Гипсовая стеновая панель с низким пылением

Гипсовая стеновая панель с низким пылением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Изобретение относится к способу изготовления гипсовой стеновой панели, в которой образование пыли в ходе ее обработки существенно снижено. Более конкретно способ включает введение мыльной пены в количестве, достаточном для образования объема пор от приблизительно 80% до приблизительно 92% в затвердевшем гипсовом сердечнике, что соответствует плотности гипсового сердечника от приблизительно 0,16 г/см³ (10 фунтов на куб. фут) до приблизительно 0,48 г/см³ (30 фунтов на куб. фут), которая обеспечивает существенное снижение образования пыли в ходе обработки. Также изобретение относится к гипсовой стеновой панели с низким пылением, изготовленной с использованием способа.

Уровень техники

Определенные свойства гипса (двуводного сульфата кальция) делают его широко используемым при изготовлении промышленных и строительных изделий, таких как гипсовые стеновые панели. Гипс является распространенным и в общем недорогим сырьем, который посредством процесса дегидратации и регидратации можно отливать, прессовать или другим образом формировать с получением полезных форм. Исходным материалом, из которого изготавливают гипсовые стеновые панели и другие гипсовые изделия, является полугидратная форма сульфата кальция (CaSO₄·1/2H₂O), обычно называемая “штукатурным гипсом”, получаемая термическим преобразованием дигидратной формы сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), из которой удаляют 1-1/2 молекул воды.

Традиционные гипсосодержащие изделия, такие как гипсовые стеновые панели, обладают многими преимуществами, такими как низкая стоимость и легкая обрабатываемость, хотя может образовываться значительное количество гипсовой пыли, если изделия режут или сверлят. Разнообразные улучшения свойств достигнуты в изготовлении гипсосодержащих изделий при использовании крахмалов как компонентов суспензий, используемых для получения таких изделий. Прежелатинированный крахмал, подобно клею, может увеличивать прочность на изгиб и прочность на сжатие гипсосодержащего изделий, включая гипсовые стеновые панели. Известные гипсовые стеновые панели содержат крахмал на уровне приблизительно менее 49 г/м² (10 фунтов на 1000 кв. футов).

Также необходимо использовать значительное количество воды в гипсовых суспензиях, содержащих прежелатинированный крахмал, чтобы обеспечить необходимую текучесть суспензии. К сожалению, большую часть воды в итоге необходимо удалять путем сушки, требующей больших затрат вследствие высокой стоимости топлива, используемого в процессе сушки. Также стадия сушки требует затрат времени. Обнаружено, что использование нафталинсульфонатных диспергирующих агентов может увеличивать текучесть суспензии, таким образом предотвращая проблемы, связанные с водопотребностью. Кроме того, также установлено, что нафталинсульфонатные диспергирующие агенты, если их используют при достаточно высоком содержании, могут сшивать прежелатинированный крахмал, сцепляя кристаллы гипса друг с другом после сушки, таким образом увеличивая прочность гипсового композиционного материала в сухом состоянии. Таким образом, сочетание прежелатинированного крахмала и нафталинсульфонатного диспергирующего агента обеспечивает клеящий эффект, заключающийся в сцеплении кристаллов затвердевшего гипса друг с другом. Ранее не было определено влияния триметафосфатных солей на водопотребность гипсовой суспензии. Однако, заявителем обнаружено, что увеличение содержания триметафосфатной соли до ранее неизвестного уровня в присутствии определенного диспергирующего агента дает возможность достичь надлежащей текучести суспензии с неожиданным снижением количества воды, даже в присутствии высокого содержания крахмала. Это, конечно, является весьма желательным вследствие того, что в свою очередь снижается использование топлива для сушки, а также время технологического процесса, затрачиваемого в связи с последующей стадией удаления воды. Таким образом, заявителем также установлено, что прочность гипсовой панели в сухом состоянии может быть увеличена при использовании нафталинсульфонатного диспергирующего агента в сочетании с прежелатинированным крахмалом в суспензии, используемой для получения стеновых панелей.

