KR20160083009A - 실리카 겔을 포함하는 석고 제품 - Google Patents

실리카 겔을 포함하는 석고 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR20160083009A
KR20160083009A KR1020167012800A KR20167012800A KR20160083009A KR 20160083009 A KR20160083009 A KR 20160083009A KR 1020167012800 A KR1020167012800 A KR 1020167012800A KR 20167012800 A KR20167012800 A KR 20167012800A KR 20160083009 A KR20160083009 A KR 20160083009A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
board
gypsum
silicate
slurry
gypsum board
Prior art date
Application number
KR1020167012800A
Other languages
English (en)
Inventor
방지 카오
웨이신 디. 송
알프레드 리
Original Assignee
유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니 filed Critical 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
Publication of KR20160083009A publication Critical patent/KR20160083009A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B13/00—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material
    • B32B13/04—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material comprising such water setting substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5024—Silicates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/94—Protection against other undesired influences or dangers against fire
    • E04B1/941—Building elements specially adapted therefor
    • E04B1/942—Building elements specially adapted therefor slab-shaped
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/043—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres of plaster
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/26—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B32B2307/3065—Flame resistant or retardant, fire resistant or retardant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00612—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as one or more layers of a layered structure
    • C04B2111/0062—Gypsum-paper board like materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

석고 조성물, 보드, 및 내화성이 증가된 석고 보드 제조 방법이 기술된다. 경화된 석고-함유 조성물이 실리카 겔 포함에 따른 내화성 석고 보드 제조에 사용될 수 있다.

Description

실리카 겔을 포함하는 석고 제품{GYPSUM PRODUCTS COMPRISING SILICA GEL}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본원은 2013년 11월 5일자에 출원된 미국 비-임시출원 번호 14/072,592의 이점을 주장하며, 상기 출원은 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. 보드가 단위 체적당 석고를 덜 함유하고 있을 때에, 벽판의 내화성을 크게 할 수 있도록 가용되는 결정수가 줄어든다. 석고 벽판들은 통상적으로 내부 벽들 및 천장들의 건식벽체 구축 시에 사용되며, 화재 및 과도한 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. 이러한 테스트 불량은 노출된 표면 상의 몇 개의 열전대들에 의해서 측정된 평균 온도가 주변 온도 위로 250°F (121℃)보다 더 높게 증가하거나 임의의 개별 열전대가 주변 온도 위로 325°F (163℃)보다 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, 및 기타 매개변수와 같은 다른 수많은 인자들에도 의존한다.
기존의 기술들이 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 포함한다. 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코(stucco), 수분 및 금속규산염 (metal silicate)을 포함하는 슬러리로부터 형성된 경화된 석고의 교합 매트릭스(interlocking matrix)를 포함한다. 경화된 석고 조성물은 실리카 겔을 포함한다. 석고 보드 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3 이고 내화성 지수 (fire endurance index: FEI)는 약 53 분 이상이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 석고 보드 내화성 증가 방법을 제공하고, 이는 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리 형성 단계, 슬러리를 2개의 커버시트들 사이에 배치되어 보드 프리폼 (preform)을 형성하는 단계, 슬러리가 절단되기에 충분하게 고화된 후 보드 프리폼을 사전결정된 치수의 석고 보드로 절단하는 단계, 및 석고 보드를 건조하는 단계를 포함한다. 적어도 일부 금속 규산염은 실리카 겔로 전환된다. 석고 보드는 실리카 겔 부재의 보드와 비교할 때 내화성이 개선되고, 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3, 및 내화성 지수는 약 53 분 이상이다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 장점들 및 추가적인 창의적인 특징들이 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 벽판에 대한 질석 중량% (X-축)에 따른 내화성 지수 (FEI) (Y-축)를 보이는 선점도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 벽판 샘플의 FEI를 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 2의 벽판들에 대한 다양한 규산염 중량% (X-축)에 따른 FEI (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 다양한 규산염 중량% (X-축)에 따른 FEI (Y-축)를 표시하는 선 그래프이다.
도 8은 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.
도 9는 본 발명의 실시예들에 의한 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 3의 벽판들에 대한 다양한 규산염 중량% (X-축)에 따른 보드 압축 강도 (Y-축)를 보이는 산점도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 4의 벽판들에 대한 다양한 규산염 중량% (X-축)에 따른 FEI (Y-축)를 표시하는 선 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 의한 소형-스케일 화재 테스트 동안의 실례 5의 벽판들에 대한 다양한 규산염 중량% (X-축)에 따른 보드 압축 강도 (Y-축)를 보이는 산점도이다.
본 발명의 실시예들은, 적어도 부분적으로, 실리카 겔을 포함하는 석고 제품 (예를들면, 석고 벽판)은 놀랍고도 예기치 못하게 내화성 및 압축 강도를 개선한다는 발견에 기초한다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 금속 규산염이 스투코 슬러리 (물, 스투코, 및 필요하다면 선택적 첨가제를 포함)에 첨가되면, 제조 공정 현장에서 실리카 겔이 형성된다는 것을 알았다. 중합적인, 고도의 가교화 실리카 겔 망은 내화성 및 강도 모두를 석고 매트릭스에 부여한다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않지만, 실리카 겔의 친수성 및 실리카 겔 및 석고 간의 나노 규모의 상호작용으로 각각 내화성 및 강도가 증가하는 것으로 판단된다. 본 발명의 생성물은 실리카 겔 부재 또는 소량의 동등 밀도 (및 보드의 경우 두께) 생성물보다 내화성 및 압축 강도가 더욱 크다. 석고 제품은 벽판, 천장 패널 (예를들면, 천장 타일 또는 보드), 방음 타일, 조인트 화합물, 또는 기타 등의 형태일 수 있다.
실리카 겔은 금속 규산염에서 합성되는 이산화규소의 다공성 형태로 이해된다. 실리카 겔은 일반적으로 물 및 다른 작은 분자를 흡수하는 능력으로 건조제 및 여과제로 사용되는 비정질 고체이다. Si-O 결합에서 부분 쌍극자로 인하여 실리카 겔은 물 분자와 수소 결합하고 실리카 겔의 다공성 및 대형 표면적으로 물을 쉽게 흡수할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 금속 규산염은 석고 제품 제조 과정에서 현장에서 실리카 겔을 형성한다.
스투코 슬러리에서 금속 규산염은 실리카 겔로 전환되어, 내화성 및 강도가 증가되는 석고 보드를 생성한다. 본 분야에서, 일반적으로 경량 석고 보드는 특히 고열 조건에서 수축된다고 알려져 있다. 실리카 겔은 고온에서, 예컨대 화재에 노출될 때 부피가 감소되므로, 놀랍고도 예기치 못하게 화재 테스트 과정에서 최소로 수축되면서 실리카 겔은 경량 보드의 내화성을 증가시킬 수 있다는 것을 알았다. 따라서, 일부 실시예들에서, 금속 규산염이 석고 슬러리에 첨가되어 경량 석고 보드를 형성할 수 있다 (예를들면, 보드 밀도는 약 42 lb/ft3 미만, 약 40 lb/ft3 미만, 약 38 lb/ft3 미만, 약 35 lb/ft3 미만, 약 33 lb/ft3 미만, 및 이하).
임의의 적합한 금속 규산염이 스투코 조성물에 첨가되어 석고 제품의 내화성 및 압축 강도를 증가시킬 수 있다. 예를들면, 일부 실시예들에서, 금속은 나트륨, 칼륨, 또는 리튬이다. 일부 실시예들에서, 상이한 금속 규산염의 조합이 슬러리 형태의 스투코 조성물에 첨가되어 석고 제품의 내화성 및 압축 강도를 증가시킬 수 있다. 실리카 겔로 전환 가능한 임의의 금속 규산염이 본 발명에서 적합하다. 예를들면, 알칼리 금속 규산염 예컨대 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 또는 임의의 이들 조합이 본 발명에 대하여 적합하다.
금속 규산염 또는 금속 규산염의 혼합물은 임의의 적합한 함량으로 스투코에 첨가될 수 있다. 금속 규산염은 홀로 (고체 형태) 또는 습식 형태, 예컨대 슬러리 또는 용액으로 첨가될 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 본원에 기재된 금속 규산염 함량은 금속 규산염을 함유하는 전체 용액 또는 슬러리 중량이 아닌 활성의, 비희석 금속 규산염 중량을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
일부 실시예들에서, 금속 규산염은 스투코 중량 기준으로 약 0.01중량% 이상 첨가된다. 예를들면, 금속 규산염은 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 5중량% 첨가된다. 다른 실시예들에서, 금속 규산염은 스투코에 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 1중량% 첨가된다. 본 발명의 실시예들에서, 스투코에 첨가되는 금속 규산염 함량은, 예를들면, 표 1A 및 1B에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]”의 범위를 나타낸다. 표기 값들은 스투코 중량 기준으로 첨가되는 금속 규산염 중량을 나타낸다. 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해하여야 한다. 예를들면, 표 1A에서 제1 “X”는 “약 0.01% 내지 약 0.05%” 범위를 나타낸다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
일부 실시예들에서, 금속 규산염 성분은 물유리 또는 액체유리라고도 알려진 규산나트륨이고, 이는 실리카 겔로 전환된다. 이들 실시예에서, 규산나트륨은 유일한 금속 규산염 성분으로, 또는 달리, 또 다른 금속 규산염과 함께 사용될 수 있다. 규산나트륨은 산업제품및 소비제품 모두의 제조에 일반적으로 사용되는 염기성 (basic) 무기기화합물로 이해된다. 물에 쉽게 녹으므로, 규산나트륨은 때로 수용액으로 판매된다.
본 발명에 의해 사용되는 금속 규산염은 임의의 적합한 방식으로 제조될 수 있다. 예를들면, 예시로써, 일부 실시예들에서, 규산나트륨은 고순도 규사 (SiO2) 및 소다회 (Na2CO3)를 고온의 평로에서 융합하여 제조될 수 있다. 먼저, 소다회 및 규사를 1100℃ 내지 1300℃에서 용융하여 SiO2 및 Na2O의 혼합물로 이루어진 컬렛으로 알려진 비정질 고체 유리를 만든다. 다음, 컬렛을 용기 내에서 가압으로 물에 용해시킨다. 생성 용액을 때로 물유리로 칭하고 본 발명의 일부 실시예들에서 스투코 슬러리에 직접 사용된다. 일부 실시예들에서, 규산염을 포함하는 제품 특성은 SiO2/Na2O 중량비를 변경시켜 조작한다. 바람직하다면, 상이한 함량의 수산화나트륨 (NaOH)을 물유리에 첨가하여 SiO2/Na2O 비율을 변경시킨다. 다른 금속 규산염은 일반적으로 동일 방식으로 제조할 수 있다. 금속 규산염은 일반적으로 용액 또는 고체상으로 상업적으로 입수되고, 광범위한 특성을 가지 수 있다.
다양한 비율의 SiO2 및 MxO (식 중 M은 금속이고 x≥1)의 수용액에 대한 포괄적 용어로서 때로 금속 규산염이 사용되고, 용액의 SiO2/MxO 비율에 기초한 등급 (grade)에 의해 식별된다. 예로써, 규산나트륨은 다양한 비율로 조합되는 SiO2 및 Na2O의 수용액에 대한 포괄 용어이고, 용액의 SiO2/Na2O 비율에 기초한 등급으로 식별될 수 있다.
본 발명의 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 임의의 적합한 비율일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 약 0.5 내지 약 5이다. 다른 실시예들에서, 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 약 2 내지 약 4이다. 본 발명의 실시예들에서, 금속산화물에 대한 SiO2 비율은, 예를들면, 표 2에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]”의 범위를 나타낸다. 표기 값들은 금속산화물에 대한 SiO2 비율을 나타낸다 (표 2). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해하여야 한다. 예를들면, 표 2에서 제1 “X”는 “약 0.5:1 내지 약 1:1”범위를 나타낸다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
금속산화물에 대한 SiO2 비율 범위 시점
금속산화물에 대한 SiO2 비율 종점








