KR20220090573A - 고염 석고로 석고 벽판을 제조하는 방법 및 관련 제품 - Google Patents

고염 석고로 석고 벽판을 제조하는 방법 및 관련 제품 Download PDF

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KR20220090573A
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마크 케이. 헴필
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

복합 석고 보드 및 복합 석고 보드의 제조 방법이 개시된다. 보드에는 두 개의 커버 시트 사이에 끼워진 경화 석고 층이 포함되어 있다. 경화 석고 층들은 적어도 치장 벽토 및 물로 형성된다. 경화 석고 층들은 보드 코어 및 하나 이상의 스킴 코트 층들을 포함한다. 경화 석고 코어는 모든 석고 층들의 총 두께의 상당한 두께(예를 들어, 최소 약 90%, 최소 약 92%, 최소 약 95%, 또는 최소 약 97%)를 구성한다. 제1 스킴 코트 층이 제1(전면) 커버 시트와 마주하는 코어의 한 면에 포함된다. 제2 스킴 코트 층이 제2(배면) 커버 시트와 마주하는, 코어의 다른 면에 포함된다. 적어도 제2 스킴 층은 전분을 포함하는 슬러리로 형성된다. 치장 벽토 재료는 일반적으로 예를 들어 치장 벽토가 저품질 합성 석고의 특정 소스들로부터 소성되는 경우 고염 불순물 함량을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 염은 예를 들어 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘(MgCl2) 및/또는 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화 염이다.

Description

고염 석고로 석고 벽판을 제조하는 방법 및 관련 제품
건물들의 건설에서, 건축 및 리모델링을 위한 보다 일반적인 건물 요소들 중 하나는 종종 건식 벽체, 석고 보드, 석고 패널, 석고 패널링 및 천장 타일이라고도 하는 석고 벽판이다. 화학적 용어로, 석고(gypsum)는 황산칼슘 이수화물(CaSO4·2H2O)이다.
경화 석고(황산칼슘 이수화물)는 이러한 제품에 사용되는 잘 알려진 재료이다. 경화 석고를 포함하는 패널은 종종 석고 보드라고 하며, 이는 두 개의 커버 시트, 특히 종이 커버 시트 사이에 끼워진 보드 코어(경화 석고 코어)를 포함한다. 이러한 패널은 일반적으로 건물의 내부 벽 및 천장의 건식 벽체 건설에 사용된다. 종종 "스킴 코트(skim coats)"라고 하는 하나 이상의 밀도가 높은 영역은 보드 코어의 어느 한 면에, 일반적으로 보드 코어와 커버 시트의 내부 표면 또는 그 위의 코팅 사이의 계면에 계층들로 포함될 수 있다. 밀도가 높은 영역은 석고 보드의 석고 코어층을 제공하는 석고층의 밀도가 낮은 영역과 인접할 수 있다.
석고 보드를 제조하는 동안, 스투코(황산칼슘 반수화물 함유), 물 및 기타 적절한 원료가 일반적으로 믹서에서 혼합되어 수성 석고 슬러리를 형성할 수 있다. 수성 석고 슬러리 또는 수성 슬러리 또는 석고 슬러리라는 기술 용어는 일반적으로 황산칼슘 반수화물이 황산칼슘 이수화물로 전환되기 전과 후 둘 모두의 슬러리에 사용된다. 석고 슬러리가 형성되어 믹서에서 선택적으로 스킴 코트를 포함하는 제1 덮개 시트를 운반하는 이동 컨베이어로 배출된다. 존재하는 경우, 스킴 코트는 석고 슬러리가 제1 덮개 시트로 배출되는 위치로부터 상류에 도포된다. 석고 슬러리를 제1 커버 시트에 도포한 후, 다시 선택적으로 스킴 코트를 포함하는 제2 커버 시트는 석고 슬러리에 도포되어 원하는 두께를 갖는 샌드위치 어셈블리를 형성한다. 성형판, 롤러 등은 원하는 두께를 설정하는 데 도움이 될 수 있다. 그런 다음, 석고 슬러리는 소석고(calcined gypsum)와 물 사이의 반응을 통해 경화(즉, 재수화된) 석고를 형성하여 결정질 수화 석고(즉, 황산칼슘 이수화물, 경화 석고로도 알려짐)의 매트릭스를 형성함으로써 경화되도록 한다. 소석고의 원하는 수화작용(hydration)은 경화 석고 결정의 인터로킹 매트릭스(interlocking matrix) 형성을 촉진하여, 석고 보드에 강도를 부여한다. 열이 가해져(예를 들어, 가마를 사용하여) 남아 있는 유리(즉, 미반응) 수(water)를 제거하여 건식 생성물을 얻을 수 있다. 그런 다음, 경화 석고 생성물이 절단되어 원하는 길이의 석고 보드를 형성한다.
벽판에 사용하기에 적합한 석고(황산칼슘 이수화물 및 기타 불순물)는 천연 소스들과 합성 소스들 모두에서 얻은 후 추가 가공을 할 수 있다.
천연 석고는 황산칼슘 이수화물을 소성하여 반수화물 형태를 생성함으로써 사용될 수 있다. 천연 소스들의 석고는 자연적으로 발생하는 광물이며 암석 형태로 채굴될 수 있다. 자연적으로 발생하는 석고는 일반적으로 오래된 염호층(salt-lake beds), 화산 퇴적물 및 점토층에서 발견되는 광물이다. 채굴될 때, 원시 석고는 일반적으로 이수화물 형태로 발견된다. 석고는 황산칼슘 이수화물, 백토 또는 분말석고로도 알려져 있다. 이 재료는 또한 다양한 산업 공정에서 부산물로 생산된다. 예를 들어, 합성 석고는 발전소에서 발생하는 배연 탈황 공정의 부산물이다. 석고에는, 각 황산칼슘 분자와 관련된 물 분자가 대략 2개 있다.
파리 소석고(Plaster of Paris)는 소석고, 치장 벽토, 황산칼슘 반수화물(calcium sulfate semihydrate), 황산칼슘 반수화물(calcium sulfate half-hydrate) 또는 황산칼슘 반수화물(calcium sulfate hemihydrate)로도 알려져 있다.
두 소스의 황산칼슘 이수화물이 충분히 가열되면, 소성(calcining) 또는 소성(calcination)라고 하는 공정에서, 수화수가 적어도 부분적으로 제거되고, 온도와 노출 기간에 따라 황산칼슘 반수화물(CaSO4·½H2O)(일반적으로 흔히 "치장 벽토"라고 하는 재료에 일반적으로 제공됨) 또는 황산칼슘 무수석고(CaSO4)가 형성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "치장 벽토" 및 "소석고"라는 용어들은 내부에 포함될 수 있는 황산칼슘의 반수화물 및 무수석고 형태를 모두 지칭한다. 반수화물 형태를 생성하기 위한 석고의 소성은 다음의 방정식에 의해 발생한다:
CaSO4ㆍ2H2O→CaSO4ㆍ0.5H2O+1.5H2O
소석고는 물과 반응하여 황산칼슘 이수화물을 형성할 수 있으며, 이는 경질 생성물이며 본원에서는 "경화 석고"라고 한다.
석고는 또한 예를 들어 발전소로부터의 배연 탈황과 같은 산업 공정의 부산물로서 합성(당업계에서 "syngyp"이라고 함)으로 얻을 수 있다. 천연 또는 합성 석고는 일반적으로 150°C 이상의 고온에서 소성되어 치장 벽토(즉, 황산칼슘 반수화물 및/또는 황산칼슘 무수석고 형태의 소석고)를 형성할 수 있으며, 이는 보드와 같은 원하는 모양으로 경화 석고를 형성하기 위해 후속 재수화를 거칠 수 있다.
발전소에서 얻은 합성 석고는 일반적으로 건설 프로젝트용 석고 패널에 사용하기에 적합하다. 합성 석고는 발전소에서 발생하는 배연 탈황 공정의 부산물이다(탈황 석고 또는 탈황 석고 또는 DSG라고도 함). 특히, 이산화황을 포함한 연도 가스는 석회나 석회암으로 습식 스크럽되며, 이는 다음의 반응에서 아황산칼슘을 생성한다.
CaCO3+SO2→CaSO3+CO2
그런 다음, 아황산칼슘은 다음의 반응에서 황산칼슘으로 전환된다.
CaSO3+2H2O+½O2→CaSO4ㆍ2H2O
그런 다음, 반수화물 형태는 천연 석고에 사용되는 것과 유사한 방식으로 소성하여 생성될 수 있다.
그러나, 많은 통상의 석탄 화력 발전소가 보다 환경 친화적인 에너지 원을 위해 폐쇄되고 있다. 석탄 화력 발전소의 폐쇄로 석고 패널 생산에 적합한 합성 석고 부족 현상이 커지고 있다. 더 낮은 품질의 합성 석고는 발전소 및 기타 소스로부터 구할 수 있지만, 이 대안적으로 공급되는 석고는 종종 상당히 높은 농도의 외부 염, 특히 마그네슘 또는 나트륨 염, 보다 구체적으로는 염화마그네슘 및 염화나트륨을 포함한다. 소량의 염화칼륨과 염화칼슘이 대안적으로 공급되는 합성 석고에도 존재할 수 있다. 외부 염은 보드 코어와 커버 시트, 특히 뒷면지(back paper) 커버 시트 사이의 접착력을 감소시키는 경향으로 인해 문제가 될 수 있다.
이 배경 설명은 독자를 돕기 위해 발명자들에 의해 만들어진 것이며, 선행 기술에 대한 참조도 아니고 표시된 문제들 중 어느 하나가 해당 기술 분야에서 자체적으로 인식되었다는 표시도 아님이 이해될 것이다. 설명된 원리는, 일부 측면들과 실시예들에서, 다른 시스템에 내재된 문제들을 완화시킬 수 있지만, 보호되는 혁신의 범위는 본원에 언급된 임의의 특정 문제를 해결하기 위해 청구된 발명의 능력이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 규정됨이 이해될 것이다.
본 발명은 석고 보드 및 보드가 보드의 석고 층과 커버 시트 사이에 양호한 접착력을 나타내는 석고 보드의 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보드들이 염 불순물 함량이 높은 치장 벽토로 형성된 특정 적용성을 갖는다. 일반적으로, 치장 벽토는 천연 또는 합성 소스들로부터 석고를 소성하여 형성된다. 사실상, 이는 지구로부터 채굴될 수 있는 흔한 풍부한 광물이다. 석고의 합성 형태는 고유황 석탄을 태우는 석탄 화력 발전소와 관련된 배연 탈황(FGD) 공정의 부산물로 도출될 수 있다. 발전소에서, 이산화황 배출물은 습식 스크럽 공정을 통해 제거된다. 석회암 슬러리 주입은 비산회(fly ash) 제거 후 합성 석고의 침전을 초래한다. 예를 들어, 일부 형태의 합성 석고는 고함량의 염 불순물을 함유하고 있으며, 그런 다음 이는 소석고로 형성된 치장 벽토에 남아 있다. 합성 석고의 염 불순물은 예를 들어 고염(high salt) 석탄으로부터 발생할 수 있다. 이러한 염 불순물들은 보드 내의 덮개 시트(예를 들어, 종이로 형성됨)와 석고 층(예를 들어, 보드 코어) 사이의 접착에 유해한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
석고 보드는 두 개의 커버 시트들 사이에 배치된 석고 층들을 포함하도록 형성된다. 석고 층들은 일반적으로 코어 층뿐만 아니라 코어의 제1 주 표면과 커버 시트 사이의 스킴 코팅 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 코어의 제2 주 표면과 제1 커버 시트에 대향하는 제2 커버 시트 사이에 제2 스킴 코딩 층이 있으며, 이러한 배열은 당업계에서 이해된다. 적어도 하나의 스킴 코트는 코어에 비해 매우 얇으며 커버 시트와 보드 코어 사이의 접착을 강화하기 위해 전분을 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 전분은 천연 전분이며 보드 코어와 뒷면지 커버 시트 사이의 스킴 코팅 층에 포함된다. 이러한 방식으로, 본 발명은 보드 코어 및/또는 기타 석고 층들이, 예를 들어, 이전에 종이-코어 접착을 방해하는 것으로 밝혀진 NaCl, KCl, MaCl2 및/또는 CaCl2와 같은 염화 염을 포함하는 바람직하지 않은 외부 염을 포함하는, 저품질 합성 석고로부터 파생된 치장 벽토로 형성되는 경우에도 접착력을 강화시키도록 한다.
