KR20100038365A - 저분진 건축용 패널의 제조 방법 - Google Patents

저분진 건축용 패널의 제조 방법 Download PDF

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주니어 살바토레 씨. 임모르디노
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

분진을 감소시키는 건축용 패널은 상온에서는 고체이나 녹으면 절단, 연마 또는 샌딩으로 구성된 그룹에서 선택된 조건 하에서 미립자의 응집 및 표면 흡착 중 적어도 어느 하나에 의해 복합체 입자를 형성하는 제진제(dedusting agent)를 선택함으로써 만들어진다. 제진제는 (1) 물 및 (2) 황산칼슘의 반수화물 및 시멘트로 구성된 그룹으로부터 선택된 수경성(hydraulic) 재료를 포함하는 슬러리를 제조하는데 사용된다. 슬러리가 만들어진 후, 외장 재료 위에 도포되어 패널로 형성된다. 그 다음, 건축용 패널은 경화된다. 건축용의 몇몇 실시예는 천연 또는 합성 왁스를 포함하는 제진제를 이용한다.

Description

저분진 건축용 패널의 제조 방법{METHOD OF MAKING A LOW-DUST BUILDING PANEL}
본 발명은 절단, 샌딩 또는 연마할 때 분진을 덜 발생시키는 건축용 패널의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 건축용 패널이 제조되면서 발생하는 분진 미립자들을 응집시키는 제진제(dedusting agent)를 포함하는 건축용 패널에 관한 것이다.
건축용 패널은 일반적으로 실내용 벽, 바닥 및 천정을 만들기 위한 건설업에서 사용된다. 석고 및 시멘트를 포함하는 수경성 재료는 물과 함께 결합되어 어떤 형태로 형성된 후, 경화된다. 패널은 많은 특정한 지역에서 사용되도록 매우 다양한 물성을 갖추어 제조된다. 주로 시멘트로 구성된 패널은 바닥 하층, 예를 들면 세라믹 바닥 타일로서 사용된다. 종래의 석고 패널은 인테리어 용도로서 벽 및 천정을 만들기 위하여 사용된다. 시멘트 또는 석고로 만들어진 특수 패널은 특정한 물성이 요구되는 지역에 사용된다. United States Gypsum Company(Chicago, IL)에 의해 제조된 DUROCK 시멘트 패널과 같은, 시멘트 보드(board)는 욕실의 샤워 베이스(shower base) 또는 세라믹 타일용 지지체로서 유용하다. 시멘트 보드는 곰팡이의 발생을 억제하며, 누수를 일으키는 물에 의해 손상되지 않는다. 석고 보드는 또한 심미적으로 만족스러운 표면이요구되는 욕실의 용도로 유용하다. United States Gypsum Company(Chicago, IL)에 의해 제조된 HUMITEK 또는 MOLD TOUGH 석고 패널과 같은 건축용 패널은 습기차거나 눅눅한 환경에서 사용되도록 내수성(water resistant) 및/또는 곰팡이 방지성을 갖고 있다.
이러한 건축용 패널은 둥근 톱, 웨트소(wet saw), 매트 나이프(mat knife) 및 이와 유사한 것과 같은, 쉽게 구할 수 있는 절삭 공구(cutting tool)에 의해 원하는 높이 및 길이로 쉽게 절단될 수 있기 때문에 건설업에 특히 바람직하다. 날카로운 가장자리를 없애거나, 꼭 맞춰지도록 적은 양의 석고를 제거할 필요가 있는 절단 가장자리는 또한 샌딩될 수 있다. 그러나, 패널이 절단되거나 샌딩될 때, 이수화물 결정(dihydrate crystal)이 연마되면서 많은 양의 분진이 형성된다. 석고 패널에 사용하려는 용도에서 조차, 고속 기계 공구를 사용하려는 추세가 증가하고 있다. 기체 또는 액체의 출구, 스위치 및 이와 유사한 것을 제조하기 위한 절삭은 ROTO ZIP® 절삭 공구와 같은 공구를 사용하면 빠르고 쉽게 이루어진다. 수공구(hand tool)를 이용하여 패널을 절삭하는 것에 비해 이러한 공구는 많은 양의 미세한 분진 입자를 만들어낸다.
공기로 운반되는 입자들은 더욱 문제가 많다. 석고 입자는 매우 미세하여 공기에 동반되어, 가라앉기 전에 먼 거리를 이동할 수 있다. 미세한 먼지는 닫힌 문 및 통풍관을 통과하여 건축되고 있는 집 또는 빌딩의 도처에 석고 분진을 종종 남긴다. 분진 입자들은 공기로 운반되는 반면, 일정한 공간에서 생활하거나 일하는 사람들에 의해 흡입되는 잠재력을 또한 가지고 있다. 당업자들은 오랜 시간동안 절단되거나 연마될 때 분진을 덜 생기게 하는 석고 제품들은 추구하여 왔다. 분진의 날림이 줄어들면 넓게 분포된 미세한 석고 분말을 치우는데 소요되는 시간을 상당히 줄어들 것이다.