 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 2.5:1 3:1 3.5:1 4:1 4.5:1
1:1 X
1.5:1 X X
2:1 X X X
2.5:1 X X X X
3:1 X X X X X
3.5:1 X X X X X X
4:1 X X X X X X X
4.5:1 X X X X X X X X
5:1 X X X X X X X X X
스투코에 첨가되는 금속 규산염 용액은 임의의 적합한 pH를 가진다. 본 발명의 일부 실시예들에 의하면, 석고 제품, 예컨대, 스투코와 pH 약 10 미만인 금속 규산염 용액과의 조합으로 제조되는 벽판은 석고 제품에 내화성 및 압축 강도를 개선시킨다는 것을 알았다. 따라서, 일부 실시예들에서, 금속 규산염 용액의 pH는 약 5 내지 약 10, 예컨대 약 5 내지 약 9, 약 5 내지 약 8, 약 5 내지 약 7, 약 5 내지 약 6, 약 6 내지 약 10, 약 6 내지 약 9, 약 6 내지 약 8, 약 6 내지 약 7, 약 7 내지 약 10, 약 7 내지 약 9, 또는 약 7 내지 약 8이다.
예를들면, 일부 실시예들에서, 스투코에 첨가되는 금속 규산염 용액의 pH는 적어도 약 5 내지 약 10 미만이다. 일부 실시예들에서, 예컨대 규산나트륨의 경우, pH 약 10 이상 (예를들면, pH 약 10 내지 약 13)의 용액은 스투코에서 석고 형성 과정에서 지연 효과를 일으킨다. 따라서, 일부 실시예들에서, 조성물, 벽판, 또는 방법은 적어도 약 10 pH인 규산염이“실질적으로 부재”이고, 이는 조성물, 벽판, 또는 방법에서 (i) 적어도 약 10 pH를 가지는 규산염이 스투코 중량 기준으로0 중량% 또는 부재이고, 또는 (ii) 적어도 약 10 pH를 가지는 규산염은 효과 없는 또는 (iii) 중요하지 않은 함량이라는 것을 의미한다. 효과 없는 함량의 실례는 당업자에 의해 이해되듯이 적어도 약 10 pH의 규산염의 사용 의도를 달성하기 위한 한계 함량 이하의 함량이다. 함량은, 예를들면, 당업자에 의해 이해되듯이 스투코 중량 기준으로 약 0.5 중량% 이하, 예컨대 약 0.2 중량% 이하, 약 0.1 중량% 이하, 또는 약 0.01 중량% 이하이다.
그러나, 바람직하다면 대안의 실시예들에서, 특히 임의의 지연 효과가 허용되거나 완화될 때 적어도 약 10 pH를 가지는 금속 규산염 용액이 조성물, 벽판, 또는 방법에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 약 10 이상 pH를 가지는 금속 규산염 용액은 내화성 및 압축 강도를 증가시킨다는 것을 알았다. 따라서 일부 실시예들에서, 금속 규산염 용액 pH는 약 10 내지 약 13, 예컨대 약 10 내지 약 12, 약 10 내지 약 11, 약 11 내지 약 13, 약 11 내지 약 12, 또는 약 12 내지 약 13이다. 일부 실시예들에서, 조성물, 벽판, 또는 방법에서 약 10 미만의 pH를 가지는 규산염의“실질적으로 부재”란, 조성물, 벽판, 또는 방법에서 (i) 약 10 미만의 pH를 가지는 규산염이 스투코 중량 기준으로0 중량% 또는 부재이고, 또는 (ii) 약 10 미만의 pH를 가지는 규산염은 효과 없는 또는 (iii) 중요하지 않은 함량이라는 것을 의미한다. 효과 없는 함량의 실례는 당업자에 의해 이해되듯이 약 10 미만의 pH를 가지는 규산염의 사용 의도를 달성하기 위한 한계 함량 이하의 함량이다. 함량은, 예를들면, 당업자에 의해 이해되듯이 스투코 중량 기준으로 약 0.5 중량% 이하, 예컨대 약 0.2 중량% 이하, 약 0.1 중량% 이하, 또는 약 0.01 중량% 이하이다.
일부 실시예들에서, 금속 규산염은 스투코 슬러리 환경에서 전환되어 물유리 기술을 거쳐 실리카 겔을 형성한다. 물유리 공정에서, 산이 규산염에 첨가되어 pH를 낮추면, 규산염은 가수분해되어 규산을 형성한다. 규산 분자의 실라놀 기들 (-Si-OH)은 자발적으로 축합되어 중합체 (즉, 실리카 겔)를 형성한다. 규소의 4가 특성으로 규산은 4개의 새로운 규소-산소 결합을 형성하고, 이는 고도로 가교화된 규소계 중합체를 생성한다. 이러한 과정을 통해, 분자는 대형의 3-차원 망이 된다.
일부 실시예들에서 스투코 첨가 전에 금속 규산염은 산으로 중화된다. 보드 제조 공정에 있어서, 산이 금속 규산염에 첨가된 후 약 2 분 내지 약 120 분부터 실리카 겔이 형성되는 것이 바람직하다. 실제 보드 제조에 있어서, 규산염 용액이 스투코 조성물로 펌핑되어야 하므로 규산염 용액은 스투코 슬러리에 첨가되기 전에 양호한 유동성을 가져야 한다. 규산염이 펌핑 전에 겔화되면, 규산염은 펌핑되기 어렵다. 겔 형성 시간은 금속 규산염 용액의 초기 농도, 산 첨가 후 용액의 pH, SiO2/Na2O 비율, 및 사용되는 산의 타입/농도를 포함한 인자들에 따라 달라진다.
일부 실시예들에서, 산 첨가 전에, 금속 규산염 용액은 물로 희석되어 바람직한 농도를 얻는다. 다른 실시예들에서, 산 첨가 전에, 고체 금속 규산염이 물과 혼합되어 바람직한 농도를 가지는 용액을 획득한다. 금속 규산염 용액은 임의의 충분한 농도일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 규산염 용액의 농도는 수중 금속 규산염 기준으로 약 0.1% 내지 약 10%이다. 다른 실시예들에서, 금속 규산염 용액의 농도는 약 0.1% 내지 약 4%이다. 금속 규산염 용액 농도는 바람직하게는 약 3% 내지 약 4%이다.
임의의 충분한 산이 금속 규산염에 첨가되어 중화시킨다. 예를들면, 산 예컨대 질산, 아세트산, 및 가수분해화 황산알루미늄이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강산 예컨대 염산 (20% 농도) 및 황산 (98% 농도)이 사용된다. 본 발명에 있어서, 염소 이온이 존재하면 보드 강도에 유해하므로 황산은 일반적으로 염산보다 바람직하다.
바람직한 실시예들에서, 충분한 함량의 산이 규산염 용액에 첨가되어 pH가 약 5 내지 약 10인 용액을 형성한다. 일부 실시예들에서, 규산염 용액의 pH는 스투코 슬러리와 조합될 때 감소된다. 규산염 용액의 pH가 약 5 내지 약 8일 때 겔 형성은 가장 신속하다. 일부 실시예들에서, 충분한 산이 규산염 용액에 첨가되어 약 6 내지 약 8 pH의 용액을 형성한다. 본 발명의 실시예들에서, 산이 규산염에 첨가된 후 규산염 용액의 pH는, 예를들면, 표 3에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]”의 범위를 나타낸다. 표기 값들은 산 첨가 후 규산염 용액의 pH를 나타낸다 (표 3). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 예를들면, 표 3에서 제1 “X”는 “약 5 내지 약 5.5” 범위이다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
규산염 용액 pH 범위에 대한 시점
규산염 용액 pH 범위에 대한 종점









 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
5.5 X
6 X X
6.5 X X X
7 X X X X
7.5 X X X X X
8 X X X X X X
8.5 X X X X X X X
9 X X X X X X X X
9.5 X X X X X X X X X
10 X X X X X X X X X X
규산염 용액은 적어도 스투코와 조합하여 더 큰 내화성 및 강도를 가지는 벽판을 형성한다. 일부 실시예들에서, 경화된 석고 조성물은 2개의 커버시트들 사이에 배치되고, 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함한 슬러리로부터 형성되는 경화된 석고의 교합 매트릭스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 규산염은 건식 스투코와 조합된다. 다른 실시예들에서, 금속 규산염 고체 또는 용액은 스투코 슬러리에 직접 첨가된다. 규산염을 포함하는 스투코 슬러리는 2개의 커버시트들 사이에 배치된다. 슬러리가 절단하기에 충분히 고화된 후, 보드 프리폼은 사전결정된 치수의 보드로 절단된다. 보드를 건조시킨다. 임의의 특정 이론에 구속된 의도는 아니지만, 스투코가 수화되어 석고를 형성할수록, 규산염 농도는 증가하고, 더욱 신속한 실리카 겔 형성이 개시된다고 판단된다. 보드가 고온에서 건조되면, 실리카 겔을 형성하는 중합 반응이 완료된다.
일부 실시예들에서, 규산염 스투코에 첨가되기 전에 부분적으로 중합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 규산염은 슬러리에서 부분적으로 중합될 수 있지만, 승온에 노출될 때, 예를들면, 과잉수 제거를 위한 건조 단계에서 킬른에 있을 때 실리카 겔로 완전히 전환된다. 일부 실시예들에서, 킬른에서 나온 후에도 규산염은 완전히 중합되지 않는다. 실리카 겔은 본 발명에 의한 실리카 겔 부재인 석고 제품의 압축 강도에 비하여 석고 제품의 압축 강도를 증가시키기에 유효한 함량을 가진다면 실리카 겔에 대한 임의의 규산나트륨의 비율이라도 충분하다.
상기된 바와 같이, 실리카 겔로의 규산염 중합도는 임의의 적합한 정도, 예컨대 약 50% 이상 (즉, 1:1 비율), 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 및 99%, 이상일 수 있다. 그러나, 더 낮은 중합도는 본 발명의 일부 실시예들의 내화성 및 강도 향상의 완전한 이점을 얻지 못한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 경화된 석고 조성물은 경화된 석고 조성물에서 금속 규산염 함량 이상의 실리카 겔을 가지는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 경화된 석고 조성물에서 실리카 겔 대 금속 규산염의 비율은, 예를들면, 적어도 약 2:1, 적어도 약 3:1, 적어도 약 4:1, 적어도 약 5:1, 적어도 약 10:1, 적어도 약 20:1, 적어도 약 50:1, 적어도 약 75:1, 적어도 약 80: 1, 적어도 약 90:1, 적어도 약 95: 1, 적어도 약 97: 1, 적어도 약 99:1, 또는 실리카 겔로 완전 중합 (100%)되는 것이 바람직하다.
일부 실시예들에서, 고 열팽창 첨가제 예컨대 질석이 금속 규산염을 포함하는 슬러리 제제 (formulation)에 첨가되어 내화성을 개선시킬 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 질석은 알루미늄, 마그네슘, 및 철의 함수 규산염 광물 군에 대하여 사용되는 용어이고, 가열될 때 팽창할 수 있어 더 큰 내화성을 부여한다. 그러나, 과량의 질석이 경량 보드 제조에 사용될 때, 질석 입자들의 팽창으로 스폴링 (spalling) 및 부서짐 (crumbling)이 유발된다. 고 열팽창 첨가제 예컨대 질석은 고가이고 내화성 유효 증가는 때로 특정 질석 함량의 한계 후 변함이 없다. 도 1에 도시된 바와 같이, 질석 함량이 2.7 wt%에서 3.6 wt%로 증가하면 내화성 지수 (FEI)는 3.5 분 증가하지만, 질석 함량이 3.6 wt%에서 5.4 wt%로 증가하면 1 분 미만의 FEI 증가가 있을 뿐 이다. 그 결과, 최고 비용 편익은 질석 함량이 약 3.6 wt% 이하일 때이다.
규산염 및 질석의 조합으로 일부 실시예들에 의한 석고 보드의 내화성이 증가된다. 일부 실시예들에서 스투코 슬러리에 더욱 낮은 함량의 고팽창 입자들, 예컨대 질석이 하나 이상의 금속 규산염과 조합될 수 있다. 예를들면, 하나의 이점은 질석은 실리카 겔을 포함한 보드의 수축을 감소시킬 수 있다는 것이다. 실리카 겔은 고온에서 실리카 (SiO2)로 전환되어, 석고 물품은 부피가 수축된다. 석고 조성물에서 부피 수축은 석고 코어부를 통한 더욱 신속한 열전달로 이어진다. 고 열팽창 첨가제 예컨대 질석을 첨가하면 이러한 수축 보상에 유익하다.
일부 실시예들에서, 낮은 함량의 고팽창 입자들, 예컨대 질석이, 포함된다. 예를들면, 더욱 소량의 질석으로 제조된 내화 보드는 놀랍고도 예기치 못하게 내화성을 향상시키고, 또한, 제조 과정에서 비용이 덜 든다. 일부 실시예들에서, 스투코 슬러리 중 질석 함량은 약 5 중량% 이하, 예를들면, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 또는 0.1 중량% 이하이다. 상기 각각의 종점은 하한값을 가질 수 있고, 예를들면, 적합한 수치에서 0.001 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.5 중량%, 1 중량%, 1.5 중량%, 또는 2 중량%부터일 수 있다.
일부 실시예들에서, 질석은 스투코 조성물에 임의의 충분한 함량으로 슬러리 형태로 첨가될 수 있다. "Grade No. 5" 미팽창 질석 (약 0.0157 인치 (0.40 mm) 보다 작은 통상적인 입자 크기를 가짐)으로서 지칭되는 것과 같은 상대적으로 저 팽창성 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 본원에서 기술되는 것들을 대표하는 실질적으로 유사한 팽창 및/또는 열적 화재 저항성 특성들을 가져야 한다. 예를들면, 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 공급원을 통해서 상업적으로 입수가능한 상업용 U.S. Grade 4 질석을 포함할 수 있다. 상업용 생산자들은 고 팽창 질석의 물리적 특성들에 대한 사양들, 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.
본 발명의 실시예들에서, 질석 함량은, 예를들면, 표 4에 나열된 것일 수 있다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값들은 수투코 함랑에 기초한 질석 중량%를 나타낸다. 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타내는 것으로 이해하여야 한다. 예를들면, 표 4에서 제1 “X”는 “약 0% 내지 약 0.2%” 범위일 수 있다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
질석 범위 시점 (%)
질석 범위 종점 (%)










