KR102408499B1 - 고온 및 높은 습도 수준에서의 에이징을 통한 스투코 특성의 개선 - Google Patents

고온 및 높은 습도 수준에서의 에이징을 통한 스투코 특성의 개선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스투코의 안정화 방법으로서, 프레시 스투코를 제공하고; 물을 상기 프레시 스투코에 첨가하여 습윤 스투코를 수득하며; 그리고 상기 습윤 스투코를 적어도 30분의 시간 간격 동안 적어도 30℃의 온도에서 유지시켜 안정화된 스투코를 수득하는, 스투코의 안정화 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 무엇보다도 안정화된 스투코의 활성의 용이한 조정을 가능하게 하며, 이는 예를 들어 상응하는 스투코 슬러리의 경화 시간을 조정하는데 유용하다. 본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 수득된 안정화된 스투코가 사용되는, 석고 플라스터보드의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고온 및 높은 습도 수준에서의 에이징을 통한 스투코 특성의 개선
본 발명은 프레시 스투코(fresh stucco)의 안정화 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 석고 플라스터보드(gypsum plasterboard)의 제조 방법에 관한 것이다.
천연 공급원에 존재하는 것으로서 이의 가장 안정한 형태로의 석고는 황산칼슘2수화물(CaSO4·2 H2O)이다. 산업적 생산을 위해, 석고를 채석장에서 얻은 후 처리하여 예를 들어, 건물의 건축에 있어서 가치있는 물질로서 스투코를 수득한다. 천연 공급원으로부터 채굴된 석고는 보통 80중량% 이상의 황산칼슘2수화물(DH; CaSO4·2 H2O)의 순도를 가지고, 보통 불순물로서 석회석, 점토 또는 기타 광물을 함유한다. 석고 광산(gypsum deposit)은 전세계에 널리 퍼져 있으며, 오늘날 약 6.600 개의 지점이 알려져 있다.
석고에 대한 추가의 중요한 공급원은 배연 탈황(FGD)이다. CaCO3로 연도 가스를 처리함으로써, 연도 가스에 존재하는 황 화합물은 황산칼슘2수화물로서 침전된다. 이러한 FGD 석고는 석고 플라스터보드의 생산에 있어서 석고 공급원으로 널리 사용된다.
황산칼슘은 결정 격자에 결합된 물의 양이 상이한 다양한 변형으로 이용가능하다.
열처리시에 물은 황산칼슘2수화물로부터 분리되어 준안정성 황산칼슘반수화물(HH; CaSO4·0.5 H2O)을 생성한다. 열처리를 지속하는 경우, 경석고 III(A-III; CaSO4)가 수득되고, 이는 가역적으로 물을 흡수하여 반수화물로 변형될 수 있다. 가역적인 물 흡수는 상당한 양의 반응 열을 방출한다. 경석고 III 또는 황산칼슘반수화물이 소성 과정에서 형성되는지 여부는 하소 온도, 증기압 및 하소 분위기에서의 체류 시간에 좌우된다. 스투코는 주로 β-반수화물로 이루어지지만 더 적은 양의 다른 황산칼슘 광물을 함유하는 다양한 황산칼슘이다. 상기 용어는 증기압 조절 없이 캐틀(kettle)에서 하소 생성물에 대해 일반적으로 사용된다.
경석고 II(A-II s)는 황산칼슘의 완전 탈수된 형태이다. 이는 더 높은 온도에서 형성되고, 물에 용해되기 어렵다. 이러한 낮은 용해성 및 반응성으로 인하여, 스투코가 예를 들어, 석고 플라스터보드 생산을 위해 제조되는 경우에 경석고 II는 바람직하지 않다.
스투코를 제조하기 위한 석고의 하소는 고온 가스에서의 직접 처리에 의해 건조 조건 하에 또는 가열된 처리 용기에서 간접적으로 수행된다. 최신 기술로부터, 다양한 하소 방법 및 공정은 공지되어 있다. 최근, 그의 낮은 투자 비용 및 조밀한 구조로 인하여, 급속 하소로(flash calciner)가 보다 더 일반적으로 되고 있다. 명칭에서 알 수 있듯이, 이러한 응집체에서 석고의 노출 시간은 일반적으로 수초 범위 내에 매우 짧다. 이 방법으로 제조된 스투코는 반응성이 높고, 물과 혼합되는 경우에 짧은 경화 시간 및 높은 물 수요를 가진다. 예를 들어, 캐틀 공정에서의 간접적인 가열을 사용하는 하소 방법은 보다 긴 노출 시간으로 인하여 더 온건하다. 제조된 스투코는 덜 반응성이다.
따라서, 하소에 의해 적용되는 조건은 스투코의 특성에 큰 영향을 미친다. 특히, 석고를 추가로 처리하는데 필요한 물의 양, 석고 슬러리의 추종성(followability) 및 경화 거동은 하소 동안 적용된 조건에 의해 영향을 받는다.
하소 과정에서, 황산칼슘2수화물 입자의 크기 및 형상은 본질적으로 보존된다. 그러나, 물 분자가 결정 격자로부터 확산되고, 물리적으로 결합된 물은 황산칼슘 입자의 표면으로부터 탈착되기 때문에, 입자에 균열이 형성되고, 입자는 다공성이고 부서지기 쉬워진다. 또한, 특히 급속 하소 동안, 칼슘 2수화물 입자는 급속 하소로에서의 짧은 처리 시간으로 인하여 그것의 볼륨 전반에서 불균일한 조건을 겪게 된다. 황산칼슘 광물 입자의 외부 표면 상의 일부에서, 물은 신속적으로 확산되어 입자로부터 배출될 수 있는 반면, 볼륨의 내부 부분에서는, 결합된 물 분자를 동원하는데 더 많은 시간이 소요될 것이다. 소성 후, 스투코 입자는 이에 따라 불균일한 조성을 가질 수 있고, 예를 들어 그것의 코어 부분에서의 황산칼슘반수화물 이외에 입자의 쉘 부분에서 경석고 III를 포함할 수 있다. 하소 공정은 보통 새로운 생성물이 더 이상 2수화물을 포함하지 않도록 조절될 수 있다. 2수화물은 결정 핵으로 작용할 수 있고, 이에 따라 물의 첨가 이후에 반수화물의 처리시 매우 짧은 경화 시간을 야기할 수 있다.
석고는 여러 응용분야에서, 예를 들어, 단지 이들 중 몇몇을 언급하자면 모델링을 위한, 플로어 스크리드(floor screed)로서, 석고 플라스터보드, 석고 섬유보드, 벽면용 플라스터의 제조 시에 사용된다. 모든 이러한 응용분야의 경우, 스투코의 특정 성능이 바람직하다. 예를 들어, 석고 플라스터보드의 제조에 있어서, 짧은 경화 시간은 라이너 상에 플라스터의 도포 이후에 보드 리본을 신속하게 처리하기 위해, 특히 보드 리본을 개개의 보드로 절단하기 위해 중요하다. 플로어 스크리드를 위해 사용되는 경우에, 평활한 표면 및 고강도를 갖는 플로어를 얻기 위해 낮은 물 수요를 동시에 가지면서 석고 슬러리의 양호한 유동성을 가지는 것이 바람직하다. 플라스터에 대해 사용되는 경우에, 한정된 작업 시간이 조정될 수 있도록 스투코가 쉽게 지연되어야 한다.
경화를 위해, 스투코는 슬러리를 수득하기 위해 물과 혼합된다. 스투코는 수상에 용해되어 2수화물과 관련하여 과포화된 황산칼슘 용액을 형성한다. 2수화물의 용해도가 2,7g/l 대 8g/l로 반수화물의 용해도보다 낮기 때문에, 결정 씨드(crystal seed)가 형성되고, 황상칼슘2수화물은 포화 용액으로부터 침전된다. 경화 과정에서, 황산칼슘은 이에 따라 재결정화되고, 상기 공정에서 고화된다. 2수화물은 바늘 형태로 결정화되고, 이는 다공성이지만 안정한 구조를 형성한다. 경화 후, 슬러리에 포함된 과량의 물은 고화 석고의 기공에 잔류하고, 제거되어야 한다. 예를 들어, 석고 플라스터보드의 건조는 과량의 물을 증발시키기 위해 열을 필요로 하며, 요구되는 열을 생성하기 위해 상응하는 양의 연료가 요구된다. 따라서, 비용을 절감하고, 처리 시간을 줄이기 위해서, 공정에 필요한 만큼 소량의 물을 사용하는 것이 바람직하다.
경화 공정에 대해 요구되는 물의 양을 감소시키기 위해, 스투코는 소량의 물을 첨가하여 하소 이후에 안정화된다. 이러한 공정은 또한 석고의 "강제 에이징(forced aging)"으로서 알려져 있고, 일반적으로 사용된다. 하소 후, 스투코에 함유된 경석고 III는 황산칼슘반수화물로 전환된다. 에이징 과정 동안 결정 결함은 치유되고, 미세 입자가 응집된다. 스투코의 비표면적은 낮아지고, 이에 의해 슬러리를 형성하는 경우에 물에 대한 필요성이 감소된다. 이러한 "강제 에이징"은 블렌더에서 실시되고, 여기서 액체 또는 증기 형태로의 물은 스투코에 적용된다. 에이징 이후, 안정화된 스투코는 슬러리의 제조를 위해 물의 첨가에 의해 추가로 처리될 수 있다.
특히 신속 하소 과정에서, 석고 입자는 응력을 겪게 되고, 석고 입자에서의 균열의 형성으로 인하여 상당하게 불안정하게 된다. 물의 적용시, 스투코 입자는 많은 양의 매우 미세한 입자의 형성으로 붕괴되고, 이에 의해 스투코의 물 수요, 즉, 석고 슬러리를 제조하는데 필요한 물의 양을 증가시킨다. 이는 또한 황산칼슘 슬러리의 레올로지에 영향을 미친다. 슬러리에 포함된 물의 주어진 양에서의 슬러리의 유동성이 감소된다. 따라서, 많은 양의 과화학양론적 물이 슬러리의 처리를 위해 요구되며, 경화 후 건조에 의해 다시 제거되어야 한다.
에이징 과정에서, 황산칼슘반수화물 입자의 입자 크기는 응집에 의해 증가되는 반면, 표면적은 감소되고, 결정 결함은 치유된다. 결과적으로, 슬러리에서의 황산칼슘반수화물의 용해는 느려지고, 이에 의해 경화 시간을 증가시킨다. 석고 플라스터보드의 제조시, 이러한 효과는 바람직하지 않다. 높은 처리량을 달성하기 위해, 석고의 경화는 빠르고 조절되는 재현가능한 방식으로 수행되어야 한다. 이는 상부 라이너의 양호한 접착력을 보장하고, 일정한 품질의 석고 플라스터보드가 수득된다. 스투코의 특성에서의 변동은 경화 시간의 변동을 초래하기 때문에 석고 플라스터보드 제조의 안정성에 부정적인 영향을 미친다.
