KR20190022615A - 시멘트질 슬러리에 첨가하기 위한 폼 개질제와 발포제의 온라인 블렌딩 방법 및 시스템 - Google Patents

시멘트질 슬러리에 첨가하기 위한 폼 개질제와 발포제의 온라인 블렌딩 방법 및 시스템 Download PDF

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안나마리아 비린스카
알프레드 씨. 리
웨이신 디. 송
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

예컨대 석고 또는 시멘트 슬러리에 특히 유용할 수 있는, 발포제와 폼 개질제를 온라인 블렌딩하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 상기 폼 개질제는, 알킬설페이트 계면 활성제와 같은 발포제를 포함하는 석고 또는 시멘트 슬러리에 첨가되는 지방 알코올을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 지방 알코올은 C6-C16 지방 알코올일 수 있다. 이러한 폼 개질제는, 예컨대 폼(Foam)을 안정화시키고, 발포제의 낭비를 감소시키며, 최종 생성물에서 공극 크기 조절을 개선하고, 석고 보드 제조 공정을 개선시키는데 사용될 수 있다.

Description

시멘트질 슬러리에 첨가하기 위한 폼 개질제와 발포제의 온라인 블렌딩 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 6월 17일자 미국 특허 출원 제 15/186,320 호 및 제 15/186,336 호의 일부 계속 출원인 2017년 2월 22일자 미국 특허 출원 제 15/431,444 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하고, 2015년 10월 1일자 미국 가출원 제 62/235,979 호의 이익을 주장하며, 해당 선행 출원에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
경화 석고(황산 칼슘 이수화물(Calcium sulfate dihydrate))는 건축 및 리모델링을 위한 패널 및 기타 제품을 포함하여 많은 제품에 사용되는 공지된 재료이다. 이러한 패널들(석고 보드라고도 함) 중 하나는 두 개의 커버 시트(예컨대, 면지 보드(Paper-faced board)) 사이에 끼워진 경화 석고 코어(Set gypsum core)의 형태로 제공되며, 일반적으로 건물의 내부 벽 및 천장의 건식 벽체 건설에 사용된다. 상기 코어의 양면, 일반적으로 종이-코어 계면에 "스킴 코트(Skim coat)"라고 불리는 하나 이상의 고밀도 층이 포함될 수 있다.
보드 제조시, 당업계에서 일반적으로 사용되는 의미의 핀 혼합기(Pin mixer) 내에서, 치장 회반죽(Stucco; 황산 칼슘 반수화물(Calcium sulfate hemihydrate) 및/또는 황산 칼슘 무수화물(Calcium sulfate anhydrite)의 형태로 하소된 석고), 물 및 기타 적절한 성분이 혼합된다. 슬러리가 형성되어, (존재한다면) 스킴 코트 중 하나가(일반적으로 혼합기의 상류에) 이미 도포된 커버 시트를 운반하는 이동 컨베이어 상에 상기 슬러리가 상기 혼합기로부터 배출된다. 종이 위에 상기 슬러리를 펴바른다(종이에는 임의로 스킴 코트가 포함되어 있음). 스킴 코트를 갖거나 갖지 않는 다른 커버 시트가 슬러리 상에 도포되어, 예컨대 성형 플레이트 등을 통해 원하는 두께의 샌드위치 구조를 형성한다. 혼합물을 주조하여 결정화 수화 석고(Crystalline hydrated gypsum; 황산 칼슘 이수화물) 매트릭스를 형성하기 위해 하소된 석고와 물의 반응에 의해 상기 혼합물을 경화시킴으로써 경화(즉, 재수화된) 석고를 형성시킨다. 경화 석고 결정의 연동 매트릭스가 형성되게 하는 하소된 석고의 바람직한 수화 작용에 따라, 제품의 석고 구조에 강도가 부여된다. 건조된 제품을 생산하기 위해 남아있는 자유수(미반응수)를 제거하려면(예컨대, 가마에서) 열이 필요하다.
설치 효율을 높이기 위해서는 보드 중량을 줄이는 것이 바람직하다. 예를 들어, 들어올리는 데 필요한 힘이 훨씬 적으므로, 근속 일수가 길어지고 부상을 줄일 수 있다. 경량 보드는 운송비 및 에너지 소비를 줄일 수 있기 때문에 더욱 "청색"이기도 하다. 보드의 중량을 줄이기 위해, 발포제가 슬러리에 도입되어 최종 생산물에 공기 공극을 형성할 수 있다. 그러나, 그 특성상 발포제는 일반적으로 불안정하여 거품 기포(Foam bubbles)가 특히 시멘트질 재료의 존재 하에서 쉽게 파괴되는 경향이 있으므로, 낭비 및 비효율을 초래한다.
또한, 석고 보드의 함체(Envelope)에서 질량을 공기로 대체하는 것은 중량을 감소시키지만, 이러한 질량 손실은 강도를 감소시키기도 한다. 강도 손실의 보상은 당업계의 중량 감소를 위한 노력에서 중요한 장애물로 작용한다.
이 배경 기술에 대한 설명은 발명자가 독자의 이해를 돕기 위해 제공하는 것으로, 선행 기술에 대한 참고용으로 간주되거나, 상기에서 지적된 문제점이 당해 기술 분야에서 인지되었음을 나타내는 것으로 간주되어서는 안 된다. 설명된 원리는 일부 관련사항 및 실시예에서 다른 시스템에 내재된 문제를 완화시킬 수 있지만, 보호되는 발명의 범위는 본 명세서에 언급된 임의의 특정 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 임의의 실시예의 능력에 의해서가 아니라, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 발포제(비누) 및 폼 개질제(비누 개질제)의 "온라인" 블렌딩을 제공하여 발포제 및 폼 개질제의 상대적인 중량을 조절하는 방식으로 블렌딩 사전 혼합물 폼 스트림을 형성한다. 예를 들어, 상기 폼은 발포 석고 또는 시멘트 보드의 제조에 특히 유용하다. 건조된 제품에 공극을 형성하는 폼을 사용하여 보드를 더 경량으로 제조할 수 있다. 온라인 블렌딩을 통해, 석고 벽판(Gypsum wallboard) 또는 시멘트 보드의 제조시설에서 발포제와 폼 개질제의 양을 직접 조절할 수 있다. 이러한 유연성은, 폼으로 형성된 공극을 함유하는 보드층에서의 공극의 크기 및 배열을 포함하여, 예컨대 보드 구조와 관련된 완제품 보드의 특성을 조정할 수 있기 때문에 바람직하다.
따라서, 발포 시멘트질 보드의 제조 방법은, 제 1 양의 제 1 발포제, 제 2 양의 제 2 발포제 및 제 3 양의 지방 알코올을 블렌딩하여 수성 블렌딩 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 양은 제 1 중량비로 제공되는 단계를 포함하거나(comprises), 이것으로 구성되거나(consists of), 실질적으로 이루어진다(consists essentially of). 이 단계에서, 상기 제 1 또는 제 2 발포제는 먼저 스트림 이전에 지방 알코올과 배합된 다음, 블렌딩 스트림, 예컨대 블렌딩 스트림 도관에 첨가될 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 제 1, 제 2 및/또는 제 3 양을 제어 가능하게 변경하여 상기 제 1 중량비와 상이한 제 2 중량비를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 블렌딩 스트림에 공기를 삽입하여 폼을 형성하는 단계; 적어도 물, 시멘트질 재료 및 상기 폼을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; 상기 슬러리를 제 1 커버 시트와 제 2 커버 시트 사이에 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계; 상기 보드 전구체를 보드로 절단하는 단계; 및 상기 보드를 건조시키는 단계를 더 포함한다.
다른 양태에서, 폼 형성 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제 1 발포제, 제 2 발포제 및 지방 알코올을 순서에 관계없이 폼 생성기 내로 직접 또는 간접적으로 유입하도록 구성된 유량 계량 시스템을 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 일부 실시예에서, 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올은 상기 폼 생성기에 첨가되기 전에, 예컨대 블렌딩 스트림 도관에서 순서에 관계없이 배합된다. 일부 실시예에서, 상기 제 1 발포제 또는 상기 제 2 발포제는 먼저 상기 블렌딩 스트림 도관으로 전달되기 전에, 예컨대 사전 도관에 상기 지방 알코올과 혼합된다. 제어기는(예컨대, 상기 블렌딩 스트림 도관을 통해) 상기 폼 생성기 내로 직접 또는 간접적으로 유입되는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올의 상대적인 양을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 유량 계량 시스템과 통신한다. 폼을 형성하도록 구성된 상기 폼 생성기에 공기를 유입시키기 위한 공기 공급 도관이 제공된다.
또 다른 양태에서, 폼 형성 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제 1 발포제, 제 2 발포제 및 지방 알코올이 순서에 관계없이 블렌딩 스트림 도관 내로 유동하는 것을 제어하기 위한 하나 이상의 밸브와 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 유량 계량 시스템을 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 제어기는 상기 블렌딩 스트림 도관 내로 유입되는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올의 상대적인 양을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 유량 계량 시스템과 통신한다. 폼 생성기는 상기 블렌딩 스트림 도관과 유체 역학적으로 연통하며, 공기 공급 도관은 상기 폼 생성기에 공기를 유입시켜 폼이 제조될 수 있도록 한다.
또 다른 양태에서, 폼 형성 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 제 1 발포제를 제 1 공급 도관으로부터 제 1 밸브를 통해 블렌딩 스트림 도관 내로 유입시키는데 사용되는 제 1 펌프를 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 제 2 펌프는 제 2 발포제를 제 2 공급 도관으로부터 제 2 밸브를 통해 상기 블렌딩 스트림 도관 내로 유입시키는데 사용된다. 제 3 펌프는 지방 알코올을 제 3 공급 도관으로부터 제 3 밸브를 통해 상기 블렌딩 스트림 도관 내로 유입시키는데 사용된다. 제어기는 상기 블렌딩 스트림 도관 내로 유입되는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올의 상대적인 양을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 제 1, 제 2 및 제 3 밸브 및/또는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프 중 하나 이상(예컨대, 모두)과 통신한다. 교반 수단을 포함하는 폼 생성기가 상기 블렌딩 스트림 도관과 연통한다. 공기 공급 도관은 상기 폼 생성기에 공기를 유입시킨다. 따라서, 상기 블렌딩 스트림의 내용물이 교반되고 상기 폼 생성기에서 공기와 배합되어 폼이 형성된다. 이후, 상기 폼은 석고 벽판 또는 시멘트 보드와 같은 보드를 제조하기 위해 시멘트질 슬러리, 예컨대, 상기 시멘트질 슬러리가 연속적으로 형성되는 혼합기로 전달될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 두 개의 커버 시트 사이에 배치된 경화 석고 코어(Set gypsum core)를 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어지는 석고 보드를 제공한다. 상기 경화 석고 코어는 적어도 물, 치장 회반죽 및 폼으로 형성된 석고 결정 매트릭스를 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 상기 폼은 발포제 및 지방 알코올을 포함하는 거품 안정제로 형성된다. 바람직하게는, 상기 발포제는 적어도 하나의 알킬설페이트, 적어도 하나의 알킬에테르설페이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 일부 실시예에서, 상기 발포제는 올레핀 및/또는 알킨 발포제를 실질적으로 배제한다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 지방 알코올은 상기 발포제와 상호작용하여 폼을 안정화시키고 최종 생성물에 형성되는 공기 공극을 보다 양호하게 제어하는 것으로 알려져 있다. 일부 실시예에서, 상기 거품 안정제는 상기 지방 알코올을 포함하나, 지방산 알킬아미드 및/또는 카르복실산 타우라이드(Carboxylic acid tauride)를 실질적으로 배제한다. 일부 실시예에서, 상기 보드는 상기 지방 알코올 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 향상된 강도를 나타낸다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 시멘트질(예컨대, 석고 또는 시멘트) 보드의 제조 방법을 제공한다. 폼은 일반적으로 사전 생성된다. 따라서, 상기 방법은, 발포제 및 지방 알코올을 포함하는 거품 안정제로 형성된 수성 혼합물에 공기를 삽입하여 폼을 사전 생성하는 단계를 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 발포제는 적어도 하나의 알킬설페이트, 적어도 하나의 알킬에테르설페이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 안정 및 불안정 발포제가 블렌딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 발포제는 올레핀 및/또는 알킨 발포제를 실질적으로 배제한다. 상기 폼은 슬러리에 유입(예컨대, 주입)된다.
상기 방법은, 적어도 물, 치장 회반죽 및 상기 폼을 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계; 상기 슬러리를 제 1 커버 시트와 제 2 커버 시트 사이에 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계; 상기 보드 전구체를 보드로 절단하는 단계; 및 상기 보드를 건조시키는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 지방 알코올은 사전 혼합물에서 상기 발포제와 배합될 수 있으며, 상기 사전 혼합물은 예컨대 혼합기에서 치장 회반죽, 물 및 기타 첨가제에 원하는 대로 첨가될 수 있다. 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 지방 알코올은 일반적으로 상기 수성 발포제에 용해될 수 있는 것으로 알려져 있다. 일부 실시예에서, 상기 거품 안정제는 상기 지방 알코올을 포함하지만, 에틸렌 글리콜 및/또는 아미드 조성물을 실질적으로 배제한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 발포 석고 슬러리를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 수성 비누 혼합물을 형성하기 위해 발포제를 지방 알코올과 배합하는 단계; 상기 수성 비누 혼합물로부터 폼을 생성시키는 단계; 및 상기 폼을 치장 회반죽 및 물을 포함하는 석고 슬러리에 첨가하여 발포 석고 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 폼이 상기 석고 슬러리에 혼입됨에 따라, 거품 기포는 상기 슬러리를 경계로 하는 기포들 주위의 쉘(Shell)로 형성된다. 지방 알코올의 존재는 계면에서 상기 쉘을 바람직하게 안정화시키는 것으로 알려져 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 물, 치장 회반죽, 발포제 및 지방 알코올을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어지는 슬러리를 제공하며, 상기 슬러리가 주조되고 보드로서 건조될 때, 상기 보드는 상기 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드에 비해 강도가 증가된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, 예컨대 시멘트질(예컨대, 석고 또는 시멘트) 보드의 제조에 사용되는 시멘트질 슬러리의 발포 구조체를 안정화시키는 방법을 제공한다. 상기 방법에서, 상기 지방 알코올은 발포제와 배합될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 발포제는 상기 지방 알코올과 혼합되어 수성 비누 혼합물을 형성한다. 폼은 상기 수성 비누 혼합물로부터 생성된다. 상기 폼은 시멘트질 재료(예컨대, 치장 회반죽 또는 시멘트) 및 물을 포함하는 석고 또는 시멘트 슬러리에 첨가되어 발포 시멘트질 슬러리를 형성한다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 폼이 상기 시멘트질 슬러리에 혼입됨에 따라, 거품 기포는 상기 슬러리를 경계로 하는 기포들 주위의 쉘로 형성되는 것으로 알려져 있다. 지방 알코올의 존재는 계면에서 쉘을 바람직하게 안정화시키는 것으로 이해된다.
