PL204485B1

PL204485B1 - Kompozycja z utwardzonego gipsu, wyrób gipsowy oraz sposób wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu

Info

Publication number: PL204485B1
Application number: PL351552A
Authority: PL
Inventors: Qiang Yu; Srinivas Veeramasuneni; Frederick Thomas Jones
Original assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2010-01-29
Also published as: RU2263644C2; PT1202941E; DK1202941T3; CN1366514A; WO2001081264A1; US20020112651A1; EP1202941A4; IL146904A0; BR0106100B1; MXPA01012924A; EP1202941B1; BR0106100A; AU781637B2; CZ300325B6; ATE368018T1; PL351552A1; CN1199901C; AR029248A1; NO20016173D0; CA2376187C

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja z utwardzonego gipsu, wyrób gipsowy oraz sposób wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest utwardzono kompozycja gipsowa o zmniejszonej gęstości.

Utwardzony gips (dwuwodzian siarczanu wapnia) jest znanym materiałem pospolicie zawartym w wielu rodzajach wyrobów. Przykładowo utwardzony gips jest głównym składnikiem końcowych produktów wytwarzanych przy użyciu tradycyjnych gipsów (np. wewnętrzne ściany budynków pokryte gipsem), jak również w płytach kartonowo-gipsowych stosowanych w typowej suchościennej konstrukcji wewnętrznych ścian i sufitów budynków. Ponadto utwardzony gips jest głównym składnikiem kompozytowych płyt i produktów z gipsu i włókien celulozowych oraz jest zawarty w wyrobach, które wypełniają i wygładzają złącza pomiędzy krawędziami płyt gipsowych. Ponadto wiele specjalistycznych materiałów, takich jak materiały używane do modelowania i wykonywania form, które są dokładnie obrabiane, dają wyroby, które zawierają duże ilości utwardzonego gipsu. Zwykle takie produkty zawierające gips są wytwarzane przez przygotowanie mieszaniny złożonej z wypalonego gipsu (półwodzian siarczanu wapnia i/lub bezwodnik siarczanu wapnia) i wody (oraz innych składników, jeśli trzeba). Mieszaninę tę odlewa się w żądany kształt lub na powierzchnię, a następnie pozostawia się do utwardzenia, by powstał utwardzony (to znaczy z powrotem uwodniony) gips przez reakcję wypalonego gipsu z wodą, by utworzyć osnowę z krystalicznego uwodnionego gipsu (dwuwodzian siarczanu wapnia). To właśnie pożądane uwodnienie wypalonego gipsu umożliwia tworzenie zblokowanej osnowy z kryształów utwardzonego gipsu, przez co nadaje si ę wytrzymałość strukturze gipsowej w produkcie zawierającym gips. Umiarkowane grzanie stosuje się do usunięcia pozostałej niezwiązanej (to znaczy nieprzereagowanej) wody, by otrzymać suchy produkt.

Ciągle usiłuje się uzyskać wiele takich zawierających gips wyrobów o mniejszym ciężarze przez zastąpienie części osnowy z utwardzonego gipsu materiałami o mniejszej gęstości (np. spienionym perlitem lub porami powietrznymi), np. by polepszyć właściwości akustyczne i/lub izolacyjne, jak również ułatwić przeładunek i transport. Jednakże dotychczasowe wysiłki, mające na celu znaczne zmniejszenie ciężaru produktów zawierających gips, nie są całkowicie zadowalające, ponieważ przykładowo chociaż można zastosować znaczne ilości piany do wytwarzania porów wystarczających do uzyskania wyrobów zawierających gips o mniejszej gęstości, wyroby takie mogą przykładowo nie osiągać jeszcze żądanego poziomu właściwości akustycznych i izolacyjnych. Na skutek tego wytwarzanie wyrobów zawierających gips o mniejszej gęstości podlega ewentualnym szkodliwym oddziaływaniom spowodowanym przez stosunkowo dużą ilość zastosowanych czynników spieniających, jednakże bez osiągnięcia wyników pożądanych w pewnych przypadkach. Ostatnio w patencie USA nr 5.041.333 opisano płytę gipsową wykonaną z włóknistego gipsu wypalanego. Wytwarzanie włóknistego gipsu wypalanego jest czasochłonne i kosztowne, na skutek czego również stosowanie włóknistego gipsu wypalanego do wytwarzania płyt gipsowych jest kosztowne.

Inny problem z wytwarzaniem wyrobu zawierającego gips o znacznie mniejszej gęstości jest to, że podczas wytwarzania, obróbki i przemysłowego zastosowania takiego gipsu można pogorszyć stabilność wymiarów. Przykładowo przy wytwarzaniu wyrobów z utwardzonego gipsu zwykle stosuje się znaczną ilość swobodnej (to znaczy nieprzereagowanej) wody, pozostawionej w osnowie po utwardzeniu gipsu. Po wysuszeniu utwardzonego gipsu w celu usunięcia nadmiaru wody zblokowane kryształy utwardzonego gipsu w osnowie dążą do zbliżenia się do siebie, gdy woda paruje. W związku z tym, gdy woda opuszcza sieci krystaliczne osnowy gipsowej, osnowa ta ma tendencję do kurczenia się pod wpływem naturalnych sił utwardzonego gipsu, które przeciwstawiały się ciśnieniu w naczyniach włoskowatych powodowanemu przez wodę na kryształach gipsu. Gdy ilość wody w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu rośnie, brak stabilności wymiarów staje się poważnym problemem.

Stabilność wymiarów jest również zagadnieniem nawet po ostatecznym wysuszeniu wyrobu, zwłaszcza w warunkach zmiennej temperatury i wilgotności, gdzie utwardzony gips jest przykładowo narażony na rozszerzanie i kurczenie się. Przykładowo wilgoć wchłonięta przez sieci krystaliczne osnowy gipsowej w płycie gipsowej lub kształtce narażonej na dużą wilgotność może zwiększać problem osiadania przez powodowanie rozszerzania się płyty wchłaniającej wilgoć.

Jeżeli takiej niestabilności wymiarów można uniknąć lub zmniejszyć ją do minimum, można wówczas osiągnąć różne zalety. Przykładowo istniejące sposoby wytwarzania płyt gipsowych zapewniałyby większą wydajność produkcji, gdyby płyty nie kurczyły się podczas suszenia, a produkty

PL 204 485 B1 zawierające gips, na których trzeba polegać, utrzymywałyby dokładnie kształt i proporcje wymiarowe (np. do stosowania w modelowaniu i przy wytwarzaniu form), by lepiej spełniać swe zadania.

Celem wynalazku jest opracowanie kompozycji z utwardzonego gipsu, która posiada małą gęstość bez zawartości dużych ilości lekkiego wypełniacza lub porów powietrznych utworzonych przez pianę, pozbawionej powyżej wymienionych wad.

Według wynalazku, kompozycja z utwardzonego gipsu, wytworzona z mieszaniny zawierającej co najmniej wypalony gips i wodę, utrzymywanej w warunkach wystarczających, by wypalony gips tworzył zblokowaną osnowę z utwardzonego gipsu, charakteryzuje się tym, że mieszanina wypalonego gipsu i wody zawiera materiał ulepszający, wybrany z grupy złożonej ze związku trimetafosforanowego, polifosforanu amonowego, posiadającego 500 do 3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związku polikarboksylowego, środka powierzchniowo czynnego i ich kombinacji, przy czym stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu w mieszaninie wynosi co najmniej 3:1, zaś ilość materiału ulepszającego wynosi 0,01-5% wagowych w odniesieniu do wypalonego gipsu.

Korzystnie, materiałem ulepszającym jest trimetafosforan sodowy lub trimetafosforan sodowy i co najmniej jeden polifosforan amonowy posiadający 1000-3000 powtarzają cych się jednostek.

Korzystnie, związek polikarboksylowy jest poliakrylanem posiadającym masę cząsteczkową 200000 do 700000 daltonów.

Korzystnie, środek powierzchniowo czynny jest wybrany z grupy obejmującej środki powierzchniowo czynne na bazie glikolu acetylenowego, środki powierzchniowo czynne zawierające fluor, środki powierzchniowo czynne zawierające krzem, oraz ich kombinacje.

Korzystnie, środek powierzchniowo czynny ma zdolność zmniejszania napięcia powierzchniowego wody do około 0,04 N/cm lub poniżej.

Korzystnie, kompozycja ma współczynnik zmniejszania hałasu co najmniej 0,4 według ASTM E 1042-92.

Korzystnie, kompozycja ponadto zawiera co najmniej jeden z następujących elementów: włóknista mata, spoiwo, spieniony perlit, skrobia, dodatek wzmacniający oraz pory powietrzne z piany wodnej.

Korzystnie, stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 4,5:1 do 9:1.

