KR100801036B1

KR100801036B1 - 석고 조성물 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR100801036B1
Application number: KR1020017016045A
Authority: KR
Inventors: 퀴앙 유; 스리니바스 비라마수네니; 프레데릭토마스 존스
Original assignee: 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2008-02-04
Also published as: RU2263644C2; PT1202941E; DK1202941T3; CN1366514A; WO2001081264A1; US20020112651A1; EP1202941A4; IL146904A0; BR0106100B1; MXPA01012924A; EP1202941B1; BR0106100A; AU781637B2; CZ300325B6; ATE368018T1; PL204485B1; PL351552A1; CN1199901C; AR029248A1; NO20016173D0

Abstract

경화 석고 조성물 및 그 제조방법이 개시된다. 경화 석고조성물은 향상된 물 공극부피를 갖는 포개지는 경화 석고 기질의 연속적인 상을 포함하고 및/또는 물 대 소석고의 증가된 비를 포함하는 혼합물(예를 들어, 슬러리)로부터 제조된다. 또한 경화 석고 조성물을 포함하는 물건이 개시된다.

Description

석고 조성물 및 이의 제조 방법{GYPSUM COMPOSITIONS AND RELATED METHODS}

본 발명은 일반적으로 석고 조성물 및 석고 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 감소된 밀도의 경화 석고 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

경화 석고(황산칼슘 이수화물)는 보통 여러 가지 타입의 제품내에 포함되어 있는 잘 알려져 있는 물질이다. 예로써, 경화 석고는 종래의 플라스터를 이용해서 제조된 최종 제품(예를 들어, 플라스터 표면의 내부 건물벽)의 주요성분이며, 또한, 건물의 내부 벽 및 천장의 일반적인 건조 석고판(drywall) 건축에 채택되는 종이면이 있는 석고보드의 주요성분이다. 또한, 경화 석고는 석고/셀룰로오스 섬유 합성보드 및 제품의 주요성분이며, 석고 보드의 모서리간의 접합부분을 채워서 매끄럽게 하는 제품에도 포함된다. 또한, 정확하게 기계로 제조되는 모형제작 및 주형제조에 유용한 재료와 같은, 많은 특별 재료는 많은 양의 경화 석고를 포함하는 제품을 생산한다.

일반적으로, 그러한 석고 함유 제품들은 소석고(황산칼슘 반수화물 및/또는 황산칼슘 무수석고)와 물(및 적합하다면, 다른 성분들)의 혼합물을 형성함으로써 제조된다. 그러한 혼합물은 원하는 형태로 주조되거나 표면 위에 주조된 다음, 결정체로 된 수화된 석고(황산칼슘 이수화물)의 기질을 형성하는 소석고와 물의 반응에 의해서 경화(즉, 재수화된) 석고를 형성하도록 경화하게 된다. 소석고의 바람직한 수화는 경화 석고 결정의 포개지는 기질을 형성하여, 석고 함유 제품내 석고 조직에 강도를 부여할 수 있다. 남아있는 유리된(즉, 반응하지 않은) 물을 몰아내서 건조 생성물을 생성하는데 약한 열이 이용된다.

예를 들어, 음향 조절 및/또는 절연성질뿐만 아니라 취급 및 운송 효능을 향상시키기 위해서, 경화 석고 기질 부분을 저밀도 재료(예를 들어, 팽창된 펄라이트 또는 기공)로 대체함으로써 중량이 더 가벼운 많은 석고 함유 제품을 제조하는데 지속적인 효과가 있다. 그러나, 석고 함유 제품을 실질적으로 더 가볍게 제조하는데 대한 종래의 효과는 예를 들어, 상당한 양의 거품이 더 낮은 밀도의 석고 함유 제품을 얻는데 충분한 공극 함량을 생성하도록 이용되는 동안, 그러한 제품은 예를 들어, 원하는 수준의 음향 조절 및 절연 성질을 아직 얻지 못하기 때문에 완전히 만족스럽지 못했다. 결과적으로, 더 낮은 밀도의 석고 함유 제품의 생산은 제공된 비교적 높은 양의 거품제에 의해서 생길 수 있는 역효과에 민감함과 동시에, 그러한 경우에 원하는 결과는 여전히 얻지 못했다. 보다 최근에, 섬유상 소석고로부터 형성된 석고보드가 미국 특허 제5,041,333호에 개시되어 있다. 섬유상 소석고의 제조는 시간 낭비적이고 돈이 많이 들며, 따라서 석고보드를 제조하는데 섬유상 소석고를 이용하면 돈이 많이 들게 된다.

실질적으로 더 낮은 밀도의 석고 함유 제품을 형성하는 또 다른 문제점은 치수의 안정성이 그것의 제조, 공정, 및 상업적 적용과정에서 손상될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 경화 석고 제품의 제조시, 보통 석고가 응고된 후에 기질 내에 남은 상당한 양의 유리된(즉, 비반응된) 물이 있다. 과량의 물을 제거하기 위해서 경화 석고를 건조시킬 때, 기질 내 포개지는 경화 석고 결정은 물이 증발함에 따라 더 밀접하게 서로를 향해서 움직이는 경향이 있다. 이러한 점에서, 물이 석고 기질의 결정 간격을 남김에 따라서, 기질은 석고 결정 위에 물에 의해서 적용되는 모세관 압력을 견디는 경화 석고의 자연적인 힘에 의해서 오그라드는 경향이 있다. 수용성 소석고 혼합물 내의 물의 양이 증가함에 따라, 치수 안정성의 부족은 더 큰 문제가 된다.

치수 안정성은 또한 최종 건조 제품이 실현된 후에까지도, 특히, 경화 석고가 예를 들어, 팽창 및 수축에 민감한, 변화하는 온도 및 습도의 조건하에서, 중요한 문제이다. 예를 들어, 고습도에 노출된 석고보드 또는 타일의 석고 기질의 결정 간격내 흡수된 습기는 축축하게 된 보드를 팽창시킴으로써 늘어지는 문제를 악화시킬 수 있다.

그러한 치수 불안정성을 막거나 최소화시킬 수 있다면, 결과적으로 다양한 잇점을 얻을 것이다. 예를 들어, 현재의 석고보드 생산방법은 보드가 건조과정에서 우그러들지 않는다면, 더 많은 제품을 생산할 것이고, 정확한 형태 및 치수 비율을 유지하는 데 의존하는(예를 들어, 모형제작 및 주형 제조에서의 사용에 대해서) 원하는 석고 함유 제품들은 그들의 목적을 더 잘 수행할 것이다.

따라서, 상기로부터 많은 양의 경량 충전제 또는 거품에 의해서 생기는 공기 공극을 포함할 필요없이 저밀도를 나타내는 경화 석고 조성물에 대한 요구가 당업계에 존재함을 이해할 것이다. 또한, 향상된 치수 안정성, 절연, 및/또는 음향 조절 성질을 나타내는 저밀도의 경화 석고 조성물에 대한 요구도 당업계에 존재함을 이해할 것이다. 본 발명은 그러한 경화 석고 조성물 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 잇점 및 다른 잇점 뿐만 아니라 부가적인 발명의 특징은 본원에서 제공되는 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 경화 석고 조성물 및 그의 제조방법을 제공한다. 유익하게, 본 발명의 경화 석고 조성물은 저-밀도이고, 향상된 치수 안정성(예를 들어, 수축에 대한 저항력), 절연, 및/또는 음향 조절 성질을 입증한다.

일 측면에서, 본 발명은 최소한 소석고 및 물을 이용한 혼합물의 형성을 포함하는 일 방법에 의해서 제조되는 석고 조성물을 제공한다. 바람직하게, 상기 혼합물을 제조하는데 사용되는 물 대 소석고의 중량비는 적어도 약 3 : 1이다. 이러한 실시예에서, 경화 석고 조성물은 비(非)섬유상 소석고의 적어도 30wt.%를 포함하는 소석고를 이용하여 형성된다. 혼합물은 소석고가 경화 석고 기질을 형성하기에 충분한 조건하에 유지된다.