Гипсовые стеновые панели по настоящему изобретению следует отличать от звукоизолирующих панелей или плиток, не имеющих обшивки. Также гипсовые стеновые панели по настоящему изобретению следует отличать от звукоизолирующих панелей или плиток, включающих полистирол в качестве легкого наполнителя. Важно, что вышеупомянутые звукоизолирующие панели и плитка не соответствуют многочисленным стандартах ASTM, которые применяют для гипсовых стеновых панелей. Например, известные звукоизолирующие панели не обладают прочностью на изгиб, требуемой для гипсовых стеновых панелей, включая панели по настоящему изобретению. С другой стороны, чтобы звукоизолирующие панели или плитки отвечали требованиям стандартов ASTM, необходимо, чтобы открытая поверхность звукоизолирующих панелей или плитки содержала полости или выемки, что не желательно для гипсовых стеновых панелей и ухудшает свойства сопротивления выдергиванию гвоздя.

Образование пыли является потенциальной проблемой при установке всех стеновых панелей. Когда гипсовые стеновые панели обрабатывают, например, резанием, распиливанием, фасонным фрезерованием, отламыванием, закреплением гвоздями или закреплением винтами, или сверлением, образуется значительное количество гипсовой пыли. В рамках настоящего описания “пыление” и “образование пыли” означает выделение пыли в окружающее рабочее пространство при обработке гипсосодержащего изделия, например, резанием, распиливанием, фасонным фрезерованием, надрезанием/отламыванием, закреплением гвоздями или закреплением винтами, или сверлением стеновых панелей. Обработка также в общем может включать стандартные операции по обращению с панелями, включая образование пыли при случайном скалывании и истирании стеновых панелей в ходе транспортировки, переноски и установки. Если можно было бы найти способ получения стеновых панелей низкой плотности, в которых такое образование пыли существенно снижено, то этот способ представлял бы собой особенно полезное усовершенствование существующего уровня техники.

Краткое изложение сущности изобретения

Изобретение в общем включает гипсовую стеновую панель с низким пылением, содержащую затвердевший гипсовый сердечник, сформированный между двумя по существу параллельными покровными листами, причем затвердевший гипсовый сердечник имеет общий объем пор от приблизительно 75% до приблизительно 95%, затвердевший гипсовый сердечник выполнен из гипсосодержащей суспензии, включающей воду, штукатурный гипс, прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, где прежелатинированный крахмал присутствует в количестве от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% относительно массы штукатурного гипса. Предпочтительно нафталинсульфонатный диспергирующий агент присутствует в количестве приблизительно 0,1-3,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса. При необходимости триметафосфат натрия присутствует в количестве по меньшей мере приблизительно 0,12 мас.% относительно массы штукатурного гипса. В предпочтительном воплощении, триметафосфатная соль присутствует в количестве приблизительно 0,12-0,4 мас.% относительно массы штукатурного гипса.

В предпочтительном воплощении изобретение включает гипсовую стеновую панель с низким пылением, содержащую затвердевший гипсовый сердечник, включающий прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, сформированный между двумя по существу параллельными покровными листами, причем гипсовый сердечник имеет общий объем пор от приблизительно 80% до приблизительно 92%, где по меньшей мере 60% общего объема пор включают воздушные поры со средним диаметром менее приблизительно 100 мкм, и затвердевший гипсовый сердечник имеет плотность от приблизительно 0,16 г/см³ (10 фунтов на куб. фут) до приблизительно 0,48 г/см³ (30 фунтов на куб. фут). Затвердевший гипсовый сердечник выполнен из гипсосодержащей суспензии, включающей штукатурный гипс, прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, где прежелатинированный крахмал присутствует в количестве от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% относительно массы штукатурного гипса. Предпочтительно нафталинсульфонатный диспергирующий агент присутствует в количестве приблизительно 0,1-3,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса.

