알파-반수화물을 함유하는 개선된 석고 함유 제품

알파-반수화물을 함유하는 개선된 석고 함유 제품{IMPROVED GYPSUM-CONTAINING PRODUCTS CONTAINING ALPHA-HEMIHYDRATE}

본 발명은 제조 시 알파-반수화물(alpha-hemihydrate)을 사용하는 석고계 제품에 관한 것이다. 또한 본 발명은 석고 함유 제품을 제조하는 데 사용되는 슬러리, 더욱 상세하게는 석고 벽판(wallboard)을 제조하기 위해 알파-반수화물 단독 또는 베타-반수화물과의 혼합물을 함유하는 석고 슬러리에 수분 필요량을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 알파-반수화물을 사용하는 석고 벽판의 건조 강도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

석고(칼슘 설페이트 이수화물, calcium sulfate dihydrate)의 어떠한 특성들은 산업적 및 건축 제품들, 특히 석고 벽판을 제조하는 용도에 있어서 널리 알려졌다. 석고는 탈수(또는 소성(calcination)) 및 재수화 공정을 통해 유용한 형태로 캐스팅, 몰딩 또는 다른 방법으로 형성될 수 있는 풍부하고 일반적으로 비싸지 않은 원료물질이다. 석고 벽판 및 다른 석고 제품으로 제조되는 기초 물질은 통상적으로 "스터코(stucco)"로 지칭되는 칼슘 설페이트의 반수화물 형태(CaSO ₄ ·1/2H ₂ O)이며, 칼슘 설페이트의 이수화물 형태(CaSO ₄ ·2H ₂ O)의 열변환에 의해 1과 1/2 물 분 자가 제거되어 제조된다. 재수화 후에, 상기 반수화물은 용해되고, 석고 결정들이 침전되며, 상기 결정 덩어리들이 굳어지고 고체화되어, 응고된 석고 물질을 제공한다.

석고의 두 카테고리는 알파-반수화물과 베타-반수화물이며, 다른 소성 방법에 의해 제조된다. 알파-반수화물(또는 알파 석고)는 압력 하에서 하소된다. 베타-반수화물(또는 베타-석고)는 대기압 하에서 캐틀(kettle)안에서 하소되어 제조된다. 석고 벽판을 제조하는데 사용되는 스터코는 오직 베타-반수화물형이다. 알파-반수화물은 베타-반수화물에 비해 늦은 수화 속도(더 늦은 라인 속도를 요구한다) 및 통상적으로 이용되는 알파-반수화물이 벽판 제조에 통상적인 밀도로 사용되는 경우 얻어지는 낮은 강도 특성 때문에 석고 벽판의 제조에 상업적으로 주로 사용되지 않는다. 그러나, 알파-반수화물 또는 알파-반수화물과 베타-반수화물의 블랜드를 석고 벽판의 제조에 사용할 수 있다는 것은 유리할 수 있는데, 왜냐하면 알파-반수화물은 여러 독특하고 유용한 특성들을 가지며 용이하게 이용가능한 원료 물질이기 때문이다. 이러한 독특하고 유용한 특성들은 요구되는 유동성을 부여하기 위해 베타-반수화물보다 실질적으로 낮은 수분 요구량 및 높은 밀도, 높은 강도 및 높은 표면 경도로 캐스트 응고되는 결과물을 산출하는 것을 포함한다.

슬러리의 적절한 흐름성을 확보하기 위해 석고 슬러리 내에 상당한 양의 수분을 사용할 필요가 있다. 불행히도, 이러한 수분의 대부분은 결과적으로 가열에 의해 제거되어야 하며, 이 공정은 상기 가열 공정에서 사용되는 연료의 높은 비용 때문에 많은 비용이 든다. 또한 상기 가열공정은 시간 소비적이다. 이는 만일 알파 -반수화물이 벽판 제조에 사용될 수 있다면 수분의 요구량, 그에 따른 상기 벽판의 제조에 요구되는 비용 및 시간을 실질적으로 줄일 수 있다는 것을 의미한다.

하기 설명되는 바와 같이 알파-반수화물 입자를 제조하기 위해 알파-반수화물이 분쇄되는 경우에, 낮은 수분 요구량을 포함하는 다른 요구되는 특성들의 손실 없이 그 수화 속도가 실질적으로 개선될 수 있다는 것을 알아내었다. 실로, 벽판을 제조하기 위해 사용되는 슬러리 내에서 얻어질 수 있는 알파-반수화물 수화 속도가 석고 벽판의 제조에 사용되기 충분히 용인될 수 있다는 것이 알아내었다.