Korzystnie, najmniej 50% wagowych wypalonego gipsu jest beta półwodzianem siarczanu wapnia.

Korzystnie, materiałem ulepszającym jest związek trimetafosforanowy i związek polikarboksylowy albo polifosforan amonowy posiadający 500 do 3000 powtarzających się jednostek fosforanowych i związek polikarboksylowy.

Korzystnie, stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 3:1 do 12:1.

Korzystnie, stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 5:1 do 8:1.

Korzystnie, kurczliwość kompozycji wynosi co najwyżej 2%.

Według wynalazku, wyrób gipsowy, charakteryzuje się tym, że zawiera pierwszą płytę z kompozycji gipsowej określonej powyżej oraz zawiera drugą płytę gipsową, przy czym gęstość tej drugiej płyty gipsowej jest większa niż gęstość pierwszej płyty.

Korzystnie, druga płyta gipsowa ma gęstość 320 kg/m³, a pierwsza płyta ma gęstość mniejszą niż 320 kg/m³.

Korzystnie, wyrób zawiera karton wsparty na drugiej płycie gipsowej.

Korzystnie, wyrób zawiera trzecią płytę gipsową, której gęstość jest większa niż gęstość pierwszej płyty.

Korzystnie, wyrób zawiera kolejną płytę z kompozycji gipsowej, której gęstość jest mniejsza niż gęstość drugiej płyty gipsowej i trzeciej płyty gipsowej.

Według wynalazku, sposób wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu, obejmujący przygotowanie mieszaniny z co najmniej wypalonego gipsu i wody, oraz utrzymywanie tej mieszaniny w warunkach wystarczających, by wypalony gips tworzył osnowę z utwardzonego gipsu, charakteryzuje się tym, że mieszanina wypalonego gipsu i wody zawiera materiał ulepszający wybrany z grupy złożonej ze związku trimetafosforanowego, polifosforanu amonowego, posiadającego 500-3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związku polikarboksylowego, środka powierzchniowo czynnego i ich kombinacji, przy czym stosunek wody do wypalonego gipsu użytego do utworzenia mieszaniny wynosi co najmniej 3:1, zaś ilość materiału ulepszającego użytego do tworzenia mieszaniny wynosi 0,01 do 5% wagowych w odniesieniu do wypalonego gipsu.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że kompozycja według wynalazku wykazuje lepszą stabilność wymiarów (np. odporność na skurcz), lepsze właściwości izolacyjne i/lub akustyczne.

PL 204 485 B1

Kompozycja utwardzonego gipsu wytwarzana jest zwłaszcza z wypalonego gipsu zawierającego co najmniej 30% wag. niewłóknistego wypalonego gipsu. Mieszaninę tę utrzymuje się w warunkach wystarczających, by wypalony gips utworzył osnowę z utwardzonego gipsu.

Według innego wariantu wytwarza się kompozycję utwardzonego gipsu zawierającą ciągłą fazę zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu. Osnowa ta zawiera gips i pory po odparowanej wodzie. Korzystnie objętość porów po odparowanej wodzie w osnowie wynosi co najmniej około 69% według pomiarów objętości porów po odparowanej wodzie (opisanych poniżej). Korzystnie, kompozycja z utwardzonego gipsu jest wykonana z wypalonego gipsu zawierają cego co najmniej 30% wagowych niewłóknistego wypalonego gipsu.

Według jeszcze innego wariantu wytwarza się kompozycję utwardzonego gipsu zawierającą ciągłą fazę zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu, gdzie osnowa ta zawiera gips i pory po odparowanej wodzie, przy czym objętość porów po odparowanej wodzie w osnowie wynosi co najmniej około 69% według pomiarów objętości porów po odparowanej wodzie.

Według kolejnego wariantu wytwarza się kompozycję z utwardzonego gipsu zawierającej fazę ciągłą zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu, gdzie osnowa ta zawiera gips i pory po odparowanej wodzie, przy czym objętość porów po odparowanej wodzie w osnowie wynosi co najmniej około 80% (zwłaszcza 80 do 97%) zgodnie z pomiarem objętości porów po odparowanej wodzie.

Przykładowo kompozycje gipsowe według wynalazku mogą być wykonane w postaci płyty. Płyta taka może być wykonana w postaci wyrobu, takiego jak np. płyta ścienna, rdzeń drzwi, konstrukcyjna część składowa izolowanego systemu panelowego, płytka wykładziny akustycznej, płyta izolująca, itp. W związku z tym wyrób może również zawierać wiele płyt (np. jako warstwy). Przykładowo wyrób taki może zawierać drugą płytę gipsową o większej gęstości, tak że gęstość tej drugiej płyty gipsowej jest większa niż gęstość płyty zawierającej kompozycję gipsową według wynalazku.

Wynalazek najlepiej można zrozumieć w odniesieniu do załączonego rysunku i następującego szczegółowego opisu korzystnych przykładów realizacji.

Na rysunku, fig. 1 przedstawia schematycznie strukturę złożoną z warstw płyt gipsowych według jednego aspektu wynalazku, fig. 2 przedstawia widok perspektywiczny wyrobu w postaci płytki sufitowej według innego aspektu wynalazku, zaś fig. 3 przedstawia schematycznie laminat według jeszcze innego aspektu wynalazku.

SZCZEGÓŁOWY OPIS WYNALAZKU

Kompozycja według wynalazku, tj. kompozycja z utwardzonego gipsu o małej gęstości, zawiera ciągłą fazę zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu posiadającą zwiększoną objętość porów po odparowanej wodzie. Ta kompozycja z utwardzonego gipsu o małej gęstości wytwarzana jest z mieszaniny (np. zawiesiny) o zwiększonym stosunku wody do wypalanego gipsu.

Wypalony gips może być włóknisty lub niewłóknisty. Niewłóknisty wypalony gips oznacza zwykły wypalony gips, który można przygotować w konwencjonalnym procesie w kalcynatorze (np. kocioł lub kalcynator obrotowy) przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, jak przykładowo ujawniono w opisie patentowym US 2,341,426. Wł óknisty gips wypalany ujawniono w opisach US 4,029,512 oraz US 5,041,333. Korzystnie co najmniej 30% wag. kompozycji gipsowej utworzone jest z niewłóknistego gipsu wypalonego. Korzystniej co najmniej 50% wag. kompozycji gipsowej utworzone jest z niewłóknistego gipsu wypalonego, a w pewnych przykładach realizacji wypalany gips wykorzystywany do wytworzenia zawiesiny (lub mieszaniny) z której odlewana jest kompozycja według wynalazku z utwardzonego gipsu, złożony jest zasadniczo z niewłóknistego wypalonego gipsu.

Wypalony gips może być w postaci półwodzianu siarczanu wapnia alfa, półwodzianu siarczanu wapnia beta, rozpuszczalnego w wodzie bezwodnika siarczanu wapnia lub ich mieszanin. Korzystnie wypalony gips zawiera do najmniej 30% półwodzianu siarczanu wapnia beta, a korzystniej co najmniej 50% półwodzianu siarczanu wapnia beta. W pewnych przykładach realizacji wypalony gips złożony jest zasadniczo z półwodzianu siarczanu wapnia beta.

W szczególnoś ci, kompozycja z utwardzonego gipsu wedł ug wynalazku charakteryzuje się tym, że ma stosunkowo luźną i otwartą strukturę dzięki zwiększonej objętości porów po odparowanej wodzie w ciągłej fazie osnowy utwardzonego gipsu. Zwiększona objętość porów po wodzie może pochodzić przykładowo z zastosowania zwiększonego stosunku wody do wypalonego gipsu w mieszaninie użytej do wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu. Zblokowana osnowa z utwardzonego gipsu utworzona jest z kryształów o dowolnych różnych wymiarach i kształtach w zależności od stosunku wody do wypalonego gipsu w mieszaninie użytej do wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu.

PL 204 485 B1

Przykładowo w niektórych przykładach wykonania kryształy są stosunkowo długie (np. długość w co najmniej jednym kierunku 10-40 μm) i/lub mogą mieć różne kształty, np. igły, płytki itp. lub ich kombinacje.

Kompozycja z utwardzonego gipsu według wynalazku ma korzystnie małą gęstość, jednakże wystarczającą wytrzymałość i odporność na odkształcenia mechaniczne (np. odporność na osiadanie), by nadawała się do użytku, pomimo zwiększonej objętości porów po odparowanej wodzie w osnowie z utwardzonego gipsu. Ponadto kompozycja z utwardzonego gipsu według wynalazku ma stabilność wymiarów taką, że jest odporna na skurcz (np. na skutek naprężeń przy suszeniu) podczas wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu nawet przy zwiększonych ilościach wody podczas wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu. Ponadto zwiększona objętość porów po odparowanej wodzie w kompozycji z utwardzonego gipsu pomaga w uzyskaniu żądanych właściwości akustycznych, ponieważ luźna struktura związana ze zwiększoną objętością porów po odparowanej wodzie zapewnia zwiększoną przestrzeń w kompozycji z utwardzonego gipsu do pochłaniania dźwięku, tak że zmniejsza się odbijanie dźwięku od kompozycji z utwardzonego gipsu według wynalazku i przepuszczanie dźwięku przez tę kompozycję.

