KR20140008381A - 석고 기재 슬러리, 발포 석고 보드 및 발포 석고 보드의 제조 방법 - Google Patents

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스리다르 고팔크리쉬난 아이어
리차드 제이. 로마네크
일라이 스타브
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Abstract

석고 보드 제조용 슬러리는 소석고, 물, 발포제 및 유착제를 포함한다. 발포제는 슬러리에 다수의 기포를 부여한다. 전형적으로, 포말을 발포제로써 미리 생성하고, 포말을 이용해서 슬러리를 형성함으로써 포말이 슬러리에 다수의 기포를 부여한다. 유착제는 포말에 의해 부여된 다수의 기포를 유착시킨다. 전형적으로, 유착제는 포말에 의해 부여된 다수의 작고 부분적으로 접합된 기포를 유착시켜서 더 크고 더 이산된 기포를 생성한다. 또한, 석고 보드 및 슬러리 형성 방법 및 석고 보드 형성 방법도 게재된다. 석고 보드는 슬러리로부터 형성된 석고 층을 포함한다. 석고 층은 슬러리의 포말 및 유착제에 의해 부여되어 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정한다.

Description

석고 기재 슬러리, 발포 석고 보드 및 발포 석고 보드의 제조 방법 {GYPSUM BASED SLURRIES, FOAMED GYPSUM BOARDS AND METHODS FOR PRODUCING FOAMED GYPSUM BOARDS}
관련 출원 상호 참조
본 출원은 2011년 2월 23일에 출원된 미국 특허 가출원 61/445,946의 우선권을 주장하고, 이 가출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
발명의 분야
일반적으로, 본 발명은 슬러리 및 슬러리로부터 형성된 석고 보드, 보다 특히, 물, 발포제 및 유착제를 포함하는 슬러리, 슬러리로부터 형성된 석고 보드, 및 슬러리 형성 방법 및 석고 보드 형성 방법에 관한 것이다.
관련 기술에 대한 설명
석고 보드는 2개의 커버 시트 또는 페이서(facer)(전면/배면)와 시트 사이에 삽입된 석고 층 (또는 석고 코어)으로부터 제조된 복합재이다. 페이서의 물리적 특성, 페이서/석고 보드 코어 결합, 및 석고 코어의 강도 모두가 석고 보드의 물리적 특성에 영향을 미친다.
통상적인 석고 코어는 약 60 부피% 내지 80 부피%의 공기를 함유하고, 이것은 석고 코어 형성에 이용되는 성분 및 석고 코어 제조 동안에 형성되는 포말의 양 및 구조에 부분적으로 의존한다. 석고 코어는 슬러리로부터 형성되고, 이것은 발포되고, 예를 들어 슬러리가 제조될 때 슬러리에 포말을 도입함으로써 공기가 연행된다. 포말이 미리 생성되어 슬러리에 연속 공급되어서 슬러리와 균질하게 혼합된다. 포말은 전형적으로 포말 생성기에서 발포제, 발포용 물 및 공기를 이용함으로써 미리 생성시킨다. 석고 코어에서의 공기 기포의 크기 및 분포는 석고 보드 강도 (예를 들어, 못 뽑기) 및 페이서와 석고 코어 사이의 결합에 영향을 미친다. 공기 기포는 크기, 모양, 및 석고 코어 내에서의 분포가 다양할 수 있다. 공기 기포 사이에 남아 있는 석고 코어는 공기 기포 사이에서 고체 매트릭스를 형성하는 석고 결정을 포함한다. 전형적으로, 기포 사이의 고체 매트릭스가 넓을수록 석고 코어가 더 강하다. 고체 매트릭스는 일반적으로 석고 결정 및 보다 적게는, 전분으로부터 제조된다. 보드를 생성할 때, 석고 보드의 강도를 유지하면서 석고 보드의 중량을 감소시키는 것이 균형을 이루기 어렵다는 것을 인식할 것이다.
최근, 석고 산업은 석고 코어에서 더 바람직한 공기 기포 분포를 달성하려고 시도해왔다. 석고 코어 제조 동안에 슬러리에 첨가되는 덜 안정한 포말을 생성시키기 위해 발포제의 화학을 변화시키는 것에 대부분의 노력을 기울였다. 일반적으로, 안정한 발포제로부터 생성된 포말에 비해, 덜 안정한 발포제는 저절로 포말을 생성시킬 것이고, 이 포말은 더 많이 유착할 것이다. 이 결과로 일반적으로 석고 코어에 더 크고 더 이산된 공기 기포가 존재한다. 발포제 분자 중의 에톡시 기의 양을 감소시키고 (심지어, 0 개의 에톡시 기로까지) 그의 사슬 길이를 변화시키고 선형 구조와 분지형 구조를 변경함으로써 포말 안정성을 감소시키는 데에 대부분의 노력을 집중하였다.
불행하게도, 석고 코어에서 요망되는 포말 구조를 달성하기 위해 안정한 발포제를 덜 안정한 발포제로 변화시키는 것은 많은 공정 변경을 요구한다. 이들 변경은 숙련된 인원을 요구하고, 공정 문제를 일으킬 수 있고 석고 보드 제조 동안에 손실을 야기할 수 있다. 생성물마다 발포제를 변화시키는 것은 제조 공정을 복잡하게 하고, 발포제의 부하율 변화를 요구할 수 있다.
이러해서, 석고 보드를 제조하기 위한 개선된 슬러리를 제공할 기회가 남아 있다. 추가로, 개선된 석고 보드를 제공하고 슬러리 및 석고 보드를 제조하는 개선된 방법을 제공할 기회가 남아 있다.
발명의 개요 및 이점
본 발명은 석고 보드 제조용 슬러리를 제공한다. 슬러리는 소석고, 물, 발포제 및 유착제를 포함한다. 발포제는 슬러리 내에 다수의 기포를 부여한다. 유착제는 발포제에 의해 부여된 다수의 기포를 유착시킨다. 또한, 석고 보드, 및 슬러리 형성 방법 및 석고 보드 형성 방법도 제공된다. 석고 보드는 슬러리로부터 형성된 석고 층을 포함한다. 석고 층은 슬러리의 발포제 및 유착제에 의해 부여되어 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정한다.
유착제는 발포된 슬러리를 슬러리가 의가소성 상태 (또한, 슬러리의 강성화로 불릴 수 있음)로 경화되기 전에 부분 붕괴 (또는 유착)시키는 작용을 할 수 있고, 이로써, 기포 구조의 완전 붕괴가 일어나지 않고 발포된 슬러리 내의 기포 중 일부가 합쳐져서 더 큰 기포를 슬러리 내에 생성한다. 또한, 유착제는 그렇게 얻은 기포를 석고 매트릭스가 경화될 때까지 안정화시키는 것을 돕는다. 일단 석고 매트릭스가 경화되면, 그 안에 발포제 및 유착제에 의해 부여된 기포를 기반으로 하는 다수의 기포 (예를 들어, 공기 기포)가 분산된다. 전형적으로, 유착제는 발포제에 의해 부여된 다수의 작고 부분 접합된 기포를 유착시켜 더 크고 더 이산된 기포를 생성한다. 더 균일하고 뚜렷이 다른 기포 구조가 통상적인 석고 보드에 비해 석고 보드의 강도를 실질적으로 유지하거나 또는 심지어 개선하면서 석고 보드의 감소된 중량을 위해 석고 층의 벌크 밀도를 저하시키는 것을 제공한다고 여겨진다.
첨부 도면과 함께 고려할 때 다음 상세한 설명을 참고함으로써 본 발명이 더 잘 이해되기 때문에 본 발명의 다른 이점이 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 다수의 기포를 도시하는 본 발명의 석고 보드의 석고 층의 단면의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 2는 다수의 더 작은 기포를 갖는 석고 층을 도시하는 대조군 1의 단면의 SEM 사진이다.
도 3은 다수의 더 큰 기포를 갖는 석고 층을 도시하는 실시예 1의 단면의 SEM 사진이다.
도 4는 다수의 더 작은 기포를 갖는 석고 층을 도시하는 대조군 3의 단면의 SEM 사진이다.
도 5는 다수의 더 큰 기포를 갖는 석고 층을 도시하는 실시예 2의 단면의 SEM 사진이다.