보드를 제조하기 위해, 상기 발포 시멘트질 슬러리를 상부(또는 전면) 커버 시트에 접착식으로 도포하여 제 1 및 제 2 주표면을 갖는 발포 시멘트질 코어 슬러리를 형성한다. 상기 발포 시멘트질 코어 슬러리의 상기 제 1 주표면은 상기 상부 커버 시트를 대면한다. 하부(또는 이면) 커버 시트는 상기 발포 시멘트질 코어 슬러리의 상기 제 2 주표면에 접착식으로 도포되어 보드 전구체의 습식 조립체를 형성한다. 필요하다면, 상기 코어와 상기 커버 시트 중 하나 또는 모두 사이에 스킴 코트를 도포할 수 있다. 상기 보드 전구체를 절단하고 건조시켜 보드 제품을 형성한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 물 및 시멘트 재료(예컨대, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 및 이들 재료의 블렌드)의 코어 혼합물로 형성된 시멘트 보드를 제공한다. 상기 혼합물에는 발포제 및 지방 알코올도 포함되어 있다. 선택적으로, 일부 실시예에서 경량 골재(예컨대, 팽창 점토, 팽창 슬래그, 팽창 혈암, 펄라이트, 팽창 유리 비드, 폴리스티렌 비드 등)가 상기 혼합물에 포함될 수 있다. 시멘트 보드는 두 개의 커버 시트 사이에 배치된 시멘트 코어를 포함한다. 상기 시멘트 코어는 적어도 물, 시멘트, 발포제 및 지방 알코올로부터 형성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 발포 시멘트 슬러리를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 수성 비누 혼합물을 형성하기 위해 발포제를 지방 알코올과 배합하는 단계; 상기 수성 비누 혼합물로부터 폼을 생성시키는 단계; 및 상기 폼을 시멘트(예컨대, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 또는 이들의 조합) 및 물을 포함하는 시멘트 슬러리에 첨가하여 발포 시멘트 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 상기 폼이 상기 시멘트 슬러리에 혼입됨에 따라, 거품 기포는 상기 슬러리를 경계로 하는 기포들 주위의 쉘로 형성된다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 지방 알코올의 존재는 계면에서 쉘을 바람직하게 안정화시킨다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 물, 시멘트, 발포제 및 지방 알코올을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어지는 슬러리를 제공하며, 상기 슬러리가 형성되고 보드로서 건조될 때, 상기 보드는 상기 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드에 비해 강도가 증가된다.
도 1은 본 명세서의 실시예 1에 기재된 바와 같이, 폴리카르복실레이트 에테르가 존재하거나 존재하지 않는 지방 알코올 없이 제조된 발포제 용액(X 축)에 대한 폼 높이(mm)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 2는 본 명세서의 실시예 1에 기재된 바와 같이, 발포제 1B를 함유하는 발포제 용액(X 축)에 대한 폼 높이(mm)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 3은 본 명세서의 실시예 1에 기재된 바와 같이, 발포제 1C를 함유하는 발포제 용액(X 축)에 대한 폼 높이(mm)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 실시예 1에 기재된 바와 같이, 발포제 1B를 함유하는 발포제 용액의 시간(X 축)에 따른 폼 높이(mm)(Y 축)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 명세서의 실시예 1에 기재된 바와 같이, 발포제 1C를 함유하는 발포제 용액의 시간(X 축)에 따른 폼 높이(mm)(Y 축)를 나타내는 그래프이다.
도 6A 내지 도 6C는 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 어떠한 지방 알코올도 없이 제조된 대조군 벽판 2A의 단면을 20 배율에서 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 7A 내지 도 7C는 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 도데칸올을 갖는 발포제 블렌드로 제조된 벽판 2B의 단면을 20 배율에서 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 8A 내지 도 8C는 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 데칸올을 갖는 발포제 블렌드로 제조된 벽판 2C의 단면을 20 배율에서 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 9A 내지 도 9C는 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 옥탄올을 갖는 발포제 블렌드로 제조된 벽판 2D의 단면을 20 배율에서 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 10은 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 대조군 벽판 2A에서의 공극 크기에 대한 용적 분포(%)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 11은 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 도데칸올로 개질된 발포제로 제조된 벽판 2B에서의 공극 크기(마이크론)(X 축)에 대한 공극의 용적 분포(%)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 12는 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 데칸올로 개질된 발포제로 제조된 벽판 2C에서의 공극 크기(마이크론)(X 축)에 대한 용적 분포(%)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 13은 본 명세서의 실시예 2에 기재된 바와 같이, 1 % 옥탄올로 개질된 발포제로 제조된 벽판 2D에서의 공극 크기(마이크론)(X 축)에 대한 용적 분포(%)(Y 축)를 나타내는 막대 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른 안정 및 불안정한 비누(발포제) 및 비누(폼) 개질제를 포함하는 폼을 제조하기 위한 시스템의 개략도로서, 상기 폼은 예컨대 보드의 제조 중에 석고 또는 시멘트 슬러리 내로 삽입하기에 유용하다.
본 발명의 실시예는 시멘트질 슬러리(예컨대, 석고 또는 시멘트 슬러리) 및 관련 제품 및 방법에 유용한 폼 개질제를 제공한다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 폼 개질제는 폼의 안정화를 돕는 작용을 하는 것으로 알려진 지방 알코올이다. 석고 및 시멘트 슬러리는 다양한 유형 및 양의 재료를 갖는 복잡한 시스템일 수 있다. 상기 슬러리 내의 성분은 폼에 응력을 가하여 거품 기포를 파괴시킬 수 있으며, 이는 공기 공극 크기 분포의 제어를 축소시킬 수 있다. 놀랍게도 예기치 않게, 본 발명자들은 지방 알코올을 발포제와 함께, 예컨대 폼을 제조하기 위한 사전 혼합물에 포함시킴으로써 상기 폼의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 폼의(공기) 공극 크기 및 분포를 보다 양호하게 제어할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 견고한 발포 시스템을 형성함으로써, 일부 실시예에서, 제어된 알코올 코어 구조는, 예컨대 개선된 못 인발 저항(Nail pull resistance)(간단하게 "못 인발"이라고도 함), 코어 경도 등에서 보이는 바와 같이 보드 강도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예서, 상기 보드는 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드에 비해 강도가 증가된다. 코어 구조의 공기 공극 크기 분포는, 사전 결정될 수 있는 바와 같이, 예컨대 보다 큰 공기 공극 또는 보다 작은 공기 공극을 포함하는, 예컨대 평균 공극 직경이 보다 높거나 낮을 수 있도록 원하는 대로 조정될 수 있다.
상기 지방 알코올은 석고 슬러리에 폼을 생성시키는데 유용한 임의의 적합한 발포제 조성물과 함께 사용될 수 있다. 상기 적합한 발포제는 상기 보드 코어의 중량이 감소될 수 있도록 최종 생성물 내에 공기 공극을 생성하기 위해 선택된다. 일부 실시예에서, 상기 발포제는 안정한 비누, 불안정한 비누, 또는 안정 및 불안정한 비누의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 발포제의 일 성분은 안정한 비누이고, 타 성분은 안정한 비누 및 불안정한 비누의 조합이다. 일부 실시예에서, 상기 발포제는 알킬설페이트 계면 활성제를 포함한다.
다수의 상업적으로 공지된 발포제가 이용 가능하며, 펜실베니아주 앰블러의 GEO Specialty Chemicals사에서 판매하는 비누 제품의 HYONIC 라인(예컨대, 25AS)과 같은 본 발명의 실시예에 따라 사용될 수 있다. 다른 상업적으로 이용 가능한 비누는 일리노이주 노스필드의 Stepan Company사에서 판매하는 Polystep B25를 포함한다. 본 명세서에 기재된 발포제는 단독으로 또는 다른 발포제와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 일부 유형의 불안정한 비누는 다양한 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알킬설페이트 계면 활성제이다. 적합한 사슬 길이는, 예컨대 C8-C12, 예컨대, C8-C10 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은, 예컨대 나트륨, 암모늄, 마그네슘, 또는 칼륨을 포함할 수 있다. 불안정한 비누의 예는, 예컨대 소듐도데실설페이트, 마그네슘도데실설페이트, 소듐데실설페이트, 암모늄도데실설페이트, 포타슘도데실설페이트, 포타슘데실설페이트, 소듐옥틸설페이트, 마그네슘데실설페이트, 암모늄데실설페이트, 이들의 블렌드 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 일부 유형의 안정한 비누는 다양한(일반적으로 긴) 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알콕시화(예컨대, 에톡시화) 알킬설페이트 계면 활성제이다. 적합한 사슬 길이는, 예컨대 C10-C14, 예컨대, C12-C14 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은, 예컨대 나트륨, 암모늄, 마그네슘, 또는 칼륨을 포함할 수 있다. 안정한 비누의 예는, 예컨대 소듐라우레스설페이트, 포타슘라우레스설페이트, 마그네슘라우레스설페이트, 암모늄라우레스설페이트, 이들의 블렌드 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 이러한 리스트로부터의 안정 및 불안정한 비누의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
발포 석고 제품의 제조에 있어서 발포제 및 그 첨가의 조합의 예가 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제 5,643,510 호에 개시되어 있다. 예를 들어, 안정한 폼을 형성하는 제 1 발포제 및 불안정한 폼을 형성하는 제 2 발포제를 배합할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 1 발포제는 탄소수 8 내지 12의 알킬 사슬 길이 및 1 내지 4 단위의 알콕시기(예컨대, 에톡시기) 사슬 길이를 갖는 비누이다. 상기 제 2 발포제는 선택적으로 탄소수 6 내지 20, 예컨대 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 16의 알킬 사슬 길이를 갖는 비알콕시화(예컨대, 비에톡시화) 비누이다. 이들 두 비누의 양을 각각 조절함으로써 약 100 % 안정한 비누 또는 약 100 % 불안정한 비누에 도달할 때까지 보드 폼 구조를 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 발포제는 알킬설페이트 및/또는 알킬에테르설페이트의 형태로 제공된다. 이러한 발포제는 올레핀설페이트와 같은 올레핀보다 바람직한데, 그 이유는 올레핀이 일반적으로 분자 전면에 이중 결합을 함유하여 비누로 만들어졌을 때조차 바람직하지 않게 반응성이 높아지기 때문이다. 따라서, 바람직하게는, 상기 발포제는 알킬설페이트 및/또는 알킬에테르설페이트를 포함하지만, 올레핀(예컨대, 올레핀설페이트) 및/또는 알킨을 필수적으로 함유하지 않는다. 필수적으로 올레핀 또는 알킨을 포함하지 않는다는 것은 상기 발포제가 (i) 치장 회반죽의 중량을 기준으로 0 중량% 만큼 함유하거나 올레핀 및/또는 알킨을 함유하지 않고, 또는 올레핀 및/또는 알킨을 (ii) 비 유효량 또는 (iii) 비 물질량 만큼 함유한다는 의미이다. 상기 비 유효량의 예는, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 올레핀 및/또는 알킨 발포제를 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비 물질량은, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 예컨대 치장 회반죽의 중량을 기준으로 약 0.005 중량% 미만, 약 0.001 중량% 미만, 약 0.0001 중량% 미만 등과 같이 약 0.001 중량% 미만일 수 있다.
상기 발포제는 임의의 적절한 양으로 석고 슬러리에 포함된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 발포제는 치장 회반죽의 약 0.01 중량% 내지 약 0.25 중량%, 예컨대 치장 회반죽의 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%, 치장 회반죽의 약 0.01 중량% 내지 약 0.03 중량%, 또는 치장 회반죽의 약 0.07 중량% 내지 약 0.1 중량% 만큼 포함될 수 있다.
상기 지방 알코올은 임의의 적절한 지방족 지방 알코올일 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐 정의된 바와 같이, "지방족"은 알킬, 알케닐, 또는 알킨을 지칭하고, 치환되거나 비치환되거나, 분지형이거나 비분지형이거나, 그리고 포화되거나 불포화될 수 있으며, 일부 실시예와 관련하여, 본 명세서에 기재된 탄소 사슬, 예컨대 Cx-Cy(여기서, x 및 y는 정수)에 의해 표현됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 지방족이라는 용어는 또한 작용기의 소수성을 보존하는 헤테로 원자 치환된 사슬을 의미한다. 상기 지방 알코올은 단일 조성물이거나, 둘 이상의 조성물의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 지방 알코올은, C10-C20 지방 알코올 또는 C6-C16 지방 알코올(예컨대, 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 지방알코올 등)과 같은 C6-C20 지방 알코올이다. 예를 들어, 옥탄올, 데칸올, 도데칸올 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 C10-C20 지방 알코올은 선형 또는 분지형 C6-C20 탄소 사슬 및 적어도 하나의 하이드록시기를 포함한다. 상기 하이드록시기는 탄소 사슬상의 임의의 적절한 위치에 부착될 수 있지만, 바람직하게는 양측 말단 탄소에 또는 말단 탄소 근처에 부착된다. 일부 실시예에서, 하이드록시기는 탄소 사슬의 α-,
Figure pct00001
-, 또는 γ-위치에 부착될 수 있으며, 예컨대 상기 C6-C20 지방 알코올은
Figure pct00002
또는
Figure pct00003
의 소단위체(Subunit)를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 따른 바람직한 지방 알코올의 예는 1-도데칸올, 1-운데칸올, 1-데칸올, 1-노난올, 1-옥탄올, 또는 이들의 임의의 조합이다.
일부 실시예에서, 거품 안정제는 상기 지방 알코올을 포함하고, 지방산 알킬아미드 또는 카르복실산 타우라이드를 필수적으로 함유하지 않는다. 일부 실시예에서, 상기 거품 안정제는 필수적으로 글리콜을 함유하지 않지만, 예컨대 계면 활성제의 함량을 보다 높이기 위해 일부 실시예에서 글리콜을 포함시킬 수 있다. 전술한 성분을 필수적으로 함유하지 않는다는 것은 상기 거품 안정제가 (i) 이들 성분 중 어느 하나의 중량을 기준으로 0 중량% 만큼 함유하거나, 또는 이들 성분 중 어느 하나를 (ii) 비 유효량 또는 (iii) 비 물질량 만큼 함유한다는 의미이다. 상기 비 유효량의 예는, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 이들 성분 중 어느 하나를 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비 물질량은, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 예컨대 치장 회반죽의 중량을 기준으로 약 0.00005 중량% 미만, 약 0.00001 중량% 미만, 약 0.000001 중량% 미만 등과 같이 약 0.0001 중량% 미만 일 수 있다.
상기 지방 알코올은 임의의 적절한 양으로 상기 석고 슬러리에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 지방 알코올은 치장 회반죽의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%, 예컨대 치장 회반죽의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.001 중량%, 치장 회반죽의 약 0.0002 중량% 내지 약 0.0075 중량%, 치장 회반죽의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.003 중량%, 또는 치장 회반죽의 약 0.0005 중량% 내지 약 0.001 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 효율을 향상시키기 위해, 상기 발포제, 발포수 및 지방 알코올을 상기 석고 슬러리에 첨가하기 전에 배합한다. 이러한 방식으로 제조하면, 상기 지방 알코올이 상기 석고 슬러리에 희석되어 거품 기포에 접근하기 위해 상기 슬러리의 다른 성분과 경쟁하기보다는, 거품에 직접 작용하여 바람직한 안정화 효과를 제공할 수 있다.
상기 지방 알코올은 발포제에 첨가될 수 있으며 일반적으로 용해된다. 지방 알코올은 일반적으로 물에 용해되지 않기 때문에, 이는 일부 실시예에서 비누에 첨가되고 폼 생성 이전에 먼저 용해될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지방 알코올은 안정 또는 불안정 발포제에 용해될 수 있다. 일부 실시예에서, 용해된 지방 알코올을 갖는 제 1 발포제는 이후 다른 발포제와 블렌딩된다(예컨대, 불안정 발포제와 블렌딩된 용해된 지방 알코올을 갖는 안정 발포제, 또는 안정 발포제와 블렌딩된 용해된 지방 알코올을 갖는 불안정 발포제).