다른 측면에서, 본 발명은 적어도 소석고 및 물을 이용한 혼합물의 형성을 포함하는 일 방법에 의해서 제조된 경화 석고 조성물을 제공하며, 여기서, 상기 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 적어도 약 4.5 : 1이다. 혼합물은 소석고가 경화 석고 기질을 형성하기에 충분한 조건하에 유지된다.

다른 측면에서, 본 발명은 소석고, 물, 및 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 계면활성제, 및 그들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 강화 물질을 이용한 혼합물의 형성을 포함하는 일 방법에 의해서 제조되는 경화 석고 조성물을 제공한다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 최소한 약 3 : 1이다. 혼합물은 소석고가 경화 석고 기질을 형성하기에 충분한 조건하에 유지된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질을 포함하는 경화 석고 조성물을 제공한다. 기질은 석고 및 증발된 물 공극을 포함한다. 바람직하게, 기질의 증발된 물 공극부피는 증발된 물 공극 부피, "EWVV"시험(하기에서 설명됨)에 따라서 적어도 약 69%이다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 경화 석고 조성물은 비(非)섬유상 소석고의 적어도 30wt.%를 포함하는 소석고를 이용하여 형성된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질을 포함하는 경화 석고 조성물을 제공하고, 여기서, 기질은 석고 및 증발된 물 공극을 포함하고, 여기서 기질의 증발된 물 공극 부피는 EWVV 시험에 따라서 적어도 약 69%이다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 경화 석고 조성물은 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 계면활성제 및 그들의 조합에서 선택되는 강화 물질을 이용해서, 즉, 그로부터 형성된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질을 포함하는 경화 석고 조성물을 제공하고, 여기서, 기질은 석고 및 증발된 물 공극을 포함하고, 여기서, 기질의 증발된 물 공극 부피는 EWVV 시험에 따라서 적어도 약 80%(예를 들어, 약 80% ~ 약 97%)이다.

실시예에 의해서, 본 발명의 석고 조성물은 보드 형태로 제공될 수 있다. 보드는 예를 들어, 벽판, 도어코어, 구조상 절연된 패널 시스템 요소, 음향제어 타일, 절연체 패널 등과 같은 물건의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 점에서, 물건은 또한 다중 보드(예를 들어, 층들과 같은)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 물건은 본 발명에 따른 석고 조성물을 포함하는 보드의 밀도보다 밀도가 더 큰 제 2의 보다 밀집한 석고보드를 포함할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면 및 하기에 설명된 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 참고로 하여 가장 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른, 석고보드 층 합성물의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른, 천장타일 형태의 물건의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 측면에 따른, 라미네이트된 합성물의 구성도이다.
본 발명은 향상된 증발된 물 공극부피를 갖는 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질을 포함하는 저-밀도 경화 석고 조성물을 제공한다. 저-밀도 경화 석고 조성물은 바람직하게 상승된 비의 물 대 소석고를 포함하는 혼합물(예를 들어, 슬러리)로부터 제조된다.

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소석고는 섬유상 또는 비(非)섬유상일 수 있다. 비(非)섬유상 소석고는 예를 들어, 미국특허 제2,341,426호에 개시된 것과 같이, 표준 대기압에서 하소로(예를 들어, 평가마 또는 로터리)에서 보통의 종래 과정에 따라서 제조될 수 있는 통상의 소석고를 의미한다. 섬유상 소석고는 예를 들어, 미국 특허 제4,209,512호 및 제5,041,333호에 개시되어 있다. 바람직하게, 적어도 30wt.%의 석고 조성물은 비(非)섬유상 소석고를 이용하여 형성된다. 보다 바람직하게, 석고 조성물의 적어도 50wt.%는 비(非)섬유상 석고를 이용하여 형성되고, 일부 실시예에서, 본 발명의 경화 석고 조성물이 주조되는 슬러리(또는 혼합물)를 만드는데 이용되는 소석고는 본질적으로 비(非)섬유상 소석고로 구성된다.

소석고는 알파 황산칼슘 반수화물, 베타 황산칼슘 반수화물, 물-가용성 황산칼슘 무수석고, 또는 그들의 혼합물의 형태일 수 있다. 바람직하게, 소석고는 적어도 30% 베타 황산칼슘 반수화물, 및 보다 바람직하게, 적어도 50% 베타 황산칼슘 반수화물을 포함한다. 일부 실시예에서, 소석고는 본질적으로 베타 황산칼슘 반수화물로 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 경화 석고 조성물은 상기 연속적인 상의 경화 석고 기질에 존재하는 향상된 증발된 물 공극 부피의 덕으로 비교적 느슨하고 개방된 구조를 특징으로 한다. 향상된 물 공극 부피는 예를 들어, 경화 석고 조성물을 제조하는데 사용된 혼합물내 상승된 비의 물 대 소석고의 이용으로부터 생길 수 있다. 경화 석고의 포개지는 기질은 경화 석고 조성물을 제조하는데 사용된 혼합물의 물 대 소석고의 비에 다소 의존하는 모든 다양한 크기 및 형태의 결정으로 형성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 결정은 비교적 길고(예를 들어, 적어도 한 방향으로 약 10㎛ ~ 약 40㎛ 이상) 및/또는 예를 들어, 바늘 모양, 판모양 등 또는 그들의 조합과 같은 다양한 형태일 수 있다.

중요하게, 바람직하게 낮은 밀도를 갖는 본 발명의 경화 석고 조성물은 경화 석고 기질내 향상된 증발된 물 공극 부피에도 불구하고, 유용한 충분한 강도 및 기계적 변형에 대한 저항력(예를 들어, 처짐 저항력)을 입증한다. 또한, 본 발명의 경화 석고 조성물은 경화 석고 조성물의 제조과정에서 존재하는 물의 상승된 수준을 고려하여도, 경화 석고 조성물의 제조동안 수축에 저항하는(예를 들어, 건조하는 스트레스로 인한) 것과 같은 치수 안정성을 나타낸다. 게다가, 경화 석고 조성물내 향상된 증발된 물 공극 부피는 향상된 증발된 물 공극 부피와 연결된 느슨한 조직이 경화 석고 조성물내 소리가 흡수되는 확장된 공간을 제공하는 것만큼 그 내부에 바람직한 음향 조절 성질을 부여하도록 도와서, 본 발명의 경화 석고 조성물에 의해서 반향되는 소리의 양 및 그를 통과해서 전달되는 소리의 양이 감소하게 된다.

본 발명에 따라서, 경화 석고 조성물은 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질을 포함한다. 기질은 석고 및 향상된 증발된 물 공극 부피를 포함한다. 증발된 물 공극 부피는 연속적인 상내에 반영되어, 증발된 물 공극 이외의 불연속, 예를 들어, 조성물내 종이 섬유, 경량 충전제, 또는 거품 공기 공극의 존재로 인한 불연속은 제외한다. 일부 실시예에서, 기질의 증발된 물 공극 부피는 EWVV 시험에 따라서, 적어도 약 69%(예를 들어, 약 69% ~ 약 97%)이다. 바람직하게, 증발된 물 공극 부피는 EWVV 시험에 따라서 약 74% ~ 약 95%이다. 예를 들어, 일부 경우에, 기질의 증발된 물 공극 부피는 EWVV 시험에 따라서 약 79% ~ 약 89%이다.

