KR100882196B1 - 영구 변형에 대해 향상된 저항력을 갖는 석고 조성물 - Google Patents

영구 변형에 대해 향상된 저항력을 갖는 석고 조성물 Download PDF

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Abstract

경화 석고 함유 조성물이 개시된다. 일 측면에서, 경화 석고 함유 조성물은 적어도 소석고, 물, 및 향상 물질로부터 제조된 맞물린 매트릭스의 경화 석고를 포함한다. 향상 물질은 (ⅰ) 유기 폴리인산 화합물, 또는 그의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 그의 혼합물로부터 선택된 붕산염; (ⅰ)과 (ⅱ)의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 다른 측면에서, 경화 석고 함유 조성물은 (ⅰ) 유기 포스폰산 화합물 또는 이의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 그의 혼합물로부터 선택된 붕산염; (ⅲ) 카르복실 화합물 또는 이의 혼합물; 또는 (ⅰ), (ⅱ) 및/또는 (ⅲ)의 혼합물로부터 선택될 수 있는 향상 물질로 처리된다.

Description

영구 변형에 대해 향상된 저항력을 갖는 석고 조성물{GYPSUM COMPOSITIONS WITH ENHANCED RESISTANCE TO PERMANENT DEFORMATION}
본 발명은 일반적으로 석고 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 영구적인 변형에 대해서 향상된 저항력을 나타내는 경화 석고 조성물에 관한 것이다.
경화 석고(황산칼슘 이수화물)는 여러 가지 타입의 제품에 일반적으로 포함되어 있는 잘 알려진 물질이다. 예를 들어, 경화 석고는 전통적인 플라스터를 이용하여 제조된 최종 제품(예를 들어, 플라스터 표면의 내건물벽)의 주요성분이며, 또한, 건물의 내부벽 및 천장의 일반적인 건식벽 건설에 이용되는 종이표면의(paper-faced) 석고보드의 주요성분이다. 또한, 경화 석고는 석고/셀룰로오스 섬유 합성보드 및 제품의 주요성분이며, 또한 석고보드의 모서리 사이의 접점을 채워서 매끄럽게 하는 제품들에도 포함된다. 또한, 많은 특이한 재료, 예를 들어, 정확하게 규격화되는 모델링 및 주형 제조에 유용한 재료들은 주된 양의 경화 석고를 포함하는 제품들을 생산한다.
전형적으로, 그러한 석고 함유 제품들은 소석고(황산칼슘 반수화물 및/또는 황산칼슘 무수석고)와 물(및 적합한 다른 성분들)의 혼합물을 형성하여 제조된다. 혼합물을 원하는 형태로 또는 표면 위에 주조한 다음에, 소석고와 물의 반응에 의해서 단단해져서 경화(즉, 재수화된) 석고를 형성하도록 하여 결정질의 수화 석고(황산칼슘 이수화물)의 매트릭스를 형성한다. 소석고의 바람직한 수화는 맞물리는 매트릭스의 경화 석고 결정을 형성하여, 석고 함유 제품내 석고 구조에 강도를 부여할 수 있다. 건조한 제품을 생성하기 위해서 남아있는 유리된(즉, 미반응된) 물을 제거하는데 미열을 이용한다.
그러한 석고 함유 제품이 갖는 문제점은 그들이 특히, 높은 습도, 온도, 또는 압력 조건에서, 종종 영구적으로 변형하기(예를 들어, 처짐(sag)) 쉬운 것이다. 예를 들어, 처짐의 가능성은 석고 함유 보드 및 타일이 수평으로 놓이는 방식으로 저장되거나 이용되는 경우에 특히 문제가 된다. 이러한 점에서, 이러한 제품내 경화 석고 매트릭스가 영구적인 변형에 대해 충분한 저항력이 없다면, 제품은 기초를 이루는 구조물에 의해서 고정되거나 지탱되는 지점 사이의 영역에서 처지기 시작할 수 있다. 이는 제품 사용 동안에 보기 흉할 수 있으며 장애를 일으킬 수 있다. 게다가, 많은 적용에서, 석고 함유 제품들은 상당한 처짐없이 적하, 예를 들어, 절연 또는 응축 적하를 운반할 수 있어야 한다.
그러한 경화 석고 함유 제품이 갖는 다른 문제점은 제조, 가공, 및 상업적 적용 과정에서 치수 안정성이 손상될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 경화 석고 제품의 제조에서, 석고가 경화된 후에 매트릭스내에 남아있는 보통 상당한 양의 유리된(즉, 미반응된) 물이 있다. 과량의 물을 제거하기 위해 경화 석고를 건조할 때, 매트릭스내 맞물리는 경화 석고 결정이 물이 증발함에 따라서 서로 더 밀접하게 이동하는 경향이 있다. 이러한 점에서, 물이 석고 매트릭스의 결정 간격을 떠남에 따라서, 매트릭스는 석고 결정 위의 물에 의해서 적용되는 모세관 압력을 견디는 경화 석고의 자연적인 힘으로부터 수축하는 경향이 있다. 수용성 소석고 혼합물내의 물이 양이 증가함에 따라서, 치수 안정성의 부족은 더 문제가 된다.
치수 안정성은 최종적인 건조 제품이 실현된 후에도 특히, 경화 석고가 예를 들어, 팽창 및 수축에 민감한 경우인 온도 및 습도가 변하는 조건에서 중요하다. 예를 들어, 높은 습도 및 온도에 노출된 석고보드 또는 타일의 석고 매트릭스의 결정 간격에 있는 수분은 축축해진 보드를 팽창되도록 하여 처짐 문제를 악화시킬 수 있다.
그러한 치수 불안정성을 막거나 최소화할 수 있다면, 결과적으로 많은 이점을 얻을 것이다. 예를 들어, 현존하는 석고보드 생산방법은 보드가 건조 중에 수축하지 않는다면, 더 많은 제품을 생산할 것이고, 정확한 형태 및 치수 비율(예를 들어, 모델링 및 주조 제조에 이용되기 위한)을 보유하도록 된 석고 함유 제품은 그들의 목적을 보다 잘 수행할 것이다.
