KR20140105748A - 셀룰로스 에테르를 포함하는 충전 조성물 또는 석고 플라스터의 응집을 감소하는 방법 - Google Patents

셀룰로스 에테르를 포함하는 충전 조성물 또는 석고 플라스터의 응집을 감소하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀룰로스 에테르를 조성물의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%의 특정된 양으로 포함하는, 석고 플라스터(plaster) 또는 충전 조성물과 비교하여 응집이 감소된 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기한 방법에서 사용하기 위한 셀룰로스 에테르, 젤라틴 및 석고를 포함하는 건조 모르타르, 및 상기한 방법에서 사용하기 위한 석고 결합제에 첨가될 수 있는 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 석고가 없는 혼합물을 제공한다.

Description

셀룰로스 에테르를 포함하는 충전 조성물 또는 석고 플라스터의 응집을 감소하는 방법{A METHOD FOR REDUCING AGGLOMERATION IN GYPSUM PLASTER OR FILLING COMPOSITIONS COMPRISING CELLULOSE ETHER}
본 발명은 수용성 셀룰로스 에테르를 조성물의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%의 특정된 양으로 포함하는, 석고 플라스터(plaster) 또는 충전 조성물과 비교하여 응집이 감소된 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기한 방법에서 사용하기 위한 수용성 셀룰로스 에테르, 젤라틴 및 석고를 포함하는 건조 모르타르, 및 상기한 방법에서 사용하기 위한 석고 결합제에 첨가될 수 있는 수용성 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 석고가 없는 혼합물을 제공한다.
석고 플라스터와 충전 조성물은 일반적으로 사용 시에 석고 모르타르, 즉 모르타르의 전체 건조 중량에 대하여 적어도 10 중량% 석고를 포함하는 건조 혼합물을 얻어진 플라스터 또는 충전 조성물을 표면에 건조 시 이를 응결 및 경화하기 전에 적용할 수 있는 충분한 양의 물과 조합하여 제조된다.
일반적인 플라스터와 충전 조성물은 대개 석고, 및 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 증점제, 지연제, 급결제, 분산제, 가소제 및 안정화제의 조합물을 포함하고, 그에 따라 물리적 특성이 향상된 개질 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 제공한다. 구체적으로, 습윤제 또는 수분 보유 첨가제(water retention additive)는 플라스터 또는 충전 조성물 및/또는 얻어진 경화물의 물리적 특성에 유리한 효과를 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 초기 수화공정과 건조 시 조성물이 응결 및 경화할 때 후속하는 수분 제거에 따라 크게 좌우된다. 예를 들어, 습윤제 또는 수분 보유 첨가제의 사용은 점도, 오픈 타임, 응결속도 및 건조 시간 등의 가공 특성에서 유리한 효과를 유발할 수 있다.
폴리사카라이드 유도체, 구체적으로 수용성 셀룰로스 에테르 화합물을 수분 보유 첨가제로서 석고 모르타르에 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들어, US-A-2004/0258901에서는 12,000 내지 30,000의 바람직한 분자량을 갖는 수용성 셀룰로스 에테르 결합제를 포함하는 석고 플라스터를 기술하였다. 또한, US-A-2003/ 0005861은 건설업에서 사용하기 위한 수-재분산성 폴리머 분말로 개질된 건조 석고 함유 모르타르 제제를 기술하였다. 이 제제에서 사용하는데 적합한 증점제로는 셀룰로스 에테르 같은 폴리사카라이드를 포함한다. 또한, EP-A-0774445는 보수제 및 증점제로서 비이온성 셀룰로스 에테르와 카복시메틸셀룰로스의 조합물을 사용하는 석회 함유 석고 플라스터 조성물을 기술하고 있다. 이러한 첨가제들의 조합으로 오픈 타임을 연장하였다.
셀룰로스 에테르 이외에, 석고 플라스터 조성물은 다른 첨가제들을 함유하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, US-A-2005/0241541에서는 개질된 석고 플라스터를 제조하는데 사용하기 위한 혼합물 조성물을 기술하였으며, 여기서 얻어진 플라스터는 0.01 내지 1.0 중량%의 알킬하이드록시알킬 셀룰로스 및/또는 원면 린터 (linter)로부터 제조된 하이드록시알킬 셀룰로스 및 0.0001 내지 10 중량%의 첨가제 적어도 하나를 포함한다. 총칭적으로 기재된 특정 첨가제 목록은, 특히 젤라틴을 포함하고 있다.
이러한 석고 모르타르에 포함된 셀룰로스 에테르 입자들이 물과 조합시 용해되면, 조성물이 농후해진다. 이같은 농후화의 결과, 수성층이 석고 입자를 균일하게 적시지 않는 경향이 있다. 석고 입자들의 이러한 불균일한 습윤은 조성물 내 성분들의 응집을 유발하여 총괄적으로 응집물 구조라고 알려진, 클러스터, 럼프 (lump), 단괴 같은 시각적 결점을 형성하고, 이러한 조성물들을 기재에 적용한 후에 특히 두드러지게 되며, 이는 기계식 적용의 경우 분무에 의해 또는 손에 의해서 일 수 있다. 이러한 응집은 경화된 조성물에 만족스럽지 않은 마감을 제공할 수 있고, 결국 일단 확인이 되면 제거 및, 조성물에서 이러한 응집 구조물을 제거하거나 감소하기 위한 습식 석고 조성물에 대한 집중 재작업 또는 건조한 경화된 표면을, 예를 들어 샌딩으로 평활화하는 것이 필요할 수 있다.
