KR20050050648A - 계면층에 폴리비닐 알코올 결합제를 갖는 석고 보드 및 그제조방법 - Google Patents

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Abstract

종이 및/또는 매트가 대향된 석고 보드가
폴리비닐 알코올 접합제를 함유하는 수성의 석고 슬러리의 상대적으로 얇은 코팅을 한 개 또는 두 개의 외장재 시트에 도포함에 의해 준비된다. 폴리비닐 알코올 접합제는 풀 또는 다른 종래의 접합제의 필요성 없이 응고된 석고 코어와 인접한 외장재 시트(들) 사이에 적절한 접합을 제공한다. 일 구현예에서, 폴리비닐 알코올이 외장재 시트(들)에 인접한 코어의 한 영역 또는 더 많은 영역에 집중된다. 다른 구현예에서, 폴리비닐 알코올이 코어의 전체에 걸쳐 존재하도록, 벌크 코어를 형성하기 위해 사용된 수성의 석고 슬러리에 폴리비닐 알코올이 적용된다.

Description

계면층에 폴리비닐 알코올 결합제를 갖는 석고 보드 및 그 제조방법{Gypsum board having polyvinyl alcohol binder in interface layer and method for making the same}
본 발명은 석고 보드에 관한 것이며, 더 자세히는 응고된 석고 코어(core)에 부착된 종이질 및/또는 섬유질의 매트 외장재(mat facer)를 갖는 석고 보드에 관한 것이다.
두 장의 외장재 종이 사이에 삽입된 응고된 석고의 코어를 갖는 벽판(wallboard)의 패널들은 건축물들의 제조에서 구조용 부재로서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러한 패널들은 통상적으로 칸막이, 방의 벽, 엘리베이터 샤프트, 계단 통, 천장 따위를 형성하는데 사용되었다. 외장재 종이는 내부의 벽에 채색하거나 벽지를 바르기에 특히 바람직한 부드러운 표면을 제공한다. 비록 종이가 상대적으로 저렴한 외장재 재료이고 벽판의 제조 공정에서 용이하게 사용될지라도, 그것은 어떤 단점, 특히 내수성(moisture-resistance)에 관해서 단점을 가지고 있다. 외장재 종이에 대한 대안으로서, (유리 섬유와 같은) 섬유질의 매트가 석고 벽판을 위한 외장재 재료로서 사용되어 왔다. 그러한 벽판의 예가 미국 등록특허 제 3,993,822호에 기술되어 있다. 섬유질 매트는 개선된 방수성을 제공하였고 때때로 강도 및 다른 구조적인 특성들에 있어서 의미 있는 개선을 제공하였다. 더욱 최근에는, 다양한 유형의 코팅을 갖는 섬유질 매트도 역시 발견되어 내수성을 필요로 하는 적용예에 사용되었다. 예컨대 미국 등록특허 제 5,552,187호, 함께 출원중인 미국 특허출원 제 09/837,226호를 보라.
석고 보드는 통상적으로, 석고 슬러리를 움직이는 한 장의 외장재 상에 분산시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된다. 외장재는 통상적으로 성형 테이블, 지지 벨트, 운반 롤 그리고/또는 그와 같은 장치에 의해 지지된다. 그 후 외장재의 제 2 시트가 롤(roll)로부터 슬러리의 윗부분에 공급되고, 그것에 의해 슬러리를 두 개의 움직이는 외장재들 사이에 개재시킨다. 그 슬러리를 바람직한 두께로 압착하기 위하여 성형을 위한 또는 모형을 만드는 장치가 활용된다. 석고 슬러리는 적어도 부분적으로 응고되도록 허용되고 그 후 연속적인 길이의 보드가 절단되며 열에 노출됨으로써 더욱 처리되는데, 이 노출은 석고 슬러리로부터 잉여 수분의 증발률을 증가시킴에 의해 그 보드의 건조를 가속시킨다.
구조용 패널의 응고된 석고 코어가 만들어지는 조성은 응고 촉진제, 응고 억제제, 발포제(foaming agent), 강화 섬유 및 분산제(dispersing agent)와 같은 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 더욱이, 점성 조절 작용제가 슬러리의 점성을 조절하기 위해 첨가될 수 있다. 점성 조절 작용제의 예가 예컨대 미국 등록특허 제 4,647,496호에 기술되어 있다. 다른 통상적인 첨가제는 방수 첨가제 및 내열 첨가제를 포함한다. 석고 코어의 방수 특성을 증진시키기 위한 다양한 첨가제는 예컨대 폴리비닐 알코올과 왁스 아스팔트 에멀젼의 혼합물을 포함하는 미국 등록특허 제 5,342,680호에 기술되어 있다.
코어의 무게(밀도)를 줄이기 위해, 거품이 형성된 석고 코어를 생산하기 위해 석고 속에 작은 기포를 도입하는 것은 일반적인 기술이다. 통상적으로 긴 체인의 알킬 술포네이트(alkyl sulfonates)인 발포제 또는 비누가 이 목적을 위해 종래에는 첨가되었다. 비누를 석고 슬러리에 통상적으로 첨가하는 것의 한가지 불리한 결과는 경화된 석고 코어와 종이 외장재 사이의 결합 강도의 저하이다. 이 효과를 없애기 위해, 풀 결합제가 통상적으로 석고 슬러리에 첨가된다.
윌로우비에 허여된 미국 등록특허 제 4,518,652호는 종이로 마감된 석고 벽판과 같은 응고된 시멘트의 특질을 가진 생산물을 준비하는 것을 기술하고 있는데, 폴리비닐 알코올이 발포제로서 사용되고 있다. 생산 과정에서, 기포가 형성된 폴리비닐 알코올 용액이 수성의 하소(焉燒)된 석고 슬러리 속으로 삽입된다. 그 공정은 종이 커버 시트들과 석고 코어 사이에 좋은 부착력을 제공하면서 발포제로서 종래의 억제제나 비누의 필요성을 피하는 것으로 기재되어 있다. 그러나 그 예에서는 풀이 석고 코어에 첨가되며, 종이 외장재 시트들에 대한 적절한 부착력을 얻기 위해 풀이 명백히 필요하다.
풀이 필요없거나 실질적으로 필요 없으면서도 코어와 종이 및/또는 섬유성 매트 외장재, 특히 코팅된 섬유성 매트 사이에 적절한 부착성을 갖는 가벼운 석고 보드를 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 뒤따르는 본 발명의 특정한 구현예들의 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 수반된 도면들에 표현된 것처럼 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 폴리비닐 알코올 결합제를 함유하는 계면층을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정의 부분 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트에 인접한 코어의 영역에 폴리비닐 알코올을 함유하는 석고 코어를 갖는 석고 보드의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른, 석고 보드의 코어에서의 폴리비닐 알코올 농도의 함수로서 압축력을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 특징은 응고된 석고 코어와 적어도 하나의 인접한 외장재 시트 사이에 적절한 부착력을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정에 관한 것이다. 접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 하소된 석고의 수성의 슬러리의 상대적으로 얇은 코팅이 제 1 외장재 시트의 제 1 면에 도포된다. 접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 하소된 석고의 수성의 슬러리의 상대적으로 얇은 코팅이 선택적으로 제 2 외장재 시트의 제 1 면에 도포된다. 하소된 석고의 수성의 슬러리가 보드의 코어를 형성하기 위해 제 1 외장재 시트 또는 제 2 외장재 시트에 도포된다. 제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트가 습식 보드를 형성하기 위해 서로 압착되고, 석고 보드를 형성하기 위해 그 습식 보드는 건조된다.
본 발명의 다른 특징은 풀 또는 다른 종래의 결합제의 필요 없이 응고된 석고 코어와 인접한 외장재 시트들 사이에 적절한 부착력을 갖는 석고 보드에 관한 것이다. 석고 보드는 접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 응고된 석고 코어와, 응고된 석고 코어의 제 1 면에 부착된 제 1 외장재 시트와, 응고된 석고 코어의 제 2 면에 부착된 제 2 외장재 시트를 구비한다. 응고된 석고 코어는 풀이 없거나 실질적으로 없다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 폴리비닐 알코올은 외장재 시트에 인접한 응고된 석고 코어의 부분 근처에 집중되며, 응고된 석고 코어의 중심에는 존재하지 않는다.