따라서, 상기한 바로부터 영구적인 변형(예를 들어, 처짐)에 대해서 향상된 저항력을 나타내고 향상된 치수 안정성을 나타내는 경화 석고 조성물에 대한 필요성이 당업계에 존재함을 알 수 있다. 본 발명은 이러한 요구들 중 적어도 하나를 만족시키는 경화 석고 조성물을 제공한다. 본 발명의 이러한 이점 및 다른 이점들, 뿐만 아니라 부가적인 특징들은 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 영구적인 변형(예를 들어, 처짐)에 대해 향상된 저항력 및/또는 향상된 치수 안정성을 입증하는 경화 석고 조성물을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은 적어도 소석고, 물, 및 (i) 유기 폴리인산 화합물, 또는 그러한 화합물의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 울렉사이트와 콜레마나이트의 혼합물에서 선택된 붕산염; 또는 하나 이상의 유기 폴리인산 화합물과 하나 이상의 붕산염의 혼합물을 포함하는 향상 물질을 이용하여 형성된 맞물리는 매트릭스(interlocking matrix)의 경화 석고를 포함하는 경화 석고 함유 조성물을 제공한다. 일부 실시예에서, 본 발명은 상기 수용성 조성물에 직접적으로 첨가하는 것외의 방법에 의해서 경화 석고 함유 조성물에 붕산염 향상 물질을 도입하는 것을 제공한다. 예를 들어, 붕산염은 촉진제 물질로 운반될 수 있다. 이러한 점에서, 붕산염은 붕산염과 촉진제 물질, 특히, 황산칼슘 이수화물(예를 들어, 석고 시드)의 분쇄된 혼합물 형태로 수용성 조성물에 도입될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 적어도 소석고, 물, 및 (ⅰ) 폴리카르복실 화합물 또는 이의 혼합물; 및 (ⅱ) 폴리인산염 화합물 또는 이의 혼합물을 포함하는 향상 물질을 이용하여 형성된 맞물린 매트릭스의 경화 석고를 포함하는 경화 석고 함유 조성물을 제공한다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 폴리카르복실 화합물 또는 폴리인산염 화합물은, 단독으로 또는 결합해서 상기한 유기 폴리인산 화합물 또는 붕산염, 또는 양자와 함께 사용될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 경화 석고(예를 들어, 맞물린 경화 석고 매트릭스)를 포함하는 경화 석고 함유 조성물을 제공한다. 경화 석고는 (ⅰ) 유기 포스폰산 화합물 또는 그러한 화합물의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 울렉사이트와 콜레마나이트의 혼합물에서 선택된 붕산염; (ⅲ) 카르복실 화합물 또는 그러한 화합물의 혼합물; 또는 (ⅰ), (ⅱ) 및/또는 (ⅲ)의 혼합물에서 선택될 수 잇는 향상 물질로 후경화 처리 공정에서 처리된다. 경화 석고 제품은 가능할지라도, 후경화 처리될 때 건조될 필요가 없다. 본 발명의 후경화 처리 측면에서, 무기 인산염 화합물 또한 상기한 다른 향상 물질 중 하나 이상과 결합해서 이용될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 붕산염과 촉진제 물질을 포함하는 수용성 소석고 조성물용 촉진제를 제공한다.
본 발명은 하기 바람직한 실시예의 상세한 설명을 참고로 하여 가장 잘 이해될 것이다.
본 발명은 영구적인 변형(예를 들어, 처짐)에 대해 향상된 저항력 및/또는 향상된 치수 안정성을 나타내는 경화 석고 함유 조성물을 제공한다. 예를 들어, 경화 석고 함유 조성물은 석고보드 형태일 수 있다.
경화 석고 함유 조성물은 맞물린 경화 석고 매트릭스를 포함하고, 물과 소석고를 포함하는 혼합물(예를 들어, 슬러리 또는 현탁액)로부터 제조된다. 소석고는 섬유상 또는 비(非)섬유상일 수 있다. 바람직하게, 소석고의 주된 부분(예를 들어, 적어도 50중량%)은 비(非)섬유상이다. 일부 실시예에서, 소석고는 본질적으로 비(非)섬유상 소석고로 구성된다. 또한, 소석고는 알파 황산칼슘 반수화물, 베타 황산칼슘 반수화물, 수용성 황산칼슘 무수석고, 또는 그의 혼합물의 형태일 수 있다. 일부 실시예에서, 소석고의 주된 부분(예를 들어, 적어도 50중량%)은 베타 황산칼슘 반수화물이다. 일부 실시예에서, 소석고는 본질적으로 베타 황산칼슘 반수화물로 구성된다.
본 발명에 따라서, 경화 석고 함유 조성물에 향상된 처짐 저항력 및/또는 치수 안정성을 부여하기 위한 하나 이상의 향상 물질이 제공된다. 예를 들어, 향상 물질에 의해서 부여되는 처짐에 대한 저항력은 경화 석고 함유 조성물에 시간에 걸쳐서 보다 안정한 형태를 유익하게 제공한다. 예를 들어, 향상 물질에 의해서 주어진 처짐 저항력은 수용성 소석고 혼합물내 불순물로서 존재할 수 있고 사용 과정에서 달리 처짐을 유도할 수 있는 일정한 염(예를 들어, 염화물 염)의 존재를 극복하는데 유익하다. 또한, 향상 물질에 의해서 주어진 향상된 치수 안정성(예를 들어, 수축에 대한 저항력)은 예를 들어, 제조과정 중 건조 스트레스 및 그에 따른 수축을 견디는데 뿐만 아니라 작업중 치수 팽창을 견디는데 유익하다.
일부 실시예에서, 향상 물질은 경화 석고를 제조하기 위한 소석고의 수화과정 중(즉, 전경화 처리) 소석고의 수용성 혼합물에 존재한다. 일부 전경화 처리 실시예에서, 적합한 향상 물질은 예를 들어, (ⅰ) 유기 폴리인산 화합물 또는 이의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 그의 혼합물로부터 선택된 붕산염; 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ)의 혼합물을 포함한다. 또한, 그러한 실시예는 예를 들어, (ⅲ) 폴리카르복실 화합물 또는 이의 혼합물; (ⅳ) 폴리인산염 화합물 또는 이의 혼합물; 또는 (ⅲ) 및 (ⅳ)의 혼합물로부터 선택된 제 2 향상 물질을 임의적으로 포함할 수 있다. 네 개의 그룹 (ⅰ)-(ⅳ)의 향상 물질 중 다양한 결합 및 변경의 향상제가 본 발명이 실시에 이용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
본 발명에 따른 일부 전경화 처리에서, 수용성 소석고 혼합물에 혼합된 향상 물질은 (ⅰ) 폴리카르복실 화합물 또는 이의 혼합물; 및 (ⅱ) 폴리인산염 화합물 또는 이의 혼합물을 포함한다.
경화 석고를 형성하기 위한 소석고의 수화중에 향상 물질이 소석고의 수용성 혼합물에 포함되거나, 첨가되는 실시예에서, 향상 물질은 적합한 때에, 다양한 형태로 포함될 수 있다. 예를 들어, 향상 물질은 예를 들어, 물 및 소석고가 일반적으로 혼합(예를 들어, 혼합 장치)을 위해 함께 제공될 때 또는 그 전에 수용성 혼합물에 편리하게 포함되거나, 첨가될 수 있다. 다른 가능성은 소석고를 제조하기 위해 가열되기 전에 원료 석고와 향상 물질이 혼합되어, 소석고가 물과 혼합하여 재수화를 일으킬 때 향상 물질이 이미 존재하는 것이다.
또한, 향상 물질은 미리 혼합된 수용성 소석고 혼합물이 커버 시트(예를 들어, 무빙 벨트 위)위에 놓인 후에 상기 혼합물에 제공될 수 있다(예를 들어, 스프레이에 의해서). 그런 다음에, 일반적으로 제 2 커버 시트가 상기 놓여있는 혼합물 위에 놓인다. 이러한 방식으로, 향상 물질 용액이 상기 놓여있는 혼합물에 스며들어 경화 석고를 형성하기 위한 수화 벌크가 일어날 때 존재할 것이다.
향상 물질을 제공하는 다른 대안적인 방법은 본 발명의 범위내에서 당업계의 통상의 기술자들에게 자명하며 고려될 것이다. 예를 들어, 하나 또는 두 개의 커버 시트가 예를 들어, 향상 물질로 미리 코팅되어, 수용성 소석고 혼합물 층이 코팅된 커버 시트와 접촉할 때 향상 물질이 녹아서 혼합물을 통해 이동할 것이다.
