KR20080016960A - 집섬 슬러리용 개질제 및 이들을 사용하는 방법 - Google Patents

집섬 슬러리용 개질제 및 이들을 사용하는 방법 Download PDF

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마이클 피. 쉐이크
킹시아 리우
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브라이언 란달
데이빗 알. 블랙번
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

물, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트, 폴리카르복실레이트 분산제 및 개질제를 포함하는 개선된 집섬 슬러리. 상기 개질제는 폴리카르복실레이트 분산제의 효능을 향상시키도록 화학적으로 배향되어 있다. 바람직한 개질제는 시멘트, 석회, 소석회(slaked lime), 소다회, 카보네이트, 실리케이트 및 포스페이트를 포함한다.
집섬 슬러리, 개질제, 분산제, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트, 폴리카르복실레이트

Description

집섬 슬러리용 개질제 및 이들을 사용하는 방법{MODIFIERS FOR GYPSUM SLURRIES AND METHOD OF USING THEM}
본 발명은 명칭 "집섬 슬러리용 개질제 및 이들을 사용하는 방법"으로, 2005년 6월 14일자 출원되고, 여기에 참조로서 병합된 미국 시리얼 No. 11/152,317의 일부 계속출원이다.
본 출원은 2005년 6월 14일에 출원에 모두 출원되고, 여기에 참조로서 모두 병합되어 있는 것으로서, 동시에 계속중인 미국 시리얼 No. 11/152,661, 명칭 "속건성 월 보드", 미국 시리얼 No. 11/152,324, 명칭 "고강도 바닥재 조성물", 미국 시리얼 No, 11/152,418, 명칭 "2개의 반복 시스템을 사용하는 집섬 제품 및 이를 제조하는 방법", 미국 시리얼 No. 11/152,323, 명칭 "개질제 및 분산제로 집섬 슬러리를 제조하는 방법", 및 미국 시리얼 No. 11/152,404, 명칭 "거품(foam)을 포함하는 월 보드에 분산제의 효과적 사용"과 관련되어 있다.
본 출원은 또한, 현재 이와 동시에 제출되고, 여기에 참조로서 모두 병합되어 있는 것으로서, 미국 시리얼 No. 11/xxx,xxx(대리인 관리번호 2033.75332), 명칭 "2개의 반복 시스템을 사용하는 집섬 제품 및 이들을 제조하는 방법", 미국 시리얼No. 11/xxx,xxx(대리인 관리번호 2033.75339), 명칭 "개질제 및 분산제로 집섬 슬러리를 제조하는 방법" 및 미국 시리얼 No. 11/xxx,xxx(대리인 관리번호 2033.75341), 명칭 "거품(foam)을 포함하는 월 보드에 분산제의 효과적 사용"과 관련되어 있다.
본 발명은 개선된 집섬 제품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 낮은 수분 농도에서 유동성이 있으며, 저비용으로, 카르복실레이트 분산제의 단독 사용의 효과를 덜 저해하는 개선된 집섬 슬러리에 관한 것이다.
월 보드(wallboard)와 같은 집섬 제품은 여러 가지 이유로 건축재료로서 일반적으로 사용된다. 월 보드 시트는 용이하게 상호 결합하여 특정 사이즈 및 형상의 연속적인 벽을 제조한다. 이들은 용이하게 수선되고, 화재 및 소음을 차단하는 특성을 갖는다. 월 페이퍼(wallpaper) 또는 페인트와 같은 장식 마감재(decorative finishes)가 용이하게 플라스터(plaster; 회반죽, 석고가루) 또는 월 보드 표면에 부착하여 장식 선택의 많은 변화를 가능하게 한다.
최대 밀도(full density) 슬러리로부터 제조되는 집섬 제품의 강도는 이들의 제조에 사용된 물의 양에 반비례한다. 집섬 슬러리에 첨가되는 물의 일부는 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트로 알려진 바와 같이, 하소된(calcined) 집섬을 수화하는데 사용되어 칼슘 술페이트 디하이드레이트 결정체를 형성한다. 과량의 물은 증발하거나, 화로(kiln)에서 제거된다. 여기서 수분의 대부분은 집섬 슬러리를 유동화하는데 사용되며, 완전히 건조될 때, 제품에는 보다 많은, 그리고, 보다 큰 공극이 잔존하게 된다. 이들 공극은 완성된 제품에서 제품 밀도 및 강도를 저하시킨다.
분산제를 사용하여 유동 슬러리를 제조하는데 사용하는 물의 양을 감소시키 고자 하는 시도가 있었다. 폴리카르복실레이트 유동화제(superplasticizer)는 수분 감소를 가능하게 하는데 매우 유효하고, 그 결과물은 제품에 강도를 증가시킨다. 그러나, 폴리카르복실레이트 분산제의 다량 사용과 관련된 단점이 알려져 있다. 이들 물질은 상대적으로 비싸다. 다량 사용될 때, 폴리카르복실레이트 분산제는 집섬을 제조함에 있어서 가장 고가의 단일 첨가제 중 하나일 수 있다. 이 성분의 높은 가격은 매우 경쟁적인 시장에서 이 제품으로부터 낮은 이익을 얻는 것으로 극복할 수 있다.
폴리카르복실레이트 분산제와 관련된 다른 단점은 경화반응의 지연이다. 집섬 보드는 고속 제조라인에서 제조되며, 여기서 몇 분 내에 슬러리가 혼합되고, 부어지고, 성형되고, 그리고 건조된다. 상기 보드는 그 형상을 유지하면서 컨베이어 라인으로부터 화로에 상기 보드를 넣기 위해 다른 곳으로 이동되어야 한다. 상기 보드가 최소한의 미성숙된 강도를 얻게 된다면, 이들이 적층되고, 선적을 위해 포장되는 시간에 훼손이 생길 수 있다. 상기 보드가 공정의 다음 단계로 이동하기에 충분히 경화되지 않아 상기 보드 라인이 느려진다면, 제조 비용은 증가하고, 그 결과 경제적으로 경쟁력이 없는 제품으로 된다.
그 작업성을 개선하기 위해 석회(lime)가 플라스터에 사용되었다. 이는 플라스터에 양호한 "촉감(feel)"을 주고, 부드러움(smoothness) 및 가소성(plasticity)을 주어 흙손으로 바르는 것(trowel)을 쉽게 한다. 알칼리성이기 때문에, 석회는 일부 억제제(retarders)가 보다 효과가 있도록 하는 역할을 하여 플라스터의 개방 시간(open time)을 증가시킨다. 마지막으로, 상기 플라스터에 존재하는 석회는 시 간의 경과에 따라 산화되어 칼슘 카보네이트를 형성하는데, 이는 플라스터 단독으로 얻을 수 있는 것 이상의 경도를 표면에 제공한다.
