KR20160071397A - 스투코에 대한 높은 수분의 비를 사용하여서 생성된 석고 보드 - Google Patents

스투코에 대한 높은 수분의 비를 사용하여서 생성된 석고 보드 Download PDF

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Abstract

증가된 내화성을 갖는 석고 보드를 생산하기 위한 석고 조성물, 보드, 및 방법이 기술된다. 경화된 석고-함유 조성물은 특정한 스투코에 대한 수분의 비들에 기초하여서, 내화성을 갖는 석고 보드를 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

스투코에 대한 높은 수분의 비를 사용하여서 생성된 석고 보드{GYPSUM WALLBOARD PRODUCED USING A HIGH WATER-TO-STUCCO RATIO}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본원은 2013년 10월 15일자에 출원된 미국 가 출원 번호 14/054,689의 이점을 주장하며, 이 가출원은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
석고 제품들은 일반적으로 적어도 수분(water) 및 스투코(stucco)로 형성된 슬러리(slurry)를 사용하여서 제조될 수 있다. 황산 칼슘 반수화물(CaSO4·½H2O)인 스투코가 수분과 반응하여서 황산 칼슘 이수화물(CaSO42H2O)인 석고를 형성한다. 석고 벽판은 코어부(core), 대면 시트(face sheet), 및 후면 시트(back sheet)를 포함하는 복합 보드일 수 있다. 석고 벽판의 밀도는 수성 기포(aqueous foam)를 스투코 슬러리에, 목표된 석고 코어부 밀도를 제공하는데 효과적인 양으로 부가함으로써 감소될 수 있다. 벽판의 체적은 석고, 석고 결정들의 팩킹 공극들(packing voids), 수분의 기화에 의해서 남겨진 공극들(즉, 수분 공극들), 및 기포에 의해서 생성된 공극들(즉, 기포 공극들)에 의해서 점유된다. 보드가 단위 체적당 석고를 덜 함유하고 있을 때에, 벽판의 내화성을 크게 할 수 있도록 가용되는 결정화된 수분이 줄어든다. 석고 벽판들은 통상적으로 내부 벽들 및 천장들의 건식벽체 구축 시에 사용되며, 화재 및 과잉 온도들 모두를 견딜 수 있어야 한다. 이로써, 석고 벽판들은 내화성/화재 저항성을 최대화시키는 사양을 사용하여서 제조된다.
석고 벽판의 내화성/화재 저항성은 보드가 표준 화재 테스트를 견딜 수 있는 기간에 의해서 측정된다. 벽판의 화재 저항성은 벽판이 온도 증가, 화염 통과, 및 구조적 붕괴를 피할 수 있는 능력에 따라서 분류된다. 시공자들, 거주자들, 및 규제 기관들을 포함하여 다양한 당사자들이 통상적으로 내화성을 평가하기 위해서, 화재 테스트 조립체들이 몇몇 표준 구성들로 범주화된다. 일부 통상적인 조립체들은 U305, U419, 및 U423으로서 지칭되는 테스트들을 갖는, 테스트 및 인증 기관인 Underwriters Laboratories, Inc.(UL®)에 의해서 규정된 테스트 설계체들을 포함한다.
표준 화재 테스트는 ASTM E119의 요건들에 따라서 관례적으로 수행된다. 이러한 테스트들에서, 화재 저항성 분류사항이 벽 조립체가 과잉 온도 상승, 또는 화염 통과, 또는 구조적 붕괴를 보이는 시간에 기초하여서 확립될 수 있다. 테스트 불량은 노출된 표면 상의 몇 개의 열전대들에 의해서 측정된 평균 온도가 주변 온도 위로 250°F보다 더 높게 증가하거나 임의의 개별 열전대가 주변 온도 위로 325°F보다 더 높게 증가하는 경우에 발생한다. 시스템의 내화성의 기간은 시스템에서 사용되는 석고 보드에 의존할 뿐만 아니라, 벽 조립체 두께, 스터드 타입 및 간격, 보드 크기, 단열 타입, 등과 같은 다른 수많은 인자들에도 의존한다.
기존의 기법들이 벽판 내화성 및 화재 저항성을 크게 하는데 유용하지만, 이에 대한 보다 개선이 언제나 바람직하다.
일 양태에서, 본 발명은 화재 저항성 석고 보드를 제공하며, 이 석고 보드는 2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물을 포함하며, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코(stucco) 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스(interlocking matrix)를 포함한다. 상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비(water-to-stucco ratio)를 갖는다. 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09(예를 들어서, ASTM C473-09, 방법 B)에 따라서 결정된 인발 저항(nail pull resistance)은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 52 분보다 길다.
다른 양태에서, 본 발명은 화재 저항성 석고 보드를 제공하며, 이 석고 보드는 2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물을 포함하며, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스를 포함한다. 상기 슬러리는 약 1.2 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 갖는다. 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09(예를 들어서, ASTM C473-09, 방법 B)에 따라서 결정된 인발 저항은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 54 분보다 길다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 화재 저항성 석고 보드를 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 적어도 스투코와 수분의 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 갖는다. 상기 석고 스투코 슬러리가 시트 상에 퇴적되어서 보드 프리폼(board preform)이 형성된다. 상기 슬러리가 절단되게 충분하게 경화된 이후에 상기 보드 프리폼을 사전결정된 치수들로 절단된다. 상기 보드가 건조된다. 상기 화재 내화성 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09(예를 들어서, ASTM C473-09, 방법 B)에 따라서 결정된 인발 저항(nail pull resistance)은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 52 분보다 길다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 장점들 및 추가적인 창의적인 특징들이 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 저 밀도 석고 보드들의 단면들을 도시하는 도면들이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 벽판 샘플의 내화성 지수(FEI)를 결정하는데 사용되는 소형 스케일 테스트 장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 2에 예시된 소형 스케일 화재 테스트 동안에 사용된 퍼니스의 시간(X-축)에 따른 온도 프로파일(Y-축)을 표시하는 선 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 소형-스케일 테스트의 내화성(X-축)과 U419 테스트의 내화성(Y-축) 간의 상관성을 표시하는 선 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 1의 벽판들에 대한 시간(X-축)에 따른 비노출된 표면 온도(Y-축)를 표시하는 선 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 2의 벽판들에 대한 시간(X-축)에 따른 비노출된 표면 온도(Y-축)를 표시하는 선 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 3의 벽판들에 대한 시간(X-축)에 따른 비노출된 표면 온도(Y-축)를 표시하는 선 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 보다 많은 개수들의 수분 공극들 및 감소된 개수의 기포 공극들을 포함하는 벽판이 보다 큰 내화성을 갖는다는 기대치 않은 놀라운 발견에 적어도 부분적으로 기초한다. 석고 매트릭스 내에 위치한 공극들의 크기가 벽판의 내화성에 큰 영향을 준다는 것이 발견되었다. 구체적으로, 미세하고 균일하게 분포한 수분 공극들이 크고 상호연결된 기포 공극들에 비해서 대체적으로 바람직하다는 것이 발견되었다. 증가된 개수의 수분 공극들을 포함하는 보드를 준비하기 위해서, 스투코에 대한 수분의 비(water-to-stucco ratio)가 증가될 수 있다. 일반적으로, 석고 벽판은 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 갖는 슬러리부터 형성된 석고의 인터록킹된 매트릭스(interlocking matrix)를 포함하는 코어부를 포함한다.
일반적으로, 석고 벽판이 열적 응력(thermal stress) 하에 있는 경우에, 열적 에너지가 초기에는 황산 칼슘-결합 수분 분자들의 기화로 향하게 된다. 이러한 수분 분자들은 석고가 열에 대해서 강한 저항성을 갖게 한다. 215°F에 도달하면, 수분 분자들은 떨어져 나가게 되고, 이는 황산 칼슘 반수화물들(CaSO4·½H2O)의 형성으로 이어진다. 온도가 250°F에 도달하면, 석고가 황산 칼슘 무수화물(anhydrite)로 변함에 따라서 나머지 수분이 사라진다. 양 반응들은 흡열성이며, 이는 석고가 이수화물에서 무수화물로 "소성"되는 때에 열을 흡수할 것을 의미한다.
벽판 테스트 조립체에서, 열은 퍼니스에서 노출된 보드의 표면으로 전달된다. 노출된 벽판의 표면 온도가 증가함에 따라서, 보드 양단에 걸친 온도 구배는 증가한다. 열 전달이 계속됨에 따라서, 벽판 내의 결정화된 수분이 사라지면서 비노출된 벽판의 표면 온도는 증가한다.
석고 제품의 내화성은 석고 제품 내에서 함유된 석고의 양과 직접적으로 관련된다고 사료된다. 석고의 양이 감소하면, 석고 제품의 내화성이 감소한다고 사료되는데, 이는 기화할 결정화된 수분이 감소하기 때문이다. 내화성에 대한 종래의 방식은 보다 두껍고/두껍거나 보다 밀한 석고 코어부(즉, 보다 많은 석고 비(relative)를 포함하는 코어부)의 형성에 초점을 두었다. 석고가 증가하면, 코어부는 코어부 내에서 증가된 양의 화학적으로 결합된 수분을 포함하며, 이는 히트 싱크(heat sink) 역할을 하여서 축소정도를 감소시키고 구조적 안정성 및 강도를 증가시킬 수 있다.
벽판 산업에서의 현 경향은 저경량의 저밀도의 벽판을 개발하는 것이다. 낮은 평량(basis weight)은 벽판의 목표 평량에 기초하여서 사전결정된 양의 기포와 스투코 슬러리를 혼합시킴으로써 달성될 수 있다. 보드가 단위 체적당 석고를 덜 포함하고 있을 때에, 벽판의 내화성을 위해서 가용되는 결정화된 수분은 감소한다. 또한, 화재에 노출되는 동안에, 보드 밀도가 감소함에 따라서 백분율 축소정도(percent shrinkage)가 증가할 수 있다. 양 인자들로 인해서 화재 테스트를 통과하는 것이 점점 어렵게 된다. 고 열팽창 첨가제들이 때로 제제에 부가되어서 내화성을 개선한다. 그러나, 저 중량 벽판 내에서의 큰 정량의 고 열팽창 입자들의 팽창은 스폴링(spalling) 및 부서짐(crumbling)으로 이어질 수 있다.
