KR20070050065A - 내수성 석고-기초 물품 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내수분성 석고-기초 보드, 예를들어, 석고보드가 소량의 실록산을 소량의 사연소 마그네슘 산화물 촉매와 함께 석고-기초 제품을 제조하기 위해 사용된 수성 슬러리에 첨가되어 실록산의 경화를 개선하여 제조된다. 바람직한 구현에서, 상기 실록산은 화학적 에멀션화를 사용하지 않고 원위치에서 수성 에멀션으로 형성된다.
실록산, 마그네슘 산화물, 내수성, 경화, 석고보드

Description

내수성 석고-기초 물품 제조방법{Method of Making Water-Resistant Gypsum-Based Article}
본 발명은 석고-기초 제품 제조에 사용되는 수성 슬러리에 소량의 실록산을 첨가하므로써 내수분성(moisture resistant) 석고-기초 제품, 예를들어, 석고보드, 보강 석고 복합 보드(reinforced gypsum composite boards), 플라스터(plasters), 기계가공용 재료(machinable materials), 결합처리용 재료(joint treatment materials) 및 방음용 타일을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소량의 사연소(dead burned) 마그네슘 산화물 촉매를 수성 슬러리에 첨가하여 실록산의 경화를 증대시키는 것에 관한 것이다.
석고는 전형적으로 오래된 염호바닥(salt-lake beds), 화산 퇴적물 및 점토 바닥(clay beds)에서 발견되는 자연발생물질이다. 화학적 용어로서, 석고(gypsum)은 칼슘 술페이트 디하이드레이트(CaSO4·2H2O)이다. 이 재료는 또한, 다양한 산업공정에서 부산물로 생성된다.
칼슘 술페이트 디하이드레이트가 충분히 가열되는 경우에, 하소(calcining)라고 불리는 공정으로 수화물의 물이 제거되고 노출온도 및 기간에 따라 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트(CaSO4·1/2 H2O) 또는 칼슘 술페이트 안하이드라이트(CaSO4)가 생성된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "하소된 석고(calcined gypsum)"은 칼슘 술페이트의 헤미하이드레이트와 안하이드라이트 두가지 형태 모두를 칭하는 것으로 사용된다.
하소된 석고는 물과 반응하여 칼슘 술페이트 디하이드레이트를 형성하며, 칼슘 술페이트 디하이드레이트는 매우 강하고 단단한 제품으로 본 명세서에서 "고화 석고(set gypsum)"라 한다.
통상적인 석고 제품의 예는 석고보드이며, 이는 구조물 건축패널로 광범위하게 사용된다. 일반적으로, 석고보드는 수화되어 고화 석고를 형성하는 하소된 석고의 수성 슬러리로 제조된 코어(core)를 포함한다. 전형적으로, 상기 보드는 보드 양면에 부착된 페이퍼 시트 라이닝(lining)을 갖는다.
고화 석고의 특성은 물을 흡수하는 경향이 있다는 것이다. 일예로, 내-수성(water-resistant) 첨가제를 포함하지 않는 석고 코어는 물에 70℉에서 약 2시간동안 침지되는 경우에 40-50wt%의 물을 흡수할 수 있다. 석고제품이 물 혹은 높은 습도에 노출되는 경우의 적용에서, 이러한 특성은 바람직하지 않다. 석고에 의한 물의 흡수는 제품의 강도를 감소시키며 따라서 제품이 미생물의 성장에 의해 공격받기 쉬워지고 디라미네이션되는 원인이 된다.
석고보드는 플라스틱 혹은 세라믹 타일로 덮히는 하부 표면(underlying surface)으로 욕실에서 또한 사용되며 이러한 목적으로 사용되는 것을 "타일-배킹 보드(tile-backing board)"라 하기도 한다. 이러한 적용에서, 석고보드가 우수한 내수성을 나타내는 것이 중요하다.
