KR20180063196A - 시멘트질 슬러리를 위한 폼 개질제, 방법, 및 제품 - Google Patents

시멘트질 슬러리를 위한 폼 개질제, 방법, 및 제품 Download PDF

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아나마리아 비린스카
알프레드 시. 리
웨이씬 디. 송
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

예를 들면, 석고 또는 시멘트 슬러리에 대해 유용한 폼 개질제가 개시되어 있다. 폼 개질제는 발포제, 예컨대 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는 석고 또는 시멘트 슬러리에 첨가되는 지방 알코올을 포함한다. 지방 알코올은 일부 구현예에서 C6-C16 지방 알코올일 수 있다. 이러한 폼 개질제의 용도는 예를 들면 폼을 안정화시키고, 발포제의 폐기물을 감소시키고, 최종 생성물에서 공극 크기 조절을 개선하고, 석고 보드 제조 공정을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

Description

시멘트질 슬러리를 위한 폼 개질제, 방법, 및 제품
관련 출원에 대한 상호-참조
본 특허 출원은 2015년 10월 1일에 출원된 미국가특허 출원 제62/235,979호 및 2016년 6월 17일에 출원된 미국특허 출원 제15/186,320호, 및 2016년 6월 17일에 출원된 제15/186,336호의 이익을 주장하고, 이는 참조로 포함되어 있다.
세트 석고(set gypsum) (즉, 칼슘 설페이트 이수화물)은 수많은 제품에 사용되는 잘 알려진 물질이고, 이는 건물 건설 및 리모델링을 위한 패널 및 다른 제품을 포함한다. 하나의 이러한 패널 (종종 석고 보드로 지칭됨)은 2개의 커버 시트 (예를 들면, 종이-접합 보드) 사이에 개재된 세트 석고 코어의 형태이고, 인테리어 벽 및 빌딩 천장의 건식벽 건설에 일반적으로 사용된다. "스킴 코트"로서 종종 지칭되는 하나 이상의 조밀층은 보통 종이-코어 계면에서 코어의 일면 상에 포함될 수 있다.
보드의 제조 과정에서, 스투코 (즉, 칼슘 설페이트 반수화물 및/또는 칼슘 설페이트 경석고의 형태로의 소성된 석고), 물, 및 적절한 다른 성분이 전형적으로 본 기술분야에서 사용되는 용어인 핀 혼합기(pin mixer)에서 사용된다. 슬러리가 형성되고, 혼합기로부터 (존재하는 경우에) 사전에 적용된 스킴 코트 중 하나 (대개 혼합기의 업스트림)를 갖는 커버 시트를 이송하는 이동 컨베이어 상에 충전된다. 슬러리는 (임의로 종이 상에 포함되는 스킴 코트를 가진) 종이 상에 분산된다. 스킴 코트를 가지거나 가지지 않은 다른 커버 시트는 슬러리 상에 적용되어 예를 들면 성형 플레이트 등의 목적으로 원하는 두께의 샌드위치 구조를 형성한다. 혼합물은 캐스팅되고, 경화되어, 결정성의 수화된 석고 (즉, 칼슘 설페이트 이수화물)의 매트릭스를 형성하기 위해 물과의 소성된 석고의 반응에 의해 세트 (즉, 재수화된) 석고를 형성한다. 이는 세트 석고 결정의 인터로킹 매트릭스의 형성을 가능하게 하고, 이에 의해 제품에서의 석고 구조에 강도를 부여하는 소성된 석고의 원하는 수화이다. 열은 건조 제품을 산출하기 위해 잔류된 유리 (즉, 미반응된) 물을 제거하기 위해 (예를 들면 가마에서) 요구된다.
보드 중량의 감소가 설치시 더 높은 효율성 때문에 바람직하다. 예를 들면, 리프팅 요건(lifting demand)은 더 적으며, 이는 더 장기 작업 일수 및 더 적은 손상을 야기한다. 더 가벼운 중량의 보드는 또한 보다 "환경친화적(green)"이고, 이는 감소된 운송 비용 및 에너지 소비를 야기할 수 있다. 보드의 중량을 감소시키기 위해, 발포제는 슬러리 내로 주입되어 최종 제품에서의 공기 공극을 형성할 수 있다. 그러나, 이의 특징에 의해, 발포제는 일반적으로 불안정하여 이로서 폼 버블(foam bubble)은 특히 시멘트질 물질의 존재 하에 쉽게 부서지고, 이에 의해 폐기물 및 비효율성을 야기한다.
또한, 석고 보드 엔벨로프에서 물질을 공기로 대체하는 것을 중량을 감소시키나, 물질의 손실은 또한 더 적은 강도를 야기한다. 강도의 손실을 보충하는 것은 본 기술분야의 중량 감소 노력에서 상당한 방해가 된다.
이러한 배경 설명은 본 발명자에 의해 독자를 도울 수 있게 하고, 선행 기술에 대한 참조로서 또는 나타낸 임의의 문제점이 선행기술에서 이해되는 것으로의 표시로서 취해지는 것이 아님 이해할 것이다. 한편 기재된 원리는 일부 관련사항 및 구현예에서 다른 시스템에서의 고유한 문제점을 완화할 수 있으며, 보호된 발명의 범위는 본원에 주지된 임의의 특정 문제점을 해결하기 위해 본 개시내용의 임의의 구현예의 능력에 의해서가 아닌 첨부된 청구항에 의해 정의된다.
일 양태에서, 본 개시내용은 2개의 커버 시트 사이에 배치된 세트 석고 코어를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어지는 석고 보드를 제공한다. 세트 석고 코어는 적어도 물, 스투코, 및 폼으로부터 형성된 석고 결정 매트릭스를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 폼은 발포제로부터 형성되고, 폼 안정제는 지방 알코올을 포함한다. 바람직하게는, 발포제는 적어도 하나의 알킬 설페이트, 적어도 하나의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 일부 구현예에서, 발포제에는 실질적으로 올레핀 및/또는 알킨 발포제가 배제된다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 지방 알코올은 발포제와 상호작용하여 폼을 안정화시키고, 최종 생성물에 형성된 공기 공극의 더 나은 조절을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 일부 구현예에서, 폼 안정제는 지방 알코올을 포함하나, 지방산 알킬로아미드 및/또는 카복실산 타루라이드가 실질적으로 배제된다. 일부 구현예에서, 지방 알코올 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 보드는 향상된 강도를 나타낸다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 시멘트질 (예를 들면 석고 또는 시멘트) 보드의 제조 방법을 제공한다. 폼은 전형적으로 사전발생된다. 이에 따라, 본 방법은 발포제 및 지방 알코올을 포함하는 폼 안정제의 수성 혼합물에 공기를 삽입하지 않고 폼을 사전발생시키는 단계를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 바람직하게는, 발포제는 적어도 하나의 알킬 설페이트, 적어도 하나의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이의 임의의 조합을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 안정한 및 불안정한 발포제가 블렌딩될 수 있다. 일부 구현예에서, 발포제는 실질적으로 올레핀 및/또는 알킨 발포제가 배제된다. 폼은 슬러리로 도입된다 (예를 들면 주입된다).
본 방법은 적어도 물, 스투코, 및 폼을 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계; 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 슬러리를 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계; 보드 전구체를 보드로 절단하는 단계; 및 보드를 건조시키는 단계를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 지방 알코올은 프리-믹스에서 발포제와 조합될 수 있고, 상기 프리-믹스는 바람직한 경우, 예를 들면 혼합기에서 스투코, 물 및 다른 첨가제에 첨가된다. 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 지방 알코올은 일반적으로 수성 발포제에 가용화된다. 일부 구현예에서, 폼 안정제는 지방 알코올을 포함하나, 실질적으로 글리콜 및/또는 아미드 화합물이 배제된다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 발포된 석고 슬러리를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 발포제와 지방 알코올을 조합하여 수성 비누 혼합물을 형성하는 단계; 수성 비누 혼합물로부터 폼을 생성하는 단계; 스투코 및 물을 포함하는 석고 슬러리에 폼을 첨가하여 발포된 석고 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 폼이 석고 슬러리에 혼입됨에 따라, 폼 버블은 슬러리와 접촉되는 버블을 둘러싼 쉘로 형성된다. 추가로 지방 알코올의 존재는 바람직하게는 계면에서 쉘을 안정화시키는 것으로 여겨진다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 물, 스투코, 발포제, 및 지방 알코올을 포함하거나, 이로 이루어지거나 또는 이로 본질적으로 이루어지는 슬러리를 제공하고, 여기서 슬러리는 캐스팅되고, 보드로 건조되고, 보드는 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가진다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 예를 들면 시멘트질 (예를 들면, 석고 또는 시멘트) 보드의 제조시 시멘트질 슬러리에 발포된 구조를 안정화시키는 방법을 제공한다. 본 방법에서, 지방 알코올은 발포제와 조합될 수 있다. 일부 구현예에서, 발포제는 지방 알코올과 혼합되어 수성 비누 혼합물을 형성한다. 폼은 수성 비누 혼합물로부터 생성된다. 폼은 시멘트질 물질 (예를 들면, 스투코 또는 시멘트) 및 물을 포함하는 석고 또는 시멘트 슬러리에 첨가되어 발포된 시멘트질 슬러리를 형성한다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 폼이 시멘트질 슬러리에 혼입됨에 따라, 폼 버블은 슬러리와 접촉되는 버블을 둘러싼 쉘로 형성되는 것으로 여겨진다. 추가로 지방 알코올의 존재는 바람직하게는 계면에서 쉘을 안정화시키는 것으로 여겨진다.
보드를 제조하기 위해, 발포된 시멘트질 슬러리는 제1 및 제2 중 표면을 갖는 발포된 시멘트질 코어 슬러리를 형성하기 위해 상면 (또는 정면) 커버 시트에의 결합 관계에 적용된다. 발포된 시멘트질 코어 슬러리의 제1 주요 표면은 상면 커버 시트를 마주한다. 하면 (또는 후면) 커버 시트는 보드 전구체의 습윤 어셈블리를 형성하기 위해 발포된 시멘트질 코어 슬러이의 제2 주요 표면에의 결합 관계에 적용된다. 바람직한 경우, 스킴 코트는 커버 시트의 하나 또는 둘과 코어 사이에 적용될 수 있다. 보드 전구체는 절단되고 건조되어 보드 전구체를 형성한다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 물 및 시멘트 물질의 코어 믹스 (예를 들면, 포틀랜드 세민트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등, 및 이러한 물질의 블렌드)로부터 시멘트 보드를 제공한다. 발포제 및 지방 알코올은 또한 상기 믹스에 포함된다. 임의로, 경량 응집물 (예를 들면, 팽창성 클레이, 팽창성 슬래그, 팽창성 셰일, 펄라이트, 팽창성 유리 비드, 폴리스티렌 비드 등)은 일부 구현예에서 상기 믹스에 포함될 수 있다. 시멘트 보드는 2개의 커버 시트 사이에 배치된 시멘트 코어를 포함한다. 시멘트 코어는 적어도 물, 시멘트, 발포제, 및 지방 알코올로부터 형성될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 발포된 시멘트 슬러리를 형성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 발포제를 지방 알코올과 조합하여 수성 비누 혼합물을 형성하는 단계; 수성 비수 혼합물로부터 폼을 생성하는 단계; 및 폼을 시멘트 (예를 들면, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등, 또는 이들의 조합) 및 물을 포함하는 시멘트 슬러리에 폼을 첨가하여 발포된 시멘트 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 폼이 시멘트 슬러리에 혼입됨에 따라, 폼 버블은 슬러리와 접촉되는 버블을 둘러싼 쉘로 형성된다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 지방 알코올의 존재는 바람직하게는 계면에서 쉘을 안정화시키는 것으로 여겨진다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 물, 시멘트, 발포제, 및 지방 알코올을 포함하거나, 이로 이루어지거나 또는 이로 본질적으로 이루어지는 슬러리를 제공하고, 여기서 슬러리가 형성되고 보드로 건조되고, 상기 보드는 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가진다.
도 1은 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같은, 폼 높이 (mm) (Y-축) 대 폴리카복실레이트 에테르를 사용하거나 사용하지 않는 둘 모두의 지방 알코올이 없는 발포제 용액 (X-축)의 막대 그래프이다.
도 2는 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같은, 폼 높이 (mm) (Y-축) 대 발포제 1B를 함유한 발포제 용액 (X-축)의 막대 그래프이다.
도 3은 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같은, 폼 높이 (mm) (Y-축) 대 발포제 1C를 함유한 발포제 용액 (X-축)의 막대 그래프이다.
도 4는 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같은, 폼 높이 (mm) (Y-축) 대 발포제 1B를 함유한 발포제 용액의 시간 (X-축)의 그래프이다.
도 5는 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같은, 폼 높이 (mm) (Y-축) 대 발포제 1C를 함유한 발포제 용액의 시간 (X-축)의 그래프이다.
도 6a-6c는 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 임의의 지방 알코올 없이 제조된 대조군 벽면보드 2A의 단면의 20배 확대시의 광학 마이크로현미경 이미지이다.
도 7a-7c는 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1%의 도데칸올과의 발포제 블렌드를 사용하여 제조된 벽면보드 2B의 단면의 20배 확대시의 광학 마이크로현미경 이미지이다.
도 8a-8c는 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1%의 데칸올과의 발포제 블렌드를 사용하여 제조된 벽면보드 2C의 단면의 20배 확대시의 광학 마이크로현미경 이미지이다.
도 9a-9c는 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1%의 옥탄올과의 발포제 블렌드를 사용하여 제조된 벽면보드 2D의 단면의 20배 확대시의 광학 마이크로현미경 이미지이다.
도 10은 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 대조군 벽면보드 2A에서의 체적 분포 (%) (Y-축) 대 공극 크기의 막대 그래프이다.
도 11은 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1% 도데칸올로 개질된 발포제를 사용하여 제조된 벽면보드 2B에서의 체적 분포 (%) (Y-축) 대 공극 크기 (마이크론) (X-축)의 막대 그래프이다.
도 12는 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1% 데칸올로 개질된 발포제를 사용하여 제조된 벽면보드 2C에서의 체적 분포 (%) (Y-축) 대 공극 크기 (마이크론) (X-축)의 막대 그래프이다.
도 13은 본원의 실시예 2에 기재된 바와 같은, 1% 옥탄올로 개질된 발포제를 사용하여 벽면보드 2D에서의 체적 분포 (%) (Y-축) 대 공극 크기 (마이크론) (X-축)의 막대 그래프이다.
본 개시내용의 구현예는 시멘트질 슬러리 (예를 들면, 석고 또는 시멘트 슬러리), 및 관련 제품 및 방법에 대해 유용한 폼 개질제를 제공한다. 폼 개질제는 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이 폼을 안정화시키는 것을 보조하는 역할을 하는 것으로 여겨지는 지방 알코올이다. 석고 및 시멘트 슬러리는 물질의 변화하는 유형 및 양을 갖는 착물계일 수 있다. 슬러리 내의 성분은 폼에 대한 응력에 기여하고, 이는 기포가 파괴되는 것을 야기할 수 있고, 이는 공기 공극 크기 분포의 감소된 조절을 일으킨다. 놀랍게도 그리고 예상외로, 본 발명자는 예를 들면 폼을 제조하기 위한 프리-믹스 내에의 발포제와 함께 지방 알코올의 도입은 폼의 안정성의 개선을 야기할 수 있고, 이에 의해 폼 (공기) 공극 크기 및 분포의 더 나은 조절을 가능하게 한다. 이러한 완전한 발포 시스템을 형성하기 위해, 일부 구현예에서, 조절된 코어 구조는 예를 들면, 개선된 인발 저항 (때때로 간단하게 "인발"로 지칭됨), 코어 경도 등에서 알 수 있는 바와 같이 개선된 보드 강도를 야기할 수 있다. 일부 구현예에서, 보드는 지방 알코올이 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가진다. 코어 구조의 공기 공극 크기 분포는 예를 들면 예정될 수 있는 더 큰 공기 공극 또는 더 작은 공기 공극을 포함하여, 더 높거나 낮을 수 있는 평균 공극 직경을 가지도록 원하는 바에 따라 맞춰질 수 있다.
