습식 석고 촉진제 제조방법

습식 석고 촉진제 제조방법{METHOD FOR PRODUCING WET GYPSUM ACCELERATOR}

경화 석고 (Set gypsum) (황산칼슘 이수화물)는, 예를들면 건물 장식벽 및 천정의 전형적인 건식벽 구조재에 사용되는 석고보드와 같은 많은 유형의 제품들에 통상 포함되는 잘 알려진 재료이다. 또한, 경화 석고는 석고/셀룰로스 섬유복합보드 및 제품의 주요 성분이고, 석고보드들 모서리 간 연결부 충전 및 유연화 제품들에 포함된다. 전형적으로, 이러한 석고-함유 제품들은 소성 (calcined) 석고, 즉, 황산칼슘 반수화물 및/또는 황산칼슘 무수화물, 및 물, 및 필요한 경우 기타 성분들의 혼합물을 형성하여 제조된다. 혼합물은 전형적으로 예정 형상 또는 기재 표면에 주조된다. 소성 석고는 물과 반응하여 결정성 수화 석고 또는 황산칼슘 이수화물 경화체 (matrix)를 형성한다. 바람직한 소성 석고의 수화는 경화 석고 결정들의 상호결합 경화체를 형성시키고, 이에 따라 석고-함유 제품에서 석고 구조체에 강도를 부여한다. 약하게 가열하면 미반응 물이 날라가고 건식 제품이 제조된다.

수화 효율을 개선시키고 경화 시간을 조절하기 위하여 통상 석고 제품 생산에 촉진제가 사용된다. 촉진제는, 예를들면, 미국특허번호 3,573,947, 3,947,285, 및 4,054,461에 기재되어 있다. 황산칼슘 이수화물 입자들, 물, 및 최소한 하나의 첨가제로 구성되는 습식 석고 촉진제 (WGA)는, 미국특허 6,409,825 및 공동 양수된 미국특허출원번호 2006/0243171 및2006/0244183에 기재되어 있고, 이들 각각은 본원에서 참조로 포함된다.

전형적으로 WGA는 물과 혼합되거나 수중에서 소성 석고로부터 형성된 황산칼슘 이수화물을 통상 첨가제 존재에서 습식분쇄하여 제조된다. 예시로써, 황산칼슘 이수화물, 물, 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 황산칼슘 이수화물 입자들의 중앙값 입자크기 (median particle size)가 약 5 미크론 (μm) 이하인 슬러리를 제공하기에 충분한 조건들에서 분쇄한다. 일반적으로, 생성된 분쇄물의 중앙값 입자크기가 작을수록, 경화 석고-함유 조성물 및 제품 제조 가속 효율이 개선된다.

지금까지 알려진 WGA는 의도한 목적에는 적합하지만, WGA 제조에 적용되는 습식분쇄 공정으로 분쇄설비가 급속히 마모될 수 있다. 이러한 급속한 마모로 인하여 분쇄설비 유지비가 증가하고, 이로 인하여 생산비 증가 및 생산성 및 효율에 제한이 생긴다. 따라서, 고효율 및/또는 유지비 절감을 위한 WGA제조방법 개선이 요망된다. 본 발명은 이러한 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 및 기타 이점들뿐 아니라 추가적인 특징들은 이하 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백하여 질 것이다.

본 발명은 중앙값 입자크기가 감소된 건식 석고를 이용하는 개선된 WGA 제조방법을 제공한다. 본 출원인은 놀랍게도 WGA 제조에 있어서 중앙값 입자크기가 감소된 건식 석고를 이용하면 예를들면, 분쇄설비 마모 감소, 설비 정지 기간 단축, 유지비 절감, 생산성 향상, 및 수화시간 감소와 같은하나 이상의 이점들이 있다는 것을 알았다.

하나의 실시예에서, 본 발명은, (i) 중앙값 입자크기가 약 20 μm 이하인 건식 석고 및 물을 혼합하여 습식 석고 혼합물을 형성하는 단계, 및 (ii) 습식 석고 혼합물에서 석고의 중앙값 입자크기가 감소하도록 충분한 시간 동안 습식 석고 혼합물을 분쇄하여 습식 석고 촉진제를 형성하는 단계로 구성되는 습식 석고 촉진제 제조방법을 제공한다.

다른 실시예에서, 본 발명은, 소성 석고, 물, 및 WGA의 혼합물을 형성하는 단계로 구성되고, 상기 WGA는 중앙값 입자크기가 약 20 μm 이하인 건식 석고를 이용하여 제조되고, 이에 따라 경화 석고의 상호결합 경화체가 형성되는 경화 석고의 상호결합 경화체 형성을 위한 소성 석고 수화방법을 제공한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은, 최소한 소성 석고, 물, 및 WGA로 형성되고, 상기 WGA는 중앙값 입자크기가 약 20 μm 이하인 건식 석고를 이용하여 제조되고, 상기 WGA는 경화 석고를 형성하기 위한 소성 석고 수화를 가속화 및/또는 조절하기에 유효한 함량 존재하는, 경화 석고의 상호결합 경화체로 구성되는 경화 석고-함유 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 공정 및 방법으로 제조되는 WGA 및 경화 석고-함유 제품들을 제공한다.

본 발명은 개선된 WGA 및 이로부터의 경화 석고-함유 제품들의 제조방법을 제공한다. 일반적으로, WGA는 황산칼슘 이수화물 입자들이 원하는 중앙값 입자크기를 가질 때까지 수중에서 황산칼슘 이수화물을 분쇄하여 제조된다. 본 출원인은 놀랍게도 공급처에서 입수된 전형적인 석고 공급원료의 초기 중앙값 입자크기와 비교하여 중앙값 입자크기가 감소된 건식 석고 공급원료를 사용하면 WGA 제조에 필요한 전체 분쇄시간을 줄일 수 있다는 것을 알았다.

따라서, 본 발명에 의하면, WGA 제조에 이용되는 분쇄 유무와 무관하게 (예를들면, 천연 공급 또는 합성 제조) 획득된 건식석고는 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하 (예를들면, 약 19 미크론 이하)이다. 전형적으로, 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 18 미크론 이하 (예를들면, 약 17 미크론, 또는 16 미크론 이하) 또는 약 15 미크론 이하 (예를들면, 약 14 미크론, 약 13 미크론, 또는 약 12 미크론 이하)이다. 일부 실시예들에서, 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 5 미크론 이하다. 또한 전형적으로 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 미크론 이상이다. 본 발명에 의하면, 상기 범위들의 임의 조합도 고려된다. 예를들면, 일부 실시예들에서 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 내지 약 18 미크론 또는 약 1 내지 약 14 미크론이다. 바람직하게는, 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 약 2 미크론 (예를들면, 약 1, 약 1.5, 약 2, 또는 약 2.5 미크론) 내지 약 12 미크론이다. 본원에서 사용되는, "약" 은 ± 0.5 μm를 의미한다. 중앙값 입자크기 측정방법은 석고 분야에서 잘 확립되어 있다. 예시로써, 중앙값 입자크기는 레이저 산란분석법 및/또는 기타 적합한 방법으로 결정될 수 있다. 적합한 레이저 산란장치는, 예를들면, Horiba, Microtrack, 및 Malvern 인스트루먼츠 (Instruments)에서 입수 가능하다.