도 6은 제1 제조 현장에서 제조된 대조 석고 보드의 단면 사진이다.
도 7은 제1 제조 현장에서 제조되고 유착제 2를 이용하고 다수의 더 큰 기포를 갖는 본 발명의 석고 보드의 단면 사진이다.
도 8은 제2 제조 현장에서 제조된 대조 석고 보드의 단면 사진이다.
도 9는 제2 제조 현장에서 제조되고 유착제 2를 이용하고 다수의 더 큰 기포를 갖는 본 발명의 석고 보드의 단면 사진이다.
도 10은 제3 제조 현장에서 제조된 대조 석고 보드의 단면 사진이다.
도 11은 제3 제조 현장에서 제조되고 유착제 2를 이용하고 다수의 더 큰 기포를 갖는 본 발명의 석고 보드의 단면 사진이다.
도 12는 제4 제조 현장에서 제조되고 유착제 2를 이용하고 다수의 더 큰 기포를 갖는 본 발명의 석고 보드의 단면 사진이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 슬러리, 슬러리로부터 형성된 석고 보드, 및 슬러리 제조 방법 및 석고 보드 제조 방법을 제공한다. 슬러리를 이용해서 석고 보드를 형성할 수 있고, 더 구체적으로, 석고 보드의 석고 층 (예를 들어, 석고 코어)를 형성할 수 있다. 또한, 슬러리는 당업계에서는 스터코 슬러리로 불릴 수 있다. 또한, 석고 보드는 당업계에서는 건식벽, 플라스터보드, 석고 벽 보드, 벽 보드 등으로 불릴 수 있다. 석고 보드는 어떠한 특정 용도에 제한되지 않고, 즉, 석고 보드는 벽, 천정, 바닥, 타일 기초, 소피트 등에 이용될 수 있다. 석고 보드 및 방법들은 아래에서 더 기술된다. 이제, 슬러리의 전형적인 실시양태를 기술할 것이다.
슬러리는 일반적으로 소석고, 물, 발포제 및 유착제를 포함한다. 전형적으로, 슬러리는 발포제를 포함하는 포말을 포함하고, 이로써 일반적으로 슬러리는 소석고, 물, 포말 및 유착제를 포함한다. 또한, 슬러리는 하나 이상의 첨가제, 예컨대 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 적당한 첨가제의 예를 아래에서 기술하고 더 예시한다.
본 발명은 어떠한 특정 유형의 소석고에 제한되지 않는다. 또한, 소석고는 당업계에서는 황산칼슘 반수화물 (CaSO4·0.5H2O), 스터코 또는 파리 석고로 불릴 수 있다. 적당한 소석고의 예, 뿐만 아니라 소석고를 얻기 위한 공급원, 방법 및 반응은 마틴(Martin) 등의 미국 특허 8,016,961, 세투라만(Sethuraman)의 미국 특허 6,706,128, 세투라만 등의 미국 특허 6,422,734 및 세투라만 등의 미국 특허 6,783,587에 기술되어 있고, 이 문헌들은 이하에서는 포함된 참고 문헌이라고 부르고, 그의 게재물은 포함된 게재물이 본 발명의 일반적인 범위와 상충하지 않는 한 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
소석고는 물과 반응할 수 있고, 이렇게 함으로써 황산칼슘 이수화물을 포함하는 반응 생성물 및 전형적으로 잔류 물을 형성한다. 소석고와 물 사이의 반응을 아래에서 일반적으로 나타낸다.
CaSO4·0.5H2O + 0.5H2O → CaSO4·2H2O + 열
이 반응에서, 소석고는 꽤 짧은 기간에 그의 이수화물 상태 (CaSO4·2H2O)로 재수화된다. 반응에 요구되는 실제 시간은 일반적으로 이용된 하소제 유형 및 소석고 형성에 이용된 석고 돌의 유형에 의존한다 (예를 들어, 포함된 참고 문헌에 기술됨). 반응 시간은 이하에서 추가로 기술하는 촉진제 및 지연제 같은 첨가제를 이용함으로써 어느 정도까지 조절될 수 있다. 위에서 예시한 바와 같이, 반응은 열을 발산하고, 즉, 반응은 발열 반응이다. 반응 동안, (수화) 반응 생성물이 형성/경화될 때 슬러리가 일반적으로 유동성 상태에서 단단한 또는 "경화된" 상태로 전이할 것이다. 슬러리는 일반적으로 약 15 초 내지 약 40 초 후에 경화될 것이다 (즉, 덜 유동성이거나 또는 강성일 것이다). 이것은 당업계에서는 강성화상으로 불릴 수 있다. 경화 후, 슬러리를 다양한 길이로 절단할 수 있다.
소석고는 다양한 양으로 이용될 수 있다. 전형적으로, 슬러리는 그로부터 형성되는 석고 층, 즉, 반응 생성물이 통상적인 두께, 예컨대 1 인치 미만, 더 전형적으로는, 약 1/4 내지 약 5/8 인치의 두께를 가지도록 제조되고 처리된다. 슬러리에 존재하는 소석고의 양은 보드의 요망되는 두께에 의존할 것이다. 예를 들어, 1/2 인치 두께 보드가 요망될 때, 슬러리는 전형적으로 소석고를 약 337 내지 약 1180 lb/1000 ft2 (msf), 약 548 내지 약 970 lb/msf, 또는 약 674 내지 약 843 lb/msf의 양으로 함유할 것이다. msf로 주어지는 소석고의 양은 슬러리로부터 형성되는 석고 층의 다양한 두께에 맞게 적용되고 조정될 수 있다. 예를 들어, 5/8 인치 두께 보드의 경우, 슬러리는 전형적으로 소석고를 약 1785 lb/msf 내지 약 2040 lb/msf의 양으로 함유할 것이다. 석고 보드의 일반적인 치수 및 제조 방법은 아래에서 더 기술한다.
전형적으로, 물 및 소석고는 약 0.5 내지 약 1.5, 약 0.75 내지 약 1.25, 또는 약 0.80 내지 약 1.0의 중량비로 반응한다. 일반적으로, 소석고가 반응하기에 충분한 물을 제공하지만, 반응 후 잔류 물을 제거하는 것이 과도하게 시간 소모적이거나 또는 비용이 많이 드는 정도의 양은 아닌 것이 바람직하다.
위에서 소개한 바와 같이, 소석고와 물의 반응은 발열 반응이다. 이러해서, 슬러리 형성 후, 슬러리가 처음에 유동성 상태에서 의가소성 상태로, 최종 경화된 상태로 전이하는 동안 초기 온도 (T1) 및 피크 온도 (T2)를 갖는다. 다르게 말하면, 반응이 일어날 때 소석고 및 물의 반응 생성물이 T1 및 T2를 갖는다. 또한, 각 온도는 혼합물 또는 슬러리 온도, 예를 들어 초기 슬러리 온도 T1 및 피크 슬러리 온도 T2로 불릴 수 있다. T1은 주변 온도일 수 있고, 슬러리의 제조 장소에 의존한다. 대안적으로, T1은 주변보다 낮을 수 있고, 더 전형적으로는, 주변보다 따뜻할 수 있는데, 이는 슬러리의 제조 전에 슬러리의 성분 중 하나 이상이 가열되기 때문이다. 이례적이지만, 또한 슬러리 제조 전에 성분들 중 하나 이상이 냉각될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 소석고와 물 사이의 반응이 일어나서 반응 생성물을 형성하기 때문에 슬러리 자체를 가열하거나 또는 냉각할 수 있다 (또는 그대로 둘 수 있다).
T2는 일반적으로 반응이 일어나는 동안 슬러리가 도달하는 최고 온도이다. 슬러리 및 따라서 반응 생성물의 온도는 발열 반응에 의해 발산되는 열 때문에 T1에서 T2로 증가한다. 전형적으로, 슬러리/반응 생성물의 T1은 약 21.0 내지 약 52.0, 약 23.0 내지 약 48.0℃, 또는 약 30.0 내지 약 43.0℃이다. 전형적으로, 슬러리/반응 생성물의 T2는 약 43.0 내지 약 74.0, 약 45.0 내지 약 70.0℃, 또는 약 45.0 내지 약 55.0℃이다.