본 발명은 풀 또는 다른 종래의 결합제의 필요 없이 응고된 석고 코어와 인접한 외장재 시트들 사이에 적절한 부착력을 가지며, 그에 따라 현재 이용할 수 있는 석고 보드 기술과 관련된 특정한 결점을 극복하는 경제적이고 가벼운 석고 보드를 제공한다.
본 발명의 벽판의 석고 코어는 기본적으로 석고 벽판, 건조 벽, 석고 보드, 석고 외(lath) 및 석고 지붕 널로서 일반적으로 알려진 석고 구조물에 사용되는 유형을 갖는다. 그러한 제품의 코어는, 수성의 석고 슬러리를 형성하기 위해, 물과 분말이 된 무수성 칼슘 설페이트(anhydrous calcium sulfate) 또는 하소된 석고로 알려진 칼슘 설페이트 헤미-하이드레이트(calcium sulfate hemi-hydrate, CaSO4 1/2 H2O)를 혼합하고, 그 후 그 슬러리 혼합물이 수화(水和)하거나 상대적으로 굳은 물질인 칼슘 설페이트 디하이트레이트(calcium sulfate dihydrate, CaSO4 2H2O)로 응고되도록 하여 형성된다. 본 발명이 코어에서의 석고의 특정한 양에 한정되지는 않을지라도, 그 제품의 코어는 일반적으로 적어도 대략 75-85wt%의 굳은 석고를 구비할 것이다.
구조용의 패널의 응고된 석고 코어가 만들어지는 조성은, 예컨대 석고 벽판에 관행적으로 오랫동안 포함되었던 것들을 포함하는 다양한 선택적인 첨가제들을 포함할 수 있다. 그러한 첨가제들의 비 제한적인 예들은 응고 촉진제, 응고 억제제, 발포제, 강화 섬유, 살균제 및 분산제를 포함할 수 있다. 석고 코어는 풀이 없거나 실질적으로 없어야 한다. 코어의 방수성을 개선하기 위해, 그 코어가 만들어지는 석고 성분은, 응고된 석고 성분이 물에 의해 열화되는 것에 저항하는(예컨대, 용해에 저항하는) 능력을 개선하기 위해 하나 또는 그 이상의 첨가제들을 역시 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 미국재료시험협회(ASTM: American society of testing materials) 방법 C-473의 담금 테스트에 따라서 테스트되었을 때, 벽판의 방수는 대략 10% 미만, 바람직하게는 대략 7.5% 미만, 가장 바람직하게는 대략 5% 미만의 물을 흡수하는 것이다.
본발명의 주요한 특징은 종이 및/또는 섬유질의 매트 외장재, 특히 코팅된 섬유질 매트 사이에서의 적절한 접착 결합력을 제공하고, 풀을 사용하지 않고 응고된 석고 코어를 제공하는 능력이다. 여기에 사용된 것처럼, "풀이 없거나 실질적으로 없는 것"은, 그 응고된 석고 코어에서의 풀의 양이, 응고된 석고 코어와 외장재 사이의 결합을 증진시키기 위해 필요할 풀의 양 미만이라는 것을 의미한다. 즉, 코어에 존재할 수 있는 어떠한 풀도, 외장재와 응고된 석고 코어 사이의 접착을 증진시키는데 필요하지 않거나 효과적이지 않다. 바람직하게는, 코어에는 풀이 없다.
인테리어 용도를 위한 벽판은 석고 코어의 방수성을 개선하기 위해 첨가제로서 왁스 또는 왁스 에멀젼을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 그것에 의해 한정되지 않으며, 석고 제품의 방수 특성을 개선하는데 효과적인 것으로 보고된 다른 물질들의 예는, 금속성 수지산염; 왁스, 일반적으로 에멀젼으로서 공급되는 아스팔트 또는 그것의 혼합물; 왁스 및/또는 아스팔트와 역시 선옹초(cornflower)와 포타슘 퍼망가네이트(potassium permanganate)의 혼합물; 석유 및 천연 아스팔트와 같은 수불용(water insoluble) 열가소성 유기 물질, 콜타르, 그리고 폴리(비닐 아세테이트)(poly(vinyl acetate)), 폴리(비닐 클로라이드)(poly*vinyl chloride)), 아크릴 수지(acryl resins)와, 비닐 아세테이트(vinyl acetate) 및 비닐 클로라이드(vinyl chloride)의 공중합체와 같은 열가소성 합성 수지류; 금속성 로진 비누(rosin soap), 수용성 알칼리 토금속 염 및 중유의 혼합물; 에멀젼 형태로의 석유 왁스와, 중유, 파인타르(pine tar) 또는 콜타르(coal tar) 중 하나의 혼합물; 중유와 로진을 구비하는 혼합물; 방향족 이소시아네이트(isocyanates) 및 디이소시아네이트(diisocyanates); 오르가노하이드로전-폴리실록산(organohydrogen-polysiloxanes); 다우 코닝 772(Dow Corning 772)로서 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 이용 가능한 것과 같은 실리코네이트(siliconates); 포타슘 설페이트(potassium sulfate)와, 알칼리 알루미늄(alkali aluminum) 및 알칼리 토 알루미네이트(alkali earth aluminates)와, 포틀랜드 시멘트와 같은 물질을 각각 가진 또는 각각 가지지 않는 왁스-아스팔트 에멀젼 및 왁스 에멀젼; 용해된 왁스와 아스팔트의 혼합물에 유용성이고 물에 분산되는 에멀젼화제를 첨가하고, 전술한 것을 분산제로서 폴리아릴메틸렌(polyarylmethylene) 액화물의 알칼리 술포네이트(alkali sulfonate)를 포함하는 카세인(casein) 용액과 혼합함에 의해 준비되는 왁스-아스팔트 에멀젼을 포함한다. 실리코네이트(siliconates)는 관례대로 대략 0.05% 내지 0.4%, 더 일반적으로는 대략 0.1%의 양으로 사용된다. 이들 첨가제들의 혼합물도 역시 사용될 수 있다.
벽판 방수성을 개선하기 위해 사용되는 왁스 에멀젼과 왁스-아스팔트 에멀젼의 종류들은 상업적으로 이용할 수 있다. 이들 에멀젼들의 왁스 부분은 바람직하게는 파라핀 또는 미정질 왁스이지만, 다른 왁스들도 역시 사용될 수 있다. 만일 아스팔트가 사용된다면, 환구식 방법(ring and ball method)에 의해 측정됨에 따라 그것은 일반적으로 대략 115℉의 연화점(softening point)을 갖는다. 수성의 에멀젼에서의 왁스 및 왁스-아스팔트의 총 양은 일반적으로 수성의 에멀젼의 대략 50 내지 60wt%를 구비할 것이다. 왁스-아스팔트 에멀젼의 경우, 아스팔트의 왁스에 대한 중량비는 보통 대략 1대 1에서 대략 10대 1까지 변한다. 미국 등록특허 제 3,935,021호에 보고된 것과 같이, 왁스-아스팔트 에멀젼의 준비를 위해 다양한 방법들이 알려져 있다. 여기에 개시된 석고 성분에 사용될 수 있는 상업적으로 이용 가능한 왁스 에멀젼 및 왁스-아스팔트 에멀젼은, 미국 석고 회사(United States Gypsum Co.)(왁스 에멀젼)와, 몬시 프로덕트(Monsy Products)(제 52호 에멀젼)와, 더글러스 오일회사(Duglas Oil Co.)(도컬 번호 제 1034호)와, 코노노(Conono)(제 7131호 및 집실 투(Gypseal II))와, 몬시-페이커(Monsey-Bakor)(애퀄라이트 70(Aqualite 70))에 의해 판매되어 왔다. 석고 코어에 방수 특성을 제공하는데 사용된 왁스 에멀젼 또는 왁스-아스팔트 에멀젼의 양은, 응고된 석고 코어가 만들어지는 성분의 재료의 총 무게에 기초하여, 때때로 대략 3 내지 10wt%의 범위 내, 바람직하게는 대략 5 내지 7wt%의 범위 내에 있을 수 있다.
