KR100655510B1 - 영구변형에 대한 저항성이 증가된 석고-함유 제품, 그 제조방법 및 조성 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구저항에 대하여 증가된 저항성을 갖는 경화석고 함유 제품 및 칼슘술페이트재, 물, 및 각각이 2이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산들; 및 각각이 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온들; 로 부터 선택된 한 가지 이상의 강화재의 적정량으로된 혼합물을 형성함을 포함하는 그 제조방법이 제공된다. 그런다음, 상기 혼합물은 칼슘 술페이트재에 경화 석고재를 형성하기에 충분한 조건을 유지시킨다.

석고, 강화재, 경화 석고, 칼슘술페이트재, 처짐저항

Description

영구변형에 대한 저항성이 증가된 석고-함유 제품, 그 제조방법 및 조성{GYPSUM-CONTAINING PRODUCT HAVING INCREASED RESISTANCE TO PERMANENT DEFORMATION AND METHOD AND COMPOSITION FOR PRODUCING IT}

본 발명은 경화 석고-함유 제품, 예를 들어, 석고 보드(gypsum boards), 보강 석고 합성보드, 회반죽(plaster), 가공재(machinable materials), 이음 처리재(joint treatment material), 음향타일(acoustic tile) 등과 같은 경화된 석고함유 제품(set gypsum-coating products)의 제조방법 및 조성에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 한 가지 이상의 강화재를 사용하여 영구변형에 대한 저항성(예를 들어 내처짐성)이 증가된 경화 석고-함유 제품에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 몇몇 실시예는, 소석고의 수화시 강화재를 첨가하여 강도, 영구변형에 대한 저항(예를 들어, 내처짐성), 치수 안정성(예를 들어, 경화 석고의 건조도 중 비수축)이 증대된 제품을 제조하는 것에 관한 것이다. 또한, 상기 강화재는 경화 석고-함유 제품의 제조에 있어서, 다른 향상된 성질과 잇점을 제공한다. 본 발명의 변형실시예에 있어서는, 경화 석고를 한 가지 이상의 강화재로 처리하여 석고 함유-제품에 비록 상기와 동일하지는 않지만 이와 유사한 정도로 증대된 강도, 영구변형에 대한 저항성(예를 들어, 내처짐성)과 치수 안정성 및 그 밖의 향상된 성질과 잇점을 제공한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 본 발명의 경화 석고-함유 제품을 비교적 고농도의 염화물염을 함유하지만, 일반적으로 석고 함유 제품들에 있어서 이 같은 나트륨 농도로 인한 해로운 효과들은 방지하는 것이다.

경화 석고(칼슘 술페이트 디하이드레이트, calcium sulpate dihydrate)는 잘 알려진 많은 유용한 제품에서 주요한 성분으로서 혹은 중요성분으로서 포함된다. 예를 들어, 경화 석고는 건물의 내벽과 천장의 건식 공사로 사용되는 표면이 종이인 석고 보드의 주성분이다(예를 들어, U.S특허 4,009,062와 2,985,219 참조). 그것은 또한 U.S특허 5,320,677에 설명된 것과 같이, 석고/셀룰로우즈 섬유 합성체 보드(cellulose fiber composite boards) 및 제품의 주성분이다. 종종 석고보드 모서리 사이의 이음새(joint)를 채우고 매끄럽게 하는 제품들은 다량의 석고를 포함한다(예를 들어, U.S특허 3,297,601 참조). U.S특허 5,395,438과 3,246,063에 설명된 예와 같이, 달반자(suspended ceiling)에 유용한 음향타일에는 경화 석고가 많은 비율로 함유된다. 예를 들어, 건물 내벽을 회벽덧칠(plaster-surfaced) 하는데 사용되는 종래의 회반죽은, 대개 경화 석고의 형성에 주로 의존한다. U.S특허 5,534,059에 기술된 것과 같이, 가령, 정확히 가공될 수 있는 모델링이나 주형제조에 유용한 재료 같은 특수재에는 다량의 석고가 포함된다.

대부분의 그러한 석고-함유 제품은 소석고(칼슘 술페이트 헤미 하이트레이트그리고/또는 칼슘술페이트 안하이드라이트)와 물(그리고 적절한 다른 성분들)의 혼합물을 형성하여, 그 혼합물을 원하는 형태의 주형내부나 또는 표면 위에서 주조하고, 그 혼합물을 소석고와 물과의 반응에 의해 경화된(즉, 재수화된) 석고를 형성 하도록 경화시켜 결정질의 수화된 석고(칼슘 술페이트 디하이드레이트) 매트릭스를 형성하여 제조된다. 그 후, 건조 제품의 생산을 위해서, 남아있는 유리(미반응) 수분을 미열로 증발시킬 수 있다. 소석고의 수화는 경화 석고 결정들이 연결된 매트릭스를 구성하여, 석고-함유 제품에서 석고 구조에 강도를 부여하게 하는 것이 바람직하다.

만약, 사용 중 발생할 수 있는 응력에 더욱 잘 견딜 수 있도록 하기 위해 경화 석고 결정구조의 강도가 증가되었다면, 상기 모든 석고-함유 제품들은 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 많은 석고-함유 제품들의 중량을 더 가볍게 하기 위해서는, 경화 석고 매트릭스의 일부를 저밀도(예를 들어, 팽창 펄라이트 혹은 공극) 물질로 치환하려는 노력이 계속적으로 있다. 이러한 경우, 저밀도 제품에 있어서 경화 석고의 중량이 작아 낮은 강도를 갖게되므로, 전 제품의 강도를 상기 고밀도 제품의 수준으로 유지하기 위해서, 상기 경화 석고의 강도를 표준치 이상으로 증가시킬 필요가 있다.

게다가, 특히 고온다습 혹은 고하중의 상태에 있는 이러한 많은 석고-함유 제품의 구성에 있어서, 영구변형에 대한 저항(예를 들어, 처짐저항)을 증가시킬 필요가 있다. 일반적으로, 석고-함유 보드의 처짐이 약 0.1인치(inch)/보드 2피트 길이 미만인 경우는, 육안으로 인식될 수 없다. 그러므로, 석고-함유 제품에 있어서, 제품의 유효 수명기간에 걸쳐서 영구변형에 대한 저항성이 있도록 할 필요가 있다. 예를 들어, 석고-함유 보드와 타일은 흔히 수평으로 위치된 상태로 종종 저장되거 나 이용된다. 이러한 제품에서 경화 석고 매트릭스가 특히 고온다습, 고하중 하에서 영구변형에 대해 충분히 저항할 수 없으면, 그 제품들은 기초 구조물에 고정되거나 지지되어 있는 지점사이에서, 처짐이 생길 수도 있다. 이것은 외관상 좋지 않고, 제품 사용에 있어서 문제를 야기할 수도 있다. 많은 적용처에 있어서, 석고-함유 제품들은 인식할 수 있는 처짐없이 하중, 예를 들어 절연 혹은 응축 하중을 견딜 수 있어야 한다. 그러므로, 영구변형에 대해 증가된 저항성(예를 들어, 내처짐성)을 갖는 경화 석고를 만들기 위한 계속적인 필요성이 있는 것이다.

또한, 석고-함유 제품은 제조공정 및 상업적 응용 동안 경화 석고의 치수 안정성을 더 높게 할 필요가 있다. 특히, 온도와 습도가 변화하는 상태에서, 경화 석고는 수축하거나 팽창할 수 있다. 예를 들어, 고온다습에 노출된 석고 보드나 타일에 있어서는 석고 매트릭스의 결정 틈으로 스며든 수분은 습기가 함유된 그 보드를 팽창시켜, 처짐 문제를 더욱 악화시킬 수 있다. 또한, 경화 석고 제품의 제조에서, 석고가 경화한 후, 매트릭스 내에는 다량의 유리(미반응)수분이 보통 존재하게 되며, 이 유리 수분은 보통 약간의 가열에 의해 증발된다. 수분이 증발하여 석고 매트릭스의 결정 틈을 떠나면, 그 매트릭스는 경화 석고의 자연력으로 인하여 수축하는 경향이 있다(즉, 수분은 매트릭스 내에서 경화 석고 결정을 연결하는 부분과 떨어져 보지되고 있어서 그후 수분이 증발함에 따라 서로 가까이 함께 이동하는 경향이 있다).

그러한 치수 불안정성을 없애거나 최소화할 수 있다면, 여러 잇점을 얻을 수 있을 것이다. 예를 들어, 건조 중 보드의 수축이 없다면, 존재하는 석고보드의 제 조법으로 더 많은 제품과 정확한 형태를 갖도록 유지됨이 요구되는 석고-함유 제품을 생산할 것이고, 치수의 비율(예를 들어, 모델링과 몰드 제조에 사용을 위한)이 그들의 목적을 보다 잘 나타나게 할 것이다. 또한, 예를 들어, 건물의 내부 벽면에 사용되는 몇몇 회반죽(플라스터)은 건조중 수축이 되지 않기 때문에 층 형성 사이에 장시간의 적절한 건조과정이 필요한 복수개의 얇은 층에 사용되기보다는, 보다 두꺼운 층에 균열의 위험없이 사용될 수 있을 것이다.

몇몇 특정 종류의 석고 함유 제품 역시 다른 문제점을 갖고 있다. 예를 들어, 소석고 슬러지(유동성 수성 혼합물)내에 수성 기포를 만들기 위해 종종 기포제를 사용하여 저밀도 석고 제품을 생산한다. 이 경우 경화석고가 형성될 때 제품내에 영구적인 공극이 생기게 된다. 사용된 수성기포는 원래부터 불안정하기 때문에 경화석고가 형성되기 전에 많은 기포들이 응겨서 비교적 묽은 슬러리를 떠날수 있어(마치 거품욕조내의 거품과 같이) 필요한 밀도를 갖는 제품을 얻기 위하여 경화석고내에 필요한 공극농도를 형성하도록 충분한 농도를 갖는 기포제를 사용하여야 하는 것이다. 이것은 상기 석고함유 제품의 다른 성분이나 성질에 대한 화학기포제의 부작용 위험성과 비용을 증가시킨다. 따라서, 경화 석고-함유 제품에서 원하는 공극농도를 형성하기 위해 요구되는 기포제의 양을 줄일 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 고농도(예를 들어, 혼합물에서 칼슘술페이트재의 중량기준으로 최소 0.015wt.) 염화 이온이나 그것의 염을 함유하는 혼합물로부터, 경화 석고-함유 제품을 제조하는 새롭고 개선된 조성물 및 방법이 필요할 것이다. 상기 염화 이온 또 는 그 염은 칼슘술페이트 자체나 혼합물에서 이용되는 물(예를 들어, 해수나 염수함유 지하수)에서의 불순물일 수 있어서, 본 발명 이전에는 안정한 석고-함유 제품의 제조에 사용될 수 없었다.

또한, 강도, 영구변형에 대한 저항(예를 들어, 처짐저항), 그리고 치수 안정성을 향상시키기 위해서, 경화 석고의 처리에 대한 새롭고 개선된 조성 및 방법이 필요하다.

그러므로, 경화 석고-함유 제품과 조성 및 제조법을 계속해서 새롭게 향상시켜서, 상기 문제들을 해결, 감소, 최소화하도록 해야 한다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시킨다.

본 발명자들은 예기치 않게 상기 조건을 만족시키는 경화 석고-함유 제품과 조성 및 제조법을 발견하였다. 본 발명의 각 실시예는 이러한 요구들 중 한가지 이상을 만족시킨다.

칼슘술페이트, 물, 그리고 각각이 2이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산; 및 각각이 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온들;로 부터 선택된 적정량의 한가지 이상 강화재,를 포함하는 혼합물을 형성함으로써, 영구변형에 대한 저항성이 증가된 본 발명의 경화 석고-함유 제품이 제조된다.
상기 혼합물내의 강화재 농도가, 칼슘 술페이트의 중량을 기준으로 약 0.004~2.0wt.%임이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 0.04~0.16wt%, 그리고 보다 바람직하게는 약 0.08wt%.인 것이다.

상기 혼합물은 그 후 칼슘술페이트가 개선된 경화석고재를 형성하기에 충분한 조건하에서 유지된다.

여기서 사용되는 용어 " 칼슘술페이트재(calcium sulfate material)"는 칼슘 술페이트 안하이드라이트; 칼슘술페이트 헤미하이드 레이트;칼슘술페이트 디하이드레이트; 칼슘과 술페이트 이온; 혹은 이들의 일부나 전부의 혼합을 의미한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 칼슘술페이트재는 대개 칼슘술페이트 헤미하이드레이트이다. 그러한 경우에 있어서, 상기 모든 강화재는 형성되는 경화 석고에 영구변형에 대한 증가저항성을 제공할 것이다. 그러나, 몇몇의 강화재들(예를 들어, 다음의 염이나, 그것의 음이온 부분: 소디움 트리메타 포스페이트(STMP라 고함), 6-27의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 소디움 헥사메타 포스페이트(SHMP라고도함), 1000-3000 반복 포스페이트 유니트를 갖는 암모늄 폴리포스페이트(APP라고도 한다)는 처짐저항성을 더욱 증가시키는 것과 같은 더 나은 이익을 제공할 것이다. 또한, 단지 1/4 STMP농도로 만을 첨가될 때에도, APP는 STMP와 같은 내처짐성을 제공한다.

본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에 있어서, 이것은 경화 석고-함유 제품의 제조에 사용되는, 소석고와 물의 혼합물에 트리메타 포스페이트 이온을 첨가하여 이루어진다(여기서, 용어, "소석고"는, 알파 칼슘술페이트 헤미하이드레이트, 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트, 수용성 칼슘술페이트 안하이드로리트, 혹은 그것의 일부나 전부의 혼합물을 의미하고, 용어, " 경화 석고(set gypsum)"와 "수화 석고(hydrated gypsum)"는 칼슘 술페이트 디하이드레이트를 의미한다). 상기 혼합물 내의 물이 소석고와 자발적으로 반응하여 경화 석고가 형성되면, 그 경화 석고는, 트리메타 포스페이트 이온이 없는 혼합물로 부터 형성된 경화 석고에 비해, 증가된 강도, 영구변형에 대한 저항성(예를 들어, 처짐저항), 치수 안정성을 갖는다는 것 이 예기치 않게 발견되었다. 이 같은 특성의 개선 메카니즘은 이해되지 않는다.