발명의 간단한 요약

한 구현예에서, 본 발명은 두 개의 실질적으로 평행한 덮개 시트들 사이에서 응고된 석고 조성물을 포함하는 석고 벽판으로 이루어지며, 상기 응고된 석고 조성물은 수분 및 분쇄된 알파-반수화물을 포함하는 석고 함유 슬러리를 사용하여 제조된다. 상기 알파-반수화물은 하기 범위의 입경분포를 가지며:

d(0.1) = 약 3 μ ~ 5 μ,

d(0.5) = 약 14 μ ~ 50 μ,

d(0.9) = 약 40 μ ~ 100 μ,

블래인 표면적(Blaine surface area)이 약 3100 ㎠/g 내지 약 9000 ㎠/g 의 범위이다. 또한 적절한 분산제(나프탈렌설포네이트 등), 강도 첨가제(트리메타포스페이트 등), 촉진제, 바인더, 녹말, 종이섬유, 유리 섬유 및 다른 알려진 성분들을 포함하는 다른 통상적인 성분들도 상기 슬러리에 사용될 수 있다. 최종 석고 벽판 제품의 밀도를 저하시키기 위해 비누 폼(foam)이 첨가될 수 있다.

다른 구현예에서, 본 발명은 수분 및 하기 입경분포 범위를 가지며 블래인 표면적이 약 3100 ㎠/g 내지 9000 ㎠/g 의 범위인 분쇄된 알파-반수화물을 포함하는 석고 함유 슬러리를 혼합하는 단계에 의한 석고 벽판 제조방법으로 이루어진다:

d(0.1) = 약 3 μ ~ 5 μ,

d(0.5) = 약 14 μ ~ 50 μ,

d(0.9) = 약 40 μ ~ 100 μ.

상기 얻어진 석고 함유 슬러리는 제 1 종이 덮개 시트 상에 도포되고, 제 2 종이 덮개 시트가 상기 도포된 슬러리 위에 위치되어 석고 벽판을 형성한다. 상기 석고 함유 슬러리가 절단되기에 충분하도록 경화된 후에 석고 벽판은 절단되며, 상기 얻어진 석고 벽판은 건조된다. 또한 적절한 분산제(나프탈렌설포네이트 등), 강도 첨가제(트리메타포스페이트 등), 촉진제, 바인더, 녹말, 종이섬유, 유리 섬유 및 다른 알려진 성분들을 포함하는 다른 통상적인 성분들도 상기 슬러리에 사용될 수 있다. 최종 석고 벽판 제품의 밀도를 저하시키기 위해 비누 폼이 첨가될 수 있다.

다른 구현예에서, 본 발명은 석고 벽판 및 벽판 제조시에 사용되며 스터코 구성성분의 일부 또는 전부가 상기 입경 범위인 분쇄된 알파-반수화물인 슬러리를 포함한다. 상기 스터코 구성성분이 전부 알파-반수화물이 아닌 경우 다른 스터코 구성성분은 베타-반수화물일 수 있다. 상기 석고 벽판 제조용 슬러리에서 배합물(formulation) 내의 건조 스터코 중량에 대해 트리메타포스페이트 염 약 0.12~0.4 중량%와 건조 스터코 중량에 대해 나프탈렌설포네이트 분산제 약 0.5~2.5 중량%를 도입함으로써 물 요구량이 더 감소될 수 있다. 또한 적절한 촉진제, 바인더, 녹말, 종이섬유, 유리 섬유 및 다른 알려진 성분들을 포함하는 다른 통상적인 성분들도 상기 슬러리에 사용될 수 있다. 최종 석고 벽판 제품의 밀도를 저하시키기 위해 비누 폼이 첨가될 수 있다.

발명의 상세한 설명

본 발명에서, 특정한 입경 범위로 분쇄된 알파-반수화물을 사용하여 석고 벽판을 얻을 수 있다는 사실을 예상치 못하게 알아냈다. 적절한 어떠한 상업적 표준 분쇄 장치도 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 분쇄는 기계적 밀링(milling) 수단, 예를 들면 임팩트 밀 또는 볼 밀 등을 사용하여 이루어질 수 있다.

