PL187374B1

PL187374B1 - Sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej

Info

Publication number: PL187374B1
Application number: PL96321861A
Authority: PL
Inventors: Steven W. Sucech; Bradley S. Nemeth; Stewart E. Hinshaw; Kip R. Buster
Original assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2004-06-30
Also published as: PL321861A1; CN1175922A; KR19980702504A; CA2213499A1; MX9706303A; EP0810920B1; KR100464464B1; WO1997023337A1; DE69631414D1; ATE258491T1; ID19660A; EP0810920A1; US5683635A; AU1347197A; CN1069573C; AU715479B2; JPH11501002A; CA2213499C; EP0810920A4; DE69631414T2

Abstract

1. Sposób wytwarzania spienionej plyty gipsowej, znamienny tym, ze wprowadza sie jednoczesnie kalcynowany gips i wode do komory mieszania przez jeden lub wiecej wlotów, miesza sie zawartosc komory i wytwarza sie wodna dyspersje kalcynowanego gipsu, nastepnie do komory mieszania wprowadza sie piane wodna, która dodaje sie do wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu opuszczajacej komore mieszania, przy czym sto- suje sie piane wodna wytworzona za pomoca srodka spieniajacego o wzorze CH3 (CH2)xCH2(OCH2CH2)y OSO3M+ , gdzie X jest liczba od 2 do 20, Y jest liczba od 0 do 10, zas M jest kationem, przy czym zwiazek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 8 6 do 99% wagowych srodka spieniaja- cego, rozprasza sie piane w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu poprzez mieszanie, które to mieszanie prowadzi sie mniej intensywnie niz mieszanie kalcynowanego gipsu z woda, po czym wytworzona dyspersje piany w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu wyladowuje sie z komory mieszania, umieszcza sie wyladowana zawartosc na poruszaja- cej sie powierzchni i przykrywa sie druga powierzchnia. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, zwłaszcza lekkiej płyty pianogipsowej, posiadającej puste przestrzenie jednolicie rozmieszczone, polegający na mieszaniu piany wodnej z surowcami wyjściowymi, takimi jak kalcynowany gips (półhydrat siarczanu wapnia lub anhydryt) i woda.

Znany jest sposób wytwarzania gipsowych produktów polegający na rozproszeniu kalcynowanego gipsu w wodzie, wylaniu utworzonej zawiesiny do formy o pożądanym kształcie, lub na powierzchnię, i odczekaniu na stwardnienie gipsu, w wyniku reakcji kalcynowanego gipsu (tj. półhydratu siarczanu wapnia lub anhydrytu) z wodą, do utworzenia uwodnionego gipsu (dwuhydratu siarczanu wapnia). Znane jest również wytwarzanie lekkiego produktu gipsowego poprzez jednolite mieszanie piany wodnej w zawiesinie, do wytworzenia w niej pęcherzy powietrza. W rezultacie, uzyskuje się gipsowy produkt z jednolicie rozmieszczonymi pustymi przestrzeniami, jeżeli pęcherzyki powietrza nie wydostaną się z zawiesiny przed stwardnieniem form gipsowych. Zmniejszenie gęstości pustych przestrzeni w końcowym produkcie jest często określane jako „gips spieniony”.

Piana wodna używana w tym sposobie jest zwykle wytwarzana tuż przed użyciem jej do zawiesiny kalcynowanego gipsu. Proces typowo jest realizowany przez umieszczenie odpowiedniego środka spieniającego (wiele z nich jest dobrze znanych) z wodą i przepuszczenie mieszanki przez urządzenie które miesza mieszaninę z powietrzem do wytworzenia piany wodnej. Urządzenie do realizacji tego sposobu jest dobrze znane jako „wytwarzacz piany”. Uzyskana w rezultacie piana często jest zdolna do istnienia jedynie przez relatywnie krótki czas zanim pęcherzyki powietrza zaczną pękać lub łączyć się jeden z drugim do wytworzenia większych pęcherzy, które również będą pękać. Stosownie zalecane jest wytwarzanie piany w ciągłym procesie, w którym strumień mieszanki środka spieniającego i wody kierowany jest do wytwarzacza piany, powstały strumień piany opuszczający wytwarzacz kierowany jest do mieszania z zawiesiną kalcynowanego gipsu.

Zawiesina ta jest również wytwarzana w sposób ciągły przez podawanie kalcynowanego gipsu i wody (oraz piany wodnej jeżeli zachodzi taka potrzeba) do komory mieszania zawierającej środki do mieszania zawartości do utworzenia jednolitej wodnej dyspersji (zawiesiny). Dyspersja ta jest w sposób ciągły kierowana do otworu wylotowego komory mieszania i do kanału wylotowego połączonego z otworem wylotowym. Strumień zawiesiny przechodzi przez kanał wylotowy, z którego jest w sposób ciągły odlewany do form lub na powierzchnię. Formy lub powierzchnia są również w sposób ciągły przesuwane na stanowisko, gdzie zawiesina jest odlewana z kanału wylotowego. Zawiesina odlana tworzy twardy produkt gipsowy przez hydratację w ruchomych formach lub na ruchomej powierzchni. Wytworzony produkt jest przewaznie kierowany przez słabo ogrzewaną strefę (np. piec) dla przyspieszenia suszenia nadmiaru wody nie związanego w reakcji hydratacji.

Występuje szereg problemów towarzyszących wprowadzaniu piany wodnej do procesu niektóre z nich wymagająjednoczesnego podejścia.

Jak wcześniej nadmieniono pęcherzyki powietrza piany wodnej zaczną pękać lub łączyć się i pękać w stosunkowo krótkim czasie po wytworzeniu, szczególnie kiedy wejdą w kontakt z zawiesiną kalcynowanego gipsu. Dzieje się tak nawet wtedy kiedy piana została wytworzona przez środek spieniający użyty do produkcji tak zwanej „zwartej” lub „stabilnej” piany. Wydaje się korzystne zminimalizować okres czasu między wytworzeniem piany i powstaniem twardego gipsu (który na stałe zabezpiecza puste przestrzenie wytworzone w gipsie przez pianę).