일반적인 석고 벽판재료 보드(wallboard), 석고타일, 석고 블록, 석고 캐스트(gypsum casts)등과 같은 상기 종래의 제품은 내수성이 비교적 적다. 예를들어, 일반적인 석고 벽판 재료보드를 물에 침지하는 경우에, 상기 보드는 상당한 양의 물을 빨리 흡수하여 그 강도가 현저하게 손상된다. 실제 실험은 석고 보드 코어 재료가 2시간동안 70℉에서 물에 침지되는 경우(ASTM Test 1396)에, 40%를 초과하는 물의 흡수가 일반적임을 실증한다. 과거에 석고 제품의 내수성을 개선하기 위하 많은 시도가 행하여져 왔다. 이들 시도는 금속 소우프(metallic soaps), 아스팔트, 실록산, 수지등과 같은 내수성 재료를 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트 슬러리에 편입하는 것을 포함한다. 이들은 또한, 마감용 석고 제품을 내수성 필름 혹은 코팅제로 코팅하는 시도를 포함한다. 필수구성요소로서 발수성 물질을 첨가하는 과거에 시도되었던 방수(water proof) 석고의 일 특정예는 King 및 Camp의 미국 특허 제 2,198,776에 개시되어 있다. 이는 수성 슬러리에 파라핀, 실록산, 아스팔트등의 용융 물질을 분사하여 상기 수성 슬러리에 파라핀, 실록산, 아스팔트등을 편입하는 것을 나타낸다.
본 발명은 고화 석고 제품에 내수성을 부여하기 위해 실록산이 편입된 내수성 석고 조성물의 개선된 제조방법에 관한 것이다.
"내수성(water resistant)"이란 표현은 문제시되는 구성요소(structral element)의 치수 안정성 및 기계적 강도가 유지되면서, 플라스터 기재에 의한 물 흡수가 제한되는 상기한 미리 제조된(prefabricated) 구성요소의 특성을 의미한다.
국가에 따라, 상기 내수성은 특정한 기준으로 분류되거나 혹은 규정된다. ASTM 630/630M-96a 및 ASTM 1398 기준은 특히, 이러한 석고-기초 물품이 물에 2시간동안 침지되는 경우에, 플라스터 기재(plaster substrate)에 의한 물 흡수가 5% 미만 그리고 표면에서의 물 흡수(Cobb 값(equivalent)이라함.)가 1.60g/㎡ 미만일 것이 요구된다.
상기 발수(water repellency)는 일반적으로 최소한
(a) 주로 최소 하나의 수화가능한 칼슘 술페이트, 상기한 발-수제(water-repellent agent)를 포함하는 건조 재료와 물을 균일하게 혼합하고 습윤 상태의 기 재(substrate)를 예비형성하는 단계;
(b) 고형 및 건조된 상태로 형성된 상기 기재를 얻도록 상기 예비성형된 기재를 건조하는 단계;
를 포함하는 어떠한 방법을 사용하여 달성된다.
이러한 방법에서, 예를들어, 실리콘 오일 형태인, 플라스터 기재에 편입되는 발-수제의 양을 조절하기 어려우며, 따라서, 사용가능한 발수제의 개발이 요구된다.
석고 벽 보드와 같은 내수분성 석고-기초 제품을 제조하기 위해 실록산을 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 일반적으로 소량의 실록산이 석고-기초 제품 제조에 사용되는 수성 슬러리에 첨가되고 물품이 형성 및 건조된다. 이러한 내수분성 석고-기초 제품의 제조는 미국 특허 3,455,710; 4,643,771; 5,135,805; 5,330,762; 5,366,810; 5,626,605; 5,626,668; 6,100,607 및 6,569,541등에 기술되어 있다. 그러나, 몇몇 경우에 내수성 석고-기초 제품 제조에 사용되는 실록산이 합리적인 기간의 시간내에 완전히 경화되지 않거나 혹은 전혀 완전히 경화되지 않음을 발견하였다. 이러한 경우에, 충분한 수준의 내수성이 발현되지 않는다.
본 발명의 목적은 석고-기초 물품에서 내수성 향상을 가속화 및 증대시기키 위해 실록산의 경화가 증대되도록 슬러리에 실록산을 촉매화 함께 편입하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 석고-기초 제품 제조에 사용되는 수성 슬러리에 소량의 실록산과 실록산의 경화를 증대시키기 위해 촉매를 첨가하여 내수분성(moisture resistant) 석고-기초 제품, 예를들어, 석고 보드, 보강 석고 복합보드, 플라스터, 기계가공용 재료, 결합 처리용재료 및 방음 타일을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 실록산 에멀션을 상기 석고-기초 물품 제조에 사용되는 게이징 워터(gaugaing water)와 혼합하는 단계; 사연소(dead burned) 마그네슘 산화물 촉매를 하소된 석고와 혼합하는 단계; 실리콘/물 혼합물을 석고/마그네슘 산화물 혼합물과 혼합하여 수성 슬러리를 형성하는 단계; 및 슬러리를 원하는 형태로 성형하고 고화 석고-기초(set gypsum-based), 내수성 물품이 되도록 성형된 슬러리가 고화(set)되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 하소된(calcined) 석고 및 다른 건조 성분의 중량을 기준으로 약 0.4~1.0%의 실록산이 사용된다. 바람직한 방법에서, 실록산/물 에멀션은 실록산과 일부분(a portion)의 게이징 워터를 고강도 혼합기(high intensity mixture)에서 몇초 (a few seconds) 동안 원위치(in situ) 혼합하므로써 형성된다.