알파-반수화물의 입경분포(Particle Size Distribution, PSD)는 본 발명의 중요한 특징이며 하기의 범위 내이다:

d(0.1) = 약 3 μ ~ 5 μ,

d(0.5) = 약 14 μ ~ 50 μ,

d(0.9) = 약 40 μ ~ 100 μ.

상기 입경분포는 Malvern Instruments Model Mastercizer 2000 또는 다른 이용가능한 상업적 측정 장치로 측정될 수 있다.

상기 수치들은 부피 퍼센트를 나타내며, 즉: d(0.1)은 입자들의 총 부피의 10%가 약 3 μ ~ 5 μ 이하의 지름을 갖고 나머지 90%가 3 μ ~ 5 μ를 초과하는 지름을 갖는다는 것을 나타내며; d(0.5)는 입자들의 총 부피의 50%가 약 14 μ ~ 50 μ 이하의 지름을 갖고 나머지 50%가 14 μ ~ 50 μ를 초과하는 지름을 갖는다는 것을 나타내며; d(0.9)는 입자들의 총 부피의 90%가 약 40 μ ~ 100 μ 이하의 지름을 갖고 나머지 10%가 40 μ ~ 100 μ를 초과하는 지름을 갖는다는 것을 나타낸다.

바람직하게는, 상기 PSD는 하기의 범위일 수 있다:

d(0.1) = 약 3 μ ~ 5 μ,

d(0.5) = 약 14 μ ~ 20 μ,

d(0.9) = 약 40 μ ~ 50 μ.

바람직한 알파-반수화물의 PSD는, d (0.1) = 5 μ, d (0.5) = 50 μ, d (0.9) = 100 μ 이다. 더 바람직한 알파-반수화물의 PSD는, d (0.1) = 5 μ, d (0.5) = 20 μ, d (0.9) = 50 μ 이다. 더욱 더 바람직한 알파-반수화물의 PSD는, d (0.1) = 3 μ, d (0.5) = 14 μ, d (0.9) = 40 μ 이다. 특히 바람직한 알파-반수화물의 PSD는, d (0.1) = 3 μ, d (0.5) = 14.1 μ, d (0.9) = 45.9 μ 이다.

또한, 상기 분쇄된 입자들의 블래인 표면적은 약 3100~9000 ㎠/g, 바람직하게는 약 3500~6000 ㎠/g, 가장 바람직하게는 약 3900 ㎠/g 일 수 있다. 상기 블래인 표면적은 미국 일리노이주(Illinois) 노리지(Norridge)의 Humboldt Manufacturing Co. 사로부터 이용가능한 장치 또는 다른 이용가능한 상업적 측정 장치로 측정될 수 있다.

동일한 PSD 분석에 기초하여, 상업적 등급의 베타-반수화물의 PSD는, d (0.1) = 2.1 μ, d (0.5) = 9.2 μ, d (0.9) = 49.1 μ 이다. 상업적 등급의 분쇄된 알파-반수화물은 통상적으로 다음의 PSD를 가지며: d (0.1) = 4.4 μ, d (0.5) = 36.8 μ, d (0.9) = 169 μ, 미분쇄된 알파-반수화물은 다음의 PSD를 갖는다: d (0.1) = 17.4 μ, d (0.5) = 64.5 μ, d (0.9) = 162.8 μ. 상업적 등급의 분쇄된 알파-반수화물은 통상적으로 약 2700 ㎠/g 의 블래인 표면적을 갖는다. 이러한 값들은 모두 본 발명의 구현예들에서 유용한 범위에 포함되지 않는다.

본 발명의 알파-반수화물이 베타-반수화물과 혼합되어 사용되는 구현예들에서, 알파-반수화물과 베타-반수화물은 바람직하게는 슬러리 내로 도입되기 전에 블렌딩될 수 있다. 적절한 어떠한 상업적 표준 블렌딩 장치, 또는 유사한 장치가 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 실험실 용도로서는, 예를 들면 미세 분쇄된 알파-반수화물 및 베타-반수화물이 플라스틱 백(plastic bag)에 첨가된 후 밀봉되고 손으로 진탕되어 상기 블렌드를 제조할 수 있다. 특히 바람직한 알파-반수화물 및 베타-반수화물의 블렌드는 50:50(w/w) 이다.