안전한 공정 제어를 위해 또는 경화 석고(CaSO4·2 H2O)의 성능을 조정하기 위해서, 화학 첨가제가 사용될 수 있다. 경화 과정을 가속화하기 위해, 씨드 결정으로서 작용하는 분쇄 석고 입자(CaSO4·2 H2O)가 첨가될 수 있다. 칼륨 및 알루미늄 설페이트는 화학 촉진제로서 첨가될 수 있다. 수화 공정을 지연시키기 위해 킬레이트제가 첨가될 수 있다. 이러한 킬레이트제는 칼슘 이온의 화학 활성을 방해한다. 전형적인 지연제는 시트르산, 타르타르산, 또는 중축합된 아미노산이다. 이러한 지연제는 시중에서 상업적으로 입수가능하며, 이는 예를 들어 상표명 PPE® 또는 Retardan®(Sika AG, Baar, CH) 하에 제공된다. 그러나, 이러한 화학 물질은 추가 비용을 발생시키고, 예를 들어 장비의 부식에 영향을 줄 수 있다.
하소 이후의 스투코의 에이징은 오랜 시간 후 사용된다. 물 수요를 추가로 감소시키고, 스투코의 가공성을 개선하도록 연속적 개선이 이루어졌다.
US 2,177,668에서, 스투코를 급속하고 인공적으로 에이징하는 공정이 기술되어 있다. 물은 적합한 가스에 의해 운반되는 증기의 형태로 적용되며, 이에 스투코가 노출된다. 이러한 공정 과정에서, 스투코는 이것이 이용가능한 수분을 운반하는 가스에 노출되는 방식으로 진탕되며, 수분은 석고에 의해 흡수되고, 스투코의 각각의 입자와 화학적으로 조합된다. 처리를 위해, 가스는 약 40℃로 유지될 수 있다. 스투코는 블렌더에서 상당한 급속 진탕으로 노출된다. 처리 과정에서, 온도는 10분 이내로 약 12℃로부터 약 70℃까지 증가한다. 총 처리 시간은 약 1시간 15분이다.
US 4,153,373에서, 낮은 물 수요를 갖는 스투코의 제조 방법이 기재되어 있다. 스투코는 블렌더로 공급되고, 스투코는 이의 상부 근처의 블렌더 컨테이너로 유입된다. 물은 블렌더 컨테이너로 유입된 직후, 스투코로 첨가되고, 상기 물은 컨테이너의 측벽 또는 상기 컨테이너의 바닥에 위치한 회전 프로펠러에 직접적으로 접촉되지 않는 물의 자유-낙하, 연속 스트림의 형태로 스투코에 포함된다. 습윤된 스투코는 하방으로 그리고 블렌더 컨테이너의 측벽 주변을 훑고 가며, 이후 회전 프로펠러 주변을 통과한 후, 컨테이너의 측벽에 위치한 출구 포트를 통해 블렌더로부터 배출된다.
WO 2008/074137에서, 베타 황산칼슘반수화물의 처리 방법이 기재되어 있으며, 여기서 베타 황산칼슘반수화물은 대기압 초과의 기압에서 스트림에 노출된다. 베타 황산칼슘반수화물의 물 수요는 최대 40%까지 감소될 수 있다. 물 수요의 감소는 증가된 증기 온도 및 압력으로 향상될 수 있다. 초기 스투코 온도는 60℃ 내지 200℃이고, 증기 환경에서의 스투코의 체류 시간은 5 내지 900초이다.
스투코 제조에서 사용되는 석고 원료는 약 20중량% 이하의 범위 내의, 예를 들어, 석회석, 점토 또는 기타 광물과 같은, 오염물을 포함한다. 이는 스투코의 품질 및 이로부터 제조된 슬러리에서의 변동을 초래한다. 또한, 스투코는 하기 2개의 중요한 요건을 충족하여야 한다:
1. 스투코는 예를 들어 경화 이후에 석고 플라스터보드를 건조하는데 필요한 에너지를 최소화하기 위해 슬러리의 제조를 위한 낮은 물 수요를 가져야 한다.
2. 스투코는 예를 들어 석고 플라스터보드의 제조시에 짧은 경화 시간을 가능하게 하는 충분한 반응성을 가져야 한다.
낮은 물 수요가 낮은 비표면적 및 입자 분해에 대한 낮은 경향을 갖는 안정한 석고 입자를 요구하기 때문에, 두 요건은 기본적으로 서로에 대해 상반된다. 그러나, 이러한 스투코는 더 낮은 활성을 가지며, 이에 따라 슬러리의 경화가 느려진다. 낮은 물 수요를 갖는 스투코의 경우, 높은 치유 속도가 강제 에이징 과정에서 바람직하며, 반면 고반응성 스투코의 경우, 높은 비표면적을 갖는 더 작은 입자 크기가 유리하며, 치유 속도가 낮게 유지될 수 있다.
청구된 발명에 의해 해결하고자 하는 문제는 경화 시간이 바람직하게 조정될 수 있도록 추가의 처리를 위해 안정화된 스투코의 활성의 조정을 가능하게 하는, 스투코를 안정화시키는 공정을 제공하는 것이다. 특히, 경화 시간은 예를 들어, 플라스터보드 제조에서 요구되는 짧은 경화 시간으로 조정가능하여야 하며, 여기서 수득되는 안정화된 스투코는 동시에 낮은 물 수요를 가진다. 공정은 신뢰성 있고, 재현가능한 방식으로 안정화된 스투코의 품질을 조절할 수 있어야 하며, 예를 들어, 하소를 위한 원료로서 사용되는 석고의 품질에서의 변동이 보상되어야 한다.
청구된 발명에 의해 해결하고자 하는 문제는 경화 시간이 바람직하게 조정될 수 있도록 추가의 처리를 위해 안정화된 스투코의 활성의 조정을 가능하게 하는, 스투코를 안정화시키는 공정을 제공하는 것이다. 특히, 경화 시간은 예를 들어, 플라스터보드 제조에서 요구되는 짧은 경화 시간으로 조정가능하여야 하며, 여기서 수득되는 안정화된 스투코는 동시에 낮은 물 수요를 가진다. 공정은 신뢰성 있고, 재현가능한 방식으로 안정화된 스투코의 품질을 조절할 수 있어야 하며, 예를 들어, 하소를 위한 원료로서 사용되는 석고의 품질에서의 변동이 보상되어야 한다.
이러한 문제점은 제1항에 정의된 방법에 의해 해결된다. 바람직한 구현예는 종속항에 정의된다.
본 발명자는 고온에서의 장기간 동안 적은 양의 물의 첨가 이후에 프레시 스투코를 유지함으로써, 안정화된 스투코가 수득될 수 있음을 발견하였다. 안정화된 스투코의 반응성은 예를 들어 석고 플라스터보드의 제조에 사용하기에 충분하다. 동시에, 안정환된 스투코의 물 수요는 매우 낮다.
본 발명에 따르면, 프레시 스투코를 안정화시키기 위한 방법이 제공되며, 여기서,
- 프레시 스투코가 제공되며;
- 물을 프레시 스투코에 첨가하여 습윤 스투코를 수득하며, 그리고
- 습윤 스투코를 적어도 30분의 시간 간격 동안 적어도 30℃의 온도에서 유지시켜 안정화된 스투코를 수득한다.
프레시 스투코는 주로, 즉, 최신 기술에서 알려진 방법에 따라 석고의 하소에 의해 수득되는 60중량% 초과의 β-반수화물로 이루어진 황산칼슘 물질인 것으로 이해되어야 한다. 하소를 위해 사용되는 석고는 구현예에 따라 채석장으로부터 채굴된 석고 또는 FGD-석고일 수 있다.
프레시 스투코는 소량의 다른 석고상, 예컨대 경석고 III 이외의 주요 성분으로서 황산칼슘반수화물 및 불순물, 예를 들어 광물을 포함하며, 이는 석고의 하소에 의해 수득된다. 상기 물질은 스투코 입자의 높은 표면적으로 인하여 높은 물 수요 및 높은 반응성을 가진다. 스투코는 하소 처리로부터의 물질에 여전히 포함된 열에 의해 야기되는 높은 온도를 갖는 공정에 제공될 수 있다.
그러나, 프레시 스투코는 또한 추가의 처리 이전에, 예를 들어 프레시 스투코가 추가의 처리 이전에 저장되기 이전에 냉각될 수 있다. 프레시 스투코는 하소 직후에, 즉 여전히 고온인 경우에 처리되는 것이 바람직하다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 100℃ 미만의 온도에서, 추가의 구현예에 따르면, 99℃ 미만의 온도에서, 또 다른 추가의 구현예에 따르면, 90℃ 미만의 온도에서, 또 다른 추가의 구현예에 따르면, 80℃ 미만의 온도에서 제공된다. 온도를 조절하기 위해서, 프레시 스투코는 냉각될 수 있다. 냉각은 적합한 냉각 장비에서 수행될 수 있고, 일 구현예에 따른 프레시 스투코는 진탕되어 열의 제거를 용이하게 한다. 그러나, 원하는 온도로의 프레시 스투코의 냉각은 또한 간단한 휴식(rest) 기간에 의해 달성될 수 있고, 여기서 프레시 스투코에 포함된 열이 주변으로 방출된다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 적어도 40℃의 온도에서 제공되며, 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 적어도 50℃의 온도에서 제공되며, 일 구현예에 따르면 프레시 스투코는 적어도 60℃의 온도에서 제공되며, 일 구현예에 따르면 프레시 스투코는 적어도 65℃의 온도에서 제공된다.
습윤 스투코는 물이 첨가되어 스투코의 안정화가 시작되는 프레시 스투코인 것으로 이해된다. 습윤 스투코는 이에 따라 프레시 스투코보다 더 높은 물 함량을 가진다. 물은 배위 결합에 의한 결정 구조에서 결합된 형태로 존재하며(결정화의 물), 또한 흡착된 형태로 존재한다. 흡착된 물은 중간 가열(예를 들어, 약 100 내지 110℃)에 의해 습윤 스투코로부터 제거될 수 있다. 습윤 스투코는 더 큰 입자를 얻음으로써 스투코의 비표면적을 낮추기 위해, 이미 안정화 공정, 예를 들어, 재결정화 공정 또는 작은 입자의 응집을 겪었을 수 있다. 습윤 스투코의 물 수요는 물의 첨가 직후에 이미 발생된 결정 격자에서의 치유 공정의 개시로 인하여 하소 직후에 수득되는 프레시 스투코의 것보다 낮다.
물 흡수로 인하여, 프레시 스투코에 포함된 경석고 III는 신속하게 황산칼슘반수화물로 전환된다. 습윤 스투코는 이에 따라 하소로부터의 프레시 스투코보다 더 낮은 양의 경석고 III를 포함하며, 일 구현예에 따르면, 전혀 경석고 III를 포함하지 않는다.