복합 석고 보드 및 복합 석고 보드의 제조 방법이 개시된다. 보드에는 두 개의 덮개 시트 사이에 끼워진 경화 석고 층들이 포함되어 있다. 경화 석고 층들은 적어도 치장 벽토와 물로 형성된다. 경화 석고 층들은 보드 코어 및 하나 이상의 스킴 코트 층들을 포함한다. 경화 석고 코어는 모든 석고 층들의 총 두께의 상당한 두께(예를 들어, 적어도 약 90%, 적어도 약 92%, 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 97%)를 구성한다. 제1 스킴 코트 층이 제1(전면) 커버 시트와 마주하는 코어의 한 면에 포함된다. 제2 스킴 코트 층이 제2(배면) 커버 시트와 마주하는, 코어의 다른 면에 포함된다. 적어도 제2 스킴 층이 전분을 포함하는 슬러리로 형성된다. 치장 벽토 재료는 일반적으로 예를 들어 치장 벽토가 저품질 합성 석고의 특정 소스들로부터 소성되는 경우 고염(high salt) 불순물 함량을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 염은 예를 들어 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘(MgCl2) 및/또는 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화 염이다.
따라서, 일 양태에서, 본 발명은 복합 석고 보드를 제공한다. 석고 보드는 보어 코어를 포함한다. 보드 코어는 제1 슬러리로 형성된 경화 석고를 포함한다. 제1 슬러리는 물과 고염 불순물 함량을 포함하는 치장 벽토를 포함한다. 제1 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리인산염 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있다. 코어는 서로 대향하는 제1 및 제2 코어 면들을 정의한다. 보드는 제1 및 제2 스킴 코트 면들을 정의하는 제1(전면) 스킴 코트 층을 포함한다. 제1 스킴 코팅 층은 물, 치장 벽토, 및 스킴 코트 전분을 포함하는 제2 슬러리로 형성된다. 제1 스킴 코팅 층은 제1 코어 면에 접착 관계로 배치된다. 보드는 또한 제1(전면, 종종 마닐라라고 함) 커버 시트를 포함한다. 제1 스킴 코팅 층의 제1 면은 제1 커버 시트와 마주하고, 스킴 코트 층의 제2 면은 보드 코어와 마주한다. 보드는 제1(배면, 종종 뉴스라인이라고 함) 커버 시트를 더 포함한다. 보드 코어 면들의 제2 면은 제2 커버 시트와 마주한다. 보드는 제1 및 제2 면들을 정의하는 제2 스킴 코트 층을 더 포함한다. 제2 스킴 코트 층은 물, 치장 벽토, 및 전분을 포함하는 제3 슬러리로 형성된다. 전분은 바람직하게는 천연 전분이고 보드 코어와 제1 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다. 제2 스킴 코트 층의 제1 면은 보드 코어의 제2 면과 마주하고, 제2 스킴 코트 층의 제2 면은 제2 커버 시트와 마주한다. 제2 및 제3 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 합성 석고 보드의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 적어도 물과 고염 불순물 함량을 함유하는 치장 벽토를 혼합하여 코어 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 코어 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리인산염 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있다. 방법은 또한 적어도 물, 치장 벽토, 및 선택적으로 스킴 코트 전분을 혼합하여 전면 스킴 코트 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 전면 스킴 코트 슬러리는 전면 커버 시트에 접착 관계로 배치되어 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 전면 복합체를 형성한다. 코어 슬러리는 전면 복합체에 접착 관계로 배치되어 코어 복합체를 형성한다. 코어 슬러리는 제1 및 제2 면들을 갖는 보드 코어를 형성하고, 제1 면은 전면 복합체의 슬러리 표면과 마주한다. 물, 치장 벽토 및 스킴 코트 전분이 혼합되어 배면 스킴 코트 슬러리를 형성한다. 면 및 배면 스킴 코트 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있다. 배면 스킴 슬러리는 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 배면 복합체를 형성하도록 배면 커버 시트에 접착 관계로 배치된다. 배면 복합체는 코어 복합체에 접착 관계로 배치되어 보드 전구체를 형성한다. 배면 복합체의 슬러리 표면은 코어의 제2 면와 마주한다. 보드 전구체를 건조시켜 보드를 형성한다. 스킴 코트 전분은 보드 코어와 배면 커버 시트 사이, 및 선택적으로는 보드 코어와 제1 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다.
다른 양태에서, 본 발명은 황산칼슘 반수화물(치장 벽토) 및 높은 함량의 염 불순물, 뿐만 아니라 코어 전분 및 본원에 논의된 기타 원료들과 같은 원하는 기타 원료들을 함유하는 수성 슬러리로 형성된 석고 보드에서 석고 층과 배면 커버 시트 사이의 접착을 강화시키기 위한 방법을 제공한다. 일부 실시예들에서, 염 불순물들은 NaCl, KCl, MgCl2 및/또는 CaCl2와 같은 염화 염의 형태이다. 예를 들어, 수성 슬러리는 황산칼슘 반수화물 1,000,000 중량부당 적어도 약 150 ppm 염화물 음이온을 포함할 수 있다. 이 방법은 적어도 물, 코어 전분 및 고염 불순물 함량을 함유하는 치장 벽토를 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 제2 슬러리는 적어도 물, 치장 벽토 및 선택적으로 스킴 코트 전분으로 형성되며 혼합된다. 제2 슬러리는 제1(전면) 커버 시트에 접착 관계로 도포되어 스킴 코트 층을 형성한다. 스킴 코트 층은 제1 면 및 제2 면을 갖는다. 스킴 코트 층의 제1 면은 제1 커버 시트와 마주한다. 제1 슬러리는 스킴 코트 층에 접착 관계로 도포되어 제1 면 및 제2 면을 갖는 보드 코어를 형성한다. 보드 코어의 제1 면은 스킴 코트 층의 제2 면과 마주한다. 제2(배면) 커버 시트는 보드 코어 면의 제2 면에 접착 관계로 도포되어 보드 전구체를 형성한다. 물, 치장 벽토, 및 스킴 코트 전분을 포함하는 제3 슬러리는 제2 커버 시트의 제1 표면 상에 도포되어 제2 커버 시트와 보드 코어 사이에 배치되는 제2 스킴 코트 층을 형성한다. 스킴 코트 전분은 보드 코어와 제2(배면) 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다. 제2 및 제3 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있다. 보드 전구체를 건조시켜 보드를 형성한다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 스킴 코트가 있는 벽판의 단면의 개략도(축척대로 그려지지 않음)이다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 스킴 코트가 있는 벽판의 단면의 개략도(축척대로 그려지지 않음)이다.
도 2a 및 2b는 예 1에 논의된 바와 같이 접착 테스트 후 두 개의 보드들의 사진들이다.
도 3a 및 3b는 예 1에 논의된 바와 같은 접착 테스트 후 세 개의 보드들의 사진들이다.
도 4a 및 4b는 예 1에 논의된 바와 같은 접착 테스트 후 세 개의 보드들의 사진들이다.
도 5a 내지 5c는 예 1에 논의된 바와 같은 접착 테스트 후 세 개의 보드들의 사진들이다.
본 발명은 적어도 부분적으로 석고층과 커버 시트(예를 들어, 종이로 구성됨) 사이의 접착력 향상에 기초한다. 본 발명은 상당한 양의 외부 염을 함유하는 치장 벽토 슬러리로부터 형성된 하나 이상의 석고층들을 함유하는 석고 보드에 특히 유용하다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 염은 예를 들어 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘(MgCl2) 및/또는 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화 염이다.
이러한 염은 예를 들어, 치장 벽토가 저품질 합성 석고로부터 파생되는 치장 벽토 슬러리에서 찾을 수 있다. 이와 관련하여, 일반적으로 보드 제조 시설은 석고를 공급받은 다음 소성하여 치장 벽토를 형성한다. 그런 다음 치장 벽토는 물과 반응하여 원하는 치수의 석고(즉, 황산칼슘 이수화물) 층을 형성한다. 품질이 낮은 합성 석고가 상당한 양의 염 불순물을 포함하는 경우, 이러한 염은 소성(calcining) 후 치장 벽토에 남아 있으므로 치장 벽토 슬러리에 존재하는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시예들에서, 치장 벽토 슬러리는 고품질의 염, 예를 들어, 상기 황산칼슘 반수화물 1,000,000　중량부당 적어도 약 150ppm의 염화물 음이온, 예를 들어 상기 황산칼슘 반수화물 1,000,000　중량부당 약 150ppm 내지 약 2000ppm의 염화물 음이온을 포함한다. 상당한 양의 염 불순물의 존재는 보드 코어와 종이 커버 시트 사이의 접착을 방해하는 것으로 밝혀졌다.
바람직한 실시예들에서, 스킴 코팅 층들은 일반적으로 밀도가 더 높고 보드 코어에 비해 매우 얇다. 보드 코어를 형성하는 층은 점증적으로 석고 층들의 두께와 보드 전체에 가장 큰 기여를 하기 때문에 1차 석고 층이다. 경화 석고 코어는 모든 석고 층들의 총 두께의 상당한 두께(예를 들어, 적어도 약 90%, 적어도 약 92%, 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 97%)를 구성한다. 일부 실시예들에서, 제1 및/또는 제2 스킴 코팅 층은 약 0.125인치(1/8인치) 내지 약 0.016인치(1/64인치)의 건조 두께를 갖는다. 바람직한 실시예들에서, 적어도 하나의 스킴 코팅 층(바람직하게는 배면 커버 시트에 인접한 스킴 코트 층)은 약 0.08인치 내지 약 0.02인치, 예컨대 약 0.08인치 내지 약 0.03인치, 약 0.07인치 내지 약 0.02인치, 약 0.07인치 내지 약 0.03인치, 약 0.06인치 내지 약 0.02인치, 약 0.06인치 내지 약 0.03인치, 약 0.05인치 내지 약 0.02인치, 약 0.05인치 내지 약 0.03인치, 약 0.04 인치 내지 약 0.02인치, 또는 약 0.04인치 내지 약 0.03인치의 두께를 갖는다. 놀랍고도 예기치 않게, 매우 얇은 배면 스킴 코트에 스킴 코트 전분을 포함하는 것은 코어와 배면 커버 시트 사이에 향상된 접착을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 임의의 특정 이론에 의해 밝혀지기를 바라는 것은 아니지만, 얇은 스팀 코트에 있는 스킴 코트 전분의 존재는 전분이 코어에 종이 섬유와 석고 결정을 단단히 접착하는 접착제 역할을 한다고 여겨지기 때문에 커버 시트-석고 코어 접착을 강화시키는 데 효과적이다.