미국특허번호 제5,718,759호는 베타 하소된 집섬(beta-calcined gypsum) 및 시멘트(cement)의 혼합물에 실리케이트의 첨가를 가르친다. 실시예에서, 리그노술페이트 또는 나프탈렌 술포네이트가 감수제(water-reducing agents)로서 사용된다. 실리케이트를 포함하는 포졸란 물질의 첨가가 에트린자이트(ettringite)의 형성에 기인한 팽창을 감소시키는 것으로 여겨진다. 상기 조성물은 베이커 보드(backer boards), 바닥 밑깔개(floor underlayments), 도로 보수재(road patching materials), 화재 차단재(fire-stopping materials) 및 섬유판(fiberboard)과 같은 건축재료로의 사용을 제안한다.
미국특허번호 제6,391,958호에서 Luongo는 집섬을 소듐 실리케이트 및 합성 가교 바인더(synthetic cross-linking binder)와 조합한 신규한 월 보드 조성물을 가르치고 있다. 비닐 아세테이트 폴리머가 바람직한 가교 바인더(cross-linking binder)이다. 소듐 실리케이트의 첨가는 정해진 수의 패널(panel)을 제조하는데 필요한 하소된 집섬의 양을 감소시킨다. 빌딩 패널의 중량이 감소되어 작업자들이 설치 전 및 중 패널을 보다 용이하게 이동시킬 수 있도록 한다.
다수의 폴리카르복실레이트 분산제가 미국특허번호 제6,005,040호에 개시되어 있다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 다음 식의 반복단위 하나를 갖는 수용성 폴리머가 개시된다.
Figure 112008003072127-PCT00001
여기서, P는 1-10의 정수이고, 그리고, R2, R3, R4, R5 및 R6는 모두 수소인 것은 아니지만, 적어도 하나는 수소일 수 있다. 상기 폴리머는 또한, 이들 중에서도 아크릴산 및 메타크릴산을 포함하는 그룹(group)으로부터 선택되는 수용성 반복단위를 포함한다. 상기 폴리머는 미소성된, 세라믹 전구체 재료로 사용된다. 다른 폴리머들은 집섬 월 보드의 코어 형성 공정 또는 집섬 슬러리의 제조에 사용되는 것을 포함하여 본 출원에 개시된다.
선행 기술은 소정의 폴리카르복실레이트 분산제의 성능을 개선하는 문제를 적절히 처리하는데 실패하였다. 분산제의 성능을 개선하는 것은 분산제의 비용을 절감시켜 집섬 제품의 합리적인 가격을 유지시킨다.
그러므로, 본 분야에서는 슬러리의 유동성을 유지하면서 집섬 슬러리에 사용되는 분산제의 사용량을 감소시킬 필요가 있다. 분산제 사용의 감소는 분산제에 소비되는 비용의 절감을 가져오며, 경화지연과 같은 부작용(adverse side effects)을 감소시킨다.
본 발명의 요약
본 발명은 집섬 슬러리에 폴리카르복실레이트 분산제로 만들어진 슬러리의 유동성을 향상시키는 유효 개질제의 첨가를 포함함으로써, 이들 및 다른 문제들이 개선된다. 하나 또는 그 이상의 개질제가 사용될 때, 소정의 유동성 결과를 달성하기 위해 보다 적은 분산제가 필요하여 보다 낮은 분산제 비용 및 일반적으로 보다 적은 저해의 결과를 가져온다.
보다 상세하게는 본 발명은 개선된 집섬 슬러리에 관한 것으로서, 물, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트, 폴리카르복실레이트 분산제 및 개질제를 포함한다. 상기 개질제는 폴리카르복실레이트 분산제의 효능을 향상시키도록 화학적으로 배향된다. 바람직한 개질제는 시멘트, 석회(lime), 소석회(slaked lime), 소다 회(soda ash), 카르보네이트, 실리케이트, 포스포네이트 및 포스페이트를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예로서, 집섬 패널은 적어도 하나의 외장 시트(facing sheet) 및 개선된 집섬 슬러리로 제조된 코어로 제조된다. 본 발명의 또 다른 견지는 상기 집섬 슬러리를 제조하는 방법으로서, 개질제를 선택하는 단계, 상기 개질제를 폴리카르복실레이트 분산제와 혼합하는 단계 및 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트를 첨가하는 단계를 포함한다.
여기에 기재된 상기 개질제의 사용은 집섬 슬러리를 유동화하는데 있어서 분산제의 효능을 향상시킨다. 이는 보다 적은 분산제 사용을 가능하게 하고, 게다가 강도를 위한 슬러리에 소량의 물을 사용하더라도 높은 유동성을 얻을 수 있도록 한다. 폴리카르복실레이트 분산제는 이들을 사용하는 제품에서 종종 가장 비싼 성분이다. 상기 분산제의 사용량을 보다 적게 사용하는 것은 비용을 감소시켜 경쟁할 수 있는 가격의 집섬 제품을 제조할 수 있게 한다.
분산제의 농도를 낮추는 것은 또한, 폴리카르복실레이트 분산제의 불리한 효과를 최소화시킨다. 보다 적은 사용량에서, 경화반응의 지연이 보다 적다. 경화 지연의 효과를 극복하기 위해 보다 적은 경화 촉진제가 제품에 필요하게 되어, 촉진제에 대하여 지출되는 비용을 절감할 수 있다.
분산제 사용량 감소를 대신하거나 또는 이에 추가하여, 집섬 슬러리를 만드는데 사용되는 물의 양을 감소시키기 위해서도 분산제의 개선된 효능이 사용될 수 있다. 상기 제조 공정은 보다 높은 연료 효율을 생성할 수 있어, 화석연료를 절약하고, 비용 절감을 실현할 수 있다. 연료 절감은 감소된 화로 온도 또는 화로에서의 보다 짧은 체류 시간 모두에 기인한 것일 수 있다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명의 집섬 슬러리는 물, 하소된 집섬, 폴리카르복실레이트 분산제 및 개질제를 사용하여 제조된다. 본 발명의 이점은 고강도 제품을 위한 슬러리에 사용될 때 가장 명확하지만, 심지어, 이미 소량의 폴리카르복실레이트 분산제를 사용하는 경우라도, 폴리카르복실레이트를 사용하는 슬러리와 함께 사용될 수 있다.
어떤 하소된 집섬 또는 스투코(stucco)는 이런 슬러리에서 유용하다. 예상외로, 일부 집섬 원료들은 다른 원료들에 비하여 분산제 및 개질제에 대해 훨씬 민감하다는 것을 발견하였다. 실험실 테스트는 다른 지역의 집섬들은 다른 염 및 불순물들을 포함하고 있음을 나타낸다. 이론으로 한정하려는 것은 아니지만, 집섬에 존재하는 상기 염들은 슬러리의 유동성에 영향을 끼치는 것으로 생각된다.
슬러리를 제조하는데 사용되는 물 양의 감소는 폴리카르복실레이트 분산제의 첨가에 의해 달성된다. 상기 분산제는 그 자체로서 칼슘 술페이트에 부착하며, 그리하여 폴리머의 백본(backbone) 및 분지상의 측쇄(side chains)에 부착된 기가 상호 반발하여, 집섬 입자가 용이하게 확장 및 유동하도록 야기한다. 상기 슬러리가 보다 용이하게 유동할 때, 물의 양을 감소시킬 수 있으며, 나아가, 유동성 유체를 얻을 수 있다. 일반적으로, 물의 감소는 제품 강도의 증가 및 건조 비용의 감소를 가져온다.
