디에틸렌-트리아민-펜타아세트산을 이용한 베타 스투코 개질방법

디에틸렌-트리아민-펜타아세트산을 이용한 베타 스투코 개질방법{A METHOD OF MODIFYING BETA STUCCO USING DIETHYLENE-TRIAMINE-PENTAACETIC ACID}

본 발명은 디에틸렌-트리아민-펜타아세트산 (“DTPA”)으로 스투코를 코팅하는 방법에 관하 것이다. 더욱 상세하게는, 개질화 베타 스투코는 DTPA 수용액을 베타-스투코에 분무하고 건조시킴으로써 제공된다.

석고는 황산칼슘 이수화물, 백토 또는 분말석고라고도 알려져 있다. 소성 석고는 석고 결정체에 결합된 물을 제거함으로써 획득된다. 소성 석고에 대한 동의어는 파리 플라스터, 스투코, 황산칼슘 반-수화물 및 황산칼슘 반수화물이다. 소성 석고, 스투코 및 반수화물이 가장 일반적으로 사용되는 용어이고, 본원에서 이들은 상호교환적으로 사용된다. 석고가 채광되면, 천연석은 이수화물 형태이고, 약 2개의 물 분자가 각각의 황산칼슘 분자와 결합되어 있다. 스투코 형태로 제조하기 위하여, 다음 식과 같이 석고를 소성하여 일부 물 분자를 제거한다:

CaSO ₄ ㆍ2H ₂ O -> CaSO ₄ ㆍ1/2H ₂ O + 3/2H ₂ O

결합수를 제거하여 황산칼슘 반수화물을 획득한다. 반수화물은 적어도 2종의 결정 형태로 제조된다. 황산칼슘 이수화물이 가압 하에서 소성되는 슬러리 공정 또는 광석 덩어리 공정 (lump rock process)에 의해 알파-소성 석고가 얻어진다. 알파-소성 석고는 베타-소성 석고보다 덜 침상의 결정을 형성하고, 결정체들은 긴밀하게 충전되어, 더욱 조밀하고 강한 플라스터가 제조된다. 알파 반수화물의 결정체 형태로 인하여 결정체들 사이로 물이 용이하게 유동되어, 유동성 슬러리 형성에 물이 덜 소요된다. 더욱 길고 불규칙한 형상의 결정체는 대기압 하에서 석고를 소성하여 획득되는 베타-반수화물의 특징이다. 이러한 결정 구조로 인하여 결정체들이 덜 밀접하게 충전되므로 밀도가 낮다. 또한 베타 형태는 소성 석고를 유동화시키기 위하여 더 많은 물이 요구된다. 이수화물 소성 과정이 주변 압력에서 수행된다면, 베타 형태가 획득되고 알파-소성 석고에 비하여 상대적으로 비용이 저렴하다.

발전소의 배연탈황공정 부산물인 합성 석고 역시 유용하다. 이산화황을 포함한 연도가스를 석회수 또는 석회석으로 습식 세정한다. 석회수의 칼슘이 이산화황과 결합하여 아황산칼슘을 형성한다.

CaCO ₃ + SO ₂ -> CaSO ₃ + CO ₂

강제 산화를 통해, 아황산칼슘은 황산칼슘으로 전환된다.

CaSO ₃ + 2H ₂ O + 1/2O ₂ -> CaSO ₄ ·2H ₂ O

합성 석고는 상기된 소성공정을 통해 반수화물로 전환된다.

다수의 유용한 석고 제품들은 황산칼슘 반수화물과 물을 혼합하고 얻어진 생성 슬러리를 원하는 형태로 형상화하여 제조된다. 황산칼슘 반수화물이 충분한 물과 반응하여 반수화물이 교합 이수화물 결정체들의 경화체 (matrix)로 전환되면서 생성 슬러리는 경화된다. 경화체가 형성될 때, 생성 슬러리는 단단해지고 원하는 형태가 유지된다. 이후 건조시켜 제품에서 과잉수를 제거한다.

경화시간을 제어하기 위하여 경화 촉진제 및 경화 지연제 (포괄적으로 “경화개질제”)가 석고 제품 조성물에 사용된다. 경화시간이 너무 길면, 다음 단계로 이동되기 전까지 조성물 대기 시간이 낭비된다. 석고가 너무 신속하게 경화되면, 적합하게 마감되기 전에 조성물이 경화된다. 이러한 경우, 표면은 원하는 정도로 매끄럽지 않거나 양호한 마감이 되도록 "작업될" 수 없다.