복합 석고 보드는 제1 슬러리로부터 형성된 경화 석고로 구성된 보드 코어를 포함한다. 제1 슬러리는 물과 고염 불순물 함량을 포함하는 치장 벽토를 포함한다. 제1 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리인산염 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있다. 코어는 반대되는 제1 및 제2 코어 면들을 정의한다. 복합체 석고 보드는 제1 및 제2 스킴 코트 면들을 정의하는 스킴 코트 층을 포함한다. 스킴 코트는 물, 치장 벽토, 및 스킴 코트 전분을 포함하는 제2 슬러리로 형성된다. 제1 스킴 코트는 제1 코어 면에 접착 관계로 배치된다. 복합체 석고 보드는 제1 커버 시트를 포함한다. 스킴 코트 층의 제1 면은 제1 커버 시트와 마주하고, 스킴 코트 층의 제2 면은 보드 코어와 마주한다. 전분은 보드 코어와 제1 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다. 일부 실시예들에서, 보드는 제2 커버 시트를 더 포함한다. 보드 코어 면들의 제2 면은 제2 커버 시트와 마주한다. 바람직한 실시예들에서, 스킴 코트 전분은 배면 코트 시트에 존재한다. 임의의 특정 이론에 얽매이기를 바라는 것은 아니지만, 염 불순물이 건조 공정 동안 뒷면지를 향해 이동하는 경향이 있기 때문에 뒷면지가 염 불순물의 존재 하에서 보드 코어에 대한 불량한 접착에 특히 취약한 것으로 여겨진다.
설명하기 위해, 도 1a 내지 1b는 복합체 석고 보드(10)가 도시된 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시한다. 보드(10)는 전면 커버 시트(12) 및 배면 커버 시트(14)를 포함한다. 전면 커버 시트(12)는 제1 면(16) 및 제2 면(18)을 가지며, 이는 일반적으로 보드(10)가 설치될 때 보이는 표면이다. 배면 커버 시트(14)는 제1 면(20) 및 설치 시 스터드, 장선 등을 내측으로 향하는 일반적으로 보드(10)의 외부 표면인 제2 면(22)을 갖는다.
배면 스킴 코트 층(24)은 제1 면(26) 및 배면 커버 시트(14)의 제1 면(20)과 마주하는 제2 면(28)을 갖는다. 보드 코어(30)는 두 개의 커버 시트들(12 및 14) 사이에 배치된다. 일반적으로, 스킴 코트 층들은 보드 코어(30)보다 상대적으로 더 조밀하고 더 얇은 석고 층들이다. 보드 코어(30)는 제1 면(32) 및 제2 면(34)을 갖는다. 보드 코어(30)의 제1 면(32)은 배면 커버 시트(14)의 제1 면(20)을 향한다. 배면 스킴 코트 층(24)은 커버 시트(14)에 대한 코어(30)의 접착력을 강화시키기 위한 스킴 코트 전분(35)(도 1a 내지 1b에서 점으로 도시됨)을 포함한다. 도 1a 내지 1b에 도시된 바와 같이, 전면 스킴 코트 층(36)은 바람직하게는 전면 커버 시트(12)와 보드 코어(30) 사이에 제공된다.
포함되는 경우, 전면 스킴 코트 층(36)은, 도 1a 내지 1b에 도시된 바와 같이, 보드 코어(30)와 마주하는 제1 표면(38) 및 전면 커버 시트(12)와 마주하는 제2 표면(40)을 갖는다. 전면 스킴 코트 층(36)이 존재하는 경우, 일부 실시예들에서, 이는 예를 들어 도 1a에 도시된 바와 같이, 코어 전분을 함유하고 스킴 코트 전분을 함유하지 않도록, 보드 코어를 형성하는 데 사용된 동일한 슬러리로 형성된다. 대안으로, 전면 스킴 코트 층(36)은 도 1b에 도시된 바와 같이 일부 실시예들에서 스킴 코트 전분(35)을 함유하는 슬러리로 형성된다.
벽 어셈블리에서, 보드는 기판, 일반적으로 프레임 구조의 스터드에 부착될 수 있다. 벽 어셈블리에서, 보드의 배면 표면(즉, 배면 커버 시트의 외부 표면)은 스터드를 향해 안쪽을 향하는 반면, 보드의 전면 표면(즉, 전면 커버 시트의 외부 표면)은 사용중 설치 시 보드가 걸려 있을 때 볼 수 있다.
본 발명은 또한 복합 석고 보드의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 적어도 물과 고염 불순물 함량을 함유하는 치장 벽토를 혼합하여 제1 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리인산염 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있다. 방법은 적어도 물, 치장 벽토, 및 스킴 코트 전분을 혼합하여 제2 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 제1 커버 시트에 접착 관계로 제2 슬러리를 도포하여 스킴 코트 층을 형성하는 단계를 포함한다. 스킴 코트 층은 제1 면 및 제2 면을 가지며, 여기서 스킴 코트 층의 제1 면은 제1 커버 시트와 마주한다. 방법은 제1 슬러리를 스킴 코트 층에 접착 관계로 도포하여 제1 면 및 제2 면을 갖는 보드 코어를 형성하는 단계를 포함한다. 보드 코어의 제1 면은 스킴 코트 층의 제2 면과 마주한다. 제3 슬러리가 준비된다. 이 방법은 제2 커버 시트를 보드 코어 면의 제2 면에 접착 관계로 도포하여 보드 전구체를 형성하는 단계를 포함한다. 제3 슬러리는 물, 치장 벽토, 및 스킴 코트 전분을 포함하며, 이는 예를 들어 제2 커버 시트의 제1 표면 상에 도포되어 제2 커버 시트와 보드 코어 사이에 배치되는 제2 스킴 코트 층을 형성한다. 제2 슬러리의 전분은 보드 코어와 제2 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다. 제2 및 제3 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있다. 제2 및 제3 슬러리는 스킴 코트 전분을 제외한 코어 전분을 가질 수 있다. 스킴 코트 전분은 보드 코어와 제1 커버 시트 사이의 접착을 강화시킨다. 방법은 보드 전구체를 건조하여 보드를 형성하는 단계를 포함한다.
석고 보드 코어를 형성하기 위해 사용되는 1차 슬러리는 코어 전분을 함유할 수 있는 반면, 배면 스킴 코트 층 및 선택적으로 전면 스킴 코트 층은 스킴 코트 전분을 함유하는 슬러리로 형성된다. 일부 실시예들에서, 스킴 코트 전분은 보드 코어를 형성하기 위한 슬러리에서 코어 전분의 양과 비교하여 스킴 코트 층을 형성하기 위한 슬러리에서 더 높은 상대 농도로 제공된다. 본원에 논의되는 바와 같이, 스킴 코트 전분은 원치 않는 염 불순물이 존재하는 경우에도 대응되는 (인접한) 커버 시트의 접착을 의외로 예기치 않게 강화시킨다. 일부 실시예들에서, 코어 전분은 염 불순물들이 존재할 때 커버 시트의 접착을 돕는 데 효과적인 것으로 여겨지지 않는다.
코어 전분은 예를 들어 미국 특허 번호 제9,540,810로, 제9,828,441호, 및 제10,399,899호 및 미국 출원 번호 제15/934,088호에서 논의된 바와 같이 강도 강화를 위해 제공된다. 일부 실시예들에서, 당업계에 공지된 이동성 전분(migrating starch)이 코어 슬러리에 추가로 포함될 수 있다. 이동하는 전분은 일반적으로 (예를 들어, 산 또는 효소 변형으로 인해) 더 작은 사슬 길이를 가지며, 코어 강도에 상당한 영향을 주지 않고 추가 접착 강화를 위해 코어-커버 시트 계면으로 이동한다.
바람직한 실시예들에서, 코어 전분은 전분이, 예를 들어, 전분이 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 약 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는 약 30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는, 전호화 전분(pregelatinized starch)의 형태이다. 일부 실시예들에서, 코어 전분은 천연 전분이다. 일부 실시예들에서, 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분을 포함하며, 여기서 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고, 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각된다. 일부 실시예들에서, 코어 전분은 약 6,000 달톤 이하의 분자중량을 갖는 이동성 전분을 포함한다.
스킴 코트 전분은 적어도 하나의 스킴 코트 층(및 선택적으로 일부 실시예들에서는 두 스킴 코트 층 모두)에 포함된다. 스킴 코트 층(들)을 제조하는데 사용되는 전분은 스킴 코트 층(들)을 형성하기 위한 슬러리에서 전분 없이 제조된 보드와 비교하여 코어와 그것이 인접한 커버 시트 사이의 접착을 강화시키는 데 효과적이다. 바람직한 실시예들에서, 전분은 천연 전분이다. 일부 실시예들에서, 스킴 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분(uncooked starch)을 포함하며, 여기서 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고, 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각된다. 대안으로, 원하는 경우, 스킴 코어 전분은, 예를 들어, 전분이 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 약 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는 약 30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는, 전호화 전분의 형태일 수 있다. 일부 실시예들에서, 스킴 코어 전분은 약 6,000 달톤 이하의 분자중량을 갖는 이동성 전분을 포함한다. HWVA 방법은 예를 들어, 미국 특허 공개 번호 제2019/0023612 A1호에 제시되어 있어 있지만, VMA 방법은 예를 들어, 미국 특허 공개 번호 제2012/0113124호에 제시되어 있으며, 이는 방법론들이 본원에 참조로서 통합된다.
일부 실시예들에서, 스킴 코트 전분은 스킴 코트 층들 중 적어도 하나에, 바람직하게는 적어도 뒷면지에 인접한 스킴 코트 층에, 치장 벽토의 약 0.3 중량% 내지 약 8.0 중량%의 양으로, 예를 들어, 제2 및/또는 제3 슬러리에에서 약 1.0 중량% 내지 약 4.0 중량%으로 존재한다. 일부 실시예들에서, 스킴 코트 전분은 배면 커버 시트에 인접한 제2 스킴 코트 층에 포함되어 있지만, 전면 커버 시트에 인접한 제1 스킴 코트 층을 제조하기 위한 슬러리는 예를 들어 코어 전분을 포함하도록 코어를 제조하기 위한 동일한 슬러리로 형성된다. 제2 및/또는 제3 슬러리에서 총 스킴 코트 전분 사용량은 제1 슬러리에서 코어 전분 사용량보다 높다. 바람직한 실시예들에서, 코어 전분의 사용량은 치장 벽토의 약 0.1 내지 약 1.5 중량%인 반면, 스킴 코트 전분의 사용량은 치장 벽토의 약 1.5 내지 약 4.0 중량%이다. 일부 실시예들에서, 코어 전분은 전호화 전분이고 스킴 코트 전분은 무증자 전분이며, 코어 전분 및/또는 스킴 코트 전분에서 이동성 전분은 추가로 선택적이다.
전면 및 배면 커버 시트는 임의의 적절한 기본 중량 및 두께를 가질 수 있다. 일반적으로, 전면 및 배면 커버(예를 들어, 종이로 구성)의 두께는 (예를 들어, 종이) 중량에 의해 결정된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전면 및 배면 커버 시트는 약 10 lb/msf 내지 약 55 lb/msf, 예를 들어, 약 20 lb/msf 내지 약 55 lb/msf, 약 20 lb/msf 내지 약 50 lb/msf, 약 20 lb/msf 내지 약 40 lb/msf, 약 30 lb/msf 내지 약 55 lb/msf, 약 30 lb/msf 내지 약 50 lb/msf, 약 30 lb/msf 내지 약 40 lb/msf 등의 평량(basis weight)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전면 및 배면 커버 시트 중 하나 또는 둘 모두는 약 15 lb/MSF 내지 약 35 lb/msf, 예컨대 약 20 lb/MSF 내지 약 33 lb/msf, 약 20 lb/MSF 내지 약 31 lb/msf, 약 20 lb/MSF 내지 약 29 lb/msf, 약 20 lb/MSF 내지 약 27 lb/msf, 약 15 lb/MSF 내지 약 31 lb/msf 등의 중량을 갖는다. 이러한 중량의 종이는 약 0.005인치 내지 약 0.015인치 두께, 예를 들어, 0.007 내지 약 0.03인치(예를 들어, 약 0.01인치)의 공칭 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 커버 시트둘 중 하나 이상은 약 0.008인치 내지 약 0.013인치의 두께를 갖는 종이 형태일 수 있다. 선택적으로는, 일부 실시예들에서, 보드는 미국 특허 출원 번호 제16/581,070호에 설명된 중간 시트를 포함할 수 있다.