수분/스터코 (w/s) 비, 또는 "WSR"은 중요한 경제적 파라미터인데, 왜냐하면 여분의 수분은 결과적으로 가열에 의해 제거되어야 하기 때문이며, 상기 가열은 가열 공정에서 사용되는 연료의 높은 비용으로 인해 비용이 많이 든다. 수분 처리량, 결과적으로 WSR을 낮게 유지하는 것이 유리하다. 본 발명의 구현예들에서, WSR은 약 0.2 내지 약 1.0 일 수 있다. 바람직한 구현예에서, WSR은 약 0.4 내지 약 0.5 일 수 있으며, 이 범위는 실질적으로 낮은 수분 요구량을 나타낸다. 추가적으로, 본 발명에 따른 알파-반수화물을 사용하여 제조된 석고 슬러리는 매우 낮은 WSR, 예를 들면 약 0.2 내지 약 0.3에서 우수한 유동성을 유지한다는 것을 알아냈다. 또한 상기 슬러리를 사용하여 제조된 석고 벽판은 우수한 압축강도를 나타낸다.

석고 슬러리 내에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여, 적어도 약 0.12~0.4 중량%의 트리메타포스페이트 염과 약 0.5~2.5 중량%의 나프탈렌설포네이트 분산제의 최소한의 혼합물은, 본 발명에 따른 알파-반수화물을 사용하여 얻어진 전술한 유동성의 상당한 개선 정도를 넘어서 석고 슬러리의 유동성을 증가시킨다 이는 수분량을 더 저하시키고 석고 벽판을 제조하는 사용되기에 충분한 유동성을 갖는 석고 슬러리가 제조되도록 한다. 트리메타포스페이트 염의 수준은 표준 배합물의 적어도 약 두 배이며(소듐 트리메타포스페이트의 경우), 나프탈렌설포네이트 분산제의 분산제 활성을 강화시키는 것으로 여겨진다. 본 발명의 모든 구현예에서 나프탈렌설포네이트 분산제 및 수용해성 메타포스페이트 또는 폴리포스페이트(바람직하게는 수용해성 트리메타포스페이트)의 혼합물이 사용되어야 하는 것을 주목해야 한다.

본 발명에서 사용되는 나프탈렌설포네이트 분산제는 폴리나프탈렌설폰산 및 그 염들(폴리나프탈렌설포네이트류)과 유도체들로서, 나프탈렌설폰산과 포름알데히드의 축합 산물들을 포함한다. 특히 바람직한 폴리나프탈렌설포네이트류는 소듐 및 칼슘 나프탈렌설포네이트를 포함한다. 나프탈렌설포네이트류의 평균 분자량은 약 3,000 내지 20,000 일 수 있으며, 바람직하게는 약 8,000 내지 10,000 일 수 있다. 고분자량 분산제는 고점도를 가지며 배합물에서 높은 수분 요구량을 발생시킨다. 유용한 나프탈렌설포네이트류는 Henkel Coporation의 제품인 LOMAR D, 오하이오주(Ohio)의 클리블랜드(Cleveland)의 GEO Specialty Chemicals의 제품인 DILOFLO 및 메사추세츠주(Massachusetts)의 렉싱턴(Lexington)의 Hampshire Chemical Corp.의 제품인 DAXAD를 포함한다. 바람직하게는 나프탈렌설포네이트류는 수용액의 형태로, 예를 들면 고형분 함량이 약 40~45 중량%의 범위로 사용된다.

본 발명에서 유용한 폴리나프탈렌설포네이트류는 다음의 화학식(1)을 갖는다:

상기 n은 >2 이고, M은 소듐, 포타슘, 칼슘 등이다.

나프탈렌설포네이트 분산제는 석고 복합체 배합물에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여 약 0.5 내지 약 2.5 중량%의 범위로 사용된다. 나프탈렌 설포네이트 분산제의 바람직한 범위는 건조 스터코의 중량에 대해 약 0.5 내지 약 1.5 중량%이며, 더 바람직하게는 건조 스터코의 중량에 대해 약 0.7 내지 약 1.5 중량%이며, 가장 바람직하게는 건조 스터코의 중량에 대해 약 0.7 내지 약 1.2 중량%이다.