어떤 폴리카르복실레이트 분산제는 집섬의 유동성을 향상시키는데 유용한 것으로서, 본 발명의 슬러리에 사용될 수 있다. 많은 폴리카르복실레이트 분산제, 특히 폴리카르복실릭 에테르가 보다 바람직한 분산제 타입이다. 슬러리에 사용되는 바람직한 분산제 등급 중 하나는 두 개의 반복단위를 포함한다. 이미 참조예로서 병합된, 동시에 계속 중인 미국 시리얼 No. 11/xxx,xxx(대리인 관리번호 2033.75332), 명칭 "2개의 반복 단위 시스템을 사용하는 집섬 제품 및 이들을 제조하는 방법"에 보다 상세하게 기재되어 있다. 이들 분산제는 데구사 컨스트럭션 폴리머(Degussa Construction Polymers), GmbH사제의 제품이고, 데구사 코포레이션(Degussa Corp. (Kennesaw, GA), 이하 "데구사"라 한다.)에 의해 공급되며, 이하, "PCE211-타입 분산제(PCE211-Type Dispersants)"라 한다.
제1 반복단위는 올레핀 불포화 모노-카르복실릭 애시드 반복단위, 이들 염의 에스테르, 또는 올레핀 불포화 술퍼릭 애시드 반복단위 또는 이들의 염이다. 바람직한 첫 번째 반복단위는 아크릴산 또는 메타크릴산이다. 모노- 또는 2가 염이 산기의 수소를 대신하는 것으로서 적합하다. 상기 수소는 또한 하이드로카본기에 의해 치환되어 에스테르를 형성할 수 있다.
제2 반복단위는 식 I을 만족하며,
Figure 112008003072127-PCT00002
여기서 R1는 식 I의 알케닐기이다.
Figure 112008003072127-PCT00003
식 I에 있어서, 상기 알케닐 반복단위는 선택적으로 폴리머 백본과 에테르 가교기 사이에 C1 내지 C3 알킬기를 포함한다. p의 값은 0-3의 정수로서 상기 경계를 포함한다. 바람직하게는 p는 0 또는 1이다. R2는 수소원자 또는 선형, 분지형, 포화 또는 불포화의 지방족 C1 내지 C5의 하이드로카본기이다.
식 II의 폴리에테르기는 C2-C4 알킬기를 포함하며, 산소원자에 연결된 적어도 2개의 다른 알킬기를 포함한다. m 및 n은 2 내지 4의 정수로서 상기 경계를 포함하며, 바람직하게는, m 및 n의 적어도 하나는 2이다. x 및 y는 55 내지 350의 정수로서, 상기 경계를 포함한다. z의 값은 0 내지 200으로서, 상기 경계를 포함한다. R3는 비치환 또는 치환 아릴기이고, 바람직하게는 페닐이다. R4는 수소 또는 지방족 C1 내지 C2 하이드로카본기, 시클로지방족 C5 내지 C8 하이드로카본, 치환된 C6 내지 C14 아릴기 또는 식 III(a), III(b) 및 III(c)의 적어도 하나에 부합하는 기이다.
Figure 112008003072127-PCT00004
상기 식에서, R5 및 R7는 상호 독립적으로, 알킬, 아릴, 아랄킬, 또는 알킬아릴기를 나타낸다. R6는 이가 알킬, 아릴, 아랄킬, 또는 알킬아릴기이다.
PCE211-타입 분산제의 특히 유용한 분산제는 PCE211(이하, "211")로 명명된다. 월 보드에서 유용한 것으로 알려진 이 시리즈의 다른 폴리머들로는 PCE111을 포함한다. PCE211-타입 분산제는 데구사 컨스트럭션 폴리머(대리인 관리번호 DCP3), 명칭 "폴리에테르 함유 코폴리머"에 의한 미국 시리얼 No, 11/xxx.xxx 및 2005년 6월 14일에 출원된, 명칭 "폴리에테르 함유 코폴리머"인 미국 시리얼 No. 11/152,678에 완전하게 기재되어 있다.
PCE211 타입 분산제의 분자량은 바람직하게는 약 20,000 내지 약 60,000 달톤(Daltons)이다. 놀랍게도, 보다 낮은 분자량의 분산제는 60,000달톤 이상의 분자량을 갖는 분산제보다 더 적은 경화시간 지연을 야기한다는 것을 알았다. 일반적으로 보다 긴 측쇄 길이는, 전체적인 분자량 증가를 야기하는 것으로서, 보다 양호한 분배 가능성(dispensability)을 제공한다. 그러나, 집섬 테스트는 분산제의 성능이 50,000달톤 이상의 분자량에서 감소됨을 보여준다.
R1은 바람직하게는 전체 반복단위의 약 300 내지 99몰%를 구성한다. 약 1 내지 약 70몰%의 반복단위는 R2이고, 보다 바람직하게는 약 10 내지 60몰%이다.
본 발명에서 유용한 폴리카르복실레이트 화합물의 다른 등급은 여기에 참조로서 병합되어 있는 미국특허번호 제6,777,517호에 개시되어 있으며, 이하, "2641-타입 분산제"로 기재된다. 바람직하게는 상기 분산제는 식 IV(a), IV(b) 및 IV(c)에 나타낸 적어도 3개의 반복단위를 포함한다.
Figure 112008003072127-PCT00005
이 경우, 아크릴산 및 말레산 반복단위 모두가 존재하여 보다 높은 비닐 에테르 기에 대한 산기의 비를 가져온다. R1은 수소원자 또는 1 내지 20의 탄소원자를 갖는 지방족 하이드로카본 라디칼을 나타낸다. X는 OM을 나타내며, 여기서 M은 수소원자, 1가 금속 양이온, 암모늄 이온 또는 유기 아민 라디칼이다. R2는 수소, 1 내지 20의 탄소원자를 갖는 지방족 하이드로카본 라디칼, 6 내지 14 탄소원자를 갖는 시클로지방족 하이드로카본 라디칼일 수 있으며, 치환되어도 좋다. R3는 수소 또는 1 내지 5의 탄소원자를 갖는 지방족 하이드로카본 라디칼이며, 이들은 선택적으로 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화이다. R4는 수소 또는 메틸기이며, 구조 단위가 아크릴 또는 메타크릴인지에 의존한다. p는 0 내지 3일 수 있다. m은 2 내지 4의 정수로서, 경계를 포함하며, n은 0 내지 200의 정수로서, 경계를 포함한다. PCE211-타입 및 2641-타입 분산제들은 데구사 컨스트럭션 폴리머, GmbH(트뢰스트버그, 독일(Trostberg, Germany))에 의해 제조되며, 데구사 코포레이션(Kennesaw, GA)에 의해 미국에서 판매된다. 바람직한 2641-타입 분산제는 MELFLUX 2641 F, MELFLUX 2651 F 및 MELFLUX 2500L 분산제로서 데구사에 의해 판매된다. 2641-타입 분산제(MELFLUX는 데구사 컨스트럭션 폴리머, GmbH)의 등록상표이다)는, 명칭 "속건성 월 보드"의 미국 시리얼 No. 11/152,661(대리인 관리번호 2033.72380)에 월보드 및 집섬 슬러리에 사용되는 것으로 기재되어 있으며, 여기에 이미 병합되어 있다.