 0 0.2 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
0.2 X
0.5 X X
1 X X X
1.5 X X X X
2 X X X X X
2.5 X X X X X X
3 X X X X X X X
3.5 X X X X X X X X
4 X X X X X X X X X
4.5 X X X X X X X X X X
5 X X X X X X X X X X X
일부 실시예들에서, 실리카 겔은 고팽창 재료 예컨대 질석의 저렴한 대체재로서 기능한다. 따라서 일부 실시예들에서, 바람직한 벽판은 고팽창 재료 예컨대 질석이 실질적으로 부재인 슬러리로부터 형성된다. 또한, 일부 실시예들에서, 벽판 또는 보드 제조 방법에서 고팽창 재료 예컨대 질석의 “실질적으로 부재”란, 슬러리, 벽판, 또는 방법은 (i) 이러한 고팽창 재료 예컨대 질석이 스투코 중량 기준으로 0 중량%, 또는 부재이고, 또는 (ii) 고팽창 재료 예컨대 질석이 효과 없는 또는 (iii) 중요하지 않은 함량임을 의미한다. 효과 없는 함량의 실례는 당업자에 의해 이해되듯이 고팽창 재료 예컨대 질석의 사용 의도를 달성하기 위한 한계 함량 이하의 함량이다. 함량은, 예를들면, 당업자에 의해 이해되듯이 스투코 중량 기준으로 약 5 중량% 이하, 예컨대 약 2 중량% 이하, 약 1 중량% 이하, 또는 약 0.5 중량% 이하, 약 0.2 중량% 이하, 약 0.1 중량% 이하, 또는 약 0.01 중량% 이하이다. 그러나, 바람직하다면 대안의 실시예들에서, 이러한 성분들은 조성물, 벽판, 또는 방법에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에서, 금속 규산염의 함량은 금속 규산염 함량이 스투코 중량 기준으로 약 0.01중량% 미만인 경화된 석고 코어부와 비교하여 경화된 석고 코어부의 압축 강도를 증가시키는데 효과적이다. 본 발명 보드의 압축 강도는 일부 실시예들에서 ASTM C473-10 테스트 방법 (예를들면, ASTM C473-10, 방법 B)을 언급하는 ASTM C1396 표준에 부합된다. 본 발명의 실시예들에서, 압축 강도는, 예를들면, 표 5에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값들은 psi 단위로 보드의 압축 강도를 나타낸다 (표 5). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해되어야 한다. 예를들면, 표 5에서 제1 “X”의 범위는 “약 200 psi 내지 약 220 psi”이다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
압축 강도 시점 (psi)
압축 강도 종점 (psi)











 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420
220 X
240 X X
260 X X X
280 X X X X
300 X X X X X
320 X X X X X X
340 X X X X X X X
360 X X X X X X X X
380 X X X X X X X X X
400 X X X X X X X X X X
420 X X X X X X X X X X X
440 X X X X X X X X X X X X
일반적으로, 석고 벽판이 열적 응력을 받으면, 열적 에너지는 먼저 황산칼슘-결합 물 분자 증발에 적용된다. 이들 두 물 분자로 인하여 석고는 매우 내열성이 된다. 215 °F (102℃)에 도달하면, 물 분자가 방출되고, 황산칼슘 반수화물이 형성된다. 250 °F (121℃)에 이르면, 잔류수가 상실되고 석고는 황산칼슘 무수화물로 전환된다. 두 반응 모두 흡열반응이고, 즉 석고는 이수화물에서무수화물로 "소성"될 때 흡열한다. 임의의 특정 이론에 구속된 의도는 아니지만, 코어부 전반에 걸친 친수성 실리카 겔 망의 형성으로 내화성 및 압축 강도이 개선된다고 판단된다. 또한 화재 중, 소성되는 석고 코어부에서 방출되는 수분은 실리카 겔 표면에 습착된다고 판단된다. 실리카 겔 표면에서 물을 증발시키는데 필요한 추가 에너지는 효과적으로 보드 온도를 낮추고, 더욱 내화성으로 만든다고 판단된다. 또한 다공성 실리카 겔의 3차원 망은 석고에 인접하므로 화재 중 소성을 통해 나노 규모로 수분을 효과적으로 흡착한다고 판단된다.
임의의 특정 이론에 구속된 의도는 아니지만, 또한 실리카 겔의 3차원 망은 코어부 전반에 걸쳐 분포하고 나노 크기의 석고 결정과 서로 꼬이는 것으로 판단된다. 실리카 겔은 석고 결정 둘레를 감싸고, 석고 보드 형성 과정에서 석고 결정에 힘을 인가하고 코어부에 더욱 무결성을 제공하는 것으로 판단된다. 실리카 겔은 보드 구조체에서 보강 망으로 작용하여 압축 강도를 개선하는 것으로 판단된다.
스투코에 대한 물의 비율에 대하여 본원에 참고문헌으로 통합되는 미국특허출원 14/054689에 기재된 바와 같이 스투코 슬러리의 수량은 석고 제품 내화성에 영향을 준다. 일부 실시예들에서, 슬러리의 스투코에 대한 물 비율은 약 0.7 내지 약 2.0이다. 다른 실시예들에서, 슬러리의 스투코에 대한 물 비율은 약 1.0 내지 약 2.0이다. 다른 실시예들에서, 슬러리의 스투코에 대한 물 비율은 약 1.2 내지 약 2.0이다.
실시예에서, 본 발명은 2개의 커버시트들 사이에 배치되는 경화된 석고 조성물을 포함하는 석고 보드를 제공하고, 상기 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화된 석고의 교합 매트릭스를 포함한다. 슬러리의 스투코에 대한 물 비율은 약 1.2 내지 약 2.0이다. 석고 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3이고, ASTM C473-09 (예를들면, ASTM C473-09, 방법 B)에 따라 결정되는 바와 같이 못 인발 저항성은 적어도 약 70 lbs의 힘이고, FEI는 약 50 분 이상이다.
본 발명은 다양한 경화 석고-함유 제품 제조에 있어서 본 분야에서 적용되는 것과 유사한 조성물 및 방법으로 구현될 수 있다. 코어부에서, 결정성 매트릭스 형성에 사용되는 스투코 (또는 소성 석고) 성분은 전형적으로 천연 공급원 또는 합성 공급원의 베타 황산칼슘 반수화물, 수용성 황산칼슘 무수화물, 알파 황산칼슘 반수화물, 또는 임의의 또는 모든 이들의 혼합물을 포함하거나 실질적으로 이루어지거나 또는 이루어진다. 일부 실시예들에서, 스투코는 석고 공급원과 연관되거나 또는 소성, 처리 및/또는 이송 과정에서 부가되는 비-석고 재료, 예컨대 소량의 점토 또는 다른 성분을 포함할 수 있다.
석고 코어부는 바람직한 특성들을 부여하고 제조를 용이하게 하기 위해서 통상적 함량들로 본 발명의 실시에서 통상적인 첨가제들을 포함할 수 있으며, 예를들면, 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, 치수 강화제들 (dimensional strengtheners), 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 분산제 예컨대 나프탈렌술폰산염, 폴리카르복실레이트, 또는 히드록시알킬화 화합물이 사용될 수 있다. 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 및 이들의 혼합물과 같은 첨가제들을 포함할 수 있다.
미국 특허 번호 6,409,825에서 기술된 바와 같은 촉진제들이 본 발명의 석고-함유 조성물에서 사용되는데, 이 특허 문헌은 촉진제들과 관련하여서 본원에서 참고문헌으로서 포함된다. 하나의 바람직한 내열 촉진제 (HRA)는 랜드플라스터 (landplaster)(황산칼슘 이수화물)의 건조 연마로부터 제조될 수 있다. 소량의 첨가제들 (정상적으로 약 5 중량%), 예를들면, 당, 덱스트로제, 붕산 및 전분이 이러한 HRA를 제조하는데 사용될 수 있다. 당 또는 덱스트로제가 현재 바람직하다. 다른 유용한 촉진제는 "기후 안정화 (climate stabilized) 촉진제" 또는 "기후 안정성 (climate stable) 촉진제"(CSA)이며, 이는 미국 특허 번호 3,573,947에 기술되어 있으며, 이 특허 문헌은 촉진제들과 관련하여서 본원에서 참고문헌로서 통합된다.
일부 실시예들에서, 트리메타포스페이트 화합물이 코어부를 제조하는데 사용되는 석고 슬러리에 첨가되어서 보드의 강도를 높이고 석고 제품의 영구 변형을 감소시킨다. 폴리포스페이트 예컨대 트리메타포스페이트 화합물들을 포함하는 석고 조성물들이 미국 특허 번호 6,342,284에 기술되며, 이 특허 문헌은 트리메타포스페이트 화합물들과 관련하여서 본원에서 참고문헌로서 인용된다. 예시적인 트리메타포스페이트 염들은 Astaris, LLC., St. Louis, Mo로부터 입수가능한 것들과 같은, 트리메타포스페이트의 소듐, 포타슘 또는 리튬 염들을 포함한다.
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. 예를들면, 실리카 퓸 (silica fume), 포틀랜드 (Portland) 시멘트, 플라이 애쉬 (fly ash), 클레이 (clay), 셀룰로즈성 섬유 (cellulosic fiber), 및 이들의 혼합물이 석고 조성물에 첨가될 수 있다. 이는 라인 상의 슬러리들을 두껍게 하기 위해서 가장 유리하며, 라인 속도는 200 ft/분보다 크다. 고 분자량 폴리머들, 예를들면, 폴리아크릴아미드가 또한 석고 슬러리에 첨가되어서 슬러리의 유동성을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 점증제 또는 점증제들의 혼합물이 스투코의 중량을 기준으로 약 10중량% 미만으로 슬러리에 첨가될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 발포제가 공극들, 예를들면, 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, 예를들면, 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 본원에서 참고문헌로서 인용된다.
많은 경우들에서, 그의 강도를 유지하는 것을 돕기 위해서, 석고 제품 내에서 공기 공극들을 형성하는 것이 바람직할 것이다. 이는 소성 석고 슬러리와 접촉할 때에 상대적으로 불안정한 기포를 생성하는 발포제를 사용함으로써 달성될 수 있다. 예를들면, 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 기포 처리된 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 예를들면, 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 (예를들면, 개별 스트림들 중 하나 또는 양자의 유량을 변화시킴으로써) 간단하면서 효율적으로 조절되어서, 기포 처리된 경화 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, 상기 특허 문헌들은 발포제들과 관련하여서 본원에서 참고문헌으로서 포함된다.
불안정한 기포들을 생성하는데 유용한 일 타입의 발포제의 실례는 다음과 같은 화학식을 갖는다:
ROSO3M (Q)
식 중, R은 2 내지 20 개의 탄소원자들을 포함하는 알킬기이며, M은 양이온이다. 바람직하게는, R은 8 내지 12 개의 탄소원자들을 포함하는 알킬기이다.
안정한 기포들을 생성하는데 유용한 일 타입의 발포제의 실례는 다음과 같은 화학식을 갖는다:
CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3M (J)
식 중, 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)
식 중, 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 프로세스들에서 기포의 코어부 슬러리 내로의 도입으로 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, 예를들면 무엇보다도 코어부 압축 강도, 및 패널 강성, 굴곡 강도, 못 인발 저항성 (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. 본원에서 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 본원에서 참고문헌로서 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 본원에서 참조로서 인용된다.
본 발명의 벽판은 임의의 적합한 밀도를 가진다. 보드 중량은 두께에 따라 달라진다. 보드는 통상 여러 두께로 제작되므로, 본원에서 보드 밀도는 보드 중량 측정치로 사용된다. 본 발명 실시예들의 이점은 다양한 보드 밀도, 예를들면, 입방 피트 당 약 42 파운드 (lbs/ft3, 또는 pcf) 이하, 예컨대 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3, 및 약 20 lbs/ft3내지 약 37 lbs/ft3에서 관찰된다.
그러나, 본 발명의 바람직한 실시예들은 개선된 내화성 및/또는 압축 강도로 인하여 바람직하게는 더욱 낮은 중량 보드 사용이 가능한 더욱 낮은 밀도 (예를들면, 약 35 lbs/ft3 이하)에서 특히 유용하다. 예를들면, 일부 실시예들에서, 보드 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3, 예를들면, 약 15 lbs/ft3 내지 33 lbs/ft3, 약 15 lbs/ft3 내지 약 30 lbs/ft3, 약 20 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3, 약 20 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3, 약 24 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3, 약 24 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3, 약 27 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3, 약 27 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3, 약 30 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3, 및 약 30 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 보드 밀도는, 예를들면, 표 6A 및 6B에 나열된다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값들은 lb/ft3 단위의 보드 밀도를 나타낸다 (표 6A 및 6B). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타내는 것으로 이해하여야 한다. 예를들면, 표 6A에서 제1 “X”는 “약 15 lbs/ft3 내지 약 16 lbs/ft3” 범위이다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
Figure pct00003
Figure pct00004
벽판의 목표 평량에 기초하여 스투코 슬러리와 사전결정된 기포량과 혼합하여 저 평량이 달성될 수 있다. 보드는 부피 당 석고를 덜 포함하므로, 벽판 내화성에 가용되는 결정수가 적어진다. 또한, 화재에 노출되는 동안, 보드 밀도가 감소할수록 수축비가 커진다. 두 인자들로 인하여 화재 테스트를 통과하기가 점점 어려워진다. 놀랍고도 예기치 못하게, 본 발명의 실시예들에서 금속 규산염을 포함함으로써 본원에 기재된 바와 같이 내화성을 가지는, 저밀도 최종 제품을 제조할 수 있다.
본원에 기재된 방법 및 시스템을 이용하여 임의 두께의 벽판을 생산할 수 있다. 전형적인 석고 보드 두께는 1/2 인치 및 5/8 인치이지만, 1/4인치 내지 1 인치의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽판 두께는 약 0.25 인치 내지 약 1 인치이다. 본 발명의 실시예들에서, 벽판 두께는, 예를들면, 표 7에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값들은 인치 단위의 보드 두께를 나타낸다 (표 7). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타내는 것으로 이해하여야 한다. 예를들면, 표 7에서 제1 “X”는 “약 0.59 인치 내지 약 0.6 인치” 범위일 수 있다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
벽판 두께 시점 (인치)
벽판 두께 종점 (인치)