Znane jest również, że warunki mieszania wytwarzają stosunkowo wysokie siły ścierające, które mogą wzmocnić łączenie się i ucieczkę pęcherzyków piany wodnej, która była podana do zawiesiny wodnej kalcynowanego gipsu. Łączenie to może prowadzić do wytworzenia niejednorodnych rozmiarów pęcherzyków powietrza i rozmieszczenia pustych prze4

187 374 strzeni. Tak więc wydaje się korzystne ograniczyć stopień sił ścierających, które piana wodna spotyka w zawiesinie.

Z drugiej strony w stosunku do rozważań zamieszczonych powyżej sądzono, że wysoki stopień mieszania w typowej komorze mieszania zaopatrzonej w typowe środki do mieszania, jest konieczny do uzyskania odpowiednio jednorodnego rozmieszczenia piany wodnej w zawiesinie kalcynowanego gipsu. Ale tak znaczny stopień wymieszania może prowadzić do problemów wymienionych powyżej. Zastosowany tu termin „mieszanie” oznacza wspólny odnośnik do połączenia sił ścierających i czasu użytego na osiągnięcie efektu ścierania takiego jak doświadcza materiał „mieszany”; np. określenie, że materiał doświadcza „wyzszego stopnia” lub „większej wartości mieszania” oznacza, ze materiał jest przedmiotem zastosowania intensywniejszych sił ścierających i/lub jest przedmiotem zastosowania określonej intensywności sił ścierających zastosowanych przez dłuższy okres czasu.

Tak więc wysoki stopień mieszania piany wodnej w komorze mieszania z zawiesiną kalcynowanego gipsu był rozważany jako konieczny do uniknięcia problemów związanych z niejednorodnym rozproszeniem, ale intensywniejsze mieszanie może również powodować problemy związane z utratą piany i powstawaniem niejednorodnych pęcherzyków powietrza oraz pustych przestrzeni.

W jednym podejściu starano się osiągnąć równowagowy poziom wymieszania dla rozwiązania tego problemu poprzez zastosowanie systemu dwóch komór mieszania ustawionych kolejno. Dokonuje się tego w taki sposób, że gips i woda są dodawane do pierwszej komory mieszania, która wytwarza stosunkowo wysoki stopień wymieszania do osiągnięcia adekwatnie jednorodnego rozproszenia kalcynowanego gipsu i wody. Następnie zawartość jest wyładowywana do drugiej komory mieszania, do której dodawana jest również piana wodna. Druga komora mieszania wytwarza stosunkowo niski stopień wymieszania mieszaniny, która jest spodziewana jako wystarczająca do względnie jednorodnego rozdrobnienia piany w zawiesinie bez niszczenia więcej piany lub wytwarzania większych rozmiarów pęcherzy powietrza niż jest to konieczne. Rozwiązanie takie opisane jest np. w europejskim zgłoszeniu patentowym 0 613 764 Al opublikowanym 7 września 1994r. Jednakże rozwiązanie takie wciąż powoduje problemy. Może ono wciąż powodować uzyskiwanie względnej i/lub relatywnie wysokiej utraty piany i niejednorodnych rozmiarów pustych przestrzeni. Wymaga to również dodatkowych nakładów finansowych, jest zawiłe oraz kłopotliwe utrzymywanie w ruchu dwóch komór mieszania, jak również starania o ciągłą i właściwą pracę przy utrzymywaniu odpowiedniej równowagi do osiągnięcia akceptowalnego kompromisu.

Inne podejście do tych zagadnień dotyczy zwiększania ilości środka spieniającego i wytworzonej przez to piany, która jest dodawana do systemu zawierającego pojedynczą komorę mieszania. System taki pracuje dla każdego rodzaju mieszania jakie jest wymagane do osiągnięcia jednorodnej dyspersji. Od czasu kiedy nadmiar piany został dodany jest nadzieja, że wystarczająca ilość przetrwa do wytworzenia żądanej ilości pustych przestrzeni i redukcji wagi gipsowego produktu. Jednakże znacznie wysoki stopień wymieszania może powodować nieprzewidziane połączenia i w rezultacie niejednorodne wymiary pustek oraz nadmierna ilość środka spieniającego zużytego w procesie może być kosztowna. Taka wysoka zawartość chemicznych środków spieniających w zawiesinie może również powodować odwrotny efekt na inne własności produktu gipsowego. To z kolei może ograniczać ilość środka spieniającego, który może być zastosowany do momentu, w którym nie jest możliwe w niektórych przypadkach osiągnięcie pożądanej ilości pustych przestrzeni w produkcie.

Co więcej niektóre szczególne produkty i procesy sprawiają dodatkowe problemy kiedy jest pożądane stosowanie wodnej piany do zmniejszenia wagi produktu.

Podczas zmniejszania gęstości gipsowych produktów na przykład gipsowej płyty przez stosowanie piany długo rozważano zmniejszenie wytrzymałości gipsu. Również długo rozważano czy wytrzymałość pianowych gipsowych płyt mogłaby być zredukowana minimalnie przez utrzymywanie rozmiarów pustych przestrzeni w gipsie tak małych jak to tylko możliwe. Niedawno odkryto, że wytrzymałość spienionego gipsu jest w istocie najlepiej zachowana przez przyłączenie większych rozmiarów pustych przestrzeni w gipsie. Patrz na przykład opis

187 374 patentowy USA 5 085 929 i będące przedmiotem postępowania zgłoszenie USA 08/311,687 złozone 23 września 1994r.