또 다른 바람직한 분산제 패밀리로는, 데구사에서 판매되며, "1641-타입 분산제"로서 기재된다. 이 분산제는 미국특허번호 제5,798,425호에 상세하게 기재되어 있으며, 여기에 참조로서 병합된다. 특히 바람직한 1641-타입 분산제는 식 VI에 나타내며, MELFLUX 1641 F 분산제로서 데구사에 의해 시판된다. 이 분산제는 우선 2개의 반복단위로 제조되며, 하나는 비닐에테르이고, 다른 하나는 비닐 에스테르이다. 식 V에서, m 및 n은 반복단위 성분의 비이고, 이는 폴리머 체인을 따라 랜덤하게 배치될 수 있다.
Figure 112008003072127-PCT00006
이들 분산제는 특히 집섬에 사용하기에 아주 적합하다. 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니나, 산 반복단위들은 헤미하이드레이트 결정으로 결합되고, 한편, 제2 반복단위의 긴 폴리에테르 체인은 분산작용을 수행하는 것으로 생각된다. 다른 분산제보다 덜 지연시키기 때문에, 월 보드와 같은 집섬 제품의 제조 공정에서 덜 파괴된다. 상기 분산제는 어떤 유효량으로 사용된다. 주로, 선택된 분산제의 양은 소정의 슬러리 유동성에 의존한다. 물의 양이 감소함에 따라, 일정한 슬러리 유동성을 유지하기 위해 보다 많은 분산제가 요구된다. 폴리카르복실레이트 분산제는 상대적으로 비싼 성분이므로, 소량 사용하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 건조 스투코의 중량을 기준으로 2중량% 미만, 또는, 더욱 바람직하게는 1중량% 미만이다. 바람직하게는 분산제는 스투코의 건조 중량을 기준으로 약 0.05% 내지 0.5%의 양으로 사용된다. 더욱 바람직하게는 분산제는 동일한 기준으로 약 0.01% 내지 약 0.2%의 양으로 사용된다. 액체 분산제 측정에 있어서, 상기 폴리머 고형분만이 분산제의 사용량 계산에 고려되며, 분산제로부터 물은 물/스투코 비가 계산될 때 고려된다.
많은 폴리머들은 동일한 반복단위들로, 그들의 분포를 달리 사용하여 제조될 수 있다. 산-함유 반복단위 대 폴리에테르-함유 반복단위의 비는 전하 밀도(charge density)에 직접적으로 관련되어 있다. 바람직하게는, 코-폴리머의 전하 밀도는 약 300 내지 약 3000μequiv.전하(charges)/g 코-폴리머의 범위이다. 이 등급의 분산제, MELFLUX 2651 F에서 물 감소를 위한 테스트된 가장 유효한 분산제는 가장 높은 전하 밀도를 가짐을 알았다.
그러나, 전하 밀도의 증가는 분산제의 지연 효과를 증가시키는 추가적 결과를 가져온다는 것이 또한 발견되었다. MELFLUX 2500L와 같은 낮은 전하 밀도를 갖는 분산제는 높은 전하 밀도를 갖는 MELFLUX 2651 F 분산제보다 경화시간을 덜 지연시킨다. 높은 전하 밀도의 분산제로 얻어지는 효능의 증가와 함께 경화 지연 시간이 증가하기 때문에, 소량의 물, 양호한 유동성 및 적절한 경화시간을 갖는 슬러리 제조는 중간 범위(mid-range)의 전하 밀도의 유지를 요구한다. 보다 바람직하게는, 코폴리머의 전하 밀도는 약 600 내지 약 2000μequiv.전하/g 코폴리머의 범위이다.
개질제는 어떤 물질, 즉, 액체 또는 고체일 수 있으며, 이는 집섬 슬러리에서 폴리카르복실레이트 분산제와 조합될 때, 분산제의 효능 개선을 유도한다. 개질제는 그 자체로는 분산제인 것은 아니나, 분산제가 보다 효과가 있도록 한다. 예를 들어, 일정한 분산제 농도에서, 개질제가 없는 동일한 슬러리에 비하여 개질제가 사용될 때 더 양호한 유동성이 얻어진다.
개질제의 사용에 내포된 정확한 화학적 작용은 완전히 이해되지 않지만, 적어도 2개의 다른 메커니즘이 분산제 효능의 증가에 대한 원인이다. 예를 들어, 석회(lime)는 수성 용액에서 폴리카르복실레이트와 반응하여 분산제 분자를 편다(uncoil). 반대로, 소다회는 집섬 표면에서 반응하여 분산제 효과를 향상시키는 것을 돕는다. 어떤 메커니즘이 개질제에 의해 본 발명의 목적을 위한 분산제의 효능을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 이론적으로, 두 메커니즘이 독립적으로 작용한다면, 개질제의 조합은 두 메커니즘의 최대 효능을 이용하고, 한층 더 양호한 분산제 효능의 결과를 가져온다는 것을 발견할 수 있다.
보다 바람직한 개질제는 시멘트, 생석회(quicklime) 또는 칼슘옥사이드로도 알려져 있는 석회, 칼슘하이드록사이드로도 알려져 있는 소석회(slaked lime), 소듐 카보네이트로도 알려져 있는 소다 회, 포타쉬로도 알려져 있는 포타슘 카보네이트, 및 기타 카보네이트, 실리케이트, 하이드록사이드, 포스포네이트 및 포스페이트를 포함한다. 바람직한 카보네이트는 소듐 및 포타슘 카보네이트를 포함한다. 소듐 실리케이트가 보다 바람직한 실리케이트이다.
석회 또는 소석회가 개질제로 사용될 때, 건조 칼슘술페이트 헤미하이드레이트의 중량을 기준으로 약 0.15% 내지 약 1.0%의 농도로 사용된다. 물의 존재하에, 석회는 빨리 칼슘하이드록사이드 또는 소석회로 변환되고, 슬러리의 pH가 알칼리로 된다. pH의 급격한 상승은 슬러리의 화학적 성질에 많은 변화를 야기할 수 있다. pH가 증가함에 따라 트리메타포스페이트를 포함하여, 특정 첨가제들이 파괴된다. 슬러리가 월 보드 또는 집섬 패널을 만드는데 사용됨에 있어서, 수화와 같은 문제들이 또한 존재할 수 있으며, 높은 pH에서 페이퍼 결합(paper bond)에 관한 문제들이 존재한다. 슬러리와 접촉하는 작업자들에 있어서, 강알칼리 조성물들은 피부를 자극할 수 있어, 접촉을 피해야 한다. pH 약 11.5 이상에서, 석회는 더 이상 유동성 증가를 야기하지 않는다. 그러므로, 일부 적용에 있어서, 이러한 개질제로부터 최대 성능을 내기 위해 pH를 약 9 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 다른 적용에 있어서, 바닥 재료(flooring)와 같이, 높은 pH는 곰팡이(mold) 및 흰 곰팡이(mildew)를 최소화하는데 잇점을 갖는다. 알칼리 금속 하이드록사이드는 특히 소듐 및 포타슘 하이드록사이드가 바닥재로 사용하기에 바람직하다.