셀룰로스 에테르를 포함하는 석고 조성물의 응집 문제가 WO 99/64368에서 언급되었으며, 여기에서는 주로 셀룰로스 에테르 및 소량의 중합화 카복실산 및 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트 호모- 또는 인터폴리머를 포함하는 첨가제를 사용하였다. 그러나, 수성 카복실산 용액의 사용은 셀룰로스 에테르의 pH 유도성 사슬 분해를 유발할 수 있다. 응집 문제는 또한 WO2009/018876에서도 언급하였으며, 여기에서는 알킬 하이드록시알킬셀룰로스를 가교제, 예컨대 모노알데히드, 디알데히드, 예를 들어 글리옥살, 및 실리콘 화합물로 처리하였다. 그러나, 가교결합 반응은 생성된 조성물의 pH 의존성으로, 높은 pH는 가교결합의 급속한 분해를 유발한다. 따라서, 가교결합 반응이 응집을 감소하는데 적합한 기간에 발생하도록 조성물의 pH를 주의 깊게 조절해야 한다.
개질된 석고 플라스터 및/또는 충전 조성물 내의 응집 문제가 상기한 종래기술들의 참고문헌에서 일부 해결되었지만, 종래기술이 제공하는 해결책은 높거나 낮은 pH를 갖는 조성물에 의존하고, 이것은 조성물 또는 적용 적합성에 유해할 수 있다. 따라서, 셀룰로스 에테르를 함유하는 플라스터 또는 충전제 조성물 내에서 셀룰로스 에테르 함유 석고 조성물의 성능 또는 특성에 심각하게 해로운 영향을 유발하지 않고 응집 감소를 얻기 위한 요구가 여전히 남아 있다.
본 발명은 그의 다양한 측면에서 첨부한 특허청구범위에 개시된 바와 같다.
제1 측면에 따라, 본 발명은 석고 결합제; X에서 Y를 감한 양의 수용성 셀룰로스 에테르; 및 Y량의 젤라틴(여기서 Y는 0.02X 내지 0.30X이다)을 포함하는 건조 모르타르를 형성하고, 건조 모르타르와 물을 조합하여 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 형성하는 것을 포함하는, 수용성 셀룰로스 에테르를 조성물 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%의 특정량 X로 포함하는 석고 플라스터 또는 충전 조성물과 비교하여 응집이 감소된 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 제공하는 방법을 제공한다.
제2 측면에 따라, 본 발명은 본 발명의 제1 측면에서 사용하기 위한 석고 결합제, 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 건조 모르타르를 제공하며, 여기에서 혼합물은 건조 모르타르의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%의, 수용성 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 혼합물을 포함하고, 셀룰로스 에테르 대 젤라틴의 중량비는 49:1 내지 7:3이다.
제3 측면에 따라, 본 발명은 수용성 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 석고가 없는 혼합물을 제공하며, 이것은 본 발명의 제1 측면에서 사용하기 위한 석고 결합제에 첨가될 수 있고, 셀룰로스 에테르 대 젤라틴의 중량비는 49:1 내지 7:3이다.
본 발명에 따라 제조된 석고 플라스터와 충전 조성물은 조성물의 성능 또는 특성에 심각한 유해 효과 없이 상대적으로 감소된 응집을 나타낸다. 또한, 조성물이 약 7의 pH로 제공되어 본질적으로 응집을 감소하기 위해 높거나 낮은 pH 조건을 사용하는 것에 의존하는 선행기술 조성물의 공급과 연관된 문제를 극복할 수 있다.
놀라웁게도, 바람직한 특성, 예를 들어 높은 수분 보유 및 낮은 슬럼프를 제공하기 위해 조성물에 일반적으로 첨가된 수용성 셀룰로스 에테르의 양 2 내지 30 중량%를 상기한 바람직한 특성에 대한 심각한 유해 효과를 유발하지 않고 젤라틴으로 대체하되, 단 조성물 내에 포함된 수용성 셀룰로스 에테르와 젤라틴의 전체 양이 조성물 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%이면 석고 플라스터 또는 충전 조성물의 응집이 감소하는 것을 발견하였다. 바람직하게, 조성물 내에 포함된 수용성 셀룰로스 에테르 및 젤라틴의 전체 양은 조성물 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%, 보다 더 바람직하게 0.15 내지 0.4 중량%이다. 이같은 바람직한 양의 셀룰로스 에테르와 젤라틴이 기계식 사용에 적합한 플라스터 또는 충전 조성물의 응집을 양호하게 감소하는 것으로 예상된다.