상기 계면 활성제(발포제)와 지방 알코올 사이의 유효 중량비는 상기 석고 슬러리에 첨가하기 이전에 최종 발포제-지방 알코올 혼합물에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 지방 알코올에 대해 약 5000:1 내지 약 5:1, 예컨대 약 5000:1 내지 약 1000:1, 약 500:1 내지 약 100:1, 또는 약 500:1 내지 약 10:1의 중량비로 존재할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 일반적인 최종 발포제-지방 알코올 블렌드는 30 중량%의 계면 활성제 및 1 중량%의 지방 알코올을 함유하며, 상기 혼합물의 나머지는 물로 구성된다.
상기 발포제 및 상기 지방 알코올은 혼합(휘저음(Stirring), 교반(Agitation))함으로써 용기 내에 블렌딩될 수 있다. 추가적인 발포제는 주입에 의해 첨가될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 폼은 상기 시멘트질 슬러리와 만나기 전에 사전 생성되고 사전 안정화된다. 이론에 구애되지 않기를 바라며, 상기 시멘트질 슬러리와 혼합하기 전에 지방 알코올로 개질된 계면 활성제의 박막이 형성되는 것으로 알려져 있다. 상기 폼의 사전 생성은 압축 공기와 비누 용액의 고속 전단 혼합을 수반한다. 발포제의 이러한 사전 생성은, 폼을 생성하지 않으면서 혼합하는 동안 약간의 공기를 혼입시키는 시스템과는 대조적으로, 폼 형성을 유도하므로 바람직하다. 이러한 공기 혼입 시스템은 단순히 약간의 비누가 함유된 슬러리를 블렌딩하여 기포를 추가한다. 폼은 사전 생성된 거품 기포의 크기가 보다 균일하고 제어될 수 있기 때문에 상기와 같은 혼합 기포 시스템과 구별될 수 있다.
지방 알코올을 함유하는 발포제 조성물 블렌드를 배합한 후, 상기 폼을 생성하고 상기 슬러리에 첨가(예컨대, 주입)한다. 폼을 생성하는 방법 및 장치는 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,518,652 호, 제 2,080,009 호 및 제 2,017,022 호를 참조하라. 상기 폼은 수성 발포제-지방 알코올 혼합물로부터 사전 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제 및 지방 알코올 조합의 최종 조성은 용량 조절을 통해 폼 생성기 장비로 유도될 수 있다. 폼을 생성하기 위한 한 가지 방법은 비누 용액과 공기를 혼합하는 폼 생성기를 사용하는 것이다. 교반, 난류, 또는 혼합을 포함하는 기포를 형성시킬 수 있는 임의의 혼합 방법이 비누와 공기를 배합하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 폼 생성기 장비는 폼을 생성하기 위해 혼합된 압축 공기 및 계면 활성제 용액을 포함할 수 있다. 물과 공기의 양은 특정 밀도의 폼을 생성하도록 제어된다. 폼 부피를 조절하여 전체 건조 제품 중량을 제어한다.
필요하다면, 발포제의 혼합물은 "오프라인", 즉, 발포 석고 제품을 제조하는 공정과는 별도로 사전 블렌딩될 수 있다. 그러나, 상기 제 1 및 제 2 발포제를 혼합 공정의 통합된 "온라인" 부분으로서 동시에 연속적으로 블렌딩하는 것이 바람직하다. 이는, 예컨대 상이한 발포제의 개별 스트림을 펌핑하고, 상시 스트림을 폼 생성기에서 또는 폼 생성기 직전에 가져오는 것에 의해 달성될 수 있으며, 여기서 폼 생성기는, 이후에 하소된 석고 슬러리에 삽입되거나 혼합되는 수성 폼의 스트림을 생성한다. 이러한 방식으로 블렌딩함으로써, 상기 블렌드 내의 상기 제 1 및 제 2 발포제의 비율은 발포 경화 석고 제품에서 원하는 공극 특성을 달성하기 위해 (예컨대, 개별 스트림 중 하나 또는 둘 모두의 유속을 변화시킴으로써) 간단하고 효율적으로 조절될 수 있다. 이러한 조절은, 조절이 필요한지 여부를 결정하기 위해 최종 제품에 대한 조사에 응답하여 이루어질 것이다. 이러한 "온라인" 블렌딩 및 조절에 대한 더 상세한 설명은, 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제 5,643,510 호 및 미국 특허 제 5,683,635 호에 개시되어 있다.
폼의 온라인 첨가는 일부 실시예에서 바람직한데, 이는 하나 이상의 비누가 사전 혼합물에서 본 명세서에 기재된 바와 같이 폼 개질제와 배합되기 때문이며, 이후 상기 사전 혼합물은, 예컨대 석고 슬러리용 주 혼합기에 있는 상기 석고 슬러리 내로 삽입된다. 이러한 방식으로 비누 및 비누(폼) 개질제를 첨가하는 것은 시스템에 유연성을 부여하는데, 이는 예컨대 당업계에 공지된 프로세스 제어기의 도움으로 각 성분의 상대 중량을 조절할 수 있기 때문이다. 따라서, 하나 이상의 비누 및 비누 개질제의 개별적인 양은 보다 정밀하게 제어될 수 있고, 소정의 상대적인 양의 각 성분들(즉, 비누 및 비누 개질제)을 사용하여 현장 외에서 제조되는 비누(발포제) 및 비누 개질제(폼 개질제)의 통합 공급원이 이용 가능하지 않은 제조 상황에 유연하도록 한다.
도 14는 일 실시예에 따른 발포제(비누) 및 폼 개질제(비누 개질제)를 각각의 성분의 양에 대하여 조절될 수 있는 사전 혼합물로 배합하는 폼 생성 시스템(10)을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 특히, 본 명세서에 기재된 불안정한 비누(12), 비누 개질제(14) 및 안정한 비누(16)는 임의의 순서대로 개별 도관을 통해 블렌딩 스트림 도관(18) 내로 유입된다. 또한, 폼 워터(20)는 계면 활성제 용액을 희석하기 위해 상기 블렌딩 스트림 도관(18)에 첨가될 수 있다. 폼 공기(24)가 폼 생성에 적합할 수 있는 바람직한 목표 폼 밀도(예컨대, 약 2 lb/ft3 내지 약 8 lb/ft3, 약 3 lb/ft3 내지 약 7 lb/ft3, 또는 약 4 lb/ft3 내지 약 6 lb/ft3 등)를 달성하기 위해 유입된다.
상기 블렌딩 스트림 도관(18)의 내용물이 상기 폼 생성기(22) 내로 삽입된다. 청정하고 건조한 공기(24)는 또한 상기 폼 생성기(22)에 삽입되어 상기 폼(26)을 형성하는데 사용된다. 상기 폼 생성기(22)는 일반적으로 당업계에 공지된 바와 같이 회전자 및 고정자를 포함한다. 상기 폼 생성기는 상기 회전자와 고정자 사이의 전단 작용을 이용하여 공기, 물 및 발포제를 압력하에 혼합함으로써 상기 폼을 생성한다. 상기 공기는 공기 압력(예컨대, 약 40 psi 내지 약 100 psi, 또는 약 40 psi 내지 약 80 psi) 및 유량(예컨대, 약 20 ft3/min 내지 약 60 ft3/min, 또는 약 30 ft3/min 내지 약 50 ft3/min)을 정밀하게 제어되면서 도관을 통해 공급될 수 있다. 상기 폼(26)은 당업계에 공지된 바와 같이 석고 보드 또는 시멘트 보드와 같은 보드를 형성하는 데 사용되는 시멘트질 슬러리를 형성하기 위해 혼합기로 전달될 수 있다.
바람직하게는, 상기 시스템(10)은 폼 생성에 사용되는 성분, 특히 상기 불안정한 비누(12), 상기 비누 개질제(14) 및 상기 안정한 비누(16)가 온라인으로 조절될 수 있도록 한다. 상기 불안정한 비누(12), 상기 비누 개질제(14) 및 상기 안정한 비누(16)는 각각 사전 성형되어 개별 도관을 통해 상기 블렌딩 스트림 도관(18)으로 전달될 수 있다. 필요하다면, 상기 불안정한 비누(12) 및 상기 비누 개질제(14)가 먼저 사전 도관에서 배합될 수 있으며, 및/또는 이와 유사하게 상기 안정한 비누(16) 및 상기 비누 개질제(14)가 먼저 사전 도관에서 배합될 수 있다. 성분들(12, 14, 16)의 삽입은 후술되는 바와 같이 유량 계량 시스템에 의해 보조될 수 있다.
상기 시스템(10)은 상기 폼 형성 시스템이 연속적으로 폼을 형성하고 상기 시멘트질 슬러리 혼합기가 연속적으로 보드를 형성하는 경우에도 각각의 성분들(12, 14, 16)의 상대적인 양을 온-더-플라이(On-the-fly) 방식으로 조절한다. 예를 들어, 상기 성분들(12, 14, 16)은 제 1 중량비로 존재할 수 있지만, 작업자(예컨대, 보드 라인 작업자)는 상기 폼이 제조되어 상기 보드가 연속적으로 제조되는 동안 온-더-플라이 방식으로 하나 이상의 성분들(12, 14, 16)의 양을 조절하여 제 2의 중량비를 형성한다. 예를 들어, 작업자는 보드층에 목표 공기 공극 구조를 형성하고 당업계에 공지된 바와 같이 공극 크기 분포를 제어하기 위해 상기 성분들(12, 14, 16)의 상대적인 양을 변경하고자 할 수 있다. 이는, 습식 슬러리 샘플 및/또는 하류(예컨대, 나이프(Knife)에서, 예컨대 습윤 형태, 또는 건조 후)에서 샘플링된 보드의 단면에 수행되는 육안 검사에 대한 응답으로, 특히 상기 폼으로 인한 공극을 함유하는 석고층의 검사에 의해 이루어질 수 있다.
상기 유량 계량 시스템은 일부 실시예에서 하나 이상의 펌프 및 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 발포제 또는 폼 개질제 성분을 상기 블렌딩 스트림 도관(18) 내로 용이하게 주입하기 위해 하나 이상의 펌프(예컨대, 추진 공동형 펌프(Progressive cavity pump) 또는 용적형 펌프(Positive displacement pump))가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 펌프는 고정밀 펌프의 형태로 제공되고, 재료의 유동을 정량화하기 위해 유량계를 포함한다. 밸브 또는 다른 유량 조절기는 상기 블렌딩 스트림 도관(18) 내로 주입된 각 성분들(12, 14, 16)의 양을 조절하는데 사용된다. 솔레노이드 또는 펄싱 밸브(예컨대, 변조 펄싱하는 밸브)와 같은 임의의 적합한 밸브가 당업계에 공지된 바와 같이 사용될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 유량 계량 시스템은 1 개, 2 개, 또는 3 개의 펌프가 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 폼 개질제를 위한 밸브와 작동 가능하게 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 3 개의 펌프가 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 폼 개질제 각각에 하나씩 사용된다. 2 개의 발포제 중 하나가 다른 발포제가 첨가되기 이전에 상기 폼 개질제와 먼저 배합되는 것과 같은 일부 실시예에서, 2 개의 펌프가 사용될 수 있는데, 예컨대 하나의 펌프가 먼저 배합된 2 개의 성분에 대해 사용되고, 다른 펌프는 세 번째 성분에 대해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 펌프가 사용되며, 이는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 폼 개질제를 주입하기에 적합하다.
일부 실시예에서, 프로세스 제어기가 온라인 조절을 위해 상기 유량 계량 시스템을 작동시키는 데 사용될 수 있다. 상기 프로세스 제어기는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 폼 개질제의 양을 조절하기 위해 상기 유량 계량 시스템의 펌프 및/또는 밸브와 통신할 수 있다. 펌프 및 밸브를 사용하는 상기 유량 계량 시스템을 작동시키기 위한 하드웨어 및 운영 시스템은 공지되어 있다. 간략하게, 상기 제어기는 칩 또는 전자 제어 장치(ECU)의 형태로 제공될 수 있고, 일부 실시예에서는 메모리가 제공된 컴퓨터 모듈과 연관될 수 있다. 상기 밸브 및 펌프는, 예컨대 온/오프, 펄싱 속도, 작동 속도, 유속, 유동 압력 등의 하나 이상의 원하는 기능에 대한 자동화된 설정을 가질 수 있으며, 이는 예컨대 상기 모듈의 상기 메모리에 설치될 수 있다. 상기 제어기는, 예컨대 인간 작업자로부터 명령을 수신할 수 있고, 그에 반응하여 밸브 및/또는 펌프에 제어 출력 신호를, 예컨대 그 설정을 통해 전송할 수 있다. 이는, 펌프 및/또는 밸브가 하나 이상의 상기 유속, 상기 유동 압력, 상기 펄싱 속도, 상기 작동 속도 등을 조절할 수 있으므로, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 성분들(12, 14, 16)의 양이 온라인으로 조절되도록 한다.
상기 슬러리 및 사전 생성된 폼은 서로 배합되어 발포 석고 조성물을 제조할 수 있다. 상기 석고 슬러리와 상기 사전 생성된 폼을 배합하는 하나의 방법은 상기 폼을 가압하여 상기 슬러리 내로 강제하는 것이다. 적어도 하나의 실시예에서, 폼 링을 사용하여 상기 폼을 분산시킨다. 상기 폼 링은 상기 슬러리를 통과시키도록 성형된 장치이다. 이는 상기 슬러리가 상기 링을 통과할 때 상기 가압 폼을 상기 슬러리에 배출하기 위한 하나 이상의 제트 또는 슬롯을 포함한다. 상기 폼 링의 사용은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제 6,494,609 호에 개시되어 있다. 상기 폼과 상기 슬러리를 배합시키는 또 다른 방법은 상기 폼을 혼합기에 직접 첨가하는 것이다. 일 실시예에서, 폼 링 또는 다른 폼 주입 장치가 상기 혼합기의 배출 도관 내로 폼을 주입하도록 배향된다. 이러한 공정은 본 명세서에 참고로 포함되는 공동 양도된 미국 특허 제 5,683,635 호에 기재되어 있다. 폼이 생성되거나 슬러리 내로 유입되는 방식에 관계없이, 본 방법의 중요한 특징은 상기 지방 알코올이 슬러리 내로 유입되기 이전에 폼 제조 또는 생성의 특정 시점에서 배합되거나 첨가된다는 것이다. 상기 석고 조성물은 석고 코어를 형성하도록 성형된다.
본 발명에 따른 지방 알코올 및 발포제 체계로 형성된 경화 석고 코어(Set gypsum core)의 석고 결정 매트릭스는 임의의 원하는 공극 크기 분포를 갖도록 조정될 수 있다. 비누 사용은 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이 상기 원하는 공극 크기 및 분포에 따라 제품마다 상이하다. 원하는 대로 공극 크기를 조절하기 위한 기술은 공지되어 있으며, 당업자라면 이를 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,643,510 호 및 미국 특허 제 2007/0048490 호를 참조하라. 예를 들어, 상기 발포 석고 코어의 공극 크기 분포는 수성 비누 혼합물 중 비누의 농도를 조절함으로써 미세하게 제어될 수 있다. 발포 석고 코어가 준비된 후, 상기 석고 코어의 내부를 검사하면 공극 구조가 나타난다. 공극 크기 분포의 변화는 비누 농도를 초기 또는 이전 농도로부터 변화시킴으로써 생성된다. 내부에 작은 공극의 분율이 너무 크면, 상기 수성 비누 혼합물 중의 비누 농도가 감소될 수 있다. 너무 크고 긴 장방형 또는 불규칙한 모양의 공극이 너무 많이 발견되면 비누 농도를 높일 수 있다. 최적의 공극 크기 분포는 사용되는 제품, 위치 또는 원자재에 따라 다를 수 있지만, 이 공정 기술은 정의된 방법에 관계없이 원하는 공극 크기 분포로 이동하는 데 유용하다. 많은 실시예에서, 바람직한 공극 크기 분포는 사용되는 석고 제형에 고강도 코어를 생성하는 공극 크기 분포이다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 상기 경화 석고 코어는 상대적으로 큰 공기 공극의 평균 공기 공극 직경 을 갖는 공기 공극을 포함하며, 상기 평균 공기 공극 직경은, 예컨대 적어도 약 100 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 적어도 약 150 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 적어도 약 200 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 적어도 약 250 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 적어도 약 300 마이크론의 평균 공기 공극 직경, 또는 적어도 약 350 마이크론의 평균 공기 공극 직경 등이다.