발포제는 포함된 참고 문헌에 기술된 발포제를 포함하지만 이에 제한되지 않은 어떠한 유형의 발포제도 될 수 있다. 발포제는 전형적으로 하나 이상의 비누/계면활성제 및 용매의 용액을 포함한다. 전형적으로, 발포제는 음이온성 계면활성제를 포함하지만; 또한, 다른 유형의 계면활성제, 예컨대 양이온성 계면활성, 비이온성 계면활성제 등도 이용될 수 있다. 용매는 전형적으로 물 (따라서, 용액은 수성임), 알콜 (예를 들어, 에탄올, 이소프로판올 등) 또는 그의 조합이다. 발포제는 전형적으로 약 30 내지 약 60 중량%의 비누/계면활성제 활성 성분을 포함한다. 위에서 기술한 바와 같이, 발포제의 나머지는 용매 (예를 들어, 물 또는 알콜) 또는 용매의 조합일 수 있다. 발포제는 어떠한 통상적인 포말 생성 방법에 의해서도 포말을 생성시키는 데 이용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 발포제의 계면활성제는 술페이트 또는 술포네이트를 포함한다. 추가의 실시양태에서, 발포제의 계면활성제는 암모늄 에테르 술페이트를 포함한다. 적당한 발포제의 특정한 예는 암모늄 알킬 술페이트; 발포제 1 몰당 적어도 평균 1.5 몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 알킬 에테르 술페이트, 발포제 1몰당 적어도 평균 4.0 몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 알킬 에테르 술페이트, 예를 들어 발포제 1 몰당 평균 4.0 몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 C-8 내지 C-12 사슬을 갖는 술포네이트 에톡실화 분자; 알킬 아릴 술포네이트, C-12 내지 C-16 알파 술포네이트화 메틸 에스테르, 알파 올레핀 술포네이트, 및 그의 혼합물; 발포제 1 몰 당 평균 1.5 내지 2.5 몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 알킬 에테르 술페이트, 소듐 도데실벤젠술포네이트, 및 트리에탄올아민 도데실벤젠 술포네이트; 화학식 CH3(CH2)bCH2(OCH2CH2)cOSO3M2 (여기서, b는 6.5 내지 7.5의 범위의 평균 값을 가지고; c는 발포제 1 몰 당 에틸렌 옥시드의 평균 몰 수이고, 1.5 내지 2.5의 범위이고; M2는 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 암모늄, 4급 암모늄, 및 그의 혼합으로 이루어지는 군으로부터 선택되거나, 또는 c는 약 2.2이고, M2는 나트륨, 암모늄 및 암모늄의 4급 유기 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택됨)으로 기술되는 발포제를 포함하는 것들을 포함한다. 슬러리에 포말을 생성하는 데는 어떠한 발포제도 이용할 수 있다는 인식해야 한다. 특정 실시양태에서, 발포제는 스테판 컴파니(Stepan Company; 미국 일리노이주 노쓰필드)로부터 상업적으로 입수가능한 세데팔(Cedepal)® FA-406을 포함한다. 스테판 컴파니로부터의 다른 발포제, 뿐만 아니라 다른 회사로부터의 발포제, 예컨대 댓처 케미칼 컴파니(Thatcher Chemical Company; 미국 유타주 솔트 레이크 시티)로부터 상업적으로 입수가능한 댓처(Thatcher) TF 및 지오 스페셜티 케미칼즈(Geo Specialty Chemicals; 미국 인디아나주 라페이에트)로부터 상업적으로 입수가능한 하이오닉(Hyonic)® PFM, 예를 들어 하이오닉® PFM 30도 이용될 수 있다.
적당한 발포제의 추가의 특정한 예는 적어도 C-10 사슬을 갖는 알킬 술페이트, 발포제 1 몰당 평균 1.3 몰 미만의 에틸렌 옥시드를 갖는 알킬 에테르 술페이트, 및 그의 혼합물; 암모늄 라우릴 술페이트, 및 발포제 1 몰 당 약 0.4 내지 1.3 몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 알킬 에테르 술페이트; R(OCH2CH2)aOSO3M1 (여기서, R은 약 169의 최대 분자량을 갖는 선형 및 분지형 탄화수소, 및 그의 혼합을 나타내고, a는 발포제 1 몰 당 에틸렌 옥시드의 평균 몰 수이고, 0.4 내지 1.3의 범위이고, M1은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 암모늄, 암모늄의 4급 유기 유도체, 및 그의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 또는 a는 약 0.8이고, M1은 암모늄 및 그의 4급 유기 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택됨)으로 기술되는 발포제를 포함하는 것들을 포함한다. 특정 실시양태에서, 발포제는 스테판 컴파니로부터 상업적으로 입수가능한 알파 포머(Alpha Foamer)®를 포함한다.
발포제는 다양한 양으로 이용될 수 있다. 전형적으로, 발포제는 슬러리에 약 0.1 내지 약 2.0 lb/1000 ft2(msf), 약 0.4 내지 약 1.25 lb/msf, 또는 약 0.5 내지 약 0.9 lb/msf의 양으로 존재한다. 발포제는 둘 이상의 상기 계면활성제의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 슬러리는 하나의 발포제를 포함한다. 다른 실시양태에서, 슬러리는 둘 이상의 상이한 발포제를 포함한다.
발포제는 다양한 형태, 예컨대 액체, 플레이크, 또는 분말화된 형태일 수 있다. 발포제는 반응 생성물 형성 동안 슬러리에 다수의 기포를 부여하는 포말을 생성시키는 데 유용하다. 부여한다는 것은 일반적으로 발포제, 즉, 발포제를 포함하는 포말이 슬러리에 기포를 제공해 주고/주거나 형성 동안 슬러리에 기포를 형성하는 것을 의미한다. 기포는 전형적으로 공기 기포이지만, 또한 다른 기체를 포함할 수도 있다. 기포는 아래에서 더 기술하는 바와 같이 다양한 크기 및 모양을 가질 수 있다. 일반적으로, 슬러리를 형성하기 위해 첨가하기 전에 발포제 자체가 거품이 일어서 기포를 포함한다. 거품이 이는 것은 간단히 기계적 교반을 통해 발포제, 물 및 공기를 혼합해서 포말 (또한, 미리 생성된 포말이라고 부름)을 형성함으로써 일어날 수 있다. 미리 생성된 포말은 소석고 및 물에 물과 함께 첨가될 수 있고/있거나 소석고 및 물이 조합된 후에 첨가될 수 있다. 포말은 포말 생성기에서 발포제, 발포용 물 및 공기를 조합함으로써 생성시킬 수 있다.
유착제는 발포제, 즉, 발포제를 포함하는 포말에 의해 부여된 다수의 기포를 유착시킨다. 유착제는 일반적으로 다수의 기포를 유착시켜 더 큰 기포를 생성한다. 이러한 목적에 도움이 되기 위해 많은 상이한 유착제가 이용될 수 있지만, 지연된 유착 작용을 갖는 유착제를 선택하는 것이 바람직하고, 따라서, 유착제는 유착제가 슬러리에 처음 첨가될 때부터 일정 기간이 지날 때까지는 다수의 기포를 유착시키지 않는다. 다시 말해서, 유착제에 의한 유착 작용은 유착제가 슬러리 내에 발포제에 의해 형성된 기포와 함께 있는 동안 어느 일정 기간 지연된다. 추가로, 유착제는 전형적으로 이 잠복기 동안에는 기포 구조를 안정화시키는 것을 돕는다. 그 기간은 전형적으로 반응 생성물이 경화하는 데 걸리는 시간 (예를 들어, 약 15 초 내지 약 40 초)보다 짧아서, 유착제가 작용할 수 있다.
전형적으로, 유착제는 포말에 의해 부여된 기포로부터 더 크고 이산된 기포를 형성하는 작용을 한다. 이것은 유착 메카니즘에 기반한다. 이 메카니즘에서는, 유착제가 둘 이상의 기포를 분리시키는 층판으로부터 물을 배수시켜서 층판을 얇아지게 하고 궁극적으로 층판을 파열하여 둘 이상의 기포가 사라지게 하여 그로부터 하나 이상의 더 큰 기포를 형성한다고 믿어진다. 또한, 유착제는 이들 더 큰 기포를 반응 생성물이 경화하는 동안 그것이 여전히 존재하도록 안정화시키고, 이로써 반응 생성물이 발포제 및 유착제에 의해 부여된, 즉, 그들로부터 형성된 각 기포들에 의해 부여된 다수의 기포를 한정한다고 여겨진다.