본 발명에 따라 이용되는 건식 석고는 적합한 입자크기분포를 가질 수 있다. 입자크기분포는, 최소한 부분적으로, (적용된다면) 건식 석고 분쇄에 사용되는 분쇄설비 특성, 예를들면, 석고 분쇄물 제조에 사용되는 볼밀 크기 및 분쇄수단 (grinding medium)에 따라 다르다. 본 분야 기술자에게 공지된 바와 같이, 입자크기분포는 때로 입자크기분포 형태를 나타내는 d(0.1), d(0.5), 및 d(0.9) 값들로 보고된다. 전형적으로, 건식 석고의 d(0.9) 값은 약 300 미크론 이하, d(0.5) 값은 약 20 미크론 이하, 및 d(0.1) 값은 약 10 미크론 이하이다. 바람직하게는, 건식 석고의 d(0.9) 값은 약 250 미크론 이하, 약 200 미크론 이하, 또는 약 150 미크론 이하; d(0.5) 값은 약 15 미크론 이하, 약 10 미크론 이하, 약 8 미크론 이하, 또는 약 5 미크론 이하; 및 d(0.1) 값은 약 8 미크론 이하, 약 5 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 1 미크론 이하이다.

본 발명에 따라 이용되는 건식 석고는 임의의 적합한 표면적을 가질 수 있다. 전형적으로, 건식 석고의 표면적은 레이저 산란분석법으로 측정하면 약 0.15 m ² /g 이상이다. 바람직하게는, 건식 석고의 표면적은 약 0.18 m ² /g 이상 또는 약 0.2 m ² /g 이상이다. 일반적으로, 건식석고의 표면적은 약 5 m ² /g 이하, 약 3 m ² /g 이하, 또는 약 2 m ² /g 이하이다. 바람직한 실시예에서, 건식 석고의 표면적은 약 0.15 m ² /g 내지 약 3 m ² /g, 또는 약 0.2 m ² /g 내지 약 2 m ² /g이다.

본 발명에 따라 이용되는 건식 석고는 유동성이며 실질적으로 과도한 습기를 가지지 않는다. 전형적으로, 본 발명의 건식석고의 습기 함량은 약 5% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 1% 이하, 또는 약 0.5% 이하이다. 더욱 바람직하게는, 건식 석고의 습기 함량은 약 0.3% 이하, 약 0.2% 이하, 약 0.1% 이하, 또는 약 0%이다.

건식석고는 임의의 적합한 공급처로부터 획득될 수 있다. 예를들면, 건식 석고는 채광으로 획득되거나 합성방법으로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 건식 석고는 채광 석고 및 합성 석고의 조합물로 구성된다. WGA 제조에 이용되는 석고 불순물, 예를들면 천연 석고 중 점토, 경고석 (anhydrite), 또는 석회석 불순물 또는 합성 석고 중 비산회 (fly ash) 불순물은, WGA 생산 효율을 제한한다. 예시로써, Southard 분말석고 (landplaster)와 같은 채연 채광 석고에 존재하는 석회암은 분쇄설비를 조기 마모시킬 수 있어 정지 기간 및 유지비가 증가한다. 놀랍게도 본 발명에 따라 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하인 건식 석고로 WGA를 제조하면 불순물 허용 수준이 높아지고, 이에 따라 생산성이 증가한다는 것을 알았다. 따라서 일부 실시예들에서, 본 발명의 건식석고는 부피로 (by volume) 약 0 wt.% 내지 약 25 wt.%의 불순물을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 건식석고는 부피로 약 0 wt.% 내지 약 20 wt.%의 불순물, 또는 0 wt.% 내지 약 15 wt.%의 불순물, 또는 0 wt.% 내지 약 10 wt.%의 불순물, 또는 약 0 wt.% 내지 약 5 wt.% 불순물을 포함한다.

바람직한 중앙값 입자크기를 가지는 건식 석고는 임의의 적합한 방법에 의해 임의의 적합한 조건에서 획득될 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 건식 석고는 입수된 석고 그대로 바람직한 중앙값 입자크기가 얻어질 때까지 건식 분쇄하여 획득된다. 본 발명의 문맥에서, 입수된 석고 그대로 (as received gypsum material)란 추가적인 가공이 없이 공급처에서 받은 형태의 석고 원료를 언급하는 것이다. 그러나, 일부 실시예들에서, 바람직한 중앙값 입자크기를 가지는 건식 석고는 분쇄하지 않고 획득될 수 있다; 예로써, 건식 석고는 입수된 그대로 약 이하 20 미크론 (예를들면, 약 19 미크론, 약 18 미크론, 약 17 미크론, 약 16 미크론, 약 15 미크론, 약 14 미크론, 약 13 미크론, 또는 약 12 미크론 이하)의 중앙값 입자크기를 가지는 채굴 석고일 수 있다. 또한 전형적으로 분쇄하지 않은 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 미크론 이상이다. 본 발명에 의하면, 상기 범위들의 임의 조합이 고려된다. 바람직하게는, 분쇄하지 않은 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 2 미크론 (예를들면, 약 1, 약 1.5, 약 2, 또는 약 2.5 미크론) 내지 약 12 미크론이다. 예를들면, 일부 실시예들에서 분쇄하지 않은 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 내지 약 18 미크론 또는 약 1 내지 약 14 미크론이다. 유사하게, 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하 (예를들면, 약 19 미크론, 약 18 미크론, 약 17 미크론, 약 16 미크론, 약 15 미크론, 약 14 미크론, 약 13 미크론, 또는 약 12 미크론 이하)인 건식 석고가 합성으로 제조될 수 있다. 또한 전형적으로 합성으로 제조될 수 있는 건식 석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 미크론 이상이다. 본 발명에 의하면, 상기 범위들의 임의 조합이 고려된다. 바람직하게는, 합성으로 제조되는 건식석고의 중앙값 입자크기는 약 2 미크론 (예를들면, 약 1, 약 1.5, 약 2, 또는 약 2.5 미크론) 내지 약 12 미크론이다. 예를들면, 일부 실시예들에서 합성으로 제조되는 건식석고의 중앙값 입자크기는 약 0.5 내지 약 18 미크론 또는 약 1 내지 약 14 미크론이다. 이러한 석고는 입수된 그대로 추가적인 분쇄없이 본 발명의 방법에 따라 WGA를 제조할 수 있다.

