KR101434488B1 - 경량, 저밀도 내화 석고패널 - Google Patents

경량, 저밀도 내화 석고패널 Download PDF

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Abstract

훨씬 더 큰 석고 함량, 중량 및 밀도를 가지는 상업적 내화 석고패널과 (양호하지 않다면) 최소한 동등한 내화용량을 가지고 고팽창성 질석을 포함하는 감소된 중량, 감소된 밀도의 석고패널.

Description

경량, 저밀도 내화 석고패널{LIGHTWEIGHT, REDUCED DENSITY FIRE RATED GYPSUM PANELS}
관련 특허출원의 상호 참조
본 특허 출원은 2011.2.25자 출원된, “경량, 저밀도 내화 석고패널” 명칭의 미국임시특허출원번호 61/446,941의 이익을 주장하며, 상기 문헌은 전체가 본원에 참고문헌으로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 단열 특성, 내열수축성, 및 내화성이 개선된 낮은 중량 및 밀도 석고패널에 관한 것이다.
건축 및 기타 구조 용도 (예컨대 석고 벽판 또는 천장패널)에서 전형적으로 사용되는 석고패널은 전형적으로 종이, 유리섬유 또는 기타 적당한 재료들로 제조되는 피복시트와 함께 석고 코어로 구성된다. 석고패널은 전형적으로 패널 코어 형성용 슬러리를 제조하기 위하여 소성석고, 또는 “스투코”와 물 및 기타 성분들을 혼합하여 제조된다. 본 분야에서 통상 이해되듯이, 스투코는 주로 하나 이상의 소성석고 형태, 즉 (전형적으로는 가열에 의해) 무수석고 또는 반수석고 (CaSO4·1/2 H2O)를 형성하는 탈수 석고로 이루어진다. 소성석고는 베타 황산칼슘 반수화물, 알파 황산칼슘 반수화물, 수용성 황산칼슘 무수화물, 또는 천연 또는 합성 공급원에 따라 이들의 모든 또는 임의의 혼합물로 구성된다. 슬러리에 첨가되면, 소성석고는 석고패널 성형 과정에서 완성되는 수화반응을 개시한다. 이러한 수화반응이, 적절하게 완료되면, 일반적으로 여러 결정질 형태의 응결석고이수화물 (즉 CaSO4·2H2O 형태)의 연속 결정질 매트릭스를 생성한다.
패널 성형 과정에서, 피복시트는 전형적으로 연속 웨브로 제공된다. 석고 슬러리는 제1 피복시트 상에 유체 또는 리본으로 적층된다. 슬러리는 예정된 근사 두께로 제1 피복시트 폭에 걸쳐 확산되어 패널 코어를 형성한다. 제2 피복시트가 슬러리의 최상부에 올려져, 석고 코어는 피복시트들 사이에 개재되고 연속 패널을 형성한다.
연속 패널은 전형적으로 컨베이어를 따라 이송되고 코어는 계속하여 수화반응이 진행된다. 코어가 충분히 수화되고 경화되면, 하나 이상의 소망 크기로 절단되어 개별 석고패널을 형성한다. 그 후 패널은 원하는 자유수분(전형적으로 상대적으로 낮은 자유수분)까지 패널을 건조하기에 충분한 온도의 킬린으로 이송되고 이를 통과한다.
적용 공정 및 패널 예상 용도 및 기타 이러한 고려상항에 따라, 석고 및 기타 첨가제로 구성되는 추가적인 슬러리 층들, 스트립들 또는 리본들이 제1 또는 제2 피복시트에 도포되어 마감 패널에 특정 특성, 예컨대 경화 모서리 또는 경화 패널 면을 제공할 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 공정 지점에서 거품이 석고 코어 슬러리 및/또는 기타 슬러리 스트립들 또는 리본들에 첨가되어 석고 코어 또는 마감 패널 코어 일부에 기공을 분포시킬 수 있다.
형성된 패널은 추가로 절단되고 원하는 패널 크기, 피복층 조성물, 코어 조성물, 기타 등에 따라 다양한 용도로 처리될 수 있다. 분야 및 예상 용도에 따라 석고패널은 전형적으로 두께가 약 1/4 인치 내지 약 1 인치이다. 패널은 하나 이상의 고정요소, 예컨대 나사, 못 및/또는 접착제를 사용하여벽, 천장 및 기타 유사한 시스템을 형성하는 다양한 구조체로 적용된다.
마감 석고패널이 예컨대 고온 화염 또는 기체에 의한 상대적으로 높은 온도에 노출되면, 석고 코어 일부는 충분히 흡열하여 코어의 석고 이수화물 결정체로부터 물 방출을 개시한다. 석고 이수화물 흡열 및 수분 방출에 의해 한동안 패널을 통한 또는 패널 내부의 열전달이 지연된다. 석고패널은 고온 화염이 벽체를 직접 통과하는 것을 방지하는 장벽과 같이 기능한다. 석고 코어에 의해 흡수된 열은 충분하여 열원 온도 및 노출시간에 따라 실질적으로 코어 일부를 재소성시킨다. 소정 온도 수준에서, 패널에 인가된 열 역시 석고 코어 무수화물 상변화 및 결정질 구조체 재배열을 유발시킬 수 있다. 일부 경우에는, 염 및 불순물 존재로 석고 코어 결정 구조체 융점이 낮아질 수 있다.
이러한 일부 또는 모든 고온 가열 영향으로 석고패널은 하나 이상의 방향에서 패널 치수 수축이 발생하고, 이러한 수축으로 패널의 구조적 온전성이 훼손된다. 패널이 벽, 천장 또는 기타 축조 조립체에 부착될 때, 패널 수축으로 패널은 동일 조립체에 장착된 기타 패널 및 이들의 지지체로부터 분리될 수 있고, 일부 경우에는, 패널 또는 지지체 (또는 양자 모두)의 붕괴로 이어진다. 그 결과, 고온의 가열 공기가 벽 또는 천장 구조체 내부로 또는 경유하여 통과할 수 있다.
석고패널은 비교적 고온 효과에 일정시간 저항하도록 생성되어, 본질적으로 패널들을 통과하는 또는 사이로 들어오는 또는 이를 이용하는 시스템 내부로 들어오는 (또는 통과하는) 고열 통과를 지연시킨다. 내화성 또는 “내화”로 지칭되는 석고패널은 전형적으로 벽 또는 천장 구조체를 통한 열 통과를 지연시키도록 패널 성능을 높여 건축물 내부 화재 확산 제어에 중요하게 역할하도록 조성된다. 그 결과, 건축 규격 기관 및 기타 관련 공공 및 사설 기관은 전형적으로 내화 석고패널의 내화성능을 위한 엄격한 표준을 설정하고 있다
화재 및 관련된 극한적 열에 견디는 석고패널의 성능은 포괄적-허용되는 시험으로 평가된다. 건축산업에서 통상 사용되는 이러한 시험의 예시로는 보험업자 안전연구소 (Underwriters Laboratories) (“UL”)에서 공개된 것, 예컨대 UL U305, U419 및 U423 시험 절차 및 프로토콜, 및 미국재료시험협회 (ASTM)에서 공개된 사양 E119에 기재된 방법을 포함한다. 이러한 시험은 목재 또는 철재 스터드들로 형성되는 벽 골조 각 측에 단일-층으로 패널을 적용한 석고패널을 이용한 시험 조립체를 제작하는 것을 포함한다. 시험에 따라, 조립체에는 하중이 인가될 수도 그렇지 않을 수도 있다. 예를들면 UL U305, U419 및 U423에 따라 제작돈 조립체와 같은 조립체 일측은, ASTM E119 방법에서 요구하는 것과 같은 가열 곡선에 따라 일정시간동안 온도 상승에 노출된다.
시험과정에서 조립체의 가열측 인근 온도 및 미-가열측면 온도를 감시하여 노출된 석고패널의 온도 및 조립체를 통해 미노출된 패널로 전달된 열을 평가한다. 패널의 하나 이상의 구조체 훼손이 있거나, 및/또는 조립체의 미-노출된 측의 온도가 예정 한계값을 초과하면 시험이 종료된다. 전형적으로, 이들 한계값 온도는 이러한 센서 중 하나의 최고 온도 및/또는 조립체 미가열 측의 센서 평균 온도에 기초한다.
예컨대 UL U305, U419 및 U423, 및 ASTM E119에 개시된 시험 방법은 조립체를 통한 조립체의 전반적 열전달 저항성에 관한 것이다. 또한 본 시험은, 일 양태에서, 조립체가 고온 가열될 때 조립체에 사용되는 석고패널의 x-y 방향 (폭 및 길이)에서의 수축 저항 측정값을 제공한다. 또한 이러한 시험은 조립체 내부로 고온 통로가 형성되면서 벽 조립체의 패널들 사이 개방 틈새 또는 공간을 만들수 있는 패널의 구조적 완전성 손실에 대한 저항 측정값을 제공한다. 기타 양태에서, 본 시험은 패널 및 조립체를 통한 석고패널의 열전달 저항성능 측정값을 제공한다. 이러한 시험은 건물 주거자 및 소방요원/화재제어시스템이 화재상황을 제어 또는 탈출할 수 있는 기회를 부여하기 위한 특정 시스템 성능을 고려한 것이다.
과거에, 내화 석고패널의 내화성 개선을 위한 다양한 방법이 적용되었다. 예를들면, 패널에서 밀도가 덜 한 석고패널보다 더 많은 석고를 사용하고 따라서 속고 (황산칼슘 이수화물) 내에 화학적으로 결합된 물 함량을 증가시켜 히트 싱크로서의 성능을 높이고, 패널 수축을 줄이고, 패널의 구조적 안정성 및 강도를 높이기 위하여 더 두껍고, 더 농밀한 패널 코어를 사용하였다. 대안으로, 유리섬유 및 기타 섬유를 포함한 다양한 성분들이 석고 코어에 첨가되어 코어 인장 강도 증가 및 코어 매트릭스를 통한 수축 응력 분산에 의해 석고패널 내화성을 높였다. 유사하게, 과거에는 석고패널 코어의 내화성 (및 고온 수축 저항성)을 높이기 위하여 소정 점토, 예컨대 크기가 약 1 마이크로미터 미만의 점토, 및 콜로이드 실리카 또는 알루미나 첨가제, 예컨대 크기가 약 1 마이크로미터 미만의 첨가제가 사용되었다. 그러나, 코어에서 석고 함량을 낮추어 석고패널 코어의 중량 및/또는 밀도를 감소시키는 것은 패널의 구조적 온전성 및 화재 및 고열 저항성에 역효과를 줄 것이라고 인식되었다.
다른 방법은 비팽창 질석 (질석원광이라고도 칭함) 및 광물 또는 유리섬유를 석고패널의 코어에 첨가하는 것이었다. 이러한 방법으로, 가열될 때 질석은 팽창되어 코어 석고 성분의 수축을 보상한다. 광물/유리섬유는 상당한 석고결정질과 함께 결합되는 것으로 보인다.
이러한 방법은 미국특허번호 2,526,066 및 2,744,022에 기재되고, 여기에서는 고온 조건에서 석고패널 수축 방지에 충분한 비율로 분쇄된 미박리 질석 및 광물 및 유리섬유를 사용하는 것을 논의한다. 그러나, 양 참고문헌은 히트 싱크로서 작용하기 위한 충분한 석고를 제공하는 고밀도 코어에 의존한다. 이들은 평방피트당 2 내지 2.3 파운드 (천평방피트당 2,000 내지 2,300 파운드 (“lb/msf”))의 중량 및 입방피트당 약 50 파운드 (“pcf”) 또는 이상의 판밀도를 가지는1/2 인치 두께의 석고패널 제조를 개시한다.
’066 특허는 이러한 패널 (2 퍼센트 광물섬유 및 7.5% 의 마이너스 28 메시 질석)에서 절단된 단면은1400 ℉ (760 ℃)에서 30 분 가열될 때 19.1%까지 두께 팽창을 보인다고 보고하지만 이들 샘플의 x-y 방향 수축에 대한 어떠한 정보를 제공하지 않는다. 또한 ’066 특허는 패널 조성물 및 질석 함량에 따라, 질석 팽창은 패널 팽윤 및/또는 패널에서 균열 및 구멍으로 인한 패널 손상 우려를 언급한다.
‘022 특허는, 이들 패널의 광물/유리섬유 함량을 줄여 '066 특허에 개시된 패널의 석고 함량 (및 따라서 밀도 및 중량)을 높이고 더욱 높은 석고-히트 싱크 성능을 제공하는 것에 관한 것이었다. 참고문헌들 예컨대 ‘022 특허는 또한 질석의 팽창 특성은, 구속되지 않지만, 코어 박리 (즉, 파편화, 벗겨짐 또는 층간박리) 및 상대적으로 짧은 시간의 고온에서 벽 조립체의 파손을 가능성을 확인하였다.
기타 실시예에서, 미국특허번호 3,454,456은 비팽창 질석을 내화 석고 벽판패널 코어에 도입하여 패널 수축을 억제하는 것을 기재한다. ‘456 특허 역시 원하는 히트 싱크 성능을 제공하기 위하여 상대적으로 높은 석고 함량 및 밀도에 의존한다. ‘456 특허는 마감 1/2 인치 석고패널에 대하여 최소 중량이 약 1925 lb/msf인 판중량, 판밀도가 약 46 pcf인 패널을 개시한다. 이것은 내화 용도로 현재 상업적으로 제공되는 더욱 두껍고 더욱 무거운 5/8 인치 두께의 석고패널 (약 2400 lb/msf)과 비슷한 밀도이다.
또한 `456 특허는 패널의 내화성을 높이기 위하여 석고패널 코어에서 질석을 사용하는 것은 상당한 한계가 있다는 것을 개시한다. 예를들면, `456 특허에서 코어 내부에서 질석이 팽창하면 박리 및 기타 파괴적 영향으로 코어는 붕괴될 수 있다는 것을 지적한다. 또한 ‘456 특허는 비팽창 질석 입자들이 코어 구조체를 약화시켜 코어는 취약, 연약해지고 잘 부서질 수 있다는 것을 개시한다. `456 특허는 석고패널에서 질석 사용으로 인한 이러한 유의한 본질적 한계를 “특별한” 비팽창 질석을 적용하여 해결하며, 이는 상대적으로 작은 입자크기분포를 가진다 (50 메시크기(대략 0.0117 인치 (0.297mm) 개구)보다 작은 비팽창 입자들이90% 이상, 50 메시크기보다 약간 큰 입자들이 10% 이하). 본 방법은 `456 특허의 칼럼 2, II. 52-72에서 설명된 패널에서 질석 팽창으로 인한 역효과를 방지하는 것이다.
또한’456 특허는 상기 입자 크기분포를 가지는 비팽창 질석은 “등급번호 5” 비팽창 질석로 상업적으로 알려진 제품에 해당한다고 설명한다. 등급번호 5 비팽창 질석은 종래 판 밀도 (예를들면, 약 45 pcf에서 약 55 pcf 이상)의 석고코어를 가지는 상업적 내화성/내화 패널에 최소한 1970년대 초반부터 사용되었다. 상기 이유로, 전형적인 등급번호 5 비팽창 질석보다 큰 크기의 입자들의 상당한 분포를 가지는 비팽창 질석은 고온 조건에서 석고 코어 내에서의 질석 팽창에 의한 상기 박리 및 기타 영향으로 잠재적으로 내화성 패널에 유해하다고 고려되었다.
기타 방법에서, 미국특허번호 3,616,173은 1/2 인치 두께의 내화성 석고패널에 관한 것이고 석고 코어는 더욱 가볍고 밀도는 낮은 것에 특징이 있다. `173 특허의 패널은 중량이 약 2,000 lb/msf 또는 이상이고 코어 밀도가 약 48 pcf를 초과하는 선행1/2 인치 패널과 차별된다. ‘173 특허의 1/2 인치 두께의 패널의 밀도는 약 35 pcf 이상, 바람직하게는 약 40 pcf 내지 약 50 pcf이다. ‘173 특허의 코어 밀도는는 상당한 함량의 작은 입자크기의 무기재료인 점토, 콜로이드 실리카, 또는 콜로이드 알루미나 및 고온에서 석고패널 수축 방지에 필요한 함량의 유리섬유를 석고 코어에 포함시켜 달성된다.
또한 ’173 특허는 개시된 작은 입자 크기의 무기 재료들의 필요 함량과 함께 선택적으로 비팽창 질석을 석고 코어 조성물에 첨가하는 것을 개시한다. 이러한 첨가제들을 사용하여도, 그러나,’173 특허의 각각의 패널 시험에서 상당한 수축을 보였다. 이러한 개시 패널의 코어 밀도가 약 43 pcf 이상이라는 사실에도 불구하고 이러한 수축이 발생하였다.
1/2 인치 두께의 석고패널에 대하여, ’173 특허의 개시 패널의 “수축 저항성” 은 약 60% 내지 약 85%이다. “’173 특허에서 사용된 수축 저항성”은 ’173 특허에서 기술된 바와 같이 일정시간 동안 소정온도로 코어가 가열된 후 잔류하는 코어편 (segment)의 x-y (폭-길이) 면적의 비율 또는 백분율이다. 예를들면, 칼럼. 12, 11. 41-49 참고.
다양한 수준을 이용하여 석고패널의 강도 및 구조적 온전성을 높이고 패널 중량을 줄이기 위한 기타 노력들이 있었다. 이러한 경량 석고판 예시로는, 미국특허번호 7,731,794 및 7,736,720 및 미국특허출원공개번호 2007/0048490 A1, 2008/0090068 A1, 및 2010/0139528 A1을 포함한다.
마지막으로, 내수성 첨가제 부재에서, 물에 담지하면, 응결석고는 중량의 50%까지 물을 흡수한다. 내화성 석고패널을 포함한 석고패널이, 물을 흡수하면, 팽창되고 변형되어 강도를 잃어 내화 특성이 열화된다. 경량 내화성 패널은 종래 더욱 무거운 내화성 패널보다 공기 및/또는 물 공극이 더 많다. 이러한 공극은 흡수 속도 및 정도를 증가시킬 것이고, 이러한 경량 내화성 패널은 종래 더 무거운 내화성 패널보다 더욱 물을 흡수할 것이라고 예측된다.
과거에 일반적으로 석고패널 내수성을 높이기 위한 여러 시도가 있었다. 왁스, 수지 및 아스팔트를 포함한 다양한 탄화수소들을, 석고패널 제조용 슬러리에 첨가하여 응결 패널에 내수성을 부여하였다. 실록산 역시 석고패널에 동시적 (in situ) 규소수지 형성에 의한 내수성 부여를 위하여 석고슬러리에 사용되었다. 그러나, 실록산은 경량 패널을 충분히 보호한다고 기대하지 않았다. 따라서 실록산에 의해 보통 부여되는 내수성을 향상시킴으로써 합리적 비용으로 내수성이 개선되는 낮은 중량 및 밀도 내화성 석고패널 제조방법이 요망된다.
일부 실시태양들에서, 본 발명은, 내화성이 요구되는 건축 분야에서 전형적으로 사용되는 더 무겁고 밀도가 큰 석고패널와 동등한 내화특성을 가지는, 경량 (reduced-weight), 저밀도 (reduced-ensity) 석고패널 및 이러한 패널 제조방법에 관한 것이다. 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 패널은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 코어 밀도가 입방피트당 약 40 파운드 (“pcf”) 미만인 응결 석고 코어를 포함한다. 5/8-인치 두께의 이러한 패널의 실시태양들에서, 중량은 대략 2100 lb/msf 미만이다.
일부 실시태양들에서, 예를들면 고팽창성 질석과 같은 고팽창성 미립자가 석고 코어에 상업적 타입 X 석고패널 및 기타 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 석고패널과 동등한 수축 저항성 측면에서의 내화성을 제공하기에 유효한 함량으로 첨가된다. 고팽창성 입자들은 제1 비팽창상 및 가열되면 제2 팽창상을 가진다. 이러한 패널은 x-y 방향 (폭-길이) 고온 수축 및 단열 특성 측면에서의 내화성 뿐 아니라, z-방향 (두께) 고온 두께 팽창 특성을 제공하고, 이러한 특성들은 등급번호 5 질석을 함유한 상업적 석고패널을 포함한 상업적 타입 X 석고패널 및 기타 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널보다 동등하거나 유의하게 크다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 패널은 예컨대 공업 표준 화재 시험에 의거하여 최소한 상업적 타입 X 석고패널 및 기타 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널과 동등한 조립체 화재 성능을 제공한다. 이러한 공업 표준 화재 시험은, 제한적이지 않지만, UL U305, U419 및 U423 전면적 화재 시험 및 이와 균등한 화재 시험의 절차 및 사양에 제시된 것들을 포함한다.
기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도 석고 패널, 및 이의 제조방법은, (약1560 o F (850 ℃)에서) 고온 수축은 x-y 방향에서 약 10% 미만 및 z-방향에서 팽창은 약 20% 이상을 제공한다. 일부 실시태양들에서, 고온수축에 대한 z-방향 고온두께 팽창 비율은 약 0.2 이상이다. 일부 실시태양들에서, 약 2 이상이고, 일부 실시태양들에서 약 3 이상이고, 기타 실시태양들에서 약 7 이상이고, 또 다른 실시태양들에서 약 17이상이고, 또 다른 기타 실시태양들에서 약 2 내지 약 17이다. 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도 석고 패널, 및 이의 제조방법은, 약 1800 ℉ (980 ℃) 이상에서 수축 저항성이 x-y 방향에서 약 85% 이상을 제공한다.
또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 내화성 석고패널, 및 이의 제조방법은, 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함한다. 석고 코어는 응결 석고의 결정질 매트릭스 및 약 1시간 동안 약 1560 ℉ (약 850 ℃)로 가열된 후 원래 부피의약 300% 또는 이상 팽창되는 고팽창성 입자들을 포함한다. 석고 코어의 밀도 (D)는 입방피트당 약 40 파운드 또는 이하이고 코어 경도는 최소한 약 11 파운드 (5 kg)이다. 석고 코어는 단열지수 (TI) 가 약 20 분 또는 이상이다.
기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도를 가지는 5/8 인치 두께의 석고패널로 제조되는 조립체는 UL U305, U419 및 U423 화재 시험방법에 의거한 시험에서 훨씬 더 무겁고 밀도가 큰 석고패널을 이용한 조립체와 동등한 (또는 양호한) 내화성을 제공한다. 본 발명에 따라 형성되는 패널의 내화성은 UL U305, U419 및 U423 화재 시험방법 (및 균등한 화재 시험 방법)에 의거하여 제작된 이러한 조립체의 미노출된 표면에서 단일센서 최고온도 또는 센서 평균 온도에 의해 반영된다. 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되고 UL U419에 따라 시험되는 패널 조립체는 약 60 분 경과시 단일센서 최고온도가 약 500 ℉ (260 ℃) 미만 및/또는 센서 평균 온도는 약 380 ℉ (195 ℃) 미만이다. 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되고 UL U419에 따라 시험되는 패널 조립체는 약 50 분 경과시 단일센서 최고온도가 약 260 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도는 약 250 ℉ 미만이다. 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되고 UL U419에 따라 시험되는 패널 조립체는 약 55 분 경과시 단일센서 최고온도가 약 410 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도는 약 320 ℉ 미만이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되고 이러한 시험으로 테스트되는 패널 조립체는 약 55 분 경과시 단일센서 최고온도가 약 300 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도는 약 280 ℉ 미만이다.
기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널 조립체는 UL U419 방법에 따른 시험에서 내화성을 보이고, 이는 60 분 경과시 단일센서 최고온도가 약 500 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도가 약 380 ℉ 미만으로 반영된다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체는 이러한 시험에서 약 60 분 경과시 단일센서 최고온도는 약 415 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도는 약 320 ℉ 미만이다. 소정의 이러한 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 코어는 밀도가 약 40 pcf 미만으로 하나 이상의 화재 시험방법 UL U305, U419 및 U423 및 이들중 임의의 하나와 균등한 기타 화재 시험방법에 의거한 60 분 내화 석고패널 요건을 충족시킨다.
또 다른 실시태양들에서, 본 발명에 의한 감소된 중량 및 밀도 패널의 조성물, 및 이의 제조방법은, 상기 내화특성을 가지고, 밀도가 약 40 pcf 미만이고 못 인발 저항성이 ASTM C 1396/C 1396/M-09 규격을 만족하는 석고패널을 제공한다. 더욱 상세하게는, 이러한 패널은, 명목상 5/8-인치 두께를 가질 때, 못-인발 저항력은 최소한 87 lb이다. 또한, 기타 실시태양들에서, 이러한 패널은 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 패널과 실질적으로 동일한 음향투과특성을 제공한다. 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 5/8 인치 두께의 패널의 음향투과 등급율은 ASTM E90-99의 시험 및 절차에 따라 철재 스터드의 조립체에 장착될 때 최소한 약 35이다.
또 다른 기타 실시태양들에서, 명목상 5/8-인치 내화 패널의 응결 석고 코어 조성물은 석고-함유 슬러리를 이용하여 제공되며, 이는 최소한 물, 스투코, 및 고팽창성 질석을 포함한다. 이러한 일 실시태양에서, 응결 석고 코어의 밀도는 약 30 pcf 내지 약 40 pcf이고, 코어에는 스투코가 약 1162 lbs/msf 내지 약 1565 lbs/msf, 고팽창성 질석이 스투코의 약 5% 내지 약 10중량%, 및 광물 또는 유리섬유가 스투코의 약 0.3% 내지 약 0.9중량% 포함된다. (달리 명시되지 않는 한, 석고 코어 성분들의 백분율은 코어 슬러리 제조에 사용되는 스투코 중량 기준의 중량으로 표시된다). 기타 실시태양에서, 응결 석고 코어의 밀도는 약 30 pcf 내지 약 40 pcf이고, 코어에는 스투코가 약 1162 lbs/msf 내지 약 1565 lbs/msf, 고팽창성 질석이 스투코의 약 5% 내지 약 10중량%, 전분이 스투코의 약 0.3% 내지 약 3중량%, 광물 또는 유리섬유가 스투코의 약 0.3% 내지 약 0.9중량%, 및 인산염이 스투코의 약 0.03% 내지 약 0.4중량% 포함된다.
기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 5/8 인치 두께의 패널의 석고 코어의 밀도는 입방피트당 약 32 내지 약 38 파운드이고, 석고 코어 중량은 약 1500 내지 약 1700 lb/msf이다. 일부 실시태양들에서, 석고 코어는 약 5.5% 내지 약 8% 고팽창성 질석, 약 0.4% 내지 약 0.7% 광물 또는 유리섬유, 및 약 0.07% 내지 약 0.25% 인산염을 포함한다. 기타 실시태양들에서, 석고 코어는 약 5.5% 내지 약 8% 고팽창성 질석, 약 0.5% 내지 약 2.5% 전분, 약 0.4% 내지 약 0.7% 광물 또는 유리섬유, 및 약 0.07% 내지 약 0.25% 인산염을 포함한다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 석고 코어 각각의 성분, 예컨대 전분, 섬유 및 인산염 함량은, 원하는 패널 특성을 제공하기 위하여, 피복시트 조성 및 중량, 기타 패널 코어 첨가제, 및 석고 스투코 품질에 따라 더욱 조정될 수 있다.
본원에 기재된 각각의 석고 코어 구성성분은 상이한 두께의 패널에 대하여 적절하게 변경되고, 이는 당업자에 의해 잘 이해되는 것이다. 예를들면, 1/2 인치 패널은 석고 lb/msf 값은 상기 값의 약 80%이고, 3/4 인치 패널의 lb/msf 값은 상기 값은 약 120% 이다. 일부 실시태양들에서, 이러한 비율은 상이한 두께 패널에 대한 물성 사양에 따라 가변될 수 있다. 본 발명의 원리가 구현된 패널 및 코어 조성물에 대한 기타 양태들 및 변경들이 하기된다.
또한 기타 종래 첨가제들이 본원의 코어 슬러리 및 석고 코어 조성물에서 통상적인 함량으로 사용되어, 원하는 특성을 코어에 부여하고 제조 공정을 용이하게 한다. 이러한 첨가제들의 예시로는 응결촉진제, 응결지연제, 탈수 억제제, 결합제, 접착제, 분산조제, 평활 또는 비평활제 (leveling or non-leveling agent), 증점제, 살균제, 방부제, pH 조절제, 착색제, 발수제, 충전제, 수성거품 및 이들 혼합물이다.
본 발명에 따라 형성되는 패널 및 제조방법에서, 더욱 하기되는 방법으로 수성 거품이 코어 슬러리에 원하는 석고 코어 밀도를 제공하기에 유효한 함량으로 첨가된다. 일부 실시태양들에서 거품 성분을 코어 슬러리에 첨가하면 코어의 질석 성분 존재에서 하나 이상의 패널 및/또는 코어 강도 특성에 기여하는 공극 및 공극 크기 분포가 생긴다. 유사하게, (코어의 다른 부분보다 높은 밀도를 가질 수 있는) 석고 및 기타 첨가제를 포함한 추가 슬러리 층들, 스트립들 또는 리본들이 제1 또는 제2 피복시트에 적용되어 마감 패널에 특정 특성, 예컨대 더욱 경화된 모서리를 제공할 수 있다.
또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 내화성 석고패널, 및 이의 제조방법은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함한다. 응결 석고 코어의 밀도 (D)는 입방피트당 약 40 파운드 (약 640 kg/m3) 또는 이하이고 응결 석고의 결정질 매트릭스 및 고팽창성 입자들을 포함한다. 고팽창성 입자들은 약 1560 ℉ (약 850 ℃)에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 팽창된다.