 0.59 0.6 0.61 0.62 0.63 0.64
0.6 X
0.61 X X
0.62 X X X
0.63 X X X X
0.64 X X X X X
0.65 X X X X X X
본 발명은 경량 석고 보드에 대하여 높은 내화성을 제공한다. 바람직한 실시예들에서, 두께 약 5/8 인치의 보드의 평량은 약 2000 lbs/1000 ft2 미만이다. 다른 바람직한 실시예들에서, 두께 약 5/8 인치의 보드의 평량은 약 1800 lbs/1000 ft2 미만이다. 그러나, 본 발명의 벽판은 임의의 평량일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 벽판의 평량은, 예를들면, 표 8에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [최상단 가로 해당 값] 내지 약 [최좌측 세로 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값들은 lbs/1000 ft2 단위의 보드 평량을 나타낸다 (표 8). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 예를들면, 표 8에서 제1 “X”는 “약 1200 lbs/1000 ft2 내지 약 1300 lbs/1000 ft2” 범위일 수 있다. 표에서 범위는 시점 및 끝점을 포함한 이들 사이에 있는 것이다.
보드 평량 범위 시점 (lb/1000 ft2)
보드 평량 범위 종점 (lb/1000ft2)







 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
1300 X
1400 X X
1500 X X X
1600 X X X X
1700 X X X X X
1800 X X X X X X
1900 X X X X X X X
2000 X X X X X X X X
종이 시트들, 예컨대 Manila 종이 또는 크라프트지가 커버 시트들로서 사용될 수 있다. 유용한 커버 시트 종이는 Manila 7-겹 및 News-Line 5-겹; Grey-Back 3-겹 및 Manila Ivory 3-겹; 및 Manila 중량 (heavy) 종이 및 MH Manila HT(고인장: high tensile) 종이를 포함한다. 예시적인 후면 커버 시트 종이는 5-겹 뉴스라인 (newline)이다. 또한, 셀룰로즈성 종이는 임의의 다른 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 예를들면, 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 이루어지거나 매트로 이루어질 수 있으며, 예를들면, 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. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "매트"는 메시 재료들을 포함한다. 섬유성 매트들은 임의의 적합한 섬유성 매트 재료를 포함할 수 있다. 예를들면, 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 (예를들면, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)), PVOH(폴리비닐 알코올), 및 PVAc(폴리비닐 아세테이트)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, 중량 뉴스라인 시트 (heavy newsline sheet)를 포함한 석고 보드는 더욱 높은 내화성을 가진다. 일부 실시예들에서, 석고 보드는 제1 및 제2 커버 시트들 사이에 배치되는 경화된 석고 조성물을 포함한다. 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화 석고의 교합 매트릭스를 포함한다. 적어도 하나의 커버 시트의 평량은 약 50 lbs/1000 ft2 이상이다. 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 커버 시트의 평량은 약 55 lbs/1000 ft2 이상이다. 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 커버 시트의 평량은 약 60 lbs/1000 ft2 이상이다.
실시예에서, 본 발명은 제1 및 제2 커버 시트들 사이에 배치되는 경화 석고 조성물을 포함하는 석고 보드를 제공한다. 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화 석고의 교합 매트릭스를 포함한다. 석고 보드는 실리카 겔을 포함하고, 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3이고, 약 5/8인치 두께일 때 건량은 약 2000 lbs/1000 ft2 미만이다. 제2 커버 시트 (예를들면, 후면 커버 시트) 두께는 약 0.014 인치 이상이고, 열전도도는 약 0.1 w/(m.k.) 이하이다. 보드가 내화성 지수 테스트 장치에 배치되고, 제2 커버 시트 (예를들면, 후면 커버 시트)가 시험 장치 도어를 대면할 때, 보드의 FEI는 약 50 분 이상이다.
실시예에서, 석고 보드는 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함한 슬러리로부터 형성된다. 슬러리는 본 분야에서 알려진 바와 같이 통상 사용되는 핀 믹서를 이용하여 반죽된다. 슬러리는 2개의 커버시트들 사이에 배치되고, 슬러리가 절단되기에 충분히 고화된 후 사전결정된 치수의 보드로 절단되고, 건조된다. 보드는 보드에서 금속 규산염 함량 이상의 실리카 겔을 포함하고 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3, 및 내화성 지수 (FEI)는 약 53 분 이상이다. 일부 실시예들에서, pH 약 5 내지 약 10의 금속 규산염 용액이 슬러리에 첨가된다. pH 약 5 내지 약 10의 금속 규산염 용액은 용액을 황산 처리하여 획득된다. 일부 실시예들에서, 금속 규산염 용액의 농도는 약 0.1% 내지 약 10%이다.
조인트 화합물 제제는 건식 및 미리-조제한 실시예들 모두를 포함한 실리카 겔을 포함한다. 일부 실시예들에서, 조인트 화합물은 적어도 탄산칼슘 및 금속 규산염으로부터 형성된다. 금속 규산염은 현장에서 실리카 겔로 전환된다. 또 다른 실시예에서, 조인트 화합물은 소성 석고를 더욱 포함한다. 또 다른 실시예에서, 조인트 화합물은 물 및 경화 지연제를 더욱 포함한다. 일부 미리-조제한 실시예들에서 조기 경화를 억제하기 위하여, 당업자에 의해 이해되듯이 일부 실시예들에서 경화 지연제가 또한 바람직하게 포함된다. 예를들면, 미국특허 4,661,161; 5,746,822; 및 미국특허출원공개 2011/0100844는 본 발명에 의해 유용한 경화 지연제 (예를들면, 인산염 예컨대 피로인산사나트륨 (TSPP), 폴리아크릴산 및/또는 이의 염, 또는 기타 등), 및 다른 성분들 (예를들면, 라텍스 에멀젼 바인더, 점증제, 본원에 기재된 바와 같이 인산염, 및 기타 등, 또는 이들 조합)을 기재하고, 상기 문헌은 경화 지연제와 관련하여 본원에서 참고문헌으로 통합된다. 다른 성분들 및 조인트 화합물을 제조하고 이용하는 방법은, 예를들면, 미국특허 6,406,537 및 6,805,741; 및 미국특허출원공개 2008/0305252에 논의되고, 이들은 조인트 화합물과 관련하여 본원에 참고문헌으로 통합된다.
본 발명의 실시예들에 의한 금속 규산염은 또한 다양한 유형의 방음 패널 (예를들면, 천장 타일)에 사용된다. 일부 실시예들에서, 금속 규산염은 소성 석고, 물, 및 바람직한 다른 성분들과 혼합된다. 금속 규산염은 실리카 겔로 전환된다. 일부 실시예들에서, 방음 패널은 또한 섬유, 예컨대 미네랄 울을 포함한다. 일부 실시예들에서, ASTM C 423-02에 의하면 패널의 소음감소율은 적어도 약 0.5 (예를들면, 적어도 약 0.7 또는 적어도 약 1)이다. 예를들면, 방음 타일 제조 성분들 및 방법에 관하여 방음 타일과 관련하여 본원에 참고문헌으로 포함되는 미국특허 1,769,519; 6,443,258; 7,364,015; 7,851,057; 및 7,862,687 참고.
일부 실시예들에서, 조립체들이 본 발명의 원리들에 의해 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, 예를들면, ASTM E119 (예를들면, 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 테스트 동안에 모니터링된다. 예를들면, 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 테스트 및 그들의 예상 성능을 논의한다. 미국 특허 번호 8,323,785는 ASTM E119과 관련하여서 본원에서 참고문헌으로서 인용된다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U419 조립체의 사양에 따르며 캐비티 단열을 가지거나 가지지 않는 조립체는 ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U305 조립체의 사양에 따르는 조립체는 ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 적어도 약 55 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U305 조립체의 사양에 따르는 조립체는 ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들을 따라서 형성된 석고 보드들을 포함하며 U423 조립체의 사양에 따르는 조립체는 ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 적어도 약 60 분의 화재 등급을 갖는다.
통상적인 테스트 방법 이외에, 내화성을 증가시키기 위한 본 발명의 유용성은 소형-스케일 내화성 지수(FEI) 테스트로 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 단면도로 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 열원 (210)을 포함한다. 열원 (210)은 임의의 알려진 타입의 열원, 예를 들어서, 연료에 의해서 연소되는 연소기 또는 전기-저항성 가열기일 수 있으며, 상기 열원은 챔버(206) 내에서 대체적으로 균일하게 분포하는 온도 프로파일을 생성하도록 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 (oven-facing side) 간에 형성되도록 샘플 (212)은 도어 개부로부터 이격된 거리로 예시된 실시예에서 챔버 (206)내에 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 도시하거나 이와 달리 이 정보를 수치적으로 분석하도록 동작한다.
테스트가 수행될 때에, 머플 퍼니스 챔버 (206)의 온도는 열원 (210)의 강도를 적합하게 제어함으로써 시간에 따라 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 열원 (210) 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 도표로 도시된다. 목표 챔버 온도(°F)가 수직 축을 따라서 도시되고 시간(분)이 수평 축을 따라서 도시된 상기 도표에서 볼 수 있는 바와 같이, 챔버 (206)는 테스트의 약 처음 43 분 동안에 약 400°F (204℃)에서 약 1,423°F (773℃)로 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 안정 기간 (228)에 걸쳐서 진행된다.
샘플의 후면 (215)에서 측정된 표면 온도에 의해서 결정되는 바와 같이, 테스트 동안의 샘플 (212)을 통한 열 전달은 풀 스케일 화재 테스트에서 벽판을 통한 예상 열 전달에 의한 것이며 이러한 예상 열 전달을 표시한다고 판정되었다. 본질적으로, 본원에서 기술된 테스트는 샘플을 통한 열 전달률을 결정한다. 일 실시예에서, 보드의 양 측면들 상에서 취해진 온도 판독치들은 보드를 통한 열 전달률을 실시간으로 추정하는데 사용될 수 있다. 상이한 제품들의 열 전달 곡선들을 비교함으로써 그리고 이 곡선들을 그들의 실제적 화재 테스트 결과들과 상관시킴으로써, 상이한 제품들의 내화성 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"이고 열전대 (218)는 도어 (208)의 기하학적 중앙에 위치하며, 이 위치에서 열전대 (218)의 감지 탐침이 샘플 (212) 방향으로 도어(208) 내측 표면으로부터 약 11/16"만큼 돌출되었다. 이러한 방식으로, 열전대 팁은 샘플 표면으로부터 3/16"떨어져 있다. 유리 울 프레임 (glass wool frame)이 샘플에 대항하여 배치되어서 스페이서 (216)로서 기능하고 열 누출이 없도록 도어 프레임을 또한 밀봉시키면서 샘플을 제자리에 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. FEI가 이 곡선으로부터 결정될 수 있다. 내화성 지수는 소형 스케일 화재 시험에서 테스트 시편의 후측면이 600°F (315.5℃)에 도달하는데 필요한 시간으로서 규정된다. 데이터 지점들 A, B, C, 및 D가 도시되고, 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 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 2 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 3 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 4 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 5 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 6 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 7 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 8 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 9 분 이상이다. 일부 실시예들에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 10 분 이상이다.
따라서, 실시예에서, 석고 보드는 2개의 커버시트들 사이에 배치되는 경화된 석고 조성물을 포함하고, 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화 석고의 교합 매트릭스를 포함하고, 경화된 석고 조성물은 경화된 석고 조성물에서 금속 규산염 함량 이상의 실리카 겔을 가지고 석고 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3 이고 FEI는 약 53 분 이상이다.