물 수요는 그의 정의된 유동 거동을 얻기 위해 프레시 스투코에 첨가되어야 하는 물의 최소 양으로서 이해된다.
물 수요는 수중에서 스투코의 슬러리를 제조하고, 슬러리가 평평한 표면에 부어지는 경우에 슬러리의 유동값을 결정함으로써 결정될 수 있다. 유동값의 결정 방법은 하기 실시예에서 설명된다.
안정화된 스투코는 청구된 방법에 의해 처리되는 습윤 스투코로부터 수득되는 스투코인 것으로 이해되며, 이는 프레시 스투코 및 습윤 스투코보다 더 낮은 활성을 가진다. 안정화된 스투코는 BET-방법에 의해 결정될 때 더 낮은 비표면, 응집으로 인한 더 큰 입자 크기, 더 낮은 물 수요 및/또는 프레시 스투코 및 습윤 스투코보다 더 긴 경화 시간 중 하나 이상을 가진다.
스투코의 활성은 스투코의 슬러리의 경화 시간의 결정에 의해 결정될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코는 BET-방법에 의해 결정될 때 2.5 내지 5.0m2/g의 비표면적을 가진다. BET-비표면의 결정을 위한 방법은 실시예에 기재되어 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 방법에 의한 프레시 스투코의 처리 이후, 안정화된 스투코의 BET 비표면적은 프레시 스투코의 BET 비표면적보다 적어도 5% 더 작다. 추가의 구현예에 따르면, 안정화된 스투코의 BET 비표면적은 프레시 스투코의 BET 비표면적보다 적어도 8%, 다른 추가의 구현예에 따르면 적어도 10% 더 작다. 일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코의 BET 비표면적은 프레시 스투코의 BET 비표면적보다 최대 50% 더 작고, 일 구현예에 따르면 최대 40% 더 작다.
일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코는 추가의 구현에에 따른 300 내지 400mm 의 실시예에서 기재된 방법에 의해 결정될 때, 320 내지 390mm의 유동값을 가진다.
본 발명의 방법에서, 일 구현예에 따르면 저온, 예를 들어 실온을 갖는 프레시 스투코가 제공될 수 있다. 본 발명의 방법을 실시하기 위해, 프레시 스투코는 이후 적어도 30℃의 선택된 온도로 가열된다.
하소 이후 직접적으로 수득되고, 본 발명의 방법에서 출발 물질로서 사용되는 프레시 스투코는 주요 성분으로서 황산칼슘반수화물(CaSO4·0,5 H2O)을 포함한다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 적어도 60중량%, 추가의 구현예에 따르면, 적어도 80중량%, 다른 추가의 구현예에 따르면, 적어도 85중량%의 황산칼슘반수화물을 함유한다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 100중량% 미만의 황산칼슘반수화물을 포함한다. 추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 98중량% 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면, 95중량% 미만의 황산칼슘반수화물을 함유한다.
황산칼슘반수화물과 별개로, 프레시 스투코는 또한 더 적은 양으로 황산칼슘 경석고 III(CaSO4)를 함유할 수 있다. 경석고 III의 양은 석고의 하소 과정에서 적용되는 조건에 좌우된다. 경제적 이유로, 프레시 스투코에 포함되는 경석고 III의 양은 하소 과정에서 에너지 소비를 최소화하기 위해 더 낮게 유지되도록 시도된다. 그러나, 하소를 위해 사용되는 석고의 조성물에서의 불균일성뿐만 아니라 반응 조건에서의 불균일성으로 인하여, 특정 석고 입자가 하소 과정을 겪게 되고, 프레시 스투코는 또한 경석고 III를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 0중량% 초과의 경석고 III, 추가의 구현예에 따르면 0.5중량% 초과의 경석고 III, 추가의 구현예에 따르면 3중량% 초과의 경석고 III를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 5중량% 초과의 경석고 III를 포함하고, 다른 추가의 구현예에 따르면 8중량% 초과의 경석고 III를 포함한다. 기본적으로, 경석고 III이 청구된 방법의 과정에서 황산칼슘반수화물로 전환되기 때문에, 주요 성분으로서 경석고 III를 포함하는 프레시 스투코를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하는 것이 가능하다. 그러나, 경제적 이유로, 경석고 III의 양은 바람직하게는 가능한 낮게 유지된다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 100중량% 미만의 경석고 III를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 50중량% 미만의 경석고 III를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 40중량% 미만의 경석고 III를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 30중량% 미만의 경석고 III를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 20중량% 미만의 경석고 III를 포함한다.
일 구현예에 따른 프레시 스투코는 적은 양의 황산칼슘2수화물(CaSO4·2 H2O)을 포함할 수 있다. 그러나, 황산칼슘2수화물은 스투코의 경화 시간에 큰 영향을 미치기 때문에, 프레시 스투코에 포함되는 황산칼슘2수화물의 양은 일반적으로 낮게 유지된다. 또한, 본 발명에 따른 방법이 실시되는 경우에 프레시 스투코의 경화를 피하기 위해서, 프레시 스투코에 포함되는 황산칼슘2수화물의 양은 바람직하게는 낮게 유지된다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 황산칼슘2수화물을 5중량% 미만으로 함유하고, 추가의 구현예에 따르면 2중량% 미만으로 함유하고, 추가의 구현예에 따르면 1중량% 미만으로 함유하고, 다른 추가의 구현예에 따르면 0.5중량% 미만으로 함유한다. 추가의 구현예에 따르면 프레시 스투코는 황산칼슘2수화물을 전혀 포함하지 않는다.
황산칼슘반수화물, 경석고 III 및 황산칼슘2수화물의 백분율은 스투코에 포함되는 황산칼슘반수화물, 경석고 III 및 황산칼슘2수화물의 총량을 지칭한다.
황산칼슘반수화물, 황산칼슘 경석고 III, 황산칼슘2수화물, 및 황산칼슘 경석고 II의 양은 최신 기술에 알려진 적합한 방법에 의해 결정될 수 있다. 적합한 방법은 실시예에 기재되어 있다. 대안예로서, X-선 회절법이 분석을 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 실시예에 기재된 방법이 결정을 위해 사용된다.
황산칼슘2수화물 및 경석고 III 이외에, 프레시 스투코는 불순물뿐만 아니라 충전재를 포함할 수 있다. 불순물은 하소를 위해 사용되는 석고로부터 유래된다. 불순물은 하소 과정에서 황산칼슘반수화물 또는 경석고 III로 전환될 수 없는 석고 중의 모든 화합물인 것으로 이해된다. 예시적인 불순물은 모래, 점토, 석회석, 황산마그네슘, 돌로마이트 등이다. 경석고 II, 즉, 자연 발생된 경석고는 또한 불순물로서 프레시 스투코에 포함될 수 있다. 충전재는 프레시 또는 안정화된 스투코의 특성을 조정하기 위해 하소 이전 또는 이후에 석고에 첨가되는 물질이다. 예시적인 충전재는 석회석, 점토, 및 천연 경석고이다.
불순물뿐만 아니라 충전재는, 일 구현예에 따르면, 전체적으로 50중량% 미만의 양으로, 추가의 구현예에 따르면 40중량% 미만의 양으로, 추가의 구현예에 따르면 30중량% 미만의 양으로, 다른 추가의 구현예에 따르면, 20중량% 미만의 양으로 프레시 스투코에 포함된다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 불순물 또는 충전재를 전혀 포함하지 않는다. 추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 1중량% 초과의 불순물/충전재를 포함하고, 추가의 구현예에 따르면 5중량% 초과의 불순물/충전재를 포함한다.
상기 언급된 백분율은 일정 중량까지 고온에서 건조되는 프레시 스투코 샘플과 관련된다. 일 구현예에 따르면, 고온은 적어도 40℃, 추가의 구현예에 따르면 적어도 60℃이도록 선택되고, 일 구현예에 따르면 100℃ 미만이도록 선택된다. 일 구현예에 따르면, 샘플은 일정 중량까지 100℃로 건조된다. 일 구현예에 따르면, 샘플은 건조 오븐에서 건조된다. 건조 이후에 샘플이 데시케이터에서 냉각된다. 칭량 과정에서 과도한 습도는 회피된다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 일 구현예에 따라 9중량% 미만의 양으로 물을 포함하고, 일 구현예에서 6중량% 미만의 물을 포함한다. 백분율은 파라미터 "강열 감량" (LOI)에 해당한다. 프레시 스투코에 포함되는 물의 양은 주로 황산칼슘반수화물로서 결합되는 물에 대응한다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 5mm 미만, 추가의 구현예에 따르면 3mm 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면 1mm 미만의 입자 크기(D98)를 가진다.
추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 1mm 미만, 추가의 구현예에 따르면 500μm 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면 200μm 미만의 입자 크기(D80)를 가진다. 일 구현예에 따르면, 입자 크기(D80)는 적어도 50μm이다.
추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 200μm 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면 100μm 미만의 입자 크기(D50)를 가진다. 일 구현예에 따르면, 입자 크기(D50)는 적어도 5μm이다.
입자 크기 "D80"는 물질의 적어도 80중량%가 입자 크기 "D"보다 작은 입자 크기를 가지는 것을 의미한다. 따라서, 입자 크기 "D50"는 물질의 적어도 50중량%가 입자 크기 "D"보다 작은 입자 크기를 가지는 것을 의미하고, 입자 크기 "D98"는 물질의 98중량%가 입자 크기 "D"보다 작은 입자 크기를 가지는 것을 의미한다. 입자 크기 "Dx"는 최신 기술에 알려진 방법에 의해 결정된다. 32μm 초과의 입자 크기의 경우, 입자 크기 분포는 특정 메쉬 크기의 체로 샘플을 체질하고, 이후 체를 통과한 물질의 양 및 체에 잔류하는 물질의 양을 칭량하여 결정될 수 있다. 바람직하게는, 입자 크기 분포는 더 작은 입자 크기에 대해서도 작용하는 레이저 회절에 의해 결정된다.
하소는 공지된 장비를 사용하는 최신 기술에 알려진 직접적 또는 간접적 방법에 의해 수행될 수 있다. 하소는 회분식 하소에 의해 또는 연속식 하소 공정에 의해 수행될 수 있다. 특히, 하소는 급속 하소에 의해 수행될 수 있다.
하소 과정에서 인가되는 온도는 하소를 위해 사용되는 방법 및 장비에 좌우된다. 반면 캐플에서 수행되는 하소는 더 낮은 온도, 예를 들어, 120℃ 내지 160℃의 범위의 온도에서 수행되고, 급속 하소는 석고 입자와 하소를 위해 사용되는 고온 가스의 짧은 접촉 시간으로 인하여 더 높은 온도를 요구한다. 급속 하소를 위한 온도는 일반적으로 최대 200℃가 되도록 선택된다. 온도는 하소 응집체의 유입구에서의 고온 가스의 온도를 지칭한다. 하소 조건은 상기 기재된 프레시 스투코가 수득되도록 선택된다.