석고 층(보드 코어 및 스킴 코트 층(들))은 적어도 물과 치장 벽토를 포함하는 슬러리로 형성된다. 본원 전반에 걸쳐 언급된 바와 같이, 치장 벽토는 황산칼슘 알파 반수화물, 황산칼슘 베타 반수화물, 및/또는 황산칼슘 무수석고의 형태일 수 있다. 치장 벽토 및 물 이외에, 보드 코어는 저밀도 필러(filler)(예를 들어, 펄라이트, 저밀도 골재 등) 또는 발포제와 같이, 저밀도에 기여하는 제제로 형성된다. 다양한 발포제 체제가 당업계에 잘 알려져 있다. 발포제는 경화 석고의 연속 결정질 매트릭스 내에 공극 분포를 형성하도록 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 발포제는 불안정한 성분의 대량의 중량 부분과 안정한 성분의 소량의 중량 부분을 포함한다(예를 들어, 불안정 및 안정/불안정의 혼합이 조합된 경우). 불안정 성분 대 안정한 성분의 중량비는 경화된 석고 코어 내에 공극 분포를 형성하는 데 효과적이다. 예를 들어, 미국 특허 제5,643,510호; 제6,342,284호; 및 제6,632,550호 참조. 일부 실시예들에서, 발포제는 알킬 설페이트 계면활성제를 포함한다.
많은 상업적으로 공지된 발포제가 입수가능하며, 예를 들어 펜실베니아주, 앰블러 소재의 GEO 스페셜티 케미컬즈(GEO Specialty Chemicals)의 비누 제품의 HYONIC 라인(예를 들어, 25AS)과 같이, 본 개시의 실시예들에 따라 사용될 수 있다. 다른 상업적으로 입수 가능한 비누는 일리노이주, 노스필드 소재의 스테판 컴퍼니(Stepan Company)의 Polystep B25를 포함한다. 본원에 설명된 발포제는 단독으로 또는 다른 발포제와 조합하여 사용될 수 있다. 발포체(foam)가 미리 생성된 다음 치장 벽토 슬러리에 추가될 수 있다. 수성 발포제에 공기를 삽입하여 사전 생성이 발생될 수 있다. 발포체를 형성하기 위한 방법 및 장치가 잘 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,518,652호; 제2,080,009호; 및 제2,017,022호 참조.
일부 실시예들에서, 발포제는 적어도 하나의 알킬 설페이트, 적어도 하나의 알킬 에테르 설페이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이로 구성되거나 본질적으로 구성되지만 본질적으로 올레핀(예를 들어, 올레핀 설페이트) 및/또는 알킨이 없다. 올레핀 또는 알킨이 본질적으로 없다는 것은 발포제가 (i) 치장 벽토의 중량을 기준으로 0 중량%, 또는 올레핀 및/또는 알킨이 없거나, (ii) 효과적이지 않거나, (iii) 올레핀 및/또는 알킨이 중요하지 않은 양을 함유한다는 것을 의미한다. 비효과적인 양의 예는 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이 올레핀 및/또는 알킨 발포제의 사용하려는 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 중요하지 않은 양은 예를 들어, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 치장 벽토의 중량을 기준으로 약 0.001 중량% 미만, 예를 들어 약 0.0005 중량% 미만, 약 0.001 중량% 미만, 약 0.00001 중량% 등일 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 일부 유형의 불안정한 비누는 다양한 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알킬 설페이트 계면활성제이다. 적합한 사슬 길이는 예를 들어 C8-C12, 예를 들어, C8-C10 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은 예를 들어 나트륨, 암모늄, 마그네슘 또는 칼륨을 포함한다. 불안정한 비누의 예는, 예를 들어, 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, 이들의 혼합물 및 임의의 이들의 조합을 포함한다.
본 개시의 실시예들에 따른 안정한 비누의 일부 유형은 (일반적으로 더 긴) 사슬 길이 및 다양한 양이온을 갖는 알킬 설페이트 표면활성제(예를 들어, 에톡실화) 알킬 설페이트 계면활성제이다. 적합한 사슬 길이는, 예를 들어, C10-C14, 예를 들어 C12-C14 또는 C10-C12일 수 있다. 적합한 양이온은 예를 들어 나트륨, 암모늄, 마그네슘 또는 칼륨을 포함한다. 안정한 비누의 예는, 예를 들어, 나트륨 라우레스 설페이트, 칼륨 라우레스 설페이트, 마그네슘 라우레스 설페이트, 암모늄 라우레스 설페이트, 이들의 혼합물, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 목록에서 안정 및 불안정 비누의 모든 조합이 사용될 수 있다.
발포제들의 조합 및 발포 석고 제품들의 제조 시 첨가의 예들은 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제5,643,510호에 개시되어 있다. 예를 들어, 안정한 발포체를 형성하는 제1 발포제와 불안정한 발포체를 형성하는 제2 발포제가 조합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 발포제는 예를 들어 8-12 탄소 원자의 알킬 사슬 길이와 1-4 단위의 알콕시(예를 들어, 에톡시) 기 사슬 길이를 갖는 알콕실화 알킬 설페이트로 된 솝(soap)이다. 제2 발포제는 선택적으로 6-20 탄소 원자, 예를 들어, 6-18 또는 6-16 탄소 원자의 알킬 사슬 길이를 갖는 알콕실화되지 않은(예를 들어, 에톡실화되지 않은) 알킬 설페이트 솝이다. 일부 실시예들에 따르면, 이들 2가지 솝의 각각의 양을 조절하는 것은 약 100% 안정한 솝 또는 약 100% 불안정한 솝에 도달할 때까지 보드 발포체 구조의 제어를 허용하는 것으로 여겨진다.
일부 실시예들에서, 지방질 알코올은 미국 특허 공개 번호 제US 2017/0096369 A1호, 제US 2017/0096366 A1호, 및 제US 2017/0152177 A1호에 기재된 바와 같이, 예를 들어 발포체를 제조하기 위한 예비혼합물에 발포제가 선택적으로 포함될 수 있다. 이는 발포체의 안정성을 향상시켜 발포체(공기) 공극 크기 및 분포를 더 잘 제어할 수 있게 한다. 지방질 알코올은 임의의 적합한 지방족 지방질 알코올일 수 있다. 본원에 전반에 걸쳐 정의된 바와 같이, "지방족"은 알킬, 알케닐 또는 알키닐을 지칭하고, 치환 또는 비치환, 분지 또는 비분지, 및 포화 또는 불포화일 수 있고, 일부 실시예들과 관련하여, 본원에서 제시된 탄소 사슬, 예를 들어 Cx-Cy(여기서 x 및 y는 정수임)로 표기된다. 따라서 지방족이라는 용어는 또한 그룹의 소수성을 보존하는 헤테로원자 치환을 갖는 사슬을 지칭한다. 지방질 알코올은 단일 화합물일 수 있거나, 둘 이상의 화합물의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적 지방질 알코올은 C6-C20 지방질 알코올(예를 들어, C6-C18, C6-C116, 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 지방질 알코올 등)이다. 예들은 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시예들에서, 선택적인 발포체 안정화제는 지방질 알코올을 포함하고 본질적으로 지방산 알킬로아미드 또는 카르복실산 타우라이드가 없다. 일부 실시예들에서, 선택적인 발포체 안정화제는 본질적으로 글리콜을 함유하지 않지만, 일부 실시예들에서는, 예를 들어 더 높은 계면활성제 함량을 허용하기 위해 글리콜이 포함될 수 있다. 앞서 언급된 원료들 중 어느 하나라도 본질적으로 없다는 것은 발포체 안정제가 (i) 이러한 원료들 중 어느 하나의 중량을 기준으로 0 중량%, 또는 (ii) 효과적이지 않거나, 또는 (iii) 이러한 원료들 중 어느 하나의 중요하지 않은 양을 함유한다는 것을 의미한다. 비효과적인 양의 예는 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이 이러한 원료들 중 어느 하나를 사용하려는 목적을 달성하기 위한 임계량 미만의 양이다. 중요하지 않은 양은 예를 들어, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 치장 벽토의 중량을 기준으로 약 0.0001 중량% 미만, 예를 들어 약 0.00005 중량% 미만, 약 0.0001 중량% 미만, 약 0.000001 중량% 등일 수 있다.
적절한 보이드 분포와 벽 두께(독립적으로)는 특히 저밀도 보드(예를 들어, 약 35 pcf 미만)에서 강도를 향상시키는 데 효과적일 수 있음이 밝혀졌다. 예를 들어, 제US 2007/0048490호 및 제US 2008/0090068호 참조. 일반적으로 직경이 약 5μm 이하인 공극을 갖는 증발성 물 공극은 앞서 언급한 공기(발포체) 공극과 함께 전체 공극 분포에 기여한다. 일부 실시예들에서, 공극 크기가 약 5 마이크론보다 큰 기공 크기를 갖는 공극 대 약 5 마이크론 이하의 기공 크기를 갖는 공극의 부피비는 약 0.5:1 내지 약 9:1, 예를 들어 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.
본원에 사용되는 바와 같이, 공극 크기는 코어 내의 개별 공극의 최대 직경으로부터 계산된다. 최대 직경은 페렛(Feret) 직경과 동일하다. 정의된 각 공극의 가장 큰 직경은 샘플 이미지로부터 획득될 수 있다. 2차원 이미지들을 제공하는 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 이미지들이 촬영될 수 있다. 다수의 기공들의 크기들은 공극들의 단면들(기공들)의 무작위성이 평균 직경을 제공할 수 있도록 SEM 이미지에서 측정될 수 있다. 샘플의 코어 전반에 걸쳐 랜덤으로 위치된 다수의 이미지들에서 공극들을 측정하면 이 계산을 향상시킬 수 있다. 추가로, 여러 2차원 SEM 이미지들을 기반으로 코어의 3차원 입체 모델을 구축하면 보이드 크기 계산을 개선할 수도 있다. 또 다른 기술은 3차원 이미지를 제공하는 X선 CT 주사 분석(XMT)이다. 또 다른 기술은 광학 현미경 검사로서, 예를 들어 공극의 깊이를 결정을 돕는데 광 대비(light contrasting)가 사용될 수 있다. 공극은 수동으로 또는 NIH에서 개발한 ImageJ와 같은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 측정될 수 있다. 당업자는 공극 크기의 수동 결정 및 이미지로부터의 분포가 각 공극의 치수의 시각적 관찰에 의해 결정될 수 있음을 이해할 것이다. 샘플은 석고 보드를 분할하여 얻을 수 있다.
발포제는 예를 들어 원하는 밀도에 따라 임의의 적합한 양으로 코어 슬러리에 포함될 수 있다. 발포제의 용액은 예를 들어 약 0.5%(w/w)로 제조된다. 적당량의 발포제 용액에 적당량의 공기가 혼합되고 슬러리에 첨가된다. 필요한 공기의 양에 따라, 발포제 용액의 농도는 약 0.1%에서 약 1%(w/w)까지 다양할 수 있다. 스킴 코트 층이 더 높은 밀도를 갖기 때문에, 스킴 코트 층을 형성하기 위한 슬러리는 적은(또는 아예 없는) 발포체로 제조될 수 있다.