지방 알코올은 석고 슬러리에서 폼을 발생시키기에 유용한 임의의 적합한 발포제 조성물과 함께 사용될 수 있다. 적합한 발포제는 최종 생성물에서 공기 공극을 야기하도록 선택되고 이로써 보드 코어의 중량은 감소될 수 있다. 일부 구현예에서, 발포제는 안정한 비누, 불안정한 비누, 또는 안정한 및 불안정한 비누의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 발포제의 하나의 성분은 안정한 비누이고, 다른 성분은 안정한 비누 및 불안정한 비누의 조합이다. 일부 구현예에서, 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함한다.
수많은 상업적으로 알려진 발포제, 예컨대 GEO Specialty Chemicals, Ambler, PA로부터의 HYONIC 라인 (예를 들면, 25AS)의 비누 제품이 이용가능하고, 본 개시내용의 구현예에 따라 사용될 수 있다. 다른 상업적으로 이용가능한 비누는 일리노이, 노스필드 소재의 Stepan Company로부터의 Polystep B25를 포함한다. 본원에 기재된 발포제는 단독으로 또는 다른 발포제와 조합하여 사용될 수 있다.
본 개시내용의 구현예에 따른 일부 유형의 불안정한 비누는 다양한 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알킬 설페이트 계면활성제이다. 적합한 사슬 길이는 예를 들면, C8-C12, 예를 들면, C8-C10, 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은 예를 들면, 나트륨, 암모늄, 마그네슘, 또는 칼륨을 포함한다. 적합한 비누의 예는 예를 들면, 나트륨 도데실 설페이트, 마그네슘 도데실 설페이트, 나트륨 데실 설페이트, 암모늄 도데실 설페이트, 칼륨 도데실 설페이트, 칼륨 데실 설페이트, 나트륨 옥틸 설페이트, 마그네슘 데실 설페이트, 암모늄 데실 설페이트, 그것의 블렌드, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
본 개시내용의 구현예에 따른 일부 유형의 안정한 비누는 다양한 (일반적으로 더 긴) 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알콕실화된 (예를 들면, 에톡실화된) 알킬 설페이트 계면활성제이다. 적합한 사슬 길이는 예를 들면, C10-C14, 예를 들면, C12-C14, 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은 예를 들면 나트륨 라우레쓰 설페이트, 칼륨 라우레쓰 설페이트, 마그네슘 라우레쓰 설페이트, 암모늄 라우레쓰 설페이트, 그것의 블렌드, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 이러한 목록으로부터의 안정한 및 불안정한 비누의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
발포된 석고 생성물의 제조시 발포제의 조합 및 이의 첨가의 예는 본원에 참조로 포함된 미국특허 5,643,510에 개시되어 있다. 예를 들면, 안정한 폼을 형성하는 제1 발포제 및 불안정한 폼을 형성하는 제2 발포제가 조합될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 발포제는 8-12개의 탄소 원자의 알킬 사슬 길이 및 1-4개의 단위의 알콕시 (예를 들면, 에톡시)기 사슬 길이를 갖는 비누이다. 제2 발포제는 임의로 6-20개의 탄소 원자, 예를 들면, 6-18개의 탄소 원자 또는 6-16개의 탄소 원자의 알킬 사슬 길이를 갖는 언알콕시레이티드 (예를 들면, 언에톡실레이티드) 비누이다. 이러한 2개의 비누의 각각의 양을 조절하는 것은 약 100% 안정한 비누 또는 약 100% 불안정한 비누가 도달될 때까지 보드 폼 구조의 조절을 가능하게 한다.
일부 구현예에서, 발포제는 알킬 설페이트 및/또는 알킬 에테르 설페이트의 형태이다. 이러한 발포제는 올레핀 예컨대 올레핀 설페이트에 대해 바람직하고, 올레핀이 일반적으로 분자의 정면에서 이중 결합을 포함하고, 심지어 비누로 제조되는 경우에 이들을 이에 의해 바람직하지 않게 더 반응성이게 만든다. 따라서, 바람직하게는, 발포제는 알킬 설페이트 및/또는 알킬 에테르 설페이트를 포함하나, 이는 본질적으로 올레핀 (예를 들면, 올레핀 설페이트) 및/또는 알킨을 함유하지 않는다. 올레핀 또는 알킬의 본질적인 무함유의 의미는 (i) 발포제가 스투코의 중량 기준으로 0 중량%의 올레핀 및/또는 알킬, 또는 이들이 없거나, 또는 (ii) 무효한 또는 (iii) 미미한 양의 올레핀 및/또는 알킬을 포함하는 것이다. 무효한 양의 예는 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 올레핀 및/또는 알킨 발포제를 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위해 임계값 양보다 적은 양이다. 미미한 양은 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 스투코의 중량 기준으로 약 0.001 중량% 미만, 예컨대 약 0.005 중량% 미만, 약 0.001 중량% 미만, 약 0.0001 중량% 미만 등일 수 있다.
발포제는 석고 슬러리에 임의의 적합한 양으로 포함된다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 이는 스투코의 약 0.01 중량% 내지 약 0.25 중량%, 예를 들면 스투코의 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%, 스투코의 약 0.01 중량% 내지 약 0.03 중량% 또는 스투코의 0.07 중량% 내지 약 0.1 중량%의 양으로 포함된다.
지방 알코올은 임의의 적합한 지방족 지방 알코올일 수 있다. 전반적으로 본원에 정의된 바와 같이, "지방족"은 알킬, 알케닐, 또는 알키닐을 지칭하고, 이는 치환 또는 비치환, 분지형 또는 비분지형, 및 포화 또는 불포화될 수 있고, 일부 구현예와 관련하여, 본원에 기재된 탄소 사슬, 예를 들면 Cx-Cy를 나타내고, 식 중 x 및 y는 정수이다. 용어 지방족은 이에 따라 또한 기의 소수성을 보존하는 헤테로원자 치환을 갖는 사슬을 지칭한다. 지방 알코올은 단일 화합물일 수 있거나, 또는 2개 이상의 화합물의 조합일 수 있다.
일부 구현예에서, 지방 알코올은 C6-C20 지방 알코올, 예컨대 C10-C20 지방 알코올 또는 C6-C16 지방 알코올 (예를 들면, C6-C14, C6-C12, C6-C10, C6-C8, C8-C16, C8-C14, C8-C12, C8-C10, C10-C16, C10-C14, C10-C12 , C12-C16, C12-C14, 또는 C14-C16 지방족 지방 알코올 등)이다. 그 예는 옥탄올, 데칸올, 도데칸올 등 또는 이의 임의의 조합을 포함한다.
C6-C20 지방 알코올은 선형 또는 분지형 C6-C20 탄소 사슬 및 적어도 하나의 하이드록실기를 포함한다. 하이드록실기는 탄소 사슬 상의 적합한 임의의 위치에 부착될 수 있으나, 바람직하게는 말단 탄소에 있거나 또는 그 근처에 있다. 특정 구현예에서, 하이드록실기는 탄소 사슬의 α-, β-, 또는 γ-위치에서 부착될 수 있고, 예를 들면 C6-C20 지방 알코올은 하기 구조 서브유닛을 포함할 수 있다:
Figure pct00001
따라서, 일부 구현예에 따른 바람직한 지방 알코올의 예는 1-도데칸올, 1-운데칸올, 1-데칸올, 1-노난올, 1-옥탄올, 또는 이들의 임의의 조합이다.
일부 구현예에서, 폼 안정제는 지방 알코올을 포함하고, 이는 본질적으로 지방산 알킬로아미드 또는 카복실산 타우라이드를 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 폼 안정제는 본질적으로 글리콜을 함유하지 않으며, 한편 글리콜은 일부 구현예에서, 예를 들면 더 높은 계면활성제 함량이 가능하도록 포함될 수 있다. 임의의 상술한 성분의 실질적 무함유는 폼 안정제는 (i) 이러한 임의의 성분의 중량 기준으로 0 중량%의, 또는 (ii) 무효한 또는 (iii) 미미한 양의 임의의 이러한 성분을 함유하는 것을 의미한다. 무효한 양의 예는 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 임의의 성분의 사용의 의도된 목적을 달성하기 위해 임계값 양보다 적은 양이다. 미미한 양은 예를 들면 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 스투코의 중량 기준으로 약 0.0001 중량% 미만, 예컨대 약 0.00005 중량% 미만, 약 0.00001 중량% 미만, 약 0.000001 중량% 미만 등일 수 있다.
지방 알코올은 임의의 적합한 양으로 석고 슬러리 내에 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 지방 알코올은 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%, 예를 들면 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.001 중량%, 스투코의 약 0.0002 중량% 내지 약 0.0075 중량%, 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.003 중량%, 또는 스투코의 약 0.0005 중량% 내지 약 0.001 중량%의 양으로 존재한다.
바람직한 구현예에서, 효율을 향상시키기 위해, 발포제, 폼 워터(foam wate), 및 지방 알코올은 석고 슬러리에 첨가 이전에 조합된다. 이러한 방식으로의 제조는 석고 슬러리에 희석시키고, 거품 기포에의 접근을 위해 슬러리의 다른 성분과 경쟁하는 것보다 지방 알코올이 거품과 함께 직접적으로 원하는 안정화 효과를 제공하게 하는 역할을 한다.
지방 알코올은 발포제에 첨가될 수 있고, 전형적으로 용해될 수 있다. 지방 알코올이 일반적으로 수불용성이기 때문에, 이는 비누에 첨가되고, 일부 구현예에서 발포제 생성 이전에 먼저 가용화된다. 지방 알코올은 본 개시내용의 구현예에 따른 안정한 또는 불안정한 발포제에 용해될 수 있다. 일부 구현예에서, 용해된 지방 알코올을 갖는 제1 발포제는 이후 다른 발포제 (예를 들면 불안정한 발포제와 블렌딩된 용해된 지방 알코올을 갖는 안정한 발포제, 또는 안정한 발포제와 블렌딩된 용해된 지방 알코올을 갖는 불안정한 발포제)와 블렌딩된다.
계면활성제 (발포제)와 지방 알코올 사이의 임의의 유효한 중량 비율은 석고 슬러리에 첨가되지 이전에 최종 발포제-지방 알코올 블렌드에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 발포제는 약 5000:1 내지 약 5:1, 예를 들면, 약 5000:1 내지 약 1000:1, 약 500:1 내지 약 100:1, 또는 약 500:1 내지 약 10:1의 중량 비로 지방 알코올에 상대적으로 존재할 수 있다. 일 구현예에서, 예시를 위해, 전형적인 최종 발포제-지방 알코올 블렌드는 30 중량%의 계면활성제 및 1 중량%의 지방 알코올을 가지고, 혼합물의 나머지는 물로 구성된다.
발포제 및 지방 알코올은 혼합 (교반, 진탕)에 의해 컨테이너에서 블렌딩될 수 있다. 추가적인 발포제는 주입에 의해 첨가될 수 있다. 바람직한 구현예에 따라, 폼은 이들이 시멘트질 슬러리와 합류되기 이전에 사전발생되고, 사전안정화된다. 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 계면활성제의 박막이 형성되고, 이는 이것이 시멘트질 슬러리와 혼합되기 이전에 지방 알코올로 개질되는 것으로 여겨진다. 폼의 사전발생은 가압된 공기의 비누 용액과의 고전단 혼합을 수반한다. 이러한 발포제의 사전발생이 바람직하고, 이는 폼을 제조하지 않고 혼합하는 과정에서 일부 공기를 단순히 혼입한 시스템과 비교하여 폼을 야기하기 때문이다. 이러한 공기 혼입 시스템은 단순히 일부 비누를 포함한 슬러리를 블렌딩함으로써 버블이 첨가된다. 폼은 이러한 혼합된 버블 시스템과 구별될 수 있고, 사전발생된 폼 버블 크기는 보다 균일하고, 조절될 수 있기 때문이다.
지방 알코올과의 발포제 조성물 블렌드가 조합된 이후, 폼은 생성되고, 이후 슬러리에 첨가된다 (예들 들면 주입된다). 폼을 생성하기 위한 본 방법 및 장치는 잘 알려져 있다. 예를 들면, 미국특허 4,518,652; 2,080,009; 및 2,017,022를 참조한다. 폼은 수성 발포제-지방 알코올 혼합물로부터 사전발생될 수 있다. 예를 들면, 발포제 및 지방 알코올 조합의 최종 조성물은 폼 발생제 장비로 용량 조절을 통해 유도될 수 있다. 폼을 제조하는 하나의 방법은 비누 용액을 공기와 혼합하는 폼 발생제를 사용하는 것이다. 임의의 혼합 방법은 형성되는 버블을 야기하는 공기와 비누를 조합하기 위해 사용될 수 있고, 이는 진탕, 난류 또는 혼합을 포함한다. 예를 들면, 폼 발생 장비는 폼을 생성하기 위해 혼합되는 압출된 공기 및 계면활성제 용액을 포함할 수 있다. 물 및 공기의 양은 특정 밀도의 폼을 생성하기 위해 조절된다. 폼 체적의 조절은 전체 건조 생성물 중량을 조절하기 위해 사용된다.
바람직한 경우, 발포제의 혼합물은 "오프라인으로" 사전 배합될 수 있고, 즉, 발포된 석고 생성물을 제조하기 위한 공정과 분리된다. 그러나, 혼합 공정의 필수적인 "온라인" 부분으로서 제1 및 제2 발포제를 동시에 연속적으로 블렌딩하는 것이 바람직하다. 이는 예를 들면 상이한 발포제의 별개의 스트림을 펌핑하고, 이후 삽입되고, 소성된 석고 슬러리와 혼합된 수성 폼의 스트림을 생성하기 위해 이용되는 폼 생성제에서, 또는 바로 앞에 스트림을 함께 공급함으로써 달성된다. 이러한 방식으로 블렌딩함으로써, 블렌드에서의 제1 및 제2 발포제의 비는 (예를 들면 별개의 스트림 중 하나 또는 둘의 유량을 변화시킴으로써) 간단하고 효율적으로 조정하여 발포된 세트 석고 생성물에서의 바람직한 공극 특성을 달성할 수 있다. 이러한 조정은 최종 생성물의 조사와 관련하여 이루어질 것이고, 이는 이러한 조정이 필요로 되는지 여부를 결정한다. 이러한 "온라인" 블렌딩 및 조정의 추가의 설명은 참조로 혼입된 미국특허 5,643,510 및 5,683,635에서 찾아볼 수 있다.
슬러리 및 사전발생된 폼은 조합되어 발포된 석고 조성물을 제조할 수 있다. 석고 슬러리 및 사전발생된 폼의 하나의 조합 방법은 폼을 가압하고, 이를 슬러리로 밀어넣는 것에 의한다. 적어도 하나의 구현예는 폼을 분산시키기 위해 폼 링을 사용하여, 폼 링(foam ring)는 슬러리가 그것을 통해 유동하게 하는 성형 장치이다. 이는 슬러리가 링을 통과함에 따라 가압된 폼이 슬러리로의 충전을 위한 하나 이상의 제트 또는 슬롯을 포함한다. 본원에 참조로 포함된 미국특허 6,494,609에서 폼 링의 사용이 개시되어 있다. 폼 및 슬러리를 조합하는 다른 방법은 혼합기로 직접적으로 폼을 첨가하는 것에 의한다. 일 구현예에서, 폼 링 또는 다른 폼 주입 장치는 혼합기의 충전 도관으로 폼을 주입하도록 배향된다. 이러한 공정은 공동-양도된 미국특허 5,683,635에 기재되어 있고, 이는 참조로 포함되어 있다. 폼이 생성되거나 또는 슬러리로 주입되는 방식과 무관하게, 본 방법의 중요한 특징은 지방 알코올은 조합되거나 또는 일부 지점에서 슬러리로의 이의 혼입 이전의 폼 생성 또는 발생시의 일부 시점에 첨가된다. 석고 조성물은 석고 코어를 형성하기 위해 성형된다.