Według przedmiotowego wynalazku kompozycja z utwardzonego gipsu zawiera ciągłą fazę zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu. Osnowa ta zawiera gips oraz zwiększoną objętość porów po odparowaniu wody. Objętość porów po odparowaniu wody znajduje odbicie w fazie ciągłej, która wyklucza nieciągłości inne niż pory po odparowanej wodzie, takie jak np. nieciągłości spowodowane obecnością włókien papieru, lekkiego wypełniacza lub porów po spienieniu w kompozycji. W pewnych przykładach realizacji objętość porów po odparowanej wodzie w osnowie wynosi co najmniej 69% (np. 69 do 97%) według pomiaru objętości porów po odparowanej wodzie. Korzystnie objętość porów po odparowanej wodzie wynosi 74 do 95% według pomiarów objętości porów po odparowanej wodzie. Przykładowo w niektórych przypadkach objętość porów po odparowanej wodzie w osnowie wynosi 79 -89% według pomiarów objętości porów po odparowanej wodzie.

W niektórych przykładach realizacji kompozycja z utwardzonego gipsu według wynalazku jest wytwarzana sposobem obejmującym tworzenie mieszaniny (np. zawiesiny) z wypalonego gipsu i wody w stosunku wagowym wody do wypalonego gipsu co najmniej 3:1. Mieszaninę utrzymuje się w warunkach wystarczających, by wypalony gips utworzył osnowę z wypalonego gipsu. Korzystnie stosunek ciężaru wody do wypalonego gipsu użytego do wytwarzania mieszaniny wynosi od 3:1 do 12:1, kiedy wypalony gips zawiera co najmniej 30% wagowych niewłóknistego wypalanego gipsu. Korzystniej stosunek wagowy wody do wypalanego gipsu przy wytwarzaniu mieszaniny wynosi od 4,5:1 do 9:1, a jeszcze korzystniej stosunek wagowy wody do wypalanego gipsu przy wytwarzaniu mieszaniny jest od 5:1 do 8:1. W tych przykładach realizacji niewłóknisty wypalony gips jest korzystnie półwodzianem siarczanu wapnia beta.

W niektórych przykładach realizacji utwardzony gips według wynalazku przygotowuje się sposobem obejmującym tworzenie mieszaniny (np. zawiesiny), która zawiera wodę i włóknisty i/lub niewłóknisty wypalony gips w różnych kombinacjach lub składach ze stosunkiem wagowym wody do wypalanego gipsu od 4,5:1 do 12:1. Korzystnie stosunek wagowy wody do wypalanego gipsu przy wytwarzaniu mieszaniny w tym przykładzie realizacji jest od 5:1 do 8:1, a korzystniej od 5:1 do 7:1.

Korzystnie kompozycja z utwardzonego gipsu według wynalazku ma stosunkowo małą gęstość. Przykładowo, kompozycja gipsowa ma gęstość około 320 kg/m³ lub mniej, np. 240 kg/m³ lub jeszcze mniej, np. około 192 kg/m³.

Korzystnie kompozycja z utwardzonego gipsu według przedmiotowego wynalazku wytwarzana jest przez wprowadzenie jednego lub więcej materiałów ulepszających do wodnej mieszaniny wypalonego gipsu, aby zwiększać wytrzymałość i/lub stabilność wymiarową (np. przez zmniejszanie do minimum skurczu powodowanego przez naprężenia przy suszeniu) podczas wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu. Korzystnie takie materiały ulepszające są wybierane tak, by nie zmniejszały prędkości tworzenia kompozycji z utwardzonego gipsu według wynalazku ani w inny sposób wpływały szkodliwie. Przykładowo materiał ulepszający można wybrać spośród trimetafosforanu, polifosforanu amonowego posiadającego 500-3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związku polikarboksylowego lub środka powierzchniowo czynnego. Jeden lub więcej z każdego rodzaju materiałów ulepszających można zastosować w praktycznej realizacji wynalazku. Można również stosować różne kombinacje materiałów ulepszających. Przykładowo można stosować trimetafosforan i jeden lub więcej spośród polifosforanu amonowego, związku polikarboksylowego i środka powierzchniowo czynnego.

PL 204 485 B1

Nadal na zasadzie przykładu można stosować polifosforan amonowy i jeden lub więcej spośród trimetafosforanu, związku polikarboksylowego i środka powierzchniowo czynnego.

Podczas wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu materiał ulepszający można dodawać w odpowiedniej ilości do wodnej mieszaniny wypalonego gipsu, np. w ilości 0,01-5% wag. wypalonego gipsu. Korzystnie materiał ulepszający dodaje się do lub jest zawarty w wodnej mieszaninie wypalanego gipsu w ilości 0,1-5% wag. wypalonego gipsu, a korzystniej materiał ulepszający dodaje się do lub jest zawarty w wodnej mieszaninie z wypalonego gipsu w ilości 0,5-2% wag. wypalonego gipsu.

Zastosowanie trimetafosforanu (np. soli lub jej części anionowej) jest szczególnie korzystne. Zawartość trimetafosforanu podczas uwadniania wypalonego gipsu, by utworzyć utwardzony gips, powoduje zwiększoną wytrzymałość, łącznie z odpornością na odkształcenia mechaniczne (np. osiadanie) utwardzonego gipsu. Pod tym względem zwiększenie wytrzymałości obserwowane przy zastosowaniu trimetafosforanu jest szczególnie pożądane ze względu na zmniejszoną gęstość i zwiększoną objętość porów po odparowanej wodzie w zblokowanej osnowie z utwardzonego gipsu. Trimetafosforan może być przykładowo w postaci soli, np. jako trimetafosforan sodu, trimetafosforan wapnia, trimetafosforan sodowo-wapniowy, trimetafosforan potasowy, trimetafosforan amonowy, trimetafosforan litowy itp. Mogą być również stosowane połączenia takich soli. W niektórych przykładach realizacji trimetafosforan jest trimetafosforanem sodowym.

Jeżeli jest stosowany, trimetafosforan może być wprowadzony oddzielnie lub w połączeniu z co najmniej jednym z następujących związków: polifosforan amonowy posiadający 500-3000 powtarzających się jednostek, związek polikarboksylowy i/lub środek powierzchniowo czynny. Ilość trimetafosforanu dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu, użytej do utworzenia kompozycji z utwardzonego gipsu, korzystnie wynosi 0,1-2% wag. wypalonego gipsu, a korzystniej ilość trimetafosforanu dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu wynosi 0,5-1% wag. wypalonego gipsu. Polifosforan amonowy (np. sól lub jej część anionowa) korzystnie ma około 1000-3000 powtarzających się zespołów. Ilość użytego polifosforanu amonowego, dodawanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu, aby otrzymać kompozycję z utwardzonego gipsu, korzystnie wynosi 0,1-2% wag. wypalonego gipsu, a korzystniej ilość polifosforanu amonowego dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu wynosi 0,5-1% wag. wypalonego gipsu.

Związek polikarboksylowy (np. kwas, sól lub jej część anionowa) zawiera co najmniej dwie grupy soli karboksylowej lub jonów, co najmniej dwie grupy kwasu karboksylowego lub co najmniej jedną grupę soli karboksylowej lub jonów i co najmniej jedną grupę kwasu karboksylowego. Korzystnie związek polikarboksylowy jest rozpuszczalny w wodzie. Związki polikarboksylowe są korzystne, ponieważ uważa się, że pomagają one w wiązaniu kryształów podczas powstawania zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu. W rezultacie związki polikarboksylowe korzystnie zwiększają wytrzymałość, pomagając przez to w zmniejszeniu uszkodzeń kompozycji z utwardzonego gipsu podczas przeładunku i obróbki, a ponadto polepszają stabilność wymiarową kompozycji z utwardzonego gipsu. Korzystnie związki polikarboksylowe według wynalazku mają masę cząsteczkową 100.000 - 1 milion daltonów.

Związki polikarboksylowe o większej masie cząsteczkowej są mniej pożądane, ponieważ lepkość jest za duża, natomiast takie związki o mniejszej masie cząsteczkowej (stopniowo malejącej poniżej 100.000 daltonów) są mniej skuteczne.

