KR20210090245A - 석고-기반 프로덕트를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

석고-기반 프로덕트를 제조하는 방법은 소석고를 폴리머 입자 및 물과 혼합하여 슬러리를 제공하는 단계를 포함한다. 폴리머 입자는 주로 폴리비닐 아세테이트를 포함하고, 4.5 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는다.

Description

석고-기반 프로덕트를 제조하는 방법

본 발명은 폴리머 첨가제를 포함하는 석고-기반 프로덕트(gypsum-based product)를 제조하는 방법, 특히, 폴리비닐 아세테이트를 포함하는 석고-기반 프로덕트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

경량 패널, 예컨대, 플라스터보드(plasterboard)(예를 들어, 석고 플라스터보드), 폴리스티렌 보드 및 섬유보드는 건물 내에 칸막이를 제공하는 데 흔히 이용된다. 이러한 적용에 대한 이들의 이점으로는 이들이 경량이고 빠르게 설치된다는 사실이 포함된다.

그러나, 특정 경우에서, 그러한 경량 패널은, 고정 수단(예를 들어, 스크류)이 패널에 직접적으로, 즉, 벽 플러그 또는 고정물과 같은 삽입물의 존재 없이 삽입될 때, 고정 설치물(예를 들어, 싱크, 텔레비전, 라디에이터, 소화기, 선반, 및 패널에의 부착을 필요로 하는 임의의 다른 물품)을 지지하기에 충분하게 강하지 않다는 단점을 가질 수 있다. 그러한 경우, 고정 설치물의 중량 때문에 고정 수단 (예를 들어, 스크류)이 패널로부터 뽑힐 수 있고, 이에 따라 고정 설치물이 칸막이로부터 떨어진다.

전형적으로, 이러한 문제는 패널의 고정 강도를 증가시키는 합판 시트를 제공함으로써 다루었다. 이러한 경우, 합판 시트는 고정 설치물이 위치할 패널의 반대쪽인 패널의 면 상에 제공된다. 합판 시트는 패널에 고정 설치물을 고정하는 데 이용되는 하나 이상의 고정 수단(예를 들어, 스크류)을 유지시키기 위해 증가된 강도를 제공할 수 있다. 전형적으로, 합판 시트는 칸만이 틀 안에 위치되고, 플라스터보드가 이후 칸막이 틀 밖에 위치하도록 합판에 고정된다.

대안으로서, 금속 지지 수단이 제공될 수 있다. 이들은 고정 플레이트, 채널, 끈, 또는 금속 체결구를 포함할 수 있다. 합판 시트에 대한 경우와 같이, 금속 지지 수단은 일반적으로 고정 설치물이 고정될 패널의 면의 반대쪽인 패널의 면에 위치하고, 패널에 고정 설치물을 부착하는 데 이용되는 고정 수단, 예를 들어, 고정 스크류를 수용하고 고정시키는 작용을 한다.

이들 배열 둘 모두는 패널 및 추가의 지지 구성 요소들을 현장에서 서로 부착시켜야 한다는 단점을 갖는다. 게다가, 금속 지지 수단이 이용될 때, 고정 설치물을 패널에 고정시키는 데 필요한 고정 수단의 전 세트를 지지하기 위해 복수의 그러한 지지 수단이 요구될 수 있다. 따라서, 설치 공정이 시간-소모적이고 비용이 많이 들 수 있다.

게다가, 금속 지지 수단 또는 합판 시트의 부가는 칸막이의 중량 및 두께를 증가시키고/증가시키거나, 공동(cavity) 벽 공간의 감소를 초래한다. 일반적으로, 합판 자체를 현장에서 크기에 맞게 절단해야 하고, 이에 따라 설치에 필요한 시간을 증가시키고, 아마도 분진 및 잠재적으로는 유해 성분의 방출을 초래한다.

따라서, 고정 수단을 유지시킬 수 있고 고정 설치물을 지지할 수 있으며 시간-소모적 설치 공정을 요구하지 않는 개선된 패널을 제공하는 것이 필요하다.

종래에, 석고 플라스터보드의 석고 매트릭스에 폴리머 및/또는 섬유를 혼입하는 것은 보드의 고정 강도를 증가시키는 것을 도울 수 있는 것으로 밝혀졌다. 전형적으로, 폴리머 및/또는 섬유 성분이 플라스터보드를 형성시키는 데 사용되는 석고 슬러리에 혼합된다.