석고 기반 코어의 코어에서 사용되는 다른 방수 첨가제는, 예컨대 미국 등록특허 제 3,455,710호; 제 3,623,895호; 제 4,136,687호; 제 4,447,498호; 및 제 4,643,771호에서 언급된 유형의 오르가노폴리실록산(organonpolysiloxane)이다. 이 유형의 첨가제의 일 예는 폴리(메틸-하이드로전-실록산)이다. 사용되었을 때, 오르가노폴리실록산의 양은 통상 적어도 대략 0.2wt%이고, 때대로 대략 0.3 내지 0.6wt%의 범위에 속한다.
다르게 기술되지 않는 한, 석고 코어와 관계되어 여기에서 사용되었을 때, "wt%"라는 용어는 왁스 또는 왁스-아스팔트 에멀젼의 물을 포함하지만, 수성의 슬러리를 형성하기 위해 석고 성분에 첨가되는 부가적인 물의 양은 포함하지 않는, 그 응고된 석고 코어가 만들어지는 성분의 재료들의 총 무게에 기초한 무게 퍼센트를 의미한다.
본 발명에 따라, 석고 코어에서 풀 또는 다른 종래의 접합제를 사용할 필요성을 피하기 위해, 응고된 석고 코어와 인접한 외장재 시트들 사이의 접착을 개선하기 위해 폴리비닐 알코올이 유효 양(effective amount)으로 접합제로서 사용된다. 폴리비닐 알코올의 공급원(source)은 바람직하게 95% 이상 가수분해되고 더 바람직하게는 실질적으로 완전히 가수분해된 형태의 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 즉 대략 97 내지 100% 가수분해된 폴리비닐 아세테이트이다. 폴리비닐 알코올은 냉수 불용성이어야만 하지만, 상승된 온도, 예컨대 대략 140 내지 205℉의 온도에서 수용성이어야 한다. 일반적으로, 본 발명에서 사용하기에 적합한 폴리비닐 알코올의 4wt% 수용액은 호플러 낙하 구 방법(Hoeppler falling ball method)의 방법에 의해 측정된 바로서 20℃에서 대략 25 내지 70cp의 점성을 가질 것이다. 폴리비닐 알코올은 상업적으로 이용 가능한데, 예로 들면 "엘바놀(Elvanol)"이라는 상표로 팔리는 이 아이 듀퐁 드 느무르 앤 컴퍼티(E.I. du Pont de Nmours and Company)로부터, 그리고 "겔바톨(Gelvatol)"이라는 상표로 팔리는 예전의 몬산토 회사(Monsanto Co.)로부터 이용 가능하다. 그러한 종래에 이용 가능한 상품들의 예는 엘바놀(Elvanol), 그레이드(Grades) 71-30, 72-60 및 70-05, 그리고 겔바톨(Gelvatol), 그레이드(Grades) 1-90, 3-91, 1-60 및 3-60이다. 에어 프로덕트 주식회사(Air products Corp.)도 WS-42로 명명된 제품을 판매하였다. 본 발명의 사용에 바람직한 폴리비닐 알코올은 셀볼(CelvolTM) 203-24라는 상표로 셀러니즈 화학(Celanese Chemicals)에 의해 판매된다.
통상적으로 석고 보드의 코어는 대략 35 내지 55lbs./ft3, 더 일반적으로는 대략 40 내지 50 lbs./ft3의 밀도를 가진다. 물론, 더 높은 그리고 더 낮은 밀도를 갖는 코어도 원한다면 특별한 응용에서 사용될 수 있다. 소정 밀도의 코어 생산은 공지 기술의 사용을 수반하는데, 예컨대 적절한 양의 기포(비누)를 코어가 될 수성의 석고 슬러리에 주입하는 것 또는 몰딩하는 것을 수반한다.
석고 보드는 본 발명의 두 개의 구현예들 중 어느 하나에 따라 준비될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 구현예에서, 폴리비닐 알코올을 함유한 수성의 하소된 석고 슬러리의 상대적으로 얇은 코팅이 외장재들의 어느 하나 또는 양 외장재들에 도포된다. (일반적으로 폴리비닐 알코올을 함유하지 않는) 수성의 석고 슬러리가 코어를 형성하기 위해 외장재들 중 하나에 도포된다. 그 외장재들은 습식 보드를 형성하기 위해 서로 샌드위치된다. 결과적인 보드는 도 2에 도시된 바와 같이 외장재 시트(들)에 인접한 코어의 영역에 폴리비닐 알코올을 함유한다. 제 2 구현예에서, 폴리비닐 알코올을 함유하는 수성의 하소된 석고 슬러리가 한 외장재에 도포되고, 제 2 외장재가 그 슬러리를 두 외장재들 사이에 샌드위치하기 위해 그 슬러리와 접촉된다. 이 구현예에서, 결과적인 보드는 응고된 석고 코어의 전체에 걸쳐서 폴리비닐 알코올을 함유한다.
폴리비닐 알코올을 함유하는 상대적으로 얇은 코팅이 하나의 외장재 또는 양 외장재들에 도포되는 제 1 구현예에서, 풀 또는 다른 종래의 접합제의 필요를 바람직하게 회피하기 위해, 석고 슬러리에 존재하는 폴리비닐 알코올의 양은 응고된 코어와 페이퍼 시트 및/또는 매트 외장재 시트 사이의 접합을 개선하기 위한 적어도 최소한의 양이어야만 한다. 슬러리에서의 폴리비닐 알코올의 적합한 예시적인 양은 건조된 무게를 기초로 대략 0.05 내지 0.4wt%의 범위이며, 더욱 일반적으로 대략 0.1 내지 0.3 wt%의 범위이다.
본 발명의 석고 보드는 제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트와 맞대고 있다. 각각의 외장재 시트는 종이 외장재 시트 또는 섬유질 매트 외장재, 바람직하게는 코팅된 섬유성 매트가 될 수 있다. 그러므로, 석고 보드는 예컨대 두 종이 외장재, 두 섬유질 매트 외장재, 또는 하나의 종이 외장재와 하나의 섬유질 매트 외장재에 의해 덮인 응고된 석고 코어를 가질 수 있다. 바람직하게는, 폴리비닐 알코올이 적어도 종이 외장재 시트에 도포된 슬러리에서 접합제로서 사용되고, 만일 필요하거나 바람직하다면 섬유성 매트 외장재, 특히 코팅된 섬유성 매트 외장재에 도포된 슬러리에서도 사용될 수 있다. "제 1 외장재" 및 "제 2 외장재"라는 용어는 각각의 용어가 상부 층 또는 하부 층 중 어느 하나를 의미할 수 있다는 점에서 임의적이다.
적절한 종이 외장재 시트들은 벽판 제품의 외장재 시트에 일반적으로 사용되는 것들을 포함한다. 그러한 종이 제품은 당업자에게 잘 알려져 있다. 인테리어 마감 응용에 적합한 종이 외장재 시트의 일 예는 (100%를 통해) 1000 내지 3500의 단단한 내부 크기; 1000 평방 피트 당 대략 54 내지 56 파운드의 평량(basis weight); 대략 0.013 인치의 전체적인 두께; 대략 70lbs/inch(기계 방향, machine direction) 및 대략 23lbs/inch(대각선 방향)의 인장력; 대략 1.00 내지 1.50 그램의 상부 라이너 콥(liner Cobb) 표면 습윤과, 대략 0.50 내지 1.50 그램의 하부 라이너 콥(liner Cobb) 표면 습윤; 그리고 대략 15sec 내지 150sec의 다공성을 갖는 아이보리 종이(다중의 겹)이다. 인테리어 마감 또는 (스터드에 인접한) 벽판의 후부에 적합한 다른 종이들도 당업자에게 잘 알려져 있다.
섬유성 매트가 어느 한 외장재 시트 또는 양 외장재 시트들로 사용될 경우, 바람직하게는 그 매트는 습기에 내성이 있도록, 바람직하게는 실질적으로 수성의 물이 스며들지 않도록 하기 위해 코팅된다. 그러나 그러한 코팅은 보드의 제조공정 동안 석고 코어가 형성되는 수성의 석고 슬러리에서 코팅을 통해 물이 기체 상태로 증발하는 것을 가능케 하기 위해 충분히 다공성이어야만 한다. 코팅된 섬유성 매트는 사전에 준비될 수 있으며 사전에 코팅된 섬유성 매트는 보드를 제조하는데 사용된다. 선택적으로, 섬유성 매트는 보드의 제조 후 코팅될 수 있고, 또는 제조 전 후 두 번 코팅될 수 있다. 비록 바람직하기는 하지만 배타적인 아닌 가능성 있는 코팅의 예들은 "매트가 대향된 석고 보드"라는 제목의 미국 등록특허 제 5,112,678호, 함께 출원중인 미국 특허출원 제 09/837,226호에 설명되어 있으며, 이들은 본원에 참고로서 포함된다.