W niektórych przykładach realizacji związek polikarboksylowy ma masę cząsteczkową 200.000 -700.000 daltonów, korzystnie 400.000-600.000 daltonów (np. około 500.000 daltonów). Przykładowo, ale bez ograniczenia, związek polikarboksylowy można wybrać spośród poliakrylanów, polimetakrylanów, polietakrylanów itp., albo ich kombinacji. W niektórych przykładach realizacji związkiem polikarboksylowym jest poliakrylan, a w takim przypadku ten poliakrylan ma korzystnie masę cząsteczkową 200.000-700.000 daltonów, korzystniej 400.000-600.000 daltonów. Przykładowo odpowiednim poliakrylanem jest ACRYSOL® 644 dostępny z firmy Rohm & Haas, Filadelfia, Pensylwania.

Ilość stosowanego związku polikarboksylowego dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu użytej do utworzenia kompzycji z utwardzonego gipsu wynosi korzystnie 0,05 -2% wag. wypalonego gipsu użytego do wytworzenia mieszaniny, a korzystniej ilość związku polikarboksylowego dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu wynosi 0,1-0,4% wag. wypalonego gipsu.

Warto zauważyć, że taki związek polikarboksylowy może być stosowany oddzielnie lub w połączeniu z innymi materiałami ulepszającymi. Przykładowo związek polikarboksylowy może być stosowany wraz ze związkiem trimetafosforanowym, polifosforanem amonowym posiadającym 500-3000

PL 204 485 B1 powtarzających się jednostek fosforanowych (np. 1000-3000 powtarzających się jednostek fosforanowych) i/lub środkiem powierzchniowo czynnym.

Zastosowanie jednego lub więcej środków powierzchniowo czynnych w mieszaninie wodnej wypalonego gipsu podczas wytwarzania kompozycji gipsowej według wynalazku zapewnia zaletę zmniejszenia napięcia powierzchniowego mieszaniny, a to z kolei pomaga zmniejszyć naprężenia powstające podczas suszenia, tak że zmniejsza się do minimum skurcz kompozycji z utwardzonego gipsu. W związku z tym uważa się, że przez zmniejszenie napięcia powierzchniowego wodnej mieszaniny wypalanego gipsu zmniejszane jest ciśnienie włoskowate wywierane przez ciecz na kryształy gipsu, jak również odpowiednia siła, z jaką kryształy gipsu przeciwstawiają się wodnej cieczy, przez co zmniejsza się tendencja zblokowanej struktury osnowy krystalicznej do skurczu, gdy nieprzereagowana wodna ciecz odparowuje z osnowy. Środki powierzchniowo czynne, które są korzystnie użyteczne w praktycznej realizacji wynalazku, charakteryzują się korzystnie posiadaniem zdolnoś ci zmniejszania napięcia powierzchniowego wody do około 0,040 N/cm lub poniżej. Korzystniej taki środek powierzchniowo czynny charakteryzuje się posiadaniem zdolności zmniejszania napięcia powierzchniowego wody do około 0,035 N/cm lub poniżej. Przykłady odpowiednich środków powierzchniowo czynnych obejmują, ale bez ograniczenia, środki powierzchniowo czynne na bazie glikolu acetylenowego, środki powierzchniowo czynne zawierające fluor i środki powierzchniowo czynne zawierające krzem. Jeden lub więcej środków powierzchniowo czynnych może być zawarte w mieszaninie użytej do wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu, a ponadto mogą być użyte różne kombinacje różnych rodzajów środków powierzchniowo czynnych.

Przykładowym środkiem powierzchniowo czynnym na bazie glikolu etylenowego jest DYNOL® 604 z firmy Air Products of Lehigh Valley, Pensylwania. Przykładowe środki powierzchniowo czynne zawierające fluor mogą być w postaci anionowych fluorowych środków powierzchniowo czynnych typu sulfonianu alkilosodowego (np. LODYNE® S-103 A), kationowych fluorowych środków powierzchniowo czynnych typu chlorku alkiloamonowego (np. LODYNE® S-106 A) lub amfoterycznych fluorowych środków powierzchniowo czynnych typu kwasu alkiloaminowego (np. LODYNE® S-100). Przykładem odpowiedniego środka powierzchniowo czynnego według wynalazku jest również mieszanina środków powierzchniowo czynnych zawierających fluor i zawierających krzem, dostępna jako LODYNE®

S-228M. Środki powierzchniowo czynne serii LODYNE® są dostępne w handlu z firmy Ciba, Bazylea, Szwajcaria.

Środek powierzchniowo czynny może być stosowany w dowolnej odpowiedniej skutecznej ilości. Korzystnie ilość środka powierzchniowo czynnego dodanego do lub zawartego w wodnej mieszaninie wypalonego gipsu wynosi 0,01-1%, korzystniej 0,05-0,2% wag. wypalonego gipsu. Warto zauważyć, że środek powierzchniowo czynny może być stosowany jako jedyny materiał ulepszający w kompozycji gipsowej, albo też może być stosowany w połączeniu z innymi materiałami polepszającymi, takimi jak przykładowo związek trimetafosforanowy, polifosforan amonowy, posiadający 500 -3000 powtarzających się jednostek fosforanowych (np. 1000-3000 powtarzających się jednostek), związek polikarboksylowy, albo ich mieszaniny.

Kompozycja gipsowa może również zawierać ewentualne dodatki, takie jak, ale bez ograniczenia, dodatek wzmacniający, spoiwo (np. polimery, takie lateks), spieniony perlit, pory powietrzne utworzone przez pianę wodną, skrobię, taką jak skrobia wstępnie żelatynizowana, albo włóknistą matę (np. na płycie gipsowej, zawierającej kompozycję gipsową według wynalazku). W kompozycji utwardzonego gipsu mogą być zawarte różne kombinacje tych opcjonalnych dodatków. Dodatki te mogą być zawarte w kompozycjach gipsowych, które zawierają również jeden lub więcej materiałów ulepszających, jeśli jest to potrzebne.

Opcjonalny dodatek wzmacniający może być zawarty w kompozycji gipsowej według wynalazku, jeśli trzeba, aby zwiększyć wytrzymałość i skuteczność filtracji podczas obróbki, jak to omówiono bardziej szczegółowo poniżej. Przykładowo, dodatek wzmacniający może zawierać włókna celulozowe (np. papier), włókna mineralne, inne włókna syntetyczne itp., albo ich kombinacje. Dodatek wzmacniający, taki jak włókna papierowe, można stosować w dowolnej odpowiedniej ilości. Przykładowo w niektórych przykładach realizacji dodatek wzmacniający stosuje się w ilości 2-15% wag. kompozycji z utwardzonego gipsu.

Aby dodatkowo ułatwić zmniejszenie gęstości, kompozycja z utwardzonego gipsu według wynalazku może ewentualnie zawierać pory powietrzne utworzone przez pianę wodną (w odróżnieniu od porów po odparowanej wodzie). W szczególności, pianę wodną można dodawać do wodnej mieszaniny wypalonego gipsu podczas przygotowania, np. w bieżącej produkcji płyt. Przy praktycznej realizacji

PL 204 485 B1 wynalazku można dodawać dowolnych odpowiednich środków spieniających, takich jak przykładowo PFM 33 z firmy GEO specialty Chemicals, Ambler, Pensylwania.

Ponadto, kompozycja gipsowa może ewentualnie zawierać skrobię, taką jak wstępnie żelatynizowana skrobia lub skrobia modyfikowana kwasem. Zastosowanie wstępnie żelatynizowanej skrobi zwiększa wytrzymałość utwardzonego i wysuszonego odlewu gipsowego oraz zmniejsza do minimum lub pozwala na uniknięcie ryzyka rozwarstwienia papieru w warunkach zwiększonej wilgotności (np. przy zwiększonym stosunku wody do wypalanego gipsu). Fachowiec zna sposoby wstępnego żelatynizowania surowej skrobi, takie jak przykładowo gotowanie surowej skrobi w wodzie w temperaturze co najmniej 185°F (85°C) lub inne sposoby. Odpowiednie przykłady wstępnie żelatynizowanej skrobi obejmują, ale bez ograniczenia, skrobię PCF1000 dostępną z firmy Lauhoff Grain Company oraz skrobie AMERIKOR 818 i HQM PREGEL, obie z firmy Archer Daniels Midland Company. Stosowana wstępnie żelatynizowana skrobia może występować w dowolnej odpowiedniej ilości. Przykładowo stosowaną wstępnie żelatynizowana skrobię można dodawać do mieszaniny użytej do tworzenia kompozycji z utwardzonego gipsu tak, że jest ona zawarta w ilości 0,5-10% wag. kompozycji z utwardzonego gipsu.