화합물을 회칠하기 위한 제진제의 첨가는 미국특허 제6,673,144호에 기재되어 있다. 내부 결합제로서 폴리에틸렌 글리콜을 이용하는 분사가능한 회반죽(plaster)은 기계 가공될 때, 미세한 분진을 덜 만들어내는 것으로 미국특허 제6,355,099호에 기재되어 있다. 상기 문헌들은 복잡하고 고속 공정인 석고 패널의 제조 과정에서 제진제의 첨가에 관해 기재하지 않고 있다. 예상되지 못한 화학적 결합은 세팅 공정을 지연시키거나, 알려지지 않은 침전제에 의해 밸브를 막히게 하여 제조 공정을 느리게 하거나 멈추게 할 수 있다. 첨가제가 수화 반응 또는 다른 첨가제와의 반응에 관여되지 않는지 확인하기 위하여 조심스럽게 테스트되어야 한다.
본 발명은 상기의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 건축용 패널이 샌딩, 절단 또는 연마될 때 방출되는 공기로 운반되는 분진의 양을 감소시키는 개선된 건축용 패널을 제공한다.
본 발명의 분진을 감소시키는 건축용 패널은 상온에서는 고체이나 녹아서 절단, 연마 또는 샌딩으로 구성된 그룹에서 선택된 조건 하에서 미립자들이 응집 및 표면 흡착 중 적어도 어느 하나에 의해 복합체 입자를 형성하는 제진제를 선택함으로써 제조된다. (1) 물; 및 (2) 황산칼슘 반수화물 및 시멘트로 구성된 그룹으로부터 선택된 수경성 재료를 포함하는 슬러리를 만들기 위하여 제진제가 사용된다. 슬러리가 만들어진 후, 상기 슬러리는 외장 재료 위에 도포되어 패널로 형성된다. 그 다음 건축용 패널은 경화된다. 건축에 관한 몇몇 실시예는 제진제로서 천연 또는 합성 왁스를 포함하는 제진제를 사용한다.
분진 미립자들이 형성되면서 응집되어 작업장이 더욱 깨끗해지므로 건축용 패널의 일 실시예는 특히 유용하다. 공기로 운반되는 미립자에 의해 인스톨러(installer)의 시력이 손상되지 않는다. 공기에 수반되어 건축 현장 외의 지역으로 운반되는 분진의 양은 최소화된다.
게다가, 제진 첨가제(dedusting additive)는 발생하는 다른 화학 반응에 관여하지 않는다. 생산 라인을 늦추는 수화 반응의 어떠한 지연도 발견되지 않는다. 원하지 않는 화학적 반응은 또한 최소화되며, 게다가 생산을 증진시킨다.
본 출원은 2007년 06월 13일에 출원된 미국 가출원 제11/818,186호의 우선권 이익을 주장하며, 상기 출원의 내용들은 인용에 의하여 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
발명의 상세한 설명
분진을 감소시키는 건축용 패널을 제조하는 첫번째 단계는 제진제를 선택하는 것이다. 제진제는 상온에서 고체이나 녹으면 절단, 연마 또는 샌딩으로 구성된 그룹에서 선택된 조건 하에서 미립자를 응집시키는 것으로 선택된다. 절단, 샌딩 또는 연마의 조건 하에서, 마찰에 의해 발생하는 열은 마찰 부근의 건축용 패널을 데운다. 그 부근에 있는 제진제는 열에 의해 녹는다. 미립자들이 발생하면서, 미립자들은 공기 중에 분산되기 보다는 제진제의 액적의 표면에 달라붙어서 복합체 입자를 형성한다. 액적이 분진과 함께 무거워지거나, 절단, 연마 또는 샌딩 과정에 의해 부딪혀서 유리(loose)될 때, 액적은 가열된 표면으로부터 떨어져 나온다. 액적은 떨어져 나오면서 고체화되어, 액적은 고체화된 제진제 내의 분진 입자들을 잡고 있는다.
융점은 제진제를 선택할 때 고려되는 하나의 평가 기준이다. 최소 80℉(27℉)의 융점 온도는 제진제가 상온에서 고체인지를 확인하는데 사용되지만, 그러나, 주위 온도 또는 상온이 고려되어야 한다. 남부 미국에서 더운 여름 날에 건축된다면, 더 높은 온도에서 녹는 제진제가 바람직할 것이다. 그러한 경우에, 제진제에 대하여 최소 90℉(32℃) 또는 심지어 100℉(38℃)의 융점이 유용하다. 융점은 또한 미립자가 형성되는 조건 하에서 제진제가 녹을 정도로 충분히 낮아야 한다. 고속(high speed) 공구의 사용은 마찰을 발생시키고 기계 가공되는 부위의 온도를 높인다. 몇몇 실시예에서, 150℉(66℃)의 융점을 갖는 제진제가 적합하다. 몇몇 실시예들에서 제진제의 융점의 범위는 90℉(32℃) 내지 약 150℉(66℃)이다. 몇몇 실시예들은 약 90℉(32℃) 내지 약 120℉(49℃), 또는 약 100℉(38℃) 내지 약 150℉(66℃)의 융점을 갖는 제진제를 사용한다. 매우 센 마찰이 발생되는 곳에서는, 150℉(66℃)를 초과하는 융점을 갖는 제진제의 선택이 고려된다.