다른 바람직한 개질제는 카보네이트, 포스포네이트, 포스페이트 및 실리케이트를 포함한다. 바람직하게는, 개질제는 건조 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트의 중량을 기준으로 0.25% 미만의 양으로 사용된다. 이들 농도 이상에서는, 개질제 양의 증가는 분산제 효능의 감소를 야기한다. 이들 개질제는 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
분산제의 전하 밀도는 또한, 분산제와 반응하는 개질제의 능력에 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 동일한 반복단위를 갖는 분산제 패밀리를 고려할 때, 개질제는 보다 높은 전하 밀도로 분산제의 성능에 더 큰 증가를 야기한다. 일반적 경향이 보다 높은 전하 밀도를 갖는 보다 높은 성능 증대를 얻는 것이라고 하더라도, 다른 반복단위를 갖는 분산제의 유효성을 비교할 때, 분산제의 효능은 동일한 전하 밀도에서 상당이 차이가 있다는 것을 주의하는 것이 중요하다. 그러므로, 전하 밀도의 조절은 그 적용을 위한 특정 패밀리의 분산제로 낮은 유동성을 극복할 수 없을 수 있다.
개질제가 상기 혼합물에 첨가되기 전에 분산제로 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트가 젖게되면 개질제는 덜 효과적인 것으로 나타난다. 그러므로, 분산제 및 개질제가 스투코와 함께 혼합물에 먼저 혼합되는 것이 바람직하다. 만약 개질제 또는 분산제가 액체 형태이면, 그 액체는 공정 용수(process water)에 첨가되는 것이 바람직하다. 그리고 나서, 개질제 또는 분산제 이외의 것을 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트의 첨가에 앞서 물에 첨가한다. 단지 몇 초의 혼합이 개질제와 분산제를 함께 섞기 위해 필요하다. 개질제 및 분산제 모두가 건조 형태이면, 이들을 함께 혼합하고, 스투코와 동시에 첨가할 수 있다. 물, 분산제, 개질제 및 스투코를 혼합하는 바람직한 방법은 이미 여기에 병합된, 명칭 "개질제 및 분산제로 집섬 슬러리를 제조하는 방법"의 미국 시리얼 No. 11/152,323(대리인 관리번호 제2033.73064호)에 상세하게 기재되어 있다.
폴리카르복실레이트 분산제 및 개질제의 반응은 다른 집섬 미디어에서 사용될 때 다르게 반응한다는 것이 기재되어 있다. 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 집섬에 존재하는 상기 불순물은 분산제 및 개질제 모두의 효능에 기여하는 것으로 생각된다. 스투코에 존재하는 불순물 중에는 지리적 위치에 따라 다양한 염들이 있다. 많은 염들은 경화 지연제(set retarders) 또는 경화 촉진제(set accelerators)인 것으로 알려져 있다. 이들 동일한 염은 또한 달성될 수 있는 정도의 유동성의 정도에 영향을 끼침으로써 폴리카르복실레이트 분산제의 효능 또한 변화시킨다. PCE211-타입 분산제를 포함하여, 일부 바람직한 폴리카르복실레이트는 낮은 염 스투코와 함께 가장 잘 사용된다. 2641-타입 분산제와 같은 다른 분산제는 높은 염 스투코와 함께 사용하기에 적합하다.
성능을 향상시키기 위해 유동성 향상 분산제와 개질제의 사용 결과로서, 슬러리를 유동화시키는데 사용된 물의 양은 이들 첨가제 없이 제조되는 슬러리에 비하여 감소될 수 있다. 스투코 원료, 하소 기술, 분산제 패밀리, 전하 밀도 및 개질제 모두는 소정의 유동성을 갖는 슬러리를 제조하기 위해 함께 영향을 끼친다. 실험실내에서는, 물의 정도를 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트를 완전히 수화시키는데 이론적으로 요구되는 것에 근접하게 감소시킬 수 있다. 상업적 경화에 사용될 때에는, 공정 고려사항은 이러한 정도로 물의 감소를 가능하게 하지 않을 수 있다.
고려되는 적용처에 대해 가능한 한 오래 슬러리가 충분한 유동성을 갖도록 어느 정도의 물의 양이 본 발명의 슬러리를 만들기 위해 사용될 수 있다. 물의 양은 크게 스투코의 원료, 어떻게 하소되는지, 첨가제, 및 제조되는 제품에 따라 변화한다. 월 보드 용도에 있어서, 0.18 내지 약 0.8, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.5의 물 대 스투코의 비("WSR")가 사용된다. 부을 수 있는 바닥재(pourable flooring)는 약 0.17 내지 약 0.45, 바람직하게는 0.17 내지 약 0.34의 WSR을 사용한다. 이 분산제를 사용하는 바닥재 조성물은 이미 참조예로서 병합된 것으로서, 명칭 "고강도 바닥재 조성물"의 미국 시리얼 No. 11/152,324(대리인 관리번호 2033.72699)에 기재되어 있으며, 0.3 미만의 물 대 스투코의 비를 사용한다. 주조 가능한 제품은 약 0.1 내지 약 0.3, 바람직하게는 약 0.16 내지 약 0.25의 WSR을 사용한다. 실험실 내에서는, 0.1 미만의 물 대 스투코의 비가 얻어질 수 있으나, 상업적으로는, 물 대 스투코의 비는 전형적으로 0.5 내지 0.7이다. 일반적으로, 물 대 스투코의 비는 약 0.2 내지 약 0.6이 바람직하다. 물의 양은 다른 슬러리에 비하여 감소될 수 있으므로, 연료 절감 및 보다 높은 제품 강도의 결과에 이를 수 있다.
본 발명의 제2 견지로서, 슬러리는 증가된 강도를 갖는 집섬 패널 또는 월 보드를 제조하는데 사용될 수 있다. 집섬 패널을 제조하기 위해, 슬러리는 적어도 하나의 외장재(facing material)인 시트 상에 부어진다. 외장재는 집섬 패널의 전문가에게는 잘 알려져 있다. 멀티-플라이 페이퍼(multi-ply paper)가 바람직한 외장재이나, 싱글-플라이 페이퍼(single-ply paper), 카드보드(cardboard), 플라스틱 시트(plastic sheeting), 및 기타 외장재가 사용될 수 있다.