본 발명에서, 수용성 셀룰로스 에테르와 젤라틴의 혼합물은 7:3 내지 49:1의 중량비로 존재한다. 바람직하게, 셀룰로스 에테르와 젤라틴은 3:1 이상, 더욱 바람직하게 내지 4:1 이상의 중량비로 존재한다. 동시에, 셀룰로스 에테르와 젤라틴은 바람직하게 19:1 이하, 더욱 바람직하게 9:1 이하의 중량비로 존재한다.
본 발명의 제1 측면에서, 건조 모르타르는 석고 결합제, X에서 Y를 감한 양의 수용성 셀룰로스 에테르 및 Y량의 젤라틴을 포함하여 형성된다(여기에서, 두 개의 양은 건조 모르타르의 전체 건조 중량에 대한 중량 백분율이고, Y는 0.02X 내지 0.30X이다). 바람직하게, Y는 0.05X 이상, 더욱 바람직하게 0.1X 초과이다. 동시에, Y는 바람직하게 0.25X 이하, 더욱 바람직하게 0.2X 이하이다.
20 ℃에서 물에 녹는 셀룰로스 에테르가 본 발명에서 사용하는데 적합하다. 이러한 화합물들에서, 셀룰로스 내에 존재하는 하이드록실 그룹은 부분적 또는 전체적으로 -OR 그룹으로 대체될 수 있으며, 여기에서 R은 (C1-C6) 알킬 그룹, 하이드록시(C1-C6)알킬 그룹 및 이들의 혼합물에서 선택된다. 셀룰로스 에테르 내 알킬 치환의 존재는 일반적으로 DS, 즉 무수 글루코스(anhydroglucose) 단위 당 치환된 OH 그룹의 평균 수로 기술된다. 예를 들어, 메틸 치환은 DS (메틸) 또는 DS (M)으로 특정된다. 마찬가지로, 하이드록시알킬 치환의 존재는 일반적으로 MS, 즉 무수 글루코스 단위의 몰 당 에테르 같은 방법으로 결합된 에스테르화 시약의 평균 몰수로 기술된다. 예를 들어, 에틸렌 옥사이드를 사용한 에테르화는 MS (하이드록시에틸) 또는 MS (HE)로 나타내고 프로필렌 옥사이드를 사용한 에테르화는 MS (하이드록시프로필) 또는 MS (HP)로 나타낸다. DS 및 MS는, 예를 들어 P.W. Morgan, Ind . Eng . Chem . Anal. Ed. 18 (1946) 500-504, 및 R.U. Lemieux, C.B. Purves, Can . J. Res . Sect. B 25 (1947) 485-489에 기술된 Zeisel 방법으로 측정된다.
본 발명에서 사용하는데 적합한 셀룰로스 에테르는 당업계에서 공지된 일반적 방법으로 제조할 수 있다. 전형적으로, 제조방법은 셀룰로스를, 예를 들어 알칼리 금속 수산화물로 처리하여 활성화하고, 활성화된 셀룰로스를 에테르화제(들)와 반응시켜 얻어진 셀룰로스 에테르를 물 또는 다른 세척액, 예컨대 이소프로판올, 아세톤, 메틸에틸케톤 또는 브라인(brine)으로 세척하여 부산물을 제거하는 단계를 포함한다. 세척 단계 후에, 그래뉼, 럼프 및/또는 페이스트 형태일 수 있는 셀룰로스 에테르를 일반적 방법, 예를 들어 원심분리에 의해 세척액에서 분리하며, 전형적으로 젖은 셀룰로스 에테르의 전체 중량에 대하여 30 내지 60%의 수분 함량을 갖는다. 이후, 젖은 셀룰로스 에테르를 건조 및 분쇄하고, 이것은 통상적으로 건식 분쇄라 지칭되는 단일 공정 단계로 동시에 수행할 수 있다.
수용성 셀룰로스 에테르는 바람직하게 알킬하이드록시알킬셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 또는 알킬 셀룰로스, 또는 이러한 셀룰로스 에테르의 혼합물이다. 본 발명에서 사용하는데 적합한 셀룰로스 에테르 화합물의 예는, 예를 들어 메틸셀룰로스(MC), 메틸하이드록시에틸셀룰로스(MHEC), 메틸하이드록시프로필셀룰로스(MHPC), 하이드록시에틸셀룰로스(HEC), 에틸하이드록시에틸셀룰로스(EHEC), 메틸에틸하이드록시에틸셀룰로스(MEHEC), 소수성 개질된 에틸하이드록시에틸셀룰로스(HMEHEC), 소수성 개질된 하이드록시에틸셀룰로스(HMHEC), 설포에틸 메틸하이드록시에틸셀룰로스(SEMHEC), 설포에틸 메틸하이드록시프로필셀룰로스(SEMHPC), 및 설포에틸 하이드록시에틸셀룰로스(SEHEC)를 포함한다. 이러한 화합물 모두가 공지되어 있다.
