Высокое содержание гидроксиэтилированного крахмала и диспергатора в гипсовой стеновой плите

Высокое содержание гидроксиэтилированного крахмала и диспергатора в гипсовой стеновой плите

Реферат

Эта заявка является частичным продолжением заявки на патент США №11/592481, поданной 2 ноября 2006 г., которая является частичным продолжением заявки на патент США №11/449177, поданной 7 июня 2006 г., и которая также является частичным продолжением заявки на патент США №11/445906, поданной 2 июня 2006 г., каждая из которых заявляет преимущество предварительной заявки на патент США №60/688839, поданной 9 июня 2005 г. Полные описания каждой из вышеизложенных патентных заявок включены здесь ссылкой.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это изобретение относится к способу получения гипсовых суспензий, содержащих гидроксиэтилированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия, и полученных из них продуктов. Оно также относится к способу повышения сухой прочности гипсосодержащих продуктов, включая стеновую плиту, путем использования нафталинсульфонатного диспергатора в сочетании с гидроксиэтилированным крахмалом и триметафосфатом натрия в суспензии, используемой для получения таких продуктов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Определенные свойства гипса (двуводный сульфат кальция) делают его очень популярным для использования при изготовлении промышленных и строительных продуктов, таких как гипсовая стеновая плита. Гипс является имеющимся в избытке и в основном недорогим сырьевым материалом, который с помощью процесса дегидратации и регидратации может быть отлит, отформован или другим образом сформирован в пригодные формы. Основным материалом, из которого изготавливают гипсовую стеновую плиту и другие гипсовые продукты, является гемигидратная форма сульфата кальция (CaSO₄·1/2H₂O), обычно называемая “строительный гипс”, которую производят путем теплового преобразования двуводной формы сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O), из которой удалили 1-1/2 молекул воды.

Стандартные содержащие гипс продукты, такие как гипсовая стеновая плита, имеют много преимуществ, таких как низкая стоимость и легкая обрабатываемость, хотя могут образовывать значительные количества гипсовой пыли, когда продукты режут или сверлят. Были достигнуты различные усовершенствования в изготовлении содержащих гипс продуктов при использовании крахмалов как ингредиентов в суспензиях, используемых для изготовления таких продуктов. Желатинизированный крахмал, подобно клею, может увеличивать прочность на изгиб и прочность на сжатие содержащих гипс продуктов, включая гипсовую стеновую плиту. Известная гипсовая стеновая плита содержит крахмал на уровнях менее чем приблизительно 10 lbs/MSF (фунтов/1000 кв. футов плиты).

Также необходимо использовать значительные количества воды в гипсовых суспензиях, включающих желатинизированный крахмал, с целью обеспечения соответствующей текучести суспензии. К сожалению, большая часть этой воды в конечном итоге должна быть удалена с помощью сушки, которая является дорогой из-за высокой стоимости топлива, используемого в процессе сушки. Также этот этап сушки является трудоемким. Обнаружено, что использование нафталинсульфонатных диспергаторов может увеличивать текучесть суспензий, тем самым преодолевая проблему потребности в воде. Дополнительно также обнаружено, что нафталинсульфонатные диспергаторы, если уровень использования достаточно высокий, могут поперечно связываться с желатинизированным крахмалом для связывания кристаллов гипса вместе после сушки, тем самым увеличивая прочность гипсового композита в сухом состоянии. Таким образом, комбинация желатинизированного крахмала и нафталинсульфонатного диспергатора обеспечивает подобный клею эффект при связывании данных кристаллов гипса вместе. Ранее не отмечалось, что соли триметафосфата влияют на потребности гипсовой суспензии в воде. Однако данные изобретатели обнаружили, что увеличение уровня соли триметафосфата до уровней, неизвестных до настоящего времени, в присутствии специфического диспергатора делает возможным достижение соответствующей текучести суспензии с непредвиденно уменьшенным количеством воды, даже в присутствии высоких уровней крахмала. Это, несомненно, весьма желательно, так как в свою очередь снижает использование топлива для сушки, так же как и время обработки, связанное с последующими технологическими этапами удаления воды. Таким образом, данные изобретатели также обнаружили, что прочность гипсовой плиты в сухом состоянии может увеличиваться при использовании нафталинсульфонатного диспергатора в комбинации с желатинизированным крахмалом в суспензии, использованной для изготовления стеновой плиты.