일부 실시예에서, 본 발명에 따른 경화 석고 조성물은 적어도 약 3 : 1의 물 대 소석고의 중량비의 소석고 및 물을 이용한 혼합물(예를 들어, 슬러리)의 형성을 포함하는 일 방법에 의해서 제조된다. 혼합물은 소석고가 경화 석고 기질을 형성하기에 충분한 조건하에 유지된다. 바람직하게, 혼합물 제조에 사용된 물 대 소석고의 중량비는 소석고가 적어도 30wt% 비(非)섬유상 소석고를 포함할 때 약 3 : 1 ~ 약 12 : 1이다. 보다 바람직하게, 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 약 4.5 : 1 ~ 약 9 : 1이며, 보다 더 바람직하게, 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 약 5 : 1 ~ 약 8 : 1이다. 이러한 실시예에서, 비(非)섬유상 소석고는 바람직하게 베타-황산칼슘 반수화물이다.

일부 실시예에서, 본 발명에 따른 경화 석고는 물 및 섬유상 또는 비(非)섬유상 소석고, 또는 다양한 조합 또는 제조의 섬유상 및 비(非)섬유상 소석고 모두를, 적어도 약 4.5 : 1 ~ 약 12 : 1의 물 대 소석고의 중량비로 포함하는 혼합물(예를 들어, 슬러리)의 형성을 포함하는 일 방법에 의해서 제조된다. 바람직하게, 본 실시예의 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 약 5 : 1 ~ 약 8 : 1이며 보다 바람직하게 약 5 : 1 ~ 약 7 : 1이다.

바람직하게, 본 발명의 경화 석고 조성물은 비교적 낮은 밀도를 갖는다. 정확하게 예로써, 일부 실시예에서, 석고 조성물은 약 15 lb/ft³(≒ 240 ㎏/㎥) 이하와 같은 약 20 lb/ft³(≒ 320 ㎏/㎥) 이하의 밀도, 또는 일부 실시예에서, 약 12 lb/ft³(≒ 192 ㎏/㎥) 이하의 밀도를 갖는다.

바람직하게, 본 발명의 경화 석고 조성물은 경화 석고 조성물의 제조과정에서, 강도 및/또는 치수 안정성을 증진시키기 위해서(예를 들어, 건조 스트레스로 인한 수축을 최소함에 의해), 수용성 소석고 혼합물에 하나 이상의 강화 재료를 포함하여 제조된다. 바람직하게, 강화 재료는 본 발명의 경화 석고 조성물의 형성속도를 지연시키지 않거나, 달리 역효과를 주지 않는 것으로 선택된다. 예로써, 향상물질은 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 또는 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 각각의 타입의 향상물질이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 또한, 다양한 조합의 향상물질도 사용될 수 있다. 예를 들면, 트리메타포스페이트 화합물 및 하나 이상의 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 및 계면활성제가 사용될 수 있다. 또 다른 예로써, 암모늄 폴리포스페이트 및 하나 이상의 트리메타포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 및 계면활성제가 사용될 수 있다.

경화 석고 조성물의 제조과정에서, 향상물질은 소석고의 약 0.01중량% ~ 약 5중량%의 양과 같이, 수용성 소석고 혼합물에 모든 적합한 양으로 첨가될 수 있다. 바람직하게, 향상물질은 소석고의 약 0.1중량% ~ 약 5중량%의 양으로 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되며, 보다 바람직하게, 향상물질은 소석고의 약 0.5중량% ~ 약 2중량%의 양으로 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함된다.

트리메타포스페이트 화합물(예를 들어, 그의 염 또는 음이온 부분)이 특히 바람직하다. 경화 석고를 형성하는 소석고의 수화과정에서의 트리메타포스페이트 화합물의 함유는 결과적으로 경화 석고의 기계적 변형(예를 들어, 처짐)에 대한 저항을 포함하는, 향상된 강도를 가져온다. 이러한 점에서, 트리메타포스페이트 화합물의 이용에 의해서 관찰되는 강도의 증가는 경화 석고의 포개지는 기질내 감소된 밀도 및 향상된 증발된 물 공극 부피 때문에 특히 바람직하다. 트리메타포스페이트 화합물은 예를 들어, 나트륨 트리메타포스페이트, 칼슘 트리메타포스페이트, 나트륨 칼슘 트리메타포스페이트, 칼륨 트리메타포스페이트, 암모늄 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트 등과 같은 염의 형태일 수 있다. 이러한 염들의 조합 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 트리메타포스페이트 화합물은 나트륨 트리메타포스페이트이다.

포함된다면, 트리메타포스페이트 화합물은 단독으로, 또는 500-3000개의 반복 단위를 갖는 적어도 하나의 암모늄 폴리포스페이트, 적어도 하나의 폴리카르복실 화합물, 및/또는 계면활성제와 결합해서 제공될 수 있다. 포함된다면, 경화 석고 조성물을 제조하는데 이용되는 물/소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 트리메타포스페이트 화합물의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.1중량% ~ 약 2중량%이며, 보다 바람직하게, 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 트리메타포스페이트 화합물의 양은 소석고의 약 0.5중량% ~ 약 1중량%이다.

암모늄 폴리포스페이트(예를 들어, 그의 염 또는 음이온 부분)는 바람직하게 약 1000-3000개의 반복 단위를 갖는다. 포함될 경우, 경화 석고 조성물을 제조하는데 사용된 물/소석고 혼합물에 첨가되거나 포함된 암모늄 폴리포스페이트의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.1중량% ~ 약 2중량%이며, 보다 바람직하게, 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 암모늄 폴리포스페이트의 양은 소석고의 약 0.5중량% ~ 약1중량%이다.

폴리카르복실 화합물(예를 들어, 그의 산, 염, 또는 음이온 부분)은 적어도 두 개의 카르복실레이트 염 또는 이온 그룹, 적어도 두 개의 카복실산 그룹, 또는 적어도 하나의 카르복실레이트 염 또는 이온 그룹 및 적어도 하나의 카복실산 그룹을 포함한다. 바람직하게, 폴리카르복실 화합물은 물에 가용적이다. 폴리카르복실 화합물은 경화 석고 포개지는 기질이 형성됨에 따라서 결정의 결합을 보조하는 것으로 생각되기 때문에 유익하다. 결과적으로, 폴리카르복실 화합물은 바람직하게 강도를 향상시키고, 그에 따라 취급 및 공정과정에서 경화 석고 조성물의 손상을 줄이도록 돕고, 경화 석고 조성물의 치수 안정성을 향상시킨다. 바람직하게, 본 발명의 폴리카르복실 화합물은 약 100,000 달톤 ~ 약 100만 달톤의 분자량을 갖는다. 고분자량의 폴리카르복실 화합물은 점성이 너무 높아서 덜 바람직한 동시에, 더 낮은 분자량의 것(100,000달톤 이하로 점차로 감소하는)은 덜 효과적이다.

일부 실시예에서, 폴리카르복실 화합물은 약 200,000 달톤 ~ 약 700,000 달톤의 분자량, 바람직하게 약 400,000 달톤 ~ 약 600,000 달톤(예를 들어, 약 500,000 달톤)의 분자량을 갖는다. 예로써, 및 비제한적으로, 폴리카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리에타아크릴레이트 등 또는 그의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 폴리카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트이며, 그 경우에 폴리아크릴레이트는 바람직하게 약 200,000 달톤 ~ 약 700,000 달톤, 보다 바람직하게 약 400,000 ~ 약 600,000 달톤의 분자량을 갖는다. 예로써, 하나의 적합한 폴리아크릴레이트는 ACRYSOL®644이며, 펜실베니아, 필라델피아의 롬 앤 하스로부터 입수가능하다.

포함될 경우, 경화 석고 조성물을 제조하는데 사용된 물/소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 폴리카르복실 화합물의 양은 혼합물을 제조하는데 사용된 소석고의 바람직하게 약 0.05중량% ~ 약 2중량%이고, 보다 바람직하게, 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 폴리카르복실 화합물의 양은 소석고의 약 0.1중량% ~ 약 0.4중량%이다.