본 개시내용의 지방 알코올 및 발포제 체제로 형성된 세트 석고 코어의 석고 결정 매트릭스는 임의의 원하는 기공 크기 분포를 가지도록 조정될 수 있다. 비누 사용은 본 기술분야의 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 원하는 공극 크기 및 분포에 따라 생성물들 간에 구분된다. 원하는 대로 공극 크기를 조정하기 위한 기술은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려지고, 이해될 수 있을 것이다. 예를 들면 미국특허 5,643,510 및 US 2007/0048490을 참조한다. 예를 들면, 발포된 석고 코어의 공극 크기 분포는 수성 비누 혼합물에 비누의 농도를 조정함으로써 미세하게 조절될 수 있다. 발포된 석고 코어가 제조된 이후, 석고 코어의 내부의 조사는 공극 구조를 나타낸다. 공극 크기 분포에서의 변화는 초기 또는 사전 농도로부터 비누 농도를 변화시킴으로써 일어난다. 내부가 너무 큰 작은 공극 분율을 가지는 경우, 수성 비누 혼합물에서의 비누 농도는 감소될 수 있다. 매우 많이 큰 경우에, 길고 또는 불규칙하게 성형된 공극이 발견되고, 비누 농도를 증가할 것이다. 최적 공극 크기 분포가 생성물, 위치 또는 사용되는 원료에 의해 변화될 수 있지만, 이러한 공정 기술은 그것이 정의된 방식과 무관하게 원하는 공극 크기 분포를 향하여 이동시키는데 유용하다. 수많은 구현예에서 바람직한 공극 크기 분포는 사용되는 석고 제형에 대한 고강도 코어를 생성하는 것이다.
예를 들면, 일부 구현예에서, 세트 석고 코어는 상대적으로 큰 공기 공극의 평균 공기 공극, 예컨대 직경에 있어서 적어도 약 100 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 150 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 200 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 250 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 300 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 350 마이크론의 평균 공기 공극 직경 등을 갖는 공기 공극을 포함한다.
일부 구현예에서, 세트 석고 코어는 상대적으로 작은 공기 공극의 평균 공기 공극, 예컨대 직경에 있어서 적어도 약 100 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 90 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 80 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 70 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 60 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 직경에 있어서 적어도 약 50 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경 등을 갖는 공기 공극을 포함한다.
일부 구현예에서, 석고 결정 매트릭스는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지며, 최대 주파수를 갖는 공기 공극 크기는 약 100 마이크론 이하, 약 80 마이크론 이하, 약 70 마이크론 이하, 또는 약 50 마이크론 이하의 직경이다. 다른 구현예에서, 석고 결정 매트릭스는 공기 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지며, 최대 주파수를 갖는 공기 공극 크기는 적어도 약 100 마이크론의 직경, 예컨대 적어도 약 150 마이크론, 적어도 약 200 마이크론 등의 직경이다.
일부 구현예에서, 강도를 향상시키기 위해서, 세트 석고 코어는, 대공극 즉, 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 공극으로 인한 상당한 공극 체적을 포함한다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 20%, 예컨대 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 30%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 40%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 50%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 60%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 70%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 80%, 세트 석고 코어의 총 공극 체적의 적어도 약 90%에는 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 공극이 제공된다. 강도를 유지하면서 중량 감소를 향상시키기 위해서, 일부 구현예에서는, 높은 주파수에서 더 작은, 즉 약 100 마이크론 미만의 직경을 갖고 및/또는 약 50 마이크론 미만의 직경을 갖는 일반적으로 별개인 공기 공극은 대공극 사이에 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 최대 주파수를 갖는 공기 공극 크기는 약 100 마이크론 이하, 약 80 마이크론 이하, 약 70 마이크론 이하, 또는 약 50 마이크론 이하의 직경이며, 한편 동시에 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 공기 공극에 의한 공극 체적 분포는 상기 언급된 체적 백분율 중 임의의 것에 따를 수 있다. 일부 구현예에서, 공기 공극의 분포는 상대적으로 좁으며, 이는 코어 구조의 마이크로사진 또는 다른 이미지의 이미지 분석을 특징으로 할 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 평균 공기 공극 크기 (또한 평균 공기 공극 직경으로 지칭됨)는 코어 내의 개개의 공기 공극의 최대 직경으로부터 계산된다. 최대 직경은 페레 직경(Feret diameter)과 동일하다. 각각의 공기 공극의 최대 직경은 샘플의 이미지로부터 얻을 수 있다. 이미지는 임의의 적합한 기술, 예컨대 2차원 이미지를 제공하는 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 취해질 수 있다. 공기 공극의 다수의 기공 크기는 SEM 이미지에서 측정될 수 있고, 이로써 공극의 단면 (기공)의 무작위성은 평균 직경을 제공할 수 있다. 샘플의 코어를 통해 무작위적으로 놓여 있는 다수의 이미지에서의 공극의 측정값을 취하는 것은 이러한 계산법을 개선할 수 있다. 추가적으로, 다수의 2차원 SEM 이미지에 기초한 코어의 3차원 입체학적 모델을 구축하는 것은 또한 평균 공극 크기의 계산을 개선할 수 있다. 다른 기술은 X-선 CT-주사 분석 (XMT)이고, 이는 3차원 이미지를 제공한다. 다른 기술은 광학적 현미경이고, 여기서 라이트 콘트라스팅(light contrasting)은 예를 들면 공극의 깊이를 결정하는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 공극은 이미지 분석 소프트웨어, 예를 들면 NIH에 의해 현상되는 ImageJ를 사용하여 또는 수동으로 측정될 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 이미지로부터의 공극 크기 및 분포의 수동 결정은 각각의 공극의 치수의 시각적 관찰에 의해 결정될 수 있다. 샘플은 석고 보드를 절단하여 얻을 수 있다.
일반적으로 직경에 있어서 약 5 ㎛ 이하의 공극을 갖는 증발 물 공극은 또한 상술한 공기 (폼) 공극과 함께 공극에 기여한다. 일부 구현예에서, 약 5 마이크론 초과의 기공 크기를 갖는 공극 대 약 5 마이크론 이하의 기공 크기를 갖는 공극의 체적비는 0.5:1 내지 약 9:1, 예컨대, 예를 들면, 약 0.7:1 내지 약 9:1, 약 0.8:1 내지 약 9:1, 약 1.4:1 내지 약 9:1, 약 1.8:1 내지 약 9:1, 약 2.3:1 내지 약 9:1, 약 0.7:1 내지 약 6:1, 약 1.4:1 내지 약 6:1, 약 1.8:1 내지 약 6:1, 약 0.7:1 내지 약 4:1, 약 1.4:1 내지 약 4:1, 약 1.8:1 내지 약 4:1, 약 0.5:1 내지 약 2.3:1, 약 0.7:1 내지 약 2.3:1, 약 0.8:1 내지 약 2.3:1, 약 1.4:1 내지 약 2.3:1, 약 1.8:1 내지 약 2.3:1 등이다.
임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 지방 알코올은 폼이 석고 슬러리 (때때로 "스투코 슬러리"로서 지칭됨)로 주입되는 경우, 발포제로부터 형성된 폼 버블의 안정성을 향상시키는 것으로 여겨진다. 폼 버블은 추가로 둘러싸인 석고 슬러리와 계면에서 외부 쉘을 형성하는 것으로 여겨진다. 지방 알코올은 계면에서 쉘을 강화하고, 안정화시키고 이에 의해 공극 크기 및 분포에 대한 개선된 조절을 제공하는 것으로 여겨진다. 또한, 개선된 안정성으로 인해, 폼 버블이 더 적게 부서질수록, 이에 따라 일부 구현예에서 지방 알코올 없이 제조된 동일한 기판과 비교하여 동일한 원하는 보드 중량 감소를 달성하기 위해 더 적은 발포제가 필요로 된다. 추가로 발포제는 미셀을 형성하는 것으로 여겨진다. 이와 관련하여, 발포제는 일반적으로 소수성 테일 및 친수성 헤드를 갖는 계면활성제이다. 지방 알코올은 계면활성제 미셀로 혼입될 수 있고, 이로써 계면활성제 및 지방 알코올로부터의 소수성 영역은 서로 인접하여 소수성 영역들 사이의 소수성 상호작용에 의해 폼 버블을 보호한다.
석고 슬러리는 물 및 스투코를 포함한다. 임의의 적합한 유형의 스투코는 석고 슬러리에서 사용될 수 있고, 이는 칼슘 설페이트 알파 반수화물, 칼슘 설페이트 베타 반수화물, 칼슘 설페이트 무수물을 포함한다. 스투코는 섬유성 또는 비섬유성일 수 있다. 본 개시내용의 구현예는 임의의 적합한 물-대-스투코 비 (WSR)를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, WSR은 약 0.3 내지 약 1.5, 예컨대, 예를 들면, 약 0.3 내지 약 1.3, 약 0.3 내지 약 1.2, 약 0.3 내지 약 1, 약 0.3 내지 약 0.8, 약 0.5 내지 약 1.5, 약 0.5 내지 약 1.3, 약 0.5 내지 약 1.2, 약 0.5 내지 약 1, 약 0.5 내지 약 0.8, 약 0.7 내지 약 1.5, 약 0.7 내지 약 1.3, 약 0.7 내지 약 1.2, 약 0.7 내지 약 1, 약 0.8 내지 약 1.5, 약 0.8 내지 약 1.3, 약 0.8 내지 약 1.2, 약 0.8 내지 약 1, 약 0.9 내지 약 1.5, 약 0.9 내지 약 1.3, 약 0.9 내지 약 1.2, 약 1 내지 약 1.5, 약 1 내지 약 1.4, 약 1 내지 약 1.2 등이다.
놀랍게도 그리고 예상외로, 폼 공극의 개선된 안정성, 및 본원에 기재된 관련 생성된 장점은 심지어 보드 코어의 형성시 사용되는 다양한 석고 슬러리 첨가제 및 양의 존재 하에 달성될 수 있다. 이와 같이, 본 개시내용의 구현예에 따른 발포제 및 지방 알코올을 포함하는 개선된 개질된 프리-폼 믹스는 초경량 보드, 주형 및 방균 및 방수 보드, 및 내화 제품을 포함하는 다양한 유형의 석고 생성물의 제조시 사용될 수 있다.
석고 슬러리는 세팅의 속도를 조정하기 위해 본 기술분야에 알려진 바와 같이 가속제 또는 지연제를 포함할 수 있다. 가속제는 다양한 형태 (예를 들면, 습윤 석고 가속제, 내열성 가속제, 및 기후 안정성 가속제)일 수 있다. 예를 들면, 미국특허 3,573,947 및 6,409,825를 참조한다. 일부 구현예에서, 가속제 및/또는 지연제가 포함되고, 가속제 및/또는 지연제 각각은, 고형물 기준으로 스투코의 예컨대, 약 0 중량% 내지 약 10 중량% (예를 들면, 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%), 예컨대, 예를 들면, 스투코의 약 0 중량% 내지 약 5 중량% (예를 들면, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%)의 양으로 보드 코어를 형성하기 위해 스투코 슬러리에 존재할 수 있다.
다른 첨가제는 석고 슬러리에 포함되어 원하는 특정을 제공할 수 있고, 이는 생강도, 새깅 저항성, 내수성, 방균성, 내화성, 열적 특성, 보드 강도 등을 포함한다. 적합한 첨가제의 예는 예를 들면 강도 첨가제, 예컨대 전분, 분산제, 폴리포스페이트, 고팽창 미립자, 히트 싱크 첨가제, 섬유, 실록산, 산화마그네슘 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 본원에서 단일의 용어 첨가제의 사용은 편의를 위해 사용되나, 본 기술분야의 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이 복수개, 즉, 1개 초과의 첨가제를 조합하여 포괄하는 것으로 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 석고 슬러리는 (예를 들면 증가된 인발저항을 통해) 전분 없이 보드의 강도와 관련된 석고 보드의 강도를 증가시키는데 유효한 전분을 포함한다. 임의의 적합한 강도 향상 전분이 사용될 수 있고, 이는 하이드록시알킬화된 전분 예컨대 하이드록시에틸화된 또는 하이드록시프로필화된 전분, 또는 이들의 조합, 또는 전호화분 전분을 포함하고, 이는 일반적으로 산 개질된 이동 전분에 대해 바람직하고, 이는 일반적으로 코어 강도 향상이 아닌 종이-코어 결합 향상을 제공한다. 임의의 적합한 전호화분 전분은 미국특허 2014/0113124 A1 및 US 2015/0010767-A1에 기재된 향상 첨가제를 포함할 수 있고, 이는 이의 제조 방법 및 본원에 기재된 원하는 점도 범위를 포함하고 있다.
포함되는 경우, 전호화분 전분은 임의의 적합한 점도를 나타낼 수 있다. 일부 구현예에서, 전호화분 전분은 본 기술분야에 알려져 있고, US 2014/0113124 A1에 기술된 VMA 방법에 따라 측정된 중간-범위 점도 전분이고, 이의 VMA 방법은 본원에 참조로 포함되어 있다. 일부 구현예에 따른 바람직한 전호화분 전분은 예를 들면 수중에서의 15 중량%의 용액에서 측정되는 경우에 VMA 방법에 따라 약 20 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 예를 들면, 약 약 20 센티포아즈 내지 약 600 센티포아즈, 약 20 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 20 센티포아즈 내지 약 400 센티포아즈, 약 20 센티포아즈 내지 약 300 센티포아즈, 약 20 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈, 약 20 센티포아즈 내지 약 100 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 600 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 400 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 300 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 100 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 600 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 400 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 300 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈, 약 50 센티포아즈 내지 약 100 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 600 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 400 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 300 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈, 약 70 센티포아즈 내지 약 100 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 600 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 400 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 300 센티포아즈, 약 100 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈 등의 중간 범위 점도를 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 전호화분 전분은 압출된 전분으로서 제조될 수 있고, 예를 들면, 여기서 전분은 US 2015/0010767-A1에 기재된 바와 같이 압출기에서 1단계로의 전호화 및 산-개질에 의해 제조되고, 이러한 압출 방법은 본원에 참조로 포함되어 있다.
포함되는 경우, 전분은 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 전분은 스투코의 약 0 중량% 내지 약 20 중량%, 예를 들면, 스투코의 약 0 중량% 내지 약 15 중량%, 스투코의 약 0 중량% 내지 약 10 중량%, 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%, 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 6 중량%, 스투코의 약 0.3 중량% 내지 약 4 중량%, 스투코의 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 스투코의 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 스투코의 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%, 스투코의 약 1 중량% 내지 약 4 중량%, 스투코의 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 스투코의 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 등의 양으로 석고 슬러리 내에 존재한다.
석고 슬러리는 임의로 일부 구현예에서 유동성을 향상시키기 위한 적어도 하나의 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 다른 건조 성분을 가진 건조 형태 및 또는 스투코 슬러리에서 다른 액체 성분을 가진 액체 형태로 포함될 수 있다. 분산제의 예는 나프탈렌설포네이트, 예컨대 폴리나프탈렌설폰산 및 이의 염 (폴리나프탈렌설포네이트) 및 유도체를 포함하고, 이는 나프탈렌설폰산 및 포름알데히드의 축합 생성물 뿐만아니라 또한 폴리카복실레이트 분산제, 예컨대 폴리카복실산 에테르, 예를 들면, PCE211, PCE111, 1641, 1641F, 또는 PCE 2641-유형 분산제, 예를 들면, MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L 분산제 (BASF), 및 COATEX Ethacryl M (Coatex, Inc.로부터 이용가능함); 및/또는 리그노설포네이트 또는 설폰화된 리그닌이다. 나프탈렌설포네이트 분산제는 최종 생성물에서의 더 큰 버블 및 이에 따른 더 큰 공극의 형성을 촉진하기 위해 사용될 수 있고, 폴리카복실레이트 예컨대 폴리카복실레이트 에테르는 생성물에서 더 작은 버블 및 이에 따른 더 작은 공극을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 생성물에 대한 공극 구조 변화가 제조 과정 동안 바람직하지만, 공정에서의 이와 같은 분산제 조정 및 다른 변화가 당업자가 이해할 수 있을 정도로 이루어질 수 있다. 리그노설포네이트는 수용성 음이온성 고분자전해질 폴리머, 아황산 펄프를 사용하여 우드 펄프의 제조로부터의 부산물이다. 본 개시내용의 구현예의 원리의 실시에서 유용한 리그닌의 일 예는 Reed Lignin Inc로부터 이용가능한 Marasperse C-21이다.