섬유성 매트는 석고 보드의 코어를 구성하는 응고된 석고와 강한 결합을 형성할 수 있는 섬유성 물질을 함유해야만 한다. 그러한 물질의 예는 (1) 유리 섬유와 같은 미네랄 유형의 물질, (2) 합성 수지 섬유 및 (3) 그러한 섬유의 혼합물을 포함한다. 유리 섬유 매트가 바람직한데, 특히 상술한 바와 같이 보드 제조 전에 미리 코팅된 유리 섬유 매트가 바람직하다. 매트는 연속적인 또는 불연속적인 가닥 또는 섬유를 구비할 수 있고, 형태에 있어서 얽혀있을 수도 있고 얽혀있지 않을 수도 있다. 잘려진 가닥 및 연속적인 가닥과 같은 것으로 만들어진 얽혀있지 않은 매트는 만족스럽게 사용될 수 있고 얽혀있는 물질보다 저렴하다. 그러한 매트의 가닥은 적절한 접합에 의해 단일한 구조를 형성하기 위해 통상적으로 서로 결합된다. 섬유성 매트는 두께가 변할 수 있는데, 일반적으로 대략 15 내지 35mm의 매트 두께가 적절한데 예컨대 대략 10 내지 40mm의 두께로 변할 수 있다. 전술한 섬유성 매트는 공지되어 있으며 다양한 형태로 상업적으로 이용 가능하다.
적절한 일 섬유성 매트는 잘려진, 얽혀있지 않은 임의의 패턴으로 향해지고 통상적으로 요소-포름알데히드(urea-formaldehyde) 수지 접착제인 수지 접합제로 서로 결합된 섬유유리 필라멘트를 구비한 섬유유리 매트이다. 이 유형의 섬유유리 매트는 상업적으로 이용 가능한데, 예컨대 맨빌 빌딩 머티리얼 주식회사(Manville Building Materials Corporation)에 의해 듀라-글래스(DURA-GLASS)라는 상표로 팔리는 것들, 엘크 주식회사(Elk Corporation)에 의해 비유알(BUR) 또는 지붕 매트(shingle mat)로서 팔리는 것과 같은 것이다. 구조용 건물의 적용예에서 유용한 석고 보드를 제조하기 위해 사전에 코팅된 매트를 준비하는데 유용한 그러한 매트의 예는, 명목상으로 33mm의 두께이고 대략 13내지 16㎛ 직경의 유리 섬유를 가지고 있다. 비록 특정한 구조용 응용은 더 두꺼운 매트와 더 굵은 섬유를 이용할 수 있지만, 대략 10㎛의 직경의 유리 섬유를 포함하는, 명목상으로 20mm 두께의 매트도 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 매트는 매트 표면 영역의 1000 평방 피트 당 대략 10 내지 30lbs의 평량을 가진다.
통상적으로, 그러나 비 배타적으로, 유리 섬유 매트는 포드리너형(Fourdrinier-type) 기계 상에서 가공될 수 있는 그 어떤 폭이라도 가지는 연속적인 얽혀있지 않은 웹(web)으로 습식 형성된다. 바람직하게는, 수 피트의
선형이고 매우 희석된 재료가 놓여진 상방향으로 경사진 외이어와, 이후에 이어지는 수 피트의 선형인 고진공의 물 제거가 이용된다. 이것은 "커튼 코팅기(curtain coater)"를 수반하는데, 이것은 서로 엉겨붙는 매트 구조를 형성하기 위해 유리 섬유 접합제와, 잉여 수분을 제거하고 접착제를 경화시키는 오븐을 사용한다.
바람직하게는, 섬유성 매트는 사전에 코팅된 유리 섬유 매트이고, 바람직하게는 그 매트의 외측 표면은 주로 미네랄 안료(착색된 필러(filler) 물질), 무기 접합제 및 라텍스 폴리머 접합제의 혼합물을 구비한 코팅으로 코팅된다. 특히 선호되는 코팅은 건조된(또는 경화된) 수성의 혼합물을 구비하는데, 이 혼합물은 미네랄 안료와, 폴리머 라텍스 접착제의 제 1 접합제와, 무기 접착제의 제 2 접합제의 혼합물이다. 평량상, 제 1 폴리머 라텍스 접합제는 일반적으로 코팅의 무게에 의해 단지 대략 5.0%만을 구성하며, 제 2 무기 접합제는 일반적으로 무게의 의해 적어도 대략 건조된(경화된) 코팅의 총 무게의 0.5%를 구성한다.
미네랄 안료는 통상적으로 코팅 조성의 주요 성분이다. 선호되는 코팅된 매트를 제조하는데 적합한 미네랄 안료의 예는 석회암(칼슘 카보네이트, calcium carbonate)), 점토, 모래, 운모, 활석, 석고(칼슘 설페이트 디하이드레이트(calcium sulfate dihydrate)), 알루미늄 트리하이드레이트(ATH: Aluminum trihydrate), 안티모니 옥사이드(antimony oxide), 또는 이들의 두 가지 또는 그 이상의 결합을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 미네랄 안료는 일반적으로 특별한 형태로 제공된다. 코팅된 매트를 제조하는데 효과적인 미네랄 안료가 되기 위해서는, 안료는 안료 입자의 적어도 대략 95%가 325 메시 와이어 스크린을 통과하는 입자 크기를 가져야만 한다. 그러한 미네랄은 집합적 및 개별적으로, 선택적으로 미네랄 안료 또는 "필러"로 불리운다.
제 2 접합제는 통상적으로 칼슘 옥사이드(calcium oxide), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 칼슘 설페이트(calcium sulfate), 마그네슘 옥시클로라이드(magnesium oxychloride), 마그네슘 옥시설페이트(oxysulfate), 또는 알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide)와 같은 무기 합성물이다. 대체적으로, 제 2 접합제는 미네랄 안료가 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate), 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 칼슘 설페이트(calcium sulfate), 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide) 또는 몇몇 점토 및 모래를 포함하는 경우에서와 같이, 미네랄 안료 구성요소에서 본질적인 구성요소가 될 수 있다.
복합 무기 접합제의 일 예는 다양한 칼슘-알루미늄 실리케이트(calcium-aluminum silicates)의 혼합물인 일반적인 포틀랜드 시멘트이다. 그러나, 포틀랜드 시멘트는 수화작용에 의해 경화되는데, 이는 코팅 화합물에 짧은 저장수명을 야기할 수 있다. 또한, 마그네슘의 산염화물 및 산황산염은 복합 무기 접합제인데, 수화작용에 의해 경화된다. 그러한 무기 점착성 접합제로 제조된 코팅 조성물은 신속하게 사용되야만 하며, 그렇지 않으면 수성의 코팅 성분을 함유하는 탱크가 짧은 시간 내에 굳어질 수 있다.
마그네슘 옥시클로라이드 또는 옥시설페이트(oxychlorides or oxysulfates of magnesium), 알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide) 및 칼슘 실리케이트(calcium silicate)는 물에 단지 매우 약간만 용해성이 있으며, 본 발명의 유용한 무기 점착성 접합제이다. 나트륨 실리케이트(sodium silicate)와 같이 물에 빠르게 용해되는 무기 점착성 접합제는, 장기간 고온 다습의 분위기 조건에 노출될 코팅에서 사용될 수 없을 것이다. 적합한 코팅된 매트를 제조하는데 선호되는 부기 점착성 접합제는 생석회(quicklime, CaO)이다. 생석회는 코팅 혼합물에서 수화되지 않으나, 대기로부터 이산화탄소를 사용하여 천천히 석회석으로 바뀜에 의해 경화된다. 생석회는 물에 용해되지 않는다.