일부 실시예들에서, WGA 제조 공정은 상기된 바와 같이 건식 석고의 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하가 달성되도록 건식 석고를 건식 분쇄하는 단계를 포함한다. 건식 석고를 건식 분쇄하여 제조할 때, 입수된 석고 그대로는 임의의 적합한 초기 중앙값 입자크기를 가질 수 있다. 입수된 석고 그대로의 초기 중앙값 입자크기는, 최소한 부분적으로, 석고 재료 공급처 및/또는 제조 방법에 따라 달라진다. 전형적으로 입수된 석고 그대로의 초기 중앙값 입자크기는 약 20 미크론 이상이다. 일부 실시예들에서 입수된 석고 그대로의 초기 중앙값 입자크기는 약 50 미크론 이상이다. 다른 실시예들에서, 입수된 석고 그대로의 초기 중앙값 입자크기는 약 20 내지 30 미크론이다. 또 다른 실시예들에서, 입수된 석고 그대로의 초기 중앙값 입자크기는 약 40 미크론 내지 약 100 미크론이다.

본 발명에 따른 건식 분쇄에 적합한 분쇄설비는 본 분야의 기술자에게 잘 공지되어 있고 임의의 적합한 건식 밀링 조립체, 예를들면, Ersham mill과 같은 볼밀을 포함할 수 있다. 전형적으로, 밀링 조립체는 피-분쇄 재료 및 분쇄 수단이 부분적으로 충전되는 수평축 주위로 회전하는 원통형 챔버를 포함한다. 전형적으로, 원통형 챔버 내의 볼 분쇄 수단이 차지하는 부피는 약 40% 내지 약 60%이다. 원통형 챔버 직경은 전형적으로 약2 피트 내지 약 4 피트이다. 바람직하게는, 분쇄기는 수냉식 자켓으로 둘러싸여 밀링 조립체는 일정한 분쇄 온도로 유지된다. 바람직하게는, 밀링 조립체 내부 온도는 약 74 ℃를 초과하지 않는다. 때로 밀링 조립체를 환기시켜 습기를 제거한다.

때로, 밀링 조립체는 연속적으로 운전되고, 재료는 분쇄기 일단에서 공급되고 타단에서 방출된다. 밀링 조립체 경로는 임의의 적합한 길이를 가질 수 있고 전형적으로 약 8 피트 (2.4 m) 내지 약 30 피트 (9.1 m)이다. 분쇄기 직경 역시 밀링 조립체 크기에 따라 다르고 전형적으로는8 인치 (45.7cm) 내지 60 인치 (152.4 cm)이다. 재료가 분쇄기로 투입되는 공급속도는 적절하게 가변될 수 있고, 최소한 부분적으로, 밀링 조립체, 분쇄기 크기, 분쇄수단, 제조 라인 속도, 및 원하는 결과에 따라 달라진다. 공급속도는, 본 분야의 기술자가 이해될 수 있는 이들 인자들에 따라 예를들면, 약 100 lbs/h (45.5 kg/h) 내지 약 3000 lbs/h (113.6 kg/h)에 이를 수 있다. 일부 실시예들에서, 공급속도는 약 180 lbs/h (81.8 kg/h)이다.

볼 분쇄 수단은 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있고, 예를들면, 분쇄수단은 하나 이상의 금속, 하나 이상의 세라믹, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 전형적으로 볼은 스테인리스강, 탄소강, 크롬 합금강, 및 기타 등으로 이루어진 군에서 선택되는 금속으로 구성된다. 적합한 세라믹 재료로는 지르코니아, 알루미나, 세리아, 실리카, 유리, 및 기타 등을 포함한다. 바람직하게는 볼은 스테인리스강으로 구성되거나 실질적으로 스테인리스강으로 이루어진다.

또한, 밀링 조립체와 관련되어 사용되는 분쇄수단은 임의의 적합한 크기 및 밀도를 가질 수 있다. 분쇄수단 크기 및 밀도가, 최소한 부분적으로, 건식 석고의 중앙값 입자크기를 결정한다. 바람직하게는 분쇄수단의 평균직경은 약 10 mm 내지 약 50 mm이다. 바람직하게는, 분쇄수단의 평균직경은 약 20 mm 내지 약 40 mm이다. 더욱 바람직하게는, 볼 분쇄수단은 1" (25.4 mm) 또는 1.5" (38.1 mm) 직경의 볼이다. 바람직하게는 분쇄수단의 밀도는 약 2.5 g/cm ³ 이상이다. 바람직하게는, 분쇄수단의 밀도는 약 4 g/cm ³ 이상이다. 더욱 바람직하게는, 분쇄수단의 밀도는 약 6 g/cm ³ 이상이다.

일부 실시예들에서, 높은 습도 수준은 건식 석고 분쇄 공정 효율을 제한시키므로 분쇄 단계에서 습도를 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 실시예들에서, 건식 분쇄 챔버 습도는 전형적으로 약 50% 이하, 또는 약 40% 이하, 약 30% 이하, 또는 약 20% 이하이다.

본 발명에 따른 건식석고를 이용하여 제조되는 WGA는 회분식 (batch process) 또는 연속식 (continuous process)으로 제조될 수 있다. 회분식으로 WGA를 제조할 때, 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하의 건식석고, 물, 및 최소한 하나의 첨가제를 단일 단계에서 혼합한다. 연속식으로 WGA를 제조할 때, 물, 건식석고, 및 첨가제(들)을 계속하여 혼합물에 투입하면서 WGA로 이용되는 혼합물 일부를 계속하여 제거한다. 일 양태에서, (i) 중앙값 입자크기가 약 20 μm 이하인 건식 석고 및 물을 혼합하여 습식 석고 혼합물을 형성하는 단계, 및 (ii) 습식 석고 혼합물에서 석고의 중앙값 입자크기가 감소하도록 충분한 시간 동안 습식 석고 혼합물을 분쇄하여 습식 석고 촉진제를 형성하는 단계로 구성되는 공정에 의해 WGA가 제조된다. 단계 (ii)에 따라 분쇄되어 제조되는 습식 석고 혼합물은 추가적인 변형 없이 WGA로 이용된다. 단계 (i) 및 (ii)는 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 WGA는 특히 표면화학을 증진시켜 핵심성장자리 (nucleation site) 형성이 용이하도록, 바람직한 촉진화를 위하여 바람직하게는 하나 이상의 첨가제들을 포함하고, 예를들면, 미국특허 6,409,825 및 미국특허출원 공개번호 2006/0243171 및 2006/0244183에 기재된 바와 같은 포스폰산 (phosphonic) 또는 인산염-함유 성분들을 포함한다. 적합한 첨가제들은 포스폰산 유기화합물, 인산염-함유 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물들을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 제조되는 WGA는 포스폰산 유기화합물, 인산염-함유 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 첨가제를 포함한다.