바람직한 구현에서, 상기 촉매는 사-연소 마그네슘 산화물이다. 바람직하게, 석고의 중량을 기준으로 약 0.1~0.5 wt%의 마그네슘 산화물가 사용된다.
벽판 재료 보드(wallboard)와 같은 석고-기초 구조물을 제조하는 통상의 방법에서, 측정된 양의 물(metered amount of water)("게이징 워터(gauging water)"라 불림) 및 어떠한 다른 액체 성분이 "핀 혼합기(pin mixer)"에 연속적으로 공급된다. 벽판 재료보드 제조에 사용되는 하소된 석고 및 다른 건조성분은 일반적으로 건조 혼합(dry blend)되며 그 후, 핀 혼합기에 연속적으로 공급되고, 이들은 핀 혼합기에서 게이징 워터와 수초(a few seconds) 동안 혼합되어 수성 슬러리를 형성한다. 벽판 재료 보드의 밀도를 감소시키기 위해 사용되는 기포체(foam)가 핀 혼합기내에 또한 첨가될 수 있다. 혼합기에서 형성된 슬러리는 그 후, 벽판 재료보드와 같은 물품으로 성형되며, 그 후, 성형된 물품이 건조된다. 가장 우수한 내수성을 얻기 위해서, 실록산을 석고에 균일하게 분산(distribute)하는 것이 필요하다. 비교적 소량의 실록산이 사용되므로, 석고에 대한 실록산의 가장 균일한 분포는 실록산이 에멀션 형태로 게이징 워터와 혼합되는 경우에 제공된다. 이는 석고 슬러리 형성에 사용되는 게이징 워터 전반에 실록산이 고르게 분포되도록 한다. 실록산과 예비혼합된 게이징 워터는 핀 혼합기에서 석고 및 다른 건조 재료와 혼합되어 슬러리를 형성한다.
실록산
본 발명은 석고 기초 물품 제조에 사용되는 슬러리에 중합가능한 실록산을 안정한 에멀션 형태로 첨가하여 석고 기초 물품의 내수성을 향상시키는 것에 관한 것이다. 그 후, 상기 슬러리는 성형(shape)되고 고도로 가교(cross-linked)된 실리콘 수지를 형성하도록 실록산의 중합을 촉진할 수 있는 조건하에서 건조된다. 바람직하게, 고도로 가교된 실리콘 수지를 형성하도록 하는 실록산의 중합을 촉진하는 촉매가 석고 슬러리에 첨가된다.
실록산은 일반적으로 유체인 선형 수소-개질된 실록산(fluid linear hydrogen-modified siloxane)이나, 또한, 시클릭 수소-개질된 실록산일 수 있다. 이러한 실록산은 고도로 가교된 실리콘 수지를 형성할 수 있다. 이러한 유체(fluids)는 이 기술분야의 기술자에게 잘 알려져 있으며 상업적으로 이용가능하며 본 특허 문헌에 기술되어 있다. 전형적으로, 본 발명의 실시에 유용한 선형 수소 개질된 실록산은 일반식 RHSiO2 /2인 것을 포함하며, 상기 식에서, R은 포화 또는 불포화 일-가(mono-valent) 탄화수소 라디칼이다. 바람직한 구현에서, R은 알킬기를 나타내며, 가장 바람직하게 R은 메틸이다.
실록산 에멀션은 실록산 에멀션이 슬러리 형성에 사용되는 물과 완전하게 혼합되기에 충분한 시간이 제공되도록 슬러리가 형성되기 전에 게이징 워터에 첨가되는 것이 바람직하다.