어떠한 적당한 수용성 메타포스페이트 또는 폴리포스페이트가 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 바람직하게는 복염(double salts), 즉 2 개의 양이온을 갖는 트리메타포스페이트 염을 포함하는 트리메타포스페이트 염이 사용된다. 특히 유용 한 트리메타포스페이트 염은 소듐 트리메타포스페이트, 포타슘 트리메타포스페이트, 칼슘 트리메타포스페이트, 소듐 칼슘 트리메타포스페이트, 리튬 트리메타포스페이트, 암모늄 트리메타포스페이트 및 이와 유사한 것, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 트리메타포스페이트 염은 소듐 트리메타포스페이트이다. 트리메타포스페이트 염은 수용액으로, 예를 들면 고형분 함량으로 약 10 ~ 15중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 다른 환형 또는 비환형 폴리포스페이트도 사용될 수 있으며, 이는 참고문헌으로 여기에 통합되는 Yu 등의 미국특허 제6,409,825호에 개시되어 있다.

소듐 트리메타포스페이트는 석고 함유 조성물에 사용되는 알려진 첨가제이며, 일반적으로 석고 슬러리에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여 약 0.05 내지 약 0.08 중량%의 범위로 사용된다. 본 발명의 구현예들에서, 소듐 트리메타포스페이트(또는 다른 수용성 트리메타포스페이트 또는 폴리포스페이트)는 석고 복합체 배합물 내에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여 약 0.12 내지 약 0.4 중량%의 범위로 존재한다. 소듐 트리메타포스페이트(또는 다른 수용성 트리메타포스페이트 또는 폴리포스페이트)의 바람직한 범위는 석고 복합체 배합물 내에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여 약 0.12 내지 약 0.3 중량%이다.

녹말, 특히 선젤라틴화된(pregelatinized) 녹말을 포함하는 녹말이 본 발명에 따라 제조된 석고 함유 슬러리에 사용될 수 있다. 바람직한 선젤라틴화된 녹말은 선젤라틴화된 옥수수 녹말, 예를 들면 미주리주(Missouri)의 세인트루이스(St. Louis)의 Bunge사의 제품인 선젤라틴화된 옥수수 녹말 가루이며, 다음의 통상적 분 석치를 갖는다: 수분 7.5%, 단백질 8.0%, 오일 0.5%, 원섬유(crude fibe) 0.5%, 회(ash) 0.3%; 생강도(green strength) 0.48 psi; 및 이완 겉보기밀도(loose bulk density) 35.0 lb/ft ³ . 선젤라틴화된 옥수수 녹말은 석고 함유 슬러리 내에서 사용되는 건조 스터코의 중량에 대하여 약 10 중량%까지의 함량으로 사용될 수 있다.

다른 유용한 녹말은 산-변성된(acid-modified) 녹말을 포함하며, 예를 들면 Missouri의 St. Louis의 Bunge사의 제품인 HI-BOND와 같은 산-변성된 옥수수 가루이다. 이 녹말은 다음의 통상적 분석치를 갖는다: 수분 10.0%, 오일 1.4%, 용해성 물질 17.0%, 알칼리 유동성(alkaline fluidity) 98.0%, 이완 겉보기 밀도 30 lb/ft ³ 및 pH 4.3을 나타내는 슬러리 20%. 다른 유용한 녹말은 선젤라틴화되지 않은 밀 녹말이며, 예를 들면, 캐나다의 퀘벡주(Quebec)의 몬트리올(Montreal)의 ADM/Ogilvie사 제품인 ECOSOL-45이고, 이는 용해성 물질을 최대 25% 함유하고 있다.

나프탈렌설포네이트 분산제 트리메타포스페이트 염 혼합물이 선젤라틴화된 옥수수 녹말 및 선택적으로 종이 섬유 또는 유리 섬유와 함께 혼합되는 경우에 예측하지 않은 추가적인 결과가 본 발명에서 달성될 수도 있다. 상기 세 가지 구성성분들을 함유하는 배합물로부터 제조된 석고 벽판은 강도가 증가되고 무게가 감소되며 제조시 저하된 수분 요구량으로 인해 경제적으로 더 바람직하다.