Kompozycja gipsowa może również zawierać włóknistą matę. Ta mata włóknista może być tkana lub włókninowa. Korzystnie mata włóknista jest wykonana z materiału, który może kompensować rozszerzalność kompozycji gipsowej podczas uwadniania. Przykładowo włóknista mata może być w postaci maty papierowej, maty z włókien szklanych lub innej maty z włókien syntetycznych. W niektórych przykł adach realizacji mata wł óknista jest wł ókninowa i moż e zawierać wł ókna szklane. Korzystnie mata włóknista może być nałożona na powierzchnię gipsowego odlewu podczas wytwarzania, aby utworzyć płaską powierzchnię i polepszyć integralność, wygląd i możliwości manipulowania wysuszonym odlewem gipsowym podczas produkcji, przeładunku i zastosowania na miejscu. Ponadto mata włóknista może być wykorzystywana jako odsłonięta powierzchnia w końcowym wyrobie (np. płytka sufitowa) i zapewnia wtedy estetyczny przyjemny monolityczny wygląd, który może mieć żądaną gładkość. Stosowana włóknista mata może mieć dowolną odpowiednią grubość. Przykładowo w niektórych wykonaniach wł óknista mata ma grubo ść 76 μ m do 3,81 mm.

W niektórych przykładach realizacji pożądane są właś ciwości akustyczne (np. zmniejszanie hałasu), przykładowo kiedy kompozycja gipsowa według wynalazku jest stosowana w niektórych wyrobach, takich jak płytki wykładziny akustycznej. Kompozycja gipsowa według przedmiotowego wynalazku korzystnie ma współczynnik zmniejszania hałasu co najmniej 0,4 według ASTM E 1042-92, a korzystniej o wartoś ci bliskiej 1,0. Przykł adowo, w niektórych wykonaniach kompozycja gipsowa według wynalazku ma współczynnik zmniejszania hałasu co najmniej 0,5, korzystniej co najmniej około 0,6, jeszcze korzystniej co najmniej 0,7, jeszcze korzystniej co najmniej 0,8, a jeszcze lepiej co najmniej około 0,9. Zasadniczo według przedmiotowego wynalazku wartość akustyczna (mierzona przez współczynnik zmniejszania hałasu) rośnie wraz ze wzrostem objętości porów po odparowanej wodzie w zblokowanej osnowie z utwardzonego gipsu, jak również ze wzrostem stosunku wody do wypalanego gipsu w mieszaninie użytej do wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu.

Według innego aspektu wynalazku opracowano wyrób, który jest wykonany z kompozycji gipsowej według wynalazku. Przykładowo wyrób taki może mieć postać płyty ściennej, rdzenia drzwi, konstrukcyjnej części systemu izolowanych paneli, płytki wykładziny akustycznej, płyty izolacyjnej itp.

Oprócz kompozycji z utwardzonego gipsu według wynalazku wyrób może zawierać drugą kompozycję z utwardzonego gipsu, która ma większą gęstość niż kompozycja gipsowa według wynalazku. Przykładowo kompozycja gipsowa według wynalazku i druga, bardziej gęsta kompozycja gipsowa mogą być zawarte w oddzielnych płytach gipsowych, które są ułożone warstwowo tak, aby utworzyć laminat z płyt gipsowych. Korzystnie ta druga płyta gipsowa ma gęstość w przybliżeniu 320 kg/m³, korzystniej co najmniej 479 kg/m³, a jeszcze korzystniej co najmniej 639 kg/m³. Gęstość drugiej kompozycji z utwardzonego gipsu może być jeszcze większa (np. co najmniej około 799 kg/m³, zwłaszcza co najmniej około 959 kg/m³ lub więcej). Kompozycja z utwardzonego gipsu według przedmiotowego wynalazku korzystnie ma natomiast gęstość mniejszą niż 320 kg/m³, np. mniejszą niż 240 kg/m³, ₃ a nawet mniejszą niż około 192 kg/m³.

Obecność gęstej płyty gipsowej jest pożądana, ponieważ przykładowo stanowi ona osłonę do tworzenia kompozycji według wynalazku z utwardzonego gipsu o mniejszej gęstości. Ponadto gęsta płyta gipsowa zapewnia wytrzymałość w stanie mokrym, np. podczas wytwarzania i wytrzymałość w stanie suchym w gotowym laminacie. Zastosowanie gęstej płyty gipsowej zwiększa również korzystnie ognioodporność i odporność na osiadanie, równocześnie zapewniając odbijanie dźwięku

PL 204 485 B1 (podczas gdy płyta gipsowa według wynalazku o mniejszej gęstości pochłania dźwięk), tak aby pomóc w zmniejszeniu do minimum przechodzenia dźwięku poprzez wyrób wykonany z laminatu złożonego z pł yt gipsowych.

Na fig. 1 przedstawiono schematycznie laminat 10, który zawiera pierwszą gipsową płytę 12, wykonaną z kompozycji z utwardzonego gipsu według wynalazku, jak również drugą gipsową płytę 14, wykonaną z drugiej kompozycji z utwardzonego gipsu, takiej, że jest ona gęściejsza niż pierwsza gipsowa płyta 12. Ewentualnie pomiędzy tymi dwiema płytami 12 i 14 może być umieszczona wzmacniająca mata (np. porowata), aby ułatwić wytwarzanie płyty 12 o mniejszej gęstości i polepszyć całkowitą wytrzymałość laminatu 10. W laminacie 10 płyty 12 i 14 mogą mieć dowolną odpowiednią grubość. Przykładowo pierwsza płyta 12 może mieć grubość 1,27 cm do 5,08 cm, natomiast druga płyta 14 może mieć grubość od 0,159 cm do 0,635 cm.

Pierwsza płyta gipsowa 12 zawiera pierwszą powierzchnię 16 i drugą powierzchnię 18, a druga płyta gipsowa 14 ma pierwszą powierzchnię 20 i drugą powierzchnię 22. Powierzchnia 16 gipsowej płyty 12 styka się z powierzchnią 20 gipsowej płyty 14. Włóknista mata 24 jest nałożona na powierzchnię 18 gipsowej płyty 12. Laminat 10 zawiera również karton 26 umieszczony na powierzchni 22 gipsowej płyty 14.

Figura 2 przedstawia laminat pokazany w przykładowym wyrobie, mianowicie w sufitowej płytce 28. Jak na fig. 1, gęsta płyta, mająca małą gęstość płyta z utwardzonego gipsu według przedmiotowego wynalazku oraz włóknista mata są odpowiednio oznaczone przez 14, 12 i 24. Sufitowa płytka 28 zawiera półkę 30 ułatwiającą montaż podwieszony.

Figura 3 przedstawia dwa laminaty 10A i 10B połączone ze sobą, by utworzyć złożony laminat 32. Ten złożony laminat 32 zawiera pierwsze gipsowe płyty 12A i 12B oraz drugie, gęściejsze gipsowe płyty 14A i 14B. Karton 26A i 26B jest umieszczony na zewnętrznych powierzchniach 22A i 22B gipsowych płyt 14A i 14B. Dwa laminaty 10A i 10B są połączone ze sobą w odpowiedni sposób. Przykładowo laminaty 10A i 10B mogą być połączone klejem 34. Chociaż na fig. 3 pokazano klej 34, fachowcy wiedzą, że laminaty 10A i 10B można łączyć dowolnym innym odpowiednim materiałem, takim jak np., ale bez ograniczenia, gips, spoiwa, kleje, lateks itp. Należy zauważyć, że w pewnych przykładach realizacji (np. tam, gdzie stosuje się proces wielostopniowy) jedną pierwszą gipsową płytę 12 można umieścić pomiędzy dwiema drugimi gęstymi płytami gipsowymi 14A i 14B, jeżeli jest to pożądane.

Wytworzenie kompozycji z utwardzonego gipsu według przedmiotowego wynalazku przebiega w taki sposób, że wytwarza się mieszaninę (np. zawiesinę) z wypalonego gipsu i wody. Objętość porów po odparowanej wodzie w kompozycji z utwardzonego gipsu według przedmiotowego wynalazku zmienia się proporcjonalnie ze stosunkiem wagowym wody do wypalonego gipsu zastosowanym przy wytwarzaniu wodnej mieszaniny wypalonego gipsu, z której odlewa się kompozycję z utwardzonego gipsu. Im większy zatem stosuje się stosunek wody do wypalonego gipsu przy wytwarzaniu mieszaniny, tym większa jest objętość porów po odparowanej wodzie w zblokowanej osnowie z utwardzonego gipsu i tym mniejsza jest gęstość kompozycji z utwardzonego gipsu.