실록산 에멀션이 핀 혼합기에 도달할때까지 안정하고 슬러리 조건에서 잘 분산된 상태를 유지하는 것이 중요하다. 즉, 실록산 에멀션은 슬러리에 존재하는 촉진제(accelerators)와 같은 첨가제 존재하에서 잘 분산된 상태를 유지하여야 한다. 실록산 에멀션은 또한, 석고 기초 물품이 형성되는 모든 단계에서 안정(stable)한 상태를 유지하여야 한다.
본 발명의 석고-기초 내수성 물품은 바람직하게는 실록산으로 Wacker-Chemie GmbH에서 물품명 SILRES BS-94로 판매되는 메틸 하이드로젼 폴리실록산 유체로 제조된다. 제조자는 상기 제품이 물 혹은 용매를 포함하지 않는 실록산 유체인 것으로 나타내었다. 건조 성분(dry ingredients)의 중량을 기준으로 BS-94 실록산 약 0.3~1.0%가 사용될 수 있다. 약 0.4~0.8%의 실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
실록산 에멀션
본 발명은 다양한 실록산 에멀션을 사용하여 개선된 내수성을 제공한다. 바람직한 방법에서, 실록산/물 에멀션은 실록산 유체를 소량의 물과 고강도 혼합기에서 수초(a few seconds)동안 원위치(in suit) 혼합하므로써 형성된다. 화학적 에멀션화제가 사용되지 않는다. 상기 방법은 실록산이 게이징 워터 전반에 균일하게 분산되도록 게이징 워터와 혼합될 수 있는 충분히 안정한 에멀션을 생성함을발견하였다. 상기 실록산/물 에멀션은 핀 혼합기에 도입되고 하소된 석고 및 다른 건조 재료와 혼합되어 슬러리를 형성한다.
본 발명의 바람직한 구현에 의하면, 게이징 워터의 일부(a portion)는 게이징 워터 라인에서 연속하여 제거(strip)되어 고강도 혼합기에 공급된다. 필요로하는 양의 실록산 오일이 고강도 혼합기에 연속적으로 측정되어 투입(metered)되고, 여기서 게이징 워터와 1-2초동안 혼합되어 원위치에서 수중유 에멀션(oil-in-water emulsion)을 형성한다. 물 약 25부의 비율로 각각 실록산 1 부와 혼합될 수 있다. 물 대 실록산의 비율이 결정적인 것은 아니다. 화학적 에멀션화제는 석고의 재수화반응, 시스템에 첨가되는 기포(foam)의 안정성 및 석고 코어(core)에 대면하는 페이퍼의 접착성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 화학적 에멀션화제를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 원위치에서 형성된 실록산/물 에멀션은 어떠한 화학적 에멀션화제 없이도 충분히 안정함을 발견하였다.
미리-제조된(pre-made) 실록산 에멀션이 또한 사용될 수 있다. 그러나, 미리-제조된 실록산 에멀션은 종종 저장도중에 안정성에 문제가 있으며 미리-제조된 에멀션과 함께 사용되는 에멀션화제는 페이퍼 접착 문제와 같은 석고 물품 제조시 문제 및 석고 재수화 공정에서의 문제를 일으키는 경향이 있다. 바람직한 구현에서, 고-강도 혼합기에서 형성된 실록산/물 에멀션은 잔부 게이징 워터와 즉시 혼합되며, 그후 이는 핀 혼합기에 측량되어 첨가(metered)된다. 실록산/물 에멀션은 충분히 안정한 것으로 핀 혼합기에 도입시 에멀션으로서의 특성이 유지된다. 이러한 방법에 의해 실록산이 수성 석고 슬러리 전반에서 균일하게 분산되고 결과물인 석고-기초 물품 전반에서 균일하게 분산된다.
촉매
상기한 실록산 제품은 하이드로젼 폴리실록산이다. 반응성 실라놀 중간체(OH 화합물)이 형성되고 이에 따라 폴리메틸규산(polymethylsilicic acid)이 발생됨에 따라 경화된다. 내수성을 증대시키기 위해, 실록산을 벽판재료 보드내에서 경화시킬 필요가 있다. 실록산이 석고 슬러리에 첨가되는 경우에, 경화반응이 매우 천천히 일어난다. 많은 경우에, 상기한 방법으로 제조된 벽판 재료 보드의 내수성은 1,2주동안은 발현되지 않는다. 다른 경우에, 상기한 방법으로 제조된 벽판 재료 보드의 내수성은 전혀 발현되지 않는다. 실록산이 서서히 경화되고 내수성이 즉시 발현되지 않는 경우에, 벽판 재료 보드는 상기 보드가 선적되기 전에 내수성이 발현되기에 충분한 시간동안 저장되어야 한다.