촉진제가 본 발명의 석고 함유 조성물에 사용될 수 있으며, 예를 들면, 여기에 참고문헌으로 통합되는 Yu 등의 미국특허 제6,409,825호에 개시된 습식 석고 촉진제(wet gypsum accelerator, WGA)이다. 바람직한 내열 촉진제(heat resistant accelerator, HRA)가 랜드플라스터(칼슘 설페이트 디하이드레이트)의 건식 분쇄에 의해 제조될 수 있다. 당(sugar), 덱스트로스, 붕산 및 녹말과 같은 소량의 첨가제(보통 약 5중량%)가 이 HRA를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 당 또는 덱스트로스가 일반적으로 바람직하다. 다른 유용한 촉진제는 여기에 참고문헌으로 통합되는 미국특허 제3,573,947호에 개시된 "환경 안정성 촉진제(climate stabilized accelerator 또는 climate stable accelerator, CSA)"이다.

본 발명의 구현예들에 따라 제조된 석고 벽판은 덮개 시트 또는 표면 시트를 포함하며, 그 사이에서 석고 함유 슬러리로부터 응고된 석고 코어가 형성된다. 본 발명에 따르면, 상기 석고 함유 슬러리는 상기 언급한 입경을 갖는 분쇄된 알파-반수화물 또는 그러한 알파-반수화물 및 베타-반수화물의 블렌드를 포함할 수 있다. 상기 응고된 석고 함유 코어 물질은 두 개의 실질적으로 평행한 덮개 시트들, 예를 들면 종이 덮개 시트들 사이에 개재된다. 다양한 유형의 종이 덮개 시트가 당분야에 알려져 있으며, 이러한 모든 유형의 종이 덮개 시트가 본 발명에서 사용될 수 있다. 또한 유리 또는 고분자 섬유의 매트를 포함하는 덮개 시트도 사용될 수 있다.

다음의 실시예들은 본 발명을 더 설명한다. 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

소성 기술은 알파-반수화물을 제조하는 경제적인 방법을 제공한다. 그러나 상업적 등급의 플랜트 제조된 알파-반수화물은 벽판 제조시 요구되는 방식으로 용이하게 수화될 수 없다. 실시예 1에서 나타난 바와 같이 보통의 알파-반수화물을 도 1에 나타난 바와 같은 요구되는 입경분포(PSD)를 갖도록 분쇄하는 것이 도 2 및 하기 표 1에 나타난 바와 같이 수화 공정을 빠르게 할 수 있다는 것을 알아내었다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에서 알파-반수화물과 베타-반수화물 시료들의 입경분포의 도시한 그래프이다.

도 2는 미세 분쇄된 알파-반수화불 및 베타-반수화물의 50:50 블렌드의 수화 속도와 100% 알파-반수화물의 수화 속도를 도시한 그래프이다.

도 3은 미세 분쇄된 알파-반수화불 및 베타-반수화물의 50:50 블렌드의 압축 강도와 100% 베타-반수화물의 압축 강도를 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 구현예에서 석고 함유 슬러리 배합물(배합물 B)의 유동성 정도에 따른 슬럼프(slump) 크기를 도시한 막대 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 구현예에서 석고 함유 슬러리 배합물(배합물 A)의 압축 강도를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 구현예에서 미세 분쇄된 알파-반수화물 및 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드로 제조된 보드들의 네일 인장 시험(nail pull test) 데이터를 도시한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 구현예에서 분쇄된 알파-반수화물 100%로 제조된 벽판들의 네일 인장 시험 데이터를 도시한 그래프이다.

실시예 1

미세 분쇄된 알파-반수화물의 제조

미분쇄된 알파-반수화물을 캘리포니아주(California)의 롱비치(Long Beach)의 Vortec Industries사 제품인 Vortec M-1 임팩트밀을 사용하여 @ 1.8 lb/min로 세팅하여 60 Hz 속도로 분쇄했다. 원료물질 및 미세 분쇄된 물질의 PSD가 도 1에 나타나 있다. 얻어진 미세 분쇄된 알파-반수화물을 베타-반수화물과 50:50(wt/wt)의 비로 실험실단위의 트윈 쉘 혼합기(twin shell mixer)를 사용하여 혼합하였다.

도 1에 나타난 바와 같이, 미세 분쇄된 알파-반수화물의 PSD는 베타-반수화물의 PSD와 매우 유사하다. 미분쇄된 알파-반수화물도 비교를 위해 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50 블렌드의 수화 속도가 100% 알파-반수화물 시료도 미세 분쇄되었음에도 불구하고 100% 알파-반수화물보다 실질적으로 감소되었다. 수화 속도는 여기에 참고문헌으로 통합된 Veeramasuneni 등의 미국특허 제6,815,049호의 실시예 2에 기재된 시험 과정을 따라 결정되었다.