저분자량 분산제가 일반적으로 바람직하다. 저분자량 나프탈렌설포네이트 분산제가 바람직하고, 이는 더 높은 점도, 더 높은 분자량 분산제보다 물 수요를 낮추는 경향이 있기 때문이다. 이에 따라, 약 3,000 내지 약 10,000 (예를 들면, 약 8,000 내지 약 10,000)의 분자량이 바람직하다. 다른 예시로서, PCE211 유형 분산제에 대해, 일부 구현예에서, 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000일 수 있고, 이는 60,000 초과의 분자량을 갖는 분산제보다 더 낮은 지연을 나타낸다.
나프탈렌설포네이트의 일 예는 GEO Specialty Chemicals로부터 이용가능한 DILOFLO이다. DILOFLO는 수중에서의 45% 나프탈렌설포네이트 용액이고, 한편, 예를 들면, 약 35 중량% 내지 약 55 중량% 고형분 범위로의 다른 수용액이 또한 용이하게 이용가능하다. 나프탈렌설포네이트는 건조 고형물 또는 분말 형태, 예컨대, 예를 들면 GEO Specialty Chemicals로부터 이용가능한 LOMAR D가 사용될 수 있다. 나프탈렌설포네이트의 다른 예는 GEO Specialty Chemicals로부터 이용가능한 DAXAD이다.
포함되는 경우, 분산제는 임의의 적합한 양으로 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 분산제는 예를 들면, 스투코의 약 0 중량% 내지 약 0.7 중량%, 스투코의 약 0 중량% 내지 약 0.4 중량%, 스투코의 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%, 스투코의 약 0.05 중량% 내지 약 0.3 중량%, 또는 스투코의 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재한다.
일부 구현예에서, 석고 슬러리는 바람직한 경우에 임의로 하나 이상의 포스페이트-함유 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서 유용한 포스페이트-함유 화합물은 수용성 성분을 포함하고, 이온, 염, 또는 산, 즉 축합된 인산의 형태일 수 있고, 이들 각각은 2개 이상의 인산 단위; 축합된 포스페이트의 염 또는 이온을 포함하고, 이의 각각은 2개 이상의 포스페이트 단위; 및 오르토포스페이트의 1염기성 염 또는 1가 이온뿐만 아니라 수용성 아크릴산 폴리포스페이트 염을 포함한다. 예를 들면, 미국특허 6,342,284; 6,632,550; 6,815,049; 및 6,822,033를 참조하다.
일부 구현예에서 첨가되는 경우 포스페이트 조성물은 생강도, 영구 변형에 대한 저항성 (예를 들면, 새깅), 치수 안정성 등을 향상시킬 수 있다. 트리메타포스페이트 화합물이 사용될 수 있고, 이는 예를 들면 나트륨 트리메타포스페이트, 칼륨 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트, 및 암모늄 트리메타포스페이트를 포함한다. 나트륨 트리메타포스페이트 (STMP)가 바람직하고, 한편 다른 포스페이트가 적합할 수 있고, 이는 예를 들면 나트륨 테트라메타포스페이트, 나트륨 헥사메타포스페이트 (이는 약 6 내지 약 27개의 포스페이트 반복 단위를 가지고, 분자식 Nan+2PnO3n+1을 가짐, 여기서 n=6-27임), 테트라칼륨 파이로포스페이트 (분자식 K4P2O7을 가짐), 트리나트륨 이칼륨 트리폴리포스페이트 (분자식 Na3K2P3O10을 가짐), 나트륨 트리폴리포스페이트 (분자식 Na5P3O10을 가짐), 테트라나트륨 파이로포스페이트 (분자식 Na4P2O7을 가짐), 알루미늄 트리메타포스페이트 (분자식 Al(PO3)3을 가짐), 나트륨 산 파이로포스페이트 (분자식 Na2H2P2O7을 가짐), 암모늄 폴리포스페이트 (1,000-3,000개의 포스페이트 반복 단위를 가지고, 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1을 가짐, 여기서 n=1,000-3,000임) 또는 다인산 (2개 이상의 인산 반복 단위를 가지고, 분자식 Hn+2PnO3n+1을 가짐, 여기서 n은 2이상임)을 포함한다.
포함되는 경우, 포스페이트-함유 화합물은 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 예시를 위해, 일부 구현예에서, 포스페이트-함유 화합물은 예를 들면 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 예를 들면, 약 0.2 중량% 내지 약 0.4 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
내수성 또는 방균성 첨가제 예컨대 실록산이 임의로 포함될 수 있다. 포함되는 경우, 일부 구현예에서, 실록산은 바람직하게는 에멀젼의 형태로 첨가된다. 슬러리는 이후 실록산의 중합을 촉진시켜 고도로 가교결합된 실리콘 수지를 형성하는 조건 하에 성형되고, 건조된다. 고도로 가교결합된 실리콘 수지를 형성하기 위한 실록산의 중합을 촉진하는 촉매는 석고 슬러리에 첨가될 수 있다. 미국특허 7,811,685에 기재된 바와 같이, 산화마그네슘은 일부 구현예에서 촉매화 및/또는 방균성 및/또는 내수성에 기여하도록 포함될 수 있다. 포함되는 경우, 산화마그네슘은 임의의 적합한 양, 예컨대 스투코의 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%, 예를 들면, 약 0.02 중량% 내지 약 0.04 중량%로 존재한다.
일부 구현예에서, 명칭 SILRES BS 94 하에 Wacker-Chemie GmbH (뮌헨, 독일)로부터 시판되는 무용매 메틸 수소 실록산 유체가 실록산으로서 사용될 수 있다. 이러한 제품은 물 또는 용매를 함유하지 않는 실록산 유체이다. 약 0.05% 내지 약 0.5%, 예를 들면, 약 0.07% 내지 약 0.14%의 BS 94 실록산이 스투코의 중량 기준으로 일부 구현예에서 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 건조 스투코 중량 기준으로 약 0.05% 내지 약 0.2%, 예를 들면, 약 0.09% 내지 약 0.12%의 실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
석고 슬러리는 일부 구현예에서 임의의 적합한 내화성 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 내화성 첨가제의 예는 고팽창 미립자, 고효율 히트 싱크 첨가제, 섬유 등, 또는 이들의 조합을 포함하고, 이는 미국특허 8,323,785에 기재되어 있고, 이러한 첨가제의 설명은 참조로 본원에 포함되어 있다. 버미큘라이트, 알루미늄 3수화물, 유리섬유, 및 이들의 조합이 일부 구현예에서 사용될 수 있다.
예를 들면, 일부 구현예에 따라 유용한 고팽창 미립자는 약 1560℉ (약 850 ℃)에서 한시간 동안 가열되는 경우 이의 최초 체적의 약 300% 이상의 체적 팽창을 나타낼 수 있다. 일부 구현예에서, 약 1560℉ (약 850℃)의 온도를 갖는 챔버에서 한 시간 동안 배치된 이후에 이의 최초 체적의 약 300% 내지 약 380%의 체적 팽창을 갖는 고팽창 버미큘라이트가 사용될 수 있다. 포함되는 경우, 고팽창 미립자, 예컨대 버미큘라이트는 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 스투코의 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 예를 들면, 약 3 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재한다.
알루미나 3수화물 및 수화된 알루미나로도 지칭되는 알루미늄 3수화물 (ATH)은 이의 결정화된 또는 배합된 물 함량으로 인해 내화성을 증가시킬 수 있다. ATH는 고효율 히트 싱크 첨가제의 적합한 예이다. 이러한 고효율 히트 싱크 (HEHS) 첨가제는 패널 코어의 석고 2수화물 성분으로부터 수증기의 방출 및 탈수를 야기하는 온도 범위에서 비슷한 양의 석고 2수화물의 히트 싱크 용량을 초과하는 히트 싱크 용량을 가진다. 이러한 첨가제는 전형적으로 조성물, 예컨대 분해되는 알루미늄 3수화물 또는 다른 금속 수산화물로부터 선택되고, 이는 석고 2수화물와 동일하거나 유사한 온도 범위에서 수증기를 방출한다. 한편 비슷한 양의 석고 2수화물에 비해 증가된 히트 싱크 효율을 가진 다른 HEHS 첨가제 (또는 HEHS 첨가제의 조합)이 사용될 수 있고, 바람직한 HEHS 첨가제는 내화 또는 다른 고온 응용분야에 대한 것으로 의도되는 석고 패널에서 사용되는 경우에, 중량에서의 임의의 증가 또는 HEHS 첨가제의 다른 바람직하지 않은 특성을 상쇄시키기 위해 석고 2수화물과 비교하여 충분하게 증가된 히트 싱크 효율을 제공한다. 포함되는 경우, 히트 싱크 첨가제, 예컨대 ATH는 임의의 적합한 양으로 존재한다. 일부 구현예에서, 이는 스투코의 약 1 중량% 내지 약 8 중량%, 예를 들면, 약 2 중량% 내지 약 4 중량%의 양으로 포함된다.
섬유는 광섬유, 탄소 및/또는 유리 섬유 및 이러한 섬유의 혼합물뿐만 아니라 패널에 비슷한 장점을 제공하는 비슷한 섬유을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 유리 섬유는 석고 코어 슬러리에 혼입되고, 결정성 코어 구조를 생성한다. 일부 구현예에서 유리 섬유는 약 0.5 내지 약 0.75 인치의 평균 길이 및 약 11 내지 약 17 마이크론의 지경을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 이러한 유리 섬유는 약 0.5 내지 약 0.675 인치의 평균 길이 및 약 13 내지 약 16 마이크론의 직경을 가질 수 있다. 포함되는 경우, 섬유, 예컨대 유리 섬유는 임의의 적합한 양, 예컨대 스투코의 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%, 예를 들면, 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%로 존재한다.
본 개시내용의 구현예에 따른 석고 보드는 일정 범위의 바람직한 밀도를 갖는 다양한 상이한 제품에서의 유용성을 가지고, 이는 비제한적으로 건조벽면 (이는 벽면뿐만 아니라 천장 및 본 기술분야에 이해되는 위치에서 사용되는 이러한 보드를 포괄할 수 있음), 내화성 보드, 방균성 보드, 방수성 보드 등을 포함한다. 보드 중량은 두께의 함수이다. 보드가 일반적으로 다양한 두께로 제조되기 때문에, 보드 밀도는 본원에서 보드 중량의 측정값으로서 사용된다. 적합한 두께의 예는 3/8 인치, 1/2 인치, 5/8 인치, 3/4 인치 또는 1 인치를 포함한다. 본 개시내용의 구현예에 따른 석고 보드의 장점은 최대 더 무거운 보드 밀도, 예를 들면 약 43　pcf 이하, 또는 40 pcf 이하, 예컨대 약 17　pcf 내지 약 43　pcf, 약 20　pcf 내지 약 43　pcf, 약 24　pcf 내지 약 43　pcf, 약 27　pcf 내지 약 43　pcf, 약 20　pcf 내지 약 40　pcf, 약 24　pcf 내지 약 40　pcf, 약 27　pcf 내지 약 40　pcf, 약 20　pcf 내지 약 37　pcf, 약 24　pcf 내지 약 37　pcf, 약 27　pcf 내지 약 37　pcf, 약 20　pcf 내지 약 35　pcf, 약 24　pcf 내지 약 35　pcf, 약 27　pcf 내지 약 35　pcf 등을 포함하는 일정 범위의 밀도에서 보여질 수 있다.
본원에 주지된 바와 같이, 석고 벽면보드로부터 질량을 감소시키는 것은 강도에서 수반되는 손실에 대해 보상하는데 상당한 곤란성을 야기한다. 개선된 발포 공극 안정성의 관점에서, 본 개시내용의 일부 구현예는 놀랍게도 그리고 예상외로 양호한 강도 및/또는 바람직한 연소 또는 열적 특성, 더 낮은 물 수요, 및 본원에 기재된 첨가제의 효율적 용도를 갖는 더 낮은 중량의 보드의 사용을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 보드 밀도는 약 17 pcf 내지 약 35 pcf, 예를 들면, 약 17　pcf 내지 약 33　pcf, 17 pcf 내지 약 31 pcf, 17 pcf 내지 약 28 pcf, 약 20　pcf 내지 약 32　pcf, 약 20　pcf 내지 약 31　pcf, 약 20　pcf 내지 약 30　pcf, 약 20　pcf 내지 약 30　pcf, 약 20　pcf 내지 약 29　pcf, 약 20　pcf 내지 약 28　pcf, 약 21　pcf 내지 약 33　pcf, 약 21　pcf 내지 약 32　pcf, 약 21　pcf 내지 약 33　pcf, 약 21　pcf 내지 약 32　pcf, 약 21　pcf 내지 약 31　pcf, 약 21　pcf 내지 약 30　pcf, 약 21　pcf 내지 약 29　pcf, 약 21　pcf 내지 약 28　pcf, 약 21　pcf 내지 약 29　pcf, 약 24　pcf 내지 약 33　pcf, 약 24　pcf 내지 약 32　pcf, 약 24　pcf 내지 약 31　pcf, 약 24　pcf 내지 약 30　pcf, 약 24　pcf 내지 약 29　pcf, 약 24　pcf 내지 약 28　pcf, 또는 약 24　pcf 내지 약 27　pcf 등일 수 있다.
커버 시트는 임의의 적절한 형태의 것일 수 있다. 커버 시트와 관련하여, 용어 "정면" 및 "상면" 시트는 본원에서 상호교환적으로 사용되고, 한편 용어 "후면" 및 "하면"은 마찬가지로 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 예를 들면, 커버 시트는 셀룰로오스 섬유, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄울, 또는 개개의 시트 또는 복수개의 시트의 조합을 포함할 수 있다. 상기 시트 중 하나 또는 둘은 개개의 시트 또는 복수개의 시트를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 커버 시트는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 예를 들면, 종이 시트, 예컨대 마닐라지 또는 크라프트지는 후면 시트로서 사용될 수 있다. 유용한 커버 시트 종이는 마닐라 7-플리(Manila 7-ply) 및 뉴스-라인 3-플리(News-Line 3-ply), 또는 7-플리(7-ply) (United States Gypsum Corporation로부터 이용가능함, 시카고, IL 소재); 그레이-블랙 3-플리 및 마닐라 아이보리 3-플리 (International Paper로부터 이용가능함, 뉴포트, IN 소재); 및 마닐라 중량지 및 MH 마닐라 HT (고인장력) 종이 (United States Gypsum Corporation로부터 이용가능함, 시카고, IL 소재)를 포함한다. 커버 시트의 예는 5-플리 뉴스라인이다.
또한, 셀룰로오스 종이는 임의의 다른 물질 또는 물질의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 두 시트, 특히 정면 (상면) 시트는 종이의 강도를 향상시키기 위해 본원에 기재된 바와 같이 폴리비닐 알코올, 붕산, 또는 폴리포스페이트 (예를 들면, 나트륨 트리메타포스페이트)를 포함한다. 일부 구현예에서, 종이는 하나 이상의 폴리비닐 알코올, 붕산, 및/또는 폴리포스페이트의 용액과 접촉되어, 이로써 종이가 적어도 부분적으로 습윤될 수 있다. 종이는 일부 구현예에서, 적어도 부분적으로 포화될 수 있다. 폴리비닐 알코올, 붕산 및/또는 붕산은 일부 구현예에서 종이 내의 섬유를 통과할 수 있다. 폴리비닐 알코올, 붕산 및/또는 폴리포스페이트의 용액은 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 임의의 적합한 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 용액은 폴리비닐 알코올, 붕산 및/또는 폴리포스페이트 중에 존재하는 각각의 성분의 수중에서의 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 고형물의 형태로 존재할 수 있고, 이는 하나의 용액에 또는 바람직한 경우 복수개의 용액에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 또는 두 시트는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 울, 또는 상술한 물질의 조합을 포함할 수 있다. 본 개시내용에 따른 하나 또는 두 시트는 일반적으로 친수성이고, 이는 시트가 적어도 부분적으로 시트의 표면 상에 물 분자를 부착시킬 수 있고 및/또는 시트 내로 물 분자를 흡수할 수 있다는 것을 의미한다.