기타 실시태양들에서, 본 발명은 내화성 석고패널 제조방법을 기술한다. 고팽창성 입자들이 분산된 석고슬러리가 제조된다. 석고 슬러리는 제1 피복시트 및 제2 피복시트 사이에 배치되어 조립체를 형성한다. 조립체는 예정 치수의 패널로 절단된다. 패널이 건조된다. 응결 석고 코어의 밀도 (D)는 입방피트당 약 40 파운드 (약 640 kg/m3) 또는 이하이고 응결 석고의 결정질 매트릭스 및 고팽창성 입자들로 구성된다. 고팽창성 입자들은 약 1560 ℉ (약 850 ℃)에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 팽창된다.
기타 실시태양들에서, 본 발명은 내화 석고패널 제조방법을 개시하고, 이때 응결 석고 코어 성분은 소성 석고-함유 수성 슬러리에서 형성된다. 본 실시태양들에서, 슬러리는 상기 함량들로 고팽창성 질석, 전분, 분산제, 인산염, 광물/유리섬유들, 거품, 및 기타 첨가제, 물/스투코 중량 비율이 약 0.6 내지 약 1.2, 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.0, 더욱 바람직하게는 약 0.9인 스투코 및 물을 포함한다. 코어 슬러리는 연속 리본으로 제1 피복시트의 연속 웨브에 균일하게 적층된다. 이후 제2 피복시트의 연속 웨브가 제1 피복시트상에 적층된 슬러리에 올려져 원하는 대략의두께의 대체로 연속된 석고패널을 형성한다. 대체로 연속된 석고패널은 소성 석고-함유 슬러리가 절단되기에 충분히 경화된 후 (소성 석고가 수화되어 연속된 응결 석고 매트릭스 형성) 원하는 길이의 개별 패널로 절단되고, 형성된 석고패널은 건조된다.
이해되듯이, 본원에 개시된 석고패널 관련 원리는 기타 상이한 실시태양들에서 구현될 수 있고 다양한 양태로 변경될 수 있다. 본 발명의 추가적이고 대안적인 양태들 및 특징부들은 하기 상세한 설명 및 도면들에서 이해될 것이다. 다라사 상기 포괄적 요약 및 하기 상세한 설명 모두는 예시적이고 설명적 목적으로만 개시되는 것이고 첨부된 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
달리 명시되지 않는 한 나열되고 더욱 하기되는 도면들은 본원에 개시된 발명을 예시한 것이고 제한하는 것은 아니다
도 1은 명목상 5/8 인치 두께의, 약 1880 lb/msf인 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔2차원 영상이다.
도 2는 도 1에 도시된 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔3차원 영상이다.
도 3은 도 1에 도시된 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔3차원 부피 렌더링 영상이다.
도 4는 명목상 5/8 인치 두께의, 약 1860 lb/msf인 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔2차원 영상이다.
도 5는 도 4에 도시된 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔3차원 영상이다.
도 6은 도 4에 도시된 시편의 코어 단면에 대한 마이크로 CT-X-선 스캔3차원 부피 렌더링 영상이다.
도 7은 UL U305, UL U419, UL U423, 및/또는 균등한 화재 시험에 따라 제작되고 본 발명에 따라 형성되는 석고패널을 포함하고, 석고패널은 부분만 도시되고 조이트 테이프 및 컴파운드는 생략된, 대표적인 조립체의 사시도이다.
도 8은 UL U305, UL U419, UL U423, 및/또는 균등한 화재 시험에 의거한 다수의 온도 센서를 포함하는 미노출된 표면에서의 도 7 조립체 입면도이다.
도 9는 본원에 기재된 샘플 실험 1 내지 17 및 22의 패널로 제작되고 UL U419 (하기됨) 조건에 따라 화재 시험되는 각각의 조립체 미노출된 표면에서 0분에서 시험 종료까지의 단일 센서 최고 온도 도표, 및 시험의 로 온도로 적용되는 ASTM E119 온도 곡선 도표이다.
도 10은 도 9의 UL U419 화재 시험에서 각각의 조립체 미노출된 표면에서 0분에서 시험 종료까지의 센서 평균 온도 도표, 및 이러한 시험에서 로 온도로 적용되는 ASTM E119 온도 곡선 도표이다.
도 11 는 도 9의 UL U419 화재 시험에서 샘플 실험 1 내지 17 및 21의 패널을 이용한 조립체의 40분에서 65분 경과시의 단일센서 최고온도 도표이다.
도 12는 도 10의 UL U419 화재 시험에서 샘플 실험 1 내지 17 및 21의 패널을 이용한 조립체의 40분에서 65분 경과시의 센서평균온도 도표이다.
도 13은 샘플 실험 5, 14, 및 21의 패널을 이용한 조립체의 도 11에서의 데이터 도표이다.
도 14는샘플 실험 5, 14, 및 21의 패널을 이용한 조립체의 도 12에서의 데이터 도표이다.
도 15는 샘플 실험 18 및 22의 패널로 제작되고 UL U423 (하기됨) 조건에 따라 화재 시험되는 각각의 조립체 미노출된 표면에서 40분에서 65분 경과시 단일 센서 최고온도 확대도이다.
도 16은 샘플 실험 18 및 22의 패널로 제작되고 도 15의 UL U423화재 시험되는 각각의 조립체 미노출된 표면에서 40분에서 65분 경과시 센서 평균온도 확대도이다.
도 17은 샘플 실험 19 및 20의 패널로 제작되고 UL U305 (하기됨) 조건에 따라 화재 시험되는 각각의 조립체 미노출된 표면에서 40분에서 65분 경과시 단일 센서 최고온도 확대도이다.
도 18은 샘플 실험 19 및 20의 패널로 제작되고 도 17의 UL U305화재 시험되는 각각의 조립체 미노출된 표면에서 40분에서 65분 경과시 센서 평균온도 확대도이다.
도 19는 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 예시적 조성물 표 (표 I)이다.
도 20은 등급번호 5 질석의 온도에 따른 중량손실 및 밀도변화 표 (표 II)이다.
도 21은 고팽창성 질석의 온도에 따른 중량손실 및 밀도변화 표 (표 III).
도 22는 시편 1-4의 기공 분포 통계 정보 표 (표 IV)이다.
도 23은 시편 1-4의 벽 두께 분포 통계 정보 표 (표 V)이다.
도 24은 수축 저항성 시험 결과 표 (표 VI)이다.
도 25a-b는 실시예 4에서 참조되는 샘플 패널 조성물의 주요 성분 표 (표 VII) (달리 언급되지 않는 한, 각 실험의 평균값)이다.
도 26a-b는 표 VII 및 실시예 4B에서 참조되는 샘플 실험 시편의 고온 수축 및 고온 두께 팽창 시험 표 (표 VIII)이다.
도 27은 본 발명에 따라 형성되는 패널을 이용한 조립체에서50, 55, 및 60 분에서 바람직한 내화성에 대한 예측 최소 단열지수 표 (표 IX)이다.
도 28a-b는 표 VII 및 실시예 4D에서 참조되는 샘플 실험 시편의 고온 단열 시험 표 (표 X)이다.
도 29a-c 는 표 VII 및 실시예 4E에서 참조되는 샘플 실험 시편 화재시험의 데이터 표 (표 XI)이다.
도 30은 표 VII 및 실시예 5에서 참조되는 샘플 실험 시편의 못 인발 저항성 시험의 데이터 표 (표 XII)이다.
도 31은 샘플 실험 17, 18, 및 19의 시편 굽힘강도 시험의 데이터 표 (표 XIII)이다.
도 32a-c는 샘플 실험 17, 18, 및 19의 시편 코어, 단부, 및 모서리 경도 시험의 데이터 표 (표 XIV)이다.
도 33은 본 발명에 따라 형성되는 예시적 석고패널 및 타입 X 상업적 내화 석고패널의 음향투과손실 시험 데이터 표 (표 XV)이다.
도 34a-b는 실록산/전분 처리 패널 실험실 평가 표 (표 XVI)이다.
도 35는 실시예 10에서 참조되는 실험실 샘플의 시편 고온 수축 및 고온 두께 팽창 시험 표 (표 XVII)이다.
도 36은 실시예 10에서 참조되는 실험실 샘플의 시편 고온 단열지수 시험 표 (표 XVII)이다.
도 37은 질석 함량 변경에 따른 실험실 샘플 조성물 표 (표 XIX)이다.
도 38a-c는 알루미늄 삼수화물 (ATH) 함량이 변경되는 실시예 11 A, 샘플 1-9의 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 열 팽창 시험의 표 (표 XXa-c)이다.
도 39는 스투코 중량의 중량백분율로 ATH 함량 대 실시예 11A, 샘플 3-9에 대한 도 38a 표 XXb의 시험 데이터에서 취한 고온 단열지수의 도표이다.
도 40a-c는 ATH 함량이 변경되는 실시예 11B, 샘플 10-17의 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 열 팽창 시험 표 (표 XXIa-c)이다.
도 41a-b는 ATH를 가지는 실시예 11C, 샘플 18-20의 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 열 팽창 시험 표 (표 XXIIa 및 XXIIb)이다.
이하 실시태양들은 청구범위를 본원에 기재된 특정 조성물, 조립체, 방법 및 작동에 전적으로 귀속시키거나 제한할 의도가 아니다. 오히려, 기술된 양태들 및 실시태양들은 당업자가 본 발명의 교시를 최적으로 따를 수 있도록 본 발명의 원리 및 적용, 작동 및 용도를 설명하기 위하여 채택된 것이다.
본 발명은 스투코, 비팽창 상태의 고팽창성 미립자, 예컨대 고팽창성 질석, 및 도 19의 표 I에 예시적으로 언급되는 기타 성분들의 조합물을 이용한 실시태양들을 제공한다. 이러한 조성물은 감소된 중량 및 밀도의 내화 석고패널를 제공하며, 이러한 감소된 중량 및 밀도의 석고패널에 대하여 가능할 것이라고 생각치 않았던 바람직한 내화특성을 제공한다. 또한 본 발명에 따라 형성되는 패널은 다양한 건축용도에 적당한 못-인발 저항력 및 음향투과성을 가지고, 일부 실시태양들에서, 이러한 특성은 상당히 더 무겁고 밀도가 큰 상업적 내화 패널과 동등하다. 본 발명에 따라 형성되는 패널의 특이한 조성물 및 이의 제조장법으로 이러한 높은 성능의, 감소된 중량 및 밀도를 가지는, 내화성 석고패널이 생성되고 약 1560℉ (850 ℃)으로 가열될 때 이는 고온 수축율이 x-y 방향 (폭-길이)에서 약 10% 미만이고 z-방향 (두께)에서의 고온 두께 팽창율이 약 20% 이상이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 벽 또는 기타 조립체에서 사용될 대, 이러한 조립체의 화재 시험 성능은 더 무겁고 밀도가 큰 상업적 내화 패널로 제작된 조립체와 비슷하다.
또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 내화 석고패널, 및 이의 제조방법은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함한다. 석고 코어는 응결 석고의 결정질 매트릭스 및 약 1560 ℉ (약 850 ℃)에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 팽창되는 고팽창성 입자들을 포함한다. 석고 코어의 밀도 (D)는 입방피트당 약 40 파운드 또는 이하이고 코어 경도는 최소한 약 11 파운드 (5 kg)이다. 석고 코어는 약 20 분 또는 이상의 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적이다. 석고 코어는 약 0.6 분/입방피트당 파운드 (.038 분/(kg/m3)) 또는 이상의 TI/D 비율을 가지는 패널을 제공하기에 효과적이다.
일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 내화성 석고패널, 및 이의 제조방법은, 평균 수축 저항성이 약 85% 또는 이상인 패널을 제공한다. 기타 실시태양들에서, 1시간 동안 약 1800 ℉ (980 ℃)에서 가열될 때 패널의 평균 수축 저항성은 약 75% 또는 이상이다.
일부 실시태양들에서, 본 발명은 석고 코어 밀도가 약 40 pcf 미만인5/8 인치 두께의 석고패널을 제공한다. 기타 바람직한 실시태양들에서, 패널 석고 코어 밀도는 약 약 30 pcf 내지 약 40 pcf; 약 32 pcf 내지 약 38 pcf; 또는 약 35 내지 약 37 pcf이다. 이러한 본 발명에 따라 형성되는 패널은 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 석고패널, 예컨대 전형적으로 코어 밀도가 최소한 약 42 pcf (및 중량이 최소한 약 2200 lb/msf인 5/8 인치 두께의 패널), 예컨대 SHEETROCK® 상표 화재 CODE® 타입 X 패널인 현재의 상업적 5/8” 타입 X (내화등급) 내화성 석고패널과 동등한 내화특성을 제공한다.
기타 실시태양들에서, 내화성 석고패널 제조방법이 제공되며 하기 성분들을 가지는 소성 석고 함유 수성 슬러리 제조 단계를 포함하고, 여기에서 소성 석고 (스투코라고도 칭함) 및 물은 바람직한 물/스투코 중량 비율이 일 양태에서 약 0.6 내지 약 1.2, 다른 양태에서약 0.8 내지 약 1.0, 및 또 다른 양태에서 약 0.9에서 수성 슬러리를 형성하도록 적용된다. 슬러리는 종이, 부직 유리섬유, 또는 기타 섬유성 재료들 또는 섬유성 재료들의 조합인 연속 피복시트 웨브상에 연속 리본으로서 적층된다. 이후 이러한 제2 연속 피복시트 웨브가 적층된 슬러리 리본상에 배치되어 원하는 두께 및 폭을 가지는 연속 석고패널을 형성한다. 연속 석고패널은 소성 석고-함유 슬러리가 절단되기에 충분히 경화된 후 (소성 석고 수화로 연속 응결 석고 매트릭스 형성) 원하는 길이로 절단되고, 형성된 석고패널은 건조된다. 건조된 패널은, 또한, 추가로 절단, 형상화 및 다듬 단계를 거칠 수 있다.
기타 실시태양들에서, 더 높은 밀도의 석고층이 제1 피복시트에 또는 주위에 및/또는 피복시트 주변 모서리를 따라 형성될 수 있다. 더 높은 밀도 층은 전형적으로 판 (board) 표면에 유리한 특성, 예컨대 경도 강화, 못 인발 강도 개선 기타 등을 제공한다. 피복시트 주변 모서리를 따라 더 높은 밀도층이 존재하면 전형적으로 모서리 경도 개선 및 기타 유리한 특성을 제공한다. 또 다른 기타 양태들에서, 더 높은 밀도층은 하나 또는 양 피복시트, 또는 코어/피복시트 구성의 동등 부분에 적용될 수 있다.
전형적으로, 더 높은 밀도 층들은 종래 기술에 의해 예컨대 제1 피복시트 상 또는 코어 슬러리층 상의 제2 피복시트에 코어층 상류에서 또는 인접하게 하나 또는 양 피복층들에 피복한다. 유사하게, 주변 더 높은 밀도층은 (코어 슬러리와 다른 밀도를 가지는) 석고 슬러리의 스트립 또는 좁은 리본으로 제1 시트 상의 코어 슬러리 적층 상류에 또는 근위에서 제1 피복시트 주변 모서리에 인가된다. 일부 이러한 실시태양들에서, 더 높은 밀도 층들은 판 중량의 약3% 내지 약 4%로 구성된다
따라서, 일부 실시태양들에서, 감소된 중량 및 밀도, 내화성을 가지는 석고패널을 제공하며, 이는 벽판, 천장판 또는 기타 건축 분야 (예컨대 외장덮개, 지붕 재료, 기타 등) 사용에 적합하다. 소정의 이러한 실시태양들에서, 석고패널은 건축 분야 사용에 적당한 명목상 두께, 예컨대 약 5/8 인치, 약 1/2 인치 및/또는 약 1/4 인치를 가지며, 이들은 많은 내장 및 외장 건축 분야에서 사용되는전형적인 두께이다. 또한 피복시트는 내수성 또는 내남용성 (abuse resistant) 피복물, 일부에서는, 석고, 시멘트 재료들, 아크릴 재료들 또는 특정 건축 용도에 적합한 기타 피복물로 도포된다. 또한 패널은 표준, 비-표준, 또는 통상 적용되는 다양한 치수로 형성된다. 이러한 패널의 예시로는건축 분야에서 전용적으로 사용되는 명목상 길이가 8 피트, 10 및 12 피트인 명목상 4 피트 폭의 패널이다.
감소된 중량, 내화성 패널의 코어 밀도는 유사 치수를 가지는 종래 패널과 비교하여 전체 패널 중량에 상당히 기여한다. 따라서, 상기 코어 밀도를 가지는 실시태양들에서, 전형적인 종이 피복시트를 가지는 패널 밀도는 약 30 pcf 내지 약 39.5 pcf; 약 32.7 pcf 내지 약 38.5 pcf; 및 약 35.6 pcf 내지 약 37.5 pcf이다. 이러한 패널 밀도를 가지는 5/8 인치 두께의, 4 피트 X 8 피트 패널의 경우, 패널 중량은 각각 약 1600 lb/msf 내지 약 2055 lb/msf, 약 1700 lb/msf 내지 약 2000 lb/msf, 및 1850 lb/msf 내지 약 1950 lb/msf일 수 있다. 기타 패널 두께 및 치수의 경우, 패널 중량은 비례적으로 변한다. 예를들면, 비슷한 밀도를 가지지만 명목상 1/2 인치 두께인 패널의 경우, 패널 중량은 상기 5/8 인치 두께의 패널 중량의 약 80%일 수 있다. 유사하게, 동등한 밀도 및 치수이지만 명목상 3/4 인치 두께의 패널 경우, 패널 중량은 상기 5/8 인치 두께의 패널의 약 120%일 수 있다.
응결 석고 코어의 밀도가 약 30 pcf 내지 약 40 pcf인 실시태양들에서, 5/8 인치 두께의 패널의 코어는 다음 성분들을 함유한 슬러리 조성물에서 형성된다: 스투코는 약 1162 lbs/msf 내지 약 1565 lbs/msf; 고팽창성 질석은 스투코의 약 5% 내지 약 10중량%, 전분은 스투코의 약 0.3% 내지 약 3중량%; 광물 또는 유리섬유는 스투코의 약 0.3% 내지 약 0.5중량%, 및 인산염은 스투코의 약 0.03% 내지 약 0.4중량%. 하기와 같이, 기타 종래 첨가제가 본 발명에 통상의 함량으로 적용되어 바람직한 특성을 부여하고, 제조공정을 원할하게 하며 원하는 코어 밀도를 획득할 수 있다. 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 5/8 인치 두께 패널의 석고 코어의 밀도는 입방피트당 약 32 내지 약 38 파운드이고 석고 코어 중량은 약 1500 내지 약 1700 lb/msf이다. 일부 이러한 실시태양들에서, 또한 석고 코어는 약 5.5% 내지 약 8% 고팽창성 질석; 약 0.5% 내지 약 2.5% 전분; 약 0.4%, 내지 약 0.7% 광물 또는 유리섬유; 및 약 0.07% 내지 약 0.25% 인산염을 포함한다. 상기와 같이, 석고 코어 각각의 성분, 예컨대 전분, 섬유, 및 인산염은, 피복시트 조성 및 중량, 기타 패널 코어 첨가제 특성 및 함량, 및 석고 스투코 품질에 따라 원하는 패널 특성을 제공하도록 더욱 조정될 수 있다.
도 19의 표 I에서 언급된 예시적 실시태양들에서, 스투코, 고팽창성 질석 형태의 고팽창성 미립자, 및 기타 공지된 성분들의 조합물은 바람직한 내화성을 가지는 감소된 중량의 석고패널을 제공하며, 또한 바람직한 못-인발 저항력 및 음향투과 특성을 만족시키는 패널을 제공한다. 이러한 성분들 (및 본 발명의 범위에 속하는 기타들) 조합으로 이러한 고성능의, 감소된 중량의, 내화 석고패널을 생성할 수 있으며 x-y 면적 수축 저항성 및 z-방향 팽창 특성은 양호하지는 않더라도, 훨씬 더 무겁고 밀도가 큰 석고패널과 동등하다. 도 19 표 I에 제시된 것과 같은 실시태양들에서, 하기 패널의 고온 수축율은 전형적으로 x-y 방향 (폭-길이)에서 약 10% 미만이고 패널 두께의 z-방향 (두께) 고온 두께 팽창율은 전형적으로 약 20%이상이다. 일부 실시태양들에서, 역시 실시예 4B에서 논의된 바와 같이 약 1570 ℉ (855 ℃)에서 x-y 고온 수축율에 대한 z-방향 고온 두께 팽창율의 비율은 최소한 약 2 내지 약 17 이상이다.
기타 열 저항 측정이 하기 실시예 3에서 논의된다. 본 시험에서, 약 1800 ℉ (980 ℃) 이상에서 수축 저항성이 평가되었다. 본 발명에 따라 형성되는 패널, 예컨대 도 19에서 표 I에 제시된 것을 이용하여, 감소된 중량 및 밀도의 석고패널은 수축 저항성이 x-y 방향에서 약 85% 이상이라는 것을 보였다. 표 I에 lb/msf로 표기된 값들은 명목상 5/8 인치 두께의 패널에 관한 것이다.
기타 종래 첨가제들이 본 발명 원리를 구현함에 있어서 통상적인 함량으로 사용되어, 원하는 특성을 부여하고 제조 과정을 용이하게 한다. 이러한 첨가제 예시로는 수성 거품, 응결촉진제, 응결지연제, 탈수 억제제, 결합제, 접착제, 분산조제, 평활제 또는 비-평활제, 증점제, 살균제, 방부제, pH 조절제, 착색제, 발수제, 충전제 및 이들 혼합물이다 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널은 석고 코어내에 무기재료 예컨대 점토, 콜로이드 실리카, 또는 콜로이드 알루미나를 포함한다. 대부분의 이러한 실시태양들에서, 이러한 무기 재료들은 고온 조건에서 석고패널의 수축 저항성에 실질적으로 영향을 줄 수 있는 함량이 아니다.
도 19의 표 I에 개시된 하나 이상의 조성물을 이용하는 일부 실시태양들에서, 패널 및 이를 제조하는 방법이 제공되며, 감소된 중량 및 밀도의, 5/8 인치 두께를 가지는 석고패널을 구성하고, 이는 UL U305, U419, U423, 및/또는 균등한 화재 시험 절차 및 규격의화재 차단 및 구조적 완전성 요건에 따른 “1시간” 내화성을 충족하거나 초과한다. 표 I 조성물을 이용하는 또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명은 감소된 중량 및 밀도를 가지는 1/2 인치 두께의 석고패널 및, 이의 제조방법을 제공하며, 이들은 화재 차단 및 구조적 완전성 절차 및 규격 U419에 따른최소한 3/4 시간 내화성을 만족시킬 수 있다. 본원에 기재된 원리와 일치되는 기타 조성물을 이용하여 유사한 결과들을 달성할 수 있다.
감소된 중량, 내화성, 및 상기 강도 및 구조적 특성의 조합은 상기 성분들의 다양한 조합으로 인한 예상치 못한 결과에 의한 것이라고 판단된다. 본 발명 원리를 따르는 소성 석고 슬러리 조성물에서 유용한 성분들을 더욱 상세히 설명한다.
스투코 - 석고패널 코어의 결정질 매트릭스 형성에 사용되는 스투코 (또는 소성 석고) 성분은 전형적으로 천연 또는 합성 공급원의 베타 황산칼슘 반수화물, 수용성 황산칼슘 무수화물, 알파 황산칼슘 반수화물, 또는 이들의 임의 또는 모든 혼합물로 구성된다. 일부 실시태양들에서, 스투코는 비-석고 광물, 예컨대 소량의 점토또는 석고 공급원에 결합되거나 소성, 공정 및/또는 혼합기로 수투코를 이송하는 과정에서 첨가되는 기타 성분들을 포함한다.
예시로써, 도 19의 표 I에 참조된 스투코 함량은 석고 공급원이 최소한 약 95% 순도라고 가정한 것이다. 따라서, 코어 슬러리 형성용 예컨대 상기 표 I에 언급된 바와 같은 성분들, 및 이들의 상대 함량은, 스투코 공급원, 순도 및 함량에 따라 변경되거나 변동될 수 있다. 예를들면, 석고 코어 슬러리 조성물 및 사용 고팽창성 질석 함량은 석고 순도, 천연 또는 합성 석고 공급원, 스투코 물 함량, 스투코 점토 함량, 기타 등에 따라 달라지는 상이한 스투코 조성물에 있어서 다를 수 있다.
고팽창성미립자 - 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 석고패널은, 종래 내화 석고패널에서 전형적인 석고 반수을 증가시키거나 종래, 상대적으로 저팽창성 질석, 예컨대 “등급번호 5” 비팽창 질석 (전형적인 입자 크기는 약 0.0157 인치 (0.40 mm) 미만)로 언급되는 것에 주로 의존하지 않고도, 화재 및 관련된 극한의 열 조건에 대한 저항성 관점에서 특이하고도 예상치 못한 결과를 달성한다. 상기와 같이, 본 발명에 따라 형성되는 패널은 등급번호 5 질석 (미국등급체계) 및 상업적 내화 석고패널에서 사용되고 있는 기타 낮은 팽창성 질석보다 큰 팽창부피를 가지는 질석 형태의 고팽창성 미립자를 이용한다.
본원에서 “고팽창성 질석”이라고 언급되는 질석은 약 1560 ℉ (약 850 ℃)에서1시간 가열하면 원래 부피의 약 300% 또는 이상의 부피 팽창이 있는 것이다. 반대로, 등급번호 5 비팽창 질석은 전형적으로 약 1560 ℉ (약 850 ℃)에서 약 225%의 부피 팽창을 가진다. 고팽창성 질석과 동등한 특성의 기타 미립자 역시 본 발명에 따라 형성되는 패널 실시태양들에 적용될 수 있다. 일부 실시태양들에서, 약 1560 ℉ (약 850 ℃)의 챔버에1시간 방치하면 원래 부피의 약 300% 내지 약 380% 부피 팽창되는 고팽창성 질석이 사용된다.
이러한 고팽창성 질석의 하나는 때로 등급번호 4 비팽창 질석 (미국 등급체계)이라고 칭한다 (이러한 고팽창성 질석은 상기된 미국특허번호 3,454,456에서 내화 석고 벽판의 유용한 성분으로써 제외되었다). 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 패널에 적용되는 고팽창성 질석 입자들의 최소한 약 50% 는 약 50 메시보다 크다 (즉 약 0.0117 인치 (0.297 mm) 개구보다 크다). 기타 실시태양들에서, 입자들의 최소한 약 70%는 약 70 메시보다 크다 ( 즉 약 0.0083 인치 (0.210 mm) 개구보다 크다).
기타 실시태양들에서, 상이한 및/또는 해외 등급체계으로 분류되는 고팽창성 질석이 사용될 수 있다. 이러한 고팽창성 질석은 본원에 전형적인 기재된 것과 실질적으로 유사한 팽창 및/또는 열 저항성을 가져야 한다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 유럽, 남미, 또는 남아프리카 등급 0 (미크론) 또는 등급 1 (초미세)으로 분류되는 질석이 사용될 수 있다.
일부 실시태양들에서, 질석 입자들 약 50% 까지 약 500 미크론 미만, 질석 입자들 약 60% 까지 약 500 미크론 내지 약 1000 미크론, 질석 입자들 약 40% 까지 약 1000 미크론 내지 약 1500 미크론, 및 질석 입자들 약 20% 까지 약 1500 미크론 내지 약 3000 미크론의 입자 분포를 포함한 고팽창성 질석이 사용될 수 있다. 일부 실시태양들에서, 고팽창성 질석은 다음 분포를 가지는 질석 입자들을 포함한다: 약 25% 내지 약 45%의 입자들는 약 500 미크론 미만, 약 40% 내지 60% 의 입자들은 약 500 미크론 내지 약 1000 미크론, 약 20% 까지의 입자들은 약 1000 미크론 내지 약 1500 미크론, 및 약 10% 까지의 입자들은 약 1500 미크론 내지 약 3000 미크론. 또 다른 기타 실시태양들에서, 고팽창성 질석은 다음 분포를 가지는 질석 입자들을 포함한다: 약 5% 내지 약 20% 입자들은 약 500 미크론 미만, 약 35% 내지 60% 입자들은 약 500 미크론 내지 약 1000 미크론, 약 20% 내지 약 40% 입자들은 약 1000 미크론 내지 약 1500 미크론, 및 약 20% 까지의 입자들은 약 1500 미크론 내지 약 3000 미크론.
또 다른 기타 실시태양들에서, 화학적 처리 또는 달리 개질되어 가열시 본원에서 논의된 고팽창성 질석과 유사한 부피 팽창 거동을 보이는 질석도 사용될 수 있다. 또한 본 발명에 따라 형성되는 패널에 유용한 고팽창성 질석은 기타 질석, 질석 믹스 및/또는 질석 함유 조성물 (및 기타 입자 크기 및 크기분포) 뿐 아니라 본원에서 개시된 패널의 전형적인 패널 수축 및 팽창 특성을 제공하는 동등한 팽창 특성을 가지는 기타 입자 재료들을 포함한다. 또한 기타 적당한 고팽창성 질석 및 기타 미립자는 본원에서 개시된 감소된 중량 및 밀도의 내화 석고패널을 제공하지 못한다는 점에서 본원에 개시된 것과는 차별된다.