지방질 알코올은, 포함되는 경우, 코어 슬러리에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지방질 알코올은 치장 벽토의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.03 중량%, 예를 들어, 치장 벽토의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.025 중량%, 약 0.0001 중량% 내지 약 0.02 중량%의 양으로, 또는 치장 벽토의 0.0001 중량% 내지 약 0.01 중량%로 코어 슬러리에 존재한다. 스킴 코트 층을 위한 슬러리는 발포체가 적거나 아예 없을 수 있기 때문에, 지방질 알코올은 스킴 코트 층에 필요하지 않거나, 그렇지 않으면 치장 벽토의 약 0.0001 중량% 내지 약 0.004 중량%와 같이 더 적은 양으로, 예를 들어, 치장 벽토의 약 0.00001 중량% 내지 약 0.003 중량%, 치장 벽토의 약 0.00001 중량% 내지 약 0.0015 중량%, 또는 치장 벽토의 약 0.00001 중량% 내지 약 0.001 중량%로 포함될 수 있다.
예를 들어 촉진제, 지연제 등을 포함하는 당업계에 공지된 다른 원료들도 보드 코어 슬러리에 포함될 수 있다. 촉진제는 다양한 형태(예를 들어, 습식 석고 촉진제, 내열성 촉진제 및 기후 안정화 촉진제)일 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제3,573,947호 및 제6,409,825호 참조. 촉진제 및/또는 지연제가 포함된 일부 실시예들에서, 촉진제 및/또는 지연제는 각각 치장 벽토의 약 0 중량% 내지 약 10 중량%(예를 들어, 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%)와 같은, 예를 들어, 치장 벽토의 약 0 중량% 내지 약 5 중량%(예를 들어, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%)와 같은, 고형분 기준의 양으로 보드 코어를 형성하기 위한 치장 벽토 슬러리에 있을 수 있다.
추가로, 보드 코어는 일부 실시예들에서 유동성을 향상시키기 위해 적어도 하나의 분산제로부터 추가로 형성될 수 있다. 분산제는 다른 건식 원료들과 함께 건식 형태로 및/또는 치장 벽토 슬러리에 다른 액체 원료들과 함께 액체 형태로 포함될 수 있다. 분산제들의 예들은 폴리나프탈렌술폰산 및 그 엽(폴리나프탈렌술폰산)과 같은 나프탈렌술폰산 및 포름알데히드의 축합물인 유도체; 뿐만 아니라 예를 들어 폴리카르복실산에테르와 같은 폴리카르복실레이트 분산제, 예를 들어 PCE211, PCE11, 1641, 1641F, 또는 PCE 2641-형 분산제, 예를 들어, 코텍스 인코포레이티드(Coatex, Inc.)에서 구입할 수 있는 MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L 분산제(BASF) 및 COATEX Ethacryl M; 및/또는 리그노설포네이트 또는 설폰화된 리그닌을 포함한다. 리그노설포네이트는 아황산염 펄프를 사용한 목재 펄프 생산의 부산물인, 수용성 음이온성 고분자 전해질 중합체이다. 본 개시의 실시예들의 원리들의 실행에 유용한 리그닌의 한 예는 리드 리그닌 인코포레이티드(Reed Lignin Inc.)로부터 입수가능한 Marasperse C-21이다.
저분자량 분산제가 일반적으로 바람직하다. 나프탈렌술포네이트 분산제의 경우, 일부 실시예들에서, 이들은 약 3,000 내지 약 10,000(예를 들어, 약 8,000 내지 약 10,000)의 분자량을 갖도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 더 높은 물 요구량의 나프탈렌술포네이트는 예를 들어 분자량이 10,000 이상이 사용될 수 있다. 다른 예시로서, PCE211형 분산제의 경우, 일부 실시예들에서, 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000일 수 있으며, 이는 60,000 이상의 분자량을 갖는 분산제보다 더 적은 지연을 나타낸다.
나프탈렌술포네이트의 한 예는 GEO 스페셜티 케미컬즈로부터 입수가능한 DILOFLO이다. DILOFLO는 물에 용해된 45% 나프탈렌설포네이트 용액이지만, 예를 들어 약 35 중량% 내지 약 55 중량%의 고형분 함량 범위의 다른 수용액도 쉽게 사용할 수 있다. 나프탈렌술포네이트는 예를 들어 GEO 스페셜티 케미컬즈로부터 입수가능한 LOMAR D와 같은 건식 고형분 또는 분말 형태로 사용될 수 있다. 나프탈렌술포네이트의 또 다른 예는 펜실베니아주, 앰블러 소재의 GEO 스페셜티 케미컬즈로부터 입수가능한 DAXAD이다.
포함되는 경우, 분산제는 임의의 적절한 양으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 분산제는 예를 들어 치장 벽토의 약 0 중량% 내지 약 0.5 중량%로, 예를 들어 약 0.01 중량% 내지 약 0.7 중량%, 예를 들어 약 0.01 중량% 내지 약 0.4 중량%, 약 0.1% 내지 약 0.2% 등의 양으로 보드 코어 슬러리에 존재할 수 있다.
일부 실시예들에서, 보드 코어는 원하는 경우 습태 강도(green strength), 치수 안정성 및/또는 처짐 저항성(sag resistance)을 향상시키기 위해 적어도 하나의 인산염-함유 화합물로 추가로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 유용한 인산염-함유 성분들은 수용성 성분들을 포함하고, 이온, 염 또는 산, 즉, 각각이 2개 이상의 인산 단위를 포함하는 축합 인산의 형태일 수 있고; 각각 2개 이상의 인산염 단위를 포함하는 축합 인산염의 염 또는 이온; 및 오르토인산염의 1염기 염 또는 1가 이온 및 수용성 비환식 폴리인산 염을 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제6,342,284호; 제6,632,550호; 제6,815,049호; 및 제6,822,033호 참조.
일부 실시예들에서 첨가되는 경우 인산염 조성물은 습태 강도, 영구 변형(예를 들어, 처짐(sag))에 대한 내성, 치수 안정성 등을 향상시킬 수 있다. 습태 강도는 제조 중 젖은 상태에서의 보드의 강도를 말한다. 엄격한 제조 공정으로 인해, 충분한 습태 강도가 없이, 제조 라인에서 보드 전구체가 손상될 수 있다.
예를 들어, 나트륨 트리메타포스페이트, 칼륨 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트 및 암모늄 트리메타포스페이트를 포함하는 트리메타포스페이트 화합물들이 사용될 수 있다. 나트륨 트리메타포스페이트(STMP)가 바람직하지만, 예를 들어 나트륨 테트라메타포스페이트, 약 6 내지 약 27의 반복 포스페이트 단위를 갖고 분자식 Nan+2PnO3n+1(여기서, n=6-27)를 갖는 나트륨 헥사메타포스페이트, 분자식 K4P2O7을 갖는 테트라포타슘 피로포스페이트, 분자식 Na3K2P3O10을 갖는 트리소듐 디포타슘 트리폴리포스페이트, 분자식 NaP3O10을 갖는 소듐 트리폴리포스페이트, 분자식 Na4P2O7을 갖는 테트라소듐 피로포스페이트, 분자식 Al(PO3)3을 갖는 알루미늄 트리메타포스페이트, 분자식 Na2H2P2O7을 갖는 소듐 산 피로포스페이트, 1,000 내지 3,000의 반복 포스페이트 단위를 갖고 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1(여기서 n=1,000 내지 3,000)을 갖는 암모늄 폴리포스페이트, 또는 2개 이상의 반복 포스페이트 단위를 갖고 분자식 Hn+2PnO3n+1(여기서 n은 둘 이상임)을 갖는 폴리인산을 포함하는 다른 포스페이트들도 적합할 수 있다.
포함되는 경우, 폴리포스페이트는 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 설명하기 위해, 일부 실시예들에서, 폴리포스페이트는 치장 벽토의 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 예를 들어 약 0.2 중량% 내지 약 0.4 중량%, 치장 벽토의 약 0 중량% 내지 약 0.5 중량%, 예를 들어 약 0 중량% 내지 약 0.2 중량%의 양으로 슬러리에 존재할 수 있다. 따라서, 분산제 및 폴리포스페이트는 선택적으로 코어 슬러리에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다.
보드 코어는, 예를 들어 약 16 pcf(약 260 kg/m3) 내지 약 40 pcf, 예를 들어 약 18 pcf 내지 약 40 pcf, 18 pcf 내지 약 38 pcf, 18 pcf 내지 약 36 pcf, 18 pcf 내지 약 32 pcf, 20 pcf 내지 약 40 pcf, 20 pcf 내지 약 36 pcf, 20 pcf 내지 약 32 pcf, 22 pcf 내지 약 40 pcf, 22 pcf 내지 약 36 pcf, 22 pcf 내지 약 32 pcf, 26 pcf 내지 약 40 pcf, 26 pcf 내지 약 36 pcf, 또는 26 pcf 내지 약 32 pcf의 코어 밀도와 같은, 원하는 총 복합 보드 밀도에 기여하는 데 유용한 임의의 적합한 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 보드 코어는 훨씬 더 낮은 밀도, 예를 들어 약 30 pcf 이하, 약 29 pcf(약 460 kg/m3) 이하, 약 28 pcf 이하, 약 27 pcf(약 430 kg/m3) 이하, 약 26 pcf 이하 등을 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 코어 밀도는 약 12 pcf(약 190 kg/m3) 내지 약 30 pcf, 약 14 pcf(약 220 kg/m3) 내지 약 30 pcf, 16 pcf 내지 약 30 pcf, 16 pcf 내지 약 28 pcf, 16 pcf 내지 약 26 pcf, 16 pcf 내지 약 22 pcf(약 350kg/m3), 18 pcf 내지 약 30 pcf, 18 pcf 내지 약 28 pcf, 18 pcf 내지 약 26 pcf, 18 pcf 내지 약 24 pcf, 20 pcf 내지 약 30 pcf, 20 pcf 내지 약 28 pcf, 20 pcf 내지 약 26 pcf, 20 pcf 내지 약 24 pcf, 22 pcf 내지 약 28 pcf 등이다.
일부 실시예들에서, 본 발명에 따라 제조된 복합 보드는 ASTM 표준 C473-07에 따른 테스트 프로토콜을 충족한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 보드가 1/2인치의 두께로 주조될 때, 건식 보드는 ASTM C473-07(방법 B)에 따라 결정된 바와 같이 적어도 약 67 lbf(파운드 힘), 예를 들어, 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 못 인장 저항(nail pull resistance)을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 못 인장 저항은 약 67　lbf 내지 약 100　lbf, 약 67　lbf 내지 약 95　lbf, 약 67　lbf 내지 약 90　lbf, 약 67　lbf 내지 약 85　lbf, 약 67　lbf 내지 약 80　lbf, 약 67　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.
일부 실시예들에서, 복합 석고 보드는, ASTM C473-07, 즉 방법 B에 따라 측결정된 바와 같이, 적어도 약 11 lbf, 예를 들어 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 lbf의 평균 코어 경도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 보드는 약 11　lbf 내지 약 25　lbf, 예를 들어, 약 11　lbf 내지 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.
일부 실시예들에서, 하나 또는 두 개의 스킴 코트 층은 보드 코어의 평균 건조 코어 경도보다 적어도 약 1.5배 더 큰 평균 건조 코어 경도를 가지며, 여기서 평균 코어 경도는 ASTM C-473-07에 따라, 예를 들어 약 2배 이상, 2.5배 이상, 3배 이상, 3.5배 이상, 4배 이상, 4.5배 이상 등으로 측정되며, 여기서 이러한 범위들 각각은 예를 들어 8, 7, 6, 5, 4, 3 또는 2와 같은 임의의 수학적으로 적절한 상한을 가질 수 있다.