붕산염이 선택되는 일부 실시예에서는, 생성되는 분쇄된 혼합물을 수용성 조성물에 도입하기 이전에 적어도 일부의 붕산염이 촉진제 물질과 혼합된 후 분쇄될 수 있다. 그러한 실시예에서, 촉진제 물질, 즉, 황산칼슘 이수화물, 및 붕산염은 혼합된 다음에 분쇄된다. 어떤 특정한 이론에 구속되기를 원하지 않는 한, 분쇄시, 붕산염은 황산칼슘 이수화물 촉진제 물질의 외부표면에 부착되어, 물질 위에 적어도 부분적인 코팅층을 제공하는 것으로 생각된다. 그러나, 이론과 무관하게, 붕산염과 촉진제 결합은 분쇄 후에 촉진제로서 바람직하게 작용하고, 또한 향상된 처짐 저항력을 갖는 석고 제품을 제공한다. 촉진제 물질 위에 적어도 부분적인 코팅으로서 붕산염이 존재하면 수분과 촉진제 활성 위치의 역 상호작용을 최소화함으로써(예를 들어, 저장동안) 촉진제의 활성을 바람직하게 보호하고, 그에 따라 부가적인 코팅 물질(예를 들어, 설탕 또는 붕산)에 대한 요구 및 관련 비용을 막는다. 울렉사이트 및 콜레마나이트는 자연적으로 생기는 붕산염이며, 붕산과 같은 합성물질 보다 훨씬 적은 비용으로 얻을 수 있다.
유익하게, 붕산염-촉진제 물질 혼합물은 약 5㎛ 이하의 중간 입자크기를 갖는 생성된 분쇄 촉진제 조성물을 제공하기에 충분한 조건에서 분쇄된다. 바람직하게, 분쇄된 조성물은 적어도 약 7,000㎠/g의 표면적을 갖는다. 분쇄를 일반적인 과정은 미국특허 제3,573,947호에서 제공되나, 여기서 설명되는 붕산염 코팅된 촉진제를 제조하기 위한 본 발명의 일부 실시예에서 가열은 필수적이지 않다. 생성된 분쇄된 촉진제 혼합물은 그런 다음에 효과적인 양으로 수용성 소석고 혼합물에 첨가되어 소석고 혼합물이 원하는 수준의 경화 석고로 전환되는 비율에 대한 제어를 유지한다. 붕산염 중에서, 울렉사이트 및 콜레마나이트는 특히 이러한 양식의 도입에 적합하며, 전자가 가장 바람직하다.
일부 실시예에서, 향상 물질은 경화 석고를 포함하는 미리 제조된(또는 부분적으로 제조된) 경화 석고 함유 조성물을 처리(즉, 후경화 처리)하여 제공된다. 그러한 실시예에서, 적합한 향상 물질은 예를 들어, (ⅰ) 유기 포스폰산 화합물, 또는 그의 혼합물; (ⅱ) 울렉사이트, 콜레마나이트, 또는 그의 혼합물에서 선택되는 붕산염; (ⅲ) 카르복실 화합물 또는 이의 혼합물; 또는 (ⅰ), (ⅱ) 및/또는 (ⅲ)의 혼합물을 포함한다. 임의적으로, 그러한 실시예는 예를 들어, 인산염 화합물, 또는 그의 혼합물로부터 선택된 제 2 향상 물질을 포함할 수 있다.
경화 석고 조성물이 건조(예를 들어, 오븐 또는 노에서)되어 유리된(즉, 미반응된) 물을 날려보내기 전 또는 후에 향상 물질로 경화 석고 함유 조성물을 처리할 수 있다. 이러한 점에서, 향상 물질은 (예를 들어, 약 0.01% 내지 약 2%의 향상 물질을 포함하는 수용액과 같은 용액에 분무되거나 스며들어) 경화 석고 함유 조성물에 적용되어 원하는 처리를 달성한다. 바람직하게, 처리는 경화 석고 함유 조성물의 건조 전에 적용된다. 처리가 경화 석고 함유 조성물의 건조 후에 적용될 경우, 경화 석고-조성물은 처리 적용 후에 (예를 들어, 스며드는 방식에 의해서 물에 임의적으로 재노출된 경화 석고 함유 조성물로) 바람직하게 재건조된다. 바람직하게, 향상 물질은 통상적인 종이 시트가 경화 석고의 가공에 이용될지라도, 경화 석고 조성물로 이동할 것이다.
본 발명에 따라서, 향상 물질은 일부 경화 석고의 형성 전에 및, 동시에, 또한, 경화 석고 중 일부가 형성된 후의 처리로서 수용성 소석고 혼합물에 첨가될 수 있다는 것은 주목할 만하다. 이러한 점에서, 전경화 처리 및 후경화 처리는 본 발명에 따라서 동시에 일어날 수 있다. 예를 들어, 경화 중(예를 들어, 단지 일부만의 경화 석고가 형성된 동안) 향상 물질의 첨가는 경화 석고가 아직 형성되지 않은 부분에 대해서는 전경화 처리가 될 것이고 경화 석고가 형성된 부분에 대해서는 후경화 처리가 될 것이다.
최종적인 경화 석고 생성물에 향상 물질을 도입하기 위한 다양한 접근법의 결합, 예를 들어, 전경화(예를 들어, 촉진제와 함께 분쇄 및/또는 건조 첨가) 및/또는 후경화 처리(하나 이상의 향상 물질의 다양한 결합)의 결합이 본 발명의 다양한 잇점을 제공하기 위해서 본 발명의 범위내에서 포함된다는 것이 이해되어야 한다.
향상 물질은 모든 적합한 양으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 향상 물질의 양은 바람직하게 본 발명의 잇점을 얻도록, 예를 들어, 경화 석고 조성물에 원하는 처짐 저항력 및/또는 치수 안정성을 부여하기에 충분한 양으로 선택된다. 이러한 점에서, 향상 물질의 효과적인 양은 예를 들어, 소석고 원료 물질내의 염화 음이온 등과 같은 불순물의 양에 의존해서, 그리고 선택된 향상 물질의 타입 및 다른 요인들에 따라서 다양할 것이다. 예를 들어, 전경화 처리에서, 수용성 소석고 혼합물에 포함되거나 첨가되는 향상 물질의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.01중량% 내지 약 5중량%이며, 보다 바람직하게 수용성 소석고 혼합물에 포함되거나 첨가되는 향상 물질의 양은 소석고의 약 0.1중량% 내지 약 2중량%이다. 후경화 처리에서, 본 발명의 실시에 이용되는 향상 물질의 양은 석고의 약 0.01중량% 내지 약 5중량%이며, 보다 바람직하게, 석고의 약 0.1중량% 내지 약 2중량%이다.
향상 물질은 예를 들어, 향상 물질을 포함하는 용액(예를 들어, 수용성)에 의해서 및/또는 건조 첨가제로 전경화 또는 후경화 처리에 전달될 수 있다. 용액을 통해 향상 물질을 전달하는 경우에, 용액내 향상 물질의 농도는 상기 지적한 바와 같이 처리되는 소석고 또는 경화 석고의 중량에 기초해서 적당한 양의 향상 물질을 제공하도록 선택된다. 후경화 처리에 대해서, 처리 용액은 또한 (예를 들어, 석고 매트릭스에 향상 물질을 균일하게 분포시키기 위해서) 경화석고를 완전히 젖게 하도록 충분한 물을 갖는 것이 바람직하다.
이제 향상 물질에 대해서 언급하면, 본 발명의 유기 포스폰산 화합물(예를 들어, 유기 포스포네이트 또는 포스포닉 산)은 적어도 하나의 RPO3M2 작용기(여기서, M은 양이온, 인, 수소이고, R은 유기기)을 포함한다. 유기 포스폰산 화합물의 이용은 전경화 및 후경화 처리 모두에 대해서 바람직하나, 유기 모노포스폰산 화합물이 본 발명에 따른 후경화 처리에 이용될 수 있다. 바람직한 유기 폴리인산 화합물은 적어도 두 개의 인산염 또는 이온기, 적어도 두 개의 포스폰산 기, 또는 적어도 하나의 인산염 또는 이온기 및 적어도 하나의 포스폰산 기를 포함한다. 본 발명에 따른 후경화 처리에 유용한 모노포스폰산 화합물은 하나의 인산염 또는 이온기 또는 적어도 하나의 포스폰산 기를 포함한다.