일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 내화성 석고패널에 사용되는 고팽창성 질석은 다양한 공급원을 통해 상업적으로 입수되는 상업적 미국 등급 4 질석을 포함한다. 각각의 상업적 생산업자들은 고팽창성 질석 물성 사양들, 예를들면 모스 경도, 총 수분, 자유수분, 벌크밀도, 고유비율, 종횡비, 양이온교환용량, 용해도, (증류수중) pH, 팽창 비율, 팽창 온도, 및 융점을 제공한다. 고팽창성 질석의 상이한 공급원을 이용하여 상이한 실시태양들에서, 이들 물성은 가변적이라는 것을 감안할 수 있다.
일부 실시태양들에서, 고팽창성 질석 입자들은 일반적으로 석고패널 코어 부분에 걸쳐서 분포된다. 기타 실시태양들에서, 고팽창성 질석 입자들은 일반적으로 석고패널 코어 부분에 균일하게 분포된다.
고팽창성 질석은 일반적으로 패널 코어의 감소된 밀도 부분에 걸쳐 무작위로 분포된다. 일부 실시태양들에서, 패널의 밀도가 더 높은 부분, 예컨대 패널 정면(들)에 인접한 상기 증가된 밀도 석고층 또는 패널 모서리를 따라 더 높은 밀도를 가지는 코어 부분에 상이한 질석 분포를 가지는 것이 바람직하다. 기타 실시태양들에서, 고팽창성 질석은 패널의 밀도가 더 높은 부분, 예컨대 경화된 모서리 및 패널 정면 (face)에서 실질적으로 배제될 수 있다. 패널의 밀도가 더 높은 부분에서 질석 입자 함량 및 분포의 이러한 변동은, 모서리 혼합기, 또는 기타 당업자에게 알려진 수단으로 기타 적합한 수단을 통하여 질석을 패널의 감소된 밀도 코어 부분을 위한 슬러리에 투입함으로써 패널의 이러한 부분들에 사용되는 코어 슬러리를 코어 슬러리 혼합기로부터 인출한 결과일 수 있다.
본 발명에 따라 형성되는 패널의 일부 실시태양들에서 이렇게 형성되는 기타 패널에서의 입자들 분포에 비하여 코어에 걸쳐 분포된 고팽창성 입자들 함량, 입자들 특정 분포의 변동성이 고려된다. 이러한 고팽창성 입자들 함량 및 분포의 변동성은 무엇보다도 질석 또는 슬러리에 포함되는 기타 입자들 함량 및 유형, 고팽창성 입자 크기 및 크기분포, 코어 슬러리 조성, 및 코어 슬러리 혼합 및 분배 방법에 따라 달라진다. 유사하게, 코어 내에서 특정 입자들 분포, 입자 특성 및 입자 크기는 패널 성형공정에서 코어 슬러리 혼합 및 분배 과정에서의 유사한 인자들에 따라 달라진다.
일부 실시태양들에서, 고팽창성 입자 분포는 패널의 통상적 사용 또는 고온 및/또는 화재 조건에서 코어의 구조적 강도 및 일체성을 상당히 저하시키는 패널 코어 부분들에서 고팽창성 입자들 고농도의 현상을 피하게 한다. 이것은 전형적인 상업적 생산에서 동반되는 사소한 변동성을 포함한다. 또한 고팽창성 입자 분포는 패널의 바람직한 특정 용도를 위하여 코어의 하나 이상의 부분에서 입자들 농도 관점에서 변경될 수 있다.
일부 실시태양들에서, 패널의 감소된 밀도 코어에서 고팽창성 입자들의 상기 분포는 코어 슬러리 혼합, 슬러리의 제1 피복시트으로 전달 및/또는 피복시트에 걸친 슬러리 분배 과정에서 발생된다. 일부 실시태양들에서, 고팽창성 입자들은 코어 슬러리 혼합기에 기타 건조 또는 반-건조 재료들와 함께 코어 슬러리 혼합 및 제조과정에서 첨가된다. 대안으로, 기타 실시태양들에서, 고팽창성 입자들은 일반적으로 고팽창성 입자들을 패널 석고 코어의 원하는 부분에 분배하는 기타 절차, 단계 또는 과정에서 첨가될 수 있다.
더욱 하기되는 도 1-6에서 보이는 바와 같이, 질석 입자들은 때로 석고 코어의 감소된 밀도 부분에 형성된 공극 근처 또는 인접한 지점 뿐 아니라 코어의 구조적 강도에 기여한다는 당업자가 예상하는 코어의 결정질 부분에 분포한다. 감소된 밀도 결정질 코어 구조체 (이 자체가 상대적으로 부서지기 쉽다고 간주)에서의 이러한 분포는, 질석 입자들의 상당한 팽창으로 코어를 붕괴시키고 당업자에게 알려지고 상기 참고문헌들에서 언급된 박리, 코어 균열 및 코어 훼손을 일으킬 것이라고 당업자는 생각한다. 특히 패널 코어가 상대적으로 저밀도이고, 따라서 상대적으로 높은 공극 부피를 가지고, 상당히 감소된 결정질 석고 함량을 가지는 본 발명에 따라 형성되는 석고패널인 실시태양들에서 그럴 것이다. 코어 결정질 석고 함량 감소는 석고패널의 구조적 강도 및 히트 싱크 용량을 감소시킬 것이라고 예상된다. 더욱 하기되는 바와 같이, 놀랍게도 본 발명에 따라 형성되는 패널에 대하여는 그렇지 않았다.
전분 - 당업자에 의해 이해되듯이, 본 발명의 원리에 따라 형성되는 패널제조용 코어 슬러리 조성물의 실시태양들은 전분을 포함한다. 본 발명에 따라 형성되는 패널, 및 이러한 패널을 제조하는 방법의 일부 실시태양들에서, 예컨대 도 19의 표 I에 언급된 코어 슬러리 조성물은, 전호화 전분 또는 기능적으로-균등한 전분을 포함한다. 전분 원료는 전분을 물에서 최소한 185℉로 가열하거나 패널 코어에서 활용되는 전분의 겔 형성을 유도하는 기타 공지 방법으로 전호화된다. 전분은 코어 슬러리에 건조 형태로, 예비 분산 액체 형태 또는 양자의 조합으로 포함된다. 건조 형태로는, 전분은 기타 건조 성분들과 함께 또는 별도의 추가 방법, 단계 또는 과정에서 코어 슬러리 혼합기에 첨가된다. 예비 분산 형태로는, 기타 액상 성분들, 예컨대 계량수와 함께, 또는 별도의 추가 방법, 단계 또는 과정에서 첨가된다.
본 발명 구현에 적용될 수 있는 쉽게 입수가능한 전호화 전분의 일부 예시로는 Cargill, Inc. 또는 Archer Daniels Midland Co.에서 상업적으로 입수될 수 있는 전-겔화 옐로우콘 분말 전분이다. 일부 실시태양들에서, 전분 성분은 최소한 전호화 옥수수 전분, 예컨대 Bunge Milling, St. Louis, Missouri에서 입수되는 전호화 옥수수 분말을 포함한다. 이러한 전호화 전분은 다음의 전형적인 특성을 가진다: 수분 약 7.5%, 단백질 약 8.0%, 오일 약 0.5%, 조질섬유 약 0.5%, 애시 약 0.3%; 생강도는 약 0.48 psi; 및 벌크밀도는 약 35 lb/ft3. 또 다른 기타 실시태양들에서, 코어 슬러리 조성물은 본 발명 목적에 적당한 하나 이상의 상업적 입수가능한 히드록시에틸화 전분들을 포함한다.
기타 실시태양들에서, 산-변성 전분, 예컨대 Bunge Milling, St. Louis, Missouri에서 HI-BOND로 입수되는 산-변성 옥수수 분말을 포함한 기타 유용한 전분이 사용된다. 본 전분은 다음의 전형적인 특성을 가진다: 수분 약 10.0%, 오일 약 1.4%, 냉수용해물 약 17.0%, 알칼리 유동성 약 98.0%, 벌크밀도 약 30 lb/ft3, 및 약 4.3 pH인 약 20% 슬러리. 기타 유용한 전분은 ADM/Ogilvie, Montreal, Quebec, Canada에서 입수되는 ECOSOL-45와 같은 비-전호화 밀전분이다.
섬유 - 일부 실시태양들에서 도 19의 표 I에 언급된 섬유를 포함하는 본 발명 및 이러한 패널 제조의 양태들에서, 섬유는 광물 섬유, 탄소 및/또는 유리섬유 및 이러한 섬유 혼합물 뿐 아니라, 패널에 동등한 장점을 제공하는 기타 동등한 섬유를 포함한다. 일부 실시태양들에서, 유리섬유는 석고 코어 슬러리 및 형성 결정질 코어 구조체에 포함된다. 이러한 일부 실시태양들에서 유리섬유는 평균 길이가 약 0.5 내지 약 0.75 인치이고 직경은 약 11 내지 약17 미크론이다. 기타 실시태양들에서, 이러한 유리섬유는 평균 길이가 약 0.5 내지 약 0.675 인치이고 직경이 약 약 13 내지 약 16 미크론이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 연화점이 약 800o C 이상인 E-유리섬유가 사용될 수 있고 이러한 섬유 유형의 하나는 연화점이 최소한 약 900℃ 이상인 Advantex®유리섬유 (Owens Corning에서 입수)이다. 예컨대 당업자에게 알려진 광물면 또는 탄소섬유는 예컨대 상기된 유리섬유 대신 또는 조합하여 사용될 수 있다.
인산염 - 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 이러한 패널 제조방법의 일부 실시태양들에서, 예컨대 도 19의 표 I에 언급된 인산염 또는 기타 인산이온 공급원 패널 석고 코어 생산용 석고 슬러리에 첨가된다. 이러한 인산염을 사용하면 인산염이 포함되지 않은 혼합물로 형성된 응결 석고과 비교할 때 석고 코어에 강도 증가, 영구변형 저항성 (예를들면, 흐름 저항성), 및 치수안정성을 부여한다. 이러한 일부 실시태양들에서, 인산염 공급원은 패널 및 패널 코어에 치수안정성 또는 습식 강도를 제공할 함량으로 첨가되며 한편 코어에서 석고 반수화물은 수화되고 석고 이수화물 결정질 코어 구조체을 형성한다 (예를들면 형성판 및 성형공정의 로 부분 사이의 시간 동안). 추가로, 첨가된 인산염은 어느 정도 지연제로 작용하므로, 인산염의 임의의 지연 역효과를 극복할 수 있는 수준의 적합한 촉진제가 첨가될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 인산염은 통상 건조 형태 및/또는 액체 형태로, 전형적으로 코어 슬러리 혼합기에 첨가되는 건조 성분들 및 혼합기에 첨가되는 액체 성분들과 함께 또는 기타 단계 또는 방법으로 첨가된다.
인산염- 본 발명에서 유용한 인산염-함유 성분은 수용성 성분을 포함하고 이온, 염 또는 산, 즉 각각 둘 이상의 인산 유닛을 가지는 응축 인산; 각각 둘 이상의 인산염 유닛을 가지는 응축 인산염의 염 또는 이온; 및 본원에 전체가 참고로 포함되는 예를들면, 미국특허번호 6,342,284; 6,632,550; 및 6,815,049에 기재된 바와 같은 오르토인산염의 1염기 염 또는 1가 이온 형태를 포함한다. 이러한 분류의 인산염에 대한적당한 예시는 당업자에게 명백하다. 예를들면, 임의의 적당한 1염기 오르토인산염-함유 화합물이 본 발명 원리의 구현에 적용될 수 있고, 제한적이지 않지만, 일인산암모늄, 일인산나트륨, 일인산칼륨 (monopotassium phospahte), 및 이들의 조합물을 포함한다. 바람직한 1염기 인산염은 일인산칼륨이다.
유사하게, 임의의 적당한 수용성 폴리인산염이 본 발명에 따라 적용될 수 있다. 폴리인산염은 환형 또는 비환형이다. 예시적 환형 폴리인산염은, 예를들면, 삼메타인산염 및 사메타인산염을 포함한다. 삼메타인산염은, 예를들면, 삼메타인산나트륨 (또는 본원에서 STMP로 칭함), 삼메타인산칼륨, 삼메타인산리튬, 삼메타인산암모늄, 및 기타 등, 또는 이들의 조합물에서 선택된다.
또한, 임의의 적당한 수용성 비환형 폴리인산염이 본 발명에 따라 적용될 수 있다. 비환형 폴리인산염은 최소한 2개의 인산염 유닛을 가진다. 예시로써, 본 발명에 의한 적당한 비환형 폴리인산염은, 제한적이지 않지만, 피로인산염, 트리폴리인산염, 약 6 내지 약 27개의 반복 인산염 유닛을 가지는 육메타인산나트륨, 약 6 내지 약 27개의 반복 인산염 유닛을 가지는 육메타인산칼륨, 약 6 내지 약 27개의 반복 인산염 유닛을 가지는 육메타인산암노늄, 및 이들의 조합물을 포함한다. 본 발명에 따라 바람직한 비환형 폴리인산염은 ICL Performance Products LP, St. Louis, Missouri에서 CALGON.RTM으로 상업적 입수 가능한, 약 6 내지 약 27개의 반복 인산염 유닛을 가지는 육메타인산나트륨이다.
바람직하게는, 인산염-함유 화합물은 다음으로 이루어진 군에서 선택된다: 분자식 (NaPO3)3의 삼메타인산나트륨, 약 6 내지 약27 반복 인산염 유닛을 가지고 분자식 Nan+2PnO3n+1 (n=6-27)의 육메타인산나트륨, 분자식 K4P2O7의 피로인산4칼륨, 분자식 Na3K2P3O10의 트리폴리인산3나트륨2칼륨, 분자식 Na5P3O10의 트리폴리인산나트륨, 분자식 Na4P2O7의 피로인산4나트륨, 분자식 Al(PO3)3의 삼메타인산알루미늄, 분자식 Na2H2P2O7의 산성피로인산나트륨, 1000-3000 반복 인산염 유닛을 가지고 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1 (n=1000-3000)의 폴리인산암모늄, 또는 둘 이상의 반복 인산유닛을 가지고 분자식 Hn+2PnO3n+1 (n은 둘 이상)의 폴리인산. 삼메타인산나트륨이 가장 바람직하고 상업적으로는 ICL Performance Products LP, St. Louis, Missouri에서 입수된다.
분산제 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도 및 내화성 패널, 및 이러한 패널 제조방법의 기타 실시태양들에서, 예컨대 도 19의 표 I에서 언급되는 분산제는 석고 코어 슬러리에 포함된다. 분산제는 건조형태로 기타 건조 성분들과 함께 및/또는 액체형태로 기타 액체 성분들과 함께 코어 슬러리 혼합기에서 또는 기타 단계 또는 방법으로 첨가된다.
일부 실시태양들에서, 이러한 분산제는 나프탈렌술폰산염, 예컨대 폴리나프탈렌술폰산 및 이의 염 (폴리나프탈렌술폰산염) 및 나프탈렌술폰산 및 포름알데히드의 축합 생성물인 유도체를 포함한다. 이러한 바람직한 폴리나프탈렌술폰산염은 나프탈렌술폰산나트륨 및 칼슘을 포함한다. 나프탈렌술폰산염 평균분자량은 약 3,000 내지 27,000이지만, 바람직한 분자량은 약 8,000 내지 10,000이다. 소정의 고형물 수용액에서, 분자량이 더 큰 분산제는 분자량이 더 작은 분산제보다 점도가 더 크고, 조성물에서 더 많은 수분을 요구한다.
유용한 나프탈렌술폰산염은 GEO Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio에서 입수되는 DILOFLO; Hampshire Chemical Corp., Lexington, Massachusetts에서 입수되는 DAXAD; 및 GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana에서 요구되는 LOMAR D를 포함한다. 나프탈렌술폰산염은 바람직하게는 예를들면 수용액으로서 약 35% 내지 약 55중량% 고형물로 사용된다. 가장 바람직하게는 예를들면, 약 40% 내지 약 45중량% 고형물의 수용액 형태 나프탈렌술폰산염을 사용하는 것이다. 대안으로, 적합하다면, 나프탈렌술폰산염은 예를들면 LOMAR D와 같은 건식 고상 또는 분말로 적용될 수 있다.
대안으로, 기타 실시태양들에서, 석고 슬러리 유동성 개선에 유용한 당업자에게 알려진 분산제, 예컨대 폴리카르복실레이트 분산제가 사용될 수 있다. 다수의 폴리카르복실레이트 분산제, 특히 폴리카르복실산 에스테르가 바람직한 유형의 분산제이다. 슬러리에 사용되는 분산제의 바람직한 한 분류는 2개의 반복 유닛을 포함하고, 이것은 “두-반복 유닛 시스템을 이용한 석고 생성물 및 이들의 제조방법” 명칭의 미국특허 7,767,019에 더욱 설명되고, 본 문헌은 참고로 본원에 통합된다. 이들 분산제의 예시는 BASF Construction Polymers, GmbH (Trostberg Germany) 제품이고 BASF Construction Polymers, Inc. (Kennesaw, Gergia) (hereafter “BASF”) 에서 공급되며 이하 “PCE211-Type 분산제” 로 지칭된다. 특히 PCE211-Type 분산제의 유용한 분산제는 PCE211 (이하 “211”)이다. 본 발명에서 유용한 기타 이들 시리즈 중합체는 PCE111을 포함한다. PCE211-유형 분산제는 본원에 참고로 통합되는, 2007.7.13자 출원된 “폴리에테르-함유 공중합체” 명칭의 미국특허번호 11/827,722 (공개번호 2007/0255032A1)에 더욱 완전하게 설명된다.
이러한 PCE211 유형의 분산제의 일 유형 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000 달톤이다. 더 낮은 분자량 분산제는 60,000 달톤 이상의 분자량 분산제보다 응결시간 지연이 덜하다는 것이 확인되었다. 일반적으로 곁사슬 길이가 길수록, 전체 분자량이 커지고, 더 양호한 분산성 (dispensability)을 제공한다. 그러나, 석고에서 시험하면 분산제 효과는 50,000 달톤 이상의 분자량에서 감소된다는 것을 보인다.
본 발명에서 유용한 분산제인 폴리카르복실레이트 화합물의 다른 분류는 미국특허번호 6,777,517에 개시되며, 이는 본원에 참조로 통합되고 이하 “2641-유형 분산제”로 칭한다. PCE211-유형 및 2641-유형 분산제 예시로는 BASF Construction Polymers, GmbH (Trostberg, Germany)에서 제조되고 BASF Construction Polymers, Inc. (Kennesaw, Georgia)에서 미국에 판매한다. 바람직한 2641-유형 분산제는 BASF에서 MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F 및 MELFLUX 2500L 분산제로 판매된다.
또 다른 기타 바람직한 분산제 군이 BASF에서 판매되고 “1641-유형 분산제”로 칭한다. 1641-유형 분산제는 본원에 참조로 통합되는 미국특허번호5,798,425에서 더욱 상세히 설명된다. 이러한 1641-유형 분산제의 하나는 MELFLUX 1641F 분산제로 BASF가 판매한다. 기타 사용 가능한 분산제는 Coatex, Inc. of Chester, South Carolina에서 입수되는 COATEX Ethacryl M와 같은 기타 폴리카르복실레이트 에테르, 및 리그노술폰산염, 또는 술폰화 리그닌을 포함한다. 리그노술폰산염은 수용성 음이온성 고분자전해질 중합체로, 아황산 펄프를 사용하는 목재 펄프 생산 부산물이다. 본 발명 원리 구현에서 유용한 리그닌의 일 예시로는 Reed Lignin, Greenwich, South Carolina에서 입수되는 Marasperse C-21이다.
고효율히트싱크첨가제 (“HEHS 첨가제”) - 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 이러한 패널 제조방법의 일부 실시태양들에서, 패널 코어는 본원에서 고효율 히트 싱크 첨가제 (“HEHS 첨가제”)로 칭하는 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 이러한 첨가제는 패널 코어 석고 이수화물 성분에서 탈수 유발 및 수증기 방출 유발 온도에서의 석고 이수화물 히트 싱크 용량을 초과하는 히트 싱크 용량을 가진다. 이러한 첨가제는 전형적으로 조성물들, 예컨대 석고 이수화물과 동일 또는 유사한 온도 범위에서 분해, 수증기를 방출하는 알루미늄 삼수화물 또는 기타 금속 수산화물에서 선택된다. 석고 이수화물보다 히트 싱크 효율이 큰 기타 HEHS 첨가제 (또는 HEHS 첨가제의 조합물)이 사용될 수 있지만, 바람직한 HEHS 첨가제는 내화 또는 기타 고온 분야 용도로 석고패널이 사용될 때 HEHS 첨가제의 중량 증가 또는 기타 바람직하지 않은 특성을 상쇄하고 석고 이수화물 대비 충분히-높은 히트 싱크 효율을 제공한다.
예를들면, 바람직한 실시태양들에서, 하나 이상의 HEHS 첨가제는 상당한 온도 상승에 노출될 때 열을 흡수하는 흡열반응을 일으킨다. 일부 이러한 실시태양들에서, HEHS 첨가제(들) 단위질량 당 분해열 (탈수반응)은 최소한 약 685 Joules/gram, 기타 실시태양들에서 최소한 약 1000 Joules/gram, 또 다른 실시태양들에서 약 1100 내지 약 1400 Joules/gram 소모된다. 이러한 실시태양들에서, HEHS 첨가제(들)은 석고패널의 관련 온도 범위에서 석고 이수화물보다 상당히 더 높은 단위질량 당 분해열을 가진다. 따라서, HEHS 첨가제는 석고 이수화물 탈수에 의해 소모되는 것보다 가열과정에서 더 많은 에너지(Joules/gram) 를 소모한다.
일부 실시태양들에서, HEHS 첨가제(들) 최저 분해 온도 약 40 ℃ 또는 이상이다. 기타 실시태양들에서, HEHS 첨가제(들) 분해 온도는 약 40 ℃ 내지 약 1000 ℃; 기타 실시태양들에서, 약 150 ℃ 내지 약 450 ℃; 기타 실시태양들에서, 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃이다. 또 다른 기타 실시태양에서, HEHS 첨가제(들)은 흡열 열 분해를 약 150 ℃에서 개시하고 실질적으로, 또는 전적으로, 약 980 ℃에서 분해되고, 이것은 화재 시험 ASTM-E119 온도 곡선에서의 전형적인 1-시간 종점 온도이다.
상기와 같이, 하나의 바람직한 HEHS 첨가제는 결정화 또는 달리 결합 또는 착화된 물을 함유한 알루미늄 삼수화물 (ATH)을 포함한다. ATH는 전형적으로 실온에서 매우 안정하다. 약 180 ℃ 내지 205 ℃ 이상에서, ATH는 전형적으로 수증기를 방출하는 흡열 분해를 진행한다. 이러한 ATH 첨가제에 대한 분해열은 약 1000 Joule/gram 이상, 바람직한 실시태양에서 약 1170 Joule/gram이다. 이론에 구속되지 않고, ATH 첨가제는 205 ℃ 이상 가열되면 다음과 같이 대략 35%의 결정수를 수증기로 방출하는 것으로 판단된다: AL(OH)3 → Al2O3-3H2O. ATH을 HEHS 첨가제로 사용하는 실시태양들에서, 임의의 적당한 ATH가 사용될 수 있다. 실시태양들에서, 상업적 공급처, 예컨대, Akron, OH 의 Akrochem Corp.에서 입수된 ATH가 사용된다. 임의의 적당한 등급의 ATH가 사용될 수 있다. 일 예시로는 ATH 등급번호 SB-36이다. ATH 등급번호 SB-36는 중간 입자 크기가 약 25 미크론이고 표면적이 약 1 m2/g이다. 기타 실시태양들에서, 임의의 적당한 중간 입자 크기 및 표면적을 가지는 기타 적당한 등급의 ATH가 사용된다.
기타 실시태양들에서, HEHS 첨가제(들)은 수산화마그네슘을 포함한다. 이들 실시태양들에서, 수산화마그네슘 HEHS 첨가제는 바람직하게는180 ℃ 내지 205 ℃ 이상에서 분해열이 약 1000 Joules/gram 이상, 예컨대 약 1350 Joules/gram이다. 이러한 실시태양들에서, 예컨대 Akron, OH의 Akrochem Corp.를 포함한 상업적 공급처에서 상업적으로 입수되는 임의의 적당한 수산화마그네슘가 사용된다 .
바람직한 HEHS 첨가제의 히트 싱크 용량 증가는 HEHS 첨가제 없이 형성되는 패널 대비 본원에 개시된 석고패널의 단열 특성을 높이기 위하여 적용된다. 본원에 개시된 석고패널에 포함되는 HEHS 첨가제 함량 및 조성은 패널의 바람직한 중량 및 밀도, 패널 형성을 위한 스투코 순도, 패널 코어 조성물, 기타 첨가제 존재 및 기타 유사한 고려사항들에 따라 달라진다. 바람직한 HEHS 첨가제를 포함한 석고패널용 바람직한 코어 조성물의 예시는 도 19의 표 I에 요약된다. HEHS 첨가제는 건조형태 및/또는 액체형태로, 건식 성분들 전형적으로 코어 슬러리 혼합기에 전형적으로 첨가되는 건조성분들 및 혼합기에 첨가되는 액체성분들과 함께 또는 기타 단계 또는 절차에 따라 첨가된다.
이러한 바람직한 실시태양의 하나에서, 패널 코어는 일부 실시태양들에서 HEHS 첨가제 예컨대 알루미늄 삼수화물을 스투코의 약 2% 내지 약 5중량% 포함하고, 기타 실시태양들에서 스투코의 약 2% 내지 약 7중량% 포함하고, 기타 바람직한 실시태양들 스투코의 약 10중량%까지 포함한다. 일부 이러한 바람직한 실시태양들에서, 코어 조성물에서 HEHS 첨가제를 포함하는 것은 조성물의 스투코 함량 감소를 가져와 패널 코어의 중량 및 밀도를 감소시킬 수 있다. HEHS 첨가제 사용의 일 실시예에서, 제거되는 스투코에 대한 HEHS 첨가제 비율은 중량 기준으로 약 1 내지 약 2이다. 이러한 일 실시예에서, 즉, 약 40-50 lbs/msf의 HEHS 첨가제가 코어 조성물에 포함되고 약 80-100 lbs/msf의 스투코가 조성물에서 제거된다. 따라서, 패널 단열 특성에 실질적인 변화 없이 약 40-50 lbs/msf 중량 감소가 본 실시예에서 달성된다.
코어 조성물에서 제거된 스투코에 대한 HEHS 첨가제의 비율은 사용되는 HEHS 첨가제, 히트 싱크 특성, 특정 스투코의 히트 싱크 특성, 석고 코어 조성물, 패널의 원하는 단열 특성, 패널의 원하는 중량 감소 및 물성 및 관련 사항들에 따라 달라진다. 알루미늄 삼수화물을 이용하는 일부 바람직한 실시태양들에서, HEHS 첨가제 대 제거된 스투코의 비율은 일부 실시태양들에서 약 2:1, 기타 실시태양들에서 약 3:1, 또 다른 실시태양들에서 약 4:1이다. 제거된 스투코에 대한 HEHS 첨가제(들) 비율은 상이한 HEHS 첨가제 조성물 및 용도에 따라 달라진다.
지연제/촉진제 - 응결지연제 (5/8 인치 두께의 패널에서 약 2 lb/MSF (약 9.8 g/m2)까지) 또는 건식 촉진제 (5/8 인치 두께의 패널 약 35 lb/MSF (약 170 g/m2)까지)는 코어 슬러리의 일부 실시태양들에 첨가되어 스투코 수화 반응 속도를 변경시킨다. “CSA”는 약 5% 당과 함께 분쇄된 약 95% 황산칼슘 이수화물을 포함하고 250℉ (121℃)로 가열되어 당이 카라멜화된 바람직한 응결촉진제의 예시이다. CSA는 USG Corporation, Southard, Oklahoma. 공장에서 입수되고, 미국특허번호 3,573,947에 따라 제조되며, 상기 문헌은 참고로 본원에 통합된다. 황산칼륨은 다른 예시적 바람직한 촉진제이다. 바람직한 예시적 촉진제인 HRA는 황산칼슘 이수화물100 파운드 당 약 5 내지 약 25 파운드의 당 비율로 당과 함께 신품 분쇄된 황산칼슘 이수화물이다. HRA는 본원에 참고로 통합되는 미국특허번호 2,078,199에 상세하게 설명된다.
습식석고 촉진제 또는 WGA로 알려진기타 촉진제 역시 바람직한 촉진제이다. 습식석고 촉진제의 용도 및 제조방법은 미국특허번호 6,409,825에 기재되고, 이는 본원에 참고문헌으로 통합된다. 본 촉진제는 다음으로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 첨가제를 포함한다: 유기 포스폰 화합물, 인산염-함유 화합물 또는 이들의 혼합물. 본 특정 촉진제는 상당한 장기성을 보이고 시간 경과에도 효능을 유지하여 본 습식석고 촉진제는 제조, 보관 및 사용 전 장거리 수송이 가능하다. 습식석고 촉진제는 5/8 인치 두께의 벽판제품 인 석고패널 천평방피트당 약 5 내지 약 80 파운드 (약 24.3 내지 390 g/ m2)로 사용된다.