유착제는 운점 (TCP)을 갖는다. 유착제의 Tcp는 전형적으로 슬러리/반응 생성물의 T1과 T2 사이이다. 이러해서, 유착제는 슬러리의 온도가 유착제의 TCP에 도달한 후 슬러리에서 다수의 기포를 유착시킨다. TCP는 달라질 수 있기 때문에 이 운점은 반드시 정확할 필요는 없지만, 전형적으로, 포말에 의해 부여된 기포들의 유착이 시작되기 전에 일정 기간이 지난다. 슬러리/반응 생성물의 온도가 TCP를 능가할 때 유착제의 유착 작용이 일반적으로 증가한다고 여겨진다.
TCP는 유착제가 용액에서 가라앉거나 또는 석출되기 시작하는 온도이다. 유착제의 온도가 계속 증가함에 따라, 점점 더 많은 유착제 (또는 계면활성제)가 용액에서 가라앉는다. 이들 온도에서, 석출된 유착제는 소포제로 작용하는 반면, 용액에 아직 있는 유착제는 유착제로서 작용한다. 유착이 유착제의 TCP보다 훨씬 아래에서 일어날 수 있지만, 유착 효과 및 얻어지는 기포 구조는 유착제의 TCP 이상에서의 전이에 의해 긍정적으로 영향받는다고 여겨진다. 이 작용은 슬러리 및 따라서, 반응 생성물에 개선된 기포 구조를 부여한다고 여겨진다. 이 기포 구조는 충분한 못 뽑기 및 압축 강도 같은 석고 보드의 다른 바람직한 성질을 일반적으로 유지하면서 석고 매트릭스의 벌크 밀도를 감소시키는 데 도움을 주고, 이 때문에 단위 부피당 중량이 감소한다. 기포 구조는 아래에 기술하는 다양한 크기 및 모양의 기포 (또는 공극, 캐비티, 포켓 등)을 포함할 수 있다. 기포는 전형적으로 공기를 포함하지만, 또한 다른 기체, 예컨대 불활성 기체, 예를 들어 질소 기체도 존재할 수 있다.
TCP는 당업계에서 다양한 방법으로, 예컨대 ASTM D2024에 기술된 방법에 따라서 측정할 수 있다. 전형적으로, 어느 양, 예를 들어 1 중량%의 유착제를 물에 첨가해서 용액을 형성하고, 용액이 안개가 낀 것처럼 흐려지거나 또는 구름이 낀 것처럼 흐려질 때까지 용액의 온도가 증가되고, 이것은 일반적으로 유착제가 용액에서 가라앉는다는 것을 나타낸다. 유착제는 전형적으로 약 16.0 내지 약 60.0℃, 약 18.0 내지 약 60.0℃, 또는 약 20.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 TCP를 갖는다. 슬러리 내에 있는 동안의 유착제, 즉, 발포제와 조합된 유착제의 TCP에 비해 유착제 단독의 TCP는 상기한 온도보다 더 높게 또는 더 낮게 이동할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 그러나, TCP 전이에 기초하는 여기에 기술된 효과는 남아 있는 것으로 여전히 여겨진다.
상기한 바와 같이, 소석고와 물 사이의 반응은 발열 반응이다. 이러해서, 슬러리는 전형적으로 혼합 후, 즉, 일단 반응 생성물이 형성되기 시작하면, T1에서 T2로 온도가 상당히 증가한다. 온도 변화는 T1에서 T2까지 15℃ 초과 내지 20℃ 또는 그 초과일 수 있다. 이 범위 (T1, T2) 내의 TCP를 갖는 적당한 유착제를 선택함으로써, 슬러리 및 따라서, 반응 생성물 내에서 기포 형성 및 유착이 조절될 수 있다. 또한, TCP를 지나는지 여부에 기초해서 유착제가 활성화될 수 있거나 또는 불활성화될 수 있도록 하는 방식으로 슬러리 온도를 조절하는 것이 가능하다.
위에서 언급한 바와 같이, T1은 달라질 수 있다. 이것은 스터코 온도 및/또는 물 온도에 기초해서 일어날 수 있고, 이러한 조건은 날마다, 특히 계절마다 변할 수 있다. T1에 미치는 가장 큰 요인은 전형적으로 슬러리를 생성하는 데 이용되는 스터코의 온도이다. 스터코를 생성하기 위해서는, 천연 석고를 채굴해서 건조하고 압쇄하여 하소해서 스터코를 얻는다. 그 결과, 슬러리를 생성하기 위해 공급되는 스터코의 온도가 그것이 하소된 후 지난 시간 및 혼합기에 첨가되기 전에 스터코가 저장되는 곳의 저장 조건에 의존해서 달라질 수 있다. 이러한 요인에 기초해서, 각 현장, 슬러리의 T1, 및/또는 T1 및 T2의 범위에 적당한 TCP를 갖는 유착제가 선택될 수 있다.
특별한 제조 현장에서의 슬러리의 T1 및 슬러리의 온도 범위는 다양한 수단에 의해, 예를 들어 추측과 확인, 그 현장에서 형성된 적어도 하나의 이전 슬러리의 온도 이력 데이터를 참고함으로써 반응의 온도 변화 계산, 헤스 법칙에 따라 반응의 온도 변화 계산 등에 의해 추정될 수 있다. 일단 특별한 제조 현장에서 슬러리의 T1 및 온도 범위 (T1,T2)가 결정되면, 요망되는 TCP를 갖는 적당한 유착제를 이용할 수 있다.
특정 실시양태에서, 유착제는 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체 및/또는 역 EO/PO 블록 공중합체, 즉, PO/EO 블록 공중합체를 포함한다. 적당한 블록 공중합체의 특정한 예는 예를 들어 프로필렌 옥시드 (PO)와 프로필렌 글리콜의 축합 생성물에 에틸렌 옥시드 (EO) 첨가에 의해 얻는 직쇄형 블록 중합체 글리콜, 및 예를 들어 에틸렌 글리콜에 에틸렌 옥시드를 첨가하여 지정된 분자량의 친수성체를 제공하고 폴리프로필렌 옥시드를 첨가하여 그 분자의 외부에 소수성 블록을 얻음으로써 얻는 역 블록 공중합체를 포함한다.
공중합체 PO/EO/PO의 소수성 및 친수성 블록의 뒤바뀜은 표준적 EO/PO/EO 블록 공중합체와 유사하지만 몇 가지 현저한 차이를 갖는 계면활성제를 생성한다. 어떠한 특별한 이론에 의해 제한되지는 않지만, EO/PO/EO 직쇄형 블록 공중합체는 더 좋은 유화제 및 분산제인 경향이 있고 더 넓은 범위의 분자량을 포함하는 반면, 역 블록 공중합체 (즉, PO/EO/PO 블록 공중합체)는 더 낮은 발포, 더 큰 소포, 및 감소된 겔화 경향을 갖는다고 여겨진다. 추가로, 역 블록 공중합체는 전형적으로 이차 히드록실 기로 끝나고, 이차 히드록실 기는 일반적으로 EO/PO/EO 직쇄형 블록 공중합체를 끝내는 일차 히드록실 기보다 낮은 반응성 및 산도를 갖는다. 또한, 이들 블록 공중합체는 당업계에서는 폴락사머 또는 삼블록 공중합체로 불릴 수 있다. 특정 실시양태에서, 유착제는 바스프 코포레이션(BASF Corporation; 미국 뉴저지주 플로햄 파크)으로부터 상업적으로 입수가능한 블록 공중합체 계면활성제를 포함한다.