더욱이, 트리메타 포스페이트 이온(APP같은)을 소석고로부터 경화 석고를 형성하는 속도를 지연시키지 않는다는 것을 예기치 않게 발견하였다. 사실, 트리메타 포스페이트 이온이 비교적 고농도 수준으로 유효 첨가 범위 내에서 추가되면, 그것은 실질적으로 경화 석고의 형성을 위해 소석고의 수화율을 가속시켜 경화석고를 형성하도록 한다. 이것은 특히, 상기 경화 석고의 강도증가에 따라 놀랄만 한 것인데, 왜냐하면, 일반적으로 석고 기술분야에서는 인이나 포스페이트재는 경화 석고의 형성속도를 낮추고, 형성되는 석고의 강도를 감소시키는 것으로 생각되었기 때문이다. 사실, 대부분의 그러한 물질에서 이것은 사실이나, 트리메타 포스페이트 이온에 대해서는 그렇지 않다.

이와 같이, 일반적으로 본 발명에서 몇몇 바람직한 실시예로 소석고, 물, 트리메타 포스페이트의 혼합물을 형성하고, 그 혼합물을 소석고에서 경화 석고로 변화하기에 충분한 조건(예를 들어, 온도는 약 120F 미만이 바람직함) 에서 유지시키는 단계를 포함하는, 증가된 강도, 영구변형에 대한 저항성(예를 들어, 내처짐성), 그리고 치수 안정성을 갖는 경화 석고-함유 제품의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서는 종이나 다른 물질로 된 커버 시트 사이에끼워 넣어진 경화 석고 코어(core)를 포함하는 석고보드의 제조법이 제공된다. 상기 보드는 소석고, 물 및 트리메타 포스페이트 이온의 유동성 혼합물(슬러리)을 형성하고, 이를 커버 시트 사이에 재치한 다음, 이를 경화 및 건조시켜 제조한다.

그렇게 하여 제조된 보드는 증가된 강도, 영구변형에 대한 저항성(예를 들 어, 내처짐성), 치수 안정성에 있어서 바라는 개선된 성질을 갖고 있지만, 알려지지 않은 이유들로 인하여, 보드가 젖거나 생산중 완전히 건조되지 않으면, 보드에 통상적으로 종이-대-코어의 결합력을 더 좋게 하는 전형적인 사전 젤라틴화 되지않은 전분(예를 들어, 산-개질된 전분)이 포함되더라도, 석고 코어와 커버 시트(대개 종이로 이루어짐) 사이의 결합강도가 약해지거나 떨어질 수 있다는 것이 관찰되었다. 그 후 커버 시트는, 보드로부터 박리될 수 있으므로, 수용될 수 없게 된다. 다행히도, 본 발명자들은 이러한 부수적인 문제에 대한 해결책을 또한 발견해냈다. 본 발명자들은 제조슬러리에 전 젤라틴화 전분(pregelatinized starch)을 포함시키면, 그 문제를 피할 수 있다는 것을 알아냈다. 그 후, 이 전분은 결과로써 얻어지는 석고 코어 전체에 걸쳐 분포되어, 코어와 커버 시트 사이의 결합이 약해짐을 막아준다는 것을 예기치 않게 발견하였다.

이 같이, 몇몇 실시예에 있어서, 본 발명은 더욱 더 향상된 석고보드의 조성

및 제조법을 제공한다. 상기 조성은 물, 소석고, 트리메타 포스페이트 이온과 전 젤라틴화 전분의 혼합물을 포함한다. 상기 방법은 그러한 혼합물을 형성하고, 커버 시트 사이에 그것을 놓고, 결과로써 생기는 에셈블리를 경화 및 건조시키는 단계를 포함한다.

중량이 더 가벼운 석고보드의 제조가 요구되는 경우에 있어서, 본 발명은 이것을 이루기 위한 조성 및 제조방법을 제공한다. 그 조성은 물, 소석고, 트리메타 포스페이트 이온과 수성 기포의 혼합물을 포함하고, 그 제조방법은 그러한 혼합물을 형성하고, 그것을 커버 시트 사이에 놓고, 결과로써 생기는 어셈블리를 경화 및 건조시키는 단계를 포함한다. 수성 거품의 기포는 결과물인 보드의 경화 석고 코어에서 공극을 수반하는 결과를 초래하기 때문에, 상기의 조성 및 제조방법은 더 가벼운 중량의 보드를 제공하는 것이다. 상기 보드의 전체 강도는 혼합물에 수성 기포를 함유시켜 제조한 종래의 제품보다 더 높은데, 그 이유는 본 발명의 보드 형성에 사용된 혼합물내에 트리메타 포스페이트 이온을 포함시킴으로서 제공된 강도증가 때문이다. 예를 들어, 본 발명에 의해 제조된 ½인치 두께의 천장부재는, 종래 기술의 조성 및 방법으로 제조된 ⁵/₈인치 천장부재보다 영구변형(처짐저항)에 대한 저항성이 더욱 크다. 그러므로, 본 발명은 천장부재 생산에 있어서 상당한 비용절감의 효과를 제공한다.

또한, 수성 기포를 포함하는 혼합물에 트리메타 포스페이트 이온을 함유시켜서 또 다른 잇점을 예기치 않게 발견하였다. 즉, 트리메타 포스페이트 이온이 혼합물에 함유되면, 이용되는 수성 거품의 단위 량당 공극율(그리고 전체 공극의 부피가 더 커짐)은 결과물인 석고 함유 제품에 비례하여 더 많이 생기게 된다는 것을 발견해 냈다. 이것에 대한 이유는 알려지지 않았지만, 상기 경화 석고 함유 제품에 있어서 원하는 정도의 공극 부피 발생을 위해 이용하는 기포제를 보다 줄일 수 있는 유용한 결과를 얻었다. 결국, 석고-함유 제품의 특성이나 다른 성분에 미치는 화학 기포제의 역효과발생 위험성과 제조 비용을 줄일 수 있었다.

몇몇 실시예에서, 본 발명은 혼합물을 표면위에서 형성하거나 침적시켜 제조된 경화 석고와 보강재를 포함하는 합성보드를 제공하는데, 상기 혼합물은 보강재, 칼슘 술페이트재, 물, 그리고 각각이 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각이 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온으로 부터 선택된 한 가지 이상 강화재의 적정한 양의 강화재를 포함한다. 그 후, 상기 혼합물은 칼슘 술페이트가 경화석고 물질을 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.

본 발명은 또한 경화 석고와, 상기 경화 석고의 적어도 일부가 호스트 입자내에서 접근이 용이한 공극 주위나 내부에 위치되는 호스트 입자(host particles)를 포함하는 합성보드를 제공한다. 상기 보드는 혼합물을 표면위에서 형성하거나 놓음으로 하여 제조되며, 상기 혼합물은 호스트 입자; 호스트 입자 빈틈 주위와 내부에 결정의 형태로 있는 적어도 일부인 칼슘술페이트 헤미하이드레이트; 물; 및 각각이 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온으로 구성된 그룹에서 선택된 한 가지 이상의 적정량의 강화재를 포함한다. 그 후, 상기 혼합물은 칼슘술페이트 헤미하이드레이트가 경화 석고물질을 형성하는데 충분한 충분한 조건하에서 유지되며, 이에 대해 호스트 입자내의 접근가능한 공극내 및 공극주위에 있는 경화석고 부위가 호스트 입자의 공극내부 및 주위에 있는 칼슘술페이트 헤임하이드레이트 결정을 원위치 수화하여 형성된다.

또한, 본 발명은 전분, 물-재분산성 폴리머(water-redispersible polymer) 입자, 칼슘술페이트재, 물, 그리고 각각 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온 으로 구성된 그룹에서 선택되는 한가지 이상의 적정량 강화재의 혼합물을 형성하여 제조된 경화 석고-함유 기계용 제품을 제공한다. 그 후, 상기 혼합물은 칼슘술페이트재가 경화 석고재를 형성하기에 충분한 조건하에서 유지된다.

본 발명은 또한 석고보드 모서리 사이의 이음새를 마무리하는데 이용되는 경화 석고-함유 제품을 제공하는데, 그 제품은 접합재, 두껍게 하는 것, 비-수준 작용제, 칼슘술페이트재, 물, 그리고 각각 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온 중 한 가지 이상 선택된 적정량의 강화재를 포함하는 혼합물을 이음새(joint)에 주입하여 제조된다. 그 후, 상기 혼합물은 칼슘술페이트재가 경화 석고재를 형성하기에 충분한 조건에서 유지된다.

또한 본 발명은 젤라틴화 전분, 미네랄 울(mineral wool), 칼슘술페이트재, 물, 그리고 각각 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온으로 구성되는 그룹에서 한 가지 이상 선택된 적정량의 강화재를 포함하는 혼합물을 트레이내에 형성하거나 재치하여 제조된, 경화-석고 음향타일으로 하여 제공한다. 그후 상기 혼합물은 칼슘술페이트재가 경화석고 물질을 형성하기에 충분한 조건하에서 유지된다.

본 발명은 또한 젤라틴화 전분, 팽윤 펄라이트(expand perlite) 입자, 섬유 보강재, 컬슘술페이트재, 물, 그리고 각각이 2 이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산과 각각이 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온 중으로 부터 선택된 한 가지 이상 선택된 적정량의 강화재를 포함하는 혼 합물을, 트레이 내에서 형성하거나 재치시킴으로써 하여 제조된 또 다른 형태의 경화 석고-함유 음향타일을 제공한다. 그 후, 상기 혼합물은 칼슘술페이트재와 경화 석고재를 형성하기에 충분한 조건하에서 된다.

본 발명은 또한 강화재, 칼슘술페이트 디하이들레이트 및 물의 혼합물을 형성하여 제조된

경화 석고-함유 제품을 제공한다. 더 구체적으로, 이들 실시예들은 강화재로 석고 주조물을 처리하는 것을 수반한다. 강화재, 물, 칼슘 술페이트 디하이드레이드의 혼합물 형성은 증가된 강도, 영구변형에 대한 저항성(예를 들어, 내처짐성), 치수 안정성을 갖는 경화 석고-함유 제품을 제공하는 것으로 알려져 왔다. 그러한 경화 후처리는 강화재로 칼슘술페이트 디하이드레이트 주조물을 분무하거나 침지함에 의해 강화재를 첨가시킴으로써 달성할 수 있다.

몇몇 실시예에 있어서, 본 발명은 고농도의 염화 이온이나 그 염(예를 들어, 혼합물내의 칼슘술페이트재의 중량기준으로 적어도 0.015wt.%, 보다 바람직하게는 0.02~1.5wt.%)을 함유하는 혼합물들로부터 경화 석고-함유 제품을 제조하는 방법 및 조성을 제공한다. 상기 염화 이온 또는 그것의 염은 칼슘술페이트재 자체나 혼합물에서 이용되는 물(예를 들어, 해수 혹은 염수함유 지하수)내의 불순물 일수 있어, 본 발명 이전에는 안정한 경화 석고 함유 제품의 제조에 사용되지 않았다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명은 종래 기술에서 다양한 경화 석고-함유 제품의 제조를 위해 이용하였던 것과 비슷한 조성 및 제조방법을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나 다양한 경화 석고-함유 제품의 제조에서, 본 발명에서 언급한 몇몇 실험의 조성 및 제조방법이 종래 기술에서 이용한 조성 및 제조방법과 본질적으로 다른점은, 본 발명의 방법은 트리메타 포스페이트 염을 포함하여, 경화 석고의 형성을 위한 소석고의 재수화가 트리메타 포스페이트 이온이 있는 상태에서 발생하고, 그로 인한 잇점을 제공한다는 것에 있다. 다른 면에서, 본 발명의 조성 및 제조방법은 종래 기술에서 사용하는 조성 및 제조방법과 같이 할 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 트리메타 포스페이트 염은, 조성물의 다른 성분과 역 반응하지 않는 어떠한 수용성 트리메타 포스페이트 염을 포함할 수 있다. 유용한 염들의 몇몇 예로는, 소디움 트리메타 포스페이트, 포타슘 트리메타 포스페이트, 암모늄 트리메타 포스페이트, 리튬 트리메타 포스페이트, 알루미늄 트리메타 포스페이트, 및 나머지 것들 중에서 그들의 혼합된 염이 있다. 소디움 트리메타 포스페이트가 바람직하다. 그것은 쉽게 상업용으로 이용 가능한데, 예를 들어, St.Louis. Missouri의 Solutia Inc., St.Louis. Missouri의 Monsanto 회사에서 상업적으로 구입할 수 있다.

