ГОТОВАЯ К УПОТРЕБЛЕНИЮ КОМПОЗИЦИЯ ОТВЕРЖДАЮЩЕГОСЯ ТИПА И ОТНОСЯЩИЙСЯ К НЕЙ КОМПЛЕКТ
READY-TO-USE COMPOSITION OF HARDENING TYPE AND SET RELATING THERETO

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА К РОДСТВЕННОЙ ЗАЯВКЕ
Данная заявка претендует на приоритет заявки на патент США №10/400270, поданной 27 марта 2003 года, которая настоящим включается посредством ссылки во всей своей полноте.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
В общем смысле настоящее изобретение относится к текучим композициям гипса отверждающегося типа. Более конкретно, изобретение относится к текучим готовым к употреблению композициям, включающим обожженный гипс и ингибитор схватывания, где данная композиция схватывается при смешивании с активатором для взаимодействия обожженного гипса с водой с образованием отвержденного гипса.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Отвержденный гипс (дигидрат сульфата кальция) является хорошо известным материалом, который используют для изготовления многих типов продуктов и который обычно входит в состав многих типов продуктов. Как правило, гипсосодержащие продукты готовят, получая смесь обожженного гипса (т.е. полугидрата сульфата кальция и/или безводного сульфата кальция) и воды, а также, необязательно, других компонентов, если это желательно. Смесь в типичном случае отливают в предварительно приготовленную форму или на поверхность подложки. Обожженный гипс реагирует с водой с образованием связной матрицы кристаллического гидратированного гипса, т.е. дигидрата сульфата кальция. Именно желаемая гидратация обожженного гипса дает возможность получить связную матрицу отвержденного гипса, придавая, таким образом, прочность структуре гипса в гипсосодержащем продукте.
Во многих случаях является желательным обеспечить готовую к употреблению композицию отверждающегося типа, которая содержит обожженный гипс, предварительно смешанный с водой, ингибитор схватывания и другие желательные добавки. Данные композиции обычно упакованы в контейнер, такой как ведро, банка, бадья, картонная коробка и тому подобное, так что для использования, например, на рабочем месте к гипсовой смеси не требуется добавлять воду или требуется добавить небольшое количество воды. Готовые к употреблению композиции разработаны так, чтобы предотвращать схватывание, пока потребитель не добавит активатор для взаимодействия обожженного гипса с водой с получением отвержденного гипса.
Хорошо известны готовые композиции для использования в качестве составов для заделки швов, обычно используемых для соединения впритык стеновых плит или для заделки выбоин в стеновых плитах. Например, патент США №5746822 описывает готовые к употреблению композиции на гипсовой основе, которые включают не содержащие кальция фосфаты в качестве добавок-замедлителей схватывания. По патенту '822 четырехзамещенный пирофосфат натрия обеспечивает наиболее длительный эффект замедления схватывания среди не содержащих кальция фосфатов, и его используют в сочетании с лимонной кислотой. Готовые к употреблению композиции патента '822 не являются полностью удовлетворительными для многих областей использования, отличных от составов для заделки швов, поскольку они изготовлены таким образом, что являются вязкими и имеют относительно низкую прочность.
Кроме того, патент США №5779786 описывает готовый к употреблению состав для заделки швов, который включает замедлитель схватывания в форме полимерной композиции, включающей мономерные звенья акриловой кислоты и акриламида. В качестве примеров патент '786 описывает сополимер акриловой кислоты и акриламида или смесь гомополимера акриловой кислоты и гомополимера акриламида. Готовые к употреблению рецептуры патента '786 разработаны относительно вязкими, чтобы избежать отделения воды и отверждения дисперсного вещества. Готовые к употреблению рецептуры патента '786 также не обладают достаточной прочностью для многих областей использования иных, чем составы для заделки швов.
Продолжает существовать необходимость в готовых к употреблению композициях, которые имеют более низкую вязкость и более высокую прочность по сравнению с готовыми к употреблению составами для заделки швов. Например, во многих областях использования было бы желательно иметь готовую к употреблению композицию, которая является текучей, пока к композиции не добавят активатор, и которая остается текучей в течение некоторого периода времени даже после добавления активатора, так что потребитель имеет достаточное ″рабочее″ время для использования композиции для предназначенной цели.
Текучие, готовые к употреблению композиции были бы желательны для использования при различных внутренних и наружных работах, как будет понятно специалисту в данной области. В качестве примера, текучие, готовые к употреблению композиции применимы в качестве различных штукатурок, включая применение при лечении зубов, строительную штукатурку, механически обрабатываемый гипс (штукатурку) и тому подобное. Например, зуботехнический гипс применим для отливки точной по размеру репродукции части полости рта или внеротовой лицевой структуры в виде позитивного отпечатка, полученного из полимера, такого как альгинат, который образует негативный отпечаток. Кроме того, строительная штукатурка может быть в форме, например, готового накрывочного штукатурного раствора (например, штукатурки для внутренней окончательной отделки марки DIAMOND, продаваемой компанией United States Gypsum) для окончательной отделки внутренних стеновых плит.
Текучие, готовые к употреблению композиции также применимы для получения форм, изготовленных из гипса, которые используют при отливке керамических статуэток и тому подобного, используя методы отливки под давлением или шликерного литья, известные из уровня техники. Кроме того, готовые к употреблению текучие композиции также применимы для сплошной отливки, например, статуй и архитектурных деталей, таких как отливки, а также для ротационного литья. Например, ротационное литье используют для получения продуктов с полостями, таких как, например, фонарные столбы и тому подобное. Текучие, готовые к употреблению композиции также применимы для нанесения распылением, включая композиции гипса, армированного стекловолокном, которые можно использовать при изготовлении декоративных архитектурных деталей.