프레시 스투코는 이후 적은 양의 물과 접촉되어 습윤 스투코가 수득된다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 블렌더로 주입되고, 물이 첨가되면서 진탕되어 습윤 스투코가 수득된다.
물은 액체 형태로 첨가될 수 있고, 일 구현예에 따르면, 물은 프레시 스투코 상으로 분무된다.
다른 구현예에 따르면, 물은 증기상으로 프레시 스투코에 첨가된다. 일 구현예에 따르면, 증기는 적어도 100℃의 온도를 가지고, 일 구현예에 따르면, 적어도 110℃의 온도를 가지고, 다른 구현예에 따르면, 150℃ 미만의 온도를 가진다. 추가의 구현예에 따르면, 증기는 200℃ 미만의 온도를 가진다. 일 구현예에 따르면, 증기 및 프레시 스투코는 주위 압력에서 접촉된다. 적합한 노즐은 블렌더로의 증기 또는 액체의 물을 주입하기 위해 블렌더로 제공될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 물은 액체 및 증기 형태로 첨가된다. 액체 및 증기 형태로 물을 첨가하여, 습윤 스투코의 온도는 조정될 수 있고, 습윤 스투코의 과도한 습윤이 회피될 수 있다.
블렌딩 과정에서 프레시 스투코/습윤 스투코의 온도는 일 구현예에 따르면 적어도 30℃로, 일 구현예에 따르면 적어도 40℃로 조정되고, 추가의 구현예에 따르면 적어도 50℃로 조정되고, 추가의 구현예에 따르면 적어도 60℃로 조정되고, 다른 추가의 구현예에 따르면 적어도 65℃의 온도로 조정된다. 추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코의 온도는 블렌딩 과정에서 100℃ 미만, 추가의 구현예에 따르면 99℃ 미만, 추가의 구현예에 따르면 90℃ 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면 80℃ 미만으로 조정된다.
일 구현예에 따르면, 활성 냉각/가열은 해당하는 가열/냉각 장치에 의해 블렌딩 과정에서 수행되지 않는다. 블렌딩 과정에서의 온도는 블렌더에 첨가되는 프레시 스투코의 온도 및 첨가되는 물의 양을 조정하여 조정될 수 있다. 물의 일부는 증발될 수 있고, 이에 의해 프레시 스투코를 냉각시킨다.
프레시 스투코와 물을 블렌딩하는 것은 회분식 또는 연속식으로 실시될 수 있다. 연속식 작동 블렌더에서, 프레시 스투코 및 물은 블렌더로 연속적으로 주입되며, 습윤 스투코는 블렌더로부터 연속적으로 배출된다.
일 구현예에 따르면, 물 및 프레시 스투코의 균일한 혼합물이 수득되고, 기본적으로 습윤 스투코의 볼륨에 걸쳐 습도의 변동이 관찰되지 않을 때까지 블렌딩이 수행된다. 그러나, 추가의 구현예에 따르면 이는 추가의 처리 이전에 매우 짧은 기간 동안 물 및 프레시 스투코를 혼합하기에 충분하다.
블렌딩 시간은 매우 짧게, 예를 들어, 수초의 범위 내로 선택될 수 있다. 그러나, 또한, 더 긴 블렌딩 시간이 적합하다. 일 구현예에 따르면, 블렌딩은 적어도 1초 동안, 일 구현예에 따르면, 적어도 2초 동안 수행된다. 블렌딩 과정의 기간은 처리되는 프레시 스투코의 양 및 사용되는 블렌더의 유형에 좌우된다.
일 구현예에 따르면, 연속식 믹서가 사용된다. 블렌딩 시간은 이후 블렌더를 통과하는 스투코 입자의 체류 시간에 해당한다. 적합한 블렌더는 최신 기술로부터 알려져 있다. 이러한 유형의 연속식 블렌더에서, 일 구현예에 따르면, 블렌딩 시간은 1분 미만, 추가의 구현예에 따르면 30초 미만이다.
다른 구현예에 따르면, 회분식 블렌더가 사용되며, 여기서 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코 및 물의 블렌딩 시간은 5분 미만으로, 일 구현예에 따르면 2분 미만으로 선택된다.
그러나, 처리되는 스투코의 양에 따라, 또한 더 긴 블렌딩 시간이 가능하다.
물의 첨가, 및 임의의 블렌딩 이후에, 습윤 스투코가 수득된다.
습윤 스투코는 안정화된 스투코를 수득하기 위해 적어도 30분의 시간 간격 동안 적어도 30℃의 선택된 온도에서 유지된다.
일 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 저장 컨테이너로 이송된다.
일 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 블렌더에서 물 및 프레시 스투코를 블렌딩함으로써 수득되고, 습윤 스투코는 이후 저장 컨테이너로 이송된다.
다른 구현예에 따르면, 프레시 스투코 및 물을 블렌더를 통과하지 않고 저장 컨테이너에 직접적으로 주입된다. 물 및 프레시 스투코의 블렌딩은 이후 저장 컨테이너에서 실시된다.
일 구현예에 따르면, 저장 컨테이너에는 습윤 스투코가 선택된 온도로 유지되면서 습윤 스투코를 진탕시키기 위한 진탕 장치가 구비된다.
바람직하게는, 그러나, 습윤 스투코는 선택된 온도로 유지하면서 진탕되지 않는다.
습윤 스투코가 선택된 온도로 유지되면서, 치유 공정이 실시되고, 결정 결함, 예를 들어 스투코의 입자에서의 균열이 제거된다. 습윤 스투코의 비표면적은 감소되고, 습윤 스투코의 입자는 물리적으로 및/화학적으로 보다 안정하게 된다. 비표면적은 BET 방법에 따라 측정될 수 있다.
이론에 구속되는 것을 원하지 않고, 새로운 작은 황산칼슘반수화물 결정은 균열을 형성하고, 부분적으로 또는 전체적으로 이러한 균열을 충전하고, 이에 의해 입자의 비표면적을 감소시키는 것으로 추정된다.
온도는 적어도 30℃로 조정되고, 추가의 구현예에 따르면 적어도 40℃로 조정되고, 추가의 구현예에 따르면 적어도 50℃로 조정되고, 추가의 구현예에 따르면 적어도 60℃로 조정되고, 다른 추가의 구현예에 따르면 적어도 65℃로 조정된다. 추가의 구현예에 따르면, 온도는 100℃ 미만, 추가의 구현예에 따르면 99℃ 미만의 온도로, 추가의 구현예에 따르면 90℃ 미만의 온도, 다른 추가의 구현예에 따르면 80℃ 미만의 온도로 조정된다.
일 구현예에 따르면, 온도는 습윤 스투코가 저장 컨테이너로 주입되기 이전에 프레시 스투코 및/또는 습윤 스투코의 온도로 조정됨으로써 조정된다.
온도를 조정하기 위해, 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 냉각될 수 있다. 냉각은 적합한 냉각 장비로 수행될 수 있고, 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 열의 제거가 용이하도록 진탕된다. 그러나, 원하는 온도로의 프레시 스투코의 냉각은 또한 간단한 휴식 기간에 의해 달성될 수 있고, 여기서 프레시 스투코에 포함된 열은 주위로 방출된다. 상기 설명된 바와 같이, 습윤 스투코의 온도는 프레시 스투코에 첨가되는 물의 속도, 그리고 그 역으로의 속도를 조정함으로써 조정될 수 있다.
선택된 수준으로 온도를 유지하기 위해, 일 구현예에 따르면, 저장 컨테이너에는 열의 손실을 회피하기 위한 절연체가 구비된다. 이러한 절연체는 절연 물질로 저장 컨테이너를 둘러쌈으로써 제공될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 저장 컨테이너에는 습윤 스투코를 선택된 온도로 유지하기 위해 습윤 스투코를 가열하기 위한 가열 장치가 구비될 수 있다.
습윤 스투코가 선택된 온도로 유지되면서, 온도는 열 손실로 인하여 약간 감소될 수 있다. 열 손실은 일 구현예에 따르면, 가열에 의해 보상될 수 있거나, 또는, 다른 구현예에 따르면, 온도 손실은 안정화 공정의 시작 직후에 습윤 스투코의 온도를 이에 따라 더 높게 선택함으로써 보상될 수 있다.
습윤 스투코는 적어도 30분 동안 선택된 온도로 유지된다. 추가의 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 적어도 45분 동안 선택된 온도로 유지된다. 일 구현예에 따르면 습윤 스투코는 적어도 1시간 동안 선택된 온도로 유지되고, 다른 추가의 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 적어도 2시간 동안 선택된 온도로 유지된다.
놀랍게도, 선택된 온도에서의 더 긴 저장 시간까지, 더 낮은 물 수요를 가지고, 동시에 예를 들어 석고 플라스터보드 제조시에 요구되는 더 짧은 경화 시간을 제공하기에 충분한 활성을 가지는 안정화된 스투코가 수득된다.
추가의 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 48시간 미만 동안, 다른 구현예에 따르면 24시간 미만 동안, 추가의 구현예에 따르면 20시간 미만 동안, 추가의 구현예에 따르면 15시간 미만 동안, 다른 추가의 구현예에 따르면 10시간 미만 동안 선택된 온도로 유지된다. 습윤 스투코는 24시간 초과 동안 선택된 온도로 유지될 수 있다. 그러나, 보통 추가의 안정화 효과는 관찰되지 않는다.
습윤 스투코의 치유는 열처리 기간과 함께 진행되고, 안정화된 스투코의 활성은 감소된다, 즉, 물의 첨가 이후의 안정화된 스투코의 경화 시간이 증가된다. 안정화의 효과의 상대적 증가는 시간에 따라 감소되고, 습윤 스투코의 최대 안정화에 상응하는 한계값에 수렴된다.
이에 따라, 선택된 온도로 습윤 스투코를 유지하는 공정은 스투코가 특정 응용, 예를 들어 석고 플라스터보드의 제조를 위해 또는 모르타르로서 원하는 활성을 가지는 경우에 종료된다.
습윤 스투코가 안정화를 위해 선택된 온도로 유지되면서, 주변으로의 수분의 손실은 치유 과정의 진행이 가능하도록 낮게 유지되어야 한다. 일 구현예에 따르면, 저장 컨테이너는 습윤 스투코 내에 포함된 수분이 저장 컨테이너에서 유지되게 하는 기밀 컨테이너이다.
습윤 스투코가 안정화를 위해 선택된 온도로 유지되면서, 황산칼슘2수화물로의 황산칼슘반수화물의 전환은 회피되어야 한다. 물을 가진 컨테이너 내부의 분위기의 과포화는 액체의 물의 응축으로 인하여 회피되어야 하고, 저장된 반수화물의 부분을 경화시키는 것을 촉진한다. 액체의 물은 또한 컨테이너 및 다른 장비의 부식을 유도할 수 있다. 따라서, 습윤 스투코가 안정화를 위해 선택된 온도로 유지되는 경우의 상대 습도는 일 구현예에 따르면 100% 미만으로, 추가의 구현예에 따르면 90% 미만으로 선택된다. 추가의 구현예에 따르면, 저장 컨테이너 내의 상대 습도는 50% 초과로 선택된다.