석고 벽판들은 (a) 석고 결정들의 팩킹, (b) 수분 기화, 및 (c) 임의의 기포 첨가제 존재로부터 생성된 공극들을 포함할 수 있다. 일정한 밀도를 갖는 보드를 제조하기 위해서, 기포 공극들이 증가할 때에, 수분 공극들의 양은 스투코에 대한 수분의 비를 낮춤으로써 저감될 수 있으며; 수분 공극들이 증가할 때에는, 기포 공극들의 양은 기포를 덜 부가함으로써 감소될 수 있다(도 1 참조). 이론에 얽매일 필요 없이, 화재에 노출되면, CaSO4·2H2O로부터의 수분 증기는 대기 내로 방출되기 이전에 보드를 통과해야 한다. 기포 공극들은 상대적으로 커서 수분 증기가 화재 동안에 석고 코어부로부터 신속하게 날라가게 할 수 있다. 수분 공극들은 미세하기 때문에, 수분 증기는 기포 공극들을 통과할 때에보다 보다 높은 흐름 저항성을 극복해야 한다. 이로써, 수분 증기가 보드를 통과하는 시간이 더 걸리게 되고 이로써 벽판의 내화성을 증가시킨다. 이로써, 예를 들어서, 보다 높은 스투코에 대한 수분의 비로 이루어진, 증가된 개수의 수분 기화 공극들을 갖는 벽판은 보다 큰 내화성을 가질 수 있다. 그러나, 스투코에 대한 수분의 비가 너무 높으면(그리고, 기포 양이 너무 낮으면), 기체 압력이 축적되어서 벽판의 붕괴로 이어질 수 있다. 효과적인 내화성을 위해서, 최적의 스투코에 대한 수분의 비 및 기포 함량을 갖는 석고 벽판이 준비될 수 있다. 최적의 내화성 및 경량 특성들을 갖는 벽판을 생성하기 위해서, 수분 함량 및 내화성 특성들 간의 균형이 달성될 수 있다.
스투코에 대한 수분의 비는 본 기술 분야의 당업자에게 이해되고 인정될 바와 같이, 석고 보드 제소 시에 중요한 파라미터이다. 스투코에 대한 수분의 비는 스투코의 양당 수분의 양을 표현한다. 제조자들은 수분을 제거하기 위한 최종 건조 단계 동안에 가열 프로세스에서 사용되는 연료들의 높은 비용으로 인해서 스투코 슬러리 내에서의 수분의 양을 통상적으로 제한한다. 스투코에 대한 수분의 비가 높으면 슬러리 유동성이 증가하며 이는 스투코 석고 슬러리를 조작하기 보다 어렵게 할 수 있다. 스투코에 대한 수분의 비가 높은 슬러리들과 달리, 저 수분 함량을 갖는 슬러리들은 경화 동안에 석고 결정 성장의 레이트가 증가하는데 이는 가용한 핵생성 자리들이 혼합물의 보다 작은 체적 내로 집중되기 때문이다. 이러한 상황에서, 결정 성장은 보다 신속하며 석고 결정들의 인터록킹 정도는 더 커진다. 이러한 현상으로 인해서, 스투코에 대한 수분의 비가 낮은 슬러리들은 보다 높은 강도의 석고 제품을 낳는다고 사료된다.
기대치 않게 놀랍게도, 석고 보드는 첨가제들의 부재 시에도, 석고 함량이 적은 보드보다 큰 내화성을 가질 수 있다는 것이 발견되었다. 구체적으로, 스투코에 대한 수분의 비가 높은 코어부를 포함하는 저 중량의 보드는 보다 많은 석고 함량을 갖는 보드보다 큰 내화성을 가질 수 있다(예를 들어서, 표 1, 샘플 1 및 샘플 2 참조). 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 갖는 슬러리로부터 제조된 벽판은 높은 내화성을 가짐이 발견되었다. 스투코에 대한 수분의 비는 건조 소성된 석고의 중량에 대한 수분의 중량에 기초하여서 계산된다. 본 발명의 벽판들은 약 0.7보다 낮은 스투코에 대한 수분의 비로 준비되면서 유사하거나 균등한 보드 밀도 및 두께를 갖는 보드들보다 큰 내화성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스투코에 대한 수분의 비는 약 0.9 내지 약 1.4이다. 내화성 지수 값들은 스투코에 대한 수분의 비가 1.4를 넘어가면 변동이 없음이 발견되었다. 스투코에 대한 수분의 비를 1.2에서 1.4으로 증가시키면 내화성 지수는 2.7 분 증가한 반면에, 스투코에 대한 수분의 비를 1.4에서 1.6로 증가시키면, 내화성 지수는 0.8 분 증가하였다. 따라서, 바람직한 스투코에 대한 수분의 비는 약 1.4 미만이며, 스투코에 대한 수분의 비가 약 1.2 내지 약 1.4일 때에, 최고의 비용 이점이 달성된다.
본 발명의 실시예들에서, 스투코에 대한 수분의 비는 예를 들어서, 아래의 표 1a 및 표 1b에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표들에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 스투코에 대한 수분의 비를 나타낸다. 표현의 편이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1a에서의 첫 번째 "X"는“약 0.7 내지 약 0.8”범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
상술한 바와 같이, 스투코에 대한 수분의 비의 증가는 스투코 슬러리의 유동성 증가로 이어진다. 보다 적은 수분이 유동가능한 슬러리를 제조하는데 필요하게 수분과 황산 칼슘 반수화물의 혼합물을 유동화시키는 것을 돕도록 분산제들이 본 기술 분야에서 일반적으로 사용된다. 또한, 분산제들은 건조 단계 동안에 제거되어야 하는 수분의 양을 감소시킴으로써 생산 비용을 저감시키게 슬러리들에 첨가된다.
이론에 얽매일 필요 없이, 일부 실시예들은 스투코에 대한 수분의 비가 높은 슬러리들이 충분한 유동성을 가질 수 있기 때문에 분산제를 요구하지 않을 수 있다. 다른 실시예들에서, 감소된 양의 분산제가 슬러리에 첨가되어서 충분한 유동성을 부여할 수 있다. 스투코 슬러리는 일반적으로 스투코의 중량에 기초하여서 약 0.4% 미만의 중량으로 분산제를 포함한다. 스투코 슬러리에 첨가된 분산제의 양은 스투코의 중량에 기초하여서 약 0.1% 미만의 중량일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 스투코의 중량에 기초한 분산제의 중량은, 예를 들어서, 표 1c에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 분산제의 양을 나타낸다(표 1c). 표현의 편이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1c에서의 첫 번째 "X"는 “약 0 % 내지 약 0.05 %”범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00003
일부 실시예들에서, 이러한 분산제들은 나프탈렌술포네이트들(naphthalenesulfonates), 예를 들어서, 폴리나프탈렌술포닉 산(polynaphthalenesulfonic acid) 및 그의 염들(폴리나프탈렌술포네이트들) 및 유도체들을 포함할 수 있으며, 이 유도체들은 폴리나프탈렌술포닉 산들과 포름알데하이드의 축합 생성물들이다. 이러한 폴리나프탈렌술포네이트들은 소듐 및 칼슘 나프탈렌술포네이트를 포함한다. 나프탈렌술포네이트들의 평균 분자량은 약 3,000 내지 27,000의 분자량 범위에 있을 수 있지만, 그 분자량은 약 8,000 내지 10,000일 수도 있다. 소정의 고체 백분율 수용액에서, 보다 높은 분자량의 분산제는 보다 높은 점성을 가지며, 보다 분자량이 낮은 분산제에 비해서 제제 내에서 보다 높은 수분 요구량을 생성한다.
나프탈렌술포네이트들은 EO Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio에서 입수가능한 DILOFLO; Hampshire Chemical Corp., Lexington, Mass.에서 입수가능한 DAXAD; 및 GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Ind에서 입수가능한 LOMAR D을 포함한다. 나프탈렌술포네이트들은 예를 들어서, 고체 함량이 중량상 약 35% 내지 약 55% 범위인 수용액으로서 사용될 수 있다. 나프탈렌술포네이트들은 예를 들어서, 고체 함량이 중량상 약 40% 내지 약 45% 범위인 수용액으로서 사용될 수 있다. 나프탈렌술포네이트들은 예를 들어서, LOMAR D와 같은 건조된 고체 또는 분말 형태로 사용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 본 기술 분야의 당업자에게 석고 슬러리들 내에서 유동성을 증가시킨다고 알려진 분산제들로서 폴리카르복실레이트(polycarboxylate) 분산제들이 사용될 수 있다. 다수의 폴리카르복실레이트 분산제들, 특히 폴리카르복실릭 에테르들(polycarboxylic ethers)이 알려진 타입들의 분산제들이다. 일 분류의 분산제들은 2 개의 반복 유닛들을 포함하며, 이는 미국 특허 번호 7,767,019에서 더 기술되며, 이 특허 문헌은 분산제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 이러한 분산제들의 실례들은 BASF Construction Polymers, GmbH(Trostberg, Germany) 및 BASF Construction Polymers, Inc.(Kennesaw, Ga.)(이 두 회사들은 이후부터 "BASF"로 지칭됨)에 의해서 공급되는 제품들이며, 이하에서는 이들은 "PCE211-Type 분산제들"로 지칭된다. 이러한 PCE211-Type 분산제들 중 특정 타입은 PCE211(이하에서는, "211")로 지칭된다. 이 시리즈에 속하는 다른 폴리머들은 PCE111을 포함한다. 이러한 PCE211-Type 분산제들은 미국 특허 공개 번호 2007/0255032A1에서 보다 완벽하게 기술되어 있으며, 이 특허 문헌은 분산제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 이러한 PCE211 Type 분산제들 중 일 타입의 분산제의 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000 Dalton일 수 있다. 분자량이 낮은 분산제들은 60,000 Dalton보다 분자량이 높은 분산제들보다 경화 시간을 덜 지연시킨다. 일반적으로, 전체 분자량의 증가를 초래하는 긴 사이드 체인 길이(side chain length)가 보다 양호한 분산성(dispensability)을 제공한다. 그러나, 석고를 사용한 테스트들은 분산제의 효과가 50,000 Daltons보다 높은 분자량들에서 감소될 수 있다는 것을 보인다.
다른 분류의 폴리카르복실레이트 화합물들은 미국 특허 번호 6,777,517에 개시된 것들을 포함하며, 이 문헌도 분산제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용되며, 이러한 분류의 분산제들은 이하에서는 "2641-Type 분산제"로 지칭된다. PCE211-Type 및 2641-Type 분산제들의 실례들은 BASF에 의해서 제조된다. 바람직한 2641-Type 분산제들은 BASF에 의해서 MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F 및 MELFLUX 2500L 분산제들로서 판매된다.
또 다른 분산제 패밀리가 BASF에 의해서 판매되고 "1641-Type 분산제들"로서 지칭된다. 이러한 1641-Type 분산제는 미국 특허 번호 5,798,425에서 보다 완벽하게 기술되며, 이 문헌도 분산제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 이러한 1641-Type 분산제들 중 하나는 MELFLUX 1641F 분산제로서 BASF에 의해서 판매된다. 다른 분산제들은 다른 폴리카르복실레이트 에테르들, 예를 들어서, Chester, S.C.의 Coatex, Inc.로부터 입수가능한 COATEX Ethacryl M이며, 리그노술포네이트들(lignosulfonates), 또는 술폰화된 리그닌(sulfonated lignin)이다. 리그노술포네이트들은 아황산염 펄핑(sulfite pulping)을 사용하여서 목재 펄프를 생산할 시의 부산물인, 수용성 음이온 고분자전해질 폴리머들(water-soluble anionic polyelectrolyte polymers)이다. 본 발명의 원리의 실시 시에 유용한 리그닌의 일 실례는 Reed Lignin Inc., Greenwich, Conn으로부터 입수가능한 Marasperse C-21이다.