거품 - 상기된 감소된 코어 밀도 및 패널 중량을 달성하기 위한 함량으로 거품이 코어 슬러리에 도입된다. 코어 슬러리에 적당량 거품이 도입되고, 조성 및 처리되면 최종 건조 패널 코어 내에 원하는 기공 망 분포 및 기공 간 벽이 형성된다. 일부 실시태양들에서, 거품 조성물 및 거품 도입시스템에 의해 제공되는기공 크기, 분포 및/또는 기공 간 벽 두께는 동등한 밀도, 강도 및 관련 특성을 패널에 제공하는 것 뿐 아니라 하기 논의된 것에 따른다. 이러한 기공 구조체로 인하여 석고 및 기타 코어 구성성분들 및 코어 밀도 및 중량이 감소되면서도, 실질적으로 패널 강도 특성 무엇보다도 예컨대 코어 압축강도, 및 패널 강성, 굽힘강도, 못 인발 저항성을 유지 (또는 일부 경우에는 개선) 할 수 있다.
일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치인 석고패널 및 이의 제조방법에서, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 못 인발 저항성이 최소한 약 70 lb인 패널이 제공된다. 기타 실시태양들에서, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 패널의 못 인발 저항성은 최소한 약 85 lb이다.
일부 이러한 실시태양들에서, 기공의 평균 등가 구직경은 최소한 약 75 μm, 기타 실시태양들에서 최소한 약 100 μm이다. 기타 실시태양들에서, 기공의 평균 등가 구직경은 약 75 μm 내지 약 400 μm이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 기공의 평균 등가 구직경은 표준 편차 약 100 내지 약 225에서 약 100 μm 내지 약 350 μm이다. 기타 실시태양들에서, 기공의 평균 등가 구직경은 표준 편차 약 100 내지 약 200에서 약 125 μm 내지 약 325 μm이다.
일부 실시태양들에서, 약 15% 내지 약 70%의 기공은 등가 구직경이 약 150 μm 또는 이하이다. 기타 실시태양들에서, 약 45% 내지 약 95%의 기공은 등가 구직경이 약 300 μm 또는 이하, 약 5% 내지 약 55%의 기공은 등가 구직경이 약 300 μm 또는 이상이다. 기타 실시태양들에서, 약 45% 내지 약 95%의 기공의 등가 구직경이 약 300 μm 또는 이하, 약 5% 내지 약 55%의 기공은 등가 구직경이 약 300 μm 내지 약 600 μm이다. 본원에서 평균 기공 크기을 논의할 때, 석고 코어 내 약 5 μm 또는 이하의 기공은 기공 개수 또는 평균 기공 크기를 계산할 때 고려되지 않는다.
이들 및 기타 실시태양들에서, 이러한 실시태양들의 공극 간 벽의 분포 및 배열 역시, 단독 및/또는 원하는 기공 크기분포 및 배열과 함께, 패널 코어 밀도 및 중량 감소에 기여하는 한편, 실질적으로 패널 강도 특성을 유지 (또는 일부 경우에는 개선)한다. 일부 이러한 실시태양들에서, 기공을 나누는 평균 벽 두께는 최소한 약 25 μm이다. 일부 실시태양들에서, 석고 코어 내에서 기공을 형성하고 분리하는 벽의 평균 두께는 약 25 μm 내지 약 200 μm, 기타 실시태양들에서 약 25 μm 내지 약 75 μm, 또 다른 실시태양들에서 약 25 μm 내지 약 50 μm이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 석고 코어 내에서 기공을 형성하고 나누는 벽의 평균 두께는 표준 편차 약 5 내지 약 40에서 약 25 μm 내지 약 75 μm이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 석고 코어 내에서 기공을 형성하고 나누는 벽의 평균 두께는 표준 편차 약 10 내지 약 25에서 약 25 μm 내지 약 50 μm이다.
이론에 구속되지 않고, 상기 논의된 기공 크기분포 및 배열, 및 벽 두께 및 분포를 가지는 실시태양들은, 본원에서 개시된 고팽창성 질석과 함께 적용될 때 패널의 고온 특성에 조력하는 것으로 판단된다. 거품 공극 및 벽 두께는 고온 조건에서 고팽창성 질석이 팽창될 때 석고 코어 구조체의 실질적 훼손 발생을 감소 또는 실질적으로 이에 저항하도록 지원한다고 판단된다.
원하는 공극 및 벽 구조체 생성을 위한 기포제 사용 예시로는 본원에 참조로 통합되는 미국특허번호 5,643,510에 기재된 것들을 포함한다. 일부 실시태양들에서, 제1의 더욱 안정한 기포제 및 제2의 덜 안정한 기포제 조합이 코어 슬러리 혼합물에 사용된다. 기타 실시태양들에서, 원하는 밀도 및 패널 강도 요건을 만족한다면 단일 1유형의 기포제가 사용된다. 코어 슬러리에 거품 첨가 방법은 당업계에 알려져 있고 이러한 방법의 예시는 본원에 참고문헌으로 통합되는 미국특허번호 5,643,510 및 5,683,635에 기재된다.
피복시트 - 본 발명에 따라 형성되는 패널의 일부 실시태양들에서, 제1 피복시트는 낮은 공극율의 마닐라지로 구성되고 여기에 석고 슬러리가 적층된다 (판이 건축 분야에서 사용될 때 일반적으로 노출되는 면). 신문지가 성형공정 중 석고 코어 슬러리에 올려지는 제2 피복시트로 사용될 수 있다 (패널이 건축 분야에서 사용될 때 일반적으로 숨겨지는 배면). 기타 용도에서, 부직 유리섬유 매트, 기타 섬유성 또는 비-섬유성의 시트 재료들, 또는 종이 및 기타 섬유성 재료의 조합이 하나 또는 양 피복시트로 사용될 수 있다. 당업자에 의해 이해되듯이, 기타 실시태양들에서, 패널 용도에 적합한 기타 피복시트가 사용될 수 있다.
종이 또는 유사한 피복시트를 이용하는 실시태양들에서, 제1 피복시트는 제2 피복시트보다 밀도 및 평량이 더 높을 수 있다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 제1 피복시트의 평량은 약 55 내지 약 65 lb/msf, 제2 피복시트의 평량은 약 35 내지 약 45 lb/msf이다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 상이한 중량을 가지고 예를들면 상이한 재료들로 구성된 상이한 유형의 종이 피복시트가 사용될 수 있다. 유사하게, 일부 실시태양들에서, 피복시트는 특정 건축 용도 예컨대 외장덮개, 지붕, 타일 안감 (backing), 기타 등에 적당한 표면을 제공하는 재료 피복물에 포함되고 부가된다
실록산 일부 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 내수성은 패널 제조용 슬러리에 중합성 실록산을 첨가하여 개선된다. 바람직하게는, 실록산은 에멀젼 형태로 첨가된다. 이후 슬러리가 형상화되고 실록산 중합을 촉진하여 고도로 교차-결합된 규소 수지를 형성하는 조건에서 건조된다. 고도로 교차-결합된 규소수지 형성을 위한 실록산 중합 촉진 촉매가 석고 슬러리에 첨가된다.
바람직하게는, 실록산은 일반적으로 유체성의 선형 수소-개질 실록산이지만, 환형 수소-개질 실록산일 수 있다. 이러한 실록산은 고도로 교차-결합된 규소수지를 형성할 수 있다. 이러한 유체는 당업자에게 잘 알려져 있고 상업적으로 입수 가능하며 특허문헌들에 기술된다. 전형적으로, 본 발명 원리 구현에 유용한 선형 수소 개질 실록산은 일반식의 반복 유닛을 가지는 것을 포함한다:
Figure 112013084478908-pct00001
식 중 R은 포화 또는 불포화 1가 탄화수소 라디칼을 나타낸다. 바람직한 실시태양들에서, R은 알킬기를 나타내고 가장 바람직하게는 R은 메틸기이다. 중합 과정에서, 축합에 의해 말단기들이 제거되고 실록산기들이 결합되어 규소수소를 형성한다. 또한 사슬의 교차-결합도 일어난다. 형성된 규소 수지는 내수성을 형성된 석고 매트릭스에 부여한다.
바람직하게는, Wacker-Chemie GmbH (Munich, Germany)에서 SILRES BS 94 명으로 판매되는무용매 메틸 수소 실록산 유체가 실록산으로 사용된다. 제조업자는 본 제품이 무수 또는 무용매 실록산 유체라고 표시한다. 건조 성분들 중량 기준으로 약 0.3 내지 약 1.0%의 BS 94 실록산이 사용될 수 있다. 건조 스투코 중량 기준으로 약 0.4% 내지 약 0.8%의 실록산을 사용하는 것이 바람직하다
실록산은 물과 함께 에멀젼 또는 안정한 현탁액을 형성한다. 다수의 실록산 에멀젼이 본 슬러리에 사용될 수 있다. 수중 실록산 에멀젼은 구입될 수도 있지만, 석고 제조물 특성, 예컨대 석고패널 생성물의 종이 결합을 변경시킬 수 있는 유화제가 포함될 수 있다. 따라서 유화제를 사용하지 않고 제조되는에멀젼 또는 안정한 현탁액이 바람직하다. 바람직하게는, 현탁액은 실록산 유체 및 물의 혼합으로 현장에서 동시 (in situ) 형성된다. 사용 전까지 실록산 현탁액이 안정되고 슬러리 조건에서 분산을 유지한다. 실록산 현탁액 또는 에멀젼은 슬러리에 존재하는 선택적 첨가제, 예컨대 응결촉진제 존재에서 분산을 유지한다. 또한 실록산 현탁액 또는 에멀젼은 석고패널 성형 단계들에서도 안정하게 유지된다. 바람직하게는, 현탁액은 40 분 이상 안정을 유지한다. 더욱 바람직하게는, 최소한 한 시간 동안 안정을 유지한다. 본원 및 청구범위에서, 용어 "에멀젼"은 최소한 스투코가 약 50% 응결될 때까지 안정을 유지하는 진정한 에멀젼 및 현탁액을 포함할 의도이다.
실록산 중합 반응은 그 자체로는 느린 반응이고, 선적 전에 내수성 전개를 위하여충분한 시간 패널을 보관할 필요가 있다. 중합 반응을 가속시키고, 석고패널 보관 시간을 줄이거나 생략할 수 있는 촉매가 알려져있다. 실록산 중합을 위한 사소 산화마그네슘 사용이 본원에 참고로 통합되는"내수성 석고-기반 제조물 제조방법" 명칭의 미국특허번호 7,892,472에 기재된다. 사소 산화마그네슘은 수-불용성이고 슬러리 기타 성분들과 상호반응이 약하다. 실록산 경화를 가속시키고, 일부 경우에는, 실록산을 더욱 완전하게 경화시킨다. 일정한 조성물로서 상업적 입수가 가능하다. 특히 바람직한 사소 산화마그네슘 공급원은 BAYMAG 96이다. BET 표면적은 최소한 0.3 m2/g이다. 강열감량은 약 0.1중량% 미만이다. 산화마그네슘은 바람직하게는 건조 스투코 중량 기준으로 약 0.1% 내지 약 0.5% 사용된다.
소성 온도에 따라 최소한 세 등급의 산화마그네슘이 판매된다. "사소" 산화마그네슘은 1500℃ 내지 2000℃에서 소성되어, 전부는 아니지만, 대부분의 반응성을 제거한 것이다. MagChem P98-PV (Martin Marietta Magnesia Specialties, Bethesda, Maryland)가 "사소" 산화마그네슘의 예시이다. BayMag 96 (Baymag, Inc. of Calgary, Alberta, Canada) 및 MagChem 10 (Martin Marietta Magnesia Specialties, Bethesda, Maryland)는 "강열" 마그네시아의 예시이다. "강열" 산화마그네슘은 1000℃ 내지 약 1500℃에서 소성된 것이다. 소폭의 반응성을 가지고, 고밀도이며, 서행 분해 및 화학적 반응이 요구될 때, 예컨대 동물 사료 및 비료에 통상 사용된다. 세번째 등급은 "경소" 또는 "가성" 마그네시아이며, 약 700℃ 내지 약 1000℃에서 소성되어 생성된다. 본 유형의 마그네시아는 플라스틱, 고무, 종이 및 펄프 처리, 철재 보일러 첨가제, 접착제 및 산중화를 포함한광범위한 용도에서 사용된다. 경소 마그네시아의 예시로는 BayMag 30, BayMag 40, 및 BayMag 30 (-325 Mesh) (BayMag, Inc. of Calgary, Alberta, Canada)을 포함한다.
본원에 참고로 통합되는 미국특허번호 7,803,226에 언급된 바와 같이, 바람직한 촉매는 산화마그네슘 및 C 등급 플라이 애시의 혼합물로 제조될 수 있다는 것을 확인하였다. 이러한 방식으로 조합될 때, 임의 등급의 산화마그네슘가 유용하다. 그러나, 사소 및 강열 산화마그네슘가 반응성이 작으므로 바람직하다. 비교적 고 반응성의 산화마그네슘은 분해반응을 일으켜 수소를 발생시킬 수있다. 수소가 발생되면, 생성물이 팽창되어, 스투코가 응결된 지점에 균열을 유발시킨다. 또한 팽창은 스투코가 투입되는 몰드 손상을 일으켜, 사양 손실 및 하나 이상의 치수에서 생성물 변형을 유발시킨다. 바람직하게는, BayMag 96, MagChem P98-PV 및 MagChem 10이 바람직한 산화마그네슘 공급원이다. 바람직하게는, 산화마그네슘 및 플라이 애시는 스투코에 첨가된 후 계량수에 투입된다. 이러한 건조 성분들은 컨베이어를 따라 혼합기로 이동되면서 스투코에 첨가된다.
바람직한 플라이 애시는 C 등급 플라이 애시이다. C 등급 수경 플라이 애시, 또는 이의 균등물은 가장 바람직한 플라이 애시 성분이다. C 등급 플라이 애시의 전형적인 조성이 미국특허번호 7,803,226표 1에 제시된다. 20중량% 이상의 석회를 가지는 고함량 석회 플라이 애시는, 소정 석탄 처리 과정에서 얻을 수 있다. 본원에 참조로 통합되는 ASTM 규격 C-618은 C 등급 플라이 애시 특성을 기재한다. 바람직한 C 등급 플라이 애시는 Bayou Ash Inc., Big Cajun, II, Louisiana 에서 공급된다. 바람직하게는, 플라이 애시는 건조 스투코 중량 기준으로 약 0.1% 내지 약 5% 사용된다. 더욱 바람직하게는, 플라이 애시는 건조 스투코 중량 기준으로 약 0.2% 내지 약 1.5% 사용된다.
실록산 촉매 결과 더욱 신속하고 완전한 중합 및 실록산 가교-결합으로 규소수지가 형성된다. 스투코 수화 반응으로 황산칼슘 이수화물 결정체가 뒤엉킨 매트릭스를 형성한다. 석고 매트릭스가 형성되는 동안, 실록산 분자들 역시 규소 수지 매트릭스를 형성한다. 이들은 동시에 형성되므로, 최소한 부분적으로, 2종의 매트릭스들은 상호 교차된다. 과잉수 및, 슬러리에 분산되는 플라이 애시, 산화마그네슘 및 하기되는 첨가제를 포함한 슬러리 첨가제는 매트릭스를 통하여 공간 사이로 분산되어 패널 코어 전반에 걸쳐 내수성이 달성된다. 일부 실시태양들에서, 적당한 함량의 전호화 전분, 또는 기능적으로-균등한 전분은 실록산과 결합되어 더욱 취약한 패널 모서리를 따라 물의 유입을 지연시킨다.
일부 실시태양들에서, 본 발명의 원리에 따라 형성되는 패널 제조용 코어 슬러리 조성물 실시태양들은 스투코 중량 기준으로 약 2중량% 전호화 전분 (또는 기능적으로-균등한 전분) 및 스투코 중량 기준으로 최소한 약 0.4%, 바람직하게는 최소한 약 0.7중량% 실록산의 조합을 포함하고, 생성된 석고패널은 약 5% 미만의 물 흡수성을 보인다. 감소된-밀도 패널은 종래 패널보다 공기 및/또는 물 공극의 총 부피가 더 많기 때문에 이러한 내수특성은 특히 유용하다. 공극 부피 증가로 경량 패널은 더욱 물 흡수성이 될 것이라고 예측된다. 이론에 구속되기 원하지 않지만, 실록산이 형성 패널 내에서 경화되고 최소한 약 2.0중량% 전호화 전분이 실록산과 결합하여 먼저 물 유입 차단, 및 고점도 전분/물 조합물 형성에 의한 전분에 의해 물 흡수로 패널 모서리 미세공극을 통한 물 유입을 서행시켜 내수성이 전개되는 것으로 판단된다. 기타 실시태양들에서, 히드록시에틸화 전분 또는 전호화 전분과 기능적으로 균등한 전분이 실록산와 조합하여 사용될 수 있다.
도 7 및 8을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 형성된 석고패널 (102)를 포함한 조립체 (100)의 예시적 실시태양이 도시된다. 석고패널 (102)은 조립체 (100) 반대 면들 (104, 105) 모두에 적용된다. 조립체 (100)는 보험업자 안전연구소 (Underwriters Laboratories) UL U305, U419, 및 U423 사양 및 임의의 이들 화재 시험 방법과 균등한 임의의 기타 화재 시험 절차에 따라 제작되는 대표적 조립체이다. 예를들면 보험업자 안전연구소 특정 화재시험절차, 예컨대, UL U305, U419, 및 U423의 특정 화재시험절차가 본원에 참조되고, 또한예컨대 해당 특정 UL 표준과 균등한 임의의 기타 기관에 의해 배포된 화재시험절차를 포함한다는 것을 이해하여야 한다.
조립체 (100)는 명목상 2 인치 두께 및 4 인치 폭이고 각각 중심 거리 16 인치 이격되는 목재스터드 (110)를 포함한다. 또한 조립체는 명목상 2 인치 X 4 인치 목재의 한 쌍의 토대판 (112) 및 상판 (114)을 포함한다. 일부 실시태양들에서, 목재스터드 (110) 및 판들 (112, 114)은 2 등급, 로-건조 목재 스터드일 수 있다. 조립체 (100)는 스터드 (110) 사이이 개재된 적합한 차단판 (116)으로 화재를 효과적으로 중지시킨다. 예시적 조립체 (100)가 목재스터드 (110)를 포함하지만, 조립체는 특정 제작 사양에 따르는 금속 스터드 및 하중 인자들을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
조립체 (100)에 있는 석고패널 (102)은 5/8 인치 두께이고 경사 모서리 및 사각 단부를 가지는 종이 피복시트를 포함한다. 석고패널 (102)은 스터드 (110)에 수평으로 적용되고 인접 석고패널 (102) 간 수평 이음새 (122)는 조립체 (100) 반대면 (104, 105)에서 정렬된다.
기타 실시태양들에서, 석고패널 (102)은 스터드 (110)에 수직으로 적용될 수 있다. 수직-적용 패널의 수평 이음새는 스터드 (110)에 의해 지지될 필요가 없다.
인접 석고패널 (102) 간 수평 이음새 (122)는 종이 테이프 (130) 및 조인트 컴파운드 (132)로 막는다. 조인트 컴파운드 및 종이 테이프는 사각 모서리 판들이 사용될 때는 생략될 수 있다. 기타 실시태양들에서, 명목상 3/32 인치 두께의 석고 베니어 플라스터가 베니어 기판으로 분류되는 석고패널 전체 표면에 도포될 수 있고 종이 테이프로 이음새 보강된다.
석고패널 (102)은 적합한 못 또는 나사 작업으로 스터드 (110)에 부착된다. 예를들면, 석고패널은 목재스터드에 중앙 7 인치 작업되는 6d 시멘트 코팅 못 (1-7/8 인치 길이, 0.0915 인치 몸통 직경, 및 15/64 인치 머리 직경)으로 부착된다. 못 머리는 조인트 컴파운드 134로 덮는다 (도 8 참고). 기타 실시태양들에서, 못 머리는 노출될 수 있다. 기타 실시태양들에서, 못 작업 (schedule)은 상이할 수 있고 적합한 나사 작업으로 나사가 사용될 수 있다.
개시된 실시태양에서, 인접 스터드 (110) 간 공간은 비운채로 남겨진다. 기타 실시태양들에서, 유리섬유 또는 광물면 단열솜이 완전히 또는 부분적으로 스터드 공동을 채운다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 단열솜 대안으로, 분무-도포되는 셀룰로오스 단열재가 사용된다. 제품 적용 방법에 따라 분무된 단열재는 물과 함께 적용되어 밀폐된 스터드 공동을 채운다.
본 발명에 따라 형성된 석고패널 (102)은 UL U305 절차에 따라 조립체 (100) 패널을 통한 열전달을 효과적으로 방지하고, 본 절차에서는 제1 표면 (104)이 열원에 노출되고 반대측 표면 (105)은 미가열 상태이다. 조립체 (100)는 UL U305에 따라 가열되면서 하중을 받는다. 열원은 ASTM 표준 E119-09a에 의한 시간-온도 곡선을 따른다. 도 8을 참조하면, 미가열 표면 (105)에는 이에 부착된 온도 센서 (138)를 포함한다. 센서 (138)는 UL U305 방법에 의한 패턴으로 배열된다. UL U305에 따른 측정 약 50 분 경과시 미가열 표면 (105)의 센서 (138) 최고 단일 온도가 약 415 ℉ 미만이고 미가열 표면 (105)의 센서 (138) 평균 온도가 약 340 ℉로 석고패널 (102)은 가열 표면 (104)에서 미가열 표면 (105)으로의 열전달을 효과적으로 방지한다 석고패널 (102)은 조립체 (100)에 대한 1-시간 내화 등급을 가지도록 가열 표면 (104)에서 미가열 표면 (105)으로 열전달을 효과적으로 방지한다.
본 발명에 따라 형성된 석고패널 (102)은 UL U305 방법의 일부로 수행되는 주수관 시험에 효과적으로 지탱된다. UL U 305에 따라, 도 7과 유사한 방식으로 제작된 조립체는 30 분 동안 U305에 의한 내화 시험을 받고, 이때 가열 환경에서 꺼내 다른 장소로 옮겨져 U305에 의한 주수관 시험을 받는다. 조립체는 소방호스에서 약 30 psi 수압으로 분사되는 물에 60초간 노출된다.
더 나아가, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널은 ASTM 1396/C 1396M-06에 따라 타입 X 판으로 분류되는1-시간 내화등급을 만족하도록 열전달을 효과적으로 방지하는 조립체에 사용된다. 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널을 이용하여 제작되는 조립체는 예컨대 UL U419 및 U423와 같은 기타 UL 조립체 사양과 일치한다. 또 다른 기타 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널은 최소한 하나의 U305, U419, 및 U423와 실질적으로 균등한 기타 조립체에 사용된다. 이러한 조립체는 1-시간 내화성 시험을 통과하고 U305, U419, U423, 및 기타 균등한 화재 시험절차의 주수관 시험에 적합하다.
하기 실시태양들은 본 발명의 또 다른 측면을 설명하지만, 그 범위를 제한하는 어떠한 방식으로도 해석되어서는 안 된다.