향상 물질로서 유기 포스폰산 화합물을 함유하면 본 발명에 따른 경화 석고 함유 조성물에 예를 들어, 가습조건 등에서 처짐 저항력을 부여하는 것으로 밝혀졌기 때문에 이롭다. 또한, 유기 포스폰산 화합물을 포함하면 예를 들어, 유기 포스폰산 화합물이 경화 석고 매트릭스내 결정의 결합을 도와주는 것으로 생각되기 때문에 치수 안정성을 향상한다.
특히, 유기 포스폰산 화합물의 유기 기는 인(즉, 사이에 산소가 없는)에 직접 결합된다. 예를 들어, 본 발명에 이용되기에 적합한 유기 포스폰산 화합물은 하기 구조의 화합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다:
Figure 112002032353844-pct00001
Figure 112002032353844-pct00002
Figure 112002032353844-pct00003

상기 구조에서, R은 P 원자에 직접 결합된 적어도 하나의 탄소 원자를 포함하는 유기 부분을 말하며, n은 약 1 내지 약 1,000, 바람직하게 약 2 내지 약 50의 숫자이다.
유기 포스폰산 화합물은 예를 들어, 아미노트리(메틸렌-포스포닉산), 아미노트리(메틸렌-포스포닉산)펜타나트륨염, 1-하이드록시에틸이덴-1,1-디포스포닉산, 1-하이드록시에틸이덴-1,1-디포스포닉산 테트라나트륨염, 디에틸렌트리아민 펜타(메틸렌 포스포닉산)펜타나트륨염, 디에틸렌트리아민 펜타(메틸렌 포스포닉산)트리나트륨염, 헥사메틸렌 디아민 테트라(메틸렌 포스포닉산), 헥사메틸렌 디아민 테트라(메틸렌 포스포닉산)칼륨염 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 미주리주, 세인트 루이스의 솔루티아 주식회사로부터 상업적으로 입수가능한, DEQUEST®포스포네이트(예를 들어, DEQUEST®2000, DEQUEST®2006, DEQUEST®2016, DEQUEST®2054, DEQUEST®2060S, DEQUEST®2066A 등)이 본 발명에서 이용된다. 적합한 유기 포스폰산 화합물의 다른 예는 예를 들어, 미국특허 제5,788,857호에 개시되어 있다.
전경화 처리의 수용성 소석고 혼합물에 포함될 경우, 혼합물을 제조하기 위해서 본 발명의 실시에 이용되는 유기 포스폰산 화합물의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.01중량% 내지 약 1중량%이며, 보다 바람직하게 소석고의 약 0.05중량% 내지 약 0.2중량%이다. 후경화 처리에서, 본 발명의 실시에 이용되고 경화 석고 조성물에 전달되는 유기 포스폰산 화합물의 양은 바람직하게 석고의 약 0.01중량% 내지 약 1중량%이며, 보다 바람직하게 석고의 약 0.05중량% 내지 약 0.2중량%이다. 예를 들어, 유기 포스폰산 화합물은 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 용액(예를 들어, 수용성)에 의해서 경화 석고 조성물에 전달될 수 있다.
카르복실 화합물은 또한 본 발명에서 향상 물질로서 사용되기에 적합한다. 바람직하게, 카르복실 화합물은 수용성이다. 폴리카르복실 화합물이 바람직하나, 모노카르복실 화합물도 본 발명에 따른 후경화 처리에 이용될 수 있다. 이러한 관점에서, 폴리카르복실 화합물은 적어도 두 개의 카르복실레이트 염 또는 이온기, 적어도 두 개의 카르복실산 기, 또는 적어도 하나의 카르복실레이트 염 또는 이온기, 및 적어도 하나의 카르복실산 기를 포함한다. 본 발명에 따른 후경화 처리에 유용한 모노카르복실 화합물은 하나의 카르복실레이트 염 또는 이온기, 또는 적어도 하나의 카르복실산 기를 포함한다.
향상 물질로서 카르복실 화합물의 포함은 카르복실 화합물이 예를 들어, 가습조건 등에서, 본 발명에 따른 경화 석고 함유 조성물에 대해 처짐 저항력을 부여하는 것으로 밝혀졌기 때문에 이롭다. 또한, 카르복실화합물의 포함은 예를 들어, 카르복실기가 경화 석고 매트릭스내 결정의 결합을 도와주는 것으로 생각되기 때문에 치수 안정성도 향상한다. 본 발명의 제한이 아닌 예로써, 폴리카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트, 폴리메트아크릴레이트, 폴리에트아크릴레이트 등의 형태일 수 있다. 후경화 처리에서, 카르복실 화합물은 부가적으로 시트르산염(예를 들어, 시트르산 나트륨과 같은 염들)의 형태일 수 있다.
전경화 처리에서, 본 발명에 이용되기에 적합한 폴리카르복실 화합물은 바람직하게 약 100,000 달톤 내지 약 100만 달톤의 분자량을 갖는다. 더 높은 분자량의 폴리카르복실 화합물은 점도가 너무 높기 때문에 덜 바람직한 반면에, 저 낮은 분자량(100,000달톤 이하로 점차로 감소하는)의 폴리카르복실 화합물은 덜 효과적이다. 전경화 처리의 일부 실시예에서, 폴리카르복실 화합물은 약 200,000달톤 내지 약 700,000달톤, 예를 들어, 약 400,000달톤 내지 약 600,000달톤의 분자량을 갖는다. 일부 실시예에서, 카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트이고, 이 경우 폴리아크릴레이트는 바람직하게 약 200,000 내지 약 700,000달톤의 분자량을 갖고, 보다 바람직하게 약 400,000달톤 내지 약 600,000달톤의 분자량을 갖는다.
후경화 처리에서, 카르복실 화합물은 바람직하게 약 200달톤 내지 약 1,000,000달톤의 분자량을 갖는다. 예를 들어, 후경화 처리의 일부 실시예에서, 카르복실 화합물은 약 200달톤 내지 약 100,000달톤(예를 들어, 약 1,000달톤 내지 약 100,000 또는 약 10,000달톤 내지 약 100,000달톤)의 분자량을 갖는 반면에, 다른 실시예에서, 카르복실 화합물은 약 100,000달톤 내지 약 100만 달톤(예를 들어, 약 200,000달톤 내지 약 700,000 또는 약 400,000달톤 내지 약 600,000달톤)의 분자량을 갖는다.
전경화 처리의 수용성 소석고 혼합물에 포함될 경우, 혼합물을 제조하기 위해 본 발명의 실시에 이용되는 카르복실 화합물의 양은 소석고의 약 0.01중량% 내지 약 5중량%이며, 보다 바람직하게 소석고의 약 0.05중량% 내지 약 2중량%이다. 후경화 처리에서, 본 발명의 실시에 이용되고 경화 석고 조성물에 전달되는 카르복실 화합물의 양은 바람직하게 석고의 약 0.01중량% 내지 약 5중량%이며, 보다 바람직하게 석고의 약 0.05중량% 내지 약 2중량%이다. 예를 들어, 카르복실 화합물은 카르복실화합물을 포함하는 용액(예를 들어, 수용성)에 의해서 경화 석고 조성물에 전달될 수 있다.