다른 실시예들에서, 조성물, 벽판, 또는 방법에 분산제가 "실질적으로 없을 수 있으며", 이는 조성물, 벽판, 또는 방법이 (i) 스투코의 중량을 기준으로 0 wt.% 분산제를 포함하거나 이러한 분산제를 전혀 포함하지 않거나, 또는 (ii) 무효한 양의 분산제를 포함하거나, 또는 (iii) 비실질적인 양의 분산제를 포함한다는 것을 의미한다. 무효한 양의 실례는 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 분산제를 사용하는 것의 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비실질적인 양은 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 스투코의 중량을 기준으로 예를 들어서, 약 5 wt.% 미만, 예를 들어서, 약 2 wt.% 미만, 약 1 wt.% 미만, 약 0.5 wt.% 미만, 약 0.2 wt.% 미만, 약 0.1 wt.% 미만, 또는 약 0.01 wt.% 미만일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 요구된다면, 이러한 성분들은 조성물, 벽판, 또는 방법 내에 포함될 수 있다.
전분이 석고 조성물에 추가되어서 보드 강도 및 코어부와 종이 간 접착력을 개선할 수 있다. 이론에 얽매일 필요 없이, 젤라틴화된 전분이 스투코 슬러리에 추가되어서 슬러리의 유동성을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 전분은 스투코 조성물로 첨가되기 이전에 젤라틴화될 수 있다(즉, 사전젤라틴화될 수 있다). 일부 실시예들에서, 젤라틴화된 전분은 슬러리에 첨가되는 때에는 부분적으로 젤라틴화되고, 나머지 젤라틴화는 건조 단계에서(예를 들어서, 가마 내에서) 발생한다.
스투코 슬러리는 젤라틴화된 전분을 임의의 양으로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전분의 양은 스투코의 중량을 기준으로 약 1%보다 큰 wt %이다. 본 발명의 실시예들에서, 스투코의 중량을 기준으로 한 젤라틴화된 전분의 중량이 예를 들어서, 표 1d에 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 젤라틴화된 전분의 양을 나타낸다(표 1d). 표현의 용이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1d에서의 첫 번째 "X"는 “약 1 % 내지 약 1.5 %”범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00004
본 기술 분야의 당업자는 예를 들어서, 적어도 약 185°F(85°C)의 온도들에서 수분 내에서 미처리된 전분을 처리(cooking)하는 것과 같은 미처리된 전분을 사전젤라틴화하는 방법들 또는 다른 방법들을 이해할 것이다. 사전젤라틴화된 전분의 적합한 실례는 다음으로 한정되지 않지만, Bunge Milling Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 PCF 1000 전분, 및 모두가 Archer Daniels Midland Company로부터 상업적으로 입수가능한 AMERIKOR 818 및 HQM PREGEL 전분들을 포함한다. 또한, 코어부는 "중간-범위"의 점성(즉, 약 20 센티포즈(centipose) 내지 약 700 센티포즈의 점성)을 갖는 것을 특징으로 하는 사전젤라틴화된 전분을 선택사양적으로 포함할 수 있다.
점증제들이 일부 실시예들에서 사용되어서 포밍 라인(forming line) 상에서 보드들을 제조하기 적합한 리올로지(rheology)를 획득할 수 있다. 스투코 슬러리의 유동성을 충분하게 감소시키기 위해서 필요한 임의의 점증제가 슬러리에 첨가될 수 있다. 예를 들어서, 실리카 퓸(silica fume), Portland 시멘트, 플라이 애쉬(fly ash), 클레이(clay), 셀룰로즈성 섬유(cellulosic fiber), 및 이들의 혼합물이 석고 조성물에 첨가될 수 있다. 이는 라인 상의 슬러리들을 두껍게하기 위해서 가장 유리하며, 라인 속도는 200 ft/분보다 크다. 고 분자량 폴리머들, 예를 들어서, 폴리아크릴아미드가 또한 석고 슬러리에 첨가되어서 슬러리의 유동성을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 점증제 또는 점증제들의 혼합물이 스투코의 중량을 기준으로 그 중량이 약 10% 미만으로 슬러리에 첨가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 고팽창 입자들이 코어부에 첨가될 수 있다. 예를 들어서, 미팽창된 질석(vermiculite)이 슬러리에 첨가되어서 내화성을 더 개선할 수 있다. 증가된 스투코에 대한 수분의 비를 갖는 스투코 슬러리로부터 제조된 석고 코어부는 보다 많은 양의 질석 및 스투코에 대한 수분의 비가 낮은 슬러리로 제조된 코어부에 비해서, 내화성을 증가시키기 위해서 보다 적은 양의 질석을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 스투코 슬러리는 중량상 약 5% 미만의 질석을 포함한다. "Grade No. 5" 미팽창 질석(약 0.0157 인치(0.40 mm))보다 작은 통상적인 입자 크기를 가짐)으로서 지칭되는 것과 같은 상대적으로 저 팽창 질석, 또는 상기 Grade No. 5 질석(U.S. 등급 시스템)에 비해서 고 체적 팽창을 갖는 질석의 형태로 된 고 팽창 입자들, 및 다른 저 팽창 질석들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상이한 등급 시스템들 하에서 분류되는 고 팽창 질석들이 사용될 수 있다. 이러한 고 팽창 질석들은 본 명세서에서 기술되는 것들을 대표하는 실질적으로 유사한 팽창 및/또는 열적 화재 저항성 특성들을 가져야 한다. 예를 들어서, 일부 실시예들에서, European, South American, 또는 South African Grade 0(마이크론) 또는 Grade 1(극세밀)으로 분류되는 질석이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 사용된 고 팽창 질석은 다양한 소스들을 통해서 상업적으로 입수가능한 상업용 U.S. grade 4 질석을 포함할 수 있다. 상업용 생산자들은 고 팽창 질석의 물리적 특성들에 대한 명세사항들, 예를 들어서, Mohs 경도, 총 수분, 자유 수분, 벌크 밀도, 비열비, 종횡비, 양이온 교환 능력, 용해성, (증류수 내에서) pH, 팽창 비, 팽창 온도, 및 용융점을 제공할 수 있다. 고 팽창 질석들의 상이한 소스들을 사용하는 상이한 실시예들에서, 이러한 물리적 특성들은 변할 수 있다고 사료된다.
일부 실시예들에서, 고 팽창 질석 입자들이 석고 패널들의 코어부에 걸쳐서 전반적으로 분포된다. 다른 실시예들에서, 고 팽창 질석 입자들은 석고 패널들의 코어부에 걸쳐서 대체적으로 균일하게 분포된다. 고 팽창 질석은 코어부의 임의의 감소된 밀도 부분들에 걸쳐서 대체적으로 랜덤하게 분포될 수 있다. 일부 실시예들에서, 패널 면(들)에 인접하는 임의의 증가된 밀도 석고 층에서 또는 패널 에지들을 따르는 보다 큰 밀도를 갖는 코어부의 부분들에서와 같이, 보드의 보다 밀한 부분들에서 상이한 질석 분포를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 고 팽창 질석은 패널들의 경화된 에지들 및 면들과 같은, 패널들의 이러한 보다 밀한 부분들로부터 실질적으로 배제될 수 있다. 패널들의 보다 밀한 부분들에서의 질석 입자 함량들 및 분포에서의 이러한 변화들은, 패널의 이러한 부분들에서 사용되기 위한 코어부 슬러리 믹서(mixer)로부터 코어부 슬러리를 끌어냄으로써, 패널의 감소된 밀도 코어부 부분들을 위해서 다른 적합한 수단을 통해서 슬러리 내로 질석을 도입시킴으로써, 에지 믹서들을 사용하여서, 또는 본 기술 분야의 당업자에 알려진 다른 수단들에 의해서 이루어질 수 있다.
다른 실시예들에서, 조성물, 벽판, 또는 방법에 분산제가 "실질적으로 없을 수 있으며", 이는 조성물, 벽판, 또는 방법이 (i) 스투코의 중량을 기준으로 0 wt.% 질석과 같은 고 팽창 재료들을 포함하거나 이러한 질석과 같은 고 팽창 재료들을 전혀 포함하지 않거나, 또는 (ii) 무효한 양의 질석과 같은 고 팽창 재료들을 포함하거나, 또는 (iii) 비실질적인 양의 질석과 같은 고 팽창 재료들을 포함한다는 것을 의미한다. 무효한 양의 실례는 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 질석과 같은 고 팽창 재료들을 사용하는 것의 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비실질적인 양은 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 스투코의 중량을 기준으로 예를 들어서, 약 5 wt.% 미만, 예를 들어서, 약 2 wt.% 미만, 약 1 wt.% 미만, 약 0.5 wt.% 미만, 약 0.2 wt.% 미만, 약 0.1 wt.% 미만, 또는 약 0.01 wt.% 미만일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 요구된다면, 이러한 성분들은 조성물, 벽판, 또는 방법 내에 포함될 수 있다.
본 발명은 다양한 경화된 석고-함유 제품들을 준비하기 위해서 본 기술 분야에서 사용되는 것들과 유사한 조성물들 및 방법들을 사용하여서 실시될 수 있다. 코어부에서, 결정질 매트릭스를 형성하는데 사용되는 스투코(또는 소성된 석고) 성분은 통상적으로 천연 또는 합성 소스들로부터의 베타 황산 칼슘 반수화물, 수용성 황산 칼슘 무수화물, 알파 황산 칼슘 반수화물, 또는 이들 중 임의의 것들 또는 모두의 혼합물들을 통상적으로 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 일부 실시예들에서, 스투코는 비-석고 재료들, 예를 들어서, 소량의 클레이들 또는 석고 소스와 결합되거나 소성, 프로세싱 및/또는 전달 동안에 첨가된 다른 성분들을 포함할 수 있다.
석고 코어부는 바람직한 특성들을 부여하고 제조를 용이하게 하기 위해서 통상적으로 양들로 본 발명의 실시에서 통상적인 첨가제들을 포함할 수 있으며, 예를 들어서, 적합한 수성 기포, 경화 촉진제들, 경화 지연제들, 재소성 억제제들(recalcination inhibitors), 바인더들, 접착제들, 평탄화제 또는 비평탄화제(nonleveling agents), 살균제들, 살진균제들, pH 조절제들, 착색제들, 강화 재료들, 화재 지연제들, 발수제들, 충진제들, 치수적 강화제들(dimensional strengtheners), 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 또한, 석고 코어부는 포스포닉 화합물(phosphonic compound) 및/또는 포스포네이트 화합물, 포스포릭 화합물(phosphoric compound) 및/또는 포스페이트 화합물, 카르복실릭 화합물 및/또는 카르복실레이트 화합물, 보릭 화합물(boric compound) 및/또는 보레이트 화합물 및 이들의 혼합물과 같은 첨가제들을 포함할 수 있다.