본 발명의 바람직한 방법중 하나를 실시하는데 사용하기 위하여, 상기 트리메타 포스페이트 염을 소석고의 수성 혼합물내에 용해시켜서, 트리메타 포스페이트 이온 농도를 소석고 중량의 약 0.004~2.0 wt.%로 한다. 바람직한 트리메타 포스페이트의 이온 농도는 약 0.04~0.16%로 한다. 좀 더 바람직한 농도는 약 0.08%이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 손쉬운 저장 및 운반을 위해 필요하다면, 상기 트리메타 포스페이트 염은 물에서 미리 용해되어 수용액 형태로 혼합물 내에 삽입될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 트리메타 포스페이트 이온은, 경화 석고를 형성을 위해 소석고를 수화시키는 동안 소석고 수성 혼합물 내에만 있을 필요가 있다. 따라서, 초기 단계에서 트리메타 포스페이트 이온을 혼합물에 넣는 것이 가장 편리하며, 또한 다소 후 단계에서 트리메타 포스페이트 이온을 소석고와 물의 혼합물에 넣는 것도 적절하다. 예를 들어, 전형적인 석고보드 제조에 있어서, 물과 소석고를 함께 혼합 장치에 넣고 잘 혼합된 후, 보통 이동 벨트 위 커버 시트 위에 놓여지고, 경화 석고의 형성을 위한 소석고의 재수화 과정중 중요한 단계를 행하기 전에, 놓여진 그 혼합물의 위쪽에 걸쳐 두번째 커버 시트가 놓여진다. 혼합 장치에서 제조하는 동안 트리메타 포스페이트 이온을 그 혼합물에 넣는 것이 가장 편리하고, 또한 후의 단계에서, 예를 들어, 상기 혼합물 위에 두번째 커버 시트를 놓기 전, 바로 놓여진 소석고 수성 혼합물 위에 그 이온 수용액을 분무함으로써 트리메타 포스페이트 이온을 첨가하는 것도 적절한데, 트리메타 포스페이트 이온 수용액은 놓여진 혼합물 내부로 흡수되어 경화 석고의 형성을 위한 수화 전체 과정이 수행되기 전에 존재하게 될 것이다.

상기 혼합물 내부로 트리메타 포스페이트 이온을 넣는 또 다른 대안은 종래의 보통 기술에서도 알 수 있는 것이며, 물론 본 발명의 범주에도 포함되는 것이 다. 예를 들어, 트리메타 포스페이트 염으로 하나 혹은 둘의 커버 시트를 미리 입히는것(pre-coat)이 가능하므로, 그 염은 용해하여 놓여진 소석고 수성 혼합물이 커버 시트와 접촉하게 될 때 트리메타 포스페이트 이온으로 하여금 그 혼합물 속을 이동하게 할 것이다. 또 다른 대안은 소석고를 형성시키기 위해 가열하기 전에, 생석고와 트리메타 포스페이트 염을 혼합하여, 소석고와 물의 혼합으로 재수화가 일어날 때, 이미 그 염이 존재하게끔 하는 것이다.

상기 혼합물 내부로 트리메타 포스페이트 이온을 넣는 또 다른 대안은, 트리메타 포스페이트을 함유하는 용액을 그 경화 석고에 분무하거나 소오킹하는(spraying or soaking) 것과 같은 적절한 수단으로, 트리메타 포스페이트 이온을 경화 석고에 첨가하는 것이다. 트리메타 포스페이트 이온은 경화 석고 공정에서 사용되었던 종래의 종이 시트를 통해 상기 경화 석고로 이동할 것으로 알려져 왔다.

본 발명에서 이용되는 상기 소석고는 그 형태와 농도에 있어서, 대체로 종래 기술의 실험에서 사용하던 것이 유용한 것임을 알 수 있다. 그것은 알파 칼슘술페이트 하미하이드레이트, 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트, 수용성 칼슘술페이트 안하이드리트, 혹은 그들의 일부나 전부의 혼합물로, 자연 혹은 인공 자원으로부터 얻을 수 있다. 몇몇 바람직한 실시예에 있어서, 알파 칼슘술페이트 헤미하이드레이트는 비교적 고강도의 경화 석고 생산에 이용된다. 또 다른 실험에서는, 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트나 반수화물이나 이화 수용성 칼슘술페이트 안하이드리트의 혼합물이 이용된다.

다른 통상의 첨가제들, 예를 들어, 수성 기포제(aqueous foam), 경화 촉진제, 경화 지연제, 재하소 억제재, 결합재, 접착제, 분산조제, 평준화 혹은 비평준화제, 농조화제(thickener), 박테리아 살균제, 살균제, pH 조절제, 착색제, 보강재, 화염억제제(fire retardants), 발수제, 충전제와 그들의 혼합물과 같은 것들이 본 발명의 실험에서 통상적인 양만큼 이용하면, 바람직한 성질을 제공하고, 제조를 쉽게 할 수 있다.

커버 시트 사이에 끼워 넣어진 경화 석고-함유재의 코어를 포함하는 석고보드의 제조법 및 조성을 제공하는 본 발명의 몇몇 실험에 있어서, 트리메타 포스페이트 이온은 전술한 농도와 형태로 이용된다. 다른 면에서, 상기 조성 및 방법은 예를 들어, 참고로 여기서 구체화된 개시물들인 US특허 4,009,062와 2,985,219에 상술된 바와 같이, 종래 기술로 석고보드 제조시 사용한 조성 및 방법과 같은 성분과 형태로 수행될 수 있다. 본 발명의 조성 및 방법을 사용하여 제조된 보드는 향상된 강도, 영구변형에 대한 저항, 치수 안정성을 보여준다.

석고보드 제조를 위한 상기 조성 및 방법에 있어서, 그 보드의 표면 시트는 종이를 포함하며, 또한 매우 습한 상태에서 종이가 갈라지는 위험을 피하기 위해서 전 젤라틴화 전분이 이용된다. 전분 원료의 전 젤라틴화는 최소 185F의 온도에서 물로 조작(cooking)하는 것이나 또는 다른 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있다.

쉽게 이용가능하고 본 발명의 의도를 만족시키는 전 젤라틴화된 전분의 몇몇 예로는, Lauhoff Grain Co.에서 이용한 PCF1000 전분, Archer Daniels Midland Co.에서 이용한 AMERIKOR 818과 HQM PREGEL 전분이 있다.

본 발명의 실험에서 사용하기 위해서, 상기 전 젤라틴화 전분은 소석고 중량의 약 0.08~0.5wt.의 농도로, 소석고 수성 혼합물에 포함시킨다. 언급된 전 젤라틴화 전분의 농도는 약 0.16~0.4이다. 좀 더 높은 농도는 약 0.3이다. 종래 기술로 수행되는 실험이 전 젤라틴화하지 않은 전분을 포함하는 경우(대다수가 하듯이), 본 발명에 의한 실험에서의 전 젤라틴화 전분은 또한 일반적으로 이용되던 종래 전분의 양의 일부나 혹은 전부를 대체할 수 있다.

중량이 더 가벼운 경화 석고-함유 제품을 제공하기 위해서, 거품제를 이용하여 빈틈을 생성시킨 본 발명의 실험에서는, 종래의 거품제 중 어떠한 것이든 거품이 함유된 경화 석고-제품의 제조에 있어 유용한 것으로 알려진 것이면 이용할 수 있다. 많은 거품제들이 잘 알려져 있고, 예를 들어, Pennsylvania, Ambler에 있는 GEO Specialty Chemicals로부터 상업적으로 쉽게 이용가능하다. 유용한 거품제에 대한 그 이상의 예로: U.S. 특허 4,676,835; 5,158,612; 5,240,639와 5,643,510; 그리고 1995년 6월 22일 출판된 PCT International Application Publication WO 95/16515이 있다.

많은 경우에 있어서, 석고 제품에 강도 유지를 돕기 위한 비교적 큰 빈틈의 형성에 대한 것이 언급될 것이다. 이것은 소석고 슬러리에 접촉시 비교적 불안정한 거품을 발생시키는 거품제를 이용하여 수행할 수 있다. 가급적, 이것은 비교적 불안정한 거품을 발생시키는 것으로 알려진 다량의 거품제와 비교적 안정한 거품을 발생시키는 것으로 알려진 소량의 거품제를 섞어서, 수행하도록 한다.

그러한 거품제 혼합물은 "off-line", 즉 거품이 함유된 석고 제품의 제조 공 정으로부터 분리됨, 에서 미리 뒤섞일(pre-blended)수 있다. 그러나, 통합적인 "on-line" 공정의 일부로 하여, 그러한 거품제를 공동으로 그리고 계속적으로 섞는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이것은 서로다른 거품제들의 개별 흐름(separate streams)을 공급(pumping)하고, 수성 거품의 흐름을 발생시키는데 이용된 다음, 소석고 슬러리 내부로 주입되어, 함께 혼합되는 거품 발생기에 혹은 바로 앞에 그 흐름을 모음으로써 수행된다. 이러한 식으로 섞으면, 섞인 것에서 거품제의 비율은 거품이 함유된 경화 석고 제품에서 원하는 빈틈 특성을 이루도록(예를 들어, 개별 흐름의 하나 혹은 둘의 유동률을 변화시킴으로써) 간단하고 효율적으로 조정될 수 있다. 최종 제품의 검토에서 그러한 조정이 요구되는 것으로 결정되면, 그러한 조정을 하게 될 것이다. 그러한 "on-line"혼합과 조정에 대한 좀 더 많은 설명은 U.S.특허 5,643,510, 1995년 12월 22일에 출원된 U.S 특허 Application 08/577,367에서 볼 수 있다.

불안정한 거품을 발생시키는데 유용한 거품제의 한 예는 다음 식을 갖는다.

ROSO₃

M

(Q)

여기서, R은 2~20개의 탄소 원자를 포함하는 알킬 그룹이고, M은 양이온이다. R은 8~12개의 탄소 원자를 포함하는 알킬 그룹으로 함이 바람직하다.

안정한 거품을 발생시키는데 유용한 거품제의 한 예는 다음 식을 갖는다.

CH₃(CH₂)_XCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO ₃

M

(J)

여기서, X는 2~20의 수, Y는 0~10의 수로 거품제의 적어도 50wt.에서는 0보다 크 고, M은 양이온이다.

본 발명의 몇몇 실험에 있어서, 상기 식 (Q)와 (J)를 갖는 거품제들은 즉, 식(Q) 거품제와 Y=0인 식(J) 거품제의 일부, 골고루 섞여서 함께 결과로서 생기는 거품제 혼합물의 86~99 wt.를 차지한다.

본 발명의 몇몇 실험에서는, 미리 뒤섞인 거품제로부터 수성 거품이 발생되는데, 다음 식을 갖는다.

CH₃(CH₂)_XCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO ₃

M

(Z)

여기서, X는 2~20의 수, Y는 0~10의 수이며 거품제의 적어도 50wt.에서 0보다 크며, M은 양이온이다. 가급적, Y는 식(Z) 거품제의 86~99 wt.에서 0으로 한다.

경화 석고와 보강재 입자를 포함하는 합성보드의 제조법 및 조성을 제공하는 몇몇 실험에서, 트리메타 포스페이트 이온은 상기와 같은 조성과 형태로 이용된다. 특히, 경화 석고와 그 경화 석고의 적어도 일부가 호스트 입자내에서 접근이 용이한 빈틈 주위나 내부에 위치되는 호스트 입자들을 포함하는 합성 제품이 언급된다. 본 발명의 조성은 그 안에서 접근이 용이한 빈 틈을 갖는 호스트 입자; 소석고, 호스트 입자 빈틈 주위와 내부에 결정의 형태로 있는 적어도 일부분; 수용성 트리메타 포스페이트 염의 혼합물을 포함한다. 상기 조성에 물을 혼합하면, 물, 그 안에서 접근이 용이한 빈틈, 소석고(호스트 입자 빈틈 주위와 내부에 결정의 형태로 있는 적어도 일부분), 그리고 트리메타 포스페이트 이온으로 이루어진 본 발명의 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 방법은 그러한 혼합물을 형성하고, 그것을 표면위나 몰드안쪽에 놓아서, 경화 건조하는 단계를 포함한다. 다른 면에서, 그 조성 및 방법은 예를 들어, 참고로 여기서 구체화된 개시물들인 US특허 5,320,677에 상술된 바와 같이, 종래 기술로 합성보드 제조시 사용한 조성 및 방법과 같은 성분과 형태로 수행될 수 있다.

기계용 제품의 제조에 상기 방법 및 조성을 사용하는 몇몇 실험에 있어서, 트리메타 포스페이트 이온은 상기와 같은 농도와 형태로 이용된다. 그러한 실험에 언급된 몇몇 형태에 있어서, 조성은 소석고, 수용성 트리메타 포스페이트 염, 전분, 물-재분산용 폴리머 입자(water-redispersible polymer particles)의 혼합물을 포함한다. 상기 조성에 물을 혼합하면, 물, 트리메타 포스페이트 이온, 전분, 그리고 물-재분산용 폴리머 입자로 이루어진 본 발명의 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 방법은 그러한 혼합물을 형성하고, 그것을 표면위나 몰드안쪽에 놓아서, 경화 건조하는 단계를 포함한다. 트리메타 포스페이트 염과 이온의 함유 이외의 면에 있어서, 그 조성과 방법은 예를 들어, 참고로 여기서 구체화된 개시물들인 US특허 5,534,059에 상술된 바와 같이, 종래기술로 기계용 플라스터 물질 제조시 사용한 조성 및 방법과 같은 성분과 형태로 수행될 수 있다.

석고보드 모서리 사이의 이음새를 마무리 하는데 이용되는 물질의 제조에 상기 방법 및 조성을 사용한 몇몇 실험에 있어서, 트리메타 포스페이트 염이나 이온은 상기 농도와 형태로 이용된다. 트리메타 포스페이트 염과 이온의 함유 이외의 면에 있어서, 그 조성 및 방법은 예를 들어, 참고로 여기서 구체화된 개시물들인 US특허 3,297,601에 상술된 바와 같이, 종래기술로 이음새 마무리재 제조시 사용한 조성 및 방법과 같은 성분 및 형태로 수행될 수 있다. 본 발명의 조성은 소석고, 수용성 트리메타 포스페이트 염, 결합재, 두껍게 하는 것, 비-수준 작용제의 혼합물을 포함한다. 상기 조성에 물을 혼합하면, 소석고, 트리메타 포스페이트 이온, 결합재, 두껍게 하는 것 그리고 비-수준 작용제로 이루어진 본 발명의 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 방법은 그러한 혼합물을 형성하고, 석고 보드 모서리 사이의 이음새에 그것을 주입하여, 경화 건조하는 단계를 포함한다.