집섬 슬러리가 놓이게 될 특별한 용도를 위한 전형적인 슬러리에, 기타 첨가제가 또한 첨가된다. 경화 지연제(약 2lb/MSF(9.8g/m2)까지) 또는 건조 촉진제(약 35lb/MSF(170g/m2))가 첨가되어 수화 반응이 일어나는 속도를 변화시킨다. "CSA"는 5% 슈가와 함께 공분쇄된(co-ground), 95% 칼슘 술페이트 디하이드레이트을 포함하며, 250°F(121℃)에서 가열되어 상기 슈가를 캬라멜화하는(caramelize) 경화 촉진제이다. CSA는 Southard, OK공장의 USG 코포레이션으로부터 시판되며, 여기에 참조로 병합된 미국특허번호 제3,573,947호에 기재된 바에 따라 제조된다. 포타슘 술페이트가 또 다른 바람직한 촉진제다. HRA는 칼슘 술페이트 디하이드레이트 100파운드 당 슈가 약 5 내지 25파운드의 비로 슈가와 함께 새로이 분쇄된 칼슘 술페이트 디하이드레이트이다. 이는 여기서 참조로서 병합된, 미국특허번호 제2,078,199호에 상세하게 기재되어 있다. 이들 모두가 바람직한 촉진제다.
습식 집섬 촉진제(wet gypsum accelerator) 또는 WGA로 알려져 있는, 다른 촉진제 또한 바람직한 촉진제다. 웨트 집섬 촉진제의 사용 및 이를 제조하는 방법에 대한 기재는 여기에 참조로서 병합되어 있는, 미국특허번호 제6,409,825호에 개시되어 있다. 이 촉진제는 유기 포스포닉 화합물, 포스페이트 함유 화합물 또는 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 포함한다. 이 특별한 촉진제는 실질적으로 장기수명을 나타내며, 습식 집섬 촉진제는 사용 전에 제조, 저장 및 장거리 수송될 수 있는 규정시간을 초과하여 그 효능을 유지시킨다. 상기 습식 집섬 촉진제는 보드 제품의 1000평방피트(24.3 내지 390 g/m2) 당 약 5 내지 80파운드 범위의 양으로 사용된다.
본 발명의 일부 구현예에 있어서, 첨가제들이 집섬 슬러리에 포함되어 최종 제품의 하나 또는 그 이상의 특성을 개질시킨다. 첨가제들은 본 분야에서 공지된 바와 같은 방법 및 양으로 사용된다. 농도는 완성된 보드 제품("MSF")의 1000평방피트 당 함량으로 기재된다. 전분은 약 3 내지 약 20lbs/MSF(14.6 내지 97.6g/m2)의 양으로 사용되어, 밀도를 증가시키고, 제품을 강하게 한다. 글라스 파이버는 선택적으로 슬러리에 적어도 11lb/MSF(54g/m2)의 양으로 첨가된다. 15lb/MSF(73.2g/m2)까지의 페이퍼 파이버가 또한 슬러리에 첨가된다. 왁스 에멀젼이 90lbs/MSF(0.4kg/m2)의 양으로 집섬 슬러리에 첨가되어, 최종 집섬 보드 패널의 방수(water-resistency)를 향상시킨다.
경화 집섬 함유 제품에 보이드(voids)를 생성하기 위해 발포제를 사용하여 보다 가벼운 중량을 제공하는 본 발명의 구현예에 있어서, 발포 경화 집섬 제품을 제조하는데 유용한 것으로 잘 알려진 통상적인 발포제의 어느 것이 사용될 수 있다. 많은 이러한 발포제는 잘 알려져 있으며, 상업적으로는, 예를 들어, GEO 스페셜티 케미칼스(GEO Specialty Chemicals), Ambler, PA로부터 용이하게 구입할 수 있다. 거품(foam) 및 발포(foamed) 집섬 제품을 제조하는 바람직한 방법은, 여기에 참조로서 병합된, 미국특허번호 제5,683,635호에 개시되어 있다. 거품이 제품에 첨가되면, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트에 첨가되기 전에 폴리카르복실레이트 분산제는 공정 용수(process water) 및 거품수(foam water)로 분리될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 분산제를 혼합수(mixer water) 및 거품수에 병합시키는 바람직한 방법은, 이미 참조로서 병합된, 명칭 "거품을 함유하는 월 보드에서의 분산제의 효율적 사용"의 미국 시리얼 No. 11/152,404 (대리인 관리번호 2033.73130)에 기재되어 있다.
트리메트포스페이트 화합물이 일부 구현예로서 집섬 슬러리에 첨가되어, 제품의 강도를 향상시키고, 경화 집섬의 새그 저항성(sag resistance)을 감소시킨다. 바람직하게는 트리메타포스페이트 화합물의 농도는 하소된 집섬의 중량을 기준으로 약 0.07% 내지 약 2.0%이다. 트리메타포스페이트 화합물을 포함하는 집섬 조성물은 미국특허번호 제6,342,284호 및 제6,632,550호에 기재되어 있으며, 이들은 모두 참조로서 여기에 병합된다. 대표적인 트리메타포스페이트 염은, St. Louis의 MO Astaris, LLC로부터 시판되는 것과 같은 트리메타포스페이트의 소듐, 포타슘 또는 리튬 염을 포함한다. 석회 또는 다른 개질제와 함께 트리메타포스페이트를 사용하는 것이 슬러리의 알칼리성을 높힐 경우에는 주의해야 한다. 약 9.5의 pH를 넘으면, 트리메타포스페이트는 제품을 강하게 하는 능력을 상실하게 되고, 슬러리가 매우 지연된다.
월 보드에 대한 다른 가능한 첨가제로는 곰팡이(mold), 흰곰팡이(mildew) 또는 균(fungi)의 성장을 감소시키는 살생물제(biocides)이다. 선택된 살생물제 및 월 보드에 대한 의도된 용도에 따라, 살생물제는 커버, 집섬 코어 또는 이들 모두에 첨가될 수 있다. 살생물제의 예로는 붕산, 피리디온 염 및 구리염을 포함한다. 살생물제는 외장 또는 집섬 코어 모두에 첨가될 수 있다. 사용될 경우, 살생물제는 약 500ppm 미만의 양으로 외장에 사용된다.
나아가, 집섬 조성물은 선택적으로 프리젤라틴화 전분(pregelatinized starch), 및/또는 산-개질 전분과 같은 전분을 포함할 수 있다. 프리젤라틴화 전분의 포함은 경화 및 건조 집섬 캐스트(cast)의 강도를 증가시키고, 증가된 습도 조건 하 에서(즉, 하소 집섬에 대한 물의 증가된 비율에 대하여) 페이퍼 분리의 위험을 최소화 또는 제거한다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 예를 들어, 적어도 약 185°F(85℃)의 온도에서 원료 전분을 조리(cooking)하거나, 또는 다른 방법과 같은 원료 전분을 프리젤라틴화하는 방법을 잘 알 것이다. 적합한 프리젤라틴화 전분의 예는 이에 한정하는 것은 아니지만, Lauhoff Grain Company에서 상업적으로 시판하는 PCF 1000 전분과, HQM AMERIKOR 818 및 PREGEL 전분으로서, 양자 모두는 Archer Daniels Midland Company로부터 구입할 수 있는 것을 포함한다. 포함된다면, 프리젤라틴화 전분은 어떤 적합한 양으로 존재된다. 예를 들어, 포함된다면, 상기 프리젤라틴화 전분은 경화 집섬 조성물을 형성하는데 사용되는 혼합물에 상기 경화 집섬 조성물의 중량에 대하여 약 0.5중량% 내지 약 10중량%의 양으로 존재하도록 첨가될 수 있다. USG95(United States Gypsum Company, Chicago, IL) 와 같은 전분도 코어 강도를 위해 선택적으로 첨가된다.