첨가제들에 대한 필요성 또는 유용한 첨가제들 함량에 대한 지식이 없는 계약자들 및 작업자들을 위하여 황산칼슘 반수화물과 첨가제들의 건식 혼합물이 사전-혼합되고 제조된다. 건식 혼합물은 물과 혼합되어 사용에 편리한 고품질 조성물을 생성하도록 구성된다. 경화 혼합물의 일 예시는 물과 조합될 때 바닥 슬러리를 생성하는, 예컨대 LEVELROCK® 석고 바닥재이다.

슬러리 경화 촉진을 위하여 경화촉진제를 사용한다. 슬러리 작업시간을 늘리기 위하여 지연제를 경화 혼합물에 첨가한다. 오픈 타임이라고도 알려진 작업시간은, 슬러리가 유연하고 원하는 형태로 형상화할 수 있는 시간이다. 바닥 슬러리에서, 목표 작업시간은 기술자들이 바닥 높이를 적합하게 조절하기에 충분한 시간이다. 경화지연제가 없는 상태에서, 황산칼슘 반수화물 (스투코) 슬러리의 작업시간은 때로 전문 마감 기술자들이 만족할 만한 바닥을 만들기에 충분하지 않다. 경화 지연제는 사용되는 조성물, 및 슬러리가 적용되는 장소 및 방법에 따라 작업시간을 연장시켜, 마감 기술자가 고품질의 바닥을 만들기 위한 슬러리 작업 시간이 충분하다.

종래, 단백질계 지연제, 예컨대 SUMA 지연제, 및 비-단백질계 지연제, 예컨대 주석영 (중주석산칼륨), 구연산나트륨 및 디에틸렌-트리아민-펜타아세트산이, 바닥재 및 기타 석고-기재 경화 조성물에 사용되어 경화를 조절하였다. 건식 분말 첨가제로서 상업적으로 입수 가능한 Suma 지연제는 사용에 있어서 단점들이 있지만 적합한 대체재가 없었다. 예를들면, SUMA는 강하고 불쾌한 냄새가 난다. 이것은 단백질계이고, 여러 동물 예컨대 말의 털 및 굽에서 유래한다. 업계에서는 이러한 건식 경화지연제를 대체한 대체재에 대한 필요성이 존재한다.

DTPA 역시 양호한 경화 지연제로 잘 알려져 있지만, 건식 분말 형태는 효과적이지 않았다. 예를들면, Jacacki (“Jacacki”)의 US 특허 4,661,161에는 디에틸렌트리아민 펜타아세트산 (“DTPA”)의 액체 형태 첨가를 교시한다. 단백질계 경화 지연제, 예컨대 SUMA에 대한 적합한 대체 경화지연제로서 DTPA를 사용하는 경화 혼합물에 유용한 건식 또는 분말 성분에 대한 필요성이 존재한다. 적합한 경화지연제로서 액체 DTPA 효능을 개선할 필요성이 존재한다.

또한 양호한 압축강도를 가지는 경화 혼합물에 대한 필요성이 존재한다. 예를들면, 석고제품은 제품을 관통하는 파스너들이 고정되고 바닥이 인가하는 압력을 견딜 수 있어야 한다.

또한 유동성 슬러리를 형성하기 위하여 경화 혼합물은 더욱 소량의 물을 사용할 필요가 있다. 물은 작업 현장에서 언제나 쉽게 구할 수 있는 것은 아니다. 물 소요량이 줄면 제품 건조 시간 역시 빨라진다. 제품을 오븐 또는 가마에서 건조시킬 때, 제품 건조에 필요한 연료량이 감소되고 연료비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 의한 종래 경화 지연제 및 액체 DTPA를 이용한 공지 방법에 대한 개선은 베타-스투코 (베타-소성 석고 또는 베타- 황산칼슘 반수화물로 알려짐)에 DTPA 용액을 분무하고 건조시켜, 개질화 베타-스투코를 생성하는 것에 의해 실현된다. 본 개질화 베타-스투코를 이용한 슬러리 및 제품은 종래 스투코 원료를 이용하는 슬러리 및 제품 대비 유리한 강도, 밀도 및 물 수요 특성들을 보인다. 또한, 본 개질화 베타-스투코로 제조되는 슬러리의 경화시간은 더욱 예측 가능하고 및 더욱 조절 가능하다. 놀랍게도, 액체 DTPA는 종래 경화 지연제, 특히 단백질계 경화 지연제 예컨대 SUMA에 대한 적합한 대체재라는 것을 알았다. 본 방법에 의해 제조되는 개질화 베타-스투코는, 양호한 노화 특성을 제공하여, 더욱 긴 제품 사용기간을 보장한다. 종래 단백질계 경화지연제 사용을 줄임으로써 종래 단백질계 경화지연제의 악취가 감소되거나 제거된다. 또한, 본 개질화 베타-스투코로 제조되는 슬러리의 더욱 균일한 경화가 달성된다. 특히 바닥재 슬러리에서 균일한 경화와 관련된 또 다른 이점은 표면 초킹 (chalking)이 감소되는 것이다.