Соответственно, из предшествующего описания понятно, что существует необходимость в готовых к употреблению композициях отверждающегося типа, которые имеют относительно низкую вязкость, так что они являются текучими, и, предпочтительно, которые остаются текучими даже после добавления активатора. Необходимо понимать, что существует необходимость в такой готовой к употреблению композиции, в которой схватывание не происходит в отсутствие активатора в течение относительно длительного времени, так что композиция имеет длительный срок хранения. Далее необходимо понимать, что существует необходимость в такой готовой к употреблению композиции, в которой твердые частицы в композиции не осаждаются и вода не отделяется. Данное изобретение предлагает такую готовую к употреблению композицию. Данные и другие преимущества настоящего изобретения, а также дополнительные особенности изобретения, будут очевидны из описания изобретения, предлагаемого ниже.
КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает композицию, которая схватывается при смешивании с активатором для взаимодействия обожженного гипса с водой с получением отвержденного гипса. Композиция включает воду и обожженный гипс с массовым отношением воды к обожженному гипсу, составляющим от примерно 0,15 до примерно 0,5. Композиция также включает ингибитор схватывания, включающий полиакриловую кислоту и/или ее соль. Композиция имеет вязкость от примерно 5000 сантипуаз до примерно 48000 сантипуаз. Готовая к употреблению композиция по настоящему изобретению имеет длительный срок годности при хранении и будет схватываться после смешивания с активатором. В некоторых вариантах осуществления готовая к употреблению композиция показывает достаточную текучесть даже после смешивания с активатором, чтобы дать возможность наносить активированную композицию и получать желаемую форму.
Настоящее изобретение также предлагает комплект, включающий упакованные по отдельности компоненты. Один из компонентов представляет собой композицию, включающую обожженный гипс и полиакриловую кислоту и/или ее соль и, необязательно, воду. Другой компонент включает активатор, который при смешивании с композицией позволяет композиции схватываться.
Изобретение можно лучше понять со ссылкой на следующее далее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает готовую к употреблению композицию отверждающегося типа и комплект, включающий упакованные по отдельности компоненты. Композиция включает воду, обожженный гипс и ингибитор схватывания, включающий полиакриловую кислоту и/или ее соль. Обожженный гипс может находиться в форме альфа-полугидрата сульфата кальция, бета-полугидрата сульфата кальция, безводного сульфата кальция и их комбинаций. К готовой к употреблению композиции по изобретению, если это желательно, можно добавить один или несколько дополнительных компонентов, таких как, например, пластификатор, хелатообразующее вещество, модификатор рН, противопенную добавку, пенообразующее вещество, армирующий полимер, противоморозную добавку, суспендирующую добавку, бактерицид, фунгицид и/или загуститель.
Композиция является ″готовой к употреблению″ в предпочтительных вариантах осуществления, так что потребителю не нужно добавлять воду к композиции для использования композиции. Однако в некоторых вариантах осуществления композиция может являться сухой, так что воду добавляет потребитель, если это желательно. Активатор добавляют к готовой к употреблению композиции, когда это желательно, для инициирования схватывания обожженного гипса до связной матрицы отвержденного гипса, в типичном случае, на рабочем месте. Таким образом, предпочтительно, комплект по настоящему изобретению включает готовую к употреблению композицию, упакованную отдельно от активатора.
Согласно настоящему изобретению в отсутствие активатора готовая к употреблению композиция не схватывается даже после продолжительных периодов времени, так что она имеет длительный срок годности. В данном отношении готовая к употреблению композиция, предпочтительно, не схватывается в течение, по меньшей мере, 60 дней без добавления активатора, более предпочтительно, по меньшей мере, 90 дней, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 175 дней и, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 1 года.
В предпочтительных вариантах осуществления массовое отношение воды к обожженному гипсу в готовой к употреблению композиции составляет от примерно 0,15 до примерно 0,5, предпочтительно, от примерно 0,2 до примерно 0,35 и, еще более предпочтительно, от примерно 0,2 до примерно 0,25. При достижении желаемых массовых отношений воды к обожженному гипсу обожженный гипс присутствует в количестве от примерно 50% до примерно 80% от массы композиции, более предпочтительно, в количестве от примерно 65% до примерно 75% от массы композиции. Вода, предпочтительно, присутствует в количестве от примерно 15% до примерно 30% от массы композиции, более предпочтительно, в количестве от примерно 20% до примерно 25% от массы композиции.
3
3
3
3
3
3
3
Описанные массовые отношения воды к обожженному гипсу являются особенно желательными, поскольку они увеличивают прочность на сжатие и плотность отвержденной композиции после добавления активатора и образования связной матрицы отвержденного гипса. В этом отношении в предпочтительных вариантах осуществления после добавления активатора и схватывания композиции продукт имеет предел прочности при сжатии, по меньшей мере, примерно 1000 фунт/кв.дюйм, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 1200 фунт/кв.дюйм, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 1500 фунт/кв.дюйм, еще предпочтительнее, по меньшей мере, примерно 2500 фунт/кв.дюйм и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, примерно 3000 фунт/кв.дюйм. В некоторых вариантах осуществления предел прочности при сжатии продукта может составлять примерно 7000 фунт/кв.дюйм или даже более. Плотность композиции после схватывания, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, примерно 90 фунт/фут (например, от примерно 90 фунт/фут до примерно 130 фунт/фут), более предпочтительно, от примерно 100 фунт/фут до примерно 130 фунт/фут, еще более предпочтительно, от примерно 102 фунт/фут до примерно 110 фунт/фут.