휨 강도(flexural strength)와 관련하여, 일부 실시예들에서, 1/2인치 두께의 보드로 주조될 때, 건식 보드는 기계 방향으로 적어도 약 36 lbf(예를 들어, 적어도 약 38 lbf, 적어도 약 40 lbf) 및/또는 ASTM 표준 C473-07에 따라 결정된 바와 같은 교차 기계 방향으로 적어도 약 107 lbf (예를 들어, 적어도 약 110 lbf, 적어도 약 112 lbf 등)의 휨 강도를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 보드는 약 36 lbf 내지 약 60 lbf, 예를 들어 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 기계 방향으로의 휨 강도를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 보드는 약 107　lbf 내지 약 130　lbf, 예를 들어, 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 교차 기계 방향으로의 휨 강도를 가질 수 있다.
바람직하게는, 다양한 실시예들에서 본원에 설명된 다양한 보드 밀도에서, 건식 복합 석고 보드는 적어도 약 170 psi(1,170 kPa), 예를 들어 약 170 psi 내지 약 1,000 psi(6,900 kPa), 약 170 psi 내지 약 900 psi(6,200 kPa), 약 170 psi 내지 약 800 psi(5,500 kPa), 약 170 psi 내지 약 700 psi(4,800 kPa), 약 170 psi 내지 약 600 psi(4,100 kPa), 약 170 psi 내지 약 500 psi(3,450 kPa), 약 170 psi 내지 약 450 psi(3,100 kPa), 약 170 psi 내지 약 400 psi(2,760 kPa), 약 170 psi 내지 약 350 psi(2,410 kPa), 약 170 psi 내지 약 300 psi(2,070 kPa), 또는 약 170 psi 내지 약 250 psi(1,720 kPa)의 압축 강도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 보드는 적어도 약 450　psi (3,100　kPa), 적어도 약 500　psi (3,450　kPa), 적어도 약 550　psi (3,800　kPa), 적어도 약 600　psi (4,100　kPa), 적어도 약 650　psi (4,500　kPa), 적어도 약 700　psi (4,800　kPa), 적어도 약 750　psi (5,200　kPa), 적어도 약 800　psi (5,500　kPa), 적어도 약 850　psi (5,850　kPa), 적어도 약 900　psi (6,200　kPa), 적어도 약 950　psi (6,550　kPa), 또는 적어도 약 1,000　psi (6,900　kPa)의 압축 강도를 갖는다. 추가로, 일부 실시예들에서, 압축 강도는 전술한 점들 중 임의의 2개에 의해 구속될 수 있다. 예를 들어, 압축 강도는 약 450 psi와 약 1,000 psi 사이(예를 들어, 약 500 psi와 약 900 psi 사이, 약 600 psi와 약 800 psi 사이 등)일 수 있다. 본원에 사용된 압축 강도는 펜실베니아주, 버틀러에 소재한 Applied Test Systems로부터 ATS 기계 모델 1610으로서 상업적으로 입수가능한 재료 시험 시스템을 사용하여 측정된다. 하중은 1인치/분의 속도로 충격 없이 연속적으로 인가된다.
본 개시의 실시예들에 따른 복합 석고 보드는 일반적인 석고 벽판 제조 라인에서 제조될 수 있다. 예를 들어, 보드 제조 기술은 예를 들어 미국 특허 제7,364,676호, 미국 특허 출원 공개 번호 제2010/0247937호, 및 미국 특허 출원 번호 제16/581,070호에 설명되어 있다. 간단히 말해서, 프로세스는 일반적으로 커버 시트를 이동 컨베이어로 배출하는 것을 포함한다. 석고 보드는 일반적으로 "페이스 다운(face down)"으로 형성되기 때문에, 이 커버 시트는 이러한 실시예들에서 "전면" 커버 시트이다.
보드 코어를 형성하고 스킴 코트 층을 형성하기 위한 슬러리는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 두 슬러리 스트림을 모두 개발하는 데 하나의 믹서가 사용될 수 있다. 믹서는 예를 들어 원료가 교반되는 경우 원하는 대로 "핀 믹서" 또는 "핀 없는 믹서"의 형태일 수 있다. 대안으로, 두 개의 개별 믹서들이 사용될 수 있다. 믹서들은 직렬일 수 있거나 연결되지 않을 수 있다. 믹서들의 예들이 유럽 특허 제1 637 302 B1호, 유럽 특허 제2 929 996 B1호, 유럽 특허 출원 제3 342 571 A1호 및 미국 특허 출원 제3 342 571 A1호에 설명되어 있다. 효율성을 위해 원하는 경우, 스킴 코트 층(들)에 사용되는 믹서는 스킴 코트 층에 도포되는 데 필요한 슬러리의 양이 보드 코어를 형성하기 위해 도포되는 슬러리의 양보다 적기 때문에 일부 실시예들에서 더 작은 혼합 부피 용량을 가질 수 있다. "메인" 믹서(즉, 보드 코어 슬러리를 형성하기 위한)는 메인 바디 및 배출 도관(예를 들어, 당업계에 공지된 게이트 캐니스터 부트 배열, 또는 미국 특허 제6,494,609호 및 제6,874,930호에 설명된 MOD(modified outlet design) 배열)을 포함한다. 발포제 및/또는 코어 전분은 믹서의 배출 도관(예를 들어, 미국 특허 제5,683,635호 및 제6,494,609호에 설명된 바와 같은 게이트)에 첨가될 수 있다.
단일 믹서 실시예들에서, 스킴 코드 스트림은 믹서의 메인 바디의 포트 및 유출구, 즉 배출 도관의 상류를 통해 빠져나갈 수 있다. 스킴 코트 유출구에는 믹서의 배출 도관을 빠져나가는 보드 코어 슬러리와 다른 스킴 코트 전분 및 임의의 다른 원하는 원료의 도입을 허용하는 하나 이상의 유입구들이 제공된다. 발포제가 배출 도관에 삽입되는 경우, 발포제가 첨가되는 상류에서 제거되기 때문에 스킴 코트 스트림에서 발포제의 양이 감소되거나 회피되며, 이에 따라 원하는 대로 스킴 코트 층의 밀도를 높일 수 높일 수 있다. 발포제가 스킴 코트 스트림에 존재하는 경우, 이는 당업계에 공지된 기술에 의해 박리될 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 배면 스킴 코트 층은 스킴 코트 스트림으로 형성된다. 전면 스킴 코트 층은 또한 원하는 경우 스킴 코트 스트림으로 형성될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전면 스킴 코트 층은 배출 도관을 빠져나가는 슬러리 스트림으로 형성될 수 있으며, 이 스트림은 또한 보드 코어를 형성하는 데 사용된다. 보드 코어에 대한 전면 스킴 코트 층의 밀도를 높이기 위해 원하는 경우 내부의 임의의 발포체도 박리될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배출 도관은, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 번호 제2012/0168527 A1 호(출원 번호 제13/341,016호) 및 미국 특허 출원 공개 번호 제2012/0170403 A1호(출원 번호 제13/341,209호)에 설명된 것들과 같은, 단일 공급 유입구 또는 다수의 공급 유입구가 있는 슬러리 분배기를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 실시예들에서, 다수의 공급 유입구들이 있는 슬러리 분배기를 사용하여, 배출 도관은 미국 특허 출원 공개 번호 제2012/0170403 A1호에 설명된 것과 같은, 적절한 흐름 분할기를 포함할 수 있다.
보드는 당업계에서 이해되는 바와 같이 일반적으로 동시에 그리고 연속적으로 샌드위치 구조로 형성된다. 전면 커버 시트는 이동 컨베이어에서 연속적인 리본으로 이동한다. 믹서로부터 배출된 후, 스킴 코트 층 슬러리가 이동 전면 커버 시트에 도포된다. 이 슬러리는 본원에 설명된 스킴 코트 전분을 포함할 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 바와 같은, 하드 에지들은 예를 들어, 원하는 경우에 편의를 위해 스킴 코트 층(예를 들어, 배면 스킴 코트 층)을 형성하는 동일한 슬러리 스트림으로 형성될 수 있다.
그런 다음, 보드 코어 슬러리를 스킴 코팅 층 위에 도포하고 제2 커버 시트(일반적으로 "배면" 커버 시트)로 덮어 최종 제품의 보드 전구체인 샌드위치 구조의 형태로 습식 어셈블리를 형성한다. 배면(하단) 커버 시트는 뒷면지와 보드 코어 사이의 접착을 향상시키기 위해 본원에 설명된 바와 같은 본 발명의 전분을 함유하는 제2 스킴 코트 층을 포함한다. 제2 스킴 코트 층은 제1 스킴 코트 층과 동일하거나 상이한 석고 슬러리로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스킴 코트 층은 보드의 배면에, 즉, 하단 커버 시트에 대한 접착과 관련하여 도포되지만, 코어와 상단 커버 시트 사이에는 스킴 코트 층이 도포되지 않는다.
일부 실시예들에서, 앞면지(face paper)(보드 기계의 습부(wet end)에서 앞면이 아래를 향함)는 종이의 에지들이 보드의 에지들 위로 뒤집혀서 접혀져 뒷면지와 만나(보드 기계의 습부에서 앞면이 위를 향함) 보드 봉투를 형성한다. 예를 들어, 공칭 48인치 폭 보드의 경우, 앞면지는 약 50인치 이상(예를 들어, 약 50 내지 약 52 인치, 예컨대 약 50.375인치)의 폭을 가질 수 있다. 이에 상응하여, 일부 실시예들에서, 뒷면지는 보드의 폭보다 좁게 만들어질 수 있다. 따라서, 공칭 48 인치 폭 보드의 경우, 뒷면지는 약 48인치 미만(예를 들어, 약 46.5인치 내지 약 47.5인치, 예컨대 약 47.125인치)의 폭을 가질 수 있다.
이에 의해 제공된 습식 어셈블리는 제품이 원하는 두께로 사이징되는 성형 스테이션(예를 들어, 성형 플레이트를 통해) 및 원하는 길이로 절단되는 하나 이상의 나이프 섹션들로 운반된다. 습식 어셈블리는 경화 석고의 인터로킹 결정질 매트릭스를 형성하기 위해 굳어지고, 건조 과정을 사용하여(예를 들어, 가마를 통해 어셈블리를 운반함으로써) 과도한 물이 제거되도록 한다.
또한 석고 보드 제조 시 퇴적된 슬러리에서 큰 공극 또는 공기 주머니를 제거하기 위해 진동을 사용하는 것이 일반적이다. 상기 단계들 각각은 물론 이러한 단계들을 수행하기 위한 공정 및 장비는 당업계에 공지되어 있다.
본 발명은 다음의 예시적인 조항들에 의해 추가로 예시된다. 그러나, 본 발명은 다음의 조항들에 의해 제한되지 않는다.
(1) 복합 석고 보드는, (a) 고염 불순물 함량을 포함하는 치장 벽토와 물을 포함하는 제1 슬러리로 형성된 경화 석고를 포함하는 보드 코어로서, 상기 코어는 제1 및 제2 코어 면들을 정의하고, 제1 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리포스페이트 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있는, 상기 보드 코어; (b) 제1 및 제2 스킴 코트 면을 정의하는 스킴 코트 층으로서, 상기 스킴 코트는 물, 치장 벽토 및 전분을 포함하는 제2 슬러리로 형성되며, 상기 스킴 코트는 제1 코어 면과 접착하여 배치되는, 상기 스팀 코트 층; 및 (c) 배면 커버 시트로서, 스킴 코트 층의 제1 면은 배면 커버 시트와 마주하고, 스킴 코트 층의 제2 면은 보드 코어와 마주하며, 전분은 보드 코어와 배면 커버 시트 사이의 접착을 강화시키는, 상기 배면 커버 시트를 포함한다.
(2) 제1조항의 복합 석고 보드에 있어서, 보드는 전면 커버 시트를 더 포함하며, 보드 코어의 제2 면은 전면 커버 시트와 마주한다.