Korzystnie stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu, zawierającego co najmniej 30% wag. niewłóknistego wypalanego gipsu, stosowany przy wytwarzaniu mieszaniny, wynosi co najmniej 3:1, korzystniej od 3:1 do 12:1. W niektórych przykładach realizacji stosunek wagowy wody do wypalanego gipsu, zawierającego co najmniej 30% wag. niewłóknistego wypalanego gipsu, użyty przy wytwarzaniu mieszaniny, wynosi od 4,5:1 do 9:1, albo też stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu, posiadającego co najmniej 30% wag. niewłóknistego wypalanego gipsu, zastosowany do wytworzenia mieszaniny, wynosi od 5:1 do 8:1.

Należy zauważyć, że w praktycznej realizacji wynalazku można stosować różne proporcje mieszaniny włóknistego i niewłóknistego gipsu wypalanego. Kiedy kompozycja z utwardzonego gipsu jest wykonana z więcej niż 70% wag. włóknistego gipsu wypalanego, stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu użyty przy wytwarzaniu mieszaniny wynosi od 4,5:1 do 12:1, korzystnie stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu w tym przykładzie realizacji wynosi od 4,5:1 do 9:1, a korzystniej od 5:1 do 8:1.

Przed odlaniem mieszaniny do wodnej mieszaniny wypalonego gipsu wprowadza się jeden lub więcej materiałów ulepszających, takich jak przykładowo związek trimetafosforanowy, polifosforan amonowy, posiadający 500-3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związek polikarboksylowy, środek powierzchniowo czynny lub ich kombinacje. Ilość materiału ulepszającego wprowadzonego

PL 204 485 B1 w wodną mieszaninę wypalonego gipsu jest korzystnie oparta na ci ężarze wypalonego gipsu dodanego w celu wytworzenia mieszaniny.

Ponadto przed odlewaniem do wodnej mieszaniny wypalonego gipsu można dodać opcjonalne dodatki, takie jak, ale bez ograniczenia, dodatek wzmacniający (np. włókna, spoiwo (np. polimery, takie jak lateks), spieniony perlit, pianę wodną do utworzenia porów spowodowanych przez pianę w kompozycji utwardzonej osnowy, skrobię (taką jak wstępnie żelatynizowana skrobia), środki przyspieszające, środki hamujące, biocydy, fungicydy, środki bakteriobójcze, środki zwiększające odporność na wodę, inne dodatki znane fachowcom oraz ich kombinacje.

Wodna mieszanina wypalonego gipsu, która zawiera teraz materiał ulepszający i inne opcjonalne dodatki, korzystnie jest mieszana na mokro, a następnie odlewana (np. w postaci płyty). Podczas wytwarzania odlewu na powierzchnię mieszaniny można położyć ewentualnie matę włóknistą, opisaną tu. Aby zmniejszyć koszty suszenia, mokry odlew gipsowy można poddać odsączeniu (np. przy ciśnieniu 20-50 mmHg), jeśli trzeba, aby odsączyć nadmiar wody po pełnym uwodnieniu wypalonego gipsu. Odsączony lub nieodsączony odlew gipsowy suszy się następnie (np. w piecu), by wytworzyć wysuszoną kompozycję z utwardzonego gipsu.

Kompozycja gipsowa według wynalazku jest stabilna wymiarowo, a zwłaszcza jest odporna na skurcz podczas procesu technologicznego. W związku z tym kompozycja z utwardzonego gipsu doznaje skurczu około 2% lub mniej podczas jej wytwarzania, korzystniej 1% lub mniej, a jeszcze korzystniej 0,1% lub mniej. Szczególnie zaskakujące jest to, że taka kompozycja z utwardzonego gipsu o małej gęstoś ci może być wytworzona z takim małym stopniem skurczu.

Fachowiec zauważy, że po suszeniu można zastosować dalszą obróbkę. Przykładowo kompozycję z utwardzonego gipsu można poddać powlekaniu powierzchniowemu żywicą i/lub impregnatem krzemianowym, aby wzmocnić kompozycję gipsową i polepszyć jej właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne.

Jedynie na zasadzie przykładu przedstawiono poniżej schemat przykładowego procesu wytwarzania płyty z utwardzonego gipsu o małej gęstości:

Wypalony gips, przyspieszacz i inne suche dodatki

Potrzebna woda, miazga z włókien celulozowych + Acrysol 644

Piana (roztwory środków powierzchniowo czynnych)

Mieszanie (na mokro)

Odlewanie gipsu/końcowe utwardzanie

Suszenie (zwiększanie wytrzymałości).

Schemat 1

W celu utworzenia laminatu (lub do uż ycia w wyrobie) karton zagina się podwójnie przy każ dej krawędzi. Te krawędzie zagina się do góry, korzystnie w celu utworzenia tacy. Gęstą warstwę zawiesiny gipsowej układa się na kartonie z mieszalnika gipsu, przy czym grubość i nakładanie warstwy są kontrolowane, co jest zrozumiałe dla fachowca. Pozostała wodna mieszanina wypalonego gipsu jest przeprowadzana przez dodatkowy proces mieszania, aby dodać więcej wody (i w razie potrzeby materiałów ulepszających i/lub ewentualnych opisanych tu dodatków) w celu wytworzenia mieszaniny służącej do utworzenia kompozycji z utwardzonego gipsu o mniejszej gęstości według wynalazku. Następnie zawiesinę warstwy o małej gęstości układa się na warstwie gęstej za pomocą walców, urządzeń czyszczących itp., co jest oczywiste dla fachowca. W razie potrzeby można nałożyć włóknistą matę tkaną lub włókninową.

Takie wytwarzanie laminatu można przeprowadzać na konwencjonalnej linii produkcji płyt gipsowych, by poddać go procesowi utwardzania. Kiedy laminat jest prawie uwodniony, górną część płyty o małej gęstości można ewentualnie perforować, by polepszyć właściwości schnięcia i właś ciwości zmniejszania hałasu. Następnie laminat tnie się na żądaną długość, np. za pomocą noża do płyt lub

PL 204 485 B1 strumieniami tnącymi pod wysokim ciśnieniem. Płytę można następnie suszyć, np. stroną kartonową do dołu, a stroną bez kartonu lub stroną z włóknistą matą do góry.

Dodatkowe operacje wykończeniowe mogą być różne w zależności od żądanego wyrobu. Przykładowo w odniesieniu do płytek sufitowych wykańczanie obejmuje wycinanie piłą na potrzebny wymiar, tekstruowanie, powlekanie i pakowanie. Procesy wykończeniowe przy innych zastosowaniach mogą obejmować przykładowo laminowanie czołowe (stroną kartonową na zewnątrz), laminowanie strony tylnej (strona kartonowa do wewnątrz), wykańczanie wymiarowe (końcowe piłowanie) i procesy powlekania, jeżeli potrzeba.

Objętość porów po odparowanej wodzie w kompozycjach z utwardzonego gipsu według wynalazku mierzono podczas badania objętości porów po odparowanej wodzie, opisanego poniżej. Badanie to wykorzystuje skaningowy mikroskop elektronowy i analizę obrazu mikroskopowego, by określić objętość porów po wodzie w zblokowanej osnowie z utwardzonego gipsu. Badanie to rozróżnia pory, które mogą powstać w kompozycji z utwardzonego gipsu na skutek stosowania czynników pieniących itp.

W przygotowaniu do badań obję tości porów po odparowanej wodzie najpierw wytwarza się kompozycję z utwardzonego gipsu. Próbkę kompozycji z utwardzonego gipsu przygotowuje się następnie do analizy pod skaningowym mikroskopem elektronowym następująco: najpierw żywicę epoksydową (zastosowano epoksyd Buhler) i utwardzacz umieszcza się w warunkach dużego podciśnienia w oddzielnych miskach do odgazowania. Po odgazowaniu ż ywicę i utwardzacz miesza się w stosunku 6:1 pod ciśnieniem atmosferycznym przez 5 minut w obrotowej misce z minimalnym dodawaniem powietrza. Miskę zawierającą tę mieszaninę oraz próbkę umieszczoną w gumowej misce montażowej umieszcza się następnie w warunkach dużego podciśnienia. Następnie mieszaninę epoksydową wylewa się na próbkę gipsową wykorzystując zdalnie uruchamiany silnik elektryczny, który służy do przechylania miski z żywicą epoksydową. Powietrze jest powoli wpuszczane do komory, a zwiększane ciśnienie wtłacza żywicę epoksydową we wszystkie puste przestrzenie w utwardzonym gipsie. Do żywicy epoksydowej przed utwardzeniem wprowadza się znacznik próbki, aby uniknąć ewentualnej pomyłki w identyfikacji próbki.

Po utwardzeniu przeprowadza się szlifowanie za pomocą ściernic diamentowych ze spoiwem metalowym o wielkości ziarna kolejno 120 μm, 75 μm, 45 μm i 15 μm. Zeszlifowuje się próbkę wystarczająco, by widoczny był przekrój gipsowej próbki.