실시태양에서, 내화성 석고 패널은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 약 1560 ℉에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 부피 팽창되는 고팽창성 입자들로 구성되며, 석고 코어의 밀도 (D)는 약 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 코어 경도는 최소한 약 11 파운드이고, 석고 코어는 약 20 분 또는 이상의 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 0.6 분/입방피트당 파운드 또는 이상의 TI/D 비율을 가지는 패널을 제공하기에 효과적인 석고 코어를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 평균 동등 (equivalent) 구직경이 약 100 ㎛ 또는 이상인 기공을 형성하는 벽으로 구성되는 응결 석고 결정질 매트릭스를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고 패널은 석고 코어 내부에서 기공을 형성하고 분리하며, 약 25 ㎛ 또는 이상의 평균 두께를 가지는 벽으로 구성되는 응결 석고 결정질 매트릭스를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 1800 ℉에서 1시간 동안 가열될 때 약 75% 또는 그 이상의 평균 수축 저항율을 보인다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 물; 스투코; 고팽창성 입자들; 및 고효율 히트 싱크 첨가제로 구성되는 슬러리로부터 형성되고, 고효율 히트 싱크 첨가제의 함량은 고효율 히트 싱크 첨가제가 없는 슬러리로부터 형성되는 석고 코어보다 큰 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적인 함량의 석고 코어로부터 형성된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 고팽창성 입자들을 포함하고, 상기 고팽창성 입자들은 비팽창 질석 입자를 포함하고, TI 가 약 20 분 또는 이상인 패널을 제공하기 위한 효과적인 석고 코어 내에서 질석 입자들 함량 및 분포를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 물; 스투코; 스투코 중량 기준으로 약 10중량% 까지의 질석 입자들; 및 광물, 유리 또는 탄소섬유들, 또는 이들의 조합물로 구성되는 슬러리로부터 형성된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 최소한 UL U305의 1시간 내화 패널 표준을 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 내화성 석고패널은 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치인 경우, 상기 패널은 ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 못 인발 저항력은 최소한 약 70 lb을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 내화성 석고패널은 최소한 UL U419의 1시간 내화 패널 표준을 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 내화성 석고패널은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 약 1560 ℉에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 부피 팽창되는 고팽창성 입자들로 구성되며; 상기 패널 밀도는 약 40 입방피트당 파운드 또는 미만의 패널밀도와 최소한 약 11 파운드의 코어경도를 갖고, 상기 석고 코어 및 고팽창성 입자들은 고온 수축율 (S)이 약 10% 또는 이하 및 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율 (TE/S)이 약 0.2 또는 이상의 패널을 제공하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 100 내지 약 225의 표준 편차에서 약 100 ㎛ 내지 약 350 ㎛ 의 평균 동등 구직경을 가지는 기공을 형성하는 벽으로 구성되는 응결 석고의 결정질 매트릭스를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널 벽은 약 5 내지 약 40의 표준 편차에서 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛m 의 평균 두께를 가진다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 고팽창성 질석 입자들을 포함하는 고팽창성 입자들을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 스투코 중량 기준으로 약 0.3중량% 내지 약 3.0중량%의 전분 및 스투코 중량 기준으로 약 0.1중량% 내지 약 1.0중량%의 분산제를 더욱 포함하는 슬러리로부터 형성된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 스투코 중량 기준으로 약 0.03중량% 내지 약 0.4중량%의 인산염-함유 성분을 더욱 포함하는 슬러리로부터 형성된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 패널은 최소한 UL U419의 1시간 내화 패널 표준을 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 상기 응결 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 결정질 석고 매트릭스에 분포되는 팽창성 입자들을 포함하고, 상기 응결 석고 코어의 밀도는 약 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 상기 코어 경도는 최소한 약 11 파운드이고, 패널은 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치이고, 팽창성 입자들은 가열될 때 제1 비팽창상 (phase) 및 제2 팽창상을 가지고, 상기 패널은 UL U419 절차에 따라 제작되고 가열되는 상기 패널의 조립체를 통한 열전달 방지에 효과적이며, 상기 절차에서 조립체 일측의 패널 표면은 열원에 노출되고 조립체 반대측인 미가열측의 패널 표면은 UL U419에 따라 복수의 온도 센서가 제공되고, 조립체가 ASTM 표준 E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 약 60 분 후 약 500 ℉ 미만이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 60 분 가열 후 약 380 ℉ 미만 것과 같이 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 최고 단일값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 55 분 가열 후 약 410 ℉ 미만인 것과 같이 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 55 분 가열 후 약 320 ℉ 미만인 것 같이 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 50 분 가열 후 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 약 260 ℉ 미만이고 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 평균값은 약 250 ℉ 미만인 것과 같이 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 UL U419에 따른1시간 내화 패널 표준을 만족하는 것같이 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 고팽창성 입자들을 포함하고, 상기 고팽창성 입자들은 고팽창성 질석 입자들을 포함하고, 상기 고팽창성 질석 입자들은 약 1560 ℉에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 그 이상 팽창된다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 방법은 (A) 약 1560℉에서 약 1시간 동안 가열 후 원래부피의 약 300% 또는 그 이상의 부피팽창을 갖는 분산된 고팽창성 입자를 갖는 석고 슬러리를 제조하는 단계; (B) 일반적으로 석고 코어를 통해 분산된 고팽창성 입자가 있는 응결 석고 코어를 포함하는 조립체를 형성하기 위한 제1 커버 시트와 제2 커버시트 사이에 석고 슬러리를 개재하는 단계; (C) 상기 조립체를 미리 정해진 치수의 패널로 절단하는 단계; 및 (D) 상기 패널을 건조하는 단계;를 포함하고, 상기 응결 석고 코어는 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)와 적어도 11 파운드의 코어 경도를 갖고, 상기 석고 코어는 약 20분 또는 그 이상의 단열지수를 제공하는데 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 응결 석고 코어는 약 0.6 분/입방피트당 파운드 또는 이상의 TI/D 비율을 가지는 패널을 제공하는데 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 응결 석고 코어는 결정질 매트릭스이고 약 100 ㎛ 또는 그 이상의 평균 동등 구직경을 갖는 기공을 형성하는 벽을 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 응결 석고는 결정질 매트릭스이고 석고 코에 내에서 기공을 형성하고 분리하는 벽을 포함하되, 상기 벽은 약 약 25 ㎛ 또는 그 이상의 평균 두께를 갖는다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 약 1800 ℉에서 1시간 동안 가열될 때 약 75% 또는 이상의 평균 수축 저항율을 보여준다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 석고 코어는 물; 스투코; 고팽창성 입자들; 및 고효율 히트 싱크 첨가제를 포함하는 슬러리로부터 형성되고, 유효량의 히트 싱크 첨가제는 히트 싱크 첨가제가 없는 슬러리로부터 형성되는 석고 코어보다 큰 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 고팽창성 입자들은 비팽창 질석 입자들을 포함하고, 석고 코어 내에서 질석 입자들 함량 및 분포는 TI 가 약 20 분 또는 이상인 패널을 제공하기에 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 석고 코어는 물, 스투코, 스투코 중량 기준으로 약 10중량% 까지의 질석 입자들; 및 광물, 유리 또는 탄소섬유들, 또는 이들의 조합물을 포함하는 슬러리로부터 형성된다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치에서, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 상기 패널의 못 인발 저항력은 최소한 약 70 lb을 갖는다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 내화(fire-rated) 패널 표준의 적어도 하나를 만족한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 방법은 (A) 약 1560℉에서 약 1시간 동안 가열 후 원래부피의 약 300% 또는 그 이상의 부피팽창을 갖는 분산된 고팽창성 입자를 갖는 석고 슬러리를 제조하는 단계; (B) 일반적으로 석고 코어를 통해 분산된 고팽창성 입자가 있는 응결 석고의 결정질 매트릭스를 포함하는 조립체를 형성하기 위한 제1 커버 시트와 제2 커버시트 사이에 석고 슬러리를 개재하는 단계; (C) 상기 조립체를 미리 정해진 치수의 패널로 절단하는 단계; 및 (D) 상기 패널을 건조하는 단계;를 포함하되, 상기 패널은 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)와 적어도 약 11 파운드의 코어 경도를 갖고, 상기 응결 석고의 상기 결정질 매트릭스와 고팽창성 입자들은 고온 수축율 (S)이 약 10% 또는 그 이하 그리고 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율 (TE/S)이 약 0.2 또는 그 이상의 패널을 제공하기에 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 응결 석고의 결정질 매트릭스는 약 100 내지 약 225의 표준 편차에서 약 100 ㎛ 내지 약 350 ㎛ 의 평균 동등 구직경을 가지는 기공을 형성하는 벽을 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서,
상기 벽은 약 5 내지 약 40의 표준 편차에서 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛ 의 평균 두께를 가진다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 고팽창성 입자들은 고팽창성 질석 입자들을 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 슬러리는 스투코 중량 기준으로 약 0.3중량% 내지 약 3.0중량%의 전분 및 스투코 중량 기준으로 약 0.1중량% 내지 약 1.0중량%의 분산제를 더욱 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 슬러리는 스투코 중량 기준으로 약 0.03중량% 내지 약 0.4중량%의 인산염-함유 성분(phosphate-containing component)을 더욱 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치인 경우, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 상기 패널의 못 인발 저항력은 최소한 약 70 lb을 갖는다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 UL U305의 1시간 내화 패널 표준을 만족한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 UL U419의 1시간 내화 패널 표준을 만족한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 방법은 (A) 그 안에 분산된 팽창성 입자들을 포함하는 석고 슬러리를 제조하는 단계; (B) 일반적으로 석고 코어를 통해 분산된 고팽창성 입자가 있는 응결 석고 코어를 포함하는 조립체를 형성하기 위한 제1 커버 시트와 제2 커버시트 사이에 석고 슬러리를 개재하는 단계; (C) 상기 조립체를 미리 정해진 치수의 패널로 절단하는 단계; 및 (D) 상기 패널을 건조하는 단계;를 포함하되, 상기 응결 석고 코어의 밀도는 약 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 코어 경도는 최소한 약 11 파운드이고, 상기 패널은 명목상 패널 두께가 약 5/8-인치이고, 상기 팽창성 입자들은 가열될 때 제1 비팽창상 (phase) 및 제2 팽창상을 가지고, 상기 패널은 UL U419 절차에 따라 제작되고 가열되는 상기 패널의 조립체를 통한 열전달 방지에 효과적이며, 상기 조립체 일측의 패널 표면은 열원에 노출되고 상기 조립체 반대측인 미가열측의 패널 표면은 UL U419에 따라 복수의 온도 센서가 제공되고, 조립체가 ASTM 표준 E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 약 60 분 후 약 500 ℉ 미만이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 60 분 가열 후 약 380 ℉ 미만이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 최고 단일값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 55 분 가열 후 약 410 ℉ 미만이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 55 분 가열 후 약 320 ℉ 미만이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 약 50 분 가열 후 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 약 260 ℉ 미만이고 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 평균값은 약 250 ℉ 미만이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 화재 등급 패널 표준의 적어도 하나를 만족하는 조립체를 통해 열전달을 방지하는데 효과적이다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 팽창성 입자들은 약 1560 ℉에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 그 이상 부피 팽창되는 고팽창성 입자들을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 응결 석고의 결정질 매트릭스를 포함하고, 상기 석고 코어는 적어도 약 11 파운드의 코어 경도와 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만을 포함하고, 상기 패널은 약 10% 또는 그 이하의 고온 수축율을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 10% 또는 그 이상의 평균 고온 두께 팽창율(TE)을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 2 또는 그 이상의 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율(TE/S)을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 2 내지 약 17의 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율(TE/S)을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 17 또는 그 이상의 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율(TE/S)을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 비팽창성 질석 입자들 및 고온 두께 팽창율(TE)에 대한 고온 수축율(S)의 비율(S/TE)을 제공하기에 효과적인 석고 코어 내에서 질석 입자들의 상기 양과 분포를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 상기 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 양 내에서 약 1560 ℉(850 ℃)으로 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 그 이상 팽창되는 고팽창성 입자들을 포함하고 상기 패널은 약 20분 또는 그 이상의 단열지수(TI)를 갖는 응결 석고의 결정질 매트릭스 내에서 분산된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 고팽창성 입자들을 포함하고, 상기 고팽창성 입자들은 고팽창 질석 입자들이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 1시간 동안 약 1800 ℉(980 ℃)에서 가열할 경우, 약 85% 또는 그 이상의 평균 수축 저항율을 보인다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 결정질 매트릭스를 포함하고, 상기 응결 석고의 결정질 매트릭스는 (a) 약 100 ㎛ 또는 그 이상의 평균 동등 구직경을 갖는 기공을 형성하는 벽을 포함하거나 (b) 상기 석고 코어 내에서 기공이 형성되고 분산된 약 25 ㎛ 또는 그 이상의 평균 두께를 갖는 벽을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 (b) 약 5 내지 약 40의 표준편차로 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛의 평균 두께를 갖는 벽을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 5/8-인치의 명목상 패널 두께를 갖고, 상기 응결석고 코어는 가열시 제1 비팽창상 및 제2 팽창상을 가지는 고팽창성 입자들을 포함하고 상기 패널은 UL U419 절차에 따라 제작되고 가열되는 상기 패널의 조립체를 통한 열전달 방지에 효과적이다. 상기 조립체의 일측 위의 패널의 표면은 열원에 노출되고 상기 조립체의 미가열측, 반대측 위의 패널의 표면은 UL U419에 따라 복수의 온도 센서가 제공되고 상기 조립체가 ASTM 표준 E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 상기 조립체의 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 약 60 분 후 약 500 ℉ 미만이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 물; 스투코; 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 10 중량% 까지의 양 내의 고팽창성 질석;를 포함하는 슬러리, 광물, 유리 또는 탄소섬유들 또는 이들의 조합물로부터 형성된다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 스투코의 중량을 기준으로 약 0.3중량% 내지 약 0.9중량%의 양에서 미네랄, 유리 또는 탄소섬유들 또는 이들의 조합물을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 약 40 내지 약 65 lb/MSF의 중량을 갖는 종이 커버시트를 포함하는 커버시트의 적어도 하나의 커버시트를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 내화 패널의 적어도 하나를 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 조립체를 통한 열전달 방지에 효과적이다. (a) UL U419에 따라 측정된 조립체의 상기 비가열측 위의 온도 센서의 평균값은 (i) 약 60분 동안 가열 후 약 380 ℉ (약 195 ℃) 또는 (ii) 약 55분 동안 가열 후 약 320 ℉ (약 160 ℃) 미만이다; (b) UL U419에 따라 측정된 조립체의 미가열측 위의 온도 센서의 최고 단일값은 (i) 약 60분 동안 가열 후 약 500 ℉ (약 260 ℃) 또는 (ii) 약 55분 동안 가열 후 약 410 ℉ (약 210 ℃) 미만이다; 또는 (c) 약 50분 동안 가열 후 UL U419에 따라 측정된 조립체의 미가열측 위의 온도 센서의 최고 단일값은 약 260 ℉ (약 125 ℃) 미만이고 UL U419에 따라 측정된 조립체의 미가열 표면 위의 온도 센서의 평균값은 약 250 ℉ (약 120 ℃) 미만이다; 각각의 가열은 ASTM 표준 E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 이루어진다.
또 다른 실시태양에서, 벽 시스템(wall system)은 앞 단락에서 언급한 적어도 하나의 내화성 석고패널과 적어도 하나의 고정요소(fastening element)를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 벽 시스템은 적어도 하나의 고정요소가 스크류, 못 또는 젭착제인 것을 포함한다.
또 다른 실시태양에서 제시되어 있는 앞 단락에서 언급된 상기 내화성 석고패널을 만드는 방법은 (A) 석고 슬러리를 제조하는 단계; (B)조립체를 형성하기 위하여 제1 커버시트와 제2 커비시트 사이에 석고 슬러리를 개재하는 단계; (C) 미리정해진 치수의 패널로 절단하는 단계; 및 (D) 상기 패널을 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 석고 코어는 약 1560 ℉ (850 ℃)에서 약 1 시간 가열 후 원래 부피의 약 300% 또는 이상 팽창할 수 있는 고팽창성 입자들을 양 내에서 포함하고 약 20 분 또는 그 이상의 단열지수(TI)을 갖는 상기 패널과 같이 경질 석고의 결정질 매트릭스 내에서 분산된다.
상기 내화성 석고패널을 만드는 방법이 제시되어 있는 또 다른 실시태양에서, 상기 패널은 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 내화 패널 표준에서 적어도 하나를 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함하고, 상기 패널은 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)와 적어도 약 11 파운드의 코어경도를 갖고 상기 석고 코어는 약 20분 또는 그 이상의 단열지수 (TI)를 제공하는데 효과적이다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함하고, 상기 패널은 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D), 약 10% 또는 그 이하의 고온 수축률(S)를 포함하고 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 내화 패널의 적어도 하나를 만족시키는 패널과 같이 상기 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 상기 내화성 석고패널은 두 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어는 응결 석고의 결정질 매트릭스와 고팽창성 입자 및 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)FMF 갖는 상기 석고 코어를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 벽 결합체는 스터드(studs), 약 35 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)를 갖는 내화성 석고 패널과 두 인접한 벽 스터드 사이의 공간(cavity)이 절연(insulation)인 것을 포함한다. 여기서, 상기 벽 조립체는 UL U305, UL U419 및 UL U423의 1시간 내화 패널 표준의 적어도 하나를 만족한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함한다. 상기 코어는 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)와 상기 커버시트와 석고 코어 사이에 고밀도층(high density layer)을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 제1 및 제2 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함하고, 상기 코어는 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)와 제1 커버시트 및/또는 커버시트의 주변 모서리를 따라서 형성되는 고밀도층을 갖는다.
또 다른 실시태양에서, 상기 내화성 석고패널은 두 커버시트 사이에 개재된 석고 코어를 포함한다. 상기 석고 코어는 응결 석고의 경정질 매트릭스와 약 40 입방피트당 파운드 또는 그 미만의 밀도(D)를 갖는 고팽창성 입자들을 포함한다.
상기 전술한 것은 단지 실시태양의 예일뿐임을 주목해야 할 것이다. 다른 바람직한 실시태양은 여기 설명으로부터 명백하다. 그것은 또한 이러한 실시태양의 각각은 여기에 제공된 다른 실시태양과 함께 여러가지 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.
실시예들
하기 실시예들은 본 발명의 양태들을 더욱 설명하지만 어떠한 방식으로 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
본 발명의 패널 및 방법에서 사용되는 고팽창성 질석에 대한 종래 내화 석고패널에서 자주 사용되는 상대적으로 저팽창성 질석, 예컨대 등급번호 5 질석의 팽창 특성을 실질적으로 동일한 가열 조건에서 평가하였다. 본 연구에서, 예시적 비팽창 등급 5 (상대적으로 저팽창성) 질석 및 예시적 고팽창성 질석 (여기서는 등급 4 질석)의50 그램 샘플들을 3개의 도가니에 넣고 오븐에서 일정 설정 온도 약 212 ℉(100℃), 약 390 ℉ (200℃), 약 750 ℉ (400℃), 약 1,110 ℉ (600℃) 및 약 1470 ℉ (800℃)로1시간 동안 가열하였다. 1시간 가열 후, 샘플 무게를 칙량하고 각각의 밀도를 측정하였다. 각각의 시험 샘플에 대한 평균 중량손실 및 밀도 비교를 도 20 및 21에서 각각 표 II 및 III로 제시한다.
본 연구에서 비팽창 등급번호 5 및 비팽창 고팽창성 질석의 벌크밀도는 거의 동일하였다 (66.1 대 66.9 lb/ft3). 약 390℉ (200 ℃) 아래에서 질석 부피는 주목할 만한 변화를 보이지 않았으나 약 390 ℉ (200 ℃) 이상에서 팽창을 개시하였고 벌크밀도는 온도 증가와 함께 감소하였다. 고팽창성 질석은 상대적으로 저팽창성 등급번호 5 질석보다 동일 온도에서 크게 팽창하여, 상응하는 벌크밀도 차이를 보였다. No. 5 질석을 실온에서부터 화재 및 화재 시험 조건과 근사 온도인 약 1470 ℉ (800 ℃)로 가열하는 동안, 원래 미가열 부피 대비 약 290% 부피 팽창한 것에 주목하여야 한다. 실온에서부터 1470 ℉ (800 ℃)로 고팽창성 질석을 가열하면 원래 미가열 부피 대비 약 390%의 상당히 더 큰 부피 팽창을 보였다.
이러한 연구는, 무엇보다도, 주어진 질석 중량 및 밀도에서, 고팽창성 질석에 의한 추가 팽창 부피는 종래 내화판에 사용하는 질석의 것을 훨씬 초과한다는 것을 확인한 것이다. 또한 이러한 결과는 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 패널에서 당업자가 이러한 고팽창성 질석을 임의의 유의한 함량으로도 석고패널에 사용하지 않을 것이라는 것을 확인한 것이다. 이러한 고팽창성 질석의 팽창 특성은 화재 조건 및 화재 시험 조건과 같은 고온 조건에 노출될 때 이러한 석고패널에 심각한 손상을 입히고 구조적 온전성을 감소시킬 것이라고 예상될 수 있다.
실시예 2
상기와 같이, 종이 피복시트를 가지는 감소된 중량 및 밀도의 내화성 석고패널을 본 발명의 원리에 따라 제작하여 X-선 마이크로 컴퓨터 단층촬영 (CT) 스캐닝 분석을 하였다. 패널은 실시예 4에서 논의되는 샘플 실험 (Run) 2, 및 샘플 실험 3, 4 또는 5 중 하나로부터의 시편이었다. 샘플 실험 2, 3, 4 및 5의 각 시편을 약 1280 lb/msf 스투코; 약 75-100 lb/msf 등급 #4 질석; 약 20 lb/msf 전호화 전분; 약 32 lb/msf HRA 촉진제, 약 7.5 lb/msf 유리섬유, 약 2 lb/msf 분산제; 약 1.5 lb/msf 인산염, 및 원하는 패널 중량 및 밀도를 제공하기에 충분한 함량 및 조성의 거품으로 제조하였다. 제1 패널 피복시트 는 대략 61 lb/msf의 중질 마닐라지이고 제2 피복시트는 약 41 lb/msf 신문지였다. 마감 판은 약 5/8 인치 두께를 가졌다. 완성 패널 샘플을 다른 날짜에 명목상 중량 약 1860 lb/msf (샘플 실험 3, 4 및 5) 및 약 1880 lb/msf (샘플 실험 2)로 제조하였다. 코어 밀도는 각각 약 37 pcf 및 36.5 pcf이었다.
포괄적으로 본원에 참고문헌으로 통합되는 Lin, Videla, Yu 및 Miller, “Characterization and Analysis of Porous, Brittle Solid Structures by X-선 Micro CT,” JOM, Vol. 62, No. 12, pp. 91-94 (Mineral, Metals and Materials Society, 12/2010) (“the Lin X-Ray Micro CT article”)에서 논의된 바와 같이 미크론 해상도로 원추 빔 x-선 마이크로 CT 주사법을 이용하여2 세트의 샘플 각각에서 코어 시편들을 분석하였다. 주사 데이터를 분석하여 도 1-6에 도시된 영상을 얻었다. 도 1 및 4는 1880 lb/msf 및 1860 lb/msf 샘플 각각에서 얻어진 코어 시편의2차원 슬라이스이다. 도 2 및 5는 각각 동일 시편에 대한1020x1024x1626 복셀의 3차원 영상이고, 이때 각각의 복셀 크기는 5.07 x 5.07 x 5.07 μm이다. 도 3 및 6은 1880 lb/msf 및 1860 lb/msf 샘플 각각에 대한3차원 부피 렌더링 영상이고, 공극 및 고팽창성 질석 (및 기타 미립자)의 분포를 보인다.
도 1-6에 도시된 본 발명에 따라 형성되는5/8 인치-두께의 내화성 석고패널 샘플은 응결 석고 코어를 포함하고, 이는 석고 코어 내에서 기공 형성 벽을 가지는 석고 결정 매트릭스로 구성된다. 3차원 기공 크기분포는 Lin X-Ray Micro CT article (see also, A. Videla, C.L. Lin, and J.D. Miller, Part. Part. Syst. Charact., 23 (2006), pp. 237-245)에서 논의된 3-D 워드쉐드 알고리즘 (watershed algorithm)에 기반한 고해상도 X-선 마이크로 단층촬영 (HRXMT)으로 결정하였다. 3차원 워터쉐드 알고리즘을 이용한 5.07 μm 복셀 해상도를 가지는 3차원 HRXMT 영상 분석으로 계수된 기공에 대한 동등 구직경을 계산하였다. 도 22의 표 IV에 샘플 실험 2 및 3, 시편 1 및 2 각각 및 동일 분석 방법을 이용한 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 두 추가 시편들에 대하여 측정된 3차원 기공 크기분포에 대한 결과를 개수 및 부피로 제시한다.
도 22를 참조하면, 상이한 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널은 응결 석고 코어의 석고 결정 매트릭스 내에서 다양한 상이한 기공 크기, 크기 분포, 및 배열을 가진다. 예를들면, 주어진 샘플 크기 당 총 기공 수는 약 1천 이하부터 약 7000이고 기공의 평균 동등 구직경은 표준 편차가 약 100 내지 약 225으로 약 100 μm 내지 약 350 μm이다. 상기와 같이, 이러한 기공 구조 및 배열로 인하여 원하는 판 구조 및 강도 특성가 유지되면서도 코어 밀도 및 중량 감소가 가능하다.
도 1-6에 도시된 석고 코어 시편의 벽 두께 분포를 Lin X-Ray Micro CT article (see also, W.B. Lindquist 등, J. Geophys. Res., 101B (1996), pp. 8297-8310)에서 논의된 침식, 팽창, 및 세밀화 조작에 기초하여 HRXMT를 사용하여 결정하였다. 3차원 HRXMT 영상 분석은 3차원 세밀화 절차를 이용하여 기공들 사이 석고 코어 벽 두께를 계산하였다. 중앙축 조작으로인접 기공들 사이 벽 두께를 얻었고 벽 양측과 접한 동등 구 직경과 동일하다. 도 23 표 V에 샘플 실험 2 및 3, 시편 1 및 2 각각 및 동일 분석 방법을 이용한 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 두 추가 시편들에 대하여 측정된 벽 두께 결과를 제시한다.
도 23을 참조하면, 상이한 실시태양들에서, 본 발명에 따라 형성되는 석고패널은 응결 석고 코어의 석고 결정 매트릭스 내에 다양한 상이한 벽 구성을 가진다. 예를들면, 주어진 샘플 크기 당 총 벽의 수는 일부 실시태양들에서 약 2천만 내지 약 3천5백만이고, 석고 코어 내의 평균 벽 두께는 최소한 약 25 μm이다. 시편에서, 석고 코어 내 기공을 형성하고 분리하는 벽은 표준 편차 약 10 내지 약 25으로 평균 두께가 약 25 μm 내지 약 50 μm이다. 상기와 같이, 이러한 벽 구조 및 배열로 인하여, 원하는 판 구조 및 강도 특성을 유지하면서도 코어 밀도 및 중량 감소가 가능하다. 일부 실시태양들에서, 패널의 석고 코어는 상기 기공 크기분포 및 배열 및 벽 두께 분포 및 배열의 조합적 이점을 적용하여 허용되는 강도 및 관련 특성을 제공하면서도 실질적인 밀도 및 중량 감소를 달성한다.
도 1 및 2, 그리고 4 및 5에 표기된 바와 같이, 고팽창성 질석 입자들은 비팽창 형태로 백색 또는 회색 입자들로 도시되고 일반적으로 코어 재료 전반에 분포된다. 많은 질석 입자들이 코어 시편 공극 구조 가까이 또는 인접하게 배치될뿐 만아니라 패널 코어의 구조 요소들에 걸쳐 산재된다. 도 3 및 6에서, 질석 입자들은 코어 구조체에서 다양한 배향으로 다수가 색상 입자들로 표시되고, 코어 결정질 매트릭스 전반에 분산되고, 때로는 코어 공극 가까이 또는 인접한다. 또는 도 1-6은 본 발명에 따라 형성되는 석고패널의 코어 구조체에서의 질석 입자들 크기 및 분포의 변동성을 반영한다.
상기와 같이, 도 1-6은 본 발명에 따라 형성되는 패널의 석고 코어에서 전형적인 상대적으로 높은 공극율, 복합한 공극 분포 및 감소 밀도를 보인다. 이러한 구조는 공극 벽의 결정질 구조 및 공극 사이 인접 중간 코어 구조의 변동성으로 더욱 복잡해진다. 이러한 결정질 구조체는 침상-결정체, 판상-결정체, 및/또는 이들의 조합, 및 기타 결정체 및 비결정체 요소를 포함한다. 본 발명에 따라 형성되는 패널의 이러한 실시태양들은 이러한 상대적 취성 코어 구조체의 일체성에 따라 내화성, 및/또는 기타 패널 구조 및 강도 특성, 예컨대 못 인발 강도, 유동 저항성 및 굽힘 저항성을 보인다.
따라서, 도 1-6에 도시된 바와 같이, 이러한 구조체에 고팽창성 질석 입자들을 포함시키면 패널이 고온에 노출될 때 질석 입자 부피의 매우 큰 팽창으로 인하여 (예를들면 원래 미가열 질석 부피의 약 290% 내지 약 390% 이상으로 부피 팽창) 공극 벽 및 중간 코어 영역의 박리, 균열 및 파손에 이를 것이라고 예상된다. 이에 따라 코어 구조체의 심각한 약화, 이로인한 훼손, 조기균열 패널 붕괴가 예상된다. 또한, 상당한 질석 팽창은 물 손실 및 기타 결정질 형태 손상 및/또는 변화로 인해 석고 코어가 부피, 및 잠재적으로 일체성을 손실하는 온도에서 일어나므로, 공극 벽 및 중간 코어 구조에서의 상당한 질석 팽창은 패널 일체성 손실을 촉진시킬 것이라 예상된다. 따라서, 내화성 및 판 강도 특성에 필요한 구조적 강도를 제공하기 위하여 상당한 함량의 추가 석고 또는 기타 수축 저항 첨가제가 필요할 것이라고 예상된다. 상기와 같이, 및 본원 실시예들에서 더욱 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 패널은, 이와는 반대로, 훨씬 더 높은 밀도 및 더 높은 석고 함량 패널과 동등한 내화용량을 제공한다 .
실시예 3
본 발명에 따라 형성되는 석고패널 내화특성을 특정하기 위한 하나의 방법으로 상기 참고문헌 미국특허번호 3,616,173 (“’173 특허”)에서 논의된 x-y (각각 폭 및 길이) 패널 수축 저항성 시험을 수행하였다. ’173 특허에서 설명된 바와 같이, 석고패널에서 선택된 부분이 가열될 때 x-y 치수 수축 정도는 수축, 균열 및 패널을 이용한 구조적 조립체의 스터드 및 지지체에서 떨어짐에 대한 패널 저항 정도를 표시한다.
본 연구에서 한 세트의 5/8 인치 두께의, 대략 3 인치 X 9 인치 석고판 샘플들을 사용하여 ’173 특허에서 기재된 하기 방법으로 시험하였다. 하기 샘플 실험 13의 석고 벽판에서 샘플들을 절단하였다. ('173 특허에서는, 밀도 조절을 위하여 거품대신 물을 사용하여 실험실 혼합물로부터 샘플들이 약 1/2 인치 두께로 성형되었다). 긴 모서리 (본 경우에는 5/8 인치 두께)를 단열재 상에 세우고, 단열 블록들을 샘플들 사이에 두어 코어 샘플이 뒤집어지는 것을 방지하여 샘플들을 머플로에 넣었다. 각각의 샘플의 일측 또는 양측의 초기 x-y 표면적을 측정하였다.
오븐 및 샘플을 실온에서 샘플들을 머플로로 넣었다. 머플로를 1800 ℉까지 가열하고 1시간 유지한 후 가열을 중지하고 로 문을 약간 개방시켜 냉각시켰다. 로 및 샘플이 주변 온도로 식었을 때, 샘플을 꺼내 샘플의 x-y 표면적을 측정하였다. 가열 후 샘플 표면적을 초기 가열-전 샘플 표면적로 나누고, 100을 곱하여 가열후 잔류 표면적 분백율을 구하였다. 본 수치인, 잔류 표면적 백분율은 “수축 저항성” 수치로 본원에서 언급되고 사용된다.
3종의 상이한 석고패널 샘플의 시편들을 제1 실험에서 테스트하였다. 제1 실험에서, 3종의 시편들을 하기 실시예 4에서 논의된 샘플 실험 13에서 본 발명에 따라 제조된5/8 인치 두께의 석고패널로부터 절단하였다. “Sheetrock 상표 Firecode® 5/8” Type-X 코어 판”으로 United States Gypsum Company에서 상업적 판매되는 2종의 상업적 5/8 인치 타입 X 판에서 각각에서 절단된3종의 시편을 동시에 시험하였다.타입 X 샘플의 코어 밀도는 약 43.5 pcf이고 판 중량은 약 2250 lb/msf이었다.
하기 실시예 4에서 논의된 샘플 실험 13의 제1 샘플 패널을 본 발명에 따라 제조하였고 약 5/8 인치 두께이며 중량이 약 1850 lb/msf, 코어 밀도는 35.5 pcf이었다. 패널은 약 1311 lb/msf 스투코, 약 27 lb/msf HRA, 약 30 lb/msf 전호화 전분, 약 100 lb/msf 고팽창성 질석, 약 7.5 lb/msf 유리섬유, 약 1.5 lb/msf 삼메타인산나트륨, 및 약 2.5 lb/msf 나프탈렌술폰산염 분산제, 및 원하는 코어 밀도 생성에 필요한 함량 및 조성의 거품으로 구성된다. 패널 물리시험으로 ASTM 시험 방법에 따른 못 인발 강도는 약 103 lb을 보였다.
제2 실험에서, “Sheetrock 상표 Firecode 5/8” Type-X 판”으로 United States Gypsum Company에서 상업적으로 판매되는 제2의 상업적 5/8 인치 타입 X 판 각각에서3종의 시편을 얻었다. 타입 X 샘플의 코어 밀도는 평균 약 41.73 pcf이고 판 중량은 약 2250 lb/msf이었다. 또한 3종의 시편을 “Sheetrock 상표 Firecode® C 코어. 1/2” 및 5/8”로 판매되는 각각 상업적 1/2 인치 및 상업적 5/8 인치 Firecode® C 코어판 각각에서 절단하였다. 이들 판은 United States Gypsum Company에서 상업적으로 입수되었다.Firecode® C 판들에는 저팽창성 질석이 포함되었다. 1/2 및 5/8 인치 샘플들 코어 밀도는 각각 평균 약 48.12 pcf 및 약 46.86이고 판 중량은 각각 약 2025 lb/msf 및 약 2550 lb/msf이었다.
수축 저항성 시험 결과 평균값들이 도 24 표 VI에 제시된다. 본 시험을 통하여 상기 데이터는 본 발명 원리에 따라 형성된 내화판은, 훨씬 더 낮은 밀도 및 중량에서, 수축 저항성이 훨씬 우수하다는 것을 보였다. 평균 수축 저항성은 약 88%이고 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 타입 X 판 샘플들의 수축 저항성 약 77% 및 약 61%와 비교된다. 유사한 결과를 본 시험을 이용한 수축 저항성은 약 74%인 상당히 밀도가 더 높고 더 무거운 상업적 Firecode® C 패널에 대하여도 얻었다. 1/2 인치 및 5/8 인치 Firecode® C 샘플들 간에는 본 시험을 이용한 수축 저항성에 주목할 만한 차이가 없었다.
비교 목적으로, ’173 특허는 실시예들 (달리 언급되지 않는 한)에서 각각의 1/2 인치 샘플의 코어 밀도는 약 43 pcf라고 보고하였다. 또한’173 특허는 본 밀도에서, 63 종의 피-시험 샘플들은 54% (작은 입자 크기 무기 재료 또는 첨가 질석이 없는 석고패널) 내지 약 85% (점토 및 유리섬유가 모든 건조 코어 성분들의 0.45 중량% 포함된 석고패널)의 수축 저항성을 보였다고 보고하였다.