다른 구현예에서, 커버 시트는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄울, 또는 이의 혼합물을 "실질적으로 함유하지 않을" 수 있고, 이는 커버 시트가 (i) 시트의 중량 기준으로 0 중량%의 이러한 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 울, 또는 이의 혼합물을 함유하거나, 또는 함유하지 않거나, 또는 (ii) 무효한 또는 (iii) 미미한 양의 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄울, 또는 이의 혼합물을 함유한다. 무효한 양의 예는 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄울, 또는 이의 혼합물을 사용하는 의도된 목적을 달성한다. 미미한 양은 예를 들면 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 스투코 중량에 기초하여 약 5 중량% 미만, 예컨대 약 2 중량% 미만, 약 1 중량% 미만, 약 0.5 중량% 미만, 약 0.2 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 또는 약 0.01 중량% 미만일 수 있다. 그러나, 바람직한 경우, 대안적인 구현예에서, 이러한 성분은 커버 시트에 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 상면 및/또는 하면 시트의 열전도성은 약 0.1 w/(m.k.) 미만이다. 예를 들면, 상면 및/또는 하면 시트의 열전도성은 약 0.05 w/(m.k.) 미만이다.
바람직한 경우, 일부 구현예에서, 하나 또는 두 커버 시트는 임의로 임의의 적절한 양의 무기 화합물 또는 추구되는 물성인 더 큰 내화성을 적절하게 부여하는 무기 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 적절한 무기 화합물의 예는 알루미늄 3수화물 및 마그네슘 수산화물을 포함한다. 예를 들면, 커버 시트는 임의의 무기 화합물 또는 고도로 결정화된 물 함량을 갖는 무기 화합물의 혼합물, 또는 가열시 물을 방출하는 임의의 화합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 시트에서 무기 화합물 또는 무기 화합물의 총 혼합물의 양은 시트의 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 시트에서 사용되는 무기 화합물 또는 무기 화합물들은 임의의 적합한 입자 크기 또는 적합한 입자 크기 분포의 것일 수 있다.
일부 구현예에서, ATH는 시트의 총 중량 기준으로 약 5% 내지 약 30%의 양으로 첨가될 수 있다. ATH는 전형적으로 실온에서 매우 안정하다. 약 180℃ 내지 205℃의 온도 초과에서 ATH는 전형적으로 수증기를 방출하는 흡열성 분해가 진행된다. 이러한 ATH 첨가제에 대한 분해열은 약 1000 줄/그램 초과이고, 일 구현예에서, 약 1170 줄/그램이다. 이론에 구속됨 없이, ATH 첨가제는 분해되어 하기 반응식에 따라 205℃ 초과로 가열되는 경우에 수증기로서 대략 35%의 결정수를 방출하는 것으로 여겨진다: Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
높은 물 함량의 무기 입자, 예컨대 ATH를 포함하는 커버 시트는 보드의 내화성을 증가시킬 수 있다. 무기 화합물 또는 화합물의 혼합물은 일부 구현예에서 시트에 혼입된다. 커버 시트 예컨대 ATH를 포함하는 종이는 우선 약 1% 컨시스턴시에서 수중에서 셀룰로오스 섬유를 희석시키고, 이후 예정된 비율로 ATH 입자와 혼합함으로써 제조될 수 있다. 혼합물은 주형에 부어질 수 있고, 이의 바닥은 물을 배수시키기 위해 와이어 메쉬를 가질 수 있다. 배수 이후, 섬유 및 ATH 입자는 와이어 상에 보유된다. 습윤 시트는 흡수지에 옮겨지고, 약 200-360℉에서 건조된다.
일부 구현예에서, 커버 시트 또는 스투코 슬러리에의 혼입에 대해 기술된 바와 같이, 예를 들면, 약 20 ㎛ 미만의 ATH 입자가 바람직하나, 임의의 적합한 공급원 또는 등급의 ATH가 사용될 수 있다. 예를 들면, ATH는 상업적 공급처 예컨대 상표명 SB 432 (10 ㎛) 또는 Hydral® 710 (1㎛) 하의 Huber로부터 얻을 수 있다.
일부 구현예에서, 커버 시트는 수산화마그네슘을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 수산화마그네슘 첨가제는 180℃ 내지 205℃ 또는 그 초과에서 바람직하게는 약 1000 줄/그램 초과, 예컨대 약 1350 줄/그램의 분해열을 가진다. 이러한 구현예에서, 임의의 적합한 수산화마그네슘이 사용될 수 있고, 이는 오하이오주의 애크런 소재의 Akrochem Corp.을 포함하는 공급처로부터 상업적으로 이용가능하다.
다른 구현예에서, 커버 시트는 무기 화합물, 예컨대 ATH, 수산화마그네슘, 또는 이들의 혼합물을 "실질적으로 함유하지 않고", 이는 커버 시트가 (i) 시트의 중량 기준으로 0 중량%의 이러한 무기 화합물, 예컨대 ATH, 수산화마그네슘, 또는 이들의 혼합물을 함유하거나, 또는 함유하지 않고, 또는 (ii) 무효한 또는 (iii) 미미한 양의 무기 화합물 예컨대 ATH, 수산화마그네슘, 또는 이들의 혼합물을 함유하는 것을 의미한다. 무효한 양의 예는 본 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 무기 화합물 예컨대 ATH, 수산화마그네슘, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위한 임계값 양보다 적은 양이다. 미미한 양은 예를 들면 약 5 중량% 미만, 예컨대 약 2 중량% 미만, 약 1 중량% 미만, 약 0.5 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 약 0.05 중량% 미만, 약 0.01 중량% 미만 등일 수 있다.
커버 시트는 또한 임의의 적절한 전체 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 커버 시트 중 적어도 하나는 상대적으로 높은 두께, 예를 들면 적어도 약 0.014 인치의 두께를 가진다. 일부 구현예에서, 심지어 더 높은 두께, 예를 들면, 적어도 약 0.015 인치, 적어도 약 0.016 인치, 적어도 약 0.017 인치, 적어도 약 0.018 인치, 적어도 약 0.019 인치, 적어도 약 0.020 인치, 적어도 약 0.021 인치, 적어도 약 0.022 인치, 또는 적어도 약 0.023 인치인 것이 바람직하다. 이러한 범위에 대한 임의의 적합한 상한값, 예를 들면 약 0.030 인치, 약 0.027 인치, 약 0.025 인치, 약 0.024 인치, 약 0.023 인치, 약 0.022 인치, 약 0.021 인치, 약 0.020 인치, 약 0.019 인치, 약 0.018 인치 등의 범위의 상한치가 적용할 수 있다. 전체 시트 두께는 석고 보드에 부착된 각각의 시트의 두께의 합을 지칭한다.
커버 시트는 임의의 적합한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 커버 시트 중 적어도 하나 또는 둘은 적어도 약 36 pcf, 예를 들면, 약 36 pcf 내지 약 46 pcf, 예컨대 약 36 pcf 내지 약 44 pcf, 약 36 pcf 내지 약 42 pcf, 약 36 pcf 내지 약 40 pcf, 약 38 pcf 내지 약 46 pcf, 약 38 pcf 내지 약 44 pcf, 약 38 pcf 내지 약 42 pcf 등의 밀도를 가진다.
커버 시트는 임의의 적합한 중량을 가질 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 더 낮은 평량의 커버 시트 (예를 들면, 종이로 성형됨) (예를 들면, 약 33　lbs/MSF 내지 약 65　lbs/MSF, 약 33　lbs/MSF 내지 약 60　lbs/MSF, 33　lbs/MSF 내지 약 58　lbs/MSF 약 33　lbs/MSF 내지 약 55　lbs/MSF, 약 33　lbs/MSF 내지 약 50　lbs/MSF, 약 33　lbs/MSF 내지 약 45　lbs/MSF, 등, 약 45　lbs/MSF 이하)가 일부 구현예에서 이용될 수 있다. 다른 구현예에서, 하나 또는 두 커버 시트는 약 38　lbs/MSF 내지 약 65　lbs/MSF, 약 38　lbs/MSF 내지 약 60　lbs/MSF, 약 38　lbs/MSF 내지 약 58　lbs/MSF, 약 38　lbs/MSF 내지 약 55　lbs/MSF, 약 38　lbs/MSF 내지 약 50　lbs/MSF, 약 38　lbs/MSF 내지 약 45　lbs/MSF의 평량을 가진다.
그러나, 바람직한 경우, 일부 구현예에서, 예를 들면 인발 저항을 추가로 향상시키기 위해 또는 취급성을 향상시키기 위해, 예를 들면 최종 사용자에 대한 바람직한 "촉감" 특성을 촉진하기 위해 심지어 더 높은 평량이 사용될 수 있다. 따라서, 커버 시트 중 하나 또는 둘은 예를 들면, 적어도 약 45　lbs/MSF (예를 들면, 약 45　lbs/MSF 내지 약 65　lbs/MSF, 약 45　lbs/MSF 내지 약 60　lbs/MSF, 약 45　lbs/MSF 내지 약 55　lbs/MSF, 약 50　lbs/MSF 내지 약 65　lbs/MSF, 약 50　lbs/MSF 내지 약 60　lbs/MSF 등)의 평량을 가질 수 있다. 바람직한 경우, 일부 구현예에서, 예를 들면, 인발 저항 및 취급성을 향상시키기 위해 하나의 커버 시트 (예를 들면, "장착시" 종이 "정면")는 상술한 더 높은 평량을 가질 수 있고, 한편 나머지 커버 시트 (예를 들면, 보다가 장착시 "후면" 시트)는 바람직한 경우에 다소 낮은 평량 (예를 들면, 약 60　lbs/MSF 미만, 예를 들면, 약 33　lbs/MSF 내지 약 55　lbs/MSF, 약 33　lbs/MSF 내지 약 50　lbs/MSF, 약 33　lbs/MSF 내지 약 45　lbs/MSF, 또는 약 33　lbs/MSF 내지 약 40　lbs/MSF의 평량)을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 석고 보드 제품은 종래의 벽면보드에서 볼 수 있는 것 초과의 내화성을 나타낸다. 내화성을 달성하기 위해, 보드는 임의로 본원에 기재된 최종 보드 제품에서 내화성을 향상시키는 특정 첨가제로부터 형성될 수 있다. 일부 내화성 보드는 보드가 어셈블리로 특정 시험을 통과하는 경우에 "내화성"인 것으로 고려된다.
일부 구현예에 따라, 석고 보드는 UL U305, U419, U423, 및/또는 동등한 내화성 시험 과정 및 표준의 내화 및 구조적 무결성 요건에 따른 내화성을 충족시키거나 또는 이를 초과하도록 구성되고, 예를 들면, 여기서 보드는 본원에 논의된 내화성 첨가제를 포함한다. 본 개시내용은 따라서 석고 보드 (1/2 인치 또는 5/8 인치의 두께에서 감소된 중량 및 밀도), 및 일부 구현예에서 본원에 논의된 것과 같은 다양한 UL 표준 중의 내화 및 구조적 무결성 과정에 따른 내화 등급 (예를 들면, 17분, 20분, 30분, 3/4시간, 1시간, 2시간 등)을 충족시킬 수 있는 이의 제조 방법을 제공한다.
석고 보드는 예를 들면, 미국 보험협회 안전시험소 UL U305, U419, 및 U423 사향 및 내화성 시험 과정 중 임의의 하나와 동등한 임의의 다른 내화성 시험 과정에 따른 어셈블리에서 시험될 수 있다. 이는 미국 보험협회 안전시험소 예컨대, UL U305, U419, 및 U423의 특정 내화성 시험 과정에 대한 본원에서 이루어진 참조는 또한 예컨대 논의되는 특정 UL 표준과 동등한 임의의 다른 객체에 의해 반포된 것과 같은 내화성 시험 과정을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
예를 들면, 일부 구현예에서 석고 보드는 UL 디자인 번호 U305, U419 또는 U423 중 임의의 하나에 따라 구조화된 어셈블리를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이고, 상기 어셈블리는 석고 패널의 단일층을 갖는 제1 면 및 석고 패널의 단일층을 갖는 제2 면을 가진다. 어셈블리의 제1 면 상의 석고 보드의 표면은 ASTM E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열되고, 한편 어셈블리의 제2 면 상의 석고 패널의 표면은 ASTM E119-09a에 따른 온도 센서에 제공된다. 내화성 보드의 일부 구현예에서, 가열되는 경우, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 50분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 50분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다. 일부 구현예에서, 보드는 약 40 파운드/입방 피트 이하의 밀도를 가진다. 바람직하게는, 보드는 본원에 기재된 바와 같이 양호한 강도, 예컨대 적어도 약 11 파운드 (5 kg), 예를 들면, 적어도 약 13 파운드 (5.9 kg), 또는 적어도 약 15 파운드 (6.8 kg)의 코어 경도를 가진다.
일부 구현예에서, 농축된 층에 내화 첨가제를 갖는 내화성 석고 보드의 어셈블리의 제1 면 상의 표면이 가열되는 경우에, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 55분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 55분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다. 다른 구현예에서, 어셈블리의 제1 면 상의 석고 보드의 표면이 가열되는 경우, 온도 센서의 최대 단일값은 약 60분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 60분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다. 다른 구현예에서, 어셈블리의 제1 면 상의 석고 보드의 표면이 가열되는 경우, 온도 센서의 최대 단일값은 약 50분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 50분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다. 다른 구현예에서, 어셈블리의 제1 면 상의 석고 보드의 표면이 가열되는 경우, 온도 센서의 최대 단일값은 약 55분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 55분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다. 다른 구현예에서, 어셈블리의 제1 면 상의 석고 보드의 표면이 가열되는 경우, 온도 센서의 최대 단일값은 약 60분 이후에 주위 온도에 약 325℉ 추가된 것보다 적고 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 60분 이후에 주위 온도에 약 250℉ 추가된 것보다 적다.
일부 구현예에서, 농축된 층에 내화 첨가제를 갖는 내화 석고 보드는 ASTM E119-09a 하에 1시간 내화 등급을 달성하도록 UL 디자인 번호 U305에 따라 구조화되는 경우에, 어셈블리를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 구현예에서, 보드는 ASTM E119-09a 하에 1시간 내화 등급을 달성하도록 UL 디자인 번호 U419에 따라 구조화되는 경우에, 어셈블리를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 구현예에서, 석고 보드는 ASTM E119-09a 하에 1시간 내화 등급을 달성하도록 UL 디자인 번호 U423에 따라 구조화되는 경우에, 어셈블리를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 구현예에서, 보드는 약 20분 이상의 단열 지수 (TI) 및/또는 약 10%의 고온 수축률 (S)을 가진다. 일부 구현예에서, 보드는 약 0.2 이상의 고온 두께 팽창률 (TE) 대 S (TE/S)의 비를 가진다.
또한, 일부 구현예에서, 석고 보드는 감소된 중량 및 밀도의 형태로의 것이며, 약 1560℉ (850℃)로 가열되는 경우에 x-y 방향 (너비-길이)에서 약 10% 미만의 고온 수축률 및 z-방향 (두께)에서 약 20% 초과의 고온 두께 팽창률을 갖는 내화성 석고 보드일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 벽면 또는 다른 어셈블리에서 사용되는 경우에, 예컨대 어셈블리는 더 무겁고, 조밀한 시판되는 내화성 패널로 제조된 어셈블리와 비슷한 내화성 시험 성능을 가진다. 일부 구현예에서, 패널의 고온 수축률은 전형적으로 x-y 방향 (너비-길이)에서 약 10% 미만이다. 일부 구현예에서, z-고온 두께 팽창률 대 x-y 고온 수축률의 비는 1570℉(855℃)에서 적어도 약 2 내지 약 17 초과이다.