실시예에서, 석고 보드는 2개의 커버시트들 사이에 배치되는 경화된 석고 조성물을 포함하고, 경화된 석고 조성물은 적어도 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화 석고의 교합 매트릭스를 포함하고, 경화된 석고 조성물은 실리카 겔을 가지고 석고 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3 이고 FEI는 약 53 분 이상이다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 또는 이들 조합물이다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염 (활성 성분 기준) 함량은 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 5중량%이다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염 (활성 성분 기준) 함량은 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 1중량%이다.
또 다른 실시예에서, 슬러리에 첨가되기 전, 금속 규산염은 pH 약 5 내지 약 10의 용액에 포함된다.
또 다른 실시예에서, 슬러리에 첨가되기 전, 금속 규산염은 pH 약 5 내지 약 7의 용액에 포함된다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염에서 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 약 0.5 내지 약 5.0이다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염에서 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 약 2 내지 약 4이다.
또 다른 실시예에서, 경화된 석고 조성물은 스투코 중량 기준으로 약 5 중량% 미만의 질석을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 석고 보드에서 실리카 겔 대 금속 규산염 중량비는 약 1 대 1 내지 약 99 대 1이다.
또 다른 실시예에서, 보드에서 실리카 겔 대 금속 규산염 중량비는 약 99 대 1 이상이다.
또 다른 실시예에서, 보드에서 실리카 겔 대 금속 규산염 중량비는 약 90 대 10 이상이다.
또 다른 실시예에서, 보드에서 실리카 겔 대 금속 규산염 중량비는 약 1 대 1 이상이다.
또 다른 실시예에서, 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 35 lbs/ft3이다.
또 다른 실시예에서, 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 33 lbs/ft3이다.
또 다른 실시예에서, 보드의 건량은 두께가 약 5/8 인치일 때 약 2000 lbs/1000 ft2 미만이다.
또 다른 실시예에서, 실리카 겔은 실리카 겔 부재의 석고 보드의 압축 강도에 비하여 석고 보드의 압축 강도를 증가시키는데 유효한 함량이다.
또 다른 실시예에서, 석고 보드의 FEI는 실리카 겔 부재의 경화된 석고를 포함하는 보드보다 적어도 약 3 분 이상 길다.
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.
또 다른 실시예에서, 석고 보드의 두께는 약 0.59 인치 내지 약 0.65 인치이다.
또 다른 실시예에서, 슬러리에서 스투코에 대한 물 비율은 약 1.0 내지 약 2.0이다.
또 다른 실시예에서, 슬러리에서 스투코에 대한 물 비율은 약 1.2 내지 약 2.0이다.
또 다른 실시예에서, 2개의 커버시트들 중 적어도 하나의 평량은 약 60 lbs/1000 ft2 이상이다.
실시예에서, 석고 보드 제조 방법은 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리 형성 단계, 슬러리를 2개의 커버시트들 사이에 배치하는 단계, 슬러리가 절단되기에 충분히 고화된 후 보드 프리폼을 사전결정된 치수의 보드로 절단하는 단계, 및 보드 건조 단계를 포함하고, 보드는 실리카 겔을 포함하고, 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3이고, FEI는 약 53 분 이상이다.
실시예에서, 석고 보드 내화성 증가 방법은 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리를 형성하는 단계, 2개의 커버시트들 사이에 슬러리를 배치하여 보드 프리폼을 형성하는 단계, 슬러리가 절단되기에 충분히 고화된 후 보드 프리폼을 사전결정된 치수의 석고 보드로 절단하는 단계, 및 석고 보드 건조 단계를 포함하고; 적어도 일부 금속 규산염은 실리카 겔로 전환되고 석고 보드는 실리카 겔 부재의 보드와 비교하여 내화성이 개선되고, 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3이고, 내화성 지수는 약 53 분 이상이다.
또 다른 실시예에서, 방법은 슬러리 형성 전에 pH 약 5 내지 약 10인 용액에 금속 규산염을 포함하는 단계를 더욱 포함한다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염 용액은 황산을 이용하여 pH 약 5 내지 약 10으로 중화시킨다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염은 용액 상태이고 pH는 약 5 내지 약 10이다.
또 다른 실시예에서, 슬러리는 pH 약 5 내지 약 10의 금속 규산염 용액을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염 용액의 농도는 약 0.1% 내지 약 10%이다.
또 다른 실시예에서, 금속 규산염 용액의 농도는 약 3% 내지 약 4%이다.
실시예에서, 방음 패널은 실리카 겔을 포함하는 방음 성분을 포함하고, 패널의 소음감소율은 ASTM C 423-02에 의거 적어도 약 0.5이다.
또 다른 실시예에서, 방음 패널은 섬유를 더욱 포함한다.
실시예에서, 조인트 화합물은 탄산칼슘 및 실리카 겔을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 조인트 화합물은 소성 석고를 더욱 포함한다.
또 다른 실시예에서, 조인트 화합물은 물 및 경화 지연제를 더욱 포함한다.
선행하는 바들은 단지 실시예들의 실례들뿐이라는 것이 주목될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들이 본원의 설명 전체로부터 명백하다. 이러한 실시예들 각각은 본원에서 제공된 다른 실시예들과 다양한 조합들로 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 - 규산염 중화 방법
본 실례는 실제 규산염 중화 방법을 보인다. 따라서, 진한 규산나트륨 (PQ Corp’s N®, 농도 = 37.5%, SiO2/Na2O = 3.22)을 표 9의 조건들로 처리하였다.
규산나트륨 용액을 물로 희석하고 HCl (20%) 또는 H2SO4 (98%)로 처리하였다. 겔 형성은 규산염 농도, 용액 pH, 및 산 종류에 따라 달라졌다. 보드 제조를 위한 가장 현실적 조건은 규산염 용액을 농도 3.2%로 희석하고, pH 6.73에 이를 때까지 H2SO4 (98%, 1.4g)를 첨가하는 것이었다 (표 9, 테스트 No. 4 참고). 이들 조건에서, 규산염 용액은 2시간 후에 겔을 형성하였다.
표 9: 상이한 조건들로 규산나트륨 중화
테스트 번호 수용된 규산염 (g) 첨가된 물 (g) Conc. (%) 산
(conc.)/
함량 (g)		 pH 관찰
1 10.44 16.3 39.0 HCl
(20%)/
1.95 		<7 즉시 분말상 침전물이 형성됨.
2 10.00 100.0 9.1 HCl
(20%)/
4.94		 6.75 즉시 겔이 형성됨.
3 10.01 305.0 3.2 HCl
(20%)/
5.05		 6.92 즉시 뿌연 용액 (졸)이 형성됨; 밤샘, 겔이 형성됨.
4 10.00 300.0 3.2 H2SO4
(98%)/
1.4		 6.73 2시간 후 겔이 형성됨.
실례 2 - 내화성에 대한 규산염 영향
본 실례는 벽판 내화성에 대한 규산염 첨가 효과를 보인다. 따라서, 스투코 중량 기준으로 0% 내지 0.90중량%의 활성 규산염을 가지는5종의 석고 보드 (샘플 1-5)를 만들었다. 또한, 일정한 스투코에 대한 물 비율 1.0 및 다양한 기포 함량을 적용하여 바람직한 보드 중량을 획득하였다.
실험실에서, 30 그램의 규산나트륨 (PQ Corp’s N®, 37.5% 농도, pH 11.3, SiO2/Na2O = 3.22) 및 1000 mL 수도물을 섞어3% 규산염 용액을 준비하였다. 용액을 pH 약 5.8로 조정하였다. 각각의 보드를 제조하기 위하여 새롭게 용액을 준비하였다. 개별 철재 용기에 0 g 규산염 용액 (샘플 1), 150 g 규산염 용액 (샘플 2), 300 g 규산염 용액 (샘플 3), 600 g 규산염 용액 (샘플 4), 및 900 g 규산염 용액 (샘플 5)을 넣었다. 총 중량 900 g에 이르도록 추가 수도물을 샘플 1-4의 용기에 부었다. 물에 2-3 방울의 지연제 (Dow Chemical, Versenex 90) 및 0.5 g 분산제 (GEO Specialty Chemicals, Diloflo CA)를 첨가하였다. 5종의 별도의 용기에 900 g의 스투코, 5.2 g의 절단 유리섬유 (Owens Corning, Advantex 790C-16W), 34.6 g의 질석 (Virginia 질석, 4 등급), 15.1 g의 전호화 전분 (Bunge Milling, USG-95), 2.3 g의 촉진제 (USG, ground 석고), 및 1.0 g 삼메타인산나트륨 (Innophos)을 혼합하였다. 각각의 스투코 혼합물을 규산염/지연제/분산제 혼합물이 담긴 철재 용기에 붓고, Hobart 믹서 아래에 장착하였다. 혼합물을 즉시 혼합하고 기포를 주입하였다. 25 초 후, 기포 주입을 중지하고 스투코 슬러리를 다시 5 초 혼합하였다. 이어 스투코 슬러리를 즉시 미리 만들어진 종이 봉투 (50 lbs/1000 ft2 마닐라 및 40 lbs/1000 ft2 뉴스라인, 1ft x 1ft)에 부었다. 스투코 슬러리가 담긴 봉투는 5/8 인치 보드 제작에 필요한 간격으로 2개의 알루미늄 판들 사이에 두었다. 석고를 경화시켰다. 보드를 350°F (177℃)로 설정된 오븐에 30 분 동안 둔 후, 보드를 110°F (43℃)로 설정된 또 다른 오븐으로 옮겼다. 보드를 오븐에서 이틀 밤샘 건조하였다. 건조된 보드를 6.625 인치 x 6.125 인치 보드 크기로 잘랐다.
첨가제
ADVANTEX® 790C-16W 연속 유리 가닥 (Owens Corning, Toledo, OH)
질석 농축물 4 등급 (Virginia 질석, Louisa, VA)
Diloflo 분산제 (폴리나프탈렌 술폰산염, Geo Specialty Chemicals, Cleveland, OH)
기후 안정화 촉진제 (CSA), Pre-Mix
전호화 전분, 옥수수 분말 (Yellow)
(Bunge Milling, St. Louis, MO)
삼메타인산나트륨 (Innophos, Cranberry, NJ)
Hyonic PFM 33 (안정한 비누), Hyonic 25-AS (불안정한 비누)
(Geo Specialty Chemicals, Inc., Cedartown, GA)
VERSENEX™ 80 킬레이트제 지연제 (디에틸렌트리아민펜타아세트산, 펜타나트륨염)
샘플 1-5을 별개로 소형-스케일 디바이스 (도 2)에서 시험하여 각자의 FEI를 결정하였다. 4종의 샘플에 대한 온도 추적도를 도 5에 도시하고, 시간은 수평 축을 따라 도시되고 각각의 샘플에 대한 후면의 비노출된 표면 온도는 수직 축을 따라 도시된다. 도 5 그래프에서, 라인 A는 대조 보드 (샘플 1)에 대한 온도 추적을 나타내고, 라인 B는 0.15% 활성 규산나트륨 (샘플 2)을 가지는 슬러리로부터 형성되는 보드의 온도 추적을 나타내고, 라인 C는 0.30% 활성 규산나트륨 (샘플 3)을 가지는 슬러리로부터 형성되는 보드의 온도 추적을 나타내고, 라인 D는 0.60% 활성 규산나트륨 (샘플 4)을 가지는 슬러리로부터 형성되는 보드의 온도 추적을 나타닌다. 샘플 5의 보드 중량은 너무 커서, 본 데이터는 도 5에 포함되지 않았다.
도 5 그래프로부터 계산하면, 대조 보드 (샘플 1)의 내화성 지수는 52.2 분, 0.15% 활성 규산나트륨 슬러리로부터 형성된 보드 (샘플 2)는55.8 분, 0.30% 활성 규산나트륨 슬러리로부터 형성된 보드 (샘플 3)는54.7 분, 0.60% 활성 규산나트륨 슬러리로부터 형성된 보드 (샘플 4)는54.6 분이었다. 0.90% 활성 규산나트륨 슬러리로부터 형성된 보드 (표 11, 샘플 5)에 대한 FEI는 55.2 분이었다.
표 11에 보이는 바와 같이, 규산염 함량은 질석 존재에서 수축에 크게 영향을 주지 않는다. 대조물과 비교할 때, 수용된 0.40% 규산염 (즉, 0.15% 활성 규산염)을 포함한 슬러리에서 형성된 보드의 FEI는 3.6 분 높았다. 도 6은 활성 규산염이 0.15%일 때FEI 는 최고라는 것을 보인다. 수용된 규산염 비율은 스투코 중량 기준으로 중량으로 금속 규산염 용액을 나타내고, 활성 규산염 비율은 스투코 중량 기준으로 중량으로 금속 규산염을 나타낸다.
표 11: 다양한 규산염 함량으로 제조된 보드의 FEI
샘플 규산염
(lbs/
MSF)		 수용된 규산염 /
활성
규산염
(%)		 보드
평량
(lbs/MSF)		 두께
(인치)		 질석
(lbs/MSF)		 수축 면적 (%)/
수축 두께 (%)		 FEI (min)
1 0 0 1542 0.639 44 -4.6/-2.6 52.2
2 5.9 0.40/0.15 1572 0.644 45 -2.3/-6.1 55.8
3 11.5 0.80/0.30 1533 0.643 44 -2.2/-3.2 54.7
4 23.2 1.59/0.60 1548 0.643 45 -3.1/-5.2 54.6
5 36.4 2.39/0.90 1612 0.634 47 -4.6/1.7 55.2
본 실례는 스투코 슬러리에 첨가된 금속 규산염은 석고 벽판의 내화성을 증가시킬 수 있다는 것을 보인다.
실례 3 - 규산염 최적 함량 결정
본 실례는 내화성 및 압축 강도에 대한 최적 규산염 함량을 보인다. 또한, 본 실례는 내화성 및 압축 강도에 대한 규산염 중화 영향을 조사한다. 따라서, 스투코 중량 기준으로 0% 내지 0.25중량%의 활성 규산나트륨 함량으로 9종의 석고 보드 (샘플 6-14)를 만들었다. 또한, 일정한 스투코에 대한 물 비율 1.0 및 다양한 함량의 기포로 바람직한 보드 중량을 획득하였다.
실험실에서, 30 그램의 규산나트륨 (PQ Corp’s N®, 37.5% 농도, pH 11.3, SiO2/Na2O = 3.22) 및 970 mL 수도물을 혼합하여 3% 규산염 용액을 준비하였다. 용액을 pH 약 6.9로 조정하였다. 각각의 보드를 제조하기 위하여 새롭게 용액을 준비하였다. 개별 철재 용기에 0 g 규산염 용액 (샘플 6 및 12), 50 g 규산염 용액 (샘플 7), 100 g 규산염 용액 (샘플 8), 150 g 규산염 용액 (샘플 9), 200 g 규산염 용액 (샘플 10), 및 250 g 규산염 용액 (샘플 11)을 넣었다. 샘플 13 및 14에서, 100g 및 150g의 미-중화 규산염 용액을 각각 철재 용기에 넣었다. 추가 수도물을 용기에 첨가하여 총 중량 900 g에 도달하였다. 물에 2-3 방울의 지연제 (Dow Chemical, Versenex 90) 및 0.5 g 분산제 (GEO Specialty Chemicals, Diloflo CA)를 첨가하였다. 8종의 별도의 용기에 900 g의 스투코, 5.2 g의 절단 유리섬유 (Owens Corning, Advantex 790C-16W), 34.6 g의 질석 (Virginia 질석, grade 4), 15.1 g의 전호화 전분 (Bunge Milling, USG-95), 2.3 g의 촉진제 (USG, ground 석고), 및 1.0 g 삼메타인산나트륨 (Innophos)을 혼합하였다. 각각의 스투코 혼합물을 규산염/지연제/분산제 혼합물이 담긴 철재 용기에 붓고, Hobart 믹서 아래에 장착하였다. 혼합물을 즉시 혼합하고 기포를 주입하였다. 18 초 후, 기포 주입을 중지하고 스투코 슬러리를 다시 12 초 혼합하였다. 이어 스투코 슬러리를 즉시 미리 만들어진 종이 봉투 (50 lbs/1000 ft2 마닐라 및 62 lbs/ 1000 ft2 뉴스라인, 1ft x 1ft)에 부었다. 스투코 슬러리가 담긴 봉투는 5/8 인치 보드 제작에 필요한 간격으로 2개의 알루미늄 판들 사이에 두었다. 석고를 경화시켰다. 보드를 350°F (177℃)로 설정된 오븐에 30 분 동안 둔 후, 보드를 110°F (43℃)로 설정된 또 다른 오븐으로 옮겼다. 보드를 오븐에서 이틀 밤샘 건조하였다. 건조된 보드를 6.625 인치 x 6.125 인치 보드 크기로 잘랐다.