제진제는 자신에 대한 친화력을 가지면서도 한편으로는, 미세한 분진 입자의 표면에 흡착되는 경향이 있는 불활성이고, 비반응성이며, 쉽게 분산되는 첨가제이다. 바람직한 제진제는 상온에서 고체이고, 절단 조건 하에서 녹으며, 그 후 절단된 부분이 패널로부터 떨어져 나가면서 제진제가 응집하고 분진 미립자와 결합하여 복합체 입자로 재결정화되는 것이다.
하나 이상의 제진제는 슬러리 워터(slurry water)가 첨가되기 전 또는 후에 석고에 첨가된다. 적합한 제진제는 파라핀 왁스 및 폴리에틸렌 글리콜과 같은 합성 왁스를 포함한다. 바람직하게, 제진제는 고분자량 무정형 폴리에틸렌 글리콜 분말이다. 상온보다 약간 높은 융점을 가진 폴리에틸렌 글리콜은 수많은 이유에서 본 발명과 함께 바람직하게 사용된다. 이러한 물질은 그들의 분자량과 직접적으로 관련된 상 변화 특성을 갖는다. 고분자량 폴리에틸렌 글리콜이 고체로 존재하는 반면 저분자량 폴리에틸렌 글리콜은 상온에서 액체로 존재한다. 액체 형태 뿐만 아니라, 고체 형태는 건식 조성물의 제조를 위한 용도로 적합하다. 저분자량 형태는 분진 미립자의 표면에 흡착할 수 있어서 그 결과 서로 달라붙게 된다. 고분자량 형태는 고체에서 액체로 상 변화를 통해서 분진 미립자로부터 복합체 입자를 형성하기 위하여 표면 흡착, 기계적 응집 또는 이들 모두를 이용할 수 있다. 분자량은 또한 용해도에 영향을 미친다. 고분자량 폴리에틸렌 글리콜은 저분자량 폴리에틸렌 글리콜보다 더 낮은 용해성을 갖는다. 더 낮은 용해성을 갖는 고체 형태는, 증발을 통한 물의 이동에 의한 수송의 결과로서 농도 구배가 건조해 지는데 덜 민감하다. 폴리에틸렌 글리콜("PEG")은, 또한 관용명인 폴리에틸렌 산화물 또는 그의 IUPAC 이름인 폴리옥시-1-에틸렌으로 불리며, 상업적으로 유용하며 많이 알려진 종래의 고분자 중합 반응(polymerization) 기법에 의해 또한 제조될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 2,000 달톤(Dalton) 내지 약 8,000 달톤의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 분말은 수많은 건축용 재료에 우수한 제진성을 제공하기 위하여 사용된다. 비-분말 형태의 폴리에틸렌 글리콜의 사용이 또한 고려된다. 그러나, 분자량이 감소하면서, 폴리에틸렌 글리콜을 분말 형태로 제조하기가 더욱 어려워진다.
바람직한 PEG는 건식 혼합물에 편리하게 첨가되는 건식 분말의 형태로 존재한다. 건식 혼합물은 수경성 성분의 중량 대비 최대 13 중량 퍼센트, 더욱 바람직하게 대략 0.1 내지 8 중량 퍼센트, 그리고 가장 바람직하게 0.5 내지 6 중량 퍼센트의 PEG를 포함한다. 무정형 폴리에틸렌 글리콜 분말은 Dow Chemical Company of Midland, Michigan의 상표명 CARBOWAX® 또는 Clariant Corporation of Mount Holly, North Carolina의 폴리글리콜로 이용가능하다. 석고 제품에서, 만족스러운 분진 대조군을 제공하기 위하여 최소량의 PEG가 바람직하게 사용된다. PEG는 석고 제품의 건조 시간을 증가시키는 것으로 보여지며, 따라서 건조의 특정한 수준을 얻기 위하여 건조 킬른(drying kiln)에서의 추가적인 시간이 요구된다. 공정이 느려지는 것은 잔재된 물의 증발과 함께 일어날 뿐이고, 수화(hydration)와 함께 일어나는 것이 아니므로 경화 시간(set time)은 공정이 느려지는 것에 영향을 주지 않는다.
다분지되고(highly branched), 수분 재분산성(water redispersable)이며 유동성인 폴리머, 즉, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜은, 폴리에틸렌 글리콜 폴리머 대신 내부 결합제로서 또한 사용될 수 있다. T-PEGS(테트라히드로퓨란 폴리에틸렌 글리콜)이 또한 고려되거나, 본 발명의 조성물에서 사용된다. 본 발명의 조성물에서, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 폴리머의 바람직한 분자량은 2,000 내지 5,000 사이다.
몇몇 실시예에서, 물에 제진제를 미리 분산시키는 것이 바람직하다. 몇몇 제진제는 젖지(wet) 않아서 분산되는데 시간이 걸린다. 선택적으로, 제진제는 물에 첨가되기 전에 녹여지거나, 제진제의 분산을 돕기 위하여 물이 데워진다. 미리 분산된 제진제를 준비하면, 특히 혼합기에서의 체류 시간이 초 단위 정도인 고속 제조 라인에서 제진제를 더욱 균일하게 분산킬 수 있다.