바람직하게, 수용성 셀룰로스 에테르는 알킬하이드록시알킬셀룰로스, 즉 하이드록실 그룹이 -OR 그룹으로 부분적 또는 전체적으로 대체된 셀룰로스계 화합물이고, 여기에서 R은 (C1-C6) 알킬 그룹, 하이드록시(C1-C6)알킬 그룹 및 이들의 혼합물을 나타내며, 왜냐하면 6 초과 탄소 길이의 알킬 사슬을 갖는 치환체는 셀룰로스 에테르에 충분한 소수성을 제공하는 경향이 있어서 화합물을 물에 불용이거나 단지 약간만 녹을 수 있게 하기 때문이다. 바람직하게, (C1-C6) 알킬 그룹은 (C1-C2) 알킬 그룹이다. 바람직하게, 하이드록시(C1-C6) 알킬 그룹은 하이드록시(C2-C3) 알킬 그룹이다. 더욱 바람직하게, 셀룰로스 에테르는 메틸 하이드록시에틸셀룰로스(MHEC), 에틸 하이드록시에틸셀룰로스(EHEC), 메틸 하이드록시프로필셀룰로스(MHPC), 메틸에틸 하이드록시에틸셀룰로스(MEHEC), 메틸 하이드록시에틸하이드록시프로필셀룰로스(MHEHPC) 및 이들의 혼합물에서 선택된다. 가장 바람직하게, 셀룰로스 에테르는 MHEC 및 MHPC에서 선택된다.
DS와 MS를 더한 총합으로 계산된 셀룰로스 에테르의 치환도가 응집 감소를 나타내는 결정적 인자라고 판단되지는 않지만, 젤라틴이 없는 경우에 치환도가 증가할 때 응집물 구조를 형성하는 경향 간 역전관계가 있는 것으로 보인다. 그러므로, DS 및/또는 MS가 낮은 셀룰로스 에테르를 석고 함유 플라스터 또는 충전 조성물에 첨가할 때 응집 감소가 관찰되는 것은 특히 놀라운 일이다. 바람직한 구체예에서, 본 발명에서 사용된 셀룰로스 에테르는 2 미만의 DS를 갖는다. 동시에, DS는 바람직하게 1 초과이다. 바람직하게, MS는 1 미만이다. 동시에, MS가 0일 수 있는 반면, MS는 바람직하게 0.01 이상이다. 더욱 바람직한 구체예에서, 셀룰로스 에테르 내에서 알킬 및 하이드록시알킬 치환의 총합도(combined degree)는 2.0 이하, 더욱 바람직하게 1.9 이하이다. 더욱 바람직한 구체예에서, 셀룰로스 에테르는 1.88 이하의 알킬 및 하이드록시알킬 치환의 총합도를 갖는 메틸하이드록시에틸셀룰로스, 1.99 이하의 알킬 및 하이드록시알킬 치환의 총합도를 갖는 메틸하이드록시프로필셀룰로스 및 이들의 조합물에서 선택된다.
셀룰로스 에테르 입자 형태가 응집 감소를 제공하는 결정적 인자일 것으로 판단되지는 않지만, 젤라틴이 없는 경우에 셀룰로스 에테르 입자 크기가 감소하면 응집물 구조를 형성하는 경향이 증가하는 것으로 보인다. 본 발명에서 사용된 셀룰로스 에테르의 입자 크기 정보를 입자의 직경(DOP) 및/또는 동등투시면적(equal projection area) 원(EQPC)의 직경으로 기록할 수 있다. 바람직한 형태학을 갖는 셀룰로스 에테르 입자는 온도를 변화시키거나/시키고 건식 분쇄 공정의 개시 전에 세척된 셀룰로스 에테르 입자의 수분 함량을 조절하여 제조할 수 있다. 선택적으로, 또는 실제로 이외에도, 셀룰로스 에테르 형태학은 온도와 분쇄 속도 등의 건조 및 분쇄 조건을 조절하여 제어할 수 있다.
DOP는 입자크기 및 형상 분석을 조합한 고속 이미지 분석 시스템으로 측정한다. 이러한 특정 이미지 분석방법은 W. Witt, U. Koehler, J. List, Current Limits of Particle Size and Shape Analysis with High Speed Image Analysis, PARTEC 2007에 기술되어 있다. 중간입자직경 DOP (50,3)는 다음과 같이 정의된다: 모든 입자 크기 분포, 예를 들어 DOP는 수 (0), 길이 (1), 면적 (2) 또는 부피 (3) 분포로 표시하고 적용할 수 있다. DOP의 부피 분포는 누적분포 Q3로 계산된다. 입자 직경값 DOP (50,3)에서 부피 분포는 콤마 다음의 숫자 3으로 표시된다. 중간값을 반영하는 표시 50은 입자 분포의 직경 50%가 주어진 값(μm)보다 더 작고 50%는 더 큰 것을 나타낸다. 50% DOP 값은 이미지 분석기 소프트웨어로 계산된다. 고속 이미지 분석 시스템은 상업적으로 Sympatec GmbH(독일, Clausthal Zellerfeld)로부터 동적이미지분석(DIA) 시스템 QICPICTM으로 입수할 수 있다. 이러한 시스템은 입자들의 형상을 분석하고 입자의 가능한 불균일한 형태를 고려한다. 따라서, 다른 방법보다 실제 입자크기의 더 정확한 측정값을 제공한다. DIA 시스템 QICPICTM은 Witt, W., Koehler, U., List, J.: Direct Imaging of very fast Particles Opens the Application of Powerful (dry) Dispersion for Size and Shape Characterisation (PARTEC 2004, Nuremberg, Germany)에 보다 상세히 기술되어 있다.