그러한 상기 이음새 마무리 실험에 있어서, 결합재, 두껍게 하는것, 그리고 비수준 작용제는 종래 이음 합성 기술에서 잘 알려진 성분으로부터 선택된다. 예를 들어, 결합재는 폴리(비닐 아세테이트(vinyl acetate))와 조성의 약 1~15wt.범위 내로 포함되는 것으로 언급된 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트(ethylene-co-vinyl acetate))로, 기존의 라텍스 결합재(latex binder)가 될 수 있다. 두껍게 하는 것의 유용한 예로는, 에틸하이드록시 에틸셀룰로우즈(ethylhydroxy ethylcellulose), 하이드록시프로필 메틸셀룰로우즈(hydroxypropyl methylcellulose), 메틸하이드록시프로필 셀룰로우즈(methylhydroxypropyl cellulose), 혹은 하이드록시에틸 셀룰로우즈(hydroxyethyl cellulose)와 같은 셀룰로우즈 두껍게 하는 것(cellulosic thickener)인데, 조성의 약 0.1~2wt.를 포함한다. 비-수준 작용제의 적합한 예로는 아타펄자이트(attapulgite), 세피올라이트(sepiolite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트 점토(montmorillonite clays)와 같은 것이 있는데, 조성의 약 1~10 wt.의 범위 내로 포함된다.

어쿠스틱 타일의 제조에 상기 방법과 조성을 사용하는 몇몇 실험에 있어서, 트리메타 포스페이트 이온은 상기 농도와 형태로 이용된다. 본 발명의 조성은 물, 소석고, 트리메타 포스페이트 이온, 젤라틴화 전분 그리고 미네랄 울(mineral wool) 혹은 물과 소석고와 트리메타 포스페이트 이온과 젤라틴화 전분과 팽창 펄라이트 입자와 섬유 보강제(fiber reinforcing agent)의 혼합물을 포함한다. 상기 방법은 그러한 혼합물을 구성하고, 그것을 트레이 내에서 주조한 다음, 경화 건조하는 단계를 포함한다. 트리메타 포스페이트 이온의 함유 이외의 면에 있어서, 그 조성 및 방법은 예를 들어, 참고로 여기서 구체화된 개시물들인 US특허 5,395,438과 3,246,063에 상술된 바와 같이, 종래기술로 어쿠스틱 타일 제조시 사용한 조성 및 방법과 같은 성분과 형태로 수행될 수 있다.

다음 실험들은, 본 발명의 몇몇 실험들을 더욱 상세히 설명하여, 그것들을 본 발명의 범주 밖의 조성 및 방법들과 비교하도록 실시된 것이다. 표시하지 않더라도, 조성과 혼합에 있어서 재료의 농도는 소석고의 중량에 기초한 wt.로 주어진다. 약어, "STMP", 는 트리메타 포스페이트 나트륨을, "TMP"는 트리메타 포스페이트을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 석고보드를 포함하는 석고보드 제품의 중량을 도시한 그래프

도 2는 본 발명에 의해 제조된 석고보드의 내처짐 성과 상업적으로 구입가능한 석고보드의 내처짐성을 비교한 그래프로서, 모든 시험된 보드들은 통상의 스테플 및 스크류·실링 부착물을 이용하여 설치되었다.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 석고보드의 내처짐성과 상업적으로 구입가능한 석고보드의 내처짐성을 비교한 그래프로서, 모든 시험된 보드들은 통상의 F2100실링 부착물(예를들어 접착제)을 이용하여 설치되었다.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 석고보드와 상업적으로 구입가능한 석고보드의 처짐 휨 효과(sag deflection effect)를 비교한 그래프.

도 5는 앞서 경화되고 건조된 석고(즉, 칼슘술페이트의 하이드레이트)를 포함하는 석고보드로 부터 조된 본 발명의 석고보드 처리의 처짐 휨 효과를 도시한 그래프이다.

(실시예1)

실험용 큐브(cube)의 압축 강도

본 발명에 따라 석고 함유 제품의 시편들을 제조하여, 다른 조성 및 방법을 사용하여 제조한 시편들과 압축 강도를 비교하였다. 사용된 실험 절차는 ASTM C472-93에 따라 행해졌다.

시편들은 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트 500g와 미국 석고 회사(united states gypsum company)로 부터 상업적으로 구입가능한 CSA(Climate Stable Accelerator)라고 칭하는 경화 촉진제(set accerlerator) 0.6g을 건식 혼합하고, 효율 유지를 위해 코팅된(coated) 칼슘술페이트 디하이드레이트의 곱게 간 입자(fine ground particles)와, 첨가제 0g(대조 시편), 0.5~2g의 STMP(바람직한 본 발명의 시편), 혹은 0.5~2g의 다른 포스페이트 첨가제(비교 시편)를 함유시켜 제조되었다. 다음에, 상기 시편들은 2ℓ의 WARING 혼합기내에서 온도가 70F인 수돗물 700㎖와 혼합되고, 5초 동안 소오킹되고, 10초 동안 저속으로 혼합되었다. 그렇게하여 형성된 슬러리를 몰드(mold)에서 주조(cast)하여 큐브(cube)(한변이 2인치)로 만들었다. 석고(칼슘술페이트 디하이드레이트)를 형성하도록 칼슘술페이트 헤미하이드레이트을 경화한 후, 몰드로부터 상기 큐브를 떼어 내어, 최소 72시간 혹은 중량변화가 없을 때까지, 통풍이 잘되는 오븐에서 112F 온도로 건조시켰다. 상기 건조된 큐브의 밀도는 약 44파운드/큐빅 피트(pcf)었다.

각 건조 큐브의 압축 강도는 SATEC 측정기로 측정되었다. 측정 결과는 세개의 측정 시편들의 평균값으로 아래 표1에 나타나 있다. 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트의 다양한 재료 그리고/또는 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트의 다른 배치(batch)를 이용하였기 때문에, 대조 시편에 대한 강도치가 변화하였다. 표의 결과들은 측정된 압축 강도를 파운드/인치²(psi)와 관련 대조시편에 대한 강도의 백분율 변화(△)로 나타내었다. 측정치에 있어서 약 +/-5의 실험 오차는 허용하였다.(그러므로, 대조시편에 대해서 10증가된 것으로 나타나 있는 강도는 실제적으로 5~15의 범위 내에 존재하게 된다.)

압축 강도

첨가제	0첨가제 (psi)	0.1첨가제 (psi;△)	0.2첨가제 (psi;△)	0.4첨가제 (psi;△)	0.8첨가제 (psi;△)
STMP	987	1075;6.8	1075;8.9	1072;8.6
STMP	724	843;16.4	957;32.2	865;19.5	783;8.1
STMP	742	819;10.4	850;14.6
STMP	714	800;12.0	834;16.8
STMP	842	985;17.0	1005;19.4	1053;25.1	611;-27.4
STMP	682	803;17.7	826;21.1	887;30.1
소디움 포스페이트	950	951;0.1	929;-2.2
소디움 트리폴리 포스페이트	950	993;4.5	873;-8.1
소디움 헥사메타 포스페이트	950	845;-11.1	552;-41.9
디칼슘 포스페이트	763	769;0.8	775;1.6	761;-0.3
디소디움 포스페이트	763	757;-0.8	728;-4.6	700;-8.3
모노칼슘 포스페이트 모노 하이드레이트	763	786;3.0	766;0.4	824;8.0

표1의 결과로부터, 본 발명의 시편들은 대체로 대조시편에 대하여 현저한 강도의 증가를 보였지만, 비교 시편들은 대체로 강도의 증가가 매우 적거나 없었고, 심지어 심한 감소도 있음을 알 수 있다.

(실시예2)

영구변형에 대한 저항(실험용 석고보드의 내처짐성)

본 발명에 따라 석고-함유 보드의 시편들을 제조하여, 본 발명의 범위를 벗어나는 조성과 방법을 사용하여 제조한 보드 시편들과 영구변형에 대한 저항을 비교하였다.

시편들은 1.5㎏의 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트, 2g의 CSA 경화 촉진제, 2ℓ의 수돗물, 0g의 첨가제(대조 시편), 3g의 STMP(본 발명의 시편), 3g의 다른 첨가제(비교 시편)를 5ℓ의 WARING 혼합기에서, 10초 동안 저속으로 혼합하여 제조하였다. 그렇게하여 형성된 슬러리를 트레이에서 주조하여, 각각 약 6×24×½인치의 치수를 갖는 평평한 석고보드 시편들을 제조하였다. 석고(칼슘술페이트 디하이드레이트)의 형성을 위해서 칼슘술페이트 헤미하이드레이트을 경화한 후, 상기 보드를 중량변화가 없을 때까지, 오븐에서 112F 온도로 건조시켰다. 각 보드의 최종 측정 중량을 기록하였다. 습기가 포함된 상태에서 석고보드의 처짐능에 대한 종이 커버의 영향을 피하기 위하여, 어떠한 종이 입히기(paper facing)도 적용되지 않았다.

다음에, 각각 건조된 보드를, 길이가 보드의 전체 폭보다 더 확장된 ½인치-넓은 2개의 지지대 위에 수평으로 놓는데, 보드의 각 단부에 한 개의 지지대가 위치한다. 주변의 상태를 온도 90F, 상대습도 90로 계속해서 유지시키면서, 보드를 이 위치에서 특정시간(이 실험에서는, 4일) 동안 유지시킨다. 다음에, 보드 단부들의 위쪽 모서리들 사이를 확장하는 가상의 수평면으로부터 보드 위 표면의 중심 거리(인치로)를 측정하여 보드의 처짐 정도를 결정한다. 상기 보드의 경화 석고 매트릭스(matrix)에 있어서, 영구변형에 대한 저항은, 보드의 처짐 정도에 반비례하는 것으로 간주된다. 그러므로, 처짐 정도가 더 클수록, 그 보드를 포함하는 경화 석고 매트릭스의 영구변형에 대한 상대 저항은 더 낮아지게 된다.

첨가제의 조성과 농도(칼슘술페이트 헤미하이드레이트의 중량에 기초한 wt.), 보드의 최종 중량, 그리고 측정된 처짐 정도를 포함하여 표2에는 영구변형에 대한 저항의 측정값들이 나타나 있다. 비교시편들(본 발명의 범위를 벗어나는 것임)에서 사용된 첨가제들은, 고습도 상태에서 석고보드의 처짐에 대한 저항을 향상 시키는 의도로 사용되는 다른 물질들을 대표한다.

석고보드의 처짐정도

첨가제	첨가제(wt.%)	보드중량(g)	보드처짐(인치)
없음(대조)	0	830	0.519
STMP	0.2	838	0.015
붕산	0.2	829	0.160
나트륨 알루미늄 포스페이트	0.2	835	0.550
왁스 유탁제 (wax emulsion)	7.5	718	0.411
유리 섬유	0.2	838	0.549
유리섬유+붕산	0.2+0.2	825	0.161

표2의 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 보드(STMP)는 대조보드와 본 발명의 범위를 벗어나는 비교보드 보다 처짐에 대한 저항(따라서, 영구변형에 대한 저항이 훨씬 큼)이 훨씬 더 컸음을 알 수 있다. 게다가, 본 발명에 따라 제조된 보드는 처짐이 0.1 인치/보드의 2 피트 길이 미만이어서, 육안으로 알 수 없었다.

(실시예3)

영구변형에 대한 저항(생산라인용 석고보드의 처짐저항)

제품의 중량 비교는 도1에 나타나 있고, 그 제품들의 처짐저항은 도 2와 3에 나나 있다. 본 발명(예를 들어, 소석고, 물과 함께 트리메타 포스페이트을 혼합함)에 부합되는 ½인치 내부 천장부재의 제품 중량은 미국 석고 회사에서 제조한 ½인치 SHEETROCK

의 표준 내부 석고보드와 같은 중량을 갖는다. 도1에 나타난 평균 ½인치 내부 천장부재는 국제 석고 회사에서 제조한 Gold Bond

고강도 천장재이 다. 도1에 나타난 평균 ⁵/₈인치 석고보드는 미국 석고 회사에서 제조한 SHEETROCK

⁵/₈인치 Firecode 타잎(type) X 석고보드이다.

도2는 상기한 상업적으로 이용하는 석고보드와 본 발명으로 제조된 석고보드의 처짐저항을 비교하는 그래프로, 여기서 실험되는 모든 보드는 통상적인 스테이플(stapled) 스크류(screwed) 천장 부착물을 사용하여 설치된다.

도3은 상업상 이용하는 석고보드와 본 발명으로 제조된 석고보드의 처짐저항을 비교하는 그래프로, 여기서 실험되는 모든 보드는 기존의 F2100 투-파트 우레탄(Two-Part Urethane) 접착용 천장 부착물을 사용하여 설치된다.

도2와 3에 묘사되는 처짐 비교에서 사용되는 천장을 제조하기 위한, 석고보드와 다른 구조의 디테일은 다음과 같았다.

A. 석고보드-

1. 본 발명에 의해 제조된 ½인치×48인치×96인치

2. ½인치×48인치×96인치 국제 석고 회사 Gold Bond

고강도 천장보드

3. 미국 석고 회사에서 제조된 ½인치×48인치×96인치

SHEETROCK

석고 보드

4. 미국 석고 회사에서 제조된 ⁵/₈인치×48인치×96인치

SHEETROCK

Firecode형 X 석고 보드

B. 트러스(Trusses) - R.J.Cole, Inc.에 의해 공칭(nominal) 2인치×3인치 제재(lumber)로 제조된, 높이 18인치×길이 102인치. 조인트 컴파운드(Joint Compound) - USG Tuff 경화 HES 조인트 컴파운드. 조인트 테이프(Joint Tape) - USG 섬유 유리 메쉬 셀프(Fiberglass Mesh Self) - 접착 조인트 테이프.