다른 방법으로는, PEG는 경화되기 전에 석고 슬러리에 알콕시 치환된 알킬렌 산화물을 첨가함으로써 in situ 방식으로 형성된다. 산화물은 산 촉매의 존재 하에서 물과 반응한다. 고분자 중합 반응에 대한 제한이 없기 때문에, 넓은 범위의 PEG 분자량이 형성될 수 있다. 이러한 점은 어떠한 PEG가 가장 효과적인지 정확하게 알려지지 않았기 때문에 유익하다. 시멘트 백킹 보드(backing board)와 같은, 더 단단한 기판은 더 단단하고 더 큰 분자량의 PEG를 가질수록 유익할 것이다. 더 단단한 기판은 더 높은 온도에서 부드러워지는 더 단단한 PEG를 요구한다. PEG를 사용하는 콘크리트 패널에 관한 실시예에서, PEG의 분자량은 20,000 달톤을 넘는다. 더 부드러운 기판은 더 낮은 온도에서 미립자를 형성할 것이며 따라서, 이러한 물질들을 응집시키기 위한 더 낮은 분자량의 PEG를 사용해야 한다.
파라핀, 밀랍, 밀랍 야자(palm wax) 또는 소이 왁스(soy wax)와 같은, 천연 왁스가 상온에서 고체이나, 마찰이 가해지면 부드러워지거나 액체화되는데 적합한 융점 특성을 갖는 한, 제진제로서 또한 유용하다. 절단, 샌딩 또는 연마되는 동안과 같은, 마찰에 의해 발생되는 분진은 부드러운 상태로 있는 동안에 왁스에 의해 응집된다. 응집된 왁스는 제조 공정에 있는 제품(workpiece)으로부터 떨어져 나갈 때, 분진 입자와 함께 재결정화되기 때문에, 분진 제거를 상당히 더 간단하게 만든다. PEG로 설명한 바와 같이, 더 큰 분자량의 왁스 및/또는 오일은 선택적으로 더 단단한 시멘트 패널과 함께 사용된다. 바람직한 천연 왁스는 C18 내지 C29 파라핀을 포함한다. 고속 절삭 공구를 사용하거나 손에 들고 사용하는 안전 칼(hand held safety blade)의 사용을 통하여 나타나는 것과 같은, 다양한 서로 다른 절삭 행위 하에서 분진 미립자를 응집시킬 수 있는 평균 융점을 얻기 위하여 왁스는 혼합될 수 있다.
수경성 재료는 수화물을 형성하기 위하여 미네랄과 함께 화학적으로 결합하는 물의 혼합물에 의해 단단한 제품으로 경화되는 미네랄이다. 치장 회반죽(stucco)은 황산칼슘 반수화물로 이루어지며, 그것은 잠시 후에 황산칼슘 이화물(dihydrate)로 수화된다. SHEETROCK® 브랜드 석고 패널(United States Gypsum Company, Chicago, IL)은 치장 회반죽(stucco)계 건축용 패널의 예이다. 시멘트의 실리케이트 화합물은 수화되는데 더 오랜 시간이 걸린다. 이것은 석고에 비해 시멘트의 경화 시간이 더 길다는 것을 설명한다. 시멘트로 만들어진 건축용 패널의 예는 DUROCK® 브랜드 시멘트 보드(United States Gypsum Company, Chicago, IL)이다. 라임 및 비산회(fly ash)를 포함하는, 포졸란(pozzolan)은 수경성 재료의 또다른 예이다. 수경성 재료의 혼합물로 만들어진 건축용 패널이 또한 고려된다.
본 발명의 일 실시예에서, 치장 회반죽(stucco) 또는 황산칼슘 반수화물은 석고 패널을 제조하기 위하여 사용된다. 석고 패널은, 인용에 의해 본원에 통합되는, 미국특허 제6,893,752호에서 제조된다. 치장 회반죽(stucco)의 두 가지 형태가 흔히 사용될 수 있다. 알파 형태는 압력 하에서 랜드플라스터(landplaster)를 소성함으로써 제조된다. 그것은 쉽게 흐르는 바늘 모양의 형태이다. 베타 형태는 바늘 형태의 결정을 생성한다. 이러한 형태는 덜 비싸지만, 흐름성을 위하여 더 많은 물을 요구한다. 두 가지 형태 중 어느 하나, 또는 두 가지 형태의 혼합물은 벽판(wallboard) 패널에 사용되지만, 베타-소성된 황산칼슘은 합리적인 가격 및 용이한 이용가능성 때문에 더욱 흔하게 사용된다. 황산칼슘 반수화물이 물에 혼합되면, 이수화물 형태로 전환되어 이수화물 결정이 서로 연결된 매트릭스를 형성한다. 수화작용(hydration)의 물이 흡착되면, 슬러리는 경화되고 딱딱해져서 제품이 완성된다.