다른 공지된 첨가제들이 제품의 특정 성질을 개질하는데 필요한 경우에 첨가될 수 있다. 덱스트로제와 같은 슈가가 보드의 말단에 페이퍼 결합을 향상시키기 위해 사용된다. 왁스 에멀젼 또는 폴리실록산이 방수를 위해 사용된다. 강직성(stiffness)이 요구되면, 붕산이 통상 첨가된다. 화염 억제성이 질석(vermiculite)의 첨가에 의해 향상될 수 있다. 이들 및 다른 공지된 첨가제가 본 슬러리 및 월 보드 배합물에 유용하다.
개별 집섬 패널이 배치 공정(batch process)으로 제조될 수 있으며, 보다 바람직한 공정으로는 집섬 보드는 긴 패널에서 형성되는 연속 공정(continuous process)으로 제조되어 소정 길이의 패널로 절단된다. 형성된 외장재료가 얻어져 집섬 슬러리를 수령할 장소에 놓여진다. 바람직하게는, 상기 외장재료는 소정의 최종 치수를 갖는 패널을 만들기 위해 두 번 이하의 절단을 필요로하는 연속적 길이의 패널을 형성하는 폭을 갖는다. 페이퍼, 글라스 매트, 및 플라스틱 시트를 포함하여 어떤 알려진 외장 재료는 월 보드 패널을 만드는데 유용하다. 외장재료는 보드 라인에 연속적으로 공급된다.
슬러리는 건조 성분 및 젖은 성분을 어떠한 순서로 함께 혼합함으로써 형성된다. 전형적으로, 액체 첨가제를 물에 첨가하고, 혼합기(믹서, mixer)를 단시간 동안 작동시켜 이들을 섞는다. 물은 혼합기에서 직접 측정된다. 개질제가 사용된 경우, 바람직하게는 상기 개질제 및 분산제가 상기 스투코의 도입 이전에 믹서내에서 물로 미리 용해시킨다. 슬러리의 건조 성분, 즉, 하소된 집섬 및 어떤 건조 첨가제들을 바람직하게는 믹서에 넣기 전에 함께 섞는다. 상기 건조 성분들을 믹서의 액체에 첨가하고, 상기 건조 성분이 적셔질 때까지 섞는다.
그리고 나서, 상기 슬러리를 혼합하여 균질한 슬러리를 얻는다. 통상, 수성 기포가 상기 슬러리에 혼합되어 결과 코어 물질의 밀도를 제어한다. 이러한 수성 기포는 슬러리에 결과 기포를 도입하기 전에 통상 적절한 발포제, 물 및 공기를 높은 전단력으로 혼합함으로써 생성된다. 상기 기포가 믹서내의 슬러리로, 또는 바람직하게는 배출 도관을 통해 기포가 믹서를 나감으로써 슬러리에 삽입된다. 예를 들어, 여기에 참조로 병합된 것으로서, 미국특허번호 제5,683,635호를 참조하라. 집섬 보드 플랜트에서, 자주 고형분 및 액체성분은 연속적으로 믹서에 첨가되며, 한편, 결과 슬러리는 연속적으로 믹서로부터 배출되어, 평균 30초 미만의 믹서내 체류 시간을 갖는다.
상기 슬러리는 배출도관을 통하여 하나 또는 그 이상의 배출구를 통해 믹서로부터 연속적으로 분배되고, 외장 재료를 운반하는 이동 컨베이어 상에 퇴적시킨다(deposited). 또 다른 페이퍼 커버 시트가 선택적으로 슬러리의 상부에 위치되고, 그리하여, 상기 슬러리를 결과 집섬 패널의 외장으로 되는 두 개의 이동 커버 시트 사이에 끼워 넣는다. 결과 보드의 두께는 형성 플레이트에 의해 제어되며, 상기 보드의 에지는 페이퍼의 포개는 에지를 연속적으로, 선을 긋고, 접고, 그리고 아교로 붙이는 적절한 기계 장치에 의해 형성된다. 경화 슬러리(setting slurry)가 이동 벨트 상에서 움직임에 따라 추가적 가이드(guides)는 두께 및 폭을 유지시킨다. 형상이 유지되는 동안, 하소된 집섬은 물의 일부와 반응하기에 충분한 조건으로 유지되어 집섬 결정의 인터록킹 매트릭스를 경화 및 형성한다. 그 후에 상기 보드 패널을 절단하고, 다듬고, 그리고 건조기를 통과시켜 상기 경화물을 건조시키지만, 여전히 다소간은 젖은 보드(wet boards)이다.
바람직하게는 2-단계 건조 공정이 사용된다. 먼저 상기 패널을 고온의 화로에 두어 상기 보드를 급속히 가열하여 과량의 물을 제거하기 시작한다. 상기 화로의 온도 및 보드의 유지 시간은 패널의 두께에 따라 변화한다. 예를 들면, 1/2인치 보드(12.7mm)는 바람직하게는 300°F(149℃)를 넘는 온도에서 대략 20 내지 50분 동안 건조된다. 물이 표면에서 증발함에 따라, 패널 내부로부터 모세관 활동에 의해 유도되어 표면의 수분을 대체한다. 상대적으로 빠른 수분 이동은 전분 및 페이퍼로 피리디온 염의 이동을 돕는다. 제 2-단계 오븐은 300°F(149℃) 미만의 온도를 가져 보드의 하소를 제한한다.
실시예 1
두 개의 다른 분산제에 포타슘 카보네이트의 첨가에 따른 효과를 측정하기 위해 테스트를 수행하였다. 아래의 샘플 각각에, Southard, OK의 스투코 400그램, 물 180그램 및 스투코의 건조 중량을 기준으로 0.2% 분산제로 집섬 슬러리를 제조하였다. 분산제 타입 및 포타슘 카보네이트 함량을 아래 표 1에 나타내고, 이와 함께, 패티 사이즈(patty size) 및 강직화 속도(stiffening rate) 테스트의 결과를 나타낸다.
[표 I]
Figure 112008003072127-PCT00007
상기 표 1의 데이터에서 보는 바와 같이, 포타슘 카보네이트의 첨가는 패티 사이즈 증가에 따른 증거로서 슬러리 유동성을 증가시킨다. 개질제 첨가는 또한 포타슘 카보네이트가 사용되지 않은 샘플과 비교하여 강직화 시간을 더 지연시켰다.
실시예 2
2가지 다른 스투코와 분산제 MELFLUX 2500L에 대한 석회의 영향을 결정하기 위해 테스트를 수행하였다.