C. 증기 차단벽 페인트(Vapor Barrier Paint) - #4512 은 증기 차단벽(Silver Vapor Barrier), 항목 : 246900.

D. 단열재(insulation) - 델타 블로잉 단열 블로잉 울(Delta Blowing Insulation blowing wool), 락울(Rockwool) 광학 섬유(mineral fiber).

E. 스프레이 텍스쳐(Spray Texture) - USG SHEETROCK

천장 스프레이 텍스쳐(Ceiling Spray Texture) Q T 미디엄 폴리(medium poly)

F. 고정 장치(Fasteners) - 1인치 c.×1¼인치 lg.× Ga.스테이플(Staples), 그리고 #6×1¼ lg. 건조벽 나사(drywall screws). Foamseal, Inc.의 F2100 Two-Part 우레탄 접착제(Urethane Adhesive)

천장 구조

A. 트러스 틀을 만들기 위해서 트러스의 양끝에 2×4s를 부착시켰다.

B. 석고보드 12 시트를 F2100 접착제로 트러스 틀에 부착시켰다. 그 석고 보드에서 평균 비드(bead) 폭은 1인치로 측정되었다.

C. 상기 천장을 앞서 축조된 네개의 벽 위에 조심스럽게 올려놓아서, 8ft×48ft 방을 형성시켰다.

D. 벽의 판 위 경계선 주위에, 천장 어셈블리를 #8×3 ½인치 나사로 부착시켰다. 나사와 스테이플을 사용하여 트러스에 석고보드를 부착시켜, 두번째 천장을 지었다. 또한 그것을 올려, 4개의 벽에 부착하였다.

각각의 천장에 각 석고형 보드의 시트 3개를 사용하여, 2개의 천장을 지었다. 한개의 천장은 기계적으로 고정시킨 반면(도2 참고), 다른 하나는 F2100 우레탄 접착제로만 고정시켰다(도3 참고). 상기 석고보드는 천장을 따라, 석고보드의 형태를 교체하면서 준비하였다. 사용된 트러스는 길이 8피트 5인치×높이 18인치이며, 중심 위 24인치에서 간격이 일정하게 유지되었다.("o.c")

상기 기계적으로 고정된 천장은 이어 붙인 곳(seams)을 따라서는, o.c. 7인치에서 1인치 크라운(crown)×1¼인치 lg.× 16Ga.스테이플을, 필드 트러스(field trusses)를 따라서는 o.c.12인치에서 #6×1¼인치 lg. 건조벽 나사를 사용하였다.

접착제로 부착된 천장은 트러스를 따라서는 약 1¼인치 비드를 사용했다. 필드 트러스의 한쪽 측면위와 석고 이음새에서 트러스 양쪽 측면위의 비드를 따라서는 비드를 사용했다.

배열된 모서리를 둘러싼 종이로, 석고보드를 트러스 줄(truss chords)에 평행하게 부착시켰다.

석고 이은 곳을 테이프로 붙인 후, 초기 위치를 측정하였다. 다음 증기 차단벽 페인트로 천장을 페인트칠 한 후, 스프레이로 텍스쳐하였다. 텍스쳐링 (texturing) 후, 즉시 두번째 기록을 하였다. 다음, 락울(rock wool) 단열재가 트러스의 꼭대기 안으로 넣어졌다. 그 후, 세번째 기록을 하였다. 상기 단열재가 넣 어지는 시간 동안, 온도와 습도가 상승되었다. 표적 온도와 습도는 90。F와 90상대습도였다. 7일 동안 이 상태를 유지시키면서, 매일 오전과 오후에 휨을 측정하였다. 7일 후, 방은 개방되어 주변 온도로 낮추어 졌다. 처짐치를 3일 이상 기록한 다음, 실험을 종료하였다.

도2와 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 석고보드는 다른 석고 보드보다 뛰어난 처짐저항을 제공하며, 처짐이 약 0.1인치/2피트 보드의 길이 미만이어서, 육안으로 인식할 수 없었다.

(실시예4)

실험용 석고보드의 못 뽑기에 대한 저항

본 발명으로 제조된 표면이 종이커버 석고보드의 실험실 제조시편과 대조 보드의 못 뽑기에 대한 저항을 비교하였다. 못 뽑기에 대한 저항은 보드의 석고 코어(core), 그것의 종이 커버 시트, 그리고 종이와 석고 사이의 결합 강도의 조합 측정치이다. 상기 실험은 보드에 주요한 금이 생길때까지 헤드(head)로 보드에서 못을 뽑는데 요구되는 최대 힘을 측정하는데, ASTM C473-95에 따라 수행된다.

슬러리가 3.0 ㎏의 베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트; 5g의 CSA경화 촉진제; 10g 의 LC-211 전분(Archer Daniels Midland Milling Co.에서 상업적으로 입수가능한 종전 기술의 석고보드 식에 대표적으로 포함되는 건식 분쇄된-산 개시된 비-전 젤라틴화 밀 전분); 20g의 망치로 곱게 분쇄된 종이 섬유; 3ℓ의 수돗물; 0~6g의 STMP; 그리고 Lauhoff Grain Co.로 부터 상업적으로 구입 가능한 전 젤라틴 화 PCF1000 옥수수 전분 0~30g을 HOBART 혼합기에서 40초 동안 중간 속도로 혼합하여 제조되었다.

그렇게하여 형성된 슬러리를 종이 맨 위의 트레이 내부로 주조입 다음, 그들의 상부표면에 종이를 적용하여 각각의 치수가 약 14×24×½ 인치인 평평한 석고보드 샘플들을 제조하였다. 한쪽 표면 위의 종이는 마닐라 외부 파일(manila outer file)로 몇 겹(multi-ply)이 있었고, 다른 쪽 표면위의 종이는 몇 겹의 뉴스라인(newsline)이 였으며, 둘은 모두 보드 산업에서 종이커버 석고보드의 제조에 이용되는 대표적인 종이이다. 그 후, 각 보드는 중량의 25가 감소될 때까지 350F 오븐에서 유지된 후, 112F 오븐으로 이송된 다음, 일정한 중량에 도달할 때까지 112F 오븐에서 유지되었다.

최종 보드 중량과 못 뽑기에 대한 저항이 측정되었다. 그 결과는 표3에 나타나 있다.

못 뽑기에 대한 저항

STMP 농도 (wt.)	PCF1000 전분 (wt.)	보드중량 (lbs/1000ft2)	못 뽑기에 대한 저항 (lbs)
0	0	2465	150
0.1	0	2454	155
0.2	0	2326	158
0.1	0.5	2458	168
0.2	1.0	2495	176

표3의 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 보드는 대조 보드보다 전반에 걸쳐 더 높은 강도(못 뽑기에 대한 저항)를 가짐을 알 수 있다.

(실시예5)

생산라인용 석고보드의 치수 안정성과 영구변형에 대한 저항

종이커버 발포 석고보드들(paper-covered foamed gypsum board)이 전형적인 실물크기 생산라인에서 제조되었다. 다양한 농도의 트리메타 포스페이트 이온으로 보드를 제조하여, 대조보드(트리메타 포스페이트 이온이 없이 제조함)와 치수 안정성, 영구 변형에 대한 저항을 비교한다. 몇몇 보드의 제조에 있어서, 트리메타 포스페이트 이온을 함유시킨 것을 제외하고, 보드는 기존의 대표적인 석고보드 생산 방법 및 함유성분들을 사용하여 제조되었다. 그 함유성분과 그들의 대략적인 wt.(이용되는 소석고의 중량에 대하여 비교적 좁은 범위로 표현됨)는 표4에 나타나 있다.

석고보드 제조의 함유성분

함유성분	중량
베타 칼슘술페이트 헤미하이드레이트	100
물	94-98
경화 촉진제	1.4-1.6
전분	0.5-0.7
분산제	0.20-0.22
종이 섬유	0.5-0.7
경화 지연제	0.07-0.09
발포제	0.02-0.03
소디움 트리메타 포스페이트("STMP")	0-0.16
재하소 반응 억제제	0.13-0.14

표4에서: 상기 경화 촉진제는 미국 석고 회사에서 생산되어 "HRA"로 불리는 곱게 간 설탕이 입혀진 칼슘술페이트 디하이드레이트의 입자를 포함했다 ; 상기 녹말은 Lauhoff Grain Co.에서 상업용으로 얻어진 건식-분쇄된 산-완화된 HI-BOND 녹 말이었다; 상기 분산제는 Ambler, Pennsylvannia의 GEO Specialty Chemicals에서 상업용으로 얻어진 나프탈렌 술폰산염(naphthalene sulfonate), DILOFLO였다; 상기 종이 섬유는 망치로 곱게 분쇄된 종이 섬유였다; 상기 경화 지연제는 Kirkland, Washington의 Van Walters & Rogers에서 상업용으로 얻어진 셀레이팅제(chelating agent), VERSENEX였다; 상기 거품제는 Greenwich, Connecticut의 Witco Corp.에서 상업용으로 얻어진 WITCOLATE 1276이었다 :상기 소디움 트리메타 포스페이트는 St.Louis, Missouri의 Monsante Co.에 의해 상업용으로 공급되었다; 그리고 상기 재하소 억제제는 건조중 보드 끝의 재하소를 줄이기 위해 이용되는 덱스트로제(dextrose)인 세렐로즈(CERELOSE) 2001이었다.

상기 보드는 수성 슬러리(분리 거품 발생 시스템에서 기포제를 사용하여 수성 기포을 발생시킨 다음, 믹서를 통해 슬러리 내부로 그 기포을 넣었다.)를 형성하도록 믹서에 함유성분들을 계속적으로 넣어 혼합시키고; 이동 벨트 위 종이 커버 시트(전면종이(face paper)) 위에 그 슬러리를 놓고; 두께가 ½인치인 보드를 형성하도록 놓여진 슬러리에 걸쳐 또 다른 커버 시트(배면종이(back paper))를 두고; 칼슘술페이트 디하이드레이트의 형성을 위한 황화 칼슘 반수화물의 수화가 충분히 진행되어 정확히 그 슬러리를 자를 수 있을 정도로 되었을 때, 그 이동 보드를 약 12×4피트, ½인치 두께로 잘라 각각의 보드를 만들고; 그리고 가열된 멀티데크 가마(multi deck kiln)에서 그 보드를 건조하는 단계를 거쳐서, 폭이 4피트인 연속 생산 라인에서 제조하였다.

그런 다음, 실험되는 보드가 생산 보드에서 약 1피트×4피트(생산 라인 방향 에서 1피트인 것, 즉, 평행한 방향)단면으로 절단된 것을 제외하고는, 실시예 2에서 기술한 바와 같은 식으로 처짐을 측정하여, 그 보드의 영구변형에 대한 저항을 조사하였다. 처짐은 24, 48, 96시간 동안, 온도 90F, 상대습도 90의 환경에서 보드를 유지시킨 후에 측정하였다. 본 발명의 시편을 제조하기 직전 그리고 직후에 제조한 대조 견본(0소디움 트리메타 포스페이트)과, 트리메타 포스페이트 이온 농도를 다양하게 한 본 발명의 시편에 대한 결과가 표5에 나타나 있다.

생산라인용 석고보드의 처짐(1피트×4피트 보드)

STMP농도 (wt.)	24시간 후 보드의 처짐 (인치)	48시간 후 보드의 처짐 (인치)	96시간 후 보드의 처짐 (인치)
0(전)	3.45	3.95	5.27
0.004	3.23	3.71	2.19
0.008	2.81	3.31	4.58
0.016	1.72	1.91	2.58
0.024	0.96	1.12	1.61
0.04	0.49	0.68	0.82
0.08	0.21	0.24	0.29
0(후)	3.65	4.58	6.75

표5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 석고보드가 STMP농도가 증가됨에 따라 대조보드보다 처짐에 대한 저항이 더 향상되었음(따라서, 영구변형에 대한 저항이 더 향상됨)을 알 수 있다.

표5A에는 본 발명의 조성 및 발명들에 의해 제공된 내처짐성이 추가로 나타나 있다. 표5A에는 상기 표4의 조성과 같고 치수가 1피트×2피트인 생산라인용 석고보드의 처짐, 즉, ASTM C473-95에 따른 가습 휨이 나타나 있다. 표5A의 결과로부 터, ASTM C473-95에 의한 처짐저항은 표5에 나타낸 더 긴 보드(1피트×4피트)의 처짐저항과 같은 경향을 갖는다는 것을 알 수 있다.

생산라인 석고보드에 대한 ASTM C473-95 가습 휨 시험결과

시험 번호	STMP 첨가(wt.)	건조보드 중량 lb/MSF	48시간 가습 휨(인치)
			평행	횡단
대조시편(전)	0	1590	-0.306	-0.247
1	0.04	1583	-0.042	-0.034
2	0.08	1609	-0.027	-0.021
3	0.16	1583	-0.015	-0.014
대조시편(후)	0	1585	-0.409	-0.145

또한, 건조 후 폭과 길이의 수축 정도를 결정하기 위해, 습한 12×4피트 생산 보드와 최종 건조된 12×4피트 생산라인용 보드도 측정되었다(ASTM C473-95에 따라서). 보드가 수축하면 할 수록, 그것의 치수 안정성은 더 낮게 나타났다. 그 결과는 표6에 나타나 있다.

생산라인 석고보드의 수축률

STMP농도 (wt.)	보드의 폭 수축률 (인치/4ft.)	보드의 길이 수축률 (인치/12ft.)
대조시편(억제)	0.13	0.38
0.004	0.06	0.38
0.008	0	0.31
0.016	0	0.25
0.024	0	0.25
0.040	0	0
0.080	0	0
0.16	0	0

표6의 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 보드는 대조보드보다 치수 안정성이 더 크다는 것을 알 수 있다. 0.04및 그 이상 STMP을 추가한 경우, 폭이나 길이 에 있어서 수축은 없었다.