놀랍게도, 이제, 폴리비닐 아세테이트가 석고-기반 프로덕트의 석고 매트릭스에 혼입되는 경우, 석고-기반 프로덕트의 고정 강도는 폴리비닐 아세테이트가 미세 입자 분포의 형태로 제공된다면 훨씬 더 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 첫 번째 양태에서, 본 발명은 석고-기반 프로덕트를 제조하는 방법으로서, 소석고(calcined gypsum)를 폴리머 입자 및 물과 혼합하여 슬러리를 제공하는 단계를 포함하고, 폴리머 입자가 주로 폴리비닐 아세테이트를 포함하고, 폴리머 입자가, 4.5 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는, 방법을 제공할 수 있다.

전형적으로, 폴리머 입자는 수성 에멀젼의 형태로 슬러리에 혼입된다. 이러한 경우, 방법은 수성 에멀젼 이외에 슬러리에 추가량의 물을 혼입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

덜 바람직한 대안에서, 폴리머 입자는 건조 형태로 슬러리에 혼입될 수 있고, 물이 별도로 제공되어 슬러리를 형성시킬 수 있다.

폴리머 입자의 입도 분포는 입자가 수성 에멀젼에 현탁될 때 입도의 레이저 회절 측정을 이용하여 결정된다.

바람직하게는, 폴리머 입자는, 4 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는다.

더욱 바람직하게는, 폴리머 입자는, 3.5 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는다.

특정 경우에, 폴리머 입자의 입도 분포는 모노모달(단일모달로도 알려짐)이다.

전형적으로, 입자의 평균 폴리비닐 아세테이트 함량은 적어도 80부피%, 바람직하게는 85부피%, 더욱 바람직하게는 90부피%이다.

특정 경우에, 입자는 추가로 폴리비닐 알코올을 포함하고, 이는 입자의 외부 주위로 일부 또는 전부 연장되는 표면 층으로서 존재할 수 있다. 폴리비닐 알코올의 존재는 전형적으로 폴리비닐 아세테이트의 부분 가수분해에 기인하는 것으로 사료된다. 폴리비닐 알코올의 존재는 폴리머 입자를 안정화시키는 데 도움을 줄 수 있는 것으로 사료된다.

전형적으로, 폴리머 입자는 소석고에 대해 적어도 1 wt%, 바람직하게는 적어도 3 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 4 wt%의 양으로 슬러리에 존재한다.

전형적으로, 폴리머 입자는 소석고에 대해 25 wt% 이하, 바람직하게는 20 wt% 이하, 가장 바람직하게는 15 wt% 이하의 양으로 슬러리에 존재한다.

소석고는 전형적으로 설페이트 반수화물 및/또는 칼슘 설페이트 경석고를 포함한다. 칼슘 설페이트 반수화물은 알파형 및/또는 베타형으로 존재할 수 있다.

전형적으로, 슬러리(폴리머 입자의 에멀젼의 일부로서 제공되는 임의의 물 및 별도로 제공된 임의의 물 포함)의 수위는 소석고에 대해 적어도 40wt%, 바람직하게는 소석고에 대해 적어도 50wt%, 가장 바람직하게는 적어도 60wt%이다. 일반적으로, 칼슘 설페이트 반수화물이 전부 또는 주로 알파형으로 존재하는 경우, 예를 들어, 적어도 50wt%의 칼슘 설페이트 반수화물이 알파형으로 존재하는 경우, 더 낮은 수위(예를 들어, 40wt% 미만)가 달성 가능하다. 전형적으로, 칼슘 설페이트 반수화물이 전부 또는 주로 베타형으로 존재하는 경우, 예를 들어, 적어도 50wt%의 칼슘 설페이트 반수화물이 베타형으로 존재하는 경우, 더 높은 수위(예를 들어, 적어도 60wt%)가 요구된다.

전형적으로, 슬러리의 수위는 소석고에 대해 120wt% 미만, 바람직하게는 100wt% 미만이다.

전형적으로, 방법은 슬러리에 섬유 보강재, 예를 들어, 유리 섬유를 혼입하는 단계를 추가로 포함한다. 특정 경우에, 섬유 보강재의 섬유는 2 mm 내지 20 mm, 전형적으로 5 mm 내지 15 mm 범위의 평균 길이를 갖는다. 일반적으로, 섬유 보강재는 소석고에 대해 적어도 1 wt%, 바람직하게는 적어도 1.5 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 2 wt%의 양으로 슬러리에 존재한다.

전형적으로, 섬유 보강재는 소석고에 대해 15 wt% 이하, 바람직하게는 10 wt% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt% 이하의 양으로 슬러리에 존재한다.

전형적으로, 방법은 코어가 석고 매트릭스를 갖는 보드를 생산하는 데 사용된다. 전형적으로, 보드의 적어도 하나의 면 상에는 라이너, 예를 들어, 페이퍼 라이너 또는 유리 섬유 매트가 제공된다. 라이너는 전형적으로 보드에 일부 또는 전부 엠베딩된다. 즉, 석고 슬러리의 응결로 보드를 형성시키는 동안, 석고 슬러리는 전형적으로 라이너를 일부 또는 전부 침투한다.