자연적으로 발생하는 무기 점착성 접합제를 본질적으로 함유하는 필러 미네랄은 선호되는 코팅된 매트를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 필러의 예는, 몇몇은 자연적으로 발생하는 점착제와 함께 언급되는데, 생석회(CaO)를 포함하는 석회석과, 칼슘 실리케이트(calcium silicate)를 함유하는 점토와, 칼슘 실리케이트(calcium silicate)를 함유하는 모래와, 알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide)를 함유하는 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate)와, 시멘트 프라이 애시(cementitious fly ash)와, 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate)와 마그네슘 클로라이드(magnesium chloride)의 어느 하나 또는 둘 다를 함유하는 마그네슘 옥사이드(magnesium oxide)를 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 수화도에 따라 석고는 미네랄 안료가 될 수도 있고 무기 점착성 접합제가 될 수도 있으나, 물에 오직 약간만 용해되며, 고체 형태는 접합제로서 부서지기 쉽고 약한 결정성이다. 그 결과, 석고는 무기 점착성 접합제로서 사용되는데는 일반적으로 선호되지 않는다.
무기 점착성 접합제를 성분으로서 본질적으로 포함하고 수화작용에 의해 경화되는 필러는, 역시 유리하게 화염 억제제로서 작용한다. 예로서, 알루미늄 트리하이드레이트(ATH: aluminum trihydrate)와, 칼슘 설페이트(calcium sulfate)(석고)와, 마그네슘 옥시클로라이드 및 옥시설페이트(oxychloride and oxysulfate of magnesium)는, 그들의 분자 구조에 결합된 물 분자를 갖는다. 결정화수(water of crystallization) 또는 수화수(water of hydration)로 불리는 이 물은, 실질적으로 화염을 억제하면서 충분히 가열함으로써 배출된다.
선행하는 단락에서 설명된 특성을 가진 저비용 무기 미네랄 안료는, 따라서 코팅 혼합물에 세 가지 중요한 기여, 즉 필러, 접합제 및 불 억제제(fire suppressor)를 제공한다. 무기 접합제와 함께 사용된 폴리머 라텍스 접합제의 예는, 스티렌-부타디엔-고무(styrene-butadiene-rubber), 스티렌-부타디엔-스티렌(styrene-butadiene-styrene), 이틸렌-바닐-클로라이드(ethylene-vinyl-chloride), 폴리-비닐리딘-클로라이드(poly-vinylidene-chloride), 수정된 폴리비닐 클로라이드(modified polyvinyl chloride), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 에틸렌-비닐-아세테이트(ethylene-vinyl-acetate) 및 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)를 포함하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
코팅에서 미네랄 안료의 폴리머 라텍스 접착제에 대한 중량 비율은 15:1을 초과하며, 어떤 경우에는 20:1을 초과한다.
코팅된 매트를 제조하기 위한 적합한 코팅 합성물은, 건조된 평량상, 대략 75 내지 98 퍼센트의 미네랄 안료, 더 일반적으로는 대략 85 내지 95 퍼센트의 미네랄 안료와, 대략 0.5 내지 20 퍼센트의 무기 접착제, 더 일반적으로는 대략 0.5 내지 10 퍼센트의 무기 접착제와, 대략 0.1 내지 5 퍼센트의 폴리머 라텍스 접착제, 더 일반적으로는 대략 1 내지 5 퍼센트의 폴리머 라텍스 접착제를 함유할 수 있다.
코팅된 매트가 대향된 석고 보드의 제조에서, 가장 유용한 사전에 코팅된 매트를 위해, 코팅된 매트가 연속적인 종이의 롤로 말려지기에 충분하게 가요성인 것이 바람직하다. 그 결과, 코팅된 매트는 너무 뻣뻣하거나 부서지기 쉬워서 구부릴 때 부러지지 않아야 한다. 이 목표를 달성하기 위해, 매트 코팅의 무기 점착성 접합제 양은 대개 코팅의 총 건조 무게의 대략 20%를 초과하지 않아야 하고, 통례적으로 10% 보다 적다. 마찬가지로, 폴리머 라텍스 접합제는 코팅의 가연성(可燃性)을 제한하고자 하는 비용과 욕구 때문에 실제적인 상한을 가지고 있다. 코팅의 총 건조 무게의 대략 5.0%의 라텍스(건조 평량) 이상은 필요하지 않은 것으로 나타난다. 본 발명의 코팅된 매트가 대향된 석고 보드의 제조에 적합한 코팅된 유리 섬유 매트의 롤은 아틀라스 루핑 주식회사(Atlas Roofing Corporation)로부터 코팅된 글래스 외장재(CGF: Coated Glass Facer)로서 얻어졌다.
수성의 코팅 성분을 기판에 도포하기 위한 어떠한 적합한 방법도 코팅된 매트를 제조하는데 사용될 수 있다. 코팅 성분은 예컨대 스프레이, 브러쉬, 커튼 코팅 및 롤러 코팅 등 어떠한 적합한 수단에 의해 섬유성 매트에 도포될 수 있는데, 롤러 코팅이 선호된다.
섬유성 매트의 표면에 도포된 코팅의 양은, 어떤 섬유도 코팅을 통해 실질적으로 돌출되지 않을 정도로 매트의 표면을 코팅에 완전히 묻기에 충분해야만 한다. 요구된 코팅의 양은 매트의 두께에 의존한다. 코팅이 도포되는 섬유성 매트 기판의 평탄하지 않은 특성 때문에, 코팅의 두께를 측정하는 것은 어렵다. 대략적인 값으로, 코팅의 두께는 적어도 대략 10mm이어야 하지만, 유리 매트가 상대적으로 얇고 코팅이 충분히 건조되면 4mm 정도로 얇은 코팅도 충분하다. 일반적으로, 두께는 대략 30mm를 초과하지 않는다.
코팅된 유리 섬유 매트는, 언급된 고체 구성 요소를 함유하는 수성의 코팅 성분을 섬유 매트에 건조 평량 상 1000 평방 피트의 매트 당 적어도 대략 50lbs에 상당하는 양을, 더 일반적으로는 대략 60 내지 120lbs에 상당하는 양을 도포함에 의해 제조될 수 있다. 정상적으로 건조 코팅은, 유리 섬유 매트의 두께에 의존하여, 1000 평방 피트의 매트 당 적어도 대략 60lbs, 가장 빈번하게는 대략 80 내지 100lbs에 상당하는 양으로 존재한다. 명목상 (대략 16㎛의 섬유를 사용하여 만들어진) 33mm 두께의 유리 섬유 매트를 사용하면, 건조되었을 때 코팅의 양이 적어도 1000 평방 피트의 매트 표면 면적 당 대략 적어도 50lbs, 바람직하게는 대략 100lbs에 상응해야만 한다. (대략 10㎛의 섬유를 사용하여 만들어진) 명목상 20mm 두께의 유리 섬유 매트를 사용할 때, 더 작은 양의 코팅이 사용될 수 있다. 어떤 특정한 경우에서 비록 더 많은 또는 더 적은 양의 코팅이 사용될 수 있을지라도, 대부분의 응용에 있어서 코팅의 양은 1000 평방 피트의 매트 당 대략 50 내지 120lbs의 범위 내에 속할 것이라도 믿어진다(건조 기준). 특별히 바람직한 형태에서, 33mm 매트에 도포되었을 때, 건조 코팅은 1000 평방 피트의 보드 당 대략 60 내지 80 또는 100lbs의 무게가 나가야만 하고, 20mm의 매트에 도포되었을 때, 건조 코팅은 1000 평방 피트 당 대략 80lbs 무게가 나갈 것이다.
수성의 코팅 성분을 매트에 도포한 후, 코팅된 매트를 형성하기 위해 일반적으로 열에 의해 성분은 건조(경화)된다. 이러한 가르침에 따라 제조된 코팅된 매트는 수분이 침투할 수 없으나 수증기는 통과할 수 있다.