Гипсовые стеновые плиты данного изобретения следует отличать от звукоизоляционных плит или плиток, которые не имеют облицовочных листов. Также стеновые плиты данного изобретения следует отличать от звукоизоляционных плит или плиток, которые включают полистирол как легковесный наполнитель. Важно, что вышеупомянутые звукоизоляционные плиты и плитки не отвечают многим стандартам ASTM (Американского общества специалистов по испытаниям материалов), которые применяются для гипсовых стеновых плит. Например, известные звукоизоляционные плиты не имеют прочности на изгиб, требуемой для гипсовых стеновых плит, включая плиты данного изобретения. Наоборот, чтобы звукоизоляционные плиты или плитки отвечали стандартам ASTM, требуется, чтобы открытая поверхность звукоизоляционных плит или плиток имела полые пустоты или углубления, которые были бы нежелательны в гипсовой стеновой плите и отрицательно сказывались на сопротивлении к вытягиванию гвоздей и характеристиках твердости поверхности.

Пылеобразование является потенциальной проблемой в течение установки всей стеновой плиты. Когда гипсовая стеновая плита обрабатывается, например, резанием, пилением, фрезерованием, отломом, забиванием гвоздей завинчиванием или сверлением, могут образоваться значительные количества гипсовой пыли. Для целей данного раскрытия “образование пыли” и “пылеобразование” означает высвобождение переносимой по воздуху пыли в окружающее рабочее пространство в течение обработки содержащего гипс продукта, с помощью, например, резания, пиления, трассирования, надпила/отлома, забивания гвоздей завинчивания или сверления стеновой плиты. Обработка может также в основном включать обычную ручную обработку плиты, включающую пыль, произведенную случайным выскабливанием, и образование надрезов плит в течение транспортировки, переноски и установки. Если может быть найден способ изготовления стеновой плиты низкой плотности, при котором такое пылеобразование значительно снижено, это будет представлять чрезвычайно полезный вклад в технику.

Желатинизированный крахмал может привести к пригодным гипсосодержащим суспензиям. Одним недостатком желатинизированного крахмала по сравнению с обычным кислотно-модифицированным крахмалом является его более высокая потребность в воде. Поэтому необходимы более высокие соотношения вода-строительный гипс для получения суспензии с желатинизированным крахмалом, который имеет текучесть, приемлемую для формирования стеновой плиты. Кроме того, если возможно найти способ увеличения текучести конкретной гипсосодержащей суспензии, включающей альтернативный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия, в то же время поддерживая соответствующую прочность или улучшенную прочность завершенной гипсовой стеновой плиты, это внесло бы полезный вклад в данную область техники.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение в основном охватывает суспензию, включающую строительный гипс, гидроксиэтилированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1% до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Гидроксиэтилированный крахмал присутствует в количестве приблизительно от 0,5 до 10 масс.% относительно массы сухого строительного гипса в составе. Триметафосфат натрия присутствует в количестве приблизительно от 0,1 до 0,4 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Другие добавки в суспензии могут включать ускорители, связующие, бумажные или стеклянные волокна и другие известные составляющие. Данное изобретение также охватывает гипсосодержащие продукты, полученные относительно таких суспензий.

Предпочтительным гипсосодержащим продуктом является гипсовая стеновая плита. В данном осуществлении изобретение рассматривает гипсовую стеновую плиту, включающую отвердевшую гипсовую композицию, сформированную между двумя существенно параллельными покровными листами, при этом отвердевшая гипсовая композиция получена с использованием гипсосодержащей суспензии воды, строительного гипса, гидроксиэтилированного крахмала, нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфата натрия. Эта гипсовая стеновая плита, изготовленная согласно данному изобретению, имеет неожиданно высокую прочность при ее весе намного ниже веса традиционных плит.