벽판 재료 보드에 내흡수성을 제공하는 실록산의 경화가 증대되도록 석고 슬러리에 특정한 촉매가 첨가될 수 있음을 발견하였다. 촉매가 비교적 물 불용성이고 석고 슬러리의 성분과 비-반응성인 것이 중요하다. 예를들어, 이 기술분야에서 제시된, 알칼리토 산화물 및 수산화물은 비교적 수용성이며 그 결과 알칼리토 산화물 및 수산화물은 슬러리의 pH를 상승시킨다. pH가 높을수록 하소된 석고 수화의 재수화가 저해된다. 더욱이, 알칼리토 산화물 및 수산화물은 실록산과 급격히 반응하여 빠른 수소 발생이 일어나도록 한다.
바람직한 촉매는 사-연소 마그네슘 산화물이며, 이는 사-연소 마그네슘 산화물이 대부분 완전히 물불용성이며, 실록산이 이외의 슬러리의 성분과 비-반응성이기 때문이다. 사-연소 마그네슘 산화물은 실록산의 경화를 촉진하며 몇몇 경우에, 실록산이 보다 완전하게 경화되도록 한다. 상기 사-연소 마그네슘 산화물은 다량의 수소 발생없이 실록산의 경화를 촉진한다. 더욱이, 사연소 MgO는 일정한 조성물로 상업적으로 이용가능한 것이다.
촉매는 건조 재료이며, 하소된 석고 전반에 촉매가 균일하게 분산되도록 바람직하게는 하소된 석고 및 다른 건조재료와 건조-혼합된다. 그 후, 촉매를 포함하는 건조-혼합물이 핀 혼합기에 첨가된다.
비교적 소량의 촉매가 사용될 수 있다. 하소된 석고의 중량을 기준으로 약 0.1~0.5중량%의 사연소 마그네슘 산화물이 사용될 수 있음을 발견하였다. 바람직하게는, 석고의 중량을 기준으로 약 0.2~0.4중량%의 마그네슘 산화물이 사용된다.
바람직한 촉매는 Baymag,Inc.(Calgary, Alberta, Canada)에서 상품명 "Baymag 96"으로 판매되는 사-연소 마그네슘 산화물이다. 이는 BET로 측정시 최소 0.3 ㎡/g의 표면적을 갖는다. 연소시 손실은 0.1중량% 미만이다.
본 발명에 사용되는 사-연소 마그네슘 산화물과 통상의 마그네슘 산화물의 차이는 각각의 물질을 물과 혼합하는 경우의 온도 상승을 비교하여 확인할 수 있다.
물에서 사-연소 마그네슘 산화물("Baymag 96)과 통상의 마그네슘 산화물(Baymag 30)의 발열 반응 비율은 온도 상승 시스템(Temperature Rise System, TRS)를 사용하여 측정하였다. TRS 유니트는 MgO와 물의 발열반응에서 발생되는 열을 측정하는 전자 써모스터(electronic thermoster)이다. 마그네슘 산화물 50grams과 물 100㎖가 포함된 각각의 샘플을 10초동안 잠기게하고 10초 동안 손으로 혼합하였다. 써모스터를 마그네슘 산화물과 물 혼합물이 부어진 컵안에 위치시켰다; 상기 컵은 유사-온도 안정한 환경(quasi-temperature stable environment)(스티로폼 용기)이다. 데이타 입수(acquisition) 시스템으로 데이타를 수집하였다. 수집된 데이타를 하기 표 1에 나타내었다:
[표 1]
시간(초) 온도(℉) 통상의 MgO 온도(℉) 사연소 MgO
10 77.07 76.04
100 77.60 76.17
200 77.98 76.24
300 78.20 76.31
400 78.37 76.36
500 78.54 76.45
600 78.68 76.51
700 78.80 76.55
800 78.93 76.60
900 79.05 76.65
1000 79.16 76.70
1500 79.62 76.91
2000 80.07 76.80
2500 80.50 온도 강하
3000 80.96 온도 강하
결과는 통상의 마그네슘 산화물과 물의 반응은 사-연소 마그네슘 산화물과 물의 반응과 현저하게 다름을 나타낸다. 통상의 마그네슘 산화물과 물의 반응이 더 발열이며 ~ 5℉의 온도 상승을 야기함에 반하여, 사-연소 마그네슘 산화물과 물의 반응은 온도가 단지 조금만 변화(약 0.8℉) 변함을 나타내었다. 이 시험은 사-연소 마그네슘 산화물과 다른 통상의 마그네슘 산화물의 구별화하는데 사용될 수 있다.