Jedną z dróg wytwarzania większych pustych przestrzeni w spienionym gipsie jest zastosowanie środka spieniającego, który wytwarza pęcherzyki powietrza „niestabilne” w kontakcie z zawiesiną kalcynowanego gipsu, pęcherzyki wówczas zaczynają się szybko łączyć tworząc większe pęcherze w zawiesinie. Jednakże taka niestabilna piana narażona jest jeszcze bardziej niż poprzednio wymieniona na destrukcję piany kiedy jest przedmiotem typowego mieszania, które stanowi konieczny proces do ujednorodnienia dyspersji piany w zawiesinie. Prowadzi to do konieczności zastosowania większego nadmiaru ilości piany i większych kosztów oraz w niektórych przypadkach prowadzi do niemożności zastosowania odpowiedniej ilości środka spieniającego do wytworzenia właściwej do przetrwania ilości piany bez spowodowania utraty innych właściwości produktu gipsowego. Problem ten może być zmniejszony przez przyłączenie małej ilości środka spieniającego, który wywołuje „stabilną” pianę razem ze środkiem wywołującym „niestabilną” pianę (jak opisano na przykład w zgłoszeniu będącym przedmiotem postępowania USA 08/311,687) ale całkowita ilość stosowanego środka spieniającego jest wciąż zbyt wysoka niż żądana.

Innym problemem występującym szczególnie przy wytwarzaniu gipsowych płyt jest wytwarzanie płyt posiadających twarde krawędzie. Jak opisano na przykład w patencie USA 2,985,219 i 4,279,673 wskazane jest z różnych powodów wytwarzanie spienionych gipsowych płyt mających krawędzie, które są twardsze (gips tworzący krawędzie ma większą gęstość) niż środkowa część płyty (często nazywana jako „centralna” część płyty). Powyższe opisy patentowe ujawniają różne metody wytwarzania takich płyt, polegające na wymianie części spienionej zawiesiny z głównej „centralnej” zawiesiny w komorze mieszania. Ta wymieniona część zawiesiny jest traktowana oddzielnie w co jednym dodatkowym mieszalniku, posiadającym wysoki stopień mieszania i/lub antyspieniające środki, dla usunięcia całości lub większości piany, a następnie jest doprowadzana (w celu wytworzenia „krawędzi mocniejszych”, 0 większej gęstości), w postaci dwóch strumieni, do kontaktu z odlewanym „centralnym” strumieniem. W rezultacie otrzymuje się gipsową płytę z pożądanymi, twardymi krawędziami, lecz jest to związane z dodatkowymi kosztami, z uwagi na stosowanie dodatkowego mieszalnika i chemikaliów. Ponadto, marnuje się również wytworzona uprzednio piana, która jest usuwana z części zawiesiny służącej do wytwarzania krawędzi, marnuje się również środek spieniający i energia zużyta na wytworzenie piany.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania spienionych produktów gipsowych, pozwalającego na uniknięcie wyżej podanych niedogodności.

Sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wprowadza się jednocześnie kalcynowany gips i wodę do komory mieszania przez jeden lub więcej wlotów, miesza się zawartość komory i wytwarza się wodną dyspersję kalcynowanego gipsu, następnie do komory mieszania wprowadza się pianę wodną, którą dodaje się do wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu opuszczającej komorę mieszania, przy czym stosuje się pianę wodną wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH3(CH₂)xCH₂(0CH2CH2)_y0SC>3'M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu poprzez mieszanie, które to mieszanie prowadzi się mniej intensywnie niz mieszanie kalcynowanego gipsu z wodą, po czym wytworzoną dyspersję piany w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu wyładowuje się z komory mieszania, umieszcza się wyładowaną zawartość na poruszającej się powierzchni i przykrywa się drugą powierzchnią.

Według wynalazku sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, charakteryzuje się również tym, że wprowadza się jednocześnie kalcynowany gips i wodę do komory mieszania przez jeden lub więcej wlotów, miesza się zawartość komory, wytworzoną wodną dyspersję kalcynowanego gipsu wyładowuje się z komory do kanału wylotowego, do strumienia wodnej

187 374 dyspersji kalcynowanego gipsu dodaje się pianę wodną, wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH₃(CH2)xCH₂(0 CH₂CH2)_y0 SC>3’M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu poprzez mieszanie, następnie wytworzoną dyspersję piany w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu wyładowuje się z kanału wylotowego, umieszcza się wyładowaną zawartość na poruszającej się powierzchni i przykrywa się drugą powierzchnią.

Według wynalazku sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, mającej twardą krawędź lub krawędzie, charakteryzuje się tym, że jednocześnie miesza się i wstrząsa kalcynowany gips z wodą, wytworzoną wodną dyspersję kalcynowanego gipsu rozdziela się na główny strumień wodnej dyspersji i jeden lub więcej strumieni bocznych wodnej dyspersji, następnie do strumienia głównego wprowadza się pianę wodną, wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH3(CH₂)_xCH₂(OCH₂CH₂)_yOSO3'M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę wodną w tym strumieniu poprzez mieszania, umieszcza się zawartość strumienia głównego na poruszającej się powierzchni, zaś zawartość strumienia bocznego lub strumieni bocznych umieszcza się na powierzchni przylegającej do jednej lub dwóch krawędzi strumienia głównego, po czym przykrywa się zawartość strumieni drugą powierzchnią i pozostawia się formę gipsową do stwardnienia i wyschnięcia.