Po szlifowaniu przeprowadza się polerowanie na urządzeniu TEXMET (z firmy Buhler, Lake Bluff, Illinois) przy prędkości 120 obr/min zawiesiną diamentową na bazie oleju o wielkości ziarna 9 μm (30 minut) i o wielkości ziarna 1 um (30 minut) METADI (z firmy Buhler).

Następnie próbkę powleka się cienką warstwą węgla za pomocą urządzenia napylającego Denton Vacuum Desk II wyposażonego w przystawkę węglową. Należy starać się nałożyć równomierną powłokę węglową na polerowane przekroje, by uniknąć oscylacji jaskrawości i kontrastu podczas tworzenia obrazu.

Każdą próbkę maluje się następnie srebrem, aby zapewnić połączenie z ziemią podczas tworzenia obrazu pod skaningowym mikroskopem elektronowym z powiększeniem 300x. Z wszystkich próbek zdejmuje się obraz w skaningowym mikroskopie elektronowym Topcon SM300 wyposażonym w półprzewodnikowy detektor wstecznie rozproszonych elektronów. Obrazy są wybierane wizualnie, tak że obszarem analizowanym jest tylko ciągła faza osnowy z utwardzonego gipsu zawierająca swe pory po odparowanej wodzie bez makrowymiarowych nieciągłości, np. porów powietrznych po pianie, włókien celulozowych itp., które nie są częścią ciągłej fazy zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu. Analizę obrazu pod skaningowym mikroskopem elektronowym przeprowadza się, jak opisano w publikacji King i in., An Effective SEM-Based Image Analysis System for Quantitative Mineralogy, Kona Powder and Particle, Nr 11 (1993), stosując opisane tam oprogramowanie komputerowe. Analiza obrazu umożliwia określenie objętości porów po odparowanej wodzie w zblokowanej osnowie kompozycji z utwardzonego gipsu.

Następujące przykłady przedstawiają dodatkowo przedmiotowy wynalazek, ale oczywiście nie ograniczają jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Procedura wytwarzania laboratoryjnego odlewu gipsowego i przeprowadzania różnych badań

Próbki kompozycji zawierających utwardzony gips przygotowano według wynalazku i porównano pod względem ich gęstości w stanie suchym, zdolności do zmniejszania hałasu i skurczu przy suszeniu.

PL 204 485 B1

Odlewy gipsowe wytworzono przez zmieszanie na sucho: 300 g półwodzianu siarczanu wapnia beta; 2,0 g czynnika przyspieszającego utwardzanie, zawierającego drobno zmielone cząstki dwuwodzianu siarczanu wapnia powleczone cukrem w celu zachowania skuteczności i ogrzane, jak podano w opisie patentowym US 3,573,947, przy różnych stosunkach wody do wypalonego gipsu. Próbki te zmieszano następnie z różnymi ilościami wody wodociągowej o temperaturze 21°C w 5-litrowym mieszalniku WARING z umożliwieniem nasiąkania przez 5 sekund oraz z mieszaniem z małą prędkością przez 10-25 sekund. Ilość wody i wypalonego gipsu zmieniano, by otrzymać stosunki wody do gipsu od 1:1 do 9:1. Tak utworzone zawiesiny wylewano w żądane formy, by wykonać odlewy gipsowe (pierścień o średnicy 15,24 cm i o grubości 1,27 cm). Po utwardzeniu półwodzianu siarczanu wapnia w celu utworzenia odlewu gipsowego (dwuwodzian siarczanu wapnia) pierścień wyjmowano z form i suszono w wentylowanym piecu o temperaturze 44,4°C przez co najmniej 24 godziny lub aż do ustabilizowania się ciężaru. Wysuszone odlewy gipsowe wykorzystano następnie do badań objętości porów po odparowanej wodzie, do pomiaru gęstości, zdolności zmniejszania hałasu oraz skurczu przy suszeniu.

Gęstość odlewu gipsowego wyznaczano na podstawie pomiarów objętości i ciężaru. Skurcz odlewu gipsowego obliczano na podstawie różnicy jego wymiarów przed i po suszeniu. Zdolność zmniejszania hałasu odlewu gipsowego otrzymano ze znormalizowanego badania w rurze impedancyjnej (według procedury ASTM E 1042-92). Objętość porów po odparowanej wodzie w odlewie gipsowym określono na podstawie opisanego powyżej badania objętości porów po odparowanej wodzie.

Wyniki badania objętości porów po odparowanej wodzie podano w tablicy 1 poniżej jako wartości średnie z trzech badanych próbek. Wyniki te odzwierciedlają w przybliżeniu próbki gipsowe o czystości 87% (zawierające około 13% zanieczyszczeń). Objętość porów po odparowanej wodzie zmienia się wprost proporcjonalnie z czystością wypalanego gipsu użytego do wytworzenia zblokowanej osnowy z utwardzanego gipsu. Oczekiwano zatem, że wartości objętości porów po odparowanej wodzie będą większe przy większej czystości wypalonego gipsu. Oczekiwano również, że wartości objętości porów po odparowanej wodzie będą mniejsze, gdy wypalany gips ma większą zawartość procentową zanieczyszczeń. Dziesięć obrazów każdej próbki przeanalizowano przy powiększeniu 300x i te dziesięć obrazów poddano analizie opisanej powyżej dla badania objętości porów po odparowanej wodzie. Zmierzone wartości przedstawiono jako średnią z dziesięciu analizowanych obrazów i oceniono błąd doświadczenia ± 5% w stosunku do samego badania objętości porów po odparowanej wodzie. W tablicach:

TMP oznacza trimetafosforan sodu;

APP oznacza polifosforan amonowy zawierający 500-3000 powtarzających się jednostek fosforanowych;

PC oznacza kwas poliakrylowy o masie cząsteczkowej około 500.000; a

S oznacza środek powierzchniowo czynny zdolny do zmniejszenia napięcia powierzchniowego mieszaniny wody i wypalonego gipsu, z której odlewany jest utwardzony gips, do około 40 dyn/cm.

T a b l i c a 1

Numer przykładu	Wypalony gips, ^g	Woda, ^g	Stosunek wody do wypalonego gipsu	Dodatek, % wag. w stanie suchym w stosunku do wypalonego gipsu	Objętość porów po odparowanej wodzie EWW
				TMP	APP	PC	S
1	300	300	1	-	-	-	-	0,509
2	300	600	2	-	-	-	-	0,611
3	300	900	3	0,2	-	-	-	0,741
4	300	1200	4	0,5	0,5	-	-	0,774
5	300	1500	5	1	1	-	-	0,841
6	300	1800	6	1	-	0,1	-	0,845
7	300	2100	7	1	-	0,2	0,01	0,848
8	300	2400	8	1	-	0,25	0,01	0,874
9	300	2700	9	1	-	0,3	0,01	0,882

PL 204 485 B1

Dane w tablicy 1 przedstawiają zmianę objętości porów po odparowanej wodzie w zblokowanej osnowie z utwardzonego gipsu, gdy zmienia się stosunek wody do wypalonego gipsu. Widać zwłaszcza, że objętość porów po odparowanej wodzie w kompozycji z utwardzonego gipsu rośnie, gdy stosunek wody do gipsu w mieszaninie, z której odlewana jest kompozycja z utwardzonego gipsu, wzrasta. Dane te pokazują również, że można zastosować nieoczekiwanie duże stosunki wody do wypalonego gipsu przy wytwarzaniu zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu o bardzo dużej objętości porów po odparowanej wodzie. Kompozycje takie są korzystne ze względu na swą małą gęstość i/lub swe właściwości akustyczne, jak to przedstawiają dane w tablicy 2.

Tablica 2 przedstawia wytwarzanie kompozycji z utwardzonego gipsu przy różnych stosunkach wody do wypalanego gipsu i z różnymi materiałami ulepszającymi według wynalazku. Dla porównania tablica ta zawiera również kompozycje z utwardzonego gipsu, które nie zawierają materiałów ulepszających.