Согласно настоящему изобретению готовая к употреблению композиция по изобретению показывает относительно низкую вязкость, так что она обладает подходящей текучестью. Под ″текучестью″ понимают, что ее можно вылить в форму или распылить с использованием распылительной установки. Такие характеристики текучести достигаются, когда композиция имеет вязкость в диапазоне от примерно 5000 сантипуаз до примерно 48000 сантипуаз, более предпочтительно, от примерно 5500 сантипуаз до примерно 45000 сантипуаз и, еще более предпочтительно, от примерно 5500 сантипуаз до примерно 40000 сантипуаз.
В предпочтительных вариантах осуществления композиция остается текучей после добавления к ней активатора. Например, в некоторых вариантах осуществления композиция сохраняет текучесть в течение, по меньшей мере, примерно 0,25 часа после добавления активатора, более предпочтительно, композиция является текучей в течение периода времени от примерно 0,25 часа до примерно 6 часов после добавления активатора, еще более предпочтительно, композиция является текучей в течение периода времени от примерно 0,25 часа до примерно 3 часов после добавления активатора, и, еще более предпочтительно, композиция является текучей в течение периода времени от примерно 0,25 часа до примерно 1,5 часов после добавления активатора.
Готовые к употреблению композиции, имеющие предпочтительные вязкости по настоящему изобретению и которые, предпочтительно, являются текучими до и после добавления активатора, подходят для использования в любой из многочисленных различных внутренних и наружных областей использования, таких как, например, (гипсовая) штукатурка, рецептуры для распыления, сплошная отливка, ротационная отливка, рецептуры ручного наслоения и тому подобное. Примеры использования гипсовой штукатурки включают зуботехнический гипс, строительный гипс, готовый накрывочный штукатурный раствор, механически обрабатываемый гипс и тому подобное. Нанесение покрытия распылением включает, например, крупномасштабное изготовление моделей и тому подобное. Примеры сплошных отливок включают скульптуры, архитектурное литье и тому подобное. Примеры ротационного литья включают полые изделия, такие как фонарные столбы и тому подобное. Различные вязкости внутри описанных здесь предпочтительных диапазонов могут подходить для различных областей использования, как будет понятно специалисту в данной области. Например, композиции ручного наслоения, предпочтительно, имеют вязкость в более высокой части предпочтительного диапазона, чтобы дать возможность их нанесения вручную (например, на горизонтальную или вертикальную поверхность), обычно чередующимися слоями со стекловолокном для получения ламинированного композита.
Согласно настоящему изобретению композиция включает полиакриловую кислоту и/или ее соль в качестве ингибитора схватывания. Не имея в виду ограничиваться какой-либо конкретной теорией, полагают, что полиакриловая кислота и/или ее соль действует в качестве ингибитора схватывания, поскольку карбоксильные группы полиакриловой кислоты и/или ее соли присоединяются к центрам зародышеобразования кристаллической структуры обожженного гипса. В этом отношении полиакриловая кислота и/или ее соль, как полагают, обволакивает обожженный гипс так, что он не может взаимодействовать с водой, приводя к блокировке гидратации и не возможности ее протекания.
Полиакриловая кислота и/или ее соль может быть незамещенной или замещенной, например алкилом, таким как этил, метил и тому подобное. Примерами полиакриловой кислоты и/или ее соли, подходящими для использования в настоящем изобретении, являются полиакриловая кислота, полиэтакриловая кислота, полиметакриловая кислота, полиакрилат натрия, полиакрилат калия, полиэтакрилат натрия, полиэтакрилат калия, полиметакрилат натрия, полиметакрилат калия и аналогичные соединения и их комбинации или сополимеры. Коммерческим примером соли полиакриловой кислоты, которую можно использовать при осуществлении на практике настоящего изобретения, является Tamol 1254, продаваемый компанией Rohm and Haas. Предпочтительно, полиакриловая кислота и/или ее соль имеет молекулярную массу в промежуточном диапазоне от примерно 1000 Дальтон до примерно 4500 Дальтон. Как полагают, полиакриловые кислоты и/или их соли, имеющие более высокие молекулярные массы, являются менее подходящими для предотвращения схватывания, поскольку длина полимерных цепей, как полагают, является слишком большой, так что существуют стерические препятствия для покрытия центров зародышеобразования кристаллов гипса и подавления реакции с водой, в то же время считается, что полиакриловые кислоты и/или их соли с более низкими молекулярными массами являются менее подходящими для предотвращения схватывания, поскольку отсутствует достаточное количество карбоксильных функциональных групп, чтобы в достаточной мере покрыть центры зародышеобразования на поверхности кристаллов гипса и предотвратить их взаимодействие с водой. Более предпочтительно, полиакриловая кислота и/или ее соль имеет молекулярную массу от примерно 1800 Дальтон до примерно 2500 Дальтон, еще более предпочтительно, от примерно 1800 Дальтон до примерно 2200 Дальтон.
Желаемые подавление схватывания, прочность, вязкость и взвешенное состояние готовой к употреблению композиции не требуют наличия полиакриламида, карбоната кальция, четырехзамещенного пирофосфата натрия и/или лимонной кислоты. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления готовая к употреблению композиция по существу не содержит полиакриламида, карбоната кальция, четырехзамещенного пирофосфата натрия и/или лимонной кислоты, так что желаемые подавление схватывания, прочность на сжатие, вязкость и взвешенное состояние готовой к употреблению композиции имеют место при их отсутствии.