폴리카르복실 화합물은 단독으로, 또는 다른 강화 재료와 결합하여 사용될 수 있다는 것을 주목할 만하다. 예를 들어, 폴리카르복실 화합물은 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트(예를 들어, 1000-3000개의 반복 인산염 단위), 및/또는 계면활성제와 함께 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 석고 조성물의 제조과정에서, 물/소석고 혼합물에 하나 이상의 계면활성제를 포함시키면 혼합물의 표면장력을 감소시키는 잇점이 생기고, 교대로 건조 스트레스를 줄이도록 도와서 경화 석고 조성물의 수축을 최소화시킨다. 이러한 점에서, 소석고의 수용성 혼합물의 표면 장력을 줄임으로써, 수용성 액체에 대한 석고 결정의 대응하는 저항힘에 따라서 액체가 석고 결정에 적용하는 모세관 압력은 감소하게 되고, 그에 따라 미반응된 수용성 액체가 기질로부터 증발할 때 포개지는 결정체로 된 기질 구조이 수축하는 경향을 감소시키는 것으로 생각된다. 따라서, 본 발명의 실시에 특히 유용한 계면활성제는 바람직하게 물의 표면장력을 약 40dyne/㎝ 이하로 감소시키는 능력을 갖는 특징이 있다. 보다 바람직하게, 계면활성제는 물의 표면장력을 약 35dyne/㎝ 이하로 감소시키는 능력을 갖는 특징이 있다. 적합한 계면활성제의 예는 아세틸렉닉 글리콜계 계면활성제, 플루오로 함유 계면활성제, 및 실리콘 함유 계면활성제를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 하나 이상의 계면활성제가 경화 석고 조성물을 형성하는데 사용된 혼합물에 포함될 수 있으며, 여러 가지 타입의 계면활성제의 다양한 조합도 이용될 수 있다.

예시적인 아세틸렌 글리콜계 계면활성제는 DYNOL®604로 펜실베니아, 리히벨리의 에어 프로덕트로부터 상업적으로 입수가능하다. 예시적인 플루오로 함유 계면활성제는 알킬 나트륨 설포네이트 타입의 음이온성 플루오로계면활성제(예를 들어, LODYNE®S-103A), 알킬암모늄 클로라이드 타입의 양이온성 플루오로계면활성제(예를 들어, LODYNE®S-106A), 또는 알킬 아미노산 타입의 양쪽성 플로오로계면활성제(예를 들어, LODYNE®S-100)의 형태일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 예시적인 적합한 계면활성제는 LODYNE®S-228M으로서 상업적으로 입수가능한 플루오로 함유/실리콘 함유 계면활성제의 혼합이다. LODYNE®계열의 계면활성제는 스위스, 바셀의 시바로부터 상업적으로 입수가능하다.

계면활성제는 모든 적합하게 효과적인 양으로 공급될 수 있다. 바람직하게, 물/소석고 혼합물내 첨가되거나 포함되는 계면활성제의 양은 소석고의 약 0.01중량% ~ 약 1중량%이고, 보다 바람직하게, 수용성 소석고 혼합물에 첨가되거나 포함되는 계면활성제의 양은 약 0.05중량% ~ 약 0.2중량%이다. 특히, 계면활성제는 석고 조성물내 유일한 향상물질로써 제공될 수 있으며, 또는 다른 향상물질, 예를 들어, 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 인산염 단위(예를 들어, 1000-3000개의 반복 단위)를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 또는 그의 혼합물과 결합해서 제공될 수 있다.

석고 조성물은 임의적인 첨가제, 예를 들어, 보강 첨가제, 바인더(예를 들어, 라텍스와 같은 중합체), 팽창된 펄라이트, 수용성 거품에 의해서 형성된 공기 공극, 미리 젤라틴화된 전분과 같은 전분, 또는 섬유상 매트(예를 들어, 본 발명의 석고 조성물을 포함하는 석고보드 위)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 임의적 첨가제들의 다양한 조합도 경화 석고 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 첨가제들은 원하는 바에 따라, 하나 이상의 강화 재료를 포함하는 석고 조성물내에 포함될 수 있다.

임의적 보강 첨가제는 하기에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 제조과정에서 강도 및 여과 효능을 향상시키기 위해서, 원할 경우, 본 발명의 석고 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 보강 첨가제는 셀룰로오스(예를 들어, 종이) 섬유, 미네랄 섬유, 다른 합성 섬유 등, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 종이 섬유와 같은, 보강 첨가제는 모든 적합한 양으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보강 첨가제는 경화 석고 조성물의 약 2중량% ~ 약 15중량%의 양으로 존재한다.

밀도의 감소를 더 용이하게 하기 위해서, 본 발명의 경화 석고 조성물은 수용성 거품(증발된 물 공극과 반대로)에 의해서 형성된 공기 공극을 임의적으로 포함할 수 있다. 특히, 수용성 거품은 현재 보드 생산에서와 같은 제조과정에서 수용성 소석고 혼합물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 펜실베니아, 앰블러, GEO 특제품 화학으로부터 입수가능한 PFM33과 같은 모든 적합한 거품제가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.

또한, 석고 조성물은 미리 젤라틴화된 전분 또는 산-변형된 전분과 같은 전분을 포함할 수 있다. 미리 젤라틴화된 전분을 포함하면 경화 및 건조된 석고 주조물의 강도를 증가시키고 증가된 수분(예를 들어, 물 대 소석고의 상승된 비에 대해서) 조건하에서의 종이 박리(delamination)의 우려를 최소화하거나 피하게 된다. 당업계의 통상의 기술자는 원료 전분을 미리 젤라킨화하는 방법, 예를 들어, 적어도 약 185℉(≒ 85℃)의 온도의 물에서 원료 전분을 요리하거나 다른 방법을 이해할 것이다. 미리 젤라틴화된 전분의 적합한 예로는 라우호프 그레인 컴퍼니로부터 상업적으로 입수가능한 PCR1000 전분, 및 아쳐 다니엘 미드랜드 컴퍼니로부터 둘 다 상업적으로 입수가능한 AMERIKOR 818 및 HQM PREGEL 전분이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 포함될 경우, 미리 젤라틴화된 전분은 모든 적합한 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 포함될 경우, 미리 젤라틴화된 전분은 경화 석고 조성물의 약 0.5중량% ~ 약 10중량%의 양으로 존재하는 것과 같이 경화 석고 조성물을 형성하는데 사용된 혼합물에 첨가될 수 있다.

석고 조성물은 또한 섬유상 매트를 포함할 수 있다. 섬유상 매트는 직물제(woven) 또는 비직물제(nonwoven)일 수 있다. 바람직하게, 섬유상 매트는 수화동안의 석고 조성물의 팽창을 조절할 수 있는 물질로 구성된다. 예로써, 섬유상 매트는 종이 매트, 섬유유리 매트, 또는 다른 합성적 섬유 매트의 형태일 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유상 매트는 비직물제이고 섬유유리를 포함할 수 있다. 바람직하게, 섬유상 매트는 편평한 표면을 형성하고, 생산, 취급, 및 분야 적용과정에서 건조된 석고 주조의 무결성, 외관, 및 취급능력을 향상시키기 위해서 형성시 석고 주조의 표면에 적용될 수 있다. 또한, 섬유상 매트는 최종 생산물(예를 들어, 천장 타일)내 노출된 표면으로서 이용될 수 있으며, 바람직하게 매끄러울 수 있는 미학적으로 즐거움을 주는 모놀리스의 외관을 제공한다. 제공될 경우, 섬유상 매트는 모든 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 섬유상 매트는 약 0.003인치(≒ 0.0076cm) ~ 약 0.15인치(≒ 0.381cm)의 두께를 갖는다.