미국 특허 번호 6,409,825에서 기술된 바와 같은 촉진제들이 본 발명의 석고-함유 조성물들에서 사용되는데, 이 특허 문헌은 촉진제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 한 바람직한 내열 촉진제(HRA)는 랜드플라스터(landplaster)(황산 칼슘 이수화물)의 건조 연마로부터 제조될 수 있다. 소량의 첨가제들(정상적으로 약 중량 5%), 예를 들어서, 당, 덱스트로제, 붕산 및 전분이 이러한 HRA를 제조하는데 사용될 수 있다. 당 또는 덱스트로제가 현재 바람직하다. 다른 유용한 촉진제는 "클라이미트 안정화된(climate stabilized) 촉진제" 또는 "클라이미트 안정한(climate stable) 촉진제"(CSA)이며, 이는 미국 특허 번호 3,573,947에 기술되어 있으며, 이 특허 문헌은 촉진제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
일부 실시예들에서, 트리메타포스페이트 화합물이 코어부를 제조하는데 사용되는 석고 슬러리에 첨가되어서 보드의 강도를 높이고 석고 제품의 영구 변형을 감소시킨다. 트리메타포스페이트 화합물들을 포함하는 석고 조성물들이 미국 특허 번호 6,342,284에 기술되며, 이 특허 문헌은 트리메타포스페이트 화합물들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 예시적인 트리메타포스페이트 염들은 Astaris, LLC., St. Louis, Mo로부터 입수가능한 것들과 같은, 트리메타포스페이트의 소듐, 포타슘 또는 리튬 염들을 포함한다.
본 발명의 실시예들에서, 발포제가 공극들, 예를 들어서, 소형 공기 공극들을 경화된 석고 제품들 내에서 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 기포는 스투코 석고 슬러리 내로 기포 펌프에 의해서 도입될 수 있다. 이와 달리, 액체 비누가 스투코 석고 슬러리에 직접적으로 첨가될 수 있다. 수많은 이러한 발포제들은 잘 알려져 있으며, 예를 들어서, GEO Specialty Chemicals in Ambler, Pa로부터 용이하게 상업적으로 입수가능하다. 유용한 발포제들에 대한 추가 설명에 대해서는, 미국 특허 번호들 4,676,835, 5,158,612, 5,240,639, 및 5,643,510를 참조하면 되고, 이러한 특허 문헌들은 발포제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
많은 경우들에서, 그의 강도를 유지하는 것을 돕기 위해서, 석고 제품 내에서 공기 공극들을 형성하는 것이 바람직할 것이다. 이는 소성된 석고 슬러리와 접촉할 때에 상대적으로 불안정한 기포를 생성하는 발포제를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 이는 상대적으로 안정한 기포를 생성한다고 알려진 발포제의 양을 소량으로 하고, 상대적으로 불안정한 기포를 생성한다고 알려진 발포제를 다량으로 해서 서로 혼합함으로써 이루어진다.
이러한 발포제 혼합은 "분리된 방식으로(off-line)", 즉 기포처리된 석고 제품을 준비하는 프로세스로부터 분리되어서 사전-혼합될 수 있다. 그러나, 해당 프로세스 내에 통합되게 "연결된 방식으로(on-line)" 연속적으로 그리고 동시적으로 이러한 발포제들을 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 예를 들어서, 상이한 발포제들의 개별 스트림들(streams)을 펌핑하고, 후에 소성된 석고 슬러리 내로 들어가서 혼합되는 수성 기포의 스트림을 생성하는데 사용되는 기포 생성기에서 또는 기포 생성기 바로 이전에, 이러한 스트림들을 합침으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 혼합함으로써, 혼합물 내에서의 발포제들의 비가 (예를 들어서, 개별 스트림들 중 하나 또는 양자의 플로우 레이트를 변화시킴으로써) 간단하면서 효율적으로 조절되어서, 기포처리된 경화된 석고 제품 내에서 목표된 공극 특성을 달성할 수 있다. 이러한 조절은 이러한 조절이 필요한지의 여부를 판정하기 위한 최종 제품 검사에 응답하여서 이루어질 것이다. 이러한 "연결된 방식으로의" 혼합 및 조절에 대한 추가 설명은 미국 특허 번호 5,643,510, 및 미국 특허 번호 5,683,635에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌들은 발포제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
불안정한 기포들을 생성하는데 유용한 일 타입의 발포제의 실례는 다음과 같은 화학식을 갖는다:
ROSO3M (Q)
여기서, R은 2 내지 20 개의 탄소 원자들을 포함하는 알킬기이며, M은 양이온이다. 바람직하게는, R은 8 내지 12 개의 탄소 원자들을 포함하는 알킬기이다.
안정한 기포들을 생성하는데 유용한 일 타입의 발포제의 실례는 다음과 같은 화학식을 갖는다:
CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3M (J)
여기서, X는 2 내지 20의 수이며, Y는 0 내지 10의 수이며 발포제의 적어도 50 중량 퍼센트에서는 0보다 크며, M은 양이온이다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 상기 화학식 (Q) 및 화학식 (J)을 갖는 발포제들이 서로 혼합되며, 이로써 화학식 (Q) 발포제 및 Y가 O인 화학식 (J) 발포제의 일부가 함께 86 내지 99 중량 퍼센트의 결과적으로 생성된 발포제들의 혼합물을 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 수성 기포는 다음과 같은 화학식을 갖는 사전-혼합된 발포제로부터 생성되었다:
CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3M (Z)
여기서, X는 2 내지 20의 수이며, Y는 0 내지 10의 수이며 발포제의 적어도 50 중량 퍼센트에서는 0이며, M은 양이온이다. 바람직하게는, Y는 화학식 (Z) 발포제의 86 내지 99 중량 퍼센트에서는 0이다.
기포는 감소된 코어부 밀도 및 패널 중량을 제공하는 양들로 코어부 슬러리 내에 도입될 수 있다. 적합한 양들, 제법들 및 프로세스들로의 기포의 코어부 슬러리 내로의 도입은 공기 공극들의 목표된 망(network) 및 분포, 및 공기 공극들 간의 벽들을 최종 건조된 패널들의 코어부 내에서 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기포 조성물 및 기포 도입 시스템에 의해서 제공된 공기 공극 크기들, 분포들 및/또는 공기 공극들 간의 벽 두께는 이하에서 논의되는 바를 따르며, 유사한 밀도, 강도 및 패널들과 관련된 특성들을 제공하는 것들을 따른다. 이러한 공기 공극 구조는 패널 강도 특성들, 예를 들어서 다른 것들 중에서도 코어부 압축 강도, 및 패널 강성, 굴곡 강도, 인발 저항(nail pull resistance)을 실질적으로 유지하면서(또는 일부 경우들에서는 개선하면서) 석고 및 다른 코어부 구성요소들 및 코어부 밀도 및 중량의 감소를 가능하게 한다.
일부 이러한 실시예들에서, 공기 공극들의 평균 등가 구 직경(mean equivalent sphere diameter)은 적어도 약 75 ㎛이며, 다른 실시예들에서는, 적어도 약 100 ㎛이다. 다른 실시예들에서, 공기 공극들의 평균 등가 구 직경은 약 75 ㎛ 내지 약 400 ㎛일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 공기 공극들의 평균 등가 구 직경은 약 100 ㎛ 내지 약 350 ㎛이며, 표준 편차는 약 100 내지 약 225일 수 있다. 다른 실시예들에서, 공기 공극들의 평균 등가 구 직경은 약 125 ㎛ 내지 약 325 ㎛이며, 표준 편차는 약 100 내지 약 200일 수 있다.
일부 실시예들에서, 약 15% 내지 약 70%의 공기 공극들은 약 150 ㎛ 이하의 등가 구 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 약 45% 내지 약 95%의 공기 공극들은 약 300 ㎛ 이하의 등가 구 직경을 가지며, 약 5% 내지 약 55%의 공기 공극들은 약 300 ㎛ 초과의 등가 구 직경을 갖는다. 다른 실시예들에서, 약 45% 내지 약 95%의 공기 공극들은 약 300 ㎛ 이하의 등가 구 직경을 가지며, 약 5% 내지 약 55%의 공기 공극들은 약 300 ㎛ 내지 약 600 ㎛의 등가 구 직경을 갖는다. 본 명세서에서의 평균 공기 공극 크기들을 논할 시에, 약 5 ㎛ 미만의 석고 코어부 내의 공극들은 공기 공극들의 개수 또는 평균 공기 공극 크기를 계산할 때에 고려되지 않는다.
이러한 그리고 다른 실시예들에서, 이러한 실시예들에서의 공극들 간의 벽들의 두께, 분포 및 배열은, 단독으로 및/또는 목표된 공기 공극 크기 분포 및 배열과 조합하여서, 또한 패널 강도 특성들을 실질적으로 유지하면서 (또는 일부 경우들에서는 개선하면서) 패널 코어부 밀도 및 중량의 감소를 가능하게 한다. 일부 이러한 실시예들에서, 공기 공극들을 분리하는 벽들의 평균 두께는 적어도 약 25 ㎛일 수 있다. 일부 실시예들에서, 석고 코어부 내에서 공기 공극들을 구획하고 분리시키는 벽들은 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 평균 두께를 가지며, 다른 실시예들에서 약 25 ㎛ 내지 약 ㎛의 평균 두께를 가지며, 또 다른 실시예들에서 약 25 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 평균 두께를 갖는다. 또 다른 실시예들에서, 석고 코어부 내에서 공기 공극들을 구획하고 분리시키는 벽들은 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛의 평균 두께를 가지며, 표준 편차는 약 5 내지 약 40이다. 또 다른 실시예들에서, 석고 코어부 내에서 공기 공극들을 구획하고 분리시키는 벽들은 약 25 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 평균 두께를 가지며, 표준 편차는 약 10 내지 약 25이다.
목표된 공극 및 벽 구조체들을 생성하기 위해서 발포제들을 사용하는 것의 실례들은 미국 특허 번호 5,643,510 및 미국 특허 출원 번호 2007/0048490에서 논의된 바들을 포함하며, 이러한 특허 문헌들은 발포제들, 공극들, 및 벽 구조체들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 일부 실시예들에서, 제 1의 보다 안정한 발포제 및 제 2의 덜 안정한 발포제의 조합이 코어부 슬러리 혼합물 내에서 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 목표된 밀도 및 패널 강도 요건들이 만족되는 한, 오직 한 타입의 발포제만이 사용된다. 기포를 코어부 슬러리에 첨가하는 방식들은 본 기술 분야에서 알려져 있으며, 이러한 방식의 실례들은 미국 특허 번호들 5,643,510 및 5,683,635에 기술되어 있으며, 이 특허 문헌 내용들은 발포제들과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
발포제는 임의의 충분한 양으로 슬러리에 첨가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보드의 1000 ft2 당 약 0.1 lb 내지 약 2 lb의 양으로 활성 발포제를 갖는 보드를 형성하는데 효과적인 발포제가 슬러리에 첨가된다. 일부 실시예들에서, 보드의 1000 ft2 당 약 0.1 lb 내지 약 2 lb의 양으로 활성 발포제를 갖는 보드를 형성하는데 효과적인 발포제가 슬러리에 첨가된다. 본 발명의 실시예들에서, 보드 내의 활성 발포제는 예를 들어서, 표 1e에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 1b/1000 ft2로 발포제를 나타낸다(표 1e). 표현의 용이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1e에서의 첫 번째 "X"는 “약 0.1 lbs/ft3 내지 약 0.2 lbs/ft3” 범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00005
다른 실시예들에서, 조성물, 벽판, 또는 방법에 발포제가 "실질적으로 없을 수 있으며", 이는 조성물, 벽판, 또는 방법이 (i) 스투코의 중량을 기준으로 0 wt.% 발포제를 포함하거나 이러한 발포제를 전혀 포함하지 않거나, 또는 (ii) 무효한 양의 발포제를 포함하거나, 또는 (iii) 비실질적인 양의 발포제를 포함한다는 것을 의미한다. 무효한 양의 실례는 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 발포제를 사용하는 것의 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비실질적인 양은 본 기술 분야의 당업자가 인정할 바와 같은, 스투코의 중량을 기준으로 예를 들어서, 약 5 wt.% 미만, 예를 들어서, 약 2 wt.% 미만, 약 1 wt.% 미만, 약 0.5 wt.% 미만, 약 0.2 wt.% 미만, 약 0.1 wt.% 미만, 또는 약 0.01 wt.% 미만일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 요구된다면, 이러한 성분들은 조성물, 벽판, 또는 방법 내에 포함될 수 있다.