Неожиданно было обнаружено, что несмотря на относительно низкое массовое отношение воды к обожженному гипсу используемое для получения связной матрицы отвержденного гипса с желаемой прочностью на сжатие и плотностью, для композиции по изобретению можно получить готовую к употреблению рецептуру с желаемой текучестью и низкой вязкостью, даже если полиакриловая кислота и/или ее соль покрывает частицы обожженного гипса с образованием химического барьера между поверхностью обожженного гипса и водой, тем самым предотвращая образование кристаллов дигидрата сульфата кальция. В этом отношении является удивительным, что текучесть композиции можно увеличить, даже когда неорганические частицы гипса покрыты органическим веществом для подавления схватывания по изобретению. Даже если центры зародышеобразования на кристаллах гипса заняты ингибитором схватывания по изобретению, можно добиться желаемой вязкости и текучести, например, посредством использования пластификатора, как обсуждается в настоящем описании ниже.
Когда является желательным инициирование схватывания, в типичном случае пользователем на рабочем месте, добавляется активатор. Как таковой, активатор упакован отдельно от готовой к употреблению композиции в предпочтительном комплекте варианта осуществления изобретения. Полагают, что активатор действует таким образом, чтобы отделить ингибитор схватывания от кристаллов обожженного гипса так, что вода может взаимодействовать с обожженным гипсом и может происходить схватывание. Специалист в данной области поймет, что тип выбранного активатора может различаться в зависимости от желаемого времени схватывания. В некоторых вариантах осуществления желательным является короткое время схватывания, например, от примерно 1 минуты до примерно 10 минут, как, например, для распыляемых рецептур. Однако во многих других областях использования желательны более длительные времена схватывания, например, от примерно 10 минут до примерно 360 минут, так что композиция после добавления активатора дает достаточное рабочее время для пользователя, что, как правило, полезно в некоторых областях использования, таких как сплошная отливка, ротационная отливка, ручное наслоение и тому подобное.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления на практике выбирают активаторы, которые дают короткое время схватывания. Примеры таких активаторов включают, но не ограничиваются ими, сульфат алюминия, серную кислоту, хлористоводородную кислоту, гидросульфат натрия, гидросульфат калия, алюмокалиевые квасцы, дигидрат сульфата кальция и аналогичные соединения или их комбинации. Однако во многих областях использования предпочтительным активатором является сульфат цинка, поскольку его скорость компенсирования ингибитора схватывания является очень низкой, но ее можно увеличить добавлением добавок, включающих, например, хелатообразующее вещество, такое как аминовое хелатообразующее вещество. Таким образом, скорость схватывания можно регулировать выбором активатора, представляющего собой сульфат цинка. Чем больше хелатообразующего вещества добавляют, тем короче полученное в результате время схватывания. Соответственно, использование активатора, представляющего собой сульфат цинка, в сочетании с добавкой, такой как аминовое хелатообразующее вещество, может обеспечить более длительные рабочие времена, если это желательно.
Активатор добавляют в любом количестве, достаточном для достижения схватывания готовой к употреблению композиции при добавлении к ней в течение желаемого промежутка времени. Например, активатор можно добавлять в количестве от примерно 0,5% до примерно 6% от массы готовой к употреблению композиции, более предпочтительно, в количестве от примерно 3% до примерно 5% от массы готовой к употреблению композиции. В предпочтительных вариантах осуществления активатор предоставляют в водном растворе. Например, активатор можно включить в водный раствор в количестве от примерно 5% до примерно 50% от массы раствора, более предпочтительно, в количестве от примерно 10% до примерно 33% от массы раствора.
В некоторых вариантах осуществления необязательно можно включить хелатообразующее вещество. Например, в вариантах осуществления, в которых в качестве активатора выбран сульфат цинка, к активатору и/или готовой к употреблению композиции добавляют хелатообразующее вещество, чтобы помочь контролировать время схватывания. В этом отношении активатор, включающий сульфат цинка, можно адаптировать для достижения схватывания в течение любого времени от примерно 5 минут до примерно 360 минут по предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения. Было обнаружено, что регулированием рН готовой к употреблению композиции можно дополнительно контролировать время схватывания.
Хелатообразующее вещество, предпочтительно, предоставляют в любом подходящем количестве, например в количестве от примерно 0,1% до примерно 0,5% от массы готовой к употреблению композиции. Предпочтительно, массовое отношение ингибитора схватывания к хелатообразующему веществу составляет от примерно 1,2:1 до примерно 6:1, предпочтительно, от 2:1 до примерно 6:1.
Хелатообразующее вещество может быть в любой подходящей форме. Примеры подходящих хелатообразующих веществ включают, например, гидроксид аммония, триэтаноламин, 2-амино-2-метил-1-пропанол и аналогичные соединения и их комбинации. Хелатообразующие вещества на основе аминов являются особенно желательными, поскольку они содержат аминогруппы, которые являются основными и, таким образом, будут участвовать в кислотно-основных реакциях с кислотными карбоксильными группами полиакриловой кислоты и/или ее соли, посредством этого помогая сульфату цинка отделять ингибитор схватывания от кристаллов обожженного гипса и таким образом контролировать время схватывания. Предпочтительные аминовые хелатообразующие вещества также образуют хелаты с двухвалентными или трехвалентными ионами металлов в готовой к употреблению композиции, такими как ионы железа, которые могут присутствовать в качестве примеси, подавляя тем самым коагуляцию и флокуляцию частиц и, таким образом, обеспечивая некоторое увеличение текучести. Однако в некоторых вариантах осуществления на практике, где существует необходимость значительного увеличения текучести, для достижения желаемой вязкости, как сформулировано в настоящем описании, также будет требоваться пластификатор. Полагают, что хелатообразующее вещество работает, ускоряя действие активатора посредством комплексообразования с ингибитором схватывания, так что подавляется присоединение ингибитора схватывания к кристаллам обожженного гипса.