일부 실시예에서, 상기 경화 석고 코어는 상대적으로 작은 공기 공극의 평균 공기 공극 직경을 갖는 공기 공극을 포함하며, 상기 평균 공기 공극 직경은, 예컨대 약 100 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 약 90 마이크론 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 약 80 마이크론 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 약 70 마이크론 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 약 60 마이크론 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경, 또는 약 50 마이크론 마이크론 미만의 평균 공기 공극 직경 등이다.
일부 실시예에서, 상기 석고 결정 매트릭스는 공극을 포함하는 공극 크기 분포를 가지며, 여기서 최대 빈도수를 갖는 공극 크기는 그 직경이 약 100 마이크론 이하, 약 80 마이크론 이하, 약 70 마이크론 이하, 또는 약 50 마이크론의 이하이다. 다른 실시예에서, 상기 석고 결정 매트릭스는 공기 공극을 포함하는 공극 크기 분포를 가지며, 여기서 최대 빈도수를 갖는 공극 크기는 그 직경이 적어도 약 150 마이크론, 적어도 약 200 마이크론 등과 같은 적어도 약 100 마이크론의 직경이다.
일부 실시예에서, 강도를 향상시키기 위해, 상기 경화 석고 코어는 대형 공극, 즉, 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 대형 공극에 의해 상당한 공극 용적을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 공극에 의해 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 20 %가 이루어지며, 예컨대 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 30 %, 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 40 %, 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 50 %, 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 60 %, 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 70 %, 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 80 %, 또는 상기 경화 석고 코어의 전체 공극 용적의 적어도 약 90 %가 이루어질 수 있다. 강도를 유지하면서 중량 감소를 향상시키기 위해, 일부 실시예에서, 큰 공극 사이에는 대체로 이산적인 높은 빈도수의 더 작은 공기 공극, 즉, 약 100 마이크론 미만의 직경 및/또는 약 50 마이크론 미만의 직경을 갖는 공기 공극이 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 가장 큰 빈도수를 갖는 공기 공극 크기는 그 직경이 약 100 마이크론 이하, 약 80 마이크론 이하, 약 70 마이크론 이하, 또는 약 50 마이크론 이하이며, 동시에 적어도 약 100 마이크론의 직경을 갖는 공기 공극에 의한 공극 용적 기여는 전술한 용적 백분율 중 어느 하나에 따른 임의의 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 공기 공극의 분포는 상대적으로 좁아서 상기 코어 구조의 현미경 사진 또는 다른 이미지에 대한 이미지 분석에 의해 특징지어질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 평균 공기 공극 크기(평균 공기 공극 직경이라고도 함)라는 용어는 상기 코어의 개별 공기 공극의 최대 직경으로부터 계산된다. 가장 큰 직경은 Feret 직경과 동일하다. 각 공기 공극의 가장 큰 직경은 샘플의 이미지에서 얻을 수 있다. 이미지는 2 차원 이미지를 제공하는 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 적절한 기술을 사용하여 획득할 수 있다. 공극의 횡단면(기공)의 무작위성이 평균 직경을 제공할 수 있도록 공극의 많은 기공 크기가 SEM 이미지에서 측정될 수 있다. 샘플의 코어 전체에 걸쳐 무작위 위치에서 획득한 여러 이미지에서 공극을 측정하면, 이러한 계산을 향상시킬 수 있다. 또한, 여러 2 차원 SEM 이미지를 기반으로 한 상기 코어의 3 차원 입체 모델을 구축하면, 평균 공극 크기의 계산을 향상시킬 수 있다. 다른 기술로는 3 차원 이미지를 제공하는 X-선 CT 스캐닝 분석(XMT)이 있다. 또 다른 기술로는 광 대비(Light contrasting) 기법을 사용하여, 예컨대 공극 깊이 등을 결정하는데 도움이 될 수 있는 광학 현미경 검사법이 있다. 상기 공극은 수동으로 또는 예컨대 NIH에서 개발한 ImageJ와 같은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 측정할 수 있다. 당업자는 이미지로부터의 공극 크기 및 분포의 수동 결정이 각 공극의 치수를 육안으로 관찰함으로써 결정되는 것을 가리킴을 이해할 수 있을 것이다. 샘플은 석고 보드를 절단하여 얻을 수 있다.
일반적으로 직경이 약 5 ㎛ 이하인 공극을 갖는 증발 수분 공극은 또한 전술한 공기(폼) 공극과 함께 공극에 기여한다. 일부 실시예에서, 약 5 마이크론 초과의 공극 크기를 갖는 공극 대 약 5 미크론 이하의 공극 크기를 갖는 공극의 용적비는 약 0.5:1 내지 약 9:1이며, 예컨대 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 구애되지 않기를 바라며, 상기 지방 알코올은 상기 폼이 상기 석고 슬러리("치장 회반죽 슬러리"라고도 함)에 유입될 때 상기 발포제로부터 형성된 거품 기포의 안정성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 상기 거품 기포는 또한 주위 석고 슬러리와의 계면에서 외부 쉘을 형성하는 것으로 알려져 있다. 상기 지방 알코올은 상기 계면에서 상기 쉘을 강화 및 안정화시켜 공극 크기 및 분포에 대한 개선된 제어를 제공하는 것으로 알려져 있다. 또한, 개선된 안정성으로 인하여, 적은 양의 기포가 파괴되고, 따라서 일부 실시예에서 상기 지방 알코올 없이 제조된 동일한 보드와 비교하여 동일한 바람직한 보드 중량 감소를 달성하기 위한 발포제가 덜 필요하다. 또한, 상기 발포제가 미셀(Micelle)을 형성한다고 알려져 있다. 이와 관련하여, 발포제는 일반적으로 소수성 꼬리 및 친수성 머리를 갖는 계면 활성제이다. 상기 지방 알코올은 소수성 영역 사이의 소수성 상호 작용에 의해 거품 기포를 보호하기 위해, 상기 계면 활성제 및 상기 지방 알코올로부터의 소수성 영역이 서로 인접하도록 계면 활성제 미셀에 혼입된다.
상기 석고 슬러리는 물과 치장 회반죽을 포함한다. 임의의 적절한 유형의 치장 회반죽이 상기 석고 슬러리에 사용될 수 있으며, 이는 칼슘설페이트 알파 반수화물, 칼슘설페이트 베타 반수화물 및 칼슘설페이트 무수화물을 포함한다. 상기 치장 회반죽은 섬유질이거나 비 섬유질일 수 있다. 본 발명의 실시예는 임의의 적합한 물 대 치장 회반죽 비율(Water-to-stucco ratio; WSR)을 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 WSR은 약 0.3 내지 약 1.5, 예컨대 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 예기치 않게, 상기 폼 공극의 개선된 안정성 및 본 명세서에 기재된 관련 결과적 이점들은, 다양한 석고 슬러리 첨가제의 존재 및 보드 코어를 형성하는데 사용되는 양에도 불구하고 달성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발포제 및 지방 알코올을 포함하는 개선된 개질 사전 폼 혼합물은 초경량 보드, 내곰팡이성(Mold-resistant) 및 내수성 보드, 및 내화 등급 보드를 포함하는 다양한 유형의 석고 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다.
상기 석고 슬러리는 경화 속도를 조절하기 위해 당업계에 공지된 바와 같이 촉진제 또는 지연제를 포함할 수 있다. 촉진제는 다양한 형태(예컨대, 습식 석고 촉진제, 내열 촉진제 및 기후 안정화 촉진제)일 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 3,573,947 호 및 제 6,409,825 호를 참조하라. 촉진제 및/또는 지연제가 포함되는 일부 실시예에서, 상기 촉진제 및/또는 지연제는 각각 상기 보드 코어를 형성하기 위해 치장 회반죽 슬러리에 고체 기준으로, 예컨대 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 10중량%(예컨대, 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%), 그리고, 예컨대 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 5 중량%(예컨대, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%) 만큼 존재할 수 있다.
습태 강도(Green strength), 처짐(Sag) 저항성, 내수성, 내곰팡이성(Mold resistance), 내화성(Fire rating), 열적 특성, 보드 강도 등을 포함하여 원하는 특성을 제공하기 위해 상기 석고 슬러리에 다른 첨가제가 포함될 수 있다. 적절한 첨가제의 예는, 전분, 분산제, 폴리포스페이트, 고팽창 미립자, 히트 싱크 첨가제, 섬유, 실록산, 산화 마그네슘 등, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 예컨대 강도 첨가제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 편의를 위해 단수 용어 "첨가제"를 사용하지만, 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 복수의 첨가제, 즉, 하나 이상의 첨가제의 조합을 포함하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 상기 석고 슬러리는 전분을 사용하지 않는 보드의 강도에 비해 상기 석고 보드의 강도를 (예컨대, 못 인발 저항의 증가를 통해) 증가시키는 데 효과적인 전분을 포함한다. 하이드록시알킬화 전분, 예컨대 하이드록시에틸화 또는 하이드록시프로필화 전분, 또는 이들의 조합, 또는 일반적으로 종이-코어 결합을 향상시키지만 코어 강도는 향상시키지 않는 산변성(Acid-modifying) 전이 전분보다 일반적으로 바람직한 사전 젤라틴화 전분을 포함하는 임의의 적절한 강도 강화 전분이 사용될 수 있다. 임의의 적절한 사전 젤라틴화 전분을, 미국 특허 제 2014/0113124 A1 호 및 미국 특허 제 2015/0010767-A1 호에 기재된 바와 같이, 그 제조 방법 및 상기 문헌에 기재된 바람직한 점도 범위를 포함하여, 강화 첨가제에 포함시킬 수 있다.
사전 젤라틴화 전분이 포함되는 경우, 상기 사전 젤라틴화 전분은 임의의 적절한 점도를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 사전 젤라틴화 전분은 당업계에 공지된 바와 같이, 그리고 미국 특허 제 2014/0113124 A1 호에 개시된 바와 같이, VMA 방법에 따라 측정하면 중간 범위 점도의 전분이며, 상기 VMA 방법은 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 실시예에 따른 바람직한 사전 젤라틴화 전분은, 예컨대 상기 VMA 방법에 따라 물에서 15 중량% 전분 용액으로 측정시 중간 범위 점도를 가질 수 있으며, 상기 점도는 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 600 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 500 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 400 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈, 약 20 센티푸아즈 내지 약 100 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 600 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 500 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 400 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈, 약 30 센티푸아즈 내지 약 100 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 600 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 500 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 400 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈, 약 50 센티푸아즈 내지 약 100 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 600 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 500 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 400 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈, 약 70 센티푸아즈 내지 약 100 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 600 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 500 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 400 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈, 약 100 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈 등이다. 일부 실시예에 따르면, 상기 사전 젤라틴화 전분은 압출된 전분으로서 제조될 수 있는데, 여기서 전분은, 예컨대 본 명세서에 참고로 포함되는 압출 방법이 제공되는 미국 특허 제 2015/0010767-A1호에 기재된 바와 같이, 압출기에서 하나의 단계를 통해 사전 젤라틴화 및 산변성되어 제조된다.
전분이 포함되는 경우, 상기 전분은 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 전분은 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 20 중량%로 상기 석고 슬러리에 존재하며, 예컨대 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 15 중량%, 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 10 중량%, 치장 회반죽의 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%, 치장 회반죽의 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 치장 회반죽의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 치장 회반죽의 약 0.1 중량% 내지 약 6 중량%, 치장 회반죽의 약 0.3 중량% 내지 약 4 중량%, 치장 회반죽의 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 치장 회반죽의 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 치장 회반죽의 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%, 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 4 중량%, 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 3 중량%, 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 등으로 존재한다.
상기 석고 슬러리는 일부 실시예에서 유동성을 향상시키기 위해 임의로 적어도 하나의 분산제를 포함할 수 있다. 상기 분산제는 다른 건조 성분과 함께 건조 형태로 및/또는 치장 회반죽 슬러리의 다른 액체 성분과 함께 액체 형태로 포함될 수 있다. 상기 분산제의 예는, 나프탈렌술폰산 및 포름알데히드의 축합물인, 폴리나프탈렌술폰산과 그 염(폴리나프탈렌설포네이트) 및 유도체와 같은 나프탈렌설포네이트; 폴리카르복실에테르와 같은 폴리카르복실레이트 분산제, 예컨대, PCE211, PCE111, 1641, 1641F, 또는 PCE 2641-타입 분산제, 예컨대, MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L 분산제(BASF) 및 Coatex, Inc.에서 판매하는 COATEX Ethacryl M; 및/또는 리그노설포네이트 또는 술폰화 리그닌을 포함한다. 나프탈렌설포네이트 분산제는 보다 큰 기포 및 그에 따른 최종 생성물에서의 보다 큰 공극을 용이하게 형성하는 데 사용될 수 있고, 폴리카르복실레이트에테르와 같은 폴리카르복실레이트는 보다 작은 기포 및 그에 따른 생성물에서의 보다 작은 공극을 형성하는 데 사용될 수 있다. 생성물에 대한 공극 구조 변화가 제조시 요구됨에 따라, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 분산제 조절 및 공정의 다른 변화가 이루어질 수 있다. 리그노설포네이트는 수용성 음이온 다가 전해질 고분자(Polyelectrolyte polymer)로서, 아황산염 펄프화를 이용한 목재 펄프 생산의 부산물이다. 본 발명의 실시예에 따른 원리의 실시에 유용한 리그닌의 일 예는 Reed Lignin Inc.에서 판매하는 Marasperse C-21이다.
저분자량 분산제가 일반적으로 바람직하다. 저분자량의 나프탈렌설포네이트 분산제는 높은 점도의 고분자량 분산제보다 낮은 물 요구량을 가지는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 약 3,000 내지 약 10,000(예컨대, 약 8,000 내지 약 10,000)의 분자량이 바람직하다. 또 다른 예로서, PCE211 타입 분산제의 경우, 일부 실시예에서, 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000일 수 있고, 이는 분자량이 60,000을 초과하는 분산제보다 적은 지연을 나타낸다.
나프탈렌 설포네이트의 일 예는 GEO Specialty Chemicals에서 판매하는 DILOFLO이다. DILOFLO는 45 중량%의 나프탈렌설포네이트 수용액이지만, 예컨대 고형분 약 35 중량% 내지 약 55 중량%의 다른 수용액 또한 용이하게 입수할 수 있다. 나프탈렌설포네이트는, 예컨대 GEO Specialty Chemicals에서 판매하는 LOMAR D와 같은 건조 고체 또는 분말 형태로 사용될 수 있다. 나프탈렌설포네이트의 또 다른 예는 GEO Specialty Chemicals에서 판매하는 DAXAD이다.