일부 실시예에서, 예를 들어, 본 발명의 석고 조성물이 음향 조절 타일로서 특정 물품내에 존재할 때 음향 조절 성질(예를 들어, 소음 감소)이 바람직하다. 본 발명의 석고 조성물은 ASTM E 1042-92에 따라서, 적어도 약 0.4의 소음 감소 계수, 보다 바람직하게는, 약 1.0 의 소음 감소 계수를 나타낸다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 본 발명의 석고 조성물은 적어도 약 0.5의 소음 감소 계수를 입증하고, 보다 더 바람직하게 적어도 약 0.6의 소음 감소계수, 더욱 더 바람직하게 적어도 약 0.7의 소음 감소계수, 보다 더 바람직하게, 적어도 약 0.8의 소음 감소계수, 및 더욱 더 바람직하게 적어도 약 0.9의 소음 감소계수를 입증한다. 일반적으로, 본 발명에 따른, 음향 조절 값(예를 들어, 그것의 소음 감소 계수에 의해서 측정된)은 경화 석고 포개지는 기질내 증발된 물 공극 부피 뿐만 아니라, 경화 석고 조성물을 제조하는데 사용된 혼합물내 물 대 소석고의 비에 따라서 증가한다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 본 발명의 석고 조성물을 포함하는 물건이 제공된다. 예를 들어, 그 물건은 벽판, 도어코어, 구조적인 절연된 패널 시스템 요소, 음향 조절타일, 절연체 패널 등의 형태일 수 있다.

본 발명의 경화 석고 조성물에 더해서, 상기 물건은 본 발명의 석고 조성물보다 더 밀집한 제 2 경화 석고 조성물을 포함할 수 있다. 예로써, 본 발명의 석고 조성물 및 보다 밀집한 제 2 석고 조성물은 물건 내에 석고 보드 혼합물을 형성하기 위해서 층을 이루고 있는 분리된 석고 보드내에 포함될 수 있다. 바람직하게, 제 2 석고 보드는 적어도 약 20 lb/ft³(≒ 320㎏/㎥)의 밀도, 보다 바람직하게 적어도 약 30 lb/ft³(≒ 479㎏/㎥)의 밀도, 및 보다 더 바람직하게, 적어도 약 40 lb/ft³(≒ 639㎏/㎥)의 밀도를 갖는다. 제 2 석고 경화 석고 조성물의 밀도는 예를 들어, 적어도 약 50 lb/ft³(≒ 799㎏/㎥), 적어도 약 60 lb/ft³(≒ 959㎏/㎥) 또는 그 이상과 같이 보다 더 높을 수 있다. 반대로, 본 발명의 경화 석고 조성물은 약 20 lb/ft³(≒ 320㎏/㎥) 이하의 밀도, 예를 들어, 액 15 lb/ft³(≒ 240㎏/㎥) 이하 또는 약 12 lb/ft³(≒ 192㎏/㎥) 이하의 밀도를 갖는다.

밀집한 석고 보드의 존재는 예를 들어, 그것이 본 발명의 더 낮은 밀도 경화 석고 조성물을 형성하기 위한 덮개를 제공하기 때문에 바람직하다. 또한, 밀집한 석고보드는 예를 들어, 과정중의 습강도, 및 최종 합성물 내 건 강도를 제공한다. 밀집한 석고보드의 포함은 또한 석고보드의 합성물을 포함하는 물건을 통과하는 소리의 통로를 최소화시키는 것을 도와주기 위해서 소리가 반향하는 동안(본 발명의 더 낮은 밀도 석고 보드가 소리를 흡수하는 동안) 불 및 처짐 저항을 바람직하게 향상시킨다.

도 1에서, 합성물(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 합성물(10)은 본 발명의 경화 석고 조성물을 포함하는 제 1 석고보드(12) 뿐만 아니라 제 1 석고 보드(12)보다 더 밀집한 제 2 석고 조성물을 포함한 제 2 석고 보드(14)를 포함한다. 선택적으로, 보강 매트(예를 들어, 다공성 매트)는 예를 들어, 저밀도 보드(12)의 생산을 용이하게 하고 합성물(10)의 전반적인 강도를 향상시키기 위해서 보드(12 및 14)사이에 끼워질 수 있다. 합성물(10)내에, 보드(12 및 14)는 모든 적합한 두께일 수 있다. 예를 들어, 제 1 보드(12)는 약 0.5인치(≒ 1.27cm) ~ 약 2인치(≒ 5.08cm)인 반면에, 제 2 보드(14)는 약 0.0625인치(≒ 0.159cm) ~ 약 0.25인치(≒ 0.635cm)의 두께를 가질 수 있다.

제 1 석고보드(12)는 제 1 표면(16) 및 제 2 표면(18)을 포함하고, 제 2 석고보드(14)는 제 1 표면(20) 및 제 2 표면(22)을 포함한다. 석고보드(12)의 표면(16)은 석고보드(14)의 표면(20)과 접촉하고 있다. 섬유상 매트(24)는 석고보드(12)의 표면(18)에 붙어 있다. 합성물(10)은 또한 석고보드(14)의 표면(22)상에 처리된 벽판지(26)를 포함한다.

도 2는 예시적인 물건, 즉 천장타일(28)내에 도시된 합성물(10)을 예시한다. 도 1에서와 같이, 본 발명의 밀집한 보드, 저밀도 경화 석고보드 및 섬유상 매트는 각각 번호(14, 12, 및 24))로 표시되어 있다. 천장타일(28)은 이용시 매다는 설치를 용이하게 하는 레지(30)를 포함한다.

도 3은 라미네이트된 합성물(32)을 형성하기 위해서 결합된 두 개의 합성물(10A 및 10B)(예를 들어, 하나 이상의 합성물을 포함)을 예시한다. 라미네이트된 합성물(32)은 제 1 석고보드(12A 및 12B), 및 제 2의 보다 밀집한, 석고보드(14A 및 14B)를 포함한다. 벽판지(26A 및 26B)는 각각 석고보드(14A 및 14B)의 외부표면(22A 및 22B)상에 처리되어 있다. 두 개의 합성물(10A 및 10B)은 모든 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 합성물(10A 및 10B)은 접착제(34)에 의해서 결합될 수 있다. 접착제(34)는 도 3에 도시되어 있을지라도, 당업계의 통상의 기술자는 합성물(10A 및 10B)을 모든 다른 적합한 물질, 예를 들어, 석고, 결합제, 아교, 라텍스, 바인더 등을 통해서 결합할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예(예를 들어, 다중-단계 과정이 이용되는 경우)에서, 원한다면, 한 개의 제 1 석고보드(12)가 두 개의 밀집한 제 2 석고보드(14A 및 14B)사이에 끼워질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명에 따른 경화 석고 조성물의 제조로 돌아와서, 소석고 및 물의 혼합물(예를 들어, 슬러리 또는 현탁액)이 형성된다. 본 발명의 경화 석고 조성물의 증발된 물 공극부피는 경화 석고 조성물이 그로부터 주조되는 수용성 소석고 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비에 비례하여 다양하다. 따라서, 혼합물 제조에 사용된 물 대 소석고의 비가 높을수록, 경화 석고 포개지는 기질내 증발된 물 공극부피는 더 커지고, 경화 석고 조성물의 밀도는 더 낮아진다.