보드를 준비하기 위해서, 슬러리 형태로의 적어도 스투코 및 수분의 혼합물이 시트 상에 퇴적되고 층으로 형성되어서 산업 스케일로 프리폼들을 제조하는 것과 유사한 방식으로 보드를 생성할 수 있다. 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0 범위의 스투코에 대한 수분의 비를 사용하여서 제조될 수 있다. 슬러리는 사전결정된 근사 두께로 제 1 시트의 폭에 걸쳐서 분산되어서 코어부를 형성할 수 있다. 산업상의 셋팅에서, 연속형 패널이 석고 수화를 위한 시간이 가능하게 되도록 컨베이어를 따라서 이송된다. 코어부가 충분하게 수화되고 경화되면, 이 코어부는 개별 석고 보드들을 형성하도록 하나 이상의 목표된 크기들로 절단된다. 이어서, 보드들은 가마 내로 전달되고 패널들을 목표된 수분 레벨로 건조하기에 충분한 온도로 있는 가마를 통과한다. 일부 실시예들에서, 커버 시트들이 상단 및 하단 고 밀도 본딩 층에 의해서 경화된 석고 코어부에 본딩된다.
본 발명의 벽판은 약 24 lbs/ft3 내지 약 48 lbs/ft3의 보드 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 보드 밀도는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3이다. 일부 실시예들에서, 보드 밀도는 24 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3이다. 본 발명의 실시예들에서, 보드 밀도는 예를 들어서, 표 1f에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 1bs/ft3로 보드 밀도를 나타낸다(표 1f). 표현의 용이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1f에서의 첫 번째 "X"는 “약 24 lbs/ft3 내지 약 25 lbs/ft3”범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00006
석고 보드들의 통상적인 두께는 ½인치 및 ⅝ 인치이지만, ¼인치 내지 1인치일 수 있다. 임의의 두께의 벽판이 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 시스템들에 의해서 생산될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 벽판 두께가 예를 들어서, 표 1g에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 인치로 보드 두께를 나타낸다(표 1g). 표현의 용이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1g에서의 첫 번째 "X"는 “약 0.59 인치 내지 약 0.6 인치" 범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00007
종이 시트들, 예를 들어서 Manila 종이 또는 크라프트지가 커버 시트들로서 사용될 수 있다. 유용한 커버 시트 종이는 United States Gypsum Corporation, Chicago, IL.로부터 입수가능한 Manila 7-겹 및 News-Line 5-겹; Caraustar, Newport, Ind.로부터 입수가능한 Grey-Back 3-겹 및 Manila Ivory 3-겹; 및 United States Gypsum Corporation, Chicago, IL.로부터 입수가능한 Manila 중(heavy) 종이 및 MH Manila HT(고인장: high tensile) 종이를 포함한다. 예시적인 후면 커버 시트 종이는 5-겹 News-라인이다. 또한, 셀룰로즈성 종이는 임의의 다른 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 커버 시트들은 유리 섬유들, 세라믹 섬유들, 미네랄 울(mineral wool), 또는 전술한 재료들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 커버 시트는 매트를 포함하거나, 매트로 필수적으로 구성되거나 매트로 구성될 수 있으며, 예를 들어서, 부직 유리섬유 매트, 다른 섬유성 또는 비섬유성 재료들의 시트 재료들, 또는 종이와 다른 섬유성 재료들의 조합이 커버 시트들 중 하나 또는 양자로서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "매트"는 메시 재료들을 포함한다. 섬유성 매트들은 임의의 적합한 섬유성 매트 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 일부 실시예들에서, 커버 시트는 유리 섬유, 폴리머 섬유, 미네랄 섬유, 유기 섬유, 등 또는 이들의 조합들로 제조될 수 있다. 폴리머 섬유들은 다음으로 한정되지 않지만 폴리아미드 섬유들, 폴리아라미드 섬유들, 폴리프로필렌 섬유들, 폴리에스테르 섬유들(예를 들어서, PET(polyethylene teraphthalate)), PVOH(polyvinyl alcohol), 및 PVAc(polyvinyl acetate)를 포함한다. 유기 섬유들의 실례들은 코튼(cotton), 레이온, 등을 포함한다. 매트의 섬유들은 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 섬유성 매트의 적합한 타입을 선택하는 것은 부분적으로는 보드가 사용된 용도의 타입에 의존할 것이다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 보드들은 40 lb/ft3 미만의 밀도를 가지며 ASTMC 473-09(예를 들어서, ASTMC 473-09, 방법 B)의 표준을 만족시킬 수 있는 인발 저항(nail pull resistance)을 갖는다. 보다 구체적으로, 이러한 보드들이, 약 ⅝ 인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09(예를 들어서, ASTM C473-09, 방법 B)의 표준에 따라서 결정된 바와 같은 적어도 약 70 lbs의 인발 저항을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 인발 저항은 예를 들어서, 표 1h에서 열거된 바와 같을 수 있다. 이 표에서, "X"는 "약 [최상단 로우(row)에서의 대응하는 값] 내지 약 [가장 좌측의 컬럼(column)에서의 대응하는 값]"의 범위를 나타낸다. 표시된 값들은 lbs로 보드의 인발 저항을 나타낸다(표 1h). 표현의 용이성을 위해서, 각 값은 해당 값의 "대략" 값을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어서, 표 1h에서의 첫 번째 "X"는 “약 70 lbs 내지 약 72 lbs" 범위에 있다. 표의 범위들은 시작 값과 끝 값 간에 있으며 이러한 시작 값과 끝 값을 포함한다.
Figure pct00008
일부 실시예들에서, 조립체들이 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 사용하여서 구축될 수 있으며, 이 조립체들은 U419, U305, 및 U423와 같은 Underwriters Laboratories, Inc.(UL®) 조립체들의 사양에 따른다. 조립체의 일 측면이 가열 곡선을 따르는, 예를 들어서, ASTM E119(예를 들어서, ASTM E119-09a) 절차들에서 논의된 것들을 따르는 시간 동안에 증가되는 온도들에 노출될 수 있다. 조립체의 가열 측면 근처의 온도 및 비가열 측면의 표면의 온도가 노출된 석고 패널들이 경험하는 온도들 및 조립체를 통과하여서 비노출된 패널들로 전달되는 열을 평가함으로써 테스트들 동안에 모니터링된다. 예를 들어서, ASTM E119 화재 테스트들에서 요구되는 바와 같은 부하를 받는 목재 스터드 프레임들을 사용하는 것과 같은, 조립체들 내의 석고 패널들의 화재 성능의 일 유용한 표시자는 논문 Shipp, P. H., and Yu, Q., "Thermophysical Characterization of Type X Special Fire Resistant Gypsum Board", Proceedings of Fire and Materials 2011 Conference, San Francisco, 31st January-2nd February 2011, Interscience Communications Ltd., London, UK, pp. 417-426에서 논의된다. 이 논문은 E119 화재 테스트 절차들 하에서의 부하 유지형 목재 프레임형 벽 조립체들의 일련의 광범위한 E119 화재 테스트들 및 그들의 예상 성능을 논의한다. 미국 특허 번호 8,323,785는 ASTM E119과 관련하여서 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U419 조립체의 사양에 따르며 캐비티 단열을 가지거나 가지지 않는 조립체는 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U305 조립체의 사양에 따르는 조립체는 적어도 약 55 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U305 조립체의 사양에 따르는 조립체는 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U423 조립체의 사양에 따르는 조립체는 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다.
통상적인 테스트 방법들 이외에, 내화성을 증가시키기 위한 본 발명의 사용이 소형-스케일 내화성 지수(FEI) 테스트를 사용하여서 분석될 수 있다. FEI 테스트는 통상적인 대형 스케일 벽판 테스트에 대한 대안으로서 개발된 소형 스케일 테스트 장치 및 방법에 의해서 수행된다. 내화성 등급들은 통상적으로 ASTM 표준들마다 인증된 화재 테스트 실험실에서 풀 사이즈(full-size)(적어도 100 ft2의 벽체 면적)화재 테스트를 수행함으로써 획득되는데, 이러한 테스트는 시간을 소모하며 비용이 들며 벤치-탑 연구들(bench-top studies) 및 품질 제어에는 적합하지 않다.
테스트 시스템(200)의 개략적 도면이 도 2에서 그 단면이 도시된다. 테스트 시스템(200)은 퍼니스 챔버(206)를 형성하는 인클로저(204)를 갖는 머플 퍼니스(202)를 포함한다. 퍼니스 챔버(206)는 도어(208)를 사용하여 폐쇄가능하며 그 내에 열 소스(210)를 포함한다. 열 소스(210)는 임의의 알려진 타입의 열 소스, 예를 들어서, 연료에 의해서 연소되는 연소기 또는 전기-저항성 가열기일 수 있으며, 이 열 소스는 챔버(206) 내에서 대체적으로 균일하게 분포한 온도 프로파일을 생성하게 동작한다.
도 2의 예시에서, 보드 샘플(212)은 테스트 동안에 퍼니스 챔버(206) 내에 배치되게 도시된다. 갭(214)이 샘플(212)의 후면(215)과 도어(208)의 오븐-대면 측(ove-facing side) 간에 형성되도록 샘플(212)은 도어 개부로부터 이격된 거리로 예시된 실시예에서 챔버(206)내에서 수직으로 장착된다. 스페이서들(216)이 샘플(212)과 도어(208) 간에서 서로 떨어져서 배치되어서 마감된 벽 조립체 내에서의 벽판들을 서로 이격시키는 스터드들을 모방한다. 갭(214)이 비어있게 도시되지만, 다른 실시예에서, 갭(214)은 벽-단열재로 충진될 수도 있다. 또한, 금속 또는 목재 스터드들이 스페이서들(216)대신에 사용될 수 있다. 스페이서들은 샘플(212)에 연결될 수 있으며, 특정 실시예들에서, 샘플(212)을 따르는 압축 부하를 받아서 부하-유지 벽을 모방할 수 있다.