Гипсовая стеновая панель, полученная в соответствии с изобретением обладает высокой прочностью и еще более низкой массой, чем традиционные стеновые панели. Кроме того, обнаружено, что если обеспечивают общий объем пор в затвердевшем гипсовом сердечнике от приблизительно 75% до приблизительно 95% и предпочтительно от приблизительно 80% до приблизительно 92%, образуется намного меньше пыли при резании, распиливании, фасонном фрезеровании, отламывании, закреплении гвоздями или закреплении винтами, или сверлении стеновых панелей, изготовленных в соответствии с данным воплощением.

В еще одном воплощении изобретения представлен способ изготовления высокопрочной гипсовой стеновой панели с низким пылением посредством смешивания гипсосодержащей суспензии, включающей воду, штукатурный гипс, прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, где нафталинсульфонатный диспергирующий агент присутствует в количестве приблизительно 0,1-3,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, а прежелатинированный крахмал присутствует в количестве от по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% относительно массы штукатурного гипса, и добавления достаточного количества мыльной пены в гипсосодержащую суспензию, чтобы получить общий объем пор, включающий воздушные поры, от приблизительно 75% до приблизительно 95% в готовой стеновой панели. Полученную гипсосодержащую суспензию выкладывают на первый лист бумаги или другой походящий покровный лист, а второй лист бумаги или другой походящий покровный лист помещают поверх уложенной суспензии с формированием гипсовой стеновой панели. Гипсовую стеновую панель режут после того, как гипсосодержащая суспензия достаточно затвердеет для резания, и полученную гипсовую панель сушат, чтобы обеспечить затвердевший гипсовый сердечник в готовой стеновой панели с общим объемом пор, включающим воздушные поры, от приблизительно 75% до приблизительно 95%. Гипсосодержащая суспензия может при необходимости содержать триметафосфатную соль, например триметафосфат натрия. Другие традиционные компоненты также используют в суспензии, включая, где это подходит, ускорители твердения, связующие, гидрофобизирующие добавки, бумажное волокно, стекловолокно, глину, биоциды и другие известные компоненты.

В еще одном воплощении изобретения представлен способ применения гипсовых стеновых панелей с низким пылением, включающий обеспечение гипсовой стеновой панели с низким пылением с затвердевшим гипсовым сердечником, имеющим общий объем пор от приблизительно 75% до приблизительно 95%, где по меньшей мере 60% общего объема пор составляют воздушные поры со средним диаметром менее приблизительно 100 мкм, и включающим поры, заполненные водой, со средним диметром менее приблизительно 5 мкм, обработку стеновой панели способом, производящим гипсовую пыль (т.е. резанием, распиливанием, фасонным фрезерованием, отламыванием, закреплением гвоздями или закреплением винтами, или сверлением), и поглощение значительной части гипсовой пыли порами.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:08), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 15Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.2 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:30), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 15Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.3 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:50), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 15Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.4 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:08), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 50Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.5 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:30), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 50Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения

На Фиг.6 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:50), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 50Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.7 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:50), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 500Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.8 представлена микрофотография литого гипсового кубического образца (11:50), полученная на электронном микроскопе, при увеличении 2500Х, иллюстрирующая одно из воплощений настоящего изобретения.