섬유성 매트에 또한 상기 코팅 대신 또는 상기 코팅에 부가하여 미국 등록특허 제 5,397,631호에 개시된 형태의 방수 코팅이 제공될 수 있다. 미국 등록특허 제 5,397,631호의 개시는 본원에 참조로서 포함된다. 이 코팅은 대략 15 내지 35wt%의 수지 고체와, 대략 20 내지 65wt%의 필러와, 대략 15 내지 45wt%의 수분을 구비하는 수성의 코팅 성분으로서, 코팅되지 않은 또는 코팅된 섬유성 매트가 응고된 석고 코어에 결합되기 전 또는 결합된 후, 섬유성 매트의 표면 상에 적용될 수 있다. 코팅 성분에서의 사용에 적합한 수지는, 예전에 우노컬 주식회사의 우노컬 화학부(Unocal Chemicals Division of Unocal Corporation)에 의해 76 RES 1018이라는 상표로 팔렸던 것으로서, 라텍스의 형태로 이용 가능하다. 그 라텍스의 pH와 고체 함량은 각각 7.5-9.0 및 50%이다. 수지는 상대적으로 낮은 필름 형성 온도(20℃)와 22℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 스티렌-아크릴 코폴리머(styrene-acrylic copolymer)이다. 그 수지로부터 형성된 코팅은 대략 300 내지 400℉ (150 내지 205℃)의 범위 내의 온도에서 효과적으로 건조될 수 있다. 코팅에 적합한 다른 수지는 폴리(비닐리딘)코폴리머(poly(vinylidene) copolymer)이다. 본 발명에 따른 이 구현예에서의 사용에 적합한 또 다른 강화 수지 접합제는 또한 우노컬 주식회사의 우노컬 화학부(Unocal Chemicals Division of Unocal Corporation)에 의해 76 RES 2302라는 상표로 팔렸던 라텍스의 형태로 이용 가능해왔다. 그 라텍스의 pH와 고체 함량은 각각 3.5 및 45%이다. 그 수지는 대략 33℃의 Tg를 갖는 자체 가교결합된 비닐 아세테이트-아크릴 코폴리머(self-crosslinking vinyl acetate-acrylic copolymer)이다. 다른 적합한 수지들은 당업자에게 자명할 것이다. 수성의 코팅 성분을 제조하는데 사용될 수 있는 필러의 예는 실리케이트(silicate), 실리카(silica), 석고 및 칼슘 카보네이트(calcium carbonate)인데, 칼슘 카보네이트가 특히 바람직하다. 라텍스 페인트 성분에 일반적으로 사용되는 유형의 종래의 첨가제들은 물론 이 코팅 성분에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 그러한 첨가제의 총 양은 대략 1 내지 5wt%의 범위 내에 있다. 그러한 첨가제의 예는 안료, 증점제(thickener), 소포제(defoamer), 분산제 및 방부제이다.
섬유성 매트 외장재가 석고가 없는 것과 달리, 그것은 부분적으로 또는 완전히 석고로 코팅될 수 있다. 섬유성 매트를 코팅하기 위한 또 다른 성분은 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 어떠한 특정한 코팅된 매트에도 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 석고 벽판을 생산하기 위한 제조 라인의 부분의 개략적인 도면이다. 그러한 구성의 특정한 세부사항은 통상적이고 따라서 오직 개략적인 표현에 의해 제공되었다.
석고 코어가 형성되는 건조한 성분들은 사전에 혼합되고, 도시되지 않은 수단을 통해 핀 믹서(6)로 일반적으로 불리는 유형의 믹서에 주입된다. 폴리비닐 알코올 결합제를 포함하여, 코어의 제조에 사용되는 물과 다른 액체 성분이 계량되어 도시되지 않은 수단에 의해 핀 믹서(6)에 주입되는데, 거기서 수성의 석고 슬러리를 형성하기 위해 바람직한 건조한 성분과 섞인다.
도 1에 도시된 핀 믹서(6)는 슬러리의 상대적으로 얇은 코팅을 제 1 외장재(16) 및 제 2 외장재(24)에 각각 제공하기 위해 두개의 배출 도관들(10, 12)을 갖는다. 선택적으로, 두 외장재 시트에 도포하기 위한 슬러리의 준비를 위해 분리된 믹서가 제공될 수도 있다. 예컨대 서로 다른 폴리비닐 알코올 접합제의 양을 필요로 할 수 있는 서로 다른 유형의 외장재 미네랄이 사용될 때(즉, 하나의 페이퍼 외장재와 하나의 섬유성 매트), 분리된 믹서를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 슬러리는 제 1 외장재(16) 상에 제 1 배출 도관(10)을 통해 놓여지고, 도 1에서 화살표 A로 표시된 방향으로 공급되는 수평하게 이동하는 연속적인 웹(web)은 통상적으로 물질의 롤을 형성한다(미도시). 제 1 외장재(16) 상에 놓여진 슬러리의 두께는 롤러(8)에 의해 개략적으로 보여진 그 기술분야에서 잘 알려진 기술에 의해 조절될 수 있다.
유사한 방식으로, 제 2 배출 도관(12)은 제 2 외장재(24), 즉 도 1에서 화살표 B로 표시된 방향으로 공급되는 수평하게 이동하는 연속적인 웹 상에 슬러리를 제공한다. 제 2 외장재(24) 상에 놓여지는 슬러리의 두께는 롤러(14)에 의해 개략적으로 도시된 잘 알려진 기술에 의해 조절될 수 있다. 코어 재료의 잔여물은 도포구(塗布具, 2)를 통해 제 2 외장재(24)에 도포된다. 이 석고 슬러리는 일반적으로(그러나 필연적이지는 않게) 폴리비닐 알코올을 제외하고는 폴리비닐 알코올을 함유하는 슬러리와 동일한 상대적인 비율로 동일한 성분을 함유한다. 도포구(2)를 통해 도포된 슬러리는 피브이에이(PVA)를 함유하지 않을 수 있으나, 일반적으로 피브이에이(PVA)를 함유하지 않는다.
도 1은 제 1 외장재 웹(16)과 제 2 외장재 웹(24)을 반대 방향으로 공급하고 있으며, 웹(16, 24)의 슬러리가 코팅된 면이 반대되고 그들 사이의 코어와 서로 접촉하도록 뒤집는 롤러(15)를 사용하여 제 1 웹(16)을 뒤집는 것을 도시하고 있다. 슬러리가 코팅된 웹들은 일반적으로 습식 보드라고 불리는 것을 형성하기 위해 롤러(18)에 의해 서로 압착된다. 다양한 다른 구성이 웹을 공급하고 결합시키기 위해 사용될 수 있으며, 본 발명은 웹을 공급하고 결합시키기 위한 어떤 특정한 기술에 한정되는 것으로 해석 되서는 안 된다.
각각의 웹(16, 24)에 도포된 슬러리의 총 양(두께)은 대부분 자주 천 평방피트 당 대략 75 내지 375 파운드의 범위를 가지며(lbs./MSF), 더 일반적으로는 대략 90 내지 200lbs./MSF의 범위를 갖는다. 이 양은 통상적으로 석고 코어를 형성하기 위해 사용된 총 석고 슬러리의 대략 3 내지 11%에 상당한다.
초기 수화에 이어 궁극적으로 가열에 의해 보조되는, 하소된 석고가 수화되고 굳어짐에 따라, 과도 수분이 섬유성 매트 및/또는 종이를 통해 증발한다. 결과적인 석고 보드는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 보드는 제 1 외장재 시트(16)와 제 2 외장재 시트(24)가 부착된 응고된 석고 코어(20)를 갖는다. 각각 제 1 외장재 시트(16)와 제 2 외장재 시트(24)에 인접한 코어(20)의 제 1 영역(19) 및 제 2 영역(21)에 폴리비닐 알코올이 집중된다. 응고된 석고 코어(20)의 나머지 것들은 일반적으로 폴리비닐 알코올을 함유하지 않는다. 일반적으로, 코어는 보드 제조 중 석고 슬러리에 첨가된 기포의 결과로서 코어에 분포된 틈(미도시)을 갖는다. 종합적인(총) (영역 19 및 20을 포함하는)코어(20)에서의 폴리비닐 알코올의 전체적인 평균 농도는 통상적으로 건조 평량 상 대략 0.002 내지 0.04wt%의 범위를 갖는다. 따라서, 폴리비닐 알코올은 접합제로서 필요로 된 코어(20)의 영역 19 및 21에만 집중되기 때문에, 코어(2)에서의 이 상대적으로 낮은 폴리비닐 알코올의 양은 인접한 외장재(들)에의 적당한 부착을 제공하는데 효과적이다.