다른 실시양태에서, 유착제는 알콕실화 알콜, 예컨대 지방 알콜 알콕실레이트를 포함한다. 전형적인 비이온성 계면활성제는 고발포 및 저발포 계면활성제, 예컨대 알콜이 6 내지 18 개의 탄소 원자를 가지고 저급 알킬렌 옥시드 (2 또는 3 개의 탄소 원자)의 몰 수가 3 내지 12인 알콕실화 고급 알콜이다. 전형적인 비이온성 계면활성제는 바스프 코포레이션으로부터의 저발포 계면활성제를 포함한다. 이 계면활성제는 전형적으로 히드록실 기로 끝나는 프로필렌 옥시드 및 에틸렌 옥시드의 혼합 사슬을 함유하는, 선형 및/또는 분지형 알콜(들) 및 프로필렌 옥시드 및 에틸렌 옥시드의 혼합물의 반응 생성물이다. 한 특정한 예는 6 내지 12 몰의 에틸렌 옥시드 및 3 몰의 프로필렌 옥시드와 축합된 C6-C10 지방 알콜을 포함한다.
특정 실시양태에서, 유착제는 EO/PO 블록 공중합체이다. 다른 실시양태에서, 유착제는 EO/PO 역 블록 공중합체이다. 다른 실시양태에서, 유착제는 알콜 알콕실레이트이다. 또 다른 실시양태에서, 유착제는 직쇄형 (EO/PO/EO) 및/또는 역 (PO/EO/EO) 블록 공중합체 및/또는 알콜 알콕실레이트의 조합이다. 유착제는 당업계에서는 또한 비이온성 계면활성제로 불릴 수 있다.
유착제는 전형적으로 약 1 내지 약 31, 또는 약 1 내지 약 15의 친수성-친지성 균형 (HLB)을 갖는다. EO/PO 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 전형적으로 약 7 내지 약 15의 친수성-친지성 균형 (HLB)을 갖는다. EO/PO 역 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 약 1 내지 약 7의 친수성-친지성 균형 (HLB)을 갖는다.
유착제는 전형적으로 약 1000 내지 약 4000의 평균 분자량을 갖는다. EO/PO 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 전형적으로 약 2000 내지 약 3500의 평균 분자량을 갖는다. EO/PO 역 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 전형적으로 약 2000 내지 약 3500의 평균 분자량을 갖는다.
유착제는 전형적으로 유착제 분자 100 부 기준으로 약 10 내지 약 50 중량%의 에틸렌 옥시드 (EO) 또는 친수성 블록 함량을 갖는다. EO/PO 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 전형적으로 약 20 내지 약 45 중량%의 EO 함량을 갖는다. EO/PO 역 블록 공중합체가 이용되는 경우, 그것은 전형적으로 약 20 내지 약 45 중량%의 EO 함량을 갖는다.
유착제는 다양한 양으로 이용될 수 있다. 전형적으로, 유착제는 슬러리 중에 약 0.01 내지 약 1.0 lb/1000 ft2 (msf), 약 0.05 내지 약 0.5 lb/msf, 또는 약 0.10 내지 약 0.25 lb/msf의 양으로 존재한다. 발포제 및 유착제는 전형적으로 슬러리 중에 약 20:1 내지 약 3:1, 약 7.5:1 내지 약 5:1, 또는 약 7:1 내지 약 6:1의 중량비로 존재한다.
또한, 슬러리는 첨가제 성분을 포함할 수 있다. 첨가제 성분은 어떠한 유형의 첨가제 또는 첨가제들도 포함할 수 있다. 적당한 첨가제의 예는 포함된 참고 문헌에 기술된 것들, 뿐만 아니라 전분, 촉진제, 섬유 (예컨대 종이 및/또는 유리 섬유), 칼리, 점토, 붕산, 가소제, 난연제, 곰팡이 발생 지연제, 증점제, 분산제, 또는 그의 조합을 포함한다. 첨가제 성분은 다양한 양으로 이용될 수 있고, 상기 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하기 실시예 부분을 참고해서 일부 첨가제의 특정한 양을 인식할 수 있다. 첨가제는 거기에서 구체적으로 예시된 양보다 더 많거나 또는 더 적은 양으로 이용될 수 있다.
슬러리는 통상적인 방법으로 형성될 수 있다. 이러한 방법 및 슬러리 형성 장치의 예는 포함된 참고 문헌에 기술되어 있다. 전형적으로, 슬러리는 혼합기 및 운반기를 이용해서 형성된다. 슬러리의 성분을 제공하고 혼합기에 첨가한다. 혼합기는 전형적으로 하나 이상의 공급부, 예컨대 건조 성분, 예를 들어 소석고를 공급하기 위한 공급부, 및 젖은 성분, 예를 들어 물 및 포말을 공급하기 위한 하나 이상의 공급부를 갖는다. 성분들을 혼합기에서 혼합하여 (발포된) 슬러리를 형성한다. 각 성분은 다양한 시점에서 및 다양한 조합으로 혼합기에 첨가될 수 있다.
유착제는 슬러리에 첨가되는 물의 일부로서, 예컨대 측정용 물, 펄프 물, 또는 슬러리 생성에 이용되는 발포용 물의 일부로서 첨가될 수 있다. 또한, 유착제는 슬러리 배출구 내의 도관을 통해 슬러리에 첨가될 수 있고, 이로써 슬러리가 슬러리 배출구를 통해 통과할 때, 슬러리가 커버 시트 상에 침착되는 동안에 유착제가 슬러리에 첨가된다. 또한, 유착제는 혼합기 및/또는 포말 생성기에 직접 첨가될 수 있다. 유착제는 순수한 상태로 또는 희석액의 일부로서 슬러리에 전달될 수 있다. 다른 첨가제 성분이 이용되는 경우, 그것은 유사한 방식으로 첨가될 수 있다.
상기한 바와 같이, 일단 소석고 및 물이 접촉하면, 일반적으로 그들이 반응하기 시작해서 반응 생성물을 형성한다. 발포제가 슬러리 내에 다수의 기포를 형성하고, 즉, 발포제로부터 형성된 포말이 슬러리 내에 다수의 기포를 형성한다. 전형적으로, 어느 기간이 지난 후, 예를 들어, 일단 슬러리의 온도가 유착제의 TCP에 근접하면, 유착제가 슬러리 내에서 다수의 기포를 유착시키기 시작한다. 전형적으로 슬러리는 커버 시트가 위에 배치된 운반기에 공급된다. 반응 생성물이 어느 일정 두께를 가지도록 형성 플레이트가 발포된 슬러리를 걷어낸다.
유착제의 지연된 유착 작용은 슬러리가 그의 부피 손실 없이 형성 플레이트를 통해 통과하는 것을 허용한다. 발포된 슬러리가 너무 빨리 소포되면, 그것은 일반적으로 그의 초기 부피를 손실하고, 슬러리의 두께를 유지하는 데 요구되는 필요한 부피를 유지하기 위해 더 많은 포말이 필요하고, 이 슬러리의 두께가 결국은 그로부터 형성되는 반응 생성물/석고 층의 두께가 된다. 추가로, 심지어 일부 기포가 계속 붕괴되거나 또는 유착할 때도, 포말 및 유착제의 조합, 및 얻은 석고 및 기포의 매트릭스가 석고 층이 경화될 때 석고 층의 두께를 실질적으로 유지시킨다. 특정 실시양태에서, 유착제는 형성 플레이트 근처에서, 예컨대 형성 플레이트 앞에서, 형성 플레이트에서 및/또는 형성 플레이트 뒤에서 포말에 의해 부여되는 기포들을 실질적으로 유착시키기 시작한다. 전형적으로 슬러리는 형성 플레이트를 통해 운반된다.
포말 및 유착제에 의해 부여된 기포들의 조합은 석고 층에 다수의 기포를 확립시킨다. 기포는 전형적으로 약 150 내지 약 800 ㎛, 약 200 내지 약 700 ㎛, 또는 약 300 내지 약 600 ㎛의 평균 직경을 갖는다.
전형적으로, 석고 층에 제2 커버 시트를 적용해서 석고 보드를 형성하고; 하지만, 석고 보드는 또한 단 하나의 커버 시트 및 석고 층을 포함할 수 있다. 커버 시트(들)를 접어서 석고 층의 가장자리를 봉입한다. 석고 층은 전형적으로 커버 시트 사이에 삽입된다. 커버 시트는 다양한 물질로부터, 예컨대 종이 또는 섬유유리터 형성될 수 있다. 커버 시트들은 서로 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있고, 전면 시트 및 배면 시트로 불릴 수 있다. 적당한 커버 시트의 예는 포함된 참고 문헌에 기술되어 있다. 일부 유형의 커버 시트는 바람직한 난연 성질 또는 곰팡이 발생 지연 성질을 부여하는 첨가제 또는 보충제를 가질 수 있다.