На Фиг.9 и 10 представлены микрофотографии литого кубического образца (11:50), полученные на электронном микроскопе, при увеличении 10000Х, иллюстрирующие одно из воплощений настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Неожиданно было обнаружено, что гипсовая стеновая панель, изготовленная с использованием гипсосодержащей суспензии, включающей штукатурный гипс, прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент, и подходящее количество мыльной пены, имеет не только очень низкую плотность сердечника панели, составляющую от приблизительно 0,16 г/см³ (10 фунтов на куб. фут) до 0,48 г/см³ (30 фунтов на куб. фут) (и, таким образом, низкую удельную массу), но также низкое пыление при нормальном обращении с панелью и при обработке, такой как, например, резание, распиливание, фасонное фрезерование, отламывание, закрепление гвоздями или закрепление винтами, или сверление, если общий объем пор затвердевшего гипсового сердечника составляет от приблизительно 80% до приблизительно 92%. Вследствие этого такая стеновая панель легче поддается резанию, чем другие известные изделия. Введение мыльной пены вызывает образование воздушных пор (пузырьков) небольшого размера, которые в среднем могут составлять менее приблизительно 100 мкм в диаметре, но в основном более приблизительно 10 мкм в диаметре, и предпочтительно более приблизительно 20 мкм в диаметре. По изобретению необходимо, чтобы эти небольшие воздушные пузырьки, наряду с порами, заполненными испаряющейся водой (в основном приблизительно 5 мкм в диаметре, или меньше, обычно менее приблизительно 2 мкм в диаметре), были в основном равномерно распределены по всему объему затвердевшего гипсового сердечника в готовых стеновых панелях. Например, затвердевший гипсовый сердечник может иметь объем пор от приблизительно 80% до приблизительно 92%, где по меньшей мере 60% общего объема пор составляют воздушные поры со средним диаметром более приблизительно 10 мкм и по меньшей мере 10% общего объема пор составляют поры, заполненные водой, со средним диаметром менее приблизительно 5 мкм. Полагают, что сердечник панели низкой плотности, изготовленный таким образом и имеющий общий объем пор затвердевшего гипсового сердечника от приблизительно 80% до приблизительно 92%, представленный как воздушными порами, так и порами, заполненными водой (общий объем пор сердечника), поглощает значительное количество мелкой пыли и других отходов порами, открывающимися при резании, распиливании, фасонном фрезеровании, отламывании, закреплении гвоздями или закреплении винтами, или сверлении панелей, так что образование пыли существенно снижается, и пыль не распространяется в воздухе.

Регидратация полугидрата сульфата кальция (штукатурного гипса) и последующее затвердевание требуют определенного, теоретически рассчитанного количества воды (1-1/2 молекулы воды/моль штукатурного гипса) для получения кристаллов двуводного сульфата кальция. Однако промышленные процессы в основном требуют избытка воды. Эта избыточная технологическая вода создает поры, заполненные испаряющейся водой в гипсовой кристаллической матрице, которые в основном имеют по существу неправильную форму, а также сообщаются с другими порами, заполненными водой, образуя нерегулярные каналы, формирующие обычно непрерывную сетку между кристаллами гипса. Напротив, воздушные поры (пузырьки) вводят в гипсовую суспензию при использовании мыльной пены. Воздушные поры в основном имеют сферическую/округлую форму, а также в основном отделены от других воздушных пор и, таким образом, в основном дискретны. Поры, заполненные водой, могут быть распределены в стенках воздушных пор (см., например, Фиг.8-10).

Эффективность поглощения пыли зависит от состава затвердевшего гипсового сердечника. Обнаружено, что нафталинсульфонатные диспергирующие агенты, при использовании их в достаточно большом количестве, могут сшивать прежелатинированный крахмал, сцепляя кристаллы гипса друг с другом после сушки, таким образом повышая прочность гипсового композиционного материала в сухом состоянии. Более того, неожиданно обнаружено, что сочетание прежелатинированного крахмала и нафталинсульфонатного диспергирующего агента (органической фазы) обеспечивает клеящий эффект, заключающийся в сцеплении кристаллов затвердевшего гипса друг с другом, и если этот состав сочетают с конкретным объемом пор и распределением пор, то при надрезании/отламывании готовых стеновых панелей образуются частицы большего размера. Гипсовые частицы большего размера в основном выделяют меньше пыли, распространяющейся в воздухе. Напротив, если используют традиционный состав стеновых панелей, образуются более мелкие частицы и, таким образом, образуется больше пыли. Например, при распиливании традиционных стеновых панелей могут образовываться частицы пыли со средним диаметром приблизительно 20-30 мкм и минимальным диаметром приблизительно 1 мкм. Напротив, при распиливании гипсовых стеновых панелей по настоящему изобретению образуются частицы пыли со средним диаметром приблизительно 30-50 мкм и минимальным диаметром приблизительно 2 мкм; при надрезании/отламывании образуются частицы еще большего диаметра.