Korzystnie, pianę wodną wprowadza się również do strumienia bocznego lub strumieni bocznych, przy czym ilość piany podawanej do tych strumieni jest mniejsza niż ilość piany podawana do strumienia głównego, a następnie rozprasza się pianę w strumieniu bocznym poprzez mieszanie.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że sposób według wynalazku (w którym są stosowane typowe surowce wyjściowe, mieszane w typowej komorze, mającej typowe środki do mieszania zawiesiny) powoduje, że problemy związane z degradacją piany i niejednorodnością rozmiarów pęcherzyków powietrza mogą być znacząco zmniejszone. Dzięki stosowaniu sposobu według wynalazku uzyskuje się jednorodną dyspersję piany w zawiesinie przez odpowiednie ustalenie położenia wlotu piany do komory, tak aby piana doświadczyła mniejszego wymieszania niż reszta zawiesiny przed jej wyjściem przez otwór wylotowy. Sposób według wynalazku całkowicie eliminuje koszty, zawiłość i inne trudności znane ze stanu techniki, występujące przy stosowaniu dwóch komór mieszania, przy jednoczesnym osiągnięciu podobnych lub lepszych rezultatów. Sposób według wynalazku pozwala również na wyeliminowanie problemów nieodłącznych dla znanego stanu techniki, dotyczących dodawania nadmiarowych ilości środka spieniającego, w celu skompensowania ilości piany utraconej w wyniku wymieszania. Stosowanie sposobu według wynalazku powoduje, że straty wytworzonej piany są mniejsze, co z kolei prowadzi do zmniejszenia ilości stosowanego środka spieniającego. Ponadto, przeprowadzenie procesu nie wymaga dodatkowych kosztów, jak również nie jest związane z występowaniem niekorzystnych efektów, wynikających ze zbyt wysokiej zawartości środka spieniającego. Z uwagi na mniejsze mieszanie piany (uzyskane dzięki wynalazkowi), szanse wytworzenie się niejednorodnych pęcherzyków powietrza są mniejsze. Co więcej, wyżej podane korzystne efekty są nawet bardziej widoczne, gdy w procesie stosuje się „niestabilną” pianę do wytworzenia pożądanych większych rozmiarów pęcherzyków powietrza.

W typowej komorze do mieszania zawiesiny szczególnie korzystne efekty mogą być osiągnięte poprzez usytuowanie wlotu piany „bliżej” otworu wylotowego niż otwory wlotowe dla kalcynowanego gipsu i wody. Przez „bliżej” rozumie się, ze droga jaką przebywa zawartość komory, tj. droga wytyczona przez kształt komory i przez typowe środki użyte do mie187 374 szania, jest krótsza od wlotu do otworu wylotowego dla piany, niż analogiczna droga dla reszty zawiesiny kalcynowanego gipsu. Odpowiednie usytuowanie różnych wlotów musi być przystosowane dla danego, określonego urządzenia.

Sposób według wynalazku jest realizowany za pomocą urządzenia, które zawiera cylindryczną w przybliżeniu komorę mieszania, mającą pionową w przybliżeniu oś obrotu, górną (wyzszą) i dolną (niższą) promieniową ściankę, pierścieniową zewnętrzną (obwodową) ściankę, wlot lub wloty dla kalcynowanego gipsu i wody, znajdujące się w jednej lub dwóch promieniowych ściankach bezpośrednio przy pionowej osi obrotu, wlot dla piany wodnej, znajdujący się na lub przy pierścieniowej zewnętrznej ściance, wylot w lub przy pierścieniowej zewnętrznej ściance dla wyładowania zawartości komory, oraz środki do mieszania zawartości komory, powodujące, że zawartość komory znajduje się w ruchu odśrodkowym i jest usuwana przez otwór wylotowy. Z wyjątkiem przesunięcia wlotów dla gipsu wody i piany urządzenie takie jest znane ze stanu techniki.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wlot piany wodnej może być całkowicie usunięty z komory mieszania. W tym przypadku piana jest podawana wprost do kanału wylotowego, który jest połączony z otworem wylotowym komory mieszania. Kanał wylotowy przyjmuje zawiesinę kalcynowanego gipsu (bez piany), która jest usuwana z komory mieszania i przekazuje ją dalej do wylewu w formy lub na ruchomą powierzchnię.

Kiedy wlot piany jest połączony z kanałem wyładowczym i piana jest podawana wprost do kanału wyładowczego, inaczej niż do dyspersji w komorze mieszania, wówczas piana doświadcza mniejszego mieszania. Zatem, problemy wynikające z utraty piany i niejednorodnego kształtu pęcherzyków powietrza mogą być znacznie zmniejszone.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że podawanie piany wprost do wylotowego kanału powoduje dostateczne wymieszanie, wystarczające do jednorodnego rozproszenia piany w zawiesinie gipsowej, która jest przenoszona przez kanał wylotowy.

Aby zmniejszyć rozpad piany, podczas wytwarzania jednorodnej dyspersji piany w wodnej dyspersji gipsu, pianę wprowadza się do kanału wylotowego (wyładowczego) tak, ze jest ona średnio mieszana.

Sposób powyższy jest realizowany za pomocą urządzenia, które zawiera cylindryczną w przybliżeniu komorę mieszania, mającą pionową w przybliżeniu oś, gómą i dolną promieniową ściankę, pierścieniową zewnętrzną (obwodową) ściankę, wlot lub wloty dla kalcynowanego gipsu i wody w jednej lub dwóch promieniowych ściankach bezpośrednio przy obwodowej ściance, wylot w lub przy pierścieniowej obwodowej ściance dla wyładowania zawartości komory, kanał wylotowy połączony z otworem wylotowym dla przenoszenia wyładowywanej zawartości komory, środki do mieszania zawartości komory, powodujące, że zawartość komory znajduje się w ruchu odśrodkowym i jest usuwana przez otwór wylotowy do kanału wylotowego, oraz wlot piany wodnej do kanału wylotowego (wyładowczego). Z wyjątkiem przesunięcia wlotów dla gipsu wody i piany urządzenie takie jest znane ze stanu techniki.