T a b l i c a 2

Nr badania	Wypalony gips, ^g	Woda, ^g	Stosunek wody do wypalanego gipsu	Dodatek, % wag. w stanie suchym w stosunku do wypalanego gipsu	Skurcz, %	Zdolność zmniejszania hałasu	Gęstość, kg/m³
				TMP	APP	PC	S
1	300	300	1	-	-	-	-	0	0,21	869
2	300	600	2	-	-	-	-	0	0,21	490
3	300	900	3	-	-	-	-	0,5	0,23	-
4	300	900	3	0,1	-	-	-	0	-	342
5	300	900	3	-	-	0,05	-	0	-	-
6	300	900	3	-	-	-	0,01	0	-	-
7	300	1200	4	-	-	-	-	2,1	-	-
8	300	1200	4	0,5	-	-	-	0	0,25	277
9	300	1200	4	-	0,5	-	-	0	-	-
10	300	1200	4	-	-	0,2	-	0	-	-
11	300	1200	4	-	-	-	0,02	0	-	-
12	300	1500	5	-	-	-	-	5,8	-	-
13	300	1500	5	0,5	0,5	-	-	0	0,3	216
14	300	1500	5	-	-	0,2	-	0	-	-
15	300	1500	5	-	-	-	0,05	0	-	-
16	300	1800	6	-	-	-	-	31,1	-	-
17	300	1800	6	1,0	1,0	-	-	0	0,34	184
18	300	1800	6	-	-	0,3	-	0	-	-
19	300	1800	6	-	-	0,2	0,05	0	-	-
20	300	2100	7	-	-	-	-	51,3	-	-
21	300	2100	7	1,0	1,0	-	-	2,5	-	-
22	300	2100	7	0,5	-	0,2	0,02	0	0,39	181
23	300	2400	8	-	-	-	-	56,7	-	-
24	300	2400	8	0,5	-	0,3	0,05	0	0,48	178
25	300	2400	8	0,5	0,5	0,2	0,01	0	-	-
26	300	2700	9	0,5	-	0,3	0,05		0,56	-
27	300	3000	10	-	-	-	-	66,7	-	-
28	300	3000	10	0,1	-	0,3	0,05	0	0,63	-

PL 204 485 B1

Dane z tablicy 2 pokazują ponadto, że według wynalazku można wytwarzać kompozycje z utwardzonego gipsu o małej gęstości. Dane te pokazują również , ż e gdy stosunek wody do wypalanego gipsu użyty w wodnej mieszaninie wypalanego gipsu, z której odlewana jest kompozycja z utwardzonego gipsu, rośnie, gęstość kompozycji z utwardzonego gipsu maleje. Zmniejszenie gęstości jest spowodowane przez większą objętość porów po odparowanej wodzie w kompozycjach z utwardzonego gipsu wytworzonych przy wię kszych stosunkach wody do wypalonego gipsu.

Dane te ilustrują również lepsze właściwości akustyczne, mierzone jako zdolność zmniejszania hałasu osiąganą przez kompozycje z utwardzonego gipsu wytworzone przy większych stosunkach wody do wypalanego gipsu według wynalazku. Należy zauważyć, że wartości zdolności zmniejszania hałasu podane w tablicy 2 dotyczą samej zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu, ponieważ w tych kompozycjach nie ma ż adnych innych dodatków pochłaniających dźwięk, takich jak włókna celulozowe itp., które przyczyniałyby się do lepszych właściwości akustycznych. Większe wartości zdolności zmniejszania hałasu zblokowanej osnowy z utwardzonego gipsu umożliwiają wytwarzanie płytki akustycznej na bazie gipsu o małej gęstości z dużymi wartościami zdolności zmniejszania hałasu, przy czym właściwości akustyczne takiej płytki można dodatkowo polepszyć przez wybór dodatków i innych znanych technik ulepszania właściwości akustycznych. Alternatywnie stosowanie kompozycji według wynalazku o dużej zdolności zmniejszania hałasu umożliwia użycia mniejszej ilości papieru lub innych znanych materiałów polepszających właściwości akustyczne i nadal uzyskiwanie płytek akustycznych spełniających lub przewyższających wymagania norm przemysłowych.

Ponadto kompozycje z utwardzonego gipsu według wynalazku, tj. kompozycje o małej gęstości, które są wykonane przy użyciu powyżej wymienionych materiałów ulepszających, są mniej podatne na skurcz niż kompozycje z utwardzonego gipsu o małej gęstości wykonane bez takich materiałów ulepszających. Kompozycje z utwardzonego gipsu o dowolnej wielkości lub kształcie, obejmującym np. płyty, płytki akustyczne, rdzenie drzwi itp., można wytwarzać ze standardowymi wymiarami i tolerancjami bez znacznego skurczu i bez towarzyszących strat, np. brakowania.

Opis ten obejmuje w całości treść wszystkich cytowanych tu publikacji, łącznie z opisami patentowymi i zgłoszeniami patentowymi.

Chociaż wynalazek ten opisano kładąc szczególny nacisk na korzystne przykłady realizacji, dla fachowca jest oczywiste, że można stosować odmiany korzystnych przykładów realizacji i że wynalazek może być praktycznie realizowany inaczej niż opisano w przykładach.

Claims

1. Kompozycja z utwardzonego gipsu, wytworzona z mieszaniny zawierającej co najmniej wypalony gips i wodę, utrzymywanej w warunkach wystarczających, by wypalony gips tworzył zblokowaną osnowę z utwardzonego gipsu, znamienna tym, że mieszanina wypalonego gipsu i wody zawiera materiał ulepszający, wybrany z grupy złożonej ze związku trimetafosforanowego, polifosforanu amonowego, posiadającego 500 do 3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związku polikarboksylowego, środka powierzchniowo czynnego i ich kombinacji, przy czym stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu w mieszaninie wynosi co najmniej 3:1, zaś ilość materiału ulepszającego wynosi 0,01-5% wagowych w odniesieniu do wypalonego gipsu.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że materiałem ulepszającym jest trimetafosforan sodowy lub trimetafosforan sodowy i co najmniej jeden polifosforan amonowy posiadający 1000 -3000 powtarzających się jednostek.

3. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że związek polikarboksylowy jest poliakrylanem posiadającym masę cząsteczkową 200000 do 700000 daltonów.

4. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że środek powierzchniowo czynny jest wybrany z grupy obejmującej środki powierzchniowo czynne na bazie glikolu acetylenowego, środki powierzchniowo czynne zawierające fluor, środki powierzchniowo czynne zawierające krzem, oraz ich kombinacje.

5. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że środek powierzchniowo czynny ma zdolność zmniejszania napięcia powierzchniowego wody do około 0,04 N/cm lub poniżej.

6. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że ma współczynnik zmniejszania hałasu co najmniej 0,4 według ASTM E 1042-92.

PL 204 485 B1

7. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że ponadto zawiera co najmniej jeden z następujących elementów: włóknista mata, spoiwo, spieniony perlit, skrobia, dodatek wzmacniający oraz pory powietrzne z piany wodnej.

8. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 4,5:1 do 9:1.

9. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej 50% wagowych wypalonego gipsu jest beta półwodzianem siarczanu wapnia.

10. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że materiałem ulepszającym jest związek trimetafosforanowy i związek polikarboksylowy albo polifosforan amonowy posiadający 500 do 3000 powtarzających się jednostek fosforanowych i związek polikarboksylowy.

11. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 3:1 do 12:1.

12. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek wagowy wody do wypalonego gipsu wynosi od 5:1 do 8:1.

13. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że jej kurczliwość wynosi co najwyżej 2%.

14. Wyrób gipsowy, znamienny tym, że zawiera pierwszą płytę z kompozycji gipsowej określonej w zastrz. 1 oraz zawiera drugą płytę gipsową, przy czym gęstość tej drugiej płyty gipsowej jest większa niż gęstość pierwszej płyty.

₃

15. Wyrób według zastrz. 14, znamienny tym, że druga płyta gipsowa ma gęstość 320 kg/m³, a pierwsza pł yta ma gę stość mniejszą niż 320 kg/m³.

16. Wyrób według zastrz. 14, znamienny tym, że zawiera karton wsparty na drugiej płycie gipsowej.

17. Wyrób według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera trzecią płytę gipsową, której gęstość jest większa niż gęstość pierwszej płyty.

18. Wyrób według zastrz. 14, znamienny tym, że zawiera kolejną płytę z kompozycji gipsowej, której gęstość jest mniejsza niż gęstość drugiej płyty gipsowej i trzeciej płyty gipsowej.

19. Sposób wytwarzania kompozycji z utwardzonego gipsu, obejmujący przygotowanie mieszaniny z co najmniej wypalonego gipsu i wody, oraz utrzymywanie tej mieszaniny w warunkach wystarczających, by wypalony gips tworzył osnowę z utwardzonego gipsu, znamienny tym, że mieszanina wypalonego gipsu i wody zawiera materiał ulepszający wybrany z grupy złożonej ze związku trimetafosforanowego, polifosforanu amonowego, posiadającego 500 do 3000 powtarzających się jednostek fosforanowych, związku polikarboksylowego, środka powierzchniowo czynnego i ich kombinacji, przy czym stosunek wody do wypalonego gipsu użytego do utworzenia mieszaniny wynosi co najmniej 3:1, zaś ilość materiału ulepszającego użytego do tworzenia mieszaniny wynosi 0,01 do 5% wagowych w odniesieniu do wypalonego gipsu.