В более мягких стеновых панелях пыль может поглощаться как порами, заполненными водой, так и воздушными порами (например, поглощение мелких игл гипса в виде монокристаллической пыли). Более твердые стеновые панели преимущественно поглощают пыль воздушными порами, так как более крупные куски или обломки гипсового сердечника образуются при обработке данных панелей. В таком случае частицы пыли слишком большие для пор, заполненных водой, но они поглощаются воздушными порами. В соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения можно достичь увеличения поглощения пыли путем обеспечения предпочтительного распределения пор/полостей по размерам внутри затвердевшего гипсового сердечника. Предпочтительно иметь распределение пор маленьких и больших размеров в виде распределения воздушных пор и пор, заполненных водой. В одном из воплощений предпочтительное распределение воздушных пор может быть получено при использовании мыльной пены (см. примеры 6 и 7 ниже).

Отношение воздушных пор (более приблизительно 10 мкм) к порам, заполненным водой (менее приблизительно 5 мкм), в затвердевшем гипсовом сердечнике составляет от приблизительно 1,8:1 до приблизительно 9:1. Предпочтительное отношение воздушных пор (более приблизительно 10 мкм) к порам, заполненным водой, (менее приблизительно 5 мкм), в затвердевшем гипсовом сердечнике составляет от приблизительно 2:1 до приблизительно 3:1. В одном из воплощений распределение пор по размерам в затвердевшем гипсовом сердечнике включает приблизительно 10-30% пор менее приблизительно 5 мкм и приблизительно 70-90% пор более приблизительно 10 мкм, в процентах от общего измеренного объема пор. Выражая другим способом, отношение воздушных пор (более приблизительно 10 мкм) к порам, заполненным водой (менее приблизительно 5 мкм), в затвердевшем гипсовом сердечнике составляет от приблизительно 2,3:1 до приблизительно 9:1. В предпочтительном воплощении распределение пор по размерам в затвердевшем гипсовом сердечнике включает приблизительно 30-35% пор менее приблизительно 5 мкм и приблизительно 65-70% пор более приблизительно 10 мкм, в процентах от общего измеренного объема пор. Выражая другим способом, отношение воздушных пор (более приблизительно 10 мкм) к порам, заполненным водой (менее приблизительно 5 мкм), в затвердевшем гипсовом сердечнике составляет от приблизительно 1,8:1 до приблизительно 2,3:1.

Предпочтительно, чтобы средний размер воздушных пор (пузырьков) составлял менее приблизительно 100 мкм в диаметре. В предпочтительном воплощении распределение пор по размерам в затвердевшем гипсовом сердечнике включает: более приблизительно 100 мкм (20%), от приблизительно 50 мкм до приблизительно 100 мкм (30%) и менее приблизительно 50 мкм (50%). Это означает, что предпочтительный средний размер пор составляет приблизительно 50 мкм.

Мыльная пена является предпочтительной для введения и регулирования размеров воздушных пор (пузырьков) и распределения их по размерам в затвердевшем гипсовом сердечнике, а также для регулирования плотности затвердевшего гипсового сердечника. Предпочтительное содержание мыла составляет от приблизительно 0,98 г/м² (0,2 фунта на 1000 кв. футов) до приблизительно 2,94 г/м² (0,6 фунта на 1000 кв. футов); более предпочтительно содержание мыла составляет приблизительно 2,21 г/м² (0,45 фунта на 1000 кв. футов).

Мыльную пену необходимо добавлять в количестве, эффективном для получения требуемой плотности, и регулируемым способом. Чтобы регулировать процесс, оператор должен наблюдать за уровнем линии получения панелей и поддерживать рабочую зону заполненной. Если рабочую зону не поддерживать заполненной, получают стеновые панели с полыми краями. Объем рабочей зоны поддерживают заполненным посредством увеличения количества используемого мыла, чтобы предотвратить разрушение воздушных пузырьков в ходе изготовления панели (для лучшего сохранения воздушных пузырьков), или посредством увеличения расхода воздуха. Таким образом, обычно объем рабочей зоны контролируют и регулируют либо увеличивая или снижая количество используемого мыла, либо увеличивая или снижая расход воздуха. Способ регулирования уровня линии включает регулирование до “динамической суспензии” на столе путем добавления мыльной пены для увеличения объема суспензии или снижением количества используемой мыльной пены для снижения объема суспензии.

В соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения обеспечивают готовые гипсосодержащие изделия, изготовленные из гипсосодержащей суспензии, включающей штукатурный гипс, прежелатинированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергирующий агент. Нафталинсульфонатный диспергирующий агент присутствует в количестве приблизительно 0,1-3,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса. Прежелатинированный крахмал присутствует в количестве от по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса в рецептуре. Другие составляющие, которые могут быть использованы в суспензии, включают связующие, гидрофобизирующие добавки, бумажное волокно, стекловолокно, глину, биоциды и ускорители твердения. В настоящем изобретении необходимо добавлять мыльную пену к только что полученным гипсосодержащим суспензиям, чтобы снижать плотность готового гипсосодержащего изделия, например гипсовой стеновой панели, и для регулирования образования пыли посредством создания общего объема пор от приблизительно 75% до приблизительно 95%, и предпочтительно от приблизительно 80% до приблизительно 92%, в виде небольших воздушных пор (пузырьков) и пор, заполненных водой, в затвердевшем гипсовом сердечнике. Предпочтительно распределение среднего размера пор составляет от приблизительно 1 мкм (поры, заполненные водой) до приблизительно 40-50 мкм (воздушные поры).

Кроме того, сочетание прежелатинированного крахмала в количестве от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.%, нафталинсульфонатного диспергирующего агента в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 3,0 мас.% и триметафосфатной соли в количестве от по меньшей мере приблизительно 0,12 мас.% до приблизительно 0,4 мас.% (все процентные содержания указаны относительно массы сухого штукатурного гипса, используемого в гипсовой суспензии) неожиданно и в значительной степени повышает текучесть гипсовой суспензии. Это существенно снижает количество воды, необходимой для получения гипсовой суспензии с достаточной текучестью, предназначенной для использования при изготовлении гипсосодержащих изделий, таких как гипсовая стеновая панель. Полагают, что содержание триметафосфатной соли, превосходящее по меньшей мере в два раза ее содержание в стандартном составе (в виде триметафосфата натрия), способствует увеличению активности нафталинсульфонатного диспергирующего агента.

В гипсосодержащей суспензии, приготавливаемой в соответствии с настоящим изобретением, необходимо использовать нафталинсульфонатный диспергирующий агент. Нафталинсульфонатные диспергирующие агенты, используемые в настоящем изобретении, включают полинафталинсульфоновую кислоту и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые представляют собой продукты конденсации нафталинсульфоновых кислот и формальдегида. Особенно предпочтительные полинафталинсульфонаты включают нафталинсульфонаты натрия и кальция. Средняя молекулярная масса полинафталинсульфонатов может составлять приблизительно от 3000 до 27000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярная масса составляла приблизительно от 8000 до 22000, и более предпочтительно, чтобы молекулярная масса составляла приблизительно от 12000 до 17000. В виде промышленного продукта диспергирующий агент с большей молекулярной массой обладает большей вязкостью и более низким содержанием твердых веществ, чем диспергирующий агент с более низкой молекулярной массой. Используемые нафталинсульфонаты включают DILOFLO, поставляемый GEO Specialty Chemicals, Кливленд, Огайо; DAXAD, поставляемый Hampshire Chemical Corp., Лексингтон, Массачусетс, и LOMAR D, поставляемый GEO Specialty Chemicals, Лафайет, Индиана. Нафталинсульфонаты предпочтительно используют в виде водных растворов, например, при содержании твердых веществ 35-55 мас.%. Наиболее предпочтительно использовать нафталинсульфонаты в форме водных растворов, например, при содержании твердых веществ 40-45 мас.%. В качестве альтернативы, когда это целесообразно, нафталинсульфонаты можно использовать в форме сухого твердого вещества или порошка, например, такого как LOMAR D.