유리섬유만이 첨가된 (모든 건조 코어 성분들의0.45 중량%) ’173 특허 샘플의 수축 저항성은 약 60% 미만 (예를들면 53.7%, 내지 61.5%)이었다. 질석 및 유리섬유가 첨가되고, 작은 입자 크기 무기 재료 첨가가 없는, 샘플의 수축 저항성은 약 60.8% (질석은 모든 건조 코어 성분들의 1.0 중량%) 및 약 64.1% (질석 및 유리섬유는 각각 모든 건조 코어 성분들의 1.0 및 0.45 중량%)였다. 유리섬유 및 질석이 첨가된 샘플들을 포함하여 수축 저항성이 약 80% 또는 이상의 샘플들은 실질적으로 점토를 모든 건조 코어 성분들의 5.0중량% 포함한 것이었다. 전부는 아니지만, 실시예들의 대부분은, 점토 첨가량이 고정될 때 질석 첨가로 인한 임의의 이익이 거의 관찰되지 않았다. 따라서, 석고 코어에 고온 조건 수축 저항을 위한 점토, 콜로이드 실리카, 또는 콜로이드 알루미나의 작은 입자 크기 무기재료의 상당량이 첨가되지 않은 본 발명에 의한 석고패널의 실시태양들에서, 이들 실시태양이 양호하지는 않더라도, 종래 타입 X 석고패널 및 저팽창성 질석 사용 상업적 패널, 예컨대 Firecode® C 패널과 최소한 동등한 수축 저항성을 보이는 것은 놀라운 것이다.
따라서, 조성물 및 본 발명의 내화성 석고패널 제조방법은 본 시험에서 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 석고패널을 초과하고, 원하는 수축 저항성 제공에 필요한 점토와 같은 성분들이 상당히 첨가된 이러한 패널을 충족하거나 초과하는 수축 저항 특성의 석고패널을 제공한다.
실시예 4
날을 달리하여 여러 시험들을 실시하여 본원에 개시된 조성물을 이용하여 본 발명에 따라 감소된 중량 및 밀도의 명목상 5/8 인치 두께 석고패널를 제조하였고, 이들의 예를 도 19의 표 I에 제시한다. 실험 샘플들에 대하여 도 25a-b의 표 VII에 부분적으로 더욱 기재하였고, 성분 함량, 판 중량 및 판 밀도 (근사치)를 제시하였다. 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널에 대하여 하기 실시예 4A 내지 4E에 논의된 시험을 실시하였다. 상업적으로 입수되는 타입 X 내화 석고패널 및 유리-매트 석고패널 샘플들도 비교 목적을 위하여 입수하였다. 타입 X 패널라고 언급되는상업적 샘플은 5/8 인치 두께의 SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 X 석고패널에서 얻은 것이고 이는 상업적으로 United States Gypsum Company에서 입수된다 (1시간 내화) (샘플 실험 21). 유리-매트 패널이라고 언급되는 상업적 샘플은 상업적 5/8 인치 두께의 상업적 SECUROCK® 상표 유리-매트 덮개 석고패널에서 얻은 것이고 상업적으로 United States Gypsum Company에서 입수된다 (1시간 내화).
이들 실시예들에서 논의되는 본 발명에 따른 실시예들 및 상업적 석고패널 모두의 석고패널에서 취한 밀도, 수축 저항성, z-방향 고온 두께 팽창 및 단열 시험을 위한 시편들은, 달리 언급되지 않는 한 패널의 "분야" 중 하나 이상에서의 패널 모서리로부터 최소한 6인치 취한 것이다 .
실시예 4A
본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도를 가지는 내화성 석고패널인 샘플 실험 1 내지 20의 시편에 대하여 유럽에서 소정의 내화 석고패널 표준으로 통상 적용되는 EN 520 석고 플라스터판 - 정의, 요건 및 시험 방법에 따라 고온 코어 부착 시험을 하였다. 본 시험 절차는 ASTM WK25392 보고서- 수정사항 C473 - 09 석고패널 생성물 물리시험을 위한 표준시험방법 (이하 “ASTM Pub. WK25392”)에서도 논의되고, 이는 웹주소 www.astm.org/데이터BASE.CART/WORKITEMS/WK25392.htm에서 또는 ASTM International에서 기타 형식 또는 형태로 입수된다.
본 시험은 패널을 사용하는 조립체가 고온, 예컨대 화재 상황에 노출될 때 석고패널의 휨 및 기계적 변형 저항 성능을 평가하는 것이다. 고온 조건에서, 예를들면, 조립체의 구조적 요소, 예컨대 벽 스터드들은 고온 노출로 인하여 변형되거나 훼손된다. 그 결과, 조립체는 열원을 향하거나 멀어지도록 휘어지고 패널에 압축 및/또는 팽창력을 가한다.
이들 시험에서, 약 1.75 인치 X 약 12 인치 (24 mm X 100 mm) 시험 시편이 길이 약 10 인치 (254 mm)인 캔틸레버와 수평 장착된다. 시편 자유단에 분동 (weight)을 달아 전단응력 및 굽힘 모멘트를 가한다. 분동은 플랫폼으로부터 약 0.39 인치 (10 mm) 위에 매단다. 분동 무게는 시험 시편 두께에 따라 달라지고, 석고 판 두께가 약 1/2 인치 (12.7 mm) 내지 약 ¾ 인치 (19.1 mm)인 경우 약 10.6 온스 (300 g) 내지 약 25.9 온스 (450 g)이다. 시험 시편은 시편 고정단에서 약 3.9 인치 (100 mm) 떨어진 곳에서 수평방향으로 반대측 있는 2개의 Meker 버너들에 의해 화염에 노출된다.
각각의 버너 입구는 시험 시편 인접 면에서 약 1.0 인치 (25.4 mm)에 놓이고 시편으로부터 약 0.2 인치 (5 mm)인 곳에 삽입된 열전대가 약 1830 ℉ (1000 ℃)가 되도록 조정한다. 시편이 약해지거나 및/또는 변형되지만, 별개 부분들로 절단되어 플랫폼에 분동이 닿지 않고 여전히 유지되는 한 시험 합격으로 간주한다. 7회 반복 중 최소한 6회 합격하여야 석고패널 샘플이 합격된다. 시험 결과는 "합격" 또는 "불합격"으로 표시된다.
모든 샘플 실험의 시편에 대한 시험에서 25.9 온스 (450 g) 무게를 사용하였다. 석고패널의 감소된 중량 및 밀도에도 불구하고 각각의 샘플 실험 시편들은 고온 코어 부착 시험을 합격하였다.
실시예 4B
상기와 같이, 코어 부착 문제외에도, 고온 노출로 인한 석고 코어 수축 역시 조립 패널 구조체, 예컨대 벽 유닛 및/또는 화재 차단벽의 물리적 일체성 손상에 기여한다. “고온 수축” 측정 시험이 개발되고 ASTM Pub. WK25392에 보고되며, 고온 조건에 있는 석고패널 수축 특성에 대한 정량적 측정을 제공한다. 본 시험 절차는 화재 조건에서 석고패널 고온 수축은 고온 조건에서 패널 석고 코어에 일어나는 소성반응 이외의 인자들에 의해 영향을 받을 수 있다는 사실을 반영한다. 따라서, 시험 프로토콜은 통풍구가 없는 로를 이용하여 시험 시편을 식힐 수 있는 로 외부로부터의 공기유동이 없도록 하였다. 로 온도 역시 약 1560℉ (850℃)으로 설정하여 고온의 화재 조건에 노출될 때 석고 코어 구조체의 무수화물 상에서 일어날 수 있는 수축뿐 아니라 소성 및 기타 고온 효과를 감안하였다. 본원에서 사용되는 “고온 수축”이란 고온 시험 및 본원에 기재된 것과 일치하는 샘플 조건에서 석고패널의 수축 특성 측정을 의미한다.
본 발명에 따라 형성된 샘플 실험 1 내지 20의 패널 시편에 대하여 ASTM Pub. WK25392에서 특정된 고온 조건에서 받는 x-y 고온 수축 정도를 시험하였다. 또한 이들 시험에서 두께 손실 또는 이득을 평가하였다. 내공 톱날을 가지는 드릴 프레스로 석고 판샘플로부터 약 4 인치 (100 mm) 직경 원반을 절단하여 시험 시편을 제작하였다. 각각의 시험에 대하여 6개의 시편이 필요하고, 이들을 서로 접촉되지 않게 나란히 로에 넣었다. 또한 시험 시편을 작은 받침대 위에 올려놓고 양면을 균일하게 가열 및 통풍시켜 상대적으로 평탄한 원통형 원반을 유지하였다.
박리 및 절단으로 인하여 무효한 시험 결과를 줄 수 있는 시험 시편에 대한 열 충격 방지를 위하여, 시험 프로토콜은 시험 시편을 로에 넣은 후 약 1560℉ (850 ℃)로 가열되도록 변경되었다. 시편을 이 온도에서 최소 약 20 분 동안 유지한 후 로를 정지시켰다. 로 문을 닫은채로 로를 식혔다. 온도가 거의 실온으로 떨어진 후 시편을 꺼내어 측정하였다.
석고판은 이방성이므로, 수축 정도는 길이 및 폭 방향에 따라 약간 다르다. 따라서, 2 종의 직교적 측정을 한 후 평균하여 원반의 평균 직경을 계산하였다. 이러한 시험에서, 서로 90도 차이가 있는 두 종류의 측정을 하고 이러한 방법은 일관된 시편 직경 측정값을 보인다는 것을 알았다. “기계 방향” 및 “기계 횡단 방향” 관점에서 시편 방향이 본 시험 목적에 있어서 유의한 사항이 아니라는 것을 알았다. 전형적으로, 원반에 대한 두 측정값들이 0.01 인치 (0.25 mm) 이상 차이가 나면, 이 원반은 제외하고 측정 결과에서 제외하였다. 고온수축율은 열 노출 후 평균 직경의 백분율 차이로 계산하였고, 전형적으로 6종의 시험 시편들 군에서 가장 근사한0.1%에“S”로 표기하였다.
본 시험 데이터를 도 26a-b 표 VIII에 제시하고 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널의 코어 구조체는 감소된 코어 밀도 및 석고패널 수축을 줄이는데 통상 필요하다고 고려되는 석고 함량 결여로 인하여 예상되는 것보다 고온 수축에 상당히 더욱 저항성을 가진다는 것을 보인다 (S 는 약 2% 내지 약 4%).
또한, 샘플은 가열전 초기 두께에서 가열후 최종 두께로 z-방향의 두께 팽창 또는 “고온 두께 팽창 TE” 이 약 11% 내지 약 30% 이상이라는 것을 보인다. 본원에서 언급되는 “고온 두께 팽창”은 고온 시험 및 본원에서 기재된 것과 일치되는 샘플 조건에서 z-방향의 석고패널 두께 팽창 특성 측정을 의미한다. 고온 수축에 대한 고온 두께 팽창 (z-방향) 비율 (즉 TE/S)은본 발명의 전체적인 이익 측정치의 하나이고, 샘플 실험 1 내지 20에서 약 3 내지 17 이상이었다.
비교 목적으로, 상업적 내화 5/8 인치 두께의 석고패널에서 전형적인 고온 수축, 고온 두께 팽창, 및 수축에 대한 팽창 비율을 도 26b 표 VIII에 제시하였다. 데이터, 및 전형적인 중량 및 밀도 데이터는, 상업적 SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 X 석고패널, SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 C 석고패널, 및 SECUROCK® 상표 유리-매트 덮개 석고패널의 시험 결과이고, 모두 United States Gypsum Company 에서 상업적으로 입수된다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널에서 낮은 고온수축은, 양호하지 않다면, 상업적 내화 패널과 동등하다. 또한, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널의 고온 두께 팽창 정도는 다른 악영향 없이 예상치 못하게 더 무겁고 밀도가 큰 종래 내화 석고판보다 실질적으로 컸다.
또한 본 발명에 따라 형성되는 패널의 예상치 못한 결과는 상업적 내화 패널에 비해 실질적으로 더 큰 고온 두께 팽창 (z-방향) 대 고온 수축 비율 (TE/S)이다. 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널의 상대적으로 낮은 고온 수축 및 실질적으로 더 큰 고온 두께 팽창은 구조적 화재 조건에서 발생되는 온도에서 이들의 중량 및 밀도에 대한 예상치 못한 내화성을 제공하는 것을 의미한다. 유사한 결과는 본 발명의 범위내에서 기타 구성재료들의 조합으로 얻어진 패널에 대하여도 얻어진다.
실시예 4C
예를들면 ASTM E119 화재 시험에서 요구되는 부하 목재스터드 골조를 이용하는 조립체의 석고패널 화재 성능에 대한 유용한 하나의 지표는 논문 Shipp, P. H., 및 Yu, Q., “Thermophysical Characterization of Type X Special Fire Resistant Gypsum Board,” Proceedings of the Fire and Materials 2011 Conference, San Francisco, 31st January 2nd February 2011, Interscience Communications Ltd., London, UK, pp. 417-426에서 논의된다. 본 논문은 부하 목재 골조 벽 조립체의 일련의 E119 화재 시험, 및 상업적 타입 X 석고패널의 고온 수축 및 단열 특성 간의 상관관계 및 E119 화재 시험 방법에서 예상 성능을 논한다.
내화성 FR (분)을 종속변수로 시험 데이터에 대하여 선형 다변량 회귀 분석을 수행하였다. 독립변수들은 백분율 수축 SH (실시예 4B에서 상기 고온 수축 시험으로 측정), 단열지수 TI (하기 실시예 4D에서 논의된 시험으로 측정), 목재 수분 함량 MC (중량%), 및 실험실 시험 설비 LAB = {0, 1}였다. 결과적인 선형 회귀 분석은 하기 관계식을 수립한다 (회귀 표준오차 2.55 분):
FR = 18.3 - 1.26 SH + 1.60 TI + 0.42 MC + 6.26 LAB(1)
단일 실험실 (LAB = 1) 및 전형적인 13.5% 목재 수분 함량에서 시험된다고 가정하면, 상기 관계식은 다음으로 표현된다:
FR = 30.23 - 1.26*SH + 1.60*TI (2)
식 2를 정리하여 고온 수축 시험 데이터를 이용하여 E119 시험 절차에서 화재 시험 성능을 제공하기에 필요한 부하, 목재 스터드 조립체의 전형적인 상업적 타입 X 패널에 대한 예상 최소 단열지수를 표시한다. 결과적인 관계식은 다음으로 표시된다:
TI ≥ (FR - 30.23) / 1.60 + 1.26 / 1.60*SH (3)
50, 55 및 60 분 내화성에 대하여, 바람직한 TI 는 하기와 동일하거나 크다:
TI ≥ 12.36 + 0.78*SH (4a)
TI ≥ 15.48 + 0.78*SH (4b)
TI ≥ 18.60 + 0.78*SH (4c)
도 27 표 IX에 도시된 바와 같이, 식 4a 내지 4c로 표시된 상기 관계식은 나열된 근사 최소 TI 값들이 약 50, 55 및 60 분 E119 조건에서 허용되는 내화성을 제공하기 위하여 필요하다는 것을 나타낸다. 실시예 4B에 논의된 바와 같이 샘플 실험 패널 및 상업적 패널에 대한 고온 수축 값들 SH 은 도 28a-b의 표 X에 제공된다.
본 발명에 의해 형성된 샘플 실험 1 내지 20의 예시적 패널에 대하여, 관계식 (식 4(a) 내지 4(c))에서 유도된 최소 TI 값들은 50 분에서 약 13.8 내지 약 15.8, 55 분에서 약 16.6 내지 약 19, 60 분에서 약 20 내지 약 22와 동일하거나 클 것이다. 양호하지 않다면, 상업적 타입 X, Type C (등급 5 질석 포함) 및 유리 면의 석고패널과 동등한 이러한 계산 TI 값들이 도 27 표 IX에 포함된다. 훨씬 더 무거운 중량 및 밀도의 상업적 패널에 대한 계산 TI 값들은 50 분에서 약 13.9 내지 약 16.6, 55 분에서 약 17 내지 약 19.7, 60 분에서 약 20.2 내지 약 23와 같거나 클 것이다.
하기 실시예 4D에 논의된 바와 같이, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널, 샘플 실험 1 내지 20의 시편에 대한 측정된 TI 값들은, 예상 TI 최소값과 같거나 초과하고, 타입 X 석고패널에 비해 상당히 감소된 중량 및 밀도에도 불구하고 타입 X 석고패널 샘플의 측정된 TI 값들과 동등하다. 또한, 하기 실시예 4E에 논의된 U305 방법을 이용한 등등 시험에서, 본 발명에 따라 형성되는 패널은 실질적으로 화재시험을 받을 때 예상 내화성보다 더욱 큰 내화성을 제공하였다. 이론에 구속되지 않고, 본 발명에 따라 형성되는 패널의 놀라운 내화성 증가는 실제 화재 시험에서 부분적으로 패널 및 본 발명의 방법에 의해 달성되는 고온 두께 팽창에 기인한다고 판단된다. 역시 이론에 구속되지 않고, 이러한 상당한 고온 두께 팽창의 이익은 가열과정에서 전형적으로 수축을 보이는 타입 X 석고패널 시험에 기초하기 때문에 상기 관계식에서 반영되지 않는다고 판단된다 (표 참고 도 26b VIII, 타입 X 시험).
실시예 4D
ASTM Pub. WK25392에 논의된 절차에 의한 고온 단열지수 시험을 평가하였다. 본 절차는 석고패널의 고온 단열 특성에 대한 간단하고 대표적인 시험을 제공한다. 본 시험에서 반영되는 열전달 조건은 판 두께를 통한1차원 비정상 열전도에 대한 에너지식으로 표현된다:
Δ/Δx (k (ΔT/Δx)) + q = ρcp (ΔT/Δt) (5)
식 중 T 는 판 깊이x에서 주어진 시간 t 에서의 온도이다 . 열 전도율 (k), 밀도 (ρ), 및 비열 (cp)은 상승된 온도에서 비선형 온도 의존 함수이다. 열발생율 q 은 다양한 흡열 및 발열 반응, 예를들면, 석고 상변화 및 면에 있는 종이 연소를 나타내고, 이들은 상이한 온도에서, 따라서, 상이한 시간대에 발생한다.
석고판을 통한 총 열전도, 따라서 단열성능을 평가할 목적으로, 전형적으로 상기된 각각의 변수에 대한 개별 측정 및 기재를 필요로 하지 않는다. 열전달에 대한 이들의 순수 누적 효과를 평가하는 것으로 충분하다. 이러한 목적으로, ASTM Pub. WK25392에서 논의된 간단한 고온 단열지수 시험을 수행하였다. 본원에 기재된 “고온 단열지수”는 고온 시험 및 본원에 기재된 것과 일치되는 샘플 조건에서 석고패널의 단열 특성 측정을 의미하는 것이다. 각각의 시험 시편은 G 형 나팔머리나사로 함께 체결된 2개의 4 인치 (100 mm) 직경 원반들로 이루어진다. 열전대는 시편 중앙에 둔다. 이후 시편을 표면 상부 균일한 가열이 보장되도록 설계된 랙의 모서리에 장착하고 약 930 ℉ (500 ℃)로 예열된 로에 넣는다. 시험 시편 중앙에서의 온도 상승을 기록하고, 시험 시편을 약 105℉ (40℃)에서 약 390℉ (200℃)까지 가열시키기 위하여 필요한 시간 (분)으로서 단열지수, TI 를 계산한다. 시험시편의 단열지수는 다음과 같이 계산된다:
TI = t 200 ℃ - t 40 ℃ (6)
본 절차에 의해 수집된 데이터로부터 얻은 온도 프로필은 때로 약 212℉ (100℃)에서 석고에서 반수화물로의 전이 및 약 285℉ (140℃) 근처에서 반수화물에서 제1 무수화물 상으로의 전환을 보인다. 또한 이러한 데이터는, 일단 상전이가 끝나면, 더 이상의 유의한 화학적 또는 상변화 반응이 전형적으로 오븐 온도인 약 930℉ (500℃)이하에서 없으므로 온도가 선형 방식으로 급격히 상승하는 것을 보인다. 시편의 코어 온도가 약 105℉ (40℃)로 도달될 때까지 대기하여, 허용되는 반복성 및 재현성을 달성할 수 있다.
샘플 실험 1-20의 시편에 대한 단열지수 시험이 도 28a-b 표 X에 제시된다. 샘플 실험 실시예에 대한 단열지수 (TI) 데이터는 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 석고패널 코어 구조체는 주어진 밀도 및 석고 함량에서 놀랍게도 효과적인 단열 특성을 제공하다. 표 X에 표기된 바와 같이, 단열지수 값들은 샘플 실험 1-20 시편에 대하여 약 22 분 내지 약 25 분이다. 이것은 본 발명에 따라 형성된 코어 조성물이 화재 및 화재 시험 조건에서 고온에 저항하기 위한 코어 밀도 관점에서 예상보다 더욱 효과적인 단열재라는 것을 의미한다. 또한 이들 실시예는 샘플 실험 1-20 시편에 대하여 밀도 대 단열지수 비율이 약 0.60 내지 약 0.68 분/pcf라는 것을 보인다. 비교되는, 더 무겁고 밀도가 큰 상업적 SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 X 석고패널, SHEETROCK® 상표 FIRECODE® Type C 석고패널, 및 SECUROCK® 상표 유리-매트 덮개 석고패널 샘플 실험 1-20 시편에 대한 밀도 대 단열지수 비율은 약 0.55 내지 약 0.59 분/pcf 이었다.
본 데이터에서 나타나듯, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널은 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널보다 어느 정도 더 낮은 단열지수 값들을 가진다. 이는 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널은 내화성 성능이 감소되는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널의 밀도를 고려할 때, 단열 용량 (TI 대 밀도 비율로 반영)은 더 무겁고 밀도가 큰 상업적 패널보다 유사하거나 양호하다. 또한, 실시예 4E에 나타나듯, 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널은 더 무겁고 밀도가 큰 상업적 패널에 비하여 전면적 화재 시험을 받는 조립체에 사용될 때 예상치 못한 내화성을 보였다.
실시예 4E
본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 내화성 패널의 샘플 실험 1 내지 20 시편에 대하여 UL 절차 U419, U423 및 U305에 제시된 절차에 따른 전면적 화재 시험을 하였다. 본 시험 방법은 철재 또는 목재스터드 (전형적으로 약 10 피트 수직 스터드, 동일 재료의 토대판 및 상판 사이에 장착)의 벽 조립체 골조로 구성된 시험 구조 조립체를 요구한다. 샘플 실험 1 내지 17의 본 발명에 따라 형성되는 패널 시편을 이용한 조립체에 대하여 U419 절차에 따라 화재 시험하였다; 샘플 실험 18의 본 발명에 따라 형성되는 패널 시편을 이용한 조립체에 대하여 U423 화재 절차에 따라 화재시험하였다; 샘플 실험 19 및 20의 본 발명에 따라 형성되는 패널 시편을 이용한 조립체에 대하여 U305 화재 시험 절차에 따라 화재시험하였다.
또한, 비교 목적으로, 상업적 1시간 내화 5/8 인치 두께의 SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 X 석고패널, (샘플 실험 21), 및 상업적 5/8 인치 두께의 상업적 1시간 내화 SECUROCK® 상표 유리-매트 덮개 석고패널 (샘플 실험 22)의 샘플에 대하여, 각각 U419 및 U423 절차에 따라 시험하였다. 샘플 실험 21의 타입 X 패널 중량은 대략 2250 lb/msf, 코어 밀도는 약 43.5 pcf이다. 샘플 실험 22의 Securock® 패널 중량은 약 2630 lb/msf, 코어 밀도는 약 51 pcf이다.
U419 및 U423 시험에서, 스터드는 두께가 약 0.015 인치 내지 약 0.032 인치이고, 약 3-5/8” 또는 3-1/2” 인치 폭 X 약 1-1/4” 인치 두께의 철재로 형성된 상업적으로 입수되는 경량 형강 스터드이었다. 철재 스터드, Viper 25 철재 스터드 (Marino/Ware, Div of Ware Industries Inc)는, 조립체에서 약 24 인치 이격 설치되었다. U305 시험에서 약 16 인치 이격되는 #2 더글라스 퍼 (Fir) 목재 2 x 4 스터드 (대략 3.5 인치 폭 X 1.5 인치 두께)를 사용하였다.
U419 시험 방법은 (전형적으로 노출 패널을 가스버너화염을 향하도록 하여) 패널을 통과하여 노출 및 미노출 패널 사이 조립체 공동으로 전달되는 열로 인하여 경량 형강 스터드가 열 변형을 받기 때문에 UL 시험 유형에서 가장 엄격한 것으로 간주된다. 이러한 변형으로 조립체의 가열된 노출된 측에서 패널 이음새가 분리되거나, 기타 파손되어, 가스버너 화염 및/또는 고열이 신속하게 조립체 공동 및 조립체의 미노출된, 미가열측으로 통과된다. 경량 형광 스터드가 가벼울수록, 스터드 및 조립체 열 변형이 클것으로 예측된다.
석고패널을 수평으로, 즉 수직 스터드들에 대하여 수직하게, 조립체 각 측에 부착하였다. 골조 각 측에 전형적으로, 2개의 10 피트X 4 피트 패널, 및 하나의 10 피트 X 2 피트 패널을 사용하였다. 10 피트 X 2 피트 패널을 조립체 상부에 배치하였고, 더 좁은 패널을 더 넓은 패널 사이 중간에 배치하거나 조립체 하부에 배치한다면 조립체에 대한 시험이 어려워진다. 스터드 양측의 수평 모서리 이음새 및 맞대기 이음새는 어긋나지 않았다. 중앙에서 8인치 떨어진 지점에서 조립체 각 측에1 인치 S 하이/로우 타입 나사를 사용하여 골조에 패널을 부착하였다. 골조 각 측의 패널들 간 이음새들이 서로 정렬되도록 패널을 배치하였다. 이후, 이음새들을 종이 조인트 테이프 및 조인트 컴파운드로 밀봉하였다.
시험 유형, 스터드 유형 및 시험 종료까지의 시간으로 표현된 결과 (분 및 초)를 도 29a-c 표 XI에 제시한다. U419에 따른 시험에서, 경량 형강 스터드 형성 철재는 두께가 0.015 인치 또는 0.018 인치였다. U423에 따른 시험은 상업적으로 입수되는 약 0.032 인치 두께의 철재로 제작되는 철재 스터드를 사용하였다. U419 절차에서, 조립체는 외부 하중을 받지 않는다. U419 시험에서, 시편이 예정 온도 한계를 초과하여 불합격하였다. U423 및 U305 절차에서, 총 외부하중은 대략 9,520 lb (U423) 및 17,849 lb (U305)이 조립체 상단에 인가되었다. U 423 및 U 305 시험에서, 시편은 예정 온도 한계를 초과하기보다는 하중하에서 절단되어 불합격하였다.
각각의 시험에서, 완성된 패널 및 골조 조립체를 U305, U419 및 U423 절차에 따라 ASTM 표준 ASTM 119에서 규정된 온도 및 속도로 조립체 노출측이 가열되도록 조립체 일측인 노출측을 가스버너 로 (furnace) 화염 배열에 놓이도록 배치하였다. ASTM E119 가열 곡선 예시는 도 9 및 10에 도시된다. ASTM 및 UL 방법에 의거하여, 약 14개의 센서 세트를 조립체 가열 노출 측 및 각각의 가스버너 사이에 이격되도록 배열시켜 조립체의 가열 노출 측 온도를 감시하였다. 또한 ASTM 및 UL 방법에 따라, 한 세트의 센서들을 조립체의 반대측, 미가열, 미노출측에 이격되도록 배열하였다. 전형적으로, 12개의 센서들을 UL 및/또는 ASTM 사양에 따른 패턴으로 조립체의 미노출 표면에 부착하였다. 이들 방법에 의거하여, 각각의 센서를 단열 패드로 덮었다.
화재 시험 절차 과정에서, 적용된 로 온도는 ASTM-E119 가열 곡선을 따라 주변 온도에서 개시되어 조립체 노출측에서 대략 1시간 동안 1600 ℉ 이상으로 상승되고, 가장 신속한 온도 변화는 시험 초기 및 종료시에 발생하였다. 조립체의 파국적 구조파괴가 있거나, 조립체 미노출측 센서 평균 온도가 예정된 온도를 초과하거나, 또는 조립체 미노출측 단일 센서가 제2 예정된 온도를 초과할 때 시험을 중단하였다.
화재 시험 데이터를 도 9-16에 도시한다. 도 9은 각각의 시험 초기에서 시험 종료까지 샘플 실험 1 내지 17 및 상업적 샘플 21의 패널을 가지는 각각의 조립체 미노출된 표면의 단일센서 최고온도 도표를 보인다. 상기와 같이, 또한 도 9는 조립체 노출측 로 온도로 적용되는 ASTM E 119 온도 곡선 도표를 보인다. 도 10은 각각의 시험 초기에서 시험 종료까지 샘플 실험 1 내지 17의 패널을 가지는 각각의 조립체의 미노출된 표면 평균 온도 도표 및 조립체 노출측에 로 온도로 적용된 ASTM E 119 온도 곡선을 보인다. 데이터 도표에서 표기된 바와 같이, 샘플 실험 1-20 패널 및 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 타입 X 및 유리면의 석고패널, 샘플 실험 21 및 22 사이 밀도 및 석고 함량의 매우 큰 차이에도 불구하고 모든 조립체에 대한 미노출측, 최고 단일 센서 및 센서 평균 온도들은 시험 전반에서 긴밀하게 정렬되었다.