EQPC는 입자크기와 형태 분석을 조합한 고속 이미지 분석 시스템으로 측정된다. 이러한 특정 이미지 분석 방법은 Witt, W., Koehler, U., List, J.: Direct Imaging of very fast Particles Opens the Application of Powerful (dry) Dispersion for Size and Shape Characterisation(PARTEC 2004, Nuremberg, Germany)에 보다 상세히 기술되어 있다. EQPC (50,3)은 동등투시면적(equal projection area) 원의 중앙 직경이며 다음과 같이 정의된다: 모든 입자크기분포, 예를 들어 EQPC는 수 (0), 길이 (1), 면적 (2) 또는 부피 (3) 분포로 표시하고 적용할 수 있다. EQPC의 부피 분포는 누적분포 Q3로 계산된다. 동등투시면적값의 원의 직경 EQPC(50,3) 내 부피 분포는 콤마 다음의 숫자 3으로 표시된다. 중간값을 반영하는 표시 50은 입자 분포의 EQPC 50%가 주어진 값(μm)보다 더 작고 50%는 더 큰 것을 나타낸다. 50% EQPC 값은 이미지 분석기 소프트웨어로 계산된다.
본 발명에서 사용된 셀룰로스 에테르는 바람직하게 적어도 25 μm, 더욱 바람직하게 적어도 30 μm의 DOP (50,3)을 갖는다. 셀룰로스 에테르는 바람직하게 45μm 이하, 더욱 바람직하게 40μm 이하, 더욱 바람직하게 37μm 이하, 더 더욱 바람직하게 35μm 이하의 DOP (50,3)을 갖는다.
본 발명의 방법에서 사용된 셀룰로스 에테르는 바람직하게 적어도 65 μm, 더욱 바람직하게 적어도 70 μm의 EQPC (50,3)을 갖는다. 셀룰로스 에테르는 바람직하게 100 μm 이하, 더욱 바람직하게 90 μm 이하, 더욱 바람직하게 80 μm 이하, 더 더욱 바람직하게 75 μm 이하의 EQPC (50,3)을 갖는다.
본 발명에서 사용된 셀룰로스 에테르의 점도 등급이 응집 감소를 제공하는 결정적 인자일 것으로 판단되지는 않지만, 젤라틴이 없는 경우에 점도 등급이 증가하면 응집물 구조를 형성하는 경향이 증가하는 것으로 보인다. Ubbelohde 튜브 점도계를 사용하여 20 ℃에서 2% 수용액으로 측정한 셀룰로스 에테르의 점도 등급은 바람직하게 1,000 mPa s 이상, 더욱 바람직하게 2,000 mPa s 이상이다. 동시에 점도 등급은 바람직하게 500,000 mPa s 이하, 더욱 바람직하게 300,000 mPa s 이하이다.
본 발명에 따른 개질된 건조 모르타르, 플라스터 및 충전 조성물은 석고, 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함한다. 모르타르, 플라스터 및 충전 조성물 모두 그의 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 석고를 10 중량% 이상, 바람직하게 적어도 40 중량%, 더욱 바람직하게 적어도 60 중량%, 더 더욱 바람직하게 적어도 80 중량%의 양으로 함유한다. 석고, 셀룰로스 에테르 및 젤라틴 이외에, 본 발명의 건조 모르타르, 플라스터 및 충전제 조성물은, 유기 또는 무기 증점제 및/또는 2차 수분유지제, 늘어짐 방지제, 공기연행제(air entraining agent), 습윤제, 소포제, 유동화제, 분산제, 칼슘 착화제, 지연제, 급결제, 발수제, 수-재분산성 폴리머 분말, 바이오폴리머 및 섬유로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있고, 이들은 모두 당분야에 공지되어 있으며 상업적 공급원으로부터 입수할 수 있다. 이러한 추가적 첨가제는 본 발명의 석고가 없는 혼합물과 혼합할 수 있다.
이하, 본 발명의 일부 구체예를 단지 예시로서 추가 기술하였다. 모든 비율, 부 및 백분율은 달리 특정되지 않는 한 건조 중량으로 표시되며, 달리 특정되지 않는 한 모든 성분은 양호한 상업적 품질을 갖는다. 실시예와 표에 사용된 약자들은 그의 상응하는 설명과 함께 이하에 기재하였다:
MHEC: 하이드록시에틸 메틸셀룰로스(Dow Wolff Cellulosics GmbH로부터 WALOCELTM MKX 40000 PF 01로서 상업적으로 입수가능)
MHPC: 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(Dow Wolff Cellulosics GmbH로부터 METHOCELTM 254로서 상업적으로 입수가능)
모르타르: Knauf Gips KG로부터 입수가능한 일반적 석고 스프레이 플라스터 베이스 물질
젤라틴: Caesar & Loretz GmbH로부터 상업적으로 입수가능한 세미그래뉼 젤라틴 분말
실시예
특정 양의 셀룰로스 에테르를 셀룰로스 에테르와 젤라틴 조합물로 대체하였을 때의 응집 감소를 다양한 양의 MHEC 또는 MHPC를 젤라틴과 함께 포함하는 여러 석고 플라스터 조성물을 시험하여 입증하였다.