석고 층으로부터 잔류 물을 제거하기 위해 석고 보드에 열을 적용할 수 있다. 건조기 또는 건조 챔버 이용 같은 다양한 잔류 물 제거 방법을 이용할 수 있다. 물의 양을 감소시키기 위해 일부 분산제/가소제가 이용될 수 있고, 이리하여 석고 보드 제조에 필요한 최종 건조 시간/에너지를 감소시킨다.
석고 보드는 최종적으로 다양한 길이로 절단할 수 있다. 전형적으로, 석고 보드의 치수는 약 48 인치(~120 ㎝) 내지 약 52 인치(~137 ㎝)의 폭, 및 1/4 인치(~6 ㎜) 내지 약 1 인치(~25 ㎜), 약 1/2 인치(~13 ㎜) 내지 약 5/8 인치(~16 ㎜), 또는 1/4 인치 내지 약 3/8 인치(~10 ㎜)의 두께를 포함한다. 석고 보드는 상이한 가장자리를 갖게 할 수 있고, 예를 들어 2 개의 상이한 가장자리 처리, 즉, 주 보드 면과 수평을 이루게 마감할 물질들을 접합시키는 것을 허용하도록 전면에 넓은 사면을 가지게 보드의 긴 가장자리들을 테이퍼상으로 만든 테이퍼상 가장자리, 및 전표면이 마감 석고의 얇은 코팅 (스킴 코트)를 받는 곳에 이용되는 플레인(plain) 가장자리를 갖게 할 수 있다. 본 발명은 석고 보드의 어떠한 특별한 치수 또는 구성에도 제한되지 않는다.
석고 보드는 다양한 물리적 특성을 가질 수 있다. 전형적으로, 석고 보드는 그 안에 한정된 기포 때문에 동일한 일반 치수의 통상적인 석고 보드에 비해 감소된 중량을 갖는다. 석고 보드는 또한 동일한 일반 치수의 통상적인 석고 보드의 강도에 근접한 또는 심지어 그를 능가하는 강도를 갖는다.
이 슬러리로부터 제조된 석고 보드의 중량은 보드가 얼마나 두꺼운지에 의존할 것이다. 예를 들어, 1/2 인치 두께 석고 보드는 전형적으로 약 1500 lb/1000 ft2(msf) 미만, 약 1200 내지 1400 lb/msf, 또는 약 1200 내지 1350 lb/msf의 중량을 갖는다. 또한, 석고 보드는 벽 보드에 관한 ASTM C1396에 제시된 요건을 충족시키기에 충분한 강도 및 종이-코어 결합 강도를 가질 것이다. 이러한 특성은 못 뽑기 강도, 습화 처짐, 압축 강도, 및 습화 종이 코어 결합 보전성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 상이한 측정으로 측정된다.
여기서는 일반적으로 석고 슬러리 및 보드를 기술하지만, 본 발명의 유착제(들)는 또한 시멘트 산업, 모르타르 (석공) 산업, 및 포장도로 산업을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 산업에도 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 유착제(들)는 공기 기포의 전략적 함입이 요망되는 어떠한 조성물에도 이용될 수 있다. 이러한 조성물은 시멘트 (예를 들어, 포틀랜드 시멘트), 물, 골재, 및 임의로, 당업계에서 이해하는 다른 통상적인 첨가제를 포함하는 콘크리트 조성물을 포함하는 콘크리트 조성물을 포함할 수 있다. 시멘트 조성물의 예 및 그의 성분은 미국 특허 6,489,381, 미국 특허 4,772,328, 미국 특허 4,018,618, 미국 특허 6,545,067, 미국 특허 6,803,396, 미국 공개 2002/0132946, 미국 특허 4,018,618, 미국 특허 7,008,990, 미국 특허 7,399,355, 미국 특허 7,655,710, 미국 특허 7,855,260, 미국 특허 7,612,150, 미국 특허 7,202,319, 미국 공개 2010/0210761, 미국 공개 2007/0227404, 미국 특허 6,617,387, 미국 특허 6,803,396, 미국 특허 5,258,072, 미국 특허 6,809,148, 미국 특허 6,656,994, 미국 특허 5,258,072 및 미국 특허 5,783,549에서 기술되고, 이들 문헌의 게재물은 포함된 게재물이 본 발명의 일반적인 범위와 상충하지 않는 한 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
같거나 또는 유사한 결과를 여전히 얻으면서 다음 실시예에 많은 변화를 가할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명의 슬러리 및 석고 보드의 실시양태를 예시하는 다음 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것을 의도한다.
실시예
슬러리 및 석고 보드의 예는 통상적인 방법을 이용해서 형성하였다. 도면을 참고하면, 다양한 석고 코어 및 석고 보드의 단면을 인식할 수 있다. 도면에 예시된 바와 같이, 여기에 게재된 슬러리를 이용하는 본 발명의 석고 코어 및 보드는 대조/비교 석고 코어 및 석고 보드에 비해 더 큰 기포를 포함하였다.
도 1은 일반적으로 석고 보드 제조 플랜트에서의 실험으로부터 석고 코어 중의 공기 기포에 대한 유착제의 영향을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 석고 코어는 큰 기포, 및 기포 사이의 두꺼운 석고 벽을 포함하였다.
하기 표 I에 여기에 게재된 유착제 첨가 후의 못 뽑기 결과를 예시하였다. 표에 예시한 바와 같이, 1/2 인치 석고 보드들 사이의 보드 중량은 본질적으로 동일하지만, 못 뽑기 강도는 약 17% 증가하였다. 이러한 강도 증가는 도 1에 나타낸 바와 같이 기포 구조에 의해 부여되는 것이라고 여겨진다.
<표 I>
Figure pct00001
발포제 1은 스테판 컴파니로부터 상업적으로 입수가능한 암모늄 에테르 술페이트이다.
유착제 1은 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP) 및 바스프 코포레이션으로부터 상업적으로 입수가능한 역 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 EO/PO 역 블록 공중합체이다.
하기 표 II는 본 발명의 유착제가 있는 추가 예 및 본 발명의 유착제가 없는 추가 예를 예시한다. 또한, 다양한 첨가제를 이용하였다.
<표 II>
Figure pct00002
유착제 2는 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP) 및 바스프 코포레이션으로부터 상업적으로 입수가능한 역 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 EO/PO 역 블록 공중합체이다.
촉진제는 볼 밀 촉진제이고, 건조한 채로 슬러리에 공급하였다.
셀룰로스 에테르는 악조노벨 코포레이션(AkzoNobel Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능한 에틸 히드록시에틸 셀룰로스이다. 셀룰로스 에테르는 증점제로 작용하고, 슬러리 유동성을 조절하는 것을 돕는다. 그것은 건조한 채로 슬러리에 공급하였다.
표준 전분은 산으로 개질된 옥수수 전분이고, 건조한 채로 슬러리에 공급하였다.
물은 펄프 물, 측정용 물, 및 발포용 물을 포함한다. 펄프 물은 약 180 lb/msf이고, 발포용 물은 약 100 lb/msf 내지 약 525 lb/msf의 범위일 수 있고, 측정용 물은 약 220 lb/msf 내지 약 660 lb/msf의 범위일 수 있다.
표 II 및 도면을 참고해서 추가 이익을 인식할 수 있다. 예를 들어, 대조군 3의 기포 크기(~50 내지 300 ㎛)와 실시예 2의 기포 크기(~400 내지 800 ㎛)의 차이를 더 잘 인식할 수 있다. 실시예 2는 우수한 기포 구조 및 물리적 특성을 갖는다고 생각된다. 상기한 바와 같이, 이들 물리적 특성은, 특히 유착 작용이 어느 기간이 지난 후에, 예컨대 일단 슬러리가 운반기 상에 및/또는 형성 플레이트에 있을 때, 시작되도록 지연될 때, 본 발명의 유착제에 의해 부여된다. 유착 작용은 슬러리가 형성된 후 반응 생성물이 경화되기 전 어느 시점에서도 시작될 수 있다. 둘 이상의 유착 작용 및 각각의 기간이 이용될 수 있도록 둘 이상의 상이한 유착제를 이용할 수 있다.