일부 구현예에서, 본 개시내용의 원리에 따라 형성된 내화성 석고 보드, 및 이의 제조 방법은 1시간 동안 약 1800℉(980℃)에서 가열되는 경우에 약 85% 이상의 평균 수축 저항성을 나타내는 패널을 제공할 수 있다. 다른 구현예에서, 석고 보드는 1시간 동안 약 1800℉(980℃)에서 가열되는 경우에 약 75% 이상의 평균 수축 저항성을 나타낸다.
커버 시트들 사이의 석고 보드는 약 20분 이상의 단열 지수 (TI)를 제공하는데 효과적일 수 있다. 보드는 본원에 기재된 바람직한 밀도 (D)를 가질 수 있다. 커버 시트들 사이의 석고층은 약 0.6 분/파운드/입방피트 (0.038 분/(kg/m3)) 이상의 TI/D의 비를 갖는 석고 보드를 제공하는데 효과적일 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시내용에 따라 제조된 석고 보드는 ASTM 표준 C473-10에 따른 시험 프로토콜을 충족한다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 보드가 1/2 인치의 두께로 캐스팅되는 경우, 보드는 ASTM C473-10 (방법 B)에 따라 결정되는 적어도 약 65　lbf (파운드 힘, 이는 때때로 이것이 힘의 측정값임을 이해하는 본 기술분야의 당업자에게 편의를 위해 간단하게 "lb" 또는 "lbs"로 지칭됨), 예를 들면 적어도 약 68　lbf, 적어도 약 70　lbf, 적어도 약 72　lbf, 적어도 약 74　lbf, 적어도 약 75　lbf, 적어도 약 76　lbf, 적어도 약 77　lbf 등의 인발 저항을 가진다. 다양한 구현예에서, 인발 저항은 약 65　lbf 내지 약 100　lbf, 약 65　lbf 내지 약 95　lbf, 약 65　lbf 내지 약 90　lbf, 약 65　lbf 내지 약 85lbf, 약 65　lbf 내지 약 80　lbf, 약 65　lbf 내지 약 75　lbf, 약 68　lbf 내지 약 100　lbf, 약 68　lbf 내지 약 95　lbf, 약 68　lbf 내지 약 90　lbf, 약 68　lbf 내지 약 85　lbf, 약 68　lbf 내지 약 80　lbf, 약 70　lbf 내지 약 100　lbf, 약 70　lbf 내지 약 95　lbf, 약 70　lbf 내지 약 90　lbf, 약 70　lbf 내지 약 85　lbf, 약 70　lbf 내지 약 80　lbf, 약 72　lbf 내지 약 100　lbf, 약 72　lbf 내지 약 95　lbf, 약 72　lbf 내지 약 90　lbf, 약 72　lbf 내지 약 85　lbf, 약 72　lbf 내지 약 80　lbf, 약 72　lbf 내지 약 77　lbf, 약 72　lbf 내지 약 75　lbf, 약 75　lbf 내지 약 100　lbf, 약 75　lbf 내지 약 95　lbf, 약 75　lbf 내지 약 90　lbf, 약 75　lbf 내지 약 85　lbf, 약 75　lbf 내지 약 80　lbf, 약 75　lbf 내지 약 77　lbf, 약 77　lbf 내지 약 100　lbf, 약 77　lbf 내지 약 95　lbf, 약 77　lbf 내지 약 90　lbf, 약 77　lbf 내지 약 85　lbf, 또는 약 77　lbf 내지 약 80　lbf일 수 있다.
굽힘 강도와 관련하여, 일부 구현예에서, 1/2 인치의 두께의 보드에 캐스팅되는 경우, 보드는 ASTM 표준 C473-10, 방법 B에 따라 결정되는, 기계 방향에서 적어도 약 36　lbf (예를 들면, 적어도 약 38　lbf, 적어도 약 40　lbf 등) 및/또는 횡 방향에서 적어도 약 107　lbf (예를 들면, 적어도 약 110　lbf, 적어도 약 112　lbf 등)의 굽힘 강도를 가진다. 다양한 구현예에서, 보드는 기계 방향에서 약 36　lbf 내지 약 60　lbf, 예를 들면, 약 36　lbf 내지 약 55　lbf, 약 36　lbf 내지 약 50　lbf, 약 36　lbf 내지 약 45　lbf, 약 36　lbf 내지 약 40　lbf, 약 36　lbf 내지 약 38　lbf, 약 38　lbf 내지 약 60　lbf, 약 38　lbf 내지 약 55　lbf, 약 38　lbf 내지 약 50　lbf, 약 38　lbf 내지 약 45　lbf, 약 38　lbf 내지 약 40　lbf, 약 40　lbf 내지 약 60　lbf, 약 40　lbf 내지 약 55　lbf, 약 40　lbf 내지 약 50　lbf, 또는 약 40　lbf 내지 약 45　lbf의 굽힘 강도를 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 보드는 횡 방향에서 약 107　lbf 내지 약 130　lbf, 예를 들면, 약 107　lbf 내지 약 125　lbf, 약 107　lbf 내지 약 120　lbf, 약 107　lbf 내지 약 115　lbf, 약 107　lbf 내지 약 112　lbf, 약 107　lbf 내지 약 110　lbf, 약 110　lbf 내지 약 130　lbf, 약 110　lbf 내지 약 125　lbf, 약 110　lbf 내지 약 120　lbf, 약 110　lbf 내지 약 115　lbf, 약 110　lbf 내지 약 112　lbf, 약 112　lbf 내지 약 130　lbf, 약 112　lbf 내지 약 125　lbf, 약 112　lbf 내지 약 120　lbf, 또는 약 112　lbf 내지 약 115　lbf의 굽힘 강도를 가질 수 있다.
또한, 일부 구현예에서, 보드는 ASTM C473-10, 방법 B에 따라 결정되는 적어도 약 11 lbf, 예를 들면, 적어도 약 12 lbf, 적어도 약 13 lbf, 적어도 약 14 lbf, 적어도 약 15 lbf, 적어도 약 16 lbf, 적어도 약 17 lbf, 적어도 약 18 lbf, 적어도 약 19 lbf, 적어도 약 20 lbf, 적어도 약 21 lbf, or 적어도 약 22 lbf의 평균 코어 경도를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 보드는 약 11　lbf 내지 약 25　lbf, 예를 들면, 약 11　lbf 내지 약 22　lbf, 약 11　lbf 내지 약 21　lbf, 약 11　lbf 내지 약 20　lbf, 약 11　lbf 내지 약 19　lbf, 약 11　lbf 내지 약 18　lbf, 약 11　lbf 내지 약 17　lbf, 약 11　lbf 내지 약 16　lbf, 약 11　lbf 내지 약 15　lbf, 약 11　lbf 내지 약 14　lbf, 약 11　lbf 내지 약 13　lbf, 약 11　lbf 내지 약 12　lbf, 약 12　lbf 내지 약 25　lbf, 약 12　lbf 내지 약 22　lbf, 약 12　lbf 내지 약 21　lbf, 약 12　lbf 내지 약 20　lbf, 약 12　lbf 내지 약 19　lbf, 약 12　lbf 내지 약 18　lbf, 약 12　lbf 내지 약 17　lbf, 약 12　lbf 내지 약 16　lbf, 약 12　lbf 내지 약 15　lbf, 약 12　lbf 내지 약 14　lbf, 약 12　lbf 내지 약 13　lbf, 약 13　lbf 내지 약 25　lbf, 약 13　lbf 내지 약 22　lbf, 약 13　lbf 내지 약 21　lbf, 약 13　lbf 내지 약 20　lbf, 약 13　lbf 내지 약 19　lbf, 약 13　lbf 내지 약 18　lbf, 약 13　lbf 내지 약 17　lbf, 약 13　lbf 내지 약 16　lbf, 약 13　lbf 내지 약 15　lbf, 약 13　lbf 내지 약 14　lbf, 약 14　lbf 내지 약 25　lbf, 약 14　lbf 내지 약 22　lbf, 약 14　lbf 내지 약 21　lbf, 약 14　lbf 내지 약 20　lbf, 약 14　lbf 내지 약 19　lbf, 약 14　lbf 내지 약 18　lbf, 약 14　lbf 내지 약 17　lbf, 약 14　lbf 내지 약 16　lbf, 약 14　lbf 내지 약 15　lbf, 약 15　lbf 내지 약 25　lbf, 약 15　lbf 내지 약 22　lbf, 약 15　lbf 내지 약 21　lbf, 약 15　lbf 내지 약 20　lbf, 약 15　lbf 내지 약 19　lbf, 약 15　lbf 내지 약 18　lbf, 약 15　lbf 내지 약 17　lbf, 약 15　lbf 내지 약 16　lbf, 약 16　lbf 내지 약 25　lbf, 약 16　lbf 내지 약 22　lbf, 약 16　lbf 내지 약 21　lbf, 약 16　lbf 내지 약 20　lbf, 약 16　lbf 내지 약 19　lbf, 약 16　lbf 내지 약 18　lbf, 약 16　lbf 내지 약 17　lbf, 약 17　lbf 내지 약 25　lbf, 약 17 lbf 내지 약 22　lbf, 약 17　lbf 내지 약 21　lbf, 약 17 lbf 내지 약 20　lbf, 약 17　lbf 내지 약 19　lbf, 약 17　lbf 내지 약 18　lbf, 약 18　lbf 내지 약 25　lbf, 약 18　lbf 내지 약 22　lbf, 약 18　lbf 내지 약 21　lbf, 약 18　lbf 내지 약 20　lbf, 약 18　lbf 내지 약 19　lbf, 약 19　lbf 내지 약 25　lbf, 약 19　lbf 내지 약 22　lbf, 약 19　lbf 내지 약 21　lbf, 약 19　lbf 내지 약 20　lbf, 약 21　lbf 내지 약 25　lbf, 약 21　lbf 내지 약 22　lbf, 또는 약 22　lbf 내지 약 25　lbf의 코어 경도를 가질 수 있다.
본 개시내용의 구현예에 따른 제품은 전형적인 생산 라인 상에서 제조될 수 있다. 예를 들면, 보드 제조 기술은 예를 들면 미국특허 7,364,676 및 미국특허출원 공보 2010/0247937에 기재되어 있다. 간략하게는, 석고 보드의 경우, 본 공정은 전형적으로 이동 컨베이어 상의 커버 시트를 공급하는 것을 수반한다. 석고 보드는 보통 "페이스 다운식(face down)"으로 형성되기 때문에, 이 커버 시트는 이러한 구현예에서 "정면" 커버 시트이다.
석고 슬러리의 건조 및/또는 습윤 성분은 혼합기 (예를 들면 핀 또는 핀리스 혼합기(pinless mixer))에 공급되고, 여기서 이들은 석고 슬러리를 형성하기 위해 진탕된다. 혼합기는 본체 및 배출 도관 (예를 들면, 본 기술분야에 알려진 게이트-캐니스터-부트 배열, 또는 미국특허 6,494,609 및 6,874,930에 기재된 배열)을 포함한다. 일부 구현예에서, 배출 도관은 단일 공급물 유입구 또는 복수개의 공급물 유입구를 갖는 슬러리 분배기, 예컨대, 예를 들면 미국특허출원 공보 2012/0168527 A1 및 미국특허출원 공보 2012/0170403 A1에 기재된 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 복수개의 공급물 유입구를 갖는 슬러리 분배기를 사용하여, 배출 도관은 적절한 유체 분리기, 예컨대 미국특허출원 공보 2012/0170403 A1에 기재된 것을 포함할 수 있다. 발포제는 (예를 들면, 미국특허 5,683,635 및 6,494,609에 기재된 것과 같은 게이트에서) 혼합기의 배출 도관에 또는 바람직한 경우 본체에 첨가될 수 있다. 발포제를 포함하여 모든 성분이 첨가된 이후에 배출 도관으로부터 배출된 슬러리는 제1 석고 슬러리이고, 보드 코어를 형성할 것이다. 이러한 보드 코어 슬러리는 이동하는 정면 커버 시트 상에 배출된다.
정면 커버 시트는 슬러리의 상대적으로 조밀한 층의 형태로 얇은 스킴 코트를 가질 수 있다. 또한, 본 기술분야에 알려진 단단한 가장자리는 예를 들면 정면 스킴 코트를 형성하는 동일한 슬러리 스트림으로부터 형성될 수 있다. 폼이 배출 도관으로 삽입되는 구현예에서, 제2 석고 슬러리의 스트림은 혼합기 본체로부터 제거되어 조밀한 스킴 코트 슬러리를 형성하고, 이는 이후 본 기술분야에 알려진 바와 같이 정면 스킴 코트 및 단단한 가장자리를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 포함되는 경우, 일반적으로 정면 스킴 코트 및 단단한 가장자리는 보통 혼합기의 업스트림에서 코어 슬러리가 증착되기 이전에 이동하는 정면 커버 시트 상에 침착된다. 배출 도관으로부터 배출된 이후에, 코어 슬러리는 필요한 경우 정면 커버 시트 (임의로 스킴 코트를 가짐) 상에 분산되고, 제2 커버 시트 (전형적으로 "후면" 커버 시트)로 피복되어, 최종 생성물에 대한 보드 전구체인 샌드위치 구조의 형태로의 습윤 어셈블리를 형성한다. 제2 커버 시트는 임의로 제2 스킴 코트를 가질 수 있고, 이는 존재하는 경우 정면 스킴 코트에 대한 것과 동일하거나 상이한 제2 (조밀한) 석고 슬러리로부터 형성될 수 있다. 커버 시트는 종이, 섬유질 매트 또는 다른 유형의 물질 (예를 들면, 포일, 플라스틱, 유리 매트, 비직조된 물질 예컨대 셀룰로오스 및 무기 충전제의 블렌드 등)으로부터 형성될 수 있다.
이에 의해 제공되는 습윤 어셈블리는 생성물이 (예를 들면, 성형 플레이트를 통해) 원하는 두께로 크기화되는 성형 스테이션으로, 그리고 원하는 길이로 절단되는 하나 이상의 나이프 섹션으로 이송된다. 습윤 어셈블리는 세트 석고의 인터로킹 결정성 매트릭스를 형성하기 위해 고화될 수 있고, 과량의 물은 (예를 들면 킬른을 통해 어셈블리를 수송하는 것에 의해) 건조 공정을 사용하여 제거된다. 놀랍게도 그리고 예상외로, 본 개시내용의 구현예에 따라 전호화되고, 부분적으로 가수분해된 전분을 사용하여 본 개시내용의 구현예에 따라 제조된 보드는 전분의 낮은 물 수요로 인하여 건조 공정에서 상당하게 더 적은 시간을 요구한다. 이는 이것이 에너지 비용을 감소시키기 때문에 유리하다.
일부 구현예에서, 본 발명의 지방 알코올은 본원에 참조로 포함된 미국출원 62/184,060, 62/290,361, 및 15/186,176 (동시에 출원됨)에 기재된 농축된 층을 갖는 복합 보드 내의 보드 코어의 발포제를 안정화시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 지방 알코올 및 발포제는 미국 출원 62/184,060에 기재된 성분, 양, 보드 치수, 및 제조 방법을 사용하여 농축된 층에 더 농축된 첨가제를 사용하여 저밀도 보드 코어를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 지방 알코올은 시멘트 보드 생성물에 사용될 수 있다. 시멘트는 물 및 시멘트 물질 (예를 들면, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 및 이러한 물질의 블렌드)의 코어 믹스로부터 형성될 수 있다. 발포제 및 지방 알코올은 또한 상기 믹스 내에 포함된다. 임의로, 경량의 응집물 (예를 들면, 팽창성 클레이, 팽창성 슬래그, 팽창성 셰일, 퍼라이트, 팽창성 유리 비드, 폴리스티렌 비드 등)이 일부 구현예에서 믹스 내에 포함될 수 있다. 시멘트 보드를 형성하는데 사용될 수 있는 다른 첨가제는, 예를 들면 분산제, 섬유 (예를 들면, 유리, 셀룰로오스, PVC 등), 가속제, 지연제, 포졸란 물질, 칼슘 설페이트 반수화물 (예를 들면, 칼슘 설페이트 알파 반수화물), 충전재 등, 또는 이들의 조합을 포함한다.