바람직하게, 혼합물을 제조하는데 사용되는 적어도 30wt.%의 비(非)삼유상 소석고를 갖는 물 대 소석고의 중량비는 적어도 약 3 : 1이고, 보다 바람직하게는 약 3 : 1 ~ 약 12 : 1이다. 일부 실시예에서, 혼합물을 제조하는데 사용된 적어도 30wt% 비(非)섬유상 소석고를 갖는 물 대 소석고의 중량비는 약 4.5 : 1 ~ 약 9 : 1이거나, 혼합물을 제조하는데 사용된 적어도 30wt.% 비(非)섬유상 소석고를 갖는 물 대 소석고의 중량비는 약 5 : 1 ~ 약 8 : 1이다. 다양한 비율의 섬유상 및 비(非)섬유상 소석고 혼합물이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 경화 석고 조성물이 섬유상 소석고의 70wt% 이상으로부터 형성될 때, 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고 중량비는 적어도 약 4.5 : 1 ~ 약 12 : 1이며, 바람직하게 본 실시예의 물 대 소석고의 중량비는 약 4.5 : 1 ~ 약 9 : 1이며, 보다 바람직하게는 약 5 : 1 ~ 약 8 : 1이다.

혼합물을 주조하기 전에, 예를 들어, 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 계면활성제 또는 그들의 조합과 같은 하나 이상의 강화 재료가 소석고 수용성 혼합물에 도입된다. 수용성 소석고 혼합물내에 도입된 강화 재료의 양은 바람직하게 혼합물을 형성하는데 첨가되는 소석고의 중량에 기초한다.

주조 전에, 수용성 소석고 혼합물은 예를 들어, 보강 첨가제(예를 들어, 섬유), 바인더(예를 들어, 라텍스와 같은 중합체), 팽창된 펄라이트, 경화 기질 조헝물내 공극에 도입되는 거품을 형성하기 위한 수용성 거품, 전분(예를 들어, 미리 젤라틴화된 전분), 촉진제, 지연제, 살충제, 곰팡이 방지제, 살균제, 물 저항제, 당업계의 통상의 기술자에 의해서 이해될 만한 다른 첨가제, 및 그들의 조합과 같은 임의적인 첨가제와 함께 공급될 수 있다.

이제 향상물질 및 다른 임의적 첨가제를 포함하는, 수용성 소석고 혼합물은 젖은 다음에 주조되는 동안(예를 들어, 보드의 형성시) 교반되는 것이 바람직하다. 주조의 형성과정에서, 본원에서 설명한 바와 같은 섬유상 매트는 혼합물의 표면에 적용될 수 있다. 건조 비용을 줄이기 위해서, 젖은 석고 주조는 원한다면, 소석고의 완전한 수화 후에 과량의 물을 배수하기 위해서 여과될 수 있다(예를 들어, 약 20 ~ 약 50mmHg에서). 여과된 또는 비여과된 석고 주조는 건조된 경화 석고 조성물을 형성하기 위해서 그 다음에 건조된다(예를 들어, 오븐 또는 노 속에서).

중요하게, 본 발명에 따른 석고 조성물은 치수 안정성을 나타내고, 특히, 공정 중 수축에 대해서 저항력이 있다. 이러한 점에서, 경화 석고 조성물은 제조과정에서 약 2%이하의 수축, 보다 바람직하게는, 약 1%이하의 수축, 및 보다 더 바람직하게는 약 0.1%이하의 수축을 경험한다. 그러한 저밀도 경화 석고 조성물이 그러한 낮은 정도의 수축으로 제조될 수 있다는 것은 특히 놀라운 일이다.

당업계의 통상의 기술자에 의해서 이해되는 것과 같은 추가적인 처리가 건조 후에 적용될 수 있다. 예를 들어, 경화 석고 조성물은 표면코팅, 수지, 및/또는 석고 조성물을 보강하고 물리적, 화학적 및 기계적 성질을 향상시키기 위해서 주입된 규산염으로 처리될 수 있다.

정확하게 예로써, 저밀도 경화 석고 보드의 제조를 위한 예시적인 공정도를 하기에 설명하였다.

스터코우, 촉진제, 및 다른 건조 첨가제

↓

원하다면 물, 종이섬유 펄프 + Acrysol 644

↓

거품(계면활성제 용액)

↓

혼합/교반(젖은)

↓

석고주조/최종 세팅

↓

건조(강도 발전)

개요 1

합성물을 형성하기 위해서(예를 들어, 물건내 사용을 위해서), 벽판지에 각각의 모서리 근처이중 주름을 공급된다. 주름잡힌 모서리들은 트레이를 형성하기 위해서 바람직하게 접힌다. 석고 슬러리의 밀집 층은 당업계의 통상의 기술자에 의해서 이해되는 것과 같이 모니터된 층의 두께 및 배치로, 석고보드 혼합기로부터 종이 위에 놓여진다. 남은 수용성 소석고 혼합물은 본 발명의 더 낮은 밀도의 경화 석고 조성물의 형성을 위한 혼합물을 제조하기 위해서 더 많은 물을 첨가하기 위해서( 및, 원한다면, 강화 재료 및/또는 본원에서 설명된 것과 같은 임의적 첨가제) 부가적인 혼합 공정을 통해서 보내진다. 저밀도 층에 대한 슬러리는 그 다음에 당업계의 통상의 기술자들에 의해서 이해되는 바와 같이, 롤러, 세정 장치 등으로 상기의 밀집 층위에 놓인다. 원한다면, 직물제 또는 비(非)직물제 섬유상 매트가 적용될 수 있다.

그러한 합성물 형성은 세팅 공정을 수행하기 위해서, 통상적인 석고보드 제조라인상에서 실시될 수 있다. 합성물이 거의 수화되었을 때, 저밀도 보드의 상부 부분은 건조 성질을 향상시키고 그것의 소음 감소 성질을 강화하기 위해서 임의적으로 구멍이 뚫려질 수 있다. 합성물을 그 후 예를 들어, 보드 나이프 또는 고압력 절단 제트를 이용하여 원하는 길이로 절단한다. 보드는 그 후 예를 들어, 종이면 아래로 및 종이가 없는 또는 섬유상 매트면 위로 건조될 수 있다.

부가적인 마무리는 원하는 물건에 따라서 다양하다. 예를 들어, 천장타일에 관해서, 마무리는 원하는 크기로 톱으로 자르기, 텍스처하기, 코팅, 및 페키징을 포함한다. 다른 적용을 위한 마무리 공정은 예를 들어, 면 라미네이션(종이 면 외부), 백 라미네이션(종이면 내부), 치수 마무리(말단 톱), 및 원할 경우 코팅 공정을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 경화 석고 조성물의 증발된 물 공극부피는 하기 설명된 증발된 물 공극부피(EWVV) 시험에 의해서 결정되었다. 시험은 스캐닝 전자현미경(scanning electron microscopy)을 사용하고 이미징 현미경 분석을 사용하여 경화 석고 포개지는 기질의 물 공극 부피를 결정하였다. 시험은 거품제 등에 의한 경화 석고 조성물에 있을 수 있는 공극과 구별한다.

EWVV 시험용 제조에서, 경화 석고 조성물이 처음에 만들어진다. 경화 석고 조성물의 샘플은 그 후 SEM 분석을 위해서 하기와 같이 제조된다: 에폭시(Buhler 에폭시가 사용됨) 및 에폭사이드 경화제는 우선 분리된 컵내 가스를 제거하기 위하여 고진공하에 놓여진다. 가스를 제거한 후에, 에폭시 및 경화제는 최소한의 공기 첨가가 있는 회전 컵내에서 약 5분동안 주위 압력하에에서 6 : 1 비율로 혼합된다. 고무 설치 컵에 놓인, 이러한 혼합물 및 샘플을 포함하는 컵은 그 후 고 진공하에 놓인다. 에폭시 혼합물을 그 후 에폭시 컵을 적소내로 기울이는 원격으로 작동되는 전기모터를 이용하여 석고 샘플 위에 붓는다. 공기가 서서히 챔버 내에 첨가되고 부가된 압력은 경화 석고를 형성하는 모든 빈 공간 내로 에폭시를 유도한다. 샘플 라벨은 경화 전에 에폭시 내에 삽입되어 샘플 인식에 있어서의 모든 혼란을 피하게 된다.