물은 수경성 재료로부터 유동성(flowable) 슬러리를 제조하는데 유용한 양으로 존재한다. 적당한 양의 물은 수경성 재료를 모두 수화하는데 필요한 양을 초과한다. 선택된 수경성 재료 및 제품이 사용될 분야, 첨가제의 양 및 타입, 그리고 치장 회반죽(stucco)의 알파 형태가 사용되는지 아니면 베타 형태가 사용되는지에 따라, 정확한 양의 물이, 적어도 부분적으로나마 결정된다. 바람직한 비율은 건식 수경성 재료의 중량 대비 물의 중량에 기초하여 계산된다. 바람직한 비율은 약 0.6:1 내지 약 1:1이다.
코어는 제진제 및 치장 회반죽(stucco)을 포함하는 슬러리로부터 외장 재료에 인접하여 형성된다. 슬러리에 제진제를 첨가하면 슬러리 전체에 분산되어 결정 매트릭스를 형성한다. 적당한 제진제는 상온에서 결정 매트릭스 내에서 고체로 존재하지만, 마찰이 적용되어 일부의 건축용 패널의 온도가 부분적으로 상승되면 액체화되거나 끈적끈적해 진다.
슬러리는 건식 성분 및 습식 성분을 함께 혼합함으로써 형성된다. 슬러리의 건식 성분, 소성된 석고 및 건식 첨가제는, 혼합기에 들어가기 전에 함께 혼합된다. 물이 직접적으로 측정되어 혼합기로 부어진다. 액체 첨가제가 물에 첨가되고, 혼합기는 이들을 혼합하기 위하여 짧은 시간 동안 작동된다. 건식 성분이 혼합기 내의 액체속으로 혼합되고, 건식 성분이 축축해질 때까지 혼합된다.
외장 재료(facing material)는 건축용 패널의 적어도 한쪽 면에 선택적으로 존재한다. 건축용 패널에 복수 개의 옆면(side) 또는 면(face)이 있더라도, 모든 면이 외장 재료로 칠해질 필요는 없다. 몇몇 상황에서, 하나 이상의 옆면은 선택적으로 칠해지지 않은 채로 존재한다. 본 발명의 일 실시예는 오직 한쪽 면에만 외장된 시멘트 패널이다. 또 다른 실시예는 최소 2개의 면을 가지고 있고 상기 2개의 면 위에 2개의 외장 재료를 가진 석고 패널이다. 하나 이상의 면이 외장 재료로 칠해질 때, 어느 한쪽 면 위의 외장 재료는 어느 다른 면 위에 칠해진 외장 재료와 선택적으로 같거나 다르다.
알려진 어떠한 외장 재료라도 건축용 패널을 칠하기 위하여 사용될 수 있다. 종이, 펄프 또는 전분을 포함하는 외장 재료가 가장 흔하다. 압축된 종이는 용이한 입수가능성 및 저렴한 가격 때문에 석고 패널용 외장 재료로서 바람직하다. 외장 종이(facing paper)는 선택적으로 표백되거나 표백되지 않는다. 종이는 하나 이상의 층(layer) 또는 겹(ply)을 포함한다. 여러 겹이 사용될 때, 하나 이상의 관점에서 하나 이상의 겹은 서로 다른 것이 적합하다고 생각된다. 부드럽고 표백된 종이는 페인팅 또는 장식용 석고 패널의 한쪽 옆면에 좋은 표면을 종종 제공한다. 장식되어야 하는 면의 반대쪽의 석고 패널의 면은 보이지 않는 기판 쪽에 위치한다. 상기 면은 표백되지 않은 종이 표면으로 종종 덮여진다.
소리를 흡수하기 위한 패널이 사용되는 곳에서, 외장 재료는 선택적으로 방음용 투과성 외장이다. 이러한 재료는 소리를 반사하여 소리의 근원지로 되돌려보내기 보다는 소리를 상기 재료를 통하여 통과시킨다. 방음용 투과성 외장의 예는 짜여진 글라스 스크림(glass scrim) 또는 핑거글라스(fingerglass)이다. 소리는 유리 섬유(fiber of glass) 사이를 통과한다. 종이에 구멍이 뚫어져서, 음파가 통과될 수 있는 구멍이 생기지 않는 한, 종이는 일반적으로 방음용 반사 재료이다.
종이 외에 또다른 외장 재료 역시 본 발명에서 사용될 수 있다. 외장 재료는 또한 플라스틱, 섬유, 직물 또는 부직포로 이루어진다. 시멘트 패널은 강도를 위하여 플라스틱 스크림으로 종종 외장된다. 유리 섬유 또는 다른 섬유는 상기 타입의 패널에서 외장 재료로 또한 알려져 있다. 시멘트 패널이 제조될 때, 외장 재료는 일반적으로 한쪽 면 위에 사용된다. 바람직하게, 외장은 한쪽 면에만 놓여지는 천연 재료 또는 플라스틱 재료로 이루어지는 스크림이다. 그러나, 콘크리트 패널 위에서는 둘 이상의 외장이 사용될 수 있다.