Предпочтительным аминовым хелатообразующим веществом является 2-амино-2-метил-1-пропанол, такой как AMP 95, продаваемый компанией Dow Chemical, поскольку он также действует как модификатор рН. В этом отношении рН готовой к употреблению композиции по изобретению предпочтительно составляет от примерно 5,5 до примерно 10, более предпочтительно, от примерно 8 до примерно 9, особенно когда используют активатор, представляющий собой сульфат цинка. В этом отношении было обнаружено, что более короткие времена схватывания достигаются при верхних значениях предпочтительного диапазона рН в то время, как более длительные времена схватывания достигаются при нижних значениях желаемого диапазона рН.
Готовую к употреблению композицию по изобретению можно использовать как для внутренних, так и наружных работ. К готовой к употреблению композиции можно добавить одну или несколько добавок, чтобы получить желаемую вязкость, а для достижения желаемых физических характеристик конечного отвержденного продукта, таких как, например, прочность на изгиб, устойчивость к неправильной эксплуатации (например, стойкость к шелушению), водостойкость, огнестойкость и тому подобное или их комбинации, можно добавить другие необязательные вспомогательные вещества.
Желаемую вязкость можно получить, например, включая в готовую к употреблению композицию один или несколько пластификаторов. Пластификаторы, которые подходят для использования в суспензиях гипса, хорошо известны из уровня техники, и можно выбрать любой из них при условии, что они не оказывают неблагоприятного воздействия на другие ингредиенты в композиции, как будет понятно специалисту в данной области. Предпочтительно, пластификатор добавляют для увеличения текучести, и, таким образом, он подавляет флокуляцию частиц и позволяет уменьшить потребность готовой к употреблению композиции в воде, в то же время обеспечивая желаемую текучесть и вязкость. Пластификатор, особенно в сочетании с армирующим полимером, таким как латекс, описанный в настоящем описании ниже, предпочтительно также увеличивает гибкость и устойчивость к неправильной эксплуатации, особенно стойкость к шелушению, конечного продукта.
Примером желаемого пластификатора является полиэфирное поликарбоксильное соединение или его соль и аналогичные им соединения или их смеси или сополимеры, такие как, например, натриевая соль полиэфирполикарбоксилата. Коммерческие примеры желаемых пластификаторов включают, но не ограничиваются этим, ETHACRYL 6-3070, который представляет собой натриевую соль полиэфирполикарбоксилата, продаваемую компанией Lyondell Chemical, Newtown Square, Pennsylvania, а также материалы Melflux, которые продаются фирмой Degussa. Согласно настоящему изобретению можно использовать более одного пластификатора, как будет понятно специалисту в данной области. Следует отметить, что пластификаторы, представляющие собой нафталинсульфонатные и меламиноформальдегидные полимеры, являются менее предпочтительными пластификаторами, поскольку они не достаточно увеличивают текучесть при использовании в одиночку. В некоторых вариантах осуществления на практике готовая к употреблению композиция по существу не содержит пластификаторов, представляющих собой нафталинсульфонатные и меламинформальдегидные полимеры, так что желаемая вязкость по изобретению достигается в их отсутствие.
Пластификатор присутствует в любом количестве, подходящем для достижения желаемой вязкости, например в количестве от примерно 0,2% до примерно 0,8% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,4% до примерно 0,7% от массы готовой к употреблению композиции.
Необязательно, если это желательно, в композицию можно включить увлажняющее вещество, суспендирующий агент и/или загуститель. Увлажняющие вещества, суспендирующие агенты и загустители, которые подходят для использования в суспензиях гипса, хорошо известны из уровня техники, и можно выбрать любое вещество при условии, что оно не оказывает неблагоприятного воздействия на любой другой ингредиент в композиции, как понятно специалисту в данной области. Смачивающие вещества увеличивают смачиваемость готовой к употреблению композиции, снижая поверхностное натяжение, так что твердые частицы можно увлажнить, в то же время увеличивая также способность готовой к употреблению композиции к нанесению на поверхность подложки. Например, смачивающее вещество может находиться в форме нонилфенолэтоксилата, продаваемого под названием Vanwet 9N9 компанией Van Waters and Rogers, и/или натриевой соли ди-2-этилгексилсульфосукцината, продаваемой как Hydropalat 875 (также называемой Nopcosant-L) корпорацией Cognis. Смачивающее вещество может присутствовать в любом количестве, достаточном для увеличения текучести. Например, смачивающее вещество может присутствовать в количестве от примерно 0,1% до примерно 1% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,2% до примерно 0,5% от массы готовой к употреблению композиции.
Примером суспендирующего агента, подходящего для использования в композиции по настоящему изобретению, является ксантановая смола, такая как Keltro C617, продаваемая CPKelco Co. Суспендирующий агент присутствует в количестве, достаточном для подавления осаждения частиц и водоотделения. Например, суспендирующий агент может присутствовать в количестве от примерно 0,01% до примерно 0,2% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,02% до примерно 0,1% от массы готовой к употреблению композиции.
В некоторых вариантах осуществления для увеличения вязкости, если это желательно, можно добавить загуститель. В некоторых вариантах осуществления загуститель может непосредственно присутствовать в готовой к употреблению композиции, но он также может быть упакован отдельно от готовой к употреблению композиции. В качестве иллюстрации загуститель можно включить с активатором во вторую упаковку или его можно добавить в третью упаковку отдельно как от готовой к употреблению композиции, так и от активатора. В некоторых вариантах осуществления, когда потребитель желает регулировать вязкость на рабочем месте, может являться желательным предоставление загустителя в отдельной упаковке. Включение набухающего в щелочной среде загустителя непосредственно в готовую к употреблению композицию является особенно желательным при более высоких рН, например при рН 7 или выше, для улучшения взвешенного состояния (суспензии).
Примеры загустителей, подходящих для использования в композициях гипса, хорошо известны из уровня техники. Например, в качестве загустителей можно использовать Alco Gum SL-117, L511 и L520, которые являются сополимерами акрилового и аминового типа, которые продаются National Starch and Chemical Company, Bridgewater, New Jersey. Alco Gum SL-117 является особенно желательным в вариантах осуществления, когда загуститель непосредственно включен в готовую к употреблению композицию, в то время как Alco Gum L511 и L520 можно использовать в вариантах осуществления, включающих раздельные упаковки. Если загуститель присутствует, он включен в готовую к употреблению композицию в количестве, достаточном для достижения желательной вязкости. Например, в некоторых вариантах осуществления загуститель присутствует в количестве от примерно 0,2% массовых до примерно 3% от массы готовой к употреблению композиции, более предпочтительно, в количестве от примерно 0,5% массовых до примерно 2% от массы готовой к употреблению композиции.
Необязательно, можно добавить противопенную добавку. Например, противопенную добавку можно использовать для минимизации образования пузырьков воздуха при применении, когда композицию подвергают перемешиванию, как в случае, когда композицию до либо после добавления активатора выливают в форму, например при сплошной отливке или ротационном литье. Такие пузырьки воздуха являются нежелательными в некоторых вариантах осуществления, поскольку они могут вызвать образование в конечном продукте воздушных пустот, что будет нарушать прочностные характеристики и внешний вид конечного продукта. В областях использования, в которых композиция не является такой чувствительной к образованию пузырьков воздуха, например при нанесении распылением, противопенную добавку можно исключить из композиции. Противопенные добавки для использования в суспензиях гипса хорошо известны из уровня техники. Например, противопенная добавка может быть в форме DeeFo 542, который продается компанией Ultra Additives, Inc., Paterson, New Jersey. DeeFo 542 представляет собой смесь, включающую нефтяные дистилляты, синтетический воск, реакционный продукт диоксида кремния и кремнийорганического сополимера, а также селективно-очищенные тяжелые и легкие парафины. Противопенная добавка может присутствовать в любом количестве, достаточном для подавления образования пузырьков. Например, противопенная добавка может присутствовать в количестве от примерно 0,1% до примерно 1% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,2% до примерно 0,4% от массы готовой к употреблению композиции.
Если это желательно, необязательно можно включить пенообразующее вещество, особенно в вариантах осуществления, когда сниженная прочность не является поводом для беспокойства и когда желателен продукт с более низкой плотностью. Использование пенообразующих веществ в гипсовых суспензиях хорошо известно из уровня техники и описано, например, в патентах США №5683635 и 6342284. Например, если пенообразующее вещество присутствует, его количество может составлять от примерно 0,1% до примерно 1% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, от примерно 0,2% до примерно 0,4% от массы готовой к употреблению композиции.
В некоторых вариантах осуществления в готовую к употреблению композицию по изобретению включен армирующий полимер для увеличения водостойкости, устойчивости к неправильной эксплуатации и/или прочности на изгиб, когда одна или несколько данных характеристик являются желательными. Армирующие полимеры, применимые для гипсовых композиций, хорошо известны из уровня техники, и можно использовать любые полимеры при условии, что они не оказывают неблагоприятного воздействия на другие ингредиенты в готовой к употреблению композиции по изобретению, как понятно специалисту в данной области. Например, армирующий полимер может быть в форме акрилового латекса, который включает латексы полиакриловой кислоты. Латексы полиакриловой кислоты могут быть незамещенными или замещенными, где заместители включают, например, алкил, такой как метил, этил и аналогичные. Также применимы соли полиакриловых кислот, а также смеси или сополимеры перечисленных выше компонентов. Коммерческим примером желательного армирующего полимера в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения на практике является латекс VF-812 (также идентифицированный как полимер Forton), который представляет собой метакриловый тип латекса на водной основе, продаваемый Engineered Polymer Solutions, Marengo, Illinois. Как будет понятно специалисту в данной области, другие подходящие армирующие полимеры включают, например, полиуретаны, сополимеры стирола и бутадиена, поливинилацетаты и аналогичные или смеси либо сополимеры любого из данных полимеров. В то время как такие армирующие полимеры особенно желательны для включения в готовые композиции для наружного или внутреннего применения, принося пользу благодаря увеличенной водостойкости, также является желательным включить такие полимеры в готовую к употреблению композицию для использования в некоторых внутренних или наружных работах, где приносит пользу увеличение армирующим полимером устойчивости к неправильной эксплуатации (например, стойкости к шелушению) и/или прочности на изгиб.