В другом осуществлении изобретение предусматривает способ получения гипсовой стеновой плиты путем смешения гипсосодержащей суспензии, включающей воду, строительный гипс, гидроксиэтилированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия, при этом гидроксиэтилированный крахмал присутствует в количестве, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 масс.% до приблизительно 10 масс.% относительно массы строительного гипса. Полученную в результате гипсосодержащую суспензию осаждают на первый бумажный покровный лист, а второй бумажный покровный лист помещают поверх осажденной суспензии для формирования гипсовой стеновой плиты. Гипсовую стеновую плиту режут после того, как гипсосодержащая суспензия достаточно отвердела для резания, и полученную гипсовую плиту сушат. Другие традиционные ингредиенты также используют в суспензии, включая, где уместно, ускорители, связующие, бумажные волокна, стеклянные волокна и другие известные ингредиенты. Мыльную пену обычно добавляют для уменьшения плотности завершенного продукта гипсовой стеновой плиты.

Данное изобретение в основном относится к гипсовой стеновой плите с низким пылеобразованием, включающей отвердевший гипсовый заполнитель, сформированный между двумя существенно параллельными покровными листами, при этом отвердевший гипсовый заполнитель имеет общий объем пустот приблизительно от 75 до 95%, отвердевший гипсовый заполнитель изготовлен из гипсосодержащей суспензии, содержащей воду, строительный гипс, желатинизированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, отличающейся тем, что желатинизированный крахмал присутствует в количестве приблизительно от 0,5 до приблизительно 10 масс.% относительно массы строительного гипса. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1 до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Необязательно, триметафосфат натрия присутствует в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,12 масс.% относительно массы строительного гипса. В предпочтительном осуществлении соль триметафосфата присутствует в количестве приблизительно от 0,12 до 0,4 масс.% относительно массы сухого строительного гипса.

Согласно предпочтительному осуществлению данное изобретение относится к гипсовой стеновой плите с низким пылеобразованием, включающей отвердевший гипсовый заполнитель, включающий желатинизированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, сформированный между двумя существенно параллельными покровными листами, при этом гипсовый заполнитель имеет общий объем пустот приблизительно от 80 до 92%, где, по меньшей мере, 60% общего объема пустот представляют собой воздушные пустоты со средним диаметром менее чем приблизительно 100 микрон, и отвердевший гипсовый заполнитель имеет плотность приблизительно от 10 pcf (фунтов/куб. фут) до приблизительно 30 pcf. Выражение “pcf” определено как фунты на кубический фут (lb/ft³). Отвердевший гипсовый заполнитель изготовлен из гипсосодержащей суспензии, содержащей строительный гипс, желатинизированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, при этом желатинизированный крахмал присутствует в количестве приблизительно от 0,5 до приблизительно 10 масс.% относительно массы строительного гипса. Предпочтительно нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1 до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса.

Гипсовая стеновая плита, выполненная в соответствии с данным изобретением, имеет высокую прочность, но значительно меньшую массу, чем стандартные стеновые плиты. В дополнение к этому, оказалось, что обеспечение общего объема пустот в отвердевшем гипсовом заполнителе приблизительно от 75 до 95%, предпочтительно приблизительно от 80 до 92%, приводит к пониженному пылеобразованию при резании, пилении, фрезеровании, отломе, забивании гвоздей вкручивании шурупов или сверлении гипсовых стеновых плит, изготовленных согласно настоящему осуществлению изобретения.

Согласно другому осуществлению изобретение относится к способу получения высокопрочной гипсовой стеновой плиты с низким пылеобразованием путем смешения гипсосодержащей суспензии, содержащей воду, строительный гипс, желатинизированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор, где нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1 до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса, желатинизированный крахмал присутствует в количестве, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 до 10 масс.% относительно массы строительного гипса, и добавления достаточного количества мыльной пены к гипсосодержащей суспензии для образования общего объема пустот, включая воздушные пустоты, приблизительно от 75 до 95% в завершенной стеновой плите. Полученную в результате гипсосодержащую суспензию осаждают на первый бумажный покровный лист или другой подходящий покровный лист, а второй бумажный покровный лист или другой подходящий покровный лист помещают поверх осажденной суспензии для формирования гипсовой стеновой плиты. Гипсовую стеновую плиту режут после того, как гипсосодержащая суспензия достаточно затвердела для резания, и полученную в результате стеновую плиту сушат, чтобы обеспечить общий объем пустот, включая воздушные пустоты, в отвердевшем гипсовом заполнителе в завершенной стеновой плите, приблизительно от 75 до 95%. Содержащая гипс суспензия может факультативно включать соль триметафосфата, например триметафосфат натрия. Другие традиционные ингредиенты также используют в суспензии, включая, где уместно, ускорители, связующие, водоотталкивающие средства, бумажное волокно, стеклянное волокно, глину, биоцид и другие известные ингредиенты.