Полинафталинсульфонаты, используемые в настоящем изобретении, обладают основной структурой (I):

где n>2, а М является натрием, калием, кальцием и т.п.

Нафталинсульфонатный диспергирующий агент, предпочтительно в виде приблизительно 15 мас.% водного раствора, можно использовать в количестве от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 3,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композиционного материала. Более предпочтительное количество нафталинсульфонатного диспергирующего агента составляет от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 2,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, и наиболее предпочтительное количество составляет от приблизительно 0,7 мас.% до приблизительно 2,0 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса. Напротив, известные гипсовые стеновые панели содержат данный диспергирующий агент в количестве приблизительно 0,4 мас.%, или менее, относительно массы сухого штукатурного гипса.

Другими словами, нафталинсульфонатный диспергирующий агент, в пересчете на сухое вещество, можно использовать в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 1,5 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса в составе гипсового композиционного материала. Более предпочтительное количество нафталинсульфонатного диспергирующего агента, в пересчете на сухое вещество, составляет от приблизительно 0,25 мас.% до приблизительно 0,7 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, и наиболее предпочтительное количество (в пересчете на сухое вещество) составляет от приблизительно 0,3 мас.% до приблизительно 0,7 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса.

Гипсосодержащая суспензия может содержать триметафосфатную соль, например триметафосфат натрия. В соответствии с настоящим изобретением можно использовать любой подходящий водорастворимый метафосфат или полифосфат. Предпочтительно использовать триметафосфатную соль, включая двойные соли, которыми являются триметафосфатные соли, содержащие два катиона. Особенно пригодные триметафосфатные соли включают триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат кальция, триметафосфат кальция-натрия, триметафосфат лития, триметафосфат аммония и подобные соли, или их сочетания. Предпочтительной триметафосфатной солью является триметафосфат натрия. Предпочтительно использовать триметафосфатную соль в виде водного раствора, например, при содержании растворенного вещества приблизительно 10-15 мас.%. Также можно использовать циклические или ациклические полифосфаты, как описано в патенте US №6409825, включенном в этот документ путем ссылки.

Триметафосфат натрия является известной добавкой в гипсосодержащие композиции, хотя обычно его используют в количестве от приблизительно 0,05 мас.% до приблизительно 0,08 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, используемой в гипсовой суспензии. В воплощениях настоящего изобретения триметафосфат натрия (или другой водорастворимый метафосфат или полифосфат) может присутствовать в количестве от приблизительно 0,12 мас.% до приблизительно 0,4 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композиционного материала. Предпочтительное количество триметафосфата натрия (или другого водорастворимого метафосфата, или полифосфата) составляет от приблизительно 0,12 мас.% до приблизительно 0,3 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, используемого в составе гипсового композиционного материала.

Существует две формы штукатурного гипса, а именно альфа и бета. Эти две формы штукатурного гипса получают различными способами кальцинации. В настоящем изобретении можно использовать обе формы штукатурного гипса как альфа, так бета-форму.

В гипсосодержащей суспензии, приготавливаемой в соответствии с настоящим изобретением, необходимо использовать крахмал, в частности прежелатинированный крахмал. Предпочтительным прежелатинированным крахмалом является прежелатинированный кукурузный крахмал, например прежелатинированный кукурузный крахмал, выпускаемый Bunge Milling, Сент-Луис, Миссури, со следующим типичным составом: влажность 7,5%, белки 8,0%, жиры 0,5%, сырая клетчатка 0,5%, зола 0,3%; при прочности в сыром состоянии 3,309 кПа (0,48 фунтов на кв. дюйм) и насыпной плотности без утруски 0,56 г/см³ (35,0 фунтов на куб. фут). Прежелатинированный кукурузный крахмал следует использовать в количестве по меньшей мере от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса, используемого в гипсосодержащей суспензии.