그 다음, 슬러리는 혼합되어 균질한 슬러리를 형성한다. 보통, 수성 거품(aqueous foam)은 결과적으로 생기는 코어 재료의 밀도를 조절하기 위하여 슬러리에 혼합된다. 그러한 수성 거품(aqueous foam)은 결과적으로 생기는 거품(foam)을 슬러리로 도입하기 전에 적당한 기포제, 물 및 공기를 고속 전단 혼합(high shear mixing)함으로써 일반적으로 형성된다. 거품(foam)은 혼합기에 있는 슬러리로 삽입되거나, 바람직하게 거품이 방전관(discharge conduit)에 있는 혼합기를 빠져나가면서 슬러리로 삽입될 수 있다. 인용에 의해 본 발명에 통합되는, 미국특허 제5,683,635호를 예시적으로 참조한다. 석고 보드 플랜트에서, 결과적으로 생기는 슬러리가 계속 혼합기로부터 방전되고, 혼합기에서 30초 미만의 평균 체류 시간을 갖더라도, 고체 및 액체는 빈번하게 혼합기에 계속 첨가된다.
하나 이상의 출구를 통해 혼합기로부터 방전관을 통해 슬러리가 계속적으로 배출되고 외장 재료를 이동시키는 이동 컨베이어(moving conveyer) 위에 위치되면 패널로 형성된다. 또다른 종이 덮개판(paper cover sheet)은 선택적으로 슬러리의 맨 위에 올려져서, 결과적으로 형성되는 석고 패널의 외장이 되는 2 개의 이동 덮개판 사이에 슬러리가 끼워진다(sandwiched). 결과적으로 생기는 보드의 두께는 포밍롤(foaming roll)에 의해 조절되며, 보드의 가장자리는 종이가 겹쳐지는 가장자리에 연속적으로 선을 긋고, 접고 붙이는 적당한 기계적 장치에 의해 형성된다. 추가적인 가이드(guide)는 경화(setting) 슬러리가 이동 벨트 위에서 이동하면서 두께 및 폭을 유지한다. 모양이 유지되는 동안, 하소된 석고는 약간의 물과 반응하여 석고 결정의 서로 연결된 매트릭스를 경화하고 형성하는데 충분한 조건(예를 들면, 약 120℉(49℃) 미만의 온도)하에서 유지된다. 그 다음 보드 패널은 절단되고, 다듬어진 후 경화된 매트릭스를 건조하기 위하여 킬른(kiln)으로 보내지지만, 보드는 여전히 어느 정도 젖어 있다.
본 발명의 또다른 실시예는 시멘트 보드 또는 시멘트 패널에 관한 것이다. 시멘트 패널의 예 및 그것을 제조하는 방법은, 인용에 의해 본 발명에 통합되는 미국특허 제5,030,502호에 제시되어 있다. 포틀랜드 시멘트가 바람직한 시멘트이다. 다른 적당한 시멘트는 인산염 시멘트 및 수경성 시멘트이다.
시멘트계 건축용 재료에 있어서, 제진제는 제품의 기계 가공, 절단 또는 연마에 의해 발생되는 온도에서 녹는 것으로 또한 선택된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 분진 미립자가 형성된 후 서로 응집되어, 빨리 가라앉고 공기에 의해 덜 운반되는 동안 녹는 제진제가 선택된다.
건식 성분은 서로 결합된다. 제진제 및 급결제(set accelerator)와 같은, 고체 형태의 첨가제는, 시멘트와 결합하고 혼합기에 들어가기 전에 응집된다. 건식 재료가 혼합기로 들어간 후에, 물과 다른 액체는 균일한 슬러리가 얻어질 때까지 혼합되는 혼합기로 첨가된다. 슬러리는 스크림과 같은 외장 재료 위에 위치시킨다.
시멘트계 패널은 다양한 방법에 의해 패널로 형성된다. 몇몇 실시예는 패널을 주형에 넣고 취급할 수 있을 정도로 충분히 굳을 때까지 주형 속에서 경화시킨다. 다른 실시예에서, 슬러리를 준비된 폼(form) 속에 위치시켜서 패널을 in situ 방식으로 경화시킨다. 이러한 경우에, 패널은 그 폼(form)에 의해 성형된다. 시멘트가 경화된 후에, 폼(form)은 제거되고 건축용 패널이 그 자리에 남게 된다. 패널을 형성하는 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 첨가제는 최종 제품의 하나 이상의 물성을 변형하기 위하여 슬러리 내에 포함된다. 농도는 완성된 보드 패널의 1000 제곱 피트("MSF")로 표시된다. 수많은 첨가제들이 석고 슬러리에 통상적으로 사용된다. 전분 또는 소포제(defoamer)는 밀도를 증가시키고 제품을 튼튼하게 하기 위하여 약 6 내지 약 20 lbs./MSF(29 내지 약 97 g/m2)으로 사용된다. 경화 지연제(set retarder)(최대 약 2 lb./MSF)(최대 약 9.7g/m2) 또는 급결제(set accelerator)(최대 약 35 lb./MSF)(최대 170 g/m2)는 수화 반응이 일어나는 속도를 바꾸기 위하여 첨가된다. "CSA"는 5% 당(sugar)으로 공연마된(co-ground) 95% 황산칼슘 이수화물을 포함하는 급결제(set accelerator)이며 당을 캬라멜화하기 위하여 250℉(121℃)까지 가열된다. CSA는 USG Corporation, Southard, OK Plant로부터 입수가능하며, 인용에 의해 본 발명에 통합되는 미국특허 제3,573,947호에 따라서 제조된다. 