도 9 및 10에 표기된 바와 같이, 또한, 약 50 내지 55 분 경과시 사이에 변곡점이 있고 변곡점 후 각각의 시험에 대한 미노출된, 최고 단일 센서 및 센서 평균 온도는 경사가 급하게 증가한다. 이론에 국한되지 않고, 변곡점은 조립체의 노출, 가열 패널이 히트 싱크 및 단열 용량 한계 근처 또는 이를 통과하고 따라서 조립체를 통한 열전달이 시험 종료까지 신속하게 증가하는 지점이라고 판단된다. 이러한 전달은 패널 자체를 통하여 또는 패널 사이 이음새에 있는 하나 이상의 개구를 통할 수 있다 . 데이터에 의해 보여지는 변곡점에 대한 특정 이유와는 무관하게, 패널 및 조립체 공동로 전달되는 온도, 전달속도가, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량, 감소된 밀도의 패널 및 훨씬 큰 코어 밀도를 가지는 훨씬 더 무거운 패널에 대하여 동등하다는 것은 예상치 못한 것이었다.
도 11 및 12는 U419 화재 시험에서 샘플 실험 1 내지 17 패널 및 상업적 타입 X 샘플 21을 이용한 각각의 조립체 미노출된 표면의 최고 단일 센서 및 평균 센서 온도의 도표를 각각 도시한 것이다. 도 11 및 12는 40 분 경과시 내지 65 분 경과시 (모든 시험은 65 분 전에 종료 ) 데이터의 확대도이다. 이들 데이터 도표는 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 타입 X 패널, 및 타입 X 패널을 이용한 조립체에 대한 본 발명에 따라 형성되는 내화성 패널, 및 이를 이용한 조립체의 약 50 내지 55 분에서 더욱 상세하게 밀접한 상응성을 보인다.
본 발명에 따라 형성되는 패널의 샘플 실험 패널을 이용한 조립체에 대한 온도는 약 55 분에서 60 분 이상까지 상업적 패널의 것과 긴밀하게 계속 상응된다. 도 13 및 14는 샘플 실험 5, 14의 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널, 및 샘플 21(상업적 타입 X 패널 실시예)를 적용한 조립체에 대한 도 9 및 10 각각의 데이터를 도시한 것이다. 본 데이터는 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 이를 이용한 조립체가 UL U419 화재 시험 조건에서 최소한 약 60 분 동안 양호하지 않다면, 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널 과 동등한 내화성 패널을 제공할 수 있다는 것을 보인다. 본 발명의 범위에 속하는 구성재료들의 기타 조합으로 생성되는 패널에 대하여도 유사한 결과가 얻어질 수 있다.
약 50 분 이후, 샘플 실험 6, 7 및 9 패널을 이용한 조립체에 대한 온도는 기타 샘플 실험 패널 이용 조립체보다 어느정도 더욱 급격하게 증가되었다는 것을 보였다 . 도 25b 표 VII에서 나타난 바와 같이, 샘플 실험 6 패널은 최저 중량 및 밀도를 가지고, 샘플 실험 7 및 9 피널은 과잉 건조되기 쉽다. 유사하게, 샘플 실험 8 및 15 패널 이용 조립체 온도 역시 나머지 조립체보다 어느 정도 신속하게 증가하였다. 표 VII에 표기된 바와 같이, 샘플 실험 8 및 15 패널 역시 과다 건조 또는 석고 공급원 중 불순물에 의해 영향을 받았을 수 있다. 이론에 구속되지 않고, 이러한 제조 및 재료 조건은 실질적으로 패널 이용 조립체 및 기타 샘플 실험 패널 이용 조립체의 온도 프로필 간 차이에 기여하였다고 판단된다.
이러한 사항들, 및 U419 시험 표준의 난이도를 감안하면, 본 시험 데이터는 놀랍게도 본 발명에 따라 형성되는 패널이 주어진 중량 및 밀도에서도 효과적인 내화성을 제공한다는 것을 보인다. 통합적으로, 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체의 데이터는 또한 본 발명의 방법 및 패널은 상당히 다양한 제조 조건 및 원재료 품질을 보상하도록 패널의 질석 및 스투코 함량을 조정하는 유연성을 허용하는 강건한 내화성 조립체를 제공할 수 있다는 것을 보인다.
도 15 및 16은 샘플 실험 18 및 22 패널 이용 조립체의 U423 화재 시험에서 각각 조립체의 미노출된 표면에서 최고 단일 센서 및 평균 센서 온도의 도표를 도시한 것이다. 도 15 및 16은 40 분 경과시 내지 65 분 경과시 (모든 시험은 65 분 전에 종료) 데이터의 확대도이다. 패널의 유리 피복시트가 본 시험에서 추가 내화성을 제공할 것이라 예상되지만 본 데이터 도표는 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 유리-매트 면의 석고패널 (샘플 실험 22)를 이용한 조립체의 동등한 열 저항성을 상세하게 보인다. 본 데이터는, 특히 50 분 경과시 데이터는, U423 화재 시험 조건에서 본 발명에 따라 형성되는 패널, 및 이를 이용한 조립체는 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널과 동등한(일부 경우에는 잠재적으로 더욱 양호한) 내화성을 제공할 수 있다는 것을 확인한다.
도 29a-c 표 XI의 데이터는50, 55 및 60 분 경과시 조립체의 미노출 표면에서 임의의 하나의 센서에 의해 도달되는 최고 온도 및 모든 센서 평균을 제공한다. 또한 표 XI는 시험 종료시 조립체의 미노출 표면에서 임의의 하나의 센서에 의해 도달되는 최고 온도 및 모든 센서 평균을 제공한다. 샘플 실험 6, 7 및 9에 대한 시험에서, 시험은 58 분 (샘플 6 및 7) 또는 59 분 (샘플 실험 9)에 종료하였고, 따라서 최고 단일 센서 및 센서 평균 온도는, 종료시에 동일하다.
U419 시험에서, 약 50 분 경과시 조립체의 미노출 표면에서 단일센서 최고온도는 약 260 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도가 약 250 ℉ 미만인 것은 성공적인 시험이라는 하나의 지표이고 피-시험 석고패널 코어 조성물 및 제조방법, 및 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체는 적합한 UL 시험 절차에서 “1시간” 내화성 요건을 만족하거나 초과할 수 있다는 지표이다. 유사하게, U419에서 약 55 분에 조립체의 미노출 표면에서 단일센서 최고온도가 약 410 ℉ 미만 및/또는 센서 평균 온도가 약 320 ℉ 미만인 것은 본 발명의 패널 및 방법은 내화 분야에서 사용이 적합한 내화성 조립체를 제공할 수 있다는 지표이다. 이러한 것은 U419 시험 조건에서 많은 조립체에 대하여 약 55 분에 조립체의 미노출 표면에서 온도가 300 ℉ 미만 및/또는 약 55 분에 이러한 미노출된 표면에서 센서 평균 온도가 약 280 ℉ 미만을 보이는 결과로부터 확인된다.
U419표준에 따라 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체가 약 60 분 경과시 조립체의 미노출 표면에서 단일센서 최고온도가 약 500 ℉ 미만 및/또는 이러한 미노출된 표면에서 센서 평균 온도가 약 380 ℉ 미만이라는 사실은 주어진 감소된 중량 및 밀도의 패널에도 불구하고 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 이를 이용한 조립체의 놀라운 내화성을 보이는 것이다. 약 60 분 경과시 조립체의 미노출 표면에서 단일센서 최고온도가 약 415 ℉ 미만 및/또는 이러한 미노출된 표면에서 센서 평균 온도가 약 320 ℉ 미만인 많은 조립체는 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 이를 이용한 조립체는 U419 시험 표준에 따라 이러한 표준에서 60 분 내화성의 품질이라는 것을 보인다.
50, 55 및 60 분에서 특정 최고 및 센서 평균 온도와는 무관하게, 샘플 실험 1 내지 17 패널 이용 조립체 결과는 샘플 실험 21 및 22의 상업적 타입 X 및 유리 면의 석고패널과 비교할 때 더욱 놀랍다. 샘플 실험 1 내지 17 및 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 샘플들 간중량 및 밀도에 있어서 상당한 차이가 있다면, 50, 55 및 60 분 경과시 각각의 최고 센서 온도 및 평균 센서 온도에서 상당한 차이가 예상되었다. 샘플 실험 1 내지 17 대부분의 패널 미노출된 표면에 대한 센서 평균 온도 역시 샘플 실험 21 및 22의 상업적 패널 대비 이들 패널의 상당히 더 낮아진 중량 및 밀도를 반영하지 않는다.
도 29a-c의 표 XI에 반영되 듯 , 목재스터드를 이용하고 조립체에 하중이 부가되는 U423 및 U305절차에 따라 시험될 때 샘플 실험 18, 19 및 20 패널 이용 조립체 미노출측의 최고 단일 센서 및 센서 평균 온도는 매우 유사하고, 일부 경우에는 조립체의 상업적 내화판보다 양호하다. 예를들면, 샘플 실험 18 패널은 50, 55 및 60 분에서 조립체 미노출 측 온도는 U423 절차에 따라 0.032 인치 철재 스터드를 이용하는 상업적 내화 패널 샘플 22에 대한 조립체와 매우 유사하다. 이러한 시험에서 샘플 실험 18의 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체에 대하여, 단일센서 최고온도는 약 50, 55 및 60 분 경과시 각각 약 255 ℉, 270 ℉ 및 380 ℉이다. 센서 평균 온도는 약 50, 55 및 60 분 경과시 각각 약 220 ℉, 235 ℉ 및 250 ℉ 미만이다. 샘플 실험 18의 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널은, 사실, 놀랍게도 60 분에서 단일 센서 온도가 상업적 샘플 실험 22의 유리섬유 피복시트를 가지는 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 석고패널과 동등하다는 것을 보인다. 본 결과는 특히 샘플 실험 22 패널의 유리섬유 피복시트가 종이 피복시트를 가지는 동일 패널 대비 피널 내화성을 개선시킨다고 판단되므로 더욱 놀라운 것이다.
유사하게, U305 절차에 따라 목재스터드 이용하여 조립체에서 시험되는 샘플 실험 19 및20의 패널은 단일센서 최고온도가약 50, 55 및 60 분 경과시 각각 약 250 ℉, 260 ℉ 및 265 ℉ 미만이다. 이들 조립체에서 센서 평균 온도는약 50, 55 및 60 분 경과시 각각 약 230 ℉, 240 ℉ 및 245 ℉ 미만이다.
또한, 통상-허용되는 UL 표준에서, 도 29a-c 표 XI 데이터는 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 감소된 밀도의 석고패널은 U419 절차에 의한 상업적 “1시간” 내화 석고패널 요구 기준을 충족 또는 초과할 수 있다는 것을 보인다. 예를들면, 표 XI에 제시된 본 발명의 패널 이용 조립체들에서 샘플 실험 17의 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체의 화재시험은, U419 사양의 상업적 “1시간” 내화 패널 표준을 만족한다. 샘플 실험 17 패널 이용 U419에 의한 조립체는 미노출된 표면의 단일 센서 최고 온도가 시험 개시 주변 온도 더하기 325 ℉ 미만 및 센서 평균 온도가 주변 온도 더하기 250 ℉ 미만인 것을 보인다. 이러한 화재 시험에서, 60분 18초 경과까지 단일 센서 최대는 요구 온도 이하이고, 60분 18초 경과까지 센서 평균 온도는는 한계 이하이다. 따라서, 본 시험은 샘플 실험 17 패널 조성물 및 제조방법은 U419 표준에서 1시간 내화 패널로 품질을 확인한다.
U423 및 U305 시험 절차에 따라 시험할 때 샘플 실험 18, 19 및 20 패널에 대하여도 유사한 결과를 얻었다. 이들 조립체의 미노출된 표면의 센서에 대하여 적용된 온도 한계는 동일한 방식으로 계산되었다 (단일 센서 최대 온도는 주변 온도 더하기 325 ℉ 및 센서 평균 온도는 주변 온도 더하기 250 ℉ 미만). 샘플 실험 18에 대하여, 단일 센서 온도 한계 및 평균 센서 한계는 약 62 분, 27 초 및 62 분, 35 초에서 각각 도달되었다. 샘플 실험 19 및 20에 대하여, 샘플 실험 19에 대하여63 분, 40 초 이상 및 샘플 실험 20에 대하여64 분, 35 초 이상에서 한계에 도달 전에 시험이 종료되었다. 이는 본 발명에 따라 형성되는 패널이 본 시험에 따라1시간 내화성 품질이라는 것을 설명한다.
상기 실시예 4A 내지 4E 데이터는 따라서 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 밀도의 패널, 및 이를 이용한 조립체는, 상업적 패널에서의 상당히 더 높은 석고 함량 없이도 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 상업적 패널과 동등한 구조적 온전성, 히트 싱크 및 단열 특성 (또는 이들의 조합)을 제공한다는 것을 보인다. 또한, 본 발명에 따라 형성되는 감소된 중량 및 감소된 밀도의 석고패널이 (가장 변형이 쉽고 고온에 의해 악영향을 받는 것으로 고려된)경량 형강 스터드를 사용하는 조립체에서 이러한 구조적 온전성, 히트 싱크 및 단열 특성을 보인다는 사실은 당업자에 의해 예상치 못한 것이다. 유사한 결과는 본 발명의 범위에 속하는 구성재료들의 기타 조합으로 생성된 패널에 대하여도 얻어진다.
시험 과정에서 문제는, 샘플 실험 1, 6 내지 10 및 15 패널이 제조과정에서 화재 시험을 받는 조립체에서 고온 저항성에 영향을 미치는 문제에 관한 것이다. 이러한 문제는 잠재적 코어 스투코 수화 문제 (샘플 실험 1), 잠재적 과다 건조 (샘플 실험 7 내지 10) 및 석고 공급원에서 더 많은 불순물 (샘플 실험 8 및 15)이었다. 화재 시험 결과는 이러한 제조 문제가 본 발명에 따라 형성되는 예시적 패널 일부 (예를들면, 샘플 실험 6, 7, 9, 및 15)에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보인다. 또한 결과는 이러한 문제는 코어 조성물 및 본 발명에 의한 패널 제조방법으로 해결 및/또는 보상된다는 것을 보인다. 또한, 시험 결과는 본 발명의 감소된 중량 및 밀도 패널 화재 성능에 대한임의의 필요한 조정은 원하는 화재 성능 달성을 위하여 고팽창성 질석 및 석고의 상대함량을 조정하여 이루어질 수 있다는 것을 확인한다.
실시예 5
본 실시예에서, 샘플 실험 1 내지 20 패널 시편에 대하여 못 인발 저항성 시험을 시행하여 이러한 통상 사용되는 기준에 따른 패널의 강도 특성을 결정하였다. 못 인발 저항성 시험은 석고패널의 코어 강도, 피복시트, 및 피복시트와 석고와의 결합의 조합적 측정이다. 시험은 판에서 주요 균열이 발생하기 전에 패널을 통해 헤드로 못을 뽑아내는 최대의 힘을 측정하는 것이다. 본 실시예의 시험에서, 못 인발 저항성 시험은 ASTM C473-95의 방법 B에 따라 수행하였다.
간단히 요약하면, 피-시험 시편을 시험 전 24시간 동안 약 70℉ 및 약 50% 상대습도에서 둔다. 7/64 인치 드릴 비트를 사용하여 시편 두께를 통과하는파일럿 홀들을 천공한다. 이후 시편을 시험 못 주행 경로와 수직인 중앙에 3인치 직경 홀을 가진 시편-지지판에 올린다. 파일롯 홀을 못 몸통 팁과 정렬시킨다. 최대하중에 도달될 때까지 분당 1인치 변형율로 하중을 가한다. 피크하중을 지나 90%에서, 시험을 중지하고 피크하중을 못 인발 저항성으로 기록한다.
못 인발 저항성 결과를 샘플 실험 1 내지 20에 대하여 도 30 표 XII에 요약한다. 표 XII에 나타낸 바와 같이, 4종의 추가 샘플, 샘플 실험 23 내지 26에 대하여도 못 인발 저항성 시험을 수행하였다. 샘플 실험 23 내지 25는 본 발명에 따라 도 19의 표 I 조성물 및 중량 및 밀도 변동이 도 30 표 XII에 표시되는 도 25a-b 표 VII의 샘플 실험 1 내지 20로 제작되는 감소된 중량, 감소된 밀도 석고패널의 실시예들이었다. 샘플 실험 26은 상업적으로 입수되는 5/8 인치 두께의 상업적 “1시간” 등급의 SHEETROCK® 상표 FIRECODE® 타입 X 석고패널이고 중량은 약 2250 lb/msf이고 밀도는 약 43 pcf이다.
본 발명에 따라 형성되는 예시적 감소된 중량, 감소된 밀도 패널의 평균 못 인발 저항성 값들은 약 73 lb-f 내지 약 107 lb-f 이상이었다. 이는, 본 발명에 따라 형성되는 패널 감소된 밀도 및 고팽창성 질석 사용에도 불구하고, 본 발명 패널은 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 내화 석고패널과 동등한 최소 못 인발 저항값을 달성할 수 있다는 것을 보인다. 또한 이것은 본 발명에 따라 형성되는 패널은 종이 피복시트를 가지는5/8 인치 석고패널에 대하여는 대략 96 lb-f인 상업적 목적을 만족시키는 못 인발 저항성 값들을 가질 수 있다는 것을 표시한다. 유사한 결과는 본 발명의 범위에 속하는 구성재료들의 기타 조합으로 생성된 패널에 대하여도 얻어진다.
실시예 6
본 발명에 따라 형성되고 도 19의 표 I 및 도 25a-b 표 VII 샘플 실험 17-19에 따라 제조되는 예시적 패널에 대하여 굽힘강도 시험을 수행하여 이러한 통상 사용되는 기준에 따른 패널 강도 특성을 결정하였다. 굽힘강도 시험은 일반적으로 석고패널 생성물이 재료 취급 또는 사용 과정에서 굽힘 응력에 저항하는 성능을 평가하는 절차를 포함한다. 본 시험 방법은 시편 단부를 지지시키고 지지체 사이 중간에 횡하중을 가하여 석고패널 생성물 굽힘 특성을 평가하는 것이다. 특히, 굽힘강도 시험은 ASTM C473-95의 방법 B에 따라 샘플 실험 17,18, 및 19 시편 패널에 대하여 수행하였다.
간단히 요약하면, 피-시험 시편을 시험 전 24시간 동안 약 70℉ 및 약 50% 상대습도에서 둔다. 4종의 샘플 조각, 각각 12 인치 (305 mm) X 대략 16 인치 (406 mm)을, 각각의 석고패널 시편에서 절단하고, 두 종은 모서리에 평행하게 16-인치 치수를 가지고 두 종은 모서리에 수직하게16-인치 치수를 가진다. 시편과의 표면 접촉점에서 측정하여 중심에서14 인치 (357 mm) 이격되고, 시험기에 단단히 부착된 판과 부착되는 시편 지지체들을 가지는 시험기를 사용하여 고정된 평행 지지체들 중심에 각각의 시편을 지지한다. 지지체들 사이 중간 유사한 방향에 하중을 가한다. 모서리에 평행한 긴 치수의 시편에 대하여는, 각각의 석고패널 제품의 하나의 시편을 상향 및 다른 것은 하향으로 시험한다. 모서리에 수직한 긴 치수의 시편에 대하여는, 각각의 석고패널 제품의 하나의 시편을 상향 및 다른 것은 하향으로 시험한다. 각각의 시험 조건에 대하여 평균 파괴하중을 계산하고 파운드-힘 (lb-f) 또는 뉴우턴 (N) 단위로 기록한다. 시험 조건은: (1) 평행, 상향; (2) 평행, 하향; (3) 수직, 상향; 및, (4) 수직, 하향.
샘플 실험 17, 18, 및 19 시편에 대한 굽힘강도 시험 결과를 도 31 표 XIII에 요약한다. 표 XIII에 표기된 바와 같이, 본 발명의 원리에 따라 형성된 석고패널은 5/8” 두께의 석고패널에 대한 ASTM C 1396 / C 1396M-06 사양에 제시된, 굽힘강도 표준 (즉, 패널 길이에 수직인 모서리를 가지는 경우 147 lb-f (654 N), 패널 길이에 평행한 모서리를 가지는 경우 46 lb-f (205 N)) 을 만족하거나 초과한다.
실시예 7
예시적 본 발명에 따라 형성되고 도 19의 표 I 및 도 25a-b 표 VII의 샘플 실험 17, 18, 및 19에 따라 제조되는 패널에 대하여 코어, 말단 (end), 및 모서리 경도 시험을 수행하여 통상 적용되는 이러한 기준에 따른 패널 강도 특성을 결정하였다. 경도 시험은 일반적으로 재료 취급 또는 사용 과정에서의 석고패널 제품 코어, 말단, 및 모서리의 파쇄 저항성 평가 절차를 포함한다. 본 시험 방법은 철재 펀치를 시험 면적에 압축하는 힘을 결정하여 석고패널 생성물 경도를 평가한다. 특히, 코어, 말단, 및 모서리 경도 시험을 ASTM C473-95 방법 B에 의거하여 샘플 실험 17, 18, 및 19의 시편 패널에 대하여 수행하였다.
간단히 요약하면, 피-시험 시편을 시험 전 24시간 동안 약 70℉ 및 약 50% 상대습도에서 둔다. 12 인치 X 3 인치 (305 mm X 76 mm) 미만의 코어 경도 시험 샘플 조각을 각각의 석고패널 시편 중앙으로부터 절단한다. 12 인치 X 3 인치 (305 mm X 76 mm) 미만의 밀단 경도 시험 샘플 조각을 각각의 석고패널 시편 하나의 밀-컷 말단으로부터 절단한다. 코어 경도 및 말단 경도 샘플에 대한 12-인치 (305-mm) 치수는 석고패널 시편 모서리에 수직하다. 12 인치 X 3 인치 (305 mm X 76 mm) 미만의 모소리 경도 시험 샘플 조각을 각각의 석고패널 시편의 양 모서리로부터 절단한다. 모서리 경도 샘플의 12-인치 (305-mm) 치수는 석고패널 시편 모서리에 평행하다.
샘플면은 시험기 바닥에 수직하고 철재 펀치 운동에 평행하게 시험기 바닥에 샘플을 고정시키는 수단이 제공된다. 중앙축이 주행선과 평행하도록 철재 펀치를 배치시킨다. 12-인치 (305-mm) 치수 모서리상에서 고정 수직 위치하도록 샘플을 고정한다. 대략 4 인치 (102 mm) 이격된 3회 시험을 각각의 샘플에 수행하고, 샘플의 하나의 모서리로부터 제1 시험 면적은 2 ±1/2 인치 (51 ±13 mm)이다. 철재 펀치는 시험 면적 상부에 위치하고 하중이 가해진다. 코어, 말단, 또는 모서리 경도 측정은 철재 펀치가 1/2 인치 (13 mm) 만큼 샘플 코어를 압착하는데 필요한 힘으로 파운드-힘 (lb-f) 또는 뉴우턴 (N) 단위의 하중으로 기록된다. 시편의 코어, 말단, 및 모서리 경도는 3회 샘플 측정의 평균으로 기록된다.
샘플 실험 17, 18, 및 19 시편에 대한 코어, 말단, 및 모서리 경도 시험 결과는 도 32a-c 표 XIV에 요약한다. 표 XIV에 표기된 바와 같이, 본 발명의 석고패널은 석고패널에 대한 ASTM C 1396 / C 1396M-06 사양에 제시된코어, 말단, 및 모서리 경도 표준 (즉, 11 lb-f (49 N))를 만족하거나 초과한다.
실시예 8
예시적 본 발명에 따라 형성되고 도 19의 표 I 및 도 25a-b 표 VII의 샘플 실험 17-19에 따라 제조되는 패널에 대하여 음향투과 및 음향투과 계급구간 (“STC”) 시험을 수행하였다. 샘플 실험 17, 18, 및 19 패널에 대하여 UL 시험 방법 U305 및 U419에 따라 제조된 두 개의 기본 벽 조립체에 대하여 시험하였다. 중앙에서 약 16 인치 이격되는 대략 2 x 4 인치 목재 스터드로부터 U305 유형의 조립체를 제작하였다. 중앙에서 24 인치 이격된 대략 3 5/8 인치, 25-게이지 (약 0.015 인치 두께) 철재 스터드로 U419 유형의 조립체를 제작하였다. 두 유형 스터드들 모두 8’x8’ 골조에 배치하였다.
모든 조립체는 각각의 면에서 단일층 벽판으로 구성되었다. 또한 조립체에 대하여 벽 공동에 약 3-1/2” 유리섬유 차단재 (insulation) 유무에서 시험하였다. 본 발명에 따라 형성되는 예시적 감소된 중량, 감소된 밀도 석고패널의 평균 중량은 약 1900 lb/msf이고, 코어 밀도는 약 36 pcf이었다.
패널 조립체 및 ASTM E90/사양 ASTM E413에 따라 결정되는 STC 값들을 포함한 음향투과 시험결과를 도 33 표 XV에 요약한다. 철재 스터드 및 본 발명에 따라 형성되는 패널로 제작되는 조립체는 STC 값들이 상업적, 더 높은 밀도 타입 X 패널로 제작되는 전형적인 해당 철재 스터드 조립체보다 약 1-2 포인트더 낮다. 목재 골조에서는, 그러나, 본 발명에 따라 형성되는 패널 이용 조립체의 STC 값들은 상업적, 타입 X 패널 이용 조립체의 전형적인 값들과 매우 유사하다. 일반적으로 3 포인트 미만의 임의의 STC 차이는 보통 사람의 청각으로 구분되지 않는다고 이해되고 따라서 본 발명에 따라 형성되는 패널 및 상업적 타입 X 패널 간 STC 값들 1- 내지 2-포인트 전체 차이는 대부분의 청각인에서 현저하지 않다. 이들 시험에서 보이는 바와 같이, 감소된 중량, 감소된 밀도의 석고 패널은 본원에 기재된 기타 이점과 함께 놀랍게도 훨씬 더 무겁고 밀도가 높은 석고패널과 매유 유사한 음향투과 특성을 가진다. 유사한 결과는 본 발명의 범위에 속하는 구성재료들의 기타 조합으로 생성된 패널에 대하여도 얻어진다.
실시예 9
도 34a-b 표 XVI의 석고패널 조성물로부터 시험 입방체를 제작하여 본 발명의 석고패널 제작용 슬러리에 대한 실록산 첨가 효과를 조사하였다.
고전단 혼합기를 이용하여 약 7500 RPM 속도로 2.5 분 동안 운전하여 실록산 에멀젼을 제조하였다. 실록산 에멀젼을 스투코 및 첨가제와 혼합하여 고속 Waring 블렌더에서 10 초 담지 및 10 초 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리로 2"x2"x2" 입방체를 주조하여 약 115℉에서 밤샘 건조하였다. 물/스투코 비율을 변경하여 밀도를 조정하였다. 물 흡수 시험 방법 ASTM C1396을 수행하여 건식 입방체를 70 ℉ 물에 2 시간 두고 중량 이득 백분율을 결정하였다.
시험 결과를 표 XVI 마지막 라인에 제시한다. 본 데이터는 약 30 lb/ft3 정도로 낮은 입방체 밀도에서 실록산 약 8 내지 약 12 lb/MSF 및 약 2.15% 전호화 전분를 사용하여 약 5% 미만의 물 흡수가 달성되었다는 것을 보인다. 따라서 본 실시예로부터 약 2% 이상의 전호화 전분 존재는 실록산과 조합되어 예상치 못한, 높은 내수성을 보인다는 것을 확인한다.
실시예 10
실질적으로 동일한 가열 조건에서 질석 함량의 변화가 패널 및 본 발명에 의한 방법에서 사용되는 고팽창성 질석의 고온 수축, 고온 두께 팽창, 및 단열 특성을 포함한 열특성에 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구에서, 1000 그램의 스투코, 11 그램의 내열 촉진제, 15 그램의 전호화 전분, 6 그램의 유리섬유, 및 2000 ml의 70 ℉ 물을 사용하여 실험실 샘플을 제조하였다. 이러한 실험실 샘플을 도 35 표 XVII에 제시된 조성물에 따라 고팽창성 질석 함량 및 유형을 변경하여 제조하였다.
실험실 샘플은 샘플 제조에 사용된 고팽창성 질석 유형 및 함량만이 다르다. 팔라보라(Palabora) 미크론 및 초미세 (각각 등급 0 및 1)는 남아프리카에서 상업적으로 입수된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 이들 남아프리카 등급의 질석은 미국 등급체계의 등급 4 질석과 동등하다. 팔라보라 등급 0은 실질적으로 미국 등급체계으로 상업적으로 입수가능한 등급 4 질석에 상응하는 입자 크기분포를 가진다. 팔라보라 등급 1은 더 큰 입자들을 더 많이 포함하지만 미국 등급체계에서 등급 4 질석 샘플과 중첩되는 입자 크기분포를 가진다.
실험실 샘플을 ASTM Pub. WK25392에 기재되고 실시예 4B에서 논의된 고온 수축 시험 프로토콜로 평가하였다. ASTM Pub. WK25392 및 선행 논의는 본원에 통합된다. 시험 데이터는 도 35 표 XVII에 보고된다. 각각의 샘플 실험에 대하여, ASTM Pub. WK25392에 기재된 고온 수축 및 고온 두께 팽창 (z-방향) 시험으로6종의 시험 시편을 평가하였다. 6종 시험 시편 결과 평균은 표 XVII에 기재된다. 본 시험은 고온 수축에 대한 고온 두께 팽창 (z-방향)의 비율 (TE/S) 은 일반적으로 고팽창성 질석 함량 증가로 증가된다는 것을 보인다. 질석 사용이 스투코의 약 10중량%에 도달되면 본 성능 변화는 증감한다. 이러한 결과들은 사용된 고팽창성 질석의 두 상이한 유형 사이에서도 일관된다.