샘플 6-14을 별개로 소형-스케일 디바이스 (도 2)에서 시험하여 각자의 FEI를 결정하고 ATS (인가 시험 시스템) 기계로 각자의 압축 강도를 결정하였다. 샘플 6-10에 대한 온도 추적도를 도 7에 도시하고, 여기에서 시간은 수평 축을 따라 도시되고 각각의 샘플에 대한 후면의 비노출된 표면 온도는 수직 축을 따라 도시된다. 도 7 그래프에서, 라인 A는 대조 보드 (샘플 6) 온도 추적을 나타내고, 라인 B는 0.05% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성되는 보드 (샘플 7) 온도 추적을 나타내고, 라인 C는 0.10% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성되는 보드 (샘플 8) 온도 추적을 나타내고, 라인 D는 0.15% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성되는 보드 (샘플 9) 온도 추적을 나타내고, 라인 E는 0.20% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성되는 보드 (샘플 10) 온도 추적을 나타낸다. 도 8은 규산염 함량이 내화성 지수에 미치는 영향을 보이고, 여기에서 수용된 규산염 중량%는 수평 축을 따라 도시되고 FEI는 수직 축을 따라 도시된다. 라인 A는 중화된 규산염에 대한 추적도를 나타내고 라인 B는 미-중화된 규산염에 대한 추적도를 나타낸다. 도 9는 규산염 함량이 압축 강도에 미치는 영향을 보이고, 여기에서 수용된 규산염 중량%는 수평 축을 따라 도시되고 압축 강도 (psi)는 수직 축을 따라 도시된다. 도 9에서, 다이아몬드는 중화된 규산염 데이터를 나타내고 정사각형은 미-중화된 규산염 데이터를 나타낸다.
도 7 그래프에서 계산될 때, 대조 보드 FEI는 (샘플 6) 53.4 분, 0.05% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성된 보드 (샘플 7)는56.4 분, 0.10% 활성 규산나트륨 을 가지는 슬러리에서 형성된 보드 (샘플 8)는 56.7 분, 0.15% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성된 보드 (샘플 9)는 57.3 분, 및 0.20% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성된 보드 (샘플 10)는 56.6 분이다. 표 12에 보이는 바와 같이, 0.25% 활성 규산나트륨을 가지는 슬러리에서 형성된 보드의 FEI는 54.7 분이다 (샘플 11). 샘플 12의 FEI는 결정되지 않았다. 본 실례는 0.15% 활성 규산염이 최적이라는 것을 확인하고, 대조물과 비교할 때 FEI는 3.9 분 증가하였다. 또한, 0.05% 활성 규산염을 사용할 때 FEI는 3 분까지 증가하였다. 도 8에서 보이는 바와 같이, 수용된 0.40% 규산염 (즉, 0.15% 활성 규산염)을 포함한 슬러리에서 형성된 보드는 FEI가 3.9 분 증가하였다 (샘플 9). 도 8은 수용된 규산염 함량 0.40% (즉, 0.15% 활성 규산염)에서 FEI는 최고라는 것을 제안한다.
ATS (인가 시험 시스템) 기계로 샘플을 별개로 시험하여 각자의 압축 강도를 결정하였다. 도 9에 보이는 바와 같이, 규산나트륨이 스투코 슬러리에 첨가될 때 압축 강도는 또한 증가한다. 0.15% 활성 규산염을 포함하는 슬러리에서 형성되는 보드의 압축 강도는 242.2 psi이다. 0.20 중량% 활성 규산염을 포함하는 슬러리에서 형성되는 보드의 압축 강도는 241.7 psi이었다. 도 9에서 계산될 때, 규산염 첨가로 압축 강도는 평균 18% 증가하였다.
표 12: 최적 규산염 함량 결정
샘플 규산염
(lbs/
1000 ft2)		 수용된 규산염 /
활성
규산염
(%)		 보드
평량
(lbs/1000 ft2)		 두께
(인치)		 질석
(lbs/
1000 ft2)		 압축 강도 (psi) FEI (min)
6 0 0 1770 0.64 51 206.2 53.4
7 2.1 0.13/0.05 1724 0.631 49 232.9 56.4
8 4.3 0.27/0.10 1744 0.642 50 195.4 56.7
9 6.4 0.40/0.15 1718 0.642 49 242.2 57.3
10 8.8 0.53/0.20 1765 0.637 51 241.7 56.6
11 10.6 0.66/0.25 1712 0.647 49 221.7 54.7
12 0 0 1832 0.639 53 189.7 --
보드를 pH 11.3의 규산염으로 구성되는 스투코에서 형성할 때, FEI 개선이 또한 관찰된다 (표 13 참고). 표 13에 보이는 바와 같이, 샘플 13의 FEI는 대조 보드 (샘플 6)보다 크다. FEI 55.8 분이 pH 11.3을 가지는0.10 중량% 활성 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 보드 (샘플 13)에 대하여 관찰되고 FEI 52.6 분이 pH 11.3을 가지는0.15 중량% 활성 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 보드 (샘플 14)에 대하여 관찰된다. 도 8에서 라인 B로 나타낸 바와 같이, 0.10 중량% 활성 규산염이 사용될 때 FEI는 최고이고, 0.1 중량% 활성 규산염이 사용될 때 낙하된다.
표 13에 보이는 바와 같이, 대조 보드와 비교할 때 두 샘플의 압축 강도는 증가하였다. 그러나, 규산염 중화 없이, 스투코 슬러리 유동성은 상당히 커졌다.
표 13: 미-중화된 규산염을 포함하는 보드의 FEI 및 압축 강도
샘플 규산염
(lbs/
1000 ft2)		 수용된 규산염 /활성 규산염 (%) 보드
평량
(lbs/
1000 ft2)		 두께
(인치)		 질석
(lbs/
1000 ft2)		 압축 강도 (psi) FEI (min)
6 0 0 1770 0.64 51 206.2 53.4
13 4.3 0.27/0.10 1728 0.638 50 271.3 55.8
14 6.5 0.40/0.15 1743 0.63 50 225.1 52.6
본 실례는 0.15% 활성 중화된 규산염이 최적이고 벽판의 내화성 및 압축 강도를 크게 증가시킬 수 있다는 것을 보인다. 본 실례는 또한 내화성 또는 압축 강도 증가에 있어서 중화는 필수적이지 않다는 것을 보인다.
실례 4 - 질석 부재에서 내화성에 대한 규산염 영향
본 실례는 질석 부재에서, 벽판 내화성에 대한 규산염 영향을 보인다. 따라서, 다양한 함량의 규산나트륨으로 석고 보드를 만들었다. 또한, 일정한 스투코에 대한 물 비율 1.0 및 다양한 함량의 기포로 바람직한 보드 중량을 획득하였다.
실험실에서, 30 그램의 규산나트륨 (PQ Corp’s N®, 37.5% 농도, pH 11.3, SiO2/Na2O = 3.22) 및 970 mL 수도물을 혼합하여3% 규산염 용액을 준비하였다. 용액 pH를 약 7.0로 조정하였다. 각각의 보드를 제조하기 위하여 새롭게 용액을 준비하였다. 개별 철재 용기에 0g 규산염 용액, 25 g 규산염 용액, 50 g 규산염 용액, 100 g 규산염 용액, 150 g 규산염 용액, 200 g 규산염 용액, 250 g 규산염 용액을 넣었다. 추가 수도물을 용기에 첨가하여 총 중량 900 g에 도달하였다. 물에 2-3 방울의 지연제 (Dow Chemical, Versenex 90) 및 0.5 g 분산제 (GEO Specialty Chemicals, Diloflo CA)를 첨가하였다. 7종의 별도의 용기에 900 g의 스투코, 5.2 g의 절단 유리섬유 (Owens Corning, Advantex 790C-16W), 15.1 g의 전호화 전분 (Bunge Milling, USG-95), 2.3 g의 촉진제 (USG, ground 석고), 및 1.0 g 삼메타인산나트륨 (Innophos)을 첨가하였다. 각각의 스투코 혼합물을 규산염/지연제/분산제 혼합물이 담긴 철재 용기에 붓고, Hobart 믹서 아래에 장착하였다. 혼합물을 즉시 혼합하고 기포를 주입하였다. 20 초 후, 기포 주입을 중지하고 스투코 슬러리를 다시 10 초 혼합하였다. 이어 스투코 슬러리를 즉시 미리 만들어진 종이 봉투 (50 lbs/1000 ft2 마닐라 및 62 lbs/ 1000 ft2 뉴스라인, 1ft x 1ft)에 부었다. 스투코 슬러리가 담긴 봉투는 5/8 인치 보드 제작에 필요한 간격으로 2개의 알루미늄 판들 사이에 두었다. 석고를 경화시켰다. 보드를 350°F (177℃)로 설정된 오븐에 30 분 동안 둔 후, 보드를 110°F (43℃)로 설정된 또 다른 오븐으로 옮겼다. 보드를 오븐에서 이틀 밤샘 건조하였다. 건조된 보드를 6.625 인치 x 6.125 인치 보드 크기로 잘랐다.
샘플들을 별개로 소형-스케일 디바이스 (도 2)에서 시험하여 각자의 FEI를 결정하였다. 각각의 샘플에 대한 FEI를 도 10에서 도시하고, 여기에서 수용된 규산염 (중량%)은 수평 축으로 도시되고 FEI는 수직 축으로 도시된다. 도 10에 보이는 바와 같이, 질석 부재에서, 내화성 증가가 관찰된다. 보드가 수용된 0.55% 규산염을 포함한 슬러리로부터 형성될 때 (즉, 0.21% 활성 규산염) 최대 FEI 증가 2.2 분이 관찰된다.
본 실례는 질석 부재에서, 규산나트륨 첨가는 석고 벽판의 내화성을 증가시킬 수 있다는 것을 보인다.
실례 5 - 압축 강도에 대한 규산염 영향
본 실례는 벽판의 압축 강도에 대한 규산염 영향을 보인다. 또한, 보드는 기포 주입 없이 제작되어 기포에 의한 강도 변동을 제거하였다. 따라서, 석고 보드는 다양한 함량의 규산나트륨으로 제작되었다. 기포 대신 물을 사용하여 보드 밀도를 조절하였다. 그 결과, 일정한 스투코에 대한 물 비율 1.85이 적용되었다.
실험실에서, 30 그램의 규산나트륨 (PQ Corp’s N®, 37.5% 농도, pH 11.3, SiO2/Na2O = 3.22) 및 970 mL 수도물을 섞어3% 규산염 용액을 준비하였다. 용액을 pH 약 7.0으로 조정하였다. 각각의 보드를 제조하기 위하여 새롭게 용액을 준비하였다. 개별 철재 용기에 0 g 규산염 용액, 25 g 규산염 용액, 50 g 규산염 용액, 100 g 규산염 용액, 150 g 규산염 용액, 200 g 규산염 용액, 250 g 규산염 용액을 첨가하였다. 추가 수도물을 용기에 첨가하여 총 중량 1665 g에 이르렀다. 물에 0.5 g 분산제 (GEO Specialty Chemicals, Diloflo CA)를 첨가하였다. 7종의 별도의 용기에서 900 g의 스투코, 5.2 g의 절단 유리섬유 (Owens Corning, Advantex 790C-16W), 15.1 g의 전호화 전분 (Bunge Milling, USG-95), 2.3 g의 촉진제 (USG, ground 석고), 및 1.0 g 삼메타인산나트륨 (Innophos)을 혼합하였다. 각각의 스투코 혼합물을 규산염/지연제/분산제 혼합물이 담긴 철재 용기에 붓고, Hobart 믹서 아래에 장착하였다. 혼합물을 즉시 30 초 동안 혼합하였다. 이어 스투코 슬러리를 즉시 미리 만들어진 종이 봉투 (50 lbs/1000 ft2 마닐라 및 62 lbs/ 1000 ft2 뉴스라인, 1ft x 1ft)에 부었다. 스투코 슬러리가 담긴 봉투는 5/8 인치 보드 제작에 필요한 간격으로 2개의 알루미늄 판들 사이에 두었다. 석고를 경화시켰다. 보드를 350°F (177℃)로 설정된 오븐에 30 분 동안 둔 후, 보드를 110°F (43℃)로 설정된 또 다른 오븐으로 옮겼다. 보드를 오븐에서 이틀 밤샘 건조하였다. 건조된 보드를 3 인치 직경의 원으로 절단하였다.
ATS (인가 시험 시스템) 기계로 샘플을 별개로 시험하여 각자의 압축 강도를 결정하였다. 각각의 샘플의 압축 강도를 도 11에 도시하고, 여기에서 수용된 규산염 (wt%)은 수평 축에 도시되고 보드 압축 강도는 (psi) 수직 축에 도시된다. 도 11에 보이는 바와 같이, 압축 강도 증가가 관찰된다. 최대 압축 강도 증가 270 psi는 보드가 수용된 0.25% 규산염을 포함한 스투코 슬러리로부터 형성될 때 (즉, 0.09% 활성 규산염) 관찰된다.
본 실례는 규산염은 석고 벽판의 압축 강도를 증가시킬 수 있다는 것을 보인다.
본 발명을 기술하는 맥락에서(특히, 다음의 청구항들의 맥락에서) 명사의 단수형 표현 및 용어 "적어도 하나" 및 유사한 지시대상들의 사용은 본원에서 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 (예를들면, "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", "가진다" 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 실질적으로 이루어진다" 및 "로 이루어진다"를 포괄하는 것으로 해석된다. 따라서, 특정 요소(들)를 "포함하는" 실시예는 이 특정 요소(들)로 "실질적으로 이루어진 것" 및 이 특정 요소(들)로 "이루어진 것"을 지지한다. "실질적으로 이루어진다"가 사용되는 모든 곳에서는, "로 실질적으로 이루어진다" 는 "로 이루어진다"를 포괄하는 것으로 해석된다. 따라서, 특정 요소(들)로 "실질적으로 이루어지는" 실시예는 이 특정 요소(들)로 "이루어진 것"을 지지한다. 본원에서의 값들의 범위를 한정하는 것은 본원에서 달리 언급되지 않는다면 해당 범위 내에 속하는 각 개별 값을 개별적으로 참조하는 약칭 (shorthand) 방법 역할을 하는 것으로 단지 의도되며, 각 개별 값이 본원에서 개별적으로 한정된다고 가정되면, 이 개별 값은 본원에 포함된다. 본원에서 기술된 모든 방법들은 본원에서 달리 지시되지 않거나 이와 달리 문맥상 명시적으로 반박되지 않은 이상, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에서 제공되는 임의의 그리고 모든 실례들 또는 예시적인 언어들 (예를들면, "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 본원에 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 본원에서 특정하게 기술된 바와 달리 실시될 것을 의도한다. 따라서, 적용가능한 법률이 허용하는 한 본원에 첨부된 청구항들에서 인용된 청구 대상의 수정사항들 및 균등사항들을 모두 포함한다. 또한, 본 발명의 모든 가능한 변형사항들에서 상술한 요소들의 임의의 조합은 본원에서 달리 지시되지 않거나 이와 달리 문맥상 명시적으로 반박되지 않은 이상, 본 발명에 포함된다.