모르타르 제조
이하의 실시예 전체에서, 모르타르는 셀룰로스 에테르(MHEC 또는 MHPC) 및, 필요한 경우 젤라틴과 3리터의 폴리에틸렌 백에서 혼합한 다음, 밀봉하고 균일한 개질 건조 모르타르를 형성하기 위해 3분 동안 수동으로 진탕하였다.
입자 형태학 분석
본 실시예에서 사용된 셀룰로스 에테르 입자의 DOP (50,3) 입자크기는 Witt, W., Koehler, U., List, J.: Direct Imaging of very fast Particles Opens the Application of Powerful (dry) Dispersion for Size and Shape Characterisation (PARTEC 2004, Nuremberg, Germany)에서 상세하게 기술된 QICPICTM 직접 이미지 분석(DIA) 시스템을 사용하여 측정하였다. 필요하다면, 건식 분쇄를 개시하기 전에 DOP (50,3) 입자크기를 온도 및/또는 셀룰로스 에테르의 수분 함량을 조절하여 개질하였다.
본 실시예에서 사용된 셀룰로스 에테르 입자의 EQPC (50,3) 입자크기를 Witt, W., Koehler, U., List, J.: Direct Imaging of very fast Particles Opens the Application of Powerful (dry) Dispersion for Size and Shape Characterisation(PARTEC 2004, Nuremberg, Germany)에서 기술된 방법에 따라 측정하였다. 필요하다면, 건식 분쇄를 개시하기 전에 EQPC (50,3) 입자크기를 온도 및/또는 셀룰로스 에테르의 수분 함량을 조절하여 개질하였다.
수분 보유 및 점도의 평가
얻어진 플라스터 조성물의 수분 보유와 슬럼프, 즉 점도 정보를 조합된 시험에서 측정하였다. 각 시험에서는 개질된 건조 모르타르 조성물을 시험 과정을 개시하기 적어도 24시간 전에 700g의 석고(정확도 ±0.1 g까지 측정)와 목적하는 양(정확도 ±0.001 g까지 측정)의 셀룰로스 에테르, 및 필요하다면 젤라틴을 상기한 바와 같이 혼합하여 제조하였다.
개질된 건조 모르타르 조성물을 초기 기지량의 물(20 ℃ ± 1 ℃)에 저속 기계적 혼합 조건 하에 실험식 믹서로 15초 동안 첨가하여 시험 과정을 개시한 다음, 혼합 속도를 20초의 추가 기간 동안 증가시켰다(EN 196 및 DIN 1164). 이어서, 얻어진 석고 플라스터 조성물 일부를 수평 유리 플레이트에 놓인 젖은 원추 고리 몰드에 따랐다. 몰드는 다음과 같은 내부 크기를 갖는다: 하부 직경: 100mm; 상부 직경: 70mm; 높이: 60mm. 플라스터 조성물을 다져서 공기 포착을 최소화하고, 과량의 플라스터를 강철자로 제거하였다. 이후, 60초 이내에 교반 공정을 완료한 후 몰드를 15회 진탕한 다음, 유리 플레이트에서 수직으로 들어올려 플라스터 패트(pat)가 드러나게 하였다. 패트가 플레이트에 침강되면 패트의 직경을 네 지점에서 ±1mm의 정확도로 측정하였고, 4개 값의 평균은 플라스터 조성물의 표준 슬럼프를 나타낸다. 170±5mm의 허용가능한 표준 슬럼프가 얻어지는 경우에만 플라스터 조성물의 수분 보유를 기록할 수 있다. 그러나, 표준 슬럼프가 이 값을 벗어나면 시험을 상이한 부피의 물을 사용하여 허용가능한 표준 슬럼프가 기록될 때까지 반복하게 된다.
플라스터 조성물의 수분 보유를 측정하기 위해 중량을 알고 있는 생성된 동일 석고 플라스터 조성물을 기지 중량의 여과지 더미 상부에 위치한 원통형 고리 몰드(내부 직경 90mm, 높이 15mm)를 포함하는 장치에 따랐으며, 여기에서 여과지 더미의 상부 시트는 Grade 0980/1 여과지의 단일 건조 시트였으며 다음 시트는 Grade 2294 (8-15μm) 셀룰로스 여과지로, 두 여과지 등급은 Whatman®으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 이후, 몰드 내에 함유된 조성물을 알루미늄 호일로 덮고 60분 동안 방치하고, 여과지 시트를 제거했을 때 칭량하였다.
생성된 석고 플라스터 조성물의 물 대 고체 인자(
Figure pct00001
) 및 수분 보유율 ("WRV"), 즉 60분 후 원통형 고리 몰드 내의 조성물에 보유된 물의 양은 다음과 같이 계산되었다:
Figure pct00002
상기 식에서:
A는 여과지 시트에 의해 흡수된 물의 중량(그람) (즉, 60분 후 여과지의 중량 - 기지의 여과지 건조 중량)이고;
B는 시험의 출발점에서 원통형 고리 몰드 내의 얻어진 석고 플라스터 조성물의 중량(그람)이다.