도 7 내지 12는 석고 보드의 추가 대조군 및 본 발명의 예를 보여준다. 석고 보드는 미국 전역의 상이한 제조 현장에서 제조하였다. 도 7의 석고 보드는 각 발포제 100 부 기준으로 약 10 중량%의 유착제 2를 포함하고, 도 9, 11 및 12의 각 석고 보드는 각 발포제 100 부 기준으로 약 25 중량%의 유착제 2를 포함한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 석고 보드는 대조 보드에 비해 우수한 기포 구조를 갖는다.
기포 구조에 관해서 설명하면, 도면에 도시된 바와 같이 기포 사이의 고체 부분 (석고를 포함함)은 기포가 더 크고 이산될 때 더 넓다. 이 기포 구조가 못 뽑기 시험을 할 때 석고 코어에서 균열 전파를 느려지게 한다고 여겨진다. 또한, 석고 코어의 더 크고 이산된 기포는 시트/석고 코어 계면에서 더 많은 석고 결정 또는 더 적은 기포를 가지고 이 때문에 더 좋은 종이-코어 결합이 생긴다고 여겨진다. 또한, 석고 코어에서 기포의 크기 분포가 좁을수록 기포 사이의 공간이 더 높고, 이 때문에 더 높은 못 뽑기 강도가 야기된다고 여겨진다.
첨부된 특허청구범위가 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있는 특별한 실시양태들 사이에서 다를 수 있는 상세한 설명에 기술된 표현 및 특별한 화합물, 조성물, 또는 방법에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 다양한 실시양태의 특별한 특징 또는 측면을 기술하기 위해 본원에서 의존하는 어떠한 마쿠쉬 그룹에 대해서도, 모든 다른 마쿠쉬 구성원과 독립적인 각각의 마쿠쉬 그룹의 각 구성원으로부터 상이한, 특수한 및/또는 예상치 못한 결과를 얻을 수 있다는 것을 인식해야 한다. 마쿠쉬 그룹의 각 구성원에 개별적으로 및/또는 조합해서 의존할 수 있고, 그것은 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 특정한 실시양태에 충분한 지지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시양태를 독립적으로 및 종합적으로 기술할 때 의존하는 어떠한 범위 및 하위범위도 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있고, 비록 이러한 값이 본원에 명료하게 적혀있지 않더라도 정수 및/또는 분수 값을 포함하는 모든 범위를 기술하고 고려하는 것으로 이해된다는 것을 이해해야 한다. 당업계 숙련자는 열거된 범위 및 하위범위가 본 발명의 다양한 실시양태를 충분히 기술하고 가능하게 하며, 이러한 범위 및 하위범위를 적절한 이등 분할, 삼등 분할, 사등 분할, 오등 분할 등으로 더 상세하게 기술할 수 있다는 것을 쉽게 인식한다. 단 하나의 예로서, "0.1 내지 0.9"의 범위는 하위 1/3, 즉, 0.1 내지 0.3, 중간 1/3, 즉 0.4 내지 0.6, 및 상위 1/3, 즉, 0.7 내지 0.9로 더 상세하게 기술할 수 있고, 이들은 개별적으로 및 전체적으로 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있고, 개별적으로 및 전체적으로 의존될 수 있고, 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 특정한 실시양태에 충분한 지지를 제공한다.
추가로, 어떤 범위를 한정하거나 또는 수식하는 언어, 예컨대 "적어도", " 초과", "미만", "이하" 등에 대해서, 이러한 언어는 하위범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 또 다른 예로서, "적어도 10"이라는 범위는 본래 적어도 10 내지 35의 하위범위, 적어도 10 내지 25의 하위범위, 25 내지 35의 하위범위 등을 포함하고, 각 하위범위는 개별적으로 및/또는 전체적으로 의존될 수 있고, 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 특정한 실시양태에 적당한 지지를 제공한다. 마지막으로, 게재된 한 범위 내의 개별 숫자에 의존할 수 있고, 그것은 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 특정한 실시양태에 충분한 지지를 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 다양한 개별 정수, 예컨대 3, 뿐만 아니라 소수점 (또는 분수)을 포함하는 개별 숫자, 예컨대 4.1을 포함하고, 이들에 의존할 수 있고, 이들은 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 특정한 실시양태에 충분한 지지를 제공한다.
본 발명은 본원에서 예시하는 방식으로 기술하였고, 사용된 용어는 제한이라기보다는 기술이라는 단어의 성질을 갖는 것을 의도한다는 것을 이해해야 한다. 상기 가르침에 비추어 본 발명의 많은 변경 및 변화가 가능하다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 구체적으로 기술된 것과 다른 방식으로 실시할 수 있다. 여기서는 독립항 및 단일 종속 종속항 및 다중 종속 종속항의 모든 조합의 주제를 명백히 고려한다.

Claims (48)

  1. 커버 시트 및 상기 커버 시트 상에 배치된 석고 층을 포함하며,
    상기 석고 층은 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정하고 발포제 및 유착제 존재 하에서의 소석고 및 물의 반응 생성물을 포함하고,
    여기서 상기 소석고와 물 사이에 발열 반응이 일어나고, 상기 반응 생성물은 형성 동안에 초기 온도 (T1) 내지 피크 온도 (T2) 범위의 온도를 가지며,
    상기 발포제는 상기 반응 생성물에 다수의 기포를 부여하기 위한 포말 생성용 계면활성제를 포함하고,
    상기 유착제는 상기 반응 생성물의 초기 온도 (T1)와 피크 온도 (T2) 사이의 운점 (TCP)을 가지며,
    여기서 형성 동안 상기 반응 생성물의 초기 온도 (T1)는 약 21.0 내지 약 52.0℃이고 상기 반응 생성물의 피크 온도 (T2)는 약 43.0 내지 약 74.0℃이고,
    여기서 상기 유착제는 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 가지며,
    여기서 상기 유착제는 상기 반응 생성물의 온도가 상기 유착제의 운점 (TCP)에 도달한 후 상기 반응 생성물에서 다수의 기포를 유착시킴으로써 포말에 의해 부여된 다수의 기포로부터 상기 석고 층에 다수의 기포를 확립시키는 것인 석고 보드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유착제가 약 18.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 것인 석고 보드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 형성 동안 상기 반응 생성물의 초기 온도 (T1)가 약 23.0 내지 약 48.0℃이고 상기 반응 생성물의 피크 온도 (T2)가 약 45.0 내지 약 70.0℃인 석고 보드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제 및 상기 유착제가 약 20:1 내지 약 3:1의 중량비로 존재하는 것인 석고 보드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유착제가 약 20.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 것인 석고 보드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유착제가 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체 및/또는 역 EO/PO 블록 공중합체를 포함하는 것인 석고 보드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 EO/PO 블록 공중합체 각각이 상기 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 것인 석고 보드.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 유착제가 상기 역 EO/PO 블록 공중합체인 석고 보드.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유착제가 알콜 알콕실레이트를 포함하는 것인 석고 보드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유착제가 상기 석고 보드 중에 약 0.01 내지 약 1.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.0045 내지 약 0.45 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 석고 보드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제의 상기 계면활성제가 술페이트 또는 술포네이트를 포함하는 것인 석고 보드.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제의 상기 계면활성제가 암모늄 에테르 술페이트를 포함하는 것인 석고 보드.
  13. 제1항에 있어서, 상기 발포제의 상기 계면활성제가 암모늄 에테르 술페이트를 포함하고, 상기 유착제가 역 EO/PO 블록 공중합체이고, 상기 역 EO/PO 블록 공중합체는 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP) 및 상기 역 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 것인 석고 보드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 발포제 및 상기 유착제가 약 7.5:1 내지 약 5:1의 중량비로 존재하는 것인 석고 보드.