Stwierdzono również, że sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie dalszych korzyści w procesie wytwarzania płyt gipsowych mających twarde krawędzie. W szczególności stwierdzono, ze podczas wytwarzania płyt z twardymi krawędziami, w zawiesinie znajdującej się w komorze mieszania występują obszary, które zawierają dobrze wymieszaną zawiesinę kalcynowanego gipsu, lecz zawierają mało albo wcale nie zawierają piany (w zależności czy wlot piany został usytuowany w komorze mieszania, czy w kanale wylotowym). W tym przypadku, jeden lub dwa z „bocznych” strumieni mogą być odchylone od strefy o niższej zawartości piany lub strefy bezpianowej komory mieszania, a następnie doprowadzone do kontaktu z częścią „centralną” strumienia zawiesiny, która była usunięta przez typowy lub główny otwór wylotowy komory mieszania. Postępowanie takie pozwala na wyeliminowanie wad znanych procesów wytwarzania płyt z twardymi krawędziami, a mianowicie, pozwala na uniknięcie komplikacji i kosztów związanych ze stosowaniem dodatkowego mieszalnika i chemikaliów, jak również pozwala na zmniejszenie strat piany i środka spieniającego.

Jeżeli jest wymagane, część piany może być również dodana do bocznego strumienia lub strumieni w celu ograniczenia stopnia twardości krawędzi, jednak ta piana posiadać będzie niższe stężenie niz piana w centralnym strumieniu.

187 374

W procesie wytwarzania spienionych płyt gipsowych mających twardą krawędź lub twarde krawędzie, pianę dodaje się do strumienia głównego, przy czym piana jest niewiele mieszana, aby zmniejszyć rozpad piany podczas jednorodnego rozdrabniania piany w wodnej dyspersji gipsu. Ten strumień główny umieszcza się następnie na poruszającej się powierzchni oraz umieszcza się strumień lub strumienie boczne, tak aby przylegały one do jednej lub dwóch krawędzi strumienia głównego.

Sposób wytwarzania płyt z twardymi krawędziami jest realizowany za pomocą urządzenia, które zawiera cylindryczną w przybliżeniu komorę mieszania mającą pionową w przybliżeniu oś, górną i dolną promieniową ściankę, pierścieniową zewnętrzną (obwodową) ściankę, wlot lub wloty dla kalcynowanego gipsu i wody w jednej lub dwóch promieniowych ściankach bezpośrednio przy obwodowej ściance, i co najmniej dwa wyloty w lub przy pierścieniowej obwodowej ściance dla wyładowania zawartości komory, kanał wyładowczy połączony z otworem wylotowym dla przenoszenia wyładowywanej zawartości komory, oraz środki do mieszania zawartości komory, powodujące, że zawartość komory znajduje się w ruchu odśrodkowym i jest usuwana przez otwór wylotowy do kanału wylotowego, oraz wlot piany wodnej w co najmniej jednym kanale wylotowym. Z wyjątkiem przesunięcia wlotów dla gipsu wody i piany urządzenie takie jest znane ze stanu techniki.

W procesie według wynalazku dyspergowanie piany wodnej jednorodnie w zawiesinie kalcynowanego gipsu następuje w warunkach słabszego mieszania, niż jest to udziałem kalcynowanego gipsu, w celu uniknięcia straty piany, niejednorodnych rozmiarów wytworzonych pustych przestrzeni i używania nadmiernej ilości środka spieniającego. Dzięki podawaniu piany wodnej do zawiesiny bliżej punktu wyładowania zawiesiny, niż to było uważane za możliwe, sposób według wynalazku jest realizowany bez potrzeby stosowania podwójnego mieszalnika, a jednocześnie umożliwia uzyskanie jednorodnej dyspersji.

Urządzenie, stosowane do zrealizowania procesu według wynalazku, różni się zasadniczo od urządzenia znanego ze stanu techniki tym, że wlot dla piany wodnej jest umieszczony w komorze mieszania zawiesiny bliżej otworu wylotowego niż wlot kalcynowanego gipsu lub korzystnie wlot piany jest usytuowany całkowicie na zewnątrz komory mieszania, czyli w kanale wylotowym połączonym z otworem wylotowym komory mieszania.

Podawanie piany do zawiesiny zależy od stosownanego typu urządzenia mieszającego. W optymalnym rozwiązaniu piana będzie poddawana tylko niewielkiemu mieszaniu wystarczającemu na jednorodne zdyspergowanie jej w zawiesinie. W tym wypadku problemy straty piany i uzyskania niejednorodnych rozmiarów pęcherzyków powietrza będą zminimalizowane.

W przypadku stosowania „niestabilnej” postaci piany stwierdzono, że utrata piany została zmniejszona tak znacznie, że zużycie środka spieniającego mogło być zmniejszone do 80%. W szczególnych przypadkach, uzyskano nawet większe zmniejszenie zużycia środka spieniającego. , , .

Jako środek spieniający może być stosowany każdy z konwencjonalnych środków spieniających, stosowanych w znanych procesach wytwarzania spienionych produktów gipsowych i łatwo dostępnych w handlu, przykładowo, środki z firmy Henkel Corporation in Ambler, Pennsylwania, środki ujawnione w opisach Us 4 676 835, 5 158 612 i 5 240 639, w zgłoszeniu patentowym USA 08/311,687, złozonym 23 września 1994 roku oraz w zgłoszeniu PCT WO 95/16515.

Jak wyżej podano, w wielu przypadkach jest korzystne utworzenie relatywnie dużych przestrzeni powietrznych w produkcie gipsowym, aby uzyskać najlepszą wytrzymałość wyrobu. Można tego dokonać przez zastosowanie środka spieniającego, który wytwarza pianę relatywnie nietrwałą (niestabilną) w kontakcie z zawiesiną kalcynowanego gipsu. Korzystnie jest przy tym sporządzić mieszankę z większości środka spieniającego, który tworzy relatywnie nietrwałą pianę i mniejszej ilości środka spieniającego, który tworzy relatywnie trwałą pianę.