개질화 베타-스투코 제조방법은 베타-스투코 (베타-황산칼슘 반수화물로도 알려짐)를 제조하기 위하여 황산칼슘 이수화물을 대기압에서 소성하는 단계를 포함한다. 디에틸렌트리아민-펜타아세트산 (“DTPA”) 수용액을 제조한다. 하소로에서 고온의 베타-스투코가 유출될 때 상기 용액을 베타-스투코 톤 당 약 1.5 파운드 내지 약 3.6 파운드 DTPA (베타-스투코 메트릭톤 당 약 0.75 kg 내지 약 1.81 kg DTPA) 비율로 인가한다. 이렇게 처리된 베타-스투코는 습윤화된 후, 건조되고 회복 (heal)되어, 개질화 베타-스투코를 형성한다.

본 개질화 베타-스투코는 상기된 바와 같이 여러 이점들을 가지고, 종래 경화 억제제 및 유동성 개질제, 및 건식 스투코-기재의 혼합물에서 통상 사용되는 기타 첨가제들, 예컨대 소포제, 분산제, 및 기타 등과 함께 사용될 수 있다. 이러한 제품 제조 시에, 개질화 베타-스투코는 재수화 및/또는 뭉침 (lumping)에 대한 우려 없이 이송 및 보관 시스템을 통하여 이동된다. 설비가 젖으면, 종래 스투코는 이후 습기와 접촉될 때 수화 반응이 개시된다. DTPA 경화억제제를 첨가함으로써 스투코는 경화 없이 건조될 수 있다. 또한, 개질화 베타-스투코는 포장된 재료 내에서 덜 뭉치면서 더욱 신속하게 포장될 수 있다.

이러한 및 기타 이점들 중 적어도 하나는 개질화 베타-스투코 제조방법을 기술한 본 발명에 의해 제공된다. 개질화 베타-스투코는 알파 및 베타 황산칼슘 반-수화물 또는 조합물에 더욱 조절 가능하고 및 예측 가능한 경화시간을 제공하기에 충분하여 생성된 재료는 다양한 제품 또는 시스템의 건식 믹스 또는 슬러리용 개선된 신규 스투코 원료 또는 사전-혼합 첨가제로서 사용될 수 있다.

액체 디에틸렌트리아민-펜타아세트산 (“DTPA”) DTPA, 예컨대 NOGO ^TM 수화 억제제 (United States Gypsum Company, Chicago, IL) DTPA 또는 VERSENEX 80® (UNIVAR, Oklahoma City, OK) DTPA는 예상치 못하게 석고-기재의 경화성 조성물의 여러 특성들을 개선시킨다는 것을 알았다. 본 방법에서 물과 혼합되어 신품의 (freshly) 소성, 고온 베타-스투코 재료에 적용될 때, 물이 증발된 후 액체 DTPA는 건조된 개질화 베타-스투코에 잔류한다. 이러한 방식으로 베타-스투코를 개질하면 개질화 베타-스투코로 달리 통상 방법에 의해 제조되는 제품의 습식 및 건식 밀도뿐 아니라 1 시간 및 건식 조성물 압축강도가 개선된 베타-스투코 원료가 제공된다. 또한, 본 개질화 베타-스투코로 제조되는 슬러리의 물 수요는 크게 줄어든다. 이전에 DTPA는 액체로서 물과 혼합된 슬러리에 첨가될 때 경화 지연 첨가제로만 알려져 있었기 때문에 이러한 모든 개선점들은 예상치 못한 것이다. 액체 DTPA를 베타-스투코에 적용시키고 건조시키면, 얻어진 개질화 베타-스투코는 종래 기재 스투코 재료를 대체할 수 있고 슬러리에 어떠한 다른 경화 지연제도 필요하지 않다는 것을 알았다. 어떠한 다른 지연제가 필요하지 않지만, 선택적으로 종래 경화 지연제가 슬러리에 첨가될 수 있다. 상기된 경화시간 조절 개선 및 예측 가능성에 이러한 이점들이 추가된다.