분산제가 포함되는 경우, 상기 분산제는 임의의 적절한 양으로 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 분산제는 예컨대 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 0.7 중량%, 치장 회반죽의 약 0 중량% 내지 약 0.4 중량%, 치장 회반죽의 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%, 치장 회반죽의 약 0.05 중량% 내지 약 0.3 중량%, 또는 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 5 중량%로 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 석고 슬러리는 필요하다면 하나 이상의 포스페이트 함유 조성물을 임의로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 유용한 포스페이트 함유 성분은 수용성 성분을 포함하고, 이온, 염 또는 산, 즉, 각각 2 이상의 인산 단위를 포함하는 축합 인산; 2 이상의 포스페이트 단위를 각각 포함하는 축합 인산염의 염 또는 이온; 및 오르토포스페이트 및 수용성 비환식 폴리포스페이트의 일염기 염 또는 일가 이온의 형태일 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,342,284 호, 제 6,632,550 호, 제 6,815,049, 및 6,822,033호를 참조하라.
일부 실시예에서 포스페이트 조성물이 첨가되는 경우, 습태 강도(Green strength), 영구 변형 저항성(예컨대, 처짐(Sag) 저항성), 치수 안정성 등을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 소듐 트리메타포스페이트, 포타슘 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트 및 암모늄 트리메타포스페이트를 포함하는 트리메타포스페이트 조성물이 사용될 수 있다. 소듐 트리메타포스페이트(STMP)가 바람직하지만, 다른 포스페이트, 예컨대 소듐 테트라메타포스페이트, 약 6 내지 약 27 반복 포스페이트 단위를 가지고 분자식 Nan+2PnO3n+1 중 n이 6 내지 27인 소듐 헥사메타포스페이트, 분자식 K4P2O7을 가지는 테트라포타슘 피로포스페이트, 분자식 Na3K2P3O10을 가지는 트리소듐 디포타슘 트리폴리포스페이트, 분자식 Na5P3O10을 가지는 소듐 트리폴리포스페이트, 분자식 Na4P2O7을 가지는 테트라소듐 피로포스페이트, 분자식 Al(PO3)3을 가지는 알루미늄 트리메타포스페이트, 분자식 Na2H2P2O7을 가지는 나트륨 산 피로포스페이트, 1,000 내지 3,000 개의 반복 포스페이트 단위를 가지고 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1 중 n이 1,000 내지 3,000인 암모늄 폴리포스페이트, 또는 2 이상의 반복 포스페이트 단위를 가지고 분자식 Hn+2PnO3n+1 중 n이 2 이상인 폴리포스페이트도 적절할 수 있다.
포스페이트 함유 조성물이 포함되는 경우, 상기 포스페이트 함유 조성물은 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 설명을 위해, 일부 실시예에서, 포스페이트 함유 조성물은, 예컨대 치장 회반죽의 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 예컨대 약 0.2 중량% 내지 약 0.4 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
실록산과 같은 내수성 또는 내곰팡이성 첨가제가 임의로 포함될 수 있다. 실록산이 포함되는 경우, 일부 실시예에서, 상기 실록산은 에멀젼의 형태로 첨가되는 것이 바람직하다. 이후, 상기 슬러리는 상기 실록산의 중합을 촉진시켜 고도로 가교 결합된 실리콘 수지를 형성하는 조건 하에서 성형되고 건조된다. 고도로 가교 결합된 실리콘 수지를 형성하기 위해 상기 실록산의 중합을 촉진시키는 촉매가 상기 석고 슬러리에 첨가될 수 있다. 미국 특허 제 7,811,685 호에 기재된 바와 같이, 일부 실시예에서 산화 마그네슘이 촉매 작용 및/또는 내곰팡이성 및/또는 내수성에 기여하도록 포함될 수 있다.산화 마그네슘이 포함되는 경우, 상기 산화 마그네슘은, 예컨대 치장 회반죽의 약 0.02 중량% 내지 약 0.04 중량%인, 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%와 같은 임의의 적절한 양으로 존재한다.
일부 실시예에서, 상기 실록산으로서 독일 뮌헨의 Wacker-Chemie GmbH에서 SILRES BS 94라는 이름으로 판매되는 무용성 메틸하이드로젠실록산 유체가 사용될 수 있다. 이 제품은 물 또는 용매가 함유되지 않은 실록산 유체이다. 일부 실시예에서, 치장 회반죽의 중량을 기준으로 BS 94 실록산의 약 0.05 % 내지 약 0.5 %, 예컨대 약 0.07 % 내지 약 0.14 %가 사용될 수 있는 것으로 간주된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 건조 치장 회반죽 중량을 기준으로 약 0.05 % 내지 약 0.2 %, 예컨대 약 0.09 % 내지 약 0.12 %의 실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 석고 슬러리는 일부 실시예에서 임의의 적절한 내화성 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 적절한 내화성 첨가제의 예는 미국 특허 제 8,323,785 호에 기재된 바와 같이 고팽창 미립자, 고효율 히트 싱크 첨가제, 섬유 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하며, 이러한 첨가제에 대한 설명은 본 명세서에 참고로 포함된다. 질석, 알루미늄 트리하이드레이트, 유리 섬유 및 이들의 조합이 일부 실시예에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에 따른 유용한 고팽창 미립자는 약 1560 °F(약 850 °C)에서 1 시간 동안 가열한 후에 원래 용적의 약 300 % 이상으로 용적 팽창을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 약 1560 °F(약 850 °C)의 온도를 갖는 챔버에서 1 시간 동안 방치된 후에 원래 용적의 약 300 % 내지 약 380 %으로 용적 팽창을 나타내는 고팽창 질석을 사용할 수 있다.고팽창 미립자가 포함되는 경우, 질석과 같은 상기 고팽창 미립자가 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 예컨대 약 3 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재한다.
알루미나 트리하이드레이트 및 수화 알루미나라고도 알려져 있는 알루미늄 트리하이드레이트(Aluminum trihydrate; ATH)는 결정화 또는 함유 물의 함량으로 인해 내화성을 증가시킬 수 있다. ATH는 고효율 히트 싱크(High efficiency heat sink; HEHS) 첨가제의 적절한 예시이다. 이러한 고효율 히트 싱크 첨가제는 패널 코어의 석고 이수화물 성분으로부터 수증기의 탈수 및 방출을 야기하는 온도 범위에서 석고 이수화물의 필적하는 양의 히트 싱크 용량을 초과하는 히트 싱크 용량을 갖는다. 이러한 첨가제는 일반적으로 석고 이수화물과 동일하거나 유사한 온도 범위에서 수증기를 분해하고 방출하는 알루미늄 트리하이드레이트 또는 다른 금속 수산화물과 같은 조성물로부터 선택된다. 필적하는 양의 석고 이수화물에 비해 증가된 히트 싱크 효율을 갖는 다른 HEHS 첨가제(또는 HEHS 첨가제의 조합)가 사용될 수 있지만, 바람직한 HEHS 첨가제는 석고 이수화물에 비해 충분히 증가된 히트 싱크 효율을 제공하여, 내화 등급 또는 기타 고온 응용분야를 목적으로 하는 석고 패널에 사용될 때, 중량 또는 HEHS 첨가제의 바람직하지 않은 다른 특성이 증가하는 것을 오프셋시킨다. 히트 싱크 첨가제가 포함되는 경우, ATH와 같은 상기 히트 싱크 첨가제가 임의의 적절한 양으로 존재한다. 일부 실시예에서, 이는 치장 회반죽의 약 1 중량% 내지 약 8 중량%, 예컨대 약 2 중량% 내지 약 4 중량%로 포함된다.
상기 섬유는 광물 섬유, 탄소 및/또는 유리 섬유, 및 이러한 섬유의 혼합물 뿐만 아니라 패널에 필적하는 효용을 제공하는 다른 필적하는 섬유를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유리 섬유는 상기 석고 코어 슬러리에 혼입되어 결정핵 구조를 형성한다. 이러한 실시예의 일부에서, 상기 유리 섬유는 약 0.5 인치 내지 약 0.75 인치의 평균 길이 및 약 11 마이크론 내지 약 17 마이크론의 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 유리 섬유는 약 0.5 인치 내지 약 0.675 인치의 평균 길이 및 약 13 마이크론 내지 약 16 마이크론의 직경을 가질 수 있다.섬유가 포함되는 경우, 유리 섬유와 같은 상기 섬유는, 예컨대 치장 회반죽의 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%인, 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%와 같은 임의의 적절한 양으로 존재한다.
분 발명의 실시예에 따르면, 상기 석고 보드는 원하는 밀도 범위가 존재하는 다양한 상이한 제품의 유용성을 가지며, 건식 벽체(당해 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 벽뿐만 아니라 천장 및 다른 위치에 사용되는 보드를 포함할 수 있음), 내화 등급 보드, 내곰팡이성 보드, 내수성 보드 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 보드는 통상적으로 다양한 두께로 제조되기 때문에, 보드 밀도는 본 명세서에서 보드 중량의 척도로 사용된다. 적절한 두께의 예는 3/8 인치, 1/2 인치, 5/8 인치, 3/4 인치, 또는 1 인치를 포함하고, 또는 일부 국가에서는 9 mm, 9.5 mm, 10 mm, 12 mm, 12.5 mm, 13 mm, 15 mm, 20 mm, 또는 25 mm이다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 석고 보드의 이점은 보다 무거운 보드 밀도까지 포함하는 밀도의 범위에서 발견할 수 있으며, 이 때 상기 밀도는, 예컨대 약 43 pcf 이하 또는 40 pcf 이하이고, 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 등과 같다.
본 명세서에 언급된 바와 같이, 석고 벽판으로부터 질량을 제거함으로써, 이에 수반되는 강도의 손실을 보상하는 데 상당한 어려움을 생겼다. 개선된 폼 공극 안정성의 관점에서, 본 명세서의 일부 실시예는 놀랍게도 예기치 않게, 보다 저중량의 보드를 사용하여, 본 명세서에 기재된 바와 같은 양호한 강도 및/또는 바람직한 내화 또는 열 특성, 보다 낮은 물 요구량, 및 첨가제의 효율적인 사용을 달성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보드 밀도는 약 17 pcf 내지 약 35 pcf이며, 예컨대 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 등이다.
커버 시트는 임의의 적절한 형태로 형성될 수 있다. 커버 시트에 관하여, "전면" 및 "상부" 시트라는 용어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되며, "이면" 및 "하부"라는 용어는 마찬가지로 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 커버 시트는 셀룰로오스 섬유, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면, 또는 전술한 재료의 조합을 포함할 수 있다. 상기 시트들 중 하나 또는 둘 모두는 개별적인 시트 또는 다수의 시트를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 커버 시트는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 예를 들어, 마닐라지 또는 크라프트지와 같은 종이 시트를 후면 시트로 사용할 수 있다. 유용한 커버 시트 용지는 일리노이주 시카고의 United States Gypsum Corporation에서 판매하는 Manila 3-ply, Manila 7-ply, News-Line 3-ply, 또는 News-Line 7-ply; 및 일리노이주 시카고의 United States Gypsum Corporation에서 판매하는 Manila heavy paper 및 MH Manila HT(High tensile; 고장력) 종이를 포함한다.
또한, 셀룰로오스지는 임의의 다른 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 둘 모두의 시트, 특히 전면(상부) 시트는 폴리비닐알코올, 붕산, 또는 본 명세서에 기재된 바와 같은 폴리포스페이트(예컨대, 소듐 트리메타포스페이트)를 포함하여 종이의 강도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 종이는 적어도 부분적으로 습윤되도록 하나 이상의 폴리비닐알코올, 붕산 및/또는 폴리포스페이트의 용액과 접촉될 수 있다. 상기 종이는 일부 실시예에서 적어도 부분적으로 포화될 수 있다. 폴리비닐알코올, 붕산 및/또는 붕산은 일부 실시예에서 상기 종이 내의 섬유로 침투할 수 있다. 상기 폴리비닐알코올, 붕산 및/또는 폴리포스페이트의 용액은 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있으며, 당업계에 알려질 임의의 적절한 방식으로 도포될 수 있다. 예를 들어, 상기 용액은 폴리비닐알코올, 붕산 및/또는 폴리포스페이트 사이에 존재하는 각각의 성분이 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 물 중 고형분의 형태로 제공될 수 있으며, 이는 하나의 용액 또는 필요하다면 다수의 용액에 첨가될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 둘 모두의 시트는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면, 또는 전술한 재료의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 하나 또는 둘 모두의 시트는 일반적으로 친수성일 수 있는데, 이는 상기 시트가 시트의 표면 상에 물 분자를 적어도 부분적으로 흡착할 수 있으며, 및/또는 시트 내로 물 분자를 흡수할 수 있음을 의미한다.
다른 실시예에서, 상기 커버 시트는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면 또는 이들의 혼합물을 "실질적으로 함유하지 않을" 수 있으며, 이는 상기 커버 시트가 (i) 시트 중량을 기준으로 0 중량% 만큼 함유하거나 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면 또는 이들의 혼합물을 함유하지 않고, 또는 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면 또는 이들의 혼합물을 (ii) 비 유효량 또는 (iii) 비 물질량 만큼 함유한다는 의미이다. 상기 비 유효량의 예는, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 광물면 또는 이들의 혼합물을 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비 물질량은, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 예컨대 치장 회반죽의 중량을 기준으로 약 2 중량% 미만, 약 1 중량% 미만, 약 0.5 중량% 미만, 약 0.2 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 약 0.01 중량% 미만 등과 같이 약 5 중량% 미만일 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서 필요하다면, 그러한 성분이 상기 커버 시트에 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 상부 및/또는 하부 시트의 열 전도성은 약 0.1 w/(m.k.) 미만이다. 예를 들어, 상기 상부 및/또는 하부 시트의 열 전도성은 약 0.1 w/(m.k.) 미만이다.
필요하다면, 일부 실시예에서, 하나 또는 둘 모두의 커버 시트가 임의의 적절한 양의 무기 화합물 또는 무기화합물의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 무기 화합물 또는 상기 무기화합물의 혼합물은 큰 내화성이 필요한 곳에 이러한 특성을 적절하게 부여한다. 적절한 무기 화합물의 예는 알루미늄 트리하이드레이트 및 수산화 마그네슘을 포함한다. 예를 들어, 상기 커버 시트는 높은 결정화 수분 함량을 갖는 임의의 무기 화합물 또는 무기 화합물의 혼합물, 또는 가열시 물을 방출하는 임의의 화합물을 포함 할 수 있다.일부 실시예에서, 상기 시트 내의 상기 무기 화합물의 양 또는 상기 무기 화합물의 전체 혼합물의 양은 상기 시트의 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%이다. 상기 시트에 사용되는 무기 화합물 또는 무기 화합물은 임의의 적절한 입자 크기 또는 적절한 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 시트의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 ATH가 첨가될 수 있다. ATH는 일반적으로 실온에서 매우 안정하다. 약 180 °C와 205 °C 사이의 온도에서, ATH는 일반적으로 수증기를 방출하는 흡열 분해를 거친다. 이러한 ATH 첨가제의 분해열은 약 1000 Joule/gram 보다 크며, 일 실시예에서는 약 1170 Joule/gram이다. 이론에 구애되지 않기를 바라며, 하기 식에 따라 205 °C 이상으로 가열하면 상기 ATH 첨가제가 분해되어 결정수의 약 35 %를 수증기로 방출하는 것으로 알려져 있다: Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
ATH와 같은 수분 함량이 높은 무기물 입자를 포함하는 커버 시트는 보드의 내화성을 증가시킬 수 있다. 상기 무기 화합물 또는 화합물의 혼합물은 일부 실시예에서 상기 시트 내로 혼입된다. ATH를 포함하는 종이와 같은 커버 시트는, 먼저 약 1 % 농도로 셀룰로오스 섬유를 물로 희석한 다음, ATH 입자와 소정 비율로 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 혼합물은 몰드에 부어질 수 있으며, 상기 몰드의 하부에는 물을 배출하는 와이어 메쉬가 있을 수 있다. 배수 후, 섬유 및 ATH 입자는 와이어 상에 남아있게 된다. 습윤된 시트는 흡수지로 이송되어 약 200 °F 내지 360 °F에서 건조될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 커버 시트 또는 치장 회반죽 슬러리에 포함시키는 것에 대해 기재된 바와 같이, 예컨대 약 20 μm 미만의 ATH 입자가 바람직하지만, 임의의 적절한 공급원 또는 등급의 ATH가 사용될 수 있다. 예를 들어, ATH는 Huber와 같은 상업적 공급업체에서 SB 432(10 μm) 또는 Hydral® 710(1 μm)이라는 브랜드 이름으로 구입할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 커버 시트는 수산화 마그네슘을 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 수산화 마그네슘 첨가제는 바람직하게는 180° C 내지 205° C 이상에서 약 1350 Joule/gram과 같은 약 1000 Joule/gram 초과의 분해열을 갖는다. 이러한 실시예에서, 예컨대 오하이오주 애크런의 Akrochem Corp.을 포함하는 공급업체로부터 상업적으로 판매되는 것과 같은 임의의 적절한 수산화 마그네슘이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 커버 시트는 ATH와 같은 무기 화합물, 수산화 마그네슘 또는 이들의 혼합물을 "실질적으로 함유하지 않으며", 이는 상기 커버 시트가 (i) 시트 중량을 기준으로 0 중량% 만큼 함유하거나 이러한 ATH와 같은 무기 화합물, 수산화 마그네슘 또는 이들의 혼합물을 함유하지 않고, 또는 ATH와 같은 무기 화합물, 수산화 마그네슘 또는 이들의 혼합물을 (ii) 비 유효량 또는 (iii) 비 물질량 만큼 함유한다는 의미이다. 상기 비 유효량의 예는, 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, ATH와 같은 무기 화합물, 수산화 마그네슘 또는 이들의 혼합물을 사용하는 의도된 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 비 물질량은, 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 등과 같이 약 5 중량% 미만일 수 있다.