Taka mieszanina środków spieniających może być mieszana przed dodaniem „poza procesem”, np. produkt oddzielony z procesu wytwarzania piany. Jednakże korzystne jest mieszać środki spieniające jednocześnie i w sposób ciągły, jako integralną część procesu. Czynności te mogą być zrealizowane na przykład przez pompowanie oddzielnych strumieni różnych środków i łączenie ich razem, lub jak poprzednio podano do wytwarzacza piany, który

187 374 wytwarza strumień piany wodnej podawany następnie do zawiesiny kalcynowanego gipsu, z którym jest mieszany. Przez zmieszanie w ten sposób porcji środków spieniających w mieszance, można ją w prosty sposób ulepszyć (na przykład przez zmianę natężenia przepływu w jednym lub dwóch wydzielonych strumieniach), aby osiągnąć założoną charakterystykę pustych przestrzeni znajdujących się w produkcie gipsowym. Takie ulepszenia mogą być dokonane w odpowiedzi na sprawdzenie produktu finalnego i stwierdzenie, czy ulepszenia takie są potrzebne. Mieszanie środków spieniających zostało ujawnione w zgłoszeniu patentowym USA 08/311,687, złożonym 23 września 1994 r.

Kalcynowany gips zastosowany jako materiał wyjściowy w procesie według wynalazku może być alfa półwodzianem siarczanu wapnia, beta półwodzianem siarczanu wapnia, rozpuszczalnym w wodzie bezwodnym siarczanem wapnia lub ich mieszaniną z naturalnych lub przetworzonych źródeł. Jak uprzednio nadmieniono w odniesieniu do piany wodnej inne konwencjonalne dodatki mogą być dodawane do zawiesiny kalcynowanego gipsu w odpowiednich ilościach, aby otrzymać załozone własności i do przeprowadzenia procesu, takie jak np. przyspieszacze, opóźniacze, kleje, spoiwa środki wspomagające dyspersję, wypełniacze i ich mieszaniny.

Sposób według wynalazku może być zrealizowany za pomocą urządzenia pokazanego na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia częściowy schematyczny widok i przekrój z góry części urządzenia, które jest stosowane do prowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 2 - częściowy schematyczny widok i przekrój wzdłuż linii 2-2 części urządzenia z figi, fig. 3 - częściowy schematyczny widok i przekrój z góry części alternatywnego urządzenia, które jest zastosowane do prowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 4 - częściowy schematyczny widok i przekrój boczny wzdłuż linii 4-4 części urządzenia z fig. 3.

Na figurach 1 i 2 jest pokazane urządzenie, w którym piana jest podawana do kanału wylotowego. Urządzenie to zawiera komorę mieszania 10 posiadającą zbliżony do cylindrycznego kształt, mającą oś pionową 12, górną (wyższą) ściankę 14, dolną (niższą) promieniową ściankę 16i pierścieniową zewnętrzną (obwodową) ściankę 18.

Wlot 20 dla kalcynowanego gipsu i wlot 22 dla wody są usytuowane w wyższej promieniowej ściance 14 przy osi pionowej 12. Wloty te są połączone do zbiorników zawierających gips i wodę, nie pokazanych na rysunku, z których gips i woda może być dostarczana do komory mieszania 10 za pomocą grawitacji. Przez te same otwory wlotowe lub inne podobnie usytuowane mogą być dodawane również inne materiały, takie jak przyspieszacze, opóźniacze, wypełniacze, kleje, itp., stosowane w procesie wytwarzania produktów gipsowych.

Komora mieszania 10 zawiera mieszadło 50 składające się z okrągłego dysku 54 zamocowanego na w przybliżeniu pionowym wale 52. Wał ten jest usytuowany koncentrycznie do pionowej osi 12 i przechodzi przez wyższą promieniową ściankę 14. Przyłączony jest on do konwencjonalnych środków (np. do silnika) nie pokazanych na rysunku. Dla obracającego się wału 52 i połączonego z nim dysku 54, obracających się w kierunku przeciwnym do obrotu wskazówek zegara oznaczonym przez strzałkę A, jakakolwiek prędkość jest odpowiednia do mieszania i podawania zawartości komory mieszania i kierowania wytworzonej dyspersji wodnej (zawiesiny) w przybliżeniu odśrodkowo (w większości w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wskazówek zegara w ruchu spiralnym). Przedstawione na rysunku mieszadło jest relatywnie uproszczone i przedstawia ono podstawowe zasady mieszadeł powszechnie znanych ze stanu techniki i stosowanych w komorach mieszania zawiesiny gipsu. Różne inne i często bardziej skomplikowane wzory mieszadeł (mających pionowe sworznie lub łopatki, odmienne kształty, itp.) mogą być także zastosowane.

Komora mieszania 10 zawiera również pierścień 60 przyłączony i przechodzący w dół z promieniowej ścianki 14. Ten pierścień jest koncentryczny względem osi 12. Stanowi to konwencjonalną cechę często nazywaną jako „gruby pierścień”. Pomaga on w mieszaniu w komorze mieszania i zapobiega skawalaniu się (grudkowaniu) materiału (na przykład kal10

187 374 cynowanego gipsu) od momentu opuszczenia komory przed końcowym rozdziałem i dobrym zdyspergowaniem.

Główny otwór wylotowy 40 znajduje się w obwodowej ściance 18 dla usunięcia większej części („głównego strumienia”) dobrze wymieszanej zawiesiny do dołączonego kanału wylotowego 42. W alternatywnej postaci wykonania ten wylot może być usytuowany w innym położeniu (na przykład w niższej promieniowej ściance 16), ale przeważnie będzie umieszczony na obwodowej ściance 18. Kanał wylotowy 42 jest stosowany do przenoszenia zawiesiny gipsu do miejsca skąd będzie mogła być odlewana w formy lub na poruszającą się powierzchnię do dalszego suszenia. Jak pokazano na figurze 1 kanał wylotowy rozszerza się na zewnątrz. Jest to odpowiednie do odlewania środkowej „centralnej” części jak przy formowaniu płyt gipsowych, ale inne możliwe konfiguracje właściwe dla innych produktów są również możliwe do stosowania.