본 공정의 출발 재료로서황산칼슘 반수화물 (“스투코”), 베타 형태가 획득된다. 천연 석고석, 또는 황산칼슘 이수화물 (석고 또는 분말석고라고도 알려짐)을 채굴한 후, 대기압에서 개방 소성로 (kettle) 또는 임의의 소성 공정에서 소성하여 베타-스투코를 얻는다.

소성로 외의 다른 소성 방법들이 당업계에 알려져 있지만 소성로 스투코를 제조하는 예시적 공정이 기재된다. 예를들면, 소성은 플래시 하소로 또는 비내화성 소성로에서 이루어질 수도 있다. 천연 석고암 (황산칼슘 이수화물)을 채굴하여, 약 2” 직경 덩어리에서 가루에 이르는 크기의 석고석 더미를 얻는다. 크기가 있는 석고석을, 예를들면, RAYMOND Roller 밀/ Williams Mill 또는 동등한 것을 통해 석고석을 분말석고로 더욱 처리한다. 일반적으로 90-100%가 100% 메시체를 통과할 정도로 미세한 분말석고를 10 피트 통상의 플라스터 소성로로 이송한다. 분말석고는 일반적으로 약 2000ºF (약 1090℃)인 하부 화실에서 나오는 열로 소성되고, 석고를 가열하여 약 3/4 의 화학적 결합수를 제거하여, 베타-반수화물을 형성한다. 스투코, 몰딩, 소성로 스투코 및 주형 플라스터 모두 생성된 재료에 대한 일반 명칭이다.

액체 디에틸렌-트리아민-펜타아세트산 (“DTPA”) 용액을 제조한다. 공지된 건식, 분말 경화-조절 첨가제, 예컨대 단백질계 경화 지연제에 대한 적합한 대체재를 찾기 위하여 시험들을 수행하였다. 이미 액체 DTPA는 물이 혼합된 슬러리에 대한 첨가제로 사용되었으므로, 건식 분말 DTPA가 단백질계 첨가제에 대한 적합한 대체재로 가능한지를 시험하였다. 그러나, 분말화 형태의 DTPA는 SUMA 또는 기타 분말 경화 지연제에 대한 대체재로 효과가 없다는 것을 알았다. 본 방법에서, 슬러리 제조 전에 베타-소성 석고에 대량으로 적용할 목적으로 액체 DTPA를 물에 첨가하였다. 물은 용량증가제 (volumizer)로서, 소량의 DTPA를 대량의 베타-스투코에 적용하도록 조력한다. 물은 증발되고, DTPA는 직접 적용된 것과 같다고 고려된다. 개질화 베타- 스투코 (반수화물 또는 소성 석고)는 건식 DTPA 경화지연제의 캐리어로서 제공되고 본 분야에서 슬러리 제조 및 제품 형상화를 위하여 스투코가 물 및 다른 첨가제와 혼합되기 전에 개질화 베타-스투코는 종래 기본 스투코 재료와 조합된다.

DTPA 수용액은 고온 베타-스투코가 하소로에서 나올 때 또는 나온 즉시 임의의 적합한 장치를 이용하여 도포된다. “고온”이라 함은 용액이 적용될 때 베타-스투코가 적어도 약 120℉ (약 49℃)인 경우를 의미한다. 바람직하게는, 용액이 인가되는 동안 소성 스투코의 온도는 약 240℉ 내지 약 340℉ (약 115℃ 내지 약 171℃) 이다. 일부 스투코 공장에는, 스투코에 DTPA 용액을 분무하여 소성 석고에 균일하게 분산시킬 수 있는 설비들이 있다. 이러한 장치의 일 예는 후 (post) 스투코 처리 시스템 (“PST”), 유동층 스투코 처리 챔버 (“FST”)이고 원래는 하소로에서 유출되는 스투코를 식히기 위한 것이고 베타-스투코 재료에 균일하게 수용액을 도포하는 특유한 방법을 제공할 수 있다는 것을 알았다. PST 또는 FST 시스템 관점에서 스투코 처리에 대하여 하기하지만, 이에 국한되는 것은 아니고 당업자는 다른 방식으로 스투코를 액체 DTPA로 처리할 수 있다.