전형적으로, 보드는 적어도 550 N, 바람직하게는 적어도 600 N의 스크류 인발 강도를 갖는다.

기타 유해하지 않은 물질, 애주번트 및 성분이, 적절한 경우, 슬러리에 포함될 수 있다. 이러한 유해하지 않은 물질은 임의의 추가 성분, 예컨대, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리비닐 알코올 이외의 폴리머(다른 합성 폴리머 및/또는 전분 포함); 응결 촉진제 및 지연제; 변형 억제제(예컨대, 흐름방지제(sagging agent)); 수축방지 첨가제; 재소성 억제제; 포움 안정화제; 살균제; 살진균제; pH 조절제; 착색제; 난연제; 소수성 첨가제; 및 충전제(예컨대, 일부 구현예에서 확장된 형태일 수 있는, 미립자 미네랄 물질 또는 플라스틱)를 포함할 수 있다.

본 발명은 이제 예로서 하기 도면을 참조로 기술될 것이다.

도 1a 내지 1h는 각각 실시예 1 내지 8의 입도 분포의 그래프적 표현을 나타낸 것이다.
도 1i 내지 1k는 각각 비교예 9 내지 11의 입도 분포의 그래프적 표현을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 8 및 비교예 9 내지 11에 대한 스크류 인발 데이터를 나타낸 것이다.

실시예

수성 폴리비닐 아세테이트 에멀젼의 11 개 샘플의 부피-기반 입도 분포를 결정하고, 이를 사용하여 각 샘플에 대한 D₉₀ 값을 계산하였다.

후속적으로, 에멀젼을 각각 소석고에 대해 4.5 wt%(폴리비닐 아세테이트의 건조 중량에 의해 측정됨)의 폴리비닐 아세테이트 함량을 제공하기에 충분한 양으로 개개 석고-기반 슬러리에 혼입하였다. 슬러리는 또한 소석고에 대해 2.3 wt%의 양의 섬유를 함유하였고, 소석고에 대해 80 wt%의 수위를 제공하기에 충분한 총 물 함량을 가졌다. 각 슬러리를 이후 개별 석고 보드에 형성시켰다. 각 보드의 스크류 인발 강도를 결정하였다.

결과는 표 1에 나타나 있다. 추가로, 각 폴리비닐 아세테이트 샘플에 대한 부피-기반 입도 분포의 그래프적 표현은 도 1a 내지 1k에 나타나 있으며, 스크류 인발 결과는 도 2에 그래프로 나타나 있다.

표 1

D ₉₀ 값의 측정

수성 폴리비닐 아세테이트 분산물의 부피-기반 입도 분포를 Malvern Mastersizer 3000 레이저 회절 입도 분석기를 사용하여 레이저 회절을 이용함으로써 측정하였다.

폴리비닐 아세테이트 샘플을 물에 희석하여 4.5 wt%의 고형물 함량 폴리비닐 아세테이트를 함유하는 에멀젼을 생산하였다. 에멀젼을 분석기의 분석 유닛으로 피펫팅하기 전에 폴리머의 균일한 분산을 보장하도록 1 분 동안 수동으로 진탕하였다. 폴리머 에멀젼을 1% 내지 4%의 식률(obscuration)을 생성시키는 양으로 첨가하였다. 분산 유닛을 3000 ± 50 rpm으로 교반하였다.

분석기를 구형 입자 모드로 작동시켰다.

세 개의 샘플을 각 실시예 및 비교예에 대하여 시험하고, 각 샘플에 대하여 6 개의 입도 분포 추적을 얻었다. 따라서, 18 회의 시험을 각 실시예 및 비교예에 대하여 수행하였다. 표 1에서의 D₉₀ 값은 이들 18 회의 시험으로부터 얻어진 평균을 나타낸다. 도 1a 내지 1k에 나타나 있는 입도 분포의 그래프적 표현은 샘플들 중 하나로부터 얻어진 6 개의 추적에 대한 평균을 나타낸다.

석고 보드 샘플의 생산

석고 보드 샘플의 생산에서, 스투코(소석고), 6 mm의 평균 길이를 갖는 유리 섬유, 수성 폴리비닐 아세테이트 에멀젼 및 추가의 물로부터 석고 슬러리를 제조하였다.