또한, 상기 커버 시트는 임의의 적절한 총 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 커버 시트 중 적어도 하나는 비교적 큰 두께, 예컨대 적어도 약 0.014 인치의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 예컨대 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 인치와 같은 보다 큰 두께가 바람직하다. 이들 범위에 대한 임의의 적절한 상한이 채택될 수 있으며, 예컨대 상기 상한은 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 등이다. 상기 총 시트 두께는 상기 석고 보드에 부착된 각 시트의 두께의 합을 지칭한다.
상기 커버 시트는 임의의 적절한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 하나 또는 둘 모두의 커버 시트는 적어도 약 36 pcf의 밀도를 가지며, 예컨대 상기 밀도는 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 등과 같은 약 36 pcf 내지 약 46 pcf이다.
상기 커버 시트는 임의의 적절한 중량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 예컨대 적어도 약 33 lbs/MSF(예컨대, 약 33 lbs/MSF 내지 약 33 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, 또는 약 45 lbs/MSF 미만)와 같은 저 기초 중량 커버 시트(예컨대, 종이로 형성됨)가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 또는 둘 모두의 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 기초 중량을 갖는다.
그러나, 필요하다면, 일부 실시예에서, 예컨대 못 인발 저항을 더욱 강화시키거나 핸들링을 향상시켜, 예컨대 최종 사용자에게 바람직한 "촉감" 특성을 용이하게 제공하기 위해, 보다 무거운 기초 중량이 사용될 수 있다. 따라서, 하나 또는 둘 모두의 커버 시트는, 예컨대 적어도 약 45 lbs/MSF(예컨대, 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 기초 중량을 가질 수 있다. 필요하다면, 일부 실시예에서, 일측 커버 시트(예컨대, 설치시 "전면"측 종이)는, 예컨대 못 인발 저항 및 핸들링을 향상시키기 위해 전술한 높은 기초 중량을 가질 수 있는 반면, 타측 커버 시트(예컨대, 보드 설치시 "이면" 시트)는, 필요하다면 다소 낮은 기초 중량을 가질 수 있다(예컨대, 약 60 lbs/MSF 미만의 기초 중량, 예컨대 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 기초 중량).
일부 실시예에서, 석고 보드 제품은 종래의 벽판에서 발견되는 것 이상의 내화성을 나타낸다. 내화성을 달성하기 위해, 상기 보드는 본 명세서에 기재된 바와 같이 최종 보드 제품에서 내화성을 향상시키는 특정 첨가제로부터 임의로 형성될 수 있다. 일부 내화성 보드는 조립체에서 상기 보드가 특정 시험을 통과할 때 "내화 등급(Fire rated)"으로 간주된다.
일부 실시예에서, 내화성 첨가제를 함유하는 상기 석고 보드는 x-y 방향의 고온 수축도(폭-길이), z 방향(두께)의 고온 수축도(또는 오히려 팽창) 및 단열 지수(Thermal insulation index; TI)를 포함하는 ASTM C1795-15에 따라 소규모 벤치 테스트를 이용하여 소정의 시험을 통과할 수 있다. 이러한 벤치 테스트는, 예컨대 UL U305, U419 및/또는 U423(2015 에디션) 중 하나에 따라 구성된 조립체에 대해서는 ASTM E119-09a에 따른 전체 규모 테스트, 및/또는 이와 등가의 화재시험 절차 및 표준에서 상기 석고 보드의 내화 성능을 예측하는 데 적합하다. 이러한 UL 테스트 중 하나에 따른 조립체로 상기 ASTM E119-09a 테스트를 통과하면 내화 등급이 부여된다. 간략하게, UL U305는 상기 조립체에 나무 스터드(Wood stud)를 요구한다. UL U419는 25 게이지 스터드를 사용하는 무부하 베어링 금속 스터드 조립체이다. UL U423은 20 게이지 스터드를 사용하는 부하 베어링 금속 스터드 조립체이다. UL U305 및 UL U423에 따라 사용되는 스터드보다 변형이 더 용이한 경량 게이지 강철 스터드를 사용하기 때문에, 일반적으로 UL U419는 UL U305 또는 UL U423보다 통과하기 어려운 테스트로 간주된다.
일부 실시예에 따르면, 석고 보드는 ASTM E119를 사용하는 UL U305, U419 및/또는 U423 중 하나 이상으로 구성된 조립체의 화재 방지 및 구조 건전성 요건에 따른 내화 등급 및/또는 이와 등가의 화재시험 절차 및 표준을 충족시키거나 초과하도록 구성되며, 예컨대 여기서 상기 보드는 본 명세서에 논의된 내화성 첨가제를 함유한다. 따라서, 일부 실시예에서, 본 발명은 본 명세서에서 논의된 바와 같은 다양한 UL 표준의 화재 방지 및 구조 건전성 절차 및 표준에 따른 내화 등급(예컨대, 17 분, 20 분, 30 분, 3/4 시간, 1 시간, 2 시간 등)을 만족시킬 수 있는 석고 보드(예컨대, 1/2 인치 또는 5/8 인치의 두께에서 감소된 무게 및 밀도) 및 이의 제조 방법을 제공한다.
상기 석고 보드는, 예컨대 Underwriters Laboratories의 UL U305, U419 및 U423 사양 및 이들 화재시험 절차 중 하나와 등가의 다른 화재시험 절차에 따라 조립체에서 시험될 수 있다. 본 명세서에서 참고되는 ASTM E-119의 특정 화재시험 절차 및 Underwriters Laboratories에 따라 제조된 UL U305, U419 및 U423과 같은 조립체를 사용함에 있어서, ASTM E119-09a 및 논의되는 특정 UL 표준과 등가인 다른 임의의 기관에 의해 공표된 것과 같은 화재시험 절차를 포함한다는 것을 이해해야 한다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 상기 석고 보드는 UL 설계 번호 U305, U419 또는 U423 중 임의의 하나에 따라 구성된 조립체를 통해 열 전달을 억제하는데 효과적이며, 상기 조립체는 석고 보드의 단일층을 갖는 제 1면 및 석고 보드의 단일층을 갖는 제 2면을 갖는다. ASTM E119-09a는 열전대를 특정 조립체의 여러 위치에 배치하는 것과 관련이 있다. 상기 열전대는 상기 조립체가 시간이 지남에 따라 열에 노출될 때 온도를 모니터링한다. 이와 관련하여, 상기 조립체의 제 1면 상의 석고 보드의 표면은 ASTM E119-09a의 시간-온도 곡선에 따라 가열되는 반면, 상기 조립체의 제 2면 상의 석고 패널의 표면에는 ASTM E119-09a에 따른 온도 센서가 제공된다. ASTM E119는 임의의 열전대가 임의의 사전 설정 온도(주변 온도 + 325 °F)를 초과하거나 상기 열전대의 평균 온도가 상이한 사전 설정 온도(주변 온도 + 250 °F)를 초과하는 경우, 상기 조립체가 테스트에 실패하는 것으로 명시하고 있다.
내화성 보드의 일부 실시예에서, 가열시 온도 센서의 최대 단일 값은 약 50 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 50 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다. 일부 실시예에서, 상기 보드는 약 40 lb/ft3 이하의 밀도를 갖는다. 바람직하게는, 상기 보드는 적어도 약 11 파운드(5kg), 예컨대 적어도 약 13 파운드(5.9kg), 또는 적어도 약 15 파운드(6.8kg)의 코어 경도와 같이 본 명세서에 기재된 바와 같은 양호한 강도를 갖는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 내화성 첨가제를 갖는 내화성 석고 보드로 형성된 조립체의 제 1 면의 표면이 가열될 때, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 55 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 55 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다. 다른 실시예에서, 상기 조립체의 제 1 면의 상기 석고 보드의 표면이 가열될 때, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 60 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 60 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다. 다른 실시예에서, 상기 조립체의 제 1 면의 상기 석고 패널의 표면이 가열될 때, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 50 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 50 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다. 다른 실시예에서, 상기 조립체의 제 1 면의 상기 석고 보드의 표면이 가열될 때, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 55 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및/또는 온도 센서의 평균값은 약 55 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다. 다른 실시예에서, 상기 조립체의 제 1 면의 상기 석고 보드의 표면이 가열될 때, 온도 센서의 최대 단일 값은 약 60 분 후의 주변 온도 + 약 325 °F 미만이며, 및 온도 센서의 평균값은 약 60 분 후의 주변 온도 + 약 250 °F 미만이다.
일부 실시예에서, 내화성 첨가제를 포함하는 내화성 석고 보드는 ASTM E119-09a 하에서 1 시간 내화 등급을 달성하기 위해 UL Design Number U305에 따라 구성될 때 상기 조립체를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 실시예에서, 상기 보드는 ASTM E119-09a 하에서 1 시간 내화 등급을 달성하기 위해 UL Design Number U419에 따라 구성될 때 상기 조립체를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 실시예에서, 상기 석고 보드는 ASTM E119-09a 하에서 1 시간 내화 등급을 달성하기 위해 UL Design Number U423에 따라 구성될 때 상기 조립체를 통한 열의 전달을 억제하는데 효과적이다. 일부 실시예에서, ASTM C1795-15에 따르면, 상기 보드는 약 20 분 이상의 단열 지수(TI) 및/또는 약 10 %의 고온 수축도(S)를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 보드는 고온 두께 팽창도(TE) 대 S (TE/S)의 비가 약 0.06 이상, 예컨대 0.2 이상이다.
또한, 일부 실시예에서, 상기 석고 보드는 감소된 중량 및 밀도를 갖는 내화성 석고 보드로서, 약 1560 °F(850 °C)로 가열시 x-y 방향(폭-길이)에서 약 10 % 미만의 고온 수축도 및 z 방향(두께)에서 약 20 % 초과의 고온 두께 팽창도를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벽 또는 다른 조립체에 사용될 때, 이러한 조립체는 보다 무겁고 고밀도의 상업적 내화 등급 패널로 제조된 조립체에 필적하는 화재 시험 성능을 갖는다. 일부 실시예에서, 패널의 고온 수축도는 일반적으로 x-y 방향(폭-길이)에서 약 10 % 미만이다. 일부 실시예에서, z 방향의 고온 두께 팽창도 대 x-y 방향의 고온 수축도의 비율은 1570 °F(855 °C)에서 적어도 약 2 내지 약 17 이상이다.
일부 실시예에서, 본 발명의 원리에 따라 형성된 내화성 석고 보드 및 그 제조 방법은, 약 1800 °F(980 °C)에서 1 시간 동안 가열시 약 85 % 이상의 평균 수축 저항을 나타내는 패널을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 석고 보드는 약 1800 °F(980 °C)에서 1 시간 동안 가열시 약 75 % 이상의 평균 수축 저항을 나타낸다.
상기 커버 시트 사이의 석고층은 약 20 분 이상의 단열 지수(TI)를 제공하는데 효과적일 수 있다. 상기 보드는 본 명세서에 기재된 바와 같이 바람직한 밀도(D)를 가질 수 있다. 상기 커버 시트 사이의 석고층은 약 0.6 min/(lb/ft3)(0.038 min/(kg/m3)) 이상의 TI/D의 비율로 상기 석고 보드를 제공하는 데 효과적일 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명에 따라 제조된 석고 보드는 ASTM Standard C473-10에 따른 테스트 프로토콜을 충족시킨다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 상기 보드가 1/2 인치의 두께로 주조될 때, 상기 보드의 못 인발 저항력은 ASTM C473-10(방법 B)에 의거해 결정되며, 적어도 약 65 lbf(파운드 힘; 이것이 힘의 크기인 것을 이해하는 당업자에 의해 편의상 간단하게 "lb" 또는 "lbs"로 지칭됨), 예컨대 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 등이다. 다양한 실시예들에서, 상기 못 인발 저항력은 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 85 lbf, 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 강도에 있어서, 일부 실시예에서, 1/2 인치 두께의 보드로 주조될 때, 상기 보드의 굽힘 강도는 ASTM Standard C473-10의 방법 B에 의거하여 결정되며, 기계 방향에서 적어도 약 36 lbf(예컨대, 적어도 약 38 lbf, 적어도 약 40 lbf 등) 및/또는 교차-기계 방향에서 적어도 약 107 lbf (예컨대, 적어도 약 110 lbf, 적어도 약 112 lbf 등)이다. 다양한 실시예들에서, 상기 보드의 굽힘 강도는 기계 방향에서 약 36 lbf 내지 약 60 lbf, 예컨대 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 lbf이다. 다양한 실시예들에서, 상기 보드의 굽힘 강도는 교차-기계 방향에서 약 107 lbf 내지 약 130 lbf, 예컨대 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 lbf이다.
또한, 일부 실시예에서, 보드의 평균 코어 경도는 ASTM C473-10, 방법 B에 의거하여 결정되며, 적어도 약 11 lbf, 예컨대 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, 또는 적어도 약 22 lbf이다. 일부 실시예에서, 보드의 코어 경도는 약 11 lbf 내지 약 25 lbf, 예컨대 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 lbf이다.
본 발명의 실시예에 따른 제품은 일반적인 제조 라인 상에서 제조될 수 있다. 예를 들어, 보드 제조 기술은 예컨대 미국 특허 제 7,364,676 호 및 미국 특허 출원 공보 제 2010/0247937 호에 개시되어 있다. 간략하게, 석고 보드의 경우, 일반적으로 공정은 이동하는 컨베이어 상에 커버 시트를 배출하는 것을 포함한다. 석고 보드는 정상적으로 "아래를 향하여" 형성되기 때문에, 이러한 실시예에서 상기 커버 시트는 "전면" 커버 시트이다.