붕산염, 및 특히, 자연적으로 생기는 울렉사이트(NaCaB5O9·8H2O) 및 콜레마나이트(Ca2B6O11·5H2O), 또는 울렉사이트와 콜레마나이트의 혼합물도 향상 물질로서 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 울렉사이트는 비교적 낮은 비용으로 인해 어느 정도 바람직하다. 특히, 붕산염은 물에 완전히 가용적이지 않다. 놀랍게도, 그러한 반-가용성 붕산염인 폴리보론 화합물조차도 본 발명에 따라서 원하는 정도의 효과를 낸다. 이는 다른 완전히 가용성인 붕소 함유 물질, 예를 들어, 붕산인 모노보론 화합물이 원하는 효과를 내지 못하고 본 발명의 범위에서 이용되기에 적합하지 않기 때문에 더 놀랍다. 향상 물질로서 이러한 붕산염의 함유는 그들이 수용성 소석고 혼합물내 불순물, 예를 들어, 염화물의 존재시에도 경화 석고 함유 물질에 처짐 저항력을 부여하는 것으로 밝혀졌기 때문에 이롭다. 이러한 발견은 그것이 더 낮고, 더 저렴한, 등급의 소석고가 처짐 저항력에 어떤 상당한 부정적인 영향없이 벽보드와 같은 경화 석고 제품의 생산에 이용되도록 하기 때문에 중요하다. 또한, 붕산염은 경화 석고 함유 조성물의 형성을 상당히 지연시키지 않는다.
전경화 처리 방법에서, 붕산염은 분말 및/또는 용액(예를 들어, 수용액)으로서 수용성 소석고 혼합물에 첨가될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 붕산염은 상기한 바와 같이, 황산칼슘 이수화물 촉진제와 분쇄된 후에 첨가될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 붕산염은 두 기술을 모두 이용해서 첨가된다.
전경화 처리의 수용성 소석고 혼합물에 포함될 경우, 본 발명의 실시에서 혼합물에 첨가된 붕산염의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.1중량% 내지 약 2중량%이며, 보다 바람직하게, 소석고의 약 0.2중량% 내지 약 0.5중량%이다. 후경화 처리에서, 본 발명의 실시에 경화 석고를 처리하는데 이용된 붕산염의 양은 바람직하게 석고의 약 0.1중량% 내지 약 2중량%이며, 보다 바람직하게 석고의 약 0.2중량% 내지 약 0.5중량%이다. 예를 들어, 붕산염은 붕산염을 포함하는 용액(예를 들어, 수용액)에 의해서 경화 석고 조성물에 전달될 수 있다.
또한, 무기 인산염이 본 발명에서 설명된 다른 향상 물질과 결합될 수 있다. 특히, 무기 폴리인산염 화합물이 바람직하나, 무기 모노인산염 화합물도 본 발명에 따른 후경화 처리에 이용될 수 있다. 이러한 점에서, 무기 폴리인산염은 예를 들어, 각각 두 개 이상의 인산 단위를 포함하는 축합 인산, 각각 두 개 이상의 인산염 단위를 포함하는 축합 인산염의 염 또는 이온, 또는 하나 이상의 인산 단위 및 하나 이상의 인산염 또는 이온 단위를 포함하는 화합물로부터 선택된다. 본 발명에 따른 후경화 처리에 유용한 모노인산염 화합물은 하나의 인산 단위 또는 하나의 인산염 또는 이온 단위를 포함한다.
그러한 무기 인산염의 포함은 처짐 저항력을 더욱 향상하고, 후경화 처리에 대해서, 경화 석고 함유 조성물의 다른 기계적 강도(예를 들어, 압축강도)를 더욱 향상한다. 일부 실시예에서, 무기 인산염은 하기 염 또는 그의 음이온성 부분의 형태이다: 트리메타인산염 화합물(예를 들어, 나트륨 트리메타인산염, 칼슘 트리메타인산염, 나트륨 칼슘 트리메타인산염, 칼륨 트리메타인산염, 리튬 트리메타인산염 등과 같은 염들), 6-27개의 반복 인산염 단위를 갖는 나트륨 헥사메타인산염, 500-3000(바람직하게, 1000-3000) 개의 반복 인산염 단위를 갖는 암모늄 폴리인산염, 테트라칼륨 피로인산염, 트리나트륨 이칼륨 트리폴리인산염, 나트륨 트리폴리인산염, 테트라나트륨 피로인산염, 나트륨 산 피로인산염, 또는 2 이상의 반복 인산 단위를 갖는 폴리인산. 일부 실시예에서, 무기 인산염 화합물은 나트륨 트리메타인산염 및/또는 암모늄 폴리인산염을 포함한다. 후경화 처리 실시예에 유용한 모노인산염 화합물(또한 오르쏘인산염 화합물로도 불림)의 예로는 모노나트륨 이수소 인산염, 모노칼륨 이수소 인산염, 및 인산이 있다.
전경화 처리의 수용성 소석고 혼합물에 포함될 경우, 본 발명의 실시에 이용되거나 혼합물에 첨가되는 그러한 무기 인산염의 양은 바람직하게 소석고의 약 0.004중량% 내지 약 2중량%이며, 보다 바람직하게, 소석고의 약 0.04중량% 내지 약 0.16중량%이다. 후경화 처리에서, 본 발명의 실시에 이용된 그러한 무기 인산염의 양은 약 0.004중량% 내지 약 2중량%이며, 보다 바람직하게 석고의 약 0.04중량% 내지 약 0.16중량%이다. 예를 들어, 무기 인산염은 인산염을 포함하는 용액(예를 들어, 수용액)에 의해서 경화 석고 조성물에 전달될 수 있다.
또한, 예를 들어, 유기 포스폰산 화합물, 카르복실 화합물, 또는 인산염(그밖의 암모늄 폴리인산염 또는 트리메타인산염 화합물)에 대해서, 향상 물질이 경화 석고 형성의 수화율을 지연(및 경화 석고 함유 조성물의 강도에 역효과를 주는)시키는 정도까지, 모든 그런 지연은 혼합물에 촉진제, 특히 황산칼슘 이수화물을 포함함으로써 개선되거나 극복될 수 있다. 물론, 황산알루미늄, 중황산나트륨, 황산아연 등과 같이 당업계에 일반적으로 공지되어 있는 다른 촉진제도 포함될 수 있다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 경화 석고 함유 조성물은 ASTM C473-95에 따라 결정된 바에 따라, 보드의 2피트(≒0.61m) 당 바람직하게 약 0.1인치(≒0.254cm) 이하의 처짐 저항력을 갖는 석고 보드 형태일 수 있다. 또한, 석고 보드는 제조동안 (예를 들어, 경화 석고 함유 화합물이 건조될 때) 4피트(≒1.22m) 폭 당 약 0.02인치(≒0.051cm)이하 및 12피트(≒3.66m) 길이 당 약 0.05인치(≒0.127cm) 이하의 수축을 나타낸다.
석고 조성물은 또한 보강 첨가제, 결합제(예를 들어, 라텍스와 같은 중합체), 팽창 펄라이트, 수용성 거품에 의해서 형성된 공기 간극, 미리 젤라틴화된 전분과 같은 전분, 촉진제, 지연제, 내수제, 살균제, 곰팡이 방지제, 살충제, 섬유상 매트(예를 들어, 본 발명의 석고 조성물을 포함하는 석고 보드 위에), 뿐만 아니라 당업자에 의해서 이해될 다른 첨가제, 또는 그의 결합과 같은 임의적인 첨가제를 포함한다.
가공 중 강도를 향상하기 위해서 원한다면, 보강 첨가제를 본 발명의 석고 조성물에 포함시킬 수 있다. 예를 들어, 보강 첨가제는 셀룰로오스 섬유(예를 들어, 종이 섬유), 미네랄 섬유, 다른 합성 섬유 등, 또는 그의 결합을 포함할 수 있다. 종이 섬유와 같은 보강 첨가제는 모든 적합한 양으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보강 첨가제는 경화 석고 조성물의 약 0.1중량% 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다.