소성로에서, 소성 석고 재료는 공정 다음 단계로 관을 통해 흐른다. 이것은 “오버플로우”라고 부르고, 오버플로우의 온도는 약 285 내지 약 340ºF (약 140 내지 약 171℃)에 이른다. 따라서, 스투코는 이 온도에서 PST/FST, 또는 기타 후 스투코 처리 장치로 유입된다. 달리, 스투코 재료는 다음 처리 단계로 이행되기 전에 고온 저장소, 예컨대 고온의 통 (pit) 또는 보관소에 저장될 수 있다. 본 방법에서, 유동층 스투코 처리 (“FST”) 장치가 선택적으로 개량되어 후 스투코 처리를 제공한다. 소성 소성로 또는 사용되는 경우 고온 저장소에서 직접 스투코가 대형 처리 용기에 수용된다. 처리 용기는 처리된 스투코, 특히 신품의 소성 또는 고온 스투코와 연통되는 원통형 또는 임의 형상을 가진다. 선택적으로, 스투코는 처리 용기 상부에 수용되고 여기에서 교반기에 의해 교반되어 용기를 횡단하며, 바람직하게는 처리 용기 바닥으로 하향된다. 경로를 따라, 용기의 적어도 일 측에는 적어도 하나의 분무기가 존재한다.

이러한 처리기 어셈블리 (treater assembly)는 유동층을 따라 약 2 psi 내지 약 10 psi 차등 압력을 발생시키도록 가압되는 에어 챔버를 포함한다. 선택적으로, 처리 용기는 처리 용기 바닥에 유동층을 포함하여 에어 챔버가 가압된다. 가압에 따라, 베타-스투코 재료가 분무기를 통과하여 횡단하거나 하향하고, 베타-스투코는 분무되는 수성 조성물과 충분히 도포될 가능성이 높아진다. 바람직하게는, 베타-스투코가 처리 장치를 통과할 때 종와류를 발생시킬 필요는 없다. 이러한 장치를 PST/FST 처리기 또는 챔버라고 칭한다. 고온 및 사전-처리된 스투코는 장치의 상부 또는 최상부로 진입하고 하부 또는 바닥부로 하향된다. 하강 속도는 챔버 바닥부에 포함되는 유동층에 의해 감속된다.

본 방법에서, 물 및 화학 처리 조합물을 분무하도록 PST/FST 장치가 개량된다. 본원에서 기재된 바와 같이 화학물질은 액체 DTPA이다. 베타-스투코 (베타-반수화물) 재료는 PST/FST 처리기로 예를들면, 약 8 내지 약 11 톤/hr (약 7,260 내지 약 9,980 kg/hr)로 진입하지만, 본 방법은 이러한 유속에 국한되지 않는다. 소성로 또는 저장소에서 오버플로우로서 직접 유입되는 재료의 온도는 하소로의 출구 온도와 동일한 약 285 내지 약 340℉ (약 140 내지 약 171℃)이다.

상기된 바와 같이, 본 PST/FST 장치는 교반기를 포함한다. 선택적으로, 교반기는 갈퀴 형상이지만, 기타 형상이 가능하다. 선택적으로 약 10 - 200 rpm 속도로 회전하면서, 교반기는 웜 홀이라고 알려진 깊은 유동층의 채널링을 감소시켜, 물 또는 물과 화학물질 혼합물로 처리되기까지 입자들은 계속하여 반동된다. 교반기 속도는 중요하지 않고, 다른 교반 속도도 고려될 수 있다.

PST/FST 처리 장치에서 나오면, 분무되는 물 및 화학 조성물 수준 및 유입 재료 온도에 따라 재료 온도는 약 180 내지 약 300ºF (약 82 내지 약 148℃)이다. 습윤화 베타-스투코의 회복 (healing)이 완료될 때까지 계속하여 유출 재료를 제어 온도 (약 160 내지 약 300ºF 또는 약 71 내지 약 148 ℃)에서 이동시키는 것이 바람직하다. 습윤화 베타-스투코를 계속하여 이동시키지 않으면 바람직하지 않은 스투코의 뭉침 (lumping) 및/또는 재수화 (rehydration) 가능성이 있을 수 있다.

처리된 베타-스투코를 특성들 및/또는 필요한 이점들에 따라 더욱 미세한 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다. 바람직한 방법은 일반적으로 엔톨레터 (entoleter) 충격 분쇄기를 이용하는 것이다. 분쇄기 크기는 재료 통과 속도 및 원하는 분쇄용량에 따라 달라진다.