Согласно другому осуществлению изобретение относится к способу применения гипсовой стеновой плиты с низким пылеобразованием, предусматривающему гипсовую стеновую плиту с низким пылеобразованием с отвердевшим гипсовым заполнителем, имеющим общий объем пустот приблизительно от 75 до 95%, где, по меньшей мере, 60% общего объема пустот составляют воздушные пустоты со средним диаметром менее чем приблизительно 100 микрон, и включающим водные пустоты со средним диаметром менее чем приблизительно 5 микрон, обработку гипсовой стеновой плиты таким образом, который приводит к образованию гипсовой пыли (например, резание, пиление, фрезерование, зарубка/надрез, забивание гвоздей, вкручивание шурупов или сверление); и улавливание значительной части гипсовой пыли пустотами.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Неожиданно оказалось, что гидроксиэтилированные крахмалы обладают пониженной потребностью в воде, одновременно усиливая текучесть гипсосодержащей суспензии. Кроме того, завершенные гипсовые стеновые плиты, полученные из гипсосодержащих суспензий, включающих воду, строительный гипс, гидроксиэтилированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия, проявляют улучшенные прочностные свойства, в частности улучшенные характеристики при вытягивании гвоздей.

Гидроксиэтилированный крахмал, на который иногда ссылаются как на «этилированный» крахмал, должен использоваться в гипсосодержащих суспензиях, полученных согласно настоящему изобретению. Предпочтительно гидроксиэтилированный крахмал представляет собой S-Size 30G, модифицированный кукурузный крахмал, поставляемый компанией PacMoore Products, Hammond, Индиана, обладает следующим стандартным анализом: содержание влаги 10 до 13%, pH 5,0 до 7,5, размер частиц характеризуется 95% проходящих через меш 100, удельный вес 1,50, молекулярная масса: более чем приблизительно 10,000, объемная плотность 35 pcf. См. также Пример 11.

Гидроксиэтилированный кукурузный крахмал нужно использовать в количестве, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 до 10 масс.% относительно массы сухого строительного гипса, использованного в содержащей гипс суспензии. Согласно предпочтительному осуществлению гидроксиэтилированный крахмал используют в количестве приблизительно 3 масс.% относительно массы сухого строительного гипса.

Желатинизированный крахмал можно использовать в гипсосодержащих суспензиях, полученных согласно настоящему изобретению. Предпочтительный желатинизированный крахмал представляет собой желатинизированный кукурузный крахмал, например желатинизированную кукурузную муку, доступную от Bunge Milling, St.Louis, Миссури, имеющую следующий типичный состав: влажность 7,5%, белок 8,0%, масло 0,5%, сырое волокно 0,5%, зола 0,3%; имеющую дообжиговую прочность 0,48 psi (фунтов на квадратный дюйм) и имеющую насыпную плотность 35,0 фунт/фут³. Желатинизированный кукурузный крахмал должен использоваться в количестве, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 до 10 масс.% относительно массы сухого строительного гипса, использованного в гипсосодержащей суспензии.

Повышенная текучесть гипсосодержащих суспензий обусловлена низкой вязкостью. Обнаружили, что конкретное сочетание гидроксиэтилированного крахмала, нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфата натрия, использованное в гипсосодержащей суспензии, приготовленной согласно настоящему изобретению, обеспечивает низкую вязкость и улучшенные характеристики пленкообразования по сравнению с суспензиями, приготовленными с другими крахмалами. Например, в водных суспензиях, содержащих желатинизированный крахмал, вязкость относительно высокая, в то время как пленки с хорошей прочностью получают путем варки. В водных образцах, содержащих гидроксиэтилированный крахмал и диспергатор, вязкости понижены, а получаемая пленка слишком мягкая. В водных образцах, содержащих гидроксиэтилированный крахмал, диспергатор и триметафосфат натрия, вязкости понижены, а получаемая пленка прочна и эластична. См. Пример 12.