Заявителем настоящего изобретения дополнительно обнаружено, что неожиданное увеличение прочности в сухом состоянии (в частности, стеновой панели) может быть получено при использовании по меньшей мере от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% прежелатинированного крахмала (предпочтительно, прежелатинированного кукурузного крахмала), в присутствии примерно от 0,1 мас.% до 3,0 мас.% нафаталинсульфонатного диспергирующего агента (количества крахмала и нафталинсульфоната указаны относительно массы сухого штукатурного гипса, присутствующего в рецептуре). Данный неожиданный результат может быть получен независимо от присутствия водорастворимого триметафосфата или полифосфата.

Кроме того, неожиданно обнаружено, что прежелатинированный крахмал можно использовать при содержании по меньшей мере приблизительно 50 г/м² (10 фунтов на 1000 кв. футов), или более, в высушенной гипсовой стеновой панели, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением, при этом могут быть достигнуты еще большая прочность и низкая удельная масса. Показано, что такое высокое содержание прежелатинированного крахмала, как 175-225 г/м² (35-45 фунтов на 1000 кв. футов) является эффективным для гипсовых стеновых панелей. В качестве примера, состав В, как показано ниже в Таблицах 1 и 2, включает 225 г/м² (45 фунтов на 1000 кв. футов) и при этом панель массой 5106 г/м² (1042 фунтов на 1000 кв. футов) имеет превосходную прочность. В данном примере (состав В) нафталинсульфонатный диспергирующий агент в виде 45 мас.% водного раствора использовали в количестве 1,28 мас.%.

Еще один неожиданный результат может быть достигнут с помощью настоящего изобретения, если сочетание нафталинсульфонатного диспергирующего агента и триметафосфатной соли объединяют с прежелатинированным кукурузным крахмалом и, дополнительно, с бумажным волокном или стекловолокном. Гипсовые стеновые панели, изготовленные с составами, содержащими эти три компонента, обладают повышенной прочностью и пониженной удельной массой и являются более экономически выгодными вследствие снижения водопотребности при их изготовлении. Содержание используемого бумажного волокна может составлять приблизительно до 2 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса. Содержание используемого стекловолокна может составлять приблизительно до 2 мас.% относительно массы сухого штукатурного гипса.

В гипсосодержащих композициях по настоящему изобретению можно использовать ускорители твердения, как описано в патенте US №6409825, включенном в этот документ путем ссылки. Один желательный термостойкий ускоритель твердения (ТУТ) можно получить из измельченного в сухом состоянии природного гипса (двуводного сульфата кальция). Небольшое количество добавок (обычно приблизительно 5 мас.%), таких как сахар, декстроза, борная кислота и крахмал, можно использовать при изготовлении ТУТ. Сахар или декстроза на сегодняшний день являются предпочтительными. Другим используемым ускорителем твердения является “ускоритель твердения, стойкий к климатическим воздействиям” (УТСКВ), описанный в патенте US №3573947, включенном в этот документ путем ссылки.

Отношение вода/штукатурный гипс (В/ШГ) является важным параметром, так как избыток воды в итоге необходимо удалять путем нагревания. В воплощениях настоящего изобретения предпочтительное отношение В/ШГ составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,3.

Другие добавки в гипсовую суспензию могут включать ускорители твердения, связующие, гидрофобизирующие добавки, бумажное волокно, стекловолокно, глину, биоциды и другие известные компоненты.

Покровные листы могут быть выполнены из бумаги, как в традиционной гипсовой стеновой панели, хотя могут быть использованы другие материалы для покровных листов, известные в технике (например, стекловолокнистые маты). Бумажные покровные листы обеспечивают прочностные характеристики гипсовой стеновой панели. Используемые бумажные покровные листы включают 7-слойные Manila и 5-слойные News-Line, выпускаемые United States Gypsum Corporation, Чикаго, Иллинойс, а также 3-слойные Grey-Back и 3-слойные Manila Ivory, выпускаемые Caraustar, Ньюпорт, Индиана. Бумажные покровные листы включают верхние покровные листы, или лицевую бумагу, и нижние покровные листы, или изнаночную бумагу. Предпочтительным изнаночным покровным бумажным листом является 5-слойный News-Line. Предпочтительным лицевым покровным бумажным