상기된 바와 같이, 본 DTPA 용액은 본 방법에 활용되는 PST/FST 장치에서 물을 적합하게 대체하는 것이다. 베타-스투코 재료가 처리기 장치의 쉘 내부를 통해 낙하 및/또는 부유할 때, 통상 수단으로 계량되는 물 및 NOGO ^TM 수화 억제제 DTPA (United States Gypsum Company, Chicago, IL)의 용액으로 처리된다. 본 실시예에서는 MICROMOTION 질량유량계를 사용하였지만, 다른 유량계들 역시 사용될 수 있다. 선택적으로, 액체 DTPA, 예컨대 NOGO ^TM 가 사용될 때, 계량되는 용적 및 중량이 낮으므로 직접 처리기 어셈블리보다는 직접 물에서 계량된다. 대안적 분무 장치 역시 고려될 수 있다. 본 방법에서 적용되는 DTPA 분량 및 비율은 하기 표 1에서 제시된다. 일반적으로, DTPA는 0.25 - 0.67 lbs. /min 비율로 인가된다. 이는 베타-스투코 톤 당 약 1.5 내지 약 3.6 lbs의 액체 DTPA (약 0.62 kg/메트릭톤 내지 약 1.45 kg/메트릭톤)에 상당한다.

본 방법은 물 및 NOGO ^TM 수화 억제제 DTPA 용액으로 베타-스투코를 습윤화시켜, 습윤화 베타-스투코를 형성시킨다. 가장 유리하게는 지연제 용액을 소성 공정에서 나온 상태의 고온의 베타-소성 반수화물에 분무하는 것이다. 베타-반수화물이 대량의 물로 212℉ (100℃) 이하에서 분무되면, 수화 반응이 개시되고 반수화물은 다시 이수화물 형태로 복귀된다. 습윤화 베타-스투코는 베타-스투코 톤 상 약 1.5 파운드 내지 약 3.6 파운드 DTPA (베타-스투코 메트릭톤 당 약 0.62 kg 내지 약 1.45 kg DTPA) 비율로 형성된다.

대량의 액체를 이용함으로써 대량의 소성 석고에 대한 DTPA 분무가 용이해진다. 고온 소성 석고와 접촉되면서 일부 과잉수는 증발되므로 DTPA에 대한 정확한 물 비율은 중요하지 않다. 그러나, 분무 장치에서 너무 많은 량의 물이 방출되면 스투코 뭉침을 피할 수 없다. 38 메시 이상으로 덩어리가 성장/응집 /응고되면, 이는 바람직하지 않다. 물로 인하여 뭉침이 촉진되므로, 분 당 약 4 갤런 (약 15 L) 이하의 물이 적용된다. 본 방법에서 베타-스투코에 분무되는 수량은 약 1 내지 약 4 gal/분 (약 3.78 내지 약 15 L/min)이다. 이는 약 9 내지 약 11 톤/hr (약 8,164 내지 약 9,980 kg/hr)인 통상 10 피트 (약 3.08m) 직경 연속 소성 소성로 출력의 평균인 약 10 톤/hr (약 9,072 kg/hr)으로 처리 장치를 통과하는 베타-스투코 중량 기준으로 3 - 10중량% DTPA에 상당한다. 처리 장치를 통과하는 베타-스투코 중량 기준으로 중량이 변하여도 DTPA 물 중량%는 변하지 않을 것이다.

너무 많은 물은 뭉침을 촉진하고, 덩어리는 바람직하지 않지만, 과잉수는 고온 스투코로 인하여 증발되므로 사용되는 수량은 변동될 수 있다. 이슬점 온도를 달성하고 재료 뭉침을 제한하도록 수량 수지를 맞추는 것이 중요하다. 소성로 또는 기타 하소로에서 유출되는 고온 스투코는 높은 표면적을 가지므로, 분무된 재료의 이슬점 온도에 도달하기 위하여 더 많은 물이 요구된다. DTPA 수용액을 석고 입자들에 분무하면 일부가 서로 부착된다. 이슬점을 달성하기 위하여 바람직하지 않은 크기의 덩어리가 형성된다면, 이들을 분쇄하여 선택적으로 제거한다.

DTPA는 임의의 편리한 방식으로 베타-반수화물에 도포된다. 베타-반수화물에 DTPA 용액을 분무하는 방법의 일 예로는 하나 이상의 고정 분무 헤드들 아래에 있는 이송 벨트로 베타-반수화물을 이동시키는 것이다. 대안으로, 베타-반수화물이 동일한 방식으로 이동되지만, 분무 헤드들이 이동될 수 있고, 예를들면, 벨트 폭을 횡단하여 이동될 수 있다. 베타-반수화물을 분무하는 다른 예시로는 공기 중 반수화물 입자들을 유동시키고 하나 이상의 분무기들을 통과하도록 이동시키는 것이다. 이는 본 PST/FST 장치에서 기재된다. DTPA 경화 지연제 용액을 베타-반수화물에 분배하는 다른 방법은 본 분야의 당업자에게 공지되어 있다.