표 1은 예시적 블렌드의 수화 시간의 개선을 나타낸다.

모든 50:50 블렌드는 1.0 중량%의 LOMAR D를 포함한다.

표 1에 나타난 바와 같이, 블렌드가 최적화됨에 따라 98% 수화(소성로)까지의 시간이 약 12분에서 8.8분까지 감소되었다. 사실상, 상기 미세 분쇄된 알파-반수화물이 비소성된 석고(CaSO ₄ ·2H ₂ 0, 즉 "랜드플라스터")를 함유하는 경우, 수화는 7.8분으로 더 빠르다. 따라서, 알파-반수화물의 미세 분쇄는 느린 수화 속도 문제를 해결한다.

실시예 2

알파/베타 블렌드의 압축 강도

도 3을 참조하면, 미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드는 100% 베타-반수화물과 일반적으로 동등한 벤치 입방체 강도(bench cube strength)를 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 수분 및 스터코만으로(폼 없이) 제조된 순수 스터코 입방체를 사용하여 평방피트당 파운드(pcf)로 표시되는 다양한 밀도에서 psi로 표시되는 압축 강도가 측정되었다. 미분쇄된 알파-반수화물 및 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드는 낮은 강도의 결과를 나타내었다.

실시예 3

석고 슬러리 배합물 시료

석고 슬러리 배합물이 하기 표 2에 나타나 있다. 표 2의 모든 수치는 건조 스터코의 총 중량에 대한 중량%로 표시된다.

실시예 4

수분 요구량에 미치는 배합물 B의 효과

표 2에 나타난 바와 같이, 배합물 B에서 고수준의 트리메타포스페이트 염 및 녹말이 석고 함유 슬러리를 제조하는 데에 사용되었다. 배합물 B와 같은 슬러리 조성물은 낮은 WSR에서 우수한 유동성을 가진다. 도 4에 나타난 바와 같이, 예를 들면 배합물 B 사용시에 수분 요구량이 실질적으로 낮게 유지되었다. 상기 슬러리의 유동성을 측정하기 위해, 슬럼프 시험을 다음과 같이 수행하였다.

슬럼프 시험. 이 시험은 혼합기에서 석고 보드 코어 슬러리를 사용하여 수행되었다. 이 시험은 슬러리가 응고되기를 기다리지 않고 슬러리의 지름이 측정될 수 있도록 12 X 12 인치 Plexiglass 플레이트 상에서 수행되었다. 슬러리가 상기 혼합기에 가능한한 근접하여 꺼내어진다. 2 인치 X 4 인치 평탄한 벽면의 황동 또는 PVC 실린더 몰드(mold)를 시험 슬러리 시료로 신속하게 채웠고, 넘치는 부분을 평탄화하였다. 그 후 상기 실린더 몰드를 빠르게 상향으로 똑바로 들어올려 석고 패티가 남겨지도록 하였다. 상기 석고 패티의 지름을 측정하였다. 상기 결과물인 석고 패티는 지름이 약 5 내지 10 인치의 범위를 가질 수 있다. 이 시험은 세 번의 연속적인 시험의 결과들이 1/8 인치 내에 있을 때까지 반복되었으며, 그 후 슬럼프 지름(슬럼프 크기)으로서 이 수치가 기록되었다. 모든 시험 과정은 수행하는 데에 15초 이상이 소요되지 않았다.

실시예 5

압축 강도에 미치는 배합물 A의 효과

배합물 A(표 2)와 같은 슬러리 조성물이 입방체 시험에 사용되는 경우에 우수한 압축 강도를 나타내는 것을 알아냈다. 도 5에 나타난 바와 같이, 녹말을 사용하지 않거나 녹말과 분산제를 사용하지 않는 시험과 비교하면 다양한 입방체 밀도에서 압축 강도는 배합물 A가 사용되는 경우보다 적어도 약 10% 더 컸다. 슬러리에서 낮은 WSR을 얻기 위해서는 나프탈렌설포네이트 분산제가 항상 필요하다는 것을 주목해야 한다.

압축 강도는 ASTM C-472에 따라, 본 출원에 참고문헌으로 통합되는 Veeramasuneni 등의 미국특허 제6,815,049호에 합치되게 측정되었다.