임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 분쇄할 때, 본 발명에 의한 바람직한 첨가제들은 새롭게 형성되는 황산칼슘 이수화물 외면에 부착되어, 최소한 부분적인 도포막을 황산칼슘 이수화물 상에 제공하는 것으로 판단된다. 또한 첨가제들은, 그렇지 않다면 재결정화가 일어날 수 있는 위치인 촉진제의 황산칼슘 이수화물 표면에 있는 활성자리에 강력하게 흡착되는 것으로 판단된다. 그 결과, 이러한 활성자리에 흡착됨으로써, 첨가제들은 활성자리의 크기 및 형태를 보호하여 열 및/또는 습기에 노출될 때 석고 분쇄물의 석고 재결정화를 방지하고 습식 분쇄 공정 과정에서 석고 분쇄물의 활성자리를 보호하는 것으로 판단된다. 따라서, 새로운 석고 분쇄 입자들의 불규칙 형상이 보존되고, 이에 따라 결정화를 위한 가용 핵심성장자리가 유지된다.

첨가제들이 존재하는 경우, 이들은 본 발명의 공정 과정에서 임의의 적합한 시간에 투입된다. 본 발명을 지속하면서, 첨가제(들)은 습식 석고 혼합물 분쇄 전 또는 과정에 첨가될 수 있다. 달리, 또는 추가로, 첨가제(들)은 습식 석고 혼합물 형성 전에 건식석고에 첨가될 수 있다. 예를들면, 첨가제(들)이 액상인 경우 (예를들면, 수성 포스폰산염 용액) 습식 석고 혼합물에 혼합될 수 있고, 첨가제가 무수 형태인 경우 (예를들면, 인산염) 습식 석고 혼합물 형성 전에 건식석고에 혼합될 수 있다. 또한, 각 유형의 하나 이상의 첨가제가 본 발명을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 공정은 습식 석고 혼합물 분쇄 전 또는 과정에서 최소한 하나의 첨가제 및 습식 석고 혼합물을 혼합하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 본 공정은 습식 석고 혼합물 형성 전에 최소한 하나의 첨가제를 건식석고와 혼합하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 WGA에 사용되기에 적합한 포스폰산 유기화합물은 최소한 하나의 RPO ₃ M ₂ 작용기를 포함하고, 여기에서 M은 양이온, 인, 또는 수소이고, R은 유기기이다. 예시로는 유기포스폰산염 및 포스폰산을 포함한다. 모노포스폰산 유기화합물이 본 발명에 따라 사용되지만 포스폰산 유기화합물이 바람직하다. 바람직한 포스폰산 유기화합물은 최소한 두 개의 포스폰산염 또는 이온기, 최소한 두 개의 포스폰산기, 또는 최소한 하나의 포스폰산염 또는 이온기 및 최소한 하나의 포스폰산기를 포함한다. 본 발명에 의한 모노포스폰산 화합물은 하나의 포스폰산염 또는 이온 또는 최소한 하나의 포스폰산기를 포함한다.

포스폰산 유기화합물의 유기기는 인 원자와 직접 결합된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 포스폰산 유기화합물은, 제한적이지는 않지만, 다음과 같은 구조를 가지는 수용성 화합물을 포함한다:

이러한 구조에서, R은 인 원자 P에 직접 결합되는최소한 하나의 탄소원자를 가지는 유기 잔기이고, n은 약 1 내지 약 20, 바람직하게는 약 2 내지 약 10 (예를들면, 4, 6, 또는 8)이다.

포스폰산 유기화합물은, 예를들면, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 디에틸렌트리아민 펜타(메틸렌포스폰산), 헥사메틸렌디아민 테트라(메틸렌포스폰산), 및 이들의 임의의 적합한 염, 예를들면, 상기 임의의 산의 예를들면, 칼륨염, 나트륨염, 암모늄염, 칼슘염, 또는 마그네슘염, 및 기타 등, 또는 상기 염 및/또는 산의 조합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 미조리주, 세인트 루이스, Solutia, Inc. 에서 상업적으로 입수될 수 있는 DEQUEST™ 포스폰산염이 본 발명에서 사용된다. DEQUEST™ 포스폰산염 예시로는 DEQUEST™ 2000, DEQUEST™ 2006, DEQUEST™ 2016, DEQUEST™ 2054, DEQUEST™ 2060S, DEQUEST™ 2066A, 및 기타 등을 포함한다. 기타 예시적 적합한 포스폰산 유기화합물은, 예를들면, 본원에 참조로 포함되는 미국특허 No. 5,788,857에 개시되어 있다.

임의의 적합한 인산염-함유 화합물이 적용될 수 있다. 예시로써, 인산염-함유 화합물은 오르토인산염 또는 폴리인산염이다. 인산염-함유 화합물은 이온, 염, 또는 산의 형태일 수 있다.

본 발명에 따른 적합한 예시적 인삼염은 본 분야의 기술자에게 명백할 것이다. 예를들면, 임의의 적합한 오르토인산염-함유 화합물이 본 발명의 구현에 사용되며, 제한적이지는 않지만, 일염기성 인산염, 예를들면 제1인산암모늄, 제1인산나트륨, 제1인산칼륨, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 바람직한 일염기성 인산염은 제1인산나트륨이다. 다염기성 오르토인산염 역시 본 발명에 따라 적용될 수 있다.

유사하게, 임의의 적합한 폴리인산염이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 폴리인산염은 환형 또는 비환형일 수 있다. 예시적 환형 폴리인산염은 트리메타인산염을 포함하고, 복염, 즉 두 개의 양이온을 가지는 트리메타인산염을 포함한다. 트리메타인산염은, 예를들면, 트리메타인산나트륨, 트리메타인산칼륨, 트리메타인산칼슘, 트리메타인산나트륨칼슘, 트리메타인산리튬, 트리메타인산암모늄, 트리메타인산알루미늄, 및 기타 등, 또는 이들의 조합물에서 선택된다. 트리메타인산나트륨이 바람직한 트리메타인산염이다. 또한, 임의의 적합한 비환형 폴리인산염이 본 발명에 따라 적용될 수 있다. 바람직하게는, 비환형 폴리인산염은 최소한 두 개의 인산염 단위를 가진다. 예시로써, 본 발명에 따라 적합한 비환형 폴리인산염은, 제한적이지는 않지만, 피로인산염, 트리폴리인산염, 약 6 내지 약 27 반복 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산나트륨, 약 6 내지 약 27 반복 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산칼륨, 약 6 내지 약 27 반복 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산암모늄, 및 이들의 조합물을 포함한다. 본 발명에 의한 바람직한 비환형 폴리인산염은 미조리주, 세인트 루이스,Solutia, Inc. 로부터 상업적으로 입수되는 CALGON™ 이고, 이는 약 6 내지 약 27의 반복 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산나트륨이다. 또한, 인산염-함유 화합물은 상기 임의의 염의 산 형태일 수 있다. 산은, 예를들면, 포스폰산 또는 폴리포스폰산일 수 있다. 이고, 이는 약 6 내지 약 27의 반복 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산나트륨이다. 또한, 인산염-함유 화합물은 상기 임의의 염의 산 형태일 수 있다. 산은, 예를들면, 포스폰산 또는 폴리포스폰산일 수 있다.