DTPA 및 물 용액으로 베타-스투코 (베타-반수화물)를 인가한 후, 건조시킨다. 베타-반수화물이 식으면서 잔류수는 베타-반수화물에 의해 흡수되고 이수화물 석고로 전환시킨다. 따라서, 건조되는 동안 약 150℉ (약 65℃) 이상을 유지하기 위하여 처리된 베타-스투코를 오븐 또는 킬른에서 건조시키는 것이 바람직하다.

처리된 (또는 개질화) 베타-스투코 (또는 베타-반수화물)이 건조되면, 원하는 최종 사용 용도에 적합한 더욱 균일한 입도를 달성하도록 선택적으로 분쇄된다. 일반적으로 반수화물이 천연암석이 아닌 합성 석고 원료에서 유래한다면, 이러한 공정은 일반적으로 필요하지 않다. 합성 석고는 천연암석의 분쇄 석고와 비교할 때 좁은 입도를 가지는 작은 입자들로 형성된다. 이러한 특성은 소성 공정 과정에서 상당한 정도로 유지된다. 천연 석고암을 분쇄할 때, 넓은 입도 분포가 달성된다. 천연암석 유래의 소성로 오버플로우 분말석고는 처리되기 전의 입도 분포는 약 2 내지 약 420 μm이다.

본 개질화 베타-스투코는 건식 첨가제들 예컨대 소포제, 분산제, 및 기타 본 분야에서 알려진 성분들 또는 반수화물-기재 조성물의 기타 건식 믹스, 예컨대 조성물 작업시간을 개선시키기 위한 경화형 조인트 콤파운드와 조합에 있어서 개선된 스투코 원료를 제공한다. 본 방법에 의해 제조되는 개질화 베타-스투코의 또 다른 이점은, PST/FST 처리 시스템 물에서 NOGO ^TM 수화 억제제 DTPA 사용을 늘리면 수동 혼합의 저에너지 대비 기계 혼합 경화시간 가속화를 감소시키는 것이다. 미처리 스투코는 수동 혼합의 약 1/2의 기계 혼합을 보인다. 물을 사용하면 기계 혼합에서 가속화를 수동 혼합의36%로 감소시킨다. 약 0.1 lb/min (약 45 g/min)의 NOGO ^TM 수화 억제제 DTPA를 처리수에 약간 혼합하면 36% 가속화 수준을 유지할 수 있고, 분 당 더 높은 수준의 약 0.25 lbs. (약 113 g), 약 0.5 lbs. (약 227 g) 및 약 0.67 lbs. (약 304 g)는 더 높은 에너지 가속화를 각각 약 33%, 약 28% 및 약 0.22%로 줄인다.

본 스투코 처리 시스템 적용에 의한 이러한 예기치 못한 기계 혼합에서 가속화 감소 개선은 기계 혼합이 통상적인 산업 분야의 당업자에게는 이해될 수 있다. 이는 석고 바닥재 분야, 유정 시멘트, 도자기용 플라스터, 조각 및 위생 분야 및 기타 분야를 포함한다.

더 높은 에너지에서 가속화 감소로 또한 스투코에 대한 더욱 긴 작업시간으로 연결되고, 이로써 설비 내의 재료 경화, 덜 청결한 결과물 (outs)로 더욱 긴 주입 시간 및 더욱 오래 유지되는 설비를 방지할 수 있다. 균일한 바닥 경화 및 기계 혼합 가속화 저항성 또는 촉진 샌드 (sands)를 제공하기 위하여 바람직한 경화억제제로서 로셸염이 사용되는 석고 바닥과 같은 시스템에서, 본 처리 시스템을 사용하면 염의 존재에 의한 강도 감소와 같은 부작용 없이 가속화를 감소시키는데 유용하다.

또한, 처리기 물에서 경화억제제 함량을 증가시키면 이송 및 건조 되면서 시스템 및 보관소에서 처리된 스투코가 덜 뭉쳐지는 것을 기대할 수 있다. 이로써 사용 중 재료 균일성이 개선된다.

하기 실시예들은 본 스투코 처리 시스템을 보인다.

표 1에 제시된 샘플들에 있어서, 소성로의 오버플로우 속도는 시간 당 약 10 톤으로 일정하고, 오버플로우 온도는 약 315℉이었다. PST/FST 장치 출구에서, 처리된 스투코 온도는 약 198 - 210℉ (92 - 99℃)이다.