밀도 감소를 촉진하기 위해서, 본 발명의 경화 석고 조성물은 수용성 거품에 의해서 형성된 공기 간극을 선택적으로 포함할 수 있다. 특히, 거품제가 제조동안 수용성 소석고 혼합물에 첨가될 수 있다. 수용성 소석고 슬러리와 접촉할 때 거품제의 주된 부분이 비교적 불안정한 거품을 생성하는 것이 바람직하다. 또한, 적은 부분의 거품제는 바람직하게 비교적 안정한 거품을 생성한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 수용성 거품은 하기 식을 갖는 적어도 하나의 거품제로부터 형성된다:
CH3(CH2)XCH2(OCH2CH2)YOSO 3 -M+.
특히, M은 양이온이고, X는 2 내지 약 20의 정수이고, Y는 0 내지 약 10의 정수이고 적어도 하나의 거품제의 적어도 50중량%에서 0이다. 바람직하게 Y는 적어도 하나의 거품제의 약 86 내지 약 99중량%에서 0이다.
또한, 석고 조성물은 미리 젤라틴화된 전분 또는 산-변형된 전분과 같은 전분을 임의로 포함할 수 있다. 미리 젤라틴화된 전분의 함유는 증가된 수분 조건하에서 종이 박리의 위험을 최소화하거나 막는다. 당업계의 통상의 기술자들은 예를 들어, 적어도 185℉(≒85℃)의 온도에서 물에 요리용 원료 전분과 같은 원료 전분을 미리 젤라틴화하는 방법 또는 다른 방법들을 이해할 것이다. 미리 젤라틴화된 전분의 적합한 예는 라우호프 그레인 컴퍼니에서 상업적으로 입수가능한 PCF 1000전분과 아쳐 다니엘 미들랜드 컴퍼니에서 상업적으로 입수가능한 AMERIKOR 818과 HQM PREGEL 전분이 있으나 이에 한정되지 않는다. 포함될 경우, 미리 젤라틴화된 전분은 모든 적합한 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 포함될 경우, 미리 젤라틴화된 전분은 조성물 중량의 약 0.1% 내지 약 5%의 양으로 존재할 수 있다.
석고 조성물은 또한 섬유상 매트를 포함할 수 있다. 섬유상 매트는 직물제 또는 비직물제일 수 있다. 바람직하게, 섬유상 매트는 수화중에 석고 조성물의 팽창을 조절할 수 있는 물질로 구성된다. 예를 들어, 섬유상 매트는 종이 매트, 섬유유리 매트, 또는 다른 합성 섬유 매트의 형태일 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유상 매트는 비직물제이고 섬유유리를 포함할 수 있다. 바람직하게, 섬유상 매트는 생산, 취급, 및 현장 적용 과정에서 건조 석고 주조의 무결성 및 취급 능력을 개선하기 위해서 형성 중 석고 주조속에 결합되거나 및/또는 표면에 적용될 수 있다. 또한, 섬유상 매트는 최종 제품(예를 들어, 천장 타일)의 노출된 표면으로서 이용될 수 있으며, 바람직하게 매끄러운 미학적인 즐거움을 주는 모놀리스의 외형을 제공한다. 제공될 경우, 섬유상 매트는 어떤 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 섬유상 매트는 약 0.003인치(≒0.00762㎝) 내지 약 0.15인치 (≒0.381㎝)의 두께를 갖는다.
하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 어떤 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되서는 안된다. 하기 실시예에서, 하기 약자는 지적된 의미를 갖는다:
OPPC는 유기 폴리인산 화합물을 나타내고;
OPPC1은 아미노트리(메틸렌-포스포닉산)이고;
OPPC2는 아미노트리(메틸렌-포스포닉산), 펜타나트륨염이고;
OPPC3은 1-하이드록시에틸이덴-1,1-디포스포닉산 테트라나트륨 염이고;
OPPC4는 헥사메틸렌디아민 테트라(메틸렌 포스포닉산), 칼륨염이고;
OPPC5는 디에틸렌트리아민 펜타(메틸렌 포스포닉산)이고;
OPPC6은 디에틸렌트리아민 펜타(메틸렌 포스포닉산), 트리나트륨염이고;
PAA는 폴리(아크릴산)을 나타내고;
PAA1은 약 2,000달톤의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)이고;
PAA2는 약 30,000달톤의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)이고;
PAA3는 약 250,000달톤의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)이고;
PAA4는 약 450,000달톤의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)이고;
PAA5는 약 750,000달톤의 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)이고;
PAA6은 Belclene 283(뉴저지, 프린스톤, FMC 주식회사로부터 상업적으로 입 수가능)이고;
PAA7은 Belclene 200(FMC 주식회사로부터 상업적으로 입수가능)이고;
PAA8은 Belsperse 161(FMC 주식회사로부터 상업적으로 입수가능)이다.
실시예 1
영구 변형에 대한 저항력
(실험실 석고보드 처짐 저항력)
석고 함유 보드의 샘플을 본 발명에 따라서 실험실에서 준비한 다음 본 발명의 범위 밖의 조성물과 방법을 이용하여 제조된 샘플과 영구적 변형에 대한 저항력을 비교하였다.
샘플은 1.5㎏의 베타 황산칼슘 반수화물; 본 발명에서 참고문헌으로 인용된미국 특허 제3,573,947호에 개시되어 있는 바와 같이 효능을 유지하기 위해서 설탕으로 코팅되고 가열된 황산칼슘 이수화물의 미세한 분말 입자를 포함하는 2g의 경화 촉진제; 2리터의 수돗물, 및 0g의 첨가제(대조군 샘플), 1.5g의 유기 폴리인산 화합물 또는 1.5g의 다른 첨가제를 5리터의 WARING 블렌더에서 저속으로 10초동안 혼합하여 제조하였다. 형성된 슬러리를 트레이로 주조하여 편평한 석고 보드 샘플을 준비하고, 각각은 약 6×24×1/2인치의 치수를 갖는다. 황산칼슘 반수화물을 경화하여 석고(황산칼슘 이수화물)을 형성한 후에, 보드를 중량이 변하지 않을 때까지 112℉(≒44.4℃)의 오븐에서 건조하였다. 각 보드의 최종 측정된 중량을 기록하였다. 아무런 페이퍼 페이싱(paper facing)도 이러한 보드에 적용하지 않아서 가습 조건에서 석고보드의 처짐 성능에 대한 종이 커버의 영향을 막았다.
그런 다음에 각각의 건조 보드를 두 개의 1/2인치 폭의 지지물 위에 수평으로 놓고, 상기 지지물의 길이는 보드의 전체 폭을 확장하고, 지지물 하나는 보드의 각 말단에 있다. 보드는 90℉(≒32.2℃) 온도 및 90% 상대습도의 연속적인 주위 조건하에서 특정한 기간동안(본 실시예에서는 4일) 이러한 위치를 유지하였다. 그런 다음에 보드의 처짐 정도를 보드 말단의 상부 모서리 사이에 뻗어있는 가상의 수평면으로부터 보드의 상부면 중앙의 거리(인치)를 측정하여 결정하였다. 보드의 경화 석고 매트릭스의 영구 변형에 대한 저항력은 보드의 처짐 정도에 반비례하는 것으로 생각된다. 따라서, 처짐의 정도가 클수록, 보드를 포함하는 경화 석고 매트릭스의 영구적인 변형에 대한 상대 저항력은 더 낮아진다.
영구 변형에 대한 저항력 시험은 표 1에 기록되어 있으며, 표 1은 조성 및 첨가제의 농도(황산칼슘 반수화물의 중량에 기초한 중량%), 보드의 최종 중량, 및 측정된 처짐 정도를 포함한다.