Claims (10)

  1. 석고 보드로서,
    2개의 커버시트들 사이에 배치되고, 스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 경화된 석고의 교합 (interlocking) 매트릭스를 포함하는 경화된 석고 조성물; 를 포함하고,
    상기 경화된 석고 조성물은 실리카 겔을 포함하고;
    상기 석고 보드의 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3 이고내화성 지수는 약 53 분보다 긴, 석고 보드.
  2. 제1항에 있어서, 금속 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 또는 이들 조합물인, 석고 보드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 슬러리에 첨가되기 전, 금속 규산염은 pH가 약 5 내지 약 10인 용액에 포함되는, 석고 보드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 금속 규산염에서 금속산화물에 대한 SiO2 비율은 약 0.5 내지 약 5.0인, 석고 보드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경화된 석고 조성물은 스투코 중량 기준으로 약 5중량% 미만의 질석을 더욱 포함하는, 석고 보드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    (a) 석고 보드의 내화성 지수 (FEI)는 실리카 겔 부재의 석고 보드보다 적어도 약 3 분 더 길고;
    (b) 석고 보드는 UL U305에 따른 테스트 조립체에 구축되고, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 화재 등급은 적어도 약 55 분이고;
    (c) 석고 보드는 UL U305에 따른 테스트 조립체에 구축되고, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 화재 등급은 적어도 약 60 분이고; 및/또는
    (d) 석고 보드는 UL U419에 따른 테스트 조립체에 구축되고, ASTM 표준 E119-09의 시간-온도 곡선에 따라 가열될 때 화재 등급은 적어도 약 60 분인, 석고 보드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 슬러리에서 스투코에 대한 물의 비율은 약 1.0 내지 약 2.0인, 석고 보드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 2개의 커버시트들 중 적어도 하나의 평량은 약 60 lbs/1000 ft2 이상인, 석고 보드.
  9. 석고 보드의 내화성 증가 방법으로서,
    스투코, 물, 및 금속 규산염을 포함하는 슬러리 형성 단계,
    2개의 커버시트들 사이에 슬러리르 배치하여 보드 프리폼을 형성하는 단계,
    슬러리가 절단되기에 충분히 고화된 후 보드 프리폼을 사전결정된 치수의 석고 보드로 절단하는 단계, 및
    석고 보드를 건조하는 단계; 를 포함하고,
    적어도 일부 금속 규산염이 실리카 겔로 전환되고;
    상기 석고 보드는 실리카 겔 부재의 보드에 비하여 내화성이 증가되고, 밀도는 약 15 lbs/ft3 내지 약 42 lbs/ft3이고, 내화성 지수는 약 53 분보다 긴, 석고 보드의 내화성 증가 방법.
  10. 제9항에 있어서, 슬러리를 형성하기 전에 pH가 약 5 내지 약 10인 용액에 금속 규산염을 포함하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.
KR1020167012800A 2013-11-05 2014-11-04 실리카 겔을 포함하는 석고 제품 KR20160083009A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/072,592 US20150125683A1 (en) 2013-11-05 2013-11-05 Gypsum products comprising silica gel
US14/072,592 2013-11-05
PCT/US2014/063774 WO2015069609A1 (en) 2013-11-05 2014-11-04 Gypsum board comprising silica gel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160083009A true KR20160083009A (ko) 2016-07-11