안정화된 스투코의 안정성 및 반응성은 일 구현예에 따라 온도의 조정 및/또는 열처리의 기간에 의해 조정될 수 있다.
습윤 스투코가 선택된 온도로 유지되는 경우의 처리 시간이 예를 들어 30분 근처로 짧은 경우, 더 높은 활성 및 더 짧은 경화 시간의 안정화된 스투코가 수득되며, 이는 더 많은 양의 작은 황산칼슘반수화물 입자를 포함한다. 이러한 안정화된 스투코는 예를 들어 플라스터보드의 제조시에 유용하다. 따라서, 처리 시간이 길수록, 더 긴 경화 시간을 갖는 안정화된 스투코가 수득된다.
안정화된 스투코의 활성은 추가로 습윤 스투코가 유지되는 선택된 온도를 조정함으로써 조정될 수 있다. 일반적인 원칙으로서, 더 높은 온도는 안정화된 스투코의 더 낮은 활성을 초래하며, 그 역도 초래된다.
유리하게는, 청구된 방법을 사용하여, 온도의 조정 및 습윤 스투코의 처리의 기간의 조정에 의해 안정화된 스투코의 활성을 특정 수준으로 조정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 하소를 위해 사용되는 원료 석고의 품질에서의 변동이 용이하게 보상될 수 있고, 이는 예를 들어 연속적인 플라스터보드 제조에 있어서 중요한 장점이다.
일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코의 활성이 결정된다. 적합한 결정 방법은 실시예에 기재되어 있다. 안정화된 스투코의 활성을 평가하기 위해 경화 시간 및 재수화가 사용될 수 있다.
프레시 스투코에 첨가되는 물의 양은 충분한 물이 스투코 입자의 치유를 개시하기 위해 이용가능하도록 선택된다. 그러나, 물의 양은 또한 황산칼슘2수화물을 얻기 위한 황산칼슘반수화물과 물의 반응이 회피되도록 선택된다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코에 첨가되는 물의 양은 안정화된 스투코에 포함되는 자유수의 양이 0.2중량% 초과, 추가의 구현예에 따르면 0.5중량% 초과가 되도록 선택된다. 추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코에 첨가되는 물의 양은 습윤 스투코에 포함되는 물의 양이 3중량% 미만이고, 추가의 구현예에 따르면 2중량% 미만이고, 바람직하게는 1중량% 미만이도록 선택된다. 백분율은 프레시 스투코의 중량과 관련된다.
일 구현예에 따르면, 물은 증기 형태(스팀)로 프레시 스투코에 첨가된다. 스팀은 적어도 100℃의 온도로 주입되고, 또한 선택된 온도로 프레시 스투코를 가온시키도록 사용될 수 있다.
추가의 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 실온에서 제공된다. 하소 이후, 프레시 스투코는 예를 들어, 하소로 또는 저장 컨테이너의 생산 용량으로 인하여 저장될 수 있다. 프레시 스투코는 이후 냉각되고, 추가의 처리 이전에 실온에서 저장된다.
추가의 처리 이전에, 프레시 스투코는, 일 구현예에 따르면, 스투코의 안정화를 위해 선택된 온도로 가열된다. 가열은 물의 첨가 이전 또는 이후에 달성될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 물을 주입하고, 청구된 방법에 따라 선택된 온도로 습윤 스투코를 유지하기 이전에, 프레시 스투코는 청구된 방법에서 사용되는 선택된 온도로, 예를 들어 적어도 30℃의 온도로 가열된다. 일 구현예에 따르면, 프레시 스투코는 물의 첨가 과정에서 실시되는 냉각을 보상하여 습윤 스투코를 수득하기 위해 30℃ 초과의 온도로 가열된다.
가열은 적합한 가열 장비, 예를 들어 가열 장비가 구비된 혼합기에 의해 달성될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 가열은 프레시 스투코로 스팀을 주입함으로써 달성되고, 여기서 스팀은 적어도 100℃, 추가의 구현예에 따르면 적어도 140℃의 온도로 가열된다. 스팀에 의해 주입되는 수분의 양은 너무 높지 않게 되고, 특히 액체의 물의 높은 국소적 양을 야기하는 스팀의 응축이 회피되도록 주의하여야 한다.
청구된 방법의 일 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 특정 기간 동안 선택된 온도로 유지하면서 습윤 환경 하에 유지된다.
이미 위에서 설명된 바와 같이, 일 구현예에 따르면, 습윤 스투코는 적어도 50% 상대 습도의 분위기 하에, 추가의 구현예에 따르면, 적어도 70% 상대 습도의 분위기 하에 유지된다.
습윤 스투코가 적어도 30분 동안 적어도 30℃의 온도로 유지되는 한편, 습윤 스투코는 일 구현예에 따르면, 진탕되어 습윤 스투코를 균일화시킨다. 습윤 스투코를 진탕함으로써, 컨테이너 내의 온도 구배는 가능한 회피하여, 이로써 컨테이너에 함유된 모든 습윤 스투코는 균일한 반응 조건, 이에 따른 균일한 치유 속도를 겪으며, 이로써 균일한 안정화된 스투코가 이루어진다.
일 구현예에 따르면, 프레시 스투코에 첨가되는 물의 양은 안정화된 스투코는 적어도 0.2중량%의 양으로, 추가의 구현예에 따르면 적어도 0.5중량%의 양으로 자유 수분을 함유하는 것이다. 일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코는 안정화된 스투코의 질량과 관련하여 5중량% 미만, 추가의 구현예에 따르면 3중량% 미만, 또 다른 구현예에 따르면 1.5중량% 미만의 양으로 자유 수분을 함유한다. 이러한 자유 수분은 안정화된 스투코의 표면에 흡수된 물 분자에 의해 형성되고, 예를 들어 스투코 입자에 존재하는 매우 작은 균열에 또는 황산칼슘반수화물 결정의 결정 구조에 제공되는 공간에 함유된다. 이러한 물은 물리적으로 결합되고, 황산칼슘반수화물에 결합된 물에 대해 추가하여 안정화된 스투코 내에 포함된다.
안정화된 스투코는 새로운 결정 표면을 생성하고, 이에 의해 스투코의 활성을 증가시키도록 분쇄될 수 있다.
안정화된 스투코는 안정화된 스투코의 수분을 조정하기 위해 건조될 수 있다.
안정화된 스투코의 활성 및 다른 파라미터를 조정하기 위해, 일 구현예에 따른 안정화된 스투코는 충전재, 예를 들어, 석회석, 경석고 II 또는 점토와 혼합될 수 있거나, 또는 일 구현예에 따르면, 원하는 경우, 예를 들어 경화 시간을 감소시키기 위해, 프레시 스투코, 즉, 안정화되지 않은 스투코와 혼합될 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 수득되는 안정화된 스투코는 최신 기술에 알려진 황산칼슘에 대한 모든 응용분야에서 사용될 수 있다. 안정화된 스투코는 예를 들어, 플라스터보드의 제조시에 추가로 처리될 수 있는 슬러리를 수득하기 위해, 물에 첨가된다.
일 구현예에 따르면, 안정화된 스투코로부터 제조된 슬러리는 10분 미만, 추가의 구현예에 따르면 8분 미만, 다른 추가의 구현예에 따르면 5분 미만의 경화 시간을 가진다. 일 구현예에 따르면, 슬러리는 적어도 1분, 추가의 구현예에 따르면 적어도 2분, 추가의 구현예에 따르면 적어도 4분의 경화 시간을 가진다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명은 석고 플라스터보드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 적어도 하기 단계를 포함한다:
- 상기 기재된 방법에 의해 수득되는 안정화된 스투코를 제공하는 단계;
- 상기 안정화된 스투코에 물을 첨가하여 스투코 슬러리를 제조하는 단계;
- 상기 스투코 슬러리를 형성하여 석고 플라스터보드를 수득하는 단계.
상기 방법은 기본적으로 최신 기술에 공지된 방법을 따르며, 여기서는, 그러나, 상기 기재된 방법에 의해 수득되는 안정화된 스투코가 사용된다. 안정화된 스투코는 기본적으로 석고 플라스터보드의 제조를 위해 공지된 방법에서와 동일한 방법으로 처리된다. 그러나, 안정화된 스투코의 더 낮은 물 수요로 인하여, 그에 따라, 안정화된 스투코에 첨가되는 물의 양이 알맞게 조정된다. 안정화된 스투코에 첨가되는 물의 양은 공지된 방법에 의해 당업자에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 공지된 방법과 대략 동일한 특성 및 가공성의 스투코 슬러리를 수득하기 위해, 물-석고 값, 슬러리 컨시스턴시(slurry consistency) 및/또는 유동값은 이에 따른 스투코 슬러리의 제조를 위해 사용되는 물의 양을 선택함으로써 조정될 수 있다.
스투코 슬러리 특성의 조정을 위해, 최신 기술로부터 공지된 첨가제가 일 구현예에 따라 첨가될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 시중에서 입수가능하고 최신 기술분야로부터 공지된 액화제가 스투코 슬러리에 첨가될 수 있다. 적합한 액화제는 예를 들어, 멜라민 수지, 폴리카복실레이트, 또는 셀룰로오스 부분 가수분해물이다. 스투코 슬러리에 첨가되는 액화제의 양은 공지된 방법, 예를 들어 물-석고-값, 슬러리 컨시스턴시, 유동값에 의해 결정된다. 액화제의 양은 스투코의 특성에 의존하며, 개별적으로 결정되어야 한다.
일 구현예에 따르면, 포옴(foam)은 스투코 슬러리에 첨가된다. 시중에서 입수가능하며, 석고 플라스터보드의 제조의 기술분야에서 사용되는 공지된 발포제가 사용될 수 있다. 석고 플라스터 제조를 위한 발포제의 예시적인 공급처는 Sika Deutschland GmbH, Leimen, Berolan GmbH, Arbing, DE, Kao Corp., JP이다. 발포제는 석고 플라스터보드의 단위 면적당 특정 중량 또는 중량의 변화를 가능하게 한다. 스투코 슬러리에 첨가되는 발포제의 양은 사용되는 발포제, 즉, 사용되는 계면활성제의 유형, 석고 플라스터보드의 단위 면적당 원하는 중량 및 예를 들어 굴곡 파단 하중 및 e-모듈러스에 의해 결정되는 석고 플라스터보드에 대해 요구되는 내충격성에 의존한다.
스투코 슬러리에 대한 포옴의 첨가는 경화 이후에 석고 플라스터보드의 석고층에서 기공의 존재를 유도한다. 기공의 크기는 포옴에 포함되는 기포의 크기에 의해 결정된다. 안정한 포옴의 사용은 석고층에서 작은 기공의 형성을 유도한다. 안정한 포옴은 포옴인 것으로 이해되고, 여기서 기포는 기본적으로 스투코 슬러리와 접촉시 붕괴되지 않는다.