60분일 때 75의 최소 WRV가 이 시험의 목적에 허용가능한 것으로 판단된다.
실시예 1
석고 플라스터 조성물의 슬럼프, 수분 보유 및 응집에 대한 MHEC 및 젤라틴 첨가제의 효과를 입증하는 시험 결과를 표 1에 나타내었다. 각각의 시험에서, 개질 건조 모르타르 조성물은 시험 과정을 시작하기 적어도 24시간 전에 400g 석고(정확도 ±0.1 g까지 측정)와, DOP (50,3) 입자크기가 46.6 μm이고 EQPC (50,3) 입자크기가 94.4 μm인 MHEC의 기재된 양(정확도 ±0.001 g), 및 필요하다면 젤라틴을 혼합하여 제조하였다.
응집시험 과정을 30초 동안 개질된 건조 모르타르 조성물을 물(20℃ ± 1℃)에 첨가하는 것으로 개시하여 0.75의
Figure pct00003
를 갖는 플라스터 조성물을 얻고, 다시 30초 동안 혼합물을 담가두었다. 이후, 담겨진 혼합물에 대하여 실험실 혼합기로 다시 30초 동안 저속 기계식 혼합을 수행한 다음, 1800 cm2 면적의 석고 플라스터보드에 옮겼다. 석고 플라스터보드를 진탕하여 적용된 혼합물을 평탄화를 위한 어떤 장비도 사용하지 않고 약 3 mm의 두께로 면적을 고르게 채웠다. 플라스터를 24 내지 48시간 동안 정치하고 럼프의 수를 계수하여 표 1에 기재하였다.
실시예 MHEC % 젤라틴 % 슬럼프 ( mm ) WRV
(60 min ) 		MHEC : 젤라틴 전체
럼프
1.1 0.24 0.0 166 82.5 - 11
1.2 0.228 0.012 168 81.7 19:1 3
1.3 0.216 0.024 170 80.5 9:1 4
1.4 0.192 0.048 171 78.7 4:1 5
1.5 0.168 0.072 169 78.6 7:3 2
1.6 0.24 0.024 170 82.0 91:9 8
0.24% 셀룰로스 에테르와 0% 젤라틴을 함유하는 실시예 1.1과, 5 내지 30%의 실시예 1.1에 포함된 셀룰로스 에테르가 젤라틴으로 대체된 실시예 1.2 내지 1.5의 비교에서, 응집, 즉 럼프 형성이 최대 30%의 셀룰로스 에테르를 젤라틴으로 대체하여 감소되는 것이 명백하였다. 게다가, 이 데이터는 이처럼 젤라틴으로 셀룰로스 에테르를 대체하는 것이 실시예 1.1과 관련하여 슬럼프 및/또는 수분 보유에 대해 심각한 부작용을 일으키지 않는 것을 나타내고 있다. 그러나, 실시예 1.1에 포함된 셀룰로스 에테르에 추가량의 젤라틴을 혼입한 실시예 1.6과 실시예 1.1의 비교는 실시예 1.2 내지 1.5, 즉 셀룰로스 에테르가 부분적으로 젤라틴으로 대체되었을 때 관찰된 응집 감소가 젤라틴이 건조 모르타르에 바람직한 양의 셀룰로스 에테르에 더하여 혼입되었을 때와 같은 범위로 관찰되지 않는 것을 입증하고 있다.
실시예 2
석고 플라스터 조성물의 슬럼프, 수분 보유 및 응집에 대한 MHPC 및 젤라틴 첨가제의 효과를 입증하는 시험 결과를 표 2에 나타내었다. DOP (50,3) 입자크기가 31.4 μm이고 EQPC (50,3) 입자크기가 87.4 μm인 MHPC를 MHEC 대신 사용하고 얻어진 플라스터 조성물의
Figure pct00004
가 0.63인 것을 제외하고, 실시예 1에 따라 각각의 시험을 수행하였다.
실시예 MHPC
wt % 		젤라틴 wt % 슬럼프/ 점조도 ( mm ) WRV
(60 min ) 		MHPC : 젤라틴 전체 럼프
2.1 0.24 0.0 177 92.9 - 9
2.2 0.228 0.012 177 90.6 95:5 6
2.3 0.216 0.024 178 93.5 9:1 6
2.4 0.192 0.048 174 91.7 8:2 3
2.5 0.168 0.072 176 92.2 70:30 2
2.6 0.24 0.024 177 90.4 91:9 9
실시예 1과 마찬가지로, 실시예 2.1과 실시예 2.2 내지 2.5의 비교에서 응집이 최대 30%의 셀룰로스 에테르를 젤라틴으로 대체하여 감소되는 것이 명백하였다. 게다가, 이 데이터는 이러한 젤라틴 대체가 슬럼프 및/또는 수분 보유에 대해 심각한 부작용을 일으키지 않는 것을 나타내고 있다. 그러나, 실시예 2.1에 포함된 셀룰로스 에테르에 추가량의 젤라틴을 혼입한 실시예 2.6과 실시예 2.1의 비교는 실시예 2.2 내지 2.5에서 관찰된 응집 감소가 젤라틴이 건조 모르타르에 바람직한 양의 셀룰로스 에테르에 더하여 혼입되었을 때 나타나지 않는 것을 입증하고 있다.