Не претендуя на теоретическое обоснование конкретная комбинация гидроксиэтилированного крахмала, нафталинсульфонатного диспергатора и триметафосфата натрия, использованная в гипсосодержащей суспензии для получения гипсовой стеновой плиты, обеспечивает неожиданно улучшенное поперечное сшивание, приводя к получению более гибкой, но прочной и эластичной пленки, что приводит к получению намного лучших свойств при вытягивании гвоздей и других прочностных характеристик, чем было предсказано.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрены завершенные гипсосодержащие продукты, полученные из гипсосодержащих суспензий, содержащих строительный гипс, гидроксиэтилированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и триметафосфат натрия. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1% до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Гидроксиэтилированный крахмал присутствует в количестве приблизительно от 0,5 масс.% до приблизительно 10 масс.% относительно массы сухого строительного гипса в составе. Триметафосфат натрия присутствует в количестве приблизительно от 0,1% до 0,4 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Другие ингредиенты, которые можно использовать в суспензии, включают связующие, бумажное волокно, стеклянное волокно и ускорители. Мыльную пену обычно добавляют к вновь сформулированным гипсосодержащим суспензиям для понижения плотности завершенного гипсосодержащего продукта, например гипсовой стеновой плиты.

Данные изобретатели дополнительно обнаружили, что неожиданное увеличение прочности в сухом состоянии (в особенности в стеновой плите) можно получить при применении, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 до 10 масс.% желатинизированного крахмала (предпочтительно желатинизированного кукурузного крахмала) в присутствии приблизительно от 0,1 до 3,0 масс.% нафталинсульфонатного диспергатора (уровни крахмала и нафталинсульфоната основаны на массе сухого строительного гипса, присутствующего в составе). Такой неожиданный результат можно получить независимо от того, присутствуют ли водорастворимый триметафосфат или полифосфат или нет.

Кроме того, обнаружили, что желатинизированный крахмал можно использовать при уровнях, по меньшей мере, приблизительно от 10 фунт/MSF или более в высушенной гипсовой стеновой плите, выполненной в соответствии с данным изобретением, и все еще можно достичь высокой прочности и низкой массы. Показали, что эффективными являются уровни желатинизированного крахмала в гипсовой стеновой плите, равные 35-45 фунт/MSF. Например, состав B, как показано в Таблицах 1 и 2 ниже, включает 45 фунт/MSF, все еще дает плиту массой 1042 фунт/MSF, имеющую хорошую прочность. В этом примере (состав В) нафталинсульфонатный диспергатор был использован при уровне 1,28 масс.% в виде 45 масс.% раствора в воде.

Дальнейший неожиданный результат может быть достигнут в данном изобретении, когда комбинацию нафталинсульфонатного диспергатора соли триметафосфата соединяют с желатинизированным кукурузным крахмалом и необязательно бумажным волокном или стекловолокном. Гипсовая стеновая плита, выполненная из составов, включающих эти три ингредиента, имеет увеличенную прочность и уменьшенную массу и является более экономически выгодной из-за пониженных потребностей в воде при их изготовлении. Приемлемые уровни бумажного волокна могут варьировать до приблизительно 2 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Приемлемые уровни стекловолокна могут варьировать до приблизительно 2 масс.% относительно массы сухого строительного гипса.