추가의 구현예에 따르면, 발포제는 스투코 슬러리에 첨가되고, 발포제는 불안정한 포옴을 생성한다. 불안정한 포옴 기포는 스투코 슬러리와 접촉시에 붕괴되고, 이로써 더 큰 기포가 형성된다. 이는 이웃하는 기공들 사이에 배열된 더 넓은 격벽을 갖는 더 큰 기공을 갖는 플라스터보드를 야기한다. 일 구현예에 따르면, 석고층에서 발견되는 포옴 생성 기공의 평균 기공 직경은 50μm 내지 2mm 범위 이내, 추가의 구현예에 따르면 100μm 내지 1.5mm의 범위 이내에 있다.
더 큰 기공은 또한 안정한 포옴 및 소포제의 동시적 첨가에 의해 유도될 수 있다. 포옴 및 소포제의 첨가는 다른 또는 두 성분이 동시에 첨가된 이후에 수행될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 먼저 안정한 포옴이 스투코 슬러리에 첨가되고, 스투코 슬러리에서의 포옴의 분포 이후, 소포제가 첨가된다. 상업적으로 입수가능한 소포제가 사용될 수 있다.
놀랍게도, 완성된 플라스터보드의 한정된 기공도에 대해 요구되는 발포제의 양은 본 발명에 따른 안정화된 스투코가 보드를 제조하기 위해 사용되는 경우에 많이 감소될 수 있는 것을 발견하였다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 평균 기공 크기(또한 평균 기공 직경이 사용됨)는 코어에서 개개의 기공의 최대의 직경으로부터 계산된다. 최대의 직경은 페렛 직경(Feret diameter)과 동일하다. 각각의 기공의 최대 직경은 샘플의 이미지로부터 수득될 수 있다. 이미지는 임의의 적합한 기술, 예컨대 2차원 이미지를 제공하는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 얻어질 수 있다. 더 큰 수의 기공 크기는 SEM 이미지에서 측정될 수 있고, 이로써 기공의 단면적(기공)의 무작위성은 평균 직경을 제공할 수 있다. 샘플의 코어 전반에 무작위적으로 위치한 복수개의 이미지에서의 기공의 측정값을 선택하는 것은 이러한 계산을 개선할 수 있다. 추가적으로, 다수의 2차원 SEM 이미지에 기초한 코어의 3차원 입체학적 모델을 구축하는 것은 또한 평균 기공 크기의 계산을 개선할 수 있다. 다른 기술은 X-선 CT-주사 분석(XMT)이고, 이는 3차원 이미지를 제공한다. 다른 기술은 광학 현미경이고, 여기서 광 대비는 예를 들어 기공의 깊이를 결정하는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 기공은 수동으로 또는 이미지 분석 소프트웨어, 예를 들어 N1H에 개발된 Image!를 사용하여 측정될 수 있다. 당업자는 이미지로부터의 기공 크기 및 분포의 수동 결정은 각각의 기공의 치수의 시각적 관찰에 의해 결정될 수 있음을 알 수 있다. 샘플은 석고 보드를 절단하여 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 안정화된 스투코는 스투코로부터 종래에 제조되는 모든 석고 제품에 사용될 수 있다. 이는 석고 건축용 보드, 예를 들어 플라스터보드 또는 섬유보드뿐만 아니라 석고 블록, 스크리드, 특히 자가-레벨링 플로어 스크리드, 결합 화합물(jointing compound), 마감재 화합물(finishing compound), 벽재 플라스터, 성형 플라스터 또는 임의의 다른 석고 기반 제품의 제조에 특히 유용하다.
본 발명에 따르면, 안정화된 스투코의 활성의 용이한 조정을 가능하게 하며, 이는 예를 들어 상응하는 스투코 슬러리의 경화 시간을 조정하는 데 유용한 효과가 있다.
하기 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실시예:
석고상 분석:
샘플에서의 개개의 황산칼슘 종, 즉, 2수화물, 반수화물, 경석고 (III), 자유수, 및 다른 물질은 하기와 같이 중량 측정의 석고상 분석 과정을 통해 확인하였다:
경석고 III (A III; 수용성 경석고) 및 자유 수분
Figure 112020012286386-pct00001
약 7g 샘플을 자기 도가니(WA)에서 칭량한다. 칭량된 도가니를 건조 캐니닛에서 40℃에서 밤새 두었다. 이후, 도가니에서의 샘플을 80℃로 가열하였고, 추가 2시간 동안 이 온도에서 건조시켰다. 이후 실온에서의 냉각을 위해 도가니를 데시케이터로 이송시킨다. 이후 도가니를 칭량시킨다(WB).
중량의 증가는 경석고 III에 상응하며, 중량의 감소는 자유 수분인 것으로 여겨진다.
Figure 112020012286386-pct00002
Figure 112020012286386-pct00003
황산칼슘반수화물 (HH)
Figure 112020012286386-pct00004
약 7g 샘플을 자기 도가니(WC)에서 칭량한다. 샘플이 완전하게 습윤되어 물로 덮여지는 양으로 탈이온수를 첨가한다. 60분 대기 시간 이후, 도가니를 건조 캐비닛으로 이송시키고, 일정 중량까지 40℃로 건조시킨다. 도가니를 이후 실온에서의 냉각을 위해 데시케이터로 이송시킨다. 도가니를 칭량하고(WD), 황산칼슘반수화물의 양을 중량의 증가로부터 계산한다.
Figure 112020012286386-pct00005
경석고 II (약간 가용성의 경석고) (A II-s)
Figure 112020012286386-pct00006
경석고 II의 결정은 황산칼슘반수화물의 결정을 위한 방법을 따른다. 약 7g 샘플을 자기 도가니(WE)에서 칭량한다. 샘플을 탈이온수로 완전하게 습윤시키고, 이후 72시간 동안 데시케이터에서 유지시킨다. 도가니를 이후 일정 중량까지 40℃로 가열된 건조 캐비닛으로 이송시킨다. 도가니를 이후 데시케이터에서 실온에서 냉각시키고, 칭량한다(WF).
Figure 112020012286386-pct00007
결정화의 물(W k )
칭량된 도가니(Wa)를 샘플을 가진 그 용적의 약 ¾까지 충전하고, 충전된 도가니를 다시 칭량한다(Wb). 도가니를 이후 60분 동안 330 내지 360℃로 가열되는 머플 로로 이송시킨다. 도가니를 실온에서 냉각을 위해 데시케이터를 이송시키고, 이후 다시 칭량된다(Wc).
자유 수분의 결정을 위해, 샘플을 건조 캐비닛에서 80℃에서 건조시키고, 자유 수분을 계산한다(F [%]).
중량 차이로부터 결정수의 양을 계산한다.
a. 발견된 자유 수분 없음
Figure 112020012286386-pct00008
b. 검출된 자유 수분
Figure 112020012286386-pct00009
보다 상세한 결정을 위해 샘플을 X-선 회절법에 의해 분석한다.
입자 크기 분석
입자 크기 분포를 Malvern Mastersizer 2000(헤렌베르그, 독일)을 사용하여 결정하였다. 2,350RPM으로 작동하는 습윤 분산 유닛에서 이소프로필 알코올의 용액 중에 샘플을 분산시킴으로써 시험을 실시하였다. "석고(avg)"의 물질 밀도 설정을 가정하고, 배경 제거 이후 10 내지 20 차폐도(obscuration)에서 측정을 수행하였다.
유동값
스투코 샘플(400g)을 1.0g의 시트르산나트륨을 함유하는 실온 평형 수에 30초에 걸쳐 블렌더(Kitchen Aid)에서 첨가하였고, 뒤이어서 최고 속도로 7초 동안 블렌딩하였다. 물의 양을 물 석고 값에 따라 결정한다. 블렌딩된 슬러리를 이후 황동 실린더(5cm 직경, 10cm 높이)로 부었고, 깨끗한 유리 플레이트 상에 부었다. 황동 실린더에 첨가하고 50초 이후 빠른 수직 이동으로 들어올려 슬러리를 패티에 분산시켰다. 유동값을 패티의 직경을 결정함으로써 결정한다.
경화 시간
시트르산 나트륨의 첨가 없이 유동값의 결정에 대해 기재된 바와 같이 샘플을 제조하고, 경질 고무 링(40mm 높이)에 부었다. 초기 경화 및 최종 경화를 변형된 Vicat 기기로 결정하였다(DIN EN 13279-2에 따름). < 40mm 통과 깊이에서, 초기 경화에 도달되었다. 최종 경화의 경우 낙하 중량을 1kg까지 증가시켰다. 최종 경화가 8mm의 통과 깊이에서 도달되었다.
블레인 비표면적(Blaine specific surface area)
블레인에 따른 비표면적을 DIN EN 196-6에 따라 결정하였다.
붕괴
붕괴도의 결정
대략 150 내지 200ml의 혼합기 슬러리(즉, 슬러리가 제조 과정 동안 라이너 상에 도포하기 전에 직접적으로 샘플링함)를 300ml 스피릿(spirit)(94 내지 96%)으로 채운 파우더 플라스크에 부었다. 파우더 플라스크를 단단하게 밀봉하고, 이후 강하게 교반시킨다.
플라스크의 전체 내용물을 Sartorius 여과지 392가 구비된 대형 Buchner 깔때기(Ø 180mm)에 붓고, 액체상을 흡입 제거하기 위해 진공을 인가한다. 흡입은 고르고 신속하여야 한다.
필터 패티를 200ml 아세톤을 충전한 파우더 플라스크에 배치한다. 파우더 플라스크를 잘 밀봉하고, 그것의 내용물을 강하게 교반시킨다. 현탁액을 Sartorius 여과지 392를 통해 여과시키고, 필터 케이크를 아세톤으로 헹군다.
필터 케이크를 시계 접시로 이동시키고, 이후 일정 중량까지 건조 캐비닛에서 40℃에서 건조시킨다.
건조 물질을 0.2mm 체로 체질한다. 응집물을 브러쉬가 있는 체로 부드럽게 가압시킨다. 이후 체 잔류물 및 체 통과물을 균질화시킨다. 이후 블레인 값이 결정하고, 입자 크기 분석을 실시한다.
붕괴 인자의 계산 - De
De = 붕괴된 샘플의 블레인 값/새로운 샘플의 블레인 값
압축 강도:
압축 강도를 DIN EN 13279-2에 따라 결정하였다.
물-석고-값
물-석고-값을 DIN EN 13279-2에 따라 결정하였다.
BET-표면적
DIN 61131에 따른 단일 지점 방법(single point method)으로 질소를 사용하는 BET-방법에 의해 비표면적을 Flow Sorb 2300 II (Micromeritics)로 결정하였다.