상기 석고 슬러리의 건조 및/또는 습윤 성분이 혼합기(예컨대, 핀 또는 무-핀 혼합기)에 공급되며, 여기서 교반되어 석고 슬러리를 형성한다. 상기 혼합기는 본체 및 배출 도관(예컨대, 당업계에 공지된 바와 같은 게이트-캐니스터-부트 배열, 또는 미국 특허 제 6,494,609 호 및 제 6,874,930 호에 기재된 배열)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 배출 도관은 단일 공급 유입구 또는 복수의 공급 유입구 중 하나를 갖는 슬러리 분배기를 포함할 수 있으며, 이는 예컨대 미국 특허 출원 공보 제 2012/0168527 A1 호 및 미국 특허 출원 공보 제 2012/0170403 A1 호에 기재된 것들과 같다. 복수의 공급 유입구를 갖는 슬러리 분배기를 사용하는 이들 실시예에서, 상기 배출 도관은 미국 특허 출원 공보 제 2012/0170403 A1 호에 기재된 것과 같은 적절한 유동 분리기를 포함할 수 있다. 발포제는 상기 혼합기의 상기 배출 도관(예컨대, 미국 특허 제 5,683,635 호 및 제 6,494,609 호에 기재된 바와 같은 게이트) 또는 필요한 경우 상기 본체에 첨가될 수 있다. 발포제를 포함한 모든 성분이 첨가된 후, 상기 배출 도관에서 배출된 슬러리가 1차 석고 슬러리이며, 상기 1차 슬러리는 보드 코어를 형성할 것이다. 이 보드 코어 슬러리는 이동 전면 커버 시트 상에 배출된다.
상기 전면 커버 시트는 비교적 조밀한 슬러리층의 형태로 얇은 스킴 코트를 가질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 바와 같이, 예컨대 전면 스킴 코트를 형성하는 동일한 슬러리 스트림으로부터 경화 에지가 형성될 수 있다. 폼이 상기 배출 도관에 삽입되는 실시예에서, 2 차 석고 슬러리의 스트림이 혼합기 본체로부터 제거되어 고밀도의 스킴 코트 슬러리를 형성할 수 있으며, 상기 스킴 코트 슬러리는 이후 당업계에 공지된 바와 같이 상기 전면 스킴 코트 및 상기 경화 에지를 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 전면 스킴 코트 및 상기 경화 에지가 포함되는 경우, 일반적으로 상기 전면 스킴 코트 및 상기 경화 에지는 일반적으로 상기 혼합기의 상류에 상기 코어 슬러리가 증착되기 전에 상기 이동하는 전면 커버 시트 상에 증착된다. 상기 배출 도관으로부터 배출된 후, 상기 코어 슬러리는 필요에 따라 상기 전면 커버 시트(임의로 스킴 코트를 가짐) 상에 펴발라지고 제 2 커버 시트(일반적으로 "이면" 커버 시트)로 덮여 최종 제품에 대한 보드 전구체인 샌드위치 구조의 형태로 습식 조립체를 형성한다. 상기 제 2 커버 시트는 임의로 제 2 스킴 코트를 가질 수 있으며, 상기 제 2 스킴 코트는, 만약 존재한다면, 상기 전면 스킴 코트와 동일하거나 상이한 2차 (조밀) 석고 슬러리로부터 형성될 수 있다. 상기 커버 시트는 종이, 섬유 매트, 또는 다른 유형의 재료(예컨대, 호일, 플라스틱, 유리 매트, 셀룰로오스 및 무기 충전제의 블렌드와 같은 부직포 등)로부터 형성될 수 있다.
이에 의해 제공되는 상기 습식 조립체는 제품이 (예컨대, 성형 플레이트를 통해) 원하는 두께로 형성되는 성형 스테이션으로 운반되고, 원하는 길이로 절단되는 하나 이상의 나이프 섹션으로 운반된다. 상기 습식 조립체는 경화되어 경화 석고의 연동 결정질 매트릭스를 형성하고, 건조 공정(예컨대, 가마를 통해 조립체를 운반함으로써)을 통해 과량의 물이 제거된다. 놀랍게도 예기치 않게, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 보드는, 사전 젤라틴화되고 부분적으로 가수 분해된 전분의 특징인 적은 물 요구량 때문에 건조 공정에서 현저히 적은 시간을 필요로 한다는 것을 발견했다. 이는 에너지 비용을 절감하기 때문에 바람직하다.
일부 실시예에서, 본 발명에 따른 지방 알코올은 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제 62/184,060 호, 제 62/290,361 호 및 제 15/186,176 호에 기재된 바와 같은 농축층을 갖는 복합 보드에서 보드 코어의 발포제를 안정화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 지방 알코올 및 발포제는 미국 특허 출원 제 62/184,060 호, 제 62/290,361 호, 및 제 15/186,176 호에 기재된 성분, 양, 보드 치수 및 제조 방법을 사용하여 상기 농축층에 보다 많이 농축되는 첨가제를 사용하여 저밀도 보드 코어를 제조하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 지방 알코올은 시멘트 보드 제품에 사용될 수 있다. 시멘트는 물과 시멘트 재료(예컨대, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 및 이들 재료의 블렌드)의 코어 혼합물로부터 형성될 수 있다. 상기 혼합물에는 발포제 및 지방 알코올도 포함되어 있다. 선택적으로, 일부 실시예에서 경량 골재(예컨대, 팽창 점토, 팽창 슬래그, 팽창 혈암, 펄라이트, 팽창 유리 비드, 폴리스티렌 비드 등)가 상기 혼합물에 포함될 수 있다. 시멘트 보드를 형성하는 데 사용될 수 있는 다른 첨가제는, 예컨대 분산제, 섬유(예컨대, 유리, 셀룰로오스, PVC 등), 촉진제, 지연제, 포졸란 재료, 황산 칼슘 반수화물(예컨대, 황산 칼슘 알파 반수화물), 충전제 등, 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 지방 알코올은 발포 시멘트 슬러리를 형성하는 방법에 사용될 수 있다. 상기 방법은, 수성 비누 혼합물을 형성하기 위해 발포제를 지방 알코올과 배합하는 단계; 상기 수성 비누 혼합물로부터 폼을 생성시키는 단계; 및 상기 폼을 시멘트(예컨대, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 마그네시아 시멘트 등 또는 이들의 조합) 및 물을 포함하는 시멘트 슬러리에 첨가하여 발포 시멘트 슬러리를 형성하는 단계를 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어진다. 상기 폼이 상기 시멘트 슬러리에 혼입됨에 따라, 거품 기포는 상기 슬러리를 경계로 하는 기포들 주위의 쉘로 형성된다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않기를 바라며, 지방 알코올의 존재는 계면에서 쉘을 바람직하게 안정화시키는 것으로 알려져 있다. 상기 시멘트 슬러리에 더 첨가될 수 있는 다른 첨가제는, 예컨대 분산제, 섬유(예컨대, 유리, 셀룰로오스, PVC 등), 촉진제, 지연제, 포졸란 재료, 황산 칼슘 반수화물(예컨대, 황산 칼슘 알파 반수화물), 충전제 등, 또는 이들의 조합을 포함한다. 시멘트 보드(및 그 안에 포함된 첨가제)의 제조 방법은, 예컨대 미국 특허 제 4,203,788 호, 제 4,488,909 호, 제 4,504,335 호, 제 4,916,004 호, 제 6,869,474 호 및 제 8,070,878 호에 기재되어 있다.
생기 슬러리가 형성되고 보드로서 건조될 때, 물, 시멘트, 발포제 및 지방 알코올을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 실질적으로 이루어지는 시멘트 슬러리는 상기 지방 알코올 없이 형성된 동일한 보드에 비해 강도가 증가될 수 있다.
하기의 실시예(들)는 본 발명을 추가로 설명하지만, 물론 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
본 실시예는 폴리카르복실레이트 분산제의 존재 여부와 함께 발포제의 발포 성질에 대한 지방 알코올의 영향을 보여준다.
특히, 발포제 용액에 대해 발포, 표면 장력 및 안정성 실험을 수행하였다. 세 종류의 발포제(비누)를 시험하였다. 발포제 1A는 CS230 형태의 안정한 비누로, 일리노이주 노스필드의 Stepan에서 시판중인 라우릴에테르설페이트 블렌드이다. 또한, 2 개의 불안정한 비누가 시험되었으며, 발포제 1B 및 발포제 1C로 확인되었다. 발포제 1B는 Stepan에서 시판중인 알킬설페이트 블렌드인 Polystep B25이고, 발포제 1C는 펜실베니아주 앰블러의 Geo Specialty Chemicals에서 시판중인 알킬설페이트 블렌드인 Hyonic 25AS였다. 각각의 발포제는 물을 필요로 하기 때문에 계면 활성제로서 작용하여 계면 활성제 용액을 형성한다.
계면 활성제 용액의 변형은 도 2 내지 도 5 및 표 1에 나타낸 바와 같이 일부 샘플에서 지방 알코올을 첨가함으로써 수행되었다. 상기 시험된 지방 알코올은 1-옥탄올, 1-데칸올 및 1-도데칸올이었다. 각 용액은 30 중량%의 계면 활성제 및 1 중량%의 지방 알코올(존재하는 경우)을 함유하도록 제공되었다. 일부 용액은 프랑스 쥬네의 Coatex Group에서 시판중인 Ethacryl MTM의 형태로 0.1 중량%(1000 ppm)의 폴리카르복실레이트 에테르(PCE) 분산제를 첨가함으로써 추가로 개질되었다. 상기 PCE는 석고 제품에 사용되는 표면 활성 폴리머 분산제를 갖는 시스템에 비누 개질제가 미치는 영향을 평가하기 위해 포함되었다. 각 용액의 잔량은 물이었다. 60 초 동안 바이알 내의 계면 활성제 용액 10 ml를 (손으로) 흔들고 폼 높이를 mm 단위로 보고함으로써 발포에 대한 연구를 수행하였다.
도 1 내지 도 3은 발포 결과를 보여주는 막대 그래프이다. 도 1은 안정한 비누 및 불안정한 비누를 단독으로, 그리고 Ethacryl MTM(Coatex) 형태의 폴리카르복실레이트 에테르 분산제 1000 ppm의 존재 하에 사용하여 생성된 폼의 결과를 나타낸다. 도 1은 폴리카르복실레이트가 불안정한 비누의 발포에 모두 강한 영향을 미친다는 것을 보여준다.
도 2 및 도 3은 1 중량%의 지방 알코올로 개질된 불안정한 계면 활성제 용액들(각각 발포제 1B 및 1C)을 단독으로, 또는 Ethacryl MTM(Coatex) 형태의 폴리카르복실레이트 에테르 분산제 1000 ppm과 함께 사용하여 생성된 폼을 도시한다. 도 2 및 도 3은 1 중량%의 지방 알코올을 사용한 비누 개질이 상기 불안정한 비누들의 발포 특성을 변화시켰음을 입증한다. 특히, 폴리카르복실레이트가 발포에 미치는 상대적인 영향을 감소시키는 상기 지방 알코올에 의해 입증된 바와 같이, 보다 견고한 발포 구조가 상기 지방 알코올의 존재 하에서 생성되었다. 낮은 폼 높이는 폴리카르복실레이트의 상대적인 표면 활성 감소를 가리키기 때문에 바람직하다. 데칸올의 경우, 상기 용액에 PCE를 사용하여 발포가 더욱 감소되었다. 상기 데칸올은 계면 활성제-지방 알코올 복합체가 폴리카르복실레이트보다 공기/물 계면에 대해 더 높은 친화성을 갖기 때문에 더 낮은 폼 높이를 나타냈다.
또한, 평판법을 사용하여 표면 장력 시험을 수행하였다. 상기 평판법에서, 액체의 공기/액체 계면 장력을 결정하기 위해 백금판을 용액에 침지하여 시험을 수행하였다. Kruss K12 Tensiometer(Kruss GmbH, 함부르크, 독일)는 상기 시험된 액체의 표면 장력 변화를 결정하기 위해 사용되었다. 이는 공기/액체 계면 및 계면 활성제 배치에서 일어나는 변화를 더 잘 이해할 수 있게 한다.
표 1에서 보이는 바와 같이, 상기 표면 장력 시험은 발포제 1B, 즉, Stepan Polystep B25의 용액에 대해 수행되었다. 시험은 1 중량%의 도데칸올을 사용하여 추가적인 용액 개질을 실시하거나 실시하지 않고 수행되었다. 이 용액에는 상이한 농도(각각 1000 ppm 및 5000 ppm)의 발포제 1B, 즉, Stepan Polystep B25가 함유되어 있었다. 또한, 0.1 중량%(1000 ppm)의 Ethacryl MTM(Coatex) 형태의 폴리카르복실레이트 에테르 분산제가 용액 개질을 실시하거나 실시하지 않고 시험이 수행되었다. 표면 장력 값은 미터당 밀리뉴턴(mN/m)으로 표현된다.
표면 장력(mN/m)
성분 1 % 도데칸올로 개질된 발포제 1B 지방 알코올을 함유하지 않는 발포제 1B
1000 ppm의 발포제 1B 23.11 57.00
PCE(1000ppm)를 갖는 1000 ppm의 발포제 1B 23.39 48.34
5000 ppm의 발포제 1B 22.58 32.22
PCE(1000ppm)를 갖는 5000 ppm의 발포제 1B 22.54 31.47
표 1의 결과는 도데칸올 형태의 지방 알코올의 존재가 도데칸올이 없는 것보다 더 견고한(예컨대, 강한) 폼을 제조하는데 유익하다는 것을 보여준다. 또한, 지방 알코올이 발포제와 함께 사용되었을 때 표면 장력에 대해 폴리카르복실레이트 분산제의 사용으로 인한 유해한 효과가 없었음을 알 수 있으며, 이는 폼의 안정성(예컨대, 강도)을 나타낸다. 비 개질된 계면 활성제와 비교할 때, 도데칸올로 개질된 계면 활성제 용액의 표면 장력은 감소했다. 낮은 표면 장력은 일반적으로 보다 높은 표면 활성을 나타내며, 동일한 발포 특성을 달성하기 위한 계면 활성제의 사용을 감소시킬 수 있다.또한, 불안정한 발포제 1A 및 1B로부터 생성되는 폼의 분해를 평가하였다. 발포제는 단독으로, 그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 계면 활성제 용액을 지방 알코올로 개질시킨 경우로 고려되었다. 노화 시간과 함께 폼 높이(mm)를 측정하여 분해 정도를 측정하였다.
도 4 및 도 5에서 보이는 바와 같이, 지방 알코올을 사용한 계면 활성제 용액의 개질은 분해에도 영향을 미쳤다. 도 5에서, "1k"는 용액 중의 발포제 1000 ppm을 나타낸다. 모든 개질 비누에서 폼 높이가 더 높았으며, 이러한 결과는 개질된 비누가 기존의 발포제보다 느린 속도로 분해된다는 것을 보여준다. 폼 높이의 급격한 감소는 불안정한 거품 및 폼에서의 상당한 액체 배출을 가리킨다. 모든 경우에, 지방 알코올로 개질된 비누 용액은 더 오래 지속되었으며, 기존의 비 개질 비누만큼 빨리 분해되지 않았다.
실시예 2
본 실시예는 벽판 제조에 있어서 발포제의 발포 성질에 대한 지방 알코올의 영향을 보여준다.
벽판은 상업적 제조 라인에서 제조되었다. 각 보드는 표 2에 기재된 제형으로 제조되었다. 보드는 각각 알킬에테르설페이트 및 알킬설페이트를 40:60의 비로 구성한 형태의 발포제를 사용하여, 물과의 비누 블렌딩, 후속하는 폼 생성 및 석고 슬러리와의 폼 혼합을 통해 제조되었다. 상기 알킬에테르설페이트는 Geo Hyonic PFM 33의 형태로 제공되고, 상기 알킬설페이트는 Geo Hyonic 25 AS의 형태로 제공되었다(둘 모두 Geo Specialty Chemicals로부터 입수 가능함).