바람직한 촉매는 Baymag,Inc.에서 상품명 "Baymag 96"으로 판매되는 사-연소 마그네슘 산화물이며, 이는 이 사-연소 마그네슘 산화물이 TRS(Temperature Rise System)에서 1℉ 미만의 온도 상승을 발생시키기 때문이다. 약 2℉ 이하의 온도 상승을 야기하는 마그네슘 산화물이 본 발명에 사용하기에 적합하다.
Baymag 30과 같이 온도를 많이 상승시키는 마그네슘 산화물은 실록산에 충분한 촉매작용을 제공하지만, 이러한 마그네슘 산화물은 석고 재수화 공정을 지연시키고 페이퍼 결합력의 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.
다음의 실시예는 본 발명의 범주에 속하는 몇몇 벽판재료 조성물의 제조를 예시하기 위한 것이다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 많은 다른 조성물이 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 이해된다. 이 기술분야의 기술자는 다른 석고 기초 물품에 사용되는 유사한 조성물이 후술하는 것과 같은 물질의 다른 양 및 유사한 종의 물질을 포함하여 제조될 수 있음을 인식할 것이다.
실시예 1
페이퍼-커버된 발포(foamed) 석고 보드를 상업용 석고 보드 제조 설비에서 전형적인 풀 스케일(full scale) 제조 라인에서 제조하였다. 성분 및 이들의 대략적인 중량 퍼센트(사용된 하소된 석고의 중량을 기준을 비교적 좁은 범위로 나타냄.)를 표 2에 나타내었다. 게이징 워터의 일부(a portion)가 게이징 워터 라인에서 연속적으로 제거되어 고강도 혼합기에 공급되었다. 혼합기는 Vertiflo Pump Co. Model No 1420-2x-2x8이었다. 필요로하는 양의 실록산 유체를 고강도 혼합기에 연속적으로 측정하여 공급하였으며, 고강도 혼합기에서 게이징 워터와 1-2초동안 혼합되어 원위치에서 수중유 에멀션(oil-in-water emulsion)을 제조하였다. 약 25부의 물 비율로 각각 1부의 실록산과 혼합된다. 그 후, 실록산/물 에멀션은 게이징 워터 라인으로 재순환되며, 게이징 워터 라인에서 잔부 게이징 워터와 혼합된다. 핀 혼합되기 전에 마그네슘 산화물은 하소된 석고 및 다른 건조 성분과 건조-혼합 된다. 제조시 실록산 및 마그네슘 산화물이 포함된 것을 제외하고는, 상기 보드는 종래 기술의 석고 보드 제조 방법 및 성분의 전형적인 방법 및 성분을 사용하여 제조되었다. 보드는 다양한 농도의 실록산 및 다양한 양의 마그네슘 산화물로 제조되었으며 규준 보드(control board)와 비교하였으며 ASTM Test-1396에 따라 내수성에 대하여 시험하였다.
[표 2]
석고 보드 제품 성분
성분 중량
하소된 석고 100
물 94-98
실록산 0.4-0.8
고화 촉진제(set accelerator) 1.1-1.6
전분 0.5-0.7
분산제 0.20-0.22
페이퍼 화이버 0.5-0.7
고화 억제제(set retarder) 0.07-0.09
기포제(foaming agent) 0.02-0.03
소디움 트리메타포스페이트("STMP") 0-0.016
재하소 억제제 0.13-0.14
마그네슘 산화물 0.1-0.3
표 2에서, 상기 고화 촉진제는 미국 특허 제 3,573,947에 기술되어 있는 바와 같은, 칼슘 술페이트 디하이드레이트의 미분된 당-코팅된(sugar-coated) 입자로 구성되며, 상기 촉진제는 제조도중에 가열되지 않는다; 전분은 Lauhoff Grain Co.에서 구입한 건조-분쇄된 산-개질된 HI-BOND 전분이며; 분산제는 DILOFLO로서 이는 GEO Specialty Chemicals (Ambler, Pennsylvania)에서 구입한 나프탈렌 술포네이트이며; 페이퍼 화이버(paper fiber)는 미세한 해머 분쇄된 페이퍼 화이버이며; 고화 억제제(set retarder)는 Van Walters & Rogers (Kirkland, Washington)에서 구입한 킬레이트제인 VERSENEX 80이고; 기포제(foaming agent)는 Witco Corp.(Greenwich, Conn.)에서 구입한 WITCOLATE1276이며; 소디움 트리메타포스포네이트는 Astaras Co.(St.Louis,Mo.)에서 구입하였으며; 재하소 억제제(recalcination inhibitor)은 건조도중 보드 말단의 재하소가 감소되도록 사용되는 덱스트로스인 CERELOSE 2001이었다. 상기 실록산은 Wacker-Chemie GmbH에서 상품명 SILRES BS-94로 판매되는 유체(fluid)이었다. 마그네슘 산화물은 Baymag, Inc.(Calgary, Alberta, Canada)에서 상품명 "Baymag 96"으로 판매되는 사-연소 마그네슘 산화물이었다.
