строительные гипсовые плиты

Формула изобретения

1. Способ получения строительной гипсовой плиты, при котором

а) обеспечивают водную гипсовую суспензию, содержащую набухающую в воде глину, где к гипсовой суспензии дополнительно добавляют гребневидное сополимерное флюидизирующее вещество и водорастворимый основный полимер, обладающий преимущественной аффинностью к глине, и

б) позволяют слою водной гипсовой суспензии затвердеть, чтобы сформировать плиту;

где указанный водорастворимый основный полимер состоит по существу из углерода, азота и водорода или углерода, азота, водорода и иона галогенида и содержит аминогруппы в полимерном скелете и/или в полимерных боковых цепях, причем указанный основный полимер либо включает полидиаллилдиалкиламмонийгалогенид, либо получен из одного или более мономера, обладающего единственной полимеризующей единицей, такой как олефиновая связь или расщепляемое гетероциклическое кольцо, на молекулу мономера.

2. Способ по п.1, где основный полимер получен из одного или нескольких мономеров, каждый из которых обладает единственной полимеризующей группировкой, такой как олефиновая связь или расщепляемое гетероциклическое кольцо, на молекулу мономера, и где основный полимер включает полиэтиленимин или полиаллиламин.

3. Способ по п.1, где полимер является катионно-заряженным.

4. Способ по любому из пп.1-3, где полимер является растворимым в холодной воде.

5. Способ по п.1, где гребневидное сополимерное флюидизирующее вещество включает полимер полиалкоксилированной акриловой или метакриловой кислоты.

6. Способ по п.1, где суспензию загружают между размещенными с зазором усилителями поверхности таким образом, чтобы образовать структуру в виде сэндвича, и суспензии позволяют затвердеть между усилителями поверхности.

7. Способ по п.6, где суспензия содержит усилители в виде волокна.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к получению строительных гипсовых плит.

Строительные гипсовые плиты хорошо известны, и их поверхность можно усилить, примером является гипсолит (который, в основном, усилен бумажными прокладками) или гипсокартон (который может быть усилен на или около поверхности плетеными или неплетеными усилителями, или усилен только в середине).

Гипсокартон в основном получают путем формования гипсовой штукатурной суспензии (и возможно усиливают волокнами) в прессе или между роликами или лентами. Для гипсовых плит с усиленной поверхностью, гипсовую суспензию помещают посередине между усилителями поверхности до формования. При таком расположении, границы усилителей поверхности или листов прослойки обычно складываются вместе. После формования гипсовых плит, влажной суспензии позволяют затвердеть, и затвердевшие плиты разрезают на куски желаемой длины и сушат с получением окончательной плиты.

Обнаружили, что разбухающая в воде глина, присутствующая в некоторых природных источниках гипса, имеет тенденцию увеличивать потребление воды суспензией, которая в конечном итоге образует гипс путем формирования хлопьевидной структуры в присутствии ионов кальция.

В патенте США № 7261772 предложено добавление к такой глине гребневидного сополимера, который образован из полиэфира, имеющего концевые ненасыщенные группы, например, путем полимеризации полиэфирного макромономера, имеющего цепь полиалкиленоксида, вступающего во взаимодействие с ненасыщенным мономером, таким как акриловая кислота или метакриловая кислота. Полиалкиленоксид обычно получают из этиленоксида, пропиленоксида, бутиленоксида и т.п., например полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля, или их статистических или блок-сополимеров. В вышеописанном патенте США предполагают, что некоторые аминные соединения необходимы для гипсовой композиции, например, упомянуты алифатические амины, четвертичные амины, алкоксилированные амины и аминооксиды. В указанном патенте не упоминается применение аминов, в которых аминогруппа представлена в повторяющейся единице полимера.

Авторы изобретения также ранее предложили в документе WO 2009/068899 применять основный водорастворимый полимер, обладающий преимущественной аффинностью к глине вместо аминных соединений, описанных в вышеупомянутом патенте США. Среди указанных соединений присутствуют поливиниловый спирт, поливинилпирролидон и некоторые растворимые в холодной воде производные крахмала.

Авторы изобретения обнаружили, что также можно достичь дополнительных улучшений, если использовать некоторые основные азотсодержащие водорастворимые полимеры, обладающие преимущественной аффинностью к глине, вместо таких аминов или основного водорастворимого полимера.

Таким образом, в соответствии с изобретением предложен способ получения строительной гипсовой плиты из гипсовой суспензии, содержащей разбухающую в воде глину, в которой дополнительно к гипсовой суспензии добавлен гребневидный сополимер (как описано в упомянутом выше патенте США 7261772) в качестве флюидизирующего вещества, а также гидрофильный водорастворимый основный полимер, состоящий в основном из углерода, азота и водорода, и содержащего аминогруппы (которые могут быть первичными, вторичными, третичными или четвертичными) в скелете и/или в составе боковых цепей, где водорастворимый полимер обладает преимущественной аффинностью к глине.

Авторы изобретения обнаружили, что глина, присутствующая в гипсе, препятствует действию гребневидных полимерных флюидизирующих веществ, снижает эффективность дозы таких флюидизирующих веществ. Эти флюидизирующие вещества предпочтительно адсорбируются на глине, поскольку последняя заряжена в большей степени.

Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что водорастворимые основные полимеры, присутствующие в гипсовой суспензии, могут предпочтительно адсорбироваться на глине, находящейся в суспензии, таким образом осуществляя две функции:

1) диспергирования частиц глины, что немного снижает содержание воды; и

2) блокирования сайтов, которые в противном случае были бы заняты добавленным флюидизирующим веществом, такая блокировка позволяет фпюидизирующему веществу осуществлять свою желаемую функцию разжижения гипсовых частиц, что в свою очередь приводит к дополнительному снижению содержания воды.

Полимеры, используемые в соответствии с изобретением, могут быть катионно-заряженными, с четвертичными группами аммония или вторичными или третичными аминогруппами в основных цепях, ответвленных цепях, или боковых подвешенных группах. Если полимеры содержат первичные аминогруппы, последние находятся в боковых подвешенных группах.

Первой предпочтительной группой основных полимеров, содержащих аминогруппы для применения в соответствии с изобретением, являются производные мономеров, обладающих единственной полимеризующей единицей на молекулу (такой как олефиновая связь или расщепляемое гетероциклическое кольцо), остаток мономера предпочтительно насыщенный и/или предпочтительно содержащий амин в виде первичной или вторичной группы.

Предпочтительным примером такого полимера, который содержит вторичные или третичные аминогруппы в скелете после полимеризации, является полимер полиэтилениминового типа (который также будет обладать аминогруппами в составе боковых цепей). При применении такого полиэтилениминового полимера в соответствии с изобретением предпочтительно, чтобы его средняя молекулярная масса составляла менее чем приблизительно 20000 г/моль, в частности менее чем приблизительно 3000. Такие полимеры могут приводить в результате к лучшей стабильности пены в дополнение к пониженному содержанию воды.

Полиэтиленимин обычно обладает следующей структурой, которая показывает, что полимер в основном содержит вторичные и третичные группы в скелете, а также первичные, вторичные и третичные группы в боковых цепях.

Поливиниламин, полиаллиламин и поливинилпиридин также представляют собой предпочтительные примеры таких основных водорастворимых полимеров для применения в соответствии с изобретением, причем поливинилпиридин обычно находится в четвертичной форме.

Основный водорастворимый полимер может содержать концевой амин или четвертичные группы аммония, примерами такого полимера является поли-, моно- или диамин, замещенный олефином, такой как полимер аллиламинового типа или полимер кротиламина, или метилаллиламина, или циннамиламина и т.п.

Вторая предпочтительная группа основных полимеров включает поли(диаллилдиалкиламмоний)галогениды. Последний полимер предпочтительно имеет среднюю молекулярную массу менее 200 кДа, например не более 100 кДа. Тем не менее поли(диаллилалкиламиновые) полимеры являются менее предпочтительными.

Предпочтительно, чтобы анионные группировки в таких водорастворимых полимерах были совместимы с гипсом и не вызывали существенного негативного воздействия. Кроме того, предпочтительно, чтобы такие ионные группировки не образовывали гидратированные формы. В некоторых воплощениях также предпочтительно, чтобы основный полимер не содержал хлорид-ионов, примером такого полимера является полиэтиленимин или полиаллиламин, как указано выше.

Такие основные водорастворимые полимеры для применения в соответствии с изобретением обладают преимущественной аффинностью к глине (по сравнению с гребневидным сополимером) и способен связываться с глиной, тем самым способствуя диспергированию глины и подавлению негативного взаимодействия с гребневидным полимерным флюидизирующим веществом. Это действие помогает улучшить дозовую эффективность флюидизирующего вещества. Преимуществом настоящего изобретения является то, что можно исключить использование полиоксиалкиленов, поскольку такие полимеры в основном требуют применения вместе с амином, как описано выше. Такая комбинация не нужна в соответствии с изобретением.

Предпочтительным водорастворимым полимером для применения в соответствии с изобретением является полимер, который растворим в холодной воде (что означает, что вода имеет температуру на выше 30°С, например около 20°С), для того чтобы полимер можно было поставлять в виде водного раствора, тем самым избегая необходимости дополнительной стадии растворения полимера в теплой воде до добавления в шламомешалку.

Предпочтительное количество такого водорастворимого полимера составляет от 0,1 до 2 грамм на грамм глины, находящейся в суспензии.

Такой полимер может одновременно выполнять несколько функций, наиболее важные из них следующие:

1) диспергирование глины, что позволяет уменьшить содержание воды, и

2) увеличение эффективности флюидизирующих веществ, основанных на гребневидном сополимере, что позволяет уменьшить содержание воды.

Гребневидные сополимерные флюидизирующие вещества предпочтительно присутствуют в количестве от 0,005 до 1% на основании общей массы штукатурки. Гребневидный сополимер можно изготовить с помощью способа, описанного, например, в патентах США 6527850, 6869988 и 7070648.

Каждый из водорастворимого полимера и/или гребневидного сополимера можно добавлять к взбитой водной пене, чтобы смешать с гипсовой суспензией, причем такая водная пена получается при вспенивании воды, содержащей по меньшей мере один пенообразующий агент. Полиэтиленимины, как показано выше, являются предпочтительными водорастворимыми полимерами, особенно когда применяют такую взбитую водную пену.

При применении водной пены в способе по настоящему изобретению, получающаяся плита легче, поскольку содержит пузырьки воздуха, как это хорошо известно.

Вода, присутствующая в такой пене, обычно представляет собой грунтовую воду или водопроводную воду, которую можно отфильтровать. Другие, не оказывающие негативного действия материалы, вспомогательные агенты и ингредиенты могут при необходимости присутствовать в воде, из которой образуется пена.

Гипсовая суспензия, которую смешивают с взбитой водной пеной, содержит гидратируемый гипс (сульфат кальция), который, как правило, получают путем кальцинирования гипса. Суспензия может содержать другие, не оказывающие негативного действия материалы и/или ионы, такие как ионы фосфата и/или магния. Гидратируемый сульфат кальция может представлять собой, например, безводный сульфат кальция (ангидрит II или III) или кальция сульфат гемигидрат (CaSO₄·0,5H₂O) в альфа- или бета-кристаллической форме.

Гипс обычно смешивают с водой для образования суспензии, до смешивания с водной пеной, описанной выше; вода, из которой готовят суспензию, обычно представляет собой грунтовую воду или водопроводную воду, которая может быть фильтрованной. Другие, не оказывающие негативного действия вещества, вспомогательные агенты и ингредиенты могут при необходимости присутствовать в воде, из которой готовят суспензию.

Значение рН суспензии обычно лежит в пределах от 6,5 до 9,5, и суспензия может содержать дополнительные ингредиенты, такие как крахмал, пластификаторы, водоотталкивающие компоненты (такие как силиконовые масла или воски), усиливающие волокна, ускорители и замедлители затвердения, ингибиторы деформации (такие как агенты, предотвращающие оседание), добавки против усадки, ингибиторы рекальцинирования, стабилизаторы пены, выравнивающие средства, бактерициды, фунгициды, регуляторы рН, красители, огнезащитные добавки и наполнители (такие как сыпучие минеральные материалы или пластики, которые в некоторых воплощениях могут присутствовать в расширенной форме).

При изготовлении гипсовых плит в соответствии с изобретением суспензия может содержать усиление в виде волокон, такое как стеклянные волокна (обычно штапельные волокна). Гипсовая плита, изготавливаемая в соответствии с изобретением, может содержать или не содержать поверхностное усиление или линейные пласты; при применении усиления поверхности оно может представлять собой, например, волокнистый холст или сетку.

Когда строительную гипсовую плиту изготавливают в соответствии с изобретением, тогда предпочтительно придавать ей желаемую толщину путем экструдирования или прессования между валиками или лентами.

Настоящее изобретение распространяется на строительную гипсовую плиту, содержащую затвердевшую водную гипсовую суспензию, содержащую разбухающую в воде глину, гребневидное сополимерное флюидизирующее вещество и гидрофильный водорастворимый основный полимер, состоящий по существу из углерода, азота и водорода и имеющий аминогруппы (которые могут быть первичными, вторичными, третичными или четвертичными) в скелете и/или боковой цепи, причем водорастворимый полимер обладает преимущественной аффинностью к глине.

Определенные аспекты и особенности настоящего изобретения будут проиллюстрированы следующими рабочими примерами.

ПРИМЕР 1

В каждом тесте применяли 200 г штукатурки из природного гипса, о котором известно, что он содержит глину.

Воду с температурой 40°С добавляли к взвешенному количеству в маленький гомогенизатор Уоринга, а также в гомогенизатор вместе с твердыми добавками добавляли 0,1% тринатриевого цитрата (масс./масс. штукатурки) в качестве замедлителя, и гомогенизатор задействовали в течение 10 секунд для растворения замедлителя.

Этакрил М (имеющийся в продаже гребневидный сополимер, который представляет собой этоксилированный полимер акриловой кислоты) из LyondellBasell и, по необходимости, другие жидкие добавки добавляли на этой стадии. Затем штукатурку разбрызгивали на раствор в течение 30 секунд и оставляли на 30 секунд. Время перемешивания составляло 10 секунд на низкой скорости. Диаметр осадки конуса суспензии измеряли на оседающей пластине консистометра, как описано в Разделе С.3.1.1 BS 1191: Часть 1: 1973. Уровень воды для смешивания корректировали для достижения определенной консистенции, полученной с помощью диаметра осадки конуса. Когда 2 повтора находились в пределах 58-60 мм, уровень воды отмечали как «водопотребность».

Модификаторами глины являлись поли-DADMAC 1 (полидиаллилдиметиламмонийхлорид) (с молекулярной массой приблизительно 100 K); поли-DADMAC 2 (с молекулярной массой от 100 до 200 K); поли-DADMAC 3 (с молекулярной массой от 400 до 500 K); и, в качестве сравнения, силанизированный частично гидролизованный поливиниловый спирт - Wacker Polyviol 2700 (Polyviol).

Результаты, приведенные в следующей Таблице 1, показывают эффективное снижение водопотребности, достигаемое добавлением гребневидного полимера и положительно заряженного полимера к типовой штукатурке, содержащей глину. Снижение водопотребности = (Водопотребность контроля без гребневидного полимера или модификатора глины - Водопотребность указанного состава).

Таблица 1
Модификатор глины	Добавление (масс.% активных веществ на штукатурку)	Снижение водопотребности (г/100 г)
		0 масс.% Этакрила	0,1 масс.% Этакрила	0,2 масс.% Этакрила	0,3 масс.% Этакрила
Поли-DADMAC 1, Mw<100k г/моль	0,25	0	14	20	20
Поли-DADMAC 2, Mw 100-200k г/моль	0,25	2	12	15	17
Поли-DADMAC 3, Mw 400-500k г/моль	0,25	2	9	14	16
Силанизированный частично гидролизованный поливиниловый спирт - Wacker Polyviol 2700	0,25	0	9	13	19

Приведенные результаты обобщены на Фиг.1. Фиг.2 является схожей, но на ней показаны варьирующие количества поли-DADMAC 1 - а именно, 0,1%, 0,25% и 0,5%, соответственно.

На Фиг.2 показано, что значения водопотребности были существенно снижены для количеств поли-DADMAC 1 0,25% или более. Это показывает, что желательно для этой особенной штукатурки включить полимер в количестве, превышающем 0,1%, таком как по меньшей мере приблизительно 0,2 масс.%. Количество зависит от количества глины в штукатурке.

ПРИМЕР 2

Пример 1 повторили с использованием в качестве штукатурки второго природного гипса, о котором известно, что он содержит глину, а этакрил заменили на "Mighty 21 EG", который имеется в продаже от Као. Результаты, приведенные в следующей таблице 2, показывают эффективное снижение водопотребности, достигнутое добавлением гребневидного полимера и полиэтиленимина или полиаллиламина к типовой штукатурке, которая содержит глину.

Таблица 2
Модификатор глины	Добавление (масс.% активных веществ на штукатурку)	Снижение водопотребности (г/100 г)
		0 масс.% Mighty	0,1 масс.% Mighty	0,2 масс.% Mighty	0,3 масс.% Mighty
Полиэтиленимин с раствором средней Mw приблизительно 1800	0,25	-2	11	18	26
Полиаллиламин Мw 1000	0,25	3	13	23	30
Полиаллиламин Mw 15000	0,25	6	18	25	32
Поли-DADMAC Mw 8500	0,25	3	11	18	26

Приведенные результаты обобщены на Фиг.3. На Фиг.3 показано, что значения водопотребности были существенно снижены для гипса, содержащего глину и содержащего специфические полимеры в указанных количествах.