유리 섬유는 선택적으로 최소 9 lb./MSF(최소 43 g/m2)로 슬러리에 첨가된다. 종이 섬유의 최대 15 lb./MSF(최대 73 g/m2)가 슬러리에 또한 첨가된다. 분산제 또는 계면활성제는 슬러리의 점도 또는 표면 물성을 바꾸는 통상적인 첨가제이다. 나프탈렌술폰산은, Geo Specialty Chemicals, Cleveland, OH의 DILOFLOW®와 같은, 바람직한 분산제이다. 바람직하게, 분산제는 최대 16 lb./MSF(최대 78 g/m2)로 코어 슬러리에 첨가된다. 이하에서 더욱 상세하게 논의될, 왁스 에멀젼은 완성된 석고 보드 패널의 내수성을 개선하기 위하여 최대 20 gal./MSF(0.8 l/m2)로 석고 슬러리에 첨가된다. 피리티온 염은 다른 보존제에 첨가되어 유용하다. 피리티온 염이 다른 첨가제와 함께 사용될 때 알려진 부작용은 없다. 따라서 피리티온 염이 경화 석고 코어의 다른 물성을 바꾸기 위하여 석고 코어 슬러리에 첨가되는 첨가제와 결합될 때, 피리티온 염이 유용한 것으로 생각된다.
PEG가 거품 및 계면활성제와 조합하여 첨가될 때 조심스럽게 사용될 필요가 있다. 몇몇 계면활성제는 PEG의 존재하에서 안정하고 아주 미세한 거품(microfoam)을 형성한다. 상기 아주 미세한 거품은 쉽게 분산되지 않고, 일단 형성되면 PEG의 장점은 더이상 유용하지 않다. 이러한 타입의 아주 미세한 거품을 형성하는 것으로 알려진 계면활성제는 도데실벤조산 계면활성제를 포함한다.
더 가벼운 중량을 제공하기 위하여 경화 석고를 포함하는 제품에 빈 공간(void)을 만드는 기포제를 사용하는 본 발명의 실시예에서, 기포 경화 석고(foamed set gypsum) 제품을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 종래의 어떠한 기포제라도 사용될 수 있다. 그러한 다수의 기포제는 잘 알려져 있고 상업적으로 용이하게 이용가능하며, GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA. Foams를 예로 들 수 있다. 거품 및 기포 석고 제품을 제조하기 위한 바람직한 방법은, 인용에 의해 본원에 통합되는 미국특허 제5,683,635호에 제시되어 있다.
충전제(filler)는 본 발명의 몇몇 실시예에서의 사용될 수 있다. 팽창 펄라이트(expanded perlite)와 같은, 경량 골재(lightweight aggregate)는, 건축용 패널 제품의 밀도를 감소시키기 위하여 치장 회반죽(stucco)에 선택적으로 첨가된다. 페블(pebble) 또는 모래와 같은, 골재는 시멘트를 포함하는 실시예에 또한 첨가된다. 유리 비드, 플라스틱 비드 또는 플라스틱 섬유 및 유기 또는 무기 섬유는 사용가능한 추가적 섬유의 예이다. 충전제의 양은 선택된 건식 수경성 재료의 타입 및 양에 따라서 선택된다. 충전재의 양은 수경성 성분의 건식 중량 대비 약 20% 내지 약 200%의 범위에 있을 수 있다.
트리메타인산염 화합물은 제품의 강도를 증진시키고 경화 석고의 늘어짐 저항성(sag resistence)을 개선시키는 몇몇 실시예에서 석고 슬러리에 첨가된다. 바람직하게 트리메타인산염 화합물의 농도는 소성된 석고의 중량 대비 약 0.1% 내지 약 2.0%이다. 트리메타인산염 화합물을 포함하는 석고 조성물은, 인용에 의해 본 발명에 통합되는 미국특허 제6,342,284호에 제시되어 있다. 예시적인 트리메타인산염은, Astaris, LLC., St. Louis, MO로부터 이용가능한 것과 같은, 트리메타인산의 소듐, 칼륨 또는 리튬 염을 포함한다. 트리메타인산염 화합물은 제품의 강도를 증진시키고 경화 석고의 늘어짐 저항성(sag resistence)을 개선시키는 몇몇 실시예에서 석고 슬러리에 첨가된다. 바람직하게 트리메타인산염 화합물의 농도는 소성된 석고의 중량 대비 약 0.1% 내지 약 2.0%이다. 트리메타인산염 화합물을 포함하는 석고 조성물은, 인용에 의해 본 발명에 통합되는 미국특허 제6,342,284호에 제시되어 있다. 예시적인 트리메타인산염은, Astaris, LLC., St. Louis, MO로부터 이용가능한 것과 같은, 트리메타인산의 소듐, 칼륨 또는 리튬 염을 포함한다.