Также неожиданно обнаружилось, что гипсовая стеновая плита, полученная с использованием гипсосодержащей суспензии, включающей строительный гипс, желатинизированный крахмал, нафталинсульфонатный диспергатор и соответствующее количество мыльной пены, обеспечивает не только получение очень низких плотностей плиты заполнителя, приблизительно от 10 до 30 pcf (и тем самым низкую массу плиты), но также и низкое пылеобразование при нормальной обработке и обращении с плитой, таких как, например, резание, пиление, фрезерование, зарубка/надрез, забивание гвоздей вкручивание шурупов или сверление, когда общий объем пустот отвердевшего гипсового заполнителя составляет приблизительно от 80 до 92%. Следовательно, эта стеновая плита легче подвергается резанию, чем другие известные продукты. Введение мыльной пены приводит к образованию маленьких воздушных (пузырьковых) пустот, которые в среднем могут быть меньше чем приблизительно 100 микрон в диаметре, но в основном больше чем приблизительно 10 микрон в диаметре и предпочтительно больше чем приблизительно 20 микрон в диаметре. Данное изобретение требует, чтобы эти маленькие воздушные пузырьки вместе с пустотами испаренной воды (в основном приблизительно 5 микрон в диаметре или менее, обычно менее чем приблизительно 2 микрона в диаметре) были в основном равномерно распределены по всему отвердевшему гипсовому заполнителю в конечных продуктах стеновых плит. Например, отвердевший гипсовый заполнитель может иметь общий объем пустот приблизительно от 80 до 92%, где, по меньшей мере, 60% общего объема пустот составляют воздушные пустоты со средним диаметром больше чем приблизительно 10 микрон и, по меньшей мере, 10% общего объема пустот составляют водные пустоты со средним диаметром меньше чем приблизительно 5 микрон. Считается, что заполнитель плиты низкой плотности, изготовленной данным способом, с общим объемом пустот данного гипсового заполнителя приблизительно от 80 до 92% как воздушных, так и водных пустот (общий объем пустот заполнителя) захватывает значительное количество мелкой пыли и других отходов в полостях, подвергающихся резанию, пилению, фрезерованию, отломке, забиванию гвоздей завинчиванию или сверлению плит, так что образование пыли значительно уменьшается и она не переносится воздухом.

Регидратация гемигидрата сульфата кальция (строительного гипса) с последующим твердением требует конкретного теоретического количества воды (1-1/2 молей воды/моль строительного гипса) для формирования кристаллов дигидрата сульфата кальция. Однако в коммерческом процессе в основном прибегают к избытку воды. Такой избыток технической воды производит пустоты испаренной воды в гипсовой кристаллической матрице, которая обычно в основном неоднородна по форме, которые также будучи взаимосвязанными с другими водными пустотами, формируют каналы неправильной формы в практически непрерывной структуре между отвердевшими кристаллами гипса. В отличие от этого, воздушные (пузырьковые) пустоты вводят в гипсовую суспензию путем использования мыльной пены. В отличие от этого, воздушные (пузырьковые) пустоты вводят в гипсовую суспензию путем использования мыльной пены. Водные пустоты могут быть распределены в стенках воздушных пустот.

Эффективность захвата пыли зависит от композиции отвердевшего гипсового заполнителя. Обнаружено, что нафталинсульфонатные диспергаторы, если уровень использования достаточно высокий, могут поперечно связываться с желатинизированным крахмалом для связывания кристаллов гипса вместе после сушки, тем самым увеличивая прочность гипсового композита в сухом состоянии. Кроме того, неожиданно обнаружилось, что комбинация желатинизированного крахмала и нафталинсульфонатного диспергатора (органическая фаза) обеспечивает подобный клею эффект при связывании отвердевших кристаллов гипса вместе и, когда этот состав сочетается с определенным объемом пустот и распределением пустот, это приводит к образованию фрагментов большего размера при надпиле/отломке конечной стеновой плиты. Большие гипсовые фрагменты в основном производят меньше пыли, переносимой по воздуху. В отличие от этого, если используется стандартный состав стеновой плиты, образуются меньшие фрагменты и, таким образом, больше пыли. Например, стандартные стеновые плиты могут образовывать пылевые фрагменты на режущей пиле, имеющие средний диаметр приблизительно от 20 до 30 микрон и минимальный диаметр приблизительно 1 микрон. В отличие от этого, гипсовые стеновые плиты данного изобретения образовывают пылевые фрагменты на режущей пиле, имеющие средний диаметр приблизительно от 30 до 50 микрон и минимальный диаметр приблизительно 2 микрона, надпил/отломка может производить даже большие фрагменты.