W obwodowej ściance 18 znajduje się pomocniczy otwór wylotowy 44 dla wyładunku mniejszych części dobrze wymieszanej zawiesiny (tzw'. „bocznych strumieni” do przyłączonych rozgałęziających się kanałów wylotowych 46 i 48. Wylot 44 służy do rozdziału bocznych strumieni w niektórych postaciach wykonania, ale nie jest stosowany w innych postaciach wykonania, gdzie nie jest wskazane dzielenie strumienia zawiesin.y. Możliwe jest również usytuowanie wylotu w innych położeniach (np. w niższej promieniowej ściance 16), ale najczęściej wylot jest umieszczany w obwodowej ściance 18, w celu zapewnienia przepływu przez nią tylko dobrze wymieszanej zawiesiny. Wylotowe kanały 46 i 48 są stosowane do przenoszenia strumieni zawiesiny gipsu do odlania odpowiedniej płyty, stężenia i wysuszenia. Jak wskazano na fig. 1 te kanały kierują zawiesinę na krawędzie przyległe do głównego strumienia zawiesiny wypływającej z kanału 42, w celu uformowania twardych krawędzi w spienionej płycie gipsowej. Kanały te nie będą oczywiście stosowane w innych postaciach wykonania, w których nie jest wskazane przenoszenie takich strumieni bocznych.

Do głównego strumienia wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu jest dodawana piania wodna, wytworzona za pomocą konwencjonalnego środka spieniającego, powyżej opisanego.

Wlot 32 dla piany wodnej jest usytuowany w kanale wylotowym 42. Ten wlot jest zastosowany do podawania piany wodnej i przenoszenia jej w konwencjonalny sposób ze znanego wytwarzacza piany (nie pokazanego na rysunku) wprost do kanału wylotowego 42. Jak poprzednio wspomniano, dokładne usytuowanie wlotu w kanale wylotowym będzie zależało od konkretnego typu mieszalnika, zawiesiny i piany, które będą przy tym stosowane.

Jak wyżej podano, urządzenie pokazane na fig. 1 i 2 nie zawiera wlotu piany do podawania piany wprost do komory mieszania 10. A zatem, zawiesina opuszczająca pomocniczy wylot 44 nie zawiera piany. Ta zawiesina (bez piany) jest stosowana do wytwarzania twardych krawędzi płyt gipsowych. W przypadku, gdy gips całkowicie pozbawiony piany jest zbyt twardy, jako materiał do stosowania na krawędzie spienionych płyt gipsowych (co podano w wyżej wymienionym opisie US 2 985 219), dodaje się pianę wodną również do strumieni bocznych przez, wloty 34 i 36, usytuowane odpowiednio w kanałach wylotowych 46 i 48. Przez te wloty jest podawana piana wodna w relatywnie niskim stężeniu, która jest podawana z typowego wytwarzacza piany (nie pokazanego na rysunku) wprost do kanałów wylotowych 46 i 48. Usytuowanie w odniesieniu do kanałów wylotowych może być korygowane w zależności od szczegółowych parametrów mieszania oraz stosowanej zawiesiny i piany.

Urządzenie pokazane na fig. 1 i 2 stanowi preferowane urządzenie dla zrealizowania sposobu według wynalazku. Jednakże, w niektórych wypadkach (np. w niektórych mieszalnikach, przy stosowaniu parametrów mieszania, składu mieszanki, i/lub piany) dodawanie piany wodnej wprost do kanału wylotowego 42 może nie spowodować właściwego wymieszania celem osiągnięcia właściwej jednorodności piany w zawiesinie. W takich sytuacjach jest stosowane urządzenie przedstawione na fig. 3 i 4.

Urządzenie na fig. 3 i 4 ma zasadniczo wszystkie te same odpowiednie cechy i budowę jak urządzenie na fig. 1 i 2 z wyjątkiem pokazanego na fig. 3 i 4 wlotu 30 dla piany wodnej. Wlot ten zamiast być usytuowany w kanale wylotowym 42 jest usytuowany w wyzszej promieniowej ściance 14, przy pierścieniowej obwodowej ściance 18 i znacznie bliżej do otworu wylotowego 40 niz wloty 20 i 22 (wloty odpowiednio dla gipsu i wody). Przy takiej budowie

187 374 urządzenia piana wodna jest poddawana mniejszemu mieszaniu niż reszta zawiesiny kalcynowanego gipsu, co zapobiega się stracie piany i niejednorodnym rozmiarom pęcherzyków powietrza. Jednocześnie stosowanie tego urządzenia umożliwia większe wymieszanie piany niż w urządzeniu pokazanym na fig. 1 i 2, a zatem otrzymana dyspersja piany w zawiesinie jest bardziej jednorodna.

Alternatywnie, wlot 30 jest usytuowany na pierścieniowej obwodowej ściance i/lub dalej „w górnej części strumienia” (w odniesieniu do drogi jaką przebywa zawartość komory mieszania), co powoduje, że piana wciąż poddawana jest stosunkowo niższemu mieszaniu niż reszta zawiesiny kalcynowanego gipsu.

Usytuowanie wlotu piany 30 blisko względem otworu wylotowego 40 i droga, którą przebywa zawartość komory mieszania, powodują, że niewielka ilość piany przemieszcza się do innych części komory mieszania, takich jak część bliska otworowi wylotowemu 44. Pomimo tego, w strumieniu zawiesiny wydostającej się przez wylot 44 będzie jednakże niewielkie stężenie piany.

Przykład

Kalcynowany gips (stosowany zwykle w postaci suchych kawałków) woda i ewentualnie typowe dodatki (z wyjątkiem piany wodnej) są dodawane do komory mieszania 10 przez wloty 20 i 22. Obroty mieszadła 50 powodują, że wytworzona wodna zawiesina kalcynowanego gipsu znajduje się w ruchu odśrodkowym (większość masy porusza się w ruchu spiralnym przeciwnym do obrotu wskazówki zegara), dzięki czemu główna część zawiesiny (tzw. centralny strumień) przechodzi przez wylot 40 i przesuwa się przez kanał 42. Natomiast pozostała, mniejsza część strumienia zawiesiny (tzw. boczny strumień) opuszcza komorę mieszania przez wylot 44 i przesuwa się przez kanały 46 i 48.