접합제가 코어와 외장재(들)의 경계에서만 필요하기 때문에, 오직 상대적으로 얇은 폴리비닐 알코올을 함유하는 슬러리의 코팅만이 웹(16 및 24)의 어느 하나 또는 둘 다에 도포될 필요가 있다. 얇은 코팅의 도포의 결과로서, 고농도의 폴리비닐 알코올이 외장재의 표면에 존재하며, 그것에 의해서 폴리비닐 알코올의 접합제로서의 효력을 증진한다. 그것에 의해서 본 발명은 풀이나 다른 종래의 접합제의 사용 필요성을 피한다. 석고 코어는 바람직하게 풀이 없거나 실질적으로 없다.
코어의 폴리비닐 알코올을 함유하는 영역(19 및 21)은 통상적으로 코어(20)의 나머지 부분보다 고밀도를 갖는다. 폴리비닐 알코올을 함유하는 영역(19 및 21)은 코어(20)의 나머지 부분보다 통상적으로 대략 35 내지 60% 더 밀도가 높다. 이것은 예컨대 외장재 시트에 얇은 코팅으로서 도포된 슬러리로부터 기포를 없애기 위해 분리된 믹서를 제공함에 의해 이루어질 수 있다. 결과적인 보드는 응집력(nail-holding) 특성과 같은 개선된 특성을 갖는 단단한 가장자리를 갖는다.
본 발명의 바람직한 제 2 구현예에서, 도 1에 개략적으로 도시된 도포구(2)를 통해 제공된 슬러리에서처럼, 벌크 석고 코어를 형성하기 위해 사용된 수성의 석고 슬러리에 폴리비닐 알코올이 첨가된다. 이 구현예에서, 폴리비닐 알코올 접합제는 코어 물질을 통해 함유되기 때문에, 제 1 구현예에서처럼 웹(들)에 얇은 코팅을 가지고 부가적인 폴리비닐 알코올을 첨가할 필요는 없다. 명백하게, 이 구현예에서 얇은 코팅의 사용 그 자체만이 선택적이다. 석고 슬러리에 존재하는 폴리비닐 알코올의 양은 응고된 코어와 페이퍼 및/또는 섬유성 매트(바람직하게는 코팅된 매트) 외장재 시트들 사이의 접착을 증진시키기 위한 적어도 최소한의 양이어야만 한다. 슬러리에서의 적합한 예시적인 폴리비닐 알코올의 양은 건조 평량 상 대략 0.05 내지 0.4wt%, 더 일반적으로 대략 0.1 내지 0.3wt%의 범위를 갖는다. 이 구현예에서 사용하기에 적합한 폴리비닐 알코올의 소스는 전술한 것을 포함한다.
폴리비닐 알코올이 역시 코어를 위한 효과적인 발포제가 될 수 있다는 것이 알려져 왔다. 그러므로, 코어에서의 접합제로서의 풀의 사용을 피할 수 있을 뿐만 아니라, 반대로 코어와 외장재(들) 사이의 접착력에 영향을 줄 수 있는 비누나 다른 종래의 발포제의 필요성을 피할 수 있다. 폴리비닐 알코올 용액은 가볍게 교반함으로써 의해 용이하게 거품이 인다. 발포(發泡)는 당업자에게 잘 알려진 적절한 발포장비와 기술을 사용하여 이루어질 수 있다. 발포제로서 작용하기 위해 필요한 폴리비닐 알코올의 양은 바람직한 코어 밀도와 같은 인자에 의존한다. 많은 적용예에 있어서, 폴리비닐 알코올이 접합제로서만 사용될 경우에 필요로 되는 양보다, 바람직한 코어 밀도를 얻기 위해 얼마간 더 많은 양의 폴리비닐 알코올이 필요할 것이다. 예로서, 폴리비닐 알코올의 양은, 코어의 건조 무게에 기초하여 0.6 또는 0.8wt%만큼 접착 증진을 위한 유효한 것으로서 상술한 범위 내에 있을 것이다.
섬유성 매트 및 바람직하게는 코팅된 섬유성 매트가 사용될 때, 매트 재료는 통상적으로 롤(미도시)로부터 공급되고, 만일 코팅되었다면, 코팅된 면이 아래로 되어 공급된다. 석고 슬러리를 받기에 앞서, 매트 재료의 웹은 통상적으로 롤러(미도시)에 의해 평탄화되고, 매트 재료의 측면이 위로 접히는 것이 허용되도록 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 선을 긋는 장치에 의해 선이 그어진다. 슬러리는 적어도 부분적으로 (그리고 바람직하게는 부분적으로만) 매트의 두께에 스며들어 응고된다. 응고에 있어서, 강한 접합력이 응고된 석고와 매트 사이에 형성된다. 슬러리가 매트 속으로 부분적으로 침투하는 것은 당해 기술분야에서 알려진 방법에 따라 조절될 수 있는데, 예컨대 슬러리의 점성도를 조절하고 매트 재료에 다양한 코팅을 적용하는 기술과 같은 것이다. 석고 슬러리가 매트 재료의 웹 상에 놓여진 후, (당업자에게 잘 알려진 장치를 사용하여) 웹의 가장자리가 모양을 이루는 벽판의 가장자리 둘레로 점진적으로 접혀질 수 있고, 그리고 측면을 따라 슬러리의 상면 상에서 끝난다.
성형되고 충분히 응고된 후, 벽판은 통상적으로 바람직한 길이로 잘려지고 건조된다. 그것에 의해 한정되는 것은 아니지만, 종래의 연속적인 석고 보드 제조에서 사용되던 산업상의 건조 조건이 역시 본 발명에 따른 벽판의 생산에서 사용될 수도 있다. 예시적인 건조 조건은 대략 30 내지 60분의 건조 시간과, 분당 대략 70 내지 600 피트의 라인 속도에서, 대략 200 내지 600℉의 온도를 포함한다. 벽판의 초기 준비 후, 분리된 방수(또는 다른) 코팅이 선택적으로 일면 또는 양면에 제공될 수 있다.
예 1
다음의 예는 본 발명에 따라 종이 외장재(70lbs./in.의 인장 강도) 및 사전에 코팅된 유리 섬유 매트 외장재를 갖는 석고 보드를 준비하는 것을 설명한다. 하기에 제시된 공식은 얇은 코팅으로서 종이 외장재 층에 적용된다.
성분 Lbs./1000 Square Ft.
하소된 석고(CaSO4·1/2H2O) 대략 140
셀볼TM203-24(CelvolTM203-24) (24%의 수성의 폴리비닐 알코올, 100% 가수분해됨) 2.2
유리 섬유 ≥4.3
발포제 ≤2.0
포타슘 설페이트(가속제) ≤1.5
랜드플래스터(Landplaster)(가속제) 필요함에 따라
액체의 억제제 필요함에 따라
상기 공식은 종이 외장재에 적용되었다. 적용된 하소된 석고의 총 양이 대략 1380lbs./MSF가 되도록 보드의 코어를 형성하기 위해, 추가의 수성의 석고 슬러리는 그 후 코팅된 종이 외장재에 도포되었다. 종래의 벽판 기계를 사용하여 코팅된 종이 외장재와 사전에 코팅된 유리 섬유 매트 외장재에 의해 샌드위치됨에 의해 연속적인 길이의 보드가 준비되었다. 종이 외장재의 가장자리 부분을 코팅된 매트의 가장자리에 접착하는 것이 필요함에 따라 가장자리 페이스트(Akzo)이 도포되었다. 보드는 8 내지 12 피트의 길이로 잘려졌고, 그 후 보드는 대략 400℉의 온도를 갖는 오븐 속에 거의 건조될 때까지 대략 30분 동안 배치되었으며, 그 후 완전히 건조될 때까지 200℉의 온도에서 대략 15분 동안 배치되었다.
결과적인 보드는 미국재료시험협회(ASTM) 최소 두께인 0.610"(미국 보험업자(UL: underwriter's laboratory) 최소 두께인 끝단에서 0.595"의 두께와 테이퍼를 따라 0.530"의 두께)를 가졌다. 보드의 건조 무게는 1648lbs./MSF이었고 그 밀도는 대략 36-50lbs./ft3의 범위였다. 보드는 종래의 테스트 방법에 따라 축축한 편향도와 축축한 결합력에 대해 테스트되었다. 보드는 0.167 인치의 축축한 편향도를 가졌다. 축축한 결합력은 종이 외장재에 있어서 14.8lbf(100%)였고, 매트 외장재에 있어서 21.2lbf(63%)였다. 보드의 인장력(nail pull strength)은 88lbf였다. 석고 보드는 따라서 코어에서 풀의 필요 없이 적당한 접합력을 보여주었다.