(실시예6)

가습과 응축하에서의 처짐저항(생산라인 석고보드)

추가적인 실험은 본 발명의 조성 및 방법에 의한 처짐저항을 보여주는 것이다. 보다 명확하게, 생산라인용 천장부재는 천장부재(ceiling boards)와 들보(joists)사이에 놓인 증기 차단벽에서 응축이 제한적으로 발생되도록 하여, 실험되었다. 상기 실험방법은 다음과 같다. 소규모의 애틱과 방(attic and room) 엔클로져(enclosure)가 축조되었다. 상기 애틱공간은 그 위와 옆쪽이 차단되어, 천장에서 제한된 응축(controlled condensation)을 얻도록 차게 유지되었다. 그 이장의 면적은 8피트×8피트였고, 2피트×8피트 틀(framing)과 24인치 o.c.를 가졌다. 방 공간은 위와 옆쪽이 6밀 폴리(mil poly) 증기 차단벽으로 에워싸였고, 천장에서 제한된 응축을 얻도록 방 공간의 습도는 상승되었다.

실험 재료 중 4피트×8피트 보드 2개(한개는 시도 물질이고, 하나는 대조물질)는 상기 보드에 일직선으로 위치한 6밀 폴리에틸렌(polyethylene) 증기 차단벽과 함께, 트러스 옆에 나란히 부착되었다. 그 보드의 끝은 고정되지 않았다. 윈도우 에어 컨디셔닝 유니트(window air conditioning unit)를 이용하여 애틱의 온도를 낮추는 동안, 방 일부의 습도는 증기 가습기로 증가되었다. 상기 천장부재 증기 차단벽에서 일정한 응축이 발생할 때까지, 가습기의 증기 배출이 조정되었다. 상기 실험에 있어서, 온도와 습도를 일정하게 하기 위한 다른 수단은 사용하지 않았다. 그러므로, 그 결과는 명기된 상태의 환경에서, 처짐의 양을 예측하려는 시도가 아 닌, 시도물과 대조물 사이에서의 처짐 저항능이 상대치로서 간주되어야 한다.

다음으로, 보드를 따라 세 곳(각 트러스 쌍 사이의 중간 스팬 (span)에서)에 대한 천장의 처짐을 주기적으로 측정하여, 각 실험의 시편 당 총 6개의 휨 기록을 얻었다. 또한 각 처짐 측정에서, 애틱과 방 엔클로져의 온도를 기록하였다.

배경 설명을 위하여, 이론적인 이슬점 상태(방의 온도는 70。F로 일정하다고 가정함)를 아래에 나타내었다.

방 온도. 방의 상대습도. 애틱 온도.

70。F 50 51。F

70。F 60 56。F

70。F 70 60。F

70。F 80 63。F

70。F 90 68。F

실험은, 본 발명으로 제조된 ½인치 생산라인용 석고보드와 전술된 것과 같은 ⁵/₈인치 화이어 코드 타입X(Firecode Type X) 석고보드를 사용하여, 19일 주기에 걸쳐서 수행하였다. 도 4의 결과로부터, 본 발명에 의해 제조된 석고보드는 대조 보드, 예를 들어, 앞서 언급된 ⁵/₈인치 화이어 코드 타입 X(Firecode Type X) 석고 보드보다 일관적으로 처짐이 더 적음을 알 수 있었다.

이 실험에서는, 8일째 기록한 다음 즉시, 1.0lb/리니얼 피트(lineal foot)의 분포 하중을 각 트러스 사이의 중간 스팬에 적용하였다. 이러한 하중의 적용으로 대조보드의 처짐이 매우 증가하였지만, 본 발명의 보드에는 그리 큰 영향을 미치지는 않았다. 표4의 결과로부터, 본 발명에 의한 석고보드는 육안으로 인식할 수 있는 정도, 즉, 0.1인치/2피트 길이, 보다 더 낮은 처짐 휨을 가짐을 알 수 있다.

(실시예7)

생산라인용 석고보드의 못 뽑기에 대한 저항

다른 종이 커버 발포 석고 보드가 석고 보드 제조 설비에 있어 실물크기 생산 라인에서 제조되었다. 트리메타 포스페이트 이온의 농도를 세 가지로 하여 보드를 제조한 다음, 못 뽑기에 대한 저항을 대조보드(트리메타 포스페이트 이온의 첨가 없이 제조함)와 비교하였다.

몇몇 보드의 제조시에 트리메타 포스페이트 이온을 첨가한 것을 제외하고는, 종래 석고보드의 제조법 및 함유성분에 대표적으로 사용한 것을 사용하여 제조하였다 . 함유성분과 그들의 중량비는 전술된 표4의 것과 같다. 보드의 제조법은 실시예 5와 같다.

못 뽑기에 대한 저항은 ASTM C473-95에 따라 측정하였다. 표7에는, 다양한 농도의 트리메타 포스페이트 이온으로 제조된 본 발명의 시편들과, 본 발명의 시편을 제조하기 직전 그리고 직후에 제조된 대조 견본들(0트리메타 포스페이트 나트륨)의 결과들이 나타나있다.

생산라인용 석고보드의 못 뽑기에 대한 저항

STMP농도(wt)	못 뽑기에 대한 저항(lbs)
0(전)	89
0.04	93
0.08	96
0.16	99
0(후)	90

표7로부터, 본 발명으로 제조된 생산 보드가 대조보드에 비해 전반적으로 더 높은 강도(못 뽑기에 대한 저항)를 가짐을 알 수 있다.

(실시예8)

생산라인용 석고보드의 종이 접착 보전성(paper bond integrity)

다른 셋트의 종이 커버 발포 석고 보드가 석고 보드 제조 설비에 있어 실물 크기 생산 라인에서 제조되었다. 다양한 농도의 트리메타 포스페이트 이온, 전 젤라틴화 전분, 그리고 비-예비호환된 녹말로 보드를 제조한 다음, 극도의 습식과 가습하에서 조절(conditioning)한 후의 석고보드 코어와 그것의 앞면 커버 종이 사이의 접촉 보전성을 대조보드(트리메타 포스페이트 이온 혹은 전 젤라틴화 한 전분의 첨가 없이 제조함)와 비교하였다.

몇몇 보드의 제조시에 트리메타 포스페이트 이온 및 전 젤라틴화 전분을 첨가한 것과 비-전 젤라틴화 전분의 농도를 변화시킨 것을 제외하고는, 기존 석고보 드의 제조법 및 함유성분에 대표적으로 사용한 것을 이용하여 제조하였다. 함유성분과 그들의 중량비는 전술된 표4의 것과 같다. 보드의 제조법은 실시예5와 같다.

이 실험에서, 상기 전 젤라틴화 전분은 Lauhoff Grain Co.로부터 상업적으로 입수가능한 PCF 1000이었다. 상기 비-전 젤라틴화 전분은 Lauhoff Grain Co.로부터 상업상 입수가능한 건식-분쇄된 산-개질 비-전 젤라틴화 전분인, HI-BOND였다.

생산라인에서 보드를 제조한 후, 그 보드를 4×6×½의 치수(생산라인 방향으로 4인치인 것)로 잘라 견본으로 하였다. 보다 작은 보드 시편 각각은 그 전면의 커버 종이의 외부표면의 총면적을 충분히물-흡수된(water-soaked) 천에 접촉한 태에서 온도 90F, 상대습도 90의 환경에서 약 6시간 동안 유지되도록 한 다음, 젖은 천을 치우고, 보드 시편 중량이 일정해 질 때까지(보통 약 3일) 그와 같은 환경에서 느리게 건조하도록 하여 조건화되었다. 그 다음, 6인치 모서리들 중 하나에 평행하고 그로부터 보드 시편 2½인치의 뒷 표면에, 1 1/8인치-깊이 (inch-deep)의 직선 금(score)을 만들었다. 그리고, 보드 앞면의 종이를 찢거나 압박하지 않고(breaking or stressing) 그 금을 따라 보드 코어를 바로 꺽은 다음, 작은 조각이 큰 조각에서 떨어지도록 보드 앞면 위의 종이 앞면이 힘을 받도록 하여, 뒷 면이 올라가면서 고정적 수평적으로 유지되는 동안 보드 견본의 더 큰 조각(2½×6인치)이 회전되면서 아래로 힘을 받도록 한다. 두 보드 조각이 완전히 떨어질 때까지, 힘을 증가시켰다. 그런 다음, 큰 조각의 앞 표면을 검사하여, 그것의 표면에서 종이의 앞 표면이 어느 정도의 비율로 코어에서 완전히 떨어져 나오는가("깨끗이 떨어짐(clean peel)"이라 부름)를 결정하였다. 이 백분율을 표8에서는 "결합 실패 율"이라 표시하였다.

생산라인용 석고보드의 종이 결합 실패율

HI-BOND 농도(wt.)	STMP농도(wt)	PCF1000 농도(wt.)	결합 실패율()
0.60	0	0	87
0.60	0.08	0	97
0.96	0.08	0	97
0.60	0.08	0.16	42
0.60	0.08	0.32	0
0.28	0.08	0.32	20
0.60	0	0	83

표8의 결과로부터, 극도의 습식 조건화 후 종이-대-코어 결합의 실패의 문제에 있어서, STMP 는 그 문제를 더욱 악화시키고, 비-전 젠라틴화 전분(HI-BOND)의 증가는 그 문제를 완화시키지 않으며, 몇몇 전 젤라틴화 전분(PCF 1000)의 첨가는 그 문제를 완화시키거나 제거한다는 것을 알 수 있다.

(실시예9)

칼슘술페이트 디하이드레이트의 후처리

본 발명의 몇몇 다른 바람직한실시예에 있어서, 칼슘술페이트 디하이드레이트 주조물(cast)은, 강도, 영구변형에 대한 저항(즉, 처짐저항), 재건조 후 경화 석고-함유 제품의 치수안정성을 증가시키기 위하여, 칼슘술페이트 디하이드레이트 주조물에 트리메타 포스페이트 이온 용액을 충분히 균일하게 분산시키는 방식으로, 트리메타 포스페이트 이온으로 수용액 처리되었다. 칼슘 술페이트 디하이드레이트 주조물을 트리메타 포스페이트 이온으로 처리함으로써, 강도, 영구변형에 대한 저 항(즉, 처짐저항), 치수안정성은, 소석고에 트리메타 포스페이트 이온을 첨가했던 실시예에 의해 달성된 것과 어느정도 유사하게 증가되었음을 더욱 명확히 알 수 있었다. 따라서, 경화 석고에 트리메타 포스페이트 이온이 첨가되는 본 실시예는 보드, 패널(panels), 플라스터, 타일, 석고/셀룰로즈 섬유 컴포지트(cellulose fiber composites) 등을 포함하는 것에 한정되는 것은 아니며, 향상된 석고-함유 제품을 제조하는 새로운 조성 및 방법을 제공한다. 따라서 처짐저항에 대한 엄격한 규제가 필요한 석고 기초 제품은 어떠한 것이든 본 발명의 실시예가 유용할 것이다. 또한, 상기 처리는 석고 주조물의 강도를 ~15까지 증가시킨다. 트리메타 포스페이트 이온은, 트리메타 포스페이트 이온을 함유하는 수용액으로 분무나 침지한 다음 석고 주조물을 재건조함으로써 석고 주조물 내부에 0.04~2.0채워질 수 있다.

경화 석고 후처리의 두가지 방법은 다음과 같다.

1) 2)

스터코(stucco)와 다른 첨가제(건조) 스터코와 다른 첨가제(건조)

+ 슬러리 제조를 위한 물 + 슬러리 제조를 위한 물

↓ ↓

기포발생(중량이나 밀도의 감소를 위해서) 혼합/젓기(습식)

↓ ↓

석고 주조/최종 경화 그리고 건조 석고 주조물/최종 경화

↓ ↓

STMP로 후처리(분무나 침지 STMP로 후처리(분무나 침지

↓ ↓

석고 주조물 재건조 석고 제품 건조

↓ ↓

향상된 석고 제품 향상된 석고 제품

상기 두 방법에 있어서, 트리메타 포스페이트 이온 수용액은, 칼슘술페이트 디하이드레이트 주조물에서 약 0.04~0.16wt.(칼슘술페이트 디하이드레이트의 중량기준)의 트리메타 포스페이트 이온 농도를 만들기에 충분한 양과 방식으로 적용하는 것이 바람직하다.

도5는, 상기 첫번째 방법의 처짐 휨(즉, 처짐 저항)의 감소 효과를 나타낸다. 도5에 나타낸 바와 같이, 5개의 보드를 만들어 처짐 휨에 대한 검사를 하였다. 상기 건조된 보드의 중량은 750~785g이었다. 석고 주조/ 최종 경화 그리고 건조 후, 대조보드에는 어떠한 용액도 적용하지 않았다. 워터 보드(water only board)로 나타낸 보드는, 경화 건조된 석고 주조물에 스프레이로 물만 적용한 다음 재건조되었다. STMP 용액 보드로 나타낸 보드는 1wt.트리메타 포스페이트 이온 수용액을 경화 건조된 석고 주조물에 적용한 다음 재건조되었다. Gyp-STMP 용액으로 나타낸 보드는 석고로 포화되고 1wt.트리메타 포스페이트 이온을 함유하는 수성 혼합물을 경화 건조된 석고 주조물에 스프레이로 적용한 다음, 재건조되었다. 일반적으로 용액은 분무되고, 0.5~2의 트리메타 포스페이트 이온 농도를 함유하는 것이 바람직하다. STMP 용액 보드와 Gyp-STMP 용액 보드에 있어서, 트리 메타 포스페이 트 이온의 최종 양은 결과로써 얻어지는 경화 석고보드의 중량에 대하여 0.17와 석고 주조물을 만드는데 사용되는 스터코 중량을 기준으로 0.2였다.