Strumień piany wodnej, wytworzony przez generator piany z wody, powietrza i środka spieniającego, wybranego spośród środków opisanych powyżej, jest pompowany do kanału 42 przez wlot 32 z natężeniem przepływu właściwym do wytworzenia pożądanego stężenia piany w głównym strumieniu zawiesiny. Oba strumienie, tj. strumień piany oraz główny strumień wodnej zawiesiny kalcynowanego gipsu, przepływając przez kanał 42 mieszają się i otrzymuje się jednorodnie /dyspergowaną pianę w głównym strumieniu, przy czym obserwuje się minimalny rozpad piany.

W podobny sposób piana wodna jest odpowiednio pompowana do kanałów 46 i 48 przez wloty 34 i 36, lecz natężenie przepływu piany jest niższe niż w strumieniu głównym. Otrzymuje się strumienie boczne, w których stężenie piany jest niższe niż w strumieniu głównym.

Główny strumień, z kanału 42, jest wyprowadzany na ruchomą powierzchnię, taką jak wielowarstwowy papier (nie pokazany na rysunku). Boczne strumienie, z kanałów 46 i 48 są umieszczane po obu stronach strumienia głównego, tak aby przylegały do krawędzi głównego strumienia. Na wierzchu zawiesiny, złożonej z głównego strumienia i strumieni bocznych (brzegowych), umieszcza się drugą powierzchnię (stosując typowe urządzenie, nie pokazane na rysunku), tak aby zawiesina znajdowała się między dwiema poruszającymi się powierzchniami, formującymi płytę gipsową. Grubość wytworzonej płyty może być regulowana przez rolkę kształtową. Powierzchnie płyty są przykryte przez mechaniczne urządzenie do ciągłego ich napinania przy złożeniu i sklejeniu zakładek papieru na krawędziach pokrywanych płyt. Dodatkowo utrzymuje się grubość płyty i szerokość, w czasie gdy zawiesina jest przemieszczana na przenośnik taśmowy. Panele płytowe będące wciąż mokrymi płytami są cięte, okrawane i przenoszone do suszenia. Po wysuszeniu otrzymano spienioną płytę gipsową z twardymi krawędziami.

Postępując analogicznie można doprowadzać strumień piany wodnej do komory mieszania 10 przez wlot 30.

W przypadku, gdy nie występuje potrzeba wytworzenia płyty z twardymi krawędziami, zawartość komory mieszania może zostać wyładowana na poruszającą się powierzchnię jako jeden strumień.

187 374

Fig. 4

187 374

Fig. 2

Fig. 3

s/	1 i,	\\\

187 374

Γ*2

1—2

Fig. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, znamienny tym, że wprowadza się jednocześnie kalcynowany gips i wodę do komory mieszania przez jeden lub więcej wlotów, miesza się zawartość komory i wytwarza się wodną dyspersję kalcynowanego gipsu, następnie do komory mieszania wprowadza się pianę wodną, którą dodaje się do wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu opuszczającej komorę mieszania, przy czym stosuje się pianę wodną wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH3 (CH₂)_xCH₂(OCH2 CH ₂ )_y0S03*M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu poprzez mieszanie, które to mieszanie prowadzi się mniej intensywnie niż mieszanie kalcynowanego gipsu z wodą, po czym wytworzoną dyspersję piany w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu wyładowuje się z komory mieszania, umieszcza się wyładowaną zawartość na poruszającej się powierzchni i przykrywa się drugą powierzchnią.
2. Sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, znamienny tym, że wprowadza się jednocześnie kalcynowany gips i wodę do komory mieszania przez jeden lub więcej wlotów, miesza się zawartość komory, wytworzoną wodną dyspersję kalcynowanego gipsu wyładowuje się z komory do kanału wylotowego, do strumienia wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu dodaje się pianę wodną, wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH3(CH₂)_xCH₂(OCH₂CH₂)_yOSO3‘M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu poprzez mieszanie, następnie wytworzoną dyspersję piany w wodnej dyspersji kalcynowanego gipsu wyładowuje się z kanału wylotowego, umieszcza się wyładowaną zawartość na poruszającej się powierzchni i przykrywa się drugą powierzchnią.
3. Sposób wytwarzania spienionej płyty gipsowej, mającej twardą krawędź lub krawędzie, znamienny tym, że jednocześnie miesza się i wstrząsa kalcynowany gips z wodą, wytworzoną wodną dyspersję kalcynowanego gipsu rozdziela się na główny strumień wodnej dyspersji i jeden lub więcej strumieni bocznych wodnej dyspersji, następnie do strumienia głównego wprowadza się pianę wodną, wytworzoną za pomocą środka spieniającego o wzorze

CH₃(CH₂)_xCH₂(OCH₂CH₂)_yOSO3'M⁺, gdzie X jest liczbą od 2 do 20, Y jest liczbą od 0 do 10, zaś M jest kationem, przy czym związek, w którym Y oznacza 0 stanowi od 86 do 99% wagowych środka spieniającego, rozprasza się pianę wodną w tym strumieniu poprzez mieszania, umieszcza się zawartość strumienia głównego na poruszającej się powierzchni, zaś zawartość strumienia bocznego lub strumieni bocznych umieszcza się na powierzchni przylegającej do jednej lub dwóch krawędzi strumienia głównego, po czym przykrywa się zawartość strumieni drugą powierzchnią i pozostawia się formę gipsową do stwardnienia i wyschnięcia.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wprowadza się pianę wodną do strumienia bocznego lub strumieni bocznych, przy czym ilość piany podawanej do tych strumieni

187 374 jest mniejsza niż ilość piany podawana do strumienia głównego, a następnie rozprasza się pianę w strumieniu bocznym poprzez mieszanie.