[표 II]
Figure 112008003072127-PCT00008
상기 기재된 테스트에서는 석회는 Shoals 및 Galena Park의 스투코에 효과적인 개질제임을 보여준다.
실시예 3
소다회의 개질제로서의 적합성에 대하여 실험실에서 테스트하였다. 표 III에 기재된 물의 함량, 즉 물 요구량을 보드 스투코, 베타-하소된 헤미하이드레이트, 50cc에 첨가하였다. 이 물의 양은 스투코, 분산제, 개질제 및 물이 혼합되었을 때, 표준 3-3/4" 패티를 제조하기 위해 선택되었다. 1/2" 월 보드를 위한 슬러리에 첨가되는 것처럼 고형분 기준으로 상기 분산제를 1.5#MSF의 속도로 첨가하였다. 상기 분산제는 PCE49로서 확인되는, 2개 반복단위 분산제인 PCE211이었다.
소듐 카르보네이트를 건조 스투코의 중량을 기준으로 0 내지 0.6중량%의 범위에서, 표 III에 기재된 농도로 첨가하였다. 물 요구량 및 경화시간은 표 III에 나타낸다.
[표 III]
Figure 112008003072127-PCT00009
0.2% 이하까지는 개질제의 양이 증가함에 따라 기준 직경의 패티를 만들기 위해 요구되는 물의 양이 감소한다. 0.40% 및 0.60% 수준에서, 물 요구량은 다시 증가한다. 소다회의 양이 증가함에 따라 경화시간은 연속적으로 저하한다.
실시예 4
CaMg(OH)4를 개질제로서 사용한 것을 제외하고는 동일한 연구를 수행하였다. 물을 표 IV에 기재된 양으로 첨가하였다. 동일한 스투코 및 분산제를 동일한 양으로 사용하였다.
[표 IV]
Figure 112008003072127-PCT00010
하이드록사이드는 개질제로서 역할을 하여, 기준 패티 사이즈를 생성하는 기준 유동성을 얻기 위해서 더 적은 물이 사용되도록 한다. 비록 효능이 양호하더라도, 하이드록사이드는 월 보드와 같은 일부 제품에 적합하지 않는데, 슬러리는 매우 알칼리성으로 되어, 트리메타포스페이트와 같은 일부 바람직한 첨가제의 효능의 상실을 야기하기 때문이다. 0.05% CaMg(OH)4에서 조차도, pH는 10을 넘는다. 제품의 pH가 문제되지 않는 제품에 대하여는 하이드록사이드를 개질제로서 효과적으로 사용할 수 있다.
실시예 5
효능 향상을 측정하기 위해 개질제를 변화시키면서 바람직한 211 분산제를 테스트하였다. 반응물 등급 테트라 소듐 포스페이트("TSP"), 테트라 소듐 피로포스페이트("TSPP") 및 소듐 카르보네이트(소다회)를 테스트하였다. Dequest 2006 (Solutia, Inc. St. Louis, MO), 아미노트리(메틸렌 포스폰산)의 펜타 소듐염을 또한 테스트하였다.
모든 테스트 샘플에 있어서, 물 대 스투코 비는 0.5이었다. 습식 집섬 촉진제(WGA)를 스투코의 건조 중량을 기준으로 첨가하였다. 상기 대조표준(control) 샘플은 WGA 중량으로 0.5%만을 가졌다. 상기 첨가된 각 개질제의 양을 각 샘플에서 제조된 경화시간 및 패티 사이즈에 따라 표 V에 나타낸다.
스투코 및 WGA의 첨가에 이어 상기 개질제 및 분산제를 물에 첨가하였다. 상기 슬러리를 일정할 때가지 교반하였다.
[표 V]
Figure 112008003072127-PCT00011
소다회를 사용하여 이러한 결과를 얻었다고 하더라도, 다른 개질제 가격의 1/3만을 소비하기 때문에 보다 효과적인 것으로 생각된다. 나아가, 경화시간을 단지 11% 증가시키는 반면 패티 사이즈를 37%까지 증가시킨다. DEQUEST 2006은 거의 동일한 경화시간에 대하여 한층 적은 패티를 생성하며, TSPP는 보자 작은 패티 사이즈를 갖지만 보다 높은 경화시간을 갖는다.
집섬 제품에 대한 개질제의 특정 구현예이지만, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자는 이들의 보다 넓은 견지 및 아래의 청구범위에 기재의 본 발명으로부터 벗 어남이 없이 이로부터 변경 및 개조할 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (18)

  1. 물; 하소된 집섬(calcined gypsum); 폴리카르복실레이트 분산제; 및 상기 폴리카르복실레이트 분산제의 효능을 향상시키도록 화학적으로 배향된 적어도 하나의 개질제를 포함하는 집섬 슬러리.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개질제는 석회(lime), 소다회(soda ash), 카르보네이트, 실리케이트, 포스페이트, 포스포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 집섬 슬러리.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 개질제가 소다회인 집섬 슬러리.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 개질제는 상기 하소된 집섬의 건조 중량을 기준으로 약 0.15% 내지 약 0.25%의 농도로 존재하는 집섬 슬러리.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 비닐 반복단위 및 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 이들의 염 또는 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 반복단위를 포함하는 집섬 슬러리.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 약 5 내지 약 8의 전하 밀도비를 갖는 집섬 슬러리.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 상기 하소된 집섬의 건조 중량을 기준으로 약 0.05% 내지 약 0.5%의 양으로 존재하는 집섬 슬러리.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 물은 상기 하소된 집섬의 건조 중량을 기준으로 약 0.4 내지 약 0.8의 함량으로 존재하는 집섬 슬러리.
  9. 적어도 하나의 외장 재료(facing material); 제 1항의 수화된 집섬 슬러리를 포함하는 집섬 코어;를 포함하는 집섬 패널.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 개질제는 석회, 소다회, 카르보네이트, 실리케이트, 포스페이트, 시멘트 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 집섬 패널.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 개질제는 소다회인 집섬 패널.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 개질제는 상기 하소된 집섬의 건조 중량을 기준으로 약 0.05중량% 내지 약 0.25중량%의 농도로 존재하는 집섬 패널.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 폴리에테르 반복단위 및 아크릴산, 메타크릴산 및 말레산 반복단위의 적어도 하나를 포함하는 집섬 패널.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 약 5 내지 8의 전하 밀도 비를 갖는 집섬 패널.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 폴리카르복실레이트 분산제는 상기 하소된 집섬 건조 중량을 기준으로 약 0.05% 내지 약 0.5%의 양으로 존재하는 집섬 패널.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 물은 상기 하소된 집섬의 건조 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 0.6의 양으로 존재하는 집섬 패널.
  17. 폴리카르복실레이트 분산제의 효능을 향상시키도록 화학적으로 배향된 개질제를 선택하는 단계; 상기 개질제, 분산제, 물 및 하소된 집섬을 혼합하여 집섬 슬러리를 형성하는 단계;를 포함하는 폴리카르복실레이트 분산제를 포함하는 집섬 슬러리 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 개질제는 석회, 소다회, 카보네이트, 실리케이트, 포스페이트 및 시멘트로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법.
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