열전대(218) 또는 다른 온도-감지 디바이스가 테스트 동안에 샘플의 후면(215)근처에 연결된다. 열전대(218)는 샘플(212)의 표면으로부터 작은 거리로 떨어진 감지 팁(sensing tip)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 감지 팁은 샘플(212)과 접촉하거나 샘플 내에 있을 수 있다. 열전대(218)는 테스트 동안에 샘플(212)의 표면 온도 또는 샘플의 후면 표면 근처의 온도를 감지하도록 구성된다. 열전대(218)는 데이터 취득부(220)에 연결되며, 이 데이터 취득부는 열전대(218)에 전력을 제공하고, 샘플(212)의 표면 온도를 나타내는 정보를 열전대로부터 수신하고, 온도 정보를 기록하고, 선택사양적으로 또는 컴퓨터(미도시)의 도움으로, 시간에 따른 온도 정보를 플롯팅하거나 이와 달리 이 정보를 수치적으로 분석하도록 동작한다.
테스트가 수행될 때에, 머플 퍼니스 챔버(206)의 온도는 열 소스(210)의 강도를 적합하게 제어함으로써 시간에 따라서 점진적으로 증가한다. 일 실시예에서, 퍼니스 온도 센서(222)가 배치되어서 퍼니스 챔버(206)의 온도를 측정하고, 퍼니스 챔버 온도를 나타내는 정보를 가열기 콘트롤러(224)에 제공하고, 선택사양적으로 데이터 취득부(220)에도 제공한다. 가열기 콘트롤러(224)는 센서(222)가 제공한 정보에 기초하여서 폐쇄 루프 방식으로 동작하여서 열 소스(210)의 강도를 적합하게 그리고 자동적으로 조절함으로써 챔버(206)에 대한 사전결정된 가열 프로파일을 제공할 수 있다. 챔버(206)의 온도 상승은 또한 테스트 무결성을 확립하기 위해서 데이터 취득부(220)에 의해서 선택사양적으로 기록될 수 있다.
퍼니스 챔버의 샘플 가열 프로파일이 도 3의 시간 플롯으로 도시된다. 목표된 챔버 온도(°F)가 수직 축을 따라서 플롯팅되고 시간(분)이 수평 축을 따라서 플롯팅된 상기 플롯에서 볼 수 있는 바와 같이, 챔버(206)는 테스트의 약 처음의 43 분의 동안에 약 400°F 온도에서 약 1,423°F 온도로 로그 경향(logarithmic trend)을 따라서 점진적으로 가열되고, 테스트의 나머지 기간 동안에는 해당 온도에서 유지되며, 이 나머지 기간은 예시된 그래프에서는 약 1 시간 동안 지속된다. 이로써, 도 3의 차트에서 표시된 바와 같이, 테스트는 처음의 가열 기간(226)에 걸쳐서 진행되고, 이어서 안정된 기간(228)에 걸쳐서 진행된다.
샘플의 후면(215) 상에서 측정된 표면 온도에 의해서 결정되는 바와 같은, 테스트 동안의 샘플(212)을 통한 열 전달은 풀 스케일 화재 테스트에서 벽판을 통한 예상 열 전달에 의한 것이며 이 예상 열 전달을 표시한다고 판정되었다. 본질적으로, 본 명세서에서 기술된 테스트는 샘플을 통한 열 전달의 레이트를 결정한다. 일 실시예에서, 보드의 양 측면들 상에서 취해진 온도 판독치들은 보드를 통한 열 전달 레이트를 실시간으로 추정하는데 사용될 수 있다. 상이한 제품들의 열 전달 곡선들을 비교함으로써 그리고 이 곡선들을 그들의 실제적 화재 테스트 결과들과 상관시킴으로써, 상이한 제품들의 내화성의 성능이 유리하게 예측 및 판정될 수 있다. 도 2에 도시된 테스트 장치에서, 샘플 치수는 6.125" x 6.625"의 치수들 및 0.625"의 두께를 갖는 직사각형 샘플이 되도록 선택되었다. 캐비티(214)의 깊이는 7/8"였고 열전대(218)는 도어(208)의 기하학적 중앙에 위치하며, 이 위치에서 열전대(218)의 감지 탐침이 샘플(212)의 방향으로 도어(208)의 내측 표면으로부터 약 11/16"만큼 돌출되었다. 이러한 방식으로, 열전대의 팁은 샘플의 표면으로부터 3/16"떨어져 있다. 유리 울 프레임(glass wool frame)이 샘플에 대항하여 배치되어서 스페이서(216)로서 기능하고 열 누수가 되지 않도록 도어 프레임을 또한 밀봉시키면서 샘플을 제자리에서 유지시킨다. 반 인치 두꺼운 샘플들에 대해서, 0.125" 두께의 금속 프레임이 샘플 후방에 배치되어서 열전대와 샘플 간의 갭을 유지시키고 나머지 테스트 장치를 보존할 수 있다. 머플 퍼니스의 콘트롤러(224)는 200℃ 에서 773℃까지 동작하도록 설정된다. 전방 단부에서의 머플 퍼니스의 실제 온도 곡선이 도 3에 도시된다.
테스트는 특정 보드 샘플에 대한 온도-시간 곡선을 제공한다. 내화성 지수(FEI)가 이 곡선으로부터 결정될 수 있다. 내화성 지수(FEI)는 소형 스케일 화재 테스트 시에 테스트 시편의 후측면이 600°F에 도달하는데 필요한 시간으로서 규정된다. 데이터 지점들 A, B, C, 및 D가 플롯팅되고, U419 풀-사이즈 화재 테스트로부터의 내화성 시간과 FEI 간의 상관관계가 도 4에 도시된다. 다른 설계들의 화재 테스트 조립체들, 예를 들어서 U305 및 U423가 역시 FEI로부터 외삽될 수 있다.
일부 실시예들에서, 석고 보드는 약 0.7 미만의 스투코에 대한 수분의 비로 형성된 경화된 석고를 포함하는 보드보다 적어도 3 분이 긴 내화성 지수(FEI)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 석고 보드는 약 0.7 미만의 스투코에 대한 수분의 비로 형성된 경화된 석고를 포함하는 보드보다 적어도 4 분이 긴 내화성 지수(FEI)를 갖는다.
따라서, 일 실시예에서, 화재 저항성 석고 보드는 2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물을 포함하며, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코(stucco) 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스(interlocking matrix)를 포함한다. 상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비(water-to-stucco ratio)를 갖는다. 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항(nail pull resistance)은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 52 분보다 길다.
다른 실시예에서, 상기 경화된 석고 조성물은 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 1 %보다 큰 중량으로 젤라틴화된 전분(gelantinized starch)을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 경화된 석고 조성물은 점증제(thickener)를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 점증제는 실리카 퓸(silica fume), Portland 시멘트, 플라이 애쉬(fly ash), 클레이(clay), 셀룰로즈성 미세 입자들(fine cellulosic particles), 또는 고 분자량 폴리머, 또는 이들의 임의의 혼합물이다.
다른 실시예에서, 상기 점증제는 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 10% 미만의 중량으로 존재한다.
다른 실시예에서, 상기 조성물은 고 열팽창 입자들을 더 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 고 열팽창 입자들은 질석(vermiculite)이다.
다른 실시예에서, 상기 질석은 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 5% 미만의 중량으로 존재한다.
다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3의 보드 밀도를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 0.25 인치 내지 약 1.0 인치의 두께를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 0.59 인치 내지 약 0.65 인치의 두께를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 0.7 미만의 스투코에 대한 수분의 비로 형성된 경화된 석고보다 적어도 3 분이 긴 내화성 지수(FEI)를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 0.7 미만의 스투코에 대한 수분의 비로 형성된 경화된 석고보다 적어도 4 분이 긴 내화성 지수(FEI)를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 보드는 UL U305를 따르는 테스트 조립체로 구축되며, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라서 가열되는 때에 적어도 약 55 분의 화재 등급을 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 보드는 UL U305를 따르는 테스트 조립체로 구축되며, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라서 가열되는 때에 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 보드는 UL U419를 따르는 테스트 조립체로 구축되며, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라서 가열되는 때에 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다.
다른 실시예에서, 화재 저항성 석고 보드는 2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물을 포함하며, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스를 포함한다. 상기 슬러리는 약 1.2 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비(water-to-stucco ratio)를 갖는다. 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(FEI)는 약 54 분보다 길다.
다른 실시예에서, 화재 저항성 석고 보드를 제조하는 방법은, (a) 적어도 스투코와 수분의 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 슬러리를 제 1 시트 상에 배치하는 단계; (c) 상기 슬러리 상에 제 2 시트를 배치하여서 2 개의 커버 시트들을 갖는 보드 프리폼(board preform)을 형성하는 단계; (d) 상기 슬러리가 절단되게 충분하게 경화된 이후에 상기 보드 프리폼을 사전결정된 치수들을 갖는 보드로 절단하는 단계; 및 (e) 상기 보드를 건조하는 단계를 포함한다. 상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 갖는다. 상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(FEI)는 약 52 분보다 길다.
다른 실시예에서, 스투코에 대한 수분의 비는 약 1.2 내지 약 2.0이다.
선행하는 바들은 단지 실시예들의 실례들뿐이라는 것이 주목될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들이 본 명세서에서의 설명 전체로부터 명백하다. 이러한 실시예들 각각은 본 명세서에서 제공된 다른 실시예들과 다양한 조합들로 해서 사용될 수 있다는 것이 또한 본 기술 분야의 당업자에게 이해될 것이다.
다음의 실례들은 본 발명을 더 예시하지만, 물론 그의 범위를 한정하는 방식으로 해석되어서는 안 된다.
실례 1 - 내화성에 대한 스투코에 대한 수분의 비의 영향
본 실례는 벽판의 내화성에 대한 스투코에 대한 수분의 비(Water-To-Stucco Ratio:WSR)의 영향을 입증한다. 따라서, 1.0 내지 1.9 범위의 스투코에 대한 수분의 비들을 사용하여서 형성된 5 개의 석고 보드들(샘플들 1 내지 5)이 FEI 소형-스케일 테스트 장치(도 2)에 의해서 테스트되었다.