물 만으로 스투코를 PST/FST 처리하면 스투코의 표준 연도로 보고되는 바와 같이 물 수요가 감소하는 것이 예상되었지만, NOGO™ DTPA는 플라스터 슬러리 시스템에서 종래 경화억제제/지연제로 사용되었으므로 예상치 못하게 NOGO ^TM 액체 DTPA를 처리수에 다양한 수준으로 첨가하여도 물 수요가 감소되었다. 놀랍게도, 본 스투코 처리에서 NOGO ^TM 수화 억제제 (DTPA)는 실질적으로 유용한 범위인 분 당 약 0.1 내지 0.67 파운드 (약 0.75 내지 약 5.1 그램/초)에서 물 수요량을 감소시킨다(표 1에 제시된 연도).

본 스투코 처리를 적용한 결과 예기치 못한 물 수요량 감소로 더욱 고가인 알파 반수화물 대신 베타 반수화물로 대체할 수 있다. 또한, 폴리카르복실레이트 분산제 필요량을 감소시킬 수 있어 경화성 석고 슬러리에 대하여 알려진 조성물을 개선할 수 있다. 최종 제품 강도가 감소되는 소정의 농도 이상으로 폴리카르복실레이트 수준이 증가되어야 하므로 이러한 분산제는 고가이다. 본 처리 방법 및 시스템에 의한 스투코를 경화성 슬러리 원료로 사용하면 이러한 것이 해결된다.

본 스투코 처리 시스템의 또 다른 이점은 후 스투코 처리 과정에서 직접 스투코에 첨가하는 것이 아니라 종래 경화 지연제를 슬러리 물에 첨가하여 달성되는 것보다 형성 슬러리의 경화시간은 더욱 조절 가능하고 예측 가능하다는 것이다.

밀도 및 압축강도 관점에서, PST/FST 처리수에 대한 NOGO ^TM 수화 억제제 DTPA 함량 증가로 예기치 못하게 슬러리 표면장력이 감소되어 슬러리 밀도 (습식 및 건식)는 더 높은 함량에서 더욱 높아진다. 또한, 1 시간 및 건식 압축강도는 놀랍게도 약 0.5 lbs./min (약 3.8 g/s) 속도까지는 함량이 커질수록 더욱 높아진다. 약 0.67 lb/min (약 5.1g/s) 수준에서 압축강도 저하가 관찰되고 이는 0.5 lb/min (3.8g/s) 속도가 최적이라는 것을 의미한다. 약 0.67 lb/min (약 5.1 g/s) 수준은 약 0.5 lb/min (약 3.8 g/s) 이하의 수준들 보다는 더 높은 압축강도를 보였다. 이는 1 시간 및 샘플들이 110℉ (43℃) 강제 공기 오븐에서 일정한 중량으로 건조되는 시점 모두에서 더 높은 압축강도들을 반영하여 증가되는 습식 및 건식 밀도에서 측정되는 표면장력 감소 결과로 판단된다.

스투코를 본 방법에 따라 처리하고 제품 노화 평가 시험을 수행하였다. 소성로에 장입되는 분말석고 원료는 United States Gypsum Company에서 입수된 천연암석으로, Southard, Oklahoma 산이다. 소성로의 오버플로우 속도는 시간 당 약 10 톤이고 오버플로우 온도는 315ºF (157℃)이다. 스투코를 제시된 다양한 농도의 물 및 NOGO™ 수화 억제제 DTPA로 PST/FST 처리하였다. 상기 표는 본 방법에 의해 석고 슬러리로 경화지연제를 이송하기 위한 비히클로서 유용한 특유한 안정한 스투코 원료를 제공한다는 것을 보인다. 연도 (물 수요량) 및 비카트 경화 (vicat set)는 제시된 바와 같이 43 주 동안 안정하다. 분산 연도 시험에서 일부 가변성이 있고, 고에너지에서 분산에 대한 저항성 개선은 유지되었다.

표 2에 제시된 예들에서, 처리된 스투코 펠렛 백을 따로 치웠다. 백 포장에 첨가제들을 사용하지 않았다. 새로운 백을 개봉하고 나열된 시간 간격에서 시험하였다. 백 중간에서 샘플들을 채취하여 그때마다 즉시 시험하였다

개질화 베타-스투코 제조방법의 특정 실시태양들이 도시되고 설명되었지만, 당업자들은 하기 청구범위에 제시되고 더 넓은 양태들에서 일탈되지 않고 이에 대한 변경 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다.