지방 알코올은 발포된 시멘트 슬러리를 형성하는 방법에서 사용될 수 있다. 상기 방법은 발포제와 지방 알코올을 조합하여 수성 비누 혼합물을 형성하는 단계; 수성 비누 혼합물로부터 폼을 생성하는 단계; 및 폼을 시멘트 (포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 또는 이들의 조합) 및 물을 포함하는 시멘트 슬러리에 첨가하여 발포된 시멘트 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 본질적으로 이루어진다. 폼이 시멘트 슬러리에 혼입됨에 따라, 폼 버블은 슬러리와 접촉되는 버블을 둘러싼 쉘로 형성된다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것으로 의도함 없이, 지방 알코올의 존재는 바람직하게는 계면에서 쉘을 안정화시키는 것으로 여겨진다. 다른 첨가제, 예컨대, 예를 들면, 분산제, 섬유 (예를 들면, 유리, 셀룰로오스, PVC 등), 가속제, 지연제, 포졸란 물질, 칼슘 설페이트 반수화물 (예를 들면 칼슘 설페이트 알파 반수화물), 충전제 등, 또는 이들의 조합이 또한 시멘트 슬러리에 첨가될 수 있다. 시멘트 보드의 제조 방법 (및 이에 포함된 첨가제)는 예를 들면 미국특허번호 4,203,788; 4,488,909; 4,504,335; 4,916,004; 6,869,474; 및 8,070,878에 기재되어 있다.
물, 시멘트, 발포제, 및 지방 알코올을 포함하거나, 이로 이루어지거나 또는 이로 본질적으로 이루어지는 시멘트 슬러리는 슬러리가 형성되고, 보드로 건조되는 경우에 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가질 수 있다.
하기 실시예(들)은 추가로 본 발명을 예시하지만, 물론, 이는 임의의 방식으로 이의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
본 실시예는 폴리카복실레이트 분산제의 존재가 있거나 없는 경우에 발포제의 발포 특성에 대한 지방 알코올의 효과를 입증하고 있다.
특히, 발포, 표면 장력, 및 안정성 시험은 발포제 용액에 대해 실시되었다. 3개의 유형의 발포제 (비누)가 시험되었다. 발포제 1A는 CS230의 형태로의 안정한 비누이었고, 이는 Stepan (노스필드, IL)로부터 상업적으로 이용가능한 라우릴 에테르 설페이트 블렌드이다. 또한, 2개의 불안정한 비누가 시험되었고, 이는 발포제 1B 및 발포제 1C로 확인되었다. 발포제 1B는 Polystep B25이었고, 이는 Stepan으로부터 상업적으로 이용가능한 알킬 설페이트 블렌드이고, 발포제 1C는 Hyonic 25AS이고, 이는 Geo Specialty Chemicals (앰블러, PA)로부터 상업적으로 이용가능한 알킬 설페이트 블렌드이다. 각각의 발포제는 계면활성제로서 작용하고, 이에 의해 이들이 물을 필요로 하기 때문에 계면활성제 용액을 형성한다.
계면활성제 용액 개질은 도 2-5 및 표 1에 나타낸 일부 샘플에 지방 알코올을 첨가함으로써 실시되었다. 시험되는 지방 알코올은 1-옥탄올, 1-데칸올, 및 1-도데칸올이었다. 각각의 용액은 30 중량%의 계면활성제 및 1 중량%의 지방 알코올 (존재하는 경우)을 포함하였다. 일부 용액은 프랑스, 쥬네 소재의 Coatex Group으로부터 상업적으로 이용가능한 Ethacryl MTM의 형태로의 0.1 중량% (1000 ppm)의 폴리카복실레이트 에테르 (PCE) 분산제를 첨가하여 추가로 개질되었다. PCE는 석고 생성물에서 사용되는 계면 활성 중합성 분산제를 가진 시스템에 대한 비누 개질제의 영향을 평가하기 위해 포함되었다. 각각의 용액의 나머지는 물이었다. 발포 연구는 (손으로) 60초 동안 바이알 중의 10 ml의 계면활성제 용액을 진탕시키고, mm로 폼 높이를 기록하여 실시하였다.
도 1-3은 발포 결과를 예시하는 막대 그래프이다. 도 1은 Ethacryl MTM (Coatex)의 형태로의 1000 ppm의 폴리카복실레이트 에테르 분산제의 존재 하에 안정한 비누 및 불안정한 비누 둘 단독으로 생성된 폼의 결과를 나타낸다. 도 1은 폴리카르복실레이트가 두 불안정한 비누의 발포에 대해 강한 영향을 주는 것을 나타낸다.
도 2 및 3은 1 중량%의 지방 알코올 개질된 불안정한 계면활성제 용액 (발포제 1B 및 1C 각각) 단독으로 또는 Ethacryl MTM (Coatex)의 형태로의 1000 ppm의 폴리카복실레이트 에테르 분산제와 함께 발생된 폼을 예시하고 있다. 도 2-3은 1 중량%의 지방 알코올로의 비누 개질이 불안정한 비누의 발포 특성을 변화시킨 것을 입증하고 있다. 특히, 보다 완전한 폼 구조가 지방 알코올에 입증된 바와 같이 지방 알코올의 존재 하에 생성되었고, 이는 발포에 대한 폴리카복실레이트의 상대적 영향을 감소시킨다. 더 낮은 폼 높이가 바람직하고, 이는 이것이 폴리카복실레이트의 감소된 상대적 표면 활성을 나타내기 때문이다. 데칸올의 경우, 발포는 결국 용액 중의 PCE로 감소되었다. 데칸올은 더 낮은 폼 높이를 생성하고, 이는 계면활성제-지방 알코올 복합체가 폴리카복실레이트보다 공기/물 계면에 대해 더 높은 친화도를 가졌기 때문이다.
또한, 표면 장력 시험은 플레이트 방법을 사용하여 실시되었다. 플레이트 방법에서, 액체의 공기/액체 계면 장력을 결정하기 위해 백금 플레이트를 용액에 함침시킴으로써 시험이 실시되었다. 시험되는 액체의 표면 장력 변화를 결정하기 위해 Kruss K12 표면장력계 (Kruss GmbH, 함부르크, 독일)을 사용하였다. 이는 공기/액체 계면 및 표면 배열에서 일어나는 변화를 더 잘 이해하는 것을 가능하게 한다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 표면 장력 시험은 발포제 1B의 용액, 즉 Stepan Polystep B25에 대해 실시되었다. 시험을 1 중량% 도데칸올로의 추가의 용액 개질을 하거나 또는 개질을 하지 않고 실시하였다. 용액은 상이한 농도 (1000 ppm 및 5000 ppm, 각각)의 발포제 1B, 즉, Stepan Polystep B25를 포함하였다. 또한, 시험은 0.1 중량% (1000 ppm)의 양으로 Ethacryl MTM (Coatex)의 형태의 폴리카복실레이트 에테르 분산제를 사용한 용액 개질을 하거나 또는 개질을 하지 않고 실시하였다. 표면 장력값은 미터당 밀리뉴턴 (mN/m) 단위이다.
표 1
Figure pct00002
표 1의 결과는 도데칸올의 형태로의 지방 알코올의 존재가 도데칸올을 사용하지 않는 것보다 더 완전한 (예를 들면, 강한) 폼을 생성하는데 유리한 것을 나타낸다. 또한, 지방 알코올이 발포제와 함께 사용되는 경우에 폴리카복실레이트 분산제의 사용에 의해 야기되는 표면 장력에 대한 임의의 불리한 효과가 존재하지 않는 것을 알 수 있고, 이는 폼의 안정성 (예를 들면, 강도)를 나타낸다. 비개질된 계면활성제와 비교되는 경우에 도데칸올 개질된 계면활성제 용액의 표면 장력은 감소하였다. 더 낮은 표면 장력은 일반적으로 더 높은 표면 활성을 나타내고, 동일한 발포 특성을 달성하기 위해 계면활성제 사용에서의 감소를 가능하게 할 수 있다.
또한, 불안정한 발포제 1A 및 1B로부터 발생된 폼의 분해를 평가하였다. 계면활성제 용액이 도 4 및 5에 기재된 바와 같이 지방 알코올로 개질된 경우에 발포제는 단독인 것으로 고려하였다. 에이징 시점에서 mm 단위로의 폼 높이를 측정함으로써 분해를 결정하였다.
도 4 및 5에서 알 수 있는 바와 같이, 지방 알코올로의 계면활성제 용액의 개질은 분해에 영향을 주었다. 도 5에서, "1k"는 용액에서의 1000 ppm의 발포제를 지칭한다. 폼 높이는 모든 개질된 비누에 대해 더 높았고, 그 결과는 개질된 비누가 종래의 발포제보다 더 느린 속도로 분해되는 것을 나타낸다. 폼 높이의 급속한 감소는 불안정한 버블 및 폼으로부터의 상당한 액체 배수를 나타낸다. 모든 경우에서, 지방 알코올로 개질된 비누 용액은 더 길게 지속되었고, 종래의 미개질된 비누와 같이 빠르게 분해되지 않았다.
실시예 2
본 실시예는 벽면보드 제조에서의 발포제의 발포 특성에 대한 지방 알코올의 효과를 입증한다.
벽면보드는 시판되는 제조 라인 상에서 제조하였다. 각각의 보드는 표 2에 기재된 제형으로부터 제조되었다. 보드는 물과의 비누 블렌딩 및 후속 폼 생성 및 석고 슬러리와의 폼 혼합에 의해 40:60의 비로 알킬 에테르 설페이트 및 알킬 설페이트의 형태로 발포제로 각각 제조하였다. 알킬 에테르 설페이트는 Geo Hyonic PFM 33의 형태의 것이었고, 한편 알킬 설페이트는 Geo Hyonic 25 AS (둘은 Geo Specialty Chemicals로부터 이용가능함)의 형태의 것이었다.
BMA는 볼 밀링된 가속제이었고, 이는 석고를 포함하였고, 덱스트로오스로의 건조 밀링함으로써 제조되었다. 분산제는 독일 소재의 BASF로부터 상업적으로 이용가능한 BASF Melflux 541의 형태로의 폴리카복실레이트 분산제이었다. 지연제는 디에틸렌트리아민펜타아세트산 (VersenexTM 80, DOW Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능함, 미들랜드, MI 소재)의 펜타나트륨염의 수용액의 1% 용액이었고, 99 (중량)부의 물과 1 (중량)부의 VersenexTM 80을 혼합함으로써 제조되었다.
건조 및 습윤 성분은 혼합기로 별개로 주입되어 스투코 슬러리 (때때로 석고 슬러리를 지칭함)을 형성하였다. 슬러리를 컨베이어 상에서 이송되는 이동되는 종이 커버 시트 상에 배출하였고 이로써 슬러리를 분산시켜 종이 상에 코어를 형성하였다. 조밀한 스킴 코트를 롤러를 사용하여 종이 커버 시트 상에 적용하였다. 조밀한 슬러리를 롤러의 가장자리 주변에 이송되어 보드의 가장자리를 형성하였다. 제2 커버 시트를 코어에 적용하여 긴, 연속적인 리본의 형태로 보드 전구체의 샌드위치 구조를 형성하였다. 리본을 고정하고, 절단하고, 킬른 건조시키고, 처리하여 최종 보드 생성물을 형성하였다.
표 2
Figure pct00003
4개의 유형의 보드를 표 2의 제형으로 제조하였고, 그 차이점은 발포제와 함께 장쇄 알코올의 존재와 관련된다. 보드 2A는 대조군이었고, 지방 알코올로의 발포제의 임의의 개질을 포함하지 않았다. 보드 2B를 발포제에 첨가된 1%의 1-도데칸올을 포함하는 발포제로 제조하였다. 보드 2C를 1%의 1-데칸올을 포함하는 발포제로 제조하였다. 보드 2D를 1%의 1-옥탄올을 포함하는 발포제로 제조하였다. 비누 용액을 가압된 공기와 고전단 혼합하여 발포제를 폼 발생 장치로 보조하여 제조하였고, 슬러리 배출 이전에 본체 혼합기의 외부에서 슬러리에 주입하였다.
20 X 배율로 광학 현미경으로부터 취한 이미지를 각각의 유형의 보드의 코어로부터 취하였다. 총 9개의 광학 현미경 이미지를 2A-2D의 보드 각각으로부터 취하였다. 각각의 보드로부터의 9개의 이미지를 동일한 보드 코어에서 9개의 상이한 지점에서 취하였고, 각 보드에 대해 3개를 무작위적으로 선택하였고, 이는 도 6a 내지 9c에서 코어의 예로서 나타낸다. 도 6a-6c는 대조군 보드 2A로부터의 이미지이다. 도 7a-7c는 보드 2B로부터의 이미지이다. 도 8a-8c는 보드 2C로부터의 이미지이다. 도 9a-9c는 보드 2D로부터의 이미지이다. 이러한 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 코어 구조는 비누 개질제의 주입 이후에 영향을 받았다. 도 6a-6c에 나타난 바와 같이, 대조군 보드 2A의 코어 구조는 상당한 수의 더 큰 공극을 가지고, 한편 보드 2B (도 7a-7c) 및 보드 2D (도 9a-9c)는 더 큰 공극의 크기의 감소를 나타내었고, 전체 공극 크기를 감소시켰고, 한편 보드 2C (도 8a-8c)는 공극 크기의 증가를 나타내었다.
조건 마다의 6개의 이미지를 분석하였다. 이미지는 공극 분석에 대한 각각의 실험 조건으로부터 무작위적으로 선택된 이미지 (즉, 도 6a-6c, 7a-7c, 8a-8c, 9a-9c)를 퀘백, 롱게일 소재의 Clemex Technologies, Inc.로부터 이용가능한 Clemex Vision PE의 도움으로 분석하였다. 각각의 이미지에 대해, 공극 (버블) 크기 직경을 수동으로 각각의 공극에 대해 측정하였다. 분포는 소프트웨어에 의해 제공되었다. 결과의 요약은 표 3에 기록되어 있다.
표 3
Figure pct00004
산술 평균을 소프트웨어로 결정하였고, 보드 내의 모든 공극으로부터의 (마이크로미터로의) 공극 직경의 산술 평균을 나타낸다. 체적 평균은 소프트웨어로부터 발생된 분포 다이어그램으로부터 결정하였고, 체적으로 칭량된 평균 공극 크기를 나타낸다.
또한, 도 10-13은 보드 2A (도 10), 2B (도 11), 2C (도 12), 및 2D (도 13)의 각각의 체적 분포를 나타내는 막대 그래프이다. 막대 그래프는 마이크로미터로의 공극 크기의 함수로서 공극의 체적 주파수를 나타낸다.
표 3 및 도 10-13에서 알 수 있는 바와 같이, 대조군 보드 2A에서의 공극은 일반적으로 더 크고, 보다 분산되어 있으며, 한편 보드 2B 및 2D의 공극은 더 작고, 분포에 있어서 좁았다. 대조군 보드의 공극은 더 컸으며, 보다 균일하게 분포되었다. 대조군 보드 2A에서의 공극의 분포는 바이모달이었고, 한편 보드 2B 및 2D에서의 분포는 모노모달 및 가우시안이었다.
이러한 결과는 발포제에서의 계면활성제 (비누) 개질은 벽면보드에서의 공극 크기 분포 변화를 유도하기에 충분하고, 그렇지 않으면 제형 또는 계면활성제 용량의 변화를 없음을 나타낸다. 이러한 결과는 추가로 더 바람직한 분포 (더 좁거나 또는 더 넓음)는 새로운 계면활성제 블렌드의 필요 없이 용이하게 달성될 수 있다.