첨가제
ADVANTEX® 790C-16W 연속형 유리 스트랜드들(Owens Corning, Toledo, OH)
Diloflo 분산제(Geo Specialty Chemicals, Cleveland, OH)
CSA 촉진제, Pre-Mix Southard
사전젤라틴화된 전분, Corn Flour(Yellow)
(Bunge Milling, St. Louis, MO)
소듐 트리메타포스페이트(Innophos, Cranberry, NJ)
Hyonic PFM 33(안정한 비누), Hyonic 25-AS )(불안정한 비누)
(Geo Specialty Chemicals, Inc., Cedartown, GA)
VERSENEX™ 80 킬레이트제 지연제(Dow Chemical, Midland, MI)
실험실에서, 스투코 슬러리는 700 g 스투코, 3.5 g 촉진제(미세하게 연마된 석고), 10 g 건조된 사전젤라틴화된 전분, 1.4 g 소듐 트리메타포스페이트, 및 1 g 절단된 유리섬유(chopped fiberglass)를 혼합함으로써 제조되었다(표 2 참조). 스투코에 대한 수분의 비들 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 및 1.9을 형성하는데 요구되는 양에 대응하는 사전결정된 수분량들이 개별 스틸 보울들(steel bowls)로 첨가되었다. 각 스틸 보울로 0.9 g 분산제 및 2 방울(drop) 정도의 지연제가 첨가되었다. 수용액이 실온에 도달한 후에, 스틸 보울은 Hobart 믹서 하에서 설치되었다. 스투코 혼합물이 수용액에 첨가되고 바로 혼합되었다. 이후에, 기포 펌프가 활성화되고 기포가 사전결정된 주입 레이트를 따라서 보울에 주입되었다. 기포 주입 시간은 대략적으로 1700 lbs/MSF의 건조 밀도를 갖는 보드들을 제조하도록 사전-계산되었으며, 상이한 주입 레이트들이 각 보드에 대해서 요구되었다. 기포 주입 이후에, 조성물이 추가 5 초 동안에 혼합되었다. 슬러리는 사전에 제작된 엔벨로프(34 lbs/MSF News-라인 및 49 lbs/MSF Manila 종이로 구성됨)로 즉시 부어졌고 ⅝ 인치 보드들을 제조하도록 이격된 2 개의 알루미늄 판들 간에 샌드위칭시킴으로써 캐스트되었다. 캐스팅 후에, 보드들이 350°F로 사전설정된 오븐 내로 배치되었다. 30 분 후에, 보드들이 110°F로 사전설정된 다른 오븐으로 전달되었다. 보드들이 이틀 밤 동안에 오븐 내에서 유지되었고 이후에 오븐으로부터 분리되어서 무게를 달았다. 건식 보드들 각각은 6.625 인치 x 6.125 인치 샘플들로 절단되었다.
샘플 WSR
 중량
(g)		 보드 두께(inches) 보드 평량(lbs/MSF) 밀도
(lbs/ft3)		 기포 주입 레이트(sec) 내화성 지수(min)
1 1.0 225.2 0.639 1760 33.1 21 52.0
2 1.2 211.7 0.638 1655 31.1 18 54.4
3 1.4 212.2 0.637 1659 31.3 13 57.1
4 1.6 216 0.627 1688 32.3 7 57.9
5 1.9 219.2 0.636 1713 32.3 0 60.0
다양한 스투코에 대한 수분의 비들로 제조된 보드들의 내화성
샘플들 1 내지 5가 소형-스케일 장치(도 2) 내에서 개별적으로 테스트되어서 그들 각각의 FEI가 결정되었다. 5 개 샘플들 각각에 대한 온도 궤적들이 도 5에 도시되며, 이 도면에서 시간이 수평 축을 따라서 플롯팅되고, 각 샘플의 후면의 비노출된 표면 온도가 수직 축을 따라서 플롯팅된다. 도 5의 그래프에서, 라인(301)은 1.0의 WSR로 제조된 보드(샘플 1)에 대한 온도 궤적을 나타내고, 라인(302)은 1.2의 WSR로 제조된 보드(샘플 2)에 대한 온도 궤적을 나타내고, 라인(303)은 1.4의 WSR로 제조된 보드(샘플 3)에 대한 온도 궤적을 나타내고, 라인(304)은 1.6의 WSR로 제조된 보드(샘플 4)에 대한 온도 궤적을 나타내고, 라인 305은 1.9의 WSR로 제조된 보드(샘플 5)에 대한 온도 궤적을 나타내고, "FET" 라인(306)은 모든 샘플들에 대해서 FEI 지수를 표시하도록 315.6°C(600°F)의 온도로부터 수평으로 연장된다.
도 5의 그래프에서 계산될 수 있는 바와 같이, 1.0의 WSR로 제조된 보드의 내화성 지수는 52.0 분이었고(샘플 1), 1.2의 WSR로 제조된 보드의 내화성 지수는 54.4 분이었고(샘플 2), 1.4의 WSR로 제조된 보드의 내화성 지수는 57.1 분이었고(샘플 3), 1.6의 WSR로 제조된 보드의 내화성 지수는 57.9 분이었고(샘플 4), 1.9의 WSR로 제조된 보드의 내화성 지수는 60.0 분이었다(샘플 5). 도 5에서의 열 곡선들은 약 250°F, 즉 보드들이 소성을 완료한 온도 후에, 샘플들을 통한 열전달은 스투코에 대한 수분의 비, 및 이로써, 미세 수분 공극들의 수에 의존함을 보인다. 스투코에 대한 수분의 비가 높은 보드들은 보다 많은 개수의 미세 공극들을 포함하며, 이로써 수증기가 코어부를 이탈하는 것을 보다 어렵게 한다. 본 실례는 스투코에 대한 수분의 비가 높을 수록 석고 벽판의 내화성이 증가함을 보였다.
실례 2 - 스투코에 대한 수분의 비가 높은 보드의 내화성에 대한 보드 중량의 영향
본 실례는 높은 스투코에 대한 수분의 비의 경량/저밀도 벽판의 내화성에 영향을 나타낸다. 따라서, 1235 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 6), 1357 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 7), 및 422 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 8)가 FEI 소형-스케일 테스트 장치(도 2)에 의해서 테스트되었다. 샘플들 6 내지 8은 1.9의 스투코에 대한 수분의 비를 사용하여서 제조되었다.
실험실에서, 스투코 슬러리는 700 g 스투코, 3.5 g 촉진제(미세하게 연마된 석고), 10 g 건조된 사전젤라틴화된 전분, 1.4 g 소듐 트리메타포스페이트, 및 1 g 절단된 유리섬유를 혼합함으로써 제조되었다(표 2 참조). 1.9의 스투코에 대한 수분의 비를 형성하는데 요구되는 양에 대응하는 사전결정된 수분량이 Warring 혼합기(blender) 내에 첨가되었다. Warring 혼합기로 0.9 g 분산제 및 0.2 g 내지 0.6 g의 액체 비누가 첨가되었다. 수용액이 실온에 도달한 후에, 스투코 혼합물이 혼합기에 첨가되고 바로 혼합되었다. 고속 혼합 동작이 공기를 슬러리로부터 빼내면서, 기포가 생성되었다. 7 초 이후에, 슬러리는 사전에 제작된 엔벨로프(41 lbs/MSF News-Line 및 53 lbs/MSF Manila 종이로 구성됨)로 부어졌고 ⅝ 인치 보드들을 제조하도록 이격된 2 개의 알루미늄 판들 간에 샌드위칭시킴으로써 캐스트되었다. 캐스팅 후에, 보드들이 350°F로 사전설정된 오븐 내로 배치되었다. 30 분 후에, 보드들이 110°F로 사전설정된 다른 오븐으로 전달되었다. 보드들이 이틀 밤 동안에 오븐 내에서 유지되었고 이후에 오븐으로부터 분리되어서 무게를 달았다. 건식 보드들 각각은 6.625 인치 x 6.125 인치 샘플들로 절단되었다.
샘플 보드 평량
(lbs/MSF)		 WSR
 중량
(g)		 보드 두께(인치) 밀도
(lbs/ft3)		 내화성 지수(min)
6 1235 1.9 158.04 0.613 24.2 57.3
7 1357 1.9 173.55 0.609 26.7 59.5
8 1422 1.9 181.91 0.610 27.6 61.3
저 밀도 벽판의 내화성 지수
샘플들 6 내지 8이 소형-스케일 장치(도 2) 내에서 개별적으로 테스트되어서 그들 각각의 FEI가 결정되었다. 3 개 샘플들 각각에 대한 온도 궤적들이 도 6에 도시되며, 이 도면에서 시간이 수평 축을 따라서 플롯팅되고, 각 샘플의 후면의 비노출된 표면 온도가 수직 축을 따라서 플롯팅된다. 도 5의 그래프에서, 짧은 파선 라인(307)은 1235 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 6)에 대한 온도 궤적을 나타내며 실선(308)은 1357 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 7)에 대한 온도 궤적을 나타내며, 짧은 파선(309)은 1422 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 8)에 대한 온도 궤적을 나타내며, "FET" 라인(310)은 모든 샘플들에 대해서 FEI 지수들을 표시하도록 315.6°C(600°F)의 온도로부터 수평으로 연장된다.
도 6의 그래프에서 계산될 수 있는 바와 같이, 1235 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 6)에 대한 FEI는 57.3 분이었고, 1357 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 7)에 대한 FEI는 59.5 분이었고, 1422 lbs/MSF의 평량을 갖는 보드(샘플 8)에 대한 FEI는 61.3 분이었다.
본 실례는 약 ⅝ 인치 두께에서의 가변하는 중량들의 석고 벽판은 높은 스투코에 대한 수분의 비를 사용하여서 내화성을 보였다.
실례 3 - 높은 스투코에 대한 수분의 비 및 질석
본 실험은 벽판의 내화성에 대한 높은 스투코에 대한 수분의 비와 함께 질석의 영향을 나타낸다. 따라서, 0 내지 100 lbs/MSF 범위의 질석 양들을 사용하여서 제조된 5 개 석고 보드들(샘플들 9 내지 13)이 내화성 지수(FEI) 소형-스케일 테스트 장치(도 2)를 사용하여서 테스트되었다. 샘플들 9 내지 13은 1.4의 스투코에 대한 수분의 비를 사용하여서 제조되었다.
첨가제
ADVANTEX® 790C-16W 연속형 유리 스트랜드들(Owens Corning, Toledo, OH)
질석 농도 Grade 4(Virginia Vermiculite, Louisa, VA)
Diloflo 분산제(Geo Specialty Chemicals, Cleveland, OH)
CSA 촉진제, Pre-Mix Southard
사전젤라틴화된 전분, Corn Flour(Yellow)
(Bunge Milling, St. Louis, MO)
소듐 트리메타포스페이트(Innophos, Cranberry, NJ)
Hyonic PFM 33(안정한 비누), Hyonic 25-AS )(불안정한 비누)
(Geo Specialty Chemicals, Inc., Cedartown, GA)
VERSENEX™ 80 킬레이트제 지연제(Dow Chemical, Midland, MI)
실험실에서, 스투코 슬러리는 700 g 스투코, 3.5 g 촉진제(미세하게 연마된 석고), 10 g 건조된 사전젤라틴화된 전분, 1.4 g 소듐 트리메타포스페이트, 1 g 절단된 유리섬유 및 질석을 혼합함으로써 제조되었다(표 5 참조). 1.4의 스투코에 대한 수분의 비를 형성하는데 요구되는 양에 대응하는 사전결정된 수분량들이 개별 스틸 보울들로 첨가되었다. 각 스틸 보울로 0.9 g 분산제 및 2 방울 정도의 지연제가 첨가되었다. 수용액이 실온에 도달한 후에, 스틸 보울은 Hobart 믹서 하에서 설치되었다. 스투코 혼합물이 수용액에 첨가되고 바로 혼합되었다. 이후에, 기포 펌프가 활성화되고 기포가 사전결정된 주입 레이트를 따라서 보울에 주입되었다. 기포 주입 시간은 대략적으로 1600 lbs/MSF의 밀도를 갖는 보드들을 제조하도록 사전-계산되었다(표 6 참조). 기포 주입 이후에, 조성물이 추가 5 초 동안에 혼합되었다. 슬러리는 사전에 제작된 엔벨로프(34 lbs/MSF News-Line 및 49 lbs/MSF Manila 종이로 구성됨)로 즉시 부어졌고 ⅝ 인치 보드들을 제조하도록 이격된 2 개의 알루미늄 판들 간에 샌드위칭시킴으로써 캐스트되었다. 캐스팅 후에, 보드들이 350°F로 사전설정된 오븐 내로 배치되었다. 30 분 후에, 보드들이 110°F로 사전설정된 다른 오븐으로 전달되었다. 보드들이 이틀 밤 동안에 오븐 내에서 유지되었고 이후에 오븐으로부터 분리되어서 무게를 달았다. 건식 보드들 각각은 6.625 인치 x 6.125 인치 샘플들로 절단되었다.