바람직하게는, 인산염-함유 화합물은 피로인산사칼륨, 산성 피로인산나트륨, 트리폴리인산나트륨, 피로인산사나트륨, 트리폴리인산나트륨칼륨, 6 내지 약 27 인산염 단위를 가지는 헥사메타인산나트륨, 폴리인산암모늄, 트리메타인산나트륨, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.

중앙값 입자크기가 약 20 미크론 이하인 건식석고를 물과 결합시켜 습식 석고 혼합물을 형성한 후, 습식 석고 혼합물 중의 석고의 중앙값 입자크기는 임의의 적합한 분쇄 방법으로 더욱 감소시킬 수 있다. 전형적으로, 습식 석고 혼합물 중의 석고의 중앙값 입자크기는 습식분쇄를 통하여 감소된다. 단계 (ii)에서 사용하기에 적합한 분쇄설비는 본 분야의 기술자에게 잘 알려져 있고 임의의 적합한 밀링 조립체, 예를들면, 비드밀를 포함한다. 전형적으로, 밀링 조립체는 디스크 및 스페이서가 장착된 밀링 샤프트를 가지는 분쇄 챔버 및 다수의 분쇄수단을 포함한다. 본 분야의 기술자에게 명백한 바와 같이, 혼합물을 분쇄하면 혼합물 함유 유체 중에 존재하는 입자들의 크기 (예를들면, 중간값 크기)가 줄어든다.

밀링 조립체는 하나 이상의 분쇄기를 가질 수 있다. 따라서, 습식 분쇄는 단일 분쇄기 또는 직렬 배치된 다중 분쇄기들에서 구현될 수 있다. 다중 분쇄기들을 이용하면 각각의 분쇄기에서 총 분쇄시간의 일부를 수행하므로 처리시간이 더 단축된다. 또한 다중 밀링 조립체는 각각의 분쇄기에서 상이한 분쇄수단을 이용함으로써 분쇄효율을 최적화시킬 수 있다. 적합한 다중 밀링 조립체는 상업적으로 입수될 수 있다. 예시적 다중 분쇄기는 CMC에서 입수될 수 있는 Duplex Mill CMC-200-001이다. 다중 밀링 조립체의 분쇄기 개수는 임의의 적합한 개수(예를들면, 2 내지5) 일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 분쇄기 개수는 2이다.

다중 밀링 조립체를 이용할 때, 첨가제(들)을 분쇄 과정 중 임의의 적합한 시간에 투입할 수 있다는 것은 본 분야의 기술자들에게는 명백한 것이다. 예시로써, 습식 밀링 조립체가 2개의 분쇄기로 구성된 경우, 본 발명의 WGA는 라인에 있는 제1 분쇄기 및/또는 적절하다면 제2 분쇄기에 투입될 수 있다.

디스크 및 스페이서는 임의의 적합한 재료, 예를들면 스테인리스강, PREMALLOY™ 합금, 나일론, 세라믹, 및 폴리우레탄으로 구성된다. 바람직하게는, 최소한 하나의 디스크 및 스페이서는 스테인리스강 또는 PREMALLOY™ 합금으로 구성된다. 또한, 분쇄 챔버에 사용되는 디스크는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 전형적으로, 디스크는 표준 판형 디스크 또는 핀형 디스크, 특히 분쇄기에서 매질 (media)의 축방향 유동을 개선시키도록 설계된 핀형 디스크이다. 밀링 샤프트 및 해당 분쇄 챔버는 수평 또는 수직 방향으로 배치된다. 바람직한 실시예들에서, 밀링 샤프트는 수평 배치된다. 전형적으로, 분쇄 챔버는 수냉식 자켓으로 둘러싸인다. 바람직하게는, 분쇄 챔버는 수냉되어 일정한 분쇄 온도가 유지된다. 본 발명에 적합한 특정 볼밀의 예시로는, 예를들면, Premier Mills, CMC, 및 Draiswerke의 분쇄기들이다.

밀링 조립체는 임의의 적합한 분쇄수단, 예를들면, 비드, 쇼트, 볼콘 (ballcone), 실린더, 및 이들의 조합으로 구성된다. 전형적으로 분쇄수단은 비드이다. 분쇄수단은 임의의 적합한 재료로 구성되며, 예를들면, 분쇄수단은 하나 이상의 금속, 하나 이상의 세라믹, 또는 이들의 조합으로 구성된다. 적합한 금속은 스테인리스강, 탄소강, 크롬 합금강, 및 기타 등을 포함한다. 적합한 세라믹 재료는 지르코니아, 알루미나, 세리아, 실리카, 유리, 및 기타 등을 포함한다. 황산칼슘 이수화물에 존재하는 황산기는 분쇄기 내 부식환경을 유발한다. 따라서, 내부식성 분쇄수단을 이용하는 것이 바람직하다. 내부식성 분쇄수단은 내부식성 재료로 도포된 스테인리스강 분쇄수단 또는 스틸 분쇄수단 및 세라믹 분쇄수단을 포함한다. 적합한 습식분쇄수단은 Quackenbush Company, Inc에서 입수되는 것들, 99% 실리카 (Quacksand); 소다-석회 석영유리 (Q-Bead and Q-Ball); 소다-석회 석영유리 플러스 산화칼슘 및 산화칼슘 (Ceramedia 700); 58% 이산화지르코늄 및 37% 이산화규소 (지르코니아 QBZ-58™; 95% 이산화지르코늄 및 4% 산화망간 및 산화칼슘 (지르코니아 QBZ-95™; 및 중탄소경화강 (Quackshot)으로 구성되는 분쇄수단을 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 분쇄수단은 20% 세리아 및 80% 지르코니아로 구성되는 세리아-안정화 지르코니아, 예를들면 인도, 나시크, Jyoti Ceramic Inds. 에서 상업적으로 입수 가능한 Zirconox™ 비드를 포함한다.