В более мягких стеновых плитах пыль может захватываться как в водные пустоты, так и в воздушные пустоты (например, захват мелких иголок гипса, как пыли из отдельных кристаллов). Более твердые стеновые плиты способствуют захвату пыли в воздушные пустоты, так как при обработке этих плит образуются большие куски или фрагменты отвердевшего гипсового заполнителя. В данном случае фрагменты пыли слишком большие для водных пустот, но улавливаются в воздушные пустоты. В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения возможно достичь увеличение захвата пыли введением предпочтительного распределения размера пустоты/поры внутри отвердевшего гипсового заполнителя. Предпочтительно иметь распределение пустот маленького и большого размера, как распределение воздушных и водных пустот. В одном варианте осуществления предпочтительное распределение воздушной пустоты может быть приготовлено с использованием мыльной пены. См. Примеры 6 и 7 ниже.

Отношение воздушных пустот (более чем приблизительно 10 микрон) к водным пустотам (менее чем приблизительно 5 микрон) в пределах отвердевшего гипсового заполнителя может составлять приблизительно от 1,8:1 до 9:1. Предпочтительное отношение воздушных пустот (более чем приблизительно 10 микрон) к водным пустотам (менее чем приблизительно 5 микрон) в пределах отвердевшего гипсового заполнителя может быть приблизительно от 2:1 до 3:1. В одном варианте осуществления распределение размера пустоты/поры в отвердевшем гипсовом заполнителе должно составлять приблизительно от 10 до 30% пустот менее приблизительно 5 микрон и приблизительно от 70 до 90% пустот более чем приблизительно 10 микрон, как процентное соотношение всех измеренных пустот. Другими словами, отношение воздушных пустот (более чем 10 микрон) к водным пустотам (менее чем 5 микрон) в отвердевшем гипсовом заполнителе варьируется приблизительно от 2,3:1 до 9:1. В предпочтительном варианте осуществления распределение размера пустоты/поры в отвердевшем гипсовом заполнителе должно варьировать приблизительно от 30 до 35% пустот менее чем приблизительно 5 микрон и приблизительно от 65 до 70% пустот более чем приблизительно 10 микрон, как процентное соотношение всех измеренных пустот. Другими словами, отношение воздушных пустот (более чем 10 микрон) к водным пустотам (менее чем 5 микрон) в отвердевшем гипсовом заполнителе варьирует приблизительно от 1,8:1 до приблизительно 2,3:1.

Предпочтительно, чтобы средний размер воздушной (пузырьковой) пустоты составлял менее чем приблизительно 100 микрон в диаметре. В предпочтительном варианте осуществления распределение размеров пустоты/поры в отвердевшем гипсовом заполнителе составляет: более чем приблизительно 100 микрон (20%), приблизительно от 50 микрон до приблизительно 100 микрон (30%) и менее чем приблизительно 50 микрон (50%). То есть предпочтительный средний размер пустоты/поры составляет приблизительно 50 микрон.

Воздушные пустоты могут уменьшить прочность связывания между вспененным рыхлым отвердевшим гипсовым заполнителем и покрывными листами. Поскольку более чем половина композитных гипсовых плит по объему может состоять из воздушных пустот благодаря пене, пена может препятствовать связыванию между вспененным рыхлым отвердевшим гипсовым заполнителем и бумажными покрывными листами. Это рассматривается на факультативно представленном невспененном (или пониженно вспененном) связывающем высокоплотном слое на поверхностях гипсового заполнителя, контактирующих либо с верхним покрывным листом, либо с нижним покрывным листом, или обоими, и верхним покрывным листом, и нижним покрывным листом, перед нанесением покрывных листов на заполнитель. Состав такого невспененного или, альтернативно, пониженно вспененного связывающего высокоплотного слоя обычно будет тот же, что и состав заполнителя гипсовой суспензии, за исключением того, что мыло или не будет добавлено, или будет добавлено значительно уменьшенное количество мыла (пены). Факультативно с целью формирования такого связывающего слоя пена может быть механически удалена из состава заполнителя, или может наноситься другой состав без пены на поверхность раздела вспененного рыхлого отвердевшего гипсового заполнителя/облицовочной бумаги.

Мыльная пена предпочтительна для введения и контроля размеров воздушных (пузырьковых) пустот и распределения в отвердевшем гипсовом заполнителе и для контроля плотности отвердевшего гипсового заполнителя. Предпочтительный диапазон мыла составляет приблизительно от 0,2 фунт/MSF до приблизительно 0,7 фунт/MSF; более предпочтительный уровень мыла составляет приблизительно от 0,4 фунт/MSF до приблизительно 0,5 фунт/MSF.