예 2
이 예는 종이 외장재(인장강도 70lbs./in.)에 접착된 응고된 석고 코어를 갖는 석고 보드를 준비하는 것을 설명한다. 예 2A 및 예 2B에서, 석고 코어를 준비하기 위해 사용된 슬러리에 폴리비닐 알코올이 사용되었다. 예 2C는 폴리비닐 알코올이 사용되지 않고 슬러리에 풀과 비누 모두가 사용된 대조 표준이다.
예 2A(lbs./MSF) 2B(lbs./MSF) 2C(lbs./MSF)
건조 보드 무게 1300 1300 1595
하소된 석고(CaSO4·1/2H2O) 1002 1004 1260
셀볼TM 203-24(CelvolTM 203-24)(100% 가수분해된 24% 수성의 PVA) 6.75 3.75 0
비누 0 0.32 0.32
풀 0 0 5
분산제 3.11 3.11 3.11
칼륨(Potash)(가속제) 1.32 1.32 1.32
비엠에이(BMA) 6.12 6.12 6.12
종이 펄프 4 4 4
붕소산(Boric Acid) 0.5 0.5 0.5
억제제 0.28 0.28 0.28
도 3은 그래프로 석고 보드의 압축력에 관하여 폴리비닐 알코올이 갖는 효과를 설명한다. (도 3에서 내부가 채워진 사각형으로 표시된) 예 2A의 보드는 최고의 압축력을 나타내었으며, 90/1의 수분 대 석고(water-to-plaster, w/p) 무게 비율에서 33.5lbs./ft3의 밀도를 가졌다. (도 3에서 내부가 채워진 삼각형으로 표시된) 코어에 비누가 사용된 예 2B의 보드는 90/1 w/p 무게비에서 31.5lbs./ft3의 밀도를 가졌다. (도 3에서 내부가 채워진 원으로 표시된) 코어에 풀과 비누 둘 다 사용된 예 2C의 보드는 90/1 w/p 무게비에서 32lbs./ft3의 밀도를 가졌다. 이것은 폴리비닐 알코올이 풀이 없이도 적절한 강도를 제공할 수 있으며(즉, 예 2B), 폴리비닐 알코올은 또한 비누 대신 발포제로서 사용될 수도 있다(즉, 예 2A)는 것을 증명한다.
본 발명은 특정한 구현예와 함께 설명되어지고 전술한 설명과 예들은 설명하기 위해 의도되었지만, 본 발명의 범위를 한정하지 않는 것으로 이해될 것이다. 다른 특징, 이점 및 변형은 당업자에게 자명할 것이며, 이러한 특징 및 변형은 본 발명의 범위 내에 있으며, 본 발명은 오직 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
폴리비닐 알코올 접합제가 석고 코어와 외장재 시트들 사이에, 또는 석고 코어 전체에 걸쳐 존재하도록 하여 풀 또는 다른 종래의 접합제가 필요치 않은 석고 보드 및 석고 보드의 제조방법을 제공함으로써, 인테리어 마감재 등 석고 보드를 이용하는 다양한 응용분야에서 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 외장재 시트를 제공하는 단계;
    접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 하소된 석고의 제 1 수성의 슬러리를 상기 외장재 시트의 제 1 면에 도포하는 단계;
    코어의 주요 부분을 형성하기 위해, 상기 외장재 시트에 실질적으로 폴리비닐 알콜이 없는 하소된 석고의 제 2 수성의 슬러리를 도포하는 단계;
    습식 보드를 형성하기 위해, 상기 하소된 석고의 수성의 슬러리를 형체를 이루게 하는 단계; 및
    응고된 석고 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 형성하기 위해, 상기 습식 보드를 건조하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응고된 석고 코어는 실질적으로 풀이 없는 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재 시트는 종이 외장재 시트인 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재 시트는 섬유성 매트인 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 수성의 슬러리에 건조 평량상 대략 0.05 내지 대략 0.4wt%의 상기 폴리비닐 알코올이 있는 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  6. 제 1 외장재 시트를 제공하는 단계;
    접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 하소된 석고의 제 1 수성의 슬러리를 상기 제 1 외장재 시트의 제 1 면에 도포하는 단계;
    제 2 외장재 시트를 제공하는 단계;
    접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 하소된 석고의 제 2 수성의 슬러리를 상기 제 2 외장재 시트의 제 1 면에 도포하는 단계;
    코어의 주요 부분을 형성하기 위해, 상기 제 1 외장재 시트 또는 상기 제 2 외장재 시트에 실질적으로 폴리비닐 알콜이 없는 하소된 석고의 제 3 수성의 슬러리를 도포하는 단계;
    습식 보드를 형성하기 위해, 상기 하소된 석고의 제 3 수성의 슬러리를 형상화하고, 상기 하소된 석고의 제 3 수성의 슬러리를 그 사이에 갖는 상기 제 1 외장재 시트와 상기 제 2 외장재 시트를 결합하는 단계; 및
    응고된 석고 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 형성하기 위해, 상기 습식 보드를 건조하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 각각은 종이 외장재 시트인 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 중 하나는 종이 외장재 시트이고 다른 하나는 섬유성 매트인 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 각각은 섬유성 매트인 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 각 제 1 수성의 슬러리 및 제 2 수성의 슬러리에 건조 평량상 대략 0.05 내지 대략 0.4wt%의 상기 폴리비닐 알코올이 있는 것을 특징으로 하는 응고된 석고 코어 및 상기 코어에 부착된 두 개의 외장재 시트들을 갖는 석고 보드를 준비하는 공정.
  11. 접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알코올을 함유하는 응고된 석고 코어와 상기 응고된 석고 코어에 부착된 적어도 하나의 외장재 시트를 구비하고, 상기 폴리비닐 알콜은 적어도 하나의 외장재 시트에 인접한 상기 응고된 석고 코어의 일 영역에 집중되고, 상기 적어도 일 영역 외측의 상기 응고된 석고 코어는 실질적으로 폴리비닐 알콜이 없는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  12. 제 11항에 있어서,
    제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트를 구비하고, 상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 각각은 종이 외장재 시트인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  13. 제 11항에 있어서,
    제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트를 구비하고, 상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 중 하나는 종이 외장재 시트이고 다른 하나는 섬유성 매트인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  14. 제 11항에 있어서,
    제 1 외장재 시트 및 제 2 외장재 시트를 구비하고, 상기 제 1 외장재 시트 및 상기 제 2 외장재 시트 각각은 섬유성 매트인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜은 상기 응고된 석고 코어에 건조 평량 상 대략 0.002 내지 대략 0.04wt%의 평균 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 응고된 석고 코어는 실질적으로 풀이 없는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜을 함유하는 적어도 일 영역은 무게 상 전체 석고 코어의 대략 3 내지 11%를 구비하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  18. 접착을 증진시키는 유효한 양의 폴리비닐 알콜을 함유하는 응고된 석고 코어와 상기 응고된 석고 코어에 부착된 적어도 하나의 종이 외장재 시트를 구비하고, 상기 응고된 석고 코어는 실질적으로 풀이 없는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜은 상기 적어도 하나의 종이 외장재 시트에 인접한 상기 응고된 석고 코어의 적어도 일 영역에 집중되고, 상기 폴리비닐 알콜은 상기 응고된 석고 코어에 건조 평량 상 대략 0.002 내지 0.04wt%의 평균 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 적어도 일 영역 외측의 상기 응고된 석고 코어는 실질적으로 폴리비닐 알콜이 없는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜은 상기 응고된 석고 코어의 전체에 걸쳐서 건조 평량 상 실질적으로 대략 0.05 내지 대략 0.8wt%의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜의 농도는 건조 평량 상 대략 0.1 내지 대략 0.6wt%인 것을 특징으로 하는 석고 보드.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 폴리비닐 알콜을 함유하는 적어도 일 영역은 무게 상 전체 석고 코어의 대략 3 내지 11%를 구비하는 것을 특징으로 하는 석고 보드.
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