재수화
주지된 양의 황산칼슘반수화물 및 2수화물을 포함하는 칭량된 샘플(약 7g)을 물(20ml)에 현탁시키고, 실온에서 정치시켰다. 샘플이 물에 첨가된 경우에 스탑 워치를 시작하였다. 샘플을 한정된 시간 간격으로 취하였다.
예정된 시간 간격이 경과하기 대략 1분 전에 샘플을 취하였고, 모르타르로 이송시켰고, 막자로 분쇄하였다. 시간 간격이 경과한 이후, 대략 100ml의 스피릿 (94 내지 96%)을 모르타르에 부었고, 분쇄를 지속한다.
여과지를 Buchner 깔때기에 배치하고, 물로 습윤시키고, 이후 스피릿으로 헹군다. 미세 분쇄된 모르타르를 여과지로 이송시키고, 감압을 Buchner 깔때기에 인가하여 액체상을 흡입 제거한다. 필터 케이크를 다시 스피릿, 이후 아세톤으로 헹구어 잔류된 물을 제거한다. 필터 패티를 시계 접시에 배치하고, 일정 중량까지 40℃로 건조 캐비닛에서 건조한다. 결정화의 물의 양을 상기 기재된 바와 같이 결정한다.
계산
Figure 112020012286386-pct00010
슬러리 컨시스턴시/스플랫 시험(Splat test)
스플랫 시험기(드롭 컨시스토미터(drop consistometer))는 60mm의 높이, 70mm의 하부 내부 직경, 및 100mm의 상부 내부 직경을 갖는 중공형 깔때기를 포함한다. 하부 개구는 깔때기의 하부 개구를 개방하기 위해 흔들릴 수 있는 플레이트로 고정될 수 있다. 콘은 125mm의 강하 높이를 조정하기 위해 베이스 플레이트 상에 고정된 수직형 막대에 미끄러질 수 있게 고정된다. 강하 높이는 깔때기의 하부 개구와 베이스 플레이트 사이의 거리이다.
스톱 와치는 슬러리 제조의 시작과 함께 시작한다. 슬러리를 플레이트가 있는 그것의 바닥면에 고정된 깔때기로 충전한다. 과량의 물질을 나이프(해머 헤드를 갖는 주걱)로 스크래핑하여 제거한다.
10초 이후, 슬러리 케이크가 베이스 플레이트 상에 떨어질 수 있도록 플레이트가 깔때기로부터 흔들린다.
패티의 직경을 2개의 수직한 반대 방향에서 결정하고, 평균을 결정한다.
실시예 1
하소 응집체로부터 스팀을 주입하기 위한 노즐 및 스투코를 진탕시키기 위한 교반기를 구비한 블렌더로 프레시 스투코를 연속적으로 전달하였다. 용량을 30kg/min로 조정하였다. 습윤 스투코를 얻기 위해 프레시 스투코의 중량 기준으로 2중량% 스팀의 속도로 스팀을 주입한다. 습윤 스투코를 이후 진탕 없이 80℃의 온도로 가열된 컨테이너로 이송하였다. 샘플이 재수화(0h) 이후 블렌더에 남겨진 직후, 80℃에서의 4시간 처리 이후, 80℃에서의 24시간 처리 이후, 샘플을 취하였다. 유동값을 상기 기재된 바와 같이 결정되었다.
결과는 표 1에 요약되어 있다.
[표 1] 2중량% 스팀으로의 처리 및 80℃에서의 저장 이후의 습윤 스투코 샘플의 유동값
Figure 112021071018600-pct00024
블렌더로 주입된 바와 같이 프레시 스투코의 온도는 스투코의 치유에 영향을 주지 않았다. 각각 66℃ 및 33℃의 온도를 갖지만 스팀 처리 없는 프레시 스투코를 사용하는 두 시험에서, 대략 동일한 유동값을 블렌더 이후 샘플링한 스투코로부터 얻었다. 269mm 및 262mm의 유동값을 이러한 샘플에 대해 얻었다.
블렌더로 스팀을 주입함으로써, 유동값의 증가가 스팀 처리 직후에 이미 관찰된다. 유동값의 증가가 황산칼슘반수화물의 치유 과정에 의해 야기된다. 80℃에서의 습윤 스투코 샘플의 저장 이후에, 유동값에서의 유의미한 증가가 관찰된다. 4시간 처리 시간 이후, 각각 338mm 및 380mm로의 증가가 관찰된다. 24시간 처리 이후, 두 샘플에서의 유동값의 추가의 증가가 관찰된다.
유동값에 대한 저장 과정에서 적용되는 저장 시간 및 온도의 영향은 표 2에 요약되어 있다.
[표 2] 습윤 스투코 샘플의 유동값 (물-석고-값 "WGW" = 0.70)
Figure 112020012286386-pct00012
스팀 처리 이후 샘플을 실온에서 저장하는 경우에, 유동값은 거의 동일하게 유지되었다. 실온에서의 24시간 저장 이후에 290mm로의 스팀 처리가 관찰된 직후에 282mm로부터의 약간의 증가만이 관찰되었다. 스투코 샘플의 치유에 해당하는 유동값에서의 유의미한 증가가 80℃에서의 저장 이후 관찰된다. 24시간 이후 282mm 내지 380mm의 증가가 관찰된다. 24시간 저장 이후, 치유 과정이 기본적으로 완료된다. 80℃에서 96시간의 총 저장 시간 이후, 유동값에서의 추가의 증가가 관찰되지 않았다.
실시예 2: 스투코의 대규모 안정화
대규모 실험을 위해, 제조 라인의 스투코 저장 컨테이너에, 사일로의 외벽 상에 배치된 전기 히팅 및 외벽 상에 사일로를 둘러싼 절연층을 구비시켰다. 스투코를 저장 컨테이너로 이송하기 위한 예비-혼합 유닛에 물 및 스팀에 대한 유입구를 구비시켰다. 스투코 제조시에 하소를 위해 사용되는 석고는 채굴된 석고 및 배연 탈황으로부터 얻은 석고의 50 : 50 (w/w)의 혼합물이었다.
82℃의 온도를 갖는 53톤의 프레시 스투코를 1.4중량%의 물 및 0.25중량%의 스팀의 부가에 의해 연속 혼합기에서 처리하여 습윤 스투코를 수득하였다. 습윤 스투코를 컨테이너의 모든 외면을 둘러싼 절연층이 제공된 저장 컨테이너로 이송시킨다. 저장 컨테이너로 충전되기 이전에 습윤 스투코의 온도는 75 ± 5℃이었다. 저장 컨테이너를 기밀 밀봉하였고, 습윤 스투코를 안정화를 위해 3시간 동안 저장하였다. 안정화 이후, 안정화된 스투코를 저장 컨테이너로부터 제거하여 표준 이송 라인 상에서 석고 플라스터보드로 처리하였다. 저장 컨테이너로부터 제거되는 경우의 안정화된 스투코의 온도는 > 65℃이었다.
대조를 위해, 물 및 스팀을 프레시 스투코에 첨가한 직후에 습윤 스투코의 샘플을 취하였다. 그 샘플을 건조 캐비닛으로 수송하였고, 80℃에서 저장하였다.
샘플의 유동값을 상기 기재된 방법에 의해 결정하였다. 유동값의 결정을 위해, 스투코 샘플을 0.64의 물-석고 값(WGW)에서 탈이온수와 혼합하였다:
샘플의 특성은 표 3에 요약되어 있다.
[표 3] 프레시 스투코의 안정화
Figure 112021071018600-pct00025
스투코의 유의미한 안정화를 달성할 수 있었다. 약 75℃에서 저장 컨테이너에서의 3시간 저장 이후, 프레시 스투코에 대한 140mm로부터 안정화된 스투코에 대한 360mm까지의 유동값의 증가가 관찰될 수 있었다.
저장 컨테이너 중의 대규모 조건 하에서의 습윤 스투코의 안정화는 유의미하였다. 건조 캐비닛 중의 실험실 조건 하에 안정화된 소규모 샘플은 1시간 안정화 이후 360mm의 유동값을 가졌다. 24시간 저장 이후 실험실 규모 샘플은 395mm의 유동값을 가졌다.
안정화 효과는 또한 샘플의 상당하게 감소된 붕괴에서 관찰될 수 있었다. 반면 프레시 스투코는 2.24의 붕괴도를 가졌고, 안정화 처리 이후, 1.76로 감소되었다.
실시예 3: 스투코 슬러리의 제조
75℃에서 저장 컨테이너에서의 저장 이후 실시예 4에서 수득된 안정화된 스투코를 산업 제조 라인에서 스투코 슬러리의 제조를 위해 사용하였다.
안정화된 스투코를 물과 혼합하였고, 액화제를 첨가하여 스투코 슬러리의 점도를 조정하였다. 스투코 슬러리의 점도가 표준 대규모 석고 플라스터 제조 라인에서 사용되는 스투코 슬러리의 점도에 상응하도록, 물 및 액화제의 양을 조정하였다.
저장 이후 안정화된 스투코를 물과 혼합하고, 액화제를 첨가하였다. 제조된 석고 플라스터보드는 12.4의 두께를 가졌고 이는 표준 제조 조건에서 수득하였다.
안정화된 스투코 슬러리에 대해 수득된 데이터는 표 4에 요약되어 있다. 비교를 위해, 또한 표준 석고 플라스터 제조 라인에 대한 데이터는 표 4에 포함되어 있다.
[표 4] 스투코 슬러리에 대한 데이터
Figure 112020012286386-pct00014
표준 석고 플라스터 제조 라인에 대해 사용된 대략 동일한 경화 시간 및 슬러리 컨시스턴시를 달성하기 위해, 안정화된 스투코를 사용한 슬러리 내에 포함된 물 및 액화제의 양은 상당하게 감소될 수 있었다. 물-석고-값은 표준 제조의 경우의 0.69로부터, 보다 장기간 동안 더 높은 온도에서 치유되는 스투코를 사용하는 경우의 0.65까지, 감소될 수 있다.
붕괴도의 낮은 등급은 치유에 의해 달성되는 더 낮은 입자 붕괴를 반영한다. 더 낮은 붕괴는 예를 들어, 석고 플라스터보드 제조에 사용되는 경우에 스투코의 더 낮은 물 수요를 야기한다.
실시예 4. 석고 플라스터보드의 제조
실시예 3에서 수득된 스투코 슬러리를 표준 제조 라인에서 12.5mm의 석고 플라스터보드의 제조를 위해 사용하였다. 석고 플라스터보드의 특성은 표 5에 요약되어 있다. 비교를 위해, 또한, 표준 제조 라인에 대한 파라미터가 포함되어 있다. 보드의 중량, 굴곡 파단 하중 및 e-모듈러스를 DIN 18180. SSL: 긴 정면; RSQ: 교차 후면에 따라 결정하였고; 용어들은 DIN 18180에 상세하게 설명되어 있다.