경화 후, 분쇄는 120미크론, 그 후 75미크론, 45미크론 및 15미크론 금속 결합된 다이아몬드 휠로 감아서 시행된다. 샘플이 충분히 분쇄되어 일견하여 보이는 석고 샘플 횡단면을 제공한다.

연마는 9미크론(30분) 및 1미크론(30분) METADI(일리오니, 레이크 블러프, Buhler로부터 상업적으로 입수가능), 120RPM의 TEXMET(또한 Buhler로부터 입수가능)위의 오일계 다이아몬드 슬러리를 이용하여, 분쇄후에 수반된다.

샘플은 그 후 탄소 부착이 장착된 덴톤 진공 데스크Ⅱ 스퍼터 시스템을 이용 하여, 얇은 층의 탄소로 코팅된다. 광명 속에서의 진동 및 이미지 포착과정의 대조를 피하기 위해서 연마된 횡단면 위에 균일한 탄소 코팅을 제공하도록 주의한다.

각각의 샘플은 그 후 300x 확대로 SEM 이미지화하는 동안 바탕 콘택을 제공하기 위해서 은으로 칠해진다. 모든 샘플은 고체 상태 백-분산된 전자 탐지기가 장착된 탑콘 SM300 SEM내에 이미지화된다. 이미지는 분석되는 영역이 단지 그것의 증발된 물 공극을 포함하고 연속적인 상의 포개지는 경화 석고 기질의 부분이 아닌, 거대-크기의 불연속, 예를 들어, 거품 공기 공극, 종이 섬유 등은 제외하도록 시각적으로 선택된다. SEM 분석은 본 발명에서 참고로 인용된 킹 등의, "정량 광물학용 효과적인 SEM-기초 상 분석 시스템", 코나 분말 및 입자, N.11(1993)에 설명된 바에 따라, 설명된 컴퓨터 소프터웨어를 사용하여 실시된다. 이미지 분석은 경화 석고 조성물의 포개지는 기질에 증발된 물 공극 부피를 제공한다.

하기 실시예는 본 발명을 더 상세히 설명하나, 어떠한 방식에 의해서든 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1

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실험실 석고 주조의 제조방법 및 다양한 시험

경화 석고 함유 조성물의 샘플을 본 발명에 따라서 제조하고 그들의 건조 밀도, 소음 감소값(NRC), 및 건조 수축에 대해서 비교하였다.

석고 주조들은 건조 혼합: 300g의 베타 황산칼슘 반수화물; 본 명세서에서 참고로 인용된 미국 특허 제3,573,947호에 개시된 것과 같이, 효능을 유지하기 위해서 설탕으로 코팅되고 가열된 황산칼슘 이수화물의 미세 분말 입자를 포함하는 2.0g의 경화 촉진제; 물 대 스터코우(즉, 소석고)의 다양한 비로 제조되었다. 샘플을 그 다음에 5 ℓ WARING 믹서에 70℉(≒ 21℃)의 온도를 갖는 다양한 양의 수돗물과 혼합하여, 5초 동안 젖게 하고 10 ~ 25초 동안 낮은 속도에서 혼합하였다. 물 및 스터코우(즉, 소석고)의 양은 물 대 스터코우 비가 약 1 : 1 ~ 약 9 : 1이 되도록 다양하였다. 그에 따라 형성된 슬러리는 원하는 모델로 주조되어 석고 주조를 제조하였다(직경 6인치 및 두께 0.5인치의 링). 석고 주조(황산칼슘 이수화물)를 형성하기 위해서 황산칼슘 반수화물을 설정한 다음에, 링을 주형으로부터 제거하고 적어도 24시간 동안 또는 그들의 중량 변화가 멈출 때까지 112℉(≒ 44.4℃)의 환기된 오븐에서 건조시켰다. 건조된 석고 주조는 그 다음에 EWVV시험, 밀도 측정, NRC, 및 건조 수축을 위해서 사용되었다.

석고 주조의 밀도는 그것의 부피 및 중량 측정에 의해서 얻어졌다. 석고 주조의 수축은 건조 전후의 그것의 크기의 차이로부터 계산하였다. 석고 주조의 NRC 값은 표준 임피던스 튜브 시험(ASTM 과정 ASTM E 1042-92 당)으로부터 얻어졌다. 석고 주조의 증발된 물 공극 부피는 상기한 증발된 물 공극 부피 시험으로부터 얻었다.

EWVV 결과는 세 개의 실험된 샘플의 평균값으로서 하기의 표 1에 기록되었다. 결과는 대략 87% 순수한 석고 샘플(대략 13% 불순물과 함께)을 나타내었다. EWVV는 경화 석고 포개지는 기질을 제조하는데 사용된 소석고의 순도에 정비례하여 변화한다. 따라서, EWVV값은 더 높은 순도의 소석고로 더 높게 될 것으로 기대된다. EWVV값은 더 많은 퍼센트의 불순물을 갖는 소석고로 더 낮아질 것으로 기대된다. 각 샘플에 대한 10개의 이미지는 300X 확대로 분석되고, 이러한 10개의 이미지는 EWVV 시험에 대한 상기 설명된 이미징 분석에 놓여진다. 측정된 값은 분석된 10개의 이미지의 평균으로서 기록되고 EWVV 시험 그 자체에 기초한 약 +/-5%의 실험적 에러를 갖는 것으로 추정된다.

표에서:

TMP는 나트륨 트리메타포스페이트를 나타내고;

APP는 암모늄 폴리포스페이트를 나타내고;

PC는 약 500,000의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)을 나타내고; 및

S는 경화 석고가 주조되는 물, 소석고 혼합물의 표면장력을 약 40dyne/㎝로 낮출 수 있는 계면활성제를 나타낸다.

실시예 No.	소석고 gms	물 gms	물/소석고 비	소석고에 기초한 첨가제, 건조 Wt.% TMP APP PC S				EWVV
1	300	300	1	…	…	…	…	0.509
2	300	600	2	…	…	…	…	0.611
3	300	900	3	0.2	…	…	…	0.741
4	300	1200	4	0.5	0.5	…	…	0.774
5	300	1500	5	1	1	…	…	0.841
6	300	1800	6	1	…	0.1	…	0.845
7	300	2100	7	1	…	0.2	0.01	0.848
8	300	2400	8	1	…	0.25	0.01	0.874
9	300	2700	9	1	…	0.3	0.01	0.882

표 1의 데이터는 물 대 소석고 비 변화에 따른 경화 석고 포개지는 기질의 물 공극 부피내 변화를 설명한다. 보다 상세하게, 경화 석고 조성물에 대한 EWVV는 경화 석고 조성물이 주조되는 혼합물의 물 대 스터코우 비가 증가할수록 증가하는 것으로 나타난다. 데이터는 또한 뜻밖에 물 대 스터코우의 높은 비가 매우 높은 정도의 증발된 물 공극이 있는 경화 석고 포개지는 기질을 제조하는데 사용될 수 있음을 나타낸다. 그러한 조성물은 표 2의 데이터에서 볼 수 있는 바와 같이, 그들의 낮은 밀도 및/또는 그들의 음향 조절 성질로 인해서 유익하다.

표 2는 본 발명에 따른 다양한 물 대 스터코우 비, 및 다양한 향상물질로 제조된 경화 석고 조성물의 제조를 설명한다. 비교목적으로, 향상물질이 포함되지 않은 경화 석고 조성물 또한 포함되어 있다.