게다가, 석고 조성물은 미리 젤라틴화된 전분 또는 산-개질된 전분과 같은, 전분을 선택적으로 포함할 수 있다. 미리 젤라틴화된 전분의 포함은 경화되고 건조된 석고 캐스팅의 강도를 증가시키고 증가된 수분(예를 들면, 소성된 석고에 대한 물의 상승된 비율에 대하여)의 조건하에서 종이 박리현상(delamination)의 위험을 최소화하거나 예방한다. 당업자는, 예를 들면, 최소 약 185℉(85℃)의 온도에서 물 속의 원료 전분을 가열하는 것과 같은, 원료 전분을 미리 젤라틴화하는 방법, 또는 다른 방법을 식별할 것이다. 미리젤라틴화된 전분의 적당한 예는, 그러나 이에 한정하지 않는, Lauhoff Grain Company로부터 상업적으로 이용가능한 PCF 1000 전분, Archer Daniels Midland Company로부터 상업적으로 이용가능한, AMERIKOR 818 및 HQM PREGEL을 포함한다. 만약 포함된다면, 미리 젤라틴화된 전분은 적당한 양으로 존재한다. 예를 들면, 만약 포함된다면, 미리 젤라틴화된 전분은 경화 석고 조성물의 약 0.5중량% 내지 약 10중량%의 양으로 존재하는 경화 석고 조성물을 형성하기 위하여 사용되는 혼합물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 몇몇 석고 실시예는 곰팡이 발생을 감소시키는 살생물제(biocide)를 포함한다. 붕산 및 피리티온의 염을 포함하는, 알려진 살생물제(biocide)는 수분이 존재하는 조건하에서 곰팡이 발생을 억제하기 위하여 첨가된다. 바람직하게 살생물제(biocide)는 치장 회반죽(stucco) 백만 중량부 당 살생물제(biocide) 100 중량부의 양으로 슬러리에 첨가된다. 일실시예는 석고 패널의 살생물제(biocide)로서 소듐 피리티온을 사용한다.
코어가 시멘트계 조성물로 만들어질 때, 수많은 첨가제는 건축용 패널의 특정한 응용에 따라서 선택적으로 첨가된다. 이러한 첨가제는 급결제(set accelerator), 경화 지연제(set retarder), 증점제(thickener), 색소제(coloring agent), 보존제(preservative) 및 다른 첨가제를 업계에 알려진 양으로 포함할 수 있다. 적당한 농도뿐만 아니라, 특정한 목적을 위한 첨가제는, 당업자에게 잘 알려져 있다. 색소(pigment), 염료 또는 착색제(stain)와 같은, 색소제(coloring agent)는, 특히 바닥용 첨가제로서 또한 유용하다. 알려진 어떠한 색소제라도 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 이산화 티타늄은 조성물을 하얗게 만드는데 특히 유용하다. 색소제는 상기 타입의 조성물에 대해 종래에 사용된 양으로 사용되고 종래에 사용된 방법에 의해 첨가된다.
제진제를 포함하는 석고 또는 시멘트 패널의 특정한 실시예가 보여지고 설명되는 반면, 더 넓은 관점에서 본 발명으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 변화 및 변형이 더 이루어질 수 있고 이하의 청구항과 같이 나타낼 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 상온에서는 고체이나 녹아서 기계 가공, 절단, 연마 또는 샌딩으로 구성된 그룹에서 선택된 조건 하에서 미립자들이 응집 및 표면 흡착 중 적어도 어느 하나에 의해 복합체 입자를 형성하는 제진제를 선택하는 단계;
    (1) 물; (2) 제진제; 및 (3) 황산칼슘 반수화물 및 시멘트로 구성된 그룹으로부터 선택된 수경성(hydraulic) 재료를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계;
    외장 재료 위에 상기 슬러리를 도포하는 단계;
    상기 슬러리를 패널로 형성하는 단계; 및
    상기 슬러리를 경화시키는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 분진을 감소시키는 건축용 패널의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외장 재료는 종이, 유리 섬유 및 스크림(scrim)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리가 외장 재료 사이에 끼워지도록 상기 슬러리 위에 제 2 외장 재료를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 패널 형성 단계는 캐스팅(casting) 또는 스크리딩(screeding) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 제진제를 in situ 방식으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제진제 형성 단계는 알콕시-치환된 알킬렌 산화물을 물에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제진제 선택 단계는 제진제 및 천연 왁스로 구성된 그룹으로부터 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제진제는 프로필렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제진제 선택 단계는 약 80℉ 내지 약 150℉의 융점을 갖는 제진제를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제진제 선택 단계는 약 90℉ 내지 약 120℉의 융점을 갖는 제진제를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 제진제 선택 단계는 약 1,000 내지 약 20,000 달톤(Dalton)의 분자량을 갖는 제진제를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 도포 단계 이전에 슬러리에 거품을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 강도 강화제(strength enhancing agent), 경화 시간 조절제(set time modifier), 결합제, 충전제 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 첨가제를 슬러리에 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 패널 형성 단계는 슬러리를 석고 패널로 형성하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 패널 형성 단계는 슬러리를 시멘트 보드로 형성하는 것을 특징으로 하는 건축용 패널의 제조 방법.
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