이러한 실험실 실험에서, 처짐 정도는 시험된 석고보드가 벽보드 종이를 포함하지 않는다는 점을 제외하고, 실험된 보드가 1피트(≒0.305m)×2피트(≒0.61m) 대신에 0.5피트(≒0.154m)×2피트(≒0.61m)인 점을 제외하고, ASTM C473-95 가습된 처짐 시험에 따라서 결정되었다. 그러나, 실험실 제조된 보드의 처짐 정도는 ASTM C 473-95시험에서 설명된 보드 1피트(≒0.305m)×2피트(≒0.61m)의 처짐 정도와 상관관계가 있으며, 어떤 차이점이 있다면, 그것은 처짐 정도가 실험실 제조된 보드에서 더 클 것이라는 점이다. 본 발명에 따라서 실험실 제조된 보드가 원하는 처짐 저항력 기준에 맞는다면, ASTM C 473-95에 따라 제조된 본 발명에 의한 보드도 원하는 처짐 저항력 기준에 부합할 것이다.
첨가제 소석고 중량%에 기초한 첨가수준 건조 보드 중량 (g) 90/90 룸으로부터 물 픽업 (중량%) 10일 가습 처짐 정도 (인치)
대조군 0.0 536.2 0.15 0.985
인산염 유리 0.1 538.5 0.24 0.013
암모늄 폴리인산염 0.1 534.8 0.42 0.012
나트륨 트리메타인산염 0.1 531.4 0.23 0.035
OPPC1 0.1 539.2 0.15 0.044
OPPC2 0.1 537.1 0.24 0.077
OPPC3 0.1 536.3 0.28 0.117
OPPC4 0.1 541.3 0.13 0.060
OPPC5 0.1 551.2 0.29 0.102
OPPC6 0.1 515.8 0.32 1.253
표 1의 데이터는 본 발명에 따른 유기 폴리인산 화합물을 이용하여 제조된 보드가 대조 보드보다 처짐에 대해 훨씬 더 많은 저항력을 있고 따라서 영구 변형에 대해 훨씬 더 많은 저항력이 있음을 입증한다. 게다가, 몇 개의 유기 폴리인산 화합물로 제조된 보드는 2피트(≒0.61m) 길이의 보드당 처짐이 0.1인치 (≒0.254㎝)보다 훨씬 적어서, 처짐를 사람의 눈으로 인지할 수 없는 처짐을 가졌다. OPPC3 및 OPPC5와 같은 다른 유기 폴리인산 화합물은 대조군와 비교할 때 처짐에 있어서 현저한 개선을 보였다.
유기 폴리인산 화합물에 의해서 생길 수 있는 지체 및 강도 저하 영향을 극복하기 위해서 촉진제가 어느 정도로 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 설명한 실시예에서는, 그러한 영향을 극복하기 위한 아무런 시도도 이루어지지 않았다. 그러나, 촉진제가 그러한 영향을 극복하기 위해서 첨가되었다면, 이러한 유기 폴리인산 화합물 중 어느 것으로 제조된 보드는 2피트(≒0.61m) 길이의 보드당 0.1인치(≒0.254㎝) 이하의 처짐를 나타낼 것으로 기대된다.
실시예 2
본 실시예는 석고보드의 처짐 저항력 개선을 위한 향상 물질로서 울렉사이트의 이용을 입증한다. 상기 설명한 것과 같이 황산칼슘 이수화물의 미세한 분말 입자를 포함하는 경화 촉진제로 제분되고, se 당 첨가제로서 울렉사이트를 이용한 영구 변형에 대한 저항력을 실시예 1에서 상기 설명한 바와 같이 측정하였다.
또한, 고함량의 염화염 불순물이 존재할 경우 울렉사이트를 이용한 유익한 효과도 설명하였다. 염화 이온을 울렉사이트 첨가제와 함께 혼합물에 도입한 점을 제외하고, 실시예 1에서 설명한 바와 같이 석고보드를 제조하였다. 상기 설명한 바와 같이 실험실 제조된 보드에 대한 ASTM C 473-95과정에 따라서 처짐 정도를 실험하였다.
이러한 실시예에서, 촉진제 물질과 함께 제분된 혼합물에 첨가되어 수용성 소석고 슬러리에 첨가되는 울렉사이트의 양은 소석고의 대략 0.05중량%이다. 표 2의 마지막 예에서, 수용성 소석고 슬러리에 첨가된 총 울렉사이트는 소석고의 대략 0.15중량%이다(촉진제와 분쇄된 혼합물 형태의 0.05중량% 더하기 부가적으로 첨가된 0.10중량%).
촉진제 소석고 중량%에 기초한 촉진제 수준 소석고 중량%에 기초한 NaCl 첨가 건조 보드 중량 (g) 90/90 룸으로부터 물 픽업(중량%) 2주 가습 처짐 정도 (인치)
대조군 1 0 511.4 0.8 0.214
울렉사이트로 코팅 1 0 528.4 0.6 0.067
대조 1 0.5 528.3 6.5 >1
울렉사이트로 코팅 1 0.5 529.4 6.1 0.235
울렉사이트로 코팅 + 0.1중량%의 울렉사이트 첨가(소석고 중량에 기초) 1 0.5 529.7 6.0 0.057
표 2의 데이터는 울렉사이트를 이용할 때, 울렉사이트와 촉진제로서 황산칼슘 이수화물의 분쇄된 혼합물로서 또는 독립된 첨가제로서, 건조 분말 또는 수용성 용액으로 울렉사이트를 첨가하여 얻은 처짐 저항력(처짐 정도라는 용어로 표현된)의 개선을 설명한다. 데이터는 또한 붕산염, 울렉사이트가 상당한 양의 염화 음이온 불순물(예를 들어, NaCl)이 수용성 소석고 혼합물에 존재할 때(비교적 저품질 소석고에 존재할 수 있음), 및 최종 석고 보드 제품내 물 흡수가 비교적 높을 때도 처짐 정도 개선을 제공함을 보여준다.
실시예 3
황산칼슘 이수화물의 후경화 처리
본 발명의 일부 대안적인 바람직한 실시예에서, 황산칼슘 이수화물 주조는 영구 변형에 대한 저항력(예를 들어, 처짐 저항력), 및 재건조후의 경화 석고 함유 제품의 치수 안정성을 증가시키기 위해서 향상 물질 수용액으로 처리된다. 보다 상세하게, 본 발명에 따라서 다양한 향상 물질로 황산칼슘 이수화물 주조를 처리하면 영구 변형에 대한 저항력(예를 들어, 처짐 저항력) 및 치수 안정성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 향상 물질이 경화 석고에 첨가된 실시예는 보드, 패널, 플라스터, 타일, 석고/셀룰로오스 섬유 합성물 등을 포함하는 개선된 석고 함유 제품을 제조하기 위한 신규한 조성물 및 방법을 제공한다. 따라서, 처짐 저항력에 대한 엄격한 제어를 요하는 모든 석고 토대 제품은 본 발명의 이러한 실시예로부터 혜택을 얻을 것이다.
경화 석고의 후처리에 대한 두 개의 예시적인 방법은 하기와 같다.
1) 스터코우 및 다른 첨가제(건조)와 물을 더해서 슬러리를 제조
↓
거품(중량 또는 밀도 감소를 위해)
↓
석고주조/최종 경화 및 건조
↓
향상 물질로 후처리(스프레이 또는 담그기)
↓
재건조 석고 주조
↓
개선된 석고 제품
2) 스터코우 및 다른 첨가제(건조)에 물을 더해서 슬러리 제조
↓
혼합/교반(젖은)
↓
석고 주조/최종 경화
↓
향상 물질로 후처리(표면에 스프레이)
↓
건조 석고 제품
↓
개선된 석고 제품
상기 두가지 방법에서, 향상 물질의 수용액이 경화 석고에 바람직하게 적용된다.