(3) 제2조항의 복합 석고 보드에 있어서, 보드는, 제1 및 제2 면들을 정의하는 제2 스킴 코트 층으로서, 제2 스킴 코트 층은 물, 치장 벽토 및 스킴 코트 전분을 포함하는 제3 슬러리로 형성되고, 제2 스킴 코트 층의 제1 면은 보드 코어의 제2 면과 마주하고, 제2 스킴 코트 층의 제2 면은 제2 커버 시트를 마주하는, 상기 제2 스킴 코트 층을 더 포함하며, 스킴 코트 전분은 보드 코어와 전면 코트 전분 사이의 접착을 강화시키고, 제2 및 제3 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있다.
(4) 제1조항 내지 제3조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 제1 및/또는 제2 스킴 코트 층은 약 0.125 인치(1/8 인치) 내지 약 0.016 인치(1/64 인치), 예컨대 약 0.08 인치(1/12 인치) 내지 약 0.03 인치(1/32 인치)의 건조 두께를 갖는다.
(5) 제1조항 내지 제4조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 스킴 코트 전분은, 제2 및 제3 슬러리에서, 치장 벽토의 약 0.3 중량% 내지 약 8.0 중량%, 예를 들어 치장 벽토의 약 1.0 중량% 내지 약 4.0 중량%의 양으로 존재한다.
(6) 제1조항 내지 제5조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 고염 불순물은 상기 황산칼슘 반수화물 1,000,000 중량부당 적어도 약 150 ppm 염화물 음이온을 포함한다.
(7) 제1조항 내지 제6조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 염 불순물은 염화나트륨, 염화마그네슘 또는 염화칼슘과 같은 염화 염을 포함한다.
(8) 제1조항 내지 제7조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 제1 슬러리는 전호화 전분 및/또는 약 6,000 달톤 이하의 분자량을 갖는 이동성 전분을 포함하는 코어 전분을 포함한다.
(9) 제1조항 내지 제8조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 스킴 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분(uncooked starch)을 포함하며, 여기서 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고, 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각된다.
(10) 제1조항 내지 제9조항 중 어느 하나의 복합 석고 보드에 있어서, 스킴 코트 전분은 전분이 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는　약 30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는 전호화 전분(pregelatinized starch)을 포함한다.
(11) 복합 석고 보드 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, (a) 적어도 물과 고염 불순물 함량을 함유하는 치장 벽토를 혼합하여 코어 슬러리를 형성하는 단계로서, 제1 슬러리는 발포제, 코어 전분, 분산제, 촉진제, 지연제, 폴리포스페이트 등과 같은 다른 원료들을 원하는 대로 함유할 수 있는, 상기 보드 코어; (b) 물, 치장 벽토, 및 선택적으로 스킴 코트 전분을 혼합하여 전면 스킴 코트 슬러리를 형성하는 단계; (c) 전면 스킴 코트 슬러리를 전면 커버 시트에 접착 관계로 배치하여 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 전면 복합체를 형성하는 단계; (d) 코어 슬러리를 상기 전면 복합체에 접착 관계로 배치하여 코어 복합체를 형성하는 단계로서, 코어 슬러리는 제1 및 제2 면을 갖는 보드 코어를 형성하고, 제1 면은 전면 복합체의 슬러리 표면과 마주하는, 상기 형성하는 단계; (e) 물, 치장 벽토 및 스킴 코트 전분을 혼합하여 배면 스킴 코트　슬러리를 형성하는 단계로서, 전면 및 배면 스킴 코트 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있는, 상기 형성하는 단계; (f) 배면 스킴 슬러리를 배면 커버 시트에 접착 관계로 배치하여 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 배면 복합체를 형성하는 단계; (g) 배면 복합체를 코어 복합체에 접착 관계로 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계로서, 배면 복합체의 슬러리 표면은 코어의 제2 면과 마주하는, 상기 형성하는 단계; 및 (h) 보드 전구체를 건조시켜 보드를 형성하는 단계로서, 스킴 코트 전분은 보드 코어와 배면 커버 시트 사이, 및 선택적으로는 보드 코어와 상기 제1 커버 시트 사이의 접착을 강화시키는, 상기 형성하는 단계를 포함한다.
(12) 제11조항의 방법에 있어서, 코어 전분은 치장 벽토의 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양의 전호화 전분이고, 스킴 코트 전분은 치장 벽토의 약 1.5 중량% 내지 약 5 중량%의 양의 무증자 전분이다.
(13) 제11조항 또는 제12조항의 방법에 있어서, 제1 및／또는 제2 스킴 코트 층은 약 0.125 인치(1/8 인치) 내지 약 0.016 인치(1/64 인치), 예컨대 약 0.08 인치(1/12 인치) 내지 약 0.03 인치(1/32 인치)의 건조 두께를 갖는다.
(14) 제11조항 내지 제13조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 스킴 코트 전분은, 제2 및 제3 슬러리에서, 치장 벽토의 약 0.3 중량% 내지 약 8.0 중량%, 예를 들어 치장 벽토의 약 1.0 중량% 내지 약 4.0 중량%의 양으로 존재한다.
(15) 제11조항 내지 제14조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 제1 슬러리는 황산칼슘 반수화물 1,000,000 중량부당 적어도 약 150 ppm 염화물 음이온을 포함한다.
(16) 제11조항 내지 제15조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 염 불순물은 염화나트륨, 염화마그네슘 또는 염화칼슘과 같은 염화 염이다.
(17) 제11조항 내지 제16조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 코어 전분은 전호화 전분 및/또는 약 6,000 달톤 이하의 분자량을 갖는 이동성 전분을 포함한다.
(18) 제11조항 내지 제17조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 스킴 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분을 포함하며, 여기서 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고, 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각된다.
(19) 제11조항 내지 제18조항 중 어느 하나의 방법에 있어서, 스킴 코트 전분은 전분이 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는 약　30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는 전호화 전분을 포함한다.
앞의 조항들은 예시적이며 제한적이지 않다는 점에 유의해야 한다. 다른 예시적인 실시예들은 본원의 전체 설명으로부터 명백하다. 또한, 이들 실시예들 각각이 본원에 제공된 다른 실시예들과 다양한 조합들로 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
다음의 실시예들은 본 발명을 추가로 예시하지만, 물론 그 범위를 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
이 예는 고염 함량을 포함하는 치장 벽토 슬러리를 사용하여 준비된 석고 벽판에서 덮개 시트와 석고 층 사이의 접착에 대한 석고 층의 전분의 존재 효과를 보여준다.
12인치 x 12인치 치수를 갖는 16개의 석고 벽판 샘플은 표 1 내지 4에 제시된 제형에 따라 제조하였다. 샘플 보드의 두께는 ½인치였다. 대조군 보드(치장 벽토 슬러리에 고함량 염분 없음)를 비교용으로 사용했다. 고염(염화물) 치장 벽토로 만들어진 보드는 석고 층에 전분이 있는 경우와 없는 경우 모두 테스트되었다. 염화물 음이온(Cl-)의 소스는 표에서 확인된 바와 같이 염화나트륨(NaCl), 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2) 중 하나이다.
표에서, "HRA"는 내열성 촉진제이다. "전호화 전분"은 90 센티푸아즈의 냉수 점도를 갖는 전호화 옥수수 가루 전분을 지칭한다. "무증자 전분"은 180BU의 온수 점도를 갖는 무증자 산 변성 옥수수 전분을 말한다. "이동성 전분"은 ADM으로부터 상업적으로 입수가능한 작은 사슬 전분(LC211)을 말한다. 달리 표시되지 않는 한 모든 양은 그램 단위이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
12인치 x 12인치 x ½인치 봉투는 마닐라지(46 lb/msf)를 앞면지로, 뉴스라인(Newsline)지(40 lb/msf)를 뒷면지로 사용하여 만들어졌다. 상기 용액에 건조 분말을 10초 동안 담그고 호바트(Hobart) 믹서에서 10초 동안 혼합한 후, 발포체를 5.5초 동안 주입하고 2초 더 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 12인치 x 12인치 x ½인치 봉투에 부었다. 슬러리를 경화시킨 후 종이 테이프를 사용하여 봉투를 밀봉하였다. 밀봉된 보드를 450℉에서 15분 동안 건조한 다음, 350℉ 오븐으로 옮겼다. 350℉에서 20분 동안 건조한 후, 보드를 110℉에서 16시간 동안 추가로 건조했다.
건조된 12인치 x 12인치 x ½인치 보드를 6인치 x 5인치 x ½인치의 작은 조각 4개로 절단했다(5인치는 생산 라인 방향임). 6인치 에지들 중 하나에 평행하고 그로부터 2.5인치 떨어진 보드 샘플의 전면 표면에 8인치 깊이의 직선 스코어를 작성되었다. 그런 다음, 보드를 24시간 동안 75℉, 50% 상대 습도(RH)로 조절한 다음 90℉, 90% 상대 습도(RH)의 실내에 두었다. 가습 접착은 가습 보드 시험에 따라 각각 3시간 및 16시간 후에 다음과 같이 시험하였다.
가습된 보드는 보드 배면의 종이가 깨지거나 스트레스를 받지 않고 스코어를 따라 스냅되었고, 보드 샘플의 더 큰(2.5" x 6") 조각이 회전된 다음 전면 표면이 위로 향하게 한 채 아래쪽으로 힘을 가해, 보드 배면에서 뒷면지를 더 큰 조각으로부터 떼어내도록 강제했다. 두 개의 보드 조각들이 완전히 분리될 때까지 힘을 증가시켰다. 그런 다음 더 큰 조각의 배면 표면을 검사하여 뒷면지 표면이 코어로부터 완전히 분리된 비율을 결정했다("% 파손율"이라고 함).
샘플 2A, 2B 및 2C의 경우, 습식 접착이 측정되었다. 주조된 보드를 450℉에서 15분 동안 건조한 후, 보드를 6인치 x 5인치 x ½인치의 작은 조각 4개로 잘랐다. 6인치 x 5인치 x ½인치의 작은 조각들 중 2개의 습식 접착을 즉시 측정했으며, 나머지 2개는 350℉에서 20분 동안 및 110℉에서 16시간 동안 추가로 건조했다.
표 5는 샘플 1A 및 1B의 3시간 가습 접착을 보여준다. 도 2는 테스트 후의 접착을 보여주는 이미지들이다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 샘플 1A 및 1B는 종이 박리가 관찰되지 않은 양호한 종이-석고 층 접착을 나타내는 반면, 샘플 1B는 표 5에 도시된 바와 같이 대조군 샘플 1A(13.1 lbs)보다 더 높은 가습 접착(18.6 lbs)을 가졌다.
Figure pct00005
표 6-1 및 6-2는 샘플 2A, 2B 및 2C에 대한 습식 접착 및 16시간 가습 접착 결과를 제시한다. 도 3은 습식 접착 및 16시간 가습 접착 테스트 후 보드들을 도시하는 이미지들을 포함한다. 샘플 2B는 염(2000 ppm Cl)의 높은 농도로 인해 불량한 습식 접착 및 16시간 가습 접착을 나타내었다. 샘플 2C는 샘플 2B와 비교하여 더 높은 습식 접착 및 16시간 가습 접착을 나타내어, 무증자 전분의 첨가가 종이와 석고 층 사이의 접착을 개선함을 나타낸다. 도 3에 보이는 바와 같이, 샘플 2A 및 2C에서는 종이 박리가 관찰되지 않지만, 샘플 2B에서는 종이 파손율의 50%가 발견된다.