슬러리의 섬유 함량은 스투코에 대해 2.3 wt%였다. 폴리비닐 아세테이트 에멀젼을, 에멀젼에 존재하는 물을 제외하고, 스투코에 대해 4.5 wt%의 폴리비닐 아세테이트 함량을 제공하는 양으로 슬러리에 첨가하였다. 슬러리(폴리비닐 아세테이트 에멀젼으로부터의 물 및 추가의 물 포함)의 수위는 스투코에 대해 80 wt%였다.

추가의 물과 필요량의 수성 폴리비닐 아세테이트 에멀젼을 수동-혼합함으로써 슬러리를 제조하였다. 후속적으로, 섬유를 희석된 에멀젼에 첨가하고, Kenwood 믹서를 사용하여 30 초 동안 혼합하였다. 이후, 스투코를 Kenwood 믹서에서 수성 폴리비닐 아세테이트/섬유 혼합물에 첨가하고, 30 초 동안 혼합하였다.

슬러리를 대향면을 갖는 평면형 공동을 한정하는 모울드에 부었다. 공동의 대향면을 물로 포화된 페이퍼로 라이닝하였다. 모울드를 공동이 수직 배향이 되도록 지지하였다. 모울드의 외표면을 탭핑하여 슬러리 중 임의의 에어 포켓을 제거하고, 추가 슬러리를 필요에 따라 공동에 가득찰 때까지 부었다.

슬러리를 15 분 내지 20 분 동안 응결되게 두고, 그 후에 모울드를 개방하고, 석고 보드를 꺼냈다. 임의의 과량의 페이퍼를 보드의 에지로부터 트리밍하고, 마스킹 테이프를 보드의 에지 둘레에 감쌌다.

슬러리를 모울드에 부은 시점으로부터 25 분 후, 보드를 160℃에서 1 시간 동안 오븐에 두었다. 후속적으로, 보드를 오븐에서 꺼내고, 마스킹 테이프를 보드의 에지로부터 제거하고, 보드를 일정한 질량에 이를 때까지 40℃에서 대략 24 시간 동안 또 다른 오븐에 두었다.

그 후에, 보드를 일정한 질량에 이를 때까지 23℃ 및 50% 상대 습도에서 대략 24 시간 동안 컨디셔닝하였다.

스크류 인발 강도의 측정

스크류 인발 시험은 보드로부터 스크류가 떨어질 때까지 보편적인 시험기를 사용하여 보드에 엠베딩된 스크류에 인발력을 가하는 것을 수반한다.

스크류 인발 시험을 50 mm의 길이를 갖는 Unifix 단일 쓰레드 스크류 및 5 mm 직경의 샤프트를 사용하여 컨디셔닝된 보드 상에서 수행하였다. 인발 시험을 시작하기 전, 스크류의 10 mm(±1 mm)가 보드의 뒷면으로부터 연장되도록 스크류를 보드에 삽입하였다. 10 N의 예비-하중을 가하고, 이어서 파단까지 10 mm/s의 크로스-헤드 속도에서 하중을 증가시켰다. 피크 파단 하중을 기록하여 인발 강도를 제공하였다.

Claims (14)

1. 석고-기반 프로덕트(gypsum-based product)를 제조하는 방법으로서, 소석고(calcined gypsum)를 폴리머 입자 및 물과 혼합하여 슬러리를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 폴리머 입자가 주로 폴리비닐 아세테이트를 포함하고,
   상기 폴리머 입자가, 4.5 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는 입도 분포를 갖는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 폴리머 입자가, 4 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 폴리머 입자가, 3.5 μm 이하의 직경을 갖는 입자가 총 입자 부피의 적어도 90%를 제공하도록, 레이저 회절을 이용하여 측정되는, 입도 분포를 갖는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 입자의 평균 폴리비닐 아세테이트 함량이 적어도 90부피%인, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 입자가 추가적으로 폴리비닐 알코올을 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 폴리비닐 알코올 상이 입자의 외부 주위로 일부 또는 전부 연장되는 표면 층으로서 존재하는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 입자가 수성 에멀젼의 형태로 제공되는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 수성 에멀젼 이외에 추가량의 물을 슬러리에 혼입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머 입자가 소석고에 대해 적어도 1 wt%의 양으로 슬러리에 존재하는, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유, 예컨대, 유리 섬유를 슬러리에 혼입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 섬유가 소석고에 대해 적어도 1 wt%의 양으로 슬러리에 존재하는, 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 석고-기반 프로덕트가 보드인, 방법.
13. 제12항에 있어서, 보드의 적어도 한 면 상에 라이너가 제공되고, 상기 라이너가, 예를 들어, 페이퍼 라이너 또는 유리 섬유 매트인, 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리를 성형하는 단계, 및 이를 응결시켜 석고 플라스터보드(gypsum plasterboard)를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.

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