실시예 3
이러한 실시예는 비누 개질이 발포제 블렌드의 표면 장력을 감소시킬 수 있음을 예시한다. 특히, 표면 장력 시험은 Kruss K12 표면장력계와 함께 실시예 1에 기재된 바와 같이 플레이트 방법을 사용하여 실시되었다.
표면 장력 시험을 발포제 3A, 즉 Stepan B25, 및 발포제 3B, 즉 Hyonic 25AS의 용액에 대해 실시하였다. 각 발포제에 대한 시험을 추가의 용액 개질 없이 (대조군), 또한 1 중량% 도데칸올, 1 중량% 데칸올, 및 1 중량% 옥탄올로의 추가의 용액 개질을 사용하여 실시하였다. 용액은 발포제의 상이한 농도 (2000 ppm, 1000 ppm 및 500 ppm, 각각)를 포함하였다. 그 결과는 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
Figure pct00005
표 4의 결과는 지방 알코올의 존재는 보다 표면 활성적인 비누 블렌드를 생성하는데 유리하였음을 나타낸다. 예를 들면, 개질된 비누의 표면 장력이 감소되고, 폼의 안정성 (예를 들면, 강도)가 개선되었음을 나타냄을 알 수 있다. 미개질된 계면활성제와 비교하는 경우에 알코올-개질된 계면활성제 용액의 표면 장력이 감소되었다. 더 낮은 표면 장력은 일반적으로 더 높은 표면 활성을 나타내고, 동일한 발포 특성을 달성하기 위해 계면활성제 사용에서의 감소를 가능하게 할 수 있다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원, 및 특허를 포함하는 모든 참조문헌은 각각의 참조문헌이 개별적이고, 구체적으로 참조로 포함되고, 그 전문이 본원에 기재된 범위로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명을 기술하는 맥락에서 (특히 하기 청구항의 맥락에서) 용어 관사 ("a" 및 "an" 및 "the" 및 "적어도 하나") 및 유사한 지시체의 사용은 본원에서 달리 언급되지 않는 하거나 또는 맥락에서 분명하게 부정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 구성된다. 하나 이상의 항목의 목록이 뒤따르는 용어 "적어도 하나" (예를 들면, "A 및 B 중 적어도 하나")의 사용은 본원에서 달리 언급되지 않는 하거나 또는 맥락에서 분명하게 부정하지 않는 한, 열거된 항목 (A 또는 B) 또는 열거된 항목 (A 및 B) 중 2개 이상의 임의의 조합으로부터 선택된 하나의 항목을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "결합 관계"는 반드시 2개의 층이 직접적 접촉되는 것을 의미하는 아님을 이해할 것이다. 용어 "포함함(comprising, including)", "갖는", 및 "함유함"은 달리 나타내지 않는 한, 확장 가능 용어 (즉, "비제한적으로 포함함")으로서 해석되어야 한다. 또한, "포함함(comprising)" (또는 이의 동등어)이 인용되는 모든 곳에서, "포함함"은 "~로 본질적으로 이루어짐" 및 "~로 이루어짐"을 포함하는 것으로 고려된다. 따라서, (일) 성분(들)을 "포함하는" 구현예는 인용된 성분(들)의 "~로 본질적으로 이루어진" 및 "~로 이루어진" 구현예를 지지한다. "~로 본질적으로 이루어짐"이 인용되는 모든 부분은 "~로 이루어짐"을 포함하는 것으로 고려된다. 따라서, (일) 성분(들)로 "본질적으로 이루어진" 구현예는 인용된 성분(들)로 "이루어진" 구현예를 지지한다. 본원의 값의 범위의 인용은 단순히 본원에서 달리 나타내지 않는 한, 범위 내에 포함되는 각각의 개개의 값을 개별적으로 지칭하는 약칭 방법으로서 역할하고, 각각의 별개의 값은 이것이 개별적으로 본원에 인용되는 한, 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에 달리 나타내지 않거나 또는 맥락에서 분명하게 부정하지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 임의의 및 모든 예, 또는 본원에 제공된 예시적인 언어 (예를 들면, "예컨대")의 사용은 단순히 본 발명을 더 잘 예시하고, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 대해 제한하지 않는 것으로 의도된다. 본 명세서 내의 언어가 본 발명의 실시에 대해 본질적인 것으로 임의의 비-청구된 성분을 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 바람직한 구현예는 본원에 기재되어 있고, 이는 본 발명의 실시하기 위해 본 발명자에 대해 알려진 최적 방식을 포함한다. 이러한 바람직한 구현예의 변형은 상술한 설명을 읽은 경우 본 기술분야의 당업자에게 자명할 수 있다. 본 발명자는 숙련자가 이러한 변형을 적절하게 이용할 것으로 예상하고, 본 발명자는 본원에 구체적으로 기재된 것과 달리 본 발명을 실시하는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법이 허용되는 한도에서 본원에 청구된 청구항에 인용된 주제의 변형 및 동등물 모두를 포함한다. 또한, 이의 가능한 변이체에서의 상기 기재된 요소의 임의의 조합은 본원에 달리 나타내지 않거나 또는 맥락에서 분명하게 부정하지 않는 한, 본 발명에 포함된다.

Claims (75)

  1. 석고 보드로서,
    (a) 2개의 커버 시트 사이에 배치된 세트 석고 코어(set gypsum core)를 포함하되;
    (b) 상기 세트 석고 코어는 적어도 물, 스투코(stucco) 및 폼(foam)으로부터 형성된 석고 결정 매트릭스를 포함하고,
    상기 폼은 적어도 1종의 알킬 설페이트, 적어도 1종의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 발포제, 및 지방 알코올(fatty alcohol)로부터 형성되는, 석고 보드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어를 형성하는데 사용된 상기 물 및 스투코는 약 0.3 내지 약 1.5의 물-스투코 비로 존재하는, 석고 보드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보드는 상기 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가지는, 석고 보드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 이분의 일 인치의 공칭 두께로 형성되는 경우에 ASTM C473-10, 방법 B에 따른 적어도 약 68 lbs의 힘의 못 뽑기 저항(nail pullresistance)을 가지는, 석고 보드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 ASTM C-473-10에 따라 결정되는 바와 같은 적어도 약 11 lb의 힘의 코어 경도를 가지는, 석고 보드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올은 C6-C20 지방 알코올인, 석고 보드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지방 알코올은 C8-C12 지방 알코올인, 석고 보드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올은 옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 또는 이들의 임의의 조합물인, 석고 보드.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올은 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%의 양으로 존재하는, 석고 보드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 에톡실화된 설페이트 계면활성제를 포함하는, 석고 보드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 석고 보드.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트와 에톡실화된 알킬 설페이트 계면활성제의 조합물을 포함하는, 석고 보드.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 석고 보드.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 상기 스투코의 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재하는, 석고 보드.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 분산제로부터 추가로 형성되는, 석고 보드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 분산제는 나프탈렌설포네이트, 폴리카복실레이트, 리그노설포네이트, 설폰화된 리그닌, 또는 이들의 임의의 조합물인, 석고 보드.
  17. 제16항에 있어서, 상기 분산제는 상기 스투코의 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재하는, 석고 보드.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 비-이동성 전분(non-migrating starch) 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 보드의 강도를 증가시키는 상기 비-이동성 전분으로부터 추가로 형성되는, 석고 보드.
  19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 폴리포스페이트로부터 추가로 형성되는, 석고 보드.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 40 pcf 이하의 밀도를 가지는, 석고 보드.
  21. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 17 pcf 내지 약 35 pcf의 밀도를 가지는, 석고 보드.
  22. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 17 pcf 내지 약 31 pcf의 밀도를 가지는, 석고 보드.
  23. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 17 내지 약 28 pcf의 밀도를 가지는, 석고 보드.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 직경에 있어서 적어도 약 100 마이크론의 평균 공극 직경을 가지는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지는, 석고 보드.
  25. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 직경에 있어서 적어도 약 150 마이크론의 평균 공극 직경을 가지는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지는, 석고 보드.
  26. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 직경에 있어서 적어도 약 200 마이크론의 평균 공극 직경을 가지는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지는, 석고 보드.
  27. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 직경에 있어서 약 100 마이크론 미만의 평균 공극 직경을 가지는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지는, 석고 보드.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지고, 최대 빈도를 갖는 공기 공극 크기는 약 100 마이크론 이하의 직경인, 석고 보드.
  29. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석고 결정 매트릭스는 공극을 포함하는 기공 크기 분포를 가지고, 최대 빈도(frequency)를 갖는 공기 공극 크기는 적어도 약 100 마이크론의 직경인, 석고 보드.
  30. 시멘트질 보드의 제조 방법으로서,
    (a) 적어도 1종의 알킬 설페이트, 적어도 1종의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 발포제, 및 지방 알코올의 수성 혼합물에 공기를 삽입함으로써 폼을 사전발생시키는 단계;
    (b) 적어도 물, 시멘트질 물질, 및 상기 폼을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    (c) 제1 커버 시트와 제2 커버 시트 사이에 상기 슬러리를 배치시켜 보드 전구체를 형성하는 단계;
    (d) 상기 보드 전구체를 보드로 절단하는 단계; 및
    (e) 상기 보드를 건조시키는 단계
    를 포함하는, 시멘트질 보드의 제조 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 보드는 상기 지방 알코올 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가지는, 방법.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 지방 알코올이 C6-C16 지방 알코올인, 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 지방 알코올은 C8-C12 지방 알코올인, 방법.
  34. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 지방 알코올이 옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 또는 이들의 임의의 조합물인, 방법.
  35. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올은 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
  36. 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 안정한 비누를 포함하는, 방법.
  37. 제30항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 불안정한 비누를 포함하는, 방법.
  38. 제30항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 안정한 비누와 불안정한 비누의 조합물을 포함하는, 방법.
  39. 제30항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 방법.
  40. 제30항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 분산제로부터 추가로 형성되는, 방법.
  41. 제30항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 비-이동성 전분 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 보드의 강도를 증가시키는 상기 비-이동성 전분으로부터 추가로 형성되는, 방법.
  42. 제30항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세트 석고 코어는 폴리포스페이트로부터 추가로 형성되는, 방법.
  43. 제30항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 17 pcf 내지 약 31 pcf의 밀도를 가지는, 방법.
  44. 제30항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보드는 약 17 내지 약 28 pcf의 밀도를 가지는, 방법.
  45. 발포된 석고 슬러리의 형성 방법으로서,
    (a) 발포제와 지방 알코올을 조합하여 수성 비누 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 상기 수성 비누 혼합물로부터 폼을 발생시키는 단계; 및
    (c) 상기 폼을 스투코 및 물을 포함하는 석고 슬러리에 첨가하여 발포된 석고 슬러리를 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 지방 알코올이 C6-C16 지방 알코올인, 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 지방 알코올이 C8-C12 지방 알코올인, 방법.
  48. 제45항에 있어서, 상기 지방 알코올이 옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 또는 이들의 임의의 조합물인, 방법.
  49. 제45항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올이 상기 스투코의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
  50. 제45항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 에톡실화된 설페이트 계면활성제를 포함하는, 방법.
  51. 제45항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 방법.
  52. 제45항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트와 에톡실화된 알킬 설페이트 계면활성제의 조합물을 포함하는, 방법.
  53. 제45항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 방법.
  54. 물, 스투코, 발포제, 및 지방 알코올을 포함하는 슬러리로서, 상기 슬러리가 캐스팅되고 보드로서 건조되는 경우에, 상기 보드가 상기 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드와 비교하여 증가된 강도를 가지는, 슬러리.
  55. 제54항에 있어서, 상기 물 및 스투코는 약 0.3 내지 약 1.5의 물-스투코 비로 존재하는, 슬러리.
  56. 제54항 또는 제55항에 있어서, 상기 슬러리가 캐스팅되고, 보드로서 건조되는 경우에, 상기 보드는 이분의 일 인치의 공칭 두께로 형성되는 경우에 ASTM C473-10, 방법 B에 따른 적어도 약 68 lbs의 힘의 못 뽑기 저항을 가지는, 슬러리.
  57. 제54항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리가 캐스팅되고, 보드로서 건조되는 경우에, 상기 보드는 ASTM C-473-10에 따라 결정되는 바와 같은 적어도 약 11 파운드의 코어 경도를 가지는, 슬러리.
  58. 제54항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올이 C6-C16 지방 알코올인, 슬러리.
  59. 제54항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올이 C8-C12 지방 알코올인, 슬러리.
  60. 제54항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올이 옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 또는 이들의 임의의 조합물인, 슬러리.
  61. 제54항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방 알코올이 상기 스투코의 약 0.0002 중량% 내지 약 0.0075 중량%의 양으로 존재하는, 슬러리.
  62. 제54항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 에톡실화된 설페이트 계면활성제를 포함하는, 슬러리.
  63. 제54항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 슬러리.
  64. 제54항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트와 에톡실화된 설페이트 계면활성제의 조합물을 포함하는, 슬러리.
  65. 제54항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함하는, 슬러리.
  66. 제54항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포제는 상기 스투코의 약 0.01 중량% 내지 약 0.25 중량%의 양으로 존재하는, 슬러리.
  67. 제54항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제를 더 포함하는, 슬러리.
  68. 제54항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리포스페이트를 더 포함하는, 슬러리.
  69. 제54항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 비-이동성 전분 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 보드의 강도를 증가시키는 상기 비-이동성 전분을 더 포함하는, 슬러리.
  70. 제54항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리가 캐스팅되고, 보드로서 건조되는 경우에, 상기 보드가 약 17 pcf 내지 약 35 pcf의 밀도를 가지는, 슬러리.
  71. 제54항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리가 캐스팅되고, 보드로 건조되는 경우에, 상기 보드가 약 17 pcf 내지 약 31 pcf의 밀도를 가지는, 슬러리.
  72. 제54항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리가 캐스팅되고, 보드로서 건조되는 경우에, 상기 보드가 약 17 pcf 내지 약 28 pcf의 밀도를 가지는, 슬러리.
  73. 시멘트 보드로서,
    (a) 2개의 커버 시트 사이에 배치된 시멘트 코어를 포함하되;
    (b) 상기 시멘트 코어는 적어도 물, 시멘트 및 폼으로부터 형성되고,
    상기 폼은 적어도 1종의 알킬 설페이트, 적어도 1종의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 발포제, 및 지방 알코올로부터 형성되는, 시멘트 보드.
  74. 시멘트질 보드의 제조 방법으로서,
    (a) 수성 혼합물에서 적어도 하나의 알킬 설페이트, 적어도 하나의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 발포제를 수득하는 단계;
    (b) 상기 수성 혼합물에 지방 알코올을 포함시킴으로써 상기 발포제를 안정화시키는 단계;
    (c) 상기 수성 혼합물에 공기를 주입함으로써 폼을 사전발생시키는 단계;
    (d) 적어도 시멘트질 물질 및 물을 포함하는 시멘트질 슬러리에 상기 폼을 삽입하여 발포된 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계;
    (e) 결합 관계에 있는 상기 발포된 시멘트질 슬러리를 제1 커버 시트에 도포하여 제1 및 제2 주요 표면을 갖는 발포된 시멘트질 코어 슬러리를 형성하는 단계로서, 상기 발포된 시멘트질 코어 슬러리의 상기 제1 주요 표면이 상기 제1 커버 시트와 마주하는, 상기 발포된 시멘트질 코어 슬러리를 형성하는 단계;
    (f) 결합 관계에 있는 제2 커버 시트를 상기 발포된 시멘트질 코어 슬러리의 상기 제2 주요 표면에 적용하여 보드 전구체의 습윤 어셈블리를 형성하는 단계;
    (g) 상기 보드 전구체를 절단하고 건조시켜 보드 생성물을 형성하는 단계
    를 포함하는, 시멘트질 보드의 제조 방법.
  75. 제74항에 있어서, 상기 커버 시트들 중 어느 하나 또는 둘 다와 상기 코어 사이에 스킴 코트(skim coat)를 도포하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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