[표 5] 석고 플라스터보드의 특성
Figure 112020012286386-pct00015
카드보드층의 접착력을 내부 평가 방법에 의해 평가하여 1 내지 5 등급으로 할당하였다. 슬릿을 날카로운 칼로 십자형으로 카드보드 라이너를 절단하고, 이후 카드보드 라이너를 슬릿 교차 지점에서 형성된 하나의 모서리에서 떼어내어 기저 석고층으로부터 벗기었다. 카드보드의 석고층에의 접착력이 너무 강해서, 카드보드 라이너가 길게 잘려질 때 석고층에 부착되는 면이 확고하게 결합하여 유지되고, 상기 카드보드 라이너의 상면이 벗겨지는 경우에 등급 1을 할당하였다. 카드보드 라이너가 완전하게 석고층으로부터 벗겨질 수 있고, 카드보드 잔류물이 석고층 표면에 잔류하지 않는 경우에 등급 5를 할당하였다. 석고 플라스터보드는 소비자에게 판매하기 위해서는 방출하기 위한 시험에서 등급 1 또는 2가 할당되어야 한다.
석고 플라스터보드의 품질에 대한 품질 요건:
Figure 112020012286386-pct00016
안정화된 스투코 슬러리로부터 제조된 석고 코어의 라이너에 대한 접착력은, 둘 다 스투코 슬러리를 라이너 상에 도포한 직후 그러나 스테이션을 절단하고 건조한 이후에 표준 제조 라인으로부터 얻은 석고 플라스터보드와 동등하였다.
건조기에서 석고 보드로부터 증발되어야 하는 물의 양을 평균 8%까지 감소시킬 수 있었다. 라이너 상의 슬러리의 균일한 분포를 위해 필요한 액화제는, 종래에 사용되는 스투코를 사용한 플라스터보드 제조와 비교하여, 심지어 73%까지 감소시킬 수 있었다.
재수화의 평가를 위해, 건조기 이후에 취해진 샘플을 24시간 동안 실온의 물에 저장하였다. 이후, 흡수된 물을 평가하였다. 결장화의 물을 상기 기재된 바와 같이 결정하였다. 결정된 결정화의 물의 양을 100 % 재수화로서 간주하였고, 이로부터 재수화 효율을 계산하였다.
치유도(degree of healing)
본 발명의 방법에 의해 달성된 치유도를 유동값으로부터 결정하였다. 하기 유동값을 결정하였다:
FSS: 24시간 미만 동안 안정화된 스투코의 저장 이후에 결정된 유동값;
FST: 표준 공정에서 처리된 스투코에 대해 결정된 유동값; 강제 에이징을 위한 물의 첨가 직후에 샘플을 예비-혼합기 이후에 취함;
F80℃, 24h: 건조 케비닛에서 스팀이 나가지 않게 밀봉된 컨테이너에서 80℃에서 24시간 동안 에이징된 스투코 샘플에 대해 결정된 유동값(부여된 가능한 최대 치유 등급으로서 간주됨)
치유도를 이후 하기 식으로 계산하였다:
Figure 112020012286386-pct00017
발견된 유동값은 표 6에 요약되어 있다:
[표 6] 치유도의 결정을 위한 유동값
Figure 112020012286386-pct00018
63 %의 치유도를 결정하였다.
실시예 5: 스투코의 대규모 안정화
추가의 대규모 실험을 위해, 실시예 2와 동일한 장비를 사용하였다. 스투코 제조를 위해 사용된 석고는 채굴된 석고 및 배연 탈황으로부터 얻은 석고의 50 : 50 (w/w)의 혼합물이었다.
스투코의 양은 150분 내에 처리되는 60t이었다. 프레시 스투코의 온도는 85℃이었다. 물을 1.5중량%의 양으로 첨가하였다. 사일로에서의 저장 과정 동안 스투코의 온도는 75 ± 5℃이었다. 저장 이후 그리고 물 및 액화제의 첨가 이전의 스투코의 온도는 >65℃이었다. 제조된 석고 플라스터보드는 12.5mm의 두께를 가졌다.
수득한 스투코의 균열은 표 7에 요약되어 있다. 비교를 위해, 또한 고온에서의 에이징에 의한 스투코의 안정화 없이 표준 산업 제조 라인에서 수득한 스투코의 균열이 포함되어 있다.
[표 7] 고온으로의 에이징 이후 스투코의 균열
Figure 112021071018600-pct00026
실시예 6: 스투코 슬러리의 제조
실시예 5에서의 에이징 이후에 수득한 스투코를 스투코 슬러리의 제조를 위해 사용하였다.
기공의 생성을 위해, 상업적으로 입수가능한 발포제를 사용하였다. 소기공의 생성을 위해, 안정한 포옴을 위한 발포제를 사용하였다(실시예 6.1 및 6.2). 더 큰 기공 및 석고 내의 기공들 사이의 더 넓은 격벽의 생성을 위해, 안정한 포옴을 위한 발포제를 소포제와 조합하여 사용하였다. 더 큰 기공의 생성을 위한 대안적인 구현예로서, 상업적으로 입수가능한, 불안정한 포옴을 위한 발포제를 사용하였다(실시예 6.4). 스투코 슬러리와의 접촉시, 형성된 작은 기포가 붕괴되고, 이에 의해 더 큰 기공에 영향을 미치는 더 큰 기포가 형성되었다.
스투코 슬러리의 데이터는 표 8에 요약되어 있다. 비교를 위해, 또한 표준 석고 플라스터 제조를 위한 데이터가 포함되어 있다.
[표 8] 석고 플라스터보드의 제조를 위해 사용된 스투코 슬러리의 조성물
Figure 112021071018600-pct00027
촉진제: 분쇄된 황산칼슘2수화물
액화제: 나트륨-나프탈린-설포네이트
실시예 7: 감소된 물 및 발포제 소모
한정된 밀도의 플라스터보드를 제조하는데 필요한 발포제의 양은 일반적으로 사용된 스투코 (천연, 합성, 불순물의 양 및 종류, 하소의 종류, 과립 크기 등)의 양에 따라 변화된다. 이러한 파리미터는 매일 변할 수 있으므로, 각 실험에 대해, 샘플이 취해지기 직전에 제조된 "표준 플라스터보드"를 기준으로서 샘플링하였다. 동일한 발포제를 표준 및 실험 보드의 제조에 사용하였다. 표준 보드 및 실시예에 따른 보드에 사용되는 발포제의 양 사이의 차이를 Δ로서 표지하였으며, 표 9를 참조한다. 제조된 모든 보드, 표준 보드뿐만 아니라 실험 보드는 8.5 kg/m2의 단위 면적당 질량 및 1.25 m x 2　m x 12.5 mm의 크기를 가진다.
표준 제조와 비교되는 본 발명에 따른 스투코로 제조된 모든 샘플에서, 슬러리 생성을 위한 물의 양 뿐만 아니라 액화제의 양을, 동일한 양 만큼 감소시켰다. 이러한 감소는 각각의 제조 라인 상의 제조를 위해 최적인 유동값을 달성하는데 필요하였다. 감소의 양은 모든 샘플에서 동일하기 때문에, 이를 추가로 상술하지 않는다.
[표 9] 안정화 과정에서의 저장 시간의 결과로서의 필요한 발포제 양에서의 상대적인 감소
Figure 112020012286386-pct00021
표 9에서의 값으로부터, 안정화를 위한 더 긴 저장 시간이 표준 보드와 동일한 밀도를 가지지만 상당하게 적은 양의 발포제를 사용하는 보드의 제조를 가능하게 함으로써 전체 비용을 상당하게 감소시킬 수 있다는 것이 명백하다.
실시예 8: 석고 플라스터보드의 제조
실시예 6.1 내지 6.4에서 수득한 스투코 슬러리를 석고 플라스터보드의 제조를 위한 표준 산업 제조 라인에서 사용하였다. 수득한 석고 플라스터보드의 특성은 표 10에 요약되어 있다. 석고 플라스터보드의 중량, 굴곡 파단 하중 및 e-모듈러스를 DIN 18180에 따라 결정하였다. 석고층에 대한 라이너의 접착력을 실시예 4에 기재된 바와 같이 결정하였다. 재수화를 상기 기재된 바와 같이 결정하였다.
[표 10] 석고 플라스터보드의 특성
Figure 112020012286386-pct00022
치유도
결정되는 유동값은 표 11에 요약되어 있다:
[표 11] 치유도의 결정을 위한 유동값
Figure 112020012286386-pct00023
59 %의 치유도를 결정하였다.

Claims (16)

  1. 스투코의 안정화 방법으로서,
    - 프레시 스투코를 제공하고;
    - 상기 프레시 스투코에 물을 첨가하여 습윤 스투코를 수득하며; 그리고
    - 상기 습윤 스투코를 적어도 30분 이상 24시간 미만 동안 50℃ 이상 100℃ 미만의 온도에서 유지시켜 안정화된 스투코를 수득하는 스투코의 안정화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안정화된 스투코가 안정화된 스투코의 중량 기준으로 0.2 내지 5중량%의 양으로 자유 수분을 함유하는 양으로 물을 프레시 스투코에 첨가하는 스투코의 안정화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 물이 증기 형태로 제공되는 스투코의 안정화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프레시 스투코가 실온에서 제공되는 스투코의 안정화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프레시 스투코가 물의 첨가 이전에 적어도 30℃의 온도로 가열되는 스투코의 안정화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 습윤 스투코가 적어도 50% 상대 습도의 분위기 하에 유지되는 스투코의 안정화 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 안정화된 스투코의 입자 크기 D98는 1mm 미만으로 조정되는 스투코의 안정화 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 안정화된 스투코가 분쇄되는 스투코의 안정화 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 안정화된 스투코가 프레시 스투코와 혼합되는 스투코의 안정화 방법.
  11. 적어도 하기 단계를 포함하는 석고 제품의 제조 방법:
    - 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제8항, 제9항, 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득되는 안정화된 스투코를 제공하는 단계;
    - 상기 안정화된 스투코에 물을 첨가하여 스투코 슬러리를 제조하는 단계;
    - 상기 스투코 슬러리를 형성하여 석고 제품을 수득하는 단계.
  12. 제11항에 있어서, 포옴이 스투코 슬러리에 첨가되는 석고 제품의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 포옴이 불안정한 포옴인 석고 제품의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 포옴이 안정한 포옴이고, 소포제가 스투코 슬러리에 첨가되는 석고 제품의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 석고 제품은, 건축용 보드뿐만 아니라 석고 블록, 스크리드, 결합 화합물, 마감재 화합물, 벽재 플라스터, 성형 플라스터 또는 임의의 다른 석고 기반 제품을 포함하는 석고 제품의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 안정화된 스투코가 안정화된 스투코의 중량 기준으로 0.5 내지 1.5중량%의 양으로 자유 수분을 함유하는 양으로 물을 프레시 스투코에 첨가하는 스투코의 안정화 방법.
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