Family

ID=51871335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167012800A KR20160083009A (ko) 2013-11-05 2014-11-04 실리카 겔을 포함하는 석고 제품

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20150125683A1 (ko)
EP (1) EP3066061A1 (ko)
JP (1) JP2016540714A (ko)
KR (1) KR20160083009A (ko)
CN (1) CN105658600A (ko)
AR (1) AR098224A1 (ko)
AU (1) AU2014347042A1 (ko)
CA (1) CA2928938A1 (ko)
CL (1) CL2016000967A1 (ko)
MX (1) MX2016005123A (ko)
PE (1) PE20160636A1 (ko)
RU (1) RU2016119381A (ko)
TW (1) TW201518074A (ko)
WO (1) WO2015069609A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10309771B2 (en) 2015-06-11 2019-06-04 United States Gypsum Company System and method for determining facer surface smoothness
US20170190147A1 (en) * 2015-12-31 2017-07-06 Saint-Gobain Placo Sas Fire Resistant Building Boards with Increased Amounts of Anti-Shrinkage Additives and Decreased Densities
US10066392B2 (en) * 2016-09-29 2018-09-04 United States Gypsum Company One hour fire rated wooden frame members using lightweight gypsum wallboard
US11339572B1 (en) 2017-01-23 2022-05-24 Gold Bond Building Products, Llc Method of manufacturing gypsum board with improved fire
CA3061061A1 (en) 2018-11-28 2020-05-28 National Gypsum Properties, Llc Gypsum board and gypsum slurry formed using a phosphorus containing compound
MX2021011202A (es) * 2019-05-06 2022-03-11 Georgia Pacific Gypsum Llc Paneles, sistemas y metodos de yeso.
US11702373B2 (en) 2019-06-17 2023-07-18 United States Gypsum Company Gypsum wallboard with enhanced fire resistance, and related coatings and methods
CN111606730A (zh) * 2019-07-30 2020-09-01 中建材创新科技研究院有限公司 一种纸面石膏板及其制备方法
CZ2019512A3 (cs) * 2019-08-06 2020-09-09 First Point a.s. Směs pro úpravu omítek
US11834375B2 (en) 2020-01-31 2023-12-05 United States Gypsum Company Fire resistant gypsum board and related methods
US20230295041A1 (en) * 2020-08-07 2023-09-21 Georgia-Pacific Gypsum Llc Fire resistant gypsum panels, and methods
WO2023228541A1 (ja) * 2022-05-24 2023-11-30 花王株式会社 石膏硬化体

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1996032A (en) 1929-04-15 1935-03-26 United States Gypsum Co Sound absorbing composition
US3616173A (en) * 1967-08-29 1971-10-26 Georgia Pacific Corp Fire resistant wallboard
US3573947A (en) 1968-08-19 1971-04-06 United States Gypsum Co Accelerator for gypsum plaster
DE2158943A1 (de) * 1970-12-03 1972-06-29 Scherico Ltd., Luzern (Schweiz) Moussierende Zubereitungen
US4661161A (en) 1983-05-31 1987-04-28 United States Gypsum Company Ready-mixed, setting-type cementitious composition having separately packaged accelerator
US4676835A (en) 1985-09-03 1987-06-30 Stepan Company Foam generating compositions
CA1279877C (en) * 1986-08-28 1991-02-05 Richard J. Flanagan High-strength, fire-resistant gypsum composition
US5240639A (en) 1988-04-07 1993-08-31 Stepan Company Foaming agent
US5194091A (en) * 1990-12-26 1993-03-16 The Hera Corporation Geopolymer-modified, gypsum-based construction materials
US5158612A (en) 1991-10-25 1992-10-27 Henkel Corporation Foaming agent composition and process
CA2139373C (en) 1994-05-12 2002-06-25 Therese A. Espinoza Ready-mixed, setting type joint compound
CA2158820C (en) 1994-09-23 2004-11-23 Steven W. Sucech Producing foamed gypsum board
US5683635A (en) 1995-12-22 1997-11-04 United States Gypsum Company Method for preparing uniformly foamed gypsum product with less foam agitation
US6342284B1 (en) 1997-08-21 2002-01-29 United States Gysum Company Gypsum-containing product having increased resistance to permanent deformation and method and composition for producing it
US6443258B1 (en) 1999-10-01 2002-09-03 Awi Licensing Company Durable porous article of manufacture and a process to create same
US6409825B1 (en) 2000-11-22 2002-06-25 United States Gypsum Company Wet gypsum accelerator and methods, composition, and product relating thereto
US6406537B1 (en) 2000-11-22 2002-06-18 United States Gypsum Company High-strength joint compound
AU2004221854B2 (en) 2003-03-19 2009-06-11 United States Gypsum Company Acoustical panel comprising interlocking matrix of set gypsum and method for making same
US6805741B1 (en) 2003-03-27 2004-10-19 United States Gypsum Company Ready-mixed setting-type composition and related kit
US9802866B2 (en) 2005-06-09 2017-10-31 United States Gypsum Company Light weight gypsum board
WO2007110428A1 (de) * 2006-03-27 2007-10-04 Knauf Gips Kg Gipsprodukt
TW200906757A (en) 2007-06-08 2009-02-16 United States Gypsum Co Compositions suitable for use as joint compounds and related methods
US7862687B2 (en) 2007-11-20 2011-01-04 United States Gypsum Company Process for producing a low density acoustical panel with improved sound absorption
US9174881B2 (en) 2009-11-05 2015-11-03 United States Gypsum Company Ready mixed setting type joint compound and set initiator in chambered pouch
US8323785B2 (en) * 2011-02-25 2012-12-04 United States Gypsum Company Lightweight, reduced density fire rated gypsum panels
PT106007A (pt) * 2011-11-16 2014-09-12 Secil Companhia Geral De Cal E Cimento S A Painel compósito incombustível, à base de cimento portland, gesso e partículas de madeira

Also Published As

Publication number Publication date
EP3066061A1 (en) 2016-09-14
CN105658600A (zh) 2016-06-08
CL2016000967A1 (es) 2016-12-02
AU2014347042A1 (en) 2016-06-02
CA2928938A1 (en) 2015-05-14
MX2016005123A (es) 2016-08-03
PE20160636A1 (es) 2016-06-23
AR098224A1 (es) 2016-05-18
JP2016540714A (ja) 2016-12-28
RU2016119381A (ru) 2017-11-23
TW201518074A (zh) 2015-05-16
US20150125683A1 (en) 2015-05-07
WO2015069609A1 (en) 2015-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160083009A (ko) 실리카 겔을 포함하는 석고 제품
US11780113B2 (en) Lightweight, reduced density fire rated gypsum panels
JP6189753B2 (ja) 軽量かつ低密度の耐火性石膏パネル
US8974925B1 (en) Gypsum board
KR20160071397A (ko) 스투코에 대한 높은 수분의 비를 사용하여서 생성된 석고 보드
AU2013366167A1 (en) Composition for gypsum boards and obtained products
WO2021177378A1 (ja) 耐火断熱ボード及び耐火断熱構造体
CA3219905A1 (en) Gypsum panel with enhanced fire resistance
AU2014334591A1 (en) Gypsum wallboard produced using a high water-to-stucco ratio

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid