полимеризация силоксана в стеновых плитах

Формула изобретения

1. Суспензия, содержащая:

штукатурный гипс;

зольную пыль класса С;

оксид магния;

эмульсию силоксана и воды.

2. Суспензия по п.1, в которой соотношение количеств указанной зольной пыли и указанного оксида магния составляет от приблизительно 2:1 до приблизительно 3:1.

3. Суспензия по п.2, в которой указанная зольная пыль присутствует в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 5% относительно веса сухого штукатурного гипса.

4. Суспензия по п.1, в которой указанная зольная пыль присутствует в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 5% относительно веса сухого штукатурного гипса.

5. Суспензия по п.1, в которой указанный оксид магния присутствует в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5% относительно веса сухого штукатурного гипса.

6. Суспензия по п.1, в которой указанный оксид магния представляет собой сильно обожженный или пережженный оксид магния.

7. Суспензия по п.1, в которой указанная эмульсия содержит жидкий полисилоксан и воду.

8. Суспензия по п.1, в которой указанный силоксан является жидким, линейным, водородзамещенным силоксаном.

9. Суспензия по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один из компонентов из группы, состоящей из крахмалов, пенообразователей, ускорителей схватывания, замедлителей схватывания, биоцидов, диспергирующих агентов, волокон или веществ, повышающих прочность.

10. Суспензия по п.1, в которой указанная эмульсия содержит стабильную взвесь.

11. Суспензия по п.1, в которой указанная взвесь не содержит эмульгатор.

12. Способ изготовления водостойких гипсовых изделий,

заключающийся в

приготовлении силоксановой эмульсии из силоксана и воды;

смешивании оксида магния и зольной пыли класса С со штукатурным гипсом;

объединении эмульсии силоксана со смесью штукатурного гипса и катализатора;

придании суспензии формы;

выдерживании гипсовой суспензии до схватывания, при котором образуется сердцевина стеновой плиты;

полимеризации силоксана.

13. Способ по п.12, в котором указанное смешивание силоксана и воды осуществляют в мешалке с большими сдвиговыми усилиями.

14. Способ по п.12, в котором указанное придание суспензии формы включает помещение суспензии между двумя листами облицовочного материала с образованием стеновой плиты.

15. Способ по п.12, в котором указанное смешивание осуществляют до указанного этапа объединения.

16. Способ по п.12, дополнительно включающий введение части отмеренного количества воды для затворения для использования в качестве указанной воды.

17. Водостойкая гипсовая панель, сердцевина которой состоит из взаимопроникающих матриц кристаллов двуводного гипса и кремнийорганической смолы, где внутри указанных взаимопроникающих матриц распределен катализатор, включающий оксид магния и компоненты зольной пыли класса С.

18. Гипсовая панель по п.17, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один из компонентов из группы, состоящей из крахмалов, пенообразователей, ускорителей схватывания, замедлителей схватывания, биоцидов, диспергирующих агентов, волокон или веществ, повышающих прочность, который распределен внутри указанных взаимопроникающих матриц.

19. Гипсовая панель по п.17, в которой указанная сердцевина является прослойкой между двумя листами облицовочного материала.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу изготовления водостойких гипсовых изделий, содержащих силоксан. Более конкретно, настоящее изобретение относится к добавлению в гипсовые изделия нового катализатора для отверждения силоксана.

Строительные изделия на основе гипса широко используются в строительстве. Изготовленные из гипса стеновые панели огнестойки и могут быть использованы при сооружении стен, практически, любой формы. Их применяют, преимущественно, для внутренних стен и потолков. Гипс обладает звукопоглощающими свойствами. Он легко поддается мелкому ремонту или замене в случае повреждения. Существует много вариантов декоративной отделки стеновых плит, включая краски, морилки, обои. И при всех этих преимуществах это все же относительно недорогой строительный материал.

Гипс известен также как двуводный гипс, фарфоровая глина или алебастр. Парижская штукатурка также известна как строительный гипс, штукатурный гипс или полуводный гипс. Также можно использовать синтетический гипс, являющийся побочным продуктом обессеривания дымовых газов электростанций. Добываемый в рудниках сырой гипс обычно представляет собой двуводный гипс. В этой форме с каждой молекулой сульфата кальция ассоциировано, примерно, по две молекулы воды.

Для производства полуводного гипса его обжигают для удаления некоторого количества гидратной воды в соответствии со следующим уравнением:

CaSO₄·2H ₂O CaSO₄·1/2H₂O+3/2H₂ O

Путем смешивания штукатурного гипса с водой с последующим выдерживанием для схватывания в результате реакции полуводного гипса с водой с образованием матрицы сцепленных друг с другом кристаллов двуводного гипса можно получить ряд полезных гипсовых изделий. По мере формирования матрицы образующая изделие суспензия становится твердой и способной сохранять нужную форму. Избыток воды затем может быть удален из изделия путем сушки.

В отсутствие добавок, препятствующих поглощению воды, при погружении в воду схватившийся гипс поглощает воду в количестве до 50% своего веса. Пропитанные водой щиты или панели набухают, деформируются и теряют прочность. Это свойство нежелательно для изделий, которые при использовании, вероятно, будут подвержены воздействию воды. В таких помещениях, как ванные комнаты или кухни, атмосфера часто имеет повышенные температуру и влажность, а на стены могут попадать брызги. В таких помещениях предпочтительно использовать водостойкие гипсовые панели, сохраняющие прочность и стабильность размеров.

Уже предпринимались многочисленные попытки повышения водостойкости гипсовых изделий. С целью придания схватившемуся изделию водостойкости в суспензию добавляли различные углеводороды, включая воск, смолы и асфальт. Также хорошо известно об использовании силоксанов, которые образуют в гипсовых изделиях кремнийорганические смолы.

Хотя использование силоксанов в гипсовых суспензиях полезно с точки зрения придания готовому изделию водостойкости, имеются и связанные с этим недостатки. При добавлении в гипсовую суспензию с целью образования кремнийорганической смолы в изделии силоксан медленно отверждается. Силоксан образует химически активное промежуточное соединение силанол, преобразующееся в полиметилкремниевую кислоту, в результате возникновения поперечных связей превращающуюся в кремнийорганическую смолу. Эта реакция проходит медленно, часто продолжаясь после схватывания гипса, и для формирования в изделии свойства водостойкости требуется от одной до двух недель. Стеновые панели, изготавливаемые этим способом, перед отгрузкой нужно хранить в течение времени, достаточного для того, чтобы они стали водостойкими. В некоторых случаях силоксан может не отверждаться за приемлемый отрезок времени, либо отверждение происходит не полностью. В таких случаях гипсовые панели не имеют достаточной водостойкости. Кроме того, проблематичность достижения полного отверждения заставляет использовать больше силоксана, что повышает стоимость сырья.

Известно, что ускорению реакции отверждения силоксана в гипсовой суспензии способствуют такие катализаторы, как оксиды и гидроксиды щелочноземельных металлов. Эти катализаторы относительно хорошо растворяются в воде и повышают рН суспензии. Высокий рН препятствует регидратации гипса и может оказывать отрицательное влияние на некоторые предпочтительные добавки, вводимые в стеновые плиты. Таким образом, хотя полимеризация силоксана ускоряется, исходя из других соображений, использовать эти катализаторы нежелательно.

Известно, что реакции с участием силоксана катализируются оксидом магния (MgO), но при достаточно высокой для полного отверждения силоксана активности этого катализатора возникает растрескивание, что нежелательно. Слегка обожженный MgO имеет достаточную для быстрого отверждения силоксана активность, но благодаря этой активности идут нежелательные побочные реакции. В ходе таких побочных реакций образуется водород, вызывающий расширение изделия и растрескивание схватившегося гипса. Химическая активность твердо обожженного или сильно обожженного MgO ниже, но это приводит к получению менее водостойких изделий. Таким образом, если используют только MgO, трудно достичь баланса между активностью катализатора и необходимой степенью полимеризации силоксана.

Кроме того, очень трудно провести полимеризацию силоксана при использовании гипса из некоторых источников. Гипс представляет собой сложную смесь сульфата кальция в разных формах, солей и множества алюминатов, силикатов и алюмосиликатов. Очевидно, гипс из некоторых источников содержит один или более компонентов, подавляющих образование кремнийорганической смолы. При использовании с этими разновидностями гипса известные катализаторы не обеспечивают достижения нужной степени водостойкости, равной поглощению менее 5% воды.

Таким образом, в соответствии с известным уровнем техники, существует потребность в катализаторе и способе производства водостойких гипсовых изделий, характеризующихся повышенной водостойкостью и приемлемой ценой. Катализатор должен быть относительно дешевым, активным по отношению к реакции полимеризации силоксана при минимуме нежелательных побочных реакций. Желательно, чтобы взаимное негативное взаимодействие катализатора с другими обычно используемыми добавками к гипсу было невелико.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение отвечает этим и другим нуждам и позволяет ускорить полимеризацию силоксана и, в некоторых случаях, снизить количество силоксана, необходимое для достижения соответствия стандарту ASTM 1398.

Более конкретно, полимеризация силоксана ускоряется в результате использования суспензии, содержащей штукатурный гипс, зольную пыль класса С, оксид магния, эмульсию силоксана и воды. Эту суспензию используют в соответствии со способом изготовления водостойких гипсовых изделий, включающим приготовление эмульсии силоксана и воды, объединение суспензии с сухой смесью штукатурного гипса, оксида магния и зольной пыли класса С. Затем суспензии придают нужную форму и дают время для схватывания гипса и полимеризации силоксана. Полученный продукт пригоден для изготовления водостойких гипсовых панелей, сердцевина которых состоит из взаимопроникающих матриц кристаллов двуводного гипса и кремнийорганической смолы, где внутри взаимопроникающих матриц распределен катализатор, включающий оксид магния и компоненты зольной пыли класса С.

Смесь оксида магния и зольной пыли класса С катализирует полимеризацию силоксана и ускоряет формирование свойства водостойкости изделия, изготавливаемого из этой суспензии. Водостойкие изделия, такие как стеновые плиты, нет необходимости хранить в течение длительного времени в ожидании завершения реакций полимеризации силоксана.

Использование данного катализатора также повышает степень полимеризации, что еще больше увеличивает водостойкость. Водопоглощения менее 5 вес.% удавалось достичь при совместном использовании зольной пыли и оксида магния, что было невозможно, если использовали только какой-либо один из этих катализаторов. Таким образом, помимо ускорения реакции полимеризации данный катализатор также способствует более полной полимеризации силоксана, позволяя, в некоторых случаях, уменьшить количество расходуемого силоксана. Поскольку силоксан является одним из наиболее дорогостоящих добавок, вводимых в стеновые плиты, при уменьшении требуемой порции снижается стоимость сырья.

Другим преимуществом, получаемым благодаря настоящему изобретению, является стабильность размеров изделия. Другие соединения, используемые в качестве катализаторов указанной реакции, приводят к существенному расширению изделия в ходе сушки. Поскольку внутренняя часть панели расширяется, на ее поверхности образуются трещины, и панель разрушается. При использовании зольной пыли и оксида магния расширение и растрескивание готового изделия невелико.

Указанный комбинированный катализатор, состоящий из зольной пыли и оксида магния, также допускает использование оксида магния широкого спектра сортности при сохранении удовлетворительных параметров полимеризации. Тогда как в известном уровне техники считается, что только пережженный оксид магния пригоден для использования в качестве катализатора полимеризации силоксана, при объединении с зольной пылью можно использовать даже сильно обожженный или слегка обожженный оксид магния. Эта особенность дает производителям гипсовых изделий дополнительную свободу в выборе источников оксида магния, вводимого в суспензию.

Подробное описание изобретения

В широком смысле настоящее изобретение относится к повышению водостойкости изделий на основе гипса путем добавления в суспензию, используемую для производства изделий на основе гипса, поддающегося полимеризации силоксана. Силоксан добавляют, предпочтительно, в форме эмульсии. Затем суспензии придают нужную форму и сушат в условиях, благоприятных для быстрой полимеризации силоксана, в результате чего образуется кремнийорганическая смола с большим количеством поперечных связей. В гипсовую суспензию добавляют катализатор, ускоряющий полимеризацию силоксана с образованием кремнийорганической смолы с большим количеством поперечных связей.

Предпочтительно, силоксан, в целом, представляет собой жидкий линейный водородзамещенный силоксан, но также может быть циклическим водородзамещенным силоксаном. Такие силоксаны могут образовывать кремнийорганические смолы с большим количеством поперечных связей. Специалистам в данной области хорошо известны такие жидкости, которые выпускаются промышленностью и описаны в патентной литературе. Типичные линейные водородзамещенные силоксаны, применимые в контексте настоящего изобретения, это соединения, повторяющееся звено которых имеет формулу:

где R означает насыщенный или ненасыщенный одновалентный углеводородный радикал. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения R означает алкильную группу, наиболее предпочтительно, R означает метильную группу. В ходе полимеризации концевые группы отщепляются при конденсации, а силоксановые группы соединяются друг с другом с образованием кремнийорганической смолы. Кроме того, образуются поперечные связи между цепями. Получающаяся кремнийорганическая смола придает гипсовой матрице, по мере ее формирования, свойство водостойкости.

Водостойкие изделия на основе гипса, являющиеся объектом настоящего изобретения, изготавливают, предпочтительно, используя в качестве силоксана жидкий метил- и водородзамещенный силоксан без растворителя, продаваемый под наименованием SILRES BS 94 компанией Wacker-Chemie GmbH (Мюнхен, Германия). Производитель указывает, что данный продукт представляет собой жидкий силоксан, не содержащий воды или растворителей. Ожидается, что может быть использовано, примерно, от 0,3 до 1,0% силоксана BS 94 относительно веса сухих компонентов. Предпочтительно использовать от, приблизительно, 0,4 до, приблизительно, 0,8% силоксана относительно веса сухого штукатурного гипса.

После составления суспензии готовят эмульсию силоксана или стабильную взвесь силоксана в воде. Предусматривается возможность использования ряда эмульсий силоксана в указанной суспензии. Эмульсии силоксана в воде также имеются в продаже, однако в них могут входить эмульгаторы, которые имеют склонность изменять свойства гипсовых изделий, такие как способность склеиваться с бумагой при производстве стеновых плит. Следовательно, предпочтительно использовать эмульсии или стабильные взвеси, приготовленные без добавления эмульгаторов. Предпочтительно изготавливать взвесь на месте путем смешивания жидкого силоксана с водой. Существенно, чтобы эта взвесь силоксана сохраняла свою стабильность до достижения ею лопастного смесителя и в суспензии она оставалась хорошо диспергированной. Эмульсия или стабильная взвесь силоксана в воде должна оставаться хорошо диспергированной в присутствии добавок, вводимых в суспензию по выбору, например ускорителей схватывания. Эмульсия или стабильная взвесь силоксана в воде также должна оставаться устойчивой во время осуществления стадий формования изделий на основе гипса. Предпочтительно, чтобы эта взвесь оставалась стабильной в течение более чем 40 мин. Более предпочтительно, чтобы она оставалась стабильной в течение более чем одного часа. В следующих ниже описании и формуле изобретения термин «эмульсия» включает стойкие эмульсии и взвеси, которые остаются стабильными, по меньшей мере, до тех пор, пока не схватится 50% штукатурного гипса.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, часть воды для затворения непрерывно подают в мешалку с большими сдвиговыми усилиями. Жидкий силоксан дозируют в эту мешалку с большими сдвиговыми усилиями одновременно с водой, в результате чего через 1-2 сек образуется эмульсия. Соотношение количеств воды и силоксана не имеет решающего значения, известно, что применяется смесь 25 частей воды и одной части силоксана. Эта эмульсия стабильна в течение нескольких минут без добавления какого-либо эмульгатора, что достаточно для смешивания ее с суспензией, формования изделия и начала его схватывания. В качестве альтернативы также рассматривается возможность использования для приготовления эмульсии части воды для затворения. Часть потока воды для затворения соединяют с силоксаном в мешалке с большими сдвиговыми усилиями. Затем эмульсию силоксана, предпочтительно, добавляют к воде для затворения до приготовления суспензии с тем, чтобы обеспечить достаточно времени для тщательного смешивания эмульсии силоксана с водой, используемой для приготовления суспензии, и ее однородного распределения в производимых изделиях.

Без связи с какой-либо теорией полагают, что свойство водостойкости формируется при отверждении силоксана внутри сформированной стеновой плиты. Сама по себе реакция полимеризации идет медленно, поэтому нужен определенный период хранения стеновой плиты, достаточный для формирования свойства водостойкости, перед отгрузкой. Известны катализаторы, ускоряющие реакцию полимеризации и тем самым уменьшающие время или позволяющие избежать необходимости хранения стеновых плит, в течение которого они становятся водостойкими. Использование пережженного оксида магния для полимеризации силоксана описано в одновременно рассматриваемой заявке US № 10-917177, озаглавленной «Method of Making Water-Resistant Gypsum-Based Articles» (Способ изготовления водостойких изделий на основе гипса) и включаемой в описание настоящего изобретения путем ссылки. Пережженный оксид магния нерастворим в воде и в меньшей степени взаимодействует с другими компонентами суспензии. Он ускоряет отверждение силоксана и, в некоторых случаях, содействует более полному отверждению силоксана. Оксид магния соответствующего состава выпускается серийно. Особенно предпочтительным пережженным оксидом магния является BAYMAG 96. Его удельная площадь поверхности по БЭТ составляет, по меньшей мере, 0,3 м²/г; потери при прокаливании менее 0,1% вес. Оксид магния используют, предпочтительно, в количестве от, приблизительно, 0,1 до, приблизительно, 0,5% относительно веса сухого штукатурного гипса.

На рынке представлено, по меньшей мере, три сорта оксида магния, различаемые в зависимости от температуры прокаливания. Пережженный оксид магния прокаливают при температурах от 1500°С до 2000°С, при этом теряется, практически полностью, его химическая активность. MagChem P98-PV (Martin Mariette Magnesia Specialties, Бетесда, Мэриленд) является примером пережженного оксида магния. BayMag 96 (Baymag, Inc., Калгари, Альберта, Канада) и MagChem 10 (Martin Mariette Magnesia Specialties, Бетесда, Мэриленд) - это примеры сильно обожженного оксида магния. Сильно обожженный оксид магния прокаливают при температурах от 1000°С до, приблизительно, 1500°С. Он обладает узким диапазоном химической активности, высокой плотностью и обычно используется там, где требуется медленное разложение или низкая активность, например в кормах для животных или удобрениях. Третий сорт, слегка обожженный или «каустический» оксид магния, производят путем прокаливания при температурах от, приблизительно, 700°С до, приблизительно, 1000°С. Спектр вариантов использования такого оксида магния очень широк, включая обработку пластмасс, каучука, бумаги и целлюлозной массы, присадки к толстолистовой стали, клеи и присадки, нейтрализующие кислоты. К примерам слегка обожженного магния относятся BayMag 30, BayMag 40 и BayMag 30 (~325 меш) (Baymag, Inc., Калгари, Альберта, Канада).

Было обнаружено, что предпочтительные катализаторы можно изготовить из смеси оксида магния и зольной пыли класса С. Для такого объединения подходит любой сорт оксида магния. Однако предпочтительными являются пережженный и сильно обожженный оксид магния из-за присущей им сниженной химической активности. При относительно высокой химической активности оксида магния могут идти реакции расщепления, в ходе которых образуется водород. По мере его выделения изделие расширяется, и там, где гипс схватился, появляются трещины. Такое расширение также может вызвать разрушение форм, в которые отливают суспензию, в результате эта деталь утрачивается, а изделие деформируется по одному или более измерениям. Предпочтительными для использования оксидами магния являются BayMag 96, MagChem P98-PV и MagChem 10. Оксид магния и зольную пыль добавляют к штукатурному гипсу, предпочтительно, до смешивания с водой для затворения. Сухие компоненты, подобные указанным, часто вводят в штукатурный гипс во время его перемещения по конвейеру к мешалке.

Предпочтительной зольной пылью является зольная пыль класса С. Наиболее предпочтительной является зольная пыль класса С, полученная гидравлически. Типичный состав зольной пыли класса С представлен в таблице 1. Зольную пыль с высоким содержанием извести, более 20 вес.%, получают при обработке некоторых сортов угля. Указание ASTM C-618, включаемое в настоящее описание путем ссылки, содержит описание характеристик зольной пыли класса С. Предпочтительной является зольная пыль класса С, поставляемая Bayou Ash Inc., Big Cajun, II, Луизиана. Зольную пыль, предпочтительно, используют в количестве от, приблизительно, 0,1% до, приблизительно, 5% относительно веса сухого штукатурного гипса. Зольную пыль, более предпочтительно, используют в количестве от, приблизительно, 0,2% до 1,5% относительно веса сухого штукатурного гипса.

Таблица 1
Типичный состав зольной пыли класса С
Состав	Количество, вес.%
SiO2	25-59
Al2O3	14-22
Fe2O3	5-13
CaO	8-32
MgO	3,2-12,5
K2 O	0,3-1,6
Na2O	0,8-6,0
SO3	0,4-5,0
TiO2	<1,0
Потери при прокаливании	0,1-2,3

В присутствии катализатора силоксан быстрее и более полно полимеризуется, образует поперечные связи с получением кремнийорганической смолы. В результате гидратации штукатурного гипса образуется матрица сцепленных друг с другом кристаллов двуводного гипса. Во время образования гипсовой матрицы молекулы силоксана образуют матрицу кремнийорганической смолы. Поскольку эти процессы идут одновременно, по меньшей мере частично, две указанных матрицы переплетаются друг с другом. Избыток воды и вводимые в суспензию добавки, в том числе зольная пыль, оксид магния и добавки, которые будут описаны ниже, диспергированные в суспензии, оказываются распределенными во внутреннем пространстве этих матриц.

При изготовлении гипсовых плит для улучшения некоторых свойств готовых изделий используют ряд добавок. Эти добавки вводят в обычно используемых количествах. Кроме указанных случаев, не известно о взаимодействии с катализатором или полисилоксаном, которое бы мешало действию этих добавок. Количество некоторых добавок указано в lbs/MSF, что означает количество фунтов добавки на одну тысячу квадратных футов плиты.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для создания пустот в схватившемся содержащем гипс изделии, что делает изделие более легким, используют пенообразователь. В этих вариантах осуществления для изготовления вспененных гипсовых изделий подходит любой из известных пенообразователей. Известно и представлено на рынке множество таких пенообразователей, например линия продуктов HYONIC компании GEO Specialty Chemicals, Амблер, Пенсильвания. Пены и предпочтительный способ изготовления вспененных гипсовых изделий описаны в патенте США № 5683635, включенном в настоящее описание путем ссылки.

Диспергирующие агенты используют для повышения текучести суспензии и снижения количества необходимой для ее приготовления воды. Пригоден любой из известных диспергирующих агентов, в том числе поликарбоксилаты, сульфированные меламины или нафталин сульфонат. Нафталин сульфонат является наиболее предпочтительным диспергирующим агентом и используется в количестве от, приблизительно, 0 lbs/MSF до 18 lbs/MSF, предпочтительно, от, приблизительно, 4 lbs/MSF до, приблизительно, 12 lbs/MSF. Предпочтительным диспергирующим агентом, представляющим собой нафталин сульфонат, является DAXAD (Dow Chemical, Мидленд, Мичиган).

Воду добавляют к суспензии в любом количестве, при котором суспензия является текучей. Используемое количество воды варьируется в широких пределах в зависимости от назначения изделия, конкретного используемого диспергирующего агента, свойств штукатурного гипса и используемых добавок. Отношение количества воды к количеству штукатурного гипса (WSR) в стеновых плитах составляет, предпочтительно, от, приблизительно, 0,2 до, приблизительно, 1,2 в расчете на вес сухого штукатурного гипса. Обычно предпочтительной является величина WSR от, приблизительно, 0,4 до, приблизительно, 0,9. Вода, используемая для приготовления суспензии, должна быть настолько чистой, насколько это целесообразно с точки зрения максимального улучшения свойств как суспензии, так и схватившегося гипса. Хорошо известна способность солей и органических соединений различным образом изменять время схватывания суспензии - от ускорения до замедления. Некоторые примеси могут быть причиной возникновения неоднородностей в структуре матрицы сцепленных друг с другом кристаллов двуводного гипса, из-за чего снижается прочность схватившегося изделия. Таким образом, прочность и плотность изделия увеличиваются при использовании воды, настолько чистой, насколько это целесообразно.

Штукатурный гипс, также известный как полуводный гипс или обожженный гипс, присутствует в количестве, по меньшей мере, 50% веса сухих компонентов. Количество штукатурного гипса составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 80%. В составе многих стеновых плит сухие компоненты более чем на 90% или даже 95% состоят из полуводного гипса. Способ прокаливания не имеет существенного значения, подходит как альфа-, так и бета-модификация штукатурного гипса. Также предусматривается использование безводного гипса, хотя предпочтительно использовать его в небольшом количестве - менее 20%.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в гипсовую суспензию добавляют триметафосфаты с целью повышения прочности изделия и снижения устойчивости схватившегося гипса к образованию потеков. Концентрация триметафосфатов, предпочтительно, составляет от, приблизительно, 0,07% до, приблизительно, 2,0% относительно веса обожженного гипса. Гипсовые составы, содержащие триметафосфаты, описаны в патентах США № № 6342284 и 6632550, включенных в настоящее описание путем ссылки. Примеры триметафосфатов включают триметафосфаты натрия, калия или лития, например, поставляемые фирмой Astaris, LLC., Сен-Луис, Миссури. Следует с осторожностью использовать триметафосфаты с известью или другими модификаторами, повышающими рН суспензии. При рН более, примерно, 9,5 триметафосфат теряет способность повышать прочность изделия, а время схватывания суспензии увеличивается.

В суспензию вводят также другие добавки, соответствующие дальнейшему применению этой гипсовой суспензии. Замедлители схватывания (до, приблизительно, 2 lbs/MSF (9,8 г/м²)) или ускорители высыхания (до, приблизительно, 35 lbs/MSF (170 г/м² )) добавляют для изменения скорости, с которой происходят реакции гидратации. «CSA» представляет собой ускоритель схватывания, содержащий 95% двуводного гипса, совместно измельченного с 5% сахара и нагретого до 250°F (121°С) для карамелизации сахара. CSA поставляется компанией USG Corporation, Саутард, Оклахома, и изготавливается в соответствии с патентом США № 3573947, включеенном в настоящее описание путем ссылки. Другим предпочтительным ускорителем является сульфат калия. HRA - это двуводный гипс, свежесмолотый с сахаром в соотношении, приблизительно, от 5 до 25 фунтов сахара на 100 фунтов двуводного гипса. Более подробно он описан в патенте США № 2078199, включенном в настоящее описание путем ссылки. Оба эти ускорителя являются предпочтительными.

Другой ускоритель, известный как влажный ускоритель для гипса, также является предпочтительным. Описание использования и способа получения влажного ускорителя для гипса содержится в патенте США № 6409825, включенном в настоящее описание путем ссылки. Этот ускоритель содержит, по меньшей мере, одну добавку, подбираемую из группы, состоящей из органических фосфоновых соединений, фосфат-содержащих соединений или их смесей. Этот конкретный ускоритель обладает значительной долговечностью и остается эффективным по прошествии длительного времени, таким образом, влажный ускоритель для гипса после изготовления можно хранить и даже перевозить на большие расстояния перед использованием. Влажный ускоритель для гипса используют в количествах от, приблизительно, 5 до, приблизительно, 80 lbs/MSF (от 24,3 до 390 г/м²).

Другими потенциальными добавками, входящими в состав стеновых плит, являются биоциды, задерживающие рост плесени, ложномучнистой росы, грибков. В зависимости от выбранного биоцида и назначения стеновой плиты биоцид может быть введен в покровный слой, в гипсовую сердцевину или и туда, и туда. Примерами биоцидов являются борная кислота, пиритионы или соли меди. Биоциды могут входить либо в покровный слой, либо в гипсовую сердцевину. Если биоциды используются, их вводят в покровный слой в количестве менее 500 частей на миллион. Пиритионы известны под несколькими наименованиями, включая 2-меркаптопиридин-н-оксид; 2-пиридинтиол-1-оксид (номер по CAS 1121-31-9); 1-гидроксипиридин-2-тион и 1-гидрокси-2(1Н)-пиридинтион (номер по CAS 1121-30-8). Соединение, являющееся производной натрия (C₅H₄NOSNa), также известное как пиритион натрия (номер по CAS 3811-73-2), представляет собой один из вариантов пиритионов, который особенно хорошо подходит. Пиритионы представлены на рынке компанией Arch Chemicals, Inc., Норуолк, Коннектикут, например, OMADINE или Zinc OMADINE.

Кроме того, гипсовый состав может, по выбору, содержать крахмал, такой как пептизированный крахмал или кислотно-модифицированный крахмал. Крахмал добавляют в количестве от, приблизительно, 3 до, приблизительно, 20 lbs/MSF (от 14,6 до 97,6 г/м²) с целью повышения сцепления с бумагой и прочности изделия. Введение пептизированного крахмала повышает прочность схватившегося и высушенного гипсового литого изделия и значительно уменьшает или исключает риск отслоения бумаги в условиях повышенной влажности (например, в случае повышенного соотношения вода/обожженный гипс). Специалистам в данной области известны способы пептизирования крахмала, как, например, варка сырьевого крахмала в воде при температуре, по меньшей мере, около 185°F (85°С), или другие. Примеры пригодного пептизированного крахмала включают, кроме прочего, крахмал PCF 1000, серийно выпускаемый фирмой Lauhoff Grain Company, крахмалы AMERIKOR 818 и HQM PREGEL, поставляемые фирмой Archer Daniels Midland Company. Если пептизированный крахмал используется, он может присутствовать в любом целесообразном количестве. Например, если пептизированный крахмал используется, он может быть добавлен к смеси, образующей схватившийся гипсовый состав, таким образом, чтобы его количество в указанном составе составляло от, приблизительно, 0,5% до, приблизительно, 10% веса схватившегося гипсового состава. Такие крахмалы, как USG 95 (United States Gypsum Company, Чикаго, Иллинойс), также, по выбору, добавляют для повышения прочности сердцевины.

При необходимости корректировки конкретных свойств изделия могут быть использованы другие известные добавки. Сахара, такие как декстроза, используют для упрочнения сцепления с бумагой на краях плит. Восковые эмульсии или силоксаны используют для повышения водостойкости. Если нужна жесткость, обычно, добавляют борную кислоту. Огнестойкость можно повысить путем введения вермикулита. Эти и другие известные добавки могут быть использованы в составах суспензии и стеновых плит, являющихся объектом настоящего изобретения. Стекловолокно, при необходимости, добавляют в суспензию в количестве до 11 lbs/MSF (54 г/м²). В суспензию также добавляют до 15 lbs/MSF (73,2 г/м²) бумажных волокон. Восковые эмульсии добавляют в гипсовую суспензию в количестве до 90 lbs/MSF (0,439 кг/м ²) для повышения водостойкости готовых гипсовых стеновых плит.

В ходе производства часть потока воды для затворения отводят и смешивают с силоксаном и водой в мешалке с большими сдвиговыми усилиями с получением эмульсии силоксана. Эти компоненты перемешивают в течение нескольких минут, пока не образуется стабильная эмульсия. Из мешалки с большими сдвиговыми усилиями эмульсию подают непосредственно в мешалку для приготовления суспензии, где ее соединяют с оставшимся количеством воды для затворения.

Одновременно к мешалке для приготовления суспензии перемещается штукатурный гипс. До его подачи в мешалку в порошкообразный штукатурный гипс вводят сухие добавки, такие как крахмал или ускорители схватывания. Некоторые добавки вводят непосредственно в мешалку по отдельному трубопроводу. Для большинства добавок не имеет решающего значения место введения в суспензию, при этом может быть использовано любое подходящее оборудование или способ.

После смешивания в стеновые плиты, при необходимости, добавляют пену, снижающую плотность изделия. Пену получают путем соединения мыла и воды. Затем пену нагнетают в перемещающуюся суспензию, вышедшую из мешалки по гибкому трубопроводу или желобу. Кольцо для нагнетания пены представляет собой устройство в виде перпендикулярного оси гибкого трубопровода кольца со множеством отверстий, через которые пену нагнетают под давлением в гипсовую суспензию, проходящую по трубопроводу через кольцо для нагнетания пены.

Образующуюся после соединения с пеной суспензию перемещают далее и выкладывают на конвейер с облицовочным материалом. Другой лист облицовочного материала размещают поверх суспензии так, что суспензия образует слой между двумя листами облицовочного материала. Этот трехслойный материал подают в формующее устройство, высота которого соответствует толщине плиты. Затем непрерывный слоистый материал нарезают на плиты нужной длины, обычно восемь на двенадцать футов, при помощи ножа.

После этого плиты помещают в сушильную печь для сушки. Обычно, температура в сушильной печи составляет от 450°F до, максимально, 500°F. В сушильной печи имеется, предпочтительно, три или более температурных зоны. В первой зоне, куда поступает влажная плита, температура увеличивается до максимальной, тогда как в последующих двух зонах температура медленно снижается. Воздуходувка первой зоны расположена на выходе из этой зоны и создает поток воздуха, движущийся навстречу перемещению плит. Во второй и третьей зонах воздуходувки расположены на входе в эти зоны и направляют поток горячего воздуха попутно движению плит. Благодаря менее интенсивному нагреванию в последней зоне предотвращается прокаливание сухих участков плиты, вызывающее ухудшение сцепления с бумагой. Обычно время пребывания в сушильной печи составляет около сорока минут, но эта величина может изменяться в зависимости от производительности линии, степени влажности плит и других факторов.

Пример 1

Два грамма пережженного оксида магния BAYMAG 30 и 4 г зольной пыли класса С добавили к 500 г штукатурного гипса каждой разновидности из источников, указанных в таблице 2. Эти сухие компоненты поместили в пластиковый мешок и встряхивали для перемешивания. Эмульсию приготовили путем смешивания 3,2 г силоксана BS 94 и 550 г воды в течение 2,5 мин в мешалке с большими сдвиговыми усилиями Silverson (Silverson Machines, Ист Лонгмидоу, Массачусетс). Эмульсию на 10 сек поместили в смеситель Waring (Waring Products, Inc., Торрингтон, Коннектикут) объемом 1 л и скоростью вращения 7500 об/мин. Суспензию отливали в кубическую форму размером 2 ×2 ×2 . После схватывания кубы вынимали из формы и помещали в печь для сушки при 110°F до прекращения изменения веса. Высушенные кубы погружали в воду на два часа с целью проведения испытания на поглощение влаги, описанного в ASTM C1396, включенном в настоящее описание путем ссылки. Увеличение веса за счет поглощения воды использовали для расчета водопоглощения.

Таблица 2
Происхо- ждение гипса	Плотность в сухом состоянии	Вес в сухом состоянии	Вес во влажном состоянии	Количество поглощенной воды	Водопоглощение %
Эмпайр	43,0	90,27	93,44	3,17	3,5
"	42,6	89,5	92,8	3,31	3,7
"	42,8	89,8	93,1	3,29	3,7
Монре- аль	43,4	91,26	93,71	2,45	2,7
"	43,5	91,38	93,97	2,59	2,8
"	43,3	91,1	93,5	2,46	2,7
Сперри	42,8	89,89	93,89	4,0	4,4
"	42,5	89,4	92,9	3,55	4,0
"	42,6	89,6	93,3	3,74	4,2
Свит Уоте	43,8	92,09	96,51	4,42	4,8
"	43,5	91,4	95,6	4,12	4,5
"	43,7	91,8	96,1	4.31	4,7

Этот пример показывает способность данного сочетания катализаторов снижать водопоглощение до величины менее 5% для различных разновидностей штукатурного гипса.

Пример 2

Для проверки свойств суспензии, содержащей 12 lbs/MSF силоксана, оксид магния и зольную пыль в количествах, указанных в таблице 3, были проведены испытания промышленного масштаба. Зольную пыль и оксид магния добавляли к штукатурному гипсу до подачи в мешалку. Торговые марки и типы обожженного оксида магния также приведены в таблице 3.

Силоксан добавляли в воду для затворения и смешивали в мешалке с большими сдвиговыми усилиями до получения эмульсии. Эту эмульсию и сухие компоненты соединяли в мешалке для приготовления суспензии до получения гомогенной суспензии, которую затем выкладывали на облицовочную бумагу, находящуюся на конвейере. Тыльный лист бумаги помещали поверх суспензии и подавали этот трехслойный материал в формующее устройство, придающее ему одинаковую толщину дюйма (1,2 см). Когда суспензия схватывалась достаточно для сохранения формы, непрерывную плиту нарезали на отрезки длиной 8 футов.