상기 보드는 상기 성분을 수성 슬러리가 형성되도록 혼합기에 연속적으로 도입하고 혼합하는 단계(별도의 기포(foam) 발생 시스템에서 수성 기포가 발생되도록 기포제가 사용되었다; 기포는 그 후, 혼합기를 통해 슬러리에 도입되었다); 이동 벨트(moving belt)에서 상기 슬리리를 페이퍼 커버 시트(페이퍼 정면)에 슬러리를 연속적으로 위치시키는 단계(depositing); 놓여진 슬러리위에 다른 페이퍼 커버 시트(페이퍼 후면)을 놓아서 'h. 인치 두께의 보드를 형성하는 단계; 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트가 수화되어 정확하게 절단하기에 충분히 단단한 슬러리로 제조될 수 있도록 충분히 가공될 수 있는 칼슘 술페이트 디하이드레이트가 형성된 경우에, 이동하는 보드(moving board)를 절단하여 각각 약 12 x 4 피트 및 1/2 인치 두께인 보드를 제조하는 단계; 및 상기 보드를 가열된 멀티데크 가마(multideck kiln)에서 건조하는 단계에 의해 4 피트 넓이(폭)의 연속 제조 라인에서 제조되었다.
ASTM Test 1396에 따라 측정된 이러한 제품에 대한 전형적인 수분 흡수치를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
제품 실록산 % MgO% 흡수된 수분%
내수성 석고 보드 0.8% 0.2% 4.5%
코어-처리된 석고 피복 보드 (Core-Treated Gypsum Sheathing Board) 0.04% 0.2% 8%
실시예 2
석고-기초 물품에서 실록산에 의해 전개되는 내수성에 대한 사-연소 마그네슘 산화물의 효과를 보여주기 위해 실험실 시험을 행하였다. 고 전단(high shear) 혼합기에서 0.7%의 BS-94 실록산 및 물 550gram을 7500rpm으로 2.5분동안 혼합하여 에멀션을 형성하였다. 시험 1-3에서, 그 후, 상기 에멀션을 하소된 천연 석고 500grams, CSA 0.1gram 및 선택된 양의 Baymag 96 마그네슘 산화물을 Waring Blender에서 10초동안 혼합하고 입방체(cubes)로 형성하고 이를 밤새 가열하였다. 시험 4는 하소된 합성 석고가 사용된 것을 제외하고는 동일한 방식으로 행하였다. 모든 시험에서, 0.7중량%의 실록산이 사용되었다. 시험 1-4에서 사용된 Baymag 96의 선택된 양은 하기 표 4에 나타내었다. 제조 24시간 이내에, ASTM 시험 1396에 따른 2 시간 흡수 동안 물에 침지하여 수분에 대하여 시험하였다. 각각의 수준에서 3회의 시험을 행하고 3회 시험에 대한 평균 수분 수준을 표 4에 나타내었다.
[표 4]
시험 번호 MgO% 2시간후에 흡수된 수분%
규준 0 47.7
1 0.05% 13.0
2 0.2% 8.6
3 0.5% 4.6
4 0.2% 3.8
두 시험 모두에서 동일한 양의 Baymag 96이 사용되었으나, 합성 석고로 제조된 시험 4의 샘플이 천연 석고로 제조된 시험 2의 샘플에 비하여 수분을 적게 흡수하였다. 이러한 차이는 합성 석고에서 전형적으로 발견되는 플라이 애쉬(fly ash)와 같은 불순물에 기인한 것이다.