Если армирующий полимер включен в композицию, предпочтительно, он присутствует в любом количестве, достаточном для увеличения водостойкости, устойчивости к неправильной эксплуатации и/или прочности на изгиб. Для наружных работ, например, армирующий полимер может присутствовать в количестве от примерно 30% до примерно 35% от массы готовой к употреблению композиции. Для внутренних работ более низкие количества армирующего полимера являются желательными в тех вариантах осуществления, где интерес представляет воспламеняемость. В этом отношении, поскольку при использовании в больших количествах армирующий полимер может неблагоприятно увеличить распространение пламени, предпочтительно, армирующий полимер присутствует в количестве примерно 24% или менее от массы готовой к употреблению композиции в областях использования, в которых распространение пламени является поводом для беспокойства.
В то время как полиакриловая кислота и/или ее соль может обеспечить достаточное подавление схватывания, если это желательно, часть полиакриловой кислоты и/или ее соли необязательно можно заменить одним или несколькими органическими фосфоновыми соединениями. Однако использование одного или нескольких органических фосфоновых соединений не будет достаточным в качестве единственного ингибитора схватывания. Таким образом, хотя это не является обязательным, в некоторых вариантах осуществления готовая к употреблению композиция по изобретению включает органическое полифосфоновое соединение или смесь органических полифосфоновых соединений. Если это желательно, можно включить любое подходящее органическое полифосфоновое соединение, которое описано, например, в заявке на патент США №09/557721. Например, органическое полифосфоновое соединение можно выбрать из аминотри(метиленфосфоновой кислоты), пентанатриевой соли аминотри(метиленфосфоновой кислоты), 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты, тетранатриевой соли 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты, пентанатриевой соли диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновой кислоты), тринатриевой соли диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновой кислоты), гексаметилендиамин-тетра(метиленфосфоновой кислоты), калиевой соли гексаметилендиамин-тетра(метиленфосфоновой кислоты) и их комбинаций. Органические полифосфоновые соединения или смеси органических полифосфоновых соединений присутствуют в любых подходящих количествах, достаточных для обеспечения желаемого предотвращения схватывания, например в количестве от примерно 0,1% до примерно 0,5% от массы композиции.
Необязательно, в некоторых вариантах осуществления можно использовать вещество, предохраняющее от замерзания, чтобы снизить температуру замерзания композиции и увеличить морозостойкость. Можно использовать любое вещество, предохраняющее от замерзания. Подходящие предохраняющие от замерзания вещества для водных систем хорошо известны и представляют собой, например, производные гликолей, такие как этиленгликоль и пропиленгликоль, а также метоксипропанол, хлоридные соли, такие как хлорид натрия и хлорид магния, и аналогичные соединения или комбинации любого из перечисленных соединений. Если вещество, предохраняющее от замерзания, присутствует, оно предпочтительно включено в количестве, достаточном для снижения температуры замерзания до желаемой точки и/или для увеличения морозостойкости. Например, в некоторых вариантах осуществления на практике вещество, предохраняющее от замерзания, присутствует в количестве от примерно 0,1% до примерно 0,9% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,2 до примерно 0,8% от массы готовой к употреблению композиции.
В некоторых вариантах осуществления в готовую к употреблению композицию по изобретению можно, необязательно, включить биоцид, такой как фунгицид и/или бактерицид. Примеры подходящих фунгицидов и биоцидов хорошо известны из уровня техники. Например, в качестве бактерицида можно выбрать Troysan 174, продаваемый Troy Chemical Company, в то время как в качестве фунгицида можно выбрать раствор бензоата трибутилолова, такой как Fungitrol 158, продаваемый компанией Fritz Chemical. Если бактерицид и/или фунгицид присутствуют, то предпочтительно их количество является достаточным для подавления роста бактерий или грибков в готовой к употреблению композиции. Например, если бактерицид и фунгицид включены в композицию, каждый из них присутствует в количестве от примерно 0,01% до примерно 0,1% от массы готовой к употреблению композиции, предпочтительно, в количестве от примерно 0,03% до примерно 0,1% от массы готовой к употреблению композиции.
Необходимо отметить, что готовые композиции по изобретению, предпочтительно, упаковывают так, что готовая к употреблению композиция не контактирует напрямую с металлическим контейнером, который в противном случае будет подвергаться коррозии при контакте с водной готовой к употреблению композицией. Таким образом, в вариантах осуществления на практике, когда используют металлический контейнер, такой как контейнер из стали, предпочтительно облицовывать металл, например, облицовкой, покрытой эпоксидной смолой или другой пластмассой, которые не взаимодействуют неблагоприятным образом с готовой к употреблению композицией.
Следующие ниже примеры дополнительно иллюстрируют настоящее изобретение, но их не следует рассматривать в качестве ограничивающих объем изобретения. Массовые проценты являются процентами от массы композиции, если это не указано иным образом.
Пример 1
Жидкий гипс
Архитектурная сплошная отливка (внутренние работы)
Готовую к употреблению композицию, подходящую для внутренних архитектурных работ сплошной отливкой, готовят, используя рецептуру, показанную в таблице 1:
Таблица 1
Ингредиент
Массовые %
Вода
19,20
Ингибитор схватывания (Tamol 1254)
0,48
Вещество, предохраняющее от замерзания (этиленгликоль)
0,96
Альфа-полугидрат сульфата кальция (Hydrocal C-base, United States Gypsum Company)
76,81
Пластификатор (Ethacryl 6-3070)
0,73
Увлажняющее вещество (Van Wet 9N9)
0,30
Увлажняющее вещество (Nopcosant-L)
0,30
Бактерицид (Troysan 174)
0,03
Фунгицид (Fungitrol 158)
0,03
Аминовое хелатообразующее вещество (AMP 95)
0,03
Загуститель (AlcoGum SL-117)
0,71
Аминовое хелатообразующее вещество (AMP 95)
0,20
Противопенная добавка (Deefo 542)
0,19
Суспендирующий агент (Keltro C-617)
0,02
Общее количество
100
Композицию готовят, добавляя каждый ингредиент в перечисленном порядке в смеситель с высоким сдвигом примерно при 800 об/мин. Смешивание осуществляют в течение времени от 5 минут до примерно 10 минут на ингредиент, пока каждый ингредиент не будет надлежащим образом перемешан. Композиция имеет вязкость примерно 45000 сантипуаз. Композицию упаковывают в 5-галлонное ведро или 50-галлонный барабан. Композиция не схватывается после трех месяцев при комнатной температуре.