시험 No.	소석고 gms	물 gms	물/ 소석고 비	소석고에 기초한 첨가제, 건조 Wt.% TMP APP PC S				% 수축	NRS 값	밀도 pcf
1	300	300	1	…	…	…	…	0	0.21	54.3
2	300	600	2	…	…	…	…	0	0.21	30.6
3	300	900	3	…	…	…	…	0.5	0.23	…
4	300	900	3	0.1	…	…	…	0	…	21.4
5	300	900	3	…	…	0.05	…	0	…	…
6	300	900	3	…	…	…	0.01	0	…	…
7	300	1200	4	…	…	…	…	2.1	…	…
8	300	1200	4	0.5	…	…	…	0	0.25	17.3
9	300	1200	4	…	0.5	…	…	0	…	…
10	300	1200	4	…	…	0.2	…	0	…	…
11	300	1200	4	…	…	…	0.02	0	…	…
12	300	1500	5	…	…	…	…	5.8	…	…
13	300	1500	5	0.5	0.5	…	…	0	0.3	13.5
14	300	1500	5	…	…	0.2	…	0	…	…
15	300	1500	5	…	…	…	0.05	0	…	…
16	300	1800	6	…	…	…	…	31.1	…	…
17	300	1800	6	1.0	1.0	…	…	0	0.34	11.5
18	300	1800	6	…	…	0.3	…	0	…	…
19	300	1800	6	…	…	0.2	0.05	0	…	…
20	300	2100	7	…	…	…	…	51.3	…	…
21	300	2100	7	1.0	1.0	…	…	2.5	…	…
22	300	2100	7	0.5	…	0.2	0.02	0	0.39	11.3
23	300	2400	8	…	…	…	…	56.7	…	…
24	300	2400	8	0.5	…	0.3	0.05	0	0.48	11.1
25	300	2400	8	0.5	0.5	0.2	0.01	0	…	…
26	300	2700	9	0.5	…	0.3	0.05	…	0.56	…
27	300	3000	10	…	…	…	…	66.7	…	…
28	300	3000	10	0.1	…	0.3	0.05	0	0.63	…

표 2의 데이터는 낮은 밀도의 경화 석고 조성물이 본 발명에 따라서 제조될 수 있음을 한층 더 설명한다. 그러한 데이터는 또한 경화 석고 조성물이 주조되는 수용성 소석고 혼합물에 사용된 물 대 스터코우 비가 증가함에 따라서, 경화 석고 조성물의 밀도가 감소함을 보여준다. 밀도의 감소는 더 높은 물 대 스터코우 비를 이용하여 제조된 경화 석고 조성물 내 증발된 물 공극의 더 높은 부피에 기인한다.

데이터는 또한 본 발명에 따른 더 높은 물 대 스터코우 비를 이용하여 제조된 경화 석고 조성물로 얻을 수 있는 NRC값에 의해서 측정된 것과 같은 향상된 음향 조절 성질을 설명한다. 표 2에 기록된 NRC값은 음향 조절 성질에 기여하는 이러한 조성물 내에 종이 섬유 등과 같은 다른 소리 흡수 첨가제가 없는 대로, 경화 석고 포개지는 기질 자체에 대한 것임을 이해할 것이다. 더 높은 NRC값의 경화 석고 포개지는 기질은 높은 NRC값을 갖는 낮은 밀도 석고에 기초한 음향제어 타일의 제조를 허용하고, 그것은 첨가제의 선택 및 음향 조절 성능을 향상시키기 위해서 당업계에 공지된 다른 기술로 음향 조절 작용 측면을 더욱 더 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 본 발명에 따른 높은 NRC 조성물을 이용하여, 종이 또는 다른 공지된 음향 조절 강화제를 덜 이용하여 산업 표준에 부합하거나 능가하는 음향제어 타일을 얻는 것이 가능하다.

게다가, 본 발명에 따른 향상물질을 이용하여 제조된 저밀도 경화 석고 조성물은 강화 물질없이 제조된 저밀도 경화 석고 조성물보다 덜 수축하는 경향이 있다. 따라서, 예를 들어, 보드, 음향제어타일, 패널, 도어코어 등을 포함하는 모든 크기 또는 형태의 경화 석고 조성물은 상당한 수축 및 그것의 부수적인 손실, 예를 들어, 스크랩이 없이 표준 크기 및 내성으로 제조될 수 있다.

특허, 특허출원, 및 공고를 포함하는 여기서 인용된 모든 참고문헌들은 전체적으로 참고로 결합된다.

본 발명은 바람직한 실시예에 강조를 두어 설명되었으나, 바람직한 실시예의 변형이 이용될 수 있고 본 발명이 본 명세서에서 특별하게 설명된 것과 다르게 실 시될 수 있도록 의도되었다는 것은 당업계의 통상의 기술자들에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 하기 청구항에 의해서 규정된 바에 의해서 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 모든 변형을 포함한다.

Claims

적어도 소석고, 물, 및 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 계면활성제, 및 그들의 조합으로부터 선택되는 향상물질로부터 형성된 혼합물을 제조하는 단계와, 여기서, 상기 혼합물내 물 대 소석고의 중량비는 3 : 1 이상이고; 및

소석고가 경화 석고의 포개지는 기질을 형성하는 조건하에 혼합물을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해서 제조되는 경화 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 향상물질은 (a) 나트륨 트리메타포스페이트; 또는 (b) 나트륨 트리메타포스페이트 및 1000-3000개의 반복 단위를 갖는 적어도 하나의 암모늄 폴리포스페이트;인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리카르복실 화합물은 200,000 달톤 ~ 700,000달톤의 분자량을 갖는 폴리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제는 아세틸렌 글리콜계 계면활성제, 플루오로 함유 계면활성제, 실리콘 함유 계면활성제, 및 그들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제는 물의 표면장력을 40dyne/㎝ 이하로 감소시키는 능력을 갖는 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 ASTM E 1042-92에 따라서, 0.4 이상의 소음 감소 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 섬유상 매트, 바인더, 팽창된 펄라이트, 전분, 보강 첨가제, 및 수용성 거품에 의해서 형성된 기공 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 4.5 : 1 ~ 9 : 1인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 소석고의 50중량% 이상은 베타 황산칼슘 반수화물인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
석고 보드가 제 1 항의 석고 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고보드를 포함하는 물건.
제 10 항에 있어서, 상기 석고 조성물의 밀도보다 더 큰 밀도의 제 2 석고보드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 물건.
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 석고 보드는 20 lb/ft³이상의 밀도를 갖고, 상기 석고 조성물은 20 lb/ft³이하의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 물건.
제 11 항에 있어서, 벽판지를 추가로 포함하고, 상기 벽판지는 제 2 석고보드 상에서 처리되는 것을 특징으로 하는 물건.
제 11 항에 있어서, 제 3 석고보드를 추가로 포함하고, 상기 제 3 석고보드의 밀도는 상기 석고 조성물의 밀도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 물건.
제 14 항에 있어서, 제 2 석고 조성물을 추가로 포함하고, 상기 제 2 석고 조성물의 밀도는 제 2 석고보드 및 제 3 석고보드의 밀도보다 작은 것을 특징으로 하는 물건.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물을 형성하는데 사용된 향상물질의 양은 상기 소석고의 0.01중량% ~ 5중량%인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 향상물질은 트리메타포스페이트 화합물 및 폴리카르복실 화합물, 또는 500-3000개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트 및 폴리카르복실 화합물인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 3 : 1 ~ 12 : 1인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 중량비는 5 : 1 ~ 8 : 1인 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 경화 석고 조성물은 2% 이하로 수축하는 것을 특징으로 하는 석고 조성물.
경화 석고 조성물의 제조방법에 있어서,

적어도 소석고, 물, 및 트리메타포스페이트 화합물, 500-3000개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 폴리카르복실 화합물, 계면활성제, 및 그들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 향상물질로부터 형성된 혼합물을 제조하는 단계와, 여기서, 상기 혼합물을 제조하는데 사용된 물 대 소석고의 비는 3 : 1 이상이고; 및

상기 소석고가 경화 석고 기질을 형성하는 조건하에 상기 혼합물을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.