Figure pct00006
Figure pct00007
표 7은 샘플 3A, 3B, 3C, 3D 및 3E의 3시간 가습 접착에 대한 서로 다른 전분(무증자 전분 대 이동성 전분)의 효과를 보여준다. 도 4는 3시간 가습 접착 테스트 후 보드들을 도시하는 이미지들을 포함한다. 샘플 3B는 높은 농도의 염(600 ppm Cl)으로 인해 불량한 3시간 가습 접착을 보여주었다. 샘플 3C, 3D 및 3E는 종이와 석고 층 사이의 우수한 접착을 나타냈으며, 이는 무증자 전분 또는 이동성 전분을 첨가하면 종이와 석고 층 사이의 접착을 개선할 수 있음을 나타낸다. 도 4에서 보이는 바와 같이, 샘플 3A, 3C, 3D 및 3E에서는 종이 박리가 관찰되지 않은 반면, 샘플 3B에서는 불량한 종이 박리가 관찰되었다.
Figure pct00008
표 8은 샘플 4A, 4B, 4C, 4D, 4E 및 4F에서 3시간 가습 접착에 대한 서로 다은 염의 효과를 보여준다. 도 5는 3시간 가습 접착 테스트 후의 접착을 예시하는 이미지들을 포함한다. 샘플 4A, 4C 및 4E는 서로 다른 염, NaCl, CaCl2 및 MgCl2의 존재로 인해 불량한 3시간 가습 접착을 나타내었다. 샘플 4B, 4D, 4F는 우수한 접착을 보이며, 무증자 전분 또는 이동성 전분을 첨가하면 종이와 석고 층 사이의 접착이 크게 향상되었음을 나타낸다. 도 5에 보이는 바와 같이, 샘플 4B, 4D 및 4F에서 전분을 추가함으로써, 명백한 종이 박리는 관찰되지 않는다. 그러나, 샘플 4A, 4C 및 4D는 불량한 종이 박리를 나타낸다.
Figure pct00009
다양한 실시예들에서, 전분은 천연 전분, 전호화 전분, 또는 천연 전분과 전호화 전분의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 스킴 코트 층 및/또는 하단 스킴 코트 층에 전분을 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 전분은 코어에도 추가될 수 있다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원 및 특허를 포함한 모든 참고문헌들은 각 참고문헌이 참조문헌에 의해 통합되는 것으로 개별적으로 그리고 구체적으로 표시되는 것과 동일한 범위로 참조로서 통합되고 본원에 전체적으로 명시된다.
본 발명을 설명하는 맥락에서(특히 다음의 청구 범위의 맥락에서) "하나의(a)", "하나의(an)", "상기(the)" 라는 용어들의 사용은 본원에 달리 지시되지 않는 한 또는 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 단수 및 복수 둘 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목들의 목록이 뒤따르는 "적어도 하나"라는 용어의 사용은 본원에 달리 표시되지 않는 한 또는 문백상 명확하게 모순되지 않는 한, 나열된 항목들(A 및 B)로부터 선택된 하나의 항목 또는 나열된 항목들(A 및 B) 중 둘 이상의 임의의 조합을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는(comprising)", "가지는(having)", "포함하는(including)" 및 "함유하는(containing)"이라는 용어들은 달리 언급되지 않는다 개방형 용어들(즉, "이에 제한되는 것은 아니나, ~을 포함하는"을 의미함)로 해석되어야 한다. 본원에서 값들의 범위에 대한 인용은 단지 본원에서 달리 표시되지 않는 한 상기 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 역할을 하도록 의도되며, 각각의 개별 값은 마치 본원에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 통합된다. 본원에 설명된 모든 방법들은 본원에서 달리 지시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 그리고 모든 예들 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은(such as)")의 사용은 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것일 뿐이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 두지 않는다. 본 명세서의 어떤 언어도 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 임의의 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 알려진 최상의 모드를 포함하여, 본 발명의 바람직한 실시예들이 본원에 설명되어 있다. 이러한 바람직한 실시예들의 변형은 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자들이 이러한 변형을 적절하게 사용하기를 기대하고, 본 발명자들은 본원에 구체적으로 기술된 것과는 다르게 본 발명을 실시하고자 한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용된 대로 첨부된 청구 범위에 언급된 주제의 모든 수정들 및 등가물들을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 표시되지 않는 한 또는 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형들에서 상기 설명된 요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims (19)

  1. 복합 석고 보드에 있어서,
    (a) 고염 불순물 함량을 포함하는 치장 벽토와 물을 포함하는 제1 슬러리로 형성된 경화 석고를 포함하는 보드 코어로서, 상기 코어는 제1 및 제2 코어 면들을 정의하는, 상기 보드 코어;
    (b) 제1 및 제2 스킴 코트 면들을 정의하는 스킴 코트 층으로서, 상기 스킴 코트는 물, 상기 치장 벽토 및 스킴 코트 전분을 포함하는 제2 슬러리로 형성되며, 상기 스킴 코트는 상기 제1 코어 면과 접착 관계로 배치되는, 상기 스팀 코트 층;
    (c) 배면 커버 시트로서, 상기 스킴 코트 층의 상기 제1 면은 상기 배면 커버 시트와 마주하고, 상기 스킴 코트 층의 상기 제2 면은 상기 보드 코어와 마주하며, 상기 스킴 코트 전분은 상기 보드 코어와 상기 배면 커버 시트 사이의 상기 접착을 강화시키는, 상기 배면 커버 시트를 포함하는, 복합 석고 보드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보드는 전면 커버 시트를 더 포함하며, 상기 보드 코어의 상기 제2 면은 상기 전면 커버 시트와 마주하는, 복합 석고 보드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보드는,
    제1 및 제2 면들을 정의하는 제2 스킴 코트 층을 더 포함하며,
    상기 제2 스킴 코트 층은 물, 상기 치장 벽토 및 상기 스킴 코트 전분을 포함하는 제3 슬러리로 형성되고,
    상기 제2 스킴 코트 층의 상기 제1 면은 상기 보드 코어의 상기 제2 면과 마주하고, 상기 제2 스킴 코트 층의 상기 제2 면은 상기 제2 커버 시트와 마주하고,
    상기 스킴 코트 전분은 상기 보드 코어와 상기 전면 커버 시트 사이의 상기 접착을 강화시키고, 상기 제2 및 제3 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있는, 복합 석고 보드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및／또는 제2 스킴 코트 층은 약 0.125 인치(1/8 인치) 내지 약 0.016 인치(1/64 인치), 예컨대 약 0.08 인치(1/12 인치) 내지 약 0.03 인치(1/32 인치)의 건조 두께를 갖는, 복합 석고 보드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스킴 코트 전분은, 상기 제2 및／또는 제3 슬러리에서, 상기 치장 벽토의 약 0.3 중량% 내지 약 8.0 중량%, 예를 들어 상기 치장 벽토의 약 1.0 중량% 내지 약 4.0 중량%의 양으로 존재하는, 복합 석고 보드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고염 불순물은 상기 황산칼슘 반수화물 1,000,000 중량부당 적어도 약 150 ppm 염화물 음이온을 포함하는, 복합 석고 보드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 염 불순물은 염화나트륨, 염화마그네슘 또는 염화칼슘과 같은 염화 염을 포함하는, 복합 석고 보드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 슬러리는 전호화 전분 및/또는 약 6,000 달톤 이하의 분자량을 갖는 이동성 전분을 포함하는 코어 전분을 포함하는, 복합 석고 보드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스킴 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 상기　전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분(uncooked starch)을 포함하며, 상기 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고,　상기 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 상기　전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각되는, 복합 석고 보드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스킴 코트 전분은 상기 전분이　상기 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 상기 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는　약 30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는 전호화 전분(pregelatinized starch)을 포함하는, 복합 석고 보드.
  11. 복합 석고 보드 제조 방법에 있어서, 상기 방법은,
    (a) 적어도 물과 고염 불순물 함량을 함유하는 치장 벽토를 혼합하여 코어 슬러리를 형성하는 단계;
    (b) 적어도 물, 치장 벽토, 및 선택적으로 스킴 코트 전분을 혼합하여 전면 스킴 코트 슬러리를 형성하는 단계;
    (c) 상기 전면 스킴 코트 슬러리를 전면 커버 시트에 접착 관계로 배치하여 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 전면 복합체를 형성하는 단계;
    (d) 상기 코어 슬러리를 상기 전면 복합체에 접착 관계로 배치하여 코어 복합체를 형성하는 단계로서, 상기 코어 슬러리는 제1 및 제2 면을 갖는 보드 코어를 형성하고, 상기 제1 면은 상기 전면 복합체의 상기 슬러리 표면과 마주하는, 상기 형성하는 단계;
    (e) 물, 치장 벽토 및 스킴 코트 전분을 혼합하여 배면 스킴 코트　슬러리를 형성하는 단계로서, 상기 전면 및 배면 스킴 코트 슬러리들은 동일하거나 다를 수 있는, 상기 형성하는 단계;
    (f) 상기 배면 스킴 슬러리를 배면 커버 시트에 접착 관계로 배치하여 슬러리 표면 및 커버 시트 표면을 갖는 배면 복합체를 형성하는 단계;
    (g) 상기 배면 복합체를 상기 코어 복합체에 접착 관계로 배치하여 보드 전구체를 형성하는 단계로서, 상기 배면 복합체의 상기 슬러리 표면은 상기 코어의 상기 제2 면과 마주하는, 상기 형성하는 단계; 및
    (h) 상기 보드 전구체를 건조시켜 보드를 형성하는 단계로서, 상기 스킴 코트 전분은 상기 보드 코어와 상기 배면 커버 시트 사이,　및 선택적으로는 상기 보드 코어와 상기 제1 커버 시트 사이의 상기 접착을 강화시키는, 상기 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 코어 전분은 상기 치장 벽토의 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양의 전호화 전분이고, 상기 스킴 코트 전분은 상기 치장 벽토의 약 1.5 중량% 내지 약 5 중량%의 양의 무증자 전분인, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 및／또는 제2 스킴 코트 층은 약 0.125 인치(1/8 인치) 내지 약 0.016 인치(1/64 인치), 예컨대 약 0.083 인치(1/12 인치) 내지 약 0.031 인치(1/32 인치)의 건조 두께를 갖는, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 스킴 코트 전분은, 상기 제2 및 제3 슬러리에서, 상기 치장 벽토의 약 0.3 중량% 내지 약 8.0 중량%, 예를 들어 상기 치장 벽토의 약 1.0 중량% 내지 약 4.0 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 슬러리는 상기 황산칼슘 반수화물 1,000,000 중량부당 적어도 약 150 ppm 염화물 음이온을 포함하는, 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 염 불순물은 염화나트륨, 염화마그네슘 또는 염화칼슘과 같은 염화 염인, 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 코어 전분은 전호화 전분 및/또는 약 6,000 달톤 이하의 분자량을 갖는 이동성 전분을 포함하는, 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 스킴 코어 전분은 (i) 온수 점도 측정(HWVA 방법)에 따라 약 20 BU 내지 약 300 BU의 온수 점도, 및/또는 (ii) 15% 고형분의 전분 농도로 물이 있는 슬러리에 상기　전분을 넣고 75rpm 및 700cmg로 설정된 Viscograph-E 기기를 사용하여 상기　점도를 측정했을 때 약 120 BU 내지 1000 BU의 중간 범위의 피크 점도를 갖는 무증자 전분(uncooked starch)을 포함하며, 상기 전분은 25℃에서 95℃까지 3℃/분의 속도로 가열되고, 슬러리는 95℃에서 10분 동안 유지되며, 전분은 -3℃/분의 속도로 50℃로 냉각되는, 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 스킴 코트 전분은 상기 전분이 VMA 방법에 따른 조건들에 적용되는 동안 상기 점도가 측정될 때 약 20 센티푸아즈 내지 약 700 센티푸아즈(예컨대 20 센티푸아즈 내지 약 300 센티푸아즈 또는 약　30 센티푸아즈 내지 약 200 센티푸아즈)의 점도를 갖는 전호화 전분을 포함하는, 방법.
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