(실시예10)

고염재(High Salt Materials) 처리

본 발명의 다른 실시예들은 칼슘술페이트재와 고농도의 염화 이온이나 그 염(즉, 혼합물내의 칼슘술페이트재 중량을 기준으로 적어도 0.015wt.)을 함유하는 물의 혼합물로 제조된 경화 석고-함유 제품에 관한 것이다. 상기 염화 이온이나 그 염들은 칼슘술페이트재 자체나 혼합물에서 사용되는 물(즉, 해수 혹은 염수 함유 지하수)에서 불순물이 될 수 있어서, 블리스터(blister), 종이 결합 실패, 미연소(end burning), 영구변형에 대한 낮은 저항, 저강도, 그리고 낮은 치수 안정성과 같은 부수적인 문제로 인하여, 안정한 경화 석고-함유 제품의 제조에서, 본 발명 이전에는 사용될 수 없었다.

표9의 실험들은, 다양한 양의 트리메타 포스페이트 이온에 따른 다양한 양의 염화 이온을 혼합물 내로 넣은 것을 제외하고, 실시예2에서 기술한 것과 같은 방법으로 제조, 처리된 석고보드에 관한 것이다. 처짐 휨은 실시예2에 제시된 바와 같은 방식으로 측정되었다.

다양한 STMP와 염화나트륨 첨가량과 스터코로부터 주조된 석고 큐브(2×2×2)/보드 코어(24×6×0.5)의 실험실 측정결과

염화 나트륨 첨가량 (wt.)	STMP 첨가량 (wt.)	건조보드 중량 (g)	90/90룸에서의 채취수량 (wt.)	48시간 가습된 처짐 휨 (인치)	건조된 큐브의 압축강도 (psi)
0	0	534	0.17	0.445	675
0.2	0	535	0.88	2.086	697
0.5	0	528	1.91	4.086	603
1.0	0	500	4.74	>6	448
2.0	0	481	6.94	>6	304
0.5	0	530	1.90	3.752	613
0.5	0.1	526	1.94	0.006	678
0.5	0.2	527	1.92	0.007	684
0.5	0.3	518	1.95	0.005	662
0.5	0.5	508	1.89	0.003	668
0.8	0	509	2.93	5.786	477
0.8	0.1	509	3.07	0.014	540
0.8	0.2	505	2.91	0.007	543
0.8	0.4	501	2.99	0.010	538
0.8	0.8	500	2.96	0.005	554

표10의 실험들은, 트리메타 포스페이트 이온으로 처리한 공정이 고농도의 염화 이온 혹은 그 염을 함유하는 혼합물의 사용을 허용하는 것을 나타낸다. 상기 보드는 다양한 양의 트리메타 포스페이트 이온과 함께 다양한 양의 염화 이온이 혼합물 내에 첨가되는 것을 제외하고는, 실시예4에서 기술한 것과 같은 방법으로 제조 처리되었다. 석고보드 코어와 그것의 앞면 커버 종이 사이의 결합 보전성은 전술된 실시예8에서와 같이 측정되었다.

다양한 STMP, PCF 1000 & LC-211 녹말, 그리고 염 첨가량에서 스터코로부터 주조된 실험실 주조물 석고보드의 종이-대-코어 결합 측정결과

염 첨가량 (wt.)	STMP첨가량 (wt.)	PCF1000 & LC-211 첨가량 (wt.)	건조보드 중량 (그램)	90/90 방에서 5일후 수분채취 (wt.)	5일 결합 실패율()	3시간 가습된 결합 실패율 ()	3일 가습된 결합 실패율 ()	젖음 & 가습된 결합 실패율 ()
0	0	0.2 & 0.2	2271	0.29	0	5	0	2
0.2	0	0.2 & 0.2	2290	0.81	1	0	0	0
0.6	0	0.2 & 0.2	2284	2.12	2	8	0	0
0.2	0.1	0.2 & 0.2	2269	0.87	0	1	2	1
0.6	0.1	0.2 & 0.2	2267	1.95	2	3	0	0
0.6	0.2	0.2 & 0.2	2271	2.07	3	0	3	2
1.0	0.2	0.2 & 0.2	2285	3.61	9	14	3	10

표11은, 보드에 트리메타 포스페이트 이온과 고염화염재(스터코에서 염화나트륨의 0.08 ~ 0.16wt.)인 PCF 1000 전분으로 처리하고, 그리고 다른 것에 있어서는 전술된 실시예5와 동일 방식으로 제조 및 처리된 것을 나타낸다. 표11에서 나타낸 바와 같이, 상기 처리는 못 뽑기에 대한 저항(실시예4와 같은 방식으로 측정함, 즉, ASTM C473-95)의 증가를 초래하고, 염화나트륨이 없는 대조보드와 비교시 유사한 결합 능력(실시예8과 같은 방식으로 측정)을 제공한다. 더욱이 전술된 실시예5와 동일 방식으로 제조 및 처리된 것을 나타낸다. 더욱이, 트리메타 포스페이트 이온 처리는 가습된 처짐에 있어서, 심지어 0.3염화염 첨가에까지 상당한 향상을 제공하였.

석고 파일럿(pilot) 설비에서 고염 시도의 플랜트(plant) 시험 결과
시도	염화 나트륨 염	STMP	고-접착	PCF 1000	보드	못 뽑기	종이-대-코어 결합		24시간 가습된 처짐
기간	첨가	첨가	전분	전분	중량	강도	하중	실패	(1'×4')
	(wt.)	(wt.)	(wt.)	(wt.)	(lb/MSF)	(lb)	(lb)	()	(인치/4ft스팬)
1(대조보드)	0	0	0.52	0	1581	88.7	14.8	13.6	3.25
2	0	0	0.28	0.24	1586	92.1	13.30	15.3	2.45
3	0.08	0	0.28	0.24	1577	89.3	11.20	13.7	5.25
4	0.16	0	0.28	0.24	1580	87.7	11.50	22.4	11.5
5	0.3	0	0.28	0.24	1574	89.6	9.00	31.8	>12.5
6	0.3	0.08	0.28	0.24	1577	89.2	8.10	30.3	0.25
7	0.16	0.08	0.28	0.24	1567	95.5	11.40	32.8	0.25
8	0.08	0.08	0.28	0.24	1592	94.5	12.20	19.5	0.25
9	0	0	0.28	0.24	1609	93.6	12.40	15.1	2.85
10(대조보드)	0	0	0.52	0	1561	83.9	14.90	11.5	2.25
11	0.3	0	0.52	0	1619	93.4	10.10	25.4	>12.5

표12는 보드를 더 높은 농도(표11에서 보여지는 것 보다)의 클로라이드 염 물질(스터코에서 염화염의 0.368wt)인 PCF 1000 전분으로 처리하고 다른 점에서는 상기한 실시예 5와 동일한 방식으로 건조, 처리된 것을 나타낸다. 표12에서 나타난 바와 같이, 상기 처리는 못 뽑기에 대한 저항(실시예4와 같은 식으로 측정함, 즉, ASTM C 473-95)의 증가를 초래하고, 염화 나트륨이 없는 대조보드와 비교시 더 나은 결합 능력(실시예8과 같은 식으로 측정)을 제공한다.

보드 플랜트에서 고염 시도의 플랜트 시험 결과
시도	고-염화물	염화 염	STMP	고-결합	PCF-1000	못 뽑기	종이-대-코어 결합
기간	인조석고	농도	첨가	전분	전분	강도	하중	실패율
	(wt.)	(wt.)	(wt.)	(wt.)	(wt.)	(lb)	(lb)	()
1(대조보드)	0	0.032	0	0.4	0	73	14.10	49.0
2	50	0.12	0.16	0.15	0.25	85	16.70	0.0
3	100	0.368	0.16	0.15	0.25	86	14.40	0.0
4	100	0.368	0.16	0.4	0	89	10.90	34.0
5	100	0.368	0	0.4	0	77	19.70	0.0
6(대조보드)	0	0.032	0	0.4	0	75	19.5	10.0

(실시예11)

다양한 강화재로 소석고 처리

상기한 바람직한 실시예들에 있어서, 강화재는 트리메타 포스페이트 이온이었다. 그러나, 앞서 토의된 강화재의 일반적 정의 내에 있는 어떠한 강화재도 소석고의 처리에서 일반적으로 유용한 결과(예를 들어, 영구변형에 대한 증가된 저항)를 낳을 것이다. 일반적으로 유용한 강화재는, 각각 2이상의 포스페이트 유니트를 함유하는 응축된 인산;과 각각 2이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축된 포스페이트의 염 혹은 이온이다.

이러한 강화재의 구체적인 예를 들면, 다음의 산이나 염 혹은 그것의 음이온 부분을 포함한다: 분자식이 (NaPO₃)₃ 인 소디움 트리메타 포스페이트, 6-27의 반복 포스페이트 유니트를 갖고 분자식이 Na_n+2P_nO_3n+1(여기서 n=6-27)인 소디움 헥사메타 포스페이트, 분자식이 K₄P₂O₇인 테트라포타슘 피로포스페이트, 분자식이 Na₃K₂P₃O₁₀ 인 트리소디움 디포타슘 트리폴리 포스페이트, 분자식이 Na₅P₃O₁₀ 인 소디움 트리폴리 포스페이트, 분자식이 Na₄P₂O₇ 인 테트라소디움 피로 포스페이트, 분자식이 Al(PO₃)₃인 알루미늄 트리메타 포스페이트, 분자식이 Na₂H₂P ₂O₇ 인 소디움 산 피로 포스페이트, 1000-3000의 반복 포스페이트 유니트를 갖고 분자식이 (NH₄)_n+2P_nO _3n+1(여기서 n=1000-3000)인 암모늄 폴리포스페이트 혹은 2이상의 반복 인산 유니트를 갖고 분자식이 H_n+2P_nO_3n+1(여기서 n=2이상)인 폴리 인산.

소석고에 그러한 강화재를 사용하여 처리한 결과가 표13, 14, 15에서 보여진다.

표13은, 석고보드와 큐브의 제조 공정에서, 소석고에 다양한 강화재를 사용하여 처리한 것을 나타낸다. 상기 보드는 실시예2에서 기술한 바와 같은 방식으로 제조 처리된다. 상기 큐브는 실시예1에서서 제시된 것과 같은 방식으로 제조 처리되었다. 두 경우를 제외하고는, 트리메타 포스페이트 이온보다 오히려 다양한 서로 다른 강화재가 사용되었다. 가습된 처짐 휨은 실시예2에서 제시된 것과 같은 방식으로 측정되었다. 압축 강도는 실시예1에서 제시한 것과 같은 방식으로 측정되었다.

표14는, 석고보드와 큐브의 제조 공정에서, 소석고에 폴리인산을 사용하여 처리한 것을 나타낸다. 상기 보드는 실시예2에서 기술한 바와 같은 방식으로 제조 처리되었다. 상기 큐브는 실시예1에서 기술한 바와 같은 빙식으로 제조 처리되었다. 두 경우를 제외하고는, 트리메타 포스페이트 이온보다 오히려 다양한 서로 다른 강화재가 사용되었다. 가습된 처짐 휨은 실시예2에서 기술한 것과 같은 방식으로 측정되었다. 압축 강도는 실시예1에서 기술한 것과 같은 방식으로 측정되었다.

표15에서는, 석고보드와 큐브의 제조 공정에서 소석고에 암모늄 폴리포스페이트를 사용하여 처리한 것을 나타낸다. 상기 보드는 실시예2에서 기술한 것과 같은 방식으로 제조 처리되었다. 상기 큐브는 실시예1에서 전술한 바와 같은 식으로 제조 처리되었다. 두 경우를 제외하고는, 트리메타 포스페이트 이온보다 오히려 다양한 서로 다른 강화재가 사용되었다. 가습된 처짐 휨은 실시예2에서 기술한 것과 같은 방식으로 측정되었다. 압축 강도는 실시예1에서 전술한 것과 같은 방식으로 측정되었다.

표13, 14, 15의 결과로부터, 상기에서 한정된 강화재로 실험되는 모든 재료들은, 경화 석고-함유 제품의 생산에서 소석고 처리에 사용되면, 대조재와 비교시 영구변형에 대한 저항이 매우 큰 제품을 제공하게 됨을 알 수 있다.