После добавления активатора схватывания композицию можно отвердить в течение времени от 5 минут и до примерно 120 минут в зависимости от типа активатора и дозы, а также интенсивности перемешивания. Отвержденная композиция имеет предел прочности при сжатии от 5000 до примерно 7000 фунт/кв.дюйм в зависимости от типа активатора и дозировки.
Пример 2
Жидкий гипс
Архитектурное ручное наслоение (внутренние работы)
Готовую к употреблению композицию, подходящую для внутренних архитектурных работ ручным наслоением, готовят, как описано в примере 1, с использованием ингредиентов, перечисленных в таблице 2:
Таблица 2
Ингредиент
Массовые %
Вода
19,28
Ингибитор схватывания (Tamol 1254)
0,48
Вещество, предохраняющее от замерзания (этиленгликоль)
0,96
Альфа-полугидрат сульфата кальция (Hydrocal C-base, United States Gypsum Company)
77,10
Пластификатор (Ethacryl 6-3070)
0,41
Увлажняющее вещество (Van Wet 9N9)
0,30
Увлажняющее вещество (Nopcosant-L)
0,30
Бактерицид (Troysan 174)
0,03
Фунгицид (Fungitrol 158)
0,03
Аминовое хелатообразующее вещество (AMP 95)
0,03
Загуститель (AlcoGum SL-117)
0,71
Аминовое хелатообразующее вещество (AMP 95)
0,15
Противопенная добавка (Deefo 542)
0,19
Суспендирующий агент (Keltro C-617)
0,02
Общее количество
100
Композиция имеет вязкость от примерно 40000 до примерно 45000 сантипуаз. Композицию упаковывают в 5-галлонное ведро или 50-галлонный барабан. Композиция не схватывается после трех месяцев при комнатной температуре.
После добавления активатора схватывания композицию можно отвердить в течение времени от 5 минут и до примерно 120 минут в зависимости от типа активатора и дозы, а также интенсивности перемешивания. Отвержденная композиция имеет предел прочности при сжатии 5000-7000 фунт/кв.дюйм в зависимости от типа активатора и дозировки.
Пример 3
Жидкий композит
Архитектурная сплошная отливка (для наружных работ)
Готовую к употреблению композицию, подходящую для наружных архитектурных работ сплошной отливкой, готовят, как описано в примере 1, с использованием ингредиентов, перечисленных в таблице 3:
Таблица 3
Ингредиент
Массовые %
Армирующая полимерная смесь (VF-812)
32,20
Ингибитор схватывания (Tamol 1254)
0,40
Альфа-полугидрат сульфата кальция (Hydrocal C-base, United States Gypsum Company)
67,08
Аминовое хелатообразующее вещество (AMP 95)
0,32
Противопенная добавка (Deefo 542)
0,19
Общее количество
100
Необходимо отметить, что VF-812 представляет собой смесь 50/50 воды и армирующего полимера. Композиция имеет вязкость примерно 5000 сантипуаз. Композицию упаковывают в 5-галлонное ведро или 50-галлонный барабан. Композиция не схватывается после трех месяцев при комнатной температуре.
После добавления активатора схватывания композицию можно отвердить в течение времени от 5 минут и до примерно 120 минут в зависимости от типа активатора и дозы, а также интенсивности перемешивания. Отвержденная композиция имеет предел прочности при сжатии примерно 2500-3500 фунт/кв.дюйм.
Пример 4
Рецептура жидкого композита для распыления (для наружных работ)
Готовую к употреблению композицию, подходящую для наружных работ распылением, готовят, как описано в примере 1, с использованием ингредиентов, перечисленных в таблице 4:
Таблица 4
Ингредиент
Массовые %
Армирующая полимерная смесь (VF-812)
32,31
Ингибитор схватывания (Tamol 1254)
0,40
Альфа-полугидрат сульфата кальция (Hydrocal C-base, United States Gypsum Company)
67,29
Общее количество
100
Необходимо отметить, что VF-812 представляет собой смесь 50/50 воды и армирующего полимера. Композиция имеет вязкость примерно 5000 сантипуаз. Композицию упаковывают в 5-галлонное ведро или 50-галлонный барабан. Композиция не схватывается после трех месяцев при комнатной температуре.
После добавления активатора схватывания композиция схватывается в течение пары минут. Отвержденная композиция имеет предел прочности при сжатии примерно 2500-3500 фунт/кв.дюйм.
Все цитируемые здесь ссылки, включая патенты, заявки на патент и публикации, настоящим включаются посредством ссылки во всей своей полноте.
В то время как данное изобретение было описано с акцентом на предпочтительных вариантах осуществления на практике, специалистам в данной области будет очевидно, что можно использовать вариации предпочтительных вариантов и что подразумевается, что изобретение можно осуществить на практике иным образом, отличным от конкретно описанного здесь. Соответственно, данное изобретение включает все модификации, охватываемые объемом изобретения, определенным следующей ниже формулой изобретения.