  15. 제13항에 있어서, 상기 발포제가 상기 석고 보드 중에 약 0.1 내지 약 2.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.045 내지 약 0.90 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하고, 상기 유착제가 상기 석고 보드 중에 약 0.05 내지 약 1.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.022 내지 약 0.45 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 석고 보드.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제가 상기 석고 보드 중에 약 0.1 내지 약 2.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.045 내지 약 0.90 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 석고 보드.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 전분, 촉진제, 유리 섬유, 칼리, 증점제, 붕산 또는 그의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 첨가제 성분의 추가 존재 하에 형성된 석고 보드.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물 및 상기 소석고가 약 0.5 내지 약 1.5의 중량비로 반응하는 것인 석고 보드.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 기포가 약 200 내지 약 800 ㎛의 평균 직경을 갖는 것인 석고 보드.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 약 1500 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 680 ㎏/93 ㎡) 미만의 중량을 갖는 석고 보드.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 시트로부터 이격된 제2 커버 시트를 더 포함하고, 상기 커버 시트들 사이에 상기 석고 층이 삽입된 석고 보드.
  22. 소석고를 제공하는 단계,
    물을 제공하는 단계,
    계면활성제를 포함하는 작용제로부터 미리 생성된 포말을 제공하는 단계,
    약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 유착제를 제공하는 단계, 및
    소석고, 물, 포말 및 유착제를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 이때 소석고 및 물이 발열 반응을 하고 포말이 슬러리에 다수의 기포를 부여하는 것인 단계
    를 포함하고,
    여기서 슬러리는 약 21.0 내지 약 52.0℃의 초기 온도 (T1) 내지 약 43.0 내지 약 74.0℃의 피크 온도 (T2) 범위의 온도를 가지며,
    여기서 유착제의 운점 (TCP)은 슬러리의 초기 온도 (T1)와 피크 온도 (T2) 사이이고, 이로써 상기 슬러리의 온도가 유착제의 운점 (TCP)에 도달한 후 유착제가 슬러리에서 다수의 기포를 유착시킴으로써 포말에 의해 부여된 다수의 기포로부터 석고 층에 다수의 기포를 확립시키는 것인, 석고 보드 제조에 이용하기 위한 석고 층의 슬러리를 형성하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 유착제가 약 18.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 것인 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 슬러리의 초기 온도 (T1)가 약 23.0 내지 약 48.0℃이고, 슬러리의 피크 온도 (T2)가 약 45.0 내지 약 70.0℃인 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제 및 유착제가 약 10:1 내지 약 5:1의 중량비로 존재하는 것인 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 유착제가 약 20.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 것인 방법.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 유착제가 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체 및/또는 역 EO/PO 블록 공중합체를 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 각각의 EO/PO 블록 공중합체가 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 것인 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 유착제가 역 EO/PO 블록 공중합체인 방법.
  30. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 유착제가 알콜 알콕실레이트를 포함하는 것인 방법.
  31. 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 유착제가 슬러리 중에 약 0.01 내지 약 1.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.0045 내지 약 0.45 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 방법.
  32. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제의 계면활성제가 술페이트 또는 술포네이트를 포함하는 것인 방법.
  33. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제의 계면활성제가 암모늄 에테르 술페이트를 포함하는 것인 방법.
  34. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제의 계면활성제가 암모늄 에테르 술페이트를 포함하고, 유착제가 역 EO/PO 블록 공중합체이고, 역 EO/PO 블록 공중합체가 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP) 및 역 EO/PO 블록 공중합체 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 약 50의 에틸렌 옥시드 (EO) 중량%를 갖는 것인 방법.
  35. 제34항에 있어서, 발포제 및 유착제가 슬러리 중에 약 7.5:1 내지 약 5:1의 중량비로 존재하는 것인 방법.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서, 발포제가 슬러리 중에 약 0.1 내지 약 2.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.045 내지 약 0.90 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하고, 유착제가 슬러리 중에 약 0.05 내지 약 1.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.022 내지 약 0.45 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 방법.
  37. 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 슬러리 중에 약 0.1 내지 약 2.0 lb/1000 ft2(msf) (또는 약 0.045 내지 약 0.90 ㎏/93 ㎡)의 양으로 존재하는 것인 방법.
  38. 제22항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 단계 전에 물의 일부 및 발포제를 소석고와 별도로 미리 혼합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제22항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 단계 전에 물의 일부 및 유착제를 소석고와 별도로 미리 혼합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  40. 제22항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 성분을 제공하는 단계를 더 포함하고, 이로써 혼합 단계가 소석고, 물, 포말, 유착제 및 첨가제 성분을 혼합하여 슬러리를 형성하는 것으로서 추가로 정의되는 것인 방법.
  41. 제40항에 있어서, 첨가제 성분이 전분, 촉진제, 유리 섬유, 칼리, 증점제, 붕산 또는 그의 조합을 포함하는 것인 방법.
  42. 제22항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 커버 시트를 제공하는 단계, 및 제2 커버 시트를 상기 커버 시트의 반대측 석고 층에 적용하여 석고 층이 커버 시트들 사이에 삽입되도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  43. 제22항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 석고 보드에 열을 적용하여 석고 층으로부터 잔류 물을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  44. 커버 시트를 제공하는 단계,
    소석고를 제공하는 단계,
    물을 제공하는 단계,
    발포제로부터 미리 생성된 포말을 제공하는 단계,
    약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 유착제를 제공하는 단계, 및
    혼합기에서 소석고, 물, 포말 및 유착제를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 이때 포말이 슬러리에 다수의 기포를 부여하는 것인 단계, 및
    혼합기로부터 슬러리를 커버 시트에 적용하여 커버 시트 상에 석고 층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    여기서 슬러리는 약 21.0 내지 약 52.0℃의 초기 온도 (T1) 내지 약 43.0 내지 약 74.0℃의 피크 온도 (T2) 범위의 온도를 가지며,
    여기서 유착제의 운점 (TCP)은 슬러리의 초기 온도 (T1)와 피크 온도 (T2) 사이이고,
    여기서 유착제는 슬러리가 커버 시트 상에 있은 후에 다수의 기포를 유착시키고, 이로써 석고 층이, 포말 및 유착제에 의해 부여되어 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정하는 것인, 석고 보드 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, 커버 시트 및 슬러리를 혼합기로부터 형성 플레이트로 이동시키고, 일단 슬러리가 형성 플레이트 근처에 있으면 유착제가 다수의 기포를 유착시키기 시작하는 것인 방법.
  46. 소석고,
    물,
    슬러리에 다수의 기포를 부여하기 위한 포말 생성용 암모늄 에테르 술페이트를 포함하는 발포제, 및
    약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 역 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체를 포함하는 유착제
    를 포함하며, 이로써 상기 유착제가 포말에 의해 부여되는 다수의 기포를 유착시키는 것인, 석고 보드 제조용 슬러리.
  47. 커버 시트 및 상기 커버 시트 상에 배치된 석고 층을 포함하며,
    상기 석고 층은 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정하고 발포제 및 유착제 존재 하에서의 소석고 및 물의 반응 생성물을 포함하며,
    상기 발포제는 상기 반응 생성물에 다수의 기포를 부여하기 위한 포말 생성용 암모늄 에테르 술페이트를 포함하고,
    상기 유착제는 약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 역 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체를 포함하며, 이로써 상기 유착제가 포말에 의해 부여된 다수의 기포를 유착시킴으로써 상기 석고 층에 다수의 기포를 확립시킨 것인 석고 보드.
  48. 커버 시트를 제공하는 단계,
    소석고를 제공하는 단계,
    물을 제공하는 단계,
    암모늄 에테르 술페이트를 포함하는 발포제로부터 미리 생성된 포말을 제공하는 단계,
    약 16.0 내지 약 60.0℃의 ASTM D2024에 따른 운점 (TCP)을 갖는 역 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 (EO/PO) 블록 공중합체를 포함하는 유착제를 제공하는 단계,
    소석고, 물, 포말 및 유착제를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 이때 포말이 슬러리에 다수의 기포를 부여하고 유착제가 다수의 기포를 유착시키는 것인 단계, 및
    슬러리를 커버 시트에 적용하여 커버 시트 상에 석고 층을 형성하고, 이때 석고 층은 포말 및 유착제에 의해 부여되어 그 안에 분산된 다수의 기포를 한정하는 것인 단계
    를 포함하는 석고 보드 제조 방법.
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