BMA는 분말 경화촉진제(Ball milled accelerator; BMA)로서, 석고를 함유하며 덱스트로스를 이용한 건식 분쇄에 의해 제조되었다. 분산제는 독일의 BASF에서 시판중인 BASF Melflux 541 형태의 폴리카르복실레이트 분산제를 사용하였다. 지연제는 디에틸렌트리아민 펜타아세트산의 펜타나트륨 염(미시간주 미들랜드의 DOW Chemical Company에서 시판중인 Versenex? 80)의 1 % 수용액이었으며, 1 (중량)부의 Versenex? 80과 99 (중량)부의 물을 혼합하여 제조된다.
건식 및 습식 성분을 별도로 혼합기에 유입시켜 치장 회반죽 슬러리(석고 슬러리라고 함)를 형성했다. 상기 슬러리는 컨베이어 상에서 이동하는 이동 종이 커버 시트 상에 배출되어 상기 종이 위에 펴발라짐으로써 코어를 형성했다. 롤러를 사용하여 조밀한 스킴 코트를 상기 종이 커버 시트 상에 도포하였다. 조밀한 슬러리는 상기 롤러의 가장자리를 따라 이동하여 보드의 에지를 형성했다. 제 2 커버 시트가 상기 코어에 도포되어 보드 전구체의 샌드위치 구조를 길고 연속적인 리본 형태로 형성했다. 상기 리본을 경화시키고, 절단하고, 가마로 건조시키고, 가공시켜 최종 보드 제품을 형성했다.
무게(lbs/MSF) 중량%
(치장 회반죽 중량 기준)
치장 회반죽 1880 ----
물 1223 65.05 %
분산제(BASF 541) 3.2 0.17 %
총 비누 0.6 0.03 %
BMA 6 0.32 %
전분(산변성) 6.5 0.35 %
지연제(Versenex) 0.2 0.01 %
유리 섬유 6 0.32 %
보드 중량 2240 ---
네 가지 유형의 보드가 표 2의 제형으로부터 발포제를 사용하여 제조되었으며, 여기서 차이는 긴 사슬 알코올의 존재에 관련되어 있다. 보드 2A는 대조군이었으며, 지방 알코올을 이용한 어떠한 발포제의 개질도 포함하지 않았다. 보드 2B는 1 %의 1-도데칸올을 포함하는 발포제로 제조되었으며, 상기 1 %의 1-도데칸올이 발포제에 첨가되어 제조되었다. 보드 2C는 1 %의 1-데칸올을 포함하는 발포제로 제조되었다. 보드 2D는 1 %의 1-옥탄올을 포함하는 발포제로 제조되었다. 상기 발포제는 폼 생성 장치를 이용하여 비누 용액과 압축 공기의 고속 전단 혼합에 의해 제조되고, 슬러리 배출구 이전에 주 혼합기 외부의 슬러리로 유입된다.각 유형의 보드의 코어를 20 배율의 광학 현미경으로 촬영하여 이미지를 획득했다. 총 9 개의 광학 현미경 이미지를 각각의 보드들 2A 내지 2D에서 획득했다. 각 보드의 9 개의 이미지는 동일한 보드 코어에서 9 개의 상이한 지점으로부터 획득되었으며, 3 개는 각 보드에 대해 무작위로 선택되어 도 6A 및 도 9C에서 코어의 예로서 제시된다. 도 6A 내지 도 6C는 대조군 보드 2A의 이미지이다. 도 7A 내지 도 7C는 보드 2B의 이미지이다. 도 8A 내지 도 8C는 보드 2C의 이미지이다. 도 9A 내지 도 9C는 보드 2D의 이미지이다. 이들 도면에서 보이는 바와 같이, 상기 코어 구조는 비누 개질제를 유입시킨 후에 영향을 받았다. 도 6A 내지 6C에 도시된 바와 같이, 대조군 보드 2A의 코어 구조는 상당한 수의 더 큰 공극을 가지며, 보드 2B(도 7A 내지 도 7C) 및 보드 2D(도 9A 내지 도 9C)는 상기 더 큰 공극의 크기가 감소되는 것을 보여주고 전체 공극 크기가 감소되었으며, 보드 2C(도 8A 내지 도 8C)는 공극 크기의 증가를 보였다.
조건 당 6 개의 이미지가 분석되었다. 공극 분석(즉,도 6A 내지 도 6C, 도 7A 내지 도 7C, 도 8A 내지 도 8C, 및 도 9A 내지 도 9C)에 대한 각 실험 조건으로부터 무작위로 선택된 이미지를 퀘벡주 롱괴유의 Clemex Technologies, Inc.에서 시판중인 Clemex Vision PE를 사용하여 분석되었다. 각각의 이미지에 대해, 공극(기포) 크기 직경이 각 공극에 대해 수동으로 측정되었다. 분포는 소프트웨어에 의해 제공되었다. 요약된 결과가 표 3에 보고되어 있다.
공극 크기(μm)
산술 평균 용적 평균
보드 2A(대조군)(일반 비누 블렌드) 234 819
보드 2B(1 %의 1-도데칸올로 비누 블렌드 개질) 168 627
보드 2C(1%의 1-데칸올로 비누 블렌드 개질) 245 1092
보드 2D(1 %의 1-옥탄올로 비누 블렌드 개질) 188 739
산술 평균은 소프트웨어에 의해 결정되었으며, 보드 내의 모든 공극에 대한 공극 직경(마이크로미터 단위)의 산술 평균을 나타낸다. 용적 평균은 소프트웨어에 의해 개발된 분포도로부터 결정되었으며, 용적에 따라 가중치를 부여한 평균 공극 크기를 나타낸다.또한, 도 10 내지 도 13은 보드 2A(도 10), 보드 2B(도 11), 보드 2C(도 12) 및 보드 2D(도 13) 각각의 용적 분포를 나타내는 막대 그래프이다. 상기 막대 그래프는 공극의 용적 빈도수를 마이크로미터 단위의 공극 크기의 함수로서 보여준다.
표 3 및 도 10 내지 도 13에서 보이는 바와 같이, 대조군 보드 2A의 공극은 일반적으로 더 크고 더 분산되어 있는 반면, 보드 2B 및 보드 2D의 공극은 더 작고 더 좁은 분포를 보였다. 대조군 보드의 공극은 더 크고 더 균등하게 분포되었다. 대조군 보드 2A의 공극 분포는 이원화된 반면, 보드 2B 및 보드 2D의 분포는 일원화 및 가우시안 분포였다.
이러한 결과는, 발포제의 계면 활성제(비누) 개질이 제형 또는 계면 활성제 투여량을 달리 변경하지 않고 벽판의 공극 크기 분포 변화를 유도하기에 충분함을 입증한다. 또한, 이러한 결과는 신규한 계면 활성제 블렌드를 요구하지 않고도 보다 바람직한 분포(보다 좁은 범위 또는 넓은 범위)를 용이하게 달성할 수 있음을 보여준다.
실시예 3
본 실시예는 비누 개질이 발포제 블렌드의 표면 장력을 감소시킬 수 있음을 보여준다. 특히, 실시예 1에 기재된 바와 같은 평판법을 사용하여 Kruss K12 Tensiometer으로 표면 장력 시험을 수행하였다.
상기 표면 장력 시험은 발포제 3A, 즉, Stepan B25 및 발포제 3B, 즉, Hyonic 25AS의 용액에 대해 수행되었다. 각각의 발포제에 대한 시험은 추가적인 용액 개질(대조군) 없이, 그리고 1 중량%의 도데칸올, 1 중량%의 데칸올 및 1 중량%의 옥탄올을 사용한 추가적인 용액 개질을 수행하여 이루어졌다. 상기 용액은 상이한 농도(각각 2000 ppm, 1000 ppm 및 500 ppm)의 발포제를 함유하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
표면 장력(mN/m)
500 ppm 1000 ppm 2000 ppm
발포제 3A(Polystep B25) 64 54 45
1-도데칸올을 갖는 발포제 3A 28 25 23
1-데칸올을 갖는 발포제 3A 41 36 27
1-옥탄올을 갖는 발포제 3A 53 46 38
발포제 3B(Hyonic 25AS) 60 51 41
1-도데칸올을 갖는 발포제 3B 23.1 23.8 22.5
1-데칸올을 갖는 발포제 3B 50.4 41.5 31.0
1-옥탄올을 갖는 발포제 3B 57.9 50.1 39.6
표 4의 결과는 지방 알코올의 존재가 더 높은 표면 활성의 비누 블렌드를 제조하는데 유익하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 개질된 비누의 표면 장력이 감소되어 폼의 안정성(예컨대, 강도)이 향상되었음을 알 수 있다. 알코올로 개질된 계면 활성제 용액의 표면 장력은 개질되지 않은 계면 활성제와 비교할 때 감소했다. 낮은 표면 장력은 일반적으로 보다 높은 표면 활성을 나타내며, 동일한 발포 특성을 달성하기 위한 계면 활성제의 사용을 감소시킬 수 있다.본 명세서에 인용된 출판물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참고 문헌은, 각각의 문헌이 개별적으로 및 특정하게 참조로서 통합되고 본 명세서에 그 전체가 제시된 바와 동일한 정도로 참고로 포함된다.
본 발명을 설명할 때(특히, 하기 청구 범위의 문맥에서), "a", "an", "the" 및 "적어도 하나"와 같은 용어 및 유사한 지시 대상의 사용은 본 명세서에서 달리 명시되거나 문맥상 명백히 반대로 언급되지 않는 한 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목의 목록 뒤에 "적어도 하나"라는 용어를 사용하는 것(예컨대, "A 및 B 중 적어도 하나")은, 달리 명시되거나 문맥상 명백히 반대로 언급되지 않는 한, 나열된 항목에서 선택된 하나의 항목(A 또는 B) 또는 나열된 항목 중 두 가지 이상의 조합(A 및 B)을 의미하는 것으로 해석된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "결합 관계"는 2 개의 층이 반드시 직접 접촉할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(including)", 및 "함유하는(containing)"이라는 용어들은 달리 주지되지 않는 한 개방형 용어(open-ended term)(즉, "포함하지만, 이에 제한되지 않음"을 의미하는 용어)로 해석되어야 한다. 또한, "포함하는"(또는 이와 동등어)이 언급되면, "포함하는"은 "실질적으로 이루어지는" 및 "구성되는"을 포함하는 것으로 간주된다. 따라서, 요소(들)를 "포함하는(comprising)" 실시예는 언급된 요소(들)로 "실질적으로 이루어진(consisting essentially of)" 및 "구성된(consisting of)" 실시예들을 지지한다. 어디서든 "실질적으로 이루어진"이 언급되면 "구성된"을 포함하는 것으로 간주된다. 따라서, 요소(들)로 "실질적으로 이루어진" 실시예는 언급된 요소(들)로 "구성된" 실시예들을 지지한다. 본 명세서에서 값의 범위를 열거하는 것은, 본 명세서에 달리 표기되지 않는 한, 단지 범위 내에 속하는 각각의 개별적인 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 작용하도록 의도되며, 각각의 개별적인 값은 본 명세서에서 개별적으로 언급된 바와 같이 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에 기재된 모든 방법은, 본 명세서에서 달리 표기되거나 문맥상 명백하게 반대로 언급되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 문언(예컨대, "~와 같은")의 사용은, 달리 청구되지 않는 한, 단지 본 발명을 보다 양호하게 예시하도록 의도되었으며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서의 어떠한 문언도 임의의 청구되지 않은 구성요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 표기하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 실시하기 위해 본 발명자에게 인지된 최선의 방법을 포함하여 본 명세서에 기재된다. 이러한 바람직한 실시예에 대한 변형은 전술한 설명을 독해함으로써 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자는 숙련된 기술자가 이러한 변형을 적절하게 적용할 수 있다는 것을 예상하며, 본 발명자는 본 명세서에 특정하게 기재된 것과 다르게 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 바에 따라 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 언급되는 주제의 모든 변경들 및 균등물을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 달리 표기되거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형들에서 상기 요소들의 임의의 조합은 본 발명에 포괄된다.

Claims (10)

  1. 발포 시멘트질 보드의 제조 방법에 있어서,
    (a) 제 1 양의 제 1 발포제, 제 2 양의 제 2 발포제 및 제 3 양의 지방 알코올을 블렌딩하여 수성 블렌딩 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 양은 제 1 중량비로 제공되는 단계;
    (b) 상기 제 1, 제 2 및/또는 제 3 양을 제어 가능하게 변경하여 상기 제 1 중량비와 상이한 제 2 중량비를 형성하는 단계;
    (c) 상기 블렌딩 스트림에 공기를 삽입하여 폼을 형성하는 단계;
    (d) 적어도 물, 시멘트질 재료 및 상기 폼을 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    (e) 상기 슬러리를 제 1 커버 시트와 제 2 커버 시트 사이에 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계;
    (f) 상기 보드 전구체를 보드로 절단하는 단계; 및
    (g) 상기 보드를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 양은 유량 계량 시스템에 의해 제어되고, 프로세스 제어기가 상기 유량 계량 시스템과 통신하여 상기 제 1, 제 2 및 제 3 양 중 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 계량 시스템은, 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올 각각이 상기 수성 블렌딩 스트림 내로 유동하는 것을 제어하기 위한 밸브들과 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지방 알코올은 C6-C20 지방 알코올인 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    불안정한 발포제를 첨가하기 전에 안정한 발포제를 상기 지방 알코올과 배합하는 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    안정한 발포제를 첨가하기 전에 불안정한 발포제를 상기 지방 알코올과 배합하는 것을 특징으로 하는 발포 시멘트질 보드의 제조 방법.
  7. 폼 형성 시스템에 있어서,
    (a) 폼 생성기;
    (b) 상기 폼 생성기에 공기를 유입시키기 위한 공기 공급 도관;
    (c) 제 1 양의 제 1 발포제, 제 2 양의 제 2 발포제 및 제 3 양의 지방 알코올을 순서에 관계없이 상기 폼 생성기 내로 직접 또는 간접적으로 유입시키도록 구성된 유량 계량 시스템; 및
    (d) 상기 폼 생성기 내로 직접 또는 간접적으로 유입되는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올의 상대적인 양을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 유량 계량 시스템과 통신하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폼 형성 시스템.
  8. 폼 형성 시스템에 있어서,
    (a) 제 1 발포제, 제 2 발포제 및 지방 알코올이 순서에 관계없이 블렌딩 스트림 도관 내로 유동하는 것을 제어하기 위한 하나 이상의 밸브와 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 유량 계량 시스템;
    (b) 상기 블렌딩 스트림 도관 내로 유입되는 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올의 상대적인 양을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 유량 계량 시스템과 통신하는 제어기;
    (c) 상기 블렌딩 스트림 도관과 유체 역학적으로 연통하는 폼 생성기; 및
    (d) 상기 폼 생성기에 공기를 유입시키기 위한 공기 공급 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 폼 형성 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 지방 알코올은 C6-C20 지방 알코올인 것을 특징으로 하는 폼 형성 시스템.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 유량 계량 시스템은 상기 제 1 발포제, 상기 제 2 발포제 및 상기 지방 알코올 각각이 상기 폼 생성기와 유체 역학적으로 연통하는 블렌딩 스트림 도관 내로 유동하는 것을 제어하기 위한 밸브들과 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 폼 형성 시스템.
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