향상 물질은 향상 물질 수용액으로서 경화 석고 조성물 위에 분무되었다. 용액내 향상 물질의 양은 황산칼슘 이수화물(경화 석고)의 중량에 기초한다.
실험실 제조된 보드를 실시예 1에서 설명한 것과 같이 제조하고, ASTM C 473-95 가습 처짐 정도 시험을 실시예 1에서 상기 설명한 것과 같이 실험실 보드에 실시하였다.
표 3은 향상 물질 또는 첨가제가 유기 폴리인산 화합물일 때 달성하는 처짐 정도 개선을 설명한다. 표 4는 첨가제가 폴리(아크릴산)일 때 달성되는 처짐 정도 개선을 설명한다. 표 5는 첨가제가 시트르산 나트륨, 적어도 두 개의 카르복실산염기를 포함하는 카르복실 화합물일 때 달성되는 처짐 정도 개선을 설명한다.
첨가제 소석고 중량%에 기초한 첨가제 수준 건조 보드 중량 (g) 90/90 룸으로부터 물 픽업 (중량%) 2주 가습 처짐 정도 (인치)
대조군 0.0 572.7 0.15 0.285
나트륨 트리메타인산염 0.2 580.7 0.19 0.011
OPPC1 0.2 586.9 0.24 0.021
OPPC2 0.2 582.5 0.22 0.029
OPPC3 0.2 573.9 0.26 0.045
OPPC4 0.2 570.7 0.25 0.014
OPPC5 0.2 606.8 0.36 0.012
OPPC6 0.2 583.5 0.26 0.008
표 3은 경화 석고에 유기 폴리인산염을 적용하면 보드의 처짐 정도가 개선됨을 설명한다. 모든 보드는 유기 폴리인산염이 본 발명에 따른 후경화 처리에 이용될 때 보드 2피트(≒0.61m) 길이당 바람직한 0.1인치(≒0.254㎝)이하의 우수한 처짐 저항력을 나타냈다.
첨가제 소석고 중량%에 기초한 첨가제 수준 건조 보드 중량 (g) 90/90 룸으로부터 물 픽업 (중량%) 2주 가습 처짐 정도 (인치)
대조군 0.0 552.6 0.59 0.424
PAA1 0.2 567.5 1.2 0.043
PAA2 0.08 541 0.7 0.081
PAA3 0.08 551.2 0.67 0.069
PAA4 0.2 544.5 0.6 0.058
PAA5 0.2 569.9 0.3 0.161
PAA6 0.1 552.5 0.2 0.054
PAA7 0.1 552.5 0.2 0.054
PAA8 0.1 553.6 0.5 0.026
표 4의 데이터는 카르복실산염이 후경화 처리에서 경화 석고 조성물에 향상된 강도를 제공하는 것을 설명한다. 데이터는 PAA5로의 후처리가 대조군에 비해서 개선된 처짐 저항력을 갖는 보드를 제공하나, 가용성 카르복실산염, 즉, PAA 1-4 및 PAA6 및 PAA7의 이용은 물에 매우 가용적이지 않은 카르복실산염, 예를 들어, PAA5보다 더 유익함을 보여준다.
첨가제 소석고 중량%에 기초한 첨가제 수준 건조 보드 중량 (g) 90/90 룸으로부터 물 픽업 (중량%) 2주 가습 처짐 정도 (인치)
대조군 0.0 519.4 0.3 1.5
시트르산 나트륨 0.2 569.1 0.4 0.173
표 5는 후경화 처리의 뜻밖의 잇점을 설명한다. 시트르산 나트륨은 통상 경화 지연제로 생각되고, 그것의 이용은 그것이 전처리 첨가제로서 이용될 때 강도 및 처짐 저항력에 역 효과를 준다. 그러나, 후경화 처리될 때, 시트르산 나트륨은 처짐 저항력을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에서 인용된, 특허, 특허출원, 및 공보를 포함하는 모든 참고문헌은 전체적으로 참고로 결합된다.
본 발명은 바람직한 실시예를 중점으로 설명되었으나, 바람직한 실시예의 변형이 이용될 수 있고, 본 발명에서 구체적으로 설명한 것 외의 방식으로 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 하기 청구항에서 정의된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위내에 포함된 모든 변형을 포함한다.

Claims (31)

  1. 소석고, 물, 및 향상 물질로부터 형성된 맞물린 매트릭스의 경화 석고를 포함하는 경화 석고 함유 조성물로서,
    상기 향상 물질이 울렉사이트 또는 울렉사이트와 콜레마나이트의 혼합물을 포함하는 붕산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 단일의 폴리카르복실 화합물 또는 2 이상의 폴리카르복실 화합물들의 혼합물을 포함하는 제 2 향상 물질을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 단일의 폴리인산염 화합물 또는 2 이상의 폴리인산염 화합물들의 혼합물을 포함하는 제 3 향상 물질을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 촉진제를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 일부의 붕산염이 상기 촉진제 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 경화 석고는 소석고 중량을 기준으로, 0.01중량% 내지 5중량%의 향상 물질로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 폴리카르복실 화합물은 100,000달톤 내지 100만달톤의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 폴리카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트, 폴리에트아크릴레이트, 및 폴리메트아크릴레이트로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리인산염 화합물은 트리메타인산염 화합물, 6-27 개의 반복 인산염 단위를 갖는 나트륨 헥사메타인산염, 암모늄 폴리인산염, 테트라칼륨 피로인산염, 나트륨 트리폴리인산염, 테트라나트륨 피로인산염, 나트륨 산 피로인산염, 및 2 이상의 반복 인산 단위를 갖는 폴리인산으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 향상 물질은 트리메타인산염 화합물 및 암모늄 폴리인산염로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 삭제
  12. 소석고, 물, 및 향상 물질로부터 형성된 맞물린 매트릭스의 경화 석고를 포함하는 경화 석고 함유 조성물로서,
    상기 향상 물질이
    (ⅰ) 단일의 폴리카르복실 화합물 또는 2 이상의 폴리카르복실 화합물들의 혼합물; 및
    (ⅱ) 단일의 폴리인산염 화합물 또는 2 이상의 폴리인산염 화합물들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 액체와 향상 물질의 혼합물로 처리된 맞물린 매트릭스의 경화 석고를 포함하는 경화 석고 함유 조성물로서, 상기 향상 물질이
    (ⅰ) 울렉사이트, 또는 울렉사이트와 콜레마나이트의 혼합물을 포함하는 붕산염; 또는
    (ⅱ) 단일의 카르복실 화합물 또는 2 이상의 카르복실 화합물들의 혼합물;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 조성물은 단일의 인산염 화합물 또는 2 이상의 인산염 화합물들의 혼합물을 포함하는 제 2 향상 물질로 추가로 처리되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 붕산염은 울렉사이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
  18. 삭제
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 카르복실 화합물은 폴리카르복실 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 폴리카르복실 화합물은 200달톤 내지 100만 달톤의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트, 폴리에트아크릴레이트, 폴리메트아크릴레이트 및 시트르산염으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  22. 제 12 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 폴리카르복실 화합물은 폴리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
  23. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 향상 물질은 폴리인산염 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  24. 제 1 항 또는 제 13 항의 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고보드.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 석고보드는 ASTM C473-95에 따라서 측정된 바에 의하면, 상기 보드의 길이 60.1cm 당 0.25cm 미만의 처짐 저항력을 갖는 것을 특징으로 하는 석고보드.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 석고보드는 폭 120.2cm 당 0.05cm 미만 및 길이 360cm 당 0.13 cm 미만의 수축을 갖는 것을 특징으로 하는 석고보드.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
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