밀링 조립체와 관련되어 사용되는 분쇄수단은 임의의 적합한 크기 및 밀도를 가질 수 있다. 분쇄수단 크기 및 밀도가, 최소한 부분적으로, 건식 석고의 중앙값 입자크기를 결정한다. 전형적으로, 평균직경이 약 1 mm 내지 약 4 mm의 분쇄수단을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 분쇄수단의 평균직경은 약 1.7 mm 내지 약 2.4 mm이다. 바람직하게는 분쇄수단의 밀도는 약 2.5 g/cm ³ 이상이다. 바람직하게는, 분쇄수단의 밀도는 약 4 g/cm ³ 이상이다. 더욱 바람직하게는, 분쇄수단의 밀도는 약 6 g/cm ³ 이상이다. 특히 바람직한 실시예에서, 분쇄수단은 평균직경이 약 1.7 mm 내지 약 2.4 mm이고 밀도가 약 6.1 g/cm ³ 이상인 Zirconox™ 세라믹 비드이다.

습식분쇄에 적용되는 밀링 조립체는 분쇄 챔버 내에 임의의 적합한 용적을 가지는 분쇄수단을 포함할 수 있다. 바람직하게는 분쇄 챔버는 분쇄 챔버 총 부피 기준으로 약 70 부피 % 이상을 가지는 분쇄수단을 포함한다. 바람직하게는 분쇄 챔버는 약 70 부피% 내지 약 90 부피 %의 분쇄수단을 가진다. 더욱 바람직하게는 약 75 부피 % 내지 약 85 부피 %의 분쇄수단이 분쇄 챔버 내에 존재한다.

습식분쇄 후에 습식 석고 혼합물에 있는 석고의 목표 중앙값 입자크기는 많은 인자들, 예를들면 원하는 WGA 용도에 따라 다르다. 전형적으로, 습식 석고 혼합물은 석고의 중앙값 입자크기가 약 0.5 미크론 내지 약 2 미크론이 될 때까지 분쇄된다. 바람직하게는, 습식 석고 혼합물은 석고의 중앙값 입자크기가 약 1 미크론 내지 약 1.7 미크론, 바람직하게는 약 1 미크론 내지 약 1.5 미크론이 될 때까지 분쇄된다. 특히 바람직한 실시예에서, 습식 석고 혼합물은 석고의 중앙값 입자크기가 분쇄 후 약 1.5 미크론이 될 때까지 분쇄된다.

회분 공정에 있어서, 본 발명에 의한 습식 석고 혼합물은 임의의 적합한 시간 동안 분쇄된다. 이러한 분쇄 시간은 많은 인자들, 예를들면, 분쇄설비, 원하는 WGA 입자크기, 및 제조 함량에 따라 다르다. 전형적으로, 습식 석고 혼합물은 약 10 분 내지 약 50 분, 바람직하게는 약20 내지 약 40 분, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 약 35 분 동안 분쇄된다.

본 발명에 따른 습식 석고 혼합물 또는 WGA는 임의의 적합한 점도를 가질 수 있다. 본 발명의 일 양태를 유지하면서, 습식 석고 혼합물의 점도는 본 분야의 기술자에게 잘 알려진 방법으로 측정된다. 본 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 점도는 여러 방법으로 측정 가능하다. 본원에서, 점도 측정은 바람직하게는 적합한 스핀들 (예를들면, 40 rpm의 #4 스핀들)을 가지는 브룩필드 (Brookfield) 점도계 (예를들면, Brookfield RVT)로 측정된다. 점도계는 제조업자 작동 지시서에 따라 실온 (예를들면, 20-25 ℃) 및 대기압에서 작동시킨다. 바람직하게는, 습식 석고 혼합물은 약 40-45% 고형물을 포함하고, 습식 석고 혼합물 온도가 분쇄 과정에서 상승하므로, 습식 석고 혼합물 온도 범위가 실온 내지 약 150 ℉ (65.6 ℃)에서점도 범위가 약 1000 cP 이상인 슬러리를 제공하기에 충분한 조건에서 분쇄된다. 전형적으로, WGA는 점도가 약 1000 cP 내지 약 5000 cP이다. 바람직하게는, WGA의 점도 범위는 약 2000 cP 내지 약 4000 cP이다. 더욱 바람직하게는, WGA 점도 범위는 약 2500 cP 내지 약 3500 cP이다. 일부 실시예들에서, 점도 범위는 약 2800 cP 내지 약 3200 cP이다. 상기 점도 범위는 점도 또는 측정에 상당한 영향을 주는 분산제 또는 기타 화학 첨가제들이 없는 상태에서 측정된 범위이다.

제품 (예를들면, 벽판재와 같은 보드) 제조에 있어, 본 발명에 의해 제조되는 WGA는 바람직하게는 소성 석고 혼합물이 경화 석고로 전환되는 속도를 촉진 및/또는 제어하기에 유효한 함량으로 수성의 소성 석고 혼합물에 첨가된다. WGA는 수성의 소성 석고 혼합물에 임의의 적합한 방식으로 첨가된다. 예를들면, 회분식 또는 연속식으로 본 발명의 WGA가 제조되면, 홀딩 탱크 또는 "서지" 탱크에 공급되고, 이로부터 WGA는 보드 제조 생산라인에 연속적으로 제공되어 여기에서WGA는 바람직하게는 소성 석고 혼합물에 첨가된다. WGA는 혼합기에서 및/또는, 예를들면, 미국특허출원 공개번호2006/0243171 및 2006/0244183에서 기재된 바와 같은 사후-혼합을 통하여 소성 석고 혼합물에 첨가될 수 있다.

전형적으로, 수화속도는 "50% 수화 도달시간"에 기초하여 평가된다. 포괄적으로, 더 많은 촉진제들을 사용하면50% 수화 도달시간이 단축된다. 석고 촉진제는 핵심성장자리들을 제공하므로 더 많은 이수화물 결정들이 형성되고 더 많은 수의 더 얇은 석고 결정들이 제공된다. 다른 촉진제들, 예를들면 황산알루미늄은, 기존의 석고 결정들을 더욱 신속하게 성장시키고, 이에 따라 더 적은 수의, 더욱 두꺼운 결정들이 형성된다. 전형적으로, 더 많은 수의 더욱 얇은 석고 결정들이, 더 적은 수의 더욱 두꺼운 석고 결정들과 비교하여, 더욱 강한 양질의 경화체를 형성시킨다.