실시예 3
석고 플라스터 조성물의 응집에 대한 셀룰로스 에테르 입자크기의 효과를 입증하는 시험 결과를 표 3에 기재하였다. 본 실시예에서 목적하는 DOP (50,3) 입자크기를 갖는 MHEC 입자는 건식 분쇄를 개시하기 전에 온도와 셀룰로스 에테르의 수분 함량을 조절하여 제조되었다. 각 시험에서, 0.24 중량%의 MHEC를 포함하는 모르타르를 물과 조합하여
Figure pct00005
가 0.75인 플라스터 조성물을 얻었다. 얻어진 플라스터 조성물을 수직 벽돌 표면 약 2x3 m2에 표준 PFT G4 석고 분무기를 사용하여 분무 적용하였다. 플라스터 마감의 품질을 플라스터 조성물의 평탄화 이후에 전문 어플리케이터가 육안으로 관찰하여 1("매우 양호")에서 5("전체적으로 허용불가") 범위의 럼프 등급을 배정하였다. 최종 평점은 플라스터된 표면에서 관찰할 수 있는 응집 구조물의 크기와 빈도를 모두 고려하였다.
실시예 MHEC 입자크기
( DOP (50, 3)) 		럼프 등급
3.1 52 1.5
3.2 45 2.5
3.3 40 5
3.4 37 5
상기한 데이터에 따르면, 시험된 석고 플라스터 조성물은 각각 적용 및 평탄화 후에 나타나게 된 응집이 일정 범위까지 일어나는 것이 분명하였다. 또한 수분 보유 첨가제로서 작은 입자크기의 셀룰로스 에테르 화합물을 사용하여 응집 문제가 심각하게 악화되는 것 또한 분명하였다. 특히, 45 μm 미만의 DOP (50,3) 입자크기를 갖는 셀룰로스 에테르를 첨가할 경우 응집 구조물의 크기 및/또는 빈도의 심각한 증가가 관찰되었고, 40 μm 이하의 DOP (50,3) 입자크기를 갖는 셀룰로스 에테르를 포함하는 플라스터 조성물은 전적으로 허용할 수 없는 점에 주목하여야 한다.

Claims (11)

  1. a) 석고 결합제; X에서 Y를 감한 양의 수용성 셀룰로스 에테르; 및 Y량의 젤라틴(여기서 Y는 0.02X 내지 0.30X이다)을 포함하는 건조 모르타르를 형성하고;
    b) 건조 모르타르와 물을 조합하여 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물을 형성하는 것을 포함하는,
    수용성 셀룰로스 에테르를 조성물 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%의 특정량 X로 포함하는, 석고 플라스터 또는 충전 조성물과 비교하여 응집이 감소된 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 셀룰로스 에테르가 알킬하이드록시알킬셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스, 알킬 셀룰로스 또는 이들의 혼합물인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 알킬하이드록시알킬셀룰로스가 메틸하이드록시에틸셀룰로스 (MHEC), 에틸하이드록시에틸셀룰로스(EHEC), 메틸하이드록시프로필셀룰로스 (MHPC), 메틸에틸하이드록시에틸셀룰로스(MEHEC), 메틸하이드록시-에틸하이드록시프로필셀룰로스(MHEHPC) 및 이들의 혼합물에서 선택된 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 셀룰로스 에테르가 알킬하이드록시알킬셀룰로스일 때, 알킬하이드록시알킬셀룰로스가 >1 내지 1.99의 DS(알킬) 및 0.01 내지 <1의 MS(하이드록시알킬)을 갖되, DS와 MS의 총합이 2.0 이하인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 셀룰로스 에테르가 25 μm 내지 45 μm의 중간입자직경 DOP (50,3)을 갖는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 셀룰로스 에테르가 65 μm 내지 100 μm의 등가입자원 EQPC (50,3)의 중간입자직경을 갖는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 셀룰로스 에테르가 2% 수용액으로 20 ℃에서 Ubbelohde 튜브 점도계를 사용하여 측정된 1000 내지 500,000 mPa s의 점도 등급을 갖는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 개질된 석고 플라스터 또는 충전 조성물 내에 존재하는 셀룰로스 에테르와 젤라틴의 전체 양이 조성물의 전체 건조 중량에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 건조 모르타르가 그의 성분들의 전체 건조 중량에 대하여 10 중량% 이상의 양으로 석고를 포함하는 방법.
  10. 건조 모르타르의 전체 중량에 대해 셀룰로스 에테르와 젤라틴을 포함하는 혼합물 0.1 내지 1.0 중량%를 포함하고, 여기에서 셀룰로스 에테르 대 젤라틴의 중량비가 49:1 내지 7:3인, 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하기 위한 석고 결합제, 셀룰로스 에테르 및 젤라틴을 포함하는 건조 모르타르.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하기 위한, 석고 결합제에 첨가될 수 있고, 셀룰로스 에테르 대 젤라틴의 중량비가 49:1 내지 7:3인, 셀룰로스 에테르와 젤라틴을 포함하는 석고가 없는 혼합물.
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