본 명세서의 기재사항은 단지 예시하는 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 다양한 변형 및 개질은 이 기술분야의 기술자들에게 명백하게 이해되며, 이러한 변형 및 개질은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (17)

  1. a) 실록산 에멀션을 석고-기초 물품 제조에 사용되는 게이징 워터와 혼합하는 단계;
    b) 소량의 사-연소 마그네슘 산화물을 하소된 석고와 혼합하는 단계;
    c) 상기 실록산 에멀션/게이징 워터 혼합물과 하소된 석고/마그네슘 산화물 혼합물을 혼합하여 수성 슬러리를 형성하는 단계; 및
    d) 상기 슬러리를 성형(shaping)하고 성형된 슬러리가 고화 석고-기초, 내수성 물품을 형성하도록 고화하는 단계;
    를 포함하는 내수성 석고-기초 물품 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물은 TRS(Temperature Rise System)에서 1℉이하의 온도 상승을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물은 BET로 측정된 최소 0.3㎡/g의 표면적을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물은 연소시 0.1중량% 미만으로 손실됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물의 양은 석고의 약 0.1~0.5wt%임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 실록산은 폴리(메틸 하이드로젼 실록산)임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 폴리(메틸 하이드로젼 실록산)은 고화 석고 물품의 건조 성분의 약 0.3~1.0wt%으로 포함됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 폴리(메틸 하이드로젼 실록산)의 양은 고화 석고 물품의 건조 성분의 약 0.4~0.8wt%임을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 물품은 내수성 고화 석고 보드임을 특징으로 하는 방법.
  10. a) 일정량의 실록산 유체를 석고-기초 물품 제조에 사용되는 게이징 워터의 일부(a portion)와 고강도 혼합기에서 혼합하여 원위치에서 실록산/물 에멀션을 형성하는 단계;
    b) 소량의 마그네슘 산화물을 하소된 석고와 혼합하는 단계;
    c) 상기 실록산/물 에멀션을 잔부 게이징 워터와 혼합하는 단계;
    d) 상기 석고/마그네슘 산화물 혼합물을 상기 단계(c)의 실록산/물 혼합물과 혼합하여 수성 슬러리를 형성하는 단계; 및
    e) 상기 슬러리를 성형(shaping)하고 성형된 슬러리가 고화 석고-기초, 내수성 물품을 형성하도록 고화하는 단계;
    를 포함하는 내수성 석고-기초 물품 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 실록산/물 에멀션은 에멀션화제를 사용하지 않고 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 단계(a)에서 게이징 워터 약 25중량부가 실록산 1중량부와 각각 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물은 사-연소 마그네슘 산화물임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 마그네슘 산화물의 양은 석고의 약0.1~0.5wt%임을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 물품은 내수성 고화 석고보드임을 특징으로 하는 방법.
  16. a) 일정량의 실록산 유체를 석고-기초 물품 제조에 사용되는 게이징 워터의 일부와 고강도 혼합기에서 혼합하여 실록산 에멀션을 형성하는 단계;
    b) 상기 실록산 에멀션을 잔부 게이징 워터, 하소된 석고 및 소량의 사-연소 마그네슘 산화물과 혼합하여 수성 슬러리를 형성하는 단계; 및
    c) 상기 슬러리를 고화된 석고-기초, 내수성 물품을 형성하도록 성형(shaping)하고 고화되도록 하는 단계;를 포함하며, 물품은 ASTM 표준 1396에 따라 70℉에 2시간동안 침지되는 경우에 24시간내에 자체 중량의 약 10% 미만으로 물을 흡수하는 내수성 석고-기초 물품 형성시 실록산을 편입하는 방법.
  17. 상당한 양의 석고 디하이드레이트를 포함하는 고화 혼합물을 포함하며, 보드에 고도의 내수성을 부여하기 위해 상기 고화 혼합물의 석고 슬러리 전구체에 첨가되는 게이징 워터의 일부와 고강도 혼합기에서 실질적으로 예비 혼합된 실록산 유체의 충분한 양과 잔부 게이징 워터 및 소량의 사-연소 마그네슘 산화물로 제조되며, 상기 보드는 ASTM 표준 1396에 따라 70℉에 2시간동안 침지되는 경우에 24시간내에 자체 중량의 약 10% 미만으로 물을 흡수하는 석고-함유 보드.
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