실시예 6

미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50 블렌드로 제조된 벽판의 네일 인장 시험

석고 벽판 시료가 본 출원에 참고문헌으로 통합되는 Yu 등의 미국특허 제6,342,284호 및 Yu 등의 제6,632,550호에 따라 제조되었다. 이는 폼의 분리 제조 및 본 발명의 실시예 5에서 기재된 바와 같은 다른 성분들의 슬러리 내로 상기 폼의 도입을 포함한다.

미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드, 나프탈렌설포네이트 분산제 및 트리메타설포네이트 염을 사용하여 우수한 성능을 보여주기 위하여, 보드 시료들이 0.472 WSR에서 제조되었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드, 스터코 중량에 대하여 나프탈렌설포네이트 분산제 1 중량% 및 스터코 중량에 대하여 트리메타포스페이트 염 0.3 중량%로 제조된 보드들은 보통의(플랜트 분쇄된) 알파-반수화물과 베타-반수화물의 50:50(w/w) 블렌드(및 동일한 첨가제들)를 사용하여 제조된 보드들보다 더 우수한 네일 인장 수치들을 제공한다. 미세 분쇄된 알파-반수화물과 베타-반수화물의 블렌드를 사용하여 시험 시료들 두 세트가 제조되었다.

네일 인장 저항(nail pull resistance) 시험이 ASTM C-473에 따라 수행되었다. 추가적으로, 통상적인 석고 벽판은 약 1/2 인치의 두께 및 약 1600 내지 1800 파운드/1,000평방피트 또는 lb/MSF 사이의 무게를 갖는다. ("MSF"는 1,000 평방피트에 대한 당분야의 표준 약어이다; 이는 상자, 주름진 미디어 및 벽판의 면적 치수이다.)

실시예 7

100% 미세 분쇄된 알파-반수화물을 사용하여 제조된 슬러리

100% 미세 분쇄된 알파-반수화물이 실시예 1에서 제조된 바와 같이 슬러리 배합물에 사용된다면, 베타-반수화물을 사용하여 제조된 슬러리와 비교하여 수분 요구량이 더 적은 결과가 나올 것이다. 추가적으로, 100% 미세 분쇄된 알파-반수화물이 상기 실시예 3에서와 같이 트리메타포스페이트 염 및 나프탈렌설포네이트 분산제를 포함하는 슬러리 조성물에 사용된다면, 수분 요구량은 더 감소할 것이며, 즉 WSR이 약 0.2 내지 0.3의 범위일 수 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 100% 분쇄된 알파-반수화물로 제조된 벽판은 우수한 네일 인장 수치들을 제공하여 산업 표준을 충족시키거나 초과한다. 100% 분쇄된 알파-반수화물을 사용하여 시험 보드들 세 세트가 제조되었다.

문맥에 의해 명백하게 모순되거나 그렇지 않다고 지적되는 경우가 아니라면, 본 발명을 설명하는 문맥에서 단수 및 종류를 대표하는 용어("a", "an", "the")의 사용은 단수, 복수 모두를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.

그렇지 않다고 지적되는 경우 그리고 각 구분된 수치가 여기에서 개별적으로 언급되는 것처럼 본 명세서에 통합되는 경우가 아니라면, 여기에서 수치들의 범위들의 상술은 단지 상기 범위 내의 각 구분된 수치를 개별적으로 언급하는 간단한 방법으로서 제공하기 위한 것이다. 문맥에 의해 명백하게 모순되거나 그렇지 않다고 지적되는 경우가 아니라면, 여기에 기재된 모든 방법들은 어떠한 적당한 방법으로도 수행될 수 있다. 여기에서 제공되는 어느 하나 또는 모든 예시 또는 예시를 나타내는 용어(예, "such as")들의 사용은 단지 본 발명을 더 명확하게 하기 위한 것이며, 그렇지 않다고 주장하는 경우가 아니라면 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 어떠한 용어도 본 발명의 실시에 필수적인 것과 마찬가지로 주장되지 않은 요소를 지적하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명을 실시하기 위해 발명자들에게 알려진 최적의 실시예를 포함하여 본 발명의 바람직한 구현예들이 여기에 설명된다. 설명된 구현예들은 단지 예시일 뿐임이 이해되어야 하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 인정되어서는 안된다.

본 발명에 따라 석고 벽판 제조시 알파-반수화물을 함유하는 석고 슬러리를 사용하여 수분 필요량을 감소시킬 수 있으며, 석고 벽판의 건조 강도를 증가시킬 수 있다.