Таблица 3
Условия испытания	Испытываемая плита
Торговая марка MgO	Количество MgO	Количество зольной пыли	Поглощение за 2 часа
BayMag 96	4	0	5,3%
"	4	0	5,9%
"	4	0	4,4%
"	4	0	5,4%
"	4	0	5,8%
MagChem 10	4	0	5,2%
"	4	0	5,2%
"	4	0	5,5%
"	4	0	5,7%
"	4	0	5,7%
"	4	10	4,3%
"	4	10	4,6%
"	4	10	4,3%
"	4	10	3,9%
"	4	10	4,5%
BayMag 30	3	10	4,4%
"	3	10	4,4%
"	3	10	4,6%
"	3	10	4,6%
"	3	10	4,4%
"	3	0	5,7%
"	3	0	5,8%
"	4	0	5,6%
"	4	0	6,2%
"	4	0	5,8%
"	4	0	7,1%

Когда зольную пыль добавляли к сильно обожженному оксиду магния MagChem 10, водостойкость повышалась более чем на 25%. Такое сравнение справедливо и в случае, когда то же количество зольной пыли добавили к 3 lbs/MSF оксида магния BayMag 30. Сочетание зольной пыли с 3 lbs/MSF оксида магния BayMag 30 также дает более высокий результат, чем использование только 4 lbs/MSF оксида магния BayMag 30.

Пример 3

Кубические образцы были изготовлены, как описано в примере 1, с использованием штукатурного гипса Шоалз и 0,6% вес.силоксана BS 94. Как видно из таблицы 4, в суспензию добавляли оксид магния BayMag 30, зольную пыль или оба компонента одновременно. Заданное значение водопоглощения составляло 6%.

Таблица 4
BayMag 30	Зольная пыль	Водопоглощение
0,4%	0	21,5%
0	0,8%	24%
0,4%	0,8%	2,0%

Когда оксид магния и зольная пыль были добавлены одновременно, в описанном примере было получено на порядок меньшее значение водопоглощения.

Пример 4

Гипсовые кубические образцы были изготовлены, как описано в примере 1, с использованием указанных в таблице 5 количества силоксана и состава катализатора. В таблице 5 также приведены результаты испытания на поглощения влаги.

Таблица 5
Происхожде-ние гипса	Количество силоксана, г	MgO, г	Зольная пыль, г	Водопоглощение, %
Эмпайр	4,2	1,2	0	6,1
"	4,2	0	6,0	32
"	3,1	1,2	6,0	3,7
Монреаль	4,2	1,2	0	7
"	4,2	0	6,0	40
"	3,1	1,2	6,0	2,9

Эти испытания были проведены для разновидностей штукатурного гипса, с которыми трудно получить изделия с удовлетворительной водостойкостью. Ни зольная пыль, ни MgO, добавленные по отдельности, не оказали нужного эффекта, т.е. получения соответствующей стандарту величины водопоглощения менее 5%. Однако когда одновременно были использованы оба катализатора, величина водопоглощения оказалась ниже требуемой стандартом величины, даже при меньшем количестве силоксана.

Пример 5

В ходе испытаний на опытной установке указанный катализатор был опробован при производстве стеновых плит в промышленном масштабе. Состав стеновых плит приведен в таблице 6.

Таблица 6
Компонент	Количество, lbs/MSF
Штукатурный гипс	1324
Вода для затворения	546
Вода с силоксаном	119
Вода с пеной	75
Силоксан	10,5
MgO	4
Зольная пыль	10,85
Мыло	0,4
Ускоритель схватывания HRA	16,6
Триметафосфат	0,8
LC-211	3,0
Крахмал USG 95	3,5
Загуститель	0,49
Диспергирующий агент Daxad	5,5
Воздух с пеной	17 куб. футов/MSF

HRA, триметафосфат, USG 95, загуститель, Daxad, LC-211, зольную пыль и MgO добавляли к штукатурному гипсу. Воду для силоксана и силоксан смешивали в высокоскоростной мешалке менее 1 мин до получения стабильной взвеси силоксана в воде. Эту взвесь затем подавали насосом в мешалку для приготовления суспензии и соединяли с водой для затворения и смесью катализатора и штукатурного гипса. Время пребывания смеси в мешалке составляло менее 15 сек. По мере выгружения суспензии из мешалки в нее нагнетали пену, приготовленную из мыла, воздуха и воды, с целью снижения плотности изделия.

Таблица 7
Образец	Водопоглощение
1А	4,11%
1В	4,36%
2А	4,34%
2В	4,37%
3А	4,19%
4В	4,06%

Кубические образцы были изготовлены из суспензии в соответствии с ASTM С1396. Результаты испытаний на поглощение влаги представлены в таблице 7. Эти испытания подтверждают, что при помощи катализатора, суспензии и способа, являющихся объектами настоящего изобретения, возможно изготовить в промышленном масштабе стеновые плиты, характеризующиеся водопоглощением менее 5%.

Хотя выше был описан конкретный вариант осуществления изобретения с определенным катализатором, содержащим зольную пыль и оксид магния, специалистам в данной области понятно, что возможны различные изменения и модификации, не выходящие за пределы существа настоящего изобретения в более широком его понимании, определенном в следующей ниже формуле изобретения.