ASTM Pub. WK25392에 기재되고 실시예 4D에서 논의된 고온 단열지수 시험 프로토콜로실험실 샘플을 평가하였다. ASTM Pub. WK25392 및 선행 논의는 본원에 통합된다. 시험 데이터는 도 36 표 XVIII에 포함된다. 각각의 샘플 실험에서, 2종의 시험 시편이 ASTM Pub. WK25392에 기재된 고온 단열지수 시험으로 평가되었다. 2종 시험 시편 결과 평균은 표 XVII에 기재된다. 본 시험은 실험실 샘플의 고온 단열지수는 고팽창성 질석 함량 증가로 어느 정도 증가된다는 것을 보인다. 질석 사용이 스투코의 약 10중량%에 도달되면 본 성능 변화는 증감한다. 이러한 결과들은 사용된 고팽창성 질석의 두 상이한 유형 사이에서도 일관된다.
실시예 11
본 발명의 석고 코어 조성물에 사용되는 바람직한 HEHS 첨가제, 알루미늄 삼수화물 (ATH)의 효과에 대하여 실험실 연구가 이루어졌다. 본 조성물로 제조된 샘플 패널 특성을 고온 단열지수 (“TI”), 고온 수축 (“SH %”) 및 고온 두께 팽창 (“TE %”) 관점에서 평가하였다. 하기 실시예 11A, 11B 및 11C에서, 코어 조성물 샘플 1 내지 20의 각각의 실시예에서 논의된 조성물에 따라 스투코, 고-팽창성 질석, ATH, 내열성 촉진제 (“HRA”), 전호화 전분, 삼메타인산염, 유리섬유, 나프탈렌술폰산염 분산제, 및 물 함량을 변경하면서 코어 조성물을 제조하였다.
각각의 성분 함량은 파운드, 그램 또는 기타 측정 유닛인 중량“부” 로 제시된다. 코어 조성물에서 성분 값이 백분율로 표기되면, 이는 스투코 성분에 대한 중량%를 의미한다. 성분 함량이 천평방피트당 파운드 (lb/msf)로 표기되면, 보고된 값은 조성물의 성분 중량에 기초하여.약 5/8 인치 두께의 (대략 0.625 인치, 15.9 mm) 패널 천평방피트당 성분의 중량과 균등한 계산된 근사값이다.
각각의 샘플 조성물에 대하여, 건조 성분들은 Waring 혼합기에서 물과 배합되어 일관되고, 잘-혼합된 석고 슬러리가 제공된다. 이후, 약 5/8 인치 두께의 (대략 0.625 인치, 15.9 mm) 2개의 대략 12 인치 X 12 인치 (30.5 cm X 30.5 cm) 패널을 각각의 샘플 조성물로부터 형성한다. 패널 형성들 위하여, 각 샘플 조성물의 슬러리를 msf 당 약 48 파운드 상층 종이 및 msf 당 약 42 파운드 하층 종이 사이에 손으로 주조하였다.
스투코 수화가 실질적으로 완료될 때까지 각각의 주조 패널을 응결시키고 약 350 ℉ (약 177 ℃)에서 약 20 분 및 약 110 ℉ (약 40 ℃)에서 약 48 시간 건조시켰다. 조성물의 물 함량을 이용하여 응결, 건조된 핸드 주조 샘플의 표시 중량 및 밀도를 제공하였다. 거품을 샘플 조성물에 첨가하지 않았다. 조성물 샘플 1 내지 20에서 형성된 패널에 대한 하기 근사값들이 도 38, 40, 및 41에서 표 XXa 내지 XXIIb에 보고된다: 패널 밀도 (입방피트당 파운드), 고팽창성 질석 %, 근사 스투코 중량 lb/msf, 근사 ATH%, 및 근사 ATH 중량 lb/msf.
각각의 패널에 대하여, 10개의 4-인치 원반을 절단하였다. 2세트 (10개 원반 중 4 원반)를 고온 단열지수 시험에 사용하였다. 나머지 6개의 원반은 고온 수축 및 고온 두께 팽창 시험에 사용하였다. 고온 단열지수 결과는 2종의 평균값이다 (즉 각각의 2 세트에 대한 평균). 보고된 고온 수축 및 고온 두께 팽창 백분율은 6종의 평균값이다 (즉 6 개의 원반에 대한 평균). ASTM Pub. WK25392에 기재되고 실시예 4D에서 논의된 프로토콜을 이용하여 고온 단열지수 시험 (분, 상기와 같이)을 진행하였다. ASTM Pub. WK25392에 기재되고 실시예 4B에서 논의된 프로토콜로 고온 수축 및 고온 두께 팽창 시험 (% 변화, 상기와 같이)을 진행하였다. 시험 데이터를 원반 각각 결과의 평균으로 도 38, 40, 및 41의 표에 보고한다 (즉 TI에 대하여는 2세트 원반의 평균 및 수축 및 팽창에 대하여는 6 원반 시험 평균).
실시예 11A 내지 11C에 논의된 고온 단열지수 (“TI”) 시험은 중량으로 주어진 함량의 ATH는 중량으로 균등한 함량의 스투코보다고온 단열지수 증가에 더욱 효과적이라는 것을 보인다. 고-팽창성 질석 유무에서, 이들 시험 결과는 일반적으로 약 40 내지 50 lbs/msf의 ATH는 약 100 lbs/msf의 스투코 또는 이상과 유사한 단열 보호을 보인다 (본 스투코 함량은 스투코 공급원 및 순도에 따라 변경될 수 있다). 또한 본 시험에서 ATH는 패널의 고온 수축 및 고온 두께 팽창 특성에 대한 임의의 유의한 유해 효과없이 고팽창성 질석와 함께 사용될 수 있다는 것을 보인다. 실시예 11A 내지 11C의 패널은 일반적으로 약 10% 또는 이하의 고온 수축값들 및 고온 수축에 대한 고온 두께 팽창 (z-방향) 비율 (TE/S) 은 약 0.2 또는 이상을 보인다. 일부 조성물에서, 또한 데이터는 ATH 첨가제가 패널의 고온 수축 및 고온 두께 팽창 특성을 개선시킬 수 있다는 것을 보인다. 이러한 시험들은 실험실-제작 샘플에 대하여 수행되었지만, 동등한 결과가 완전한 생성 조성물 및 건조 패널의 응결 석고 코어에서 기공 생성을 위하여 코어 조성물 중 거품 첨가를 포함한 공정을 적용하여도 달성될 수 있다고 예상된다.
실시예 11A
본 실시예에서, 합성 석고 공급원에서 제조된 스투코 (스투코 A)를 이용하여 샘플 1 내지 9에 대한 코어 조성물을 제조하였다. 본 합성 석고 스투코로 생성된 석고패널은 전형적으로 고순도, 천연 석고로 형성된 패널 대비 더 큰 고온 수축을 보인다. 기본 코어 조성물을 하기 근사 중량 단위의 함량으로 제조하였다: 600 부 (샘플들 1 내지 8) 또는 579 부 (샘플 9) 스투코 A; 6 부 HRA; 4.2 부 전호화 전분; 0.84 부 삼메타인산염; 0 부 (샘플 1) 또는 42 부 (샘플들 2 내지 9) 고팽창성 질석 (각각 스투코의 0% 또는 7중량%); 3 부 유리섬유; 0.8 부 나프탈렌술폰산염 분산제; 0 부 (샘플 1), 12 부 (샘플 4), 21.1 부 (샘플들 2, 5 및 9), 30 부 (샘플 6), 42.2 부 (샘플 7), 및 60 부 (샘플 8) ATH (각각 스투쿠의 2%, 4%, 5%, 7% 및 10중량%); 및 1290 부 물.
코어 조성물 샘플들 1 내지 9 각각을 패널로 주조하고 상기와 같이 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 두께 팽창을 시험하였다. 각각의 샘플 조성물로부터의 주조 및 건조 패널의 밀도, 고팽창성 질석 함량, 스투코, ATH, 및 TI에 대한 근사값들은 도 38A 및 38B의 표 XXa 및 XXb에서 보고된다. 또한 표 XXa는 무-ATH (샘플 1), 및 4% ATH 및 감소된 스투코 함량 (샘플 2), 모두 무-고팽창성 질석의 코어 조성물 간 차이를 보고한다. 표 XXb은 유사하게 무- ATH (샘플 3)의 코어 조성물 간 차이, 및 모든 경우 7% 고팽창성 질석 포함하는 ATH 함량 증가 및 스투코 함량 감소 (샘플들 4 내지 9)의 코어 조성물에 대한 TI 값들을 보고한다. 표 XXc, 도 38C는 코어 조성물 샘플들 1 내지 9 각각에서 제조된 패널에 대한 근사 밀도, 고팽창성 질석 %, ATH %, 고온 수축 결과, 및 고온 두께 팽창 결과를 보인다.
표 XXa는 스투코가 약 20 파운드/msf 감소하지만 약 1 분간 패널 TI 증가에 ATH가 첨가가 효과적일 수 있다는 것을 보인다 (여기서는 스투코의 4중량%). 이러한 이익은 고팽창성 질석 사용 없이 달성되었다. 표 XXb는 고팽창성 질석의 스투코의 7중량%의 사용과 배합되어 스투코 함량 대비 ATH 함량이 0%에서 10%로 증가되는 코어 조성물, 샘플들 3 내지 9의 효과를 보인다.
샘플 조성물 3 내지 9는 TI를 약 23에서 약 26 분으로 증가시켰다. 이들 조성물에서 ATH 첨가 효과는 도 39에 요약되고, 샘플 조성물 3 내지 9로 제조된 패널의 ATH % 대 TI (분)가 도시된다. 도 39 및 표 XXb에 도시된 바와 같이, 샘플들 5 및 6에서 코어 조성물 중 스투코 함량이 약 25 lb/msf 감소하지만, 약 5%까지 ATH 첨가로, 샘플 조성물 3 내지 6의 TI는 약 2 분까지 증가하였다. 유사하게, 샘플 조성물 8에서 TI는 약 3.3 분 증가하였고, 이때 ATH는10% 이고 스투코는 약 15 lbs/msf 감소하였다. 동일 근사 스투코 함량을 가지는 - 샘플들 5 및 6, 및 7 및 8 - 각각의 샘플 세트로부터의 시험 결과 역시 ATH 함량 증가가 TI 값을 높인다는 것을 보인다.
또한 ATH를 가지는 조성물 샘플들 3 내지 9는 고온 수축 및 고온 두께 팽창 결과 개선을 보인다. ATH이 없고 고팽창성 질석이 없는 조성물 샘플 1의 고온 수축은 약 19%이고 고온 두께 팽창은 약 -24%이다. 샘플 2에서 4% ATH를 첨가하여, 고온 수축은 약 9%까지 개선되고, 고온 두께 팽창은 약 -11.5%까지 개선되었다. 상당한 스투코 감소에도 불구하고 (예를들면 샘플 8) 약 7%의 고팽창성 질석을 샘플들 3 내지 9에 첨가하면 고온 수축이 약 5%까지 증가되고 고온 두께 팽창은 약 18%까지 개선된다.
또한, 샘플 9 조성물은 약 4% ATH 및 약 7% 고팽창성 질석을 이용하여 조성물의 스투코 함량이 최소한 약 75 lb/msf 감소하지만 원하는 TI를 23 분 이상 달성할 수 있다는 것을 보인다. 또한 조성물 샘플 9는 이러한 감소된 스투코 함량의 코어 조성물은 수축 백분율을 최소한 약 12% 감소시켜 고온 수축 특성을, 팽창 백분율을 약 30% 또는 이상 증가시켜 고온 두께 팽창 특성을 개선할 수 있다는 것을 보인다. 조성물 샘플들 3 및 9, 및 샘플들 4 및 5로 제조된 패널을 비교하면 유사한 TI 특성을 유지하면서도 ATH는 최소한 약 1.7 내지 약 2 부 스투코에 대한 약 1 부 ATH 비율로 스투코에 대하여 치환될 수 있다는 것을 보인다. 치환 비율은 스투코 공급원 및 코어 조성물에 따라 크게 달라질 수 있다. 또한, 주어진 스투코 조성물에서, 치환 비율은 TI 감소가 바람직하다면 증가하고, 더 큰 TI 특성이 바람직하다면 감소할 수 있다.
실시예 11B
본 실시예에서, 상대적으로 높은 순도의 천연 석고 공급원 (최소한 약 90% 석고)으로 제조된 스투코 (스투코 B)를 이용하여 샘플들 10 내지 17에 대한 코어 조성물을 제조하였다. 기본 코어 조성물을 하기 근사 중량 단위의 함량으로 제조하였다: 1000 부 스투코 B; 10 부 HRA; 7 부 전호화 전분; 1.4 부 삼메타인산염; 70 부 고팽창성 질석 (스투코의 약 7중량%); 5 부 유리섬유; 1.4 부 나프탈렌술폰산염 분산제; 0 부 (샘플 10), 17.6 부 (샘플 11), 35.2 부 (샘플 12 및 17), 및70.4 부 (샘플들 13 내지 16) ATH (각각 스투코의 2%, 4%, 및7중량%); 및1800 부 (샘플들 10 내지 14), 1900 부 (샘플 15) 및2150 부 (샘플들 16 및17) 물.
코어 조성물 샘플들 10 내지 17 각각을 패널로 주조하고 상기와 같이 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 두께 팽창을 시험하였다. 각각의 샘플 조성물로부터의 주조 및 건조 패널의 밀도, 고팽창성 질석 함량, 스투코, ATH%, 및 TI에 대한 근사값들은 도 40A 및 40B의 표 XXIa 및 XXIb에서 보고된다. 표 XXIa는 스투코 B로 제조되고, 무-ATH (샘플 10)의 코어 조성물 간의 차이 및 ATH 증가함량 및 스투코 함량 무변화 (샘플들 11 내지 14)의 코어 조성물에 대한 TI 값들을 보고한다. 이들 각각의 조성물은 약 7% 고팽창성 질석을 함유한다. 표 XXIb는 약 7% (샘플들 15 및 16) 및 약 4% (샘플 17) ATH을 가지는 코어 조성물 간 TI 결과 차이를 보고한다. 동일한 약 100 lb/msf 스투코가 조성물 샘플들 16 및 17에서 제거되고, 모든 샘플들은 7% 고팽창성 질석를 가진다. 표 XXIc, 도 40C는 코어 조성물 샘플들 10 내지 17 각각에세 제조되는 패널에 대한 밀도, 고팽창성 질석 함량, ATH% 및 고온 수축 및 고온 두께 팽창 결과를 보인다.
코어 조성물 샘플들 10 내지 17 각각을 패널로 주조하고 상기와 같이 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 두께 팽창을 시험하였다. 각각의 샘플 조성물로부터의 주조 및 건조 패널의 밀도, 고팽창성 질석 함량, 스투코, ATH%, 및 TI에 대한 근사값들은 도 40A 및 40B의 표 XXIa 및 XXIb에서 보고된다. 표 XXb은 유사하게 무- ATH (샘플 3), 및 ATH 함량 증가 및 스투코 함량 감소 (샘플들 4 내지 9)의 코어 조성물에 대한 TI 값들, 모든 경우 7% 고팽창성 질석 포함하는 코어 조성물 차이를 보고한다. 표 XXc, 도 38C는 코어 조성물 샘플들 1 내지 9 각각에서 제조된 패널에 대한 근사 밀도, 고팽창성 질석 %, ATH %, 고온 수축 결과, 및 고온 두께 팽창 결과를 보인다
표 XXIa는 일정한 스투코 함량에서 TI 증가, 여기서는 약 0.1 내지 약 1.5 분,에 효과적인 ATH (여기서는 2%, 4% 및 7%) 함량 증가의 이익을 보인다. 표 XXIb는 ATH%가 일정하고 100 파운드의 스투코가 제거된 코어 조성물 샘플들 15 및 16의 효과를 보인다. 이는 TI를 1.3 분 감소시키지만, TI는 약 24 분 이상이고, 양 샘플들 15 및 16은 내화분야에서서 허용된다. 샘플 17은 유사하게 ATH 함량이 약 4%까지 감소될 수 있고, 코어 조성물에서 스투코 함량이 약 100 lb/msf 제거되면서도, TI를 약 23분 유지할 수 있다는 것을 보인다. 이 역시 내화용도로 허용되는 수준이다. 표 XXIb 결과는 효과적인 ATH 함량이 사용되어 TI를 예정 수준 (예를들면, 약 23 분)으로 유지하면서 조성물에서 수투코 함량을 낮출 수 있다는 것을 보인다.
표 XXIc, 도 40C는, 코어 조성물 샘플들 10 내지 17로 제조된 패널의 고온 수축 및 고온 두께 팽창 결과를 보인다. 이들 결과는 스투코 B 및 조성물 샘플들 10 내지 17을 사용할 때, ATH 첨가로 고온 수축 및 고온 두께 팽창 결과는 실질적으로 변화하지 않는다는 것을 보인다. 이는 스투코가 동일하게 약 100 lb/msf 제거되는 조성에서도 그렇다 (샘플들 16 및 17 참고).
실시예 11C
본 실시예에서, 상대적으로 낮은 순도의 천연 석고 공급원 (대략 80% 석고, 나머지는 점토 및 기타 불순물)으로 제조된 스투코 (스투코 C)를 이용하여 샘플들 18 내지 20에 대한 코어 조성물을 제조하였다. 기본 코어 조성물을 하기 근사 중량 단위의 함량으로 제조하였다: 1000 부 (샘플들 18 및 20) 또는 975 부 (샘플 19) 스투코 C; 10 부 HRA; 10 부 전호화 전분; 2 부 삼메타인산염; 100 부 고팽창성 질석 (약 10스투코의 중량%); 5 부 유리섬유; 5 부 나프탈렌술폰산염 분산제; 0 부 (샘플 18), 및 25 부 (샘플들 19 및 20) ATH (각각 스투코의 0% 및 3중량%); 및 1750 부 (샘플 18), 1725 부 (샘플 19), 및 1700 부 (샘플 20) 물.
코어 조성물 샘플들 18 내지 20 각각을 패널로 주조하고 상기와 같이 고온 단열지수, 고온 수축, 및 고온 두께 팽창을 시험하였다. 각각의 샘플 조성물로부터의 주조 및 건조 패널의 밀도, 고팽창성 질석 함량, 스투코, ATH, 및 TI에 대한 근사값들은 도 41A 및 41B의 표 XXIIa 및 XXIIb에서 보고된다. 표 XXIIa는 스투코 C를 이용하고, 무-ATH (샘플 18)의 코어 조성물 간 차이, 및 ATH가 스투코의 약 3 중량%, 및 스투코 C 함량이 동일하게 약 1450 lb/msf (샘플 19)에서 약 30 파운드 증가되어 약 1480 lb/msf까지 (샘플 20)인 코어 조성물 TI 값들을 보고한다. 각각의 조성물은 스투코의 약 10중량 %의 고팽창성 질석을 포함한다. 표 XXIIb는 코어 조성물 샘플들 18 내지 20 각각에서 제조되는 패널에 대한 밀도, 고팽창성 질석 함량, ATH% 및 고온 수축 및 고온 두께 팽창 결과를 보고한다.
표 XXIIa는 이들 조성물로 제조되는 패널에서 TI 약 1 분 증가에 효과적인 ATH 함량 첨가(여기서는 스투코의 약 3중량%)의 이익을 보인다 (샘플 18 과 샘플들 19 및 20 비교). 또한 표 XXIIa는 스투코 C의 약 30 lb/msf를 조성물 (샘플 20)에 첨가하고, 상당한 함량의 충전제 재료 (불순물)를 코어에 첨가하여도 패널의 TI는 개선되지 않는다는 것을 보인다. 또한 표 XXIIb는, 일부 조성물에서, 스투코의 약 3중량%의 ATH를 첨가하면 고온 수축 (들)에 대하여 허용되는 값들, 예컨대 약 10% 미만, 고온 두께 팽창, 예컨대 정의 (positive) 팽창을 보전할 수 있다는 것을 보인다. 일부 경우에는, 약 25 부 ATH 첨가는 고온 수축을 개선할 수 있다는 것을 보인다 (샘플 18 및 샘플 19 비교).
공개문헌, 특허출원, 및 특허를 포함한 본원에 언급된 모든 참고문헌은 각각이 개별적으로 특정하게 참고문헌으로 통합되고 전체가 개시되는 바와 같은 정도로 참고문헌으로 본원에 통합된다.
문맥에 의해 명백하게 모순되거나 본원에서 다르게 지적되는 경우가 아니라면, 본 발명을 설명하는 문맥에서 용어 "a", "an", "the" 및 유사한 지시어의 사용은 단수와 복수 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 다르게 지적되는 경우가 아니라면, 여기에서 수치들의 범위들의 상술은 단지 상기 범위 내의 각 구분된 수치를 개별적으로 언급하는 간단한 방법으로서 제공하기 위한 것이며, 각 구분된 수치가 본원에서 개별적으로 언급되는 것처럼 본 명세서에 통합된다. 문맥에 의해 명백하게 모순되거나 다르게 지적되는 경우가 아니라면, 여기에 기재된 모든 방법들은 어떠한 적당한 방법으로도 수행될 수 있다. 본원에서 제공되는 어느 하나 또는 모든 예시 또는 예시적 용어(예, "예컨대")들의 사용은 단지 본 발명을 더 명확하게 하기 위한 것이며, 다르게 주장하는 경우가 아니라면 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 어떠한 용어도 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 주장되지 않은 요소를 지적하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명을 실시하기 위해 본 발명자들이 알고 있는 최적의 실시 방식을 포함하여 본 발명의 바람직한 실시태양들을 본 명세서에서 설명한다. 설명한 실시 태양은 단지 예시일 뿐임을 당업자는 이해하여야 하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 보아서는 아니된다.

Claims (30)

  1. 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 1560 ℉에서 1 시간 가열 후 원래 부피의 300% 또는 이상 부피 팽창되는 고팽창성 입자들로 구성되며, 석고 코어의 밀도 (D)는 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 코어 경도는 최소한 11 파운드이고, 석고 코어는 20 분 또는 이상의 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적인, 내화성 석고패널.
  2. 제1항에 있어서, 석고 코어는 0.6 분/입방피트당 파운드 또는 이상의 TI/D 비율을 가지는 패널을 제공하기에 효과적인, 내화성 석고패널.
  3. 제1항에 있어서, 응결 석고 결정질 매트릭스는 평균 동등 (equivalent) 구직경이 100 μm 또는 이상인 기공을 형성하는 벽으로 구성되는, 내화성 석고패널.
  4. 제1항에 있어서, 응결 석고 결정질 매트릭스는 석고 코어 내부에서 기공을 형성하고 분리하며, 25 μm 또는 이상의 평균 두께를 가지는 벽으로 구성되는, 내화성 석고패널.
  5. 제1항에 있어서, 패널은 1800 ℉에서 1시간 동안 가열될 때 75% 또는 이상의 평균 수축 저항율을 보이는, 내화성 석고패널.
  6. 제1항에 있어서, 석고 코어는, 물; 스투코; 고팽창성 입자들; 및 고효율 히트 싱크 첨가제로 구성되는 슬러리로부터 형성되고, 고효율 히트 싱크 첨가제의 함량은 고효율 히트 싱크 첨가제가 없는 슬러리로부터 형성되는 석고 코어보다 큰 단열지수 (TI)를 제공하기에 효과적인 함량인, 내화성 석고패널.
  7. 제1항에 있어서, 고팽창성 입자들은 비팽창 질석 입자들을 포함하고, 석고 코어 내에서 질석 입자들 함량 및 분포는 TI 가 20 분 또는 이상인 패널을 제공하기에 효과적인, 내화성 석고패널.
  8. 제7항에 있어서, 석고 코어는 물; 스투코; 스투코 중량 기준으로 10중량% 까지의 질석 입자들; 및 광물, 유리 또는 탄소섬유들, 또는 이들의 조합물로 구성되는 슬러리로부터 형성되는, 내화성 석고패널.
  9. 제8항에 있어서, 패널은 최소한 UL U305의1시간 내화 패널 표준을 만족하는, 내화성 석고패널.
  10. 제8항에 있어서, 패널은 최소한 UL U419의 1시간 내화 패널 표준을 만족하는, 내화성 석고패널.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 명목상 패널 두께가 5/8-인치인 경우, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 패널의 못 인발 저항력은 최소한 70 lb인, 내화성 석고패널.
  12. 내화성 석고패널에 있어서, 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 1560 ℉에서 1 시간 가열 후 원래 부피의 300% 또는 이상 부피 팽창되는 고팽창성 입자들로 구성되며; 패널 밀도는 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 코어경도는 최소한 11 파운드이고, 석고 코어 및 고팽창성 입자들은 고온 수축율 (S)이 10% 또는 이하 및 고온 수축율에 대한 고온 두께 팽창율의 비율 (TE/S)이 0.2 또는 이상의 패널을 제공하기에 효과적인, 내화성 석고패널.
  13. 제12항에 있어서, 응결 석고의 결정질 매트릭스는 평균 동등 구직경이 100 μm 또는 이상인 기공을 형성하는 벽으로 구성되는, 내화성 석고패널.
  14. 제13항에 있어서, 응결 석고의 결정질 매트릭스는 100 내지 225의 표준 편차에서 100 μm 내지 350 μm 의 평균 동등 구직경을 가지는 기공을 형성하는 벽으로 구성되는, 내화성 석고패널.
  15. 제12항에 있어서, 응결 석고의 결정질 매트릭스는석고 코어 내부에서 기공을 형성하고 분리하며, 25 μm 또는 이상의 평균 두께를 가지는 벽으로 구성되는, 내화성 석고패널.
  16. 제15항에 있어서, 벽은 5 내지 40의 표준 편차에서 25 μm 내지 75 μm 의 평균 두께를 가지는, 내화성 석고패널.
  17. 제12항에 있어서, 고팽창성 입자들은 고팽창성 질석 입자들을 포함하는, 내화성 석고패널.
  18. 제17항에 있어서, 석고 코어는 물; 스투코; 스투코 중량 기준으로 10중량% 까지의 질석 입자들; 및 광물, 유리 또는 탄소섬유들, 또는 이들의 조합물로 구성되는 슬러리로부터 형성되는, 내화성 석고패널.
  19. 제18항에 있어서, 슬러리는 스투코 중량 기준으로 0.3% 내지 3.0중량%의 전분 및 스투코 중량 기준으로 0.1% 내지 1.0중량%의 분산제를 더욱 포함하는, 내화성 석고패널.
  20. 제18항에 있어서, 슬러리는 스투코 중량 기준으로 0.03% 내지 0.4중량%의 인산염-함유 성분을 더욱 포함하는, 내화성 석고패널.
  21. 제12항에 있어서, 패널은 최소한 UL U305의 1시간 내화 패널 표준을 만족하는, 내화성 석고패널.
  22. 제12항에 있어서, 패널은 최소한 UL U419의 1시간 내화 패널 표준을 만족하는, 내화성 석고패널.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 명목상 패널 두께가 5/8-인치인 경우, ASTM 표준 C473-09에 따라 결정되는 패널의 못 인발 저항력은 최소한 70 lb인, 내화성 석고패널.
  24. 내화성 석고패널에 있어서, 두 장의 피복시트 사이에 개재되는 석고 코어를 포함하고, 응결 석고 코어는 응결 석고 결정질 매트릭스 및 결정질 석고 매트릭스에 분포되는 팽창성 입자들을 포함하고, 응결 석고 코어의 밀도는 40 입방피트당 파운드 또는 미만이고 코어 경도는 최소한 11 파운드이고, 패널은 명목상 패널 두께가 5/8-인치이고, 팽창성 입자들은 가열될 때 제1 비팽창상 (phase) 및 제2 팽창상을 가지고, 패널은 UL U419 절차에 따라 제작되고 가열되는 상기 패널의 조립체를 통한 열전달 방지에 효과적이며, 상기 절차에서 조립체 일측의 패널 표면은 열원에 노출되고 조립체 반대측인 미가열측의 패널 표면은 UL U419에 따라 복수의 온도 센서가 제공되고, 조립체가 ASTM 표준 E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 60 분 후 500 ℉ 미만인, 내화성 석고패널.
  25. 제24항에 있어서, 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 60 분 가열 후 380 ℉ 미만인, 내화성 석고패널.
  26. 제24항에 있어서, 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 최고 단일값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 55 분 가열 후 410 ℉ 미만인, 내화성 석고패널.
  27. 제24항에 있어서, 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서의 평균값은 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 55 분 가열 후 320 ℉ 미만인, 내화성 석고패널.
  28. 제24항에 있어서, 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 ASTM 표준 E119-09a 시간-온도 곡선에 따라 50 분 가열 후 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 최고 단일값은 260 ℉ 미만이고 UL U419에 따라 측정되는 조립체 미가열측의 온도 센서 평균값은 250 ℉ 미만인, 내화성 석고패널.
  29. 제25항에 있어서, 패널은 조립체를 통한 열전달을 방지하기에 효과적이고, 이때 패널은 UL U419에 따른1시간 내화 패널 표준을 만족하는, 내화성 석고패널.
  30. 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창성 입자들은 고팽창성 질석 입자들을 포함하고, 고팽창성 입자들은 560 ℉에서 1 시간 가열 후 원래 부피의 300% 또는 이상 팽창되는, 내화성 석고패널.
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