샘플 질석
(lbs/MSF)		 WSR
 중량
(g)		 보드 두께(인치) 보드 평량
(lbs/MSF)		 밀도
(lbs/ft3)		 기포 주입 레이트(sec) 내화성 지수(min)
9 0 1.4 201.2 0.644 1573 29.3 18 55.1
10 25 1.4 201.8 0.645 1577 29.3 18 57.2
11 50 1.4 200.9 0.645 1570 29.2 18 57.8
12 75 1.4 204.5 0.647 1598 29.6 19 58.9
13 100 1.4 201.6 0.651 1576 29.1 19 56.0
질석을 포함하는 보드들의 내화성 지수
샘플들 9 내지 13이 소형-스케일 장치(도 2) 내에서 개별적으로 테스트되어서 그들 각각의 FEI가 결정되었다. 4 개 샘플들 각각에 대한 온도 궤적들이 도 7에 도시되며, 이 도면에서 시간이 수평 축을 따라서 플롯팅되고, 각 샘플의 후면의 비노출된 표면 온도가 수직 축을 따라서 플롯팅된다. 도 7의 그래프에서, 라인(311)은 제어 보드(샘플 9)에 대한 온도 궤적을 나타내며, 라인(312)은 25 lbs/MSF 질석을 갖는 보드(샘플 10)에 대한 온도 궤적을 나타내며, 라인(313)은 50 lbs/MSF 질석을 갖는 보드(샘플 11)에 대한 온도 궤적을 나타내며. 라인(314)은 75 lbs/MSF 질석을 갖는 보드(샘플 12)에 대한 온도 궤적을 나타내며, "FET" 라인(315)은 모든 샘플들에 대해서 FEI 지수들을 표시하도록 315.6°C(600°F)의 온도로부터 수평으로 연장된다.
도 7의 그래프에서 계산될 수 있는 바와 같이, 질석을 전혀 포함하지 않은 보드(샘플 9)에 대한 내화성 지수는 55.1 분이었고, 25 lbs/MSF 질석을 포함하는 보드(샘플 10)에 대한 내화성 지수는 57.2 분이었고, 50 lbs/MSF 질석을 포함하는 보드(샘플 11)에 대한 내화성 지수는 57.8 분이었고, 75 lbs/MSF 질석을 포함하는 보드(샘플 12)에 대한 내화성 지수는 58.9 분이었고, 100 lbs/MSF 질석을 포함하는 보드(샘플 13)에 대한 내화성 지수는 56.0 분이었다. 샘플이 100 lbs/MSF 질석을 포함할 때에(샘플 13), 보드 무결성이 손상을 받았다는 것이 발견되었다. 도 7에서의 열 곡선들은 질석의 양이 제로에서 75 lbs/MSF까지 증가할 때에, 보드의 내화성 지수는 55.1 분에서 58.9 분으로 증가하였음을 드러낸다. 질석량의 추가 증가는 보드 무결성을 파괴하며 이로써 보드의 내화성을 절충시킨다.
높은 스투코에 대한 수분의 비들을 가지면서 질석들이 결합된 슬러리들로부터 구성된 코어부를 포함하는 보드들은 매우 큰 내화성을 가질 수 있음이 본 실례가 입증한다.
본 발명을 기술하는 맥락에서(특히, 다음의 청구항들의 맥락에서) 명사의 단수형 표현 및 용어 "적어도 하나" 및 유사한 지시대상들의 사용은 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥상 명료하게 반박되지 않는 이상 명사의 단수형 및 복수형을 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목들의 리스트 뒤에 오는 용어 "적어도 하나"의 사용(예를 들어서, "A 및 B 중 적어도 하나")은, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥상 명료하게 반박되지 않는 이상, 열거된 항목들로부터 선택된 하나의 항목(A 또는 B) 또는 열거된 항목들 중 2개 이상의 항목들의 임의의 조합(A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 달리 지시되지 않은 이상, 용어들 "포함한다", "갖는다" 및 "함유한다"는 끝이 개방되어 있는 용어들(즉, 포함하지만 그로 한정되지 않음)로서 해석되어야 한다. 또한, "포함한다"(또는 이의 균등어)가 사용되는 모든 곳에서는, "을 포함한다"는 "로 필수적으로 구성된다" 및 "로 구성된다"를 포괄하는 것으로 해석된다. 따라서, 특정 요소(들)를 "포함하는" 실시예는 이 특정 요소(들)로 "필수적으로 구성된 것" 및 이 특정 요소(들)로 "구성된 것"을 지지한다. "필수적으로 구성된다"가 사용되는 모든 곳에서는, "로 필수적으로 구성된다" 는 "로 구성된다"를 포괄하는 것으로 해석된다. 따라서, 특정 요소(들)로 "필수적으로 구성되는" 실시예는 이 특정 요소(들)로 "구성된 것"을 지지한다. 본 명세서에서의 값들의 범위를 한정하는 것은 본 명세서에서 달리 언급되지 않는다면 해당 범위 내에 속하는 각 개별 값을 개별적으로 참조하는 약칭(shorthand) 방법 역할을 하는 것으로 단지 의도되며, 각 개별 값이 본 명세서에서 개별적으로 한정된다고 가정되면, 이 개별 값은 명세서 내에 포함된다. 본 명세서에서 기술되는 모든 방법들은 본 명세서에서 달리 지시되거나 이와 달리 문맥상 명료하게 반박되지 않는 이상 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 모든 방법들은 본 명세서에서 달리 지시되지 않거나 이와 달리 문맥상 명시적으로 반박되지 않은 이상, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 임의의 그리고 모든 실례들 또는 예시적인 언어들(예를 들어서, "와 같은")의 사용은 본 발명을 보다 양호하게 예시하기 위한 것뿐이며 달리 청구되지 않은 이상 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 명세서 내의 어떠한 언어도 청구되지 않은 요소가 본 발명을 실시하기 위해서 필수적이라고 표시하도록 해석되어서는 안된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 본 발명을 실시하기 위해서 본 발명자들에게 알려진 최상의 모드를 포함하여 본 명세서에서 기술되었다. 이러한 바람직한 실시예들의 변형사항들은 전술한 설명을 독해하면 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명자들은 본 기술 분야의 당업자가 이러한 변형사항들을 적절하게 사용할 것을 예상하며, 본 발명자들은 본 발명이 본 명세서에서 특정하게 기술된 바와 달리 실시될 것을 의도한다. 따라서, 적용가능한 법률이 허용하는 한 본 명세서에 첨부된 청구항들에서 인용된 청구 대상의 수정사항들 및 균등사항들을 모두 포함한다. 또한, 본 발명의 모든 가능한 변형사항들에서 상술한 요소들의 임의의 조합은 본 명세서에서 달리 지시되지 않거나 이와 달리 문맥상 명시적으로 반박되지 않은 이상, 본 발명에 포함된다.

Claims (10)

  1. 화재 저항성 석고 보드로서:
    2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물로서, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코(stucco) 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스(interlocking matrix)를 포함하는, 상기 경화된 석고 조성물을 포함하며,
    상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비(water-to-stucco ratio)를 가지며,
    상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항(nail pull resistance)은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 52 분보다 긴, 화재 저항성 석고 보드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화된 석고 조성물은 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 1 %보다 큰 중량으로 젤라틴화된 전분(gelantinized starch)을 포함하는,
    화재 저항성 석고 보드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 경화된 석고 조성물은 실리카 퓸(silica fume), Portland 시멘트, 플라이 애쉬(fly ash), 클레이(clay), 셀룰로즈성 미세 입자들(fine cellulosic particles), 또는 고 분자량 폴리머, 또는 이들의 임의의 혼합물로부터 선택된 점증제(thickener)를 포함하는, 화재 저항성 석고 보드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 점증제는 상기 스투코의 중량을 기준으로 약 10% 미만의 중량으로 존재하는, 화재 저항성 석고 보드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 고 열팽창 입자들을 더 포함하는, 화재 저항성 석고 보드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고 열팽창 입자들은 질석(vermiculite)인, 화재 저항성 석고 보드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3의 보드 밀도를 갖는, 화재 저항성 석고 보드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석고 보드는 약 0.7 미만의 스투코에 대한 수분의 비로 형성된 경화된 석고보다 적어도 3 분이 긴 내화성 지수(FEI)를 갖는, 화재 저항성 석고 보드.
  9. 화재 저항성 석고 보드로서:
    2 개의 커버 시트들 간에 배치된 경화된 석고 조성물로서, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코 및 수분을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 인터록킹된 매트릭스를 포함하는, 상기 경화된 석고 조성물을 포함하며,
    상기 슬러리는 약 1.2 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 가지며,
    상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수는 약 54 분보다 긴, 화재 저항성 석고 보드.
  10. 화재 저항성 석고 보드를 제조하는 방법으로서,
    적어도 스투코와 수분의 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 슬러리를 제 1 시트 상에 배치하는 단계;
    상기 슬러리 상에 제 2 시트를 배치하여서 2 개의 커버 시트들을 갖는 보드 프리폼(board preform)을 형성하는 단계;
    상기 슬러리가 절단되게 충분하게 경화된 이후에 상기 보드 프리폼을 사전결정된 치수들을 갖는 보드로 절단하는 단계; 및
    상기 보드를 건조하는 단계를 포함하며,
    상기 슬러리는 약 0.7 내지 약 2.0의 스투코에 대한 수분의 비를 가지며,
    상기 석고 보드는 약 24 lbs/ft3 내지 약 40 lbs/ft3의 밀도를 가지며, 약 ⅝인치의 두께를 가질 때에, ASTM C473-09에 따라서 결정된 인발 저항(nail pull resistance)은 적어도 약 70 lbs의 힘을 가지며, 내화성 지수(fire endurance index:FEI)는 약 52 분보다 긴, 화재 저항성 석고 보드 제조 방법.
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