Мыльная пена должна быть добавлена в количестве, эффективном для получения желаемых плотностей, и регулируемым способом. С целью контроля процесса оператор должен наблюдать за верхней частью линии формирования плиты и держать оболочку наполненной. Если оболочку не держать наполненной, получатся стеновые плиты с полыми краями, поскольку суспензия не сможет заполнить необходимый объем. Объем оболочки держат наполненным путем увеличения использования мыла для предотвращения разрушения воздушных пузырьков во время изготовления плиты (для лучшего сохранения воздушных пузырьков) или увеличением нормы воздушной пены. Таким образом, в основном объем оболочки контролируется и регулируется либо путем увеличения или уменьшения использования мыла, либо путем увеличения или уменьшения нормы воздушной пены. Техника контролирования верхней части включает регулировки до "динамической суспензии" в таблице добавлением мыльной пены для увеличения объема суспензии или уменьшением использования мыльной пены для уменьшения объема суспензии.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения представлены конечные содержащие гипс продукты, выполненные из содержащих гипс суспензий, включающих строительный гипс, желатинизированный крахмал и нафталинсульфонатный диспергатор. Нафталинсульфонатный диспергатор присутствует в количестве приблизительно от 0,1% до 3,0 масс.% относительно массы сухого строительного гипса. Желатинизированный крахмал присутствует в количестве, по меньшей мере, приблизительно от 0,5 до 10 масс.% относительно массы сухого строительного гипса в составе. Другие ингредиенты, которые могут быть использованы в суспензии, включают вяжущие вещества, водоотталкивающие средства, бумажное волокно, стекловолокно, глину, биоцид и ускорители. Данное изобретение требует добавления мыльной пены к вновь составленным гипсосодержащим суспензиям для уменьшения плотности конечного гипсосодержащего продукта, например гипсовой стеновой плиты, и для контроля пылеобразования путем введения общего объема пустот приблизительно от 75 до 95%, предпочтительно приблизительно от 80 до 92%, в форме мелких воздушных (пузырьковых) пустот и водных пустот в отвердевшем гипсовом заполнителе. Предпочтительно распределение среднего размера пор будет составлять приблизительно от 1 микрона (водные пустоты) до приблизительно 40-50 микрон (воздушные пустоты).

Факультативно комбинация приблизительно от 0,5 масс.% до приблизительно 10 масс.% желатинизированного крахмала, приблизительно от 0,1 до 3,0 масс.% нафталинсульфонатного диспергатора и минимально, по меньшей мере, приблизительно от 0,12 до 0,4 масс.% соли триметафосфата (все относительно массы сухого строительного гипса, использованного в гипсовой суспензии) непредвиденно и значительно увеличивает текучесть гипсовой суспензии. Это значительно уменьшает количество воды, требуемой для изготовления гипсовой суспензии с достаточной текучестью для использования в изготовлении содержащих гипс продуктов, таких как гипсовая стеновая плита. Предполагают, что уровень соли триметафосфата, который равен, по меньшей мере, приблизительно вдвое больше, чем в стандартных составах (как триметафосфат натрия), повысит диспергирующую активность нафталинсульфонатного диспергатора.

Нафталинсульфонатный диспергатор может использоваться в содержащих гипс суспензиях, изготовленных в соответствии с данным изобретением. Нафталинсульфонатные диспергаторы, используемые в данном изобретении, включают полинафталинсульфоновую кислоту и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые являются продуктами конденсации нафталинсульфоновых кислот и формальдегида. Особенно желательно, чтобы полинафталинсульфонаты включали нафталинсульфонаты натрия и кальция. Средняя молекулярная масса нафталинсульфонатов может варьировать приблизительно от 3000 до 27000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярная масса была приблизительно от 8000 до 22000, и более предпочтительно, чтобы молекулярная масса была приблизительно от 12000 до 17000. Как коммерческий продукт диспергатор с повышенной молекулярной массой имеет повышенную вязкость и пониженное содержание твердых веществ, чем диспергатор с пониженной молекулярной массой. Пригодные нафталинсульфонаты включают DILOFLO, DAXAD и LOMAR D, доступные от GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana. Нафтали