소성 석고가 경화 석고로 수화되는 것은 발열 공정이므로, 본 분야의 기술자에게 알려진 바와 같이, 50% 수화 도달시간은 수화에 따른 온도 상승 중간점을 결정하고 온도 상승에 필요한 시간을 측정하여 계산될 수 있다. 50% 수화 도달시간은 상이한 여러 인자들에 의해 영향을 받으며, 예를들면 촉진제 사용 함량, 촉진제 효율, 황산칼슘 반수화물 및 물 사용 함량, 및 초기 슬러리 온도에 의해 달라진다. 수화 측정 시에, WGA 함량 또는 유형과 같은 피-테스트 변수들을 제외한 변수들을 고정한 대조군이 시험될 수 있다. 이러한 절차를 통하여 WGA 특정 유형뿐 아니라 일반적으로 다양한 유형의 촉진제들을 비교할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 의한 WGA를 이용하면 소성 석고의 50% 수화 도달시간이 약 8 분 이하, 더욱 바람직하게는 6 분 이하이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따라 제조된 WGA를 사용하면 소성 석고의 50% 수화 도달시간은 약 5 분 이하 내지 약 4 분 이하이다. 가장 바람직하게는, 본 발명에 따라 제조된 WGA를 사용하면 소성 석고의 50% 수화 도달시간은 약 3 분 이하 내지 약 2 분 이하이다.

수성의 소성 석고 혼합물에 첨가되는 WGA 함량은 수성의 소성 석고 혼합물 성분들, 예를들면 경화 지연제, 분산제, 거품, 전분, 지섬유, 및 기타 등이 포함 여부에 따라 달라진다. 예시로써, 본 발명에 의한 습식 석고 촉진제는 소성 석고 중량의 약0.05% 내지 약 3% 함량, 더욱 바람직하게는, 소성 석고 중량의 약 0.5% 내지 약 2% 함량으로 제공된다.

본 발명의 습식 석고 촉진제에 포함되는 건식석고 제조에 사용되는 석고 재료는 전형적으로 주로 황산칼슘 이수화물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 석고 재료는 소량의 황산칼슘 알파 반수화물, 황산칼슘 베타 반수화물, 수용성 황산칼슘 무수화물, 또는 이들 황산칼슘 반수화물 및 무수화물의 여러 형태의 혼합물들을 더욱 포함한다. 석고 재료는 추가로 섬유성 또는 비-섬유성 석고를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제조되는 WGA는 이들 임의의 황산칼슘 반수화물 및 무수화물 형태의 소성석고뿐 아니라 황산칼슘 반수화물 및 무수화물의 여러 형태 예를들면 섬유성 및 비-섬유성 소성 석고의 혼합물의 수화를 촉진시키는데 사용될 수 있다.

따라서, 다른 실시예에서, 본 발명은 경화 석고의 상호결합 경화체를 형성하기 위한 소성석고의 수화방법을 제공하며, 본 방법은 소성 석고, 물, 및 습식 석고 촉진제의 혼합 단계를 포함하고, 상기 습식 석고 촉진제는 전기된 입자크기가 감소된 건식석고를 이용하여 제조되며, 이에 따라 경화 석고의 상호결합 경화체가 형성된다. 전형적으로, WGA는 소성 석고의 수화를 촉진 및/또는 조절하기에 유효한 함량으로 존재하며, WGA는 본 분야의 기술자에게 알려진 적합한 방식으로 수성의 소성석고에 첨가되어 최소한 일부의 소성 석고가 수화되어 경화 석고의 상호결합 경화체를 형성한다. 바람직하게는, 모든 소성 석고가 수화되어 경화 석고의 상호결합 경화체를 형성한다.

또한 본 발명은 상기 방법 및 공정에 따라 제조되는 경화 석고-함유 제품들을 제공한다. 이러한 경화 석고-함유 제품들은, 예를들면, 종래 석고보드 또는 석고-셀룰로스섬유보드 예를들면 USG 코포레이션(Corporation)에서 상업적으로 입수 가능한 FIBEROCK™ 복합판넬, 천장재, 바닥재, 연결 컴파운드, 플라스터, 전문 제품들, 및 기타 등을 포함한다.

하기 예들은 본 발명을 설명하지만, 어떠한 방식으로도 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.

실시예 1

본 실시예는 중앙값 입자크기가 20 미크론 미만인 본 발명에 의한 건식석고 생산공정을 설명한다.

황산칼슘 이수화물 (분말석고)을 USG의 Southard 공장에서 입수하였다. 재료 일부를 공급속도 180 lbs/hr (81.8 kg/h)에서40-45 부피 % (250 lbs; 113.6 kg)의 1" 스테인리스강 볼들로 이루어진 건식 볼밀로 분쇄하였다. 분쇄 전후의 분말석고의 입자크기분포를 Scirocco 2000 건식 분말 공급기가 장착된 Malvern 인스트루먼츠의 입자크기 분석기로 측정하였다.

"입수된 그대로의" 석고 (1A) 및 분쇄물 (1B)의 입자크기분포가 표1에 제시된다.

1A 및 1B에 대한 부피 가중 평균 (volume weighted mean), 비표면적, 면적 가중 평균 (surface weighted mean), 및 d(0.1), d(0.5), 및d(0.9) 값들을 표 2에 제시한다.

표 1 및 2에 제시된 바와 같이, 석고에 대한 건식 분쇄로 입수된 석고 그대로와 비교하여 일반적으로 중앙값 입자크기가 감소된 재료를 얻었다. 또한, 분쇄된 석고 1B는 입수된 석고 1A 그대로인 경우보다 더 작은 d(0.1) 및 d(0.5) 값들, 부피 가중 평균, 및 면적 가중 평균을 보였다. 또한 분쇄된 석고 1B는 입수된 석고 1A 그대로인 경우보다 더 큰 비표면적을 보였다. 그러나, 분쇄된 석고 1B에 대한d(0.9) 값은 석고 1A에 대한 경우보다 분명히 더 컸다.

유사한 재료들에 대한 건식 분쇄 연구에 따르면, Malvern 장비로 입자크기를 측정하면 응집체에 대하여 정확히 교정되지 않는다는 것을 알았다. 더욱 상세하게는, 입자크기 측정값은 큰 입자크기 부분들에 대하여는 미분쇄 재료에 비하여 높은 백분율로 기록되었다. 다음과 같은 절차로 입자크기 데이터를 교정하였다. 도표 중 더욱 거친 크기 부분의 응집체 피크를 더욱 미세한 크기 부분을 가지는 유사한 공급 재료의 유연한 크기 분포로 대체하였다. 그리고 전체 입자크기분포 면적을 100%로 유지하면서 입자크기 부분 백분율을 다시 계산하였다. 표 3 및 4와 같이 누적 입자크기분포가 다시 계산되었다. 교정 데이터를 이용하여 모든 다른 데이터 (부피 가중 평균, 비표면적, 면적 가중 평균, d(0.1), d (0.5), 및 d(0.9))를 비례적으로 계산하였다.

표 3 및 4에 보여지는 바와 같이, 석고를 건식 분쇄하면 입수된 석고 그대로의 경우보다 중앙값 입자크기가 줄어든 재료를 얻었다. 또한, 분쇄된 석고 1D는 입수된 석고 1C 그대로 경우보다 더 작은 d(0.1), d(0.5), 및 d(0.9) 값들, 부피 가중 평균, 및 면적 가중 평균을 보였다. 또한 분쇄된 석고 1D는 입수된 석고 1C 그대로의 경우와 비교하여 더 큰 비표면적을 보였다.

