプロセス水がミキサーで完全に混合されると、それらはライン１０を介して分配手段９まで通過し、分配手段９よって混合物は、ライナー１１ｂに分配され、その後追加のライナー１１ａによって被覆される。これらの層は、コンベヤー１２によって、矢印で示される方向に連続的に運ばれる。スタッコとプロセス水との混合物が第１のライナーに分配され、第２のライナーで被覆された後、こうして形成された構造は、形成ステーションを通過し、サイズに切断され、乾燥機１３で乾燥されて、依然としてボードに含有される過剰水を除去する。

本発明について、例としてさらに説明するが、これは、本発明の例示としてのみ理解されるべきであり、決して限定として理解されるべきではない。

図１は本発明に係る装置を示す図である。

実施例１
異なる量のガス状ＣＯ_２を、スタッコ粉末と混合する前に水に導入した。水の量は、いずれの場合も、流動性／粘度などの実質的に同一の加工特性が得られるように調整した。スラリーの流動性を、ｐｒＥＮ１３７９－２：２０１４に記載されている分散法に従って決定し、一定に保った。所定の流動性を達成するために必要な水の量を記録した。この試験の結果を以下の表１に提供する。

表１は、水に添加されたＣＯ２の濃度、所定の流動性を到達するのに必要なスタッコの適用量を基準にした水の量、および基準に関して達成された水の低減について列挙する。表１は、二酸化炭素の量が増加するにつれて、流動性が同じレベルに保持されたにもかかわらず、スラリーの調製に必要な水の大幅な低減が可能であったことを示す。最高の水の低減の約７％は、約５ｇ／ＬのＣＯ_２で得られた。約５ｇ／ＬのＣＯ_２添加で、スラリー硬化の中程度の遅延が観察される。したがって、遅延効果を考慮に入れると、１５ｇ／Ｌ以下のＣＯ_２、好ましくは８ｇ／Ｌ以下のＣＯ_２をスラリーに取り込むべきである。

通常の加工ラインにおける水の３．３および４．３％の低減は、それぞれ約０．８および０．１２ｋＷｈ／ｍ^２のエネルギーの節約になる。５％のＣＯ_２を含有する水の場合、エネルギーの節約は、生産されたボード１平方メートル当たり約０．２ｋＷｈになるであろう。

さらに、１．８ｇ／ＬのＣＯ_２の濃度で調製されたボードが、発泡剤の３％の低減を可能にし、それにもかかわらず、二酸化炭素を含有しない水で調製された組成物とほぼ同じ特徴を提供することが観察された。

プラスターボードの工場が通常、年間数百万ｍ^２のプラスターボードを生産するという事実を考慮すると、エネルギーおよび発泡剤の潜在的な節約は、かなりの量になる。

Claims (14)

1. 石膏物品を生産するための方法であって、二酸化炭素をプロセス水に導入することと、スタッコをこのように処理されたプロセス水と混合してスラリーを形成することと、を含み、前記プロセス水への前記二酸化炭素の添加が、前記スラリーの所定の流動性を達成するのに必要な前記プロセス水の量の低減をもたらす、前記方法。
2. 前記プロセス水に導入される前記二酸化炭素の量が、少なくとも１ｇ／Ｌであるが、１５ｇ／Ｌ以下の溶解または分散二酸化炭素の濃度を提供する、請求項１に記載の方法。
3. 前記二酸化炭素が導入された前記プロセス水が、８．０以下のｐＨを呈する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記スタッコが、前記二酸化炭素が導入された前記プロセス水と混合されて、０．５～１．２の範囲の水／スタッコ比を提供する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記スタッコの前記二酸化炭素が導入された前記プロセス水との前記混合の前に、紙パルプ、または、石膏物品を製造するための従来の添加剤が、前記二酸化炭素が導入された前記プロセス水に供給される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 発泡体が、前記スラリーと混合され、前記プロセス水への前記二酸化炭素の添加が、前記スラリーの所定の密度を達成するのに必要な発泡剤の量の低減をもたらす、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記スタッコと前記二酸化炭素が導入された前記プロセス水とを含有する前記スラリーが、物品に形成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記物品を乾燥させる工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 少なくともスタッコとプロセス水との混合物を含むスラリーを調製するための装置であって、手段（１）が、前記スタッコが前記プロセス水と混合されるミキサーの上流に提供され、前記手段（１）が、前記プロセス水へガス状二酸化炭素を直接導入する、装置。
10. 前記ガス状二酸化炭素が、前記プロセス水に導入される前記手段（１）が、スパージャ（２）を備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記ガス状二酸化炭素が導入された前記プロセス水を前記スタッコと混合するためのミキサー（４）をさらに備える、請求項９または１０に記載の装置。
12. ミキサー（４）で生産された、前記ガス状二酸化炭素が導入された前記プロセス水および前記スタッコを含む混合物を所望の形状に形成する形成手段をさらに備える、請求項９～１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記形成手段が、前記スラリーの連続層をライナー（１１ａおよび１１ｂ）に塗布するディスペンサ（９）を備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記形成手段の下流に乾燥機（１３）をさらに備える、請求項１２または１３に記載の装置。