다양한 포스페이트 & 염화물 첨가량과 스터코로부터 주조된 석고 큐브(2×2×2)와 보드(24×6×0.5)의 실험실 시험 결과

포스페이트 염 혹은 다른 지정된 화학물질	첨가 수준 (wt.)	건조보드 중량 (그램)	지연(-), 중립(0) 혹은 가속(+)	90/90 방으로부터 채취된수분 (wt.)	10일 가습된 처짐 휨 (인치)	건조된 큐브의 압축강도 (psi)
소디움 트리메타 포스페이트	0.1	537.0	0/+	0.06	0.016	745
소디움헥사메타 포스페이트	0.1	538.2	--	0.09	0.019	552
염화 나트륨 & 트리메타 소디움 트리메타포스페이트	0.5 & 0.1	527.5	+	1.93	0.008	621
염화 나트륨 & 소디움 헥사메타 포스페이트	0.5 & 0.1	539.6	-/0	2.08	0.021	498
테트라포타슘 피로 포스페이트	0.1	538.7	-/0	0.11	0.137	560
트리소디움 디포타슘 트리폴스페이트	0.1	538.8	-/0	0.07	0.201	552
소디움 트리폴리 포스페이트	0.1	535.1	-/0	0.09	0.286	531
테트라 소디움 피로 포스페이트	0.1	556.2	-/0	0.18	0.436	544
알루미늄트리메타 포스페이트	0.1	536.2	0/0	0.02	0.521	673
모노포타슘 디하이드로겐 포스페이트	0.1	540.9	0/+	0.11	0.595	657
소디움 산 피로포스페이트	0.1	547.7	0/0	0.16	1.385	637
붕산	0.1	539.4	0/0	0.15	1.425	624
트리소디움 포스페이트	0.1	537.0	--	0.13	1.641	537
대조	0.0	546.2	0/0	0.13	1.734	635
인산	0.1	534.0	+	0.22	1.796	673
모노소디움 디하이드로포스페이트	0.1	540.9	+	0.19	2.219	679
염화 그네슘	0.1	528.2	0/+	0.23	2.875	521
디소디움 모노하이드로겐 포스페이트	0.1	536.6	0/0	0.13	3.126	629
소디움 알루미늄 술페이트	0.1	543.0	++	0.24	3.867	686
염화 아연	0.1	536.2	0/+	0.67	>6.0	470
염화알루미늄	0.1	536.8	+++	0.53	>6.0	464
염화 나트륨	0.1	542.6	+	0.63	>6.0	596

폴리인산 첨가에 따라 스터코로부터 주조된 석고 큐브(2×2×2)/보드(24×6×0.5)의 실험실 시험결과

폴리인산	첨가 수준 (wt.)	건조보드 중량 (그램)	지연(-), 중성(0) 혹은 가속(+)	90/90 방에서 채취된 수분 (wt.)	2주 동안 가습된 처짐 휨 (인치)	건조된 큐브의 압축강도 (psi)
인산없음 (대조)	0.0	536.5	0/0	0.06	0.683	767
인산 (먼저 물과 혼합)	0.02	539.6	0/0	0.13	0.042	781
인산 (먼저 물과 혼합)	0.05	535.1	0/0	0.09	0.025	842
인산 (먼저 물과 혼합)	0.1	542.3	-/0	0.15	0.046	708

포스페이트 암모늄 첨가에 따라 스터코로부터 주조된 석고 큐브(2×2×2)/보드(24×6×0.5)의 실험실 시험결과

폴리포스페이트 암모늄 ("APP")	첨가 수준 (wt.)	건조보드 중량 (그램)	지연(-), 중성(0) 혹은 가속(+)	90/90 방에서 채취된 수분 (wt.)	2주 동안 가습된 처짐 휨 (인치)	건조된 큐브의 압축강도 (psi)
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.0	540.7	0/0	0.35	0.694	912
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.01	532.5	0/0	0.35	0.045	937
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.03	536.3	0/0	0.37	0.020	924
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.05	539.7	0/0	0.37	0.005	901
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.1	541.3	0/0	0.28	0.005	956
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.2	546.7	0/0	0.30	0.003	967
APP 파우더 (먼저 물과 혼합)	0.4	538.2	0/0	0.33	0.005	998
APP 파우더 (먼저 스터코와 혼합)	0.05	533.5	0/0	0.35	0.005	907
APP 파우더 (먼저 스터코와 혼합)	0.1	546.9	0/0	0.30	0.006	948
APP 파우더 (먼저 스터코와 혼합)	0.2	538.3	0/0	0.31	0.006	998
APP 파우더 (먼저 스터코와 혼합)	0.4	537.4	0/0	0.35	0.002	1017

(실시예12)

다양한 강화재로 황화칼슘 이수화물 주조물 처리

일반적으로 앞서 토의된 강화재의 일반적 정의 내에서 사용되는 몇몇 강화재들은, 황화칼슘 이수화물 주조물의 처리에 있어서 유용한 결과(예를 들어, 증가된 영구변형에 저항과 증가된 강도)를 낳을 것이다. 일반적으로 유용한 강화재는 각각 2이상의 인산 유니트를 포함하는 응축된 인산과 각각 2이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축된 포스페이트의 염 혹은 이온이다.

황화칼슘 이수화물 주조물을 처리에서, 그러한 강화재를 사용한 결과가 표16에 나타나 있다.

표16에서는, 보드와 큐브의 형성에 있어서 다양한 서로 다른 물질이, 경화 건조된 황화칼슘 이수화물을 처리하는데 사용되었다. 상기 보드는 실시예2에서 기술한 것과 같은 방식으로 제조 처리되고, 그리고 추가로 실시예 9와 동일한 방식으로 처리되었다. 상기 큐브는 실시예1에서 기술한 것과 동일한 방식으로 제조 처리되었고, 또한 실시예9에서 전술한 것과 같은 식으로 처리되었다. 두 경우를 제외하고는, 트리메타 포스페이트 이온보다 오히려 다양한 서로 다른 강화재가 사용되었다. 가습된 처짐 휨은 실시예2에서 기술한 것과 같은 방식으로 측정되었다. 압축 강도는 실시예1에서 기술한 것과 같은 식으로 측정되었다.

표16의 결과로부터, 황화칼슘 이수화물 주조물을 경화 처리하고 건조할 때, 상기에서 한정된 강화재로 실험되는 모든 재료들을 사용하면, 대조재들과 비교시 영구변형에 대한 저항과 강도가 매우 큰 제품을 제공함을 알 수 있다.

다양한 포스페이트 & 염화물 첨가에 따라 스터코로부터 주조된 석고 큐브(2×2×2)/보드(24×6×0.5)의 실험실 시험결과

포스페이트 염이나 다른 특정 화학물질	첨가 수준 (wt.)	건조보드 중량 (그램)	90/90 방에서 채취된 수분 (wt.)	10일 동안 가습된 처짐 휨 (인치)	건조된 큐브의 압축강도 (psi)
소디움 트리메타포스페이트	0.4	537.0	0.5	0.016	725
소디움 헥사메타 포스페이트	0.4	538.2	0.9	0.019	697
테트라포타슘 피로포스페이트	0.4	238.7	0.3	0.017
테트라소디움 피로 포스페이트	0.4	556.2	0.6	0.011
소디움 산 피로 포스페이트	0.4	542.1	0.4	0.012
모노소디움 디하이드로겐 포스페이트	0.4	545.6	1.5	0.025	710
모노포타슘 디하이드로겐 포스페이트	0.4	487.5	0.2	0.029	708
인산	0.4	534.7	0.4	0.065	624
소디움 트리폴리 포스페이트	0.4	540.5	0.6	0.123	657
붕산	0.4	486.6	0.1	0.345	611
대조	0.0	543.9	0.2	0.393	576
디소디움 디하이드로겐 포스페이트	0.4	541.3	0.7	0.674	724
트리소디움 포스페이트	0.4	532.8	0.6	1.082	754
염화 마그네슘	0.4	559.9	2.3	1.385	567
염화 나트륨	0.4	539.4	7.7	6.385	521

본 발명은 어떤 언급된 실험에 대하여, 특정 참고자료로 상세히 설명하였지만, 그것은 본 발명의 의도와 범위 내에서, 변화와 수정이 효과적일 수 있었던 것으로 평가 되어야 한다.

Claims (120)

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82. 칼슘 술페이트재, 물, 그리고

    각각 2이상의 인산 유니트를 포함하는 응축 인산들;과 각각 2 이상의 포스페이트 유니트를 포함하는 응축 포스페이트의 염이나 이온들;로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 강화재,를 포함하는 혼합물을 포함하여 조성되고,

    그 조성물이 1/2인치(1.27cm) 석고 보드의 형태로 주조될 때, 상기 보드는 ASTMC473-95에 따라 상기 보드의 길이 2 피트(0.610m)당 0.1인치(0.254cm) 미만의 처짐저항(sag resistance)을 가짐을 특징으로 하는 조성물.
83. 제 82항에 있어서, 상기 혼합물은 수성 기포를 추가로 포함함을 특징으로 하는 조성물.
84. 제 82항에 있어서, 상기 혼합물은 전 젤라틴화 전분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 조성물.
85. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼슘 술페이트재가 칼슘술페이트 헤미하이드레이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
86. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼슘 술페이트재가 칼슘술페이트 디하이드레이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
87. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼슘 술페이트재가 칼슘술페이트 안하이드레이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
88. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 팽윤 펄라이트 입자, 섬유 보강재, 물-재분산성 폴리머, 결합제, 농조화재, 비-평준화재 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중 선택된 첨가제를 추가로 포함하는 조성물.
89. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 경화 촉진제를 추가로 포함하는 조성물.
90. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서,상기 강화재는

    6-27의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 소디움 헥사메타 포스페이트, 1000-3000의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 암모늄 폴리포스페이트와 트리메타 포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물.
91. 제 90항에 있어서, 상기 강화재는 칼슘 술페이트재의 중량기준으로 0.004~2.0wt.%인 것을 특징으로 하는 조성물.
92. 제 90항에 있어서, 상기 강화재가 소디움 헥사메타 포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
93. 제 90항에 있어서, 상기 강화재가 트리메타 포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
94. 제 93항에 있어서, 상기 트리메타 포스페이트는 소디움 트리메타 포스페이트 또는 알루미늄 트리메타 포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
95. 제 93항 또는 제94항에 있어서, 상기 강화재가 소디움 트리메타 포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
96. 제 93항 또는 제94항에 있어서, 상기 강화재가 1000-3000의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 암모늄 폴리포스페이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
97. 제 82항 내지 제84항중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 클로라이드 이온이나 그 염을 최소 0.015wt.%(상기 혼합물내에, 칼슘술페이트재의 중량 기준) 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
98. 제 97항에 있어서, 상기 혼합물은 클로라이드 이온이나 그 염을 0.02~1.5wt.%(상기 혼합물내에, 칼슘술페이트재의 중량 기준) 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
99. 제 82항의 조성물로부터 제조된 경화석고 함유하는 제품.
100. 제 99항에 있어서, 상기 트리메타 포스페이트 화합물의 양이 상기 칼슘 술페이트재의 중량 기준으로 0.004~2.0wt.%임을 특징으로 하는 경화석고 함유하는 제품.
101. 제 99항에 있어서, 상기 트리메타 포스페이트 화합물은 소디움 트리메타 포스페이트, 포타슘 트리메타 포스페이트, 암모늄 트리메타 포스페이트, 리튬 트리메타 포스페이트, 알루미늄 트리메타 포스페이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 경화석고 함유하는 제품.
102. 제 101항에 있어서, 상기 트리메타 포스페이트가 소디움 트리메타 포스페이트인 것을 특징으로 하는 경화석고 함유하는 제품.
103. 제 99항 내지 제102항중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 석고-포함하는 제품이 석고 보드임을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
104. 제 103항에 있어서, 상기 석고 보드는 그 폭을 따라 0.1% 미만 그리고 그 길이를 따라 0.25% 미만의 수축을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
105. 제 103항에 있어서, 상기 석고 보드는 폭 4 피트(1.219m)당 0.06인치(0.152cm) 미만 그리고 길이 12 피트(3.66m)당 0.30인치(0.762cm) 미만의 수축을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
106. 제 103항에 있어서, 상기 석고 보드는 소석고의 중량 기준으로 전 젤라틴화된 전분을 0.08~0.5wt.% 포함함을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
107. 제 103항에 있어서, 상기 경화 석고는 그 내부에 균일하게 분포된 공극을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
108. 제 103항에 있어서, 상기 경화 석고는, 나아가 하기식을 갖는 적어도 하나의 기포제로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.

     CH₃(CH₂)_XCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO₃

     

     M

     

     (여기서 X는 2-20의 수, Y는 0-10의 수로 기포제 혹은 기포제 혼합물의 최소 50wt.%에서는 0이며, M은 양이온이다)
109. 제 108항에 있어서, 상기 Y는 상기 기포제의 중량 기준으로 86~99wt.%인 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
110. 제 103항에 있어서, 상기 보드는 개선된 처짐 저항을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
111. 제 103항에 있어서, 상기 혼합물내의 강화재의 농도가 상기 칼슘 술페이트재의 중량 기준으로 0.004~2.0wt.%인 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
112. 제 111항에 있어서, 상기 혼합물내의 강화재의 농도가 상기 칼슘 술페이트재의 중량 기준으로 0.04~0.16wt.%인 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
113. 제 111항에 있어서, 상기 혼합물내의 강화재의 농도가 상기 칼슘 술페이트재의 중량 기준으로 0.08wt.%인 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
114. 제 103항에 있어서, 상기 강화재는,

     소디움 트리메타 포스페이트, 알루미늄 트리메타포스페이트, 6-27의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 소디움 헥사메타 포스페이트, 테트라포타슘 피로포스페이트, 트리소디움 디포타슘 트리폴리포스페이트, 소디움 트리폴리포스페이트, 테트라소디움 피로포스페이트, 소디움 산 피로포스페이트, 1000-3000의 반복 포스페이트 유니트를 갖는 암모늄 폴리포스페이트 혹은 2이상의 반복 인산유니트를 갖는 폴리인산의; 산, 염, 또는 이들의 음이온 부분중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
115. 제 114항에 있어서, 상기 석고 보드는 폭 4 피트(1.219m)당 0.06인치(0.152cm) 미만 그리고 길이 12 피트(3.66m)당 0.30인치(0.762cm) 미만의 수축을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
116. 제 114항 또는 제115항에 있어서, 상기 석고 보드는 그 폭을 따라 0.1% 미만 그리고 그 길이를 따라 0.25% 미만의 수축을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
117. 제 115항에 있어서, 상기 석고 보드는 소석고의 중량 기준으로 전 젤라틴화된 전분을 0.08~0.5wt.% 포함함을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
118. 제 115항 또는 제 117항에 있어서, 상기 경화 석고는, 나아가 하기식을 갖는 적어도 하나의 기포제로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.

     CH₃(CH₂)_XCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO₃

     

     M

     

     (여기서 X는 2-20의 수, Y는 0-10의 수로 기포제 혹은 기포제 혼합물의 최소 50wt.%에서는 0이며, M은 양이온이다)
119. 제 118항에 있어서, 상기 Y는 상기 기포제의 중량 기준으로 86~99wt.%인 것을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.
120. 제 118항에 있어서,

     상기 경화 석고는 그 내부에 균일하게 분포된 공극을 가짐을 특징으로 하는 경화 석고 함유하는 제품.

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