실시예 2

본 실시예는 본 발명에 따른 습식 석고 촉진제 제조공정을 설명하고 WGA 점도에 미치는 습식분쇄 시간의 영향을 보인다.

실시예 1에서 제조된 석고 재료들 1A 및 1B을 사용하여 Premier Supermill SM-15로 다음 조건하에서 상이한 두 분량의 WGA (2A (비교예) 및 2B (본 발명) 각각)을 제조하였다: 1750 rpm, 92% 비드 충전, 1.2-1.4 mm ZIRCONOX™ 분쇄 비드, 4000 mL 수도물, 3000 g 분말석고, 15 g 트리메타인산나트륨 (STMP), 및 15 g DEQUEST™ 2006. 표시된 바와 같이 습식분쇄 시간를 변경시켰다. 실온 및 대기압에서 Brookfield RVT 점도계를 이용하여 습식분쇄 시간 함수로 점도를 측정하였다.

일련의 분쇄 시간에서의WGA 2A 및 2B에 대한 점도, 밀링 전력, 및 제품 압력 (product pressure)이 표 5에 제공된다.

표 5에 표기된 바와 같이, WGA 제조에 있어 중앙값 입자크기가 약 20 미크론 미만인 건식석고를 사용하면 더욱 짧은 분쇄 시간에 적합한 점도 및 제품압력을 얻었다. 따라서, 더욱 짧은 습식분쇄 시간으로 밀링 전력 소모를 절감할 수 있었다.

실시예 3

본 실시예는 기후 안정화 (climate stabilized) 촉진제 (CSA)와 비교하여 본 발명에 의해 제조된 WGA의 수화속도 개선을 보인다.

습식분쇄 시간 4 분 (실시예 3B, 본 발명) 또는 6 분 (실시예 3C 및 3D, 본 발명) 동안 실시예 2에 기재된 절차에 대한 WGA 시료들을 제조하였다. 각각의 시료들에 대하여 수화속도를 측정하였다. 수화속도를, 본원에 참조로 포함되는 미국특허번호 3,573,947에 기재된 효율 유지를 위하여 당으로 도포되고 가열된 황산칼슘 이수화물 입자들 미쇄물로 이루어진 , 경화 촉진제 분말인 CSA (3A, 비교예) 시료와 비교하였다.

각각의 실험을 위하여,USG의 East Chicago 공장에서 공급된 황산칼슘 반수화물300 g을 수도물 (21 ℃) 300 mL에 넣었다. 2g (3A-3C) 또는 4g (3D)의 CSA 또는 WGA (건량기준)를 황산칼슘 반수화물 슬러리에 투입하고, 슬러리를 10초 동안 담가 정치한 후 WARING™ 혼합기로 10 초 동안 저속 혼합하였다. 생성 슬러리를 폴리스틸렌 발포컵에 부어, 이것을 절열 스티로폼 용기에 넣어 수화반응 과정에서 주변으로의 열 손실을 최소화하였다. 온도 탐침을 슬러리 중간에 꽂고, 5초 마다 온도를 기록하였다. 경화반응은 발열반응이므로, 반응정도는 온도상승으로 측정되었다. 50% 수화 도달시간은 실험 과정에서 기록된 초기 및 최대 온도 사이 중간 온도에 도달되는 시간으로 결정하였다.

시료 3A-3D에 대한 온도 측정값들이 표 6에 제시된다. 시료 3A-3D에 대한 50% 수화 도달시간 및 98% 수화 도달시간이 표 7에 제공된다.

표 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 습식 석고 촉진제 (시료 3B-3D) 각각은 CSA (시료 3A)과 비교하여 더욱 짧은 50% 수화 도달시간 및 98% 수화 도달시간을 가지고, 따라서 본 방법 및 공정에 의한 효율 개선을 보인다. 또한, 습식분쇄 시간 6 분으로 제조된 시료3C 및 3D는, 습식분쇄 시간 4 분으로 제조된 시료 3B와 비교하여 더욱 짧은50% 수화 도달시간을 보였다. 이러한 50% 수화 도달시간 및 습식분쇄 시간의 역비례 관계는 더욱 작은 중앙값 입자크기를 가지는 WGA가 효율이 더 크다는 것을 보인다.

실시예 4

본 실시예는 본 발명에 따라 제조된 경화 석고-함유 조성물이 CSA를 사용하여 제조된 경화 석고-함유 조성물과 비교하여 동등한 압축강도를 가진다는 것을 보인다.

각각 WGA 시료 3A-3D 2 g을 황산칼슘 반수화물 (스투코) (USG East Chicago 공장) 800 g과 함께 주조하여 시료 4A (비교예) 및 4B-4D (본 발명)를 제조하였다. 2 L WARING™ 혼합기에서 시료들을 1000 mL 수도물과 혼합하고, 5초 간 담가 정치하고 10초 간 저속 혼합하였다. 이렇게 형성된 슬러리들을 몰드에 주조하여 정육면체들 (각면이 2 인치)을 제작하였다. 황산칼슘 반수화물이 경화되어 석고 (황산칼슘 이수화물)가 형성된 후, 정육면체를 몰드에서 꺼내어 환기 오븐에서 44 ℃로 최소한 72 시간 또는 시료 중량이 일정할 때까지 건조하였다. ASTM C472-93에 따라 각각의 정육면체들의 압축강도를 SATEC 시험기에서 측정하였다.

각각의 시료 4A-4D에 대한 시료 중량, 밀도, 인가하중, 및 압축강도가 3회 측정 평균값들로 표 8에 제시된다.

표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조되는 경화 석고-함유 조성물은 CSA (시료 4A)를 이용한 경화 석고-함유 조성물과 비교하여 동등한 또는 시료 4B의 경우 우수한 압축강도를 가진다.

실시예 5

본 실시예는 본 발명에 의해 제조된 WGA는 기후 안정화 촉진제 (CSA)와 비교하여 수화 속도를 개선시킨다는 것을 보인다.

습식분쇄 시간 3 분 (5B), 5 분 (5C), 또는 7 분 (5D)으로 실시예 3에 기재된 절차로 WGA를 제조하였다. Southard 분말석고가 사용되고 온도 측정은 매 6초 마다 이루어진 것을 제외하면 실시예 3에 기재된 바와 같이 수화 속도를 측정하고 CSA (5A, 비교예)와 비교하였다.

시료 5A-5D에 대한 온도 측정값들을 표 9에 나타낸다. 시료 5A-5D에 대한 50% 수화 도달시